一種功能纖維膨體紗織物毯及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種功能纖維膨體紗織物毯的制備方法，將連續功能纖維長絲束經過高速氣流的連續吹噴而使功能纖維束呈螺旋式膨體狀態，將功能纖維膨體紗與相同原料的長絲束經過超喂并合，形成膨體復合紗；將膨體復合紗作為緯紗與長絲束經紗進行交織而成織物毯，可織成多種規格的厚型纖維毯。連續功能纖維膨體紗毯既保留了短切纖維氈的優點，又增加了一些新的功能，克服了短纖維針刺氈的一些缺陷，提高了纖維網的整體力學性能。該織物毯可直接應用于隔熱、過濾、吸附、摩擦等材料中，又可作為纖維預制體用于復合材料，充分發揮其力學承載性和功能性優勢，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種功能纖維膨體紗織物毯及其制備方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種連續功能纖維膨體紗織物毯，具體地說是一種利用連續功能纖維膨體紗及膨體復合紗織造而成的膨體紗織物毯。它既有非織造布膨體、多孔隙的特點，又具有機織物的基本結構。可用于保溫隔熱毯或作為復合材料的纖維預制體。
【背景技術】:
[0002]連續功能纖維膨體紗織物毯是一種能充分發揮長纖維特性的保溫隔熱材料或是纖維預制體，它既具有短切纖維網的性能，又具有長纖維制品的結構可設計性。
[0003]杭州蕭山天成機械有限公司生產提供玻璃纖維膨體紗機設備，用于膨體紗的生產。高速氣流膨化器為設備中的一個關鍵部件。該設備用于玻璃纖維膨體紗生產的，市場有售，但不能直接用于碳纖維膨體紗的生產。在通用產品中，玻璃纖維絲較脆硬，絲束中斷頭較多，浸潤劑用量較多。碳纖維絲相對較細較軟，絲束中斷頭較少，浸潤劑用量較少。由于玻璃纖維和碳纖維性質的不同，氣流過小，達不到膨體紗的效果，而氣流過大，又會損傷纖維。原裝置結構中氣流與絲束同時進入一個圓柱形膨化器中。沒有設定專門的氣流通道，也沒有對氣流吹噴纖維絲束的角度、方向進行設計，因此經常會出現堵塞輸出口、紗線局部膨大的現象。
[0004]短切纖維氈是一種用途廣泛的保溫隔熱材料，也是各種結構纖維預制體二次成型的基礎材料，其重量較輕，含有較高的氣孔率，單位面積重量為:200?600g/m2。一般地，制成纖維氈要經過以下幾個步驟:(I)通過特殊配方的處理劑對碳纖維長絲進行清洗、消除靜電和柔性處理，一是將碳纖維表面的浸潤劑去除，二是使增加纖維柔性，三是消除靜電；
(2)將碳纖維長絲切斷成長度在60mm?IOOmm短纖維；(3)對短切纖維進行機械開松、梳理或氣流混合；(4)通過機械或氣流的方法在成網簾子上均勻鋪網；(5)最后通過針刺使纖維網成型。
[0005]短切纖維網制氈具有以下缺點:(I)梳理過程中對纖維的損傷較大；⑵纖維網中的單纖維不能完全伸直；(3)成網的均勻性和質量一致性很難控制；(4)纖維的方向不可設計，纖維網面內力學性能欠佳；(5)短切纖維氈的層間性能很差；(6)容易出現散邊或爛邊。由于碳纖維的剛性、脆性和抱合力差等特點，致使對短切碳纖維的梳理較為困難。另外，還會經常出現纖維繞輥，轉移困難，造成不能正常出網。
【發明內容】
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[0006]本發明的目的在于克服短切纖維氈技術的不足，提供一種功能纖維膨體紗織物毯及其制備方法，一種直接由連續功能纖維膨體紗或膨體復合紗織成的膨體紗織物，這種膨體紗織物不分層，膨體性好，結構均勻，質量一致性較好，并具有層間連接，纖維方向可設計，充分發揮了長纖維的性能，力學及其功能性更佳。采用本發明技術所制成的纖維織物可直接用于保溫隔熱材料，也可用于纖維預制體，可直接進行CVD工藝復合沉積，且預制體結構穩定、[0007]變形小、力學性能可設計，易滲碳易沉積，可得到高致密性、結構均勻的復合材料。
[0008]技術方案:
[0009]利用連續功能纖維膨體紗及膨體復合紗作為原料；將經過超喂的功能纖維膨體紗與功能纖維長絲束合并再進行加固，形成膨體復合紗；將膨體復合紗作為緯紗與連續功能纖維長絲束經紗進行交織而成織物毯，構成緯向膨體紗織物毯；將膨體復合紗同時作為經紗和緯紗，織成經、緯雙向膨體紗織物毯。
[0010]該方法包括以下幾個步驟:
[0011](I)利用連續功能纖維膨體紗及膨體復合紗作為織物原料；
[0012](2)將經過超喂的功能纖維膨體紗與功能纖維長絲束合并再進行加固，形成膨體復合紗；
[0013](3)將膨體復合紗作為緯紗與作為經紗的連續功能纖維長絲束交織成織物，構成緯向膨體織物毯；將膨體復合紗同時作為經紗和緯紗，織成經、緯雙向膨體織物毯；
[0014]所述連續功能纖維長絲束及膨體復合紗為玻璃纖維或碳纖維或碳化硅纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維。
[0015]步驟(3)中所述織物組織為平紋或斜紋或緞紋或方平或緯二重組織；
[0016]6K的膨體紗直徑為5?20mm, 12K膨體紗的直徑為10?40mm。
[0017]單層膨體紗織物的厚度為5mm?30mm。
[0018]所述膨體紗的制備方法如下:
[0019](I)通過高速氣流膨化器讓高速氣流通過膨化器噴嘴連續吹噴功能纖維長紗束，將每根單紗充分分離成單絲狀態。
[0020](2)調整吹噴速度為20-50米/秒，吹噴角度為15° _75°，可制成兩種基本類型的膨體紗，即膨松型和螺旋型。
[0021]所述高速氣流膨化器:由膨化器外殼和設置在內部的通道組成，膨化器外殼上設置導氣孔。所述導氣孔角度為15° -75。。通道的直徑在8mm?15mm，導氣孔直徑范圍在2mm ?5mm0
[0022]為了解決上述問題，并且保證盡量不損傷纖維，本裝置通過膨化器的結構優化設計，專門設計出了氣流通道，并預留出了吹噴角度(15° -75。)，如圖2中的6和7，使得氣流吹入方向、角度最佳，能實現膨體紗連續化順暢輸出。不會出現堵塞輸出口的現象。通過調節氣流吹噴流量大小，使之產生一定頻率波動，本膨化器可實現螺旋式膨體紗輸出。本裝置是在原有技術上的改進，研制出了既適用于碳纖維又適用于玻璃纖維的膨體紗膨化器。
[0023]高速氣流膨化器生產膨體紗的控制參數為:
[0024]膨體紗細度:60-5000Tex
[0025]膨體紗形狀:毛條型或螺旋型
[0026]紗線常規喂入比例:30%
[0027]花式紗線喂入比例:50%
[0028]紗筒內徑:80mm或IOOmm指空筒管的內徑。
[0029]最大滿筒直徑:420mm ;指紗線卷繞滿筒時的直徑。這兩種直徑都可直接測量。
[0030]筒紗長度=25Omm-35Omm
[0031]出紗速度:2000mm/min-8000mm/min[0032]氣壓:IMPa
[0033](2)通過調整吹噴速度(20-50米/秒)和吹噴角度(15° -75° )，可制成兩種基本類型的膨體紗，即膨松型和螺旋型。
[0034]所述連續纖維束為碳纖維或玻璃纖維或碳化硅纖維或玄武巖纖維。
[0035]步驟(I)中，即高速氣流法通過噴嘴連續吹噴而產生膨體紗。
[0036]通過對連續功能纖維膨體紗進行切斷，可以制成單紗分散狀的短切纖維網或纖維絮。
[0037]有益效果:
[0038]連續功能纖維膨體紗織物具有如下的優點:(I)完全分離的纖維長絲能更好地發揮力學性能；(2)纖維可完全伸直；(3)成網的均勻性和質量一致性容易控制；(4)纖維的方向可設計，纖維網面內力學性能優異；(5)通過膨體紗參與交織使得纖維預制體不分層；
(6)膨體紗織物邊緣結構完整，不會出現散邊或爛邊現象。
[0039]在這種膨體紗中每根單紗分離，膨體紗含有一定的氣孔率(20-95%)，可通過對膨體紗的結構設計得到不同規格的膨體紗，如纖維膨體部分高度、纖維堆積密度等。采用本發明技術可在隔熱材料、密封材料、過濾材料、吸附材料、隔音材料、吸波材料、耐腐蝕材料等柔性功能材料領域有效發揮重要作用。采用本發明技術所制成的纖維預制體，可直接進入CVD工藝，且預制體不會發生變形，易滲碳易沉積，可得到高致密性、結構均勻的復合材料。
[0040]利用連續功能纖維如玻璃纖維、碳纖維等進行的精細編織，費工耗時，編織成本高，纖維損傷較大。為徹底改變這一現狀，采用較粗、含氣孔較多的膨體紗進行編織，可極大地提高編織效率，大大降低編織成本，對纖維的損傷也減小。采用連續功能纖維束分散進行粗編，是實現規模化、批量化生產的有效方法之一。通過適當調整紗和織物的一些結構參數，在保證應用安全的前提下，使編織預制件的各項性能指標不至于下降很多，已滿足應用為原則。連續功能纖維預制胚體制作工藝簡單，可成型大尺寸件，能降低生產成本，縮短產品生產周期。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0041]圖1為本發明實施例的示意圖
[0042]圖中，1-膨體紗2-高速氣流膨化器3-連續功能纖維束4-長紗束筒；
[0043]圖2為膨化器
[0044]圖中，5-膨化器外形6、7_導氣孔8-連續功能纖維束9-膨體紗；
[0045]圖3為杭州蕭山天成機械有限公司生產玻璃纖維膨體紗機設備裝置結構圖。
【具體實施方式】:
[0046](I)通過高速氣流膨化器讓高速氣流連續吹噴功能纖維長紗束，通過控制膨化器氣流速度和吹噴方向使每根單紗充分分離，形成膨松狀或螺旋狀的連續纖維絲束。
[0047](2)通過調整吹噴速度和吹噴角度，可制成兩種基本類型的膨體紗，即膨松型和螺旋型。通過調節改變流入通氣孔的氣流量大小，可實現不同規格膨體紗的制備；通過設計導氣孔角度在15°?75°之間變化，可加工出不同角度的膨化器以供選擇，通過參數優選，可實現膨松型和螺旋型膨體紗的制備。[0048](3)通過橫向拉伸，使連續纖維束分散在橫向延展，使連續纖維束分散變薄、變寬，同時維持纖維均勻分布，形成長紗扁平紗。
[0049](4)將工序(3)中形成的長紗扁平紗進行往復式導紗，做交錯鋪層并纏繞成筒子紗備用。
[0050](5)膨體紗、芯紗和固結紗三種紗均為相同材質的功能纖維。
[0051]步驟(I)中，即高速氣流法通過噴嘴連續吹噴而產生膨體紗。
[0052]通過對連續功能纖維膨體紗進行切斷，可以制成單紗分散狀的短切纖維網或纖維絮。在這種膨體紗中每根單紗分離,膨體紗含有一定的氣孔率(20-95%)，可通過對膨體紗的結構設計得到不同規格的膨體紗，如纖維膨體部分高度、纖維堆積密度等。采用本發明技術可在隔熱材料、密封材料、過濾材料、吸附材料、隔音材料、吸波材料、耐腐蝕材料等柔性功能材料領域有效發揮重要作用。采用本發明技術所制成的纖維預制體，可直接進入CVD工藝，且預制體不會發生變形，易滲碳易沉積，可得到高致密性、結構均勻的復合材料。
【權利要求】
1.一種功能纖維膨體紗織物毯制備方法，包括以下幾個步驟: (1)利用連續功能纖維膨體紗及膨體復合紗作為織物原料； (2)將經過超喂的功能纖維膨體紗與功能纖維長絲束合并再進行加固，形成膨體復合紗； (3)將膨體復合紗作為緯紗與作為經紗的連續功能纖維長絲束交織成織物，構成緯向膨體織物毯；將膨體復合紗同時作為經紗和緯紗，織成經、緯雙向膨體織物毯。
2.根據權利要求1所述功能纖維膨體紗織物毯制備方法，所述膨體紗的制備方法如下: (1)通過高速氣流膨化器讓高速氣流通過膨化器噴嘴連續吹噴功能纖維長紗束，將每根單紗充分分離成單絲狀態； (2)調整吹噴速度為20- 50米/秒，吹噴角度為15° -75。，可制成兩種基本類型的膨體紗，即膨松型和螺旋型。
3.根據權利要求1所述功能纖維膨體紗織物毯制備方法，其特征在于所述述連續功能纖維長絲束及膨體復合紗為玻璃纖維或碳纖維或碳化硅纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維。
4.根據權利要求1所述功能纖維膨體紗織物毯制備方法，其特征在于所述步驟(3)中所述織物組織為平紋或斜紋或緞紋或方平或緯二重組織。
5.根據權利要求2所述功能纖維膨體紗織物毯制備方法，所述高速氣流膨化器由膨化器外殼和設置在內部的通道組成，膨化器外殼上設置導氣孔；所述導氣孔角度為15° -75。；通道的直徑在8mm?15mm,導氣孔直徑范圍在2mm?5_。
【文檔編號】D03D13/00GK103628223SQ201310525351
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2012年10月30日
【發明者】楊朝坤, 趙曉明 申請人:蘇州多維特種纖維制品科技有限公司