废旧针刺非织造布制备复合板材研究

陈志军 崔立几 余博文 李长山 戴千惠

武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200



废旧针刺非织造布制备复合板材研究

陈志军 崔立几 余博文 李长山 戴千惠

武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200

采用厚度为2 mm、面密度为150 g/m2的废旧针刺非织造布作为增强材料，通过改变废旧针刺非织造布层数，分别制备纯的不饱和聚酯树脂板材及含1～4层废旧针刺非织造布的不饱和聚酯树脂复合板材，并对复合板材的拉伸、弯曲、冲击性能进行测试，研究废旧针刺非织造布层数对其力学性能的影响。试验表明，与纯的不饱和聚酯树脂板材比较，含废旧针刺非织造布的不饱和聚酯树脂复合板材的拉伸和冲击性能得到改善，但弯曲性能下降；随着废旧针刺非织造布层数的增多，复合板材的拉伸和冲击性能越好，含3层废旧针刺非织造布的复合板材的综合性能最佳。

废旧针刺非织造布，不饱和聚酯树脂，复合板材

我国是纤维生产和使用大国，每年不仅依靠自己生产数量可观的各种纤维，还需要进口大量的纤维。其中聚酯纤维的使用量最多且仍在持续增长。据专家预测，聚酯纤维将以每年59%的速度增长。另外，多数纤维都具有不可降解性，我国每年消耗的各类纤维及织物超过千万吨[1]。纺织厂的边角料及废旧服装的数量非常可观，这不仅造成惊人的浪费，对环境产生的污染也越来越严重，还存在引发火灾等隐患。将这些废料回收再利用，制成高附加值的产品，可以降低生产成本，具有一定经济效益[2]。本课题利用废旧针刺非织造布，并通过不饱和聚酯树脂生产工艺，制备废旧针刺非织造布不饱和聚酯树脂复合板材，以期能够在建筑、家具、汽车内饰等领域替代传统塑料板材，达到废物利用的目的[3-4]。

1 试验材料与仪器

试验材料：废旧针刺非织造布，成分为涤纶纤维，面密度130 g/m2，厚度2.6 mm；不饱和聚酯树脂，196型，固含量64%～70%，黏度170～310 s (25 ℃，涂4#杯)，酸值17～25 mgKOH/g，深圳高岐化工有限公司；中性脱模剂，型号QQ-17，奇强精细化工香港有限公司；促进剂，E4型，深圳高岐化工有限公司；固化剂，T-31型，深圳高岐化工有限公司。

试验仪器：拉伸试验机，AG-IC100kN型，岛津国际贸易(上海)有限公司；简支梁冲击试验机，XJJ-50型，承德大华试验机有限公司。

2 试验方法与分析

2.1 试样制备

将中性脱模剂均匀地涂在模具的表面，再将废旧针刺非织造布平铺在模具内，并倒入调制好的不饱和聚酯树脂，使树脂均匀地渗入废旧针刺非织造布中，静置2 h，待其固化。采用相同的步骤，按照废旧非织造布层数和对应的不饱和聚酯树脂用量，制成纯的不饱和聚酯树脂板材及含1～4层废旧非织造布的不饱和聚酯树脂复合板材共5种试样，其编号分别标记为1、2、3、4、5。图1(a)、(b)分别为1层废旧非织造布的不饱和聚酯树脂复合板材的正面和截面照片。

图1 复合板材照片

2.2 力学性能测试

对5种试样的拉伸、弯曲及冲击性能进行测试，记录数据并分析。拉伸试验按GB/T 1447—2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》进行，弯曲性能测试按GB/T 9341—2008《塑料弯曲性能的测试》进行，冲击试验参照GB/T 1451—2005《纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法》进行。

2.2.1 拉伸试验

如图2所示，随着废旧针刺非织造布层数的增加，试样的拉伸强度逐步上升。与1号试样(即纯的不饱和聚酯树脂板材)比较，2～5号试样(即各含1、2、3、4层废旧针刺非织造布的不饱和聚酯树脂复合板材)的拉伸强度分别提高20.00%、69.24%、103.00%和137.00%，断裂伸长率分别下降8.70%、6.05%、5.53%、3.89%，拉伸模量分别提高69.55、91.88、121.25、127.15 MPa。

图2 拉伸性能比较

纯的不饱和聚酯树脂板材的拉伸强度主要依靠不饱和聚酯树脂分子的作用力。而加入废旧针刺非织造布后，不饱和聚酯树脂中的羟基与聚酯纤维中的羧基结合，形成强有力的化学键。在拉伸过程中，聚酯纤维与不饱和聚酯树脂的结合首先被破坏。由于聚酯纤维与不饱和聚酯树脂的结合加固后，复合体系中纤维的移动和结构变化减少，导致针刺非织造布不饱和聚酯树脂复合板材的断裂伸长率低于纯的不饱和聚酯树脂板材。

2.2.2 弯曲试验

由图3可以看出，随着废旧针刺非织造布层数的增加，试样的弯曲模量首先呈上升趋势。当废旧针刺非织造布层数为3层时，即4号试样的弯曲模量达到1 030.00 MPa，比1号试样增加850.00 MPa，比2、3号试样分别增加478.30、15.00 MPa，这种增加是非线性的。当废旧针刺非织造布层数为4层时，试样的弯曲模量开始下降，5号试样的弯曲模量为760.00 MPa，比4号试样降低270.00 MPa。试样的弯曲强度随着非废旧针刺织造布层数的增加也呈现先上升后下降的趋势，当废旧针刺非织造布层数为3层时，即4号试样的弯曲强度达到最大值22.85 MPa。

图3 弯曲性能比较

在复合板材的制备过程中，由于重力的作用，不饱和聚酯树脂会下沉，其在复合板材上下层的分布不均匀。进行弯曲性能测试时，随着废旧针刺非织造布层数增加，复合板材的这种不均匀情况愈加明显，因此其弯曲模量和弯曲强度都表现为先增大后减小。

2.2.3 冲击试验

如图4所示，1号试样的冲击强度为2.36 kJ/m2，2号试样的冲击强度为4.46 kJ/m2，比前者增加了88.98%。可见废旧针刺非织造布与不饱和聚酯树脂复合能够显著提高板材的冲击性能，增韧效果明显。比较2、3、4号试样的冲击强度发现，它们较1号试样的增加幅度都不是很明显，当废旧针刺非织造布层数为4层时，复合板材的冲击强度增加到9.51 kJ/m2。

图4 冲击性能比较

3 结论

利用废旧针刺非织造布与不饱和聚酯树脂制备复合板材。与纯的不饱和聚酯树脂板材比较，随着废旧针刺非织造布层数的增加，复合板材的拉伸强度和拉伸模量逐步上升，断裂伸长率则逐步下降；弯曲模量和弯曲强度则呈现先有较大提升，在废旧针刺非织造布层数为3层时达到最大值，之后又下降的趋势；废旧针刺非织造布的加入可显著提高复合板材的冲击性能，增韧效果明显，分别含1、2、3层废旧针刺非织造布的复合板材的冲击强度的差异不大，而含4层废旧针刺非织造布的复合板材的冲击强度有大幅度的提高。综合拉伸、弯曲和冲击试验结果，含3层废旧针刺非织造布的不饱和聚酯树脂复合板材即4号试样的综合性能最佳。

[1] 冷纯庭，粘伟诚.针刺法非织造布的发展现状及前景[J].产业用纺织品，2002，20(143): 11-13.

[2] 周文聪，张贤，张铁江，等.废旧纤维回收技术及原理[J].纺织科技进展，2010(6): 18-22.

[3] 吴晓青，邱冠雄，冯秀文.废旧纤维板材成型工艺的优化[J].东华大学学报(自然科学版)，2003，29(5): 96-98.

[4] 冯秀文.废纺纤维板的成型工艺及性能的研究[D].天津：天津工业大学，2002.

Study on preparation of composite plates with waste needle-punched nonwovens

ChenZhijun，CuiLiji，YuBowen，LiChangshan，DaiQianhui

School of Textile Science and Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan 430200，China

The waste needle-punched nonwovens which were 2 mm in thickness and 150 g/m2in areal density were used as reinforcing materials. By changing the number of layers of waste needle-punched nonwovens，the pure unsaturated polyester resin plate and the unsaturated polyester resin composite plates containing 1～4 layers of waster needle-punched nonwovens were prepared，and then the tensile，flexural and impact properties of these plates were tested. The experiments showed that the tensile and impact properties of the composite plates improved while the flexural properties decreased compared with those of the pure unsaturated polyester resin plates. With the increase of the number of layers of waste needle-punched nonwovens，the performance of the composite plates was enhanced，and the composite plates containing three layers of waste needle-punched nonwovens possessed the best comprehensive performance.

waste needle-punched nonwoven，unsaturated polyester resin，composite plate

2016-03-23

陈志军，男，1986年生，实验师，研究方向为废旧纺织品回收与利用

TQ322.4

A

1004-7093(2016)10-0032-04