一種高強度板材及其生產方法
【專利摘要】本發明公開一種高強度板材及其生產方法，該板材至少包括一層非織造布，所述非織造布中含有聚乳酸纖維和天然麻纖維，且長度在45mm以下的天然麻纖維數量占板材的0～30%，45～250mm的天然麻纖維數量占板材的70～100%。本發明的板材具有強度高、尺寸穩定性好、環保性能突出的特點。
【專利說明】一種高強度板材及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強度板材及其生產方法。
【背景技術】
[0002]近年來，由于汽車內飾、建筑家飾產品等都直接采用砍伐的木材制作而成的，造成森林砍伐嚴重而導致全球變暖及荒漠化。所以我們需開發一種利用自然界中資源最為豐富的天然植物纖維開發具有優良性能和價格便宜的板材。那么由天然植物纖維制得的板材其強度是必須要考慮的，板材的強度取決于纖維本身的強度、纖維之間的抱合度等。纖維間的抱合度與纖維的長度有關，如果采用較短的纖維，纖維與纖維之間的抱合度就差，制成的板材彎曲斷裂強度低，受外力作用時，容易發生變形。另外，現有的板材大多是含有樹脂的或采用不可再生的原料制成的，這對環境也會造成一定的污染。
[0003]如中國公開專利CN101812773公開了一種汽車內飾件復合材料及其生產方法，該專利采用普通的天然纖維與聚乳酸纖維混合，針刺成氈，預熱成卷材，浸入含有各種處理劑的漿液，加熱軟化，冷壓成板材。采用普通的天然纖維加工的板材首先并不能滿足內飾件板材某些部位高強度及尺寸穩定性的要求；另外浸入漿液處理后的板材，各種漿液處理劑都是化學助劑，并不能滿足低碳高環保的要求。
[0004]又如公開專利CN1227163公開了一種纖維板及其制造方法，該纖維板是由木質纖維素纖維和樹脂組成的，雖利用木質纖維素長纖維相互纏結，短纖維交纏于長纖維的空隙中獲得較高強度的纖維板，但是該專利中采用化學成分的物質作為粘合劑分散于纖維中進行加熱、加壓形成板材，在加工過程中對環境會造成污染。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種強度高、尺寸穩定性好、環保性能突出的板材及其加工方法。
[0006]本發明的技術解決方案如下:本發明的高強度板材至少包括一層非織造布，所述非織造布中含有聚乳酸纖維和天然麻纖維，且長度在45mm以下的天然麻纖維數量占板材的O?30%，45?250mm的天然麻纖維數量占板材的70?100%。上述非織造布中的聚乳酸纖維起著粘著劑的作用，聚乳酸纖維最終是以聚乳酸基體的形式存在于板材中，天然麻纖維分散在聚乳酸基體中。其中天然麻纖維的長度在45?64mm占板材的30?50%,長度65?84mm占板材的25?45%, 85mm以上的占板材的10?30%。如果長度在45mm以下的天然麻纖維占板材的比例大于30%，長度在45?250mm的天然麻纖維占板材的比例小于70%的話，短纖維占的比例較多，纖維與纖維之間抱合度就差，由于纖維之間的纏結程度對纖維板強度有著很大的影響，纖維的長度越短，板材的強度越低，尺寸穩定性越差，受力作用時，板材就容易發生變形。考慮到板材的強度及尺寸穩定性，天然麻纖維長度在45_以下的優選占板材的O?20%，更優選O?10%，長度在45?250mm的優選占板材的80?100%，更優選90?100%。[0007]本發明的高強度板材，上述聚乳酸纖維的含量為20?70重量％，天然麻纖維的含量為80?30重量％。如聚乳酸纖維的含量小于20重量％，作為粘著劑的聚乳酸纖維含量減少，會造成與天然麻纖維之間粘結性能不良；如果聚乳酸纖維的含量大于70重量％，聚乳酸纖維的含量增大,造成原料成本上升，同時板材尺寸穩定性差,而且由于對板材起主要強度作用的天然麻纖維含量減少，會造成板材強度偏低。
[0008]本發明的高強度板材，上述天然麻纖維為洋麻纖維、漢麻纖維、黃麻纖維、苧麻纖維、亞麻纖維中的一種或幾種。由上述纖維制成的板材經過長時間使用后，即使板材廢棄后在自然界中也能被微生物完全分解，不會對環境造成污染。考慮到成本、效果等因素，優選洋麻纖維，洋麻纖維是麻類纖維中力學性能最好的，具有抗菌、耐熱、耐曬的特點，而且價格相對便宜。同時，由洋麻纖維制成的板材用于裝飾板材，發生破損時，如作為汽車內飾板材，當汽車受到劇烈碰撞飾布破損時，也不會出現銳角；其次，由洋麻纖維構成的板材還具有良好的抗噪音隔熱效果，另外在同等質量條件下，由洋麻纖維構成的板材重量減少30%，能夠達到節能環保的作用。
[0009]本發明的高強度板材的彎曲斷裂強度大于55MPa。若板材彎曲斷裂強度小于55Mpa，則不能滿足某些領域對板材高性能的要求，如作為汽車內飾板在長期使用過程中，受較大負荷長期作用下，板材容易發生彎曲變形。
[0010]本發明的高強度板材的生產方法，包括如下步驟:
(1)天然麻纖維的制備:將慪麻后的天然麻皮經過一道梳理成天然麻纖維，將梳理后的天然麻纖維切割成65?250mm的切段纖維,將長度65?250mm的天然切段麻纖維采用濃度為0.5?1.5%的氫氧化鈉處理0.5?2小時；
(2)非織造布的制備:采用20?70重量％聚乳酸纖維與80?30重量％的長度65?250mm天然切段麻纖維進行混合開松、送入喂棉箱，然后采用單錫林雙道夫梳理成網或采用氣流成網，再在總針刺密度為150?200針/cm2下進行針刺，最后制得非織造布；
(3)板材的制備:將至少一層非織造布在加熱溫度為170?230°C、壓力為0.5?8MPa、時間為2?15分鐘條件下進行熱壓成型，最后制得板材。
[0011]在上述步驟(I)中慪麻后的天然麻皮經過一道梳理形成天然麻纖維，如果梳理次數大于I道的話，對天然麻纖維的損傷大，在織造過程中纖維容易斷裂，導致最終制得的板材中長度在45mm以下的麻纖維比例大于30%，這樣形成的板材彎曲斷裂強度就會低；如果慪麻后的天然麻皮不經過梳理直接加工成非織造布的話，麻皮中的膠體、雜質不能被去除，殘留在非織造布的纖維表面，也會由于纖維之間抱合度小而導致板材彎曲斷裂強度低，而且如果纖維表面雜質較多，雜質會產生難聞的臭氣,形成的板材也會有氣味,不能符合要求。
將上述經過一道梳理后的天然麻纖維切割成長度為65?250mm的切段纖維，如果天然麻的切段纖維長度小于65mm的話，經過梳理針刺后，制得的非織造布中長度在45mm以下的天然麻纖維占的比例大于30%，較短的纖維大部分呈直線狀，麻纖維之間抱合度小，相互纏結較少，難于得到高強度的板材；如果天然麻的切段纖維長度大于250mm的話，在梳理成網過程中由于纖維過長容易卷繞錫林，造成堵塞，影響織造的連續性。其中天然麻纖維切斷長度優選75?150mm。
[0012]為了能得到柔軟的天然麻纖維，將長度65?250mm的天然切段麻纖維采用濃度為0.5~1.5%的氫氧化鈉處理0.5~2小時。如果氫氧化鈉濃度低于0.5%、處理時間小于0.5小時的話，不能很好的去除麻纖維表面的膠質和雜質，而且還不能得到柔軟的天然麻纖維，硬的纖維相互纏結較少，難于得到高強度的板材。如果氫氧化鈉濃度高于1.5%、處理時間大于2小時的話，雖能去除麻纖維表面的膠質和雜質，但過高濃度的氫氧化鈉使得麻纖維受到很大的損傷，麻纖維本身的強度大大降低，這樣也會影響最終板材的強度。而且采用高濃度氫氧化鈉處理過的麻纖維會變得又細又軟，纖維之間糾纏在一起，與聚乳酸纖維混合時，不能充分混合在一起；同時糾纏在一起的纖維梳理困難，梳理時不僅造成纖維斷裂，制得的板材中短纖維占的比例較多，難于得到高強度的板材，而且還會纏繞錫林和道夫造成堵塞，影響織造的連續性。 [0013]在上述步驟(2)中梳理成網的方式采用單錫林雙道夫梳理成網或氣流成網的方式。如果錫林數量大于I個、道夫數量大于2個的話，對天然麻纖維的損傷很大；如果道夫數量小于2個的話，經過錫林梳理的纖維來不及及時從錫林剝離，容易造成堵塞，而且產量也會降低；采用氣流成網的話，纖維損傷小，形成的非織造布經緯向密度差異小，最終制得的板材彎曲斷裂強度高且經緯向強度差異小，板材尺寸穩定性好。考慮到板材的經緯向彎曲斷裂強度的均勻性及板材尺寸穩定性，本發明的梳理成網方式優選采用氣流成網。
[0014]在上述步驟(2)中總針刺密度為150~200針/cm2，如果總針刺密度小于150針/cm2的話，天然麻纖維與聚乳酸纖維之間抱合力小，形成的非織造布強度小，板材彎曲斷裂強度低，受外力作用時，容易發生變形；如果總針刺密度大于200針/cm2的話，不僅會發生斷針的現象，而且還會由于針刺密度過大，對天然麻纖維的損傷大，纖維之間的抱合力小，導致針刺后非織造布強度小，最終形成的板材彎曲斷裂強度低。
[0015]將上述步驟(2)中制得的非織造布至少一層在加熱溫度為170~230°C、壓力為
0.5~8MPa、時間為2~15分鐘條件下進行熱壓成型,最后制得板材。如果加熱溫度高于230°C、加熱時間長于15分鐘的話，麻纖維容易變色受損；如果加熱溫度低于170°C、加熱時間短于2分鐘的話，聚乳酸纖維不能軟化熔融或軟化熔融不充分，對麻纖維的粘著效果不良，如果熱壓壓力低于0.5MPa的話，板材成型性不好，影響成型的質量和板材的物性；如果熱壓壓力高于SMPa的話，由于壓力高，可能導致制得的板材變形。
[0016]根據實際需要，可以采用一層、兩層或三層非織造布層疊進行加工成板材。制得相同克重的板材，可以采用一層非織造布加工成板材，也可以采用大于一層的非織造布層疊加工成板材，考慮到板材的整個幅寬長度方向的物性穩定，以及彎曲斷裂強度大而且經緯向強度差異小，優選為兩層或三層非織造布層疊，更優選為三層非織造布層疊。如果非織造布層疊數過多，大于三層的話，形成的板材容易剝離，彎曲斷裂強度低。
[0017]通過上述方法制得的板材能夠滿足當今社會低碳高環保的要求；同時用上述方法制得的板材具有較高的彎曲斷裂強度和尺寸穩定性，并能夠根據不同的應用場合，如汽車內飾、建筑家飾等領域熱壓定型成各形狀、規格尺寸的板材。
【具體實施方式】
[0018]通過以下實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍并不限于實施例，實施例中的各物性由以下方法測定。
[0019]【天然麻纖維的強度】采用束纖維強度測試方法:將75mm長度的天然麻纖維集束，得到重量為4.5mg的束纖維，將束纖維在拉伸試驗機上面進行拉伸，測試其斷裂強力，然后再換算成斷裂強度。拉伸距離為IOOmm,夾具移動速度為100mm/min。
[0020]【聚乳酸纖維的強度】
根據JIS L1015 8.7.1法測定。
[0021]【板材中天然麻纖維的長度】
將一塊板材浸潰于三氯甲烷溶液中2小時，直至板材中的聚乳酸基體全部被溶解，然后用鑷子將天然麻纖維小心夾取，再用直尺量取各根天然麻纖維長度。
[0022]【彎曲斷裂強度】
根據三點彎曲試驗，取板材尺寸:50mmX 150mm,夾具移動速度:50mm/min,支點間距離:100mm進行測試。彎曲強度σ f按照下面公式計算得出:σ f= 3PL/2bh2，
式中: σ f:彎曲強度(MPa);
P:施加的壓力(N)；
L:跨度(mm)；
b:板材寬度(mm)；
h:板材厚度(mm)。
[0023]實施例1
(1)天然洋麻纖維的制備:將慪麻`后的天然洋麻皮經過一道梳理成天然洋麻纖維，將梳理后的天然洋麻纖維切割成220mm的切段纖維，將長度220mm的天然洋麻纖維采用濃度為
0.5%的氫氧化鈉處理2小時；
(2)非織造布的制備:將強度4.8cN/dtex的聚乳酸纖維與強度3.5cN/dtex、長度220mm天然洋麻纖維以重量比為30:70進行混合，將混合后的纖維投入開松機內開松、送入喂棉箱充分混合，然后采用單錫林雙道夫梳理成網，梳理后的纖維送入鋪網機中交叉鋪網，將鋪好的網送入針刺機中，再在總針刺密度為160針/cm2下進行針刺，最后制得1500g/m2的單層非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的一層非織造布在加熱溫度為180°C、壓力為7MPa、時間為12分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表1。
[0024]實施例2
(1)天然黃麻纖維的制備:將慪麻后的天然黃麻皮經過一道梳理成天然黃麻纖維，將梳理后的天然黃麻纖維切割成75mm的切段纖維，將長度75mm的天然黃麻纖維采用濃度為1%的氫氧化鈉處理I小時；
(2)非織造布的制備:將強度4.6cN/dtex的聚乳酸纖維與強度3.2cN/dtex、長度75mm天然黃麻纖維以重量比為70:30進行混合，將混合后的纖維投入開松機內開松、送入喂棉箱充分混合，然后采用單錫林雙道夫梳理，梳理后的纖維送入鋪網機中交叉鋪網，將鋪好的網送入針刺機中，針刺成克重為750g/m2的非織造布，再將兩層750g/m2的非織造布在總針刺密度為200針/cm2下復合針刺成1500g/m2的非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的兩層復合非織造布在加熱溫度為220°C、壓力為2MPa、時間為3分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表
1[0025]實施例3
(1)天然芒麻纖維的制備:將慪麻后的天然芒麻皮經過一道梳理成天然芒麻纖維，將梳理后的天然苧麻纖維切割成150mm的切段纖維，將長度為150mm的天然苧麻纖維采用濃度為1.5%的氫氧化鈉處理0.5小時；
(2)非織造布制備:將強度為5.2cN/dtex的聚乳酸纖維與強度為3.3cN/dtex、長度為150mm天然苧麻纖維以重量比50:50進行混合，將混合后的纖維投入開松機內開松、送入喂棉箱充分混合，然后采用氣流成網，將形成的纖維網針刺成克重為500g/m2的非織造布，再將三層500g/m2的非織造布在總針刺密度為180針/cm2下復合針刺成1500g/m2的非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的三層復合的非織造布在加熱溫度為200°C、壓力為5MPa、時間為6分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表I。
[0026]實施例4
(1)天然洋麻纖維的制備:將慪麻后的天然洋麻皮經過一道梳理成天然洋麻纖維，將梳理后的天然洋麻纖維切割成IOOmm的切段纖維，將長度為IOOmm的天然洋麻纖維采用濃度為1.2%的氫氧化鈉處理0.8小時；
(2)非織造布制備:將強度為5.0cN/dtex的聚乳酸纖維與強度為3.0cN/dtex、長度為IOOmm的天然洋麻纖維以重量比50:50進行混合，將混合后的纖維投入開松機內開松、送入喂棉箱充分混合，然后采用氣流成網，將形成的纖維網針刺成克重為750g/m2的非織造布，再將兩層750g/m2的非織造布在總針刺密度為190針/cm2下復合針刺成1500g/m2的非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的兩層復合的非織造布在加熱溫度為210°C、壓力為4MPa、時間為8分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表I。
[0027]比較例I
(1)天然洋麻纖維的制備:將慪麻后的天然洋麻皮經過二道梳理成天然洋麻纖維，將梳理后的天然洋麻纖維切割成75mm的切段纖維,將長度為75mm的天然洋麻纖維經過0.2%的氫氧化鈉處理3小時；
(2)非織造布制備:將強度為4.8cN/dtex聚乳酸纖維與強度為3.5cN/dtex、長度為75mm的天然洋麻纖維以重量比30:70進行混合，將混合后的纖維投入開松機內開松、送入喂棉箱充分混合，然后采用雙錫林雙道夫梳理，梳理后的纖維送入鋪網機中交叉鋪網，將鋪好的網送入針刺機中，再在總針刺密度為100針/cm2下進行針刺，最后制得1500g/m2的單層非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的一層非織造布在加熱溫度為190°C、壓力為6MPa、時間為10分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表I。
[0028]比較例2
(1)天然黃麻纖維的制備:將慪麻后的天然黃麻皮不經過梳理，直接切斷為130mm的切段黃麻，經過2.5%的氫氧化鈉處理0.3小時成130mm的天然黃麻纖維；
(2)非織造布制備:將強度為5.6cN/dtex聚乳酸纖維與強度為2.2cN/dtex、長度為130mm的天然黃麻纖維以重量比70:30進行混合，將混合后的纖維投入開松機內開松混合，然后送入喂棉箱充分混合，以單錫林單道夫梳理，梳理后的纖維送入鋪網機中交叉鋪網，將鋪好的網送入針刺機中，針刺成克重為500g/m2的非織造布，再將三層500g/m2的非織造布在總針刺密度為250針/cm2下復合針刺成1500g/m2的非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的三層復合的非織造布在加熱溫度為200°C、壓力為4MPa、時間為8分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表I。
[0029]比較例3
(1)天然洋麻纖維的制備:將慪麻后的天然洋麻皮不經過梳理，直接切斷為IOOmm的切段洋麻，且不經過NaOH處理；
(2)非織造布制備:將強度為4.5cN/dtex的聚乳酸纖維與未經梳理及NaOH處理的強度為3.8cN/dtex、長度為IOOmm的天然洋麻皮以重量比50:50進行混合,將混合后的纖維投入開松機內開松混合，然后送入喂棉箱充分混合，充分混合后的纖維通過氣流成網，將形成的纖維網針刺成克重為375g/m2的非織造布，再將四層375g/m2的非織造布在總針刺密度為220針/cm2下復合針刺成1500g/m2的非織造布；
(3)板材的制備:將上述制得的非織造布在加熱溫度為210°C、壓力為3MPa、時間為2分鐘下進行熱壓成型，最后制得本發明的高強度板材，該板材的各物性參見下表I。
[0030]表 I
【權利要求】
1.一種高強度板材，其特征是:該板材至少包括一層非織造布，所述非織造布中含有聚乳酸纖維和天然麻纖維，且長度在45mm以下的天然麻纖維數量占板材的O?30%,45?250mm的天然麻纖維數量占板材的70?100%。
2.根據權利要求1所述的高強度板材，其特征是:所述聚乳酸纖維的含量為20?70重量％，天然麻纖維的含量為80?30重量％。
3.根據權利要求1或2所述的高強度板材，其特征是:所述天然麻纖維為洋麻纖維、漢麻纖維、黃麻纖維、苧麻纖維、亞麻纖維中的一種或幾種。
4.根據權利要求1或2所述的高強度板材，其特征是:該板材的彎曲斷裂強度為55MPa以上。
5.一種權利要求1所述的高強度板材的生產方法，其特征是:包括如下步驟: (1)天然麻纖維的制備:將慪麻后的天然麻皮經過一道梳理成天然麻纖維，將梳理后的天然麻纖維切割成65?250mm的切段纖維,將長度65?250mm的天然切段麻纖維采用濃度為0.5?1.5%的氫氧化鈉處理0.5?2小時； (2)非織造布的制備:采用20?70重量％聚乳酸纖維與80?30重量％的長度65?250mm天然麻纖維進行混合開松、送入喂棉箱，然后采用單錫林雙道夫梳理成網或采用氣流成網，再在總針刺密度為150?200針/cm2下進行針刺，最后制得非織造布； (3)板材的制備:將至少一層非織造布在加熱溫度為170?230°C、壓力為0.5?8MPa、時間為2?15分鐘條件下進行熱壓成型，最后制得板材。
【文檔編號】D04H1/4382GK103786378SQ201210431468
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月2日 優先權日:2012年11月2日
【發明者】高冬燕, 楊麗麗 申請人:東麗纖維研究所（中國）有限公司