CN104746238A

CN104746238A - 阶梯密度熔喷非织造布、其制备方法及其制成的吸音材料

Info

Publication number: CN104746238A
Application number: CN201410230689.7A
Authority: CN
Inventors: 刘伦贤; 郭超锋; 傅双亭
Original assignee: Shanghai Jie Yingtu New Material Science And Technology Ltd
Current assignee: Shanghai Jie Yingtu New Material Science And Technology Ltd
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明公开了一种阶梯密度熔喷非织造布及其制备方法。一种阶梯密度熔喷非织造布，沿厚度方向其密度呈阶梯式递减，沿长度和宽度方向其密度相同。在所述阶梯密度熔喷非织造布的上下两层分别复合一层纺粘布制成吸音材料。本发明制成的吸音材料在低频和高频下均具有良好的吸音效果。

Description

阶梯密度熔喷非织造布、其制备方法及其制成的吸音材料

技术领域

本发明涉及非织造材料技术，具体为熔喷法纺制而成的阶梯密度非织造布及其制造方法，以及由其制成的吸音材料。

背景技术

随着汽车、高速铁路等交通运输工具的发展，环境噪音污染日益严重，人们对各种降噪技术越来越重视。吸声技术是噪音控制中的重要部分，吸声材料主要分为多孔性吸声材料和共振吸声材料。由于多孔性吸声材料在高频和宽频方面的优秀表现，引起了越来越多学者的关注。纤维材料集合体的一个主要特性就是多孔性，其孔隙结构复杂，孔之间相互串接，是理想的多孔性吸声材料。

近年来随着非织造加工技术的发展，非织造材料以其高效率、低成本、风格多样性等特点，成为工业用材料的选择对象。特别是熔喷技术的快速发展，产品适用性强，生产的纤维很细，材料具有很大的比表面积、空隙小而孔隙率大，独特的熔喷制造工艺技术满足不同的材料厚度、透气性、材料密度、纤维直径等，因此有越来越多学者在研究此类材料的吸声性能。

熔喷非织造工艺是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，进而形成超细纤维，喷射在收集装置上，并依靠自身粘合而成为非织造布。

熔喷工艺中的收集装置通常有平网式、单滚筒式和双滚筒式等几种形式，无论何种形式，均须通过吸风设备的吸风处理，才能有效地收集熔喷形成的超细纤维，并堆集成网或纤维层。

现有的平网式收集装置，是在一个吸风设备上设置可转动的网帘来实现的。吸风设备通常配备有一个吸风机，网帘上带有多个小孔，通过吸风机的作用，在网帘上形成纤维层，进而被制备成不同用途的材料，如隔音材料或吸音材料等。

以PP、PET等聚合物切片为原料采用熔喷法生产吸音棉的方法，具有工艺流程短和纤维细等特点，一般的工艺是将切片状的聚合物高温熔融，通过挤压机从喷嘴中排出，喷嘴两侧有高速的加热空气流将溶融物牵伸成纤维，这些纤维随着气流被吹向下部有吸风装置的网帘上并堆积成纤维层，以制成隔音或吸音材料。随着吸音材料的发展，各种各样的工艺复合技术应运而生，极大的改善了吸音材料的吸音效果。

影响隔音或吸音效果的因素主要是纤维细度、厚度、适当的密度(透气率)等，在实际工程中，测定材料的流阻、孔隙率通常比较困难，常常通过调整密度加以控制。同一种多孔材料厚度越大，密度越大，孔隙率越大，材料吸声性能好。其他情况不变，增加密度，可以使中低频吸声系数提高，不过比增加厚度的效果差。在同样用料情况下，若厚度不限，多孔材料以松散为宜。容重过大，材料密实，会引起流阻增大，减少空气穿透量，造成吸声系数下降，但同样密度，增加厚度，并不改变比流阻，所以吸声系数一般总是增大，只是当厚度增大到一定时，吸声性能的改善已经不显著。在以增加密度来提高低频吸收能力时，要防止高频吸收性能的损失，应尽可能在高频吸声能力损失不大的前提下，使第一共振频率处于理想的低频段内，高频段的吸声系数决定于吸声材料材质的特征阻抗，只要有效控制特征阻抗不发生变化，一般不会引起高频吸声系数的变化。根据以上分析，如果材料密度保持一致，难以使它发挥在各个音频的吸音效果。现有的装置一般是单吸风，得到的纤维堆积层密度在厚度方向基本呈现均匀，而均匀密度材料对不同频率声音的吸音效果往往不够理想。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种阶梯密度材料作为理想吸音材料。本发明的技术方案是：

一种阶梯密度熔喷非织造布，沿厚度方向其密度呈阶梯式递减，沿长度和宽度方向其密度相同。

优选的，

所述的阶梯密度熔喷非织造布，所述阶梯式递减为从下至上每隔1.5mm密度减少2.5～3.5kg/m³，最大密度约为40-50kg/m³，最小密度约为12-18kg/m³。

所述阶梯密度熔喷非织造布的原料为聚合物纤维，进一步优选为PP或PET纤维。

所述PP或PET纤维的细度为1μm～4μm。

PP纤维，即聚丙烯纤维，中国称丙纶。是以等规聚丙烯为原料纺丝制得的合成纤维。

PET纤维，即聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，俗称涤纶纤维。

本发明还提供了所述阶梯密度熔喷非织造布的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将聚合物纤维切片喂入料斗，流入到螺杆挤出机，被加热熔融后经过过滤、计量从模头喷丝孔中挤出，形成聚合物熔体细流；

(2)加热的空气从模头喷丝孔两侧风道中高速吹出，对聚合物熔体细流进行拉伸；

(3)使用平网式熔喷收集装置对拉伸后的聚合物熔体细流进行接收铺网；该平网式熔喷收集装置的网帘下方设有吸风设备，吸风设备沿网帘方向设有至少3个相互隔开的吸风腔，每个吸风腔中独立设置一台吸风机，通过调整吸风机的频率实现各个吸风腔内吸风强度的独立调节，网帘在吸风设备的吸风腔上方运动，吸风腔内的吸风强度沿网帘运动方向上由强到弱，聚合物熔体细流喷向网帘后，通过网帘的运转形成厚度上呈阶梯密度分布的铺网。

由上述方法制成的阶梯密度熔喷非织造布，沿厚度方向其密度呈阶梯式递减，沿长度和宽度方向其密度相同。

本发明还提供了由所述阶梯密度熔喷非织造布制成的熔喷吸音材料，其由上至下包括第一纺粘布、阶梯密度熔喷非织造布、第二纺粘布三层材料复合在一起。

优选的，所述第一纺粘布的克重为13.5～16.5g/m²，所述第二纺粘布的克重为13.5～16.5g/m²。

具体的，本发明中，纺粘布是指在聚合物被挤出、拉伸而形成连续长丝后，长丝铺设成网，纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固方法，使纤网变成纺粘无纺布，简称纺粘布。

本发明采用熔喷工艺生产所述阶梯密度熔喷非织造布及吸音材料时，模头喷丝孔到收集装置的网帘有一定的距离，聚合物熔体细流射向网帘时呈现的一扇面而非一直线，纤维材料随着网帘运动逐步堆积，如图3所示，若网帘运动方向是从左到右，其堆积过程也是在聚合物熔体细流喷射过程中从左到右逐步加厚的，本发明设置若干个吸风腔，抽吸风的强度从左至右呈逐步减小，每个吸风腔的宽度150---250mm并要求横向吸风均匀，一般抽吸风强度沿网帘运动方向递减。于是，呈扇面分布的聚合物熔体细流在左侧时得到的吸附力最强，纤维密度也最高，随着网帘运动纤维层越向右聚合物熔体细流到达网帘时所受到的吸附力愈小，其堆积的纤维密度也愈低，从而制备阶梯密度熔喷非织造布。整个熔喷收集装置至于移动装置上在网帘运动方向可作移动，最好使熔喷纤维扇面区域能覆盖在两个或以上吸风腔，以达到最好的效果。

由于阶梯密度熔喷非织造布蓬松性好、强度低，很少单独作为产品使用，往往需要与其他材料复合在一起。本发明使用粘合剂在阶梯密度熔喷非织造布的上下两层分别复合一层纺粘布，三层布经过网帘输送到两个有间距的热辊中间预压一次使纺粘布与熔喷层有效的粘合在一起，可以作为吸音材料。

本发明的阶梯密度熔喷非织造布及由其制成的吸音材料，具有良好的吸音隔音效果，且原料易得，制备方法简单。

附图说明

图1为阶梯密度熔喷非织造布的结构示意图；

图2为聚合物熔体细流挤出、拉伸、收集、铺网的示意图；

图3为实施例3的驻波管测试法(低频)的测试结果；

图4为实施例3的驻波管测试法(高频)的测试结果；

附图标记说明：1、模头喷丝孔；2、加热的空气；3、聚合物熔体细流；4、阶梯密度熔喷非织造布；5、吸风设备；6、网帘；7、移动装置；箭头A表示抽吸风方向，箭头越多表示吸风强度越大；箭头B表示网帘运动方向；箭头C表示平网式熔喷收集装置可通过移动装置7的移动方向。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。

实施例1PP纤维阶梯密度熔喷非织造布的制备

所述阶梯式递减为每隔1.5mm密度减少3kg/m³，最大密度为40kg/m³，最小密度为16kg/m³。

原料准备为PP纤维切片，PP纤维的细度约为2μm。

结合图2，制备方法包括以下步骤：

(1)将聚合物纤维切片喂入料斗，流入到螺杆挤出机，被加热熔融后经过过滤、计量，从模头喷丝孔1中挤出，形成聚合物熔体细流3；

(2)加热的空气2从模头喷丝孔1两侧风道中高速吹出，对聚合物熔体细流3进行拉伸；

(3)使用平网式熔喷收集装置对拉伸后的聚合物熔体细流3进行接收铺网；该平网式熔喷收集装置的网帘6下方设有吸风设备5，网帘6在吸风设备5的吸风腔上方运动(如箭头B所示，从左到右)，吸风设备5沿网帘6方向设有4个相互隔开的吸风腔，每个吸风腔中独立设置一台吸风机，通过调整吸风机的频率使得吸风腔内吸风强度从左到右逐步减少(如图中表示吸风强度的多个箭头A所示)，聚合物熔体细流3喷向网帘6后，通过网帘6的运转，在厚度方向形成阶梯密度的铺网。每个吸风腔横向(即与网帘移动方向相垂直的水平方向)的宽度为150---250mm并要求横向吸风均匀。

形成的PP纤维阶梯密度熔喷非织造布如图1所示，图1中x为宽度方向，y为长度方向，z为厚度方向；长度方向(y)和宽度方向(x)上密度相同，厚度方向(z)从下至上的密度分布如下表：

厚度(mm)	0-1.5	1.5-3	3-4.5	4.5-6	6-7.5	7.5-9	9-10.5	10.5-12	12-13.5
										密度(kg/m³)	40	37	34	31	28	25	22	19	16

实施例2PET纤维阶梯密度熔喷非织造布的制备

所述阶梯式递减为每隔1.5mm密度减少3.5kg/m³，最大密度为45kg/m³，最小密度为17kg/m³。

原料准备为经过干燥处理的PET纤维切片，PET纤维的细度约为3μm。

制备方法：同实施例1。

形成的PET纤维阶梯密度熔喷非织造布长度和宽度方向上密度相同，厚度方向从下至上的密度分布如下表：

厚度(mm)	0-1.5	1.5-3	3-4.5	4.5-6	6-7.5	7.5-9	9-10.5	10.5-12	12-13.5
										密度(kg/m3)	45	41.5	38	34.5	31	27.5	24	20.5	17

实施例3吸音材料的制备

在实施例1制成的PP纤维阶梯密度熔喷非织造布的上下两层分别复合第一纺粘布(PP纺粘布)和第二纺粘布(PP纺粘布)，三层布经过网帘输送到两个有间距的热辊中间预压一次使纺粘布与熔喷层有效的粘合在一起，制成吸音材料。其中，第一纺粘布的克重为15g/m²，所述第二纺粘布的克重为15g/m²。

制成的吸音材料克重为400g/m²。

测试例

以佳途吸音棉JT112，即一种常规PP熔喷吸音棉(克重为400g/m²，制备方法与实施例3相同，上下两层分别复合与实施例3相同的PP纺粘布，中间熔喷非织造布是均一密度，为28kg/m³)作为对比例，对实施例3制得的吸音材料的吸音性能进行测试。

分别在低频和高频下，使用驻波管测试法进行测试，测试结果见图3和图4。

由测试结果可见，相对于对比例(即图3和图4中的普通样品)，实施例3(即图3和图4中的阶梯样品)无论在低频和高频测试条件下，吸音系数都有明显的提高，证明其具有优越的吸音性能。分析其原因，我们发现：

①由于减少了落到网帘上一半纤维的抽吸风力，使得产品的蓬松度明显提高，厚度增大，提高了低频吸音性能；②面密度不变，因为材料整体厚度增加使得容重相较一般产品变小，流阻减小，也使得吸音性能大大提高；③在此同时，熔喷牵伸工艺保持不变，纤维细度得以保持，材料特性阻抗不变，使之在中高频阶段仍然保持良好吸音效果。

以上实施方式仅为发明的示例性实施方式，不能用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种阶梯密度熔喷非织造布，其特征在于：沿厚度方向其密度呈阶梯式递减，沿长度和宽度方向其密度相同。

2.如权利要求1所述的阶梯密度熔喷非织造布，其特征在于：所述阶梯式递减为每隔1.5mm密度减少2.5～3.5kg/m³，最大密度为40-50kg/m³，最小密度为12-18kg/m³。

3.如权利要求1所述的阶梯密度熔喷非织造布，其特征在于：所述阶梯密度熔喷非织造布的原料为聚合物纤维。

4.如权利要求3所述的阶梯密度熔喷非织造布，其特征在于：所述聚合物纤维为PP纤维或PET纤维。

5.如权利要求3或4所述的阶梯密度熔喷非织造布，其特征在于：所述聚合物纤维的细度为1μm～4μm。

6.权利要求1-5中任一项所述的阶梯密度熔喷非织造布的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将聚合物纤维切片喂入料斗，流入到螺杆挤出机，被加热熔融后经过过滤、计量，从模头喷丝孔中挤出，形成聚合物熔体细流；

(3)使用平网式熔喷收集装置对拉伸后的聚合物熔体细流进行接收铺网；该平网式熔喷收集装置的网帘下方设有吸风设备，吸风设备沿网帘方向设有至少3个相互隔开的吸风腔，每个吸风腔中独立设置一台吸风机，通过调整吸风机的频率实现各个吸风腔内吸风强度的独立调节，网帘在吸风设备的吸风腔上方运动，吸风腔内的吸风强度沿网帘运动方向上由强到弱，聚合物熔体细流喷向网帘后，通过网帘的运转形成厚度方向上呈阶梯密度分布的铺网。

7.由权利要求1-6中任一项所述的阶梯密度熔喷非织造布制成的熔喷吸音材料，其特征在于：由上至下包括第一纺粘布、阶梯密度熔喷非织造布、第二纺粘布三层材料复合在一起。

8.如权利要求7所述的熔喷吸音材料，其特征在于：第一纺粘布的克重为13.5～16.5g/m²，所述第二纺粘布的克重为13.5～16.5g/m²。