CN104002487A - 汽车产业用锦葵/pp局部管状针织复合材料薄板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车产业用锦葵/丙纶（PP）针织复合材料薄板制备方法，尤其是一种利用新型天然纤维—锦葵纤维来加工热塑性针织物复合材料薄板的制备方法。包括以下步骤：(1)提供一种来源丰富、易于获取、具有较好的吸湿透气性、抑菌性、良好的保健效果和较高的强力的锦葵纤维及高效提取方法。(2)在于对提取后的锦葵纤维与PP混纺的纺纱工艺设计，采用条子混合，保证聚丙烯/锦葵混纺比。(3)采用不同混纺比的丙纶/锦葵混纺纱作为纱线原料制备局部管状针织物。(4)采用层合热压成型工艺制备针织物复合材料板材，制成汽车产业用所需要的锦葵/PP针织物复合材料薄板。

Description

汽车产业用锦葵/PP局部管状针织复合材料薄板制备方法

技术领域：

本发明涉及一种汽车产业用锦葵/丙纶（PP）针织复合材料薄板制备方法，尤其是一种利用新型天然纤维—锦葵纤维来加工热塑性局部采用玻纤管状针织物复合材料薄板的制备方法。

背景技术：

锦葵纤维属多年生宿根植物,分布在东部沿海的特拉华州至得克萨斯州的含盐沼泽地带,1992年由南京大学引种至中国,目前已广泛种植于东部沿海盐碱滩涂地区，是一种纯天然纤维素纤维，具有对环境无污染的优点，可开发具有一定承载能力的民用纺织复合材料的增韧原料。海滨锦葵韧皮含有生物类黄酮和皂苷,抗氧化能力远远高于VC,具有抗肿瘤、消炎等功效，且具有优异的吸湿透气性、和良好的抑菌性能，并可生物降解，其光泽微黄、手感类似于麻纤维，锦葵纤维素含量约70%，化学成份中果胶含量较高，锦葵单纤维长度较长，通过脱胶及柔软处理制成工艺纤维后可作为纺纱原料使用。

“十二五”是我国实现经济结构调整和发展方式转变的关键时期，是纺织工业实现由大变强，实现科学发展的重要机遇期。战略性新兴产业发展、绿色发展、人民生活质量改善等目标任务的确立，将为产业用纺织品提供更广阔的市场空间。目前,国内对纬编针织物复合材料的研究相对其它纺织复合材料比较少，即便研究了一些纬编针织物复合材料,但绝大多数都局限于刚性基体复合材料为主。局部管状纬编针织物具有良好的延伸柔顺性能和较高的生产效率,作为增强体再与热塑性基体复合将赋予材料优良的成型性、抗冲击性、断裂韧性、疲劳强度高和耐湿热性好的特点。加工周期短，和较低的生产成本，对存放条件无特殊要求，并且以丙纶（PP）为基体的复合材料易于回收再加工，利于环保。因此开发汽车产业用热塑性纬编局部管状针织物复合材料薄板具有广阔的市场前景。 

以新型天然纤维—锦葵纤维为原材料，采用与丙纶（PP）短纤混纺制备纱线加工成局部管状针织物的方法，开发汽车产业用热塑性纬编局部管状针织物复合材料薄板具有广阔的市场前景。 

发明内容：

本发明的第一目的在于提供一种来源丰富、易于获取、具有较好的的吸湿透气性、抑菌性、良好的保健效果和较高的强力的锦葵纤维及高效提取方法。

本发明的第二目的在于对提取后的锦葵纤维与PP混纺的纺纱工艺设计，采用条子混合，保证丙纶/锦葵混纺比，重点设计梳棉工艺、细纱工艺，保证成纱质量，并对丙纶进行纺纱前处理，保证纺纱工艺的顺利进行，测试了纱线性能。 

本发明的第三目的在于采用不同混纺比的丙纶/锦葵混纺纱作为纱线原料制备横机局部管状织物。 

本发明的第四目的在于采用层合热压成型工艺制备针织物复合材料板材，制成汽车产业用所需要的锦葵/PP针织物复合材料薄板。 

本发明的第一目的实现方法： 

以江苏盐城滩涂地区生长的锦葵韧皮为原料进行剥皮处理，将剥取下来的锦葵韧皮进行简单的人工除杂处理，并将除杂后的锦葵韧皮在标准大气条件下采用“锦葵→预处理（浸酸）→水洗→打纤→碱煮一→水洗→打纤→碱煮二→水洗→打纤→柔软处理→锦葵纤维”的化学脱胶方法进行处理可获取锦葵韧皮纤维,锦葵纤维长度在35mm-45mm之间,细度大约为3.0-3.6dtex,强度接近于苎麻,达到5.5-6.5cN/dtex,回潮率达到9%。

本发明的第二目的的实现方法： 

本发明原料的选用:

本发明中所述的锦葵纤维/PP混纺纱,选用的原料锦葵纤维: 纤维的平均长度为41mm,平均细度为3.4dtex,断裂强度为55.30 cN/dtex,回潮率达9%，锦葵纤维的横截面形状近似椭圆形，纤维中间无胞腔；纵向有沟槽和隆起，与麻纤维纵向侧面带有竖纹的结构较为相似，且表面有稀疏的折痕，无天然转曲。选用的原料丙纶纤维:纤维长度38mm,纤维细度2.8dtex, 断裂强度为56 cN/dtex,回潮率0%。

本发明中选用的混和方式: 

本发明中针对丙纶纤维在生产中容易产生静电，在纺纱前对丙纶纤维进行预处理，须加入抗静电剂，抗静电剂是投料量的0.4%,同时对丙纶纤维喷洒乳化油剂, 以增加其柔软性和纤维抱合力，给油比例是投料量的1 .2%，采用条子混合的方式来保证混纺比。

本发明中选用的纺纱工艺流程: 

开清棉→梳棉→并条→粗纱→细纱

本发明中纺纱各工序的生产工艺措施:

①在清花工序中要贯彻“多包细抓、多仓混合、成分正确、多梳少打、早落少碎、杂除两头、防火防爆、棉卷均匀、结构良好”的工艺原则。应合理配置开清点数量以适应不同原料的含杂率；合理选择打手形式和打击方式，先自由打击后握持状态打击使开松由缓和到剧烈，以符合逐步开松的原则；减少纤维损伤，配置多仓混棉机更能提高混和效果使染色均匀。

②梳棉采取“慢速度、大隔距、小张力”的工艺原则，一方面提高梳理效果，另一方面尽可能避免纤维受损伤。适当调节锡林盖板隔距、放大第一落杂区隔距、降低刺辊速度，加大刺辊与锡林速比，这样有利于纤维从刺辊向锡林的转移，减少对纤维的打击搓揉。 

③并条工艺以提高纤维平行伸直度、降低质量不匀为重点，遵循“中定量、慢速度、小隔距、重加压”的工艺原则。并条采用顺牵伸，有利于纤维的伸直,环境相对湿度按65～70%控制。为了改善条子的长、中片段均匀度所以采用6-8根棉条随机并合。在并条工序中将采用二道并合，预并时，先将两种纤维网分别并出条子（生条），一并时把两种纤维条混合并合加工成半熟条，再通过第二次并合进一步加工成熟条，以提高棉条质量。 

④粗纱工序为减少意外伸长，改善条干CV值，克服纱条强力不足，利于细纱牵伸，粗纱工序采用“中捻系数、重加压、低速度、小张力”的工艺原则。 

⑤细纱工序采用“重加压、低速度、小后区牵伸倍数”的工艺原则，保证罗拉钳口具有足够的握持力，能够适应牵伸力的变化，从而使牵伸顺利进行。 

  

本发明的第三目的的实现方法：

在横机上编织时，织针呈满针罗纹配置，24转一循环。第1-2转起针三角都打开，编织满针罗纹（四平组织），第3-12转关闭后针床的起针三角，只在前针床编织，后针床不参加工作，编织的20横列在织物正面形成管状，第13-14转，打开后针床的起针三角，在前后针床编织，第15-24转关闭前针床的起针三角，只在后针床编织，前针床不参加工作，编织的20横列在织物反面形成管状，这样形成双面管状结构。见附图 1。

本发明的第四目的的实现方法： 

将试织制得的30cm×30cm锦葵纤维/PP局部管状针织物，在烘箱温度为80℃下干燥2h；将干燥后的锦葵纤维/PP局部管状针织物浸入到一定浓度的憎水处理液中，处理一定时间后取出，在通风橱内晾干，然后在100℃的烘箱温度下干燥2h；将平板硫化机升温至130℃，将制得的锦葵纤维/PP局部管状针织物样装入到大小相当的金属模具中，加5MPa的压力，保温10min；逐渐将平板硫化机温度升至180℃左右后，加7.5MPa的压力，在此温度、压力保持一定时间，使PP融入到针织物当中，冷却后取出制品。

本发明的优点和益处在于： 

1. 锦葵纤维是纯天然纤维，属韧皮纤维的一种,具有坚实、柔韧、密度适中和可塑性强等特点，今年来相关研究逐年增加，尤其在复合材料领域开发前景广阔；

2.针织结构复合材料是以针织物预制件实现结构增强的先进复合材料，它较好的满足了增强材料的质地轻、强度高、韧性和柔性好、良好的延伸性能和较高的生产效率，作为增强体与热塑性基体复合赋予材料良好的能量吸收性能、抗冲击疲劳性能、层间性能以及成型性能，生产工艺流程短、生产效率高和生产成本低，适合于生产需要有良好能量吸收特性的汽车产业用复合材料构件;

附图说明

图1是本发明的双面管状织物编织图。

具体实施方式:

以汽车产业用锦葵纤维/PP 混纺比20/80制备局部采用玻纤的管状针织复合材料薄板为例进一步详述其实施方式：

实施的具体工艺流程为：锦葵纤维脱胶→纺纱→针织（飞虎牌手摇横机）→复合材料的制备（平板硫化机）

A锦葵纤维脱胶

试样预处理(浸酸，盐酸溶液):1.0～1.5g/L，温度:50～60℃，浴比：1：（10～15），处理时间：l～2h；碱煮（氢氧化钠溶液）：15～20g/L，在每1000mL氢氧化钠溶液中分别加入（30～50）g三聚磷酸钠与（30～80）g硅酸钠（水玻璃），配制成碱煮液，温度：100℃，常压，浴比l：（15～20），处理时间：3～5h；将碱液滤除，用清水反复浸泡搓洗锦葵纤维2～5次，使最终残液为弱碱性；柔软处理方案：柔软剂5g/L，浴比1:15，温度40°C，处理时间为1h，待水浴锅温度上升到40°C时，将碱煮后的锦葵纤维放入水浴锅中盖好盖子，每隔一段时间搅拌一次，使其充分浸润。

B纺纱 

纺纱的具体工艺流程为：

锦葵：2*FA002型自动抓棉机→FA121型除金属杂质装置→FA104型六滚筒开棉机（附A045B型凝棉器）→FA022型多仓混棉机→FA106型豪猪式开棉机（附A045B型凝棉器）→FA107型豪猪式开棉机（附A045B型凝棉器）→A062型电气配棉器（2路配棉器）→2*A092AST型振动式双棉箱给棉机（附A045B型凝棉器）→2*FA141型单打手成卷机→FA201B型梳棉机

丙纶：2*FA002型自动抓棉机型除金属杂质装置型多仓混棉机型梳针滚筒开棉机（附A045B型凝棉器）型电气配棉器（2路配棉器）型梳针打手开棉机（附A045B型凝棉器）型梳棉风机型清钢联喂棉装置型梳棉机型并条机

锦葵+丙纶：FA306型并条机（头并、混并一）→FA458型粗纱机→FA507B型细纱机

①    清花工序:

锦葵纤维、丙纶（PP）分别清花成卷；

豪猪式开棉机:

打手转速：打手转速高，易损伤纤维，杂质易破碎，落棉含杂率低，甚至出现束丝。

尘棒间的隔距：尘棒之间的隔距应根据含杂多少、杂质性质和加工要求来配置，一般情况下此隔距设置是入口部分大，此后逐渐缩小尘棒间隔距，出口部分又放大此隔距或反装尘棒。锦葵纤维短绒多、杂质多，纺纱时应以“少抓勤抓、均匀混合、多松少打、早落、低速”为工艺原则。 

打手与给棉罗拉间隔距：该隔距小，开松好，但过小，易损伤较长纤维或者击落后扭结，易损伤纤维；过大，开松差。 

打手与尘棒间隔距：该隔距小，开松作用强，落棉率高。由于纤维体积逐渐增大，此隔距从进口至出口应逐渐增大。同时，产量高时，隔距也适当放大。 

单打手成卷机： 

综合打手转速：转速高，开松除杂效果好，但打手转速过高，易打碎杂质，造成纤维损伤和落白花现象。

棉卷罗拉转速：当喂入棉层厚度一定时，天平罗拉转速高，产量增加，但开松梳理作用降低；反之，有利开松除杂。 

综合打手与给棉罗拉隔距：该隔距小，开松效果好，但隔距过小，易损伤纤维。综合打手与尘棒间隔距：该隔距小，开松除杂效果好，但过小隔距易造成通道阻塞，产生疵点。 

a锦葵纤维 

锦葵生条干定量100.24g/m，棉卷干定量390.9g/m，棉卷计算长度34.187m，棉卷实际长度35.38m，伸长率3.5％，棉卷干净重13.83kg，豪猪打手转速800r/min，尘棒间的隔距8mm，打手与给棉罗拉间隔距6mm，打手与尘棒间隔距10×18mm，综合打手转速1001.7r/min，棉卷罗拉转速12.31r/min，综合打手与给棉罗拉隔距6mm, 综合打手与尘棒间隔距8 mm×16mm。

b丙纶纤维 

丙纶生条干定量19.5g/m，棉卷干定量390.9g/m，棉卷计算长度31.56m，棉卷实际长度31.88m，伸长率1%，棉卷干净重12.26kg，综合打手转速921.6r/min，棉卷罗拉转速11.29r/min，综合打手与给棉罗拉隔距7mm, 综合打手与尘棒间隔距10 mm×18mm。

②    梳棉工序： 

a生条定量

生条定量不宜过轻或过重，过轻易使棉网飘浮，造成剥网困难影响成条；过重容易堵塞喇叭口。锦葵纤维19.5g/5m，丙纶纤维19.9g/5m。

b 牵伸 

机械牵伸倍数是按输出与喂入机件的表面线速度之比求得的牵伸倍数，锦葵纤维95.7，丙纶纤维95.7。

实际牵伸倍数是按喂入半成品定量与输出半成品定量之比求得的牵伸倍数，锦葵纤维100.94，丙纶纤维96.18。 

c速度 

    锡林的转速对全机分梳起主导作用，锡林速度高，分梳转移能力强，有利于提高产品的质量。锦葵纤维 359.02r/min，丙纶纤维330r/min。

    刺辊的转速必须与锡林速度相适应，刺辊速度高有利于开松，但过高易引起纤维损伤。不相适应时，纤维不能顺利转移，棉结增多。锦葵纤维931.05r/min，丙纶纤维798r/min。     

    盖板速度影响除杂效率和盖板花量。锦葵纤维183.61 r/min，丙纶纤维78.69r/min。

    道夫速度低，盖板工作区梳理的纤维数量多，有利于改善棉网质量。锦葵纤维30.4mm/min,丙纶纤维33.5mm/min。 

d隔距 

    刺辊与给棉板的隔距为0.21mm，梳理作用较好；与小漏底入口出口隔距分别为7mm和2mm，进口大，出口小，喂入纤维后，基本相同；与除尘刀隔距为0.3mm，较大的隔距，能减少落纤量；与锡林隔距为0.15mm，有利于纤维向锡林针面转移。锦葵与丙纶相同。

    锡林与活动盖板进口10mm，第二点9mm，第三点8mm，第四点8mm，出口 9mm，五个隔距点，首先进入盖板工作区分梳，纤维量较多，隔距宜偏大，出口时隔距也宜大一，中间几个可略小一些，以利于分梳；锡林与后罩板进口0.5mm，道夫出口0.12mm，有利于纤维顺利转移。锦葵与丙纶相同。 

    锦葵与前上罩板上口下口分别为0.5和0.9，与前下罩板上口下口分别和为0.8和0.5；丙纶与前上罩板上口下口分别为0.13和0.6，与前下罩板上口下口分别和为0.8和0.5。 

③    并条工序： 

a预并

拟定生条干定量为19.5g/5m，半熟条干定量为19.9g/5m，采用六根并合。机械牵伸倍

数6.033，实际牵伸倍数5.91，主牵伸5.399，后牵伸1.1，前罗拉转速362.90m/min。

b混并一 

拟定锦葵条子干定量为15g/5m（两根），丙纶条子干定量为20g/5m（六根）,8根并

合，机械牵伸倍数7.839，实际牵伸倍数7.69，主牵伸7.466，后牵伸1.05，前罗拉转速362.90m/min。

c混并二 

熟条干定量为19.8g/5m，8根并合，牵伸配合率k取1.02，机械牵伸倍数8.125，实际

牵伸倍数7.97，主牵伸7.466，后牵伸1.09，前罗拉转速362.90m/min。罗拉握持距前区后区分别45mm和50mm，罗拉加压为180×320×370×370N，罗拉直径为45×35×35mm,喇叭口直径3.2mm。

④    粗纱工序： 

粗纱干定量5.62g/10m，实际牵伸倍数7.08，机械牵伸倍数7.22，后区牵伸倍数1.15，

捻度2.0944，捻系数50.24，锭翼转速为625.7，前罗拉速度339.62r/min，罗拉隔距前区10mm，中区25mm，后区28mm，粗纱轴向卷绕密度4.1750圈/cm，径向卷绕密度206.9层/cm。

⑤    细纱工序： 

细纱干定量3.91g/100m，公定回潮率2.4％，机械牵伸倍数14.515，实际牵伸倍数14.370，

罗拉直径25×25×25mm，钢领型号PG1/2，直径42，钢丝圈型号CO型，号数10/0，针织纱采用“两大一小”工艺，后区牵伸倍数1.06，初步设定细纱捻系数为350（选择“350”的原因：因为针织用纱捻系数低于机织用纱，一般在330-350范围内），计算捻度56.18捻/10cm，计算后捻系数355.31，捻向Z捻，前罗拉转速315.80r/min，锭速13800r/min，卷绕密度1.0199mm，钢领板级升距0.56，撑头牙8。

B针织工艺 

机号9号机，线圈长度10cm, 织物的横密32mm，织物的纵密42mm，面料总密度

1344 mm²,密度对比系数0.761，单位面积干燥重量63g/m²。

C复合材料的制备 

①将制作好的锦葵/丙纶针织物，在烘箱温度为80℃下烘燥2h；

②将干燥后的锦葵纤维/PP局部管状针织物浸入到一定浓度的憎水处理液中，处理一定时间后取出，在通风橱内晾干，然后在100℃的烘箱温度下干燥2h；

③将锦葵/丙纶叠成两层，并将脱模剂均匀涂抹在模具的上、下表面；

④打开电源，先预热平板，将平板硫化机升温至130℃，将制得的锦葵纤维/PP局部管状针织物样装入到大小相当的金属模具中，加5MPa的压力，保温5min；

⑤关闭控制阀，手柄向下拨，再将压力调到11MPa，打开控制阀，手柄向上拨，让具有一定压力的液压油进入油缸中，是柱塞上升到热板闭合时。保温15min，使丙纶熔融渗入针织物；

⑥    时间到达时会发出警报声，取出制品，将制品放在地板砖上冷却三分钟，之后取出制

品；

⑦    如果制品效果不好，再将制品放入模具中保温5min之后取出，在此温度、压力保持一

定时间，使PP融入到针织物当中，冷却后取出制品。

  

Claims (4)

1.汽车产业用锦葵/PP局部管状针织复合材料薄板制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

 (1)在于对提取后的锦葵纤维与PP混纺的纺纱工艺设计，采用条子混合，保证聚丙烯/锦葵混纺比，重点设计梳棉工艺、细纱工艺，保证成纱质量，并对丙纶进行纺纱前处理，保证纺纱工艺的顺利进行；

(2)采用不同混纺比的丙纶/锦葵混纺纱作为纱线原料制备1+1罗纹组织和罗纹空气层组织针织物；

(3)采用层合热压成型工艺制备针织物复合材料板材，制成汽车产业用所需要的锦葵/PP针织物复合材料薄板。

2.根据权利要求1所述的汽车产业用锦葵/丙纶（PP）针织复合材料薄板制备方法，

其特征在于所述纺纱工艺包括以下几个步骤：

主要采用开清棉工序对锦葵纤维和丙纶进行分别成卷；开清工艺：

a锦葵纤维

豪猪打手转速800r/min，尘棒间的隔距8mm，打手与给棉罗拉间隔距6mm，打手与尘棒间隔距10×18mm，综合打手转速1001.7r/min，棉卷罗拉转速12.31r/min，综合打手与给棉罗拉隔距6mm, 综合打手与尘棒间隔距8 mm×16mm；

b丙纶纤维

综合打手转速921.6r/min，棉卷罗拉转速11.29r/min，综合打手与给棉罗拉隔距7mm, 综合打手与尘棒间隔距10 mm×18mm；

主要采用梳棉工序对锦葵纤维和丙纶进行分别成条；梳棉工艺：

a锦葵纤维

锡林速度 359.02r/min，刺辊的转速931.05r/min，盖板速度183.61 r/min，道夫速度30.4mm/min，锦葵与前上罩板上口下口分别为0.5 mm和0.9 mm，与前下罩板上口下口分别和为0.8 mm和0.5 mm；

b丙纶纤维

锡林速度330r/min，刺辊的转速798r/min，盖板速度78.69r/min，道夫速度33.5mm/min， 丙纶与前上罩板上口下口分别为0.13 mm和0.6 mm，与前下罩板上口下口分别和为0.8 mm和0.5 mm；

并条工艺：

a预并

机械牵伸倍数6.033，实际牵伸倍数5.91，主牵伸5.399，后牵伸1.1，前罗拉转速

362.90m/min；

b混并一

机械牵伸倍数7.839，实际牵伸倍数7.69，主牵伸7.466，后牵伸1.05，前罗拉转速362.90m/min；

c混并二

前罗拉转速362.90m/min；

罗拉握持距前区后区分别45mm和50mm，罗拉加压为180×320×370×370N，罗拉直径为45×35×35mm,喇叭口直径3.2mm；

粗纱工序：

锭翼转速为625.7，前罗拉速度339.62r/min，罗拉隔距前区10mm，中区25mm，后区28mm，粗纱轴向卷绕密度4.1750圈/cm，径向卷绕密度206.9层/cm；

细纱工序：

罗拉直径25×25×25mm，钢领型号PG1/2，直径42，钢丝圈型号CO型，号数10/0，前罗拉转速315.80r/min，锭速13800r/min，卷绕密度1.0199mm，钢领板级升距0.56，撑头牙8。

3.根据权利要求1所述的汽车产业用锦葵/丙纶（PP）针织复合材料薄板制备方法，其特征在于所述针织工艺包括以下几个步骤：

针织工艺：在横机上编织时，织针呈满针罗纹配置，24转一循环；第1-2转起针三角都打开，编织满针罗纹（四平组织），第3-12转关闭后针床的起针三角，只在前针床编织，后针床不参加工作，编织的20横列在织物正面形成管状，第13-14转，打开后针床的起针三角，在前后针床编织，第15-24转关闭前针床的起针三角，只在后针床编织，前针床不参加工作，

编织的20横列在织物反面形成管状，这样形成双面管状结构。

4.根据权利要求1所述的汽车产业用锦葵/丙纶（PP）针织复合材料薄板的制备方法，其特征在于所述热压层合成型工艺包括以下几个步骤：

平板硫化机升温至130℃，将制得的锦葵纤维/PP局部管状针织物样装入到大小相当的金属模具中，加5MPa的压力，保温5min；，再将压力调到11MPa，保温15min，使丙纶熔融渗入针织物。