CN102303430B - 玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，步骤包括：前道的非织造工艺：按比例称取聚丙烯纤维和玻璃纤维，通过粗开松机开松后由输棉风机送至混棉箱再输送至精开松机，至振动棉箱再到大棉仓，经输送帘、斜帘、拔棉辊打手充分混合，再经压棉辊和输出帘输出至梳理机，再至铺网机铺网，并通过喂入机将纤维网输送至预针刺机预刺，再经主针刺机定型针刺成毡材；后道的热压成型工艺：对中放卷、撒粉、纠偏、平幅进料、烘房加热、热压复合、压辊冷却、风冷。本发明具有具有较强的拉伸强度和耐冲击性能，能满足其在汽车、轮船等高载荷防护部件中的使用要求，应用范围广泛的优点。
Description
技术领域
本发明属于应用于工业生产中的聚丙烯(PP)纤维复合材料技术领域，具体涉及一种玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强是塑料增强形式中成本最低、改善效果最明显的方式之一，通过玻璃纤维的加入可改善塑料的物理机械性能。但是，常规塑料的注塑和挤出工艺仅能实现超短玻璃纤维(长度低于0.95mm)的填充和增强，而对于拉伸强度和耐冲击性能更好的长玻璃纤维(长度不低于50mm)却不能在传统工艺下获得汽车、轮船等设计和生产所需的片材中实现添加，从而限制了现有纤维增强材料的应用范围。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种具有较强的拉伸强度和耐冲击性能，能满足其在汽车、轮船等高载荷防护部件中的使用要求，应用范围广泛的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，包括前道的非织造工艺和后道的热压成型工艺，具体制备步骤包括：
前道的非织造工艺：
(1)按照重量百分比为聚丙烯纤维45～55％，玻璃纤维45～55％称取原料；
(2)通过粗开松机将上述步骤(1)的原料进行充分混合开松，粗开松辊的转速不低于690转/分，开松后由输棉风机送至混棉箱；
(3)混棉箱将步骤(2)开松后的纤维均匀筵棉，然后由风机输送至精开松机；
(4)精开松机将步骤(3)的纤维进行精开松，精开松辊的转速不低于690转/分，然后由风机送至振动棉箱；
(5)振动棉箱将步骤(4)的纤维经尘笼再到大棉仓，经输送帘、斜帘(钉帘)、拔棉辊打手充分混合，在均棉辊打手、振动板的作用下，棉箱产生均匀筵棉，再经压棉辊和输出帘输出至梳理机；
(6)梳理机将步骤(5)的纤维通过梳理成为均匀分布的纤维网，并采用气吹式出棉方法输送至铺网机；
(7)铺网机将梳理好的纤维网进行铺网，并通过喂入机将纤维网输送至预针刺机；
(8)通过预针刺机对纤维网进行预刺；
(9)通过主针刺机对步骤(8)预刺后的纤维网进行定型针刺成毡材；
(10)由成卷切边机把步骤(9)主针刺好的毡材进行废边切除和成卷处理；后道的热压成型工艺：
(11)对中放卷：将前道非织造工艺制备的成卷的毡材放置在放卷机架上进行张紧放料；
(12)撒粉：将步骤(11)放卷后的毡材进行撒粉，采用震动撒粉方式对毡材进行热熔粉的铺撒，铺撒单位克重80～150g/m2(即每平米毡材上均匀撒有80～150g的热熔粉)；
(13)纠偏：将步骤(12)撒粉后的毡材根据卷料的拉幅情况，对毡材进行左右偏移纠正，确保材料拉幅居中；
(14)平幅进料：然后将步骤(13)纠偏后的毡材，采用循环输送链条打订输送方式进行进料，即通过输送装置宽度方向上的压轮把毡材压入输送链上的输送卡钉，由循环输送链条上的连续卡钉带动毡材进行输送进料至烘房；
(15)烘房加热：设置烘房温度，对进来的毡材进行烘烤加热，烘房在毡材进料方向上设置3区域：分预烘、主烘和保温三区，预烘的温度为70～80℃，主烘温度为130～145℃，保温温度为100～110℃；
(16)热压复合：对步骤(15)加热后的毡材进行压制复合，热压滚筒压力达到6.3MPa以上，滚筒温度为170～180℃，在该热压复合过程中可进行面料或胶粘膜的复合(即在毡材的一面或者两面再复合面料或胶粘膜)；
(17)压辊冷却：对压制和复合后的材料进行冷却辊压，冷辊冷却的滚筒压力级别达到6.3MPa以上，滚筒温度为40～60℃，以实现粘接定型；
(18)风冷：对粘接定型复合后的材料进行风冷冷却处理。
本发明上述的后道的热压成型工艺还包括风冷后的常规处理步骤：
(19)标识印字处理：对材料进行必要的名称、规格、生产日期等内容的印字标识(该工序不是必须工序，可省略)；
(20)切边处理：对废边进行切边处理；
(21)切断下料：根据规格需要进行冲裁下料；
(22)检验、包装。
本发明在使用玻璃纤维时，在投料前24小时，还包括采用硅烷偶联剂按每1000Kg玻璃纤维使用3Kg硅烷偶联剂的比率进行喷淋处理，喷淋时硅烷偶联剂按体积比3∶37(硅烷偶联剂∶水＝3∶37)的比率与水稀释，均匀喷淋后放置24小时即可投料使用。
本发明上述的硅烷偶联剂为市售产品，如KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171几种型号中的一种或一种以上的混合。
本发明上述步骤(1)中的聚丙烯纤维采用5～6旦尼尔(线密度的单位)×50～90mm(长度)规格的聚丙烯纤维。
本发明上述步骤(1)中的玻璃纤维采用12～15旦尼尔×78～90mm规格的长玻璃纤维。
作为优选，在步骤(9)主刺过程中，根据材料复合需要，可在该主刺过程把毡材材料的基布进行针刺复合，该基布主要为水刺无纺布、热轧无纺布、针刺无纺布中的一种，基布克重为50～150g/m2。
本发明上述步骤(14)的热熔粉为HDPE热熔胶粉。
作为优选，所述步骤(15)的烘房加热，加热毡材采用连续性进料作业即毡材以输送速度为3米/min连续通过长30米的烘房。
作为优选，在步骤(15)的烘房加热与步骤(16)热压复合之间还包括对从烘房出来的毡材进行红外加热的步骤，采用红外加热器，加热温度为170～180℃，因为从烘房到热压装置还有一段距离，为实现出烘房的毡材保温要求，增加红外加热器进行保温烘烤，确保热压复合质量、复合效果好。
本发明的优点和有益效果：
1.本发明成功采用非织造工艺完成了长纤维(长度不低于50mm)增强材料与PP纤维进行针刺共混加工，弥补了常规塑料的注塑和挤出工艺仅能实现超短纤维的添加而不能实现拉伸强度和耐冲击性能更好的长纤维增强材料添加的不足，以均匀针刺的形式实现长玻璃纤维和PP的增强复合，实现长玻璃纤维在PP材料中的增强作用。因此，本发明制备出的具有长纤维增强材料的复合纤维材料，其具有更好的拉伸强度和耐冲击性能，可以满足其在装备、汽车、轮船等领域中的使用要求。
2.本发明材料在复合过程直接采用PP纤维塑料的高温粘接性进行粘接复合，在加工过程中无任何胶粘剂即胶水，从而使复合材料具备无毒无害的高环保性。
3.本发明在使用玻璃纤维时，在投料前24小时，对玻璃纤维进行了表面处理。而玻璃纤维的表面处理，能改善玻璃纤维和PP纤维等材料的粘合性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的拉伸强度、防水及耐气候变化等性能，能有效提高复合后纤维材料的机械性能。
4.本发明的方法制备的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料，具有材料密度低，成形周期短，冲击韧性好以及可再生利用和储存期长等显著的优点，作为绿色环保轻质材料，其中80％可被应用于对轻量化最为迫切的轿车领域。
5.本发明通过采用低压成型技术，制备的复合材料很容易粘附于织物、纱布、泡沫材料、干粉涂膜以及坚固的PP表面，因此可以很方便地进行模内装饰。
6.本发明的复合材料片材是由PP纤维和玻璃纤维复合而成，是采用织物生产所用的干工艺(非织造工艺)技术来生成由PP纤维和玻璃纤维掺和的毛状物。在连续生产过程中，该掺和毛状物被加热到高于PP熔点的温度，再将其层压到粘接膜或纯PP膜的表面层，最后切成坯料。考虑到使用被切碎的过短的玻璃纤维模制零件时往往会发生树脂从纤维中分离的现象，因此选用了长度为78～90mm的长玻璃纤维以生成防止分离的3D基质。该工艺可使玻璃纤维很好地分布在PP纤维中，同时也能很好地控制材料的膨松过程。
7.片材遇热时会膨松扩展而使厚度达到原来的5倍，这是因为玻璃纤维由压缩状态的固结坯料中舒展开来所导致的。因此通过改变玻璃纤维的含量来调整片材的膨松度；一般，当玻璃纤维含量较高时，膨松度会增加，密度减小，从而使最终产品的比硬度(硬度与重量之比)升高，本发明采用重量百分比为45～55％的含量，从而达到兼顾各方面性能达到较为优化的目的。如采用45％玻璃纤维含量的片材适合于制造车底屏蔽装置、承重板以及可开式车顶；55％玻璃纤维含量的片材适合于制造车顶内衬。
附图说明
图1本发明玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法中的前道的非织造工艺的工艺流程图结构示意图。
图2本发明玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法中的后道的热压成型工艺的工艺流程图。
如图所示：10.主动放卷机，11.纠偏机，11.1 压轮，11.2.链条，12.撒粉机，13.烘房，13.1.红外加热器，13.2.过渡轮，13.3.第一活动放卷架，14.热压机，15.冷压机，16.冷风装置，17.印字机，18.第二活动放卷架，19.切边截断机。
具体实施方式
下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例，在本发明权利要求范围内的任何修改，都认为落入本发明的权利保护范围之内。
实施例
首先按照以下配比称取各原料：PP纤维55％，规格6旦尼尔×60mm；玻璃纤维45％，规格12旦尼尔×78mm；
前道的非织造工艺：
将称量好的PP纤维和玻璃纤维通过粗开松机充分混合开松(粗开松机型号可采用青岛纺织的BG045，该开松送料为连续式送料)，粗开松辊的转速为690转/分，然后由输棉风机送至混棉箱(WF921-180混棉箱)；混棉箱将充分开松混合的纤维混合均匀延棉，由风机输送至精开松机(精开松机型号可采用青岛纺织的BG065)；精开松机将粗开松及混合的纤维进行精开松，精开松辊的转速为690转/分，精开松后的纤维由风机送至振动棉箱；振动棉箱4将充分开松混合的纤维经尘笼再到大棉仓，经输送帘、斜帘(钉帘)、拔棉辊打手充分混合，在均棉辊打手、振动板的作用下，棉箱产生均匀筵棉，再经压棉辊和输出帘输出至梳理机(ASBG215A-200单锡林双杂乱梳理机含吸尘装置)；梳理机将充分开松处理的纤维通过充分梳理后成为均匀分布的纤维网，并采用气吹式出棉方法输送至铺网机(YBG258A)；铺网机将梳理好的纤维网进行铺网成多层纤维网，然后通过喂入机将纤维网输送至预针刺机(YBG311-260)；通过预针刺机对纤维网进行预刺，预针刺往复行程为60mm，植针频率为3000枚/m2，针刺频率为800次/min；通过主针刺机(YBG314-260型针刺机)对预刺后的纤维网进行定型针刺，主针刺往复行程为40mm，植针频率为4000枚/m2，针刺频率为1000次/min，在主刺过程中，根据材料复合需要，可在该主刺过程把材料的基布进行针刺复合，该基布主要为水刺无纺布、热轧无纺布、针刺无纺布，克重为50～150g/m2；由成卷切边机(YBG611F-260型切边成卷机)把主针刺好的毡材进行废边切除和成卷处理，成卷后毡材经后道处理后形成板材。
后道处理工艺：
1、对中放卷：将成卷的毡材放置在放卷机架10上进行张紧放料；2、撒粉：用撒粉机12采用震动撒粉方式对毡材进行热熔粉(HDPE热熔粉)的铺撒，铺撒单位克重为80～150g/m2；3、纠偏：根据卷料的拉幅要求，用纠偏机11对毡材进行左右偏移纠正，确保材料拉幅居中(纠偏后经过压轮11.1、链条11.2输送)；4、平幅进料：采用循环输送链条打订输送进料，即通过输送装置宽度方向上的压轮把毡材压入输送链上的输送卡钉，由循环输送链条上的连续卡钉带动毡材进行输送进料至烘房；5、烘房加热：设置烘房13温度，对毡材进行烘烤加热，烘房在毡材进料方向上设置3区域：分预烘、主烘和保温三区，根据PP纤维和玻璃纤维的相对低熔点和燃点的要求，预烘的温度为70～80℃，主烘温度为130～145℃，保温温度为100～110℃(连续性作业，烘房长30米，毡材输送速度：3米/min)；6、热压复合：通过热压机14对撒粉和加热后的毡材进行压制复合，在该热压复合过程中可进行面料或胶粘膜的复合，热压滚筒压力在6.3MPa以上，滚筒温度为170～180℃；7、压辊冷却：通过冷压机15对压制和复合后的材料进行冷却辊压，实现粘接定型，冷压机滚筒压力在6.3MPa以上；8、风冷：对复合后的材料进行风冷冷却处理即冷却至常温，采用的风冷装置16为YBG833A-260型风冷装置；9、标识印字处理：采用印字机17(YBG508-260型印字机)对材料进行必要的名称、规格、生产日期等内容的印字标识(该工序不是必须工序，可省略)；10、切边处理：第二活动放卷架18(04A-260型活动放卷架)用于的放卷，常规单面基布的优选放卷PP胶粘膜或PE胶粘膜，基布或PP胶粘膜或PE胶粘膜与毡材复合后，采用切边截断机19(YBG813-260型切边截断机)对废边进行切边处理；11、切断下料：根据规格需要进行冲裁下料；12、检验、包装。
如图2所示，为了保证毡材在热压复合之前温度不会下降，更利于热压复合，复合效果好在拉幅烘房加热步骤与热压复合步骤之间还包括对从烘房出来的毡材进行红外加热的步骤，加热温度为170～180℃，采用的是红外加热器13.1，再经过渡轮13.2输送至冷压机中，在红外加热器13.1和渡轮13.2的上方设有第一活动放卷架13.3，第一活动放卷架用于基布或PP胶粘膜或PE胶粘膜放卷，常规单面基布的优选放卷基布(即毡材在上下表面复合上有几种组成，如：上下复合基布的，如：上下复合胶粘接膜的，如：一面复合基布、一面复合胶粘膜的，对于两面复合材料不同的，则会把基布类粘接相对胶粘膜困难的基布放第一活动放卷架，因烘房口上部有红外加热保温，能保证基布牢固复合)，因烘房出口上部有红外加热保温，能保证基布牢固复合。
将本发明实施例制备的产品样品进行检测，具体性能参数如下：1、弯曲强度：≥10N/mm2；2、(热老化后)弯曲强度：≥8N/mm2；3、弯曲模量：≥250N/mm2；4、冲击强度：≥8mJ/mm2；5、气味试验：≤3级；6、燃烧性能：≤100mm/min；7、尺寸变化率：≤0.3％。因此，本发明方法制备的材料可以具有较强的拉伸强度和耐冲击性能，能满足其在汽车、轮船等高载荷防护部件中的使用要求，应用范围广泛。
Claims (10)
1.一种玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：包括前道的非织造工艺和后道的热压成型工艺，具体制备步骤包括：
前道的非织造工艺：
（1）按照重量百分比为聚丙烯纤维45～55%，玻璃纤维45～55%称取原料；
（2）通过粗开松机将上述步骤（1）的原料进行充分混合开松，粗开松辊的转速不低于690转/分，开松后由输棉风机送至混棉箱；
（3）混棉箱将步骤（2）开松后的纤维均匀筵棉，然后由风机输送至精开松机；
（4）精开松机将步骤（3）的纤维进行精开松，精开松辊的转速不低于690转/分，然后由风机送至振动棉箱；
（5）振动棉箱将步骤（4）的纤维经尘笼再到大棉仓，经输送帘、斜帘、拔棉辊打手充分混合，在均棉辊打手、振动板的作用下，棉箱产生均匀筵棉，再经压棉辊和输出帘输出至梳理机；
（6）梳理机将步骤（5）的纤维通过梳理成为均匀分布的纤维网，并采用气吹式出棉方法输送至铺网机；
（7）铺网机将梳理好的纤维网进行铺网，并通过喂入机将纤维网输送至预针刺机；
（8）通过预针刺机对纤维网进行预刺；
（9）通过主针刺机对步骤（8）预刺后的纤维网进行定型针刺成毡材；
（10）由成卷切边机把步骤（9）主针刺好的毡材进行废边切除和成卷处理；后道的热压成型工艺：
（11）对中放卷：将前道非织造工艺制备的成卷的毡材放置在放卷机架上进行张紧放料；
（12）撒粉：将步骤（11）放卷后的毡材进行撒粉，采用震动撒粉方式对毡材进行热熔粉的铺撒，铺撒单位克重80～150g/m2；
（13）纠偏：将步骤（12）撒粉后的毡材根据卷料的拉幅情况，对毡材进行左右偏移纠正，确保材料拉幅居中；
（14）平幅进料：然后将步骤（13）纠偏后的毡材，采用循环输送链条打订输送进料，即通过输送装置宽度方向上的压轮把毡材压入输送链上的输送卡钉，由循环输送链条上的连续卡钉带动毡材进行输送进料至烘房；
（15）烘房加热：设置烘房温度，对进来的毡材进行烘烤加热，烘房在毡材进料方向上设置3区域：分预烘、主烘和保温三区，预烘的温度为70～80℃，主烘温度为130～145℃，保温温度为100～110℃；
（16）热压复合：对步骤（15）加热后的毡材进行压制复合，热压滚筒压力达到6.3MPa以上，滚筒温度为170～180℃，在该热压复合过程中可进行面料或胶粘膜的复合；
（17）压辊冷却：对压制和复合后的材料进行冷却辊压，冷辊冷却的滚筒压力级别达到6.3MPa以上，滚筒温度为40～60℃，以实现粘接定型；
（18）风冷：对粘接定型复合后的材料进行风冷冷却处理。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的后道的热压成型工艺还包括风冷后的常规处理步骤：（19）标识印字处理：对材料进行必要的名称、规格、生产日期内容的印字标识；（20）切边处理：对废边进行切边处理；（21）切断下料：根据规格需要进行冲裁下料；（22）检验、包装。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）在使用玻璃纤维投料前24小时，还包括采用硅烷偶联剂按每1000Kg玻璃纤维使用3Kg硅烷偶联剂的比率对玻璃纤维进行喷淋处理，喷淋时硅烷偶联剂按体积比3∶37的比率与水混合稀释，均匀喷淋后放置24小时即可投料使用。
4.根据权利要求3所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为市售KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171几种型号的硅烷偶联剂中的一种。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的聚丙烯纤维采用5～6旦尼尔×50～90mm规格的聚丙烯纤维。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的玻璃纤维采用12～15旦尼尔×78～90mm规格的长玻璃纤维。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）主刺过程中，根据材料复合需要，在该主刺过程把材料的基布进行针刺复合，该基布主要为水刺无纺布、热轧无纺布或针刺无纺布，克重为50～150g/m2。
8.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（12）中的热熔粉为HDPE热熔胶粉。
9.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（15）的烘房加热，加热毡材采用连续性进料作业，烘房长30米，毡材输送速度为3米/min。
10.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（15）的烘房加热与步骤（16）的热压复合之间还包括对从烘房出来的毡材进行红外加热的步骤，加热温度为170～180℃。
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