CN103827374B - 多用途功能性无纺纤维及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多用途功能性无纺布，更具体而言涉及通过以下方式制备的多用途功能性无纺布及其制备方法：对碳化纤维棉进行预处理加工并将经预处理的碳化纤维棉层叠在天然棉上，将该预处理的碳化纤维棉与天然棉混合，或将天然棉插入并层叠在预处理的碳化纤维棉的中间层上。通过对碳化纤维进行预处理工序容易实现切割机中的网的形成和层叠。另外，通过以下方式可获得良好的耐热性和导热性：将碳化纤维棉层叠在天然棉上，将碳化纤维棉与天然棉混合后进行层叠，或在将天然棉插入碳化纤维棉的中间层后进行针刺。无纺纤维的表面温度可通过热的消散和分散而降低，通过减少热损失并通过结合，天然棉的保热性和绝热性可以增强，并可实现天然棉的防碳化和防火性。另外，该产品能够具有低制造成本和环境友好性，并且可用作回收废料的材料。

Description

多用途功能性无纺纤维及其制造方法
技术领域
本发明涉及多用途功能性无纺布，更具体而言，涉及通过以下方式制备的多用途功能性无纺布及其制备方法：对碳化纤维棉进行预处理加工，并将经预处理的碳化纤维棉层叠在天然棉上，将天然棉与该预处理的碳化纤维棉混合并打散该混合棉；或将天然棉引入预处理的碳化纤维棉的中间层，并将预处理的碳化纤维棉层叠在天然棉上。
背景技术
近年来，无纺布已广泛用于服装、工业、工程建造、农业用材料以及人类生活环境和各种工业领域中的各种过滤物。无纺布的种类分为：短纤维无纺布，其通过梳理短纤维并对经梳理的短纤维进行针刺工序而制得；和长丝无纺布，其通过纺粘(spunbond)或水刺(spunlace)工艺制得。常规无纺布通过利用玻璃纤维或碳纤维制造无纺布的方法制造，从而实现阻燃性(耐火性)。韩国专利公开第2001-79333号(1999年11月17日)公开了一种通过以下方法制造的消防板：将玻璃纤维网插入一对碳纤维无纺布之间，使缝纫机针将每个网眼上下缝合，并将上层碳纤维无纺布与下层玻璃纤维缠结。
通过该方法制造的碳纤维无纺布的优点在于碳纤维和玻璃纤维具有优异的阻热性和阻燃性，但问题是难以通过玻璃纤维的网眼进行针刺工序，在针刺过程中玻璃纤维以细粉形式分散，因此对工人的人体、皮肤和眼睛有害，针也由于针板的压缩力而受到严重损害，并且经针刺的无纺布也受到损害。另外，碳纤维或玻璃纤维的问题在于其具有较差的绝热性和经济可行性，并且由于其过重的重量而需要过多工作度，这导致工作效率下降。另外，碳纤维或玻璃纤维的问题还在于其由于不具有阻燃性而易于着火，且具有较差的破裂强度和拉伸强度。
因此，本发明人努力开发出了一种多用途功能性无纺布和其制造方法，从而解决了现有技术中的问题。
发明内容
技术问题
因此，本发明涉及一种能够通过对碳化纤维进行预处理工序而实现网的形成和层叠的多用途功能性无纺布及其制造方法。另外，本发明涉及通过以下方式制造的具有优异耐热性和导热性的多用途功能性无纺布及其制造方法：将碳化纤维棉层叠在天然棉上，将天然棉与碳化纤维棉混合，并且将混合棉打散(scutch)和层叠；或将天然棉引入碳化纤维棉的中间层并层叠在碳化纤维棉的中间层上，并对经层叠的棉进行针刺。
然而，本发明的目的不限于此，通过详细描述其示例性实施方式，本文中未公开的发明目的对于本领域技术人员是显而易见的。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种制造多用途功能性无纺布的方法。此处，所述方法包括：(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以6:4至8:2的混合比混合，从而制得碳化纤维棉，(2)将所述碳化纤维棉注入切割机中以形成网，(3)将已形成网的碳化纤维棉与天然棉层叠，从而使所述已形成网的碳化纤维棉位于所述天然棉上，并对层叠的棉进行针刺，和(4)对经针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造多用途功能性无纺布的方法。此处，所述方法包括：(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以6:4至8:2的混合比混合，从而制得碳化纤维棉，(2)将所述碳化纤维棉注入切割机中以形成网，(3)将天然棉引入已形成网的碳化纤维棉的中间层并层叠在所述已形成网的碳化纤维棉的中间层上，并对层叠的棉进行针刺，和(4)对经针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
根据本发明的又一个方面，提供了一种制造多用途功能性无纺布的方法。此处，所述方法包括：(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以6:4至8:2的混合比混合，从而制得碳化纤维棉，(2)将天然棉与所述碳化纤维棉混合并将所得的混合棉打散，(3)将经混合/打散的棉注入切割机中以形成网，将已形成网的棉层叠，并对层叠的棉进行针刺，和(4)对经针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
根据本发明的一个示例性实施方式，针刺条件可以包括：每分钟转速(rpm)为200rpm至800rpm，速度为2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数为4,000EA/m至4,500EA/m，并且针刺密度(beat density)为40次/cm2至72次/cm2。另外，所述针刺可以以从顶部至底部进行一次和从底部至顶部一次的方式往复进行。
根据本发明的再一个方面，提供了一种利用上述方法制造的多用途功能性无纺布。此处，所述多用途功能性无纺布可用于选自由以下材料组成的组的至少一种材料：保热材料、阻燃材料、绝热材料、加热材料、吸声材料、吸收冲击用中间材料、缓冲材料、防弹材料、防刀材料和消防材料。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述多用途功能性无纺布可用于选自由管、阀、弯管、涡轮机、旋转机、废气阀、锅炉壁和大型发动机组成的组的至少一种。另外，所述多用途功能性无纺布可用作选自由下述物组成的组的至少一种中的低温保热材料/绝热材料：以液态运输和储存的LNG和LPG气体的运输和储存系统，船舶，车辆，储存罐，管，阀，冷藏仓库，和冷藏机。此外，所述多用途功能性无纺布可用作选自由下述物组成的组的至少一种中的阻燃材料或绝热材料：阻燃帘，清筛辊，阻燃/防火毯，消防毯，和防火设备。另外，所述多用途功能性无纺布可用作选自由下述物组成的组的至少一种中的防弹材料、防刀材料或消防材料：警服，军服，防弹衣，消防装，消防手套，消防靴，特定工服，和高温下使用的工业钢头靴。另外，所述多用途功能性无纺布可用作选自由下述物组成的组的至少一种中的吸收冲击用中间材料或缓冲材料：汽车保险杠，人体防护用具，安全头盔，和头盔。另外，所述多用途功能性无纺布可用作选自由下述物组成的组的至少一种中的中间材料或芯材料：夹层板、金属板、铝复合材料板和冷藏板。
有益效果
根据本发明，网在切割机中的形成和层叠可以通过对碳化纤维进行预处理工序而容易实现。
另外，通过以下方式可获得优异的耐热性和导热性：将碳化纤维棉层叠在天然棉上，将天然棉与碳化纤维棉混合，并且将混合棉打散和层叠；或将天然棉引入碳化纤维棉的中间层并层叠在碳化纤维棉的中间层上，并对层叠的棉进行针刺。当对无纺布加热时，热快速消散并分散在无纺布的表面区域中，可以降低无纺布的表面温度并可减少热损失。结果，缠结的天然棉的保热性和绝热性可以得到增强，并可实现天然棉的防碳化和不燃化。
另外，所述多用途功能性无纺布能够以低生产成本制造并展示出环境友好的特性，并且不久以后废弃材料可以在使用后再循环。
因此，本发明的多用途功能性无纺布可用于电力管道中的防火材料，例如阻燃保热/绝热材料、阻燃/防寒材料、阻燃吸声材料、用于阻燃性LNG和LPG气体的低温保热/绝热材料、用于高温阻燃的保热/绝热材料、阻燃高温过滤材料、阻燃内部材料、阻燃长丝、经加工的无纺布、垫、板、夹层板和金属板，以及内部材料(例如焊接时用的阻燃毯和墙纸)，并且可用于多种工业领域，例如阻燃帘、消防装和突击服等。
附图说明
图1是显示出通过将碳化纤维棉层叠在天然棉上而制造的多用途功能性无纺布的图。
图2是显示出通过将天然棉与碳化纤维棉混合并将混合棉打散而制造的多用途功能性无纺布的图。
图3是显示出通过将天然棉引入碳化纤维棉的中间层并层叠在形成网的碳化纤维棉的中间层上而制造的多用途功能性无纺布的图。
图4是显示出本发明的制造多用途功能性无纺布的方法的图。
图5是显示出利用喷灯使通过在天然棉上层叠碳化纤维棉而制得的多用途功能性无纺布接触火焰的测试的图，其中利用红外线温度计测量传导至天然棉的热的温度。
图6是显示出通过将碳化纤维棉层叠在天然棉上而制得的多用途功能性无纺布的阻燃和耐火效果的图。
图7是显示出将多用途功能性无纺布放置在热铜板上的测试，其中利用热成像相机测量传导至无纺布的热的表面温度，所述多用途功能性无纺布通过将天然棉与碳化纤维棉混合、打散混合棉、并通过针刺使打散的棉缠结而制得。
图8是显示出利用喷灯使多用途功能性无纺布接触火焰的测试的图，其中利用红外线温度计测量无纺布的背面的表面温度，所述多用途功能性无纺布通过将天然棉引入碳化纤维棉的中间层并层叠在形成网的碳化纤维棉的中间层上、并通过针刺使经层叠的棉缠结而制得。
图9是显示出比较本发明的多用途功能性无纺布的漂浮性的测试的图。
图10是显示出本发明的多用途功能性无纺布的测试报告的图。
具体实施方式
当用针在层叠纤维层的正面或反面上重复进行上下运动来针刺无纺布时，形成了具有均匀的厚度和纤维密度的纤维层。
本发明涉及多用途功能性无纺布。使用碳化纤维和天然纤维为来源材料。此处，对碳化纤维进行预处理工序，并将天然纤维放在碳化纤维之下或碳化纤维之中，或将碳化纤维与天然纤维混合，并将混合纤维打散，然后对打散的纤维进行针刺工序。然后，对经针刺的纤维进行阻燃和耐火处理、脱水、干燥和恢复工序，从而制造出多用途功能性无纺布。根据本发明提出的制造方法制得的多用途功能性无纺布可用于促进网在切割机中的形成和层叠，显示出优异的耐热性和导热性，并具有改进的保热性和绝热性。下文将更详细地描述本发明的方法的各种操作。
本发明涉及一种制造多用途功能性无纺布的方法。此处，所述方法包括：(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以6:4至8:2的混合比混合，从而制得碳化纤维棉，(2)将所述碳化纤维棉注入切割机中以形成网，(3)将已形成网的碳化纤维棉与天然棉层叠，从而使所述已形成网的碳化纤维棉位于所述天然棉上，并对层叠的棉进行针刺，和(4)对经针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
另外，本发明涉及一种制造多用途功能性无纺布的方法。此处，所述方法包括：(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以6:4至8:2的混合比混合，从而制得碳化纤维棉，(2)将所述碳化纤维棉注入切割机中以形成网，(3)将天然棉引入已形成网的碳化纤维棉的中间层并层叠在所述已形成网的碳化纤维棉的中间层上，并对层叠的棉进行针刺，和(4)对经针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
此外，本发明涉及一种制造多用途功能性无纺布的方法。此处，所述方法包括：(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以6:4至8:2的混合比混合，从而制得碳化纤维棉，(2)将天然棉与所述碳化纤维棉混合并将所得的混合棉打散，(3)将该经混合/打散的棉注入切割机中以形成网，将已形成网的棉层叠，并对经层叠的棉进行针刺，和(4)对经针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
在本发明的制造方法中，操作(1)是在用碳化纤维形成网之前对碳化纤维进行预处理的操作。更特别的是，由于碳化纤维具有1.47的比重和光滑组织，因此，当将碳化纤维馈送到切割机中来形成细棉(网)时，网不易形成，碳化纤维被卷落至切割机底部，并且层叠辊不能卷取碳化纤维棉网，这使得不可能层叠碳化纤维，本发明为了解决上述问题，首先，将碳化纤维(1,000g)和5%至30%(50g至300g)的原棉在开棉机装置中混合。在此情况下，将稳定纤维形式(即，羊毛样卷曲形状或皱纹纸样形状)的碳化纤维拆散，然后与原棉混合。由于在将用所述方法制备的混合物注入切割机中时容易形成网，因此该混合物容易层叠。另外，如上所述先将碳化纤维的棉拆散，然后馈送到切割机中以加工碳化纤维的网，从而形成厚度为30mm至100mm的网。
在制造碳化纤维棉之后，形成了碳化纤维棉和天然棉的网，并且碳化纤维棉层叠在天然棉上。然后，对层叠的棉进行针刺(操作(2)和(3))。
根据本发明的一个示例性实施方式，经历预处理工序的碳化纤维棉被注入切割机中以形成网，并被层叠在天然棉上。然后，将碳化纤维棉(厚度为30mm至100mm)和天然棉(厚度为60mm至240mm)层叠，以使得碳化纤维棉位于天然棉上(外侧)。同时，将层叠的棉送入馈送辊，往复针刺两次，即，从顶部至底部进行一次和从底部至顶部一次。针刺条件可包括：每分钟转速(rpm)为200rpm至800rpm，速度为2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数为4,000EA/m至4,500EA/m，并且针刺密度为40次/cm2至72次/cm2。在针刺工序后，缠结在天然棉上的碳化纤维的厚度由约30mm下降至约2mm，并且下层天然棉的经针刺的无纺布的厚度由约60mm下降至约10mm(见图1)。
根据本发明另一示例性实施方式，将经预处理的碳化纤维棉与天然棉混合，并将混合棉打散。然后，将打散的棉引入切割机中形成网，并将其层叠至厚度为60mm。随后，对层叠的混合棉进行针刺(rpm:200rpm至800rpm，速度：2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数：4,000EA/m至4,500EA/m，针刺密度：40次/cm2至72次/cm2)(见图2)。
根据本发明又一示例性实施方式，将天然棉引入经预处理的碳化纤维棉的中间层以使天然棉层叠在经预处理的碳化纤维棉的中间层上，并对碳化纤维棉和天然棉进行针刺(rpm:200rpm至800rpm，速度：2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数：4,000EA/m至4,500EA/m，针刺密度：40次/cm2至72次/cm2)，以使碳化纤维棉和天然棉相互缠结(见图3)。
对用以上方法获得的针刺棉进行阻燃(耐火)处理以及脱水、干燥和恢复工序，从而制得无纺布(见图4)。根据该示例性实施方式，阻燃(耐火)处理可通过将针刺棉浸入包含氨水溶液、磷酸二氢铵、硼、阴离子表面活性剂、氟化防水剂和丙烯酸磷酸酯类偶联剂的组合物中来进行。另外，针刺棉可利用碾轧脱水机来脱水，并利用电介质加热干燥器或热空气干燥器来干燥。
如图4所示，本发明的制造无纺布方法包括：为了以碳化纤维形成网，将原棉与碳化纤维在开棉机中混合，从而将稳定纤维形式(具有羊毛样卷曲形状或皱纹纸样形状)的碳化纤维拆散，将碳化纤维注入切割机中形成网，在层叠辊处层叠碳化纤维，通过进料辊向上馈送层叠的碳化纤维，同时在下部进料辊处馈送并层叠天然纤维，在针刺机中在垂直方向上往复针刺所层叠的纤维。另外，借助于卷绕辊将针刺无纺布卷绕在“辊”周围，并将该无纺布放入阻燃(耐火)液保持槽中，从而使阻燃(耐火)液容易地浸入无纺布中。然后，在碾轧脱水机中对无纺布进行脱水工序，并在电介质加热干燥器或热空气干燥器中将其干燥。在恢复器中使多用途功能性无纺布的稍微变硬的边缘恢复至原始状态，并用卷绕辊制成产品。
用本发明提供的方法制造的多用途功能性无纺布可用于多种工业领域，包括阻燃保热/绝热材料、阻燃/防寒材料、阻燃吸声材料、用于阻燃性LNG和LPG气体的低温保热/绝热材料、用于高温阻燃的保热/绝热材料，阻燃高温过滤材料和阻燃内部材料。
如上所述，根据本发明提供的在针刺工序之前进行的层叠天然棉和碳化纤维棉的方法，可以进一步改善保热和绝热性，可以防止天然棉表面的碳化，并可以实现天然棉的不燃化。因此，根据本发明，可以提供因显著改善的产品品质和功能而能够用于多种用途的无纺布。
更特别是，当通过针刺使碳化纤维棉层与天然棉上层(外层)缠结时，碳化纤维棉具有高导热性和散热性，由于快速散热而可以保持碳化纤维棉的均匀温度，并且持续保持碳化纤维棉的下表面温度。因此，天然棉不会被热损害，并且天然棉的表面不碳化(见图5和6)。
图5显示了一种多用途功能性无纺布，其中碳化纤维棉(厚度为2mm)通过针刺与天然棉(厚度为8mm)的一个表面缠结。当用喷灯使该无纺布的与碳化纤维棉缠结的一面接触火焰2分钟时，利用红外线温度计测量无纺布的温度。结果，当用温度为1,450℃的喷灯使由碳化纤维棉和天然棉组成的本发明的多用途功能性无纺布接触火焰时，传导至天然棉背面的热的温度是28℃，这是室温，这表明所述多用途功能性无纺布具有非常优异的绝热性。
图6是显示出通过使无纺布接触火焰而进行的阻燃/耐火测试的图，在所述无纺布中，碳化纤维棉(厚度为2mm)与天然棉(厚度为6mm)的表面缠结。如图6所示，即使用温度为1,450℃的喷灯持续加热无纺布2分钟，无纺布变得红热，但以手抓取该无纺布时仍仅感觉温热，这表明所述多用途功能性无纺布具有非常优异的保热和绝热性。在设定多用途功能性无纺布可耐受1,450℃的高温时，认为多用途功能性无纺布显示出不燃性。
图7显示了用以下述方式获得的多用途功能性无纺布的图：以7:3的混合比混合天然棉和碳化纤维棉(PAN)、打散混合棉并通过针刺使打散的棉缠结。此处，将无纺布的一面放在于煤气炉中加热了2分钟的热铜板(厚度为1.5mm，长度为500mm并且宽度为400mm)上，并利用热成像相机测量无纺布的温度。如图7所示，当热铜板温度为370℃时，传导至无纺布表面的热的温度是73℃，这表明多用途功能性无纺布具有高的保热和绝热性。
图8显示了厚度为24mm的多用途功能性无纺布的图像，该多用途功能性无纺布通过将天然棉引入碳化纤维棉的中间层并层叠在碳化纤维棉的中间层上而获得。此处，利用喷灯使多用途功能性无纺布接触火焰，并在1,450℃的温度下加热2分钟，利用红外线相机测量传导至无纺布表面的热的温度。如图8所示，按本发明制造的无纺布中的碳化纤维棉层的背面的表面温度经测量为25℃，并且层叠在碳化纤维棉的中间层上的天然棉区域中无碳化痕迹。结果表明本发明的多用途功能性无纺布具有高的保热和绝热性。
图9是显示比较本发明的多用途功能性无纺布的漂浮性的测试的图。如图9所示，由玻璃棉、石棉和陶瓷纤维组成的常规绝热材料快速吸水并沉至水槽底部，这表明常规绝热材料根本不具有漂浮性。然而，本发明的多用途功能性无纺布漂浮在水上，这表明该多用途功能性无纺布显示出极优异的漂浮性。由此表明，本发明的多用途功能性无纺布由于形成了大量中空空间和闭合泡而具有优异的漂浮性。
当根据本发明提供的方法制造多用途功能性无纺布时，热量通过碳化纤维棉而快速传递，因此，可以持续保持缠结的天然棉中的温度，从而改善保热和绝热性。
另外，根据本发明制造的多用途功能性无纺布可通过利用针刺机或模具将无纺布成型为加工无纺布、无纺布、垫、板、管、弯头和阀的形式。另外，该多用途功能性无纺布耐受由电力管道、公共用电管道、驱动设备、电线、电缆和通信线中的火花引起的火以及由外部引起的火和火焰(耐火性)，防止产生毒烟(阻燃性)，并隔绝内部热(绝热性)。因此，按照本发明制造的多用途功能性无纺布可以以加工无纺布、带、无纺布和套筒的形式制造和使用，所有这些形式都用于保持电力管道的内部温度。换言之，多用途功能性无纺布可用于选自由以下材料组成的组的至少一种材料中：保热材料、阻燃材料、绝热材料、加热材料、吸声材料、吸收冲击用中间材料、缓冲材料、防弹材料、防刀材料和消防材料。
另外，本发明的多用途功能性无纺布可用于用于多种工业领域，包括管、阀、弯管、涡轮机、旋转机、废气阀、锅炉壁和大型发动机等。在此情况下，当将多用途功能性无纺布用于保热材料、绝热材料和吸声材料中时，由于多用途功能性无纺布重量轻并且薄，该多用途功能性无纺布可具有增强保热和绝热性的效果。
另外，本发明的多用途功能性无纺布可用作以液态运输和储存的LNG和LPG气体的运输和储存系统、船舶、车辆、储存罐、罐屏障、管、阀、冷藏仓库、冷藏机和冰淇淋生产装置等中的低温保热/绝热材料。
另外，出于加热目的，本发明的多用途功能性无纺布可用作在建筑物的地板和室内墙中可以使用的多用途功能性高级无纺布。即使本发明的多用途功能性无纺布重量轻并且薄，但该多用途功能性无纺布具有保热性、绝热性、吸声性、防虫性和阻燃性。因此，可以降低建造成本和加热成本，并且可以更宽裕地使用实际地板空间。另外，本发明的多用途功能性无纺布可用于建筑物的窗户，以屏蔽日光和紫外线以及红外线、保温并绝热吸声，并且还可以用于阻燃帘和清筛辊中，用于在着火时防止火焰的传播。
除了作为保热材料、绝热材料和阻燃材料的效果，本发明的多用途功能性无纺布还可以用作吸声材料、防凝露材料以及板(例如夹层板、金属板、铝复合材料板和冷藏板等)的中间材料或芯材料。由于多用途功能性无纺布重量轻并且薄，可以降低设计负载，可以减少制造成本(例如材料成本和建造成本)，可以容易确保制造空间，并且可以节能。
本发明的多用途功能性无纺布可用作下述物中的阻燃材料或绝热材料：能够在焊接时散布火花和火焰的位置处保护机器、设备和装置的火花/火焰/火防护毯，用于在着火时初步抑火的毯，用于在火灾逃生时保护人体的消防毯，和防火设施的消防毯。
另外，多用途功能性无纺布可用作高品质墙纸和内部材料。除了阻燃性、防火性、保热性、绝热性、吸声性和潮湿控制效果以外，该多用途功能性无纺布的优点还在于重量轻和环境友好。另外，多用途功能性无纺布用于在着火时防止火焰传播，并且不会产生对人体有害的烟或气体。
此外，由于多用途功能性无纺布还具有防刀性和防弹性，因此该多用途功能性无纺布可用作警服、军服、防弹衣、消防装、消防手套、消防靴、特殊工作服和高温工业钢头靴的材料。
由于多用途功能性无纺布具有绝热性、吸声性、防弹性和抗剧烈振动的防振性，该多用途功能性无纺布可用于装甲车、坦克、自行火炮、自行反坦克炮、军舰、巡逻艇、潜水艇、直升机、战斗机等的发动机中，并且还可以安装在发动机室的内壁、驾驶舱的内壁和燃料箱的内壁与外壁处，以缓冲冲击。
另外，多用途功能性无纺布可用作膝部、胸部、臂部、运动产品的足尖防护装置、安全头盔、头盔以及汽车保险杠的吸收冲击用中间材料或缓冲材料。
此外，多用途功能性无纺布可用作重量轻且具有多种功能的长丝，其显示出比常规的石棉纱、玻璃纱和芳纶纱(aramid yarn)更优异的不燃性、拉伸强度和破裂强度。在此情况下，所述长丝可以使用通过拧绞由多用途功能性棉形成的丝线而产生的长丝和通过混合碳化纤维棉与天然棉而产生的长丝。
本发明的实施方式
下面，将描述本发明的优选示例性实施方式，从而帮助对本发明的理解。然而，应该理解的是，本文提出的描述仅是示例性的，对示例性实施方式是说明性的，目的是描述本发明，而不试图限于这些示例性实施方式。
实施例1:多用途功能性无纺布的制造
1.1.制造预处理的碳化纤维棉
将碳化纤维(1,000g)和5%至30%(50g至300g)原棉在开棉机中混合。在此情况下，将稳定纤维形式(即，羊毛样卷曲形状或皱纹纸样形状)的碳化纤维拆散，然后与原棉混合，从而制得碳化纤维棉。
1.2.利用碳化纤维棉和天然棉制造多用途功能性无纺布
为了制造图1所示的多用途功能性无纺布，将经历预处理工序的碳化纤维棉注入切割机中形成网并层叠。然后，将碳化纤维棉(厚度为30mm至100mm)和天然棉(厚度为60mm至240mm)层叠，以使得碳化纤维棉位于天然棉上(外侧)。然后，将层叠的棉在以下条件下往复针刺两次：每分钟转速(rpm)为200rpm至800rpm，速度为2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数为4,000EA/m至4,500EA/m，针刺密度为40次/cm2至72次/cm2(见图1)。对于图1所示的多用途功能性无纺布，针刺工序后，缠结在天然棉上(外侧)的碳化纤维的厚度由约30mm下降至约2mm，并且下层天然棉的厚度由约60mm下降至约10mm。
另外，为了制造图2所示的多用途功能性无纺布，将预处理的碳化纤维棉与天然棉混合，并将混合棉打散。然后，将打散的棉引入切割机中形成网，并层叠至厚度为60mm。将层叠的棉在以下条件下往复针刺两次：每分钟转速(rpm)为200rpm至800rpm，速度为2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数为4,000EA/m至4,500EA/m，针刺密度为40次/cm2至72次/cm2(见图2)。
另外，为了制造图3所示的多用途功能性无纺布，将天然棉引入预处理的碳化纤维棉的中间层并层叠在预处理的碳化纤维棉的中间层上。然后，将层叠的棉在以下条件下往复针刺两次：每分钟转速(rpm)为200rpm至800rpm，速度为2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数为4,000EA/m至4,500EA/m，针刺密度为40次/cm2至72次/cm2(见图3)。
对图1、2和3所示的各多用途功能性无纺布进行阻燃(耐火)处理和脱水、干燥工序以及恢复工序。
实施例2:对多用途功能性无纺布的绝热性的测试
为了检验图1、2和3所示的多用途功能性无纺布的绝热性，利用喷灯和热板对这些多用途功能性无纺布进行测试。
用喷灯在1,450℃直接加热图1所示的多用途功能性无纺布2分钟，用红外线温度计测量天然棉侧的绝热温度(见图5)。结果，由于天然棉侧的绝热温度经测量为室温(28℃)，可以看出该多用途功能性无纺布具有非常优异的绝热性。另外，用手直接抓取图1所示的多用途功能性无纺布，然后用喷灯在1,450℃加热2分钟(见图6)。结果表明，其感觉温热，但没有高温造成的伤害。
将图2所示的多用途功能性无纺布放置在用煤气炉加热了2分钟且表面温度为370℃的热铜板上。然后，利用热成像相机测量传导至无纺布表面的热的温度(见图7)。结果，可以看出传导至无纺布表面的热的温度为73℃，表明该多用途功能性无纺布具有高保热性。
用喷灯在1,450℃直接加热图3所示的多用途功能性无纺布2分钟，用红外线相机测量传导至无纺布表面的热的温度(见图8)。结果，可以看出无纺布的碳化纤维棉层的背面的表面温度为25℃，这表明与喷灯温度(1,450℃)相差1425℃。另外，还可以看出，在层叠于碳化纤维棉的中间层上的天然棉区域中无碳化痕迹，表明该多用途功能性无纺布具有高的保热和绝热性。
实施例3:对多用途功能性无纺布的漂浮性的比较测试
为了比较本发明的多用途功能性无纺布(图1、2和3)的漂浮性，将这些多用途功能性无纺布与由玻璃棉、石棉和陶瓷纤维组成的常规绝热材料一起投入含水的水槽中(见图9)。结果，可以看出常规绝热材料吸水并沉至水槽底部，这表明常规绝热材料根本不具有漂浮性。然而，如图9所示，可以看出本发明多用途功能性无纺布(图1、2和3)长时间漂浮，表明这些多用途功能性无纺布具有非常优异的漂浮性。
实施例4:对多用途功能性无纺布的阻燃性和耐火性的评价测试
根据消防系统法案的维护和安全管理执法条例中规定的测试标准，利用麦克灯(Meker burner)法测试本发明的多用途功能性无纺布的阻燃(耐火)性。结果列在下表1中，并示于图10(测试报告)中。
表1
如表1中所列，本发明制造的多用途功能性无纺布表现出0秒的续燃(after-flame)时间和0秒的余辉(after-glow)时间，均远低于测试参考值(即，10秒的续燃时间和30秒的余辉时间)，本发明制造的多用途功能性无纺布的碳化面积为26.2cm2，远优于测试参考值50cm2，碳化长度为6.9cm，远优于测试参考值20cm，并且通过了阻燃(耐火)测试。
实施例5:对多用途功能性无纺布的拉伸强度的评估测试
利用C.R.E.条带法测试本发明的多用途功能性无纺布的拉伸强度。结果列于表2中并示于图10(测试报告)中。
表2
<单位:N/5cm(kfg/5cm)>
项目 测量值 测试标准 注释
长度方向 406 41 约10倍
宽度方向 2,231 227 9.83倍
如表2所列，可以看出多用途功能性无纺布在长度方向上的拉伸强度为406N/5cm(kgf/5cm)，是参考值41N/5cm(kgf/5cm)的9.902倍(约10倍)，在宽度方向上的拉伸强度为2,231N/5cm(kgf/5cm)，是参考值227N/5cm(kgf/5cm)的9.83倍，表明该多用途功能性无纺布具有高得多的拉伸强度。
实施例6:多用途功能性无纺布的破裂强度测试
利用水压法测试本发明的多用途功能性无纺布的破裂强度。结果列于表3中，并示于图10(测试报告)中。
表3
<单位:KPa(kfg/cm2)>
项目 测量值 测试标准 注释
测量值 4,903 50 98.06倍
如表3所列，可以看出本发明的多用途功能性无纺布的破裂强度远高于参考值。
实施例7:对多用途功能性无纺布的耐冷性测试
在-40℃对本发明的多用途功能性无纺布的耐冷性进行6小时的测试。结果经评价为“无”。
已经对本发明进行了详细描述。然而，应当理解的是这些指明本发明优选实施方式的详细描述和具体实例仅为了说明而给出，因为在本发明实质和范围内的各种变化和修改根据这些详细描述对本领域技术人员而言是显而易见的。
工业实用性
本发明的多用途功能性无纺布可用于电力管道中的防火材料，例如阻燃保热/绝热材料、阻燃/防寒材料、阻燃吸声材料、用于阻燃性LNG和LPG气体的低温保热/绝热材料、用于高温阻燃的保热/绝热材料、阻燃高温过滤材料、阻燃内部材料、阻燃长丝、加工无纺布、垫、板、夹层板和金属板，以及内部材料，例如焊接时用的阻燃毯和墙纸，并且可用于多种工业领域，例如阻燃帘、消防装和突击服等。

Claims (20)

1.一种制造多用途功能性无纺布的方法，所述方法包括：
(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以7:3至8:2的混合比混合，制成碳化纤维棉；
(2)将所述碳化纤维棉注入切割机中，形成网；
(3)将已形成网的所述碳化纤维棉与天然棉层叠，从而使已形成网的所述碳化纤维棉位于所述天然棉上，并对层叠的棉进行针刺；和
(4)对针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
2.一种制造多用途功能性无纺布的方法，所述方法包括：
(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以7:3至8:2的混合比混合，制成碳化纤维棉；
(2)将所述碳化纤维棉注入切割机中，形成网；
(3)将天然棉引入已形成网的所述碳化纤维棉的中间层并层叠在已形成网的所述碳化纤维棉的所述中间层上，并对层叠的棉进行针刺；和
(4)对针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
3.一种制造多用途功能性无纺布的方法，所述方法包括：
(1)拆散碳化纤维并将所述碳化纤维与原棉以7:3至8:2的混合比混合，制成碳化纤维棉；
(2)将天然棉与所述碳化纤维棉混合，并将所得的混合棉打散；
(3)将混合/打散的棉注入切割机中，形成网，将已形成网的棉层叠，并对层叠的棉进行针刺；和
(4)对针刺的棉进行阻燃和耐火处理、脱水和干燥。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述针刺的条件包括：每分钟转速(rpm)为200rpm至800rpm，速度为2.0m/分钟至5.0m/分钟，针数为4,000EA/m至4,500EA/m，并且针刺密度为40次/cm2至72次/cm2。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述针刺以从顶部至底部进行一次并从底部至顶部进行一次的方式往复进行。
6.一种用权利要求1至3中任一项所述的方法制造的多用途功能性无纺布。
7.如权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用于选自由以下材料组成的组的至少一种材料：保热材料、阻燃材料、绝热材料、加热材料、吸声材料、吸收冲击用中间材料、缓冲材料、防弹材料和防刀材料。
8.如权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用于消防材料。
9.如权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用于选自由弯管、涡轮机、旋转机、废气阀、锅炉壁和大型发动机组成的组的至少一种。
10.如权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用于选自由管和阀组成的组的至少一种。
11.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作选自由下述物组成的组的至少一种中的低温保热/绝热材料：以液态运输和储存的LNG和LPG气体的运输和储存系统，船舶，车辆，储存罐，管，阀，冷藏仓库和冷藏机。
12.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作选自由下述物组成的组的至少一种中的阻燃材料或绝热材料：阻燃帘、清筛辊和阻燃/防火毯。
13.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作防火设备中的阻燃材料或绝热材料。
14.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作消防毯中的阻燃材料或绝热材料。
15.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作选自由下述物组成的组的至少一种中的防弹材料、防刀材料或消防材料：警服、军服、防弹衣、消防装、消防手套、消防靴和高温下使用的工业钢头靴。
16.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作特殊工作服中的防弹材料、防刀材料或消防材料。
17.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作选自由下述物组成的组的至少一种中的吸收冲击用中间材料或缓冲材料：汽车保险杠和人体防护用具。
18.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作头盔中的吸收冲击用中间材料或缓冲材料。
19.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作安全头盔中的吸收冲击用中间材料或缓冲材料。
20.权利要求6所述的多用途功能性无纺布，其中，所述多用途功能性无纺布用作选自由下述物组成的组的至少一种中的中间材料或芯材料：夹层板、金属板、铝复合材料板和冷藏板。
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