专利名称：团簇状纤维热塑性复合片材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合片材，特别是涉及一种团簇状纤维热塑性复合片材。
背景技术：
目前国内外无论是干法工艺还是湿法工艺制备的纤维热塑性复合片材，如麻纤维复合板材、PP玻纤复合板材等，由于其工艺的特点，使得片材的基体中纤维取向较强，影响板材的力学指标及性能。干法工艺采用非纺织工艺的梳理、铺网、针刺工艺，它是将增强纤维与热熔纤维经混合后，通过开松、梳理、铺网、针刺等制备成针刺毡，针刺基毡经烘焙、复合、定型制备成纤维热塑性复合片材，片材基体由多层单纤网铺设组成，纤维方向性较强， 针刺固网对纤维的损伤较大，使得复合板材的纵横向强度比值均大于1 1.5，梳理针刺纤维基毡均勻性较差，造成片材不勻率均在4% 7% ；湿法工艺的片材基体制备是通过改进了的造纸工艺制造，它用泡沫代替传统淤浆中的水，通常淤浆起着携带纤维及将矿物填料形成纤维基毡，纤维基毡经排湿、烘焙、复合、定型制备成复合板材，片材基体同样由多层单纤网叠加组成，纤维受液态流动的影响方向性较强，导致湿法工艺复合板材纤维的纵横向强度比值均大于1 2.2。由于上述热塑性复合片材工艺特点，片材中纤网由多层单纤网铺设和叠加组成， 纤维不具各向同性，使得片材纵横向强度比值差异较大、片材抗剪切力较差，目前对高拉伸饰件仍然是靠增加材料单位面积克重来实现，轻质的减料效果不显著。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗剪性能提高，各个方向的抗拉和抗弯力学性能强，膨化率高，密度低，质量强度高的团簇状纤维热塑性复合片材。为了解决上述技术问题，本发明提供的团簇状纤维热塑性复合片材，包括片材上表面层、中间纤维与混合粉末基体层和片材下表面层，所述的中间纤维与混合粉末基体层是采用如下步骤生产方法的定长的纤维丝在输送气流的作用下经由输送管道进入到气动分散混合室的喷射口，受到输送气流、上升分散气流、以及多组侧向搅拌分切气流的相互剪切作用后，使进入到气动分散混合室的纤维丝得到充分分散形成团簇状纤维和纤维单丝； 同时，团簇状纤维和纤维单丝与喷入的混合粉末达到均勻混合和粘附；团簇状纤维和纤维单丝受上升气流和侧向搅拌分切气流形成流场的作用，连续不断地通过输送管道输送至混合沉降室，粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝及混合粉末在重力和流场的作用下飘落于成网沉降斗，成网沉降斗将粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝及混合粉末均勻的沉降在成网运输带上，连续不断沉降的粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝和混合粉末形成了多层叠加的杂乱无序的三维团簇状纤维胚毡，即一定宽度、厚度、均勻的团簇状纤维与混合粉末基体层。所述的混合粉末是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、碳酸钙、滑石粉、高岭土或阻燃剂填料。
所述的无捻纤维粗纱是碳纤维、玻璃纤维、麻纤维或木纤维。所述的纤维长度为IOmm 150mm。所述的中间纤维与混合粉末基体层中，团簇状纤维与混合粉末的质量比例为 50 65 50 35。采用上述技术方案的团簇状纤维热塑性复合片材，片材纤维分散、成网是采用气动搅拌分散、混合、沉降成网工艺装置完成，它将连续纤维经松解、分散、剪切定长，剪切后的纤维在输送气流的作用下进入气动分散混合室，进入到气动分散混合室的纤维受上升气流和流场作用逐步进入分散搅拌区域，随流场通过分散搅拌区域的纤维束，同时受多组顺时针方向和逆针方向分切旋转气流的分切作用，使得纤维束在分散搅拌区域得到逐步分散成弯曲的单纤维和卷曲的团簇状纤维，纤维束搅拌分散的同时在静电的作用下粘附部分混合粉末，分散粘附后的团簇状纤维在流场的作用下，被连续输送至混合成网室，进入到混合成网室的粘附的团簇状纤维及混合粉末，由于受流场和白重作用进入静电粉末雾化区域， 混合粉末在喷粉气流和静电的作用下形成静电粉末雾化区域，使通过该区域的团簇状纤维表面进一步均勻粘附混合粉末，均勻混合粘附后的团簇状纤维与混合粉末随气流及白重沉降于成网帘，连续不断沉降的纤维和聚丙烯粉末形成了杂乱的无序团簇状纤网，多层连续团簇状纤网的叠加形成了杂乱无序的三维团簇状纤维与混合粉末基体层，杂乱无序的三维团簇状中间纤维与混合粉末基体层经烘烤、定型后制备成团簇状纤维热塑性复合片材。本发明的优点是由于片材中长纤维以团簇状形式存在热塑性片材中，其成型方式是一个整体结构，不像传统产品由多层铺设组成，在横向外力作用时，不存在脱层、层间隙、 层与层错位等现象，故其抗剪性能优越于同类产品；其次纤维存在形式具有各向同性，故其各个方向的抗拉和抗弯力学性能优越于同类产品，减少纵横向强度比值；另聚丙烯PP混合粉末可依据片材的市场需求，进行改性及阻燃等处理，满足纤维片材的特性需求，且胚毡中纤维未受机械固网的损伤，提高纤维复合板材的力学强度、膨化率。用该团簇状纤维热塑性复合片制备的汽车车内饰件和建筑吸音装饰件，具有质量轻、强度高、膨化率高、板材纵横向强度比值小、吸音、隔热、环保的优点。综上所述，本发明是一种抗剪性能提高，各个方向的抗拉和抗弯力学性能强，膨化率高，密度低，质量强度高且具有轻质、耐潮湿、无毒、无害的团簇状纤维热塑性复合片材。
图1是制作团簇状纤维热塑性复合片材设备整体图。图2是气动分散-混合-静电粘附、沉降成网装置结构示意图。图3是沿图2中A-A线剖示图。图4是本发明的结构示意图；图5是本发明的50倍金相图片。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。由图1、图2和图3可见，纤维分散、静电、剪切装置结构是金属导轮和胶轮1、刺辊2、导向轮3和剪切刀轮4依次排列后对接锥斗5，锥斗5对接输送管道6 ；
气动分散-混合-静电粘附、抛撒、沉降成网装置包括一个底部为锥型的浮动分散气流分布和静电分布的装置，其内锥斗10设有均布的上升分散气流喷口 12和4组静电喷嘴13，内锥斗10设有喷射口 11，喷射口 11对接有喷射气流入口 7和输送管道6，外锥斗 9设有浮动气流的进口 8;一个与外锥斗9连接的气动分散混合室17，气动分散混合室17设有搅拌气流外筒16，搅拌气流外筒16设有侧向搅拌分切气流入口 18，气动分散混合室17设有顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15，顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15各分别由四 六组组成，顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15不在同一个平面内，在气动分散混合室17的轴向上交替设置，顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15沿气动分散混合室17的筒体轴向的夹角为75 85度，筒体圆周切向夹角为55 85度；一个与气动分散混合室17连接的输送通道21，浮动气板20沿输送通道21的底部弧线设置，且沿物料输送方向有8 20度夹角均布的浮动气孔，由浮动气板20设有浮动气流入口 19 ；一个与输送通道21另一端连接的沉降混合室23，沉降混合室23设有四组静电喷粉喷口 22，底部为成网沉降斗M。成网沉降斗M出口对接成网运输带25，成网运输带25前端对接有第一无纺布辊轮观，成网运输带25上在每个成网沉降斗M后设有辊轮沈，成网运输带25后端对接有撒粉装置27、高温烘烤装置四、胶膜辊轮30、第二无纺布辊轮34、复合辊31、冷却辊32和裁剪刀33。参见图4和图5，团簇状纤维热塑性复合片材包括片材上表面层37、中间纤维与混合粉末基体层35和片材下表面层36，中间纤维与混合粉末基体层35是采用如下步骤生产方法(1)、纤维分散、静电、剪切在无捻纤维粗纱通过金属导轮和胶轮1碾压的同时使其带上静电荷50 110KV，带有静电荷的纤维束通过刺辊2梳针梳理，由于受金属与胶辊 1的碾压和刺辊2的梳理，纤维束的单丝间进一步产生相对滑动、松解、分散，分散后的纤维束和单丝通过导向轮3进入剪切刀轮4后，被剪切成为长度为IOmm 150mm的纤维丝，剪切后的纤维束落入到锥斗5中，喷射气流入口 7通入流量为5 20m3/h的输送气流，此时纤维束由于受到输送气流的负压作用被带入输送管道6 ；(2)、气动分散-混合-静电粘附剪切后的纤维丝在输送气流的作用下经由输送管道6进入到气动分散混合室17的喷射口 11，受到输送气流、上升分散气流喷口 12的上升分散气流、以及多组顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15喷射的侧向搅拌分切气流的相互剪切作用后，使进入到气动分散混合室17的纤维束得到充分分散形成团簇状纤维和纤维单丝，上升分散气流喷口 12的上升分散气流的流量为 20 100mvh，顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15的侧向搅拌分切气流的流量为40 120m3/h ；同时，分散的团簇状纤维和纤维单丝与4组静电喷嘴 13喷入静电荷50 110KV的粒径为75 μ m 500 μ m的混合粉末在静电场的作用下达到均勻混合和粘附，纤维丝与混合粉末的质量比例为70 80 20 30;分散、混合、粘附后的团簇状纤维和纤维单丝受上升气流和侧向搅拌分切气流形成流场的作用，连续不断地通过输送通道21输送至混合沉降室23，输送通道21下部设有的浮动气板20提供浮动气体对输送通道21内的团簇状纤维和纤维单丝提供浮动动力，浮动气板20的气流的流量为10 60m3/h ；(3)、混合沉降成网团簇状纤维及纤维单丝进入混合沉降室23后由四组静电喷粉喷口 22进行静电喷混合粉末，使其进一步粘附一定量的混合粉末，纤维单丝与混合粉末的质量比例为阳 70 30 45;粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝及混合粉末在重力和流场的作用下飘落于成网沉降斗对，成网沉降斗M将粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝及混合粉末均勻的沉降在成网运输带25上，连续不断沉降的粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝和混合粉末形成了多层叠加的杂乱无序的三维团簇状纤维网， 即一定宽度、厚度、均勻的团簇状纤维与混合粉末基体层35 ；(4)、基毡撒粉均勻团簇状纤维与混合粉末基体层35经辊轮沈定型后通过撒粉装置27撒粉处理基毡表面，使其表面形成25g/m2 45g/m2混合粉末层，以改善板材表面的平整度，提高复合板材的强度质量及表观质量；(5)、烘烤复合定型将步骤⑷形成的基毡经过高温烘烤装置四完成排湿、软化、 熔融、塑化；塑化后的基毡经复合辊31、冷却辊32复合定型；然后完成板材的无纺布辊轮观提供的无纺布、胶膜辊轮30提供的胶膜的复合、裁剪刀33的剪切，形成具有一定强度、厚度连续的团簇状纤维热塑性复合片材，即团簇状玻璃纤维增强热塑性复合板材。上述的混合粉末是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、碳酸钙、滑石粉、高岭土或阻燃剂填料。上述的无捻纤维粗纱是碳纤维、玻璃纤维、麻纤维或木纤维。本工艺中无捻粗纱玻璃纤维束通过该装置的金属导轮和胶轮1、刺辊2、导向轮3、 剪切刀轮4，处理成为有一定松散、定长的纤维束和单丝，切断的纤维束和单丝由输送气流经输送管道6和喷射口 11至气动分散混合室17内；纤维束和单丝在输送气流、上升分散气流、顺时针和逆时针侧向搅拌分切气流、及静电混合粉末气流的作用下，完成了纤维束的充分分散形成团簇状纤维，并且达到纤维单丝与静电混合粉末的混合粘附；混合粘附的玻璃纤维丝经输送通道21送至到混合沉降室23，混合粘附的团簇状纤维和纤维丝通过静电喷粉，使其进步粘附一定量的静电混合粉末，粘附静电混合粉末纤维单丝及静电混合粉末，在重力和气流流场的作用下地飘落于成网沉降斗对，成网沉降斗M将混合的纤维丝及混合粉末均勻的沉降在成网运输带25上，依据产品的工艺技术要求，由不同数量气动分散成网装置的组合形式，制成一定宽度、厚度、面密度的纤维无序紊乱的团簇状纤维、纤维单丝、混合粉末基毡；基毡经过定型、撒粉、无纺布、烘烤、胶膜、复合定型、冷却定型、剪切装置，完成软化、熔融、胶膜、无纺布的复合和板材的定型、冷却、固化、剪切等工序，制备成具有一定强度、厚度连续的团簇状玻璃纤维增强热塑性复合板材。本发明与现有工艺相比，由于片材中长纤维以团簇状形式存在热塑性片材中，其成型方式是一个整体结构，不像传统产品由多层铺设组成，在横向外力作用时，不存在脱层、层间隙、层与层错位等现象，故其抗剪性能优越于同类产品；其次纤维存在形式具有各向同性，故其各个方向的抗拉和抗弯力学性能优越于同类产品，减少纵横向强度比值；另混合粉末可依据片材的市场需求，进行改性及阻燃等处理，满足纤维片材的特性需求，且胚毡中纤维未受机械固网的损伤，还可以通过调整每组气动搅拌分散-成网装置的纤维与混合粉末的比例，形成板材的夹心结构的组合，提高板材的膨化率，降低密度，增加板材的质量， 同时该工艺流程简单，设备投资少，能耗低，环保且易形成大规模产业化生产等优点。采用本工艺制备的玻璃纤维增强热塑性复合板材，经测试，该轻质板材拉伸强度、 拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量等物理指标优越。以下通过实施例对本发明的相关内容进一步说明。实施例1 气动分散混合室17的直径尺寸为800mm，输送管道6直径为Φ20πιπι、上升分散气流喷口 12直径Φ 15mm、顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15的直径均为Φ 10mm。备料无碱玻璃纤维2400tex (无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径13 μ m)，玻璃纤维束剪切长度为50 75mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，胶面采用PP膜55g/m2，无纺布采用复合有PE胶面的水刺无纺布100g/m2 (其中PE膜45g/m2、PET水刺无纺布55g/m2)。玻纤输送气流速度为4m/s，上升分散气流速度为3m/s，侧向搅拌分切气流的速度为 2. 0m/so由沉降成网装置制成的杂乱无序三维排列的均勻基毡，基毡经过撒粉、无纺布、 烘烤、胶膜复合、复合辊、冷却定型、剪切等装置，完成软化、熔融、胶膜、无纺布的复合和板材的定型、冷却、固化、剪切等工序，制备成的玻璃纤维增强热塑性复合板材，板材面密度 1570g/m2、板材密度0. 69g/cm3、板材厚度δ 3. 2mm，经测试，板材拉伸强度13. 72Mpa、弯曲强度10. 97Mpa、断裂伸长率3.12%。实施例2 气动分散混合室17的直径尺寸为600mm，输送管道6直径为Φ 18mm、上升分散气流喷口 12直径Φ 15mm、顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15的直径均为Φ 10mm。备料无碱玻璃纤维2400tex (无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径13 μ m)，玻璃纤维束剪切长度为50 75mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，聚乙烯(PE)粉(密度0. 95g/ cm3、60目)，胶面采用PP膜55g/m2，无纺布采用针刺无纺布80g/m2。玻纤输送气流速度为5m/s，上升分散气流速度为4m/s，侧向搅拌分切气流的速度为 3m/sο由沉降成网装置制成的杂乱无序三维排列的均勻基毡，基毡经过撒粉、无纺布、 烘烤、胶膜复合、复合辊、冷却定型、剪切等装置，完成软化、熔融、胶膜、无纺布的复合和板材的定型、冷却、固化、剪切等工序，制备成的玻璃纤维增强热塑性复合板材，板材面密度 1550g/m2、板材密度0. 62g/cm3、板材厚度δ 3. 0mm，经测试，板材拉伸强度14. 78Mpa、弯曲强度12. 68Mpa、断裂伸长率2. 96 %。实施例3 气动分散混合室17的直径尺寸为500mm，玻纤输送管道直径为Φ25πιπι、上升分散气流喷口 12的直径Φ 15mm、顺时针侧向搅拌分切气流喷口 14和逆时针侧向搅拌分切气流喷口 15的直径均为Φ 8mm。备料无碱玻璃纤维2400tex (无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径13 μ m)，玻璃纤维束剪切长度为70 75mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，聚乙烯(PE)粉(密度0. 95g/cm3、60目)，胶面采用PP膜55g/m2，无纺布采用针刺无纺布80g/m2。玻纤输送气流速度为3. 5m/s，上升分散气流速度为3m/s，侧向搅拌分切气流的速度为 2. 5m/s。由沉降成网装置制成的杂乱无序三维排列的均勻基毡，基毡经过撒粉、无纺布、 烘烤、胶膜复合、复合辊、冷却定型、剪切等装置，完成软化、熔融、胶膜、无纺布的复合和板材的定型、冷却、固化、剪切等工序，制备成的玻璃纤维增强热塑性复合板材，板材面密度 1620g/m2、板材密度0. 58g/cm3、板材厚度δ 3. 5mm，经测试，板材拉伸强度15. 16Mpa、弯曲强度12. 83Mpa、断裂伸长率3. 76 %。实施例4 备料无碱玻璃纤维MOOt ex (无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径13 μ m)，玻璃纤维束剪切长度为60mm，145#聚丙烯PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，玻纤与PP粉末的质量比例为65 35。本发明团簇状纤维热塑性复合片材面密度1570g/m2、板材密度0. 67g/cm3、板材厚度δ 3. 2mm，经测试，板材横向弯曲强度13. 08Mpa、板材纵向拉伸强度12. 65Mpa ；板材横向弯曲强度8. lOMpa、板材纵向弯曲强度9. OSMpa ；板材烘焙后膨化率520%。实施例5 备料无碱玻璃纤维MOOtex (无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径13 μ m)，玻璃纤维束剪切长度为55mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，玻纤与PP粉末的质量比例为 63 37。本发明团簇状纤维热塑性复合片材面密度1550g/m2、板材密度0. 72g/cm3、板材厚度δ 3. Omm，经测试，板材横向弯曲强度13. 78Mpa、板材纵向拉伸强度12. 67Mpa ；板材横向弯曲强度11. 40Mpa、板材纵向弯曲强度10. 97Mpa ；板材烘焙后膨化率580%。
权利要求
1.一种团簇状纤维热塑性复合片材，包括片材上表面层(37)、中间纤维与混合粉末基体层(3 和片材下表面层(36)，其特征是所述的中间纤维与混合粉末基体层(3 是采用如下步骤生产方法的定长的纤维丝在输送气流的作用下经由输送管道进入到气动分散混合室的喷射口，受到输送气流、上升分散气流、以及多组侧向搅拌分切气流的相互剪切作用后，使进入到气动分散混合室的纤维丝得到充分分散形成团簇状纤维和纤维单丝；同时， 团簇状纤维和纤维单丝与喷入的混合粉末达到均勻混合和粘附；团簇状纤维和纤维单丝受上升气流和侧向搅拌分切气流形成流场的作用，连续不断地通过输送管道输送至混合沉降室，粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝及混合粉末在重力和流场的作用下飘落于成网沉降斗，成网沉降斗将粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝及混合粉末均勻的沉降在成网运输带上，连续不断沉降的粘附有混合粉末的团簇状纤维和纤维单丝和混合粉末形成了多层叠加的杂乱无序的三维团簇状纤维胚毡，即一定宽度、厚度、均勻的团簇状纤维与混合粉末基体层(35)。
2.根据权利要求1所述的团簇状纤维热塑性复合片材，其特征是所述的混合粉末是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、碳酸钙、滑石粉、高岭土或阻燃剂填料。
3.根据权利要求1或2所述的团簇状纤维热塑性复合片材，其特征是所述的无捻纤维粗纱是碳纤维、玻璃纤维、麻纤维或木纤维。
4.根据权利要求1或2所述的团簇状纤维热塑性复合片材，其特征是所述的纤维长度为 IOmm 150mmo
5.根据权利要求1或2所述的团簇状纤维热塑性复合片材，其特征是所述的中间纤维与混合粉末基体层中，团簇状纤维与混合粉末的质量比例为50 65 50 35。
全文摘要
本发明公开了一种团簇状纤维热塑性复合片材，包括片材上表面层(37)、中间纤维与混合粉末基体层(35)和片材下表面层(36)，所述的中间纤维与混合粉末基体层(35)是采用如下步骤生产方法的(1)、纤维剪切；(2)、气动分散-混合-粘附；(3)、混合沉降成网。本发明是一种抗剪性能提高，各个方向的抗拉和抗弯力学性能强，膨化率高，密度低，质量强度高且具有轻质、耐潮湿、无毒、无害的团簇状纤维热塑性复合片材。
文档编号B32B5/24GK102416718SQ201110207458
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者戴宏亮, 汤青红, 董升顺, 蒋建云 申请人:湖南亚太实业有限公司