趙燕燕 鄭來久

(大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院，大連，116034)

基于氣流成網技術的紅麻/聚丙烯汽車內飾板材的研制*

趙燕燕 鄭來久

(大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院，大連，116034)

采用氣流成網技術將紅麻/聚丙烯(PP)纖維開松混合后制成纖網，以針刺、熱壓成型工藝制造汽車內飾板材。研究了成網過程中紅麻和PP纖維的混比、成網機輸送簾速度和氣流成網機下風機速度等工藝參數對紅麻/PP纖維復合汽車內飾板材的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度等性能的影響。試驗確定了最佳的成網工藝參數:紅麻/PP纖維質量比35/65、成網機輸送簾速度2.5 m/min、氣流成網機下風機速度900 r/min。在最優(yōu)工藝條件下制得的紅麻/PP復合板材的彎曲強度為31.02 MPa、拉伸強度為 19.98 MPa、沖擊強度為 1.30 kJ/m2。

紅麻，聚丙烯纖維，氣流成網，汽車內飾材料，性能

近年來汽車內飾材料逐漸向綠色、環(huán)保、低碳的方向發(fā)展［1-3］。傳統(tǒng)的汽車內飾件主要以通用塑料［聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)］為主，這些材料不易降解、不能再生，因此開發(fā)以可降解的天然纖維為原材料的汽車內飾材料成為一種研究趨勢［4-7］。天然纖維中的紅麻質輕、價廉、可生物降解、對環(huán)境無污染，并且具有較高的比強度和比模量，可與熱熔型纖維結合開發(fā)出環(huán)保汽車內飾材料，該類材料具有高強度、高彈性模量和耐沖擊等性能［8-9］。印度率先將紅麻復合材料應用到了汽車領域，隨后歐、美、日本等研發(fā)了以亞麻、大麻為增強體的新型高強度材料［10］。同時，國內也有許多學者對麻纖維增強復合材料進行了一定的研究，但尚未見到有關采用氣流成網，再針刺、熱壓的方法研制紅麻/PP汽車內飾板材的報道。氣流成網法是利用空氣流輸送纖維，對纖維損傷小，纖維呈無序雜亂排列，可提高纖網中纖維的各向同性，降低纖網縱橫向強力比，從而提高最終產品的性能。

本文以紅麻纖維為增強體、PP纖維為基體，采用氣流成網技術，再針刺、熱壓的方法開發(fā)紅麻/PP汽車內飾板材。主要對氣流成網過程中紅麻和PP纖維的混比、成網機輸送簾速度和氣流成網機下風機速度等工藝參數進行研究，確定了較好的制造工藝。

1 試驗部分

1.1 材料

紅麻纖維:直徑 15 ～25 μm，相對密度 1.211，斷裂伸長率2%;

PP纖維:6.6 dtex×66 mm，單纖維強度485 mN/tex，斷裂伸長率28%。

1.2 設備和儀器

成網機，Oerlikon Neumag公司;

BG311-330針刺機;

熱風黏合烘箱，德國S﹠M公司;

SFU017系列多筒式除塵機組;

DPE-10/12/16A/B/C系列搖臂式液壓截斷機;

YG028-300型電子強力機。

1.3 工藝流程

纖維開松→混合→氣流成網→ 針刺加固→熱壓黏合→冷卻成型。

1.4 測試方法

(1)彎曲性能按GB/T 1449—2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》進行測定;

(2)拉伸性能按GB/T 1447—2005《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》進行測定;

(3)懸臂梁沖擊性能按GB/T 1843—1996《塑料懸臂梁沖擊試驗方法》進行測定。

1.5 氣流成網單因素試驗

通過改變纖維成網工藝參數，對在不同參數值下形成的纖網進行相同工藝的針刺和熱壓黏合，冷卻后得到紅麻/PP復合板。以板材的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度為檢測指標，分別以紅麻和PP纖維的混比、成網機輸送簾速度和氣流成網機下風機速度為考察因素進行單因素試驗。分析各因素對板材性能的影響，確定最佳的成網工藝。

2 結果與討論

2.1 原料混比對板材性能的影響

在氣流成網機下風機速度為800 r/min，成網機輸送簾速度為2.5 m/min，主錫林速度為2 200 r/min，工作輥/剝棉輥速度為25 r/min，橫向吹風機速度為800 r/min試驗條件下，考察紅麻/PP纖維混比對板材性能的影響，結果如圖1所示。

圖1 原料混比對板材性能的影響

由圖1可知，麻纖維增強復合材料的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度隨紅麻纖維含量的增加先增強后減弱。在紅麻/PP纖維質量比為35/65時，板材的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度達到最大值，分別為 30.82 MPa、15.31 MPa 和 1.35 kJ/m2。這是因為當紅麻質量分數低于35%時，紅麻纖維之間相互作用較弱，纖維間纏結程度低，作為增強纖維其增強效果不佳;當紅麻質量分數高于35%時，起熱熔黏合作用的PP纖維含量減少，導致麻纖維之間的黏合點減少，紅麻/PP板材的力學性能下降;當紅麻質量分數為35%時，起增強作用的紅麻纖維和起熱熔黏合作用的PP纖維混合較為均勻，板材的應力分布也相對均勻，強度得到提高，紅麻/PP板材的力學性能最優(yōu)。

2.2 成網機輸送簾速度對板材性能的影響

在氣流成網機下風機速度為900 r/min，紅麻/PP纖維質量比為35/65，主錫林速度為2 200 r/min，工作輥/剝棉輥速度為25 r/min，橫向吹風機速度為800 r/min試驗條件下，考察成網機輸送簾速度對板材性能的影響，結果如圖2所示。

圖2 成網機輸送簾速度對板材性能的影響

由圖2可知，麻纖維增強復合材料的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度隨成網機輸送簾速度增加而減小，其原因有兩方面。

第一，輸送簾的作用主要是負責帶走成網風道(圖3)中落下的纖維形成的高蓬松纖網。成網機輸送簾速度提高，成網風道中單位時間內下落的纖維量不變，此時落在輸送簾上的纖網面密度降低，纖維層內存在局部空缺，使纖維層均勻性下降。又因為成網機和前方設備對纖網均勻度沒有補償功能，若纖網的均勻度差，形成的板材應力分布不均勻，板材的力學性能也變差。

第二，成網機輸送簾速度提高導致前方設備生產速度相應提高，特別是熱壓黏合烘箱內輸送簾速度提高，減少了熱熔黏合纖維(PP纖維)在烘箱內的加熱時間，熔融的PP纖維量減少，致使麻纖維之間的黏合點減少，導致板材的力學性能下降。

為了保證實際生產速度，成網機輸送簾速度最低控制在2.5 m/min，此時紅麻/PP板材的彎曲強度為30.87 MPa、拉伸強度為19.87 MPa、沖擊強度為1.30 kJ/m2，可滿足汽車行業(yè)質量指標的要求。

圖3 成網風道結構模型

2.3 氣流成網機下風機速度對板材性能的影響

在成網機輸送簾速度為2.5 m/min，紅麻/PP纖維質量比為35/65，主錫林速度為2 200 r/min，工作輥/剝棉輥速度為25 r/min，橫向吹風機速度為800 r/min試驗條件下，考察氣流成網機下風機速度對板材性能的影響，結果如圖4所示。

圖4 氣流成網機下風機速度對板材性能影響

由圖4可知，麻纖維增強復合材料的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度隨氣流成網機下風機速度的增加而增強。從圖3成網風道結構模型中可以看出，在成網簾下方有抽吸氣流存在，氣流的大小由下風機速度決定。隨下風機速度的增加，網簾下方的抽吸氣流增大，導致網簾下方的負壓值增大，負壓值增大后對從錫林表面脫離的纖維的吸力增大，在輸出網簾速度不變的情況下，纖網的面密度增加，均勻性得到提高，最終麻纖維增強復合材料的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度都得到提高。當下風機速度為600 r/min時，對應的負壓值約為250 Pa，負壓較小，對成網簾上纖維的吸力較小，使錫林與成網簾之間的纖維隨氣流的擾動作不規(guī)則運動而產生纏結，導致纖網產生云斑、破洞等疵點，嚴重降低了纖網和板材的質量;當下風機速度為1 000 r/min時，對應的負壓值約為1 000 Pa，負壓較大，對成網簾上纖維的吸力增大，使從錫林表面脫離的纖維箭簇狀落于成網簾上，不利于纖維的釋放伸展和纖網的高蓬松，即不利于形成均勻的纖網，會降低板材的力學性能。根據實際生產需要，氣流成網機下風機速度一般控制在900 r/min左右。

3 結論

對原料混比、成網機輸送簾速度和氣流成網機下風機速度三個成網工藝參數的研究表明:

(1)紅麻/PP纖維的質量比在35/65時，板材的彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度等達到最優(yōu)。

(2)成網機輸送簾速度的提高會降低板材質量，速度控制在2.5 m/min時，板材質量能夠滿足汽車行業(yè)產品質量要求。

(3)提高氣流成網機下風機速度，如達到900 r/min，在一定程度上可以提高氣流成網機產量和產品質量。

(4)用上述單因素試驗確定的最佳工藝參數是:紅麻/PP纖維質量比35/65、成網機輸送簾速度2.5 m/min、氣流成網機下風機速度900 r/min。在該工藝條件下制得的紅麻/PP板材，其彎曲強度為31.02 MPa、拉伸強度為19.98 MPa、沖擊強度為1.30 kJ/m2。

以紅麻纖維作為增強材料，PP纖維作為熱熔黏合纖維，采用氣流成網技術開發(fā)麻纖維增強復合材料具有很大的優(yōu)勢和發(fā)展空間，有望在汽車內飾材料方面得到更廣泛的應用，這將為麻纖維的綜合利用提供新的途徑。

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Research on kenaf/PP fiber composite car interior plate by airlaid technique

Zhao Yanyan，Zheng Laijiu
(Textile and Materials Engineering Institute，Dalian Polytechnic University)

Kenaf and PP fibers were opened and mixed to be produced web by airlaid technique and be manufactured car interior plate by needle-punching process and thermal-calender forming technique.The influence of mixing ratio and web-forming speed and velocity of draft fan on bending strength and stretch strength as well as bursting strength of kenaf/PP fiber composite car interior plate were studied.Throughout test the optimum web-forming technique parameters were defined，mass ratio of kenaf/PP fiber was 35/65，convey speed of web-forming was 2.5 m/min and velocity of draft fan was 900 r/min.Under the excellent technique condition the bending strength of the produced kenaf/PP composite plate was 31.02 MPa and the stretch strength was 19.98 MPa as well as impact strength was 1.30 kJ/m2.

kenaf，polypropylene fiber，airlaid web-forming，car interior material，performance

TS176+.5

A

1004－7093(2011)09－0011－04

*遼寧省高校創(chuàng)新團隊項目(LT2010010);遼寧省重點實驗室項目(2008S020)

2011－07－18

趙燕燕，女，1985年生，在讀碩士研究生。研究方向為天然纖維生物技術。

鄭來久，E-mail:fztrxw@dlpu.edu.cn