一种复合非织造布、复合板材及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合非织造布、复合板材及其生产方法，该复合非织造布至少包括一个复合结构体，所述复合结构体包括织物层和非织造布层，所述构成复合结构体的非织造布层在织物层的一面或两面，所述非织造布层中含有聚乳酸纤维和洋麻纤维。该复合板材至少包括一层织物层和树脂层，所述织物层存在于树脂层的表面或中间，所述树脂层中含有聚乳酸基体和洋麻纤维，洋麻纤维分散在聚乳酸基体中。本发明的复合非织造布具有强度高的特点，复合板材具有弯曲强度高、尺寸稳定性好、对环境无污染、生产成本低的特点。
【专利说明】一种复合非织造布、复合板材及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合非织造布、复合板材及其生产方法。
【背景技术】
[0002]目前，利用自然界中资源最为丰富的天然植物纤维开发具有优良性能和价格便宜的复合材料，该研究已引起人们的高度重视。天然植物纤维具有价廉质轻、比强度和比刚度高等优良特性，特别是其属于可再生资源，可自然降解材料，是其它增强材料所无法比拟的。比如现有汽车内饰件产品多采用化学合成材料，这种材料是不可再生的，加工后对环境也会造成一定的污染，而且制得板材产品的强度也得不到满足。
[0003]如中国公开专利CN101812773公开了一种汽车内饰件复合材料及其生产方法，该专利采用聚乳酸纤维与天然纤维混合得到纤维网作为无纺布层，然后再进行后加工得到复合材料，因为只有一层或两层以上的无纺布进行加工，所以得到的复合材料如果在高低温的条件下，复合材料很容易会裂化或变形，也就是其弯曲强度和耐温尺寸稳定性差。
[0004]又如中国公开专利CN1400092公开了一种树脂成型部件的制造方法，该专利采用增强纤维和生物降解性树脂制得的树脂成型材料，这种树脂成型材料在高温环境中只能短时间的放置，而且该增强纤维是无机纤维，加工织造过程中能源消耗大、成本高，且不环保。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种强度高的复合非织造布。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种强度高、高低温条件下尺寸稳定性好、对环境无污染、生产成本低的复合板材及其生产方法。
[0007]本发明的技术解决方案如下:本发明的复合非织造布，该复合非织造布至少包括一个复合结构体，上述复合结构体包括织物层和非织造布层，所述构成复合结构体的非织造布层在织物层的一面或两面，上述非织造布层中含有聚乳酸纤维和洋麻纤维。根据产品的需求，该复合非织造布包括一个复合结构体或两个以上复合结构体。织物层的存在可以使非织造布层经纬向强度大大地提高，从而本发明的复合非织造布的强度高。
[0008]本发明的复合板材，该复合板材至少包括一层织物层和树脂层，所述织物层存在于树脂层的表面或中间，所述树脂层中含有聚乳酸基体和洋麻纤维，洋麻纤维分散在聚乳酸基体中。上述树脂层是由上述非织造布经热压加工后，非织造布层中的聚乳酸纤维被熔融，最终得到的。此时，非织造布层中的聚乳酸纤维变成聚乳酸基体，起着粘着剂的作用，麻纤维分散在聚乳酸基体中。上述得到的树脂层与织物层结合形成复合板材。上述织物层的存在可提高板材在高低温湿(120°C?_40°C )条件下的尺寸稳定性，尤其是高低温(120°C?-40°C)环境相互转换的情况下，仍能保持尺寸稳定性好。因此，本发明的复合板材可满足特殊领域的要求，如汽车、建筑、工业用板材的性能要求。
[0009]本发明的复合板材，构成织物层的纱线为可降解性纤维素纤维纱线。上述可降解性纤维素纤维纱线可以为洋麻、黄麻、汗麻等各种麻纤维纱线，也可以为棉纤维纱线，还可以为天丝纤维等人造纤维纱线，由这些纱线构成的板材经过长时间的使用后，即使板材废弃后在自然界中也能被微生物完全分解，不会对环境造成污染。由于洋麻纤维是几种常见麻类纤维中力学性能最好的，且价格相对便宜，优选洋麻纤维纱线。
[0010]本发明的复合板材，构成织物层的纱线纤度为350?900dtex。如果构成织物层的纱线纤度小于350dtex，则织物的强度低，加热成型后，起不到增强板材强度的作用；如果构成织物层的纱线纤度大于900dtex，则在针刺过程中，由于纱线较粗、密度较大、针较易刺入纱线表面，容易断针。
[0011]本发明的复合板材，构成织物层的织物密度为30?100根/10cm。如果构成织物层的织物密度小于30根/10cm，增强效果不良；如果构成织物层的织物密度大于100根/10cm，由于织物密度较大，在板材加热成型时，增强织物两侧的上下层非织造布粘结不良，易剥离。
[0012]本发明的复合板材，上述织物层重量占该复合板材总重量的5?25%。如果织物层重量占该复合板材总重量小于5%，起不到对复合板强度增强的作用；如果织物层重量占该复合板材总重量大于25%，增强织物两侧的上下层非织造布粘结不良，板材易剥离。
[0013]本发明的复合板材，构成上述织物层的织物为机织物或针织物。从织物的尺寸稳定性和强度来考虑，优选机织物；从织物不宜脱散，不卷边方面等考虑，针织物中优选为经编织物。
[0014]本发明的复合板材，复合板材的初期弯曲强度大于60MPa。如果单纯使用聚乳酸纤维和洋麻纤维制得的板材，则板材成型后初期弯曲强度小于60MPa。若板材初期弯曲强度小于60Mpa，则不能满足某些领域对板材高性能的要求，如汽车部件在长期使用过程中重负荷对板材造成的作用，板材容易产生疲劳、破坏。
[0015]本发明的复合板材的生产方法，包括如下步骤:
Cl)非织造布层的制备:采用20?60重量％聚乳酸纤维与80?40重量％洋麻纤维进行混合、梳理、铺网、针刺加工而成的纤维网层作为非织造布层；
(2)织物层的制备:采用纤度为350?900dtex的可降解性纤维素纤维纱线织造成密度为30?100根/IOcm的织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将所述非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为O?47.5:5?25:27.5?95依次叠合，然后再进行针刺加工得到一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将一个复合结构体作为复合非织造布或将两个以上复合结构体叠合后作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将制得的复合非织造布在加热温度为170?230°C、压力为
0.5?8MPa、时间为2?15分钟条件下进行热压成型,最后制得复合板材。
[0016]在步骤(I)中聚乳酸纤维的含量为20?60重量％，洋麻纤维的含量为80?40重量％，如果聚乳酸纤维的含量低于20%，作为粘结剂的聚乳酸含量减少，就会造成天然纤维之间粘结性能不良，板材成型性不良；如果聚乳酸纤维的含量高于60重量％，聚乳酸纤维的含量增大，一方面，洋麻纤维量相应减少，纤维间的络合性差，另一方面，原料成本上升。该聚乳酸纤维的强度为4.0?6.5cN / dtex、长度为4.5?8.0cm，洋麻纤维的强度为2.5?
5.5cN / dtex、断裂伸长率为1.5?6.8%、长度为6.5?15.0cm。
[0017]在步骤(3)中非织造布层、织物层、非织造布层的重量比为O?47.5:5?25:27.5~95，织物层上下的非织造布层的克重差异化，可以在优化加工性能的同时，提高非织造布板材的综合性能，非织造布层、织物层、非织造布层的重量比优选25~47.5:5~25:27.5 ~70。
[0018]在步骤(4)中复合非织造布可以由一个复合结构体构成，也可以由两个以上的复合结构体构成，根据不同用途领域对板材厚度、密度及强度的需求进行调整。
[0019]在步骤(5)中将制得的复合非织造布在加热温度为170~230°C、压力为0.5~8MPa、时间为2~15分钟条件下进行热压成型，如果加热温度高于230°C、加热时间长于15分钟的话，洋麻纤维容易变色受损；如果加热温度低于170°C、加热时间短于2分钟的话，聚乳酸纤维不能软化熔融或软化熔融不充分，对洋麻纤维的粘着效果不良，如果热压压力低于0.5MPa的话，板材成型性不好，影响成型的质量和板材的物性；如果热压压力高于8MPa的话，由于压力高，可能导致制得的板材变形。本发明的复合板材中至少包括一层织物层和树脂层，所述织物层存在于树脂层的表面或中间。
[0020]本发明的复合板材的生产方法，上述在步骤(1)非织造布层的制备过程中还可以添加功能性助剂。所述功能性助剂为阻燃剂、增光剂或抗菌剂。
[0021]通过上述方法制得的复合板材，根据不同的用途及其形状需要，可以再连续进行立体模压加工成型，满足汽车，建筑，工业等多种用途领域的需要。
[0022]本发明的复合板材采用天然植物由来的纤维作为原料，满足现时低碳环保的要求；同时该复合板材具有较高的初期弯曲强度、耐冲击性的特点，在外部高低温湿环境及高低温相互转换环境下，尺寸稳定性好，而且对环境无污染、生产成本低。
【具体实施方式】
[0023]通过以下实施例，对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围并不限于实施例，实施例中的各物性参数由下面方法测定。
[0024]【天然纤维的强度、断裂伸长率】
采用束纤维强度测试方法:将7.5cm长度的天然纤维集束，得到重量为450mg的束纤维，将束纤维在拉伸试验机上面进行拉伸，测试其断裂强力和伸度，然后再换算成断裂强度和断裂伸长率。拉伸距离为100mm，夹具移动速度为IOOmm/分钟。
[0025]【聚乳酸纤维的强度】
根据JIS L1015 8.7.1法测定。
[0026]【初期弯曲强度】
根据三点弯曲试验，样品尺寸:50mmX 150mm,夹具移动速度:50mm/min,支点间距离:IOOmm进行测试。弯曲强度of按照下面公式进行计算得出:σ f= 3PL/2bh2
式中:σ f:弯曲强度(MPa);
P:施加的压力(N)；
L:跨度(mm)；
b:样品宽度(mm)；
h:样品厚度(mm)。
[0027] 实施例1
(O非织造布层的制备:将强度为4.6cN/dtex、长度为5.1cm的聚乳酸纤维与强度为3.2cN/dtex、断裂伸长率为6.5%、长度为8.5cm的洋麻纤维以重量比为30:70进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中，使用针型号为36#，以针刺密度为30根/cm2进行针刺，得到纤维网作为非织造布层，可根据需要调整机器速度，制得不同克重的非织造布层；
(2)织物层的制备:将纤度为835dtex的洋麻纱线织造成经纬密度为60根/IOcm的洋麻机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为40:10:50依次叠合，然后进行2道针刺加固，针型号分别为40#、42#，针刺密度分别为50根/cm2、50根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的一个复合结构体作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布在加热温度为220°C、压力为4MPa、时间为3分钟下进行热压成型，最后制得本发明的复合板材，该复合板材中包括一层织物层和夹包着织物层的树脂层，该复合板材的各物性参见下表I。
[0028]实施例2
(O非织造布的制备:将强度为4.6cN/dtex、长度为7.6cm的聚乳酸纤维与强度为3.lcN/dtex、断裂伸长率5.9%、长度为7.5cm的洋麻纤维以重量比为50:50进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中，使用针型号为36#，以针刺密度为30根/cm2进行针刺成毡，得到纤维网作为非织造布层；可根据需要调整机器速度，制得不同克重的非织造布层;
(2)织物层的制备:将纤度为580dtex的棉纱线织造成经纬密度为88根/IOcm的棉机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为35:12:53依次叠合，然后进行2道针刺加固方式，针型号分别为38#、40#，针刺密度分别为45根/cm2、45根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的一个复合结构体作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布在加热温度为220°C、压力为4MPa、时间为3分钟下进行热压成型，最后制得本发明的复合板材，该复合板材中包括一层织物层和夹包着织物层的树脂层，该复合板材的各物性参见下表I。
[0029]实施例3
(O非织造布层的制备:将强度为5.2cN/dtex、长度为5.1cm聚乳酸纤维与强度为3.3cN/dtex、断裂伸长率为6.0%、长度为12.0cm的洋麻纤维以重量比为30:70进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中，使用针型号为36#，以针刺密度为30根/cm2进行针刺成毡，得到纤维网作为非织造布层；可根据需要调整机器速度，制得不同克重的非织造布层； (2)织物层的制备:将纤度为485dtex的天丝纱线织造成经纬密度为92根/IOcm的天丝机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为46:8:46依次叠合，然后进行2道加固方式，针型号分别为40#、42#，针刺密度分别为45根/cm2>45根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的一个复合结构体作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布在加热温度为220°C、压力为4MPa、时间为3分钟下进行热压成型，最后制得本发明的复合板材，该复合板材中包括一层织物层和夹包着织物层的树脂层，该复合板材的各物性参见下表I。
[0030]实施例4
(O非织造布层的制备:将强度为4.6cN/dtex、长度为5.1cm聚乳酸纤维与强度为3.2cN/dtex、断裂伸长率为6.5%、长度为8.5cm的洋麻纤维以重量比为30:70进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中，使用针型号为36#，以针刺密度为30根/cm2进行针刺成毡，得到纤维网作为非织造布层；可根据需要制得不同克重的非织造布层；
(2)织物层的制备:将纤度为835dtex的洋麻纱线织造成经纬密度为60根/IOcm的洋麻机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为40:15:45依次叠合，然后进行2道针刺加固，针型号分别为40#、42#，针刺密度分别为50根/cm2、50根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的复合结构体与实施例1中制得的一个复合结构体进行叠合后的作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布在加热温度为230°C、压力为5MPa、时间为5分钟下进行热压成型，最后制得本发明的复合板材，该复合板材中包括两层织物层和夹包着织物层的树脂层，该复合板材的各物性参见下表I。
[0031]实施例5
(O非织造布层的制备:将强度为4.6cN/dtex、长度为5.1cm的聚乳酸纤维与强度为3.2cN/dtex、断裂伸长率为6.5%、长度为8.5cm的洋麻纤维以重量比为30:70进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中，使用针型号为36#，以针刺密度为30根/cm2进行针刺，得到纤维网作为非织造布层，可根据需要调整机器速度，制得不同克重的非织造布层；
(2)织物层的制备:将纤度为835dtex的洋麻纱线织造成经纬密度为60根/IOcm的洋麻机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为0:10:90依次叠合，然后进行2道针刺加固，针型号分别为40#、42#，针刺密度分别为50根/cm2、50根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的一个复合结构体作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布在加热温度为220°C、压力为4MPa、时间为3分钟下进行热压成型，最后制得本发明的复合板材，该复合板材中包括一层织物层和树脂层，且织物层在树脂层的表面，该复合板材的各物性参见下表I。
[0032]比较例I
(O非织造布层的制备:将强度为4.6cN/dtex、长度为5.1cm聚乳酸纤维与强度为
3.2cN/dtex、断裂伸长率为6.5%、长度为8.5cm的洋麻纤维以重量比为30:70进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中以针刺密度为30根/cm2进行针刺成毡，得到纤维网作为非织造布层；可根据需要，调整机器速度制得不同克重的非织造布层；
(2)织物层的制备:将纤度为835dtex的洋麻纱线织造成经纬密度为102根/IOcm的洋麻机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为32:30:38依次叠合，然后进行2道针刺加固方式，针型号分别为42#、44#，针刺密度分别为50根/cm2、50根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的一个复合结构体作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布在加热温度为220°C、压力为5MPa、时间为3分钟下进行热压成型，最后制得复合板材，该复合板材的各物性参见下表I。
[0033]比较例2
(O非织造布层的制备:将强度为4.6cN/dtex、长度为7.6cm聚乳酸纤维与强度为
3.lcN/dtex、断裂伸长率5.9%、长度为7.5cm的棉纤维以重量比为50:50进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中以针刺密度为30根/cm2进行针刺成毡，得到纤维网作为非织造布层；可根据需要调整机器速度，制得不同克重的非织造布层；
(2)织物层的制备:将纤度为320dtex的棉纱线织造成经纬密度为40根/IOcm的棉机织物作为织物层；
(3)复合结构体的制备:将上述制得的非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为47:3:50依次叠合，然后进行2道针刺加固方式，针型号分别为38#、40#，针刺密度分别为45根/cm2、45根/cm2,最后制得一个复合结构体；
(4)复合非织造布的制备:将上述制得的一个复合结构体作为复合非织造布；
(5)复合板材的制备:将上述制得的复合非织造布加热温度为220°C、压力为4MPa、时间为3分钟下进行热压成型，最后制得复合板材，该复合板材的各物性参见下表I。
[0034]比较例3
将强度为4.6cN/dteX、长度为5.1cm聚乳酸纤维与强度为3.3cN/dteX、断裂伸长率为
6.0%、长度为8.5cm的洋麻纤维以重量比为30:70进行混合，将混合后的纤维投入开松机内开松，然后送入棉箱进行梳棉，将梳理后的纤维送入铺网机中交叉铺网，将铺好的网折叠后送入针刺机中以针刺密度为30根/cm2进行针刺成毡，针刺加工方式采用2道针刺加固方式，针型号分别为40#、42#，针刺密度分别为45根/cm2、45根/cm2，制得的纤维网为非织造布，然后在加热温度为220°C、压力为4MPa、热压时间为2分钟下进行热压成型，最后制得板材，该板材的各物性参见下表I。
[0035].
【权利要求】
1.一种复合非织造布，其特征在于:该复合非织造布至少包括一个复合结构体，所述复合结构体包括织物层和非织造布层，所述构成复合结构体的非织造布层在织物层的一面或两面，所述非织造布层中含有聚乳酸纤维和洋麻纤维。
2.一种复合板材，其特征在于:该复合板材至少包括一层织物层和树脂层，所述织物层存在于树脂层的表面或中间，所述树脂层中含有聚乳酸基体和洋麻纤维，洋麻纤维分散在聚乳酸基体中。
3.根据权利要求2所述的复合板材，其特征在于:构成织物层的纱线为可降解性纤维素纤维纱线。
4.根据权利要求2或3所述的复合板材，其特征在于:构成织物层的纱线纤度为350?900dtex。
5.根据权利要求2或3所述的复合板材，其特征在于:构成织物层的织物经纬密度为30 ?100 根 /10cm。
6.根据权利要求2或3所述的复合板材，其特征在于:所述织物层重量占该复合板材总重量的5?25%。
7.根据权利要求2或3所述的复合板材，其特征在于:该复合板材的初期弯曲强度大于 60MPa。
8.—种权利要求2所述的复合板材的生产方法，其特征在于:包括如下步骤: Cl)非织造布层的制备:采用20?60重量％聚乳酸纤维与80?40重量％洋麻纤维进行混合、梳理、铺网、针刺加工而成的纤维网层作为非织造布层； (2)织物层的制备:采用纤度为350?900dtex的可降解性纤维素纤维纱线织造成经纬密度为30?100根/IOcm的织物作为织物层； (3)复合结构体的制备:将所述非织造布层、织物层、非织造布层按重量比为O?47.5:5?25:27.5?95依次叠合，然后再进行针刺加工得到一个复合结构体； (4)复合非织造布的制备:将一个复合结构体作为复合非织造布或将两个以上复合结构体叠合后作为复合非织造布； (5)复合板材的制备:将制得的复合非织造布在加热温度为170?230°C、压力为0.5?8MPa、时间为2?15分钟条件下进行热压成型,最后制得复合板材。
【文档编号】B32B37/08GK103538311SQ201210236284
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2012年7月10日
【发明者】杨丽丽, 高冬燕 申请人:东丽纤维研究所（中国）有限公司