CN109355802A

CN109355802A - 一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109355802A
Application number: CN201811146971.1A
Authority: CN
Inventors: 赵博
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2019-02-19

Abstract

本发明公开了一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料及其制备方法，硬质棉非织造材料包括重量百分比的原料：微孔聚酯纤维20‑45%、阻燃中空涤纶短纤维10‑30%、椰炭涤纶纤维20‑40%、Poral中空纤维10‑15%、PP/PE热熔短纤维8‑15%。本发明是一种新型环保材料，而且还是一种新颖的功能型非织造布，它具有良好的阻燃性、使用寿命长、可回收、弹性回复性好、硬挺、丰满、无毒、防螨、防霉、无污染、透气性好、耐水洗、无粉尘、不掉毛等，生产过程中不添加任何化学试剂或粘合剂，属于原生态、健康、洁净、绿色环保材料，是一种高弹性的非织造新型环保材料，发挥着独特的优势，可以广泛代替海绵运用于各个领域。

Description

一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能型非织造布领域，具体涉及一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料及其制备方法。

背景技术

海绵存在容易燃烧、易分解为粉状、不可循环利用等缺点，在运输和使用过程中不仅有安全隐患，而且造成极大的环境污染，高弹阻燃抗菌性硬质棉弥补了这样的缺点，具有良好的阻燃性、使用寿命长、可回收、弹性回复性好、硬挺、丰满、无毒、防螨、防霉、无污染、透气性好、耐水洗、无粉尘、不掉毛等，生产过程中不添加任何化学试剂或粘合剂，属于原生态、健康、洁净、绿色环保材料，是一种高弹性的非织造新型环保材料，发挥着独特的优势，可以广泛代替海绵运用于各个领域。

高弹阻燃抗菌性硬质棉是海绵的更新换代产品，是高档床垫、坐垫、沙发垫、汽车垫等用品的理想材料，广泛用于床上用品、服装辅料、榻榻米等。

微孔聚酯纤维是一种新型环保聚酯纤维，在生产过程中没有添加有好化学成分，对身体无害，功能性是自然的和永久性的，它具有微孔效应，属于功能性纤维，既具有了良好透湿、透气、保暖等特性，又具有良好的中空性。微孔聚酯纤维具有芯吸作用，吸湿效果好，去污性强，容易洗涤，回弹性好，触感干爽，保形性好，快干性好，比表面积大，微孔效应使纤维比表面积显著增加，大大加强了纤维的保暖性、弹性回复性好、硬挺、丰满性能等。

阻燃中空涤纶短纤维具有蓬松性、中空结构，因中空涤纶纤维中间有空腔，故纤维体现出质轻、蓬松、覆盖性好、隔热保温性的特点。

椰炭纤维即椰炭聚酯纤维，椰子是我国南方热带地区的重要树种之一，当椰子的果肉和椰汁被取走加工为食品后，硕大的椰壳废弃将给环境治理带来不小的压力。将废弃的椰壳回收，可使它变废为宝，通过浸泡、敲打、除杂、晾晒，最终提取椰壳的纤维质，将椰壳纤维质加热至1200℃，生成活性炭，再与聚酯混合制成椰炭母粒，并以聚酯为载体稀释，最终制成椰炭纤维。椰炭纤维已成为环保保健类纤维家庭的新成员。椰炭纤维富含各种矿物质，对人体具有活化细胞、净化血液、消除疲劳、改善过敏体质等保健作用。且具有消臭、发射远红外线、吸湿透气、干爽等效果，给人一种温馨舒适的感觉。椰炭纤维中的椰炭形成一种多孔渗水的表面，能快速大量吸收人体皮肤和湿气并迅速的挥发，保证人体皮肤表面和服装内层的干爽透气，适合开发功能性家用纺织品等，可以预防潮湿环境下细菌滋生面引发皮肤病。椰炭纤维优良的抗菌、抑菌、杀菌、吸附、除味、释放负离子和远红外等功能，特别适合开发新功能性家用纺织品。

Poral中空纤维是一种新型贴身亲肤纤维，结合了棉纤维和毛纤维的优点，属于一种低强低伸高性能纤维，非规则中空纤维，表面不光滑，横向截面为椭圆形或腰圆形，内由空腔，具有吸湿、导湿快干、抗起球、柔软蓬松、亲水性好、隔热性好、柔软轻盈、触感舒适、自然卷曲的特点，加工的产品蓬松性好，保暖性好，轻薄舒适，导湿透湿性好，具有自动调湿解室热平衡的功能，可增加人体的干爽舒适性。但因Poral中空纤维刚性差，可纺性差，在纺纱过程中，易出现缠绕和静电现象严重，成网成条有一定难度，生产前要对原料进行给湿处理和抗静电处理。

PP/PE热熔短纤维为并列型，熔点130/160℃。温度要适中，不能过低或过高，要高于熔点温度，含量控制在5~25%，过小不起粘合作用，过大会影响手感等。

发明内容

本发明提出了一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料及其制备方法，高弹阻燃抗菌性硬质棉具有和海绵一样的用途，却有着海绵无法比拟的优点，它可以代替海绵，海绵存在易污染、易碎、易分解为粉末、不可循环利用等缺点，在运输和使用过程中不仅有安全隐患，而且容易造成极大的污染环境、新研发的高弹阻燃抗菌性硬质棉高弹力环保材料，具有阻燃性、无明火、寿命长、可回收利用、环保等，是一种有高回弹性的非织造新型环保材料，它可以用于代替海绵等，广泛运用于各个领域。

实现本发明的技术方案是：一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料，硬质棉非织造材料包括重量百分比的原料：微孔聚酯纤维20-45%、阻燃中空涤纶短纤维10-30%、椰炭涤纶纤维20-40%、Poral中空纤维10-15%、PP/PE热熔短纤维8-15%。

所述硬质棉非织造材料的性能指标是：实际定量100~600g/m²，平均厚度1.52~7.02mm，纵向强力71.5~484.0 N，横向强力192.0~615.0N，阻燃性燃烧时间0~5秒，透气率654.9~1943.7mm·s^-1，透湿量456.9~1345.8g/ m²·d，孔隙率34.2~93.7%，面积收缩率0.001~0.065%，热阻0.0576~0.1954m².K/W，热导率0.353~0.868W/m.K，克罗值0.348~0.882CLO，保温率40.3~95.7%，压缩硬度50.5~169.6N，回弹率53.5~179.3 %，延伸率112.2~198.8 %。

所述的微孔聚酯纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00mm，干态断裂强度5.03~5.72cN/dtex，干态断裂伸长率23.6~37.8%，质量比电阻lg(Ω.g/cm²)为8.3~9.4，回潮率0.138~0.151%，它可由市场上购得。

所述的阻燃中空涤纶短纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00mm；所述的椰炭涤纶纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00mm，干态断裂强度3.72~4.27cN/dtex，干态断裂伸长率24.3~29.3%，质量比电阻lg(Ω.g/cm²) 为8.2~9.1，回潮率0.39~0.55%，椰炭纤维可由市场上购得。

所述的Poral中空纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00~51.00mm，干态断裂强度3.43~4.23cN/dtex，干态断裂伸长率24.4~28.9%，质量比电阻lg(Ω.g/cm²)为 8.4~9.3，回潮率0.46~0.53%，中空率18.7~28.5%，卷曲数13.1~19.8个/25mm，它可由市场上购得。

所述的PP/PE热熔短纤维为并列型，熔点130/160℃，含量控制在5~25%。

所述的高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料的制备方法，步骤如下：

（1）将微孔聚酯纤维、阻燃中空涤纶短纤维、椰炭涤纶纤维、Poral中空纤维、PP/PE热熔短纤维加工成纤维网，工艺流程如下：开包机→开松机→给棉机→气压棉箱→梳理机→成型机→烘箱→修边卷取机；

（2）将步骤（1）得到的纤维网采用热风法烘箱加工，使用热熔粘合法设备和生产工艺加工制成硬质棉非织造材料。

一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料的制备方法，包括以下几个步骤，下面将进一步阐述如下：

制备的工艺流程：选取原料→确定混合比例和称取重量→加工高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料→性能测试分析。

1）高弹阻燃抗菌性硬质棉的生产工艺流程如下：

开包机→开松机→给棉机→气压棉箱→梳理机→成型机→烘箱→修边卷取机

2）加工高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料的关键技术如下：

第一步，将原料进行开松、混合等，先通过均匀混合，然后喂入开松机→梳理机。

电子称重开包机采用FL-K10-100型、FL-K10-150型，它由电子秤秤量进行配比，按照程序控制，将纤维均匀平铺在喂棉帘上。适合于加工各种捆包纤维，初步打松后定量喂入。给棉量30~600公斤/小时，工作幅宽1000~1500mmm，开斗次数1~4次/分钟，称重0.3~2kg/斗,它具有定量配比准确、自动控制、操作简单、维护方便等优点。

开松机是将各种捆包纤维均匀开松，并经过风机输入到下道工序，预开松机采用刀片式开松，可减少纤维损伤；主开松机采用梳针钉板开松，开松效率较高，质量好。

给棉机是将精开松后行为进一步开松混合，不输送到下一道工序。采用光电定量控制，确保模量正确均匀。转速240r/min。

气压棉箱为FLJ-C型，将开松、除杂和混合后的纤维均匀地喂给梳理机。配套梳理机的高要求喂棉设备，适合0.7~6旦，长度25~75mm，本机采用上下棉箱结构，变频控制内置风机，高精度上下棉箱压力检测，气压式横向调节结构，由自调匀整信号控制输棉罗拉，使输出筵棉更加均匀。

第二步，梳理工序的工艺参数和关键技术：梳理机是将纤维充分开松或混合后，梳理成均匀棉网，供下道工序使用。梳理机的锡林、工作辊及道夫均有变频调速装置，并安装精梳检测装置。工作辊、分数滚等均配有四只轴承，大大提高了平衡性，梳理机各滚筒经过动平衡处理后，群机器运转平稳，棉网平稳，质量显著提高。

合理选择金属针布，对纤维具有良好的穿刺、分梳和握持力，防止纤维下沉，减少针布间充塞；合理选择隔距，加强纤维凝聚与和转移；优选梳理速度和速比，确保梳理质量。

梳理机的工艺参数：出网速度40.0~93.0m/min，出网定量10.0~65.0g/m²，喂入罗拉速度18.0~80.0r/min，道夫速度70.0~123.0r/min，出网速度24.0~88.0m/min，喂入速度2.35~3.20m/min，工作辊速度53.0~92.0r/min，锡林~工作辊隔距21.0~29.0mm，锡林~剥棉辊隔距21.0~29.0mm，锡林~道夫隔距13.0~17.0 mm，道夫~杂乱辊隔距11.0~15.0mm。

第三步，采用热风粘合设备烘箱，加工高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，该工序的工艺参数和关键技术：

在热风粘合生产过程中，由于热空气是主要的载体，当热空气穿透纤维网时，要把热量迅速地传递到给纤维，因此要合理掌握烘箱中热风流动的速度。风量和风压等，提高纤维网的整体质量，提高纤网的均匀度和改善内在结构。加热要均匀迅速，严格控制烘箱的温度等，烘箱温度应高于热熔纤维的熔点，各处的温度差值在控制±1.5℃之内，以保证纤维各处的受热均匀、稳定、差异小等。对于有加压需要的产品，在加压后方可进行加压冷却。

一般情况下，热风的温度要高于热粘合纤维PE/PP纤维5~16℃，本系列产品为145~165℃，风速0.45~0.82m/s。

第四步，高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料的性能测试。

本发明的有益效果是：本发明是一种新型环保材料，而且还是一种新颖的功能型非织造布，它具有良好的阻燃性、使用寿命长、可回收、弹性回复性好、硬挺、丰满、无毒、防螨、防霉、无污染、透气性好、耐水洗、无粉尘、不掉毛等，生产过程中不添加任何化学试剂或粘合剂，属于原生态、健康、洁净、绿色环保材料，是一种高弹性的非织造新型环保材料，发挥着独特的优势，可以广泛代替海绵运用于各个领域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维的重量含量占23%，椰炭涤纶纤维的重量含量占27%，Poral中空纤维的重量含量占27%，阻燃中空涤纶短纤维的重量含量占15%，PP/PE热熔短纤维的重量含量占8%。实际定量230g/m²，平均厚度2.31mm，纵向强力296.4 N，横向强力332.9 N，阻燃性燃烧时间2.15秒，透气率1204.9mm·s^-1，透湿量996.8g/ m²·d，孔隙率62.2%，面积收缩率0.012%，热阻0.0696m².K/W，热导率0.609W/m.K，克罗值0.490 CLO，保温率81.3%，压缩硬度60.5N，回弹率90.3 %，延伸率132.7 %。

实施例2

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维的重量含量占20%，椰炭涤纶纤维的重量含量占20%，Poral中空纤维的重量含量占40%，阻燃中空涤纶短纤维的重量含量占10%， PP/PE热熔短纤维的重量含量占10%。实际定量290g/m²，平均厚度2.91mm，纵向强力315.5 N，横向强力355.0N，阻燃性燃烧时间2.55秒，透气率1294.97mm·s^-1，透湿量1106.1 g/ m²·d，孔隙率74.2%，面积收缩率0.015%，热阻0.08754m².K/W，热导率0.628W/m.K，克罗值0.498CLO，保温率82.3%，压缩硬度89. 6N，回弹率113.9 %，延伸率142.0 %。

实施例3

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维的重量含量占30%，椰炭涤纶纤维的重量含量占11%，Poral中空纤维的重量含量占40%，阻燃中空涤纶短纤维的重量含量占9%， PP/PE热熔短纤维的重量含量占10%。实际定量340g/m²，平均厚度3.43mm，纵向强力322.9 N，横向强力385.7N，阻燃性燃烧时间2.87秒，透气率1598.27mm·s^-1，透湿量1346.7 g/ m²·d，孔隙率87.2%，面积收缩率0.022%，热阻0.1454m².K/W，热导率0.692W/m.K，克罗值0.718CLO，保温率89.1%，压缩硬度134. 6N，回弹率133.5 %，延伸率162.0 %。

实施例4

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维的重量含量占45%，椰炭涤纶纤维的重量含量占10%，Poral中空纤维的重量含量占20%，阻燃中空涤纶短纤维的重量含量占11%， PP/PE热熔短纤维的重量含量占13%。实际定量400g/m²，平均厚度4.03mm，纵向强力391.9 N，横向强力472.6 N，阻燃性燃烧时间3.18秒，透气率1424.1 mm·s^-1，透湿量1246.`g/ m²·d，孔隙率80. 7%，面积收缩率0.019%，热阻0.1074m².K/W，热导率0.658W/m.K，克罗值0.548CLO，保温率85.0 %，压缩硬度150.1 N，回弹率141.5%，延伸率162.7 %。

实施例5

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维的重量含量占20%，椰炭涤纶纤维的重量含量占25%，Poral中空纤维的重量含量占25%，阻燃中空涤纶短纤维的重量含量占15.5%，PP/PE热熔短纤维的重量含量占14.5%。实际定量450g/m²，平均厚度4.52mm，纵向强力476.4 N，横向强力572.9 N，阻燃性燃烧时间4.12秒，透气率1504.9mm·s^-1，透湿1126. 8g/ m²·d，孔隙率59.2%，面积收缩率0.016%，热阻0.0681m².K/W，热导率0.589W/m.K，克罗值0.476 CLO，保温率79.3%，压缩硬度159.5N，回弹率157.3 %，延伸率170.1 %。

实施例6

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维15%、阻燃中空涤纶短纤维30%、椰炭涤纶纤维30%、Poral中空纤维10%、PP/PE热熔短纤维15%。

所述硬质棉非织造材料的性能指标是：实际定量100g/m²，平均厚度1.52mm，纵向强力71.5 N，横向强力192.0N，阻燃性燃烧时间0秒，透气率654.9mm·s^-1，透湿量456.9g/m²·d，孔隙率34.2%，面积收缩率0.0015%，热阻0.0576m².K/W，热导率0.353W/m.K，克罗值0.348CLO，保温率40.3%，压缩硬度50.5N，回弹率53.5 %，延伸率112.2%。

主要工艺参数为：

梳理机的工艺参数：出网速度40.0m/min，出网定量10.0g/m²，喂入罗拉速度18.0r/min，道夫速度70.0r/min，出网速度24.0m/min，喂入速度2.35m/min，工作辊速度53.0r/min，锡林~工作辊隔距21.0mm，锡林~剥棉辊隔距21.0mm，锡林~道夫隔距13.0mm，道夫~杂乱辊隔距11.0mm。

所述热风法的温度为145℃，风速0.45m/s。

实施例7

利用以上工艺流程、设备和技术措施等，开发了高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造新型环保材料，其中，它是由下述重量配比的原料制成的：微孔聚酯纤维20%、阻燃中空涤纶短纤维15%、椰炭涤纶纤维35%、Poral中空纤维15%、PP/PE热熔短纤维15%。

所述硬质棉非织造材料的性能指标是：实际定量500g/m²，平均厚度5.0mm，纵向强力300 N，横向强力300N，阻燃性燃烧时间3秒，透气率1200mm·s^-1，透湿量1000g/ m²·d，孔隙率55%，面积收缩率0.003%，热阻0.08m².K/W，热导率0.5W/m.K，克罗值0.5CLO，保温率65%，压缩硬度120N，回弹率120 %，延伸率150 %。

主要工艺参数为：

梳理机的工艺参数：出网速度65m/min，出网定量55g/m²，喂入罗拉速度60r/min，道夫速度100r/min，出网速度60m/min，喂入速度2.8m/min，工作辊速度65r/min，锡林~工作辊隔距25mm，锡林~剥棉辊隔距25mm，锡林~道夫隔距15.0 mm，道夫~杂乱辊隔距13mm。

所述热风法的温度为150℃，风速0.55m/s。

实施例8

所述硬质棉非织造材料的性能指标是：实际定量600g/m²，平均厚度7.02mm，纵向强力484.0 N，横向强力615.0N，阻燃性燃烧时间5秒，透气率1943.7mm·s^-1，透湿量1345.8g/ m²·d，孔隙率93.7%，面积收缩率0.065%，热阻0.1954m².K/W，热导率0.868W/m.K，克罗值0.882CLO，保温率95.7%，压缩硬度169.6N，回弹率179.3 %，延伸率198.8 %。

主要工艺参数为：

梳理机的工艺参数：出网速度93.0m/min，出网定量65.0g/m²，喂入罗拉速度80.0r/min，道夫速度123.0r/min，出网速度88.0m/min，喂入速度3.20m/min，工作辊速度92.0r/min，锡林~工作辊隔距29.0mm，锡林~剥棉辊隔距29.0mm，锡林~道夫隔距17.0 mm，道夫~杂乱辊隔距15.0mm。

所述热风法的温度为165℃，风速0.82m/s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料，其特征在于，硬质棉非织造材料包括重量百分比的原料：微孔聚酯纤维20-45%、阻燃中空涤纶短纤维10-30%、椰炭涤纶纤维20-40%、Poral中空纤维10-15%、PP/PE热熔短纤维8-15%。

2.根据权利要求1所述的高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料，其特征在于，所述硬质棉非织造材料的性能指标是：实际定量100~600g/m²，平均厚度1.52~7.02mm，纵向强力71.5~484.0 N，横向强力192.0~615.0N，阻燃性燃烧时间0~5秒，透气率654.9~1943.7mm·s^-1，透湿量456.9~1345.8g/ m²·d，孔隙率34.2~93.7%，面积收缩率0.001~0.065%，热阻0.0576~0.1954m².K/W，热导率0.353~0.868W/m.K，克罗值0.348~0.882CLO，保温率40.3~95.7%，压缩硬度50.5~169.6N，回弹率53.5~179.3 %，延伸率112.2~198.8 %。

3.根据权利要求1所述的高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料，其特征在于，所述的微孔聚酯纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00mm；所述的阻燃中空涤纶短纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00mm；所述的椰炭涤纶纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00mm；所述的Poral中空纤维的物理指标：单纤维线密度2.2~4.4dtex，长度38.00~51.00mm；所述的PP/PE热熔短纤维为并列型，熔点130/160℃，含量控制在5~25%。

4.权利要求1-3任一项所述的高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

5.根据权利要求4所述的高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料的制备方法，其特征在于，所述梳理机的工艺参数：出网速度40.0~93.0m/min，出网定量10.0~65.0g/m²，喂入罗拉速度18.0~80.0r/min，道夫速度70.0~123.0r/min，出网速度24.0~88.0m/min，喂入速度2.35~3.20m/min，工作辊速度53.0~92.0r/min，锡林~工作辊隔距21.0~29.0mm，锡林~剥棉辊隔距21.0~29.0mm，锡林~道夫隔距13.0~17.0 mm，道夫~杂乱辊隔距11.0~15.0mm。

6.根据权利要求4所述的高弹阻燃抗菌性硬质棉非织造材料的制备方法，其特征在于，所述热风法的温度为145~165℃，风速0.45~0.82m/s。