CN107574677B - 一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，具体制备步骤如下：(1)纤维开松混合；(2)成网；(3)铺网；(4)针刺加固；(5)烘燥与定型；(6)真空吸塑成型。本发明在设计之初充分考虑汽车内饰表皮对材料成型性能和力学性能的要求以及行业标准，合理优化原料配比和生产工艺，实现复合材料设计、制备和成型加工的协同化。相较于传统的聚氯乙烯、聚氨酯等汽车内饰表皮，本发明制备得到的汽车内饰表皮具有绿色环保、无异味、弹性优异、强度适中、手感舒适以及高性价比等优点，适于大规模工业化生产。

Description

一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法

技术领域

本发明属于汽车内饰技术领域，尤其涉及一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法。

背景技术

随着社会环保意识的崛起，众多科研单位和企业开始尝试将制革工业中的边角料和回收的废旧皮革重新利用起来，即采用干法或湿法工艺获得胶原蛋白纤维或再生蛋白纤维，结合纺织技术或非织造技术，制备各类纺织布或再生革。以牛皮革边角料为例，因为难以直接做成成品，所以基本上都是采用机械粉碎的方式获得牛皮纤维，再结合喷胶或加入低熔点热熔粘合纤维等工艺获得用于对变形要求不高的鞋帽等的里、中、表层以及各种箱包内层的再生革。通常，这类动物皮纤维再生革的产品附加值比较低。

近年来，汽车工业发展迅速，全球汽车总的保有量达数十亿，庞大的汽车内饰表皮的需求量促使人们更加关注其质量、经济环保以及可回收利用等问题。目前，汽车内饰表皮广泛采用的聚氯乙烯正逐步被聚氨酯等更加环保的材料所取代。聚氨酯表皮的挥发损失率低，没有异味，相对更加环保。然而，聚氨酯对不可再生资源的依赖性同样非常大，而且高档聚氨酯表皮价格昂贵。

针刺是一种非常重要的干法非织造工艺，应用范围广，发展也相对较为成熟，可制备克重较大的无纺布。专利文献(专利号：CN01113748.7)公开了一种再生革的制造方法，其工艺为：皮纤维剥离制取，添加热固化纤并混合，铺网，针刺预固，热熔粘合，压挤和冷却。这种工艺方法比传统的湿法工艺具有无污染、低能耗、高质量的优点。其缺点是：案例中采用梳理成网，而剥离制取的动物皮纤维比重小，长度短且离散性大，纤维之间不易抱合，当采用的动物皮纤维含量较高时，采用梳理方式较难均匀成网；采用聚丙烯纤维作为热固化纤，在热熔过程中，该类低熔点均质合成纤维在表面张力的作用下会熔缩成一个个微小球体，大幅度降低粘结效果，而且当含量达到30％时，再生革的弹性会大大降低，失去真皮手感。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明提供一种用于汽车内饰表皮的表面复合一层聚氨酯膜的动物皮纤维再生革的生产方法。本发明充分考虑到汽车内饰表皮及其特种生产工艺对材料力学性能及成型性能的要求，实现材料设计、制备和成型加工的协同化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，制备步骤如下：

(1)纤维开松混合：将由回收的废旧动物皮或动物皮边角料制备的动物皮纤维与皮芯结构热塑性合成纤维分别准确称量，在基本干燥的条件下送入开松机一起混合开松，依次进行粗开松和精开松。

(2)成网：对步骤(1)得到的所述均匀混合的纤维进行成网，所述成网方式为气流成网或梳理成网。

(3)铺网：预先在输出帘上铺设一层连续的薄层皮芯结构热塑性合成纤维毡，采用交叉折叠铺网方式在所述薄层皮芯结构热塑性合成纤维毡上进行铺网，通过改变铺网小车在单向行程中不同路段的速比获得克重均匀的纤网。

(4)针刺加固：对步骤(3)铺好的纤网首先进行预针刺，然后再进行3～4道主针刺。

(5)烘燥与定型：采用圆网热风烘燥机对步骤(4)针刺加固后的纤网进行烘燥定型，然后切边卷绕即得连续带状动物皮纤维再生革。

(6)真空吸塑成型：将步骤(5)得到的所述连续带状动物皮纤维再生革与聚氨酯膜在真空吸塑装置中的展料区进行平行展料，在加热区内根据不同部位的变形需要进行局部不等温加热，在成型区内固定连续带状动物皮纤维再生革和聚氨酯膜的边缘，进行真空吸塑，在热和力的共同作用下使再生革和聚氨酯膜同时粘合与成型，冷却定型后，切割内饰表皮并收卷废料。

优选的，步骤(1)中所述动物皮纤维长度在5～30mm之间，较长的纤维能赋予产品良好的强度和真皮感，其中长度大于8mm的所述动物皮纤维要求占到动物皮纤维总量的75％以上；进一步优选的，所述动物皮纤维为牛皮纤维；

鉴于纯动物皮纤维再生革难以满足汽车内饰表皮较高的成型性能要求，单组份低熔点热粘合纤维的粘结效果又相对较差，兼顾汽车内饰表皮对材料力学性能及成型性能的基本要求，本发明在材料设计阶段引入适量的皮芯结构热塑性合成纤维。优选的，步骤(1)中所述皮芯结构热塑性合成纤维为具有皮芯结构的4080纤维、N720型纤维、ES纤维。要求其皮层熔点比芯层熔点低至少20℃；皮层熔点还要低于动物皮纤维的老化温度。进一步优选的，步骤(1)中所述皮芯结构热塑性合成纤维为具有皮芯结构的4080纤维。4080纤维皮层为占重50％的低熔点共聚酯，熔点为72℃；芯层是熔点为250℃的半消光聚酯。在110～130℃之间，4080纤维皮层基本熔融，但不会像单组分低熔点热粘合纤维(例如聚丙烯纤维)那样产生熔缩现象，其芯层仍能保持纤维状。通过针刺工艺，皮芯结构的热塑性合成纤维与动物皮纤维相互缠绕构成三维网络结构，在较高温度和真空吸塑力的共同作用下，通过皮芯结构的热塑性合成纤维的皮层熔融滑移作用赋予室温下难以塑性变形的动物皮纤维针刺再生革以塑性变形能力。

优选的，步骤(1)中所述基本干燥是指所述动物皮纤维的含水量为10％～25％，进一步优选的，所述含水量为15％。如果水分低于10％，则动物皮纤维比较干燥，发脆，在混合开松过程中会产生大量粉尘，对工作环境污染较大。如果动物皮纤维中含水量高于25％，则纤维之间很难充分均匀混合，导致生产效率低下，还会额外耗费大量的时间和能源。

优选的，步骤(1)所述的纤维比例为：动物皮纤维75～88份，皮芯结构热塑性合成纤维12～25份。研究表明，若该类皮芯结构的热塑性合成纤维含量低于12份，一方面，整个材料的力学性能难以保证(撕裂强度大大降低)，在后续成型加工中需要大变形的地方有可能被撕裂；另一方面，与动物皮纤维直接接触的皮芯结构热塑性合成纤维含量较低，在一定温度和压力下，可直接滑移运动的纤维含量也就较低，使得材料的热变形能力大打折扣，即在后续成型加工中汽车内饰表皮的突出角等需要复杂三维变形的地方可能出现褶皱。而当皮芯结构的热塑性合成纤维含量大于25份时，虽然材料力学性能和成型性能得到保证，但是整个材料的真皮质感损失严重。因此，考虑到制品的功能需求，兼顾材料的力学性能和成型性能，将皮芯结构的热塑性合成纤维含量定为12～25份。

鉴于机械解纤所得到的动物皮纤维长度通常较短，其对成网方式有特别的要求，优选的，步骤(2)中所述成网方式为气流成网。

优选的，步骤(3)中所述预先在输出帘上铺设的连续皮芯结构热塑性合成纤维毡的厚度为30～100μm。

优选的，将步骤(3)中铺网小车单向行程分为五段，长度比例依次为1:2:4:2:1，对应的铺网小车速度比为1.12:1.06:1:1.06:1.12，所得纤网克重不均匀率≤5％，可有效解决传统铺网方式所导致的中间薄两端厚的问题。

优选的，步骤(4)中所述预针刺采用杂乱布针方式，布针密度3000～4500枚/m，针频为450～650刺/min，针刺深度为9～14mm。为对纤网充分加固，主针刺区采用3～4台双板下刺机，针刺密度350～500刺/cm²，针刺深度5～12mm。

优选的，步骤(5)中所述圆网热风烘燥机的烘燥温度在110～140℃，一方面可消除刺针对纤网冲击所产生的应力，提高再生革密度，增加尺寸稳定性；另一方面使皮芯结构热塑性合成纤维皮层发生部分熔融，初步提高再生革的力学性能。经烘干后动物皮纤维再生革厚度1.0mm～1.4mm。

优选的，步骤(6)所述聚氨酯膜为厚度0.2～0.4mm、宽度可调的汽车内饰表皮常用水性热塑性聚氨酯。在一定温度和真空吸塑力下，其一部分会渗入针刺混杂纤维的网络间隙，在二者之间形成一层互穿网络过渡层结构，另外，0.2～0.3mm的厚度用于在阴模成型时拓下所需纹路。

在步骤(6)真空吸塑成型过程中，采用阴模成型工艺或阳模成型工艺：采用阴模成型工艺时，聚氨酯膜与金属模具直接接触，聚氨酯膜的表面拓下所需纹路；采用阳模成型时，动物皮纤维再生革与模具直接接触，聚氨酯膜自身带有所需纹路。

所述平行展料之前需要根据吸塑方式，决定上述针刺再生革和聚氨酯膜的上下层空间位置。上述制备的针刺再生革作为B面(与汽车内饰结构件直接接触的那一面)；聚氨酯膜作为A面(与乘客直接接触的那一面)。二者同时展料，相互贴合，平行进入加热区。若A面采用防水透气热塑性聚氨酯膜，在二者贴合进入加热区之前，可在二者之间选择性地喷入适量的绿色除菌剂，比如当下应用前景非常广阔的银离子，以获得具有长效自除菌功能的汽车内饰表皮。应当注意的是：要保证生产过程中所加入的任何物质，都不能破坏动物皮纤维的结构及物理性能，也不能与皮芯结构热塑性合成纤维发生化学反应。

平行展料之时应当根据具体的汽车内饰件尺寸给上述针刺再生革留出收缩余量，通常此类再生革的线性收缩率为10％。

所述局部不等温加热是由真空吸塑装备的加热区来实现的。加热区由200～300块加热砖构成，上层与下层各一半成二维矩形阵列排布，预成型料从中间通过，每块加热砖可以单独控温，加热区实际温度范围为110℃～140℃。通过合理设置加热温度参数，可以满足汽车内饰不同部位的不同变形需求。

所述的粘合与成型同时进行，指的是从加热区出来的预成型料固定好周边后在-0.07～-0.098MPa的吸塑力下，针刺再生革中有薄层皮芯结构热塑性合成纤维毡的那一面与聚氨酯膜相接触(在热和力的共同作用下，二者粘结效果很好)在相互渗透粘合的同时贴合模具形成所需形状。待冷却后裁下周边，收卷边角料，取下成型件。

本发明还公开了上述制备方法制备得到的用于汽车内饰表皮的针刺再生革。

本发明所述汽车内饰表皮包括汽车仪表板表皮、门护板表皮、柱饰板表皮和侧围饰板表皮。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将回收的废旧动物皮及动物皮边角料重新有效地利用起来，不仅提高了动物皮纤维的产品附加值，极大地丰富再生革产品的类别，而且降低了对石油和煤炭等不可再生化石资源的依赖，有利于环境保护。

(2)动物皮纤维在刺针的反复穿刺下，形成致密的三维结构，在组织结构上形成类似于真皮胶原蛋白组织的交错结构，能够增强动物皮纤维质感、弹韧性、相对硬度等机械性能，使之更适于制作汽车内饰表皮。

(3)动物皮纤维再生革赋予汽车内饰表皮良好的真皮质感，聚氨酯赋予汽车内饰表皮良好的手感，这二者的结合符合汽车安全舒适及绿色环保的发展趋势和人们对生活品质及个性化的追求。

(4)选择恰当的热塑性聚氨酯膜，在动物皮纤维再生革与聚氨酯平行展料贴合之前，于二者之间选择性地喷涂适当的绿色除菌剂，获得能够长效自除菌的汽车内饰表皮。

(5)由于汽车内饰表皮是汽车内饰的重要组成部分，对材料美观性、弹韧性、相对硬度等理化机械性能具有特殊要求，因此本发明在设计之初就充分考虑汽车内饰表皮对材料成型性能和力学性能的要求以及行业标准，合理优化原料配比和生产工艺，实现复合材料设计、制备和成型加工的协同化。相较于传统的聚氯乙烯、聚氨酯等汽车内饰表皮，所得汽车内饰表皮具有绿色环保、无异味、弹性优异、强度适中、手感舒适以及高性价比的优点。

附图说明

图1为本发明所述的表面复合一层聚氨酯膜的动物皮纤维针刺再生革的生产装置及生产过程示意图。

图2为针刺加固过程示意图。

在图1中，101.开松机开松混合，102.输送带，103.锡林，104.风轮，105.风道，106.凝网帘，107.吸气筒，108.交叉折叠铺网装置，109.气流所成纤网，110.铺网小车，111.预先铺设的薄层皮芯结构合成纤维毡，112.预针刺，113.主针刺，114.双圆网烘燥机，115.真空吸塑装置。

在图2中，201.喂给帘，202.剥网板，203.拖网板，204.针板，205.针梁，206.刺针，207.主传动轴，208.输出辊。

具体实施方式

下面通过具体实施案例并结合附图对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

(1)准备好牛皮纤维和4080纤维，各自分别准确称量60Kg及12Kg，混合后送入开松机，分别进行粗开松和精开松。

(2)喂入混合纤维，进行气流成网。在输出帘上预先铺设一层厚度50μm的4080纤维毡，而后在该纤维毡上进行交叉折叠铺网。将铺网小车单向行程分为五段，长度比例依次为1:2:4:2:1，对应的铺网小车速度比为1.12:1.06:1:1.06:1.12。

(3)如图1中112所示，对铺好的纤网先进行预针刺，布针密度4000枚/m左右，针频为500刺/min，针刺深度为12mm。为对纤网充分加固，在图1中113的位置，采用3～4台双板下刺机。第一台针刺密度350刺/cm²，针刺深度9mm；第二台针刺密度400刺/cm²，针刺深度8mm；第三台针刺密度450刺/cm²，针刺深度6mm；第四台针刺密度450刺/cm²，针刺深度5mm。

(4)采用双圆网热风烘燥机对针刺加固后的纤网进行烘燥定型，烘燥温度为110℃，然后切边卷绕。

(5)将上述所得的连续带状针刺牛皮纤维/4080纤维再生革和宽为1m、厚为0.3mm的聚氨酯膜平行展料，接着将其送入加热区，根据局部变形需要设置加热参数并进行局部不等温加热。将局部软化程度不同的聚氨酯膜和已收缩的牛皮纤维/4080纤维再生革送入成型区，固定好材料边缘，在-0.07MPa的吸塑力下进行吸塑，两种材料同时进行粘结和成型，切割周边并收卷边角料。待汽车内饰表皮冷却至50℃及以下时取料。至此，汽车内饰表皮制备完成。

效果验证：按照《汽车聚氯乙烯搪塑仪表板表皮性能及检测》行业标准对本实施例制备得到的汽车内饰表皮进行理化机械性能检测，纵横向拉伸强度分别为15.5MPa、16.4MPa，纵横向断裂伸长率分别为285％、280％，邵氏硬度(A)为80。试验结果表明，本发明制备得到的汽车内饰表皮理化机械性能指标均达到或超过该行业标准。

实施例2

(1)准备好牛皮纤维和N720纤维，各自分别准确称量80kg及12kg，混合后送入开松机，分别进行粗开松和精开松。

(2)喂入混合纤维，进行气流成网。在输出帘上预先铺设一层厚度100μm的4080纤维毡，而后在该纤维毡上进行交叉折叠铺网。将铺网小车单向行程分为五段，长度比例依次为1:2:4:2:1，对应的铺网小车速度比为1.12:1.06:1:1.06:1.12。

(3)如图1中112所示，对铺好的纤网先进行预针刺，布针密度3000枚/m左右，针频为600刺/min，针刺深度为9mm。为对纤网充分加固，在图1中113的位置，采用3～4台双板下刺机。第一台针刺密度400刺/cm²，针刺深度9mm；第二台针刺密度420刺/cm²，针刺深度8mm；第三台针刺密度450刺/cm²，针刺深度6mm；第四台针刺密度500刺/cm²，针刺深度5mm。

(4)采用双圆网热风烘燥机对针刺加固后的纤网进行烘燥定型，烘燥温度为140℃，然后切边卷绕。

(5)将上述所得的连续带状针刺牛皮纤维/N720纤维再生革和宽为1m、厚为0.3mm的聚氨酯膜平行展料，接着将其送入加热区，根据局部变形需要设置加热参数并进行局部不等温加热。将局部软化程度不同的聚氨酯膜和已收缩的牛皮纤维/N720纤维再生革送入成型区，固定好材料边缘，在-0.095MPa的吸塑力下进行吸塑，两种材料同时进行粘结和成型，切割周边并收卷边角料。待汽车内饰表皮冷却至50℃及以下时取料。至此，汽车内饰表皮制备完成。

效果验证：按照《汽车聚氯乙烯搪塑仪表板表皮性能及检测》行业标准对本实施例制备得到的汽车内饰表皮进行理化机械性能检测，纵横向拉伸强度分别为15.2MPa、15.6MPa，纵横向断裂伸长率分别为292％、290％，邵氏硬度(A)为75。试验结果表明，本发明制备得到的汽车内饰表皮理化机械性能指标均达到或超过该行业标准。

上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (13)

1.一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

（1）纤维开松混合：将由回收的废旧动物皮或动物皮边角料制备的动物皮纤维与皮芯结构热塑性合成纤维分别准确称量，在基本干燥的条件下送入开松机一起混合开松，依次进行粗开松和精开松；

（2）成网：对步骤（1）得到的均匀混合的纤维进行成网，所述成网方式为气流成网或梳理成网；

（3）铺网：预先在输出帘上铺设一层连续的薄层皮芯结构热塑性合成纤维毡，采用交叉折叠铺网方式在所述薄层皮芯结构热塑性合成纤维毡上进行铺网，通过改变铺网小车在单向行程中不同路段的速比获得克重均匀的纤网；

（4）针刺加固：对步骤（3）铺好的纤网首先进行预针刺，然后再进行3~4道主针刺；

（5）烘燥与定型：采用圆网热风烘燥机对步骤（4）针刺加固后的纤网进行烘燥定型，然后切边卷绕即得连续带状动物皮纤维再生革；

（6）真空吸塑成型：将步骤（5）得到的所述连续带状动物皮纤维再生革与聚氨酯膜在真空吸塑装置中的展料区进行平行展料，在加热区内根据不同部位的变形需要进行局部不等温加热，在成型区内固定连续带状动物皮纤维再生革和聚氨酯膜的边缘，进行真空吸塑，在热和力的共同作用下使再生革和聚氨酯膜同时粘合与成型，冷却定型后，切割内饰表皮并收卷废料。

2.如权利要求1所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述动物皮纤维长度在5~30mm之间，其中长度大于8mm的所述动物皮纤维要求占到动物皮纤维总量的75%以上；

步骤（1）中所述皮芯结构热塑性合成纤维为具有皮芯结构的4080纤维、N720型纤维和ES纤维；

步骤（1）中所述基本干燥是指所述动物皮纤维的含水量为10%~25%；

步骤（1）中所述的纤维比例为：动物皮纤维75~88份，皮芯结构热塑性合成纤维12~25份。

3.如权利要求2所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，所述动物皮纤维为牛皮纤维。

4.如权利要求2所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，所述皮芯结构热塑性合成纤维为具有皮芯结构的4080纤维。

5.如权利要求2所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，所述基本干燥是指所述动物皮纤维的含水量为15%。

6.如权利要求1所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述成网方式为气流成网。

7.如权利要求1所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的预先在输出帘上铺设一层连续皮芯结构热塑性合成纤维毡，其厚度为30~100μm；

将步骤（3）中铺网小车单向行程分为五段，长度比例依次为1:2:4:2:1，对应的铺网小车速度比为1.12:1.06:1:1.06:1.12。

8.如权利要求1所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的预针刺采用杂乱布针方式：布针密度3000~4500枚/m，针频为450~650刺/min，针刺深度为9~14mm；主针刺区采用3~4台双板下刺机，针刺密度350~500刺/cm²，针刺深度5~12mm。

9.如权利要求1所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述圆网热风烘燥机的烘燥温度在110~140℃。

10.如权利要求1所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述聚氨酯膜为厚度0.2~0.4mm、宽度可调的汽车内饰表皮常用的水性热塑性聚氨酯；

步骤（6）中所述的真空吸塑成型过程中，采用阴模成型工艺或阳模成型工艺：采用阴模成型工艺时，聚氨酯膜与金属模具直接接触，聚氨酯膜的表面拓下所需纹路；采用阳模成型工艺时，动物皮纤维再生革与模具直接接触，聚氨酯膜自身带有所需纹路；

所述平行展料之前需要根据吸塑方式，决定所述针刺再生革和聚氨酯膜的上下层空间位置：所述针刺再生革作为B面即与汽车内饰结构件直接接触的那一面；聚氨酯膜作为A面即与乘客直接接触的那一面，二者同时展料，相互贴合，平行进入加热区；

当A面采用防水透气热塑性聚氨酯膜时，在二者贴合进入加热区之前，在二者之间喷入绿色除菌剂；

所述局部不等温加热由真空吸塑装备的加热区实现：加热区由200~300块加热砖构成，上层与下层各一半成二维矩形阵列排布，预成型料从中间通过，每块加热砖可以单独控温，加热区实际温度范围为110~140℃；

所述的粘合与成型同时进行具体是指从加热区出来的预成型料固定好周边后在-0.07~-0.098MPa的吸塑力下，针刺再生革中有薄层皮芯结构热塑性合成纤维毡的那一面和聚氨酯膜相接触，在模具上同时实现粘合与成型。

11.如权利要求10所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革的制备方法，其特征在于，所述绿色除菌剂为银离子除菌剂。

12.一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革，其特征在于，由权利要求1-11任意一项制备方法制备得到。

13.如权利要求12所述的一种用于汽车内饰表皮的针刺再生革，其特征在于，所述汽车内饰表皮包括汽车仪表板表皮、门护板表皮、柱饰板表皮和侧围饰板表皮。