CN104999724A - 一种碳纤维富氧丝针刺毡及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维富氧丝针刺毡及其制备方法与应用，属于新型防腐、耐高温、阻燃、隔音及环保材料研发、生产、应用技术领域。该碳纤维富氧丝针刺毡所用原料为碳纤维富氧丝，结构由初预层、高密层、热封层构成；所述初预层位于上表层，所述高密层位于中层，所述热封层位于下表层。本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡具有其它纤维织物针刺毡所不能的功能特性，汇集了多种纤维针刺毡的特性，将耐酸碱、耐高温、不燃烧、抗氧化、隔音等特性集于一身，适合各种环境条件下使用，具有广泛的用途，并可做多种后处理方式，来迎合工况环境的需求。

Description

一种碳纤维富氧丝针刺毡及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种碳纤维富氧丝针刺毡及其制备方法与应用，属于新型防腐、耐高温、阻燃、隔音及环保材料研发、生产、应用技术领域。
背景技术
目前市场上经常用的针刺毡，其由涤纶、芳纶纤维、PPS纤维、P84纤维、PTFE纤维等材料制成。其中，芳纶纤维耐酸不耐碱，使用温度为130度；芳纶纤维耐弱酸，干燥环境下使用温度190度；PPS纤维耐酸耐碱，使用温度为190度，但不耐氧化；P84纤维具有良好的耐酸碱性能，使用温度为260度；PTFE纤维耐酸耐碱耐腐蚀，但其使用温度不能高于260度。以上所叙述的针刺毡产品，在应用于垃圾焚化发电厂、水泥厂、火力发电厂、钢铁厂和燃煤锅炉、冶金、化工等行业，都只是部分指标达实际应用的要求，目前国内没有同时具备耐酸碱、耐高温、并且不燃烧、隔热等特性的针刺毡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纤维富氧丝针刺毡，该碳纤维富氧丝针刺毡具有耐酸碱、耐高温、不燃烧、抗氧化等特性。此外，本发明进一步提供该碳纤维富氧丝针刺毡的制备方法与应用。
本发明所述技术问题是由以下技术方案实现的。
一种碳纤维富氧丝针刺毡，该碳纤维富氧丝针刺毡所用原料为碳纤维富氧丝，结构由初预层、高密层、热封层构成；所述初预层位于上表层，所述高密层位于中层，所述热封层位于下表层；所述针刺毡具有强力5～150N、延伸20～130mm、厚度0.8～25mm、密度0.1～0.3g/cm3及克重为120～5000g/m2；
其中，所述初预层为经预针刺的单层网片，单层网片的碳纤维富氧丝网是由单锡林单道夫成网，成网的碳纤维富氧丝排序为纬向排列；
所述高密层为复合层，该复合层由两层或以上的碳纤维富氧丝单层网布组成，碳纤维富氧丝单层网布是由单锡林双道夫双杂乱成网，成网的碳纤维富氧丝排序为经向排列；
所述热封层为经过针刺压光处理的碳纤维富氧丝主针面，该主针面由双梳理双道夫双杂乱制配而成，碳纤维富氧丝主针面经过双杂乱，对碳纤维富氧丝排序进行调整，达到碳纤维富氧丝的经、纬向交叉杂乱排序；
所述碳纤维富氧丝的粗度为1D～2.5D，长度51～65mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.064％-0.08％。
一种制备所述的碳纤维富氧丝针刺毡的方法，包括如下步骤：
(1)初预层、高密层、热封层分别以下面的方法制备：
①开松：将原料投放至开包机内，经过开包机初步开松进入粗开松机；经过粗开松后，将粗开松的原料输送到混棉仓内，在混棉仓中进行混合；混合后的原料进入精开松机，进行进一步开松；
②针刺：将精开松好的原料送到棉箱内，通过棉箱进入梳理机的喂入罗拉，由喂入罗拉进入梳理机，通过梳理机成网进入铺网机，由铺网机进行铺网实现所需的克重，通过底帘将铺好的纤维网，输入进入预刺机，然后再经过主刺机和对刺机进行复合生产；
(2)针刺毡成型：将初预层、高密层、热封层通过主刺机和对刺机四道复合工艺，达到需求的强力、延伸、厚度、密度及克重，经过压光烫熨处理最终成型。
所述碳纤维富氧丝针刺毡在耐酸、耐碱、耐高温、阻燃或隔音技术领域中的应用，比如防护服装，高温工作服、消防服、战斗服、焊接服、防火手套、防火织带等；阻燃装饰材料，阻燃耐热窗帘和罩、床垫；(汽车、动车、高铁和飞机等)座椅保护层；阻燃耐热用毡和外套；家具的防护和防火；高温过滤材料，钢厂、电厂和水泥厂高温气/固滤料；汽车工业或航天工业，防火、隔热和隔音部件等。
在针刺毡制作技术领域，所使用的原料越细，密度越均匀，克重也就越均匀，但是相反的是原料越细，越不易开松，梳理机越不易梳理出毛网。由于碳纤维富氧丝油剂量较少，致使碳纤维富氧丝较涩、脆、不耐折、强力低，从而在一般制备工艺情况下，碳纤维富氧丝经过梳理后成为短小甚至粉末的纤维碎片，造成不易成网或运行过程中出现积棉、破网现象，造成均匀度差。由于碳纤维富氧丝的粗度为1D～2.5D，长度51～65mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.064％-0.08％，对生产工艺造成很大困难，造成不易梳理、不易抱合。针刺过程中针刺频率、针深都很关键，由于碳纤维富氧丝不耐折、强力低，所以针刺调整不好会造成纤维损伤严重，抱合不好或不成毡。因此，无论是经过梳理还是开松还是针刺，各个工序都要考虑碳纤维富氧丝的强力损伤、长度损伤，都要最大程度的降低设备对碳纤维富氧丝的损害。
本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡采用初预层位于上表层，高密层位于中层，热封层位于下表层的三层构造，其中，初预层为经预针刺的单层网片，单层网片的碳纤维富氧丝网是由单锡林单道夫成网，成网的碳纤维富氧丝排序为纬向排列，能偶增强该碳纤维富氧丝针刺毡的纬向强度和平整度。高密层由两层或以上的碳纤维富氧丝单层网布组成，碳纤维富氧丝单层网布是由单锡林双道夫双杂乱成网，成网的碳纤维富氧丝排序为经向排列，能够增强该碳纤维富氧丝针刺毡经向强度和平整度，提高与其它层的抱和度。热封层为经过针刺压光处理的碳纤维富氧丝主针面，该碳纤维富氧丝主针面由双梳理双道夫双杂乱制配而成，碳纤维富氧丝主针面经过双杂乱，对碳纤维富氧丝排序进行调整，达到碳纤维富氧丝的经、纬向交叉杂乱排序，能够更好的使经纬向强力均匀，经过压光处理后，布面更加平整。所使用的碳纤维富氧丝的粗度为1D～2.5D，长度51～65mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.064％-0.08％。通过这些技术点使得将碳纤维富氧丝做成针刺毡成为可能，突破了目前现有技术的瓶颈，填补了针刺毡领域的技术空白。本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡经过针刺、复合、压光等工序进行加工制作，使碳纤维富氧丝针刺毡具有特定的强力5～150N、延伸20～130mm、厚度0.8～25mm、密度0.1～0.3g/cm3及克重为120～5000g/m2，使本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡具有其它纤维织物针刺毡所不能的功能特性，汇集了多种纤维针刺毡的特性，将耐酸碱、耐高温、不燃烧、抗氧化、隔音等特性集于一身，适合各种环境条件下使用，具有广泛的用途，并可做多种后处理方式，来迎合工况环境的需求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但只是用于帮助理解本发明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，不对本发明构成任何限制。
实施例1本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡的制备
本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡，所用原料为碳纤维富氧丝，结构由初预层、高密层、热封层构成；所述初预层位于上表层，所述高密层位于中层，所述热封层位于下表层；所述碳纤维富氧丝针刺毡具有强力5N、延伸20mm、厚度0.8mm、密度0.1cm3及克重为120g/m2；其中，所述初预层为经预针刺的单层网片，单层网片的碳纤维富氧丝网是由单锡林单道夫成网，成网的碳纤维富氧丝排序为纬向排列；所述高密层为复合层，该复合层由两层或以上的碳纤维富氧丝单层网布组成，碳纤维富氧丝单层网布是由单锡林双道夫双杂乱成网，成网的碳纤维富氧丝排序为经向排列；所述热封层为经过针刺压光处理的碳纤维富氧丝主针面，该主针面由双梳理双道夫双杂乱制配而成，碳纤维富氧丝主针面经过双杂乱，对碳纤维富氧丝排序进行调整，达到碳纤维富氧丝的经、纬向交叉杂乱排序；所述碳纤维富氧丝的粗度为1D，长度51mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.064％。
上述碳纤维富氧丝针刺毡的制备方法，包括如下步骤：
(1)初预层、高密层、热封层分别以下面的方法制备：
①开松：将原料投放至开包机内，经过开包机初步开松进入粗开松机；经过粗开松后，将粗开松的原料输送到混棉仓内，在混棉仓中进行混合；混合后的原料进入精开松机，进行进一步开松；
②针刺：将精开松好的原料送到棉箱内，通过棉箱进入梳理机的喂入罗拉，由喂入罗拉进入梳理机，通过梳理机成网进入铺网机，由铺网机进行铺网实现所需的克重，通过底帘将铺好的纤维网，输入进入预刺机，然后再经过主刺机和对刺机进行复合生产；
(2)针刺毡成型：将初预层、高密层、热封层通过主刺机和对刺机四道复合工艺，达到需求的强力、延伸、厚度、密度及克重，经过压光烫熨处理最终成型。
实施例2本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡的制备
本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡，所用原料为碳纤维富氧丝，结构由初预层、高密层、热封层构成；所述初预层位于上表层，所述高密层位于中层，所述热封层位于下表层；所述针刺毡具有强力150N、延伸130mm、厚度25mm、密度0.3g/cm3及克重为5000g/m2；其中，所述初预层为经预针刺的单层网片，单层网片的碳纤维富氧丝网是由单锡林单道夫成网，成网的碳纤维富氧丝排序为纬向排列；所述高密层为复合层，该复合层由两层或以上的碳纤维富氧丝单层网布组成，碳纤维富氧丝单层网布是由单锡林双道夫双杂乱成网，成网的碳纤维富氧丝排序为经向排列；所述热封层为经过针刺压光处理的碳纤维富氧丝主针面，该主针面由双梳理双道夫双杂乱制配而成，碳纤维富氧丝主针面经过双杂乱，对碳纤维富氧丝排序进行调整，达到碳纤维富氧丝的经、纬向交叉杂乱排序；所述碳纤维富氧丝的粗度为2.5D，长度65mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.08％。
上述碳纤维富氧丝针刺毡的制备方法，包括如下步骤：
(1)初预层、高密层、热封层分别以下面的方法制备：
①开松：将原料投放至开包机内，经过开包机初步开松进入粗开松机；经过粗开松后，将粗开松的原料输送到混棉仓内，在混棉仓中进行混合；混合后的原料进入精开松机，进行进一步开松；
②针刺：将精开松好的原料送到棉箱内，通过棉箱进入梳理机的喂入罗拉，由喂入罗拉进入梳理机，通过梳理机成网进入铺网机，由铺网机进行铺网实现所需的克重，通过底帘将铺好的纤维网，输入进入预刺机，然后再经过主刺机和对刺机进行复合生产；
(2)针刺毡成型：将初预层、高密层、热封层通过主刺机和对刺机四道复合工艺，达到需求的强力、延伸、厚度、密度及克重，经过压光烫熨处理最终成型。
实施例3本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡的制备
本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡，所用原料为碳纤维富氧丝，结构由初预层、高密层、热封层构成；所述初预层位于上表层，所述高密层位于中层，所述热封层位于下表层；所述针刺毡具有强力75N、延伸75mm、厚度0.8～25mm、密度0.2g/cm3及克重为2560g/m2；其中，所述初预层为经预针刺的单层网片，单层网片的碳纤维富氧丝网是由单锡林单道夫成网，成网的碳纤维富氧丝排序为纬向排列；所述高密层为复合层，该复合层由两层或以上的碳纤维富氧丝单层网布组成，碳纤维富氧丝单层网布是由单锡林双道夫双杂乱成网，成网的碳纤维富氧丝排序为经向排列；所述热封层为经过针刺压光处理的碳纤维富氧丝主针面，该主针面由双梳理双道夫双杂乱制配而成，碳纤维富氧丝主针面经过双杂乱，对碳纤维富氧丝排序进行调整，达到碳纤维富氧丝的经、纬向交叉杂乱排序；所述碳纤维富氧丝的粗度为1.75D，长度58mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.072％。
上述碳纤维富氧丝针刺毡的制备方法，包括如下步骤：
(1)初预层、高密层、热封层分别以下面的方法制备：
①开松：将原料投放至开包机内，经过开包机初步开松进入粗开松机；经过粗开松后，将粗开松的原料输送到混棉仓内，在混棉仓中进行混合；混合后的原料进入精开松机，进行进一步开松；
②针刺：将精开松好的原料送到棉箱内，通过棉箱进入梳理机的喂入罗拉，由喂入罗拉进入梳理机，通过梳理机成网进入铺网机，由铺网机进行铺网实现所需的克重，通过底帘将铺好的纤维网，输入进入预刺机，然后再经过主刺机和对刺机进行复合生产；
(2)针刺毡成型：将初预层、高密层、热封层通过主刺机和对刺机四道复合工艺，达到需求的强力、延伸、厚度、密度及克重，经过压光烫熨处理最终成型。测试例1耐酸、碱试验
分别取实施例1至3料样各3块(10x10cm)，共9块，编号1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3，分别使用10％-20％的浓盐酸、30％的硫酸、密度为1.328-1.349g/ml的氢氧化钠溶液对其进行浸泡，浸泡时间30min，取出后脱水，然后进入100℃的烘箱内烘1小时。将9块样料分别通过织物强力拉伸机进行测量，测量结果见表1。
表1浸泡前后强力测试结果
由表1测量结果可知，本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡分别使用10％-20％的浓盐酸、30％的硫酸、密度为1.328-1.349g/ml的氢氧化钠溶液对其进行浸泡30min后。其强力没有变化，说明本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡耐酸、耐碱。
测试例2不燃烧试验
分别取实施例1至3料样各3块(10x10cm)，共9块，编号1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3，使用喷灯或者气割对其进行加热，或者使用温度在700℃-1400℃的火具对其垂直或水平燃烧，针刺毡不起火或火源灭毡无火状态，可使用手触碰无灼烧感即可。结果显示，本发明所述的针刺毡无形变、不滴落、无软化、无明火。说明本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡不燃烧，具有阻燃的特性。
测试例3耐高温试验
分别取实施例1至3料样各3块(10x10cm)，共9块，编号1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3，在烘箱或火源附近或可达到600℃-700℃的温度空间内放置1小时，将9块样料分别通过织物强力拉伸机进行测量，测量结果见表2。
表2高温前后强力测试结果
由表2测量结果可知，本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡在烘箱或火源附近或可达到600℃-700℃的温度空间内放置1小时，其强力没有变化，说明本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡具有耐高温的特性。
测试例4隔热试验
分别取实施例1至3料样各3块(10x10cm)，共9块，编号1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3，将料样放置在300℃-400℃的热体物上，放置5小时，料样温度，见表3。
表3料样温度测试结果
由表3测量结果可知，本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡放置在300℃-400℃的热体物上，长期放置料样温度保持在40℃以下，说明本发明所制备的碳纤维富氧丝针刺毡具有非常好的隔热的特性，能够在300℃-400℃之间使用。
测试例5隔音试验
首先，分别取实施例1至3料样各3块(10x10cm)，共9块，编号1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3；
其次，准备一个铁圈,蘸上浓度高的肥皂水,使之成为薄膜,装在支座上，称之为薄膜支架；
然后，另准备一相同铁圈和支架，称之为测试支架，放在肥皂薄膜之间的不远处；
再其次，准备音叉，并将音叉、测试支架、薄膜支架沿水线等距离排列；
最后，在测试支架上，分别固定本发明所述碳纤维富氧丝针刺毡料样，敲动音叉,使声音穿过针刺毡料样到达肥皂薄膜.在表格中记录薄膜破裂时声音的分贝,结果见表4。
表4波膜破裂分贝测试结果
分贝数越大,隔音效果就越好，由表4可以看出，本发明所述的碳纤维富氧丝针刺毡具有很好的隔音效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出的若干改进、润饰、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种碳纤维富氧丝针刺毡，其特征在于，该碳纤维富氧丝针刺毡所用原料为碳纤维富氧丝，结构由初预层、高密层、热封层构成；所述初预层位于上表层，所述高密层位于中层，所述热封层位于下表层；所述针刺毡具有强力5～150N、延伸20～130mm、厚度0.8～25mm、密度0.1～0.3g/cm3及克重为120～5000g/㎡；
其中，所述初预层为经预针刺的单层网片，单层网片的碳纤维富氧丝网是由单锡林单道夫成网，成网的碳纤维富氧丝排序为纬向排列；
所述高密层为复合层，该复合层由两层或以上的碳纤维富氧丝单层网布组成，碳纤维富氧丝单层网布是由单锡林双道夫双杂乱成网，成网的碳纤维富氧丝排序为经向排列；
所述热封层为经过针刺压光处理的碳纤维富氧丝主针面，该主针面由双梳理双道夫双杂乱制配而成，碳纤维富氧丝主针面经过双杂乱，对碳纤维富氧丝排序进行调整，达到碳纤维富氧丝的经、纬向交叉杂乱排序；
所述碳纤维富氧丝的纤维粗度为1D～2.5D，长度51～65mm，卷曲数为5.2个/25mm，含油率为0.064％-0.08％。
2.一种制备如权利要求1所述的碳纤维富氧丝针刺毡的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初预层、高密层、热封层分别以下面的方法制备：
①开松：将原料投放至开包机内，经过开包机初步开松进入粗开松机；经过粗开松后，将粗开松的原料输送到混棉仓内，在混棉仓中进行混合；混合后的原料进入精开松机，进行进一步开松；
②针刺：将精开松好的原料送到棉箱内，通过棉箱进入梳理机的喂入罗拉，由喂入罗拉进入梳理机，通过梳理机成网进入铺网机，由铺网机进行铺网实现所需的克重，通过底帘将铺好的纤维网，输入进入预刺机，然后再经过主刺机和对刺机进行复合生产；
(2)针刺毡成型：将初预层、高密层、热封层通过主刺机和对刺机四道复合工艺，达到需求的强力、延伸、厚度、密度及克重，经过压光烫熨处理最终成型。
3.权利要求1所述的碳纤维富氧丝针刺毡在耐酸、耐碱、耐高温、阻燃或隔音技术领域中的应用。
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