再生聚酯/聚丙烯纖維復合板材的制備與研究

張一風1李貴陽2

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

2. 中原工學院，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制得用于汽車內飾的纖維復合氈，再進行熱壓成型處理得到纖維復合板材。通過單因子試驗研究了原料配比和熱壓工藝參數(shù)對復合板材的拉伸強度和彎曲強度的影響。結果表明：當PET/PP纖維質量混合比為50/50、熱壓溫度為220 ℃、熱壓時間為1.5 min、熱壓壓力為4 MPa時，再生PET短纖維/PP短纖維復合板材的力學性能達到最大值。

關鍵詞：再生聚酯纖維，聚丙烯纖維，針刺法，熱壓成型，復合板材

中圖分類號：TS176+.5；TB334文獻標志碼：A

收稿日期：2014-11-27

作者簡介：張一風，男，1958年生，教授級高工。主要從事紡織產品及工藝的研發(fā)和教學工作。

針刺法非織造技術制備的復合材料廣泛應用于汽車制造行業(yè)。該復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際應用。

本試驗選用再生聚酯(PET)短纖維和PP短纖維為原料，采用針刺法非織造工藝技術制得纖維復合氈，再對纖維復合氈進行熱壓成型處理，制得纖維復合板材。通過對復合板材力學性能的研究，確定了比較理想的生產工藝參數(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行紡絲而制得[4]，具有環(huán)?？苫厥绽玫膬?yōu)勢。

1試驗部分

1.1　試驗原料

制備纖維復合板材的原料規(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；PP纖維，湖北博韜合纖有限公司供應。

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纖維復合氈，再對纖維復合氈進行熱壓成型處理，其工藝流程如下：

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

按照試驗設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)，由道夫轉移出的輕薄纖網(wǎng)進入鋪網(wǎng)設備，由四簾式鋪網(wǎng)設備使纖網(wǎng)重復疊鋪達到規(guī)定的面密度和幅寬；采用單針板式預針刺機對疊鋪后的纖網(wǎng)進行預針刺加固，預針刺后的纖網(wǎng)蓬松度下降，變薄，強力增加，再進行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纖維復合氈；利用再生PET纖維的熔點較PP纖維高這一特性，對再生PET/PP纖維復合氈進行熱壓成型處理，PET纖維作為復合板材的增強體，PP纖維熔融后起到黏結纖維、固結纖網(wǎng)的作用，制得纖維復合板。

1.2.2試驗方案

根據(jù)生產實踐和相關的理論研究，試驗設定了纖維配比及工藝條件，見表2。

表2　試驗參數(shù)

按照表2工藝條件，通過單因子試驗，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系列纖維復合板材，對纖維復合板材的拉伸強度和彎曲強度進行測試，分析各個因子對纖維復合板材力學性能的影響，從而確定相對比較理想的試驗參數(shù)。

1.3　性能測試

1.3.1拉伸性能

采用YG065型電子織物強力儀，參考GB/T 1447—2005《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》，測試纖維復合板材的拉伸斷裂性能[5]。測試條件：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 ℃，相對濕度65%。測試5次。

1.3.2彎曲性能

采用INSTRON-5582型萬能強力儀，參考GB/T 1449—2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》，測試纖維復合板材的彎曲性能[6]。測試條件：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)；試驗速度10 mm/min，采用三點彎曲方式；溫度20 ℃，相對濕度65%。測試5次。

2結果與分析

2.1　纖維原料配比對板材性能的影響

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

圖1　纖維配比對板材拉伸性能的影響

圖2　纖維配比對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，復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度隨著PET/PP纖維的質量混合比的減小而增大，也即復合板材中PP纖維含量的增加有助于提高復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度。這是因為在其他條件不變的情況下，PP纖維含量增多，熔融流動的PP熱熔體增多，使得纖維與纖維之間能夠良好地黏結在一起，從而提高了復合板材拉伸斷裂強度和彎曲強度。

2.2　熱壓溫度對板材性能的影響

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

圖3　熱壓溫度對板材拉伸性能的影響

圖4　熱壓溫度對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，復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度都隨著熱壓溫度的升高呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，當熱壓溫度為220 ℃時均達到峰值。這是因為起初隨著熱壓溫度的升高，PP纖維逐漸熔融，在熱壓溫度為220 ℃時，熔融最為充分，黏度急劇降低，在纖維氈中流動性增強，使板材中的纖維與纖維之間形成良好的黏結，復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度就會隨之增大；但當熱壓溫度再繼續(xù)升高，PP纖維就會逐漸分解，從而降低了板材中纖維與纖維之間的黏結作用，復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度也就隨之降低。

2.3　熱壓時間對板材性能的影響

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

圖5　熱壓時間對板材拉伸性能的影響

圖6　熱壓時間對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，復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度都隨著熱壓時間的延長呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，當熱壓時間為1.5 min時均達到峰值。這是因為熱壓時間延長，使PP纖維熔融充分，同時也有利于PP熔體的流動，形成較多的纖維黏結點，有利于提高復合板材的強度；但當熱壓時間過長時，PP纖維因較長時間的受熱而分解，不利于形成纖維黏結，導致復合板材的強度降低。

2.4　熱壓壓力對板材性能的影響

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

從圖7和圖8可以看到，在一定的范圍內，復合板材的拉伸斷裂強度和彎曲強度都隨著熱壓壓力的增加呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，當熱壓壓力為4 MPa時均達到峰值。這是因為增大熱壓壓力有助于PP熔體在纖維氈中流動，使纖維間形成良好的黏結，有利于提高復合板材的強度；但在熱壓壓力增加的同時，也會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，因而當熱壓壓力過大時纖維復合板材的強度又會降低。

圖7　熱壓壓力對板材拉伸性能的影響

圖8　熱壓壓力對板材彎曲性能的影響

3結論

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

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

參考文獻

[1]方鯤,張國榮,吳絲竹，等.長纖維增強熱塑性復合材料在汽車零配件上的應用進展[J].中國塑料,2009(3):13-18.

[2]杜兆芳,高春燕,董燦君，等.黃麻汽車內飾襯板的研制[J].紡織學報,2006(5):94-96.

[3]費傳軍,趙謙, 周昌玉，等.聚丙烯熔融指數(shù)對GMT力學性能的影響[J].玻璃纖維,2007(2):10-12.

[4]王普天.再生聚酯領域中國專利申請狀況分析[J].中國發(fā)明與專利,2013(9):52-56.

[5]中國建筑材料工業(yè)協(xié)會.GB/T 1447—2005.纖維增強塑料拉伸性能試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2005.

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

獻出一份愛心托起一份希望