熔喷干法纤网在线复合汽车吸音棉的生产

熔喷干法纤网在线复合汽车吸音棉的生产

驾驶员和乘客的噪声增加了驾驶员和乘客的疲劳，并影响了汽车的安全行驶。噪声对身体健康有着严重的影响,多种疾病的发病率比正常情况明显提高非织造汽车吸音纤维材料又称吸音棉,可将车体振动所产生的中高频噪声振动能转换为吸音棉内部的细旦纤维的动能,并转化成热能而消失,达到吸音降噪的功能。这方面产品较为著名的生产厂商有RIETER(立达)集团、德国SandlerAG(盛德)公司、TextilgruppeHof(霍夫)公司等。对高质量汽车吸音材料有以下四点要求:①手感柔软、蓬松,由于纤维细度极细,自然蓬松,同样体积的吸音材料自然会更轻便,更利于声波进入并被吸收;②回弹率高,即使受到短暂挤压也能有效回弹以保持其蓬松状态;③回潮率低;④环保,无毒无味。本试验采用熔喷工艺生产的超细短纤维作为主体吸音材料,利用熔喷超细短纤维自身较大的比表面积,加之熔喷产品孔隙小的特点,从而提高了声波透过熔喷棉时空气和纤维表面的黏性空气摩擦阻力;采用三维卷曲涤纶中空短纤维和阻燃涤纶短纤维组成干法纤网,作为结构材料和辅助吸音材料;再通过一定的工艺措施,在线开发出两种材料(3种纤维)复合的汽车吸音棉材料。1试验部分1.1长沙精智塑化新材料有限公司聚丙烯(PP)切片,熔融指数150g/min,等规度95%,长沙精智塑化新材料有限公司;三维卷曲涤纶中空短纤维,3.3dtex×38mm,仪征化纤股份有限公司;阻燃涤纶短纤维,3.3dtex×38mm,中国纺织科学研究院。1.2yg807八篮烘箱YG461E数字式透气仪,宁波纺织仪器厂;YG747八篮烘箱,南通三思机电科技有限公司;YG026H型多功能电子织物强力机,宁波纺织仪器厂。1.3生产工艺2结果与讨论2.1超细纤维结构熔喷/干法纤网在线复合汽车吸音棉的吸音性能主要是通过熔喷生产中制得的超细短纤维结构得到增强,超细短纤维直径在1~4μm。超细纤维可以增大纤维的比表面积,缩小纤维间的距离,提高声波透过吸音材料时空气和纤维表面的黏性空气摩擦阻力。这种方法更加适合于开发轻量化的高性能吸音棉材料2.1.1熔喷法非织造材料的原料种类理论上讲,凡是具有热塑性的聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。由于PP熔点较低、原料易得、密度小、无毒、抗冲击强度与抗挠曲性好等优点,其在熔喷法非织造材料生产中一直占据统治地位。除此之外,用于熔喷的切片原料还可采用聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸等。PP切片的相对分子质量及其分布直接影响熔喷工艺和吸音棉的性能。当PP切片分子质量较低、分子质量分布较窄时,其熔融指数(MI)较高,熔体黏度较低,比较适合于熔喷工艺较弱的拉伸作用,有利于形成均匀度较高的熔喷纤网;反之,PP聚合物熔融指数越高,熔喷生产中由于拉伸力的不足,单纤维的强力较低且不均匀,形成的纤网强力和均匀度较差。从工艺角度讲,熔喷生产是采用高压热空气拉伸,因此最好使用纺丝温度低、流动性能好的原料,即采用熔融指数较高的聚合物,这样有利于提高产量、降低能耗;从产品特点上讲,熔喷法非织造材料的特点之一是纤维细度较小,通常小于10μm,大多数纤维细度在1~4μm,只有使用熔融指数在80~180g/min之间、分子质量分布较窄的高熔融指数PP切片,才能生产出所需纤度的超细纤维。分子质量分布宽度对熔体的流动性有明显影响。分子质量分布越窄的树脂,越容易制得超细纤维。如果分子质量分布较宽,熔体切变速率下降,就会增加熔体的弹性,阻碍热气流对熔体细流的拉伸,容易在纤维网中形成结点,并使熔喷非织造材料的手感发硬。目前,生产高熔融指数PP切片的供应商有韩国Basell公司、美国ExxonMobil公司、北欧Borealis公司以及我国的湖南盛锦新材料有限公司、长沙精智塑化新材料有限公司等。这种高熔融指数PP切片是利用茂金属催化技术开发出来的,可以有效改善熔喷产品的弹性、柔软性、结合力、强度和耐用性。本试验采用的是长沙精智塑化新材料有限公司生产的PP熔喷专用料,其质量指标如表1所示。2.1.2熔体流变性能螺杆挤压机是形成均匀熔体的关键。PP切片在挤压机各区域的状态不同,其温度设置非常重要,直接影响到纺丝过程的顺利与否和产品的力学性能。若温度偏低,熔体流变性能不好,黏度偏大,会堵塞喷丝头,出现注头丝,布面疵点增加;若温度偏高,熔体会出现较大的热氧化降解,影响纤网的均匀度。一般螺杆一区温度控制在170℃,二区温度控制在220℃,三区温度控制在230℃,四区温度控制在240℃,五区温度控制在255℃左右,以使熔体的流动状态和均匀度达到最佳。2.1.3模头温度的设定熔喷模头温度越高,熔体黏度相应越低,熔体流变性能越好,越容易制成超细短纤维;但如果熔喷模头温度过高,熔体黏度过小,会导致熔体细流的过度拉伸,形成的短纤维会过短过细,造成“飞花”现象。因此,在原料的熔融指数确定以后,在实际生产中要合理设定模头温度,并且要结合环境温度及产品的指标要求和用途,来调整熔喷模头温度,从而改变产品的丝径、孔隙、手感、强力、伸长率等指标,以满足客户的不同需求。以300g/m2.1.4气流喷射角的影响热空气喷射角是指气流与模头底面的夹角,用θ表示,如图2所示。热空气的喷射角直接影响熔喷纤维的拉伸效果和纤维在成网帘上的分布状态。高温高速的拉伸热空气从熔喷组合模头的空气通道中喷射出来,气流间发生碰撞,形成了复杂的流场。当热空气的喷射角在80~90°时,气流高度分散且湍动剧烈,不利于形成线密度均匀的熔喷丝,使短纤维在成网帘上呈无规则的杂乱分布;当热空气的喷射角在30°左右时,在y轴(图2)上分量较大,对熔喷丝不能形成有效的拉伸,会产生较多的纤维束或平行的纤维,形成丝圈状的丝束;当拉伸气流喷射角为60°左右时,在喷丝孔轴线附近区域,气流速度较高,湍动现象不太剧烈,有利于熔体细流的拉伸和形成超细纤维。本试验实施中,热空气的喷射角控制在58~60°之间。2.1.5热空气的压力热空气的速度直接影响到熔喷纤维的线密度大小。生产中用热空气的压力来表示气流的速度,压力越大则速度越快。当热空气的压力较小时,得到的熔喷丝粗细不匀,线密度偏大,手感僵硬,单纤维相对强力偏小;当热空气的压力较大时,可以获取均匀的超细短纤维,且单纤维相对强力较大,纤网中纤维间的黏合效果较好,吸音棉的强度较高;当热空气的压力过大时,同样也会造成“飞花”现象。以300g/m2.1.6厚度、强度熔喷模头的喷丝孔出口处到接收帘网的垂直距离称为熔喷工艺接收距离(见图3)。生产表明,接收距离直接影响吸音棉的透气率以及纤维网的蓬松度、厚度、强度等指标。适当增加接收距离,有利于获取更细的短纤维,有利于形成蓬松的纤网结构,得到的吸音棉更为蓬松、柔软,但同时热黏合效率变差,产品的纵横向断裂强力稍有下降。从吸音棉综合性能上讲,稍大的接收距离更利于提高产品的吸音效果。本试验以300g/m因此,在熔喷生产中,要根据不同熔融指数的聚合物原料,正确设置螺杆各区温度、熔喷温度、拉伸热空气速度以及接收距离,并注意这些工艺参数之间存在的相互依赖的关系。2.2干燥的纤维网络对产品的影响2.2.1耐久性和热阻系数聚酯(PET)纤维吸音系数高、吸音频率宽、阻尼性能好、具有黏弹及内阻尼特性,这些特征都是优异吸音材料所需要的。同时,PET纤维初始模量高、具有较好的力学性能、黏结强度高、耐候性能好,因此在熔喷/干法纤网在线复合汽车吸音棉生产工艺中,采用PET短纤维网控制整个吸音材料的厚度和蓬松度,不但能起到骨架纤维或结构纤维的作用,同时还能和超细熔喷短纤维起到较好的协调作用汽车吸音材料的耐久性同样也是衡量其品质的一个重要指标。耐久性包括抗霉菌性、疏水性、抗压回复性。由于PET分子链中含有芳香环酯基,分子链为线型结构,具有高度的立构规整性,同时所有的芳香环几乎处于同一平面上,因此具有较大的刚性和疏水性能以及较强的抗压回复性,其抗霉菌性能要优于天然纤维和再生纤维,即具有较好的耐久性,因而更有利于吸音作用的长久保持。此外,材料的热阻系数反应了材料本身阻隔热量的能力,其数值越大,在相同的环境条件下,材料的隔热性能就越好。文献表明纤维中空度越高,越有利于吸音隔热,也越有利于产品的蓬松从吸音材料安全性角度考虑,在干法纤网中采用了一定比例的阻燃涤纶短纤维以提高最终产品的阻燃性。为了提高干法纤网在吸音棉中的骨架作用,选用的三维卷曲涤纶中空短纤维和阻燃涤纶短纤维纤度均为3.3dtex,平均纤维直径为25μm左右。2.2.2纤维对pet纤维的整理为了提高三维卷曲涤纶中空短纤维和阻燃涤纶短纤维分布的均匀度和保持单根状态,要将它们梳理成网,然后再与熔喷丝在线复合。如果纤网质量不好,产品的面密度不匀率较高,纤网的内部会出现未梳理开的丝团,PET纤维在吸音棉中的分布就不会均匀,起不到控制产品厚度和骨架的功能。因此,在纤网生产工艺中,纤维的混合采用多仓混棉机,梳理采用多锡林双道夫梳理机,加杂乱装置,四帘成网,以使纤维在纤网中纵横向分布均匀,无云斑、无破洞、薄厚一致。干法纤网中三维卷曲涤纶中空短纤维和阻燃涤纶短纤维的比例要合理搭配,才能使最终的吸音棉既起到阻燃的功能,又不影响产品的外观质量和手感。本试验中干法纤网的面密度控制在(240±5)g/m2.3纤网加入角度对复合吸音棉的影响在保证PP熔喷丝质量和PET纤网均匀度的前提下,在线复合工艺中,PET纤网加入量和复合时纤网的加入角度会直接影响吸音棉的品质。将干法纤网加入熔喷丝时,要先将纤网开松,开松不易太剧烈,以免损伤纤维。复合过程中,若加入纤网的量偏大,则复合吸音棉中PET的比例就会过大,PET短纤维和PP超细短纤维就无法混合均匀,容易产生丝团现象。复合吸音棉的强度是依靠熔喷丝自身黏合得到的,若加入纤网的量偏大,复合吸音棉的强力就会降低,产品的外观和手感变差,吸音效果也下降;加入纤网的量若偏小,则PET在复合吸音棉中比例减小,产品的厚度和蓬松度不够。因此加入纤网的比例应根据复合吸音棉的最终面密度和厚度要求来确定一个最佳的数值。以300g/m在线复合时,纤网的加入角度同样影响吸音棉的品质。如果纤网的加入角度偏小,就形不成两种产品的完全混合,会出现明显的分层现象;如果纤网的加入角度偏大,则影响PP熔喷丝的正常生产,造成飘丝等不良现象。生产表明,当纤网的加入角度控制在75~83°之间时,能够得到较好的复合产品。正常工艺条件下,300g/m2.4产品测试结果面密度为300g/m由图5可以看出,所开发的300g/m产品的燃烧性能符合GB8410—1994国家标准的要求。3熔喷丝的制作(1)为了实现熔喷/干法纤网复合汽车吸音材料的在线生产,