专利名称：改性棉纤维毡及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改性棉纤维毡，及其应用于制备隔音垫或刚性板材。 背景技术：
当前，在竞争激烈的国际汽车市场上，同档次车型在常规性能方面的综合“性价比”越来越接近且均已达到较高水平。因此，提高车辆噪声控制水平已成为新的竞争焦点和技术发展方向。在此背景下，车辆的NVH(Noise/Vibration/Harshness)性能正逐渐演变为重要的设计指标，也是用户所关心的整车性能指标之一。汽车噪声控制水平必将成为决定车型开发成功与否的不可或缺的重要影响因素之一，而发动机舱内的噪音是整个NVH系统的一个重要部分，为了尽可能地减少发动机的噪音传入乘坐舱，现在通常用采用重层挡音板和疏松吸音材料组合而成的前围隔音垫隔音体系来达到隔音的目的。而作为重层挡音板的EVA软板和作为疏松吸音材料的棉纤维毡是最常用的隔音体系，在乘用车防火墙(前围板)内侧隔音体系(前围隔音垫)的运用较广， 棉纤维毡的成型型面与前围板型面的贴合好坏，以及棉纤维毡与EVA软板等声学重层材料的粘接性能均对前围隔音垫能隔音效果起到直接影响。另外，乘用车车内气味特性也是一个很重要的指标，研究表明，来自内饰部件的挥发性有机化合物(volatile organic compounds，简称“V0C”)是影响车内空气质量的主要原因之一。大多数内饰部件中都含有一定量的挥发性有机化合物，它们主要是烷烃、烯烃、 芳烃、乙醛或酮类的物质，这些物质的沸点通常在50 260°C的范围之内。当气温达到一定高度时，这些挥发性物质就会释放出来，有些会形成雾翳关凝结在前挡风玻璃上，从而影响驾驶员的视线；有些则产生令人不舒服的气味，甚至引起头疼、干咳和过敏等不适反应，从而对乘员的身体造成伤害。因此，研究开发汽车前围隔音垫材料及其生产工艺在汽车NVH领域是一个非常重要且广泛问题。目前，大部分汽车内饰件厂家，在生产前围隔音垫中使用的材料主要是棉纤维毡使用胶水与EVA或PVC软板粘接，或者是在EVA或PVC软板吸塑成型后聚氨酯发泡，或者是海绵片与EVA或PVC软板涂胶水后符合。两者的粘合主要是通过粘合剂来粘合的，这些粘合剂是带刺激性气味含有机挥发物的胶水，如PU胶水、氯丁胶水灯，这些胶水，在使用涂胶时，需要喷涂或刷涂，带有毒性的挥发性溶剂，对人体的健康有害，并且粘合效果也不佳。而且，现有生产汽车前围隔音垫使用棉纤维毡成型，以及棉纤维毡与EVA软板毡复合工艺，有以下几个明显的缺点(1)、棉纤维毡要通过渗胶后模压成型，或者通过在纤维毡中混入酚醛树脂再热压成型；(2)、棉纤维毡与EVA软板的复合是通过涂胶后模压成型且与EVA软板的粘接强度低易分层；(3)、用来粘合棉纤维毡与EVA软板的粘合剂含有大量的易挥发有强刺激性气味的有机溶剂，如丙酮等，这些气体具有毒性；(4)加入酚醛树脂的棉纤维毡要通过加热模压成型，热压成型产生三甲胺等有毒气体并且基本上不可回收，回收成本很高，且不环保；(5)、现有传统棉纤维毡无法制成高强度高硬度的刚性板材。具体来说，传统的棉纤维毡，需要成型时，需要加入化学粘合剂成型，或加热固性树脂粉(通常为酚醛树脂)加热成型；传统的棉纤维毡在要与EVA软板等材料复合时，需要在材料表面喷涂胶水，使其两种材料粘接在一起。加入化学粘合剂成型或者涂胶水复合，均使用化学胶水，造成气味问题并增加了材料成本；并且加热固性树脂粉(通常为酚醛树脂) 加热成型，会产生有毒气体，如三甲胺等。
发明内容
本发明主要解决棉纤维毡(包括用棉布边角料以及回收的棉布开松后支撑的再生棉纤维毡)不加粘合剂无法成型以及无法与其他材料粘合的问题，并提高棉纤维毡成型、粘合和复合的粘合复合强度及其环保特性，且降低生产使用成本。现有的传统棉纤维毡只有在加粘合剂后才能成型，如果与其他材料粘合时又需要在材料表面涂粘合剂后才能与其他材料粘合，现有的传统棉纤维毡成型和复合的粘接强度低、成本高且不环保。针对上述问题，本发明采用的技术方案是一种改性棉纤维毡，所述改型棉纤维毡由以下质量百分比的组分混合均勻制成棉纤维20% 90%;低熔点PET纤维5 % 40 % ；聚丙烯纤维5% 40%。所述低熔点PET纤维的熔点通常为120 160°C。所述棉纤维的长度没有特定的要求，市售可以得到的棉纤维均适用于本发明。所述改性棉纤维毡的制备方法为将棉纤维、低熔点PET纤维、聚丙烯纤维按组分比例混合，然后经过预开松、精开松、梳理、铺网、预刺、复刺、整烫，再分切打包即制得所述改性棉纤维毡。所述的改性棉纤维毡可应用于制备隔音垫或刚性板材。更具体的，所述应用可采用改性棉纤维毡的加热模压成型方法，所述方法为改性棉纤维毡加热至200 250°C，加热30秒 60秒，然后模压冷却成型。所述应用还可以采用改性棉纤维毡与EVA软板、PVC软板、PP木粉板或含树脂的麻纤维板复合粘接方法，所述方法为改性棉纤维毡加热至200 250°C，加热30秒 60秒， 然后与加热至软化的EVA软板、PVC软板、PP木粉板或含树脂的麻纤维板平铺叠放，经模压冷却成型。本发明所述PET纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，即涤纶。所述聚丙烯纤维通称为丙纶。所述EVA软板为含乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)树脂、低密度聚乙烯(LDPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、碳酸钙等物料的挤出板材。所述PVC软板为含聚氯乙烯(PVC)树脂、低密度聚乙烯(LDPE)、三元乙丙橡胶 (EPDM)、碳酸钙等物料的挤出板材。
所述PP木粉板为含PP树脂、木屑粉、碳酸钙等物料的挤出板材。本发明提供的改性棉纤维毡成型和粘接原理在于低熔点PET纤维和PP丙纶纤维具有热塑性，即受热塑化，冷却硬化的热塑性特性。加入低熔点PET纤维和PP丙纶纤维改性棉纤维毡，使改性棉纤维毡可以在受热后冷成型。低熔点PET涤纶纤维为塑化成型提供足够的拉伸强度和撕裂强度以及为成型后的纤维毡提供足够的拉伸强度和撕裂强度。更具体的，改性棉纤维毡粘接原理在于1)、改性棉纤维毡中的改性材料PP丙纶纤维和低熔点PET涤纶纤维与EVA软板中添加的LDPE或PP木粉板中的PP以及EVA本身具备较好和一定的相容性。改性棉纤维毡中的PP丙纶纤维受热后塑化熔融，与加热后的EVA软板中熔融的 LDPE(PE的一种)或者加热后的PP木粉板中熔融的PP熔合，PP和PE可以以任何比例混合相容，这是一个相容性非常好的体系，从各自的溶解度参数可以非常清楚地了解PP和PE的化学相容性，PE和PP的溶解度参数(δ )分别是7. 9 8. 1和7. 6 8. 1，几乎完全相同， 两者溶解度绝对值小于等于0. 5，则两者聚合物能以任何比例混合相容。改性棉纤维毡中的PP丙纶纤维受热后塑化熔融并与受热塑化后的EVA熔合，EVA 和PP的溶解度参数(δ )分别是9. 1 9. 5和7. 6 8.，两者溶解度的绝对值小于等于 1. 5，因此两者具有较好的相容性。2)、改性棉纤维毡中的改性材料PET涤纶纤维与EVA软板中的EVA以及LDPE均属化学不相容体系，是无法熔合粘接，PET/EVA、PET/PE共混体系属于典型的热力学不相容体系，电镜照片显示PET和EVA以及PET和PE均呈海岛结构，PET为连续相，EVA和PE为分散相。PE、EVA与PET是不相容的两种材料，因为它们的溶解度差值很大，PE,EVA和PET溶解度参数(δ )分别是7. 9 8. 1,9. 1 9. 5和10. 7。PE与PET的溶解度绝对值大于1. 5，两者不能相容；EVA和PET的溶解度绝对值基本上是大于1. 5 了，两者相容性很差。因此低熔点PET涤纶纤维在改性棉纤维毡中的起不到熔合粘接作用，而其主要作用是为塑化成型提供强度，即为塑化成型过程提供足够的拉伸强度和撕裂强度以及为成型后的纤维毡提供足够的拉伸强度和撕裂强度；在受热的纤维毡与受热塑化的EVA等声学重层材料模压粘合成型时，低熔点PET涤纶纤维易嵌入受热塑化的声学重层材料中，受热塑化的声学重层材料在模压作用下易将嵌入的低熔点PET涤纶纤维以及棉纤维包覆起来从而起到物理机械粘合从何形成一定的粘接作用。但是PET涤纶纤维具有一定的吸湿率并且含有酯键极性基团与EVA中的酯键极性基团之间易形成氢键，因此具有一定的结合力。3)、改性棉纤维毡中不可塑化的棉纤维与受热塑化的EVA等声学重层材料在模压粘合成型时，棉纤维易嵌入受热塑化的声学重层材料中，受热塑化的声学重层材料在模压作用下易将嵌入的棉纤维纤维以及棉纤维包覆起来从而起到物理机械粘合从何形成一定的粘接作用。如改性棉纤维毡与受热塑化的PVC软板的模压粘合成型，主要靠低熔点PET 涤纶纤维和棉纤维嵌入受热塑化的PVC软板中，受热塑化的PVC软板在模压作用下易将嵌入的低熔点PET涤纶纤维以及棉纤维包覆起来从而起到物理机械粘合从何形成一定的粘接作用，因此改性棉纤维毡与PVC软板之间的粘接性能相对比较差。现有的传统棉纤维毡不加粘合剂无法成型，本发明加入一定比例的低熔点PET纤维和丙纶，在纤维毡加热到一定的温度后，在冷模具中可以直接冷却定型；并且可以在加入一定比例的低熔点PET纤维和丙纶后的棉纤维毡加热到一定的温度后与受热后的EVA软板、PP木粉板等材料受压复合，这都是利用改性后的棉纤维中的“低熔点PET纤维和丙纶” 与EVA软板、PP木粉板中的“LDPE、PP树脂”在一定温度可以熔合粘接的特性。本发明提供的改性棉纤维毡可以降低气味，提高环保、降低成本。在加入一定比例的低熔点纤维后，成型、复合均勿需其他任何粘合剂或树脂，无气味、易成型、低成本、具有高粘结性。本发明改性后的棉纤维张可以制成刚性板材，运用于建筑、汽车等行业。本发明的有益效果在于(1)、通过改性现有传统棉纤维毡，在棉纤维毡中混入一定比例的低熔点PET纤维或PP丙纶，将改性后的棉纤维毡在一定的温度下加热一定的时间后，放入常温模具内通过冷模压成型，不需要渗胶更不需要加入酚醛树脂，这样降低了材料成本；(2)、通过加入到棉纤维毡中低熔点PET纤维和PP丙纶，在一定的温度下低熔点 PET纤维和PP丙纶熔融，与加热后的EVA软板粘接，并可在常温模具内通过冷模压成型，改性后棉纤维毡与EVA软板的粘接强度得到极大的提高，通常软板中含LDPE、EVA、EPDM等材料，而EVA和LDPE在在加热到一定温度熔融后与加热后的改性后棉纤维毡中的处于熔融状态的低熔点PET纤维和PP丙纶熔合粘接，冷却后定型并得到良好的粘接强度；(3)、由于改性后的棉纤维毡，在加热后冷模压成型过程中没有使用任何胶水，并无产生任何气体，因此无任何气味，且无VOC产生；0)、现有传统棉纤维毡是疏松的棉毡，无法制成刚性板材，而通过改性加入一定比例的低熔点PET纤维或PP丙纶，并加热冷模压后可制得较高强度和硬度的刚性板材，可运用于建筑、汽车等行业。本发明很好地解决棉纤维毡不能塑化成型的缺点，使棉纤维毡具备良好的塑化成型性能，从而拓宽了棉纤维毡的使用范围，尤其是汽车领域的使用；解决了棉纤维毡无法直接与可塑性软板粘合的问题，从而使棉纤维毡勿需任何粘合剂即可与EVA等声学重层材料粘合，并且粘合强度远大于任何粘合剂，彻底杜绝因使用粘合剂而产生的气味问题和VOC 问题，缩短生产工序，降低了生产成本，提高了生产率和产品质量。本发明使用的材料均可回收重复循环使用，无任何挥发物，属环境友好型材料和使用工艺，材料及其使用工艺具备高环保性。
附图1改性棉纤维毡的生产工艺流程图附图2实施例1制得的改性棉纤维毡的片状平铺照片附图3实施例1制得的改性棉纤维毡的截面照片附图4实施例1制得的隔音隔热垫照片附图5实施例2制得的隔音垫零件照片附图6三种不同比例配方的吸音系数频谱对比曲线图附图7三种不同比例配方的隔热频谱对比曲线图
具体实施例方式
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下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。实施例1 将20%棉纤维、40%低熔点PET纤维、40%聚丙烯纤维按比例混合，然后经过预开松、精开松、梳理、铺网、预刺、复刺、整烫，再分切打包即制得所述改性棉纤维毡。将其用于制备隔音隔热垫，改型棉纤维毡送至远红外加热炉内，远红外热风循环加热，加热温度250°C，加热时间30秒，然后送入模具内，受热改性棉纤维在压机的作用下模压，并同时经模具冷却(模具通冷却水)后成型，制得隔音隔热垫。产品既无污染且牢度又好。用声学测试仪(8通道驻波管)测试其吸音性能，如附图6中曲线1所示，用隔热测温仪测试其隔热性能，如附图7中曲线1所示，可见其吸音隔热性能良好。实施例2将90%棉纤维、5%低熔点PET纤维、5%聚丙烯纤维按比例混合，然后经过开松、 精开松、梳理、铺网、预刺、复刺、整烫，再分切打包即制得所述改性棉纤维毡。将其用于制备隔音垫零件，将改性棉纤维毡送至远红外加热炉内，经远红外热风循环加热，加热温度200°C，加热时间60秒，同时将EVA软板(无锡多仑多橡塑有限公司) 也移入远红外加热炉内，远红外热风循环加热，加热温度200°C，加热时间20秒，将加热后的EVA软板送入模具，平摊在下模上，再将受热后的改性棉纤维毡送入模具的上模和下模之间，并平铺在受热后的EVA软板上，启动压机，在压机的作用下模压，并同时经模具冷却 (模具通冷却水)后成型，制成隔音垫零件。用声学测试仪(8通道驻波管)测试其吸音性能，如附图6中曲线2所示，用隔热测温仪测试其隔热性能，如附图7中曲线2所示，可见其吸音隔热性能良好。并且产品强度好，易成型、工艺简单。实施例3将50%棉纤维、30%低熔点PET纤维、20%聚丙烯纤维按比例混合，然后经过预开松、精开松、梳理、铺网、预刺、复刺、整烫，再分切打包即制得所述改性棉纤维毡。将其用于制备隔音隔热垫，将改性棉纤维毡送至远红外加热炉内，经远红外热风循环加热，加热温度250°C，加热时间30秒，同时将PP木粉板(江苏忠红机械有限公司) 也移入远红外加热炉内，远红外热风循环加热，加热温度250°C，加热时间30秒，将加热后的PP木粉板送入模具，平摊在下模上，再将受热后的改性棉纤维毡送入模具的上模和下模之间，并平铺在受热后的PP木粉板上，启动压机，在压机的作用下模压，并同时经模具冷却 (模具通冷却水)后成型，制成隔音隔热垫。产品既无污染且牢度又好。用声学测试仪(8 通道驻波管)测试其吸音性能，如附图6中曲线3所示，用隔热测温仪测试其隔热性能，如附图7中曲线3所示，可见其吸音隔热性能良好。
权利要求
1.一种改性棉纤维毡，其特征在于所述改型棉纤维毡由以下质量百分比的组分混合均勻制成棉纤维20% 90% ；低熔点PET纤维5% 40% ；聚丙烯纤维5% 40%。
2.如权利要求1所述的改型棉纤维毡，其特征在于所述低熔点PET纤维的熔点为 120 160°C。
3.如权利要求1所述的改性棉纤维毡，其特征在于所述改性棉纤维毡的制备方法为 将棉纤维、低熔点PET纤维、聚丙烯纤维按组分比例混合，然后经过预开松、精开松、梳理、 铺网、预刺、复刺、整烫，再分切打包即制得所述改性棉纤维毡。
4.如权利要求1所述的改性棉纤维毡应用于制备隔音垫或刚性板材。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述应用采用改性棉纤维毡的加热模压成型方法，所述方法为改性棉纤维毡加热至200 250°C，加热30秒 60秒，然后模压冷却成型。
6.如权利要求3所述的应用，其特征在于所述应用采用改性棉纤维毡与EVA软板、 PVC软板、PP木粉板或含树脂的麻纤维板复合粘接方法，所述方法为改性棉纤维毡加热至 200 250°C，加热30秒 60秒，然后与加热至软化的EVA软板、PVC软板、PP木粉板或含树脂的麻纤维板平铺叠放，经模压冷却成型。
全文摘要
本发明公开了一种改性棉纤维毡，所述改型棉纤维毡由以下质量百分比的组分混合均匀制成棉纤维20％～90％；低熔点PET纤维5％～40％；聚丙烯纤维5％～40％。并公开了所述改性棉纤维毡应用于制备隔音垫或刚性板材。本发明提供的改性棉纤维毡可以降低气味，提高环保、降低成本。在加入一定比例的低熔点纤维后，成型、复合均勿需其他任何粘合剂或树脂，无气味、易成型、低成本、具有高粘结性。
文档编号D04H1/42GK102182012SQ20111012079
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者葛日体 申请人:宁波兰迪汽配工业有限公司