汽車內(nèi)飾用滌綸針刺布/聚乙烯淋膜復(fù)合材料研究

孫輝　于斌　朱斐超　韓建　馬致遠(yuǎn)

摘要：對(duì)兩種用于針刺布淋膜復(fù)合材料的聚乙烯（PE）母粒進(jìn)行了測(cè)試，包括熱學(xué)和結(jié)晶性能、熔體流動(dòng)性能和流變性能，并對(duì)其制備的兩種汽車內(nèi)飾用滌綸針刺布/PE淋膜復(fù)合材料的拉伸、撕裂性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：兩種PE熔點(diǎn)接近（約120 ℃），黑色PE母粒的熔融重結(jié)晶現(xiàn)象明顯，且淋膜加工后的結(jié)晶度下降更顯著；黑色PE母粒的熔體流動(dòng)速率大于原色PE母粒，二者總體介于1～5 g/10 min；兩種PE均屬于“切力變稀”熔體，在同一剪切速率和溫度下，原色PE母粒的表觀粘度明顯大于黑色PE母粒；兩種PE淋膜復(fù)合材料的拉伸延展性和撕裂性能均優(yōu)于未淋膜材料，原色PE淋膜復(fù)合材料的縱、橫向的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，以及平均撕裂強(qiáng)力均最佳，其最大值分別可達(dá)到1572.1 N、71.8%和250.5 N。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)飾；針刺非織造布；聚乙烯；淋膜；復(fù)合材料

中圖分類號(hào)：TS176.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-265X（2017）04-0006-04Research on the Properties of Polyester NeedlePunched Nonwovens/Polyethylene

Laminating Composites for Automotive Interior Decoration

SUN Huia， YU Bina，b， ZHU Feichaoa， HAN Jiana，b， MA Zhiyuana

（a.School of Materials and Textiles， Hangzhou 310018， China； b.Zhejiang

Provincial Key Laboratory of Industrial Textile Materials and Manufacturing

Technology， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China）Abstract：The properties of two types of polyethylene （PE） masterbatch used for polyester needlepunched nonwovens laminating composites were tested， including crystallization， thermal properties， melt flowing rate （MFR） and rheology behaviors， the tensile and tearing properties of the polyester needlepunched nonwovens/PE laminating composites for automotive interior decoration with these two types of PE were also investigated. The results indicated that the melting point of two types of PE were close （about 120 ℃）， the melting recrystallization phenomenon of black PE was more obvious compared with noncolor PE， and its degree of crystallinity decreased after laminating process； the MFR of black PE was larger than noncolor PE， the MFR value was between 1 to 5 g/10 min； these two types of PE were typical shearthinning melt and the apparent viscosity of noncolor PE was larger than black PE at the same shear rates and temperatures； the tensile ductility of two types of laminating composites were both better than untreated material， the needlepunched nonwovens composite laminated with noncolor PE showed highest tensile strength， elongation and tearing strength both in longitudinal and lateral directions， the respective maximum values could reach 1 572.1 N， 71.8% and 250.5 N.

Key words：automotive interior decoration； needlepunched nonwovens； polyethylene； laminating； composite

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

主要實(shí)驗(yàn)材料：原色PE母粒，LLDPE DFDA7042D，中國(guó)石油化工股份有限公司；黑色PE母粒，常州圣雅色母粒有限公司。

實(shí)驗(yàn)儀器：DSC 8000型差示掃描量熱儀（美國(guó)PerkinElmer公司）；PLZ1B1型熔體流動(dòng)速率儀器（上海思爾達(dá)科學(xué)儀器有限公司）；RH7型雙柱毛細(xì)管流變儀（英國(guó)Rosand公司）；Instron3369型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（英國(guó)Instron公司）。

1.2滌綸針刺布/PE淋膜復(fù)合材料的制備

阻燃滌綸纖維選配→纖維開松、混合→梳理、鋪網(wǎng)→預(yù)、主針刺→起絨→上膠（特硬膠，約纖網(wǎng)基布平方米質(zhì)量20%的用量）→烘干→淋膜→裁剪、卷繞，分別獲得原色PE淋膜復(fù)合材料（平方米質(zhì)量930 g/m2，淋膜厚度約0.6 mm）和黑色PE淋膜復(fù)合材料（平方米質(zhì)量1 290 g/m2，淋膜厚度約0.6 mm）。作為對(duì)比樣的未淋膜材料，由于加工過(guò)程中未經(jīng)牽伸，平方米質(zhì)量大于淋膜復(fù)合材料，約1 600 g/m2。

1.3測(cè)試和表征

1.3.1DSC測(cè)試

稱取5～6 mgPE母粒樣品，以N2保護(hù)，從0 ℃快速升溫至250 ℃，停留2 min以消除熱歷史，以10 ℃/min降至0 ℃，再以10 ℃/min升溫至200 ℃，記錄二次升溫曲線；對(duì)于滌綸針刺布/PE淋膜復(fù)合材料，取復(fù)合材料表面淋膜層PE材料（含有從針刺基布中抽拔出的少許滌綸纖維）5～6 mg，以N2保護(hù)，以10 ℃/min從0 ℃升溫至250 ℃，記錄一次升溫曲線。

1.3.2熔體流動(dòng)性能測(cè)試

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3682—2000《熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率的測(cè)定》，測(cè)試溫度180～220 ℃，步長(zhǎng)10 ℃；預(yù)熱時(shí)間2 min；負(fù)荷2.16 kg；測(cè)試次數(shù)5次，取平均值；測(cè)試結(jié)束后，熔體流動(dòng)速率儀自動(dòng)計(jì)算得到熔體流動(dòng)速率。

1.3.3流變性能測(cè)試

將PE母粒分別加入料筒經(jīng)過(guò)兩次預(yù)壓（壓力為0.3 MPa）和兩次預(yù)熱（共計(jì)6 min）后進(jìn)行流變測(cè)試。測(cè)試溫度為180、200、220 ℃，剪切速率范圍100～5 000 s-1，毛細(xì)管直徑1 mm，長(zhǎng)徑比L/D=16，使用零口模對(duì)剪切應(yīng)力和剪切速率進(jìn)行校正。

1.3.4拉伸性能測(cè)試

按照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 60005—1991《非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》所需測(cè)試方法，沿縱、橫向裁取規(guī)定尺寸的3種試樣各5塊，采用拉伸儀測(cè)試（夾距200 mm，拉伸速度100 mm/min）試樣縱、橫向斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，取平均值。

1.3.5撕裂性能測(cè)試

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3903.12—2000《褲型撕裂強(qiáng)力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》所需測(cè)試方法，沿縱、橫向裁取規(guī)定尺寸的3種試樣各5塊，采用拉伸儀測(cè)試（夾距50 mm，拉伸速度100 mm/min）試樣縱、橫向撕裂強(qiáng)力。

2結(jié)果與討論

2.1DSC測(cè)試

圖1為原色和黑色PE母粒以及其淋膜復(fù)合材料的DSC曲線，可知兩種PE母粒在二次升溫過(guò)程中100～105 ℃處均出現(xiàn)較寬的熔融肩峰，且在120 ℃處出現(xiàn)尖銳的熔融峰，這是由于PE熔體在降溫結(jié)晶過(guò)程中結(jié)晶不完善或晶體內(nèi)部存在缺陷，從而在升溫過(guò)程中出現(xiàn)了熔融重結(jié)晶現(xiàn)象，可以發(fā)現(xiàn)黑色PE母粒的該現(xiàn)象更明顯；在兩種PE淋膜復(fù)合材料的升溫曲線中，可見低溫處約48 ℃處均出現(xiàn)的弱熔融峰為熱熔膠，245～255 ℃處為針刺布中的滌綸纖維。值得注意的是原色PE淋膜復(fù)合材料中PE的熔融熱焓值明顯提高，表明原色PE的結(jié)晶度經(jīng)熔融淋膜加工后有所提高，這對(duì)于提高淋膜層的力學(xué)性能都是有促進(jìn)作用的；而黑色PE母粒經(jīng)熔融淋膜加工后，結(jié)晶度下降明顯，黑色PE淋膜復(fù)合材料中80 ℃處的熔融峰可能為不完善的PE結(jié)晶體。

2.2熔體流動(dòng)性能測(cè)試

圖2為兩種PE母粒在180～220 ℃溫度范圍間的熔體流動(dòng)速率（MFR）變化曲線。可見兩種淋膜級(jí)PE的MFR總體不高，在40 ℃的溫差范圍內(nèi)，僅增大約2 g/10 min，這表明兩種淋膜級(jí)PE對(duì)溫度的敏感性不高，在淋膜加工時(shí)可賦予相對(duì)較寬的溫度范圍。其中，黑色PE母粒的熔體流動(dòng)性略微大于原色PE母粒，這可能是由于原色PE母粒的相對(duì)分子量更高，熔體流動(dòng)時(shí)大分子鏈間纏結(jié)更多或纏結(jié)幾率更大導(dǎo)致。

2.3流變性能測(cè)試

圖3為不同溫度下剪切速率對(duì)兩種PE熔體表觀粘度的變化關(guān)系。可以發(fā)現(xiàn)在所測(cè)溫度范圍內(nèi)，兩種PE與大多高聚物類似，為典型的“切力變稀”熔體，在剪切速率小于500 s-1范圍內(nèi)，熔體對(duì)剪切力變化敏感，隨著剪切速率的進(jìn)一步提高，剪切力增大，由于PE大分子鏈在前期剪切力作用下取向度提高，分子鏈間纏結(jié)減少，表觀粘度的變化趨于平緩；隨著溫度的升高，由于PE大分子間的自由體積增加，其表觀粘度均下降。在同一溫度和剪切速率下，原色PE的表觀粘度遠(yuǎn)大于黑色PE，可見原色PE熔體內(nèi)的大分子鏈纏結(jié)程度要大于黑色PE，這個(gè)結(jié)果與MFR測(cè)試結(jié)果一致。

2.4拉伸性能測(cè)試

圖4為兩種滌綸針刺布/PE淋膜復(fù)合材料縱、橫向的拉伸力學(xué)性能曲線，可見PE淋膜材料體現(xiàn)出了優(yōu)異的拉伸延展性，且原色PE淋膜材料兼具突出的強(qiáng)力和極佳的延展性，在所測(cè)拉伸性能指標(biāo)中，其縱向斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到最大（71.8%），橫向斷裂強(qiáng)力達(dá)到最大（1 572.1 N）。值得注意的是，黑色PE淋膜材料的強(qiáng)力低于未淋膜材料，這是由于其整體平方米質(zhì)量（1 290 g/m2）小于未淋膜材料（1 600 g/m2），表明滌綸針刺基布提供主要的拉伸強(qiáng)力；但原色PE淋膜材料雖然平方米質(zhì)量最小（930 g/m2），但其斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率最佳，說(shuō)明淋膜材料的性能對(duì)于淋膜復(fù)合材料的整體拉伸性能起到關(guān)鍵的作用，特別是在復(fù)合材料拉伸受力過(guò)程中，淋膜層不僅自身能夠提供一定的強(qiáng)力和伸長(zhǎng)，同時(shí)可對(duì)滌綸針刺基布中的表面纖維起到束縛作用，抑制纖維間的滑移。所以，相對(duì)結(jié)晶度更高、熔體粘度更大的PE原色母粒，在淋膜加工后能夠比黑色PE母粒提供更優(yōu)異的力學(xué)性能。

2.5撕裂性能測(cè)試

圖5為兩種滌綸針刺布/PE淋膜復(fù)合材料縱、橫向的撕裂力學(xué)性能曲線，與上述拉伸性能趨勢(shì)不同，兩種PE淋膜復(fù)合材料的縱、橫向撕裂強(qiáng)力均優(yōu)于未淋膜材料，說(shuō)明淋膜復(fù)合材料在撕裂過(guò)程中，PE淋膜層對(duì)滌綸纖維起到了很好的束縛保護(hù)作用；相比黑色PE淋膜復(fù)合材料，由綜合性能更佳的原色PE母粒經(jīng)淋膜后得到的復(fù)合材料，撕裂強(qiáng)力更大，縱、橫向平均撕裂強(qiáng)力分別可達(dá)可達(dá)250.5 N和195.7 N，縱、橫向的力學(xué)性能差異主要與滌綸針刺布成網(wǎng)時(shí)的鋪網(wǎng)方向有關(guān)。

3結(jié)論

a）兩種PE熔點(diǎn)接近（約120 ℃），黑色PE母粒的熔融重結(jié)晶現(xiàn)象明顯，且淋膜加工后的結(jié)晶度下降更顯著；黑色PE母粒的熔體流動(dòng)速率大于原色PE母粒，二者總體介于1～5 g/10 min；兩種PE均屬于“切力變稀”熔體，在同一剪切速率和溫度下，原色PE母粒的表觀粘度明顯大于黑色PE母粒。

b）兩種PE淋膜復(fù)合材料的拉伸延展性和撕裂性能均優(yōu)于未淋膜材料，原色PE淋膜復(fù)合材料的縱、橫向的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，以及平均撕裂強(qiáng)力均最佳，其最大值分別可達(dá)到1 572.1 N、71.8%和250.5 N。參考文獻(xiàn)：

[1] 文澤.2015中國(guó)汽車行業(yè)市場(chǎng)報(bào)告[J].重型汽車，2015（6）：31-32.

[2] 趙永霞.汽車用紡織品的發(fā)展特點(diǎn)及要求[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2011（5）：32.

[3] 韓立.汽車內(nèi)飾的新材料及新技術(shù)[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2015（4）：178.

[4] 黃景瑩.產(chǎn)業(yè)用紡織品在汽車上的應(yīng)用[J].非織造布，2013（1）：60.

[5] 李雅彬，周博.汽車內(nèi)飾材料的研究進(jìn)展[J].汽車工程師，2012（4）：19-22.

[6] 馬致遠(yuǎn)，韓建，于斌，等.汽車內(nèi)飾用滌綸針刺布/PE膜熱壓覆膜工藝研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，33（5）：612-616.

（責(zé)任編輯：陳和榜）