漢麻纖維非織造汽車內飾材料的加工工藝及性能研究

孔維嘉，薛少林，顧金丹

(西安工程大學，陜西 西安 710048)

漢麻纖維被譽為“會呼吸”的生態產品和“21世紀最具有發展前景的綠色產品”[1-2]；但其在我國紡織生產中應用得還不十分廣泛，特別是在非織造布領域中幾乎空白[3]。隨著汽車工業的發展，漢麻纖維的優良特性作用越來越大，如消除車內有害氣體，使車內空氣清新：抵抗紫外線輻射，以減少紫外線對人體的照射，降低車內的溫度；良好的吸濕、放濕性能，以平衡車內濕度，從而保持車內清潔和舒適的環境；阻燃整理后極限氧指數大于30，以達到防火要求等[4-6]。此外漢麻非織造汽車內飾材料以其原料來源廣泛、工藝過程簡單、生產速度快、產量高、成本低等優勢[7-8]，必將推廣應用于更多汽車，既有益于消費者的健康及生活品質，又會為企業帶來可觀的利潤。

1 實驗與工藝設計

1.1 纖維混紡比設計

本課題采用漢麻纖維、滌綸纖維和棉纖維按一定比例混紡進行實驗，每次實驗使用纖維總重量為700 g。所設計的漢麻纖維/滌綸纖維/棉纖維的混紡比例為：70/20/10，60/25/15，50/30/20。

本課題實驗采用正交實驗法進行，表1為本課題研究所設計的三因素三水平正交實驗表頭。

表1 三因素三水平正交實驗表頭設計

1.2 加工工藝流程設計

本課題設計加工工藝流程為：

1.3 開松工藝參數設計

本課題非織造上機實驗開松機進料電機頻率均設定為50 Hz，開松機進料速度設計為2.36 m/min。開松過后的混合纖維通過風管傳送到混棉機中進行混合。

1.4 混合工藝參數設計

本課題非織造上機實驗混棉機角釘簾電機頻率設定為18 Hz，即角釘簾運動速度設計為1.53 m/min。混合后的纖維經水平喂給簾進入梳理工序。

1.5 梳理工藝參數設計

本課題使用的WL小型梳理機工作示意圖如圖1所示。非織造上機實驗梳理機進料、梳理機錫林、梳理機道夫工藝參數設計如表2所示。

圖1 WL小型梳理機工作示意圖

名稱電機頻率(Hz)速度(m/min)喂入輥100.66胸錫林3029.88剝取輥30111.96錫林30868.56工作輥1、2/3255.30/4.65道夫259.30雜亂輥1/2257.55/6.05

1.6 鋪網工藝參數設計

本課題的鋪網機設備為交叉式鋪網中的二簾式鋪網機。其工作原理如圖2所示。

鋪網機必須保證梳理機道夫的纖網下機速度VD等于上鋪網簾的速度V2，并且必須等于下鋪網簾4的速度V4，否則會引起牽伸斷網或纖網堆集。鋪網后的形狀如圖3所示。

圖2 雙網簾式加持鋪網機[9]1-纖網 2-上鋪網簾 3、7、8-傳動輥 4-下鋪網簾 5、6-鋪網輥 9-丁簾

圖3 鋪網形狀[9]L-成網寬 W-單網寬 V4-鋪網速度 V5-丁簾速度

其鋪網層數N應等于輸出纖網的總面積，除成網后的總面積，即：

N=V4W/(V5L)

(1)

式中：N——鋪網層數；V4——鋪網速度(m/min)；V5——丁簾速度(m/min)；

W——單網寬度(m)；L——成網的寬度(m)

本課題非織造上機實驗鋪網機上鋪網簾、鋪網機下鋪網簾、鋪網機丁簾工藝參數設計如表3所示。

表3 實驗鋪網機工藝參數設計

1.7 針刺工藝參數設計

1.7.1預針機刺工藝參數設計

本課題的送網機構為壓網簾式進料機。壓網簾式進料機將壓網輥改成壓網簾，壓網簾與送網簾相配合，形成進口大、出口小的喇叭狀，使纖網受到逐步壓縮而順利進入針刺區，如圖4所表示。

圖4 壓網簾式送網裝置[9]1-壓網簾 2-喂入輥 3-小羅拉 4-導網片

進料機電機頻率均設定為4 Hz，速度設計為0.34 m/min。預針刺機預出料頻率均設定為7 Hz，速度設計為0.595 m/min。

(1)預針機刺針刺深度

本課題實驗的預針刺采用下刺式針刺機進行實驗，所設計的三種預針刺深度如表4所示。

表4 實驗預針刺機針刺深度

(2)預針機刺機針刺密度

本課題研究中，漢麻非織造汽車內飾材料針刺密度由預針刺機針刺密度與倒針刺機針刺密度加和構成，所設計的三種漢麻非織造汽車內飾材料針刺密度如表5所示。

表5 實驗針刺密度

根據三組9種不同的實驗，設定當漢麻非織造汽車內飾材料總針刺密度為180刺/cm2時，預針刺機針刺頻率為12 Hz；當漢麻非織造汽車內飾材料總針刺密度為210刺/cm2時，預針刺機針刺頻率為14 Hz；當漢麻非織造汽車內飾材料總針刺密度為240刺/cm2時，預針刺機針刺頻率為16 Hz。

根據非織造預針刺機設備說明書得知，預針刺機針刺頻率為1 Hz=20刺/min；預針刺機植針密度為1750枚/m；預針刺機預出料電機頻率均設定為7 Hz，速度設計為0.595 m/min。

由針刺密度計算公式：

(2)

式中：D—針刺密度(刺/cm2)；N—植針密度(枚/m)；

f—針刺頻率(刺/min)；V—纖網輸出速度(m/min)。

表6為計算得到的實驗預針刺機針刺密度。

表6 實驗預針刺機針刺密度

本課題實驗的漢麻非織造汽車內飾材料預針刺機針刺道數為1次。

(3)預針刺刺針

非織造實驗室中提供的預針刺機刺針標號為：15×18×36×3.5 R222 Y4012。

1.7.2倒針刺工藝參數設計

經過預針刺機加工形成的非織造材料已經初步形成非織造布的形態，但其強力還遠達不到產品設計要求，因此要經過一道倒針刺機針刺工藝，這樣不僅使產品達到設計的針刺密度，也使得非織造布的兩面更加均勻。

(1)倒針刺針刺深度

本課題實驗的倒針刺采用上刺式針刺機進行實驗，我們所設計的三種倒針刺針刺深度如表7所示。

表7 實驗倒針刺機針刺密度

(2)倒針刺針刺密度

根據非織造預針刺機設備說明書得知，倒針刺機針刺頻率為1 Hz=20刺/min；倒針刺機植針密度為3076枚/m；倒針刺機進出料頻率均設定為11 Hz，進出料速度設計為0.935 m/min。

針刺密度=預刺機針刺密度+倒刺機針刺密度

由預針刺針刺密度設計可知1～3號實驗預針刺機針刺密度為71針刺/cm2；4～6號實驗預針刺機針刺密度為82針刺/cm2；1～3號實驗預針刺機針刺密度為94針刺/cm2。通過計算，倒針刺機針刺密度如表8所示。

表8 實驗倒針刺機針刺密度

(3)倒針刺刺針

非織造實驗室中提供的倒針刺機刺針標號為：15×18×40×3 R222 J12301。

1.8 成卷工藝參數設計

由于倒針刺機出料頻率為11 Hz，即出料速度為0.935 m/min，因此卷繞速度等于小于0.935 m/min即可。實際實驗中，根據實際情況調整卷繞速度，保證產品不被拉伸的同時盡量加快卷繞速度，避免成品非織造布在地面上堆積。

2 測試與結果分析

2.1 漢麻非織造汽車內飾材料拉伸強力測試

測試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強力機。

測試條件：試樣大小200 mm×50 mm，實驗次數5次。

測試依據：FZ/T60005-91 非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定。

2.2 漢麻非織造汽車內飾材料撕裂強力測試

測試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強力機。

測試條件：試樣大小200 mm×50 mm，實驗次數5次。

測試依據：FZ/T 60006-91 非織造布撕破強力的測定。

2.3 漢麻非織造汽車內飾材料頂破強力測試

測試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強力機。

測試條件：實驗次數5次。

測試依據：FZ/T60019-94 非織造布破裂強力實驗方法。

2.4 實驗結果及分析

表9為力學性能測試結果，對漢麻非織造汽車內飾材料進行正交實驗分析，如表10所示。由實驗結果分析可以看出，不同指標所對應的優方案是不同的。通過綜合平衡，因素A：對于頂破強力和撕破強力這兩個指標取A2好，對于斷裂強力取A2、A3相差不多，選取A2。因素B：對于頂破強力和撕破強力這兩個指標取B1好，對于斷裂強力取B1、B2相差不多，選取B1。因素C：對于頂破強力這個指標取C2好，對于撕破強力取C2或者C3。對于斷裂強力取C2、C3相差不多，選取C2。故通過綜合平衡確定最優方案為A2B1C2。

表9 漢麻非織造汽車內飾材料力學性能測試

表10 漢麻非織造汽車內飾材料正交實驗分析

3 結論

漢麻纖維汽車內裝飾織物具有十分優良的性能，本課題通過生產工藝設計及一系列性能測試實驗，得出制造漢麻非織造汽車內飾材料的最佳針刺加工工藝，為系統研究麻類非織造汽車內飾材料提供依據。

(1)制備出不同物理機械性能的漢麻非織造汽車內飾材料，通過測試性能，優化漢麻非織造汽車內飾材料加工工藝，得出了最佳的漢麻非織造汽車內飾材料加工工藝，即漢麻纖維/滌綸纖維/棉纖維混紡比為60/25/15，纖維重量為420 g/175 g/105 g，針刺密度為210刺/cm2，預針刺機針刺深度為9 mm，倒針刺機針刺深度為7 mm。

(2)通過正交實驗分析可得，針刺時適當地加大針刺深度，可以加大刺鉤帶動纖維移動的距離，加強纖維間的糾纏，增加纖維之間的抱合力及摩擦力，從而加大纖網的強度。但刺得過深，纖網中纖維損傷太大，其強力反而下降。

(3)通過實驗可知，針刺密度越大，纖維網的強力也越大，產品也越堅實硬挺。當針刺密度達到一定值時，纖網就相當緊密，繼續針刺下去，刺鉤帶動纖維位移就十分困難，針的受力加大。這既容易造成針的折斷，又會增加纖網中纖維的損傷，使纖網強力下降。

[1] 李清華, 李鐵忠, 劉詠梅.大麻纖維在非織造布領域的應用初探[J].非織造布, 2009,17(3):30—31.

[2] 陶旭升, 李清華.大麻纖維性能及其在非織造布領域的應用[J].非織造布, 2010,18(4):24—26.

[3] 趙永霞, 李波.汽車用非織造布技術與市場[J].紡織導報, 2007,25(12):29—38.

[4] Wang Bei, Sain Mohini, oksman Kristiina. Study of structural morphology of hemp fiber from the micro to the nanoscale[J].Appl Compos Mater, 2007,14(2):89—103.

[5] Ingle N P. 張子濤譯.大麻:未來最有前途的纖維素纖維[J].國外紡織技術,2001, 28(1):7.

[6] 葉早萍, 張聲明, 陳建麗. 汽車用紡織品產業的發展和技術進步[J].產業用紡織品, 2013, 31(8):1—6.

[7] 張建春,張華,來侃,等.漢麻纖維的結構與性能[M].北京:化學工業出版社, 2009.

[8] 曲麗君.麻纖維在汽車用裝飾材料中的應用[J].產業用紡織品, 2002, 20(8):36—38.

[9] 郭秉臣.非織造布學[M].北京:中國紡織出版社, 2002.

[10] 單麗娟，郭秉臣.非織造布在汽車工業中的應用[J].山東紡織科技，2005，46(6)：42—44.