模塑纤维材料与制造该材料的方法及设备的制作方法

专利名称：模塑纤维材料与制造该材料的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及模塑纤维材料，例如，可以用作诸如汽车门的装饰的装饰材料，诸如房屋的墙壁材料的建筑材料，以及家具等。本发明进一步涉及制造这种模塑材料的方法和和设备。
背景技术：
已知的纤维层压板(分层垫)可通过粘结多个分离层在纤维层压板深度或厚度方向提供天然纤维和热塑性纤维浓度的变化。如图9所示，通过粘结预先分别地和个别地制成的多层101-103制造出已知的纤维层压板100。101-103中每一层具有基本上均匀的天然和热塑性塑料纤维的浓度或混合物，虽然101-103中各层的天然和热塑性塑料纤维的浓度或混合物不同。例如，纤维层压板1000的前面和后面可以用相对富含热塑性纤维的层101组成(即层101含有较天然纤维更多的热塑性纤维)。此外，内层102-103可以具有较热塑性纤维更高浓度的天然纤维。这些纤维层压板已经用作装饰材料，诸如用于汽车门的装饰材料。
不过，已知的纤维层压板1000是不适宜的，因为必须分别地制造101-103中各层，并且101-103中各层各自需要不同的浓度和单独的制造过程。此后，101-103中各层必须在另一制造步骤中粘合在一起。因此，已知的纤维层压板制造过程需要很多步骤，并由此使生产过程复杂化和降低生产率。
发明概要因此本发明的目的是提供制造模塑纤维材料的改进技术。例如，在本发明中的一个方面，提供在制造模塑纤维材料过程中如何混合天然纤维和热塑性纤维的技术，使天然纤维和热塑性塑料纤维浓度无接缝地在模塑纤维材料的厚度或深度方向变化。
这样，在本本发明的一个实施例中，模塑纤维材料在形成时，例如洋麻纤维的天然纤维的浓度和例如聚丙烯(PP)纤维的热塑性纤维的浓度在模塑纤维材料的厚度方向逐渐变化。例如，热塑性纤维与天然纤维之比可以从第一表面逐渐和无接缝地增加到第二表面，这样第一表面具有相对较高的天然纤维浓度，而第二表面具有相对较高的热塑性树脂浓度。如此，本本发明使生产一种单独的无接缝模塑纤维材料成为可能，其中第一表面具有较高的天然纤维含量(和较低的热塑性纤维含量)，而第二表面具有较高的热塑性纤维含量(和较低的天然纤维含量)。较佳地，各种纤维的浓度基本上连续变化并且逐渐地从第一表面变化到第二表面而没有任何接缝。
这样的模塑纤维材料是有利的，因为被粘合或层压在一起的各层之间没有形成结合面。相反，基本上形成一无缝的产品，由此与已知的纤维层压板相比增加了产品的强度。此外，还消除了已知的纤维层压板夹层中的剥落，并由此与已知的纤维层压板相比本本发明的模塑纤维材料提高了耐用性。
在本发明的另一实施例中，第一和第二表面可以具有相对较高的热塑性材料浓度，而模塑纤维材料的内部可以具有相对较高的天然纤维浓度。如此，热塑性纤维的浓度连续地和无缝地大致从第一表面减少到内部，其中天然纤维浓度相应地增加。然后，热塑性纤维浓度逐渐地和无缝地从内部到第二表面变大，其中天然纤维浓度相应地减少。如此，本发明使生产这种模塑纤维材料成为可能，即其中内部具有高天然纤维含量(和低热塑性纤维含量)而外表面具有高热塑性纤维含量(和低天然纤维含量)。
在本发明的另一方面，提供制备这些模塑纤维材料的方法。例如，可以使用两种类型纤维原料并且每种类型具有不同的密度。两种类型的原材料可以混合并且散布在转送带上。模塑纤维材料可以利用两种类型纤维物质之间的密度差别形成。当然，可以利用这两种类型材料的另外性质制造本本发明的模塑纤维材料。自然，这样的方法使模塑纤维材料基本上在一步中制造完成，并且可以避免多层压制的需要。
按照本发明的一个较佳的制造方法中，原材料通过混合天然纤维和热塑性纤维形成。然后，混合物供给到一个转动的旋转体表面，并且混合物由于旋转体的转动力被分布在运载表面上。因此，天然纤维和热塑性纤维将部分地分开，并将沉积下来，使天然纤维和热塑性纤维的浓度在模塑纤维材料厚度或深度方向变化。如此，具有天然纤维和热塑性纤维变化浓度的模塑纤维材料能够在一步中完成，由此较传统技术提高了生产效率。
任选地，模塑纤维材料然后可以加热并加压成为板材。
在本发明的另一实施例中，天然纤维和热塑性纤维可以利用针刺过程互相捻合。在此，术语“互相捻合”用来意味把天然纤维和热塑性纤维通过缠绕、扭转或交织两种不同的纤维使其联合或混合。结果，在模塑纤维材料的厚度方向天然纤维和热塑性纤维被互相捻合，并由此防止两种类型的纤维剥落。
在本发明的另一实施例中，按照上述技术制造的两种模塑纤维材料可以叠加或者粘合在一起。结果，模塑纤维层压板可以由例如具有高浓度相对较的同类型的纤维的前表面和后表面，和浓度相对较高的不同类型的纤维的内部形成。当然两种不同类型纤维的浓度可以从内部向各外表面逐渐地和基本上无缝地变化或变动。
在本发明的另一方面，提供制造模塑纤维材料和实现上述和下列方法步骤的设备。例如，一种代表性的设备可以包括旋转体和向旋转体供给原料的装置。原料最好包括天然纤维和热塑性纤维的混合物，虽然在本发明中其它天然原料也可有利地使用。例如，任何包括具有至少两种不同密度的纤维或其它化合物的原料可以用来形成模塑材料，这种模塑材料具有在模塑材料的厚度或深度方向连续并且无缝地变化或变动的浓度。较佳地，原材料被供给到旋转体的表面，并且压缩或者加压空气吹向原料。因此，原料将被分布并且沉积在旋转体的表面。此外，可以提供接受和运输被分布的原料的装置。
如此，在另一较佳实施例中，包含天然纤维和热塑性纤维混合物的原料被设置在转动中的旋转体表面上，并且用压缩或加压空气吹向和/或通过原料，由此使原料分散通向运输装置。如果天然纤维较热塑性纤维的密度更大，天然纤维基本上将不受压缩空气影响，而将更多地接受转动中旋转体所产生的离心力的影响。因此，天然纤维将基本上以切线方向从旋转体抛出。
在另一方面，热塑性纤维受压缩空气的影响比转动中旋转体的离心力更大，因为它的密度较小。因此，热塑性纤维将部分地从天然纤维分离出来并且将更直接地落向运输装置。结果，形成的模塑纤维材料的顶面将具有浓度相对较高的高密度天然纤维，而形成的模塑纤维材料的底面将具有浓度相对较高的密度较低的热塑性纤维。通过适当地调整转动中旋转体的离心力和施加在原料上的空气流的压力，天然纤维和热塑性纤维沉积在运输装置上，使两种纤维在模塑纤维材料的厚度方向的浓度逐渐地变化。
在本发明的另一实施例中，设备可以进一步包括用针刺加工在运输装置上正在运输中的模塑纤维材料的装置。针刺模塑纤维材料能够使天然纤维和热塑性纤维互相捻合，而可靠地减少模塑纤维材料的剥落。
本发明另外的目的、特征和优点将在阅读下列详细描述连同附图及权利要求后能够容易地理解。
附图的简要说明

图1显示本发明代表性制造设备10。
图2显示代表性模塑过程S。
图3显示一种模塑纤维材料501，它具有热塑性(PP)纤维网51，在层压过程W中层叠在模塑纤维材料50上。
图4显示第一代表性针刺过程N。
图5显示第二代表性针刺过程D。
图6显示一种在第二代表性针刺过程D处理后的模塑纤维层压板502。
图7显示一种可以用模塑过程S生产的代表性模塑纤维材料50。
图8显示一种可以用第二代表性针刺过程D生产的代表性模塑纤维层压板502。
图9显示已知纤维层压板100。
发明的详细描述本发明的模塑纤维材料最好包括天然纤维和热塑性纤维的混合物。较佳地，天然纤维的浓度可以相对于热塑性纤维的浓度在模塑纤维材料的厚度或深度方向逐渐地和无缝地变化。在一个实施例中，在模塑纤维材料的第一表面上热塑性纤维的浓度可以大于天然纤维，而在模塑纤维材料的第二表面上天然纤维的浓度可以大于热塑性纤维。在另一实施例中，在模塑纤维材料的各外侧表面上热塑性纤维的浓度可以大于天然纤维，并且在模塑纤维材料的内部天然纤维的浓度可以大于热塑性纤维。
制造模塑纤维材料的方法可以包括供给纤维原料到旋转体表面。较佳地，纤维原料包括天然纤维和热塑性纤维的混合物，并且热塑性纤维最好具有比天然纤维较少或较低的密度。然后，可以转动旋转体以便朝运载表面分布供给到旋转体的天然纤维和热塑性纤维，该运载表面例如可以是传送带。分布可以由于旋转体的转动力和天然纤维与热塑性纤维之间的密度差别所造成。可选地，加压的空气流可以吹向分布的原料，以便进一步影响天然纤维和热塑性纤维的分布或分离。天然纤维和热塑性纤维最好设置或沉积在运载表面或传送带上，使天然纤维和热塑性纤维的浓度逐渐地和无缝地在模塑纤维材料的厚度方向变化。
更进一步的方法包括把热塑性纤维层叠在模塑纤维材料上。此外或作为选择，天然纤维可以与热塑性纤维互相捻合。在另一实施例中，两种模塑纤维材料可以层压或者粘合在一起以形成模塑纤维层压板。
制造模塑纤维材料的设备可以包括旋转体和把原料供给到旋转体表面的装置。较佳地，原料包括至少两种具有不同密度的纤维。为了使原料分散，提供使增压空气吹向布置在旋转体表面上原料的装置。此外，还提供接受和运输已分布原料的装置。任选地，可以提供针刺布置在运输装置上已经分布原料的装置。
在以上各材料、方法和设备中，热塑性纤维最好包括聚丙烯纤维而天然纤维最好包括洋麻纤维。
以上和以下揭露的各附加的特征和方法步骤可以单独采用，或者与其它特征和方法步骤联合利用，以提供改良的模塑纤维材料和制造和利用这些模塑纤维材料的方法及设备。本发明若干代表性的例子可以说明如何联合利用这些附加特征和方法步骤，并将参照附图予以详细描述。这一描述仅仅是为教导本行业熟练人员深入细节以便实施本发明中较好的方面而不是为了限定本发明的范围。只有权利要求限定了发明的权利要求范围。因此，在下列详细描述中揭示的特征和步骤的组合在广义上不一定必须用来实施本发明，而仅仅用来具体地描述本发明代表性例子。此外，代表性例子的各种特征和有关的权利要求可以某种形式组合起来，它们并不一定具体为了提供本发明附加的有用实施例而列举。
首先参见图7，其中显示能够按照本发明制造的代表性模塑纤维材料50。模塑纤维材料50最好包括洋麻纤维(它是从洋麻韧皮获得的天然纤维)和聚丙烯(PP)纤维(即热塑性纤维)的混合物，图7中显示的下表面具有相对较高的PP纤维浓度(即“富含PP”)，而上表面具有相对较高的洋麻纤维浓度(即“富含洋麻”)。
图7中在从下表面过渡到上表面中，PP纤维浓度减少而洋麻纤维浓度增加。较佳地，这两种浓度逐渐地、连续地和无缝地在模塑纤维材料50的厚度或深度方向变化(即图7中的垂直方向)。因此，模塑纤维材料50不包含接合界面，即使洋麻和PP浓度在模塑纤维材料50的厚度方向有变化。
在此，术语“逐渐地变化”表示至少纤维成份之一的浓度逐渐地变化而不在模塑纤维材料内部形成接合界面。因此，术语“逐渐地变化”有别于已知的纤维层压板，这些纤维层压板是通过粘结多个单独的分层形成，因此在已知的层压板中各分层之间形成接合界面。
图1中显示代表性制造设备10，并且最好构造和布置成为可以执行模塑过程S、层叠过程W和针刺过程N。模塑过程S最好通过转动中的旋转体11、把原料12送到旋转体11的表面上的原料进料器13和当原料12沉积在旋转体11的表面上时使原料12分散的吹风机14来完成。旋转体11在行业中也称作旋转鼓，并且这两种术语可以互换使用。最好提供传送带15以便接受和输送分散的原料12。
在一个代表性实施例中，洋麻纤维(天然纤维)和PP纤维(热塑性纤维)可以按重量比例1∶1左右混合，并且该混合物可以用作原料12。不过，按照本发明自然可以有利地应用其它重量比例。洋麻纤维一般较PP纤维密集。此外，个别洋麻纤维具有棍状形状，这限制了压缩空气的效果。另一方面，个别的PP纤维具有波纹形状并且PP纤维一般互相捻合。因此PP纤维更多地被压缩或加压空气所影响。
原料进料器13可以包括用来装填原料12的送料斗13a和用来从送料斗13a下方进送原料12的上、下传送带13b、13c。原料12最好供给到旋转体11的后部(图1中左侧部分)。
多个滚筒对11a设置在旋转体11的后部和上部之间。各滚筒对11a可以包括一个大的和一个小的滚筒(例如，助转筒(walker roller)和喂料筒)。原料12被送上旋转体11的表面，然后被滚筒对11a-11a所滚轧和疏松。
空气吹风机14最好设置在旋转体11的前方表面(图1中右侧部分)的上方。空气吹风机14把压缩或加压空气吹向已经被滚筒对11a所疏松的原料12。结果，原料12从旋转体11表面向下被吹向传送带15的运载表面。此外，由于旋转体11的转动而带动原料12所造成的惯性力(离心力)使原料12向前(图1中向右方向)卸料。
如图2所示，洋麻纤维(天然纤维)密度较PP纤维(热塑性纤维)大，而基本上不受从吹风机14吹出的高压空气的影响。因此，旋转体的离心力基本上作用在洋麻纤维上，而使洋麻纤维分散并使其相对地以切线方向从旋转体11出去，达到较远距离，如图2中白色箭头所示。另一方面，因为PP纤维密度较洋麻纤维小，PP纤维较少受到离心力影响而较大受到吹风机14出来的压缩空气影响。因此，PP纤维将部分地从洋麻纤维分离出来，并更直接地向下跌落，如图2中黑色箭头所示。如此，PP纤维的浓度(分散比)在靠近旋转体11上将较高，而洋麻纤维的浓度(分散比)在离旋转体11较远处将较高。因此，洋麻纤维和PP纤维的浓度可以在模塑纤维材料50的厚度或深度方向上变化。
作为传送带15最好使用网状传送带。可以在传送带15下面和在吹风机14向原料12吹风的范围的下方设置抽吸装置16。如此，抽收装置16能够保证PP纤维和洋麻纤维被有效地沉积在传送带15上。
如图2所示传送带15向左运动。起初，PP纤维在靠近旋转体11的范围内以相对较高的浓度沉积下来。然后，当PP纤维被运送向右时，沉积过程使洋麻纤维浓度逐渐增加。因此，在运载表面上形成模塑纤维材料50，并且两纤维浓度在厚度或深度方向上逐渐变化。
从旋转体11上出去达到一定距离后，PP纤维的含量减少而洋麻纤维以相对较高比例沉积。由于这一原因，所形成的模塑纤维材料50中，在传送带15的运载表面(下侧)上PP纤维浓度较高(PP-富含)，而洋麻纤维浓度朝上表面逐渐增加(洋麻-富含)。图7中所示模塑纤维材料50具有这样的结构，其中第一侧或表面为相对富含PP(即，PP纤维浓度相对洋麻纤维较高)，而第二侧或表面为相对富含洋麻(即，洋麻纤维浓度相对PP纤维较高)。
其次，任选地可以通过将含有100％PP纤维的PP纤维网51(热塑性纤维层)粘合到其上表面(即，洋麻富含一侧)进行层叠过程W。结果，如图3所示制成模塑纤维材料501。自然地，PP纤维织物或网51可以与模塑纤维材料50分开制造。
再回到图1，在模制过程S的下游可以任选地设置交错层装置(cross-layerdevice)17。交错层装置17可以用来层叠PP纤维织物或网51，该织物51从梳理机(line card machine)20输出，送到模塑纤维材料50的上表面。
模塑纤维材料501然后可以任选地经受针刺过程N，该过程可以通过设置在交错层装置17下游的捻合装置18来完成。捻合装置18可以使模塑纤维材料50与PP纤维腹板51互相捻合，如图4所示。多个刺针18a可以与运输路线同步在垂直方向往复地运动，并从PP纤维网51一侧穿通层压板，由此捻合模塑纤维材料501。在针刺过程N中捻合的模塑纤维材料501然后可以向下游运输，并且用切割装置19切割成适当的长度。此后，模塑纤维材料501可以，例如，在随后的过程中加热和压缩成板材。
这样，代表性实施例就提供一种在一个步骤中从洋麻纤维和PP纤维形成模塑纤维材料50的方法和设备，由此较传统工艺可缩短制造过程和改进生产效率。此外，在模塑纤维材料50内部不存在接合界面，因此可靠地防止在接合界面上的剥落，与传统工艺相比可提供一种更耐久的模塑纤维材料。
自然地将考虑代表性实施例的各种改型。例如，如图8所示，一种模塑纤维层压板502能够通过层叠模塑纤维材料52与模塑纤维材料50而获得。当然，模塑纤维材料52可以简单地是反置的模塑纤维材料50，或者是完全不同的成份。这种技术的代表性实施例显示在图6中，其中模塑纤维材料52和模塑纤维材料50层叠或粘合在一起，使各洋麻富含一侧设置在内部，以便形成模塑纤维层压板502。如此，模塑纤维层压板502可以在其外部表面具有浓度相对较高的PP纤维，而在内部有浓度相对较高的洋麻纤维。
此外，如图5所示，模塑纤维层压板502可以用第二针刺过程D捻合。两台捻合装置21、22布置成为可以在模塑纤维层压板502的相对二表面进行捻合。例如，左侧的捻合装置21可以从上表面(PP纤维富含区)穿刺模塑纤维层压板502。此后，模塑纤维层压板可以被捻合装置22从下表面(PP富含区)穿刺。结果，模塑纤维材料50和模塑纤维材料52被紧密地层叠或粘合在一起，从而获得一种具有两种等级表面的模塑纤维层压板502。模塑纤维层压板502当然可以像上述模塑纤维材料501一样切割成为适当的长度。此后，模塑纤维层压板502可以加热和加压以便形成板材。
当然，按照本发明制成的模塑纤维层压板502可提供附加的优点。例如可以在单一的层叠或粘合步骤中，制造一种在内部某一成分浓度相对较高，而在外部另一成分浓度相对较高的层压板。此外，因为在模塑纤维层压板502的内部和外部之间浓度逐渐变化，剥落问题减少而耐久性增加。
代表性实施例可以进一步通过使用一种醋酸纤维素改进，这可以通过混合苄基纤维素、月桂酰纤维素或聚乙二醇获得，作为热塑性纤维。此外，代替洋麻纤维，其它天然纤维也可有利地采用，诸如非木质纤维，包括但不限于桑皮纸(paper mulberry)、马尼拉大麻，麦杆、甘蔗渣和类似的纤维，木质纤维，包括但不限于松柏科树或阔叶树，以及机械纸浆、化学纸浆、半化学纸浆和再生纸浆。此外，各种人造纤维素纤维可以从这类纸浆中合成，这些人造纤维素纤维在本发明范围内可以用作原料。
此外，虽然在上述代表性实施例中原料12用旋转体11的转动力分散，原料12也可以用其它装置分散。例如，可以用一种结构，其中分散作用是通过吹风机使空气吹向传送带15而实施。
权利要求
1.一种模塑纤维材料(50、501、502)，包括天然纤维和热塑性纤维的混合物，其中天然纤维相对于热塑性纤维的的相对浓度在模塑纤维材料(50、501、502)的厚度或深度方向的至少一部分中逐渐地和无缝地变化。
2.一种按照权利要求1的模塑纤维材料，其特征在于，热塑性塑料的浓度在模塑纤维材料(50)的第一表面上大于天然纤维，而天然纤维的浓度在模塑纤维材料(50)的第二表面上大于热塑性纤维。
3.一种按照权利要求1的模塑纤维材料，其特征在于，热塑性塑料的浓度在模塑纤维层压板(502)的外部表面上大于天然纤维，而天然纤维的浓度在模塑纤维层压板(502)的内部大于热塑性纤维。
4.一种按照权利要求1、2或3的模塑纤维材料，其特征在于，热塑性纤维包括聚丙烯纤维而天然纤维包括洋麻纤维。
5.一种制造模塑纤维材料(50)的方法，包括把纤维原料(12)供给到旋转体(11)的表面，纤维原料包括热塑性纤维和天然纤维的混合物，而热塑性纤维具有与天然纤维不同的密度，转动旋转体(11)，由于旋转体的转动力和热塑性纤维与天然纤维之间的密度差，使供给到旋转体的天然纤维和热塑性纤维朝运载表面(15)分散，以及把天然纤维与热塑性纤维沉积在运载面(15)上，使天然纤维与热塑性纤维的浓度逐渐地和无缝地在模塑纤维材料的厚度方向上变化。
6.一种按照权利要求5的方法，其特征在于进一步包括引导加压空气源(14)经过分散的原料(12)，以便促使热塑性纤维和天然纤维进一步的分离。
7.一种按照权利要求5或6的方法，其特征在于进一步包括捻合天然纤维和热塑性纤维。
8.一种按照权利要求5、6或8的方法，其特征在于进一步包括将两件模塑纤维材料(50)层叠在一起，形成模塑纤维层压板(502)。
9.一种按照权利要求5、6或7的方法，其特征在于进一步包括把热塑性纤维(51)层叠在模塑纤维材料(50)上。
10.一种按照权利要求5-9中的任何一项的方法，其特征在于，热塑性纤维包括聚丙烯纤维，而天然纤维包括洋麻纤维。
11.一种制造模塑纤维材料(50)的设备(10)，包括一旋转体(11)，供给原料(12)到旋转体(11)表面的装置(13)，原料(12)包括至少两种不同密度的纤维，将增压空气吹到被导向到旋转体(11)表面的原料(12)的装置(14)，由此分散和沉积该原料(12)，以及接受和运输分散原料(12)的装置(15)。
12.一种按照权利要求11的设备(10)，其特征在于进一步包括设置在运输装置(15)上的针刺原料(12)的装置(18)。
13.一种按照权利要求11或12的设备(10)，其特征在于，热塑性纤维包括聚丙烯纤维而天然纤维包括洋麻纤维。
全文摘要
包括天然纤维和热塑性纤维混合物的原料(12)被供给到旋转体(11)。通过旋转体的转动力，天然纤维和热塑性纤维被分散并趋向传动带(15)的表面。一台空气吹风机引导加压空气到分散的原料(12)，以便进一步促使天然纤维和热塑性纤维分离。因此，天然纤维和热塑性纤维以一种方式沉积下来，即天然纤维和热塑性纤维的相对浓度逐渐地和无缝地在形成的模塑纤维材料(50)的厚度或深度方向变动或变化。
文档编号D04H1/498GK1466639SQ01816383
公开日2004年1月7日 申请日期2001年9月27日 优先权日2000年9月27日
发明者加藤刚裕, 三后久美子, 美子, 人, 野村雅人, 早川和男, 男 申请人:亚乐克株式会社, 株式会社大塚