CN117261290A - 一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺，本发明复合板内部以编织体为增强体，与废旧衣物和短切纤维等混合的熔融物料结合，成型过程：将废旧衣物与热塑性树脂和短切纤维通过密炼机混炼出均匀的熔融物料，随后将物料片层包覆编织结构体两侧；将包覆均匀的编织体放入模具框中模压成型，模压工艺：高温先低压预压后降到结晶温度时高压，高压细化结晶增强材料致密度，冷却得到性能优异的复合材料。本发明的方法适用于规模化生产，生产流程操作方便，工艺简单，设备投资小，便于提高生产效率，进行灵活性生产。

Description

一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺
技术领域
本发明属于回收复合材料技术领域，特别涉及一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺。
背景技术
随着人们生活水平的提高，很多人每到换季就会把不穿的或者只穿了几次的衣物扔掉，忽略了旧衣物再利用价值。据中国资源综合利用协会数据显示，每年我国大约有3000万吨旧衣服被扔进垃圾桶，会产生大量的二氧化碳气体导致温室效应，而如果处理欠妥可能会造成严重的环境问题。
针对我国废旧服装数量逐年增长的现状，我国提出要重点完成50项节能环保关键技术攻关，其中就包括废旧纺织品回收利用技术两项。加强资源再生循环及利用的重点任务是：按照“减量化、再利用、资源化”理念，逐步建立健全纺织制品回收再利用循环体系，制定相关的法规和标准，设立纺织制品回收再利用管理和监控体系等，支持废旧衣物再生利用。
目前，废旧纺织品的回收再利用有物理回收、化学回收等，主要应用领域包括纺织及其复合材料、化工工业，但通常存在产品利用附加值低，工艺复杂、成本较高等问题。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供的目的是提供一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺，所制备的废旧服装类复合板材料具有较高的致密度，性能优异，可用作建筑材料等，同时有助于废旧衣物回收利用。
本发明提供一种编织体增强废旧服装熔融复合板的成型工艺，包括以下步骤：
S1、提供编织结构增强体；
将回收的废旧衣物机械处理成布条，然后与高强度短切纤维和热塑性树脂混炼，形成熔融物料；
S2、将所述熔融物料包覆于编织结构增强体两个表面，在模具中升温并低压预压，然后快速冷却至热塑性树脂结晶温度，再高压模压，得到编织体增强废旧服装熔融复合板。
在本发明的实施例中，步骤S1中，所述编织结构增强体结构包括网格结构、单向结构、平纹组织和缎纹组织中的一种或多种；所述编织结构增强体原材料包括麻绳、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维中的至少一种。
在本发明的实施例中，步骤S1中，所述废旧衣物材质包括棉、麻、聚酯、氨纶、锦纶、腈纶、丙纶和维纶中的一种或多种。
在本发明的实施例中，步骤S1中，所述机械处理通过破碎机并去除金属部件，破碎成长度5-10cm的布条。
在本发明的实施例中，步骤S1中，所述高强度短切纤维为玄武岩纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种；所述高强度短切纤维的长度范围为5-30mm。
在本发明的实施例中，步骤S1中，所述热塑性树脂为聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯和聚乳酸中的至少一种。
在本发明的实施例中，步骤S1中，所述混炼在密炼机中进行，所述密炼机的使用温度范围为160-285℃，密炼时间为5-20min。
在本发明的实施例中，步骤S2中，所述低压预压的压力为1-3MPa，时间为2-5min；所述高压模压的压力为3-20MPa，时间为3-15min。
在本发明的实施例中，步骤S2中，所述快速冷却速度为1-20℃/min，降温至190-210℃。
本发明提供如前文所述的成型工艺得到的编织体增强废旧服装熔融复合板，其冲击强度在85KJ/m2以上。
与现有技术相比，本发明以回收的废旧衣物主要制备建筑用复合材料，首先将废旧衣服破碎条与高强度短切纤维、热塑性树脂混炼，并增塑改性，然后结合高温低压预压后降到结晶温度时高压的模压工艺，从而制备得到性能优异的复合板材料。本发明是以编织结构增强体作为芯体，与废旧衣物和高强度短切纤维等熔融混合物料进行包覆复合，改善废旧衣物性能，在模压工艺中快速冷却至结晶过程中，突然施加高压，细化结晶，增强材料的致密度，所制备的废旧服装类复合板材料具有优异的性能。本发明此成型方法适用于规模化生产，生产流程操作方便，工艺简单，设备投资小，便于提高生产效率，进行灵活性生产。
附图说明
图1为本发明实施例中编织体增强废旧服装熔融复合板的工艺流程图；其中：1-密炼机，2-密炼成片材，3.4.5-密炼的片材与麻绳网格叠层，6-模压成型设备，7-复合板材；
图2为本发明一些实施例中的麻绳网格编织布的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
本发明提供了一种编织体增强废旧服装熔融复合板的成型工艺，包括以下步骤：
S1、提供编织结构增强体；
将回收的废旧衣物机械处理成布条，然后与高强度短切纤维和热塑性树脂混炼，形成熔融物料；
S2、将所述熔融物料包覆于编织结构增强体两个表面，在模具中升温并低压预压，然后快速冷却至热塑性树脂结晶温度，再高压模压，得到编织体增强废旧服装熔融复合板。
参见图1，图1为本发明实施例中编织体增强废旧服装熔融复合板的工艺流程图。本发明实施例所回收利用的废旧衣物可以是废旧军用服装，也可以是其他各种废旧衣服、装饰物品等纺织材料；所述废旧衣物材质(主要成分)包括：纤维素类和蛋白质类的天然纤维、半合成纤维、合成纤维，具体选自棉、麻、聚酯(一般是涤纶)、氨纶、锦纶、腈纶、丙纶和维纶中的一种或多种，例如棉、麻、涤纶、丙纶、维纶等纯纺，混纺，的废旧衣物。所述的废旧衣物可以是外观陈旧，可以有物理和/或化学的部分损坏，也可以与崭新衣物无明显差异，本申请对其来源、性能规格等并无特殊限制。
本申请实施例可将回收废旧衣物通过破碎机，去除金属扣，同时破碎处理成布条，便于后续加工应用。所述的废旧衣物破碎布条长度范围可为5-10cm，宽度均一即可。
本发明实施例将废旧服装等破碎的布条与高强度短切纤维、热塑性树脂颗粒放入密炼机1中，密炼出均匀的熔融物料，如密炼成片材2。
废旧衣物密炼后其性能较差，本发明通过加入高强度的短切纤维提升性能。本发明所述的高强度短切纤维包括无机类、有机类，优选为短切的玄武岩纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种，更优选为短切碳纤维；所述高强度短切纤维的长度范围可为5-30mm。示例地，短切碳纤维为25K大丝束碳纤维切割制备，性能规格：直径为7μm，密度1.80g*cm-3，拉伸强度3500Mpa，拉伸模量为230Gpa。玄武岩纤维一般是玄武岩石料在1500℃左右熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成，不仅强度高(拉伸强度为3500～4500MPa)，而且耐腐蚀、耐高温，对环境污染小。碳纤维通常指的是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，现在碳纤维的主要产品有聚丙烯腈基、沥青基及黏胶基3大类，每一类产品又因原纤维种类、工艺及最终碳纤维性能等不同。芳纶纤维主要有对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)；对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶，连续使用温度范围为-196-204℃，在560℃高温下不分解、不熔化，其最显著的特性是高强度、高模量，强度大于25克/旦；拉伸强度例如3～3.5GPa。
同时，本发明采用热塑性树脂进行熔融混炼；所述混炼具体在密炼机中进行，所述密炼机的使用温度范围优选为160-285℃，更优选为200-280℃，密炼时间可为5-20min。所述的热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能(如熔融温度为170-220℃)，一般为线型分子结构，本发明优选采用聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯和聚乳酸中的至少一种，进一步可为聚酰胺6(也称尼龙6)。聚酰胺(PA)俗称尼龙，是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称；尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66为聚己二酰己二胺，另外还有尼龙12、尼龙610等。聚乳酸(也称为聚丙交酯)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。本发明对所述热塑性树脂的来源没有特殊限制，可以采用废旧的塑料布等热塑性树脂，其结晶温度如190-210℃。示例地，尼龙6分子式(C6H11NO)n，熔融温度220℃，密度1.13g/cm3；聚乳酸分子式(C3H4O2)n，熔融温度176℃，密度1.28g/cm3；聚丙烯分子式(C3H6)n，熔融温度170℃，密度0.91g/cm3。
在本发明的优选实施例中，所述的废旧衣物破碎布条、高强度短切纤维和热塑性树脂的质量比为3～6：1：3～5，具体可为5:1:4，4:1:5，6:1:3等。
本发明实施例制备编织结构增强体，以其为芯体进行成型加工。所述编织结构增强体是指编织强化部件(可称编织增强体、编织结构体)，构成此强化件的原材料被纺织、编结等方式定向地形成一定的结构和形状。示例地，所述编织增强体的结构包括网格结构、单向结构、平纹组织和缎纹组织中的一种或多种；其原材料包括麻绳、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维中的至少一种。一些实施例中采用麻绳编织布为增强体，麻绳编织布每平米670g，拉伸强度30Mpa。
所述的编织结构增强体，可以是网格编织体、平纹编织体、缎纹编织体、单向编织体、三维编织体的至少一种。平纹组织，经纬组织点以1:1比例交替出现的一种基本组织，由经纱和纬纱一上一下相间交织而成的组织称为平纹组织。缎纹组织，其相邻两根经纱上的单独组织点间距较远，独立且互不连续，并按照一定的顺序排列。单向编织体为编织，横向为丝带连接。三维编织体：在纬编针织机上采用收放针、握持横列、楔形编织或多层编织等方式，编织出具有三维结构的成型体。网格结构主要是经编针织组织，图2为本发明一些实施例中的麻绳网格编织布的结构示意图，其所示的编织交接处有胶粘接，图示即为具体编织物。
本发明实施例将密炼的物料片层3、5包覆在编织结构增强体4两侧，片层3和片层5优选规格相同，然后将包覆均匀的增强体材料放入平板模具框中，经过模压成型设备6处理，得到复合板材7。
在本发明的实施例中，将所述的编织结构体与熔融物料片层上下包覆叠层，随后放入模具框中模压成型，具体工艺包括：温度升到树脂熔融温度、低压预压，之后快速冷却至热塑性树脂结晶温度，再高压模压，常规冷却后得到所述编织体增强废旧服装熔融复合板材料。其中，所述低压预压的压力优选为1-3MPa，时间可为2-5min，初步结合复合。本发明在高温下低压、快速冷却至结晶温度再高压(模压压力高于预压的压力)，相比常规冷却高压成型工艺，此高压模压过程不仅可以提高树脂结晶度，而且可以细化结晶，提高树脂与增强体的结合。所述的快速冷却速度可为1-20℃/min，进一步为3-15℃/min；优选降温至190-210℃。所述高压模压的压力优选为3-20MPa，更优选为3-15MPa，时间可为3-15min，进一步为5-10min。
本发明提供了如前文所述的成型工艺得到的编织体增强废旧服装熔融复合板，由上述方法得到的废旧衣物复合板材料也属于本发明的保护范围。一些实施例中，该复合材料具有较高的致密度(如260-500g/cm3)，冲击强度可在85KJ/m2以上，性能优异，利于应用。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。以下实施例中，如无特殊说明的，均为质量比例。所用原料均为市售，所述高强度短切纤维的长度范围为5-30mm、强度一致；采用常规设备。
实施例1、一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺
1)先制备麻绳网格编织体，麻绳编织布主要是增强复合板材的拉伸性能、冲击性能，其拉伸性能为30Mpa，麻绳编织布每平米670g。
将回收废旧衣物通过破碎机并去除金属扣，破碎成布条，破碎条长度为8cm。将废旧衣物破碎条和短切玄武岩纤维及尼龙6树脂放入密炼机中，质量比为5:1:4，密炼温度为250℃，密炼时间为5min。废旧衣物主要成分为棉麻化纤等；尼龙6分子式(C6H11NO)n，熔融温度220℃，密度1.13g/cm3。
2)将密炼的物料片层包覆在麻绳网格编织体两侧，放入平板模具框中，模压压力为1MPa，模压时间为3min；以10℃/min降温至192℃，模压压力为10MPa，时间5min，自然冷却后得到性能优异的复合板材，试样厚度为5mm。
实施例2、一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺
1)先制备平纹碳纤维编织体，碳纤维编织体主要是增强复合板材的拉伸性能冲击性能。碳纤维丝束拉伸强度为3500Mpa。
将回收废旧衣物通过破碎机并去除金属扣，破碎成布条，破碎条长度为10cm。将废旧衣物破碎条和短切芳纶纤维及尼龙6树脂放入密炼机中，质量比为5:1:4，密炼温度为250℃，密炼时间为5min。废旧衣物主要成分为棉麻化纤等；尼龙6分子式(C6H11NO)n，熔融温度220℃，密度1.13g/cm3。
2)将密炼的物料片层包覆在平纹碳纤维编织体两侧，放入平板模具框中，模压压力为1MPa，模压时间为3min；以5℃/min降温至199℃，模压压力为10MPa，时间5min，自然冷却后得到性能优异的复合板材，试样厚度为5mm。
实施例3、一种编织体增强废旧服装熔融复合板及成型工艺
1)先制备麻绳三维编织体，在纬编针织机上采用收放针、握持横列、楔形编织或多层编织等方式，编织出具有三维结构的麻绳三维编织体，具有负泊松比效果，增强复合材料抗冲击性能。
将回收废旧衣物通过破碎机并去除金属扣，破碎成布条，破碎条长度为10cm。将废旧衣物破碎条和短切玄武岩纤维及尼龙6树脂放入密炼机中，质量比为6:1:3，密炼温度为250℃，密炼时间为5min。废旧衣物主要成分为棉麻化纤等；尼龙6分子式(C6H11NO)n，熔融温度220℃，密度1.13g/cm3。
2)将密炼的物料片层包覆在麻绳三维编织体两侧，放入平板模具框中，模压压力为1MPa，模压时间为3min；以1℃/min降温至206℃，模压压力为3MPa，时间5min，自然冷却后得到性能优异的复合板材，试样厚度为7mm。
对比例
编织体与废旧毡材和短纤维密炼，得到的均匀片层叠层模压，通过高温低压，冷却至高于树脂结晶温度5-10℃，高压成型。
对制得的复合板材进行性能测试，结果如下。其中，实施例2主要是全方面增强材料性能，而实施例3主要是增强材料的抗冲击性能(该类夹心结构一般不做拉伸强度测试)。
表1实施例1-3编织体增强废旧服装熔融复合板性能测试数据
实施例 拉伸强度(MPa) 弯曲强度(MPa) 冲击强度(KJ/m2)
1 105 71 89
2 175 98 112
3 --- 135 183
注：性能测试主要是通过万能实验机得到拉伸、弯曲、冲击强度数据；密度是通过质量除体积计算。
由以上实施例可知，本发明以编织结构增强体作为芯体，与废旧衣物和高强度短切纤维等熔融混合物料进行包覆复合，即内部以编织体为增强体，与废旧衣物和短切纤维等混合的熔融物料结合，具体可将废旧衣物与热塑性树脂和短切纤维通过密炼机混炼出均匀的熔融物料，随后将物料片层包覆编织结构体两侧，将包覆均匀的结构体放入模具框中模压成型。本发明对废旧衣物改性，并在模压工艺中快速冷却至结晶温度，突然施加高压，细化结晶，增强材料的致密度，所制备的废旧服装类复合板材料具有优异的性能，可制备托盘、床板等，回收利用材料，节约木板。本发明此成型方法适用于规模化生产，生产流程操作方便，工艺简单，设备投资小，便于提高生产效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种编织体增强废旧服装熔融复合板的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供编织结构增强体；
将回收的废旧衣物机械处理成布条，然后与高强度短切纤维和热塑性树脂混炼，形成熔融物料；
S2、将所述熔融物料包覆于编织结构增强体两个表面，在模具中升温并低压预压，然后快速冷却至热塑性树脂结晶温度，再高压模压，得到编织体增强废旧服装熔融复合板。
2.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤S1中，所述编织结构增强体结构包括网格结构、单向结构、平纹组织和缎纹组织中的一种或多种；所述编织结构增强体原材料包括麻绳、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤S1中，所述废旧衣物材质包括棉、麻、聚酯、氨纶、锦纶、腈纶、丙纶和维纶中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤S1中，所述机械处理通过破碎机并去除金属部件，破碎成长度5-10cm的布条。
5.根据权利要求1-4任一项所述的成型工艺，其特征在于，步骤S1中，所述高强度短切纤维为玄武岩纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少一种；所述高强度短切纤维的长度范围为5-30mm。
6.根据权利要求5所述的成型工艺，其特征在于，步骤S1中，所述热塑性树脂为聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯和聚乳酸中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的成型工艺，其特征在于，步骤S1中，所述混炼在密炼机中进行，所述密炼机的使用温度范围为160-285℃，密炼时间为5-20min。
8.根据权利要求7所述的成型工艺，其特征在于，步骤S2中，所述低压预压的压力为1-3MPa，时间为2-5min；所述高压模压的压力为3-20MPa，时间为3-15min。
9.根据权利要求8所述的成型工艺，其特征在于，步骤S2中，所述快速冷却速度为1-20℃/min，降温至190-210℃。
10.如权利要求1-9任一项所述的成型工艺得到的编织体增强废旧服装熔融复合板，其特征在于，冲击强度在85KJ/m2以上。
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