CN112695455A - 一种碳纤混合毡及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤混合毡及其制备工艺，依次包括第一纤维层、第二纤维层、第三纤维层和第四纤维层，所述第一纤维层、第二纤维层、第三纤维层和第四纤维层通过针刺复合方式复合成一体；所述第一纤维层采用预氧丝预刺而成，所述第二纤维层为腈纶纤维预刺而成，所述第三纤维层为锦纶纤维机织而成，所述第四纤维层为碳纤维预刺而成。本发明的一种碳纤混合毡及其制备工艺，通过将不同细度和长度的纤维进行针刺复合，增强了材料的强力和使用次数，且材料具有抗辐射、耐高温、阻燃等优点。

Description

一种碳纤混合毡及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种非织造材料，具体涉及一种碳纤混合毡及其制备工艺。
背景技术
现在环保材料的研制与应用越来越受到世界各国的普遍重视。20世纪70年代后，国内外普遍重视环保材料的生产和应用，力求大幅度减少能源的消耗，从而减少环境污染和温室效应。中国环保材料工业经过近20年的高速发展，不少产品从无到有，从单一到多样化，质量从低到高，已形成陶瓷纤维、玻璃棉、硅酸钙绝热制品等为主的品种，随着人们健康环保理念的不断提高，对新型环保材料的要求也越来越高。
但是市场上的绝大部分环保材料不仅功能单一，而且还可能会给人们的身体健康带来隐患。例如应用于家用电器的离心玻璃棉、石棉制品等，因含有黏结剂不可避免的会在加热过程中产生致癌物质，危害人们 的身体健康。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种碳纤混合毡及其制备工艺，通过将不同细度和长度的纤维进行针刺复合，增强了材料的强力和使用次数，且材料具有抗辐射、耐高温、阻燃等优点。
技术方案：本发明所述的一种碳纤混合毡，依次包括第一纤维层、第二纤维层、第三纤维层和第四纤维层，所述第一纤维层、第二纤维层、第三纤维层和第四纤维层通过针刺复合方式复合成一体；所述第一纤维层采用预氧丝预刺而成，所述第二纤维层为腈纶纤维预刺而成，所述第三纤维层为锦纶纤维机织而成，所述第四纤维层为碳纤维预刺而成。
进一步的，所述预氧丝采用聚丙烯腈预氧化纤维。
进一步的，所述预氧丝的长度为20-50mm，单纤维直径为 4.0μm～6.0μm。
进一步的，所述第二纤维层中腈纶纤维的细度为2 .2dtex，直径为8.0μm～10.0μm。
进一步的，所述第三纤维层中锦纶纤维的细度为200-400D。
进一步的，所述碳纤维的细度为2 .2dtex。
进一步的，所述第一纤维层的面密度为100-150克每平方米，第二纤维层的面密度为30-50克每平方米，第三纤维层的面密度为40-60克每平方米，第四纤维层的面密度为20-30克每平方米。
进一步的，该碳纤混合毡的整体厚度为5mm-3cm。
本发明还公开了上述一种碳纤混合毡的制备工艺，包括如下步骤：
（1）原料选取，采用腈纶纤维，锦纶纤维，碳纤维，预氧丝作为原料；
（2）将上述原料按一定比例进行称重；
（3）切断：将上述原料纤维切断；
（4）混合：将上述原料纤维进行混合；
（5）开松：称重混合后的原料首先经过开包机进行纤维的初步开包，然后输送至预开松机，然后输送至混棉机，最后输送至主开松机；
（6）成网：成网梳理工序采用单锡林、双道夫罗拉式梳理机进行，然后采用交叉式铺网机进行均匀铺网；
（7）针刺成毡：预刺刺针和主刺刺针采用Y型针，预刺向下刺的针刺深度为9-11mm，向下刺的主针刺深度为7-9mm，针刺成毡即可。
进一步的，腈纶纤维20-30份，锦纶纤维25-35份，碳纤维30-50份，预氧丝5-20份。
有益效果：本发明的一种碳纤混合毡，通过将不同细度和长度的纤维进行针刺复合，增强了材料的强力和使用次数；功能全：抗辐射、耐高温、耐腐蚀、电气绝缘、减震、吸声、降噪等；无毒安全：该碳纤混合毡是由碳纤维针刺而成，不含任何粘结剂，安全无毒；性能优越：超细玻璃纤维本身所具有的耐热、抗张度、强韧性、耐火、 耐腐蚀、电气绝缘、柔曲性等优异特性。
附图说明
图1为本发明碳纤混合毡的结构剖视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示的一种碳纤混合毡，依次包括第一纤维层1、第二纤维层2、第三纤维层3和第四纤维层4，所述第一纤维层1、第二纤维层2、第三纤维层3和第四纤维层4通过针刺复合方式复合成一体；所述第一纤维层1采用预氧丝预刺而成，所述第二纤维层2为腈纶纤维预刺而成，所述第三纤维层3为锦纶纤维机织而成，所述第四纤维层4为碳纤维预刺而成。
作为上述实施例的进一步优化：
本实施例中优选地，所述预氧丝采用聚丙烯腈预氧化纤维。进一步的，所述预氧丝的长度为20-50mm，单纤维直径为 4.0μm～6.0μm。
聚丙烯腩预氧化纤维(预氧丝)性能：睛纶预氧化纤维(PANOF)是随着碳纤维的发展而兴起的一种新型耐热耐焰纤维，这种纤维制品在隔热、防火、阻燃等领域具有广泛的应用价值，并且具有无机耐火耐焰纤维所不具备的纺织加工性能和服用性能，又无石棉对人体的危害作用，经济效益和社会效益显著，已成为一个独立的纤维品种投放市场，且需求量日益增长，具有良好的市场前景。在国际上，腈纶预氧化纤维应用在高温场合远远多于市售的Kevler、Conex、 Nomex 等耐热纤维。但由于睛纶预氧化纤维存在强力低、脆性大、抱合性差、易受损断裂的弱点，纺织加工难度较高，同时这种纤维制品多属特种场合使用的高性能产品，特征品质要求相当突出，综合功能要求全面平衡，因此必须对该纤维的纺织加工手段及产品应用开发进行深入研究，以提高该纤维综合性能。
本实施例中优选地，所述第二纤维层2中腈纶纤维的细度为2 .2dtex，直径为8.0μm～10.0μm。
本实施例中优选地，所述第三纤维层3中锦纶纤维的细度为200-400D。
本实施例中优选地，所述碳纤维的细度为2 .2dtex。
本实施例中优选地，所述第一纤维层1的面密度为100-150克每平方米，第二纤维层2的面密度为30-50克每平方米，第三纤维层3的面密度为40-60克每平方米，第四纤维层4的面密度为20-30克每平方米。
本实施例中优选地，该碳纤混合毡的整体厚度为5mm-3cm。
上述一种碳纤混合毡的制备工艺，包括如下步骤：
（1）原料选取，采用腈纶纤维，锦纶纤维，碳纤维，预氧丝作为原料；
（2）将上述原料按一定比例进行称重，具体的，腈纶纤维20-30份，锦纶纤维25-35份，碳纤维30-50份，预氧丝5-20份；
（3）切断：将上述原料纤维切断；
（4）混合：将上述原料纤维进行混合；
开松的好纤网的均匀度较差，最终致使高端车内饰阻燃材料的力学性能不稳定；若针刺工艺配置不好，则会造成针刺针损伤纤维，最终使制备出的高端车内饰阻燃材料在特定的工艺下，拉伸和耐磨性能达不到最大值，甚至会出现大幅度下降的可能。可见纤维之间的开松、混合、梳理和针刺工艺对最终产品性能的影响很大，工艺之间的合理配置是高端车内饰材料优良性能的必要条件。
为了实现4种原料按一定的混合比进行混合，4种纤维在进入给棉机前要进行称重，电子称重开包机按预先设定好的原料混合比例进行原料的供给。
（5）开松：称重混合后的原料首先经过开包机进行纤维的初步开包，然后输送至预开松机，然后输送至混棉机，最后输送至主开松机；
首先原料要经过YYKB-110开包机进行纤维的初步开包，并经角钉帘输送YYKS-150型预开松机，其中为了防止输送纤维时掉毛和产生静电而缠绕，喂入得平帘采用皮帘输入，同时角钉帘表面包覆丁腈橡胶防静电专用皮帘，这样把原料和木帘棒隔开，防止纤维和木帘棒的缠绕;然后，原料经过预开松机输送到YYHM-220型大仓混棉机，4种原料在仓里进行进一步的混合，而后进入YYKS-150 型主开松机。纤维开松根据纤维的细度、类型、性能等选用分步开松，先将腈纶纤维和锦纶纤维开松混合，再与碳纤维、预氧丝开松混合。开松后再经混合，可以将不同等级、不同品种的纤维混合均匀。分步法的开松混合更加细致，混合的均匀性更佳。
（6）成网：成网梳理工序采用单锡林、双道夫罗拉式梳理机进行，然后采用交叉式铺网机进行均匀铺网；
经过开松与混合之后，纤维原料进入梳理工序，梳理工序是纤维成网的关键工序，纤维的梳理工序采用YYSL-185型单锡林、双道夫罗拉式梳理机进行，本设备适用于1.5D-20Dx25mm-76m的化学纤维梳理成网，单锡林高速梳理，双道夫出棉多、降低了电能、产量高。YYSL-185 型梳理机的4根090mm罗拉，包缠金属针布，分上、下两组配对，其中第一对上罗拉轴承座及传动齿轮为尼龙件具有金属检测功能，并有倒车和自停报警功能;锡林直径中为1230mm,两道夫直径中为492mm,工作辊直径φ为155mm, 剥毛辊直径φ为122mm,刺辊直径φ为295mm。原料经过锡林、工作辊、剥取辊的分梳和剥取作用之后，初始的原料成单根纤维薄网状态，其面密度一般在25g/m2左右，针刺工序中需要的纤维网一般需要进一步的铺网来增加厚度和平方米克重。
采用YYPW-300型交叉式铺网机，该铺网机铺网往复分六断速精准控制，将纤网不匀率控制到最低。根据250g/m2克重及纤维网均匀要求确定铺网层数为10层。
（7）针刺成毡：预刺刺针和主刺刺针采用Y型针，预刺向下刺的针刺深度为9-11mm，向下刺的主针刺深度为7-9mm，针刺成毡即可。
针刺工艺参数的不同，对制备出来的非织造材料性能有很大的影响。本课题首先对影响产品性能的主要针刺工艺参数进行分析，根据不同的原料性能指标和产品的性能要求，合理设置针刺工艺参数，以制得性能更优的产品。
针刺加固是一种典型的机械加固方法，针刺加固的基本原理:用截面为三角形或其他形状且其棱上带有钩齿的金属针，对蓬松的纤网进行反复穿刺。当数以万计的刺针刺入纤网时，刺针棱上的齿钧就会钩住纤网上下表层和里层的纤维，随着刺针的刺入运动，被刺针的棱钩住的纤维发生了位移的变化，即钩住的纤维在纤维网截面内进行穿插运动，使纤维在运动的过程中相互交织和缠结在一起。由于刺针对纤网摩擦力的作用和纤网中纤维上下位移变动对纤网产生了一定的挤压，使得因压缩而变薄。刺针刺入纤网一定深度后回升，此时的刺针是做顺向运动，刺针沟槽中的纤维脱离刺针近似垂直状态滞留在纤网之中，就像销钉一样钉入纤网，使已经压缩的纤维不再回复原状，这样刺针往复的运动就使纤网制成了又一定厚度和强度的复合材料。
①刺针：刺针是针刺机中最为重要的一个机件，其规格和质量直接影响无纺布的外观和质量，因此对刺针的形状、规格、选材和制造精度的选择尤为重要。本发明预刺刺针和主刺刺针的刚度均为HV635，此剌针的加工经过渗氦处理，机械性能强韧、耐磨、使用寿命长。采用Y型针，该针切入角呈弧形，能避免损伤纤维，同时齿钩带的纤维量均匀。由于切入槽不深，刺针不易断，则织物结构和外观质量和拉伸强度较均匀。预刺刺针规格15x18x36x3R28-333YP3.2,主刺刺针规格15x28x36x3M24-222Y.P3.2。从预刺刺针和主刺刺针的规格中可以看出，预刺刺针钩刺针体单棱上有三个齿钩，而主刺刺针的钩刺针体的单棱有两个齿钩。
②针刺深度:针刺深度指刺针针尖到托网板上表面之间的距离，即刺针穿过纤网后伸出网外的长度。当选用的刺针一定后，刺针深度大时，针刺带动的纤维大，纤维间的穿插缠结效果充分。但是针刺深度要适当，深度过分大了会使纤维的损伤较大，造成纤维的断裂较多，使得织物的强度降低，同时也会使针折断较多。制备内饰阻燃材料的平方米克重为250g/m2，结合上述分析预刺向下刺得针刺深度设定在9-11mm, 向下刺得主刺针刺深度设定7-9mm范围内，同时向上刺得针刺深度分别降低4mm.
③针刺密度:针刺密度指单位面积维网内所受到的刺针数。针刺密度大，织物的强力也会提高，若针刺密度过大，则会造成断针，从而影响产品质量.课题选取预刺机植针密度4000针/m2,输出速度1.35m/min,针刺频率346针/min；主刺机植针密度7000针/m2,输出速度1.35m/min,针刺频率666针/min。则预刺机针刺密度为102.5针/cm2,主刺机针刺密度为345.3针/cm2。
本发明的一种碳纤混合毡，通过将不同细度和长度的纤维进行针刺复合，增强了材料的强力和使用次数；功能全：抗辐射、耐高温、耐腐蚀、电气绝缘、减震、吸声、降噪等；无毒安全：该碳纤混合毡是由碳纤维针刺而成，不含任何粘结剂，安全无毒；性能优越：超细玻璃纤维本身所具有的耐热、抗张度、强韧性、耐火、 耐腐蚀、电气绝缘、柔曲性等优异特性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤混合毡，其特征在于：依次包括第一纤维层（1）、第二纤维层（2）、第三纤维层（3）和第四纤维层（4），所述第一纤维层（1）、第二纤维层（2）、第三纤维层（3）和第四纤维层（4）通过针刺复合方式复合成一体；所述第一纤维层（1）采用预氧丝预刺而成，所述第二纤维层（2）为腈纶纤维预刺而成，所述第三纤维层（3）为锦纶纤维机织而成，所述第四纤维层（4）为碳纤维预刺而成。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：所述预氧丝采用聚丙烯腈预氧化纤维。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：所述预氧丝的长度为20-50mm，单纤维直径为 4.0μm～6.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：所述第二纤维层（2）中腈纶纤维的细度为2 .2dtex，直径为8.0μm～10.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：所述第三纤维层（3）中锦纶纤维的细度为200-400D。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：所述碳纤维的细度为2.2dtex。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：所述第一纤维层（1）的面密度为100-150克每平方米，第二纤维层（2）的面密度为30-50克每平方米，第三纤维层（3）的面密度为40-60克每平方米，第四纤维层（4）的面密度为20-30克每平方米。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤混合毡，其特征在于：该碳纤混合毡的整体厚度为5mm-3cm。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种碳纤混合毡的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）原料选取，采用腈纶纤维，锦纶纤维，碳纤维，预氧丝作为原料；
（2）将上述原料按一定比例进行称重；
（3）切断：将上述原料纤维切断；
（4）混合：将上述原料纤维进行混合；
（5）开松：称重混合后的原料首先经过开包机进行纤维的初步开包，然后输送至预开松机，然后输送至混棉机，最后输送至主开松机；
（6）成网：成网梳理工序采用单锡林、双道夫罗拉式梳理机进行，然后采用交叉式铺网机进行均匀铺网；
（7）针刺成毡：预刺刺针和主刺刺针采用Y型针，预刺向下刺的针刺深度为9-11mm，向下刺的主针刺深度为7-9mm，针刺成毡即可。
10.根据权利要求9所述的一种碳纤混合毡的制备工艺，其特征在于：腈纶纤维20-30份，锦纶纤维25-35份，碳纤维30-50份，预氧丝5-20份。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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