一种核防护用可水溶水刺非织造材料及其加工方

本发明涉及非织造材料加工领域，特别涉及一种核防护用可水溶水刺非织造材料及其加工方法和应用。背景技术：1、核电站的高速发展带来了核电站防辐射微粒污染防护服的大量使用，目前市面上大多数的防微粒污染防护服都是由不能生物降解的高分子材料制成，主要用到的面料有由聚乙烯制造的聚乙烯透气膜、聚氨酯透气膜与pp无纺布制成的多层复合材料、聚四氟乙烯（ptfe）、pe等材质做的微孔膜与机织布制成的复合面料等，这类高分子透气膜与普通面料制成的一次性复合材料，在自然环境下不易分解，可以长期以废弃物的形式存在于自然界中。2、可降解聚乙烯醇（pva）复合面料是将水溶性的pva薄膜与水溶性的pva无纺布通过复合工艺制成，其固体和液体阻隔性能好，可用于防护固体颗粒物，此外，可降解聚乙烯醇（pva）复合面料可在高温高压和催化剂存在下充分水解/降解成二氧化碳和水，使用后基本无残留，相较不可降解的防护服面料，利用可降解聚乙烯醇（pva）复合面料制备的废弃防护服可大大降低填埋用地及处理成本。3、然而由于核电站防护服的特殊使用场景需求，此类防护服需要相较其他衣物具有更高的断裂强力和撕破强力以防止穿着过程破损，同时还需要保证一定的柔软性以提升穿着舒适度。但目前的pva非织造材料，特别是较低面密度的水刺非织造材料，在加工过程中采用常规的开松、梳理和水刺装备工艺，而pva细旦短纤维因表面易吸水，故其在梳理成网时易板结而形成纤维不匀，且采用常规水刺烘干工艺时pva纤维水刺缠结不充分、纤维之间粘结/摩擦强力低，且pva短纤维因水分残留，导致其在烘干过程中表面易水解发粘，导致pva水刺材料蓬松度不足，面密度不均匀，因此常规的pva水刺非织造材料的拉伸、撕裂、顶破等力学性能难以满足核电站防护服的场景使用需求。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种核防护用可水溶水刺非织造材料及其加工方法和应用，通过混合不同长度和粗细度的长纤维和短纤维，结合迂回梯度加热水刺技术制备得到拉伸、撕裂、顶破等力学性能优异的可应用于核防护用可水溶水刺非织造材料。2、为实现以上目的，本技术方案提供了一种核防护用可水溶水刺非织造材料的加工方法，包括：s1：取用设定比例的长纤维和短纤维进行开松和混合得到多尺度混合聚乙烯醇纤维，其中长纤维的纤维长度56-75mm，粗细度为2.5-4dtex；短纤维的纤维长度35-45mm，粗细度为1.1-1.5dtex，其中长纤维的份量比例为70-90，短纤维的份量比例为10-30，长纤维和短纤维的份量比例总和为100，且长纤维和短纤维均为醇解度大于99%的高醇解度pva纤维；3、s2：将多尺度混合聚乙烯醇纤维喂入水刺加工生产线中加工得到可水溶水刺非织造材料，其中水刺加工生产线由依次连接的开松设备、混棉仓、梳理机、平行铺网设备、交叉铺网设备、水刺设备、烘干机、质量检测系统以及收卷机组成，其中将多尺度混合聚乙烯醇纤维在开松设备中进行精开松、在混棉仓进行混合、在梳理机中进行梳理、在平行铺网设备中进行串联式平行铺网、在交叉铺网设备进行交叉铺网、在水刺设备进行预水刺和迂回梯度加热水刺、在烘干机进行烘干、在质量检测系统检测、检测合格后在收卷机卷绕，其中迂回梯度加热水刺由多道水刺射流压力不同的水刺工艺组成，且不同水刺工艺的水刺射流压力呈锯齿形梯度上升，水刺工艺中的水刺射流的温度呈梯度上升后梯度下降的趋势变化，且水刺射流的温度介于30~80℃。4、需要说明的是，传统的pva水刺工艺中采用pva细旦短纤维进行开松梳理和水刺，而由于pva细旦短纤维在常规开松和梳理过程中存在易板结，难以实现均匀铺网的问题，且由于采用高醇解度的pva纤维进行水刺加固且水刺工艺中的水刺射流压力梯度变化小，这就导致水刺工艺仅仅能提供物理缠结力且水刺缠结不足，进而导致了加工得到的pva纤维的表面物性无发生明显变化，且加工得到的pva水刺非织造材料的机械性能较差。5、而本方案则是以将不同长度和不同粗细度的高醇解度的pva纤维进行共混，减少pva细旦纤维间粘结力，提升梳理均匀性，同时采用预润湿和迂回梯度加热水刺使混合后的多尺度混合聚乙烯醇纤维在进行预润湿时短纤维经过充分的润湿在预刺后可初步缠结，较低压的水刺射流有利于纤维均匀度的提高，在迂回梯度加热水刺的过程中通过高低水压射流交替加工，进而可赋予多尺度混合聚乙烯醇纤维更高的均匀度和深度的纤维缠结，辅以高温水刺射流后导致的传热后的粘结固定，最终赋予pva水刺非织造材料更优异的面密度均匀性和机械性能。6、在步骤s1中，本方案混合不同长度和粗细度的长纤维和短纤维，且长纤维和短纤维均选择为醇解度大于99%的高醇解度pva纤维。这是考虑到：短而细的短纤维在水刺过程中能更容易地被水分润湿，促进短纤维间的滑移和缠结，这对于形成均匀且紧密的纤维网络至关重要，有助于提高非织造材料的机械强度和柔软度；而长而粗的pva长纤维在保持一定水溶性的同时，相比短而细的pva短纤维具有更高的强度和更低的溶解速率，这有助于在水刺过程中保持纤维结构的完整性，防止过度溶解导致的结构弱化，通过引入长纤维可以增强非织造材料的物理强度和耐用性。7、另外，在水刺过程中，长而粗的高醇解度的pva长纤维可以作为“骨架”纤维，提供必要的支撑力和稳定性，有助于在多次水刺和高压冲击下保持纤维网的整体结构，避免过早断裂或变形，本方案正是通过混用不同长度、粗细度的pva纤维以实现不同pva纤维的互补，同时配套于不同压力和温度的水刺射流，不仅实现了pva纤维的深度穿插和高效缠结，还通过局部的高温处理增强了纤维间的粘合，既保证了材料的水溶性（便于特定条件下处理或降解）、亲水性，又确保了最终产品的机械强度、稳定性和均匀性。8、在本方案中，不同规格的高醇解度pva纤维的份量比例可不同，且长而粗的pva长纤维的份量比例大于短而细的pva短纤维的份量比例，这是由于短而细的pva短纤维具有更高的亲水性，可在特定条件下（如在污水处理或特定环境中）可以更容易地被处理或降解以满足可降解的需求，且制成的非织造材料手感更加柔软，这对制作如防护服等直接接触皮肤的产品尤为重要，可以提升穿着者的舒适度；另外，长而粗的pva长纤维在水刺加工中易于控制，特别是在实施迂回梯度水刺时，能够更好地响应不同压力和温度的水刺条件，从而获得更均匀的面密度和更优的机械性能。9、在步骤s2中，将多尺度混合聚乙烯醇纤维喂入水刺加工生产线进行精开松，以将pva纤维的纤维束打开，使之成为单根或小束纤维状态，提高混合均匀性；开松后的多尺度混合聚乙烯醇纤维被混合后通过梳理机进行梳理，以去除杂质使纤维排列更加平行、均匀；梳理后的多尺度混合聚乙烯醇纤维进行铺网得到均匀的pva纤维网；均匀的pva纤维网进行牵引以调控纤维取向，借此提高纤维之间的各向同性的力学性能；pva纤维网先经过润湿和预水刺处理以初步固定纤维的位置，便于在接下来的水刺过程中更好地固结成水刺非织造布，同时也有助于纤维的展平和除皱，改善成品质量。10、本方案的一大重点在于对经过润湿和预水刺的pva纤维网进行迂回梯度加热水刺。在一些实施例中，迂回梯度加热水刺中的水刺工艺的水刺射流压力呈现上升、降低再上升的梯度上升趋势，且交错位置的水刺工艺的水刺射流压力逐渐增大。11、这样做的好处在于：通过在高压力的水刺工艺后紧随较低压力的水刺，可以使在高压力下已被深度穿插和初步固结的纤维结构有机会轻微调整，减少过度的内部应力集中；接着再次升高压力，继续加强pva纤维间的结合，连续的高压水刺可能导致纤维过度挤压或纤维断裂，尤其是在材料已经具有一定密度和强度后，低压力的插入可以作为“缓冲”，减少这种潜在的物理损伤，保护已形成的纤维结构，这样的循环往复能够逐步且均匀地强化纤维网络，达到更理想的结构稳定性和机械性能。与此同时，在高压水刺后采用低压水刺可以让pva纤维在一定程度上恢复，有助于纤维分布更加均匀，减少局部密集或稀疏的现象，同时保持材料的柔软度，避免因连续高压导致的过度硬挺或纤维损伤。12、在一些具体实施例中，该迂回梯度水刺包括8道水刺工艺，其中第3道水刺工艺的水刺射流压力低于第2道水刺工艺和第4到水刺工艺的水刺射流压力，第5道水刺工艺的水刺射流压力低于第4道水刺工艺和第6道水刺工艺的水刺射流压力，第7道水刺工艺的水刺射流压力低于第6道水刺工艺和第8道水刺工艺的水刺射流压力，第2道水刺工艺的水刺射流压力高于第1道水刺工艺的水刺射流压力。13、具体的，如图1所示，迂回梯度水刺的第1道水刺工艺的水刺射流压力为5~10mpa,迂回梯度水刺的第2道水刺工艺的水刺射流压力为10~15mpa，第3道水刺工艺的水刺射流压力为10~15mpa,第4道水刺工艺的水刺射流压力为20~30mpa,第5道水刺工艺的水刺射流压力为15~20mpa, 第6道水刺工艺的水刺射流压力为30~40mpa,第7道水刺工艺的水刺射流压力为20~30mpa,第8道水刺工艺的水刺射流压力为50~60mpa。14、在一些实施例中，预水刺的水刺射流压力为50-70 bar，水刺射流温度为25±5℃。15、另外，本方案的迂回梯度加热水刺工艺的水刺工艺中的水刺射流的温度呈梯度上升后梯度下降的趋势变化。需要说明的是，由于不同纤维直径的pva纤维在不同温度下的纤维表面粘结性和溶胀程度不同，本方案通过加热部分水刺工艺的水刺射流温度能够显著提高pva短纤维之间的粘结力和摩擦力，而且在本方案的30-80℃的温度范围内，pva纤维的吸水性和软化程度会增加，使得纤维更容易被水射流穿透和缠结，高温有助于快速湿润纤维，促进纤维间的相互滑移和交织，形成更加紧密的结构，适当的热量可以加速纤维表面的微量水分蒸发，形成类似“焊接点”的效果，增强纤维间的粘合，这种物理和化学性质上的改变有助于提高非织造材料的整体强度和耐用性。16、具体的，如图1所示，迂回梯度加热水刺的第1道水刺工艺的水刺射流温度为30±5℃,迂回梯度水刺的第2道水刺工艺的水刺射流温度为40±5℃，第3道水刺工艺的水刺射流温度为50±5℃,第4道水刺工艺的水刺射流温度为60±5℃，第5道水刺工艺的水刺射流温度为70±5℃,第6道水刺工艺的水刺射流温度为80±5℃,第7道水刺工艺的水刺射流温度为60±5℃, 第8道水刺工艺的水刺射流温度为40±5℃。17、在一些实施例中，本方案提供的水刺加工生产线如图2所示，本方案提供的水刺加工生产线包括依次连接的由依次连接的开松设备（图中未示出）、混棉仓、梳理机、平行铺网设备、交叉铺网设备、水刺设备、烘干机、质量检测系统以及收卷机组成，其中将多尺度混合聚乙烯醇纤维依次经过混棉仓进行混合、经过梳理机中进行梳理、经过平行铺网设备进行串联式平行铺网、经过交叉铺网设备进行交叉铺网、经过水刺设备进行预水刺和迂回梯度加热水刺、经过烘干机进行烘干、经过质量检测系统检测、检测合格后经收卷机卷绕。18、在一些实施例中，烘干机内设有脱水部件和烘干部件。19、需要说明的是，本方案的梳理机的排针密度为：500-700针／25.4mm2，针齿间距为25-30mm。本方案通过进一步改进锡林针布中排针密度和针齿间距，采用短流程直接精开松、柔性梳理的方法，提升多尺度混合聚乙烯醇纤维的铺网均匀性，如图8所示，本方案提供的梳理机包括主锡林，主锡林同主锡林工作辊通过针齿方向、转速差实现短纤维梳理，主锡林的外周侧转动设有其他锡林、道夫和刺辊。20、在一些实施例中，本方案提供的梳理机的性能指标表如下表一所示：21、表一：梳理机的性能指标表22、23、为了解决传统水刺工艺会存在的pva水刺材料的面密度均匀性差、强力不佳的问题，本方案的水刺设备对铺网后的pva纤维网进行低压力的预水刺和迂回梯度加热水刺，且当水刺设备对铺网后的pva纤维网进行低压力的预水刺时配合抽吸固结。另外，水刺设备内设有配合水刺工艺的水循环系统，且水刺设备中对应不同水刺工艺的水刺针头呈锯齿状排列，水刺针头的孔径0.1-0.15mm，经过水刺设备的网帘的传送速度为15-20m/min，本方案通过改进交错式水针排列方式、水过滤循环系统，降低网帘传送速度，减少表面水刺刺痕。24、在一些实施例中，本方案的烘干机选择的是热穿透烘干机，烘干机内设有脱水部件和烘干部件，且烘干温度为100±2℃，进而可以提升pva水刺非织造材料强力和面密度均匀性。25、第二方面，本方案提供了一种核防护用可水溶性水刺非织造材料，根据第一方面所述的核防护用可水溶性水刺非织造材料的加工方法加工得到。26、在一些实施例中，该核防护用可水溶性pva水刺非织造材料的拉伸强度提高20%-40%，面密度均匀性偏差率降低15%-30%。27、第三方面，本方案提供了一种核防护用可水溶性水刺非织造材料的应用方法，将第一方面制备得到的核防护用可水溶性水刺非织造材料应用于制备核电站防护服。28、相较于现有技术，本技术方案创新性地融合了多种粗细度、长度pva纤维，结合加热水射流梯度施压、迂回多次循环水刺技术，实现了同等克重下，高拉伸、撕裂和顶破等方面综合力学性能优异的pva水刺非织造材料的制备，可用作核防护用可水溶性水刺非织造材料。本技术方案具有以下特点和有益效果：29、1.深化纤维缠结和均匀性：迂回梯度加热水刺技术采用独特压力设计，配合不同长度和粗细度的pva纤维交替进行高低压水刺交替，既保证了纤维的充分润湿与初步缠结，又通过高压实现了深度穿插交织，有效提升了纤维网络的均匀度与深度结合，确保了材料结构的稳定性。30、2.增强粘合与形态稳定：是在迂回梯度加热水刺中引入30~80℃的温控水刺，加速了纤维间的热粘合作用，不仅增强了材料的物理结构，还极大改善了面密度均匀性，确保了最终产品的尺寸稳定性和形态一致性。