CN103628223B - 一种功能纤维膨体纱织物毯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能纤维膨体纱织物毯的制备方法，将连续功能纤维长丝束经过高速气流的连续吹喷而使功能纤维束呈螺旋式膨体状态，将功能纤维膨体纱与相同原料的长丝束经过超喂并合，形成膨体复合纱；将膨体复合纱作为纬纱与长丝束经纱进行交织而成织物毯，可织成多种规格的厚型纤维毯。连续功能纤维膨体纱毯既保留了短切纤维毡的优点，又增加了一些新的功能，克服了短纤维针刺毡的一些缺陷，提高了纤维网的整体力学性能。该织物毯可直接应用于隔热、过滤、吸附、摩擦等材料中，又可作为纤维预制体用于复合材料，充分发挥其力学承载性和功能性优势，具有广阔的应用前景。

Description

一种功能纤维膨体纱织物毯及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种连续功能纤维膨体纱织物毯，具体地说是一种利用连续功能纤维膨体纱及膨体复合纱织造而成的膨体纱织物毯。它既有非织造布膨体、多孔隙的特点，又具有机织物的基本结构。可用于保温隔热毯或作为复合材料的纤维预制体。

背景技术：

连续功能纤维膨体纱织物毯是一种能充分发挥长纤维特性的保温隔热材料或是纤维预制体，它既具有短切纤维网的性能，又具有长纤维制品的结构可设计性。

杭州萧山天成机械有限公司生产提供玻璃纤维膨体纱机设备，用于膨体纱的生产。高速气流膨化器为设备中的一个关键部件。该设备用于玻璃纤维膨体纱生产的，市场有售，但不能直接用于碳纤维膨体纱的生产。在通用产品中，玻璃纤维丝较脆硬，丝束中断头较多，浸润剂用量较多。碳纤维丝相对较细较软，丝束中断头较少，浸润剂用量较少。由于玻璃纤维和碳纤维性质的不同，气流过小，达不到膨体纱的效果，而气流过大，又会损伤纤维。原装置结构中气流与丝束同时进入一个圆柱形膨化器中。没有设定专门的气流通道，也没有对气流吹喷纤维丝束的角度、方向进行设计，因此经常会出现堵塞输出口、纱线局部膨大的现象。

短切纤维毡是一种用途广泛的保温隔热材料，也是各种结构纤维预制体二次成型的基础材料，其重量较轻，含有较高的气孔率，单位面积重量为：200～600g/m²。一般地，制成纤维毡要经过以下几个步骤：(1)通过特殊配方的处理剂对碳纤维长丝进行清洗、消除静电和柔性处理，一是将碳纤维表面的浸润剂去除，二是使增加纤维柔性，三是消除静电；(2)将碳纤维长丝切断成长度在60mm～100mm短纤维；(3)对短切纤维进行机械开松、梳理或气流混合；(4)通过机械或气流的方法在成网帘子上均匀铺网；(5)最后通过针刺使纤维网成型。

短切纤维网制毡具有以下缺点：(1)梳理过程中对纤维的损伤较大；(2)纤维网中的单纤维不能完全伸直；(3)成网的均匀性和质量一致性很难控制；(4)纤维的方向不可设计，纤维网面内力学性能欠佳；(5)短切纤维毡的层间性能很差；(6)容易出现散边或烂边。由于碳纤维的刚性、脆性和抱合力差等特点，致使对短切碳纤维的梳理较为困难。另外，还会经常出现纤维绕辊，转移困难，造成不能正常出网。

发明内容：

本发明的目的在于克服短切纤维毡技术的不足，提供一种功能纤维膨体纱织物毯及其制备方法，一种直接由连续功能纤维膨体纱或膨体复合纱织成的膨体纱织物，这种膨体纱织物不分层，膨体性好，结构均匀，质量一致性较好，并具有层间连接，纤维方向可设计，充分发挥了长纤维的性能，力学及其功能性更佳。采用本发明技术所制成的纤维织物可直接用于保温隔热材料，也可用于纤维预制体，可直接进行CVD工艺复合沉积，且预制体结构稳定、

变形小、力学性能可设计，易渗碳易沉积，可得到高致密性、结构均匀的复合材料。

技术方案：

利用连续功能纤维膨体纱及膨体复合纱作为原料；将经过超喂的功能纤维膨体纱与功能纤维长丝束合并再进行加固，形成膨体复合纱；将膨体复合纱作为纬纱与连续功能纤维长丝束经纱进行交织而成织物毯，构成纬向膨体纱织物毯；将膨体复合纱同时作为经纱和纬纱，织成经、纬双向膨体纱织物毯。

该方法包括以下几个步骤：

(1)利用连续功能纤维膨体纱及膨体复合纱作为织物原料；

(2)将经过超喂的功能纤维膨体纱与功能纤维长丝束合并再进行加固，形成膨体复合纱；

(3)将膨体复合纱作为纬纱与作为经纱的连续功能纤维长丝束交织成织物，构成纬向膨体织物毯；将膨体复合纱同时作为经纱和纬纱，织成经、纬双向膨体织物毯；

所述连续功能纤维长丝束及膨体复合纱为玻璃纤维或碳纤维或碳化硅纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维。

步骤(3)中所述织物组织为平纹或斜纹或缎纹或方平或纬二重组织；

6K的膨体纱直径为5～20mm，12K膨体纱的直径为10～40mm。

单层膨体纱织物的厚度为5mm～30mm。

所述膨体纱的制备方法如下：

（1）通过高速气流膨化器让高速气流通过膨化器喷嘴连续吹喷功能纤维长纱束，将每根单纱充分分离成单丝状态。

（2）调整吹喷速度为20-50米/秒，吹喷角度为15°-75°，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。

所述高速气流膨化器：由膨化器外壳和设置在内部的通道组成，膨化器外壳上设置导气孔。所述导气孔角度为15°-75°。通道的直径在8mm～15mm，导气孔直径范围在2mm～5mm。

为了解决上述问题，并且保证尽量不损伤纤维，本装置通过膨化器的结构优化设计，专门设计出了气流通道，并预留出了吹喷角度（15°-75°），如图2中的6和7，使得气流吹入方向、角度最佳，能实现膨体纱连续化顺畅输出。不会出现堵塞输出口的现象。通过调节气流吹喷流量大小，使之产生一定频率波动，本膨化器可实现螺旋式膨体纱输出。本装置是在原有技术上的改进，研制出了既适用于碳纤维又适用于玻璃纤维的膨体纱膨化器。

高速气流膨化器生产膨体纱的控制参数为：

膨体纱细度：60-5000Tex

膨体纱形状：毛条型或螺旋型

纱线常规喂入比例：30%

花式纱线喂入比例：50%

纱筒内径：80mm或100mm指空筒管的内径。

最大满筒直径：420mm；指纱线卷绕满筒时的直径。这两种直径都可直接测量。

筒纱长度：250mm-350mm

出纱速度：2000mm/min-8000mm/min

气压：1MPa

(2)通过调整吹喷速度（20-50米/秒）和吹喷角度（15°-75°），可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。

所述连续纤维束为碳纤维或玻璃纤维或碳化硅纤维或玄武岩纤维。

步骤(1)中，即高速气流法通过喷嘴连续吹喷而产生膨体纱。

通过对连续功能纤维膨体纱进行切断，可以制成单纱分散状的短切纤维网或纤维絮。

有益效果：

连续功能纤维膨体纱织物具有如下的优点：(1)完全分离的纤维长丝能更好地发挥力学性能；(2)纤维可完全伸直；(3)成网的均匀性和质量一致性容易控制；(4)纤维的方向可设计，纤维网面内力学性能优异；(5)通过膨体纱参与交织使得纤维预制体不分层；(6)膨体纱织物边缘结构完整，不会出现散边或烂边现象。

在这种膨体纱中每根单纱分离，膨体纱含有一定的气孔率（20-95%），可通过对膨体纱的结构设计得到不同规格的膨体纱，如纤维膨体部分高度、纤维堆积密度等。采用本发明技术可在隔热材料、密封材料、过滤材料、吸附材料、隔音材料、吸波材料、耐腐蚀材料等柔性功能材料领域有效发挥重要作用。采用本发明技术所制成的纤维预制体，可直接进入CVD工艺，且预制体不会发生变形，易渗碳易沉积，可得到高致密性、结构均匀的复合材料。

利用连续功能纤维如玻璃纤维、碳纤维等进行的精细编织，费工耗时，编织成本高，纤维损伤较大。为彻底改变这一现状，采用较粗、含气孔较多的膨体纱进行编织，可极大地提高编织效率，大大降低编织成本，对纤维的损伤也减小。采用连续功能纤维束分散进行粗编，是实现规模化、批量化生产的有效方法之一。通过适当调整纱和织物的一些结构参数，在保证应用安全的前提下，使编织预制件的各项性能指标不至于下降很多，已满足应用为原则。连续功能纤维预制胚体制作工艺简单，可成型大尺寸件，能降低生产成本，缩短产品生产周期。

附图说明：

图1为本发明实施例的示意图

图中，1-膨体纱2-高速气流膨化器3-连续功能纤维束4-长纱束筒；

图2为膨化器

图中，5-膨化器外形6、7-导气孔8-连续功能纤维束9-膨体纱；

图3为杭州萧山天成机械有限公司生产玻璃纤维膨体纱机设备装置结构图。

具体实施方式：

(1)通过高速气流膨化器让高速气流连续吹喷功能纤维长纱束，通过控制膨化器气流速度和吹喷方向使每根单纱充分分离，形成膨松状或螺旋状的连续纤维丝束。

(2)通过调整吹喷速度和吹喷角度，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。通过调节改变流入通气孔的气流量大小，可实现不同规格膨体纱的制备；通过设计导气孔角度在15°～75°之间变化，可加工出不同角度的膨化器以供选择，通过参数优选，可实现膨松型和螺旋型膨体纱的制备。

(3)通过横向拉伸,使连续纤维束分散在横向延展，使连续纤维束分散变薄、变宽，同时维持纤维均匀分布，形成长纱扁平纱。

(4)将工序(3)中形成的长纱扁平纱进行往复式导纱，做交错铺层并缠绕成筒子纱备用。

(5)膨体纱、芯纱和固结纱三种纱均为相同材质的功能纤维。

步骤(1)中，即高速气流法通过喷嘴连续吹喷而产生膨体纱。

通过对连续功能纤维膨体纱进行切断，可以制成单纱分散状的短切纤维网或纤维絮。在这种膨体纱中每根单纱分离，膨体纱含有一定的气孔率（20-95%），可通过对膨体纱的结构设计得到不同规格的膨体纱，如纤维膨体部分高度、纤维堆积密度等。采用本发明技术可在隔热材料、密封材料、过滤材料、吸附材料、隔音材料、吸波材料、耐腐蚀材料等柔性功能材料领域有效发挥重要作用。采用本发明技术所制成的纤维预制体，可直接进入CVD工艺，且预制体不会发生变形，易渗碳易沉积，可得到高致密性、结构均匀的复合材料。

Claims (2)

1.一种功能纤维膨体纱织物毯制备方法，包括以下几个步骤：

(1)利用连续功能纤维膨体纱及膨体复合纱作为织物原料；

(2)将经过超喂的功能纤维膨体纱与功能纤维长丝束合并再进行加固，形成膨体复合纱；

(3)将膨体复合纱作为纬纱与作为经纱的连续功能纤维长丝束交织成织物，构成纬向膨体织物毯；将膨体复合纱同时作为经纱和纬纱，织成经、纬双向膨体织物毯；

所述膨体纱的制备方法如下：

(1)通过高速气流膨化器让高速气流通过膨化器喷嘴连续吹喷功能纤维长纱束，将每根单纱充分分离成单丝状态；

(2)调整吹喷速度为20-50米/秒，吹喷角度为15°-75°，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型；

所述连续功能纤维长丝束及膨体复合纱为碳纤维或碳化硅纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维；

所述高速气流膨化器由膨化器外壳和设置在内部的通道组成，膨化器外壳上设置导气孔；所述导气孔角度为15°-75°；所述通道纵切面呈上下两端开口且横向直径相同的结构，通道的直径在8mm～15mm，导气孔直径范围在2mm～5mm。

2.根据权利要求1所述功能纤维膨体纱织物毯制备方法，其特征在于所述步骤(3)中所述织物组织为平纹或斜纹或缎纹或方平或纬二重组织。