漢麻纖維非織造汽車內(nèi)飾材料的加工工藝及性能研究

孔維嘉，薛少林，顧金丹

(西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048)

漢麻纖維被譽(yù)為“會呼吸”的生態(tài)產(chǎn)品和“21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的綠色產(chǎn)品”[1-2]；但其在我國紡織生產(chǎn)中應(yīng)用得還不十分廣泛，特別是在非織造布領(lǐng)域中幾乎空白[3]。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，漢麻纖維的優(yōu)良特性作用越來越大，如消除車內(nèi)有害氣體，使車內(nèi)空氣清新：抵抗紫外線輻射，以減少紫外線對人體的照射，降低車內(nèi)的溫度；良好的吸濕、放濕性能，以平衡車內(nèi)濕度，從而保持車內(nèi)清潔和舒適的環(huán)境；阻燃整理后極限氧指數(shù)大于30，以達(dá)到防火要求等[4-6]。此外漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料以其原料來源廣泛、工藝過程簡單、生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量高、成本低等優(yōu)勢[7-8]，必將推廣應(yīng)用于更多汽車，既有益于消費者的健康及生活品質(zhì)，又會為企業(yè)帶來可觀的利潤。

1 實驗與工藝設(shè)計

1.1 纖維混紡比設(shè)計

本課題采用漢麻纖維、滌綸纖維和棉纖維按一定比例混紡進(jìn)行實驗，每次實驗使用纖維總重量為700 g。所設(shè)計的漢麻纖維/滌綸纖維/棉纖維的混紡比例為：70/20/10，60/25/15，50/30/20。

本課題實驗采用正交實驗法進(jìn)行，表1為本課題研究所設(shè)計的三因素三水平正交實驗表頭。

表1 三因素三水平正交實驗表頭設(shè)計

1.2 加工工藝流程設(shè)計

本課題設(shè)計加工工藝流程為：

1.3 開松工藝參數(shù)設(shè)計

本課題非織造上機(jī)實驗開松機(jī)進(jìn)料電機(jī)頻率均設(shè)定為50 Hz，開松機(jī)進(jìn)料速度設(shè)計為2.36 m/min。開松過后的混合纖維通過風(fēng)管傳送到混棉機(jī)中進(jìn)行混合。

1.4 混合工藝參數(shù)設(shè)計

本課題非織造上機(jī)實驗混棉機(jī)角釘簾電機(jī)頻率設(shè)定為18 Hz，即角釘簾運動速度設(shè)計為1.53 m/min?；旌虾蟮睦w維經(jīng)水平喂給簾進(jìn)入梳理工序。

1.5 梳理工藝參數(shù)設(shè)計

本課題使用的WL小型梳理機(jī)工作示意圖如圖1所示。非織造上機(jī)實驗梳理機(jī)進(jìn)料、梳理機(jī)錫林、梳理機(jī)道夫工藝參數(shù)設(shè)計如表2所示。

圖1 WL小型梳理機(jī)工作示意圖

名稱電機(jī)頻率(Hz)速度(m/min)喂入輥100.66胸錫林3029.88剝?nèi)≥?0111.96錫林30868.56工作輥1、2/3255.30/4.65道夫259.30雜亂輥1/2257.55/6.05

1.6 鋪網(wǎng)工藝參數(shù)設(shè)計

本課題的鋪網(wǎng)機(jī)設(shè)備為交叉式鋪網(wǎng)中的二簾式鋪網(wǎng)機(jī)。其工作原理如圖2所示。

鋪網(wǎng)機(jī)必須保證梳理機(jī)道夫的纖網(wǎng)下機(jī)速度VD等于上鋪網(wǎng)簾的速度V2，并且必須等于下鋪網(wǎng)簾4的速度V4，否則會引起牽伸斷網(wǎng)或纖網(wǎng)堆集。鋪網(wǎng)后的形狀如圖3所示。

圖2 雙網(wǎng)簾式加持鋪網(wǎng)機(jī)[9]1-纖網(wǎng) 2-上鋪網(wǎng)簾 3、7、8-傳動輥 4-下鋪網(wǎng)簾 5、6-鋪網(wǎng)輥 9-丁簾

圖3 鋪網(wǎng)形狀[9]L-成網(wǎng)寬 W-單網(wǎng)寬 V4-鋪網(wǎng)速度 V5-丁簾速度

其鋪網(wǎng)層數(shù)N應(yīng)等于輸出纖網(wǎng)的總面積，除成網(wǎng)后的總面積，即：

N=V4W/(V5L)

(1)

式中：N——鋪網(wǎng)層數(shù)；V4——鋪網(wǎng)速度(m/min)；V5——丁簾速度(m/min)；

W——單網(wǎng)寬度(m)；L——成網(wǎng)的寬度(m)

本課題非織造上機(jī)實驗鋪網(wǎng)機(jī)上鋪網(wǎng)簾、鋪網(wǎng)機(jī)下鋪網(wǎng)簾、鋪網(wǎng)機(jī)丁簾工藝參數(shù)設(shè)計如表3所示。

表3 實驗鋪網(wǎng)機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計

1.7 針刺工藝參數(shù)設(shè)計

1.7.1預(yù)針機(jī)刺工藝參數(shù)設(shè)計

本課題的送網(wǎng)機(jī)構(gòu)為壓網(wǎng)簾式進(jìn)料機(jī)。壓網(wǎng)簾式進(jìn)料機(jī)將壓網(wǎng)輥改成壓網(wǎng)簾，壓網(wǎng)簾與送網(wǎng)簾相配合，形成進(jìn)口大、出口小的喇叭狀，使纖網(wǎng)受到逐步壓縮而順利進(jìn)入針刺區(qū)，如圖4所表示。

圖4 壓網(wǎng)簾式送網(wǎng)裝置[9]1-壓網(wǎng)簾 2-喂入輥 3-小羅拉 4-導(dǎo)網(wǎng)片

進(jìn)料機(jī)電機(jī)頻率均設(shè)定為4 Hz，速度設(shè)計為0.34 m/min。預(yù)針刺機(jī)預(yù)出料頻率均設(shè)定為7 Hz，速度設(shè)計為0.595 m/min。

(1)預(yù)針機(jī)刺針刺深度

本課題實驗的預(yù)針刺采用下刺式針刺機(jī)進(jìn)行實驗，所設(shè)計的三種預(yù)針刺深度如表4所示。

表4 實驗預(yù)針刺機(jī)針刺深度

(2)預(yù)針機(jī)刺機(jī)針刺密度

本課題研究中，漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料針刺密度由預(yù)針刺機(jī)針刺密度與倒針刺機(jī)針刺密度加和構(gòu)成，所設(shè)計的三種漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料針刺密度如表5所示。

表5 實驗針刺密度

根據(jù)三組9種不同的實驗，設(shè)定當(dāng)漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料總針刺密度為180刺/cm2時，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為12 Hz；當(dāng)漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料總針刺密度為210刺/cm2時，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為14 Hz；當(dāng)漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料總針刺密度為240刺/cm2時，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為16 Hz。

根據(jù)非織造預(yù)針刺機(jī)設(shè)備說明書得知，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為1 Hz=20刺/min；預(yù)針刺機(jī)植針密度為1750枚/m；預(yù)針刺機(jī)預(yù)出料電機(jī)頻率均設(shè)定為7 Hz，速度設(shè)計為0.595 m/min。

由針刺密度計算公式：

(2)

式中：D—針刺密度(刺/cm2)；N—植針密度(枚/m)；

f—針刺頻率(刺/min)；V—纖網(wǎng)輸出速度(m/min)。

表6為計算得到的實驗預(yù)針刺機(jī)針刺密度。

表6 實驗預(yù)針刺機(jī)針刺密度

本課題實驗的漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料預(yù)針刺機(jī)針刺道數(shù)為1次。

(3)預(yù)針刺刺針

非織造實驗室中提供的預(yù)針刺機(jī)刺針標(biāo)號為：15×18×36×3.5 R222 Y4012。

1.7.2倒針刺工藝參數(shù)設(shè)計

經(jīng)過預(yù)針刺機(jī)加工形成的非織造材料已經(jīng)初步形成非織造布的形態(tài)，但其強(qiáng)力還遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品設(shè)計要求，因此要經(jīng)過一道倒針刺機(jī)針刺工藝，這樣不僅使產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計的針刺密度，也使得非織造布的兩面更加均勻。

(1)倒針刺針刺深度

本課題實驗的倒針刺采用上刺式針刺機(jī)進(jìn)行實驗，我們所設(shè)計的三種倒針刺針刺深度如表7所示。

表7 實驗倒針刺機(jī)針刺密度

(2)倒針刺針刺密度

根據(jù)非織造預(yù)針刺機(jī)設(shè)備說明書得知，倒針刺機(jī)針刺頻率為1 Hz=20刺/min；倒針刺機(jī)植針密度為3076枚/m；倒針刺機(jī)進(jìn)出料頻率均設(shè)定為11 Hz，進(jìn)出料速度設(shè)計為0.935 m/min。

針刺密度=預(yù)刺機(jī)針刺密度+倒刺機(jī)針刺密度

由預(yù)針刺針刺密度設(shè)計可知1～3號實驗預(yù)針刺機(jī)針刺密度為71針刺/cm2；4～6號實驗預(yù)針刺機(jī)針刺密度為82針刺/cm2；1～3號實驗預(yù)針刺機(jī)針刺密度為94針刺/cm2。通過計算，倒針刺機(jī)針刺密度如表8所示。

表8 實驗倒針刺機(jī)針刺密度

(3)倒針刺刺針

非織造實驗室中提供的倒針刺機(jī)刺針標(biāo)號為：15×18×40×3 R222 J12301。

1.8 成卷工藝參數(shù)設(shè)計

由于倒針刺機(jī)出料頻率為11 Hz，即出料速度為0.935 m/min，因此卷繞速度等于小于0.935 m/min即可。實際實驗中，根據(jù)實際情況調(diào)整卷繞速度，保證產(chǎn)品不被拉伸的同時盡量加快卷繞速度，避免成品非織造布在地面上堆積。

2 測試與結(jié)果分析

2.1 漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料拉伸強(qiáng)力測試

測試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

測試條件：試樣大小200 mm×50 mm，實驗次數(shù)5次。

測試依據(jù)：FZ/T60005-91 非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長的測定。

2.2 漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料撕裂強(qiáng)力測試

測試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

測試條件：試樣大小200 mm×50 mm，實驗次數(shù)5次。

測試依據(jù)：FZ/T 60006-91 非織造布撕破強(qiáng)力的測定。

2.3 漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料頂破強(qiáng)力測試

測試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

測試條件：實驗次數(shù)5次。

測試依據(jù)：FZ/T60019-94 非織造布破裂強(qiáng)力實驗方法。

2.4 實驗結(jié)果及分析

表9為力學(xué)性能測試結(jié)果，對漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料進(jìn)行正交實驗分析，如表10所示。由實驗結(jié)果分析可以看出，不同指標(biāo)所對應(yīng)的優(yōu)方案是不同的。通過綜合平衡，因素A：對于頂破強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力這兩個指標(biāo)取A2好，對于斷裂強(qiáng)力取A2、A3相差不多，選取A2。因素B：對于頂破強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力這兩個指標(biāo)取B1好，對于斷裂強(qiáng)力取B1、B2相差不多，選取B1。因素C：對于頂破強(qiáng)力這個指標(biāo)取C2好，對于撕破強(qiáng)力取C2或者C3。對于斷裂強(qiáng)力取C2、C3相差不多，選取C2。故通過綜合平衡確定最優(yōu)方案為A2B1C2。

表9 漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料力學(xué)性能測試

表10 漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料正交實驗分析

3 結(jié)論

漢麻纖維汽車內(nèi)裝飾織物具有十分優(yōu)良的性能，本課題通過生產(chǎn)工藝設(shè)計及一系列性能測試實驗，得出制造漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料的最佳針刺加工工藝，為系統(tǒng)研究麻類非織造汽車內(nèi)飾材料提供依據(jù)。

(1)制備出不同物理機(jī)械性能的漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料，通過測試性能，優(yōu)化漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料加工工藝，得出了最佳的漢麻非織造汽車內(nèi)飾材料加工工藝，即漢麻纖維/滌綸纖維/棉纖維混紡比為60/25/15，纖維重量為420 g/175 g/105 g，針刺密度為210刺/cm2，預(yù)針刺機(jī)針刺深度為9 mm，倒針刺機(jī)針刺深度為7 mm。

(2)通過正交實驗分析可得，針刺時適當(dāng)?shù)丶哟筢槾躺疃?，可以加大刺鉤帶動纖維移動的距離，加強(qiáng)纖維間的糾纏，增加纖維之間的抱合力及摩擦力，從而加大纖網(wǎng)的強(qiáng)度。但刺得過深，纖網(wǎng)中纖維損傷太大，其強(qiáng)力反而下降。

(3)通過實驗可知，針刺密度越大，纖維網(wǎng)的強(qiáng)力也越大，產(chǎn)品也越堅實硬挺。當(dāng)針刺密度達(dá)到一定值時，纖網(wǎng)就相當(dāng)緊密，繼續(xù)針刺下去，刺鉤帶動纖維位移就十分困難，針的受力加大。這既容易造成針的折斷，又會增加纖網(wǎng)中纖維的損傷，使纖網(wǎng)強(qiáng)力下降。

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