CN104711775B - 一种连续分散型长丝纤维针刺毡及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将非织造技术和多向铺层技术相结合的短切纤维和长丝复合为一体的多向连续纤维预制体，具体地说是一种将筒子纱架上引下来的单向平行伸直排列的连续分散型长丝束经过多向铺层，与短切纤维网交替叠层增厚而针刺成一体的连续纤维毡，该连续纤维毡孔隙率高、多向连续长丝分布。所述长丝纤维针刺毡除常规用于过滤外，还可作为各类纤维复合材料的增强材料，或作为多孔材料或发泡材料的增强体材料，尤其是可直接用于隔热保温材料,也可用于过滤材料。

Description

一种连续分散型长丝纤维针刺毡及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种将非织造技术和多向铺层技术相结合的短切纤维和长丝复合为一体的多向连续纤维预制体，具体地说是一种将筒子纱架上引下来的单向平行伸直排列的连续长丝分散型纤维束经过多向铺层，与短切纤维网交替叠层增厚而针刺成一体的连续纤维毡，该连续纤维毡孔隙率高、多向连续长丝分布。所述长丝纤维针刺毡除常规用于过滤外，还可作为各类纤维复合材料的增强材料，或作为多孔材料或发泡材料的增强体材料，尤其是可直接用于隔热保温材料。

背景技术

针刺毡作为非织造材料中的一个重要品种，常见品种有涤纶针刺毡、pps针刺毡、玻璃纤维针刺毡、碳纤维针刺毡等。因其具有取材广泛、结构合理、强度大、弹性回复性能好等优点，在过滤领域已经得到了广泛应用，对针刺毡的研究也日益受到重视。

申请号200910111989.2的中国发明《一种过滤材料用针刺水刺复合非织造布的生产方法》公开一种过滤材料用针刺水刺复合非织造布的生产方法，包括如下步骤：(1)将两种相同或不同的纤维分别开松混合、梳理、铺网，形成纤维网，并叠合在一起；(2)对叠合后的两层纤维网进行预针刺，形成素毡，其中针刺密度为200～300针/cm²；(3)将前述素毡送入高速微细水流进行喷刺，该高速微细水流的起始水压为20巴，其后的水压高于或等于20巴且低于或等于400巴；(4)在100～250℃下进行烘干。利用此生产方法制成的非织造布具有孔隙小且孔隙率高、强力高、表面光滑、柔软等特点，使用时具有易清灰、运行阻力低而稳定、高过滤效率、高过滤精度等特性。上述步骤(1)中，所述纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、均聚丙烯腈纤维、芳纶纤维、芳砜纶纤维、聚苯硫醚、聚酰亚胺纤维和聚四氟乙烯纤维中的一种或至少两种的混合。

申请号201310343439.X的中国发明《一种高温玻纤针刺毡的生产工艺》公开了一种高温玻纤针刺毡的生产工艺，包括上基布，梳理成网，上料针刺，染化，制袋。采用本发明生产出的过滤毡使用寿命延长，对于空气阻力小孔隙率高，耐腐蚀和耐高温方面效果明显，起到很好的过滤作用。但是需要在基布上针刺，工艺繁复、成本高对基布破坏较大，造成孔隙过大，界面结合不良，纤维毡的密度较高，不易蓬松，且使用的均为短纤维，强度、孔隙率等均达不到要求。

申请号201410399756.8的中国发明《一种用于钢铁生产的高炉煤气用针刺毡》公开了一种用于钢铁生产的高炉煤气用针刺毡滤料，所述基布层内侧设置有涤纶纤维层，涤纶纤维层内部通过粘贴连接有涤纶导电基布层，本发明中涤纶针刺毡是采用非织造针刺工艺利用纤维交错排列，空隙分布均匀的细纤维布，以涤纶短纤维与涤纶有捻纱所生产的针刺毡表面经热轧，烧毛或涂层等后处理，使其表面平整光滑，不易被粉尘所堵塞，该发明滤料空隙率大，透气性能较好，抗化学稳定性强，不仅可以过来常温气体，而且对含有酸碱腐蚀性气体适用，用于钢铁生产的高炉煤气有非常好的效果，可以有效的防止水和各种油污沾附和渗透，与普通滤料相比，不仅具有防水防油的特性，而且对粉尘具有抗结性和易剥离性，采用涤纶导电基布层设计，具有防静电功能，保证生产的安全。

申请号200410024542.9的中国发明《一种复合纤维针刺毡的制作方法》公开了一种由玻璃纤维和聚丙烯纤维组成的复合纤维针刺毡的制作方法。将复合纤维由导丝孔引入抛丝辊的两辊间，由于惯性及重力的作用下落至传送带上，经过两次针刺作用使其结构固定，分布均匀，再由压辊将其压实后，通过切刀截取所需的宽度，并卷绕起来即成复合纤维针刺毡。

申请号201210558969.1的中国发明《编织物针刺毡集合体及其制备方法》公开了一种编织物针刺毡集合体及其制备方法，该方法将连续功能纤维编织物层与连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到一体化织物；然后通过针刺作用将短切功能纤维针刺毡层与所述一体化织物的连续功能纤维膨体纱粗编织物层复合，得到编织物针刺毡集合体。本发明提供的编织物针刺毡集合体是一种轻质、高强、具有阶梯式密度变化的纤维集合体结构，在等体积的前提下，所述编织物针刺毡集合体比完全编织物可减重30％以上，但力学性能相当，比完全短切纤维针刺毡的力学性能好；同时也可节省纤维原材料30％以上，制备工艺简单，生产周期较短。

申请号201310712863.7的中国发明《一种碳化硅纤维针刺毡及其制备方法》公开了一种碳化硅纤维针刺毡及其制备方法，该毡由聚碳硅烷不熔化纤维经切短开松、气流梳理、成胎、针刺、高温无机化制成。本发明制备出的碳化硅纤维针刺毡在原碳化硅整体毡的基础上，沿Z向进行单层针刺和叠层针刺，在大大提高Z向力学性能的同时，X-Y向的力学性能和热物理性能也较非针刺毡有显著的提高，大大拓展其应用范围，尤其在高温过滤、高温催化、制备SiCf/SiC复合材料等领域着广阔的应用前景。

以上发明或者全部使用短纤维，即使使用长纤维，由于使用的长丝束为传统的非分散型，使含有传统非分散型长丝束的纤维毡存在以下缺点：(1)纤维长丝束表面胶的存在，影响了界面结合；(2)纤维毡的密度较高，不易蓬松；(3)针刺过程中，更易损伤纤维。

发明内容

本发明的目的在于克服含有非分散连续长丝束针刺毡作为复合材料增强体时界面结合力不足、纤维毡的密度较高、针刺过程中更易损伤纤维的不足，在解决了长丝分散性问题的基础上，提供一种直接由连续纤维分散型长丝纤维束作0度平行铺放或0度平行铺放加倾斜角度铺放的长丝与短切纤维网叠层针刺的制备连续长丝纤维针刺毡的方法。提高了纤维毡的孔隙率，降低了产品成本，赋予纤维毡更优的综合使用性能。

本发明提供一种连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先通过高速气流分散器将带有表面浸润剂或表面胶的一体集束状连续长丝分散为呈单丝状蓬松连续长丝分散型纤维束，经过松式卷绕成连续长丝松式筒子纱备用；

(2)再根据角度和层数的设计需要，通过针刺无纬布工艺将所述松式筒子纱铺放成0度方向或0度方向加上倾斜角连续长丝蓬松纱片纱，通过多方向多角度的旋转叠层铺放，可构成多方向多角度的连续分散型长丝纤维针刺毡；

(3)根据设计需要来确定各层厚度和间隔层数，在叠层铺放过程中，需将短切纤维网(网胎)交替铺放在连续长丝蓬松纱片纱之间；

(4)完成铺放设计和铺放工序后，通过带有刺钩的刺针作上下针刺运动，将所述短切纤维网中的短切纤维刺入所述连续长丝蓬松纱片纱中，刺入的短纤维与连续长丝蓬松纱片纱连成一体，形成层间连接。通过针板的上升运动，不断增加铺层数，从而形成所述连续分散型长丝纤维针刺毡。短切纤维网为各向均匀分布的长度为50mm～80mm的短切纤维通过梳理成网、交叉叠层等工艺再经过刺辊压实而制成，所述短切纤维网的厚度为1mm-8mm；同一层连续长丝蓬松纱片纱中连续长丝的铺放角度相同，所述连续长丝蓬松纱片纱的厚度为1mm-6mm。

所述连续长丝包括碳纤维或玻璃纤维或PAN基预氧丝或化纤等筒子纱长丝；所述短切纤维包括碳纤维或玻璃纤维或PAN基预氧丝或化纤等。一般地，同一规格的纤维毡中，相同类型的长丝配合相同类型的短切纤维一起使用。

所述高速气流分散器为一种圆柱状带有轴向通孔的金属专用部件，沿圆柱中间段周向开有3～6个直通轴向通孔的小孔，高速气流通过控制开关进入该3～6个小孔中，气流垂直吹向连续通过轴向通孔的长丝束并将长丝束吹散，经松式卷绕将吹散的长丝卷绕成型。

所述制备方法中不添加任何粘接剂或热熔粘合剂；

本发明同时提供上述方法制备的连续分散型长丝纤维针刺毡，所述连续分散型长丝纤维针刺毡全部由短切纤维和长丝通过针刺机械作用连接成一整体，纤维用量更少，孔隙率更高，产品成本更低，保温隔热效果更好；

所述连续分散型长丝纤维针刺毡厚度为8mm～200mm，幅宽为1200mm～2200mm，克重200-500g/m²。

所述连续分散型长丝纤维针刺毡可应用于复合材料增强预制体、预浸料基材、发泡材料的增强体等；所述针刺毡是带缠绕和铺带复合材料工艺的理想基材之一，也是多层多角度针刺基材之一，是多功能结构一体化的一种基础材料。用于过滤具有过滤效率高、效果好，可清洗后重复使用、成本低廉等优点。

有益效果

本发明制备方法生产的连续分散型长丝纤维针刺毡，是一种不含任何粘接剂、连续长丝多向分布的纤维毡，它是通过针刺作用将短切纤维网与分散性连续长丝片纱紧密连接成一体的纤维毡。基于分散长丝技术的针刺无纬布技术与叠层针刺增厚技术相结合，形成多向、高孔隙率纤维毡。可进行树脂复合或浸渍渗透烧结或进行CVD工艺复合沉积等，本发明针刺毡结构稳定、强度更好、孔隙率高，力学性能可设计。与现有技术公开的同类纤维毡相比，本发明制备方法所制得的纤维毡厚度更厚、弹性更好，所制纤维毡蓬松度可提高15％-50％；孔隙率可提高10％-40％。由于分散型长丝束的存在，纤维微通道更细微，更利于树脂渗透，更易渗碳和沉积。可制得较低密度、结构稳定，分布均匀的复合材料。所述长丝纤维针刺毡可作为各类纤维复合材料的增强材料，或作为多孔材料或发泡材料的增强体材料，尤其是可直接用于隔热保温材料。与短切纤维毡或含有非分散型连续长丝束的纤维毡相比，本发明纤维毡中的长丝是呈单丝分散状的，在作叠层增厚针刺过程中，不容易损伤纤维，纤维更容易被刺针带入纤维毡内部。由于存在多个方向的分散型长丝，纤维微通道更加纵横交错，更利于树脂渗透，更易渗碳和沉积。产品单位体积内的纤维用量更少，孔隙率更高，产品成本更低，产品的保温隔热效果更好。本发明很好地解决了长丝分散性问题，提高了纤维毡的孔隙率，降低了产品成本，赋予纤维毡更优的综合使用性能。

附图说明

图1为实施例1连续分散型长丝纤维针刺毡结构示意图；

图2为实施例1连续长丝分散型纤维束铺放角度示意图；

图中：1-短切纤维网、2-连续长丝蓬松纱片纱、3-0°方向连续长丝分散型纤维束、4-负45°方向连续长丝分散型纤维束、5-正45°方向连续长丝分散型纤维束。

具体实施方式

1.首先通过高速气流分散器将带有表面浸润剂或表面胶的一体集束状连续长丝分散为呈单丝状蓬松分散型连续长丝束，经过松式卷绕成松式筒子纱备用。所用原材料为含有表面浸润剂或表面胶的长丝束，每束丝中所含单丝数目从1000根到48000根不等；

2.经过对纤维毡的结构设计，设计层数不少于3层。通过针刺无纬布工艺将所述松式筒子纱上的蓬松纱长丝铺放成0度方向长丝片纱，或铺放成0度方向加上倾斜角蓬松纱长丝片纱；通过多方向、多角度的旋转叠层铺放，可构成连续分散型长丝纤维针刺毡多角度多层结构；多角度是指连续长丝除0°方向外，其它方向按以0°方向为中线，相互对称的角度方向排列。沿长丝伸直的方向为0度方向。同一层中长丝角度相同，不同角度的长丝片纱间隔铺放，长丝片纱之间铺放短切纤维网；

3.根据设计需要来确定各层厚度和间隔层数，在叠层铺放过程中，需将短切纤维网胎隔层交替铺放在连续长丝蓬松纱片纱之间；

4.完成铺放设计和铺放工序后，通过带有刺钩的刺针作上下针刺运动，将所述网胎中的短纤维刺入所述连续长丝蓬松纱片纱中，刺入的短纤维将长丝层连成一体，形成层间连接。通过针板的上升运动，不断增加铺层数，从而形成所述连续分散型长丝纤维针刺毡。

所述短切纤维网为各向均匀分布的长度为50mm～80mm的短切纤维通过梳理成网、交叉叠层等工艺再经过刺辊压实而构成，厚度1mm～8mm。

实施例1

一种连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先通过高速气流分散器将带有表面浸润剂的一体集束状连续长丝分散为呈单丝状蓬松连续长丝分散型纤维束，经过松式卷绕成松式筒子纱备用；

(2)经过对纤维毡的结构设计，设计层数为7层，通过针刺无纬布工艺将所述松式筒子纱上的蓬松纱长丝铺放成0度方向长丝片纱、正45°方向长丝片纱、负45°方向长丝片纱与短切纤维网交替叠层铺放，以构成多角度多层结构；

(3)完成铺放设计和铺放工序后，通过带有刺钩的刺针作上下针刺运动，将所述网胎中的短纤维刺入所述连续长丝蓬松纱片纱中，刺入的短纤维将长丝层连接成一体，形成长短纤维之间相互纠缠的层间连接。通过针板的上升运动，不断增加铺层数，从而制成连续分散型长丝纤维针刺毡。

短切纤维网厚度为1mm-8mm，由各向均匀分布的长度为40mm-80mm的短切纤维通过梳理成网、90度交叉叠层等工艺再经过花辊及预针刺工艺而构成。

所述长丝为碳纤维、玻璃纤维等纤维束；所述短切纤维为碳纤维、玻璃纤维短切纤维。一般地，同一规格的纤维毡中，相同类型的长丝配合相同类型的短切纤维一起使用。

上述方法制备得到的连续分散型长丝纤维针刺毡，具有结构密度均匀、空隙均匀、弹性好、结构强度优的特点。

实施例2

一种连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先通过高速气流分散器将带有表面胶的一体集束状连续长丝分散为呈单丝状蓬松连续长丝分散型纤维束，经过松式卷绕成松式筒子纱备用；

(2)经过对纤维毡的结构设计，设计层数为3层，通过针刺无纬布工艺将所述松式筒子纱上的蓬松纱长丝铺放成0度方向长丝片纱，间隔铺放的短切纤维网为相邻一层。

(3)根据设计需要来确定各层厚度和间隔层数，在叠层铺放过程中，需将短切纤维网(网胎)隔层交替铺放在连续长丝蓬松纱片纱之间；

(4)完成铺放设计和铺放工序后，通过带有刺钩的刺针作上下针刺运动，将所述网胎中的短纤维刺入所述连续长丝蓬松纱片纱中，刺入的短纤维将长丝层连成一体，形成长短纤维之间相互纠缠的层间连接。通过针板的上升运动，不断增加铺层数，从而形成所述连续分散型长丝纤维针刺毡。

短切纤维网厚度为4mm，由各向均匀分布的长度为60mm的短切纤维通过梳理成网、交叉叠层等工艺再经过刺辊压实而构成。

所述长丝为碳纤维或PAN基预氧丝；所述短切纤维为碳纤维或PAN基预氧丝。

上述方法制备得到的连续分散型长丝纤维针刺毡，具有结构密度均匀、空隙均匀、弹性好、结构强度优的特点。

实施例3

一种连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先通过高速气流分散器将带有表面浸润剂或表面胶的一体集束状连续长丝分散为呈单丝状蓬松连续长丝分散型纤维束，经过松式卷绕成松式筒子纱备用；

(2)经过对纤维毡的结构设计，设计层数最少为3层，通过针刺无纬布工艺将所述松式筒子纱上的蓬松纱长丝铺放成正60度方向长丝片纱，间隔铺放的短切纤维网胎为相邻一层。

(3)根据设计需要来确定各层厚度和间隔层数，在叠层铺放过程中，需将短切纤维网(网胎)隔层交替铺放在连续长丝蓬松纱片纱之间；

(4)完成铺放设计和铺放工序后，通过带有刺钩的刺针作上下针刺运动，将所述网胎中的短纤维刺入所述连续长丝蓬松纱片纱中，刺入的短纤维将长丝层连成一体，形成层间连接。通过针板的上升运动，不断增加铺层数，从而形成所述连续分散型长丝纤维针刺毡。

短切纤维网8mm为厚度，由各向均匀分布的长度为80mm的短切纤维通过梳理成网、交叉叠层等工艺再经过刺辊压实而构成。

所述长丝为预氧长丝纤维；所述短切纤维为预氧短纤维。

Claims (9)

1.一种连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先通过高速气流分散器将带有表面浸润剂或表面胶的一体集束状连续长丝分散为呈单丝状蓬松连续长丝分散型纤维束，绕成松式筒子纱备用；

(2)通过针刺无纬布工艺将所述松式筒子纱铺放成0度方向或0度方向加上倾斜角连续长丝蓬松纱片纱；连续长丝蓬松纱片纱多方向多角度旋转叠层铺放；同一层连续长丝蓬松纱片纱中连续长丝的铺放角度相同；

(3)根据设计需要确定各层厚度和间隔层数后，将短切纤维网与连续长丝蓬松纱片纱进行交替叠层铺放；

(4)完成叠层铺放后，通过叠层针刺增厚技术，将带有刺钩的刺针作上下针刺运动，使短切纤维网中的短切纤维刺入连续长丝蓬松纱片纱中，刺入的短切纤维与连续长丝蓬松纱片纱连成一体，形成层间连接，从而形成所述连续分散型长丝纤维针刺毡；

所述高速气流分散器为一种圆柱状带有轴向通孔的金属专用部件，沿圆柱中间段周向开有3～6个直通轴向通孔的小孔，高速气流通过控制开关进入该3～6个小孔中，气流垂直吹向连续通过轴向通孔的长丝束并将长丝束吹散，经松式卷绕将吹散的长丝卷绕成型；

所述连续长丝蓬松纱片纱与短切纤维网同质。

2.根据权利要求1所述连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，所述短切纤维网为各向均匀分布的，长度为50mm～80mm的短切纤维通过梳理成网、交叉叠层、刺辊压实制成。

3.根据权利要求2所述连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，所述短切纤维网的厚度为1mm-8mm。

4.根据权利要求1所述连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，所述连续长丝蓬松纱片纱的厚度为1mm-6mm。

5.根据权利要求1所述连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，所述连续长丝包括碳纤维或玻璃纤维或PAN基预氧丝或化纤；所述短切纤维包括碳纤维或玻璃纤维或PAN基预氧丝或化纤。

6.根据权利要求1所述连续分散型长丝纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，不添加任何粘接剂。

7.根据权利要求1-6所述制备方法制备的连续分散型长丝纤维针刺毡。

8.根据权利要求7所述连续分散型长丝纤维针刺毡，其特征在于，厚度为8mm～200mm，幅宽为1200mm～2200mm，克重200-500g/m²。

9.根据权利要求7或8所述连续分散型长丝纤维针刺毡在复合材料增强预制体、预浸料基材、发泡材料增强体、针刺基材、隔热保温、以及过滤方面的应用。