CN103469489B - 环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统及工艺，系统包括纤维网生成装置，纤维网生成装置的一侧设有针刺装置，针刺后的纤维网延展至收卷装置I，纤维网生成装置下面设有带驱动结构的底帘，底帘分两部分一段为底帘I、另一段为底帘II，底帘I和底帘II的输出末端分别位于针刺装置的入口和烘箱内的底部，纤维网由烘箱出来经热压装置延展至收卷装置II，烘箱内设有将底帘送来的多层纤维网绕成S形的导布辊、支撑输送辊，所述纤维网生成装置包括依次连接的开松装置、梳理装置和铺网装置。本发明是一种低成本、高性能、环保型多层纤维复合材料毡制备技术，能够用于汽车内饰、工业过滤、家居等领域。

Description

环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种多层纤维复合材料毡，具体涉及一种多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统及工艺，属于纤维复合材料的制备领域。

背景技术

目前用于纤维复合材料毡生产的纤维原料多采用化学合成材料，但因其对不可再生资源的依赖和环境的污染，发展前景不容乐观，所以亟需替代品来弥补这一领域的空缺。部分天然纤维比如麻纤维、棕纤维作为隔热、隔音和阻尼材料、特别是作为聚合物基复合材料的填充和增强材料时，因其质轻价廉、环保亲和、非脆性断裂等优势得到生产厂家的青睐。采用这类天然纤维和化纤丝混合加工成纤维毡，其产品特性与传统化纤毡相比，更新型，更实用，无毒环保，份量轻，吸湿性好，价格成本低，可作为对外观无特殊要求的芯层纤维材料。

多层纤维毡制备多采用面层和芯层分别加工然后通过机械方法如针刺结合的技术。这种加工方式会导致面层的纤维伸入芯层，也会将芯层的纤维拔入面层，由于面层和芯层的纤维成分不同，上述机械加工方式会对各层性能，尤其是对面层的性能产生影响。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统及工艺。用于生产不同密实度、不同组分、不同性能、不同厚度的多层复合纤维毡。本发明是一种低成本、高性能、环保型多层纤维复合材料毡制备技术，能够用于汽车内饰、工业过滤、家居等领域。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，包括纤维网生成装置，纤维网生成装置的一侧设有针刺装置，针刺后的纤维网延展至收卷装置I，纤维网生成装置下面设有带驱动结构的底帘，底帘分两部分一段为底帘I、另一段为底帘II，底帘I和底帘II的输出末端分别位于针刺装置的入口和烘箱内的底部，纤维网由烘箱出来经热压装置延展至收卷装置II，烘箱内设有将底帘送来的多层纤维网绕成S形的导布辊、支撑输送辊，所述纤维网生成装置包括依次连接的开松装置、梳理装置和铺网装置。

所述的热压装置为一对加热加压转动辊。所述的烘箱设有向纤维网两面喷涂添加剂的喷涂装置。

所述的开松装置为开松机，梳理装置为梳理机，铺网装置为铺网机，开松机的出口经风机连通至混棉箱，梳理机设有杂乱辊，以提高纤维间的无序缠结程度，增加纤维网的力学性能，铺网机包括铺网帘，铺网机的下方设有底帘。

所述烘箱内还安装有间隙大小可调的压辊，用于逐步减小烘干后获得天然纤维复合材料毡的厚度。

所述的喷涂装置为两组直线往复式喷嘴，分别安装于烘箱的入口和烘箱内“S”形的中间层的上方。

利用上述装置进行多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工的工艺，包括步骤如下：

将芯层材料或者面层材料的各需的纤维原料分别开松并由混棉机混合均匀后，连续送入梳理机梳理，然后经铺网帘在既可向左又可向右运动的底帘上铺设芯层纤维网或面层纤维网，经底帘I芯层或面层纤维网被输送至针刺装置针刺定型后卷曲成卷；经底帘II，芯层或面层纤维网被送至烘箱，进入烘箱前将针刺定型后的面层或芯层纤维网经放卷机后送入并形成两层纤维网，烘箱110～135℃加热，低熔点纤维的外层熔融使纤维粘接，再经一对200～250℃的可调间隙转动辊热压成型，冷却后收卷得到纤维毡。

所述的两层纤维网在送入烘箱时分别在其上表面和下表面喷涂添加剂。烘箱的加热作用加速所喷涂的添加剂中的水分蒸发。添加剂优选阻燃剂、抑菌剂或两者混合物。抗菌剂优选有机硅季铵盐类抗菌剂，阻燃剂为磷氮类阻燃剂，优选磷酸胍。

所述的芯层材料重量份比组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。面层材料重量份比组成为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。上述的芯层材料纤维或面层材料纤维里低熔点皮芯型复合纤维均为具有皮芯结构的ES纤维、4080纤维、Efpakal L90纤维、N40纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维。优选的，具有皮芯结构的ES纤维、4080纤维。4080纤维（皮层为50%低熔点的聚酯，芯层为50%半消光聚酯）。低熔点的聚酯是一种具有较低熔点的无规共聚改性聚酯，是生产热粘合纤维的一种原料，熔点一般为110～135℃。可以在较低温度下加热熔化起到粘接其它纤维的作用，特别的是这种皮芯型复合低熔点皮芯型复合纤维粘合时不会像单组分低熔点皮芯型复合纤维那样产生熔缩现象，在皮层熔化时芯层仍能保持纤维状。低熔点复合纤维ES纤维也是一种典型的皮芯结构（皮层为聚乙烯，熔点在130℃左右，芯层为聚丙烯，熔点为160℃左右）。

上述的芯层材料纤维或面层材料纤维里高熔点纤维，具有较好的强度、耐磨性、较高的弹性模量，优选丙纶纤维，且其耐酸、耐碱、耐腐蚀性好，密度小，价格低廉，易于回收利用，在加热加压时起粘合作用，能够满足汽车内饰板热模压成型工艺的需要。芯层是复合纤维毡的骨架，是纤维毡的主要组成部分。面层主要是提供产品的外观性能，可能与人体接触，因此植物纤维由于粗糙等原因，不适于使用。

上述的表面改性的天然植物纤维为以马来酸酐-聚丙烯（MAH-PP）共聚物作为接枝试剂，将天然植物纤维素中的羟基与马来酸酐的羧基发生酯化接枝改性得到。所述天然植物纤维为麻纤维、棕纤维、木纤维中的一种或几种。

在烘箱内，所述纤维网通过一排同向转动的支撑输送辊向前输送，并通过顺时针或逆时针转动的导布辊改变其输送方向，通过调整压辊的间隙，逐步减小纤维毡的厚度；之后，利用一对加热加压转动辊进一步控制纤维毡的厚度，并使其表面光滑，提高产品的外观性能和尺寸精度。

本发明的有益效果是，本发明利用针刺或热熔粘合方法分别对各层纤维复合材料毡加工，再利用低熔点皮芯型符合纤维将各层纤维毡通过热熔粘合方式复合在一起，来生产不同密实度、不同组分、不同性能、不同厚度的纤维毡的复合毡。本发明是一种低成本、高性能、环保型多层纤维复合材料毡制备技术，能够用于汽车内饰、工业过滤、家居等领域。

本发明装置充分结合了无纺布针刺热合两种程序结构，集成、方便。

附图说明

图1是本发明加工系统的俯视图；

图2是本发明加工系统的主视图；

其中1.纤维网生成装置，2.底帘Ι，3.针刺装置，4.收卷装置Ι，5.底帘II，6.放卷装置Ι，7.放卷装置II，8.喷涂装置，9.烘箱，10.加热加压转动辊，11.纤维毡，12.收卷装置II，13.支撑输送辊，14.导布辊，15.压辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

如图1和2所示，环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，包括纤维网生成装置1，纤维网生成装置1的一侧设有针刺装置3，针刺后的纤维网延展至收卷装置I4，纤维网生成装置1下面设有带驱动结构的底帘，底帘分两部分一段为底帘I2、另一段为底帘II5，底帘I2和底帘II5的输出末端分别位于针刺装置的入口和烘箱9内的底部，纤维网由烘箱9出来经热压装置延展至收卷装置II12，烘箱9内设有将底帘送来的多层纤维网绕成S形的导布辊14、支撑输送辊13，所述纤维网生成装置1包括依次连接的开松装置、梳理装置和铺网装置。

所述的热压装置为一对加热加压转动辊10。所述的烘箱9设有向纤维网两面喷涂添加剂的喷涂装置8。所述的开松装置为开松机，梳理装置为梳理机，铺网装置为铺网机，开松机的出口经风机连通至混棉箱，梳理机设有杂乱辊，以提高纤维间的无序缠结程度，增加纤维网的力学性能，铺网机包括铺网帘，铺网机的下方设有底帘。

所述烘箱内还安装有间隙大小可调的压辊15，用于逐步减小烘干后获得天然纤维复合材料毡的厚度。

所述的喷涂装置为两组直线往复式喷嘴，分别安装于烘箱的入口和烘箱内“S”形的中间层的上方。

多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工工艺，步骤如下：

面层材料的原料纤维开松并混合均匀后，连续送入梳理机梳理，然后经铺网帘在底帘上铺设纤维网，面层材料的纤维网经底帘I2输送至针刺装置3针刺定型后由收卷装置Ι4卷曲成卷。同样的，芯层材料的原料纤维经开松混料、梳理、铺网、针刺定型卷曲成卷后，安置到放卷机Ι，并放卷送至底帘II上，并且，在芯层材料的纤维网进入烘箱9前将已针刺定型的面层材料的纤维网安置到放卷机II，并放卷送至铺有芯层的底帘II，与芯层纤维网叠层，一同送入烘箱9；芯层材料纤维重量份比组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。面层材料纤维重量份比组成为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。

低熔点皮芯型复合纤维为热熔纤维4080，其皮层为低熔点聚酯，芯层为半消光聚酯，低熔点聚酯可以在较低温度下（一般为110～135℃）加热熔化起到粘接各个纤维的作用，而芯层作为骨架，在皮层熔化时仍能保持纤维状，使其不会像单组分低熔点皮芯型复合纤维那样产生熔缩现象，本发明使用低熔点皮芯型复合纤维作为复合纤维毡制备阶段的粘合剂。

天然植物纤维为表面改性的黄麻纤维，如：将马来酸酐作为酯化试剂溶解于二甲苯溶剂中，将一定量的麻纤维浸入改性溶液中，140℃加热4小时。然后用蒸馏水反复洗涤酯化麻纤维，以除去未反应的马来酸酐。最后置于60℃烘箱中加热干燥。

在烘箱9内，纤维网通过一排同向转动的支撑输送辊13向前输送，并通过顺时针或逆时针转动的导布辊14改变其输送方向，通过调整压辊15的间隙，逐步减小纤维毡11的厚度；之后，利用一对加热加压转动辊10进一步控制纤维毡11的厚度，并使其表面光滑，提高产品的外观性能和尺寸精度。

纤维网进入烘箱9前和在烘箱9内，分别在纤维网的上表面和下表面喷涂磷酸胍以及DC-5700混合液，用于阻燃和抑菌，烘箱的加热作用加速喷涂的添加剂中的水分蒸发。

芯层和面层经烘箱加热，低熔点皮芯纤维的外层熔融，起粘合剂作用，使芯层和面层粘接复合在一起，冷却后得到纤维毡。实施例1生产的产品密实度较高，硬度相对较大。

实施例2：

多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工工艺，步骤如下：

面层材料的原料纤维开松并混合均匀后，连续送入梳理机梳理，然后经铺网帘在底帘上铺设纤维网，面层材料的纤维网经底帘I2输送至针刺装置3针刺定型后由收卷装置Ι4卷曲成卷。芯层材料的原料纤维经开松混料、梳理、铺网后，经底帘直接由底帘II5向烘箱9输送，并且，在芯层材料的纤维网进入烘箱9前将已针刺定型的面层材料的纤维网安置到放卷机II，并放卷送至铺有芯层的底帘II，与芯层纤维网叠层，一同送入烘箱9；芯层材料纤维重量份比组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。面层材料纤维重量份比组成为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。

天然植物纤维为表面改性的棕纤维。将天然植物纤维酯化改性。酯化试剂一般为乙酸、乙酸酐、马来酸酐等低分子羧基化合物。酯化可以有效的改善植物纤维的疏水性，从而提高和聚合物质之间的相容性。

芯层和面层经烘箱加热，低熔点皮芯纤维的外层熔融，起粘合剂作用，使芯层和面层粘接复合在一起，冷却后得到纤维毡。实施例2生产的产品，因芯层未经针刺处理，与实施例1相比，产品厚度较大，较蓬松，且硬度较小，可卷曲包装。

其余同实施例1，不予赘述。

实施例3：

多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工工艺，步骤如下：

芯层材料的原料纤维开松并混合均匀后，连续送入梳理机梳理，然后经铺网帘在底帘上铺设纤维网，芯层材料的纤维网经底帘I2输送至针刺装置3针刺定型后由收卷装置Ι4卷曲成卷。面层材料的原料纤维经开松混料、梳理、铺网后，经底帘直接由底帘II5向烘箱9输送，并且，在面层材料的纤维网进入烘箱9前将已针刺定型的芯层材料的纤维网安置到放卷机II，并放卷送至铺有面层的底帘II，与面层纤维网叠层，一同送入烘箱9；芯层材料纤维重量份比组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。面层材料纤维重量份比组成为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。

天然植物纤维为表面改性的黄麻纤维。将天然植物纤维酯化改性。酯化试剂一般为乙酸、乙酸酐、马来酸酐等低分子羧基化合物。酯化可以有效的改善植物纤维的疏水性，从而提高和聚合物质之间的相容性。

芯层和面层经烘箱加热，低熔点皮芯纤维的外层熔融，起粘合剂作用，使芯层和面层热粘接复合在一起，冷却后得到纤维毡。面层主要起外观装饰作用，通常较薄，故实施例3的产品硬度与实施例1相近，通常切割成板材包装。

其余同实施例1，不予赘述。

实施例1～3均避免了针刺复合对芯层、面层造成的影响，并提供了不同密实度的纤维毡制造技术。经烘箱加热，使低熔点皮芯纤维的外层熔融，起粘合剂作用，将芯层和面层自身纤维粘合，并使芯层和面层粘合在一起，在远离烘箱之后自然冷却即形成多层复合纤维毡。也可根据产品要求设定加热温度，对于蓬松度较高，孔隙较大的产品，设定温度应低于丙纶熔点；对于较密实的产品，设定温度应达到丙纶熔点。

经烘箱加工而成的纤维毡，由加热加压转动辊对进一步定型和表面处理后，收卷包装。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，其特征是，包括纤维网生成装置，纤维网生成装置的一侧设有针刺装置，针刺后的纤维网延展至收卷装置I，纤维网生成装置下面设有带驱动结构的底帘，底帘分两部分一段为底帘I、另一段为底帘II，底帘I和底帘II的输出末端分别位于针刺装置的入口和烘箱内的底部，纤维网由烘箱出来经热压装置延展至收卷装置II，烘箱内设有将底帘送来的多层纤维网绕成S形的导布辊、支撑输送辊，所述纤维网生成装置包括依次连接的开松装置、梳理装置和铺网装置。

2.根据权利要求1所述的环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，其特征是，所述的热压装置为一对加热加压转动辊。

3.根据权利要求1所述的环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，其特征是，所述的烘箱设有向纤维网两面喷涂添加剂的喷涂装置。

4.根据权利要求3所述的环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，其特征是，所述的喷涂装置为两组直线往复式喷嘴。

5.根据权利要求1所述的环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，其特征是，所述的开松装置为开松机，梳理装置为梳理机，铺网装置为铺网机，开松机的出口经风机连通至混棉箱，梳理机设有杂乱辊，以提高纤维间的无序缠结程度，增加纤维网的力学性能，铺网机包括铺网帘，铺网机的下方设有带驱动结构的底帘。

6.根据权利要求1所述的环保型多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工系统，其特征是，所述烘箱内还安装有间隙大小可调的压辊。

7.利用权利要求1所述的加工系统进行多层纤维复合材料毡的针刺/热熔粘合加工的工艺，其特征是，包括步骤如下：将芯层材料或者面层材料的各需的纤维原料分别开松并由混棉机混合均匀后，连续送入梳理机梳理，然后经铺网帘在既可向左又可向右运动的底帘上铺设芯层纤维网或面层纤维网，经底帘I芯层或面层纤维网被输送至针刺装置针刺定型后卷曲成卷；经底帘II，芯层或面层纤维网被送至烘箱，进入烘箱前将针刺定型后的面层或芯层纤维网经放卷机后送入并形成两层纤维网，烘箱110～135℃加热，低熔点纤维的外层熔融使纤维粘接，再经一对200～250℃的可调间隙转动辊热压成型，冷却后收卷得到纤维毡。

8.根据权利要求7所述的工艺，其特征是，所述的两层纤维网在送入烘箱时分别在其上表面和下表面喷涂添加剂，添加剂为阻燃剂、抑菌剂或两者混合物。

9.根据权利要求7所述的工艺，其特征是，所述的芯层材料重量份比组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃；面层材料重量份比组成为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征是，表面改性的天然植物纤维为以马来酸酐-聚丙烯共聚物作为接枝试剂，将天然植物纤维素中的羟基与马来酸酐的羧基发生酯化接枝改性得到，所述天然植物纤维为麻纤维、棕纤维、木纤维中的一种或几种。