高强度多功能复合车用非织造材料联合机生产工艺研究

张 瑜,李素英,付译鋆,范立元,于树发,谢柠蔚

(1.南通大学 纺织服装学院,江苏 南通226019;2.江苏迎阳无纺机械有限公司,江苏 常熟215539)

0 引言

车用内饰布分为机织车用内饰布、编织车用内饰布和非织造车用内饰布三种[1],其中非织造车用内饰布能够选用不同的原料与工艺流程,通过纤维成网和固结方法制成;纤维排列呈三维结构,具有良好的延伸性和力学性能,能够设计成具有广泛结构特征与不同性能的织物;且生产成本低,价格便宜。进入21世纪以来,世界车用内饰布产量已超过了15亿m2,非织造车用内饰布占全部车用内饰布的比例达到70%左右[2-3]。由于非织造车用内饰布是科技含量高、附加值高的产品,在世界范围内都具有很好的发展前景,且它的应用和推广可以带动非织造企业的技术提升和产品结构调整[4]。

我国车用内饰布用量较大,但与国际先进水平相比国产车用内饰布生产技术装备及其产品质量还有很大差距,存在着品质不高、生产效率低、产品性能稳定性较差等问题。目前国内外车用非织造材料联合机都是通过采购各个生产商的单元机,由用户根据生产工艺要求自行拼装成联合机。而且联合机功能单一,产品调换度差,不能适应市场中多品种、小批量的需求现状;如果需要多个品种,就要购置多条联合机,不仅投资大,且联合机闲置时间长造成资源浪费[5]。

本项目将多种生产车用非织造材料的工艺技术融合到一条联合机中,满足了多品种小批量的生产需要;且将原来的离线产品功能复合变为在线复合,大大提高了生产效率和产品质量。将针刺车用内饰布、纤维毡垫生产技术、针刺布与PP膜在线复合、纤维毡垫针刺布PP膜三层在线复合等多种产品工艺技术进行有机融合,可满足多品种小批量生产需要。通过在线复合,能实现车用非织造材料的高强度、安全环保性要求,使联合机适应多种纤维原料能生产更多品种的产品;对联合机主要单元机进行了创新设计,以满足多种规格的涤纶、丙纶、锦纶、特种纤维及混合纤维的生产需要,填补了国际市场上柔性针刺非织造车用内饰布生产装备的空白。这将有利于国内外车用内饰合成材料生产企业扩大生产规模并提高生产效益,有利于车用内饰合成材料的质量、产量与生产效率的显著提高,有益于提升车用内饰布产品的应用广度和深度。

1 工艺路线

图1为柔性车用内饰材料针刺装备整体路线示意图,其工艺路线如下:

2 高强度多功能复合型车用非织造材料联合机

2.1 单元机的组合匹配技术

随着车用内饰非织造产品应用领域的不断扩大,对车用内饰产品的品种、结构及功能性提出了新的要求,如针刺毡/纤维毡复合、针刺毡/针刺毡复合、针刺布/PP膜复合、纤维毡/针刺毡/PP膜复合产品。在单一生产线上只能完成不同结构产品(其他生产线加工而成)的离线功能复合,复合品种越多,单线装备越多,势必会增加购置成本、生产成本、用人成本及土地成本等。因此所开发的高强度多功能复合型车用非织造材料联合机应集多种纤维混合、梳理、铺网、针刺、撒粉、热压、热风等工艺为一体,研发配备相关关键设备,使其最大限度地发挥一机多能、在线复合的特性,从而满足多种功能车用非织造工艺的生产要求。

高强度多功能复合型车用非织造材料联合机包括开包机、粗开松机、混棉机、配棉器、精开棉机、喂棉箱、自调匀整装置、梳理机、铺网机、过渡机构、预针刺机、针刺机、撒粉机、远红外烘箱、烫光机、水冷机、风冷机、收卷机、纵切机、横切机等成套装备,尤其是为了组合需要第二台铺网机及针刺机组进行架高处理,便于设备下方有网帘输送。该套系统的基本组成如图2所示。

图2 高强度多功能复合型车用非织造材料联合机

该联合机的多功能主要是通过多种功能的单位设备实现的,主要实现设备如图3所示。

图3 联合机调节系统

图3 中5个关键部件均能单独调整,若将每个设备安装在联合机中,则可按照不同工艺要求进行调整。

(1)梳理机 可实现速度的调节,主要应对不同材质、不同棉料不同疏密和不同生产效率要求的调整,对于长纤维可适当增加梳理速度,同时为了提高输出速度和产量,设计安装了双道夫结构。

(2)铺网机 属成网的关键部件,为满足不同厚度产品的需求,设计了上下两铺网口,同时铺网速度可根据产品需求进行调整。

(3)过桥装置 紧接铺网机安装,可实现三种位置调整,分别为上下过渡帘分别进入针刺和热熔,上下帘同时进入针刺和上下同时进入热熔,以此满足不同产品的工艺需求。

(4)针刺机 根据产品需求分别对针刺密度、频率、厚度等进行调整,以满足不同厚薄产品的需求。

(5)远红外热熔箱 它可为产品提供不同厚度、不同温度的热熔要求。

2.2 在线复合技术

为了提高车用非织造材料的强度等物理性能指标,拓宽内饰材料的功能性,提高产品附加值,实现不同纤维原料、不同非织造结构材料的功能优势互补,保证产品尺寸稳定性及外观性能,本联合机在针刺布、纤维毡垫单线产品加工的基础上,通过系统设计与技术组合,将多种性能各异的针刺非织造材料通过热熔、热扎方法复合在一起,将原来多种产品的离线功能复合变为在线复合,实现了针刺毡/纤维毡、针刺布/PP膜、纤维毡/针刺毡/PP膜、针刺毡/针刺毡的在线复合。

2.2.1 针刺毡+纤维毡垫在线热熔复合

其工艺流程如下:

该复合产品由不同规格纤维分别制成紧密结构的针刺毡和蓬松结构的纤维毡垫,通过远红外热熔烘箱实现在线复合,形成两种不同紧密层次结构的复合材料如图4所示,主要用于车用吸声隔音性能材料等产品。

图4 针刺毡+纤维毡垫热熔复合车用材料

2.2.2 针刺毡与PP膜在线复合

该复合产品由不同规格纤维的针刺毡和PP膜叠层,通过烫光机热轧实现在线复合,形成透气防水功能的覆膜结构材料如图5所示,主要用于车用发电机防渗漏材料等产品。

图5 针刺毡与PP膜复合车用材料

2.2.3 纤维毡+针刺布+PP膜三层在线复合

其工艺流程如下:

该复合产品由不同规格纤维分别制成紧密结构的针刺毡和蓬松结构的纤维毡垫通过远红外烘箱实现在线复合,形成两种不同紧密层次结构的复合材料;再针刺毡面和PP膜叠层,通过烫光机实现在线复合,形成透气防水功能的覆膜结构材料如图6所示,主要用于车用防渗、吸声隔音性能材料等产品。

图6 纤维毡+针刺布+PP膜在线复合车用材料

2.2.4 针刺布+撒粉+针刺布在线复合

该复合产品由不同规格纤维分别制成紧密结构的针刺毡,通过撒粉后叠层,再由远红外烘箱实现在线复合,烫光机热轧处理后形成两种针刺结构组成的复合材料如图7所示,主要用于车用顶棚和铺垫材料等产品。

图7 针刺布+撒粉+针刺布复合车用材料

2.3 适用多种纤维组合

为了满足车用非织造材料的高强度、环保性要求,使联合机适应多种纤维原料能生产更多的产品品种,对联合机主要单元机进行了创新设计,可满足多种规格的涤纶、丙纶、锦纶、特种纤维及混合纤维的生产,适用纤度3～20 D,长度51 mm的各种规格纤维材料。

2.3.1 风管连接结构改造

为了不同规格原料输送,专门设计一种风管连接结构,风管包括中空的圆筒形风管本体,风管本体在彼此连接的一端端部向外弯折形成有圆形翻边;风管连接结构包括U形抱箍、密封条和卡位环,U形抱箍包覆在彼此连接的相邻两风管本体的一对圆形翻边外。其中U形抱箍两侧的一对侧壁与一对圆形翻边相贴合、顶壁与一对圆形翻边之间设密封条,U形抱箍的一端设弯形铁片、另一端设把手座,把手座上铰接把手;该把手通过铁丝与弯形铁片连接,当U形抱箍处于抱紧状态下,卡位环穿设并卡固在把手和把手座上。强度加强,不易变形,且不会产生挂棉现象,密封性能好;U形抱箍在锁紧状态下有自锁功能,操作简单,方便相邻两风管之间的连接与拆卸。

2.3.2 高效开包机研制

为了适应各种规格纤维,开包机箱体设有前置开包松解腔和纤维过渡腔,前置开包松解腔内设有前置开包松解机构,箱体的顶部设前置开包松解动力传动机构;输送帘设在纤维过渡腔内,输送帘的左端探入前置开包松解腔内,右端探入均棉腔内,在对应于进料腔及前置开包松解腔的下方位置设原棉传送带;原棉传送带的左端途经箱体进料口对应于上料帘的右端下方,右端对应于输送帘的左端上方。提高了均棉机构的均棉效率,有利于保护均棉机构。

2.3.3 简易式凝棉器研制

在凝棉箱箱体上且位于凝棉箱箱体左箱壁上设左箱门腔,在凝棉箱箱体右箱壁上设右箱门腔;在对应于左箱门腔的位置设箱体腔进风量左调整机构,在对应于右箱门腔的位置设箱体腔进风量右调整机构。可由在线作业人员对进入到储棉箱箱体腔内的空气量依需调整,确保对非织造纤维有优异的气、棉分离及除杂效果。

3 与国内外同类机比较

本联合机与国内外同类机比较如表1所示。

表1 国内外车用内饰针刺非织造材料生产装备比较表

从表1可见,本联合机具有梳理速度、针刺速度快的特点,不仅高于国内相关非织造机械企业的同类联合机水平,而且还达到了国际知名企业的生产水平。本车用内饰联合机的生产能力达到了1 000 kg/h,生产效率达到了国际领先水平,与业内同类型联合机相比更加显示出节能、高效的优势。

4 结语

本项目产品工艺研发有利于引导产业用纺织品汽车内饰用非织造材料行业开展技术创新,促进企业结构调整和产业技术装备升级,促使企业转型升级,培育新的经济增长点,从而实现可持续发展,具有良好的社会和经济效益前景。

参考文献:

[1] 李华冠,陶 杰,包祖国,等.汽车内饰用PET/PP非织造材料的制备及其性能研究[J].汽车工艺与材料,2012,(5):30-35.

[2] 康雨蒙,郭郁峰,于 斌,等.汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造材料工艺研究[J].山东化工,2017,46(11):23-26.

[3] 赵民忠.多功能复合非织造布:200720019148.5[P].2008-02-13.

[4] 钟 苇.吸声阻燃涤纶针刺非织造汽车内饰材料的开发[D].西安:西安工程大学,2015.

[5] 姚明华,万玉峰.新型产业用纺织品复合材料在汽车内饰中的应用和开发[C]//长三角科技论坛.产业用纺织品/非织造布的技术升级与产品创新纺织分论坛文集.2009.