再生纤维毡的制备和性能研究

刘春丽 陈慰来 曾滔

摘 要：为了提高废旧纺织品资源化利用技术，加快建立再生资源回收利用网络，本研究以回收的涤纶、麻纤维及低熔点涤纶短纤为原料，采用热风粘合工艺制备了再生纤维毡，并探究了热熔温度对其结构特性、力学性能、压缩性能和透湿性能的影响。结果表明：热熔温度对纤维毡的厚度及蓬松度没有明显影响，厚度在8.98～10.03 mm之间，蓬松度在15.16～16.96 cm3/g之间；热熔温度与纤维毡的拉伸断裂强力成正比，与断裂伸长率成反比；热熔温度对其压缩性能和透湿性能影响不大，且透湿率在0.096 3～0.105 0 g/（m2·h·Pa）之间，产品具有良好的产业应用价值。

关键词：废旧纺织品；再生纤维毡；低熔点涤纶短纤；热风粘合

中图分类号：TS174.5

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2018）06-0018-05

Abstract：In order to improve the utilization technology of waste textiles and accelerate the establishment of renewable resources recycling network， the recycled polyester fiber， recycled flax fiber and polyester staple fiber with low melting point were used as raw materials. The regenerated fiber felt was prepared by hot air bonding process， and the effects of hot melting temperature on its structural properties， mechanical properties， compressive properties and moisture permeability were investigated. The results showed that the hot melting temperature has no obvious influence on the thickness and bulkiness of the fiber felt. The thickness is between 8.98 and 10.03 mm， and the bulkiness is between 15.16 and 16.96 cm3/g. The hot melting temperature is proportional to the tensile breaking strength of the fiber felt， and the temperature is inversely proportional to the elongation at break. The hot melting temperature has little influence on its compressibility and moisture permeability， and the moisture permeability is between 0.096 3 and 0.105 0 g/（m2·h·Pa）. The products have good industrial application value.

Key words：waste textile； regenerated fiber felts； polyester staple fiber with low melting point； hot air bonding

面对资源短缺和环境污染两大困境，人们越来越重视对废旧纺织品的回收再利用[1]。欧美日本等发达国家对纺织材料的回收意识比较强，政府建立了相关的法律體系，对废旧纺织品回收再利用技术的研究比较成熟[2-4]，并且部分产品已经实现了产业化应用，如将经过无害化处理后的废旧纺织材料广泛用作地毯[5]、汽车内饰材料、建筑隔音保温材料、农用保温材料、家具用品、花草种植基材等[6]。虽然与国外发达国家相比中国的废旧纺织品回收利用率较低，也没有形成完整的循环再利用体系，但是近年来政府的扶持力度一直在不断加大，如在“十二五”和“十三五”规划中均已明确提出要加强、加快对废旧资源的循环再利用[7]、树立节约集约循环利用的资源观、提高技术创新，推进美丽中国建设[8]。为了响应国家号召，实现旧衣零抛弃，本文以回收衣物中获得的废旧涤纶、麻纤维和低熔点涤纶短纤为原料，采用热风粘合工艺制备了再生纤维毡，并探究了热熔温度对其性能的影响，可为其产业化应用提供理论依据。

1 实 验

1.1 实验材料

回收的废旧麻纤维、废旧涤纶衣物（杭州鼎缘纺织品科技有限公司）；低熔点涤纶短纤（韩国东丽化工公司）。

1.2 实验仪器

浙江理工大学非织造实验室复合实验线（常州市豪峰机械有限公司）；紫外消毒灯、切割机（杭州鼎缘纺织品科技有限公司）；DGG-9240B型电热恒温鼓风干燥烘箱（上海森信实验有限公司）；电子天平（上海方瑞仪器有限公司）；DSC8000型差示扫描量热仪（美国珀金埃尔默公司）；JSM-5610LV型扫描电子显微镜（日本电子JEOL）；YG（B）141D数字式织物厚度仪（温州大荣纺织标准仪器厂）；YG026D型多功能电子织物强力机（宁波纺织仪器厂）；万能材料试验机（美国ITW集团应斯特朗公司）；YG606G热阻湿阻测试仪（宁波纺织仪器厂）。

1.3 实验方法

1.3.1 再生纤维毡的制备

具体过程：

a）废旧衣物回收之后首先对其进行紫外线消毒处理，将衣物中的各种细菌和病毒杀死，该方法效率高、成本低同时不引入新的杂质；

b）将回收衣物进行手工分拣明确其成分和含量，实现有针对性的回收再利用，并去除衣物上的拉链纽扣等杂物；

c）分拣后的衣物按比例送入全封闭的开松线，通过自动切割，将衣物切割撕裂成小片，再将小片进行深度撕裂并梳理成纤维状；

d）再按照试样配比方案将梳理后获得的纤维进行初步开松混合并添加一定的油水；

e）再次进行开松混合，梳理成网，制备较蓬松的纤网；

f）为了使纤网进一步加固，采用平网型热风穿透烘箱进行热风粘合，粘合过程中通过调节温度，制备不同性能的再生纤维毡，最后冷却成型。再生纤维毡的制备工艺参数如表1所示。

1.3.2 DSC分析

采用DSC8000型差示扫描量热仪，升温速度5 ℃/min，测量温度范围30～350 ℃。

1.3.3 再生纤维毡的形貌表征

采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察纤维毡中各纤维之间的粘合情况，测试前需对样品进行镀金处理。

1.3.4 基本性能测试

厚度测试标准为GB/T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》，依据FZ/T 64003—2011《喷胶棉絮片》进行蓬松度测试，每个样品测试10次，然后取其平均值。

1.3.5 拉伸性能测试

拉伸性能测试时每个样品剪取5块，然后取其平均值，夹持距离200 mm，拉伸速度100 mm/min，样品尺寸50 mm×300 mm，预加张力5 N。

1.3.6 压缩性能测试

试样尺寸40 mm×40 mm，压缩速度10 mm/min，压脚面积10 cm2，最大压力10 kPa，每个样品测试5块，然后取其平均值。

1.3.7 透湿性能测试

透湿性能测试时测试板温度设置35 ℃，预热周期6次，测试时间600 s，样品尺寸为350 mm×350 mm。测试时需提前将一种只能透过水蒸汽而不能透液态水的薄膜在蒸馏水中浸泡4 h左右，再将其覆盖在多孔板上。试样的中心上表面15 mm处，控制温度为35 ℃、相对湿度为40%，水平风速为1 m/s，薄膜下表面为35 ℃的饱和水气压5 620 Pa，试样的上表面的水气压是2 250 Pa。

2 结果与讨论

2.1 低熔点涤纶短纤DSC分析

低熔点涤纶短纤的差示扫描量热分析（DSC）曲线如图1所示。从图1可知此曲线上出现了2个峰，第一个峰为低熔点涤纶短纤表层玻璃化转变温度，范围为63～75 ℃，峰值为69.07 ℃，第二个为低熔点涤纶短纤芯层熔融峰，范围为239～258 ℃，峰值为250.51 ℃，再根据相关研究表明低熔点纤维的表层熔融峰就在90～200 ℃范围内[9]，只是在此曲线上没有显示出来，这可能与低熔点涤纶短纤表层的低熔点改性剂含量有关，或者是仪器灵敏度问题，导致无法检测出[10]。因此，本实验选择在160～180 ℃范圍内进行工艺探究。

2.2 再生纤维毡的形貌表征

为了观察纤维毡各纤维间的粘合情况，特选取了在160、170 ℃和180 ℃条件下制的纤维毡进行测试，具体粘合形态如图2所示。

从图2（a）中可以看出，当热熔温度为160 ℃时，低熔点涤纶短纤已经熔融，并且与其他纤维之间出现了点状粘合；从图2（b）中可以看出，当热熔温度为170 ℃时，低熔点涤纶短纤熔融程度进一步增大，形成的流动性黏流体，粘结点增多；由图2（c）可知，在180 ℃条件下，低熔点涤纶短纤熔融程度最大，黏流体流动性增强，出现了片状粘合，并且黏流体冷却后包裹的纤维也最多，此时各纤维之间粘合的最牢固。

2.3 再生纤维毡的基本性能指标

纤维毡的基本性能指标如表2所示。在制备过程中由于压力一定，所以5个样品的厚度和蓬松度变化不大，厚度在8.98～10.03 mm之间，蓬松度在15.16～16.96 cm3/g之间，在此范围内纤维毡的柔软性适中，手感较好，实际应用中厚度和蓬松度可根据需要进行调节。

2.4 再生纤维毡的拉伸性能

温度对再生纤维毡拉伸性能的影响见图3。

如图3（a）所示纤维毡的拉伸断裂强力随着温度的升高而逐渐增大，这主要是因为随着温度的升高，低熔点涤纶短纤熔融的程度不断增大，最终形成流动的黏流体，冷却后凝固在纤维的交叉点上，从而使纤维之间粘结的越来越牢固，断裂强力也就越高，而在170 ℃时纤维毡的断裂强力的增长率突然增大，是因为170 ℃时低熔点纤维的熔融程度进一步增大，流动性增强，并开始由点状粘合变成块状粘合。

如图3（b）所示，纤维毡的拉伸断裂伸长率随着温度的增大而逐渐降低，这是因为随着温度的升高，粘结点的数量增加，粘结面积也不断增大，纤维与纤维之间粘合的越来越牢固，所以纤维之间越来越难滑脱，伸长率逐渐降低。

2.5 再生纤维毡的压缩性能

5个试样的应力-应变曲线如图4所示。压缩模量是应力-应变曲线起始段的斜率，常用它来反映材料的柔软性能，斜率越大，压缩模量越大，纤维毡越硬，发生变形时需要的应力越大。由图4可知当温度分别为160、165、170、175、180 ℃时，相应纤维毡的压缩模量分别为0.692 6、0.828 5、1.375 6、2.370 1、3.144 5 MPa，即随着温度的升高纤维毡的硬度也越来越大，但是变化范围不大。这是因为纤维毡中的纤维是随机杂乱排列的，纤维与纤维之间有很多接触点，当其受到压缩时，纤维的变形主要是相邻接触点之间纤维段的弯曲变形，当温度升高时粘合面积变大，相邻接触点之间的距离变小，压缩时需要的应力也就越大，但纤维毡的蓬松度变化不大，所以压缩模量只是在小范围内波动。由此可知热熔温度会对纤维毡的压缩性能只会产生小范围的影响。

2.6 再生纤维毡的透湿性能

再生纤维毡的透湿性测试数据如表3所示。透湿性是衡量纤维毡舒适性的一个重要指标，湿阻越高，纤维毡的透水汽性能性越差，湿阻越低，则透水汽性能越好。5个试样的湿阻值为15.13～16.50 m2·Pa/W，透湿率为0.0963～0.105 0 g/（m2·h·Pa），透湿指数在0.83～0.96之间，纤维毡整体透湿性较好，数据波动不大并且与温度没有明显的关系。这是因为该再生纤维毡具有良好的蓬松度，纤维之间的孔隙较多，还含有麻纤维，所以吸湿、放湿较快，透湿性较好，在使用的过程中比较舒适不且会产生闷热感。

3 结 论

通过热风粘合法制备了再生纤维毡，并探究了温度对纤维毡性能的影响。结果表明：当废旧麻纤维/废旧涤纶/低熔点涤纶短纤配比为15/40/45，热熔时间为10 min，压力为1 kPa时，温度分别为160、165、170、175、180℃时纤维毡的厚度在8.98～10.03 mm之间，蓬松度在15.16～16.96 cm3/g之间，产品柔软性适中，手感较好；温度对纤维毡的力学性能影响较大，在一定范围内纤维毡的拉伸断裂强力随着温度的升高而逐渐增大，而拉伸断裂伸长率随着温度的增大而逐渐降低；温度对纤维毡的压缩性能虽然能产生一定的影响，但并不是主要影响因素；纤维毡整体透湿性较好，透湿指标波动不大并且与温度没有明显的关系。通过该种方法制备的纤维毡，不仅性能良好，而且实现了对废旧纺织品的100%循环利用，制备过程中不会产生二次污染，同时本产业还可以延伸到汽车、建筑、家居、海洋净化等领域。

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