專利名稱：團簇狀纖維熱塑性復合片材的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復合片材，特別是涉及一種團簇狀纖維熱塑性復合片材。
背景技術：
目前國內外無論是干法工藝還是濕法工藝制備的纖維熱塑性復合片材，如麻纖維復合板材、PP玻纖復合板材等，由于其工藝的特點，使得片材的基體中纖維取向較強，影響板材的力學指標及性能。干法工藝采用非紡織工藝的梳理、鋪網、針刺工藝，它是將增強纖維與熱熔纖維經混合后，通過開松、梳理、鋪網、針刺等制備成針刺氈，針刺基氈經烘焙、復合、定型制備成纖維熱塑性復合片材，片材基體由多層單纖網鋪設組成，纖維方向性較強， 針刺固網對纖維的損傷較大，使得復合板材的縱橫向強度比值均大于1 1.5，梳理針刺纖維基氈均勻性較差，造成片材不勻率均在4% 7% ；濕法工藝的片材基體制備是通過改進了的造紙工藝制造，它用泡沫代替傳統淤漿中的水，通常淤漿起著攜帶纖維及將礦物填料形成纖維基氈，纖維基氈經排濕、烘焙、復合、定型制備成復合板材，片材基體同樣由多層單纖網疊加組成，纖維受液態流動的影響方向性較強，導致濕法工藝復合板材纖維的縱橫向強度比值均大于1 2.2。由于上述熱塑性復合片材工藝特點，片材中纖網由多層單纖網鋪設和疊加組成， 纖維不具各向同性，使得片材縱橫向強度比值差異較大、片材抗剪切力較差，目前對高拉伸飾件仍然是靠增加材料單位面積克重來實現，輕質的減料效果不顯著。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種抗剪性能提高，各個方向的抗拉和抗彎力學性能強，膨化率高，密度低，質量強度高的團簇狀纖維熱塑性復合片材。為了解決上述技術問題，本發明提供的團簇狀纖維熱塑性復合片材，包括片材上表面層、中間纖維與混合粉末基體層和片材下表面層，所述的中間纖維與混合粉末基體層是采用如下步驟生產方法的定長的纖維絲在輸送氣流的作用下經由輸送管道進入到氣動分散混合室的噴射口，受到輸送氣流、上升分散氣流、以及多組側向攪拌分切氣流的相互剪切作用后，使進入到氣動分散混合室的纖維絲得到充分分散形成團簇狀纖維和纖維單絲； 同時，團簇狀纖維和纖維單絲與噴入的混合粉末達到均勻混合和粘附；團簇狀纖維和纖維單絲受上升氣流和側向攪拌分切氣流形成流場的作用，連續不斷地通過輸送管道輸送至混合沉降室，粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲及混合粉末在重力和流場的作用下飄落于成網沉降斗，成網沉降斗將粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲及混合粉末均勻的沉降在成網運輸帶上，連續不斷沉降的粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲和混合粉末形成了多層疊加的雜亂無序的三維團簇狀纖維胚氈，即一定寬度、厚度、均勻的團簇狀纖維與混合粉末基體層。所述的混合粉末是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土或阻燃劑填料。
所述的無捻纖維粗紗是碳纖維、玻璃纖維、麻纖維或木纖維。所述的纖維長度為IOmm 150mm。所述的中間纖維與混合粉末基體層中，團簇狀纖維與混合粉末的質量比例為 50 65 50 35。采用上述技術方案的團簇狀纖維熱塑性復合片材，片材纖維分散、成網是采用氣動攪拌分散、混合、沉降成網工藝裝置完成，它將連續纖維經松解、分散、剪切定長，剪切后的纖維在輸送氣流的作用下進入氣動分散混合室，進入到氣動分散混合室的纖維受上升氣流和流場作用逐步進入分散攪拌區域，隨流場通過分散攪拌區域的纖維束，同時受多組順時針方向和逆針方向分切旋轉氣流的分切作用，使得纖維束在分散攪拌區域得到逐步分散成彎曲的單纖維和卷曲的團簇狀纖維，纖維束攪拌分散的同時在靜電的作用下粘附部分混合粉末，分散粘附后的團簇狀纖維在流場的作用下，被連續輸送至混合成網室，進入到混合成網室的粘附的團簇狀纖維及混合粉末，由于受流場和白重作用進入靜電粉末霧化區域， 混合粉末在噴粉氣流和靜電的作用下形成靜電粉末霧化區域，使通過該區域的團簇狀纖維表面進一步均勻粘附混合粉末，均勻混合粘附后的團簇狀纖維與混合粉末隨氣流及白重沉降于成網簾，連續不斷沉降的纖維和聚丙烯粉末形成了雜亂的無序團簇狀纖網，多層連續團簇狀纖網的疊加形成了雜亂無序的三維團簇狀纖維與混合粉末基體層，雜亂無序的三維團簇狀中間纖維與混合粉末基體層經烘烤、定型后制備成團簇狀纖維熱塑性復合片材。本發明的優點是由于片材中長纖維以團簇狀形式存在熱塑性片材中，其成型方式是一個整體結構，不像傳統產品由多層鋪設組成，在橫向外力作用時，不存在脫層、層間隙、 層與層錯位等現象，故其抗剪性能優越于同類產品；其次纖維存在形式具有各向同性，故其各個方向的抗拉和抗彎力學性能優越于同類產品，減少縱橫向強度比值；另聚丙烯PP混合粉末可依據片材的市場需求，進行改性及阻燃等處理，滿足纖維片材的特性需求，且胚氈中纖維未受機械固網的損傷，提高纖維復合板材的力學強度、膨化率。用該團簇狀纖維熱塑性復合片制備的汽車車內飾件和建筑吸音裝飾件，具有質量輕、強度高、膨化率高、板材縱橫向強度比值小、吸音、隔熱、環保的優點。綜上所述，本發明是一種抗剪性能提高，各個方向的抗拉和抗彎力學性能強，膨化率高，密度低，質量強度高且具有輕質、耐潮濕、無毒、無害的團簇狀纖維熱塑性復合片材。


圖1是制作團簇狀纖維熱塑性復合片材設備整體圖。圖2是氣動分散-混合-靜電粘附、沉降成網裝置結構示意圖。圖3是沿圖2中A-A線剖示圖。圖4是本發明的結構示意圖；圖5是本發明的50倍金相圖片。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式

對本發明作進一步說明。由圖1、圖2和圖3可見，纖維分散、靜電、剪切裝置結構是金屬導輪和膠輪1、刺輥2、導向輪3和剪切刀輪4依次排列后對接錐斗5，錐斗5對接輸送管道6 ；
氣動分散-混合-靜電粘附、拋撒、沉降成網裝置包括一個底部為錐型的浮動分散氣流分布和靜電分布的裝置，其內錐斗10設有均布的上升分散氣流噴口 12和4組靜電噴嘴13，內錐斗10設有噴射口 11，噴射口 11對接有噴射氣流入口 7和輸送管道6，外錐斗 9設有浮動氣流的進口 8;一個與外錐斗9連接的氣動分散混合室17，氣動分散混合室17設有攪拌氣流外筒16，攪拌氣流外筒16設有側向攪拌分切氣流入口 18，氣動分散混合室17設有順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15，順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15各分別由四 六組組成，順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15不在同一個平面內，在氣動分散混合室17的軸向上交替設置，順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15沿氣動分散混合室17的筒體軸向的夾角為75 85度，筒體圓周切向夾角為55 85度；一個與氣動分散混合室17連接的輸送通道21，浮動氣板20沿輸送通道21的底部弧線設置，且沿物料輸送方向有8 20度夾角均布的浮動氣孔，由浮動氣板20設有浮動氣流入口 19 ；一個與輸送通道21另一端連接的沉降混合室23，沉降混合室23設有四組靜電噴粉噴口 22，底部為成網沉降斗M。成網沉降斗M出口對接成網運輸帶25，成網運輸帶25前端對接有第一無紡布輥輪觀，成網運輸帶25上在每個成網沉降斗M后設有輥輪沈，成網運輸帶25后端對接有撒粉裝置27、高溫烘烤裝置四、膠膜輥輪30、第二無紡布輥輪34、復合輥31、冷卻輥32和裁剪刀33。參見圖4和圖5，團簇狀纖維熱塑性復合片材包括片材上表面層37、中間纖維與混合粉末基體層35和片材下表面層36，中間纖維與混合粉末基體層35是采用如下步驟生產方法(1)、纖維分散、靜電、剪切在無捻纖維粗紗通過金屬導輪和膠輪1碾壓的同時使其帶上靜電荷50 110KV，帶有靜電荷的纖維束通過刺輥2梳針梳理，由于受金屬與膠輥 1的碾壓和刺輥2的梳理，纖維束的單絲間進一步產生相對滑動、松解、分散，分散后的纖維束和單絲通過導向輪3進入剪切刀輪4后，被剪切成為長度為IOmm 150mm的纖維絲，剪切后的纖維束落入到錐斗5中，噴射氣流入口 7通入流量為5 20m3/h的輸送氣流，此時纖維束由于受到輸送氣流的負壓作用被帶入輸送管道6 ；(2)、氣動分散-混合-靜電粘附剪切后的纖維絲在輸送氣流的作用下經由輸送管道6進入到氣動分散混合室17的噴射口 11，受到輸送氣流、上升分散氣流噴口 12的上升分散氣流、以及多組順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15噴射的側向攪拌分切氣流的相互剪切作用后，使進入到氣動分散混合室17的纖維束得到充分分散形成團簇狀纖維和纖維單絲，上升分散氣流噴口 12的上升分散氣流的流量為 20 100mvh，順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15的側向攪拌分切氣流的流量為40 120m3/h ；同時，分散的團簇狀纖維和纖維單絲與4組靜電噴嘴 13噴入靜電荷50 110KV的粒徑為75 μ m 500 μ m的混合粉末在靜電場的作用下達到均勻混合和粘附，纖維絲與混合粉末的質量比例為70 80 20 30;分散、混合、粘附后的團簇狀纖維和纖維單絲受上升氣流和側向攪拌分切氣流形成流場的作用，連續不斷地通過輸送通道21輸送至混合沉降室23，輸送通道21下部設有的浮動氣板20提供浮動氣體對輸送通道21內的團簇狀纖維和纖維單絲提供浮動動力，浮動氣板20的氣流的流量為10 60m3/h ；(3)、混合沉降成網團簇狀纖維及纖維單絲進入混合沉降室23后由四組靜電噴粉噴口 22進行靜電噴混合粉末，使其進一步粘附一定量的混合粉末，纖維單絲與混合粉末的質量比例為陽 70 30 45;粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲及混合粉末在重力和流場的作用下飄落于成網沉降斗對，成網沉降斗M將粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲及混合粉末均勻的沉降在成網運輸帶25上，連續不斷沉降的粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲和混合粉末形成了多層疊加的雜亂無序的三維團簇狀纖維網， 即一定寬度、厚度、均勻的團簇狀纖維與混合粉末基體層35 ；(4)、基氈撒粉均勻團簇狀纖維與混合粉末基體層35經輥輪沈定型后通過撒粉裝置27撒粉處理基氈表面，使其表面形成25g/m2 45g/m2混合粉末層，以改善板材表面的平整度，提高復合板材的強度質量及表觀質量；(5)、烘烤復合定型將步驟⑷形成的基氈經過高溫烘烤裝置四完成排濕、軟化、 熔融、塑化；塑化后的基氈經復合輥31、冷卻輥32復合定型；然后完成板材的無紡布輥輪觀提供的無紡布、膠膜輥輪30提供的膠膜的復合、裁剪刀33的剪切，形成具有一定強度、厚度連續的團簇狀纖維熱塑性復合片材，即團簇狀玻璃纖維增強熱塑性復合板材。上述的混合粉末是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土或阻燃劑填料。上述的無捻纖維粗紗是碳纖維、玻璃纖維、麻纖維或木纖維。本工藝中無捻粗紗玻璃纖維束通過該裝置的金屬導輪和膠輪1、刺輥2、導向輪3、 剪切刀輪4，處理成為有一定松散、定長的纖維束和單絲，切斷的纖維束和單絲由輸送氣流經輸送管道6和噴射口 11至氣動分散混合室17內；纖維束和單絲在輸送氣流、上升分散氣流、順時針和逆時針側向攪拌分切氣流、及靜電混合粉末氣流的作用下，完成了纖維束的充分分散形成團簇狀纖維，并且達到纖維單絲與靜電混合粉末的混合粘附；混合粘附的玻璃纖維絲經輸送通道21送至到混合沉降室23，混合粘附的團簇狀纖維和纖維絲通過靜電噴粉，使其進步粘附一定量的靜電混合粉末，粘附靜電混合粉末纖維單絲及靜電混合粉末，在重力和氣流流場的作用下地飄落于成網沉降斗對，成網沉降斗M將混合的纖維絲及混合粉末均勻的沉降在成網運輸帶25上，依據產品的工藝技術要求，由不同數量氣動分散成網裝置的組合形式，制成一定寬度、厚度、面密度的纖維無序紊亂的團簇狀纖維、纖維單絲、混合粉末基氈；基氈經過定型、撒粉、無紡布、烘烤、膠膜、復合定型、冷卻定型、剪切裝置，完成軟化、熔融、膠膜、無紡布的復合和板材的定型、冷卻、固化、剪切等工序，制備成具有一定強度、厚度連續的團簇狀玻璃纖維增強熱塑性復合板材。本發明與現有工藝相比，由于片材中長纖維以團簇狀形式存在熱塑性片材中，其成型方式是一個整體結構，不像傳統產品由多層鋪設組成，在橫向外力作用時，不存在脫層、層間隙、層與層錯位等現象，故其抗剪性能優越于同類產品；其次纖維存在形式具有各向同性，故其各個方向的抗拉和抗彎力學性能優越于同類產品，減少縱橫向強度比值；另混合粉末可依據片材的市場需求，進行改性及阻燃等處理，滿足纖維片材的特性需求，且胚氈中纖維未受機械固網的損傷，還可以通過調整每組氣動攪拌分散-成網裝置的纖維與混合粉末的比例，形成板材的夾心結構的組合，提高板材的膨化率，降低密度，增加板材的質量， 同時該工藝流程簡單，設備投資少，能耗低，環保且易形成大規模產業化生產等優點。采用本工藝制備的玻璃纖維增強熱塑性復合板材，經測試，該輕質板材拉伸強度、 拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量等物理指標優越。以下通過實施例對本發明的相關內容進一步說明。實施例1 氣動分散混合室17的直徑尺寸為800mm，輸送管道6直徑為Φ20πιπι、上升分散氣流噴口 12直徑Φ 15mm、順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15的直徑均為Φ 10mm。備料無堿玻璃纖維2400tex (無捻粗紗，密度2. 35g/cm3、直徑13 μ m)，玻璃纖維束剪切長度為50 75mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，膠面采用PP膜55g/m2，無紡布采用復合有PE膠面的水刺無紡布100g/m2 (其中PE膜45g/m2、PET水刺無紡布55g/m2)。玻纖輸送氣流速度為4m/s，上升分散氣流速度為3m/s，側向攪拌分切氣流的速度為 2. 0m/so由沉降成網裝置制成的雜亂無序三維排列的均勻基氈，基氈經過撒粉、無紡布、 烘烤、膠膜復合、復合輥、冷卻定型、剪切等裝置，完成軟化、熔融、膠膜、無紡布的復合和板材的定型、冷卻、固化、剪切等工序，制備成的玻璃纖維增強熱塑性復合板材，板材面密度 1570g/m2、板材密度0. 69g/cm3、板材厚度δ 3. 2mm，經測試，板材拉伸強度13. 72Mpa、彎曲強度10. 97Mpa、斷裂伸長率3.12%。實施例2 氣動分散混合室17的直徑尺寸為600mm，輸送管道6直徑為Φ 18mm、上升分散氣流噴口 12直徑Φ 15mm、順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15的直徑均為Φ 10mm。備料無堿玻璃纖維2400tex (無捻粗紗，密度2. 35g/cm3、直徑13 μ m)，玻璃纖維束剪切長度為50 75mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，聚乙烯(PE)粉(密度0. 95g/ cm3、60目)，膠面采用PP膜55g/m2，無紡布采用針刺無紡布80g/m2。玻纖輸送氣流速度為5m/s，上升分散氣流速度為4m/s，側向攪拌分切氣流的速度為 3m/sο由沉降成網裝置制成的雜亂無序三維排列的均勻基氈，基氈經過撒粉、無紡布、 烘烤、膠膜復合、復合輥、冷卻定型、剪切等裝置，完成軟化、熔融、膠膜、無紡布的復合和板材的定型、冷卻、固化、剪切等工序，制備成的玻璃纖維增強熱塑性復合板材，板材面密度 1550g/m2、板材密度0. 62g/cm3、板材厚度δ 3. 0mm，經測試，板材拉伸強度14. 78Mpa、彎曲強度12. 68Mpa、斷裂伸長率2. 96 %。實施例3 氣動分散混合室17的直徑尺寸為500mm，玻纖輸送管道直徑為Φ25πιπι、上升分散氣流噴口 12的直徑Φ 15mm、順時針側向攪拌分切氣流噴口 14和逆時針側向攪拌分切氣流噴口 15的直徑均為Φ 8mm。備料無堿玻璃纖維2400tex (無捻粗紗，密度2. 35g/cm3、直徑13 μ m)，玻璃纖維束剪切長度為70 75mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，聚乙烯(PE)粉(密度0. 95g/cm3、60目)，膠面采用PP膜55g/m2，無紡布采用針刺無紡布80g/m2。玻纖輸送氣流速度為3. 5m/s，上升分散氣流速度為3m/s，側向攪拌分切氣流的速度為 2. 5m/s。由沉降成網裝置制成的雜亂無序三維排列的均勻基氈，基氈經過撒粉、無紡布、 烘烤、膠膜復合、復合輥、冷卻定型、剪切等裝置，完成軟化、熔融、膠膜、無紡布的復合和板材的定型、冷卻、固化、剪切等工序，制備成的玻璃纖維增強熱塑性復合板材，板材面密度 1620g/m2、板材密度0. 58g/cm3、板材厚度δ 3. 5mm，經測試，板材拉伸強度15. 16Mpa、彎曲強度12. 83Mpa、斷裂伸長率3. 76 %。實施例4 備料無堿玻璃纖維MOOt ex (無捻粗紗，密度2. 35g/cm3、直徑13 μ m)，玻璃纖維束剪切長度為60mm，145#聚丙烯PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，玻纖與PP粉末的質量比例為65 35。本發明團簇狀纖維熱塑性復合片材面密度1570g/m2、板材密度0. 67g/cm3、板材厚度δ 3. 2mm，經測試，板材橫向彎曲強度13. 08Mpa、板材縱向拉伸強度12. 65Mpa ；板材橫向彎曲強度8. lOMpa、板材縱向彎曲強度9. OSMpa ；板材烘焙后膨化率520%。實施例5 備料無堿玻璃纖維MOOtex (無捻粗紗，密度2. 35g/cm3、直徑13 μ m)，玻璃纖維束剪切長度為55mm，145#PP粉(密度0. 91g/cm3、80目)，玻纖與PP粉末的質量比例為 63 37。本發明團簇狀纖維熱塑性復合片材面密度1550g/m2、板材密度0. 72g/cm3、板材厚度δ 3. Omm，經測試，板材橫向彎曲強度13. 78Mpa、板材縱向拉伸強度12. 67Mpa ；板材橫向彎曲強度11. 40Mpa、板材縱向彎曲強度10. 97Mpa ；板材烘焙后膨化率580%。
權利要求
1.一種團簇狀纖維熱塑性復合片材，包括片材上表面層(37)、中間纖維與混合粉末基體層(3 和片材下表面層(36)，其特征是所述的中間纖維與混合粉末基體層(3 是采用如下步驟生產方法的定長的纖維絲在輸送氣流的作用下經由輸送管道進入到氣動分散混合室的噴射口，受到輸送氣流、上升分散氣流、以及多組側向攪拌分切氣流的相互剪切作用后，使進入到氣動分散混合室的纖維絲得到充分分散形成團簇狀纖維和纖維單絲；同時， 團簇狀纖維和纖維單絲與噴入的混合粉末達到均勻混合和粘附；團簇狀纖維和纖維單絲受上升氣流和側向攪拌分切氣流形成流場的作用，連續不斷地通過輸送管道輸送至混合沉降室，粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲及混合粉末在重力和流場的作用下飄落于成網沉降斗，成網沉降斗將粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲及混合粉末均勻的沉降在成網運輸帶上，連續不斷沉降的粘附有混合粉末的團簇狀纖維和纖維單絲和混合粉末形成了多層疊加的雜亂無序的三維團簇狀纖維胚氈，即一定寬度、厚度、均勻的團簇狀纖維與混合粉末基體層(35)。
2.根據權利要求1所述的團簇狀纖維熱塑性復合片材，其特征是所述的混合粉末是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土或阻燃劑填料。
3.根據權利要求1或2所述的團簇狀纖維熱塑性復合片材，其特征是所述的無捻纖維粗紗是碳纖維、玻璃纖維、麻纖維或木纖維。
4.根據權利要求1或2所述的團簇狀纖維熱塑性復合片材，其特征是所述的纖維長度為 IOmm 150mmo
5.根據權利要求1或2所述的團簇狀纖維熱塑性復合片材，其特征是所述的中間纖維與混合粉末基體層中，團簇狀纖維與混合粉末的質量比例為50 65 50 35。
全文摘要
本發明公開了一種團簇狀纖維熱塑性復合片材，包括片材上表面層(37)、中間纖維與混合粉末基體層(35)和片材下表面層(36)，所述的中間纖維與混合粉末基體層(35)是采用如下步驟生產方法的(1)、纖維剪切；(2)、氣動分散-混合-粘附；(3)、混合沉降成網。本發明是一種抗剪性能提高，各個方向的抗拉和抗彎力學性能強，膨化率高，密度低，質量強度高且具有輕質、耐潮濕、無毒、無害的團簇狀纖維熱塑性復合片材。
文檔編號B32B5/24GK102416718SQ201110207458
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者戴宏亮, 湯青紅, 董升順, 蔣建云 申請人:湖南亞太實業有限公司