汽車內飾用滌綸針刺布/聚乙烯淋膜復合材料研究

孫輝　于斌　朱斐超　韓建　馬致遠

摘要：對兩種用于針刺布淋膜復合材料的聚乙烯（PE）母粒進行了測試，包括熱學和結晶性能、熔體流動性能和流變性能，并對其制備的兩種汽車內飾用滌綸針刺布/PE淋膜復合材料的拉伸、撕裂性能進行了評價。結果表明：兩種PE熔點接近（約120 ℃），黑色PE母粒的熔融重結晶現(xiàn)象明顯，且淋膜加工后的結晶度下降更顯著；黑色PE母粒的熔體流動速率大于原色PE母粒，二者總體介于1～5 g/10 min；兩種PE均屬于“切力變稀”熔體，在同一剪切速率和溫度下，原色PE母粒的表觀粘度明顯大于黑色PE母粒；兩種PE淋膜復合材料的拉伸延展性和撕裂性能均優(yōu)于未淋膜材料，原色PE淋膜復合材料的縱、橫向的拉伸強力和斷裂伸長率，以及平均撕裂強力均最佳，其最大值分別可達到1572.1 N、71.8%和250.5 N。

關鍵詞：汽車內飾；針刺非織造布；聚乙烯；淋膜；復合材料

中圖分類號：TS176.6文獻標志碼：A文章編號：1009-265X（2017）04-0006-04Research on the Properties of Polyester NeedlePunched Nonwovens/Polyethylene

Laminating Composites for Automotive Interior Decoration

SUN Huia， YU Bina，b， ZHU Feichaoa， HAN Jiana，b， MA Zhiyuana

（a.School of Materials and Textiles， Hangzhou 310018， China； b.Zhejiang

Provincial Key Laboratory of Industrial Textile Materials and Manufacturing

Technology， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China）Abstract：The properties of two types of polyethylene （PE） masterbatch used for polyester needlepunched nonwovens laminating composites were tested， including crystallization， thermal properties， melt flowing rate （MFR） and rheology behaviors， the tensile and tearing properties of the polyester needlepunched nonwovens/PE laminating composites for automotive interior decoration with these two types of PE were also investigated. The results indicated that the melting point of two types of PE were close （about 120 ℃）， the melting recrystallization phenomenon of black PE was more obvious compared with noncolor PE， and its degree of crystallinity decreased after laminating process； the MFR of black PE was larger than noncolor PE， the MFR value was between 1 to 5 g/10 min； these two types of PE were typical shearthinning melt and the apparent viscosity of noncolor PE was larger than black PE at the same shear rates and temperatures； the tensile ductility of two types of laminating composites were both better than untreated material， the needlepunched nonwovens composite laminated with noncolor PE showed highest tensile strength， elongation and tearing strength both in longitudinal and lateral directions， the respective maximum values could reach 1 572.1 N， 71.8% and 250.5 N.

Key words：automotive interior decoration； needlepunched nonwovens； polyethylene； laminating； composite

1實驗

1.1實驗材料與儀器

主要實驗材料：原色PE母粒，LLDPE DFDA7042D，中國石油化工股份有限公司；黑色PE母粒，常州圣雅色母粒有限公司。

實驗儀器：DSC 8000型差示掃描量熱儀（美國PerkinElmer公司）；PLZ1B1型熔體流動速率儀器（上海思爾達科學儀器有限公司）；RH7型雙柱毛細管流變儀（英國Rosand公司）；Instron3369型電子萬能材料試驗機（英國Instron公司）。

1.2滌綸針刺布/PE淋膜復合材料的制備

阻燃滌綸纖維選配→纖維開松、混合→梳理、鋪網(wǎng)→預、主針刺→起絨→上膠（特硬膠，約纖網(wǎng)基布平方米質量20%的用量）→烘干→淋膜→裁剪、卷繞，分別獲得原色PE淋膜復合材料（平方米質量930 g/m2，淋膜厚度約0.6 mm）和黑色PE淋膜復合材料（平方米質量1 290 g/m2，淋膜厚度約0.6 mm）。作為對比樣的未淋膜材料，由于加工過程中未經(jīng)牽伸，平方米質量大于淋膜復合材料，約1 600 g/m2。

1.3測試和表征

1.3.1DSC測試

稱取5～6 mgPE母粒樣品，以N2保護，從0 ℃快速升溫至250 ℃，停留2 min以消除熱歷史，以10 ℃/min降至0 ℃，再以10 ℃/min升溫至200 ℃，記錄二次升溫曲線；對于滌綸針刺布/PE淋膜復合材料，取復合材料表面淋膜層PE材料（含有從針刺基布中抽拔出的少許滌綸纖維）5～6 mg，以N2保護，以10 ℃/min從0 ℃升溫至250 ℃，記錄一次升溫曲線。

1.3.2熔體流動性能測試

參照標準GB/T 3682—2000《熱塑性塑料熔體質量流動速率和熔體體積流動速率的測定》，測試溫度180～220 ℃，步長10 ℃；預熱時間2 min；負荷2.16 kg；測試次數(shù)5次，取平均值；測試結束后，熔體流動速率儀自動計算得到熔體流動速率。

1.3.3流變性能測試

將PE母粒分別加入料筒經(jīng)過兩次預壓（壓力為0.3 MPa）和兩次預熱（共計6 min）后進行流變測試。測試溫度為180、200、220 ℃，剪切速率范圍100～5 000 s-1，毛細管直徑1 mm，長徑比L/D=16，使用零口模對剪切應力和剪切速率進行校正。

1.3.4拉伸性能測試

按照標準FZ/T 60005—1991《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》所需測試方法，沿縱、橫向裁取規(guī)定尺寸的3種試樣各5塊，采用拉伸儀測試（夾距200 mm，拉伸速度100 mm/min）試樣縱、橫向斷裂強力和斷裂伸長率，取平均值。

1.3.5撕裂性能測試

按照標準GB/T 3903.12—2000《褲型撕裂強力測試標準》所需測試方法，沿縱、橫向裁取規(guī)定尺寸的3種試樣各5塊，采用拉伸儀測試（夾距50 mm，拉伸速度100 mm/min）試樣縱、橫向撕裂強力。

2結果與討論

2.1DSC測試

圖1為原色和黑色PE母粒以及其淋膜復合材料的DSC曲線，可知兩種PE母粒在二次升溫過程中100～105 ℃處均出現(xiàn)較寬的熔融肩峰，且在120 ℃處出現(xiàn)尖銳的熔融峰，這是由于PE熔體在降溫結晶過程中結晶不完善或晶體內部存在缺陷，從而在升溫過程中出現(xiàn)了熔融重結晶現(xiàn)象，可以發(fā)現(xiàn)黑色PE母粒的該現(xiàn)象更明顯；在兩種PE淋膜復合材料的升溫曲線中，可見低溫處約48 ℃處均出現(xiàn)的弱熔融峰為熱熔膠，245～255 ℃處為針刺布中的滌綸纖維。值得注意的是原色PE淋膜復合材料中PE的熔融熱焓值明顯提高，表明原色PE的結晶度經(jīng)熔融淋膜加工后有所提高，這對于提高淋膜層的力學性能都是有促進作用的；而黑色PE母粒經(jīng)熔融淋膜加工后，結晶度下降明顯，黑色PE淋膜復合材料中80 ℃處的熔融峰可能為不完善的PE結晶體。

2.2熔體流動性能測試

圖2為兩種PE母粒在180～220 ℃溫度范圍間的熔體流動速率（MFR）變化曲線?？梢妰煞N淋膜級PE的MFR總體不高，在40 ℃的溫差范圍內，僅增大約2 g/10 min，這表明兩種淋膜級PE對溫度的敏感性不高，在淋膜加工時可賦予相對較寬的溫度范圍。其中，黑色PE母粒的熔體流動性略微大于原色PE母粒，這可能是由于原色PE母粒的相對分子量更高，熔體流動時大分子鏈間纏結更多或纏結幾率更大導致。

2.3流變性能測試

圖3為不同溫度下剪切速率對兩種PE熔體表觀粘度的變化關系?？梢园l(fā)現(xiàn)在所測溫度范圍內，兩種PE與大多高聚物類似，為典型的“切力變稀”熔體，在剪切速率小于500 s-1范圍內，熔體對剪切力變化敏感，隨著剪切速率的進一步提高，剪切力增大，由于PE大分子鏈在前期剪切力作用下取向度提高，分子鏈間纏結減少，表觀粘度的變化趨于平緩；隨著溫度的升高，由于PE大分子間的自由體積增加，其表觀粘度均下降。在同一溫度和剪切速率下，原色PE的表觀粘度遠大于黑色PE，可見原色PE熔體內的大分子鏈纏結程度要大于黑色PE，這個結果與MFR測試結果一致。

2.4拉伸性能測試

圖4為兩種滌綸針刺布/PE淋膜復合材料縱、橫向的拉伸力學性能曲線，可見PE淋膜材料體現(xiàn)出了優(yōu)異的拉伸延展性，且原色PE淋膜材料兼具突出的強力和極佳的延展性，在所測拉伸性能指標中，其縱向斷裂伸長率達到最大（71.8%），橫向斷裂強力達到最大（1 572.1 N）。值得注意的是，黑色PE淋膜材料的強力低于未淋膜材料，這是由于其整體平方米質量（1 290 g/m2）小于未淋膜材料（1 600 g/m2），表明滌綸針刺基布提供主要的拉伸強力；但原色PE淋膜材料雖然平方米質量最小（930 g/m2），但其斷裂強力和斷裂伸長率最佳，說明淋膜材料的性能對于淋膜復合材料的整體拉伸性能起到關鍵的作用，特別是在復合材料拉伸受力過程中，淋膜層不僅自身能夠提供一定的強力和伸長，同時可對滌綸針刺基布中的表面纖維起到束縛作用，抑制纖維間的滑移。所以，相對結晶度更高、熔體粘度更大的PE原色母粒，在淋膜加工后能夠比黑色PE母粒提供更優(yōu)異的力學性能。

2.5撕裂性能測試

圖5為兩種滌綸針刺布/PE淋膜復合材料縱、橫向的撕裂力學性能曲線，與上述拉伸性能趨勢不同，兩種PE淋膜復合材料的縱、橫向撕裂強力均優(yōu)于未淋膜材料，說明淋膜復合材料在撕裂過程中，PE淋膜層對滌綸纖維起到了很好的束縛保護作用；相比黑色PE淋膜復合材料，由綜合性能更佳的原色PE母粒經(jīng)淋膜后得到的復合材料，撕裂強力更大，縱、橫向平均撕裂強力分別可達可達250.5 N和195.7 N，縱、橫向的力學性能差異主要與滌綸針刺布成網(wǎng)時的鋪網(wǎng)方向有關。

3結論

a）兩種PE熔點接近（約120 ℃），黑色PE母粒的熔融重結晶現(xiàn)象明顯，且淋膜加工后的結晶度下降更顯著；黑色PE母粒的熔體流動速率大于原色PE母粒，二者總體介于1～5 g/10 min；兩種PE均屬于“切力變稀”熔體，在同一剪切速率和溫度下，原色PE母粒的表觀粘度明顯大于黑色PE母粒。

b）兩種PE淋膜復合材料的拉伸延展性和撕裂性能均優(yōu)于未淋膜材料，原色PE淋膜復合材料的縱、橫向的拉伸強力和斷裂伸長率，以及平均撕裂強力均最佳，其最大值分別可達到1 572.1 N、71.8%和250.5 N。參考文獻：

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（責任編輯：陳和榜）