赵 博
(中原工学院，河南 郑州 450007)
随着医疗、卫生、防护及汽车等领域发展，市场对非织造布的需求越来越大，同时对非织造布的要求和标准也越来越高[1-2]。淋膜非织造布又称为淋膜复合非织造布，作为一种新型非织造布，以高强度非织造布为支撑层，大部分是纺黏非织造布，运用淋膜复合工艺加工制备，具有工艺流程短、成本低廉、性能优异等优点，可用于防水阻隔材料、医用一次性防护服和其他产业用布，具有巨大的应用前景[3-4]。
聚丙烯(PP)纺黏非织造布是以PP为原料，经过熔融拉丝、铺网、热轧黏合等过程制备而成的一种非织造布，具有透气性好、成本低廉和力学性能强等优点，但其液体阻隔性能较差，无法满足医用一次性防护服的要求[5-6]。
作者采用淋膜复合工艺，以PP纺黏非织造布为基布，将聚乙烯(PE)熔融涂覆在PP纺黏非织造布表面，再经冷却、定型后制备了PP/PE医用淋膜非织布，研究了其力学性能、拒水性、透气性、透湿性等，以期为PP/PE医用淋膜非织布在医用一次性防护服领域的应用提供指导。
1.1 主要原料
PP纺黏非织造布：1#试样面密度为30 g/m2,2#试样面密度为20 g/m2，江苏奥特隆公司产；
PE：牌号为5200B，中国石化燕山石化公司产。
1.2 设备与仪器
GWS型PE流延膜生产设备：合肥高贝斯无纺布有限公司制；
VHX-600型数字式三维电子显微镜: 基恩士 (中国) 有限公司制；
FA2004型电子天平：瑞士梅特勒托利多公司制；
YG065-250多功能电子织物强力仪：上海精密仪器仪表有限公司制；
LSA60 接触角测量仪：北京东方德菲仪器有限公司制；
YG501N-Ⅱ型纺织品透湿量仪、透湿杯：南通宏大实验仪器有限公司制；
YG(B)461D(N)型数字式织物透气量仪：南通三思科技机电科技有限公司制。
1.3 PP/PE医用淋膜非织造布的制备
PE经螺杆挤压机熔融挤出进入淋膜模头，然后从模头的缝隙中挤出至PP纺黏非织造布表面，在挤压辊的作用下，处于熔融状态下的PE和PP纺黏非织造布黏合，最后经过冷却辊的降温、定型，随着卷绕机的收卷成为卷状PP/PE淋膜非织造布成品。制备过程中，熔融挤出温度控制在270～290 ℃，如果温度过高，淋膜非织造布表面会变得僵硬，如果温度过低，熔融塑化会不均匀，导致产品外观质量下降，复合牢固度下降；
冷却辊的表面温度控制在10～20 ℃，如果温度过高，淋膜非织造产品会出现卷曲、粘膜等不良现象，如果温度过低，复合牢固度会下降[7-9];加工速度控制在55 m/min左右，如果加工速度小，牵引速度慢，PE膜厚度会变大，如果加工速度大，牵引速度快，PE膜厚度会变小；
PE淋膜量控制在10 g/m2，如果淋膜量偏大，会导致薄膜的透明度下降，纵向取向变大，如果淋膜量偏小，会导致淋膜不充分。由1#、2#试样制备的PP/PE淋膜非织造布分别标记为3#、4#试样。PP/PE医用淋膜非织造布的制备流程如图1所示。
图1 PP/PE医用淋膜非织造布的制备流程Fig.1 Preparation process of PP/PE medical coated nonwovens1—料斗;2—螺杆挤压机;3—淋膜模头;4—放卷布;5—压辊;6,7—冷却辊; 8—卷绕机
1.4 分析与测试
微观形态：采用显微镜观察试样的纤维排列和微观形态结构，放大倍数为500倍。
面密度：将试样在标准大气压条件下调湿24 h后，将试样裁剪成100 cm2, 采用电子分析天平准确称取试样的质量并计算面密度，每个试样测试30次取平均值。
厚度：将试样在标准大气压条件下调湿24 h后，采用厚度仪沿对角线方向测试试样厚度，厚度仪压盘自重50 g, 每次压盘停留时间30 s, 每个试样测试30次取平均值。
力学性能：按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》采用电子织物强力仪测试试样的断裂强力和断裂伸长率，夹持距离为200 mm，拉伸速率为100 mm/min；
按照GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 (钢球法)》采用电子织物强力仪测试试样的顶破强力，顶破速率为100 mm/min；
按照GB/T 3917.1—2009《纺织品 织物撕破性能 第1部分：冲击摆锤法撕破强力的测定》采用电子织物强力仪测试试样的撕破强力，夹持距离为25 mm,拉伸速率为100 m/min。
透湿性：按照GB/T 12704—2009《织物透湿量测定方法 透湿杯法》采用织物透湿量测定仪按透湿杯蒸发法测试试样的透湿量，测试温度38 ℃，相对湿度2%，气流速度0.5 m/s，每个试样测试30次取平均值。
透气性：将试样裁剪成100 cm2，按照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》采用织物透气量仪测试试样的透气率，试样两侧压降为200 Pa，每个试样测试30次取平均值。
拒水性：湿法非织造布的拒水性不能直接测量，可通过测量其静态接触角进行表征。将试样裁剪成30 mm×30 mm，放置到滴水台上，滴加超纯水停留5 s后，采用接触角测量仪对水滴形状进行拍照并计算水接触角。
热稳定性：将一定长度的试样放入烘箱内，升温至100 ℃，恒温4 h，然后取出试样测量其长度。热收缩率(Hs)按式(1)计算。
Hs=(H1-H2)/H1×100%
(1)
式中：H1为热收缩前试样的长度,H2热收缩后试样的长度。
2.1 微观形态
从图2可以看出：1#、2#试样中纤维呈无色透明状，表面较为光滑，而3#、4#试样中纤维周围可观察到许多微小气泡，看起来不够清晰，这是因为经PE淋膜后，少量PE渗入PP纺黏非织造布内部；
4种试样中纤维均排列整齐、有规律，可以推断PP纺黏非织造布为热轧黏合加固方式。
图2 非织造布试样的三维电子显微镜照片Fig.2 Three dimensional electron microscope photographs of nonwoven samples
2.2 面密度与厚度
从表1可以看出:经过淋膜即与PE膜复合之后，1#试样的面密度由29.7 g/m2增大至39.4 g/m2(3#试样)，2#试样的面密度由20.2 g/m2增大至30.3 g/m2(4#试样)；
4种试样的面密度变异系数均较大，这是由于PP纺黏法非织造布是铺置成网，容易造成随机不均，不匀率较大；
1#试样厚度大于2#试样，3#试样厚度大于4#试样，说明同种类非织造布的厚度和面密度呈现正相关的趋势，原因是当单位面积内的非织造布的质量增加时，纤维量增加，在单位面积内纤维结构更加紧密，表现为非织造布的孔隙变小、厚度增大[10-11]。
表1 非织造布试样的面密度和厚度Tab.1 Surface density and thickness of nonwoven samples
2.3 力学性能
从表2可以看出：淋膜前后PP纺黏非织造布的经向断裂伸长性能均强于纬向，这是由于纺黏非织造布的纤网是沿经向排列所致；
经PE淋膜的PP纺黏非织造的断裂强力高于未经淋膜的PP纺黏非织造布，这是因为PP和PE两者结构相似、相容性较好，熔融PE很容易渗入PP内部并冷却固化实现两者黏合；
随着面密度增大，PP/PE医用淋膜非织造布的断裂强力增大，这是因为面密度越大，非织造布越厚，纤维结构越紧密，断裂时需要的能量也越大。
表2 非织造布试样的断裂强力Tab.2 Breaking strength of nonwoven samples
从表3可以看出：随着面密度增大，PP/PE医用淋膜非织造布的顶破强力随之增大，这是因为顶破强力主要受非织造布中纤维强度和纤维间固着点的强度影响，面密度增大，纤维结构变得更紧密，固着点强度增强；
经PE淋膜的PP纺黏非织造布的顶破强力优于PP纺黏非织造布，这是因为淋膜后PE渗入PP纺黏非织布内部，增大了纤维的强度和纤维间固着点的强度。
表3 非织造布试样的顶破强力Tab.3 Bursting strength of nonwoven samples
从表4可以看出:随着面密度的提高，PP/PE医用淋膜非织造布的撕破强力增大；
经PE淋膜的PP纺黏非织造的撕破强力明显下降，其原因在于撕裂过程中，未淋膜的PP纺黏非织造布中纤维长丝之间产生相对滑移，所以不易撕裂，而经淋膜的PP产品形成“纤维嵌膜”和“膜包纤维”的结构，PE的渗透使纤维长丝减少了相互之间的滑移，造成切口处应力传递，从而使淋膜后产品的撕破强力降低[12]。
表4 非织造布试样的撕破强力Tab.4 Tearing strength of nonwoven samples
2.4 透气性和透湿性
从表5可以看出：随着面密度增大，试样的透气率均减小，这是因为非织造布的透气性由纤维间的孔隙决定，而孔隙的大小和数量与面密度呈负相关，如果面密度增加，厚度就增加，那么意味着纤维的孔隙率小，透气率小；
经PE淋膜后，PP纺黏非织造布的透气率变差，这是因为淋膜非织造布被上层PE膜阻隔，PE是非极性高聚物,透气性极差，能够有效地防止气体通过。防气体透过性对提高密封性有着重要作用，能保证材料长期贮存。
表5 非织造布试样的透气率和透湿量Tab.5 Air permeability and moisture permeability of nonwoven samples
一般水蒸气穿过织物有三种方式：一是通过纤维的吸湿，二是纤维的毛细管作用，三是通过纤维间的孔隙。PP纺黏复合非织造布主要通过纤维间的孔隙进行透湿。从表5还可以看出：经PE淋膜后，PP纺黏非织造布的透湿量明显降低；
随着面密度的增大，PP/PE医用淋膜非织造布的透湿量略有降低，但相差不大，这是因为面密度增大，单位面积内的纤维根数也增加，纤维间的缠结更加紧密，孔隙减少，因此透湿量降低。
2.5 拒水性
当水接触角为锐角时，表明非织造布润湿性比较好，拒水性比较差，会有芯吸现象发生，当水接触角为钝角时，情况则恰恰相反。从表6可以看出：4种试样水接触角均大于90°，说明4种试样都属于拒水性材料；
经PE淋膜后，PP纺黏非织造布的水接触角提高，这是因为淋膜非织造布的表面为PE薄膜，属于疏水膜，其孔径极小，所以亲水性很差，适用于生产一次性卫生用品及防水防渗透产品。
表6 非织造布试样的水接触角Tab.6 Water contact angle of nonwoven samples
2.6 热稳定性
从表7可以看出：测试温度为100 ℃时，PP纺黏非织布的Hs为1%，而PP/PE医用淋膜非织造布的尺寸则未发生变化，这是因为经PE淋膜后，PP纺黏非织布进一步加固，需要更多的热量与能量才能破坏纤维之间的作用，使得非织造布发生热收缩，所以淋膜非织造布的热稳定性和耐高温性更好。
表7 非织造布试样的热收缩率Tab.7 Thermal shrinkage of nonwoven samples
a.与PP纺黏非织造布相比，经PE淋膜的PP纺黏非织造布中纤维周围可观察到许多微小气泡，面密度、厚度、断裂强力、顶破强力、耐磨性、Hs增大，撕破强力、透气率、透湿量减小。
b.PP/PE医用淋膜非织造布的面密度和厚度与其断裂强力、顶破强力、撕破强力、耐磨性、Hs正相关，与其透气性、透湿性负相关。
c.PP/PE医用淋膜非织造布疏水、阻气，是医用一次性防护服材料的适宜选择。
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