再生聚酯/聚丙烯纖維復(fù)合板材的制備與研究

再生聚酯/聚丙烯纖維復(fù)合板材的制備與研究

張一風(fēng)1李貴陽2

(1. 紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,鄭州，450007；

2. 中原工學(xué)院，鄭州，450007)

摘要：以再生聚酯(PET)短纖維和聚丙烯(PP)短纖維為原料，采用針刺法非織造工藝技術(shù)制得用于汽車內(nèi)飾的纖維復(fù)合氈，再進(jìn)行熱壓成型處理得到纖維復(fù)合板材。通過單因子試驗(yàn)研究了原料配比和熱壓工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合板材的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：當(dāng)PET/PP纖維質(zhì)量混合比為50/50、熱壓溫度為220 ℃、熱壓時(shí)間為1.5 min、熱壓壓力為4 MPa時(shí)，再生PET短纖維/PP短纖維復(fù)合板材的力學(xué)性能達(dá)到最大值。

關(guān)鍵詞：再生聚酯纖維，聚丙烯纖維，針刺法，熱壓成型，復(fù)合板材

中圖分類號(hào)：TS176+.5；TB334文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-11-27

作者簡(jiǎn)介：張一風(fēng)，男，1958年生，教授級(jí)高工。主要從事紡織產(chǎn)品及工藝的研發(fā)和教學(xué)工作。

針刺法非織造技術(shù)制備的復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè)。該復(fù)合材料多采用麻纖維或玻璃纖維與聚丙烯(PP)纖維的混合纖維為原料[1-3]，存在加工困難、體感刺癢及成本高等問題，在一定程度上影響了其實(shí)際應(yīng)用。

本試驗(yàn)選用再生聚酯(PET)短纖維和PP短纖維為原料，采用針刺法非織造工藝技術(shù)制得纖維復(fù)合氈，再對(duì)纖維復(fù)合氈進(jìn)行熱壓成型處理，制得纖維復(fù)合板材。通過對(duì)復(fù)合板材力學(xué)性能的研究，確定了比較理想的生產(chǎn)工藝參數(shù)。

再生PET纖維多以回收的PET纖維、瓶片、工程塑料、薄膜和板材等為原料進(jìn)行紡絲而制得[4]，具有環(huán)保可回收利用的優(yōu)勢(shì)。

1試驗(yàn)部分

1.1　試驗(yàn)原料

制備纖維復(fù)合板材的原料規(guī)格見表1。再生PET纖維，浙江杭州高昌紡織化纖有限公司供應(yīng)；PP纖維，湖北博韜合纖有限公司供應(yīng)。

通信作者： 李貴陽，E-mail:webligy@sina.com

表1　纖維原料規(guī)格

1.2　樣品制備

1.2.1工藝流程

采用針刺法非織造工藝先制得再生PET/PP纖維復(fù)合氈，再對(duì)纖維復(fù)合氈進(jìn)行熱壓成型處理，其工藝流程如下：

纖維喂入→預(yù)開松→開松→大倉混合→梳理→交叉鋪網(wǎng)→預(yù)針刺→主針刺→再生PET/PP纖維復(fù)合氈→熱壓成型

按照試驗(yàn)設(shè)定的纖維混合比例稱量，經(jīng)過喂入、開松、混合和梳理等工序制得符合要求的均勻纖網(wǎng)，由道夫轉(zhuǎn)移出的輕薄纖網(wǎng)進(jìn)入鋪網(wǎng)設(shè)備，由四簾式鋪網(wǎng)設(shè)備使纖網(wǎng)重復(fù)疊鋪達(dá)到規(guī)定的面密度和幅寬；采用單針板式預(yù)針刺機(jī)對(duì)疊鋪后的纖網(wǎng)進(jìn)行預(yù)針刺加固，預(yù)針刺后的纖網(wǎng)蓬松度下降，變薄，強(qiáng)力增加，再進(jìn)行1～2道主針刺加固，經(jīng)過主針刺加固后得到面密度約為1 300 g/m2的再生PET/PP纖維復(fù)合氈；利用再生PET纖維的熔點(diǎn)較PP纖維高這一特性，對(duì)再生PET/PP纖維復(fù)合氈進(jìn)行熱壓成型處理，PET纖維作為復(fù)合板材的增強(qiáng)體，PP纖維熔融后起到黏結(jié)纖維、固結(jié)纖網(wǎng)的作用，制得纖維復(fù)合板。

1.2.2試驗(yàn)方案

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和相關(guān)的理論研究，試驗(yàn)設(shè)定了纖維配比及工藝條件，見表2。

表2　試驗(yàn)參數(shù)

按照表2工藝條件，通過單因子試驗(yàn)，制得面密度為1 200～1 400 g/m2、厚度為1.66～2.84 mm、尺寸為1.2 m × 1.2 m系列纖維復(fù)合板材，對(duì)纖維復(fù)合板材的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，分析各個(gè)因子對(duì)纖維復(fù)合板材力學(xué)性能的影響，從而確定相對(duì)比較理想的試驗(yàn)參數(shù)。

1.3　性能測(cè)試

1.3.1拉伸性能

采用YG065型電子織物強(qiáng)力儀，參考GB/T 1447—2005《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試?yán)w維復(fù)合板材的拉伸斷裂性能[5]。測(cè)試條件：試樣尺寸180 mm × 20 mm，隔距110 mm，拉伸速度10 mm/min，采用等伸長拉伸(CRE)方式，溫度20 ℃，相對(duì)濕度65%。測(cè)試5次。

1.3.2彎曲性能

采用INSTRON-5582型萬能強(qiáng)力儀，參考GB/T 1449—2005《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試?yán)w維復(fù)合板材的彎曲性能[6]。測(cè)試條件：試樣寬度b=25 mm，長度l=20h，跨距L=16h(其中h表示板材的厚度)；試驗(yàn)速度10 mm/min，采用三點(diǎn)彎曲方式；溫度20 ℃，相對(duì)濕度65%。測(cè)試5次。

2結(jié)果與分析

2.1　纖維原料配比對(duì)板材性能的影響

在熱壓溫度為240 ℃、熱壓時(shí)間為2.0 min、熱壓壓力為4 MPa的試驗(yàn)條件下，制得不同纖維混合比的纖維復(fù)合板材。圖1和圖2分別是不同再生PET纖維和PP纖維質(zhì)量混合比對(duì)纖維復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響的關(guān)系曲線。

圖1　纖維配比對(duì)板材拉伸性能的影響

圖2　纖維配比對(duì)板材彎曲性能的影響

從圖1和圖2可以看到，在一定的范圍內(nèi)，復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨著PET/PP纖維的質(zhì)量混合比的減小而增大，也即復(fù)合板材中PP纖維含量的增加有助于提高復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。這是因?yàn)樵谄渌麠l件不變的情況下，PP纖維含量增多，熔融流動(dòng)的PP熱熔體增多，使得纖維與纖維之間能夠良好地黏結(jié)在一起，從而提高了復(fù)合板材拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。

2.2　熱壓溫度對(duì)板材性能的影響

在PET/PP纖維混合質(zhì)量比為50/50、熱壓時(shí)間為2.0 min、熱壓壓力為4 MPa的試驗(yàn)條件下，采用不同的熱壓溫度制得纖維復(fù)合板材。圖3和圖4分別是熱壓溫度對(duì)纖維復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響的關(guān)系曲線。

圖3　熱壓溫度對(duì)板材拉伸性能的影響

圖4　熱壓溫度對(duì)板材彎曲性能的影響

從圖3和圖4可以看到，在一定的范圍內(nèi)，復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都隨著熱壓溫度的升高呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)，當(dāng)熱壓溫度為220 ℃時(shí)均達(dá)到峰值。這是因?yàn)槠鸪蹼S著熱壓溫度的升高，PP纖維逐漸熔融，在熱壓溫度為220 ℃時(shí)，熔融最為充分，黏度急劇降低，在纖維氈中流動(dòng)性增強(qiáng)，使板材中的纖維與纖維之間形成良好的黏結(jié)，復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度就會(huì)隨之增大；但當(dāng)熱壓溫度再繼續(xù)升高，PP纖維就會(huì)逐漸分解，從而降低了板材中纖維與纖維之間的黏結(jié)作用，復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度也就隨之降低。

2.3　熱壓時(shí)間對(duì)板材性能的影響

在PET/PP纖維混合質(zhì)量比為50/50、熱壓溫度為220 ℃、熱壓壓力為4 MPa的試驗(yàn)條件下，采用不同的熱壓時(shí)間制得纖維復(fù)合板材。圖5和圖6分別是熱壓時(shí)間對(duì)纖維復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響的關(guān)系曲線。

圖5　熱壓時(shí)間對(duì)板材拉伸性能的影響

圖6　熱壓時(shí)間對(duì)板材彎曲性能的影響

從圖5和圖6可以看到，在一定的范圍內(nèi)，復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都隨著熱壓時(shí)間的延長呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)，當(dāng)熱壓時(shí)間為1.5 min時(shí)均達(dá)到峰值。這是因?yàn)闊釅簳r(shí)間延長，使PP纖維熔融充分，同時(shí)也有利于PP熔體的流動(dòng)，形成較多的纖維黏結(jié)點(diǎn)，有利于提高復(fù)合板材的強(qiáng)度；但當(dāng)熱壓時(shí)間過長時(shí)，PP纖維因較長時(shí)間的受熱而分解，不利于形成纖維黏結(jié)，導(dǎo)致復(fù)合板材的強(qiáng)度降低。

2.4　熱壓壓力對(duì)板材性能的影響

在PET/PP纖維混合質(zhì)量比為50/50、熱壓溫度為220 ℃、熱壓時(shí)間為1.5 min的試驗(yàn)條件下，采用不同的熱壓壓力制得纖維復(fù)合板材。圖7和圖8分別是熱壓壓力對(duì)纖維復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響的關(guān)系曲線。

從圖7和圖8可以看到，在一定的范圍內(nèi)，復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都隨著熱壓壓力的增加呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)，當(dāng)熱壓壓力為4 MPa時(shí)均達(dá)到峰值。這是因?yàn)樵龃鬅釅簤毫τ兄赑P熔體在纖維氈中流動(dòng)，使纖維間形成良好的黏結(jié)，有利于提高復(fù)合板材的強(qiáng)度；但在熱壓壓力增加的同時(shí)，也會(huì)使纖維氈中的纖維與纖維間的空隙減小，纖維氈被壓緊而不利于PP熔體的流動(dòng)，因而當(dāng)熱壓壓力過大時(shí)纖維復(fù)合板材的強(qiáng)度又會(huì)降低。

圖7　熱壓壓力對(duì)板材拉伸性能的影響

圖8　熱壓壓力對(duì)板材彎曲性能的影響

3結(jié)論

(1)再生PET纖維和PP纖維的混合比例、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、熱壓壓力對(duì)再生PET/PP纖維復(fù)合板材的力學(xué)性能都有一定的影響。

(2)根據(jù)單因子試驗(yàn)，確定制備再生PET/PP纖維復(fù)合板材比較適宜的工藝參數(shù)是：再生PET纖維/PP纖維的質(zhì)量混合比例50/50、熱壓溫度220 ℃、熱壓時(shí)間1.5 min、熱壓壓力4 MPa。在此條件下制備的再生PET/PP纖維復(fù)合板材的拉伸斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均達(dá)到最大值。

參考文獻(xiàn)

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[6]中國建筑材料工業(yè)協(xié)會(huì).GB/T 1449—2005.纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

The fabrication and investigation of recycled

PET/PP fiber composite plate

ZhangYifeng1,LiGuiyang2

(1. Collaborative innovation centre of textile and clothing industry in Henan;

2. Zhongyuan University of Technology)

Abstract:Polyester (PET) staple fiber and polypropylene (PP) staple fiber as raw materials, automobile interior fiber composite mat was manufactured by needle-punched nonwoven technology, and then the recycled PET/PP fiber composite mat was shaped by thermo-compressed process. With single factor experiment the effect of the ratio of raw material and thermo-compressed process parameters on tensile strength and bending strength of the fiber composite plate was studied. The results show that under the condition of the ratio of raw material is 50/50, the thermo-compressed temperature is 220 ℃, the thermo-compressed time is 1.5 min and the thermo-compressed pressure is 4 MPa, the mechanical properties of the fiber composite plate are achieved.

Keywords:recycled PET fiber, PP fiber, needle-punch, thermo-compressed process, composite mat

種下一棵樹收獲一片綠陰

獻(xiàn)出一份愛心托起一份希望