汽車內(nèi)飾用阻燃滌綸針刺非織造材料工藝研究

康雨蒙，郭郁峰，于 斌,2，朱斐超，馬致遠(yuǎn)

(1.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，絲綢學(xué)院 非織造工程系，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 浙江省產(chǎn)業(yè)用紡織材料制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

汽車內(nèi)飾用阻燃滌綸針刺非織造材料工藝研究

康雨蒙1，郭郁峰1，于 斌1,2，朱斐超1，馬致遠(yuǎn)1

(1.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，絲綢學(xué)院 非織造工程系，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 浙江省產(chǎn)業(yè)用紡織材料制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

為獲得高性能、環(huán)保的汽車內(nèi)飾用阻燃滌綸針刺非織造材料，將普通滌綸纖維和阻燃滌綸纖維通過不同質(zhì)量比雜亂共混、梳理、垂直交叉成網(wǎng)，并采用不同針刺工藝制備獲得了多規(guī)格的阻燃滌綸針刺非織造材料，系統(tǒng)研究了針刺工藝中針刺道數(shù)、針刺頻率和步進(jìn)量對(duì)滌綸針刺非織造材料的力學(xué)性能(頂破強(qiáng)力和拉伸強(qiáng)力)的影響。結(jié)果表明：當(dāng)阻燃滌綸纖維的質(zhì)量比為15%時(shí)，針刺非織造材料的極限氧指數(shù)(LOI)能夠滿足汽車內(nèi)飾材料材料的阻燃性能要求；阻燃滌綸針刺布的頂破強(qiáng)力隨著針刺道數(shù)的增加而下降，但隨著針刺頻率和步進(jìn)量的增加而呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；阻燃滌綸針刺布的拉伸強(qiáng)力隨著針刺道數(shù)的增加逐漸而下降，但隨著針刺頻率和步進(jìn)量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，通過工藝參數(shù)對(duì)針刺布力學(xué)性能影響的分析，選出最佳工藝參數(shù)：針刺道數(shù)為正反1道，針刺頻率為200刺/min，針刺步進(jìn)量為4 mm。

汽車內(nèi)飾；滌綸；阻燃；針刺非織造材料；工藝

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人們生活水平的提高，各類產(chǎn)業(yè)用特種紡織材料應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，用量越來越大，尤其是汽車內(nèi)飾材料的應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬，除汽車頂棚面飾材料、地毯、坐套等外，汽車行李箱用及頂棚用熱可塑復(fù)合非織造材料已迅速發(fā)展[1-3]。我國已形成初具規(guī)模的一批重點(diǎn)非織造材料生產(chǎn)企業(yè)，可滿足汽車整機(jī)廠配套所需的各類內(nèi)飾用非織造材料，但與國外的先進(jìn)水平相比我國汽車內(nèi)飾材料的研究和開發(fā)工作存在一定的差距，已很難滿足現(xiàn)代汽車發(fā)展的需要，產(chǎn)品原料比較單一，仍以滌綸和丙綸為主，多功能和高性能纖維新原料應(yīng)用較少，產(chǎn)品的附加值較低?；谇捌趯?duì)汽車內(nèi)飾用滌綸針刺布/PE熱壓覆膜工藝和滌綸針刺布/聚乙烯淋膜復(fù)合材料的研究，本文對(duì)汽車內(nèi)飾用阻燃滌綸針刺非織造材料制備工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，旨在獲得高性能、環(huán)保的汽車內(nèi)飾用阻燃滌綸針刺非織造基布材料，為綜合性能優(yōu)異的汽車內(nèi)飾用滌綸針刺布復(fù)合材料提供前期工藝指導(dǎo)。

1 試 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

主要實(shí)驗(yàn)材料：普通滌綸纖維、阻燃滌綸纖維，細(xì)度和長度均為0.99 dtex、7.33 cm，義烏市恒翔無紡布有限公司。

實(shí)驗(yàn)儀器：針刺中試線(常州市豪峰機(jī)械有限公司提供)；YG-813型極限氧指數(shù)測(cè)定儀(常州第一紡織設(shè)備有限公司)；YG028 3000型織物強(qiáng)力儀(溫州方圓儀器有限公司)；Instron-3369型電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)(美國Instron公司)。

1.2 滌綸針刺布/PE淋膜復(fù)合材料的制備

普通滌綸纖維、阻燃滌綸纖維選配-纖維開松-混合-梳理成網(wǎng)-垂直交叉鋪網(wǎng)-預(yù)針刺-主針刺。工藝參數(shù)設(shè)計(jì)如表1～3所示。

表1 針刺道數(shù)組參數(shù)

表2 針刺頻率組參數(shù)

表3 針刺步進(jìn)量組參數(shù)

1.3 測(cè)試和表征

1.3.1 滌綸針刺布的燃燒性能測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn) 垂直法測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》分別對(duì)五塊試樣進(jìn)行測(cè)試，取平均值。

1.3.2 滌綸針刺布的頂破性能測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T19976-2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定鋼球法》分別對(duì)五塊試樣進(jìn)行測(cè)試，取平均值。

1.3.3 滌綸針刺布的拉伸性能測(cè)試

標(biāo)準(zhǔn)按照FZ/T60005-91《非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長率的測(cè)定》分別對(duì)五塊試樣進(jìn)行測(cè)試，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸針刺布中阻燃滌綸纖維含量對(duì)針刺布燃燒性能的影響

圖1 不同阻燃纖維含量針刺材料極限氧指數(shù)

當(dāng)極限氧指數(shù)(LOI)大于或等于26.0%時(shí)(GB/T 5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》)，材料屬于難燃材料，且當(dāng)材料燃燒速率小于100 mm/min時(shí)滿足汽車內(nèi)飾材料的要求(GB 8410-2006《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》)。表4為不同阻燃滌綸纖維含量下樣品燃燒性能測(cè)試數(shù)據(jù)，圖1為不同阻燃滌綸纖維含量下滌綸針刺汽車內(nèi)飾材料LOI圖。從圖中可以看出，隨著阻燃滌綸纖維含量的增加，針刺布的LOI逐漸增加。在阻燃滌綸纖維含量從0%增加至15%時(shí)至針刺布的LOI提高明顯，當(dāng)阻燃滌綸纖維含量大于15%之后，針刺布的LOI增長趨于平緩。當(dāng)阻燃滌綸纖維的含量為15%時(shí)，其LOI>26%即已屬于難燃材料且滿足汽車內(nèi)飾材料燃燒性能的要求。綜合考慮阻燃滌綸纖維與普通滌綸纖維的市場(chǎng)價(jià)格及阻燃性能，選取了阻燃滌綸纖維含量為15%的滌綸針刺非織造材料，并進(jìn)一步對(duì)其針刺工藝進(jìn)行了探討。

表4 樣品燃燒性能測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2 針刺工藝對(duì)阻燃滌綸針刺非織造材料頂破性能的影響

圖2 頂破強(qiáng)力隨針刺道數(shù)變化

圖3 針刺頻率對(duì)頂破強(qiáng)力的影響

圖4 針刺步進(jìn)量對(duì)頂破強(qiáng)力的影響

汽車行李箱中時(shí)常會(huì)放置一些貨物或者生活用品，不同外型的物品與行李箱中的針刺內(nèi)飾材料經(jīng)常會(huì)有刮擦碰撞，因此頂破強(qiáng)力的大小對(duì)于行行李箱內(nèi)飾而言十分重要。不同針刺工藝對(duì)針刺布的頂破強(qiáng)力有一定影響，如圖2～4所示，分別研究了針刺道數(shù)、針刺頻率和步進(jìn)量對(duì)阻燃滌綸針刺非織造材料的頂破強(qiáng)力變化。

由圖2中頂破強(qiáng)力隨針刺道數(shù)變化關(guān)系，可發(fā)現(xiàn)隨著針刺道數(shù)的增加針刺布的頂破強(qiáng)力呈逐漸下降趨勢(shì)，對(duì)針刺布的頂破強(qiáng)力進(jìn)行回歸分析，可見一元線性回歸曲線的相關(guān)系數(shù)(R2)達(dá)到了0.99以上，說明針刺布頂破強(qiáng)力變化隨針刺道數(shù)的增加基本呈線性下降的規(guī)律。隨著針刺道數(shù)的增加，纖網(wǎng)受到針刺加固作用次數(shù)增加，纖網(wǎng)被拉長，雖然單纖維與單纖維之間的纏結(jié)增加，但是單位面積內(nèi)的纖維量減少，在進(jìn)行頂破強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)時(shí)纖維與纖維之間相互摩擦作用反而減少，因此隨著針刺道數(shù)的增加滌綸針刺布的頂破強(qiáng)力逐漸減少。

頂破強(qiáng)力隨針刺頻率的變化關(guān)系如圖3所示，可發(fā)現(xiàn)隨著針刺頻率的增加，滌綸針刺布的頂破強(qiáng)力先增加后減少，在針刺頻率為200刺/min時(shí)達(dá)到峰值。隨著針刺頻率的增加，纖網(wǎng)單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到刺針加固次數(shù)增加，隨著加固次數(shù)的增加纖網(wǎng)內(nèi)纖維之間的纏結(jié)增多，滌綸針刺布頂破強(qiáng)力增加，但是在針刺頻率到達(dá)200刺/min之后，針刺作用趨于飽和，再增加針刺道數(shù)使得纖網(wǎng)開始變得蓬松，單纖維受到損傷，強(qiáng)力降低，頂破強(qiáng)力下降。

圖4是頂破強(qiáng)力隨步進(jìn)量變化關(guān)系圖，可發(fā)現(xiàn)隨著針刺步進(jìn)量的增加滌綸針刺布的頂破強(qiáng)力先上升后下降，在步進(jìn)量為4 mm時(shí)，頂破強(qiáng)力最大。當(dāng)步進(jìn)量為3.5 mm時(shí)，纖網(wǎng)在單位面積上受到刺針加固次數(shù)最大，纖網(wǎng)中纖維由于受到的針刺次數(shù)過多纖維受到損傷，針刺布頂破強(qiáng)力下降；當(dāng)步進(jìn)量大于4 mm時(shí)，滌綸針刺布頂破強(qiáng)力開始下降，是由于隨著步進(jìn)量增加，纖網(wǎng)被拉長，單位面積內(nèi)纖維量減少，纖維與纖維之間的纏結(jié)減少，滌綸針刺布的頂破強(qiáng)力減小。

2.3 針刺工藝對(duì)阻燃滌綸針刺非織造材料拉伸性能的影響

圖5 針刺道數(shù)對(duì)縱橫向拉伸強(qiáng)力的影響

圖6 針刺頻率對(duì)縱橫向拉伸強(qiáng)力的影響

圖7 步進(jìn)量對(duì)縱橫向拉伸強(qiáng)力的影響

拉伸強(qiáng)力是考量滌綸針刺布力學(xué)性能的重要指標(biāo)，不同的針刺工藝對(duì)阻燃滌綸針刺布的拉伸強(qiáng)力有一定的影響。圖5～7為阻燃針刺非織造材料縱向(MD)和橫向(CD)拉伸強(qiáng)力隨針刺道數(shù)、針刺頻率變化關(guān)系，和步進(jìn)量變化關(guān)系。由圖5～7可見，針刺布的CD強(qiáng)力略大于MD強(qiáng)度，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于成網(wǎng)和交叉鋪網(wǎng)工藝時(shí)纖維沿針刺布橫向取向排列導(dǎo)致，但總體上，所制備的阻燃滌綸針刺布的縱橫向拉伸強(qiáng)力差異不大。

由圖5針刺布縱橫向拉伸強(qiáng)力隨針刺道數(shù)的變化關(guān)系，可發(fā)現(xiàn)隨著針刺道數(shù)的增加，針刺布的拉伸強(qiáng)力逐漸下降，這與其頂破強(qiáng)力與針刺道數(shù)的變化規(guī)律相符，同樣是由于隨著針刺道數(shù)的增加，單位面積內(nèi)的纖維量減少而使針刺材料中纖維間相互纏結(jié)和摩擦作用減少，因此拉伸強(qiáng)力有所下降。

從圖6中可以看出，隨著針刺頻率的增加，針刺布的拉伸強(qiáng)力呈先上升后下降的趨勢(shì)，在針刺頻率從100刺/min增加至200刺/min時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)力上升較為明顯；針刺頻率從200刺/min增加至300刺/min時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)力開始逐漸下降，造成以上現(xiàn)象的原因是，隨著針刺頻率的增加，材料受到刺針加固作用，纖維間的纏結(jié)增加，材料的拉伸強(qiáng)力增加，但是隨著針刺頻率大于200刺/min時(shí)，纖維與刺針間的作用增大，部分纖維受到損傷甚至斷裂，使針刺布的拉伸強(qiáng)力下降。

由圖7針刺步進(jìn)量對(duì)針刺布縱橫向拉伸強(qiáng)力的影響，可發(fā)現(xiàn)隨著針刺步進(jìn)量的增加，針刺布的拉伸強(qiáng)力呈先上升后下降的趨勢(shì)，在步進(jìn)量為4 mm時(shí)，針刺布的拉伸強(qiáng)力達(dá)到最大值，且都滿足ASTM經(jīng)緯向拉伸強(qiáng)力大于270 N的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)步進(jìn)量為3.5 mm時(shí)，纖網(wǎng)在單位面積上受到刺針加固次數(shù)最多，纖網(wǎng)中纖維由于受到的針刺次數(shù)過多纖維受到損傷，針刺布頂破強(qiáng)力較小；當(dāng)步進(jìn)量大于4 mm時(shí)，滌綸針刺布頂破強(qiáng)力開始下降，是由于隨著步進(jìn)量增加，纖網(wǎng)被拉長，單位面積內(nèi)纖維量減少，纖維與纖維之間的纏結(jié)減少，滌綸針刺布的拉伸強(qiáng)力減小。

3 結(jié)論

(1)滌綸針刺非織造材料的阻燃性能隨著其阻燃滌綸纖維含量的增加而提高。當(dāng)阻燃滌綸纖維含量大于15%時(shí)，阻燃滌綸針刺非織造材料已屬于難燃材料且能夠滿足汽車內(nèi)飾材料阻燃性能的要求。

(2)阻燃滌綸針刺布的頂破強(qiáng)力隨著針刺道數(shù)的增加而下降，但隨著針刺頻率和步進(jìn)量的增加而呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；阻燃滌綸針刺布的拉伸強(qiáng)力隨著針刺道數(shù)的增加逐漸而下降，但隨著針刺頻率和步進(jìn)量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)。通過工藝參數(shù)對(duì)阻燃滌綸針刺布的力學(xué)性能影響分析，選出最佳工藝參數(shù)：針刺道數(shù)為正反1道，針刺頻率為200刺/min，針刺步進(jìn)量為4 mm。

[1] 趙永霞.汽車用紡織品的發(fā)展特點(diǎn)及要求[J].紡織導(dǎo)報(bào),2011(5):32.

[2] 韓 立.汽車內(nèi)飾的新材料及新技術(shù)[J].科學(xué)大眾(科學(xué)教育),2015(4):178.

[3] 李雅彬,周 博.汽車內(nèi)飾材料的研究進(jìn)展[J].汽車工程師,2012(4):19-22.

[4] 馬致遠(yuǎn),韓 建,于 斌,等.汽車內(nèi)飾用滌綸針刺布/PE膜熱壓覆膜工藝研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào),2015,33(5): 612-616.

(本文文獻(xiàn)格式：康雨蒙，郭郁峰，于 斌，等.汽車內(nèi)飾用阻燃滌綸針刺非織造材料工藝研究[J].山東化工,2017,46(11):23-26.)

Research on the Technique of Flame-retardant Polyester Needle-punched Nonwovens for Automotive Interior

KangYumeng1,GuoYufeng1,YuBin1,2,ZhuFeichao1,MaZhiyuan1

(1.Department of Nonwoven Engineering,Silk Institute,College of Materials and Textiles,Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018,China;2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Industrial Textile Materials and Manufacturing Technology, Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China)

In order to obtain the flame-retardant polyester needle-punched nonwovens for automotive interior with the characteristic of high performance and environmental,the different mass ratios of ordinary polyester fiber and the flame-retardant polyester fiber were disorderly mixed,combed and vertically crossed to form a net,and the multi specification flame-retardant polyester needle-punched nonwoven fabric were prepared by different needling process,the effects of needling number,the needling frequency and step quantity on the mechanical properties (bursting and tensile strength) of polyester needle-punched nonwovens were also systematically studied. The results showed that the ultimate oxygen index (LOI) of needle punched nonwovens could satisfy with the requirement of the flame-retardant performance of automotive interior materials when the mass ratio of flame retardant polyester fiber is 15%; the bursting strength of the flame-retardant polyester needle-punched fabric decreased with the number of needling lanes increased,but it was firstly increased and then decreased as the increase of the needle frequency and step quantity; the tensile strength of the flame-retardant polyester needle-punched fabric gradually decreased with the number of needling lanes increased,however,the trend was firstly ascended and then descended as the increase of the needle frequency and step quantity. Through the analysis of the influence of technological parameters on the mechanical properties of needle-punched fabric,the optimum technological parameters were selected: the number of needling lanes was 1 positive and negative channels,the needling frequency was 200 needling/min,and the needling step quantity was 4 mm.

automotive interior; needle-punched nonwovens; polyethylene; flame-retardant; technique

2017-05-24

產(chǎn)業(yè)用紡織材料技術(shù)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2011R50003)；浙江理工大學(xué)521人才計(jì)劃(浙理工人[2015]18號(hào))

康雨蒙(1995—)，男，河北邢臺(tái)人，在讀本科生；通訊作者：于 斌，副教授，博士，主要研究方向?yàn)榉强椩觳牧稀?/p>

TQ342+.2

A

1008-021X(2017)11-0023-04