CN102173141B - 一种汽车内饰用非织造复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的汽车内饰非织造复合材料及其制备方法，该复合材料是有一定配比的PP纤维、PET纤维和天然黄麻纤维，通过表面处理使黄麻和基体之间良好的粘合作用，混合纤维经一定的针刺工艺制备成复合毡，并采用合适的模压工艺将复合纤维毡制成汽车内饰件。本发明的产品与目前同类产品相比，获得了良好的弯曲性能和尺寸稳定性，并且降低了生产成本，并为环境友好型材料。

Description

一种汽车内饰用非织造复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，涉及一种由天然纤维和化学纤维，经过混合后采用针刺技术成毡并模压成型的非织造汽车内饰复合材料。

背景技术

非织造复合材料作为一种新式复合材料，由于工艺流程短、劳动生产率高、使用原料广泛及产品应用领域广阔而得到迅猛发展。非织造材料的制备方法有很多，目前应用较多的有缝编法、水刺法、热轧法、纺粘法、熔喷法、针刺法等。针刺法非织造布是目前所有非织造布加工技术中产量最高，应用最广泛的生产方法。针刺法非织造布的特点是孔隙率高，可透气排水，手感丰满，强度较高。将非织造针刺毡经过模压成型板材，已经作为一种新型复合材料开始应用于汽车内饰材料。

一直以来，汽车用内饰材料在要求保证各方面性能的基础上尽量减轻材料重量。在非织造行业中，聚丙烯纤维由于加工方便、比重小、强度高、耐酸碱、化学性能稳定成为在非织造布中用量最大的合成纤维。另外，由于丙纶的熔点低，也大量用作基体纤维。而涤纶纤维具有断裂强度高、干热收缩率低、适当的卷曲形状和牢度等优点，是非织造产业中选择的主要增强材料。其他常用的纤维还包括玻璃纤维、锦纶、尼龙等等。目前用于汽车内饰的非织造复合材料通常只包含一种增强纤维，很难在力学性能、减重及可降解等方面同时兼顾。另外，大多数化学纤维也往往因为成本高和可降解难而限制其应用。周永斌（发明专利公开号: CN 1473975A）发明了涤纶短纤和丙纶制备的无纺布，并通过轧辊轧制成相关制品，这种无纺布具有无毒、透气、柔软等特性，但未对其弯曲性能及尺寸稳定性进行研究，同时难以加工成非平面的复杂形状制品，因此应用主要限定在床垫、鞋底等方面。张志法（发明专利公开号: CN 1629381A）等人研究了一种由聚丙烯纤维和玻璃纤维制备的复合纤维针刺毡。该产品制备工艺简单，力学性能优良，但存在着重量重、难回收等缺点。成晓旭（发明专利公开号: CN 101463531A）等发明了一种主要由再生纤维和丙纶制造的汽车用复合材料。其中使用的大量再生纤维为纺织废弃物，虽然成本低，但各批次的再生纤维成分性能均不同，如何保证产品的质量稳定性是很大的难题。对单一的天然纤维增强的非织造材料，则存在吸湿性强和与基体纤维结合弱等困难。

另一方面，随着人们保护环境意识的日益增长，各种天然纤维逐渐进入汽车零部件领域。目前各汽车工业大国已经开始大量使用天然纤维复合材料，因其在重量和成本方面的优势在汽车内饰件制造中的作用愈来愈大。麻纤维作为一种可再生、可自然降解的天然纤维，用于汽车内饰材料的增强体，对汽车产业要求材料环保、可回收有着积极地意义。汽车用天然纤维主要包括黄麻、亚麻、苎麻、洋麻和剑麻等麻纤维。其中，黄麻纤维具有较高的比强度和比模量，断裂伸长率也相对较低，是应用较多的天然纤维。杜兆芳（纺织学报, 2006, 27(5): 94-96）等将黄麻/聚丙烯复合板材用于汽车内饰衬板，但复合板材中高含量（70%）的麻纤维会导致吸潮、霉变、易燃等问题，限制其作为汽车内饰件方面的应用。后来她们（纺织学报, 2006, 27(12): 59-61）采用浸渍-轧压-烘干的方法将阻燃剂加入到纤维毡之中，达到了阻燃效果，但这样增加了工艺的复杂性和产品制造成本。田燕等（发明专利公开号: CN 101550635A）研发了一种黄麻纤维复合板，用于汽车内饰板材。但其中对阻燃性能，防潮霉变性能，尺寸稳定性，及力学性能未予评述。另外，针刺毡经过辊压机进行热压成型，不能生产具有复杂形状的内饰件。

综上所述，若采用多种增强纤维，通过特定的工艺使制备的复合材料同时发挥出不同增强纤维的各自优点，在保证优良力学性能和加工工艺性前提下，兼顾材料的轻量化和环境友好性，开发出更多性能优越的汽车内饰材料。本发明以PET纤维和天然黄麻纤维作为增强体制备复合材料，用于汽车内饰件，可在保持各方面性能优异的基础上大幅减小材料面密度，并保持良好的成型性和尺寸稳定性。另外，采用黄麻纤维作为增强材料，降低生产成本的同时，也符合环境保护和生态指标要求。本发明中对天然黄麻纤维进行的界面改性，为麻纤维的表面处理和其在汽车材料中的广泛应用提供实例参考。

发明内容

本发明针对现有材料的不足，提出了新的材料体系。选择了天然黄麻纤维和PET纤维共同作为增强纤维，并通过改变原料纤维配比以及控制模压参数（温度、时间、压力），得到了性能优异的非织造复合材料，该复合材料在减重、力学性能及尺寸稳定性方面，均较传统的同类材料有了很大提高。

为了实现以上目的，本发明的一个技术方案一种汽车内饰用非织造复合材料，其特征在于：所述复合材料中的各种组分的质量百分含量为：PP纤维25～50%，黄麻纤维1～20%，其余为PET纤维。

所述PP纤维的熔点为140～150℃。

    本发明的另一个技术方案提供一种制备汽车内饰用非织造复合材料的方法，该制备方法步骤如下：

    a、往水中添加甲酸调节pH值至3～4，加入A-151硅烷偶联剂，搅拌30min混合均匀，得到处理液，所述A-151硅烷偶联剂质量在处理液中质量分数为1～2%，然后将黄麻纤维浸入处理液中，浸渍30min后取出，放入80℃烘箱中干燥8h；

b、将PP纤维、PET纤维和天然黄麻纤维按质量百分比称重混合，PP纤维、PET纤维和天然黄麻纤维用量比例按量百分比为：PP纤维25～50%，黄麻纤维1～20%，其余为PET纤维；

c、通过预开松机将混合后的纤维进行预开松，然后将纤维送入开松机进行充分的开松和混合；

d、将开松好的纤维送入铺网机，梳理成薄网，采用四帘式铺网方式，将纤维铺叠成纤维网；

e、将铺网机输出的纤维网经过预针刺机进行预针刺，得到面密度约为330～370g/m²预针刺毡；再将预针刺毡叠合，送入主针刺机，每次叠加一层，叠加3-5次，制得面密度为1300～1500g/m²的纤维毡；

f、将制到的纤维毡，两面分别贴面，贴面的面料通过热熔胶片与纤维毡粘合，然后送入热压机进行模压成型，所选用的模压参数为：模压温度160～220℃、模压压力2～6MPa、模压时间2～6min，冷却后修边，得到产品。

上述非织造复合材料在制备汽车内饰材料的应用。

有益效果：

1、本发明通过选择原料纤维、改变原料配比以及选择合适的模压参数，制备的非织造复合材料，与目前同类产品相比，获得了良好的弯曲性能和尺寸稳定性。模压后内饰件厚度约为6mm，弯曲强度和弯曲模量可以达到6.5MPa和336MPa，尺寸变化率低于0.3%，远高于同类产品弯曲强度≥2MPa、弯曲模量≥200MPa及尺寸变化率≤±0.4%的性能指标，可满足高性能汽车内饰件在生产及装配过程中的力学性能需求。

2、本发明采用黄麻纤维作为部分增强纤维，降低了生产成本，并为环境友好型材料。

附图说明

图1、非织造复合材料制备流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

黄麻纤维进行表面处理和烘干：往水中添加甲酸调节pH值至3～4，加入A-151硅烷偶联剂，搅拌30min混合均匀，得到处理液，A-151硅烷偶联剂质量在处理液中质量分数为1～2%，然后将黄麻纤维浸入处理液中，浸渍30min后取出，放入80℃烘箱中干燥8h；

将进行表面处理和烘干后的黄麻纤维，与PP纤维、PET纤维分别称重后混合，混合比例为PP纤维40wt%，PET纤维45wt%，黄麻纤维15wt%。

将纤维经预开松机进行初步的混合和开松后，送入开松机，进行充分的混合和开松。如附图1所示，将开松后的纤维原料送入梳理机，将原料纤维加工成基本上由单纤维组成的薄网，并使纤维平行伸直。采用四帘式铺叠成网方式，将薄网铺到成网帘上输出。此后，将输出的薄网送入预针刺机，将其针刺成预针刺毡，此例经预针刺的薄毡面密度为350g/m²，然后将薄毡叠合送入主针刺机进行叠合针刺，并继续与预针刺毡叠合进行针刺，针刺道次为4，最终得到面密度约为1400g/m²的成品毡。

按附图1所示，将上述的纤维毡裁剪后，在其表面分别覆盖热熔胶片和面料，面料可以为针织面料或无纺布等，然后将其共同送入热压机，根据选取的模具进行模压成型。此例选取的模压参数为：模压温度200℃、模压压力4MPa、模压时间4min。冷却后，用切割机裁边成最终产品。

此实施例的产品的性能参数为：弯曲强度5.3MPa，弯曲模量334MPa，纵向和横向尺寸变化率均为0.10%。

实施例2

将采用实施例1所述的方法进行表面处理和烘干后得黄麻纤维，与PP纤维、PET纤维分别称重后混合，混合比例为PP纤维25wt%，PET纤维74wt%，黄麻纤维1wt%。

采用实施例1所述的方法将纤维依次进行混合开松，梳理铺叠成网，预针刺，主针刺。此例经预针刺的薄毡面密度为330g/m²，针刺道次为3，最终得到面密度约为1300g/m²的成品毡。

采用实施例1所述的方法，将上述的纤维毡进行模压成型。此例选取的模压参数为：模压温度160℃、模压压力2MPa、模压时间2min。冷却后，裁边成最终产品。

此实施例的产品性能参数为：弯曲强度1.12MPa，弯曲模量43.6MPa，纵向和横向尺寸变化率分别为0.08%和0.07%。

实施例3

将采用实施例1所述的方法进行表面处理和烘干后得黄麻纤维，与PP纤维、PET纤维分别称重后混合，混合比例为PP纤维40wt%，PET纤维40wt%，黄麻纤维20wt%。

采用实施例1所述的方法将纤维依次进行混合开松，梳理铺叠成网，预针刺，主针刺。此例经预针刺的薄毡面密度为370g/m²，针刺道次为5，最终得到面密度约为1500g/m²的成品毡。

采用实施例1所述的方法，将上述的纤维毡进行模压成型。此例选取的模压参数为：模压温度220℃、模压压力6MPa、模压时间6min。冷却后，裁边成最终产品。

此实施例的产品性能参数为：弯曲强度4.1MPa，弯曲模量243MPa，纵向和横向尺寸变化率均小于0.01%。

实施例4

将采用实施例1所述的方法进行表面处理和烘干后得黄麻纤维，与PP纤维、PET纤维分别称重后混合，混合比例为PP纤维50wt%，PET纤维49wt%，黄麻纤维1wt%。

采用实施例1所述的方法将纤维依次进行混合开松，梳理铺叠成网，预针刺，主针刺。此例经预针刺的薄毡面密度为350g/m²，针刺道次为4，最终得到面密度约为1400g/m²的成品毡。

采用实施例1所述的方法，将上述的纤维毡进行模压成型。此例选取的模压参数为：模压温度210℃、模压压力4MPa、模压时间4min。冷却后，裁边成最终产品。

此实施例的产品性能参数为：弯曲强度6.5MPa，弯曲模量336MPa，纵向和横向尺寸变化率分别为-0.3%和-0.1%。

Claims (1)

1.一种汽车内饰用非织造复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法步骤如下：

a、往水中添加甲酸调节pH值至3～4，加入A-151硅烷偶联剂，搅拌30min混合均匀，得到处理液，所述A-151硅烷偶联剂质量在处理液中质量分数为1～2%，然后将黄麻纤维浸入处理液中，浸渍30min后取出，放入80℃烘箱中干燥8h；

b、将PP纤维、PET纤维和将进行表面处理和烘干后的黄麻纤维按质量百分比称重混合，PP纤维、PET纤维和黄麻纤维用量比例按质量百分比为：PP纤维25～50%，黄麻纤维1～20%，其余为PET纤维；

c、通过预开松机将混合后的纤维进行预开松，然后将纤维送入开松机进行充分的开松和混合；

d、将开松好的纤维送入铺网机，梳理成薄网，采用四帘式铺网方式，将纤维铺叠成纤维网；

e、将铺网机输出的纤维网经过预针刺机进行预针刺，得到面密度约为330～370g/m²预针刺毡；再将预针刺毡叠合，送入主针刺机，每次叠加一层，叠加3-5次，制得面密度为1300～1500g/m²的纤维毡；

f、将制到的纤维毡，两面分别贴面，贴面的面料通过热熔胶片与纤维毡粘合，然后送入热压机进行模压成型，所选用的模压参数为：模压温度160～220℃、模压压力2～6MPa、模压时间2～6min，冷却后修边，得到产品。

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