非织造布用棉的技术手册
www.cottoninc.com
关于棉花/ 我们的目标 市場新聞 全球产品营销 研究 采购

非织造布 非织造布

非织造布用棉的技术手册

前言
本文为有兴趣生产棉花产品的非织造布生产商提供一些有用的技术信息。非织造产品领域中的棉花产品通常都是高吸水产品或个人护理产品。在纤维选择、机械清棉、漂白以及纤维后处理方面一些根本性的技术提高使得非织造生产商可以商业化生产棉制非织造卷装产品。棉花是消费者选择的纤维,目前其在美国服装和家纺包括地毯的纤维市场中的份额是56%。一些独立的消费行为调查结果表明,大多数消费者在购买个人护理用品时都倾向于棉产品而非化纤产品。

I. 介绍

美国棉花公司非常愿意通过本手册为大家提供棉花在非织造产品方面的技术信息。本手册也是应许多需要这方面信息的要求而撰写的。简单来讲,本手册将谈及以下主题:

  • 美国棉花的生产
  • 棉花的物理特性
  • 棉花的物理特性
  • 纤维素化学和纤维形态学
  • 棉非织造产品的生产方法

美国棉花公司作为为美国棉花生产商服务的公司,愿意为在非织造产品的开发、生产和营销方面有兴趣的公司提供帮助。我们的服务包括市场调查、技术研究、产品开发及实施,以及市场推广。在以上的各个服务领域我们将有更多的信息提供给大家。


II. 棉花生长及收成

棉花是生长在温带的木本多年生灌木,通常为一年一种。因为棉花可以在不同环境中生长,所以棉农可以从各种不同品种的棉种中选择在不同生长环境和文化条件下产量最高的品种。棉种种植下去以后,植物就开始生长发育,在这期间,棉花要预防病虫害和杂草的侵扰。开花后,棉纤维(棉绒)经过三个周期长成棉桃。第一个周期是伸长期,这段时间棉纤维的初生胞壁伴随着一个大液泡生长(0-27天)。在第二个时期(15-55天)初生胞壁内的原生质逐渐发生同心收缩,纤维素物质沉积下来形成次生胞壁。到了第三阶段棉桃开始成熟,次生胞壁逐渐成为纤维细胞的主要组成部分,留下存留有细胞质和液泡的小空隙称为中腔。当棉桃裂开时,纤维迅速干燥,管状细胞沿长度方向收缩形成一种带状扭曲,称为天然卷曲。收获前植物会落叶,大量的树叶落掉有利于减少机械采摘时的障碍。美国棉花大约85%是棉朵机械采摘,其他15%主要生长在得克萨斯州和俄克拉荷马州,主要是平头切割机械采摘。

摘棉机从裂开的棉桃中摘取棉花,把没有裂开的棉桃和空棉桃留在树上。机器上一个旋转的转头把纤维从棉桃中抓取出来。棉桃机械采摘机是把整个植物上裂开和未裂开的棉桃都摘下来。从树上摘下来的棉纤维中还含有棉籽,因此称为籽棉。收棉后籽棉就被送到轧花厂。

III. 轧花

轧花从严格意义上讲就是把棉纤维从棉籽上分离下来,这个过程是埃里惠特尼1794年发明的加工方法。但当今的轧花技术则能够完成更多功能。为了能够把机器采摘下来的棉花加工成可以卖的商品,在轧花的过程中需要把籽棉烘干并清杂(去除植物碎屑和田间杂草),然后把纤维从棉籽上分离下来,并进一步清理纤维,最后把纤维打包成适当的包装以保护纤维的品质。美国陆地棉采用锯齿轧棉,这种方法不同于美国皮马棉所采用的罗拉轧棉。锯齿轧棉的生产率最高可达每小时12(480磅)。锯齿轧棉机利用锡林辊四周的锯齿把纤维从棉籽上剥除下来。在美国棉花生产区大约有1600个轧花厂。美国的罗拉轧棉厂主要分布在西得克萨斯、新墨西哥、亚利桑那和加利福尼亚等出产皮马棉的地区。

棉花经轧花后就被压缩包装成棉包。这一阶段的棉花称为原棉。从每一个棉包的两侧取样,然后送到美国农业部分级。然而,轧棉后事实上可以产生两种有价值的产品原棉和棉籽。棉籽上还留有轧花时未除干净的短纤维(称为棉短绒)。在轧花厂除去的棉籽被运到棉籽油工厂。在棉籽油工厂棉短绒在剥绒机上从棉籽上剥除,原理与锯齿轧花一样。棉籽在剥绒机上处理过一次,这样产生的短绒被称为工厂棉短绒。大多数工厂把棉籽处理两遍,这样产生第一道短绒和第二道短绒。第一道短绒含有很多较长的弹性较好的纤维,可用于生产非织造产品。第二道短绒由短纤维组成,可用于生产高质量的证券纸或作为化工行业的纤维素来源。去除短绒后,棉籽的剩余物可以作为食物、牲口饲料、肥料或植物的覆盖物等的原料。

轧花的另一种副产物是碎屑。这些碎屑是在轧棉不同过程中剥除的一些附在纤维上的小的不成熟的棉籽。碎屑上的纤维可以通过剥绒机去除。这种纤维称为轧花废棉,可用于生产非织造布。


IV. 棉花分级

棉花分级是根据棉花的级别、手扯长度和马克隆尼值等来描述棉花品质的过程。在过去分级是用手和眼睛完成的。马克隆尼值是描述纤维细度的指标,用气流测试法测定。

棉花分级是棉花定价系统的基础,但在纺织品生产中对质量有更高的控制要求时则需要其他的测试方法。于是人们开发了测试更多纤维特性的仪器。这种仪器称为大容量测试仪(HVI),由Zellweger Uster公司生产。这种分级系统目前包括对纤维长度、强度、长度整齐度、马克隆尼值、叶屑和色泽的测定。从1991年起美国所有收成的棉花都采用HVI系统评定。

V. 棉花的物理特性

在非织造布生产中最常提及的棉花特性是马克隆尼值、长度和强度。

A. 马克隆尼值

马克隆尼值是一项气流测试结果,测试时把2.34克样品压缩后放入特定容量带孔的盒子里。强制通过的气流穿过样品时气流所受到的阻力与纤维的线密度是成比例的(以毫克/英寸表示)—美国陆地棉的马克隆尼值范围是2.0-6.5。因为旦数等于马克隆尼值除以2.82,所以陆地棉的细度范围是0.7-2.3旦。


B. 长度

棉纤维长度根据基因品种的不同而不同,有一个纤维长度的排列和长度分布(图1)。HVI测试报告中以上半部平均长度表征纤维长度,以一英寸的百分之几表示。短绒和梳落棉的长度小于0.5英寸。美国陆地棉通常的长度是0.9-1.2英寸。皮马棉可达1.6英寸。

图1. 纤维长度排列

C. 强度

纤维强度用HVI测试,夹住纤维两端的夹头间的距离为1/8英寸,测试结果以克/特表示。1特等于1000米长的纤维的重量。因而所测试的强度就是要拉断1特单位的一束纤维所需要的力。


D. 棉结

棉结往往会影响棉花的外观。棉结是由于机械加工过程产生的纠缠在一起的纤维团。棉结可以用AFIS棉结测试仪测试,以每0.5克棉花中含有的棉结数量和棉结平均直径的毫米数表示。加工中机器的正确装备和设置可以减少棉结的形成。

AFIS仪器现在可用于测试纤维长度、杂质含量和棉结数。这种仪器在测定漂白棉中少量残留杂质时非常有效。表I列出了AFIS-M测试得到的数据。

表 I. Zellweger Uster AFIS-M
  • 棉结
    • 数量/克
    • 直径,毫米
  • 长度分布(按重量和数目)
    • 长度,英寸,上四分位长度
    • 短纤维含量,%
  • 杂质
    • 数量/克
    • 平均尺寸,毫米
    • 杂质(大于500毫米),数量/克
    • 灰尘(小于500毫米),数量/克
    • 可见异性物质,%

另一种用于测定漂白棉花中非短绒物质含量的仪器是Zellweger Uster MDTA-3。测试时取10克纤维样品,把短绒分离出来,再测定非短绒物质中杂质的百分比(尺寸大于500毫米),灰尘的百分比(尺寸小于500毫米),和纤维碎片的百分比(表II)。这三种成分分别收集起来供目测评价用,


表 II. Zellweger Uster MDTA-3
  • 短绒,%
  • 杂质(尺寸大于500毫米),%
  • 灰尘(尺寸小于500毫米),%
  • 纤维碎片,%
VI. 原棉

原棉(轧花后的棉花)含有棉纤维和其他一些在轧花过程中除不掉的小的植物碎屑和田间杂草。这样的棉花表面有一层油脂和蜡质,使纤维具有疏水性。原棉适用于做对吸水性和外观要求不高的工业非织造产品。有些情况下用原棉做的织物可以以和其他机织布针织布相同的湿加工方法加工。


VII. 精炼和漂白

在对非织造产品的吸水性、白度和洁净度有要求时需要对棉花进行精炼和漂白。

已经商业化的精炼和漂白技术有两种:煮布锅式和连续式。两种工艺采用同样的化学反应可以达到相同的效果,但机械过程不同。图2是用于非织造产品的棉花漂白的操作流程示意图。

精炼是通过把棉纤维放在苛性钠(氢氧化钠)溶液中浸渍完成的。可以通过提高温度来加速化学反应。在精炼过程中天然的油脂和蜡质发生皂化(转变成皂),植物性杂质被软化,果胶物和其他非纤维素物质被分散以便水洗时去除。经过足够的时间完成精炼后,最后水洗彻底去除碱剂、皂化的蜡以及分散悬浮的物质。

接下来对纤维进行漂白。在漂白溶液中需要加入稳定化的氧化剂、过氧化氢或次氯酸盐,通过破坏纤维中的天然色素来漂白纤维。在美国对原棉纤维漂白普遍使用过氧化氢。纤维上的漂白溶液在高温下经过一定时间作用能够去除色素体,然后被水洗掉。过氧化氢漂白的棉花不含有二氧杂芴,因为纤维上不含木质素和氯。

经过精炼和漂白后纤维上所有的杂质已经被去除,棉纤维只留下纯净的纤维素纤维。如果处理得当,这样的纤维可用于药用棉。美国医药用品的要求见表III。


图 2. 棉花漂白过程


表 III. 美国药用纯棉品质要求
测试项目 规格
吸水性
沉降时间,秒
最多10秒
沉降测试中的保水性 原重的24倍
灰分残留 最多0.2%
水提取物 最多0.35%
醚提取物 最多0.70%

目前美国市场上的漂白棉都是经过煮布锅工艺加工的,在这种工艺中要利用高温高压进行处理。这种工艺需要特殊的开机装置。

美国棉花公司采用一种先进的漂白理论开发了一种连续漂白系统,并申请了多项专利。在第一条连续漂白生产线建立后,这种方法就发挥了其在提供优质漂白棉花并保证纤维良好蓬松度和不会受到外来沾污等方面的优势,随后英国Edward Hall有限公司注册了这项技术。这家公司用Luxicot这个名字来推广经连续工艺漂白的棉花。

美国棉花公司不断努力致力于提高漂白纤维品质以增加棉花在非织造产品市场中的份额。1990年,国际纸业下属Veratec天然纤维集团采用了美国棉花公司开棉的技术。Veratec公司利用这项技术生产他们的Easy Street超蓬松棉。这项改进的技术主要限于用在高级漂白棉,不大用于加工棉花下脚料和副产品。采用这种高级棉花的厂家一般都是非织造卷装产品的生产商。


VIII. LINTMASTER(TM)开棉/清棉机

美国棉花公司在提高用于非织造卷装产品的煮炼漂白棉方面做了许多工作,并开发了一种高级纤维开棉/清棉机。John D. Hollingsworth在公司建立了一台LINTMASTER(TM)开棉/清棉机,专用于加工煮炼漂白棉(图3)。这台机器不仅能开棉并除去非短绒类杂质,更能以300公斤/小时甚至更高的速度运转,不会增加棉结或明显造成纤维损伤。
图 3. LINTMASTER(TM)开棉/清棉机


A. 产量增加

为了减少纤维在高速运转的机器中的循环次数,剥棉罗拉被取掉,代之以新设计的气流剥棉系统以除去主锡林上的纤维。采用一个安全运行速度为1000rpm的钢制锡林可以提高生产速率。

B. 开棉

在主锡林周围有四个固定的梳棉盘,可用来开棉。如要增加梳棉强度,可在喂入罗拉下面再安装一个梳棉装置。(图 3, #18)

C. 清棉

LINTMASTERTM开棉/清棉机中主要用于清棉的装置包括一个运行速度可达1000rpm的特殊的主锡林和一个速度为1600rpm的喂入罗拉。机器很高的离心力使得大的杂质颗粒从罗拉上脱离去除。LINTMASTERTM开棉/清棉机利用这一原理将杂质按以下三种途径分离:

  • 在喂入罗拉下面安装两个灰尘刮刀(图3,#16-#17)来刮除大多数较大杂质颗粒。
  • 在四个固定的梳棉盘之间有三个狭缝,是清棉机收集杂质的装置。小的灰尘和纤维碎片就从这里被去除。
  • 从主锡林甩出的其他杂质被安装在机器出口处的杂质清理装置(带有真空吸气的刮刀)收集。剩余的杂质将在这里被去除。
IX. LINTMASTER™开棉/清棉机:漂白棉的生产

表IV中列出了非织造布生产商提供的LINTMASTERTM开棉/清棉机处理前后的煮漂棉花的测试数据。纤维长度减小了,短纤维含量增大,但这些变化都在可接受的范围。能去除漂白棉纤维中50%的非短绒杂质是相当可观的。而且整个开棉清棉过程是在仅一米宽的机器里以300公斤/小时的高速完成的,并且不会增加棉结数量。高的锡林转速(850rpm)配以纤维气流剥棉能够把对纤维的损伤和棉结的形成降到最低。

表 IV. LINTMASTER™开棉/清棉机
煮漂棉纤维的性能评估
性能 煮漂后 LINTMASTERTM
长度(英寸) 0.99 0.93
短纤率 16.7 19.8
棉结数(每克) 677 648
非短绒率(%) 0.14 0.07

X. LINTMASTERTM开棉/清棉机: 原棉生产

因为漂白棉的清棉比原棉清棉困难得多,因此LINTMASTERTM主要用作原棉预清棉。最好是漂白前清棉,这样残留的非短绒杂质就比较小,容易漂白。

我们做了一项研究,用混配的原棉在各种常用的商业清棉机上进行清理。清除效率和棉结生成结果如表V所示。

表 V. 清棉机性能比较
机器 清棉效率 棉结的增加率百分比
LINTMASTERTM开棉/清棉机
78 4
清棉机 A 33 37
清棉机 B 80 35
清棉机 C 75 43

说明: 所有试验中的生产率都是300kg/小时。

LINTMASTERTM开棉/清棉机与其他几种机器比较清棉效率较高,但更显著的是它在降低棉结增加率上相当出色。

用1.04英寸长马克隆尼值3.9的纺纱用纤维做了一个生产中试。纤维经过LINTMASTER(TM)开棉/清棉机的加工,速度为300 kg/小时。中试中清棉效率为83%,用AFIS仪器测试的异性杂质含量(VFM)从1.404%降到了0.261%。棉结含量仅增加了6%。生产数据见表VI - 喂入纤维497磅。


表 VI. LINTMASTERTM开棉/清棉机生产数据
(纺纱级纤维)
% 产率 [产出重量
(475磅)/投入重量(497磅)]
95.6%
% 杂质总量(22磅) 4.4%
% 可见杂质(9磅) 1.8%
% 喂入罗拉处杂质(1磅) 0.2%
% 清棉狭缝处杂质(11磅) 2.2%
% 出口刮刀处杂质(1磅) 0.2%

说明: 生产率为300kg/小时。

XI. 商业化生产

LINTMASTERTM开棉/清棉机通常用于煮漂前对原棉的预清理。表VII的数据是加工了20,000磅纤维得到的数据。


表 VII. LINTMASTERTM开棉/清棉机
加工原棉的效率
产品性能 加工前 加工后
棉结含量 291 247
非短绒杂质含量(%) 0.6 0.2
清棉效率(%)
70
短纤率(%) 1.3 1.2
纤维长度(英寸) 1.05 1.08

从上面数据可看出,LINTMASTERTM开棉/清棉机可以在保持清棉效率为70%的情况下减小棉结含量。同时也可以降低短纤含量,保证得到高的平均纤维长度。

这种加工过程及其漂白棉花产品由Barnhardt制造公司以High-Q(TM)棉的名称进行商业推广。


XII. 纤维整理和测试

把漂白棉纤维作为非织造产品原料时,选择恰当的纤维整理方法就成为必需。漂白过程去除了纤维的很多天然物质,因此漂白棉的纤维与纤维之间的摩擦力更大。为了让漂白棉纤维能够在运转速度很高的成网机器上被顺利加工,需要在纤维上添加润滑剂和抗静电剂。

多年来,不同的物质都被拿来作为整理剂,包括肥皂、甘油、吐温(山梨醇聚氧乙烯酯),并取得了一定成功。美国棉花公司发现丁氧基乙酯硬酯酸盐(BES)可以作为纤维整理剂。这种化学品可以提供非常好的润滑性,并且不影响纤维吸水性。从毒害性来看,这种物质也是容易被接受的,这一点现在甚至比产品的物理性能更重要。这里推荐一个适用于大多数漂白棉的纤维整理剂配方系统,其中包括1.0%BES和1.0%醋酸钠。加入钠盐是为了提供抗静电性,具体见表VIII。


表 VIII. 漂白棉梳棉数据
纤维整理剂
(% OWF)
醋酸钠
(% OWF)
纤维间摩擦力(gm力) 静电电阻系数 梳棉经验
2140 11.85 不能以33磅/M梳棉
2% BES 1790 11.77 不能以33磅/M梳棉
2% BES 1 % 1890 9.96 可以以105磅/M梳棉

美国棉花公司在各种漂白工艺中对不同的纤维整理剂进行了评估,发现除了梳棉以外最有用的测试是ICI公司(1)的滑块测试法。这种方法中采用的装置见图4。下面是一个测试过程的示例。

(1)在Shirley梳棉机上通过一个450齿的梳棉装置把纤维梳理好,然后在一个旋转的圆柱形辊子上把纤维形成的网状层铺展好。为了确保样品铺展均匀一致,需要把纤维网取下来重新梳理一次。

(2)把纤维网从辊上取下来,然后取4平方英寸的样品。把取的样品放在仪器上待测。

(3) 把滑块放在纤维样品上面,再把一个2kg的砝码放在滑块上面。滑块通过一根电线和测压元件连起来。

(4)拉伸强力测试仪的牵伸速度是25mm/in,在表上把所用拉力记录下来。当表中的数据达到一个恒定值时这时的拉力就是摩擦力,以克表示。


图 4. 滑块测试装置


(1) 帝国化学公司。这个方法是基于ANSI/ASTM D 1894-78塑料薄膜和薄片的静摩擦系数和动摩擦系数标准测试方法而建立的。


XIII. 纤维素化学

经过精炼和漂白后,棉花中99%为纯纤维素。纤维素是一种由1,4氧桥连接起来的葡萄糖酐单元组成的大分子。(图 5)葡萄糖酐单元通过β-纤维二糖连接起来;因此葡萄糖酐-β-纤维二糖就是聚合物链的基本重复单元。组成纤维素聚合物的这些连在一起的重复单元的数目称为聚合度(dp)。

图 5. 纤维素的化学结构


表 IX. 纤维素纤维的平均聚合度
棉纤维素 聚合度 9000 - 15,000
粘胶纤维
通常的棉纤维 250 - 450
高韧度的纤维素纤维 500 - 650
高湿模量的纤维素纤维 400 - 550
木浆 600 - 1500

数据来源:Joseph, M., Introduction to Textile Science, 第5版, 1986

需要注意的是木浆、年金和玻璃纸(这三种都是从木质纤维素衍生来的)也都是由纤维素大分子组成。与木质纤维素不同的是,棉纤维素具有更高的聚合度和更高的结晶度。结晶度代表了纤维大分子之间相互的靠近程度和相互平行程度。表IX列出了纤维素纤维的平均聚合度,图6显示了纤维素纤维的平均结晶度。结晶度高和聚合度高与纤维更高的强力都是相关的。


图 6. 聚合物的无定形区和结晶区

棉纤维中的纤维素分子长链相互间被氢键固定。这些氢键在相邻分子间的羟基之间建立,在纤维结晶区更加平行和紧靠的分子之间更普遍。

在纤维素分子中的纤维二糖重复单元中有三个羟基,其中一个伯羟基,两个仲羟基,这些基团都是反应性基团。这些基团在纤维素纤维的改性或通过交联进行的染色或后整理中能够发生取代反应。

羟基也是水分子的主要吸收基团。直接吸附水通过氢键被牢固地化学吸附在羟基上。

尤其值得注意的是纤维素纤维的强力因其含水率的不同而不同。通常来说,再生纤维素纤维或衍生纤维素纤维的强力都随含水率的增加而降低。相反,棉纤维的强力则随含水率的增加而提高。这两类纤维的不同性能被认为是在纤维素分子链之间的氢键结合以及纤维的结晶度不同引起的(表X, XI)。


表 X. X-射线衍射法测定纤维素纤维的平均结晶度
纤维 平均结晶度
73
粘胶纤维(通常) 60
木浆 35

数据来源: Shirley研究所


表 XI. 纤维强度(g/tex)
纤维 湿
27 - 45 30 - 54
粘胶纤维(通常) 22 - 27 10 - 14
涤纶 27 - 54 27 - 54

热塑性纤维在高温下发生熔融,在低于聚合物熔融点的温度下有一个玻璃化转变温度(Tg)。在玻璃化转变温度时,热塑性纤维变得很脆并失去弹性。棉不是热塑性纤维,因此没有玻璃化转变温度,即使在很高的温度下也能保持弹性。在高温下棉纤维不发生熔融,而是发生降解。在长时间暴露在高于300℉的温度下,棉纤维会逐渐降解,温度高于475℉时棉纤维将迅速分解。


XIV. 棉花独特的纤维形态

图7是一根成熟棉纤维的结构示意图,包括6部分。

图 7. 棉纤维结构

1. 表皮层是纤维最外面象蜡一样的一层,含有果胶和类蛋白质物质。它给纤维带来光滑防水的表面,保护着纤维。这一层在精炼时被去除。

2. 初生胞壁是原始的细胞壁。它是主要由微原纤(纤维素的细小的集束)网络组成的纤维素。这一层形成了纤维内部排列整齐的连续的细毛细管。我们都知道细的毛细管会从粗毛细管中夺取液体。棉纤维良好的擦干性能就是由每一根棉纤维中细的表面毛细管带来的。

3. 卷绕层是次生加厚的第二层(也叫S层)-在结构上它既不同于初生胞壁,也不同于次生胞壁的残留物。它是由原纤形成的开放式网状结构,网状结构中原纤与纤维轴向呈40-70度排布。

4. 次生胞壁由同心的纤维素层组成,构成了棉纤维的主要部分(也称为S层)。当纤维生长到尺寸最大时,在次生胞壁上会增加一层新的纤维素。原纤以与纤维长度方向成70-80度的角度以相反的方向沉积下来。原纤之间排列很紧密,形成许多小的毛细管。

5. 中腔壁是把中腔和次生胞壁分开的一层,它比次生胞壁更耐化学试剂的作用(也称为S层)。

6. 中腔是沿着纤维长度方向的一条中空的管道。在生长过程中中腔中充满了原生质。当纤维成熟棉铃裂开后,原生质干燥,中腔发生自然收缩,给纤维留下了一条很大的中空地带。

从整个纤维结构看,纤维的六个部分中在各中尺寸的原纤之间存在大量各种尺寸的空穴和毛细管空间。因此棉纤维可以被看作是具有各种复杂孔穴结构的精细的海绵体。这种内部结构使得棉纤维可以吸收液体和蒸气。纤维中原纤的毛细管效应可以把液体拉进毛细管,使其保留在原纤之间的孔穴中。这种结构决定了棉纤维具有芯吸效应和独特的吸水性。

棉纤维从整体看是一个扭曲的扁平带状物,其中每英寸大约有50-100个扭曲回转。纤维的一端是逐渐缩小变细,另一端则呈原纤化,与棉籽相联。这种结构保证了纤维具有柔软的手感和触感,因为棉纤维没有象化纤那样整齐的断头。


XV. 选择正确的纤维

一些高吸水的产品,如药用海绵、纸尿布、止血棉球、化妆用棉垫和粉扑等都可以用棉纤维的下脚料,如轧花废棉、梳落棉或其他工厂废棉来做。许多这种产品都是用漂白棉卷(一个很大的棉条)来加工制成的。然而这种由梳棉或气流纺形成的质轻的网状卷装产品需要织物用等级的棉纤维。在表XII中列出了推荐的纤维特性和建议的测试方法。该表中列出了用于尿布、妇女用品及防护服装和家纺产品用漂白棉花需要达到的性能标准。

表 XII. 非织造卷装产品漂白棉的性能
  • 马克隆尼值:大于或 = 4.9
  • 长度:大于或 = 0.95英寸
  • 整齐度:大于或 = 81.0%
  • 强度:大于或 = 23.0 g/tex
  • 非短绒杂质含量最多0.8%(MDTA-3)
  • 纤维间抱合力,最大1700克力(ICI纤维抱合力测试方法)
  • 纤维蓬松度最低等于100cc/克(ITT测试方法)

由于显而易见的原因,纤维的长度和强度在生产轻质卷装产品时非常重要。然而,在一些非织造产品中,织物的良好外观比织物强力更重要,纤维的马克隆尼值就起主要的作用。一个不希望有的成分是棉结含量。马克隆尼值高的棉花在轧花时产生的棉结含量低,而且在随后的加工中也不容易形成棉结。

为了研究马克隆尼值对非织造产品性能的影响,我们通过HVI数据选择了马克隆尼值从高到低的三包棉花。测试的棉纤维性能结果见表XIII。为了得到尽量真实的马克隆尼值影响的数据,我们确保了其他纤维变量尽量一致。


表 XIII. 马克隆尼值不同的棉纤维特性
马克隆尼值
(毫克/英寸)
长度
(in)
长度整齐度
(%)
强度
(g/tex)
伸长率
(%)
4.5 1.0 79.4 25 7.0
3.0 1.0 78.8 25 7.4

棉包按常规工艺在商业化的生产线上漂白,用Zellweger Uster AFIS测试仪在不同加工阶段测定棉结含量。表XIV显示了两种棉花的棉结含量对比。马克隆尼值高的棉花在漂白后棉结含量有所增加。这主要是在烘干前后纤维的蓬松阶段造成的。需要注意的是马克隆尼值低的纤维在漂白过程中和形成非织造布网的过程中棉结含量大幅提高。因此使用马克隆尼值高的棉花具有显著的好处。

表 XIV. 马克隆尼值不同对棉结形成的影响
   AFIS
棉结/克
样品 高马克隆尼值 低马克隆尼值
原始棉包样 375 574
机械清棉后 354 860
漂白后 520 1140
梳网后 540 2406

XVI. 非织造布的生产

棉纤维束可以直接用于梳棉成网、气流成网或梳棉/交叉铺网,可以以不同的技术结合起来形成可用的非织造产品。在成网稳定性方面我们有一些建议如下:

A. 针刺非织造布

通常长度的棉束可以用于针刺法成网,当然纤维长度越长越好。即使棉束中纤维在长度方向无序排列,在通常的棉束中也有足够长度的纤维来形成结实的织物。在针刺法中对纤维的后处理非常重要。漂白棉需要有足够的润滑性,以免纤维受损或针头断裂。如果选择了合适的针,即使加工原棉(未漂白棉)也可以用针刺法做得很好。在针的选择上我们有以下建议:

  • Foster针 - 15 x 18 x 40 x 3HDB, FBST 206-18-2B/CC
  • Groz-Beckert - 15 x 18 x 40 x 3, F222 G92919
  • Singer - 15 x 17 x 40 x 3 RB22, A 27/04/06 B222 PL5 0/6-4 Con.

如表XV中所示,在其他因素不变的情况下,选择马克隆尼值高的纤维可以生产出强度更大的针刺织物。

表 XV. 针刺织物性能
高和低马克隆尼值的棉花
纤维类型 马克隆尼值 马伦式顶破牢度(磅/平方英寸) 拉伸强力(磅)
33 15
23 12

B. 射流喷网(水刺)非织造布

射流喷网法,或称水刺法,是加工棉制非织造布很有吸引力的一种成网方法,因为这种方法能保护纤维的纯净品质,有益于生产高吸收的产品。射流喷网产品有很多特性和棉机织布类似,比如,它们都可以用传统的工艺进行染色和后整理,因为这种非织造布的强力很高。

在射流成网加工过程中需要特别重视水的过滤。美国棉花公司和Valco化学品公司、Krofta工程公司及Valmet/Honeycomb公司合作设计了新型可行的水循环系统。如果您在这方面有兴趣,我们可以提供相关资料。

C. 树脂粘合非织造布

可以通过喷涂、泡沫铺展、凹版轧压或印花的方式把水性粘合剂系统施加在纤维上形成棉纤维网络。化学品供应商可以提供具体应用的不同技术,可以根据网的种类、最终产品的性能和用途等不同来推荐不同的粘合剂。印制粘合剂的方法可以把纤维固定下来,同时又不会因为粘合剂的原因产生粗硬的手感。


D. 热熔纺非织造布

用作覆盖物的轻薄非织造布可以用棉和聚烯烃、聚酯或双组分纤维混合制作。用这些纤维时可将纤维在热压辊上热压成网。通常热压棉和聚丙烯的混纺物时需要粘合面积只是30%的带凹槽的热压辊。与典型的低温热熔合成纤维混合时未漂白棉不能有效地粘合,因为原棉表面的天然蜡阻碍了热熔时需要的粘合。增加热熔纺非织造布的棉纤维含量会减少熔融点的数量,因而降低了织物的强力。如下表所示,在覆盖用轻薄织物中漂白棉的含量为60%时织物仍能保持良好的强力性质(表XVII)。

表 XVI. 漂白棉/聚丙烯的热熔纺织物Hercules 196
混纺比% 可变
重量,g/平方米 20
粘合面积,% 30
速度,fpm 100
轧辊压力,pli 160
轧辊温度, 158
表 XVII. 棉与聚丙烯热熔纺织物的强力
纤维含量
棉/聚丙烯
断裂强度仪 (g/in)
交叉仪
0/100 3330 690
25/75 2200 400
50/50 1300 280
60/40 1200 270

E. 缝编非织造布

Arachne和Maliwatt型经编针织机可用于生产缝编非织造布。通常,缝编非织造布要用长丝型纱线,但事实证明18-30支的棉纱也可以缝编成网。这是一种制作新型棉制工业用包装材料的方法。象其他一些网状非织造布一样,缝编棉织物也可以以织物形式按传统的湿加工方法处理。

XVII. 美国棉花公司的协助

美国棉花公司愿意为在棉非织造产品的开发、生产和销售方面的业界同仁提供帮助。


A. 市场研究

位于纽约的美国棉花公司市场研究小组对市场进行了调查。消费者行为研究可以有效反映在美国全国范围内消费者的规模和喜好。棉花标志是在零售市场中认知度最高的商标之一。近期的调查表明在尿布、揩布和女性用品的产品上出现棉花标志可以促进消费者对这些产品的购买欲望。棉花标志可用于在美国和加拿大市场上的非织造产品,表明产品满足了一定的要求。

B. 技术研究和开发

美国棉花公司与外界的许多研究活动都有合作签约,但公司内部基本的研发力量也可以为棉花消费者提供开发性的研究和技术支持。公司具有的一些研发条件如:

全套的物理性能测试和分析测试条件:

  • 纤维-大容量测试仪,高级纤维信息系统,细微灰尘杂质分析仪
  • 纱线-完整的纱线特性及疵病分析
  • 织物-拉伸强力、撕破强力、耐磨性、外观测试和水洗性能

从纺纱开始的整套纤维加工装置-各种短纤纺纱系统:

  • 针织和梭织CAD/CAM设计和织造
  • 化学研究
  • 染色和后整理处理的大试条件
  • 位于北卡罗来纳州立大学(NCSU)纺织学院的非织造布生产装置,用于合作开发
  • 也在John D. Hollingsworth和田纳西大学进行研究工作。

C. 新项目开发

增加棉花的市场份额是美国棉花公司的目标。把合作研究,组织生产和市场推广有效地结合起来才可以达到这个目的。

1. 长度(英寸) A. 商品级0.75 - 1.25 B. 轧花废棉0.5 - 0.75 C. 梳落棉小于0.5 D.第一道短绒0.25 - 0.5 2. 纤维直径 A. 马克隆尼值 (毫克/英寸) 2.0 - 6.5 B. 旦尼尔(g/9000m) 0.7 - 2.3 3. 弹性回复性 A. 拉伸2%回复74% B. 拉伸5%回复45% 4. 断裂伸长(干态) 3 - 9.5% 5. 拉伸强力 A.干态 27 - 44 g/tex; 3.0 - 4.9 g/denier B. 湿态 28 - 57 g/tex; 3.3 - 6.4 g/denier 7. 吸水性(USP法) 大于24g水/g纤维 8. 比重 A. 纤维素聚合物 1.54 g/CM3 B. 棉纤维 1.27 g/CM3 9. 聚合度9000 - 15,000 10. X-射线衍射测定的结晶度(平均) 73% 11. 色泽(亨特测色仪) A. 白度指数 90 - 100 B. 蓝光反射率 75 - 85 12. 耐热性 A. 300'F下长期暴露在干热中会引起纤维逐渐分解 B. 温度高于475'F会引起纤维迅速降解 13. 耐酸性 A. 在热的稀酸或冷的浓酸中分解 B. 冷的弱酸无影响 14. 耐碱性 在高于18%的NaOH溶液中溶胀,但不会受损伤 15. 耐有机溶剂性 耐大多数工业用和家用有机溶剂 16. 成网法 A. 干态成网(梳棉,扯松) B. 气流成网 17. 交联机理 A. 针刺法 B. 射流成网法 C. 缝编法 D. 化学交联法 E. 热熔法(当与热塑性纤维混合时) 18. 一般特性 吸水性、透气性、高湿模量(湿态时强力更高)、生物可降解性(在一定条件下)、优良的芯吸能力、擦干性、可以任何工业方法杀菌性、静电位低、可印花、可染色、可化学改性、可再利用 19. 潜在用途 揩布、覆盖物、过滤物、个人卫生用品、衬里、隔离材料、吸收物、加厚产品、复合材料、一次性服装、医用产品、家纺产品。

说明:漂白棉已在职业安全与卫生管理局关于棉花灰分的管理条例中得到豁免。



XIX. 图索引
XX. 表索引
 

 




 
 

主页    服务条款    隐私权政策    网站导航   

© 美国棉花公司版权所有