廢舊針刺非織造布制備復(fù)合板材研究

陳志軍 崔立幾 余博文 李長山 戴千惠

武漢紡織大學紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430200

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廢舊針刺非織造布制備復(fù)合板材研究

陳志軍 崔立幾 余博文 李長山 戴千惠

武漢紡織大學紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430200

采用厚度為2 mm、面密度為150 g/m2的廢舊針刺非織造布作為增強材料，通過改變廢舊針刺非織造布層數(shù)，分別制備純的不飽和聚酯樹脂板材及含1～4層廢舊針刺非織造布的不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材，并對復(fù)合板材的拉伸、彎曲、沖擊性能進行測試，研究廢舊針刺非織造布層數(shù)對其力學性能的影響。試驗表明，與純的不飽和聚酯樹脂板材比較，含廢舊針刺非織造布的不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材的拉伸和沖擊性能得到改善，但彎曲性能下降；隨著廢舊針刺非織造布層數(shù)的增多，復(fù)合板材的拉伸和沖擊性能越好，含3層廢舊針刺非織造布的復(fù)合板材的綜合性能最佳。

廢舊針刺非織造布，不飽和聚酯樹脂，復(fù)合板材

我國是纖維生產(chǎn)和使用大國，每年不僅依靠自己生產(chǎn)數(shù)量可觀的各種纖維，還需要進口大量的纖維。其中聚酯纖維的使用量最多且仍在持續(xù)增長。據(jù)專家預(yù)測，聚酯纖維將以每年59%的速度增長。另外，多數(shù)纖維都具有不可降解性，我國每年消耗的各類纖維及織物超過千萬噸[1]。紡織廠的邊角料及廢舊服裝的數(shù)量非常可觀，這不僅造成驚人的浪費，對環(huán)境產(chǎn)生的污染也越來越嚴重，還存在引發(fā)火災(zāi)等隱患。將這些廢料回收再利用，制成高附加值的產(chǎn)品，可以降低生產(chǎn)成本，具有一定經(jīng)濟效益[2]。本課題利用廢舊針刺非織造布，并通過不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)工藝，制備廢舊針刺非織造布不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材，以期能夠在建筑、家具、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域替代傳統(tǒng)塑料板材，達到廢物利用的目的[3-4]。

1 試驗材料與儀器

試驗材料：廢舊針刺非織造布，成分為滌綸纖維，面密度130 g/m2，厚度2.6 mm；不飽和聚酯樹脂，196型，固含量64%～70%，黏度170～310 s (25 ℃，涂4#杯)，酸值17～25 mgKOH/g，深圳高岐化工有限公司；中性脫模劑，型號QQ-17，奇強精細化工香港有限公司；促進劑，E4型，深圳高岐化工有限公司；固化劑，T-31型，深圳高岐化工有限公司。

試驗儀器：拉伸試驗機，AG-IC100kN型，島津國際貿(mào)易(上海)有限公司；簡支梁沖擊試驗機，XJJ-50型，承德大華試驗機有限公司。

2 試驗方法與分析

2.1 試樣制備

將中性脫模劑均勻地涂在模具的表面，再將廢舊針刺非織造布平鋪在模具內(nèi)，并倒入調(diào)制好的不飽和聚酯樹脂，使樹脂均勻地滲入廢舊針刺非織造布中，靜置2 h，待其固化。采用相同的步驟，按照廢舊非織造布層數(shù)和對應(yīng)的不飽和聚酯樹脂用量，制成純的不飽和聚酯樹脂板材及含1～4層廢舊非織造布的不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材共5種試樣，其編號分別標記為1、2、3、4、5。圖1(a)、(b)分別為1層廢舊非織造布的不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材的正面和截面照片。

圖1 復(fù)合板材照片

2.2 力學性能測試

對5種試樣的拉伸、彎曲及沖擊性能進行測試，記錄數(shù)據(jù)并分析。拉伸試驗按GB/T 1447—2005《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》進行，彎曲性能測試按GB/T 9341—2008《塑料彎曲性能的測試》進行，沖擊試驗參照GB/T 1451—2005《纖維增強塑料簡支梁式?jīng)_擊韌性試驗方法》進行。

2.2.1 拉伸試驗

如圖2所示，隨著廢舊針刺非織造布層數(shù)的增加，試樣的拉伸強度逐步上升。與1號試樣(即純的不飽和聚酯樹脂板材)比較，2～5號試樣(即各含1、2、3、4層廢舊針刺非織造布的不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材)的拉伸強度分別提高20.00%、69.24%、103.00%和137.00%，斷裂伸長率分別下降8.70%、6.05%、5.53%、3.89%，拉伸模量分別提高69.55、91.88、121.25、127.15 MPa。

圖2 拉伸性能比較

純的不飽和聚酯樹脂板材的拉伸強度主要依靠不飽和聚酯樹脂分子的作用力。而加入廢舊針刺非織造布后，不飽和聚酯樹脂中的羥基與聚酯纖維中的羧基結(jié)合，形成強有力的化學鍵。在拉伸過程中，聚酯纖維與不飽和聚酯樹脂的結(jié)合首先被破壞。由于聚酯纖維與不飽和聚酯樹脂的結(jié)合加固后，復(fù)合體系中纖維的移動和結(jié)構(gòu)變化減少，導(dǎo)致針刺非織造布不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材的斷裂伸長率低于純的不飽和聚酯樹脂板材。

2.2.2 彎曲試驗

由圖3可以看出，隨著廢舊針刺非織造布層數(shù)的增加，試樣的彎曲模量首先呈上升趨勢。當廢舊針刺非織造布層數(shù)為3層時，即4號試樣的彎曲模量達到1 030.00 MPa，比1號試樣增加850.00 MPa，比2、3號試樣分別增加478.30、15.00 MPa，這種增加是非線性的。當廢舊針刺非織造布層數(shù)為4層時，試樣的彎曲模量開始下降，5號試樣的彎曲模量為760.00 MPa，比4號試樣降低270.00 MPa。試樣的彎曲強度隨著非廢舊針刺織造布層數(shù)的增加也呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當廢舊針刺非織造布層數(shù)為3層時，即4號試樣的彎曲強度達到最大值22.85 MPa。

圖3 彎曲性能比較

在復(fù)合板材的制備過程中，由于重力的作用，不飽和聚酯樹脂會下沉，其在復(fù)合板材上下層的分布不均勻。進行彎曲性能測試時，隨著廢舊針刺非織造布層數(shù)增加，復(fù)合板材的這種不均勻情況愈加明顯，因此其彎曲模量和彎曲強度都表現(xiàn)為先增大后減小。

2.2.3 沖擊試驗

如圖4所示，1號試樣的沖擊強度為2.36 kJ/m2，2號試樣的沖擊強度為4.46 kJ/m2，比前者增加了88.98%。可見廢舊針刺非織造布與不飽和聚酯樹脂復(fù)合能夠顯著提高板材的沖擊性能，增韌效果明顯。比較2、3、4號試樣的沖擊強度發(fā)現(xiàn)，它們較1號試樣的增加幅度都不是很明顯，當廢舊針刺非織造布層數(shù)為4層時，復(fù)合板材的沖擊強度增加到9.51 kJ/m2。

圖4 沖擊性能比較

3 結(jié)論

利用廢舊針刺非織造布與不飽和聚酯樹脂制備復(fù)合板材。與純的不飽和聚酯樹脂板材比較，隨著廢舊針刺非織造布層數(shù)的增加，復(fù)合板材的拉伸強度和拉伸模量逐步上升，斷裂伸長率則逐步下降；彎曲模量和彎曲強度則呈現(xiàn)先有較大提升，在廢舊針刺非織造布層數(shù)為3層時達到最大值，之后又下降的趨勢；廢舊針刺非織造布的加入可顯著提高復(fù)合板材的沖擊性能，增韌效果明顯，分別含1、2、3層廢舊針刺非織造布的復(fù)合板材的沖擊強度的差異不大，而含4層廢舊針刺非織造布的復(fù)合板材的沖擊強度有大幅度的提高。綜合拉伸、彎曲和沖擊試驗結(jié)果，含3層廢舊針刺非織造布的不飽和聚酯樹脂復(fù)合板材即4號試樣的綜合性能最佳。

[1] 冷純庭，粘偉誠.針刺法非織造布的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2002，20(143): 11-13.

[2] 周文聰，張賢，張鐵江，等.廢舊纖維回收技術(shù)及原理[J].紡織科技進展，2010(6): 18-22.

[3] 吳曉青，邱冠雄，馮秀文.廢舊纖維板材成型工藝的優(yōu)化[J].東華大學學報(自然科學版)，2003，29(5): 96-98.

[4] 馮秀文.廢紡纖維板的成型工藝及性能的研究[D].天津：天津工業(yè)大學，2002.

Study on preparation of composite plates with waste needle-punched nonwovens

ChenZhijun，CuiLiji，YuBowen，LiChangshan，DaiQianhui

School of Textile Science and Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan 430200，China

The waste needle-punched nonwovens which were 2 mm in thickness and 150 g/m2in areal density were used as reinforcing materials. By changing the number of layers of waste needle-punched nonwovens，the pure unsaturated polyester resin plate and the unsaturated polyester resin composite plates containing 1～4 layers of waster needle-punched nonwovens were prepared，and then the tensile，flexural and impact properties of these plates were tested. The experiments showed that the tensile and impact properties of the composite plates improved while the flexural properties decreased compared with those of the pure unsaturated polyester resin plates. With the increase of the number of layers of waste needle-punched nonwovens，the performance of the composite plates was enhanced，and the composite plates containing three layers of waste needle-punched nonwovens possessed the best comprehensive performance.

waste needle-punched nonwoven，unsaturated polyester resin，composite plate

2016-03-23

陳志軍，男，1986年生，實驗師，研究方向為廢舊紡織品回收與利用

TQ322.4

A

1004-7093(2016)10-0032-04