专利名称：一种超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及非织造布技术，具体为一种超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法。
背景技术：
众所周知，吸音隔热材料具有静化环境，降低噪音污染，同时抑制热量流动，保持 环境和人体温度等作用。非织造布是一种由定向或杂乱纤维网构成的纺织品。由于纤维聚集存在大量孔 隙，因此非织造布具有良好的吸音、隔热保暖性能，在汽车内饰、建筑材料、服用等领域已有 广泛应用。目前用于吸音、隔热保暖的非织造布主要有两类加工方法一类方法是干法非织 造工艺，即由短纤维经成网、固网工序获得非织造布，产品主要涉及涤纶(聚酯纤维)、丙纶 (聚丙烯纤维)、棉纤维、麻纤维以及一些无极纤维如玻璃纤维等；另一种方法是熔喷非织 造工艺，即聚合物熔体在高速热空气作用下超大拉伸形成超细纤维絮片(非织造布)，产品 主要为熔喷聚丙烯腈非织造布。腈纶(聚丙烯腈纤维)是一种重要的合成纤维，是全部由聚丙烯腈纺制而成的纤 维、或是由丙烯腈和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。聚丙烯腈纤维具有优良 的保暖性，是一种良好的隔热保暖材料原料；同时聚丙烯腈纤维具有优异的染色性和无蛀 蚀和霉变性，且耐一般溶剂，不易水解，抗氧化、化学稳定性好等特点，在服用和产业用纺织 品中应用广泛。目前聚丙烯腈纤维的纺丝方法包括干法纺丝、湿法纺丝以及干湿法纺丝等， 获得的为单纤维直径约在7. 2 11. 0 μ m常规直径纤维。研究表明非织造材料的吸音、隔热保暖性能与纤维种类、纤维直径、非织造布孔隙 率、孔隙结构等因素有关，特别是降低纤维的直径有利于提高纤维制品的吸音性能、隔热保 暖性能等。利用静电纺丝方法可获得超细聚丙烯腈纤维，如中国专利ZL 200710070589. 2 利用丙烯腈共聚物溶液通过静电纺丝方法获得了超细纤维纤维膜，所纺制的纤维直径受到 收集器的距离、喷头孔径、纺丝温度、溶液浓度等条件影响(参见张锡玮，夏禾等.静电纺丝 法纺制纳米级聚丙烯腈纤维毯，塑料，2000，四16-19)。但静电纺丝技术存在产量小、能耗 大、产品的生产成本高、生产效率低等问题，远远无法满足工业应用要求，严重影响了其推 广应用。在申请人检索的范围内，未见有静电纺超细聚丙烯腈纤维用于吸音、保暖、隔热方 面的研究报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种超细纤维非织造布 吸音隔热材料的制备方法，该制备方法采用熔喷纺丝方法，具有工艺简单、可控性好、生产 效率高，且工业化实施容易，可保证产品质量稳定可靠等特点，所得吸音隔热材料由聚丙烯 腈超细纤维非织造布构成，具有手感柔软、蓬松度高、吸音隔热性能优良等优点。
本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是设计一种超细纤维非织造布吸 音隔热材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤将聚丙烯腈溶解在溶剂中形成纺丝溶 液，再将纺丝溶液经供应装置供应到含有一系列喷丝孔的纺丝模头，使纺丝溶液从纺丝模 头的喷丝孔中挤出，形成纺丝溶液细流；同时至少一股被空气加热器加热的高速喷射气流 进入纺丝模头，并经由纺丝模头的气隙以15-60度的喷射角吹向挤出纺丝溶液细流；实现 对所述纺丝溶液细流的拉伸细化，同时加速纺丝溶液中的溶剂挥发，形成超细纤维；利用高 速喷射气流和抽吸气流将所述超细纤维在网帘上收集成网，即形成聚丙烯腈超细纤维非织 造布吸音隔热材料；将所形成的聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料按设计要求进行 多层铺网即得；所述聚丙烯腈的粘均分子量为8-30万；所述溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N， N- 二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的至少一种；所述纺丝溶液中聚丙烯腈的质量分数浓度 为6-40% ；所述喷射角为15-60度，且高速喷射气流的喷射速度比纺丝溶液细流的挤出速 度至少高50倍；所述高速喷射气流的温度为30-165°C ；所述高速喷射气流的喷射速度为 1000-30000m/min。与现有技术产品相比，本发明超细纤维非织造布吸音隔热材料制备方法克服了常 规熔喷工艺局限于加工高熔体流动性原料的弊端，将聚丙烯腈溶液直接纺丝形成聚丙烯腈 超细纤维非织造布的方法，能够直接稳定生产纤维直径在0. 01-3微米的超细纤维非织造 布，工艺简单、可控性好、生产效率高，且工业化实施容易，可保证产品质量稳定可靠。所得 的聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料，比聚丙烯腈短纤维非织造布和常规熔喷非织 造布的纤维更细，手感更柔软、蓬松性、透气性、吸音隔热性能更好。
图1是本发明超细纤维非织造布吸音隔热材料制备方法一种实施例的工艺流程 示意图。图2是本发明超细纤维非织造布吸音隔热材料制备方法一种实施例的纺丝模头 结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例进一步说明本发明。本发明设计的超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法(简称制备方法，参见 图1、2)，其工艺步骤如下将聚丙烯腈溶解在溶剂中形成纺丝溶液，再将纺丝溶液经供应 装置供应到含有一系列喷丝孔的纺丝模头1，使纺丝溶液从纺丝模头1的喷丝孔11中挤出， 形成纺丝溶液细流；同时至少一股被空气加热器加热的高速喷射气流进入纺丝模头1，并 经由纺丝模头1的气隙12以15-60度的喷射角(参见附图2中A方向和B方向夹角)吹 向挤出纺丝溶液细流；高速喷射气流实现对所述纺丝溶液细流的拉伸细化，同时加速纺丝 溶液中的溶剂挥发，形成超细纤维；利用高速喷射气流和抽吸气流将所述超细纤维在网帘 上收集成网，形成聚丙烯腈超细纤维非织造布；即形成聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔 热材料；将所形成的聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料按设计要求进行多层铺网即 得。
本发明所述的聚丙烯腈包括全部为丙烯腈单体的聚合物和质量分数含量在35% 以上的丙烯腈单体和其他第二、第三单体共聚的共聚物，如丙烯腈-丙烯酸酯的共聚物、丙 烯腈-苯乙烯的共聚物、丙烯腈-醋酸乙烯的共聚物、丙烯腈-丙烯酰胺-丙烯磺酸钠的共 聚物等。所述聚丙烯腈的粘均分子量为8-30万。所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的至少一种， 采用两种或三种时，各种溶剂的混合比例不受限定。所述纺丝溶液中聚丙烯腈的质量分数浓度为6-40%。所述高速喷射气流与纺丝溶液流轴向夹角(即喷射角，参见图2、为15-60度，优 选30-45度，且高速喷射气流的喷射速度比纺丝溶液细流的挤出速度至少高50倍，优选 1000-30000 倍。所述高速喷射气流的温度为30_165°C ；所述高速喷射气流的喷射速度为 1000-30000m/min。为实现溶剂回收利用，本发明的进一步特征是，在纺丝模头和网帘之间安装有筒 状干燥室，使溶剂挥发过程在干燥室内径进行，挥发后的溶剂被负压吸风抽走回收。本发明制备方法生产的聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料(简称材料)， 面密度范围为40-1800g/m2，且全部由直径为0. 01_3 μ m的聚丙烯腈超细纤维组成。聚丙烯腈纤维具有良好的隔热保暖性能，在保暖服装面料设计等方面多有应用。 以聚丙烯腈短纤维为原料，通过干法非织造布工艺，在技术上易于制得聚丙烯腈非织造布， 但其纤维直径为常规短纤维的直径范围，吸音隔热性能一般。本发明材料采用了聚丙烯腈 超细纤维，纤维更细、比表面积更大，其吸音、隔热性能优良，以80g/m2产品为例，其克罗值 为1. 169m2 · °C /W，热传导系数为5. 536ff/(m2 · °C )，降噪系数为0. 77，且材料手感更柔软， 蓬松性、透气性好(参见实施例1)。本发明未述及之处适用于现有技术。以下给出本发明的具体实施例，但发明申请的权利要求保护范围不受具体实施例 的限制。实施例1将粘均分子量9万的聚丙烯腈以质量分数32 %的比例溶入N，N- 二甲基甲酰胺中， 搅拌直至混合均勻，制成纺丝溶液；将纺丝溶液经计量泵通过输送管供应到纺丝模头1中， 供应速率为200mL/min，从喷丝孔11中挤出；同时温度为30°C的高速喷射气流从气隙12中 喷出，气隙12出口处的风速为MOOm/min，出口处高速喷射气流的喷射速度与溶液挤出速 度的速度比为观00倍；聚丙烯腈在高速喷射气流作用下在干燥室内形成超细纤维，并收集 在多孔网帘上，形成聚丙烯腈超细纤维网，经网帘导出，交叉铺网，即得到80g/m2本发明所 述的材料。经测试，所得材料的纤维直径分布为0. 12-1. 4 μ m，克罗值为1. 169m2. V /W，热传 导系数为5. 536ff/(m2 · °C )，降噪系数为0. 77。实施例2将粘均分子量15万的丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物(共聚单体摩尔比80 20) 以质量分数25%的比例溶入N，N- 二甲基乙酰胺中，搅拌直至混合均勻，制成纺丝溶液。将 纺丝溶液经计量泵通过输送管供应到喷丝板中，供应速率为120mL/min，从喷丝孔11中挤出；同时温度为90°C的高速喷射气流从气隙12喷出，气隙12出口处的风速为6800m/min， 出口处高速喷射气流的喷射速度与溶液挤出速度的速度比约为8000倍；聚丙烯腈在高速 喷射气流作用下在干燥室内形成超细纤维，并收集在多孔网帘上，形成聚丙烯腈超细纤维 网，经网帘导出，交叉铺网，即得到210g/m2本发明所述的材料。经测试，所得材料的纤维直径分布为0. 09-0. 82 μ m,克罗值为1. 252m2. V /W，热传 导系数为5. 236ff/(m2 · °C )，降噪系数为0. 82。实施例3将粘均分子量27万的聚丙烯腈以质量分数9%的比例溶入N，N- 二甲基甲酰胺/ 二甲基亚砜(体积比50 50)中，搅拌直至混合均勻，制成纺丝溶液。将纺丝溶液经计量 泵通过输送管供应到喷丝板中，供应速率为120mL/min，从喷丝孔11中挤出；同时温度为 125°C的高速喷射气流从气隙12喷出，气隙12出口处的风速为22000m/min，出口处高速喷 射的喷射速度与溶液挤出速度的速度比约为22000倍；聚丙烯腈在高速喷射气流作用下在 干燥室内形成超细纤维，并收集在多孔网帘上，形成聚丙烯腈超细纤维网，经网帘导出，交 叉铺网，即得到850g/m2本发明所述的材料。经测试，所得材料的纤维直径分布为0. 08-0. 58 μ m,克罗值1. 323m2. V /W，热传导 系数为5. 089ff/(m2 · °C )，降噪系数为0. 90。
权利要求
1.一种超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤将聚 丙烯腈溶解在溶剂中形成纺丝溶液，再将纺丝溶液经供应装置供应到含有一系列喷丝孔的 纺丝模头，使纺丝溶液从纺丝模头的喷丝孔中挤出，形成纺丝溶液细流；同时至少一股被空 气加热器加热的高速喷射气流进入纺丝模头，并经由纺丝模头的气隙以15-60度的喷射角 吹向挤出纺丝溶液细流；实现对所述纺丝溶液细流的拉伸细化，同时加速纺丝溶液中的溶 剂挥发，形成超细纤维；利用高速喷射气流和抽吸气流将所述超细纤维在网帘上收集成网， 即形成聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料；将所形成的聚丙烯腈超细纤维非织造布 吸音隔热材料按设计要求进行多层铺网即得；所述聚丙烯腈的粘均分子量为8-30万；所述溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基 乙酰胺或二甲基亚砜中的至少一种；所述纺丝溶液中聚丙烯腈的质量分数浓度为6-40% ； 所述喷射角为15-60度，且高速喷射气流的喷射速度比纺丝溶液细流的挤出速度至少高50 倍；所述高速喷射气流的温度为30-165°C ；所述高速喷射气流的喷射速度为1000-30000m/min。
2.根据权利要求1所述的超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法，其特征在于所 述的高速喷射气流的喷射速度比纺丝溶液细流的挤出速度高1000-30000倍。
3.根据权利要求1所述的超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法，其特征在于所 述喷射角为30-45度。
4.根据权利要求1所述的超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法，其特征在于在 纺丝模头和网帘之间安装有筒状干燥室，使溶剂挥发过程在干燥室内径进行，挥发后的溶 剂被负压吸风抽走回收。
5.一种权利要求1、2、3或4所述超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法制得的超 细纤维非织造布吸音隔热材料，其特征在于该超细纤维非织造布吸音隔热材料的面密度为 40-1800g/m2，且全部由直径为0. 01_3 μ m的聚丙烯腈超细纤维组成。
全文摘要
本发明公开一种超细纤维非织造布吸音隔热材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤将聚丙烯腈溶解在溶剂中形成纺丝溶液，再将纺丝溶液经供应装置供应到含有一系列喷丝孔的纺丝模头，使纺丝溶液从纺丝模头的喷丝孔中挤出，形成纺丝溶液细流；同时至少一股被空气加热器加热的高速喷射气流进入纺丝模头，并经由纺丝模头的气隙以15-60度的喷射角吹向挤出纺丝溶液细流；实现对纺丝溶液细流拉伸细化，同时加速纺丝溶液中溶剂挥发，形成超细纤维；利用高速喷射气流和抽吸气流将所述超细纤维在网帘上收集成网，即形成聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料；将所形成的聚丙烯腈超细纤维非织造布吸音隔热材料按设计要求进行多层铺网即得。
文档编号D01F6/40GK102121173SQ20111004177
公开日2011年7月13日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者关克田, 庄旭品, 康卫民, 焦晓宁, 程博闻 申请人:天津工业大学