（纺织工程专业论文）黄麻聚丙烯纤维板成型工艺及阻燃性能研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

东华大学颈学键论文 摘簧 黄麻聚丙烯纤维板成型工艺 及阻燃性能研究 摘要 绿色繇傈已经在毽界莲銎蠹被提裂胃持续发展藏略上 寒，积极裁取绿色、天然、易降解魏纤维，是减少嚣境污染、 合理利用潦源的必然要求。麻类纤维易种植，产量高，不会对 资源造成掠夺性开发，产品废弃后能在臼然界中降解，不会 造成恶性污染，符会繇辘保护彝生态指标要求。 本漂题秘震黄臻为主要原料，聚霭爝纤维游热融憾纤臻， 开发黄麻聚丙烯纤维复合板材。主要研究黄麻聚丙烯纤维 复合板材生产工艺和工艺参数与纤维复合板材性能之间的关 系。 纤维复合叛材成型主要毽撅鹾遭王净：繁一，黄滕聚嚣 烯针刺成毯；第二，黄麻聚丙烯复合毡热压成型。在第一道 工序中，具体分析黄麻纤维的预处理、黄麻和聚丙烯开松、 混合、梳理、针刺的工艺参数；在第二道工序中，具体分析 了热聪成型懿三今主要工艺参数热蠖温发、热鹾瞻阀、 热压难力对黄麻聚褥烯复合板材力学燃黢影响，并通过三因 子二次通用旋转组合设计，找出了最优方案：热压温度 1 6 6 。2 6 4 0 4 c ；热簦辩闯3 3 1 8 3 m i n ：热聪压力4 3 3 6 5 m p a ，此 东华大学硕士学位论文 摘要 时纤维板材力学性能达到最佳，拉伸强度2 9 1 3 m p a ，弯曲强 度3 1 9 5 m p a 。 为了扩大板材的成用范围，课题还探讨了板材的阻燃性 麓。分轿了板材阻燃祝瑾，篱攀探讨尼释阻燃方法，最爱得 出阻燃剂f r p n _ g 的阻燃效果比较理想。阻燃工艺最佳方案： 逡燃蓑浓度隽4 5 0g l ，浸渍霹闫必2 0 m i n ，浸疰次数爻2 次， 板材的考察性能指标：氧指数3 5 2 ，炭长4 0 m m ，续燃时间 0 m i n ，雕燃时问0 m i n ，控镩强度2 4 。9 5 m p a ，弯麓强度 3 0 2 7 m p a o 关键词：黄麻纤维，聚丙烯纤维，针刺成毡，热压成型，拉 伸强力，弯曲强力，阻燃 2 裹华大学硕士学靛论文a b s t r a c t s t u d yo ns h a p i n g p r o c e s sa n df l a m e r e t a r d a n c eo fj u t e p o l y p r o p y l e n e f l b 嚣歉c o m p o u n pp l a 零嚣 a b s t r a c t t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o np r o b l e mh a sa l r e a d yb e e n m e n t i o n e da st h ec o n t i n u a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g yi nt h ew o r l d + p o s i t i v e l ye x p l o i tt h en a t u r a lf i b e rw h i c hi se a s yt ob ed e g r a d e d ， a n di ti st h ed e m a n do f r e d u c i n gp o l l u t i o na n du t i l i z i n gr e s o u r c e s e f f e c t i v e l y t h eh e m pf i b e ri se a s yt op l a n t ，a n dt h eo u t p u ti s 撼曲t h ep r o d u c tc a nb ed e g r a d e di nn a t u r e ，i tw i l ln o tc a u s e p o l l u t i o n ，w h i c hc o n f o r m st o t h er e q u e s to fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n de c o l o g y t h i sp a p e ru t i l i z e sj u t ea n dp o l y p r o p y l e n ef i b e r st ol a m i n a t e aj u t e p o l y p r o p y l e n ef i b e rc o m p o u n dp l a t e 。t h em a i nr e s e a r c hi s t h ep r o d u c i n gp r o c e s so fj u t e p o l y p r o p y l e n ef i b e rc o m p o u n d p l a t e ，a n dt h er e l a t i o n sb e t w e e np r o d u c t i o n p a r a m e t e r sa n dp l a t e p e r f o r m a n c e + t h ef i b e rc o m p o u n d p l a t ec a nb eo b t a i n e db yt w os t e p s 。f i r s t , t h ej u t e p o l y p r o p y l e n ei s p u n c t u r e dt ot h ef e l t s e c o n d , t h e j u t e p o l y p r o p y l e n ec o m p o u n d f e l t i s s h a p e db y a 东华大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e r m o c o m p r e s s e dp r o c e s s 。i nt h ef i r s ts t e p ，t h ep r e t r e a t m e n to f j u t ef i b e ra n do t h e rp r o c e d u r e s ，s u c ha st h eo p e n i n g ，m i x t u r e ， c a r d i n g ，a n dn e e d l i n gp r o c e s sa r ea n a l y z e di n d e t a i l i nt h e s e c o n d s t e p ，t h ea u t h o r s p e c i f i c a l l ya n a l y z e s t h r e em a i n t h e r m o c o m p r e s s e dp r o c e d u r ep a r a m e t e r s ( t i m e 、t e m p e r a t u r e 、 p r e s s u r e ) w h i c h w i l li n f l u e n c et h ep e r f o r m a n c eo fj u t e p o l y p r o p y l e n ec o m p o u n dp l a t e t h eb e s tp a r a m e t e r sa r em a d e o u tb ya s p e c i a lm a t h e m a t i cm e t h o d 。t h e s ep a r a m e t e r sa r el i s t e d a s f o l l o w s ：t h e r m o c o m p r e s s i o nt e m p e r a t u r ei s1 6 6 2 6 4 0 。c ； t h e r m o - c o m p r e s s i o nt i m e i s 3 3 1 8 3 m i n ；t h e r m o - e o m p r e s s i o n p r e s s u r ei s4 3 3 6 5 m p a t h ec o m p o u n dp l a t ea c h i e v e st h eb e s t p e r f o r m a n c e t e n s i l es t r e n g t hi s2 9 13 m p a , a n db e n d i n gs t r e n g t h i s3 1 9 5 m p a i na d d i t i o nt ot h e p r o d u c i n gp r o c e s s ，t h ep a p e r a l s o d i s c u s s e st h ep l a t ef l a m er e t a r d a n c ep e r f o r m a n c e ，w h i c hi si n o r d e rt oe x p a n dt h ea p p l i c a t i o ns c o p eo ft h ec o m p o u n dp l a t e t h ef l a m er e t a r d a n c em e c h a n i s mo ft h e c o m p o u n dp l a t ei s a n a l y z e d ，a n ds e v e r a lm e t h o d so ff l a m er e t a r d a n c ea r ed i s c u s s e d t h ef l a m er e t a r d a n to ff r - p n - gh a sg o o df l a m er e t a r d a n c e e f f e c t ，t h e r e f o r et h eb e s tf l a m er e t a r d a n c ew o r k i n gp r o c e d u r ei s o b t a i n e d 。t h ed e n s i t yo ff l a m er e t a r d a n ti s4 5 0 醇，t h et i m eo f s o a k a g ei s2 0 m i n ，a n dt h en u m b e ro fs o a k a g et i m e si s2 t h e 4 零华大学蟥士学艇论文 p 嘲o r m a n c eo f t h ec o m p o u n dp l a t e ：l o ii s3 5 。2 c h a rl e n g t hi s 4 0t o n i ，a f t e r f l a m et i m ei s0r a i n ，a f t e r g l o wt i m ei s0 m i n , t e n s i l e s 拄e n g t hi s2 4 9 5 m p a , b e n d i n gs t r e n g t hi s3 0 。2 7 m p m g a oc h u n y a n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yz h a n gy u a n m i n g k e y w o r d s ：j u t ef i b e r , p o l y p r o p y l e n ef i b e r , f i b e rn e e d l i n gf e l t , t h e r m o c o m p r e s s e d ，t e n s i l es t r e n g t h ，b e n d i n g s t r e n g t h ，f l a m er e t a r d a n c e 隧俘- - | 东华大学学位论文原创性声明 本入羚鬟声硬：我洛守学零遂德，崇滏严谨学溅。繇至交翁学 位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已明确淀明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体己经发袭藏撰写过戆终晶及袋鬃戆肉骞。论文必本人亲鱼撰写， 我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律缡暴由本人承担。 学像论文终考签名；麓良艇 f t 期：巧年，a 月矗。日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密口。 学位论文作者躲南递，指导教师繇似础 日期：) 哼年膪月枷日日期：舻年卜月伽召 东华大学硕士学位论文第一章前言 第一章前言 1 1 黄麻纤维板开发意义 由于我国人均森林占有率居世界较低水平，天然资源特别是木材地 采伐受到了一定的限制，一九九八年的特大洪水给我们敲响了保护自然 环境、合理、合法地利用有限资源的警钟。中国政府采取了一系列相应 措施限制资源的采伐。与此同时，科技的进步以及人民生活水平的提高， 各行各业对材料品质的要求也越来越高，传统材料己远远不能满足新技 术、新工艺的要求。 麻类是人类最早种植利用的纤维植物之一，它包括苎麻、亚麻、大 麻、黄麻、红麻、剑麻、蕉麻等。麻类作物是纺织行业、包装材料、制 浆造纸行业的主要原料，其纤维制品广泛应用于人们生产和生活的各个 领域，己成为我国出口创汇的大宗商品之一，在国民经济建设中发挥越 来越重要的作用。 麻纤维是从一年或多年生的草本麻类植物中提取，麻的纤维含量 较高，麻纤维的拉伸强度达2 7 8 8 6 3 m p a ，其韧性、吸湿性、织物透气性 都比较好。苎麻、大麻、亚麻、洋麻、黄麻、罗布麻属于韧皮类纤维， 它们质地柔软具有可纺性，商业上称为“软质纤维”【n 。亚麻制品具有 独特的卫生性、舒适性、凉爽性、抗菌功能。大麻纺织品不仅具有吸放 湿性好、抗菌防霉、防紫外线的特性，而且还具有润肤护肤的保健功能。 黄麻纤维粗硬、吸湿好、强度高、耐磨，适用于麻袋、绳索、包装用布 等。黄麻在中国的产量较大，且具有4 9 1 m p a 的拉伸强度，因此可作为 复合材料增强元件，所制成的黄麻纤维增强环氧单向复合材料，拉伸强 度达1 5 0 m p a 。 在各种各样麻纤维的应用领域中，最具有广阔发展空间的两个方向 为：麻纤维在非织造和复合材料中的应用。 非织造织物正以自己独特的优势占领纺织行业相当大的一部分市 场，并且以传统纺织不可比拟的速度在高速发展着。尽管目前麻纤维在 东华大学硕士学位论文第一章前言 采用非织造工艺的产品是有限的，但是大量的研究表明麻纤维应用非织 造工艺也可以制造很多产品。在过去的三十年里，n i r j a f t 做了很多 工作检测麻非织造布的可行性和适用性。英国纺织技术集团b t t g 开 发项目名为：麻的混合纤维在制造非织造产品中的发展和市场。b t t g 表明麻条在主体长度为9 0 m 时为最佳长度能够获得质量稳定性很好的 麻类非织造布产品。他们还采用传统的非织造制造方法：梳理、交叉铺 网、针刺粘结和热粘结等制造很多含大量麻纤维和1 5 一3 0 9 6 的人造纤维 混合的非织造产品，这些产品的克重在5 0 9 c m 3 到i 0 0 0 9 c m 3 不等翻。 麻纤维非织造布结构中，纤维束缠结而且彼此之间存在较大的摩擦 力，但比较蓬松，通过针刺工艺可以使纤网表面的一些纤维随刺针穿过 纤网，同时由于摩擦力作用而使纤网受到压缩，犹如许多的纤维束“销 钉”钉人纤网，缠结力和摩擦力得到增强，使已压缩的纤网不会恢复原 状。在这种非织造布中，纤维三维分布，呈现宏观有序、微观无序的状 态。这种结构既不同于单向纤维增强材料，也不同于短纤维增强材料。 与二维织物相比，其结构中纤维的自由度大，可以很容易地向三维各方 向移动与伸缩，并且通过铺网层数可以很容易地改变厚度。与相同厚度 层数玻璃纤维平纹织物成型比较，非织造布的树脂预浸材料在模压过程 中不会出现像前者那样的层间滑移和织物折皱等现象，表现出良好的深 度模压成型性【3 】。 表1 - 1 复合材料的填料和增强材料的各种纤维材料的性能1 4 t 1 2 麻纤维板材国内外研究现状 近年来，利用麻纤维增强聚合物基体复合材料的研究越来越多。国 享簪大学硕士学位论文 第一章静富 外对麻复合材料及其谁4 品的研究开发工作开媵较早较多。欧洲关于这方 瑟瓣磷究荻德蓬、荚灏、秀发帮惹大羁为圭。驻铡豁帮度等黧豹磷鼗王 作为燕，采用黄麻、劁麻、驻麻纤维和竹纤维作为增强材料与热固傲及 熬黧瞧黎会纺复合，制裁天然绔维艨会耱笺含材耱嗣品，跫嚣始薹程 应用。我国起步较魄，嗣翦备擎垮 部门茏其蹙一些蓠技已经露媲研究截 备不同麻纤维的复合材料l 瓤。 基怒缀道的酝绔维增强复会材料麓：剑瘀纾维瀚整瓣鼹爱会材料、 苎麻纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料、苎麻纤维增强聚氨醅泡沫及热 鳖黢戆籽及驻寐、黄藤、爨辩等灌强爨秀烯笈会耱辩等等。j f 睡玻璃终维 及碳纤维相比，麻纤维密度较小，约为1 2 - i 6 9 c m 3 ，所以其复合材料 鬣晶其有轻薄的蒋点，这对予某些嚣娩鲡汽率产监来说有疆大豹经济裁 益。黼麻纤维复合材料的力学性能也较为理想，比一般的树滕浇铸体有 更焘鲍模鬟簿更强既撬捧番链。 程寐终维复合耢辩瘟臻镁域孛，笼其蓬缮撬鹣是癍纾缨复合季彦辩 在汽车上的应用。目前汽率工业已经大量应用天然纤维复合材料，必然 纾绫纥大多数会藏纾维受荔羧生兹辩鳃，与联是子纛羧懿夏演黉滠爨馨合 成纤维和塑料纤维棚比，使用能再生的天然纤维材料会更加环保。甄麻、 盆l 麻辩大麻终维正手替舄赛的玻璃纤维，用予增强聚氨酯材辩，将麻类 纤维用于汽车已成为人们研究的热点，国外一些公司对麻纤缨在汽擎加 固乖孝辩上的应用的研究已缎取得了鞍大进展，并逐步走向产北亿。 比利时p r o c o t e x 公司谯产业用纺织品鼹燕会上展出了一种以瓣漾 为慕体的舞合材辩，京是5 0 筲双麻纤维藕5 0 聚雨烯纤维混仑毽( 穗弹 2 c m ) 麟壤瓣蘧缩孚投线模蕊缍箨，翔手汽攀王蛀。进去复会檬瓣黥普 遍问题是因透水导致夭然纤维损坏，而该公司生产的这种新材料具有密 阙懿逸缘。 旋巴黎题北部诺熙底地区的伊夫洛，一家名为“工业亚麻技术公司” 的薪象企鼗餍亚麻纤维生产汽车车门的内饰缀。该板是一种合成的率孝 料，用5 0 靛聚丙烯野维和5 0 的亚麻纤维铡成，也可以用靼六比或三 七眈的比例米制作合成材料。此种材料在发嫩攀敌时，用它装饰的翠门 3 东华大学硕士学位论文第一章前言 内饰板不容易损坏。此外，该材料的使用能够将最终产品的重量减轻 2 0 ，且使汽车更符合生态的要求网。 我国汽车行业也已经开始生产和使用不污染环境的麻纤维复合材 料汽车内饰物。例如河南固始华瑞汽车内饰件有限公司主要生产各种汽 车内饰件，包括轿车、客车及货车顶盏、门饰板、高架箱、前后保险杠、 仪表盘、座椅、汽车专用聚丙烯麻纤维复合材料、麻毡、棉基毡吸音 减震隔热衬垫等多个系列和种类。其生产的新型麻纤维汽车内饰件已被 国家科技部等五部委命名为国家重点新产品，产品具有质量轻、强度高、 韧性好、表面光洁、不易变形、装配方便等优点。其单位面积重量、拉 伸强度、断裂伸长率、耐寒冲击率、耐寒尺寸变化率、耐潮湿尺寸变化 率、耐热尺寸变化率、耐燃烧性能八项主要指标均可满足汽车内饰产品 标准要求。麻纤维汽车内饰件为汽车车身内饰设计提供了较佳选择，是 一种新型绿色环保汽车内装饰材料，其制造方法已获国家专利【_ 7 1 。 长春佳林汽车内饰复合材料公司生产的l o p r e f i n 也属于环保型产 品，它采用麻纤维为生产原料，在环保上具有绝对的优势。该材料适合 生产汽车内饰件覆盖层装饰材料、热塑成型的汽车内饰件，如仪表板、 车门内板、遮阳板、顶棚、帽架、地毯、行李架等。 顶棚内饰是汽车整车内饰的重要组成部分，它的主要作用是提高车 内的装饰性，同时还可以提高与车外的隔热、绝热效果，降低车内噪音， 提高吸声效果，提高乘员乘坐的舒适性和安全性。 对不同档次的顶棚内饰在材料上、结构上有所不同，为提高隔声、 隔热、降低噪声等效果，多采用各种纤维毡、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫 等与其他材质粘合在一起的结构作为衬垫，并与蒙皮材料( 如无纺布、 针织物等) 通过一定的方式粘合形成一体。 一般说来，车顶内衬非织造布主要有三种：一种是针刺工艺进行定 型处理非织造布，规格在2 4 0 m 2 - - 2 6 0 9 m 2 之间。另外两种非织造布 分别是6 5 9 m 2 涤纶热轧非织造布和规格为2 5 9 m 2 长丝丙纶非织造布。 这三种非织造布的作用分别是：针刺非织造布作为顶棚的覆盖材料，涤 纶非织造布用作加筋增强材料起增强定型作用，丙纶非织造布则作为热 4 东华大学礤士擘位论文 第一章前言 熔材料起到黏合剂作用嗣。 专弱譬为59 4 23 2 1 蠡孽美匡专翮掇遴采矮黄寐、蓟寐或洋臻圣替玻 璃纤维生产汽车车顶呢。该车顶呢的擞体制作方法如下：将这些天然韧 皮纤维切断成3 8 m m 一7 6 m m 长度，然聪铡7 5 9 m t 一8 0 9 m 2 的纤维网，接 着喷土获糨籀，将纤维稚含在一起，形成弹毪、多魏翡菲织遥毒。这样 两层非织造布与聚氨酯泡沫塑料复合成三明治结构，靠聚氨酯胶粘剂粘 舍在一起，褥将装饰材料层火焰胶合懋薄薄的聚氨黼泡沫塑料层上，再 靠藉含屡将其与三鸹潘笈含层糖合在超，最螽聚灏阏作为底硌，复合 成良好的汽车车顶呢唧。 这样的汽车车顶昵凝有以下特点；减少噪音，热绝缘，表颟鬃软， 减少乘客头部损伤。 1 非织造布2 聚氯酯泡沫塑料屡 3 装怖材料层4 轱合层 聚氨酯泡沫塑辩 图卜i 汽车车项呢 。3 课题爨义及研究内容 3 1 理论意义 对复会材料的增强体黄麻针刺毡力学性能及其影响因素进行系统 豹实验分携粒理论璎究，裁造出蛙能馁爨豹蕤墼黄凑铮裁毡，舞荧舞铮 刺复合材料的设计提供瑕论依据。推动黄麻针刺毡复合材料在我圆的深 入研究和戚用，满足未来几年内我国汽车业及其它产业用的需要，具有 爱大戆社会效益嚣经凌效蕊。 1 3 2 现实意义 在自然资源日益紧绒的今天，积极歼发易种植的麻类纤维具肖重要 意爻，宅翻魄玻璃绔缓黢零羝芳显密痰廷骞玻璃纾缀瓣一半左纛，透瑟 用它制得的复合材料熏缀较轻，这一点对汽车工业特别有吸引力。而且 麻纤维复含材料是绿色产品，它的原料麻纤维和树脂是可以回收应用 戆，菠辩雹霉鞋生魏臻鳝，荔荧浇，敬瓣嚣壤友努。臻宅啻】增强弱复会 材料被称为生态复合材料，在汽车等正业上有着良好的前景。特别是 5 东华大学硕士学位论文 第一章 前言 目前欧洲已拟定法律，按照该法律在2 0 1 5 年前汽车用的材料的回收率应 达9 0 ，这将促使汽车制造厂商重新考虑其使用材料的战略，这就直接 对玻纤与碳纤维提出了挑战。 开发麻类纤维对于我国这个农业大国也有很大的经济意义和社会 意义。麻纤维开发有助于推动农民种植品种好、适纺性强的麻纤维，改 善亚麻等麻纤维依赖进口的现状，推动我国农业经济发展，增加农民收 入，对稳定社会秩序有重要意义。 i 3 1 主要研究内容 本课题主要研究黄麻和聚丙烯纤维复合板材的具体生产工艺路线 和工艺参数，分析讨论各参数对最终产品性能的影响，并在此基础上优 化工艺参数，得出性能较好的黄麻和聚丙烯的复合板材，为实际开发提 供指导。所要研究的具体内容如下： ( 1 ) 设计黄麻聚丙烯复合板材的生产工艺路线； ( 2 ) 具体分析黄麻聚丙烯纤维针刺成毡过程中各道工序对针刺毡 性能的影响，得出各道工序的工艺参数： ( 3 ) 对黄麻聚丙烯针刺毡的热压过程参数进行探讨； ( 4 ) 利用通用旋转组合设计实验选取最优的热压工艺参数： ( 5 ) 对黄麻聚丙烯复合毡进行阻燃处理，探讨三种阻燃方案的阻 燃效果； ( 6 ) 对最佳的阻燃方案进行正交设计，得出最佳阻燃工艺。 6 末华大学磺士学往论文 第二章复合援薅成型燕王芑 第二章复合板材成型加工工艺 黄寐聚蔼爝复合扳材靛成型瓣工主要分务两个部分：第一，旋磁 缍维秘浆嚣臻纾维锌裁戎穗；第二，黄寤聚嚣繇锋麓毡燕垂残鍪。逡 两个部分各道工艺步骤以及工艺参数都对最终成鼯性能有重要影响。 在针刺成毡的过程中；纤维的混纺比、铺网层数、铺网方式、针刺 密度、针刺深度、针刺型号；在热驱成形的过瑕巾：热压温度、热服聪 力、燕聪辩闼。登矮控裁好| 2 乏童工艺参数，君簸德爨会穆戆产品，劳焱 _ l 龟基础上进行优化，最终褥出性能优异酶黄寐聚丙烯纤维复合板誊| 。 2 1 黄滕聚丙烯纤维针剿毡成型工艺 黄黥蒙嚣爝绎维锌裁袋黧王艺籍线蘩下： 口口d 鲁h 僦拙椭机 幽。王 i i l 一 i 删燃s 攒双锡林硬遭夫梳理机h 踟懈旒舒滚筒开棉帆h 眦型锯齿滚搿歼棉机l l l 四帘铺藏成厩机h 预针刺( b c l 3 l l o b 0 2 3 _ 3 6 0 )h肆控对刺固结h 成毡 i 图2 - 1 黄辩聚嚣薅纾维赞裁成登王艺路线 2 1 ，1 原料准备 2 1 1 1 簧麻的预处理 黄麻主要成份是纤维索纤维，同时伴有果胶威、术质素、半纤维索、 l 蓦菸蘩溪簿 绥缝貔覆，娶取褥并稳矮葵纾维，必矮透露逶瘦我驳，霞 纤维从胶矮中分离出来，黄麻的预处理主要怒麟胶的过程。 试骏主要采用碱煮练脱胶法，具体的工艺路线如下： 黄麻原麻一浸酸一水洗一碱煮一水洗一酸洗一水洗一脱水 节 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 试验的主要工艺参数配置： 浸酸：h 2 s o a 浓度l g 1 ，时间1 小时，温度5 5 c ，浴比1 ：1 2 碱煮：n a o h 浓度7 9 1 ，煮练时间9 0 分钟 试验结果： 黄麻原麻脱胶后纤维中的残胶率为2 0 - - 2 5 。 2 1 1 2 聚丙烯纤维的性能 最近数年来，聚丙烯纤维在非织造布生产中用量增加极为迅速，主 要因为这种纤维具有许多优点，例如：比重轻( 比聚酰胺纤维轻2 0 ， 比聚酯纤维轻3 0 ，比粘胶纤维轻4 0 ) ：强度较高( 纤维强度4 0 e n d t e x - - 6 2 e n d t e x ，断裂伸长率3 5 - - 6 0 ) ，耐磨性和弹性回复性较好，不起 球：耐酸，耐碱，耐化学溶剂的性能优于大部分其他合成纤维；抗微生 物性能好，不霉不蛀，对皮肤无过敏现象，卫生性能好，耐污性能较好， 吸尘量只相当于羊毛，易洗涤清洁，易干燥，电绝缘性能好【l l 】。聚丙 烯纤维的熔点约为1 6 0 1 7 5 ，软化点1 4 0 1 5 0 ，聚丙烯纤维具有最 低的导热性能，本课题主要利用聚丙烯纤维熔点低，易作为热熔性纤维 用于固结纤维网，适用于复合材料的热压和模压工艺需要。 表2 - 1聚丙烯纤维的规格 2 1 2 试验所用仪器设备 抓棉机：f a 0 0 2 型圆盘式抓棉机 开棉机：f a l 0 7 a 型锯齿滚筒开棉机f a l 0 6 a 型梳针滚筒开棉机 梳理机：a s b c l 2 18 型双锡林双道夫梳理机 成网机：四帘铺叠成网机 针刺机：b c l 3 1 1 c 6 0 2 3 3 6 0 型针刺机 2 2 纤维成网和针刺成毡的工艺技术 2 2 1 纤维成网前的预处理 对于纤网生产来说，良好的准备工序一纤维的前处理加工，是保 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 证纤网质量的必要条件，主要包括纤维均匀混合、良好开松、准确称量 配料、施加必要的油剂和较好的梳理等。这些前处理工序的工作质量对 成网乃至最终复合材料的性能与质量都至关重要。因此，我们严格控制 前处理工序中加工方法、道数以及工艺参数的调整如隔距、相对速度等。 2 2 1 1 纤维的开松和混合 黄麻和聚丙烯纤维在混合前先经过适当的开松，使其能达到更好的 均匀混合的目的。 黄麻纤维长度长，硬挺，含有麻皮、麻骨等杂质，因此，为了保证 黄麻纤维和聚丙烯纤维的充分混合，且麻纤维块能被充分开松梳理，采 用多松少打。先利用锯齿滚筒开棉机将黄麻纤维块预开松，再用梳针滚 筒开棉机对黄麻块进行细致的开松，降低打手速度，减少尘棒间隔距， 增大打手与尘棒间隔距。 具体工艺配置为：锯齿型打手转速为4 8 0 f r a i n ，梳针打手转速为 9 0 0 r m i n ，尘棒间隔距为6 m m ，打手与尘棒间隔距为1 1m m x l 8m i l l 。 要实现精确的混合，纤维在混合前必须经过精确的称量，不仅要按 各纤维的名义重量百分比混合，而且要使之实现匀质的混合。经初步开 松的纤维混合时，配料成分可用下式计算【1 1 1 ： 混料中某种纤维重量( k g ) = 混料纤维总重( 船) 某种纤维配料成份( 煳 2 2 1 2 纤维梳理工艺 黄麻纤维和聚丙烯纤维成网过程中，梳理是关键工序。它把经过开 松和混合工序的纤维原料加工成基本上有单纤维组成的薄网，供铺叠成 网或直接进行纤网加固或经气流成网，以制造三维杂乱排列的纤网。 纤维原料的梳理是在梳理机上进行的，它的作用如下【n 】； ( 1 ) 彻底分梳混料，使之成为单纤维状态； ( 2 ) 使混料中各种纤维在单纤维状态下充分而均匀地混合； ( 3 ) 进一步清除杂质： ( 4 ) 使纤维平行伸直。 主要过程分解为：分梳作用和剥取作用，如图2 2 和图2 3 所示： 9 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 图2 2 分梳作用图2 3 剥取作用 本产品开发主要利用双锡林双道夫梳理机，借助锡林和分梳元件表 面包卷的金属针布的钢齿或钢针对纤维进行松解和梳理。由胸锡林与三 对工作辊、剥取辊进行预梳理，使块状纤维变成束状纤维，束状纤维转 移到主梳理区后，由主锡林和五对工作辊、剥取辊对纤维束进行更进一 步梳理。 其主要工艺参数配置为：胸锡林用s b t - 4 型金属针布，主锡林用 s r c 一1 0 2 型金属针布，胸锡林上的工作辊和剥棉辊均用s b t - 5 型金属针 布，隔距为0 5 0 m ，0 3 5 m m ，0 3 8 m m ，主锡林前三个工作辊用s r w - 1 0 2 型金属针布，后三个工作辊用s r w - 1 0 4 型金属针布，剥棉辊均用 s r t - 1 0 8 型金属针布，隔距为0 3 8 r a m ，0 3 5 m m ，0 3 3 m m ，o 2 7 r a m ， 0 3 5 m m 。 2 2 2 纤维成网工艺 机械成网有三种主要形式：第一种是把梳理机输出的纤维呈单向排 列的薄网直接进行加固；第二种是把梳理机输出的薄网通过一定的方法 铺叠成一定厚度的纤网，再进行加固。铺叠的方法有平行式( 串联式与 并联式) 铺叠、交叉式铺叠及组合式铺叠；第三种是机械杂乱式成网， 它是在普通梳理机基础上，通过特殊手段，使纤网中的纤维达到一定程 度的杂乱排列【1 “。 本试验采用的是第二种方法，即交叉式铺叠成网中的四帘式铺叠 成网。四帘式铺叠成网亦称平铺折叠成网，如图2 4 所示。 l o 东华大学硕士学位论文 第二章复合板材成型加工工艺 图2 - 4 四帘式铺叠成网图2 _ 5 纤网的形状 梳理机送出的薄网1 ，经定向回转的输网帘2 和补偿帘3 ，到达铺 网帘4 ，铺网帘4 不仅回转，并按所需成网宽度( 可调) 来回运转，于是 薄网1 被往复铺放在成网帘5 上，因而叠成一定厚度的纤网6 。成网帘 上的铺叠的纤网，其形状如图2 - 5 所示。设道夫输出宽网为w ，且道夫 到网帘之间纤网的宽度不变( 实际上由于张力的牵引而略微变窄) ：又 设铺网帘4 的往复速度为v 2 ，成网帘5 的移动速度为v 3 ，成网帘5 上 铺叠成网宽度为l 。那么，铺网后纤网层数m 近似地可以用下式表示： m ：= w x v 2 上x v 3 上式表明，在不考虑纤网意外牵伸情况下，铺网层数m 与铺网帘 往复速度v 2 和薄网宽度w 成正比，与成网帘移动速度v 3 和铺叠成网 宽度l 成反比。研究表明，这种交叉铺网成网的铺叠层数m 至少6 8 层，层数越多，纤网均匀度越佳，但超过一定的层数后，均匀度改善不 显著【1 l 】。 试验中我们采用的铺网往复运动速度v 2 = 2 0 m m i n ，成网帘输出速 度为v 3 = l m m i n ，铺叠后纤维宽度为l = 4 m ，道夫输出的薄网宽度为w = 2 m ， 此时成网帘上铺叠的纤网层数可达l o 层，纤维网的均匀度较好。 东华大学硕士学位论文 第二章复合板材成型加工工艺 2 2 3 针刺成毡 2 2 3 1 针刺原理 用针刺法生产非织造布，完全是通过一种机械作用，即针刺机刺针 的穿刺作用，将蓬松的纤网加固成布。 基本工艺原理为：用截面为三角形( 或其他形状) 和棱边上带钩刺 的刺针对纤维网进行反复穿刺，由于喂入针刺机的纤网( 通常是机械折 叠制成的纤网) 十分蓬松，纤维与纤维之间不发生“交织”，彼此之间 的抱合力很差，纤网几乎没有强力，但是当成千上万枚针刺刺入纤网时， 针刺上的钩刺就带住纤网表面的一些纤维随针穿过纤网而产生位移，同 时由于摩擦作用而使纤维受到压缩。当刺入一定深度后，针刺回升，此 时由于钩刺顺向的缘故，这些纤维脱离钩刺而近乎垂直状态留在纤网 内，犹如许多纤维束“销钉”钉入了纤网，使已经压缩的纤网不会再 恢复原状，如图2 - 6 所示【1 1 】。 图2 - 6 针刺法的基本工艺原理示意图 卜纤网2 一刺针 2 2 3 2 针刺工艺参数 影响针刺非织造布产品质量的因素很多，分别如下：纤维本身的特 性；纤网的特性；针刺工艺参数；刺针参数；环境因素等等。其中主要 影响因素为针刺型号、针刺深度和针刺密度1 1 2 - 1 6 。 针刺型号：在生产针刺非织造布时，一般应根据纤维纤度、长度、 1 2 东华大学硕士学位论文第二章复合扳材成型加工工艺 和对产品的最终要求来选择针刺的型号。通常在纤维较细时，选用针刺 的号数要大，反之则选用的号数要小，如表2 2 所示为不同纤维原料 适用的针刺型号。 试验中考虑到黄麻纤维粗、硬、挺、刚度大，选用1 7 号r 型针刺。 表2 _ 2 不同纤维原料适用的刺针号数“】 针刺深度：针刺深度指针刺针尖向下通过托网板上表面的距离( 对 下针刺机而言) ，即针刺刺穿纤网后突出网外的长度。针刺深度根据原 料的种类、纤网厚度和产品要求确定，通常在3 m m - 1 7 m m 之间。一般说 来，对粗长纤维组成的纤网刺得深些，反之则浅些。厚型纤网的针刺深 度要比薄型纤网深些，产品要求硬实的也要刺得深些，反之可浅些。在 适当的范围内，针刺深些可以加强纤维之间的缠结，增强纤维之间的抱 合力，从而使产品的强力增加。但是刺得过深，会使纤维断裂增加，因 而降低织物强力1 1 】。 黄麻纤维刚性较大且要求黄麻毡的强力较高，故采用双面针刺，针 刺从上往下刺时，针刺深度为l l m m ，针刺从下往上刺时，针刺深度为 7 m m 。 针刺密度：纤网在单位面积里所受到的针刺数。它与针板单位长度 上的植针数和纤网在每一个针刺循环中前进的距离有关。其计算公式如 下： d n ： 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 式中：d n 针刺密度( 针刺数c m 2 ) ； n 每米长度的针板上植针数： s 针刺机每刺一刺纤网前进的距离( e r a 刺) 。 针刺密度随产品的不同而异，一般说来，针刺密度越大，纤维缠结 度越高，非织造布的强度越高，但是如果继续增加针刺密度，那么刺针 刺进已经很紧密和纤网时，钩刺带动纤维位移就十分困难，因此使纤维 损伤，容易使针刺折断，反而造成布的强力下降。 综上所述，本试验中采取的针刺密度为：从上往下刺时，针刺密度 为7 0 0 0 针m 2 ，针频为6 0 0 次分，从下往上刺时，针刺密度为8 0 0 0 针m 2 ，针频为5 0 0 次分。 2 2 3 复合毡的质量指标 在以上各道工艺参数的控制下，最终得出黄麻聚丙烯复合纤维毡的 主要性能指标如表2 3 所述，图2 7 、2 8 为黄麻聚丙烯复合纤维毡的 照片。 表2 _ 3 黄麻聚丙烯复合纤维毡主要性能指标 1 4 性能指标复合毡 单位面积重量( g m 2 ) 幅宽( 栅) 厚度( 衄) 顶破强力( n ) 弯曲牢度( n ) 断裂强力( n ) 断裂伸长率( ) 透气性( m l c m 2 s ) 纵向 横向 纵向 横向 纵向 横向 蛆瑚。啪踮记螂搭记心舢。洲懈纰季|弘眈m 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 图2 7 黄麻聚丙烯复合纤j 维毡表面形态照片 图2 - 8 黄麻聚丙烯复合绷维毡截面形态照片 2 3 黄麻聚丙烯针刺毡热压成型工艺 2 3 1 热压成型工艺路线 黄麻为增强材料，利用黄麻和聚丙烯之间的熔点差异，使聚丙烯熔 融作为基体材料，包覆在麻纤维表面，在一定压力下粘合成型，冷却后 即可制成具有一定强度、硬度、厚度的热塑性黄麻聚丙烯纤维复合板 材。 我们所采取的工艺路线如下： 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 图2 9 黄麻聚丙烯针刺毡热压成型工艺路线 2 3 2 热压成型影响因素 2 3 2 1 温度影响 热压成型的原理就是利用聚丙烯和黄麻的熔点差异，在一定的 温度下聚丙烯熔融，包覆于黄麻的表面形成复合板材，所以温度 是比较重要的影响因素。从图2 - 1 0 丙纶长丝d s c 图中可知聚丙烯的熔 融温度在1 6 0 c 左右【m ，故采用温度1 5 0 c 、1 6 0 、1 7 0 c 、1 8 0 。c 、 1 9 0 热压成型，并作工艺优化。 图2 1 0 丙纶长丝d s c 图 2 3 2 2 压力影响 成型压力对改善纤维网的热量传递，促进熔融纤维的熔体流动，增 加纤维的接触面积有重要的作用。压力增大虽然有利于熔体的流动，但 同时也将纤维束压紧，使纤维间的缝隙变小，增加聚合物熔体浸透纤维 束的难度，所以应当选择适当的成型压力，既使熔体流动性增大，又使 纤维束单丝间的缝隙变化不大，所以成型压力并不是越大越好。试验中 采用压力2 m p a 、4 m p a 、6 m p a 、8 m p a 来具体分析压力对黄麻聚丙烯复 1 6 东华大学硕士学位论文第二章复合板材成型加工工艺 合板材的性能影响，得出较好的压力参数。 2 3 2 3 时间影响 成型时间对复合板材的力学性能有很大的影响，粘合时间短，聚丙 烯熔融不充分，不能很好地起到连接纤维的作用，力学性能较差；成型 时间过长，易造成聚丙烯基体的裂解，力学性能下降。我们选择成型时 间为2 m i n 、4r a i n 、6r a i n 、8m i n 进行试验，以确定最佳的成型时间。 2 4 本章小结： 本章主要分析了黄麻聚丙烯复合板材成型的各道工艺和各工艺相 关的工艺参数。 ( 1 ) 板材成型主要包括两个部分：针刺成毡和热压成型。 ( 2 ) 在针刺成毡的过程中，具体分析黄麻纤维的预处理、黄麻和聚 丙烯开松混合、梳理、针刺的工艺参数。 ( 3 ) 在热压成型的过程中，简单分析了影响黄麻聚丙烯复合板材 热压成型的三个关键因素：热压温度、热压时间、热压压力。 1 7 东华大学硕士学位论文第三章复合板材力学性能研究 第三章复合板材力学性能研究 前章内容详细叙述了黄麻聚丙烯板材的成型工艺，简单讨论了部 分热压工艺参数对复合板材性能的影响，本章在上一章的基础上结合 单因子试验进一步详细分析这些影响因素，并通过三因子二次通用旋 转组合设计优化工艺参数。 3 1 复合材料力学性能测试 考察复合板材的性能指标有多种，如外观性能指标、强力性能指 标和其他功能性能指标等。在此主要采取强力性能指标对复合板材进 行评定，主要测定板材的拉伸强力和弯曲强力来对复合材料的质量进 行控制，对工艺方法进行评价和筛选。 因为是对比试验，且由于试验条件所限，拉伸、弯曲试样的几何 尺寸均定为长x 宽厚= 1 2 0 m i n x l o n u n x 3 r a m ( 厚度为试样的原厚1 。拉 伸、弯曲试验是在c m t 5 1 0 4 微机控制电子万能试验机上进行的，所用 的试样如图3 1 所示： 图3 - 1 力学试验试样 3 1 1 拉伸试验 3 1 1 1 试验原理 拉伸试验是在规定的温度、湿度和试验速度下，在试样上沿纵轴方 向施加拉伸载荷使其破坏，此时拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸n , q l i 应力以o ( m p a = l n 衄n 2 ) 表示，按下式计算： ， 盯2 丽 公式中f 最大负荷、断裂负荷、屈服负荷，n ： 东华大学硕士学位论文 第三章复合板材力学性能研究 b 试样宽度，蚴； d 试样厚度，m m 。 3 1 1 2 试验步骤 参照国家标准塑料拉伸试验方法 1 8 1 进行，试验温度为2 2 + 2 c ， 相对湿度为5 5 ，拉伸速度为l o m m m i n 。 ( 1 ) 将合适试样编号、划线、测量试样工作段任意三处的宽和厚， 精确到o 0 5 n u n ，计算平均值。 ( 2 ) 用夹具夹持试样，使试样纵轴方向中心与上、下夹具中心连 线重合，并且松紧适宜，避免使试样在受力时滑脱或夹具过 紧在夹口处损坏试样。 ( 3 ) 按所选择的速度，开动机器，进行拉伸试验。如果试样在夹 具内或试样断裂处离夹紧处距离小于l o r n m 则应予作废。 ( 4 ) 试验数据的处理 。取三位有效数字，以两个有效试验数据的算术平均值表示 试验数据。 注：拉伸性能测试为了防止夹头夹断纤维，保障试样断裂尽可 能发生在中部，在试样的端部粘结上了加强片。加强片在试样制 备后粘结，两侧加强片在粘结中应对称。拉伸性能测试中的拉伸 试样如下图所示： 图3 - 2 拉伸试样几何形状 3 1 2 弯曲试验 3 1 2 1 试验原理 弯曲试验采用三点加载简支梁，即将试样放在两支点上，在两支 点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破坏时的强度为弯曲强 1 9 衷华夫掌磺士学位