CN103161032B - 一种无纺布及其制备方法和生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无纺布的制备方法和用于实施该方法的无纺布生产设备，该方法包括：使通过熔喷装置形成的熔喷纤维带有高压静电，将带有高压静电的熔喷纤维与人造短纤维混合，得到复合纤维，然后收集所述复合纤维，并形成无纺布。采用本发明的无纺布生产设备并根据本发明的无纺布的制备方法制备的无纺布具有较低的密实度，使得该无纺布具有改善的吸音、隔音效果。

Description

一种无纺布及其制备方法和生产设备

技术领域

本发明涉及一种无纺布的制备方法，由该方法制备的无纺布，以及无纺布生产设备。

背景技术

汽车用无纺布吸音材料一直以来被广泛用于汽车内饰的顶棚、地板和中柱等部位，起到吸收汽车动力系统、传动系统、制动系统和空调系统等自身产生的噪声，并屏蔽一定程度的外界噪声，比如轮胎和路面摩擦的噪声等。驾乘人员的感官舒适度很大程度上取决于车内的安静程度。一般来说，高档轿车往往在吸音、隔音方面比中低档车效果好很多。究其原因，一则是高档车使用了更多的吸音、隔音材料，并且对声源在车内的传递做了细致的分析和模拟，从而优化了声学材料在汽车上的安置方式；另外一个重要的原因是高档车所使用的吸音、隔音材料具有明显更高的吸音、隔音系数，且耐压强度、面密度等参数上也优于中低档车的吸音、隔音材料。

通常，吸音效果较好的汽车用无纺布吸音材料的纤维结构比较特殊，由两种或两种以上直径的纤维复合而成，大直径纤维赋予材料强度，小直径纤维则提高材料的孔隙度。例如，CN1714189A公开了一种无纺纤维织物，其包括粗直径纤维和细直径纤维，粗直径纤维为人造短纤(PET)，细直径纤维为聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)的熔喷纤维。另外，该专利申请还提供了所述无纺纤维织物的生产设备，该生产设备主要包括熔喷设备。熔喷纤维的优点在于能够简易地制得超细纤维，可达到微米级。然而，常规的熔喷设备需要借助压缩气体辅助牵伸喷出的纤维，一方面由于熔喷设备的气体辅助牵伸需要消耗大量的能量，使得生产过程耗能较大；另一方面由于压缩气体的流速是有极限的，从而限制了熔喷纤维的直径范围(通常为10个微米以上)，并且使得熔喷纤维的尺寸稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的汽车用无纺布吸音材料的生产过程中存在的上述缺陷，提供了一种新的无纺布的制备方法，以及由该方法制备的无纺布和实施该方法的无纺布生产设备。

本发明提供了一种无纺布的制备方法，该方法包括：使通过熔喷装置形成的熔喷纤维带有高压静电，将带有高压静电的熔喷纤维与人造短纤维混合，得到复合纤维，然后收集所述复合纤维，并形成无纺布。

本发明还提供了根据上述方法制备的无纺布。

本发明还提供了一种无纺布生产设备，其中，该设备包括熔喷装置、高压静电发生器、吹扫装置和收集装置，所述熔喷装置包括挤出机、计量泵和熔喷模头，所述高压静电发生器用于使通过所述熔喷模头形成的熔喷纤维带有高压静电；所述吹扫装置用于吹扫人造短纤维，使所述人造短纤维与带有高压静电的熔喷纤维混合；所述收集装置由金属制成且接地，用于接收所述人造短纤维和所述带有高压静电的熔喷纤维的复合纤维。

根据本发明的所述无纺布生产设备，由于其中设置有高压静电发生器，使得通过所述熔喷模头形成的熔喷纤维带有高压静电，该带有高压静电的熔喷纤维能够自动快速地堆积在所述收集装置上，而无需通过压缩空气进行牵引拉伸，从而能够降低无纺布生产过程中的能量消耗；而且，在采用本发明的所述设备生产无纺布的过程中，只需通过控制高压静电发生器产生的直流高压静电，即可实现控制通过所述熔喷模头形成的熔喷纤维的直径，使得该熔喷纤维的直径是可控的，并且通过适当调整高压静电发生器产生的直流高压静电，可以制得直径在1微米以下的超细纤维，从而有利于降低无纺布的密实度，改善无纺布的吸音、隔音效果；另外，在所述高压静电发生器的作用下，所述熔喷装置可以形成带有均一电量的熔喷纤维，从而能够获得直径分布比较集中的熔喷纤维。

因此，采用本发明的所述无纺布生产设备并根据本发明的所述无纺布的制备方法制备的无纺布具有较低的密实度，使得该无纺布具有改善的吸音、隔音效果，并且还具有较好的耐压性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的具体实施方式的无纺布生产设备的结构示意图。

附图标记说明

1熔喷装置2高压静电发生器

3吹扫装置4收集装置

11挤出机12计量泵

13熔喷模头

41a上金属辊筒41b下金属辊筒

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下。

本发明提供了一种无纺布的制备方法，该方法包括：使通过熔喷装置形成的熔喷纤维带有高压静电，将带有高压静电的熔喷纤维与人造短纤维混合，得到复合纤维，然后收集所述复合纤维，并形成无纺布。

根据本发明的所述方法，使通过熔喷装置形成的熔喷纤维带有高压静电，使得所述熔喷纤维的直径能够在可控的范围内被收集，并且在高压静电作用下，所述熔喷纤维可以分裂、牵伸至纳米级纤维，从而可以降低最终制备的无纺布的密实度，进而提高该无纺布的吸音、隔音效果。

根据本发明的所述方法，使通过熔喷装置形成的熔喷纤维带有高压静电可以通过设置高压静电发生器，并使该高压静电发生器与熔喷装置的熔喷模头电连接的方式实现，但并不仅限于此。

根本发明的所述方法，将所述带有高压静电的熔喷纤维和所述人造短纤维混合的方法可以包括向带有高压静电的熔喷纤维流中吹扫人造短纤维流，但并不仅限于此。在优选情况下，所述带有高压静电的熔喷纤维流的运动方向与所述人造短纤维流的运动方向的夹角为15-45°，更优选为15-25°。在该优选情况下，可以实现将人造短纤维包裹在所述带有高压静电的熔喷纤维束内，从而提高最终制备的无纺布的机械强度。

根据本发明的所述方法，在将所述带有高压静电的熔喷纤维和所述人造短纤维混合的过程中，所述带有高压静电的熔喷纤维和所述人造短纤维的用量可以根据最终制备的无纺布产品的性能要求而适当改变。然而，为使最终制备的无纺布适合用作汽车用无纺布吸音材料，相对于100重量份的所述带有高压静电的熔喷纤维，所述人造短纤维的用量可以为10重量份以上(例如10-60重量份)，优选为30-60重量份。

根据本发明的所述方法，由于最终制备的无纺布的密实度以及吸音、隔音效果在很大程度上取决于所述带有高压静电的熔喷纤维和所述人造短纤维的尺寸，因此，适当控制所述带有高压静电的熔喷纤维的尺寸，并且选用适当尺寸范围内的人造短纤维，对于制备具有较优的吸音、隔音效果的无纺布是有利的。优选情况下，所述带有高压静电的熔喷纤维的直径为50-1000纳米；所述人造短纤维的直径为15-35微米，长度为20-50毫米。

根据本发明的所述方法，通过熔喷装置形成熔喷纤维的方法可以为本领域技术人员公知的熔喷纺丝法。在最终制备的无纺布中，所述通过熔喷装置形成的熔喷纤维主要是用于形成疏松的多孔结构，并将人造短纤维连接在一起。所述熔喷纤维可以选用本领域常规使用的各种熔喷纤维，例如，所述熔喷纤维可以含有98-99.9重量％的热塑性聚合物和0.1-2重量％的加工助剂，优选含有99-99.9重量％的热塑性聚合物和0.1-1重量％的加工助剂。所述塑性聚合物可以为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸和聚偏氟乙烯中的至少一种。所述加工助剂可以为本领域常规使用的加工助剂。优选情况下，为了提高最终制备的无纺布的吸音、隔音效果，所述塑性聚合物选用聚乙烯和/或聚丙烯，所述加工助剂选用金属盐，如氯化金属盐(例如氯化钠、氯化镁、氯化钙等)。

在最终制备的无纺布中，所述人造短纤维主要用于提供无纺布的结构支撑，赋予无纺布较高的耐压强度和形变恢复能力。所述人造短纤维优选具有优良的力学性能，例如可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在本发明中，术语“短”是相对的概念，是相对于常规的纤维长度而言的，也可以理解为相对于通过熔喷装置形成的熔喷纤维的长度而言。

根据本发明的所述方法，通过控制所述带有高压静电的熔喷纤维的电压，可以适当调整所述带有高压静电的熔喷纤维的直径。在优选情况下，为使所述带有高压静电的熔喷纤维具有1微米以下(如50-1000纳米)的直径，所述带有高压静电的熔喷纤维的电压为5-50kV，更优选为20-40kV。

根据本发明的所述方法，收集所述复合纤维可以但不限于采用如下方式实现：设置金属辊筒作为收集装置，并使金属辊筒接地，在高压静电的作用下，使包含带有高压静电的熔喷纤维的复合纤维能够自动地、快速地堆积于金属辊筒的表面。

本发明还提供了根据上述方法制备的无纺布。所述无纺布具有较低的密实度，例如所述无纺布的密实度可以为0.3-0.6。所述密实度是指无纺布的体积密度除以无纺布的材料密度得到的值，该值越小，表示所述无纺布越蓬松。当所述无纺布的密实度为0.3-0.6时，该无纺布具有较好的吸音、隔音效果。

本发明还提供了一种无纺布生产设备，如图1所示，该设备包括熔喷装置1、高压静电发生器2、吹扫装置3和收集装置4，所述熔喷装置1包括挤出机11、计量泵12和熔喷模头13，所述高压静电发生器2用于使通过所述熔喷模头13形成的熔喷纤维带有高压静电；所述吹扫装置3用于吹扫人造短纤维，使所述人造短纤维与带有高压静电的熔喷纤维混合；所述收集装置4由金属制成且接地，用于接收所述人造短纤维和所述带有高压静电的熔喷纤维的复合纤维。

优选地，所述高压静电发生器2与所述熔喷模头13电连接。所述高压静电发生器2可以为本领域常规使用的高压静电发生器。所述高压静电发生器2优选可以输出5-50kV(优选为20-40kV)的直流高压静电，其电压可以为正电也可以为负电。

在所述熔喷装置2中，所述熔喷模头13可以为本领域常规使用的熔喷模头。为了提高纺丝效率，所述熔喷模头13优选具有多个喷丝孔。所述多个喷丝孔可以以单排的形式设置，也可以以多排平行的形式设置。优选地，所述多个喷丝孔以多排平行排列的形式设置。

在所述熔喷装置2中，所述挤出机11可以为本领域常规使用的各种挤出机。为了实现连续熔融挤出，从而提高生产效率，所述挤出机11优选为双螺杆挤出机。

在所述熔喷装置2中，所述计量泵12可以为本领域常规使用的计量泵。

优选地，所述吹扫装置3包括进料装置、鼓风机和风道，所述人造短纤维从所述进料装置进入所述吹扫装置3，并从所述风道排出所述吹扫装置3。所述风道可以控制人造短纤维的吹扫方向。在较优选的实施方式中，为了实现将人造短纤维包裹在所述带有高压静电的熔喷纤维束内，以提高最终制备的无纺布的机械强度，所述风道的开口方向与所述熔喷模头的喷丝孔的开口方向的夹角优选为15-45°，更优选为15-25°。

所述收集装置4接地的目的是使所述收集装置4与所述熔喷模头13之间形成高压静电场，使得通过所述熔喷模头13形成的带有高压静电的熔喷纤维在该高压静电场的作用下能够自动地射向所述收集装置4，以达到自动收集的目的。因此，所述收集装置4只要由金属制成即可，而对于所述收集装置4的具体类型没有特殊的限定。优选地，所述收集装置4为金属辊筒。更优选地，如图1所示，所述收集装置4包括上金属辊筒41a和下金属辊筒41b，所述上金属辊筒41a设置在所述下金属辊筒41b的上方且二者之间具有间隙，所述上金属辊筒41a和所述下金属辊筒41b能够相互逆向运转。所述上金属辊筒41a和所述下金属辊筒41b之间的间距可以根据需要制备的无纺布的厚度而改变，通常，所述上金属辊筒41a和所述下金属辊筒41b之间的最小间距可以为10-20厘米。所述收集装置4与所述熔喷模头13之间的距离优选为可调节的，从而能够调节所述收集装置4和所述熔喷模头13之间的高压静电场强的大小，进而改变复合纤维射流运动距离，通常，所述收集装置4与所述熔喷模头13之间的最小距离可以为5-50厘米，当所述收集装置4包括所述上金属辊筒41a和所述下金属辊筒41b时，所述最小距离是指所述熔喷模头13与所述上金属辊筒41a和所述下金属辊筒41b的切面之间的最小距离。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明的所述无纺布及其制备方法和生产设备。

无纺布生产设备构造如下：

由熔喷装置1、高压静电发生器2、吹扫装置3、上金属辊筒41a、下金属辊筒41b和拉伸收卷装置(未示出)组成，熔喷装置1具有双螺杆挤出机11、计量泵12和熔喷模头13，熔喷模头13具有多排平行排列的喷丝孔；高压静电发生器2与熔喷模头13电连接；吹扫装置3具有进料装置、鼓风机和风道，风道的开口方向与熔喷模头13的开口方向的夹角为15°；上金属辊筒41a和下金属辊筒41b均接地，并且二者之间的最小间距为15厘米，熔喷模头13与上金属辊筒41a和下金属辊筒41b的切面之间的最小距离为35厘米。

无纺布的制备：

将99.8重量份的聚丙烯(牌号PP1300)和0.2重量份的氯化钠加到双螺杆挤出机11中，将双螺杆挤出机11内的温度设置为225℃，将熔喷模头13处的温度设置为240℃。通过高压静电发生器2施加30kV静电高压。通过熔喷模头13形成带有高压静电的聚丙烯熔喷纤维。通过进料装置向吹扫装置3中加入43重量份的直径为25微米、长度为40毫米的PET短纤维(购自吴江亨运化纤制品厂)，使PET短纤维与带有高压静电的聚丙烯熔喷纤维混合，并堆积在上金属辊筒41a和下金属辊筒41b的表面上。随着上金属辊筒41a逆时针旋转、下金属辊筒41b顺时针旋转，在两个辊筒之间的间隙处形成厚度为20厘米的无纺布A1，并通过拉伸收卷装置收集形成的无纺布。

对比例1

按照CN1714189A中实施例2的方法制得无纺布D1。

实施例2

本实施例用于说明本发明的所述无纺布及其制备方法和生产设备。

根据实施例1的方法制备无纺布，所不同的是，将风道的开口方向与熔喷模头13的开口方向的夹角设置为48°，从而制得无纺布A2。

实施例3

本实施例用于说明本发明的所述无纺布及其制备方法和生产设备。

无纺布生产设备的构造与实施例1相同。

无纺布的制备：

将99.8重量份的聚乙烯(牌号1F7B)和0.2重量份的氯化钠加到双螺杆挤出机11中，将双螺杆挤出机11内的温度设置为175℃，将熔喷模头13处的温度设置为190℃。通过高压静电发生器2施加20kV静电高压。通过熔喷模头13形成带有高压静电的聚丙烯熔喷纤维。通过进料装置向吹扫装置3中加入60重量份的直径为25微米、长度为40毫米的PET短纤维(购自吴江亨运化纤制品厂)，使PET短纤维与带有高压静电的聚丙烯熔喷纤维混合，并堆积在上金属辊筒41a和下金属辊筒41b的表面上。随着上金属辊筒41a逆时针旋转、下金属辊筒41b顺时针旋转，在两个辊筒之间的间隙处形成厚度为20厘米的无纺布A3，并通过拉伸收卷装置收集形成的无纺布。

实施例4

本实施例用于说明本发明的所述无纺布及其制备方法和生产设备。

无纺布生产设备的构造与实施例1相同。

无纺布的制备：

将99.8重量份的聚丙烯(牌号PP1300)和0.2重量份的氯化钠加到双螺杆挤出机11中，将双螺杆挤出机11内的温度设置为225℃，将熔喷模头13处的温度设置为240℃。通过高压静电发生器2施加40kV静电高压。通过熔喷模头13形成带有高压静电的聚丙烯熔喷纤维。通过进料装置向吹扫装置3中加入30重量份的直径为25微米、长度为40毫米的PET短纤维(购自吴江亨运化纤制品厂)，使PET短纤维与带有高压静电的聚丙烯熔喷纤维混合，并堆积在上金属辊筒41a和下金属辊筒41b的表面上。随着上金属辊筒41a逆时针旋转、下金属辊筒41b顺时针旋转，在两个辊筒之间的间隙处形成厚度为20厘米的无纺布A4，并通过拉伸收卷装置收集形成的无纺布。

测试例

(1)通过扫描电子显微镜(SEM)观测无纺布中复合纤维的结构，观察结果的表示方式为：熔喷纤维包裹PET短纤维的结构表示成“Y”，非包裹结构表示成“N”；

(2)通过无纺布的体积密度除以无纺布材料的体积密度来计算无纺布的密实度；

(3)根据以下方法检测无纺布的复原密实度：分别从上述无纺布中取出40cm×40cm的样品，用2公斤压力分别将各个样品压缩至厚度为10cm，并且在压缩状态下保持5小时，然后移除压力，并自然松弛12小时以上，待样品的厚度不再增大之后，分别检测此时各个样品的体积密度，并用该体积密度除以相应的无纺布材料的体积密度，从而计算得到复原密实度；通过如此测得的复原密实度可以判定无纺布的耐压性，具体的，复原密实度相对于相应的无纺布的密实度增大的比例越小，则无纺布的耐压性越好；相反，复原密实度相对于相应的无纺布的密实度增大的比例越大，则无纺布的耐压性越差；

(4)根据ASTME1050-98的方法检测无纺布的吸音、隔音效果；

上述检测结果如下表1所示。

表1

无纺布	A1	D1	A2	A3	A4
						复合纤维的结构	Y	N	N	Y	Y
密实度	0.32	0.47	0.35	0.56	0.30
						复原密实度	0.37	0.61	0.44	0.63	0.35
密实度增大比例	15.63％	29.79％	25.71％	12.50％	16.67％
						吸音系数	0.96	0.79	0.88	0.97	0.95

由表1的数据可以看出，采用本发明的无纺布生产设备制备的无纺布具有较低的密实度，能够表现出较优的吸音、隔音效果，并且还具有较好的耐压性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种无纺布的制备方法，该方法包括：使通过熔喷装置形成的熔喷纤维带有高压静电，将带有高压静电的熔喷纤维与人造短纤维混合，得到复合纤维，然后收集所述复合纤维，并形成无纺布；

将所述带有高压静电的熔喷纤维和所述人造短纤维混合的方法包括向带有高压静电的熔喷纤维流中吹扫人造短纤维流，所述带有高压静电的熔喷纤维流的运动方向与所述人造短纤维流的运动方向的夹角为15-25°。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于100重量份的所述带有高压静电的熔喷纤维，所述人造短纤维的用量为10-60重量份。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带有高压静电的熔喷纤维的直径为50-1000纳米；所述人造短纤维的直径为15-35微米，长度为20-50毫米。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带有高压静电的熔喷纤维的电压为5-50kV。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通过熔喷装置形成的熔喷纤维含有98-99.9重量％的热塑性聚合物和0.1-2重量％的加工助剂，所述热塑性聚合物为聚乙烯和/或聚丙烯，所述加工助剂为金属盐。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法制备的无纺布。

7.根据权利要求6所述的无纺布，其中，所述无纺布的密实度为0.3-0.6。

8.一种无纺布生产设备，其特征在于，该设备包括熔喷装置(1)、高压静电发生器(2)、吹扫装置(3)和收集装置(4)，所述熔喷装置(1)包括挤出机(11)、计量泵(12)和熔喷模头(13)，所述高压静电发生器(2)用于使通过所述熔喷模头(13)形成的熔喷纤维带有高压静电；所述吹扫装置(3)用于吹扫人造短纤维，使所述人造短纤维与带有高压静电的熔喷纤维混合；所述收集装置(4)由金属制成且接地，用于接收所述人造短纤维和所述带有高压静电的熔喷纤维的复合纤维；

所述吹扫装置(3)包括进料装置、鼓风机和风道，所述人造短纤维从所述进料装置进入所述吹扫装置(3)，并从所述风道排出所述吹扫装置(3)，风道的开口方向与熔喷模头(13)的喷丝孔的开口方向的夹角为15-25°。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述高压静电发生器(2)与所述熔喷模头(13)电连接。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述熔喷模头(13)具有多个喷丝孔。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述多个喷丝孔以多排平行排列的形式设置。

12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述收集装置(4)为金属辊筒。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述收集装置(4)包括上金属辊筒(41a)和下金属辊筒(41b)，所述上金属辊筒(41a)设置在所述下金属辊筒(41b)的上方且二者之间具有间隙，所述上金属辊筒(41a)和所述下金属辊筒(41b)能够相互逆向运转。

14.根据权利要求8、9、12和13中任意一项所述的设备，其中，所述挤出机(11)为双螺杆挤出机。