葛 彧，丁志榮，初麗輝

(南通大學(xué)，江蘇 南通 226019)

超吸水纖維非織造材料是以超吸水纖維(SAF)作為吸收體的主要成分，其對液態(tài)水有超強的吸收能力，一般應(yīng)用于嬰兒尿不濕、紙尿褲、手術(shù)布、醫(yī)用敷料等[1-3]。研究液體在超吸水纖維非織造材料中的擴散過程，可以更好地了解液體/纖維的相互作用[4]，對于開發(fā)性能優(yōu)異的高吸液非織造產(chǎn)品和現(xiàn)有產(chǎn)品的性能改進有重要的理論意義。

本文利用自制的動態(tài)導(dǎo)濕測試裝置對非織造材料的導(dǎo)濕性能進行了研究，定量表征了液態(tài)水在超吸水纖維非織造材料樣品中的擴散，直接分析對比了不同樣品的導(dǎo)濕性能，探討了影響超吸水纖維非織造材料導(dǎo)濕性能的主要因素。

1 實驗

1.1 樣品的制備

采用SAF及粘膠纖維為原料，分別經(jīng)過混合、開松、梳理、鋪網(wǎng)、預(yù)針刺、針刺等工藝流程，主要分析超吸水纖維含量和針刺速度對導(dǎo)濕性能的影響。樣品工藝參數(shù)見表1。

面對國際市場上發(fā)達國家和發(fā)展中國家的雙重競爭，面對國內(nèi)市場上原材料成本上漲、勞動力成本上升的局面，紡織企業(yè)唯有創(chuàng)新，才能解決當(dāng)前的困境，才能適應(yīng)激烈的市場競爭，實現(xiàn)企業(yè)自身的發(fā)展。唯有創(chuàng)新，才能實現(xiàn)我國從“紡織大國”邁向“紡織強國”之路。

表1 樣品工藝參數(shù)

1.2 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。裝置置于恒定光源下，將10 cm×10 cm的樣品放置在樣品平臺上，利用滴管控制液體流速為3 mL/min(在滴液中加入部分顏料，使得液體在樣品上的位置易于觀察[5])，高清攝像機記錄下導(dǎo)濕過程。樣品導(dǎo)濕過程的視頻直接傳送到電腦上，運用視頻編輯軟件進行截圖，借助MALAB編制程序，對圖像進行處理，得到導(dǎo)濕面積-時間曲線。

1.3 圖像處理

水?dāng)U散面積是需要提取的主要數(shù)據(jù)，也是描述超吸水纖維非織造材料導(dǎo)濕性能的重要參數(shù)。通過圖像處理從圖像中直接獲取水跡的面積見圖2，水潤濕非織造材料后，潤濕區(qū)域與未潤濕區(qū)域的圖像在灰度值上發(fā)生較為明顯的變化[6]，在圖像處理時應(yīng)先用灰度拉伸技術(shù)進行灰度增強，使擴散水跡部分與背景區(qū)域的對比度增強，然后運用Otsu法選取閾值進行圖像二值化[7]，以獲得水?dāng)U散面積(見圖3)。通過程序繪制導(dǎo)濕面積—時間曲線，顯示水在樣品表面擴散的情況，其峰值表示了水?dāng)U散的最大范圍，峰值越大意味著導(dǎo)濕性能越好，從而分析水在超吸水纖維非織造材料中導(dǎo)濕的各個階段的變化規(guī)律[8]。

圖2 導(dǎo)濕面積原圖 圖3 二值化后的導(dǎo)濕面積圖像

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 針刺速度對導(dǎo)濕性能的影響

在超吸水纖維含量相同的情況下，分析針刺速度對導(dǎo)濕性能的影響。由圖4可以觀察到，初期樣品的導(dǎo)濕面積都快速增長，之后樣品導(dǎo)濕面積的上升速度減慢，直至停止。這是因為：起初SAF纖維的超強吸水性能對其非織造材料早期的導(dǎo)濕性能有很大的促進作用；隨著SAF纖維的吸水能力逐漸飽和，并由于其強大的鎖水能力，使得已被吸收的水分子不容易逃逸出來，抑制了非織造材料的導(dǎo)濕性能。此外，隨著針刺速度的增加，樣品的導(dǎo)濕面積增加。由公式(1)和(2)可知，較大較多的孔隙，有較高的運輸流量和較高的運輸速度，水主要沿著非織造材料中比較松散的部分?jǐn)U散，擴散速度較快[9]。

圖4 針刺速度不同的超吸水纖維非織造

圖5 SAF含量不同的超吸水纖維非織造

(1)

(2)

式中:Q——流體的體積流量(m3/s)；

t——時間(s)；

η——液體粘度；

θ——固液接觸角；

θLG——液氣界面張力(N/m)；

r——毛細管當(dāng)量半徑(m)；

V——流體的線速度(m/s)。

針刺超吸水纖維非織造布孔徑分布分散程度高，針刺加工形成的微孔較大，大孔徑的孔隙多，有很高的孔隙率，微孔為液體傳遞提供了導(dǎo)濕通道，導(dǎo)致吸液倍率高，存在于纖維間毛細孔隙中吸收的游離液體越多，擴散速度越快[10]。因此，在其他參數(shù)相同的情況下，非織造材料的導(dǎo)濕性能與針刺速度呈正相關(guān)的關(guān)系。

馬克思基于對“現(xiàn)實的人”的思考，通過對“現(xiàn)實的人”的本質(zhì)的揭示，確立了關(guān)于人的解放的理論。“現(xiàn)實的人”是馬克思人的解放理論的邏輯起點。我們只有通過厘清“現(xiàn)實的人”的科學(xué)內(nèi)涵，才能從整體上把握馬克思人的解放理論。

2.2 超吸水纖維含量對導(dǎo)濕性能的影響

從圖5可以看到，SAF含量不同的超吸水纖維非織造材料的導(dǎo)濕過程大概可以分為三個階段。第一階段，3種樣品的導(dǎo)濕曲線幾乎重合，這是因為液態(tài)水滴開始注入非織造材料時的很短時間內(nèi)，水滴剛接觸三種樣品后的初始狀態(tài)是幾乎相同的。第二階段，三種樣品的導(dǎo)濕面積隨時間延長均持續(xù)上升，在初期SAF含量與導(dǎo)濕性能兩者呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，之后曲線分布規(guī)律為：4#樣品>6#樣品>5#樣品。從理論上說，SAF含量越高，樣品的單位面積吸水性能越好，最后形成導(dǎo)濕的面積也就越小。而實驗中卻發(fā)生了SAF含量20%的樣品吸濕面積低于30%的現(xiàn)象。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是：首先，超吸水纖維非織造布吸收水時，一部分的水分子與SAF內(nèi)部的離子網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及大量親水性基團迅速結(jié)合形成直接吸收水[11]，另一部分水則通過毛細效應(yīng)被吸收在纖維與纖維之間孔隙內(nèi)。在水分充足的情況下，這個過程是不間斷的，因而三種樣品的曲線均保持持續(xù)增長。其次，SAF纖維吸水后會溶脹呈凝膠狀，吸液能力下降，并使得纖維之間的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙變小，毛細管數(shù)目減少，毛細管的連續(xù)性被破壞，同時這也間接減小了非織造材料中水的體積流量和水的流動速度[12]。故6#樣品雖然SAF含量達到30%，卻遠高于4#和5#樣品。但其吸水后形成了大量的凝膠，反而阻礙了它的吸水性能，不及SAF含量20%的5#樣品。第三階段，三條曲線的吸濕面積變化較小，逐漸趨于平衡。由于SAF與水結(jié)合得比較穩(wěn)定，導(dǎo)濕能力下降，水沿其毛細管傳輸速度逐漸減小甚至趨于不變，水滴的擴散逐漸趨于平衡。此時樣品吸水量達到飽和，再繼續(xù)注入水滴，樣品發(fā)生回滲現(xiàn)象的可能性增大。對于高吸液非織造材料，飽和時間決定著產(chǎn)品吸液性能的優(yōu)劣和產(chǎn)品的應(yīng)用價值。

2.3 厚度對導(dǎo)濕性能的影響(見圖6)

從圖6可以觀察到，超吸水纖維非織造材料的導(dǎo)濕性能與厚度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，非織造材料的容水力主要受厚度影響，厚度越大非織造材料的容水能力也就越強，水滴在表面?zhèn)鬟f相同面積所消耗的水分也就越多，最后形成導(dǎo)濕的面積也就越小[13-16]。此外超吸水纖維具有極強的吸水性能，因此，在其他參數(shù)一定的情況下，厚度越大，超吸水纖維非織造材料表現(xiàn)的吸水性就越強，導(dǎo)濕性能也就越差。

圖6 厚度不同的超吸水纖維非織造

3 結(jié) 論

3.1在其他參數(shù)相同的情況下，非織造材料的導(dǎo)濕性能與針刺速度呈正相關(guān)關(guān)系。

3.2SAF含量是影響超吸水纖維非織造材料導(dǎo)濕性能的重要因素，在初期兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但之后由于SAF纖維吸水膨脹，SAF含量過高的超吸水纖維非織造材料的吸水性能下降，導(dǎo)濕面積增大。

3.3控制其他參數(shù)一定，超吸水纖維非織造材料的導(dǎo)濕性能與厚度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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