CN103879076A - 编织物针刺毡集合体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种编织物针刺毡集合体及其制备方法，该方法将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物；然后通过针刺作用将短切功能纤维针刺毡层与所述一体化织物的连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到编织物针刺毡集合体。本发明提供的编织物针刺毡集合体是一种轻质、高强、具有阶梯式密度变化的纤维集合体结构，在等体积的前提下，所述编织物针刺毡集合体比完全编织物可减重30%以上，但力学性能相当，比完全短切纤维针刺毡的力学性能好；同时也可节省纤维原材料30%以上，制备工艺简单，生产周期较短。

Description

编织物针刺毡集合体及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维材料技术领域，特别涉及一种编织物针刺毡集合体及其制备方法。

背景技术

连续功能纤维编织物如玻璃纤维编织物、碳纤维编织物等，是一种纤维集合体材料，其重量轻、力学性能等性能优异，已在国防、民用工业领域发挥了巨大的作用。在很多工程应用中，一般只需要用到连续功能纤维编织物的一个面，即工作面，相对应的另一个面为非工作面。对连续功能纤维编织物工作面的要求是编织纹理规整、花纹一致整齐，纤维断头和毛头少；而对于其非工作面，一般要求具有一定的Z向连接即可，其他并没有特别的要求。

利用连续功能纤维如玻璃纤维、碳纤维等编织大型或较厚件时，往往需要参与的人工较多，还要花费大量的工作时间，不但费工耗时，生产周期长，而且纤维浪费严重，增加了生产成本。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种编织物针刺毡集合体及其制备方法，该编织物针刺毡集合体重量较轻、力学性能优异，同时能节省纤维原材料、缩短生产周期。

本发明提供一种编织物针刺毡集合体，包括：

连续功能纤维编织物层；

复合于所述连续功能纤维编织物层上的连续功能纤维膨体纱粗编织物层；

通过针刺作用复合于所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层上的短切功能纤维针刺毡层。

优选的，所述连续功能纤维编织物层的厚度为0.8mm~5mm。

优选的，所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层的厚度为4mm~12mm。

优选的，所述短切功能纤维针刺毡层的厚度为5mm~60mm。

优选的，所述连续功能纤维编织物层中连续功能纤维为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。

优选的，所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层中连续功能纤维为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。

优选的，所述短切功能纤维针刺毡层中短切功能纤维为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。

优选的，所述编织物针刺毡集合体为平面板材、圆柱体或圆锥体。

本发明提供一种编织物针刺毡集合体的制备方法，包括以下步骤：

将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物；

通过针刺作用将短切功能纤维针刺毡层与所述一体化织物的连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到编织物针刺毡集合体。

优选的，进行针刺作用时，采用内衬芯模技术，刺针作上下针刺运动且其针尖不触及芯模。

与现有技术相比，本发明将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物；然后通过针刺作用将短切功能纤维针刺毡层与所述一体化织物的连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到编织物针刺毡集合体。在本发明中，连续功能纤维编织物层主要用于工作面，也可以作为粘合面，起着耐高温、强冲刷或抗氧化的作用；连续功能纤维膨体纱粗编织物层属于过渡层，起着连接编织物层和针刺毡层的桥梁作用，同时也可缓解甚至消除不同结构纤维集合体间的热应力和热应变的差异；所述编织物层和所述粗编织物层共同起着支撑骨架或承载的作用，所述针刺毡层主要发挥功能性作用。本发明提供的编织物针刺毡集合体是一种轻质、高强、具有阶梯式密度变化的纤维集合体结构，在等体积的前提下，所述编织物针刺毡集合体比完全编织物可减重30%以上，但力学性能相当，比完全短切纤维针刺毡的力学性能好；同时也可节省纤维原材料30%以上，生产周期较短。本发明提供的编织物针刺毡集合体可直接用于隔热、密封、过滤、吸附、隔音、吸波和耐腐蚀材料等功能材料领域，也可进行RTM树脂基复合或进行CVD烧结沉积，具有可设计的结构功能一体化效应。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的编织物针刺毡集合体的制备方法中针刺作用示意图；

图2为本发明实施例2提供的编织物针刺毡集合体的制备方法中针刺作用示意图；

图3为本发明实施例3提供的编织物针刺毡集合体的制备方法中针刺作用示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种编织物针刺毡集合体，包括：

连续功能纤维编织物层；

复合于所述连续功能纤维编织物层上的连续功能纤维膨体纱粗编织物层；

通过针刺作用复合于所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层上的短切功能纤维针刺毡层。

本发明利用连续功能纤维膨体纱编织物层，将短切功能纤维针刺毡与连续功能纤维编织物复合，能最大限度地发挥这两种纤维集合体材料的优点，并尽量避免各自的缺点，使得到的编织物针刺毡集合体可较好地应用于隔热、密封、过滤、吸附、隔音、吸波和耐腐蚀等领域，具有显著的工程实际意义。

在本发明中，所述编织物针刺毡集合体包括连续功能纤维编织物层，所述连续功能纤维编织物层是单层或两层以上的长纤维束编织物，可由功能纤维通过机织或编织工艺制成，主要用于工作面，也可以作为粘合面，起着耐高温、强冲刷或抗氧化的作用。

其中，所述连续功能纤维编织物层中连续功能纤维优选为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维，更优选为碳纤维，如12K的碳纤维。所述连续功能纤维编织物层的厚度优选为0.8mm~5mm，更优选为1mm~3mm。所述连续功能纤维编织物层的织物组织结构可以为平纹、斜纹、缎纹和网孔结构等，本发明对此并无特殊限制。

所述编织物针刺毡集合体包括连续功能纤维膨体纱粗编织物层，其复合于所述连续功能纤维编织物层上。所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层是单层或两层以上的膨体纱粗编织物，可由较粗、含气孔较多的功能纤维膨体纱通过粗编形成，其属于过渡层，起着连接编织物层和针刺毡层的桥梁作用，也可缓解甚至消除不同结构纤维集合体间的热应力和热应变的差异，起到应力缓冲的作用，同时与所述编织物层共同起着支撑骨架或承载的作用。本发明采用所述粗编织物层，一方面能极大地提高编织效率，降低编织成本，另一方面又能在不至于使纤维集合体的性能降低很多的基础上，连接编织物层和针刺毡层，满足应用目的的要求。

其中，所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层中连续功能纤维优选为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维，更优选为碳纤维，如12K的碳纤维。所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层的厚度优选为4mm~12mm，更优选为5mm~8mm，能起到较好的作用。所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层的织物组织结构可以为斜纹、缎纹和方平等组织结构，本发明对此并无特殊限制。

所述编织物针刺毡集合体包括短切功能纤维针刺毡层，其通过针刺作用复合于所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层上。所述短切纤维针刺毡层可利用非织造技术中的梳理成网等技术制成，并通过带倒钩的针刺上下往复进行针刺（穿刺）作用，使其中的短切纤维刺入膨体纱粗编织物层，从而将三层或多层不同结构的纤维制品连接成一个整体。所述针刺作用为本领域技术人员熟知的技术手段，在本发明中，针刺作用的工艺优选为：针刺密度为20针/cm²~50针/cm²；针刺深度为8mm~25mm。

所述短切纤维针刺毡层主要发挥功能性作用，其力学性能相比于编织物较差，但是生产周期短、成本较低，也在国防和民用工业发挥着巨大的作用。其中，所述短切功能纤维为本领域技术人员熟知的功能纤维，优选为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维，更优选为碳纤维，如6K的碳纤维，其纤维长度可以为55mm。所述短切功能纤维、编织物层中连续功能纤维和粗编织物层中连续功能纤维可以两两相同或不同，本发明没有特殊限制。所述短切功能纤维针刺毡层的厚度优选为5mm~60mm，更优选为8mm~20mm，利于材料应用。

在本发明中，所述编织物针刺毡集合体可以为平面板材、圆柱体或圆锥体，应用范围广泛。

本发明还提供了一种编织物针刺毡集合体的制备方法，包括以下步骤：

将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物；

通过针刺作用将短切功能纤维针刺毡层与所述一体化织物的连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到编织物针刺毡集合体。

本发明先将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物。

在本发明中，所述连续功能纤维编织物层为本领域常用的单层或两层以上的长纤维束编织物，可由连续功能纤维通过机织或编织的方法制成。所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层由较粗、含气孔较多的连续功能纤维膨体纱构成，所述连续功能膨体纱可利用花式纱线机制成。所述连续功能纤维编织物层和连续功能纤维膨体纱粗编织物层的内容如前文所述，在此不再一一赘述。

本发明将连续功能纤维膨体纱粗编织物层与连续功能纤维编织物层在织机上通过编织或机织工艺进行复合，使两者相连，构成一体化织物。本发明对所述复合没有特殊限制，能使编织物层与粗编织物层相连即可。

得到一体化织物后，本发明将短切功能纤维针刺毡层与其中的连续功能纤维膨体纱粗编织物层通过针刺作用进行复合，得到编织物针刺毡集合体。

在本发明中，所述短切纤维针刺毡层可利用非织造技术中的梳理成网等技术制成，并通过带倒钩的针刺上下往复进行针刺（穿刺）作用，使其中的短切纤维刺入膨体纱粗编织物层，从而将三层或多层不同结构的纤维制品连接成一个整体。所述针刺作用为本领域技术人员熟知的技术手段，在本发明中，针刺作用的工艺优选为：针刺密度为20针/cm²~50针/cm²；针刺深度为8mm~25mm。

进行针刺作用时，本发明优选采用内衬芯模技术，使内型面贴合模具，同时作上下针刺运动的刺针的针尖不触及芯模，利于制备材料。

在本发明中，连续功能纤维编织物层主要用于工作面，也可以作为粘合面，起着耐高温、强冲刷或抗氧化的作用；连续功能纤维膨体纱粗编织物层属于过渡层，起着连接编织物层和针刺毡层的桥梁作用，同时也可缓解甚至消除不同结构纤维集合体间的热应力和热应变的差异；所述编织物层和所述粗编织物层共同起着支撑骨架或承载的作用，所述针刺毡层主要发挥功能性作用。

本发明将编织物和针刺毡利用针刺一体化成型法，通过编织和纤维铺层等各参数设计和结构设计，制成编织物针刺毡集合体，具有以下优点：

本发明在纤维集合体的非工作面部分降低纤维堆积密度，适当降低纤维体积含量，使纤维体积含量从工作面到短切纤维毡层逐层下降，在等体积的前提下，所述编织物针刺毡集合体比完全编织物可减重30%以上，同时也可节省纤维原材料30%以上。

本发明制备的编织物针刺毡集合体具有结构功能一体化的特点，可最大限度地发挥长、短纤维的特性，是一种优化的纤维制品结构。所述编织物针刺毡集合体的各层具有不同的气孔率，通过编织和纤维铺层等各参数的设计，可有效提高其力学承载能力，同时又保证其功能性的发挥，在保证应用安全的前提下，使编织预制件的各项性能指标满足应用要求。比如，由于连续功能纤维束分散具有一定的力学承载能力，并且可织造成膨松式毯，可用作保温隔热材料、柔性过滤材料和吸附材料等，而且可通过清洗进行重复使用；可广泛用于各种尺寸的喉衬、前缘、端头帽等，也可用于轨道车辆、赛艇和体育器材等领域。即，所述编织物针刺毡集合体除了在军事领域可获得大量应用以外，还可应用于隔热、密封、过滤、吸附、隔音、吸波和耐腐蚀材料等功能材料领域，也可进行RTM（树脂传递模型成型）树脂基复合或进行CVD（化学气相沉积）烧结沉积，具有可设计的结构功能一体化效应，应用前景巨大。

本发明提供的制备方法工艺简单，成型效率更高，可成型大尺寸件和厚型件，是实现标准化制备的有效工艺，能降低生产成本、缩短生产周期。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的编织物针刺毡集合体及其制备方法进行具体描述。

实施例1

将12K的碳纤维通过机织方法制成单层的二上一下斜纹编织物，其厚度为1.5mm；将12K的碳纤维利用花式纱线机制成膨体纱，再在织机上制成与所述二上一下斜纹编织物相连的二上一下斜纹粗编织物，其厚度为6mm，构成一体化织物；

将长度为55mm、6K的短切碳纤维通过非织造技术中的梳理成网制成厚度为8mm的针刺毡，然后将所述一体化织物的内型面贴合平面板块内衬芯模，通过针刺作用将所述针刺毡中的短切碳纤维刺入膨体纱粗编织物层中，制得平面板材纤维集合体；其中，针刺的工艺条件为：针刺密度为20针/cm²；针刺深度为25mm。

图1为本发明实施例1提供的编织物针刺毡集合体的制备方法中针刺作用示意图，如图1所示，1为短切碳纤维针刺毡层，2为碳纤维膨体纱粗编织物层，3为碳纤维编织物层，4为带倒钩的刺针，刺针4作上下运动，将所述针刺毡中的短切碳纤维刺入膨体纱粗编织物层中，使三层纤维制品连接成一个整体。

得到平面板材纤维集合体后，采用炭基质对其进行CVD沉积，得到单晶硅热场用炭/炭保温毡材料，并采用WD-1万能试验机测定所述保温毡材料的力学强度。测试结果显示，其拉伸强度为600MPa，层间剪切强度为12MPa。

实施例2

将12K的碳纤维通过机织方法制成单层的一上一下平纹编织物，其厚度为1mm；将12K的碳纤维利用花式纱线机制成膨体纱，再在织机上制成与所述一上一下平纹编织物相连的一上一下平纹粗编织物，其厚度为6mm，构成一体化织物；

将长度为60mm、12K的短切碳纤维通过非织造技术中的梳理成网制成厚度为6mm的针刺毡，然后将所述一体化织物的内型面贴合圆筒内衬芯模，通过针刺作用将所述针刺毡中的短切碳纤维刺入膨体纱粗编织物层中，制得圆柱纤维集合体；其中，针刺的工艺条件为：针刺密度为50针/cm²；针刺深度为8mm。

图2为本发明实施例2提供的编织物针刺毡集合体的制备方法中针刺作用示意图，如图2所示，1为短切碳纤维针刺毡层，2为碳纤维膨体纱粗编织物层，3为碳纤维编织物层，4为带倒钩的刺针，刺针4作上下运动，将所述针刺毡中的短切碳纤维刺入膨体纱粗编织物层中，使三层纤维制品连接成一个整体。

得到圆柱纤维集合体后，采用炭基质对其进行CVD沉积，得到单晶硅热场用炭/炭保温桶材料，并采用WD-1万能试验机测定所述保温筒材料的力学强度。测试结果显示，其拉伸强度为500MPa，层间剪切强度为10MPa。

实施例3

将12K的碳纤维通过机织方法制成单层的一上二下斜纹编织物，其厚度为2mm；将12K的碳纤维利用花式纱线机制成膨体纱，再在织机上制成与所述一上二下斜纹编织物相连的一上一下平纹粗编织物，其厚度为10mm，构成一体化织物；

将长度为60mm、12K的短切碳纤维通过非织造技术中的梳理成网制成厚度为10mm的针刺毡，然后将所述一体化织物的内型面贴合圆锥内衬芯模，通过针刺作用将所述针刺毡中的短切碳纤维刺入膨体纱粗编织物层中，制得圆柱纤维集合体；其中，针刺的工艺条件为：针刺密度为30针/cm²；针刺深度为15mm。

图3为本发明实施例3提供的编织物针刺毡集合体的制备方法中针刺作用示意图，如图3所示，1为短切碳纤维针刺毡层，2为碳纤维膨体纱粗编织物层，3为碳纤维编织物层，4为带倒钩的刺针，刺针4作上下运动，将所述针刺毡中的短切碳纤维刺入膨体纱粗编织物层中，使三层纤维制品连接成一个整体。

得到圆锥纤维集合体后，采用炭基质对其进行CVD沉积，得到单晶硅热场用炭/炭导流筒材料，并采用WD-1万能试验机测定所述导流筒材料的力学强度。测试结果显示，其拉伸强度为660MPa，层间剪切强度为14MPa。

比较例1

将长度为60mm、12K的短切碳纤维通过非织造技术中的梳理成网制成厚度为22mm的针刺毡，采用炭基质对其进行CVD沉积，得到单晶硅热场用炭/炭板材，并采用WD-1万能试验机测定所述板材的力学强度。测试结果显示，其拉伸强度为300MPa，层间剪切强度为8MPa。

由以上实施例和比较例可知，本发明实施例制备的编织物针刺毡集合体的重量较轻、力学性能优异，同时能节省纤维原材料、缩短生产周期。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种编织物针刺毡集合体，包括：

连续功能纤维编织物层；

复合于所述连续功能纤维编织物层上的连续功能纤维膨体纱粗编织物层；

通过针刺作用复合于所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层上的短切功能纤维针刺毡层。

2.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述连续功能纤维编织物层的厚度为0.8mm~5mm。

3.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层的厚度为4mm~12mm。

4.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述短切功能纤维针刺毡层的厚度为5mm~60mm。

5.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述连续功能纤维编织物层中连续功能纤维为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。

6.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述连续功能纤维膨体纱粗编织物层中连续功能纤维为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。

7.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述短切功能纤维针刺毡层中短切功能纤维为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。

8.根据权利要求1所述的编织物针刺毡集合体，其特征在于，所述编织物针刺毡集合体为平面板材、圆柱体或圆锥体。

9.一种编织物针刺毡集合体的制备方法，包括以下步骤：

将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物；

通过针刺作用将短切功能纤维针刺毡层与所述一体化织物的连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到编织物针刺毡集合体。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，进行针刺作用时，采用内衬芯模技术，刺针作上下针刺运动且其针尖不触及芯模。

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