玻璃纤维湿法非织造墙纸的增强性能研究

时间：2024-08-31

贾芳，张得昆

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)

玻璃纤维湿法非织造墙纸的增强性能研究

贾芳，张得昆

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)

探讨了聚丙烯醇、水性聚氨酯两种粘合剂对湿法玻璃纤维纸进行增强。结果表明，粘合剂的使用能够提高玻璃纤维湿法墙纸的强力，并且随着浓度的增加，粘合效果愈加明显。不同的粘合剂对于玻璃纤维湿法墙纸具有不同的粘结效果，其中水性聚氨酯能够在较小的浓度下，有效地提高玻璃纤维湿法纸的强力，而且其透气性等其他物理性能也较为理想。

玻璃纤维玻璃纤维湿法墙纸增强粘合剂

0 引言

近些年室内火灾频繁发生，传统的墙纸一经燃烧就会放出大量的毒气或者这些墙纸本身就会燃烧，造成二次伤害。防火墙纸的使用可以有效地阻止火势的继续蔓延，减少火灾造成的危害。玻璃纤维为圆形截面而且直径不变，纤维的尺寸稳定性较高。具有耐水耐油性能，耐酸碱性和耐热性较好，而且还有很好的吸音效果[1]。以玻璃纤维为纤维原料，采用湿法非织造生产工艺，生产出玻璃纤维墙纸。这种玻璃纤维湿法墙纸具有不燃、透气、吸音等优点[2]。但是由于玻璃纤维表面光滑、质脆，纤维之间没有像植物纤维那样的结合力，虽然利用100%的玻璃纤维能够制成湿法玻璃纤维墙纸，但是其强力较低，很难达到后续加工及使用中强力的需求[3]。故需要采取措施对玻璃纤维纸进行增强，玻璃纤维纸的增强具有外涂和内施两种方式[4]。其中，内施法包括在玻璃纤维分散液中加入打好浆的植物纤维分散液,打好的植物纤维浆粕之间的强力是由植物纤维之间的氢键提供[5]。外涂法包括，在制成的湿法纤维网上施加一定比例的粘合剂，比如PVA、环氧树脂、水溶性聚氨酯等各种粘合剂，这些黏合剂附着在玻璃纤维上通过这些粘合剂可以使得纤维之间相互粘结，故而可以增加玻璃纤维墙纸的强力。

本文通过对玻璃纤维湿法薄毡表面分别施加一定浓度的PVA、水溶性聚氨酯等粘合剂。分别测试施加不同粘合剂后玻璃纤维湿法薄毡的克重、强力等一些物理性能，确定出粘合性能和物理性能相对较好的一种粘合剂，探讨不同的粘合剂对湿法玻璃纤维物理性能的影响，有助于推动玻璃纤维造纸领域的不断壮大。

1 实验

1.1 实验原料

表面处理过的无碱玻璃纤维，直径约12um，长度约为10mm，中度聚丙烯酰胺(分子量200万—500万单位)盐酸、湿增强剂，粘合剂(环氧树脂、PVA、水性聚氨酯)等等。

1.2 产品的制备

1.2.1 纤维分散液的配制

显微镜下的玻璃纤维与玻璃棒相似，单根硬挺而细长，长宽比较大，再加上玻璃纤维表面带有负电荷，故在配成浆料时纤维间相互交缠，形成大量絮聚的纤维团[6]，故在配制浆液时需要采取一定措施对玻璃纤维进行分散，玻璃纤维浆液的分散程度决定了成网均匀[7]。在分散时可以采取以下措施，(1)使用稀酸来调节悬浮液的pH值使得其值在3-4之间；(2)尽可能的降低纤维悬浮液的浓度；(3)加入一定量的分散剂，将制好的纤维分散液加入打浆机中，五分钟后取出。

1.2.2 玻璃纤维纸的成型

将重3g的玻璃纤维分散液均匀添加到湿法成网器中，利用湿法非织造布快速成型器，经过成型等程序制成玻璃纤维湿法薄毡。

1.2.3 粘合剂的添加

在成型好的玻璃纤维纸上分别施涂水性聚氨酯粘合剂与聚乙烯醇粘合剂，根据所涂布的粘合剂的种类及浓度的不同，分别制出十种样品，其中：试样一到试样五为水性聚酰胺粘合剂，浓度分别为10%、20%、30%、40%、50%。试样六到试样十为聚乙烯醇粘合剂，浓度分别为10%、20%、30%、40%、50%。

2 产品性能测试及结果分析

将施加不同的粘合剂的玻璃纤维纸分别进行物理性能测试，分析讨论其不同粘合剂对玻璃纤维纸物理性能的影响。

2.1 平方克重

按照国家标准GB/T24218-2009《纺织品非织造布实验方法第一部分：单位面积质量的测定》试样大小为20cm×20cm,每种试样测试五块求其平均值。测试结果见表1和表2。

表1 聚乙烯醇粘合剂玻璃纤维纸的克重单位：g/m2

表2 水性聚氨酯粘合剂玻璃纤维纸的克重单位：g/m2

从上表中可以看出，对于同一种粘合剂而言，随着粘合剂浓度的增加，上浆量也逐渐增加，这是因为随着粘合剂浓度的增加，粘合剂中有效地成分也就增加，故随着粘合剂浓度的增加，玻璃纤维纸的克重也会增加。上表中还可以看出在同一浓度下两种粘合剂下玻璃纤维纸的克重相差不大，在粘合剂浓度为50%时，其玻璃纤维纸的克重达到了最大，分别为106.5g和97.25g，相对于市场上纯纸材质的壁纸的克重150g/m2，湿法玻璃纤维纸的质量较轻，方便后期在墙上的粘贴。

2.2 厚度

采用GB/T24218-2009《纺织品非织造布测试方法第二部分：厚度的测试》利用YG(B)141D型数字织物厚度仪，在0.5kPa的压强，压脚面积为2500mm2,测量玻璃纤维纸的厚度，每种试样测五次求其平均值。测试结果如下。

表3 聚乙烯醇粘合剂玻璃纤维的厚度单位：mm

表4 水性聚氨酯粘合剂玻璃纤维的厚度单位：mm

由表3和表4可以看出随着粘合剂浓度的增加，玻璃纤维纸的厚度逐渐增加，但是增加的幅度不大，聚乙烯醇粘合剂的浓度为10%时，厚度为1.39mm，而当浓度增加到50%时，它的厚度为1.48mm，只相差了0.09mm。而水性聚氨酯粘合剂玻璃纤维纸的厚度由浓度为10%时的1.39mm到浓度为50%时的1.46mm，厚度增加0.07mm，变化不大，这可能的原因是，在玻璃纤维纸中，玻璃纤维之间纠缠较少，制成的玻璃纤维纸之间的孔隙较大，在对这些玻璃纤维纸进行施涂粘合剂时，大量的粘合剂进入到玻璃纤维纸的孔隙中，故在浓度增加时，玻璃纤维纸的厚度变化不大。

2.3 透气性

按照GB/T5453-1997《纺织品织物透气性的测试》进行测试，采用YG-461L型数字织物透气量仪，在规定的压差条件下，测试一定时间内垂直通过给定试样和面积的气流流量，试样面积为20cm2,压降为200Pa，每个试样测十次求其平均值。测试结果如下：以聚乙烯醇为粘合剂的玻璃纤维纸其透气率为：试样一为2830mm/s，试样二为2770mm/s，试样三为1410mm/s，试样四为1059.5mm/s，试样五为998mm/s；以水性聚氨酯为粘合剂的玻璃纤维纸其透气率分别是：试样六为3280mm/s，试样七为3120mm/s，试样八为2920mm/s，试样九为1248mm/s，试样十为1076mm/s。

对于墙纸而言，透气性能是十分重要的，玻璃纤维墙纸利用湿法成网技术，所生产出的墙纸内部空隙较大，透气性好，有利于水蒸气的自然散发，从而大大的促进室内气候的调节。然而粘合剂的加入会使得透气性降低。当粘合剂的浓度从10%到50%时，玻璃纤维纸的透气性直接下降，这可能是由两方面原因，一方面，随着粘合剂浓度的增加，粘合剂中有效成分增加，粘合剂会渗入到玻璃纤维纸的空隙中，这样会使得空隙变小甚至会将空隙堵住，故使得其透气性能降低。另一方面，对于聚乙烯醇与水性聚氨酯而言，随着其浓度增加粘合剂成膜性能也就越好，其多余的粘合剂会附着在玻璃纤维纸的表面，形成一种致密的膜，这样也会导致透气性能的下降。

2.4 断裂强力与断裂伸长率

依据GB/T24218.3-2010《非织造布断裂强力及断裂伸长率的测定方法(条样法)》进行测试，采用UTM4304型电子万能试验机，试样大小300mm×50mm，测试结果见表5。

表5 玻璃纤维纸的断裂强力及断裂伸长率

由图1玻璃纤维的显微镜照片可以看出，玻璃纤维表面光滑，纤维之间没有植物纤维那样的结合力，玻璃纤维挠曲、扭转性能也较差，再加上湿法墙纸所使用的玻璃纤维长度只有10mm左右，这就使得玻璃纤维湿法纸的强力几乎为零，很难适应后期的加工强力要求。在本文中试图利用添加粘合剂的方式来增加玻璃纤维纸的强力。

图1 玻璃纤维显微镜照片(×100)

从表5中可以看出，粘合剂的添加对于玻璃纤维纸的强度有着显著的提高，而且随着粘合剂浓度的增加，玻璃纤维纸的强力不断增加。这是因为在未加粘合剂之前，玻璃纤维纸之间孔径较大，再加上玻璃纤维自身的物理特征，在进行拉伸试验时，纤维之间没有一定的相互纠缠和缠绕，很容易产生滑移，这就导致了玻璃纤维墙纸的强力较低。在添加了一定浓度的粘合剂之后，一方面粘合剂的加入使得玻璃纤维纸内部孔径变小，在拉伸过程中，玻璃纤维之间不容易滑移，故使得玻璃纤维纸的强力增加，另一方面，作为粘合剂聚乙烯醇和水性聚氨酯均具有一定的强度，且随着他们浓度的增加强度越大。从表中还可以看出，对于同一浓度而言，以水性聚氨酯为粘合剂的玻璃纤维纸的强力要高于以聚乙烯醇为粘合剂的玻璃纤维墙纸的强力，这可能是因为水性聚氨酯主要是靠分子内极性基团产生的内聚力和粘附力进行固化，并且水性聚氨酯中还含有羧基、羟基等基团，使粘合剂产生交联，从而提高粘合剂的粘合性能。从表5中可以看出，当水性粘合剂的浓度仅为30%时，玻璃纤维墙纸的强力已经达到了126N。而且当水性聚氨酯浓度达到30%时，玻璃纤维墙纸的透气性为3120mm/s，其透气性已经相对较大。