CN107675354A - 静电纺‑熔喷‑干法成网制备三组分吸音棉的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种静电纺‑熔喷‑干法成网制备三组分吸音棉的方法及装置，本发明的方法包括以下步骤：1、将10‑65重量份的静电纺纳米纤维、10‑65重量份的熔喷超细纤维和10‑40重量份的干法纤维混合，得到静电纺‑熔喷‑干法成网三组分纤维网；2、进行交叉铺网至所需平方米克重后进行处理，得到吸音棉成品。本发明将静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维与干法纤维复合制备三组分吸音棉，得到的吸音棉材料拥有纳米级静电纺纤维、微米级熔喷纤维及较粗的干法短纤维这三种不同细度的纤维，纳米结构的静电纺纤维使得吸音棉的孔隙率更大，并且其接近纳米级别的纤维能与声波共振来衰减能量，三种不同细度的纤维合理配置可以增强全频吸音的效果。
Description
技术领域
本发明涉及吸音棉制造领域，具体涉及一种静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法及装置。
背景技术
目前，市面上较常见的吸音棉为单组分PET毛毡，传统的PET毛毡为干法成网制造，其纤维直径为15-35μm左右，吸音性能一般。目前众多学者和公司纷纷致力于研制新型材料，各国家都对非织造布进行研究，以使其能够在汽车吸音降噪过程中发挥更大的作用。中高档车辆生产商更看重新型高效材料的使用。例如，美国3M公司研发的聚酯/聚丙烯纤维新雪丽thinsulate系列车用降噪材料为熔喷-干法成网双组分吸音棉，具有优越的吸音性能、阻燃、隔热保温、防霉防潮等性能；美国通用公司在0.44-0.666tex聚酯纤维网中加入低熔点聚酯纤维，经针刺加固而成的材料具有成本低、质量轻、可回收等特点。日本尼桑公司在原料纤维中混入线密度小于0.555tex的异形截面纤维，经热黏合法制成非织造布，具有良好的吸音效果，可用于汽车内部衬垫材料。瑞士EMS-CHEMIE公司采用70％专用聚酯短纤维与低收缩再生纤维混合成网，经针刺形成高蓬松材料，再经复合、模压成型的材料具有合适的硬挺度，适合用于汽车底部地毯。德国Wcrke公司采用亚麻纤维与聚丙烯纤维混合，经针刺固结后模压成型的材料具有优良的硬挺度、抗拉强度和吸音效果，而且价格低廉，适用于车门板衬垫、坐垫、行李厢衬里。拜耳材料科技公司研制出的新型隔音地板垫是聚氨酯材料。该地板垫允许改变传统地板层的厚度，改善驾驶室的舒适性，减少噪声和振动。陕西科技大学对胶原纤维进行了研究，证明其具有微孔和共振吸音的双重功效，建立了吸音减振数学模型，为该类材料的应用打下了基础。
发明内容
本发明针对上述存在的问题，提出了一种静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法及装置，有效提高了吸音棉的性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，包括以下步骤：
步骤S1、将10-65重量份的静电纺纳米纤维，10-65重量份的熔喷超细纤维和10-40重量份的干法纤维进行复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网；
步骤S2、利用静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网至所需平方米克重后，再进行后期处理，得到吸音棉成品。
进一步的，所述静电纺纳米纤维的重量份为40，熔喷超细纤维的重量份为20，干法纤维的重量份为40。
进一步的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1、制备熔喷超细纤维；
步骤S1.2、将干法纤维经过开松、梳理和成网，形成干法纤网，再在气流的作用下，喂入熔喷超细纤维内，得到熔喷-干法成网双组分纤维网；
步骤S1.3、制备静电纺纳米纤维，并将静电纺纳米纤维与熔喷-干法成网双组分纤维网复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网。
进一步的，所述干法纤维为短纤维，所述短纤维可以是PET、PP、PA、粘胶、棉纤维、竹纤维、竹炭纤维或麻纤维中的任一种，所述短纤维细度为15-35μm，长度为40-65mm。
进一步的，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S2.1、利用静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网得到所需平方米克重的吸音棉层；
步骤S2.2、在吸音棉层两侧覆盖面层，并将吸音棉层与面层经复合、轧花处理、超声波封边和裁剪得到所需尺寸规格的吸音棉成品。
静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉，由10-65重量份的静电纺纳米纤维、10-65重量份的熔喷超细纤维和10-40重量份的干法纤维复合制成。
进一步的，所述静电纺纳米纤维的重量份为40，熔喷超细纤维的重量份为20，干法纤维的重量份为40。
静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的装置，包括熔喷装置、干法纤网喂入装置、纤网接收装置、静电纺丝装置和交叉铺网装置；
所述熔喷装置用于制备熔喷超细纤维，并将熔喷超细纤维输送至纤网接收装置；
所述干法纤网喂入装置设置在熔喷装置下方一侧，用于将干法纤网添加到熔喷超细纤维中；
所述纤网接收装置设置在熔喷装置与干法纤网喂入装置下方，用于接收熔喷-干法成网双组分纤维网；
所述静电纺丝装置用于制备静电纺纳米纤维，将静电纺纳米纤维喷到熔喷-干法成网双组分纤维网上，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网；
所述交叉铺网装置用于将静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网至所需平方米克重后得到吸音棉层。
进一步的，所述纤网接收装置内设置有抽吸装置，用于将静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网吸至纤网接收装置上表面上。
进一步的，所述静电纺丝装置是溶液静电纺丝装置或熔体静电纺丝装置中的任一种，静电纺丝原料是PP、PE、PET、PLA、PA、PAN、PU或PS中的任一种。
本发明的有益效果为：本发明采用熔喷法和静电纺丝制备熔喷超细纤维和静电纺纳米纤维，与干法纤维复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网，静电纺纳米纤维的细度为100nm以下，熔喷超细纤维的细度为1-5μm，干法纤维的细度为15-35μm，三种纤维的细度不同，对不同频率的噪音吸收效果也不同，而且干法纤维的加入可控制吸音棉厚度，赋予吸音棉良好的尺寸稳定性、蓬松性、保暖性等，熔喷超细纤维为微米级超细纤维，吸音效果良好，纳米结构的静电纺纤维使得吸音棉的孔径更小，孔隙率更大，并且其接近纳米级别的纤维能与声波共振来衰减能量，有利于吸音，因此将纳米级静电纺纤维、微米级熔喷纤维及较粗的干法短纤维这三种不同细度的纤维进行合理配置可以更好的实现全频吸音。
本发明通过多次试验，测试了不同配比的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉产品对不同频率噪音的吸收效果和保暖系数，得到了最佳配比结论，即静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维和干法纤维的重量份分别为40、20和40，采用最佳配比所得到的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的吸音性能和保温性能最好。
本发明的静电纺-熔喷-干法成网制备的三组分吸音棉所特有的微纳米纤维，比毛毡类所使用的纤维要细十倍甚至几十倍，吸音棉孔隙内设置有更多不流动的空气，保暖性能更佳，能更快的使车内达到内部舒适的温度，实现隔热保暖效果。在冬天能防止汽车内部热量的流失，在夏天能阻隔外部热量的流入，减少汽车用空调的能耗。以每平米300g，厚度26mm的规格为例，其传热系数为1.550W/m2·℃，克罗值为3.793，保暖率为74.5％，保暖性能远高于传统熔喷-干法成网双组分吸音棉。
附图说明
图1本发明的装置结构示意图。
附图中，各标号代表的部件列表如下：
1、熔喷装置；2、干法纤网喂入装置；3、纤网接收装置；4、静电纺丝装置；5、交叉铺网装置；6、熔喷超细纤维；7、干法纤网
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，包括以下步骤：
步骤S1、将10-65重量份的静电纺纳米纤维，10-65重量份的熔喷超细纤维和10-40重量份的干法纤维进行复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网；
所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1、制备熔喷超细纤维；
步骤S1.2、将干法纤维经过开松、梳理和成网，形成干法纤网，再在气流的作用下，喂入熔喷超细纤维内，得到熔喷-干法成网双组分纤维网；
步骤S1.3、制备静电纺纳米纤维，并将静电纺纳米纤维与熔喷-干法成网双组分纤维网复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网。
步骤S2、利用静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网至所需平方米克重后，再进行后期处理，得到吸音棉成品。
所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S2.1、利用静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网得到所需平方米克重的吸音棉层；
步骤S2.2、在吸音棉层两侧覆盖面层，并将吸音棉层与面层经复合、轧花处理、超声波封边和裁剪得到所需尺寸规格的吸音棉成品。
所述静电纺纳米纤维的重量份为40，熔喷超细纤维的重量份为20，干法纤维的重量份为40。
一种静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉，由10-65重量份的静电纺纳米纤维，10-65重量份的熔喷超细纤维和10-40重量份的干法纤维复合制成。
所述熔喷超细纤维的重量份为20，干法纤维的重量份为40，静电纺纳米纤维的重量份为40。
如图1所示，静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的装置，包括熔喷装置1、干法纤网喂入装置2、纤网接收装置3、静电纺丝装置4和交叉铺网装置5；
所述熔喷装置1用于制备熔喷超细纤维6，并将熔喷超细纤维6输送至纤网接收装置3；
所述干法纤网喂入装置2设置在熔喷装置1下方一侧，用于将干法纤网7添加到熔喷超细纤维6中；
所述纤网接收装置3设置在熔喷装置1与干法纤网喂入装置2下方，用于接收熔喷-干法成网双组分纤维网；
所述静电纺丝装置4用于制备静电纺纳米纤维，将静电纺纳米纤维喷到熔喷-干法成网双组分纤维网上，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网；
所述交叉铺网装置5用于将静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网至所需平方米克重，得到吸音棉层。
所述纤网接收装置3内设置有抽吸装置，用于将静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网吸至纤网接收装置上表面上。
本发明中的静电纺丝装置可采用溶液静电纺丝装置或熔体静电纺丝装置，静电纺丝原料是PP、PE、PET、PLA、PA、PU或PPS中的一种或多种。
本发明中的静电纺丝装置可以是有针或无针装置，也可以是离心纺等各种静电纺丝装置，不限定静电纺丝装置的类型，本实施例中采用的是有针静电纺丝装置。
本发明中的干法纤维为短纤维，所述短纤维可以是PET、PP、PA、粘胶、棉纤维、竹纤维、竹炭纤维或麻纤维中的任一种，所述短纤维细度为15-35μm，长度为40-65mm。
本发明的实施例一采用PP静电纺纳米纤维、PP熔喷超细纤维和PET短纤维，制备得到静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉。本实施例一中的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉中PP熔喷超细纤维直径为5μm左右，PP熔喷超细纤维的直径在100nm以下，纳米结构的PP静电纺纳米纤维使得吸音棉的孔径更小，孔隙率更大，并且纳米级别的纤维能与声波共振来衰减能量，有利于吸音。吸音棉孔隙内设置有更多不流动的空气，保暖性能更佳。本实施例一的吸音棉具有非常好的吸音性能，阻燃性能、隔热性和防霉防潮效果也非常好。
本发明的实施例二采用PLA静电纺纳米纤维、PLA熔喷超细纤维和竹纤维，制备得到静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉。本实施例二中的竹纤维为天然纤维素纤维，可自然降解，而且具有很好的抗菌性能。聚乳酸(PLA)作为一种以淀粉、纤维素等碳水化合物为原料,经水解、发酵、纯化、聚合而成的一种合成聚酯,原料来源广泛,可再生，能够完全生物降解,具有与传统聚烯烃树脂相似的加工性能；使用聚乳酸替代传统聚烯烃树脂制备环境友好型可降解吸音棉材料,不仅能够实现吸音棉的完全生物降解,更能减少对不可再生的石化资源的依赖,避免浪费,意义重大。PLA熔喷超细纤维的直径在1-5μm，PLA静电纺纳米纤维的直径在100nm以下，这两种超细纤维尤其是PLA静电纺纳米纤维，使得吸音棉的孔径更小，孔隙率更大，并且纳米级别的纤维能与声波共振来衰减能量，有利于吸音。吸音棉孔隙内设置有更多不流动的空气，保暖性能更佳，因此，本实施例二的吸音棉具有非常好的吸音性能、阻燃性能、生物降解性能、防潮防霉性能和抗菌性能等。
下面通过试验对本发明的产品的效果进行验证，吸音效果验证时，将PP熔喷超细纤维以及传统的PET干法纤维双组分吸音棉，与本发明的PP静电纺纳米纤维、PP熔喷超细纤维和PET干法纤维采用不同配比得到的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉产品进行分别试验，试验中，干法纤维的重量份保持不变，通过改变熔喷超细纤维和静电纺纳米纤维重量份，来改变三者的配比进行试验，测试产品对不同频段的声波的吸音系数和保温性能，300g/m2产品性能对比结果见下表1和表2所示:
表1静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的吸音性能数据
续表1
表2静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的厚度及保温性能数据
上述表格中的静电纺-熔喷-干法成网的比例为静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维和干法纤维的重量比。本试验中的吸音性能检测参照标准ASTM E1050实施检测；保温性能检测参考GB/T 11048-2008静态平板法检测，环境温度20±2℃，相对湿度60±2％。
通过表1可知，与同样厚度的熔喷-干法成网双组分吸音棉相比，本发明的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉吸音系数高出熔喷-干法成网方法制备的PP/PET双组分吸音棉的20％以上。以每平米300g，厚度35mm的规格为例，对车内空间驾驶员以及乘客最为敏感的噪音频段2500Hz以下中低频部分降噪效果更加理想，综合考虑到吸音和厚度，以40重量份的静电纺纳米纤维，20重量份的熔喷超细纤维和40重量份的干法纤维组合制成的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的全频吸音性能最好。
通过表2可知，本发明的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的厚度、克罗值和保温率也远高于传统的熔喷-干法成网方法制备的双组分吸音棉，且采用40重量份的静电纺纳米纤维，20重量份的熔喷超细纤维以及40重量份的干法纤维制得的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的保暖性能和蓬松度最好。
本发明的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉吸音性能和保暖性能俱佳的原因是，静电纺丝和熔喷超细纤维特有的微纳米纤维，比毛毡类所使用的纤维要细十倍甚至几十倍，这就意味着三组分吸音棉能隔绝更多的空气，更快的使车内达到内部舒适的温度，实现隔热保暖效果。
静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维和干法纤维中，静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维的细度不同，对不同频率的噪音吸收效果不同，干法纤维为短纤维，主要起到支撑作用和保持吸音棉蓬松度的作用，三种纤维的功能各不相同，因而三种纤维的配比也会影响静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的吸音性能和保温性能，本发明通过多次试验，测试了不同配比的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉产品对不同频率噪音的吸收效果和保暖系数，得到了最佳配比结论，即静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维和干法纤维的重量份分别为40、20和40，采用最佳配比所得到的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉的吸音性能和保温性能最好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将10-65重量份的静电纺纳米纤维，10-65重量份的熔喷超细纤维和10-40重量份的干法纤维进行复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网；
步骤S2、利用静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网至所需平方米克重后，再进行后期处理，得到吸音棉成品。
2.根据权利要求1所述的静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，其特征在于，所述静电纺纳米纤维的重量份为40，熔喷超细纤维的重量份为20，干法纤维的重量份为40。
3.根据权利要求1所述的静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1、制备熔喷超细纤维；
步骤S1.2、将干法纤维经过开松、梳理和成网，形成干法纤网，再在气流的作用下，喂入熔喷超细纤维内，得到熔喷-干法成网双组分纤维网；
步骤S1.3、制备静电纺纳米纤维，并将静电纺纳米纤维与熔喷-干法成网双组分纤维网复合，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网。
4.根据权利要求3所述的静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，其特征在于，所述干法纤维为短纤维，所述短纤维可以是PET、PP、PA、粘胶、棉纤维、竹纤维、竹炭纤维或麻纤维中的任一种，所述短纤维细度为15-35μm，长度为40-65mm。
5.根据权利要求1所述的静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S2.1、利用静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网得到所需平方米克重的吸音棉层；
步骤S2.2、在吸音棉层两侧覆盖面层，并将吸音棉层与面层经复合、轧花处理、超声波封边和裁剪得到所需尺寸规格的吸音棉成品。
6.静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉，其特征在于，由10-65重量份的静电纺纳米纤维、10-65重量份的熔喷超细纤维和10-40重量份的干法纤维复合制成。
7.根据权利要求6所述的静电纺-熔喷-干法成网三组分吸音棉，其特征在于，所述静电纺纳米纤维的重量份为40，熔喷超细纤维的重量份为20，干法纤维的重量份为40。
8.静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的装置，其特征在于，包括熔喷装置(1)、干法纤网喂入装置(2)、纤网接收装置(3)、静电纺丝装置(4)和交叉铺网装置(5)；
所述熔喷装置(1)用于制备熔喷超细纤维(6)，并将熔喷超细纤维(6)输送至纤网接收装置(3)；
所述干法纤网喂入装置(2)设置在熔喷装置(1)下方一侧，用于将干法纤网(7)添加到熔喷超细纤维(6)中；
所述纤网接收装置(3)设置在熔喷装置(1)与干法纤网喂入装置(2)下方，用于接收熔喷-干法成网双组分纤维网；
所述静电纺丝装置(4)用于制备静电纺纳米纤维，将静电纺纳米纤维喷到熔喷-干法成网双组分纤维网上，得到静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网；
所述交叉铺网装置(5)用于将静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网进行交叉铺网至所需平方米克重后得到吸音棉层。
9.根据权利要求8静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的装置，其特征在于，所述纤网接收装置(3)内设置有抽吸装置，用于将静电纺-熔喷-干法成网三组分纤维网吸至纤网接收装置上表面上。
10.根据权利要求8静电纺-熔喷-干法成网制备三组分吸音棉的装置，其特征在于，所述静电纺丝装置(4)是溶液静电纺丝装置或熔体静电纺丝装置中的任一种，静电纺丝原料是PP、PE、PET、PLA、PA、PU或PPS中的任一种。
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