汽車內飾用阻燃滌綸針刺非織造材料工藝研究

康雨蒙，郭郁峰，于 斌,2，朱斐超，馬致遠

(1.浙江理工大學 材料與紡織學院，絲綢學院 非織造工程系，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學 浙江省產業用紡織材料制備技術重點實驗室，浙江 杭州 310018)

汽車內飾用阻燃滌綸針刺非織造材料工藝研究

康雨蒙1，郭郁峰1，于 斌1,2，朱斐超1，馬致遠1

(1.浙江理工大學 材料與紡織學院，絲綢學院 非織造工程系，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學 浙江省產業用紡織材料制備技術重點實驗室，浙江 杭州 310018)

為獲得高性能、環保的汽車內飾用阻燃滌綸針刺非織造材料，將普通滌綸纖維和阻燃滌綸纖維通過不同質量比雜亂共混、梳理、垂直交叉成網，并采用不同針刺工藝制備獲得了多規格的阻燃滌綸針刺非織造材料，系統研究了針刺工藝中針刺道數、針刺頻率和步進量對滌綸針刺非織造材料的力學性能(頂破強力和拉伸強力)的影響。結果表明：當阻燃滌綸纖維的質量比為15%時，針刺非織造材料的極限氧指數(LOI)能夠滿足汽車內飾材料材料的阻燃性能要求；阻燃滌綸針刺布的頂破強力隨著針刺道數的增加而下降，但隨著針刺頻率和步進量的增加而呈現先增加后減少的趨勢；阻燃滌綸針刺布的拉伸強力隨著針刺道數的增加逐漸而下降，但隨著針刺頻率和步進量的增加呈先上升后下降的趨勢，通過工藝參數對針刺布力學性能影響的分析，選出最佳工藝參數：針刺道數為正反1道，針刺頻率為200刺/min，針刺步進量為4 mm。

汽車內飾；滌綸；阻燃；針刺非織造材料；工藝

隨著科學技術發展和人們生活水平的提高，各類產業用特種紡織材料應用領域越來越廣，用量越來越大，尤其是汽車內飾材料的應用領域更加拓寬，除汽車頂棚面飾材料、地毯、坐套等外，汽車行李箱用及頂棚用熱可塑復合非織造材料已迅速發展[1-3]。我國已形成初具規模的一批重點非織造材料生產企業，可滿足汽車整機廠配套所需的各類內飾用非織造材料，但與國外的先進水平相比我國汽車內飾材料的研究和開發工作存在一定的差距，已很難滿足現代汽車發展的需要，產品原料比較單一，仍以滌綸和丙綸為主，多功能和高性能纖維新原料應用較少，產品的附加值較低。基于前期對汽車內飾用滌綸針刺布/PE熱壓覆膜工藝和滌綸針刺布/聚乙烯淋膜復合材料的研究，本文對汽車內飾用阻燃滌綸針刺非織造材料制備工藝進行了系統研究，旨在獲得高性能、環保的汽車內飾用阻燃滌綸針刺非織造基布材料，為綜合性能優異的汽車內飾用滌綸針刺布復合材料提供前期工藝指導。

1 試 驗

1.1 實驗材料與儀器

主要實驗材料：普通滌綸纖維、阻燃滌綸纖維，細度和長度均為0.99 dtex、7.33 cm，義烏市恒翔無紡布有限公司。

實驗儀器：針刺中試線(常州市豪峰機械有限公司提供)；YG-813型極限氧指數測定儀(常州第一紡織設備有限公司)；YG028 3000型織物強力儀(溫州方圓儀器有限公司)；Instron-3369型電子萬能材料實驗機(美國Instron公司)。

1.2 滌綸針刺布/PE淋膜復合材料的制備

普通滌綸纖維、阻燃滌綸纖維選配-纖維開松-混合-梳理成網-垂直交叉鋪網-預針刺-主針刺。工藝參數設計如表1～3所示。

表1 針刺道數組參數

表2 針刺頻率組參數

表3 針刺步進量組參數

1.3 測試和表征

1.3.1 滌綸針刺布的燃燒性能測試

測試標準按照GB/T5454-1997《紡織品燃燒性能試驗 垂直法測試標準》分別對五塊試樣進行測試，取平均值。

1.3.2 滌綸針刺布的頂破性能測試

測試標準按照GB/T19976-2005《紡織品頂破強力的測定鋼球法》分別對五塊試樣進行測試，取平均值。

1.3.3 滌綸針刺布的拉伸性能測試

標準按照FZ/T60005-91《非織造布斷裂強力及斷裂伸長率的測定》分別對五塊試樣進行測試，取平均值。

2 結果與討論

2.1 滌綸針刺布中阻燃滌綸纖維含量對針刺布燃燒性能的影響

圖1 不同阻燃纖維含量針刺材料極限氧指數

當極限氧指數(LOI)大于或等于26.0%時(GB/T 5454-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法測試標準》)，材料屬于難燃材料，且當材料燃燒速率小于100 mm/min時滿足汽車內飾材料的要求(GB 8410-2006《汽車內飾材料的燃燒特性》)。表4為不同阻燃滌綸纖維含量下樣品燃燒性能測試數據，圖1為不同阻燃滌綸纖維含量下滌綸針刺汽車內飾材料LOI圖。從圖中可以看出，隨著阻燃滌綸纖維含量的增加，針刺布的LOI逐漸增加。在阻燃滌綸纖維含量從0%增加至15%時至針刺布的LOI提高明顯，當阻燃滌綸纖維含量大于15%之后，針刺布的LOI增長趨于平緩。當阻燃滌綸纖維的含量為15%時，其LOI>26%即已屬于難燃材料且滿足汽車內飾材料燃燒性能的要求。綜合考慮阻燃滌綸纖維與普通滌綸纖維的市場價格及阻燃性能，選取了阻燃滌綸纖維含量為15%的滌綸針刺非織造材料，并進一步對其針刺工藝進行了探討。

表4 樣品燃燒性能測試數據

2.2 針刺工藝對阻燃滌綸針刺非織造材料頂破性能的影響

圖2 頂破強力隨針刺道數變化

圖3 針刺頻率對頂破強力的影響

圖4 針刺步進量對頂破強力的影響

汽車行李箱中時常會放置一些貨物或者生活用品，不同外型的物品與行李箱中的針刺內飾材料經常會有刮擦碰撞，因此頂破強力的大小對于行行李箱內飾而言十分重要。不同針刺工藝對針刺布的頂破強力有一定影響，如圖2～4所示，分別研究了針刺道數、針刺頻率和步進量對阻燃滌綸針刺非織造材料的頂破強力變化。

由圖2中頂破強力隨針刺道數變化關系，可發現隨著針刺道數的增加針刺布的頂破強力呈逐漸下降趨勢，對針刺布的頂破強力進行回歸分析，可見一元線性回歸曲線的相關系數(R2)達到了0.99以上，說明針刺布頂破強力變化隨針刺道數的增加基本呈線性下降的規律。隨著針刺道數的增加，纖網受到針刺加固作用次數增加，纖網被拉長，雖然單纖維與單纖維之間的纏結增加，但是單位面積內的纖維量減少，在進行頂破強力實驗時纖維與纖維之間相互摩擦作用反而減少，因此隨著針刺道數的增加滌綸針刺布的頂破強力逐漸減少。

頂破強力隨針刺頻率的變化關系如圖3所示，可發現隨著針刺頻率的增加，滌綸針刺布的頂破強力先增加后減少，在針刺頻率為200刺/min時達到峰值。隨著針刺頻率的增加，纖網單位面積單位時間內受到刺針加固次數增加，隨著加固次數的增加纖網內纖維之間的纏結增多，滌綸針刺布頂破強力增加，但是在針刺頻率到達200刺/min之后，針刺作用趨于飽和，再增加針刺道數使得纖網開始變得蓬松，單纖維受到損傷，強力降低，頂破強力下降。

圖4是頂破強力隨步進量變化關系圖，可發現隨著針刺步進量的增加滌綸針刺布的頂破強力先上升后下降，在步進量為4 mm時，頂破強力最大。當步進量為3.5 mm時，纖網在單位面積上受到刺針加固次數最大，纖網中纖維由于受到的針刺次數過多纖維受到損傷，針刺布頂破強力下降；當步進量大于4 mm時，滌綸針刺布頂破強力開始下降，是由于隨著步進量增加，纖網被拉長，單位面積內纖維量減少，纖維與纖維之間的纏結減少，滌綸針刺布的頂破強力減小。

2.3 針刺工藝對阻燃滌綸針刺非織造材料拉伸性能的影響

圖5 針刺道數對縱橫向拉伸強力的影響

圖6 針刺頻率對縱橫向拉伸強力的影響

圖7 步進量對縱橫向拉伸強力的影響

拉伸強力是考量滌綸針刺布力學性能的重要指標，不同的針刺工藝對阻燃滌綸針刺布的拉伸強力有一定的影響。圖5～7為阻燃針刺非織造材料縱向(MD)和橫向(CD)拉伸強力隨針刺道數、針刺頻率變化關系，和步進量變化關系。由圖5～7可見，針刺布的CD強力略大于MD強度，出現這種現象是由于成網和交叉鋪網工藝時纖維沿針刺布橫向取向排列導致，但總體上，所制備的阻燃滌綸針刺布的縱橫向拉伸強力差異不大。

由圖5針刺布縱橫向拉伸強力隨針刺道數的變化關系，可發現隨著針刺道數的增加，針刺布的拉伸強力逐漸下降，這與其頂破強力與針刺道數的變化規律相符，同樣是由于隨著針刺道數的增加，單位面積內的纖維量減少而使針刺材料中纖維間相互纏結和摩擦作用減少，因此拉伸強力有所下降。

從圖6中可以看出，隨著針刺頻率的增加，針刺布的拉伸強力呈先上升后下降的趨勢，在針刺頻率從100刺/min增加至200刺/min時，材料的拉伸強力上升較為明顯；針刺頻率從200刺/min增加至300刺/min時，材料的拉伸強力開始逐漸下降，造成以上現象的原因是，隨著針刺頻率的增加，材料受到刺針加固作用，纖維間的纏結增加，材料的拉伸強力增加，但是隨著針刺頻率大于200刺/min時，纖維與刺針間的作用增大，部分纖維受到損傷甚至斷裂，使針刺布的拉伸強力下降。

由圖7針刺步進量對針刺布縱橫向拉伸強力的影響，可發現隨著針刺步進量的增加，針刺布的拉伸強力呈先上升后下降的趨勢，在步進量為4 mm時，針刺布的拉伸強力達到最大值，且都滿足ASTM經緯向拉伸強力大于270 N的標準。當步進量為3.5 mm時，纖網在單位面積上受到刺針加固次數最多，纖網中纖維由于受到的針刺次數過多纖維受到損傷，針刺布頂破強力較小；當步進量大于4 mm時，滌綸針刺布頂破強力開始下降，是由于隨著步進量增加，纖網被拉長，單位面積內纖維量減少，纖維與纖維之間的纏結減少，滌綸針刺布的拉伸強力減小。

3 結論

(1)滌綸針刺非織造材料的阻燃性能隨著其阻燃滌綸纖維含量的增加而提高。當阻燃滌綸纖維含量大于15%時，阻燃滌綸針刺非織造材料已屬于難燃材料且能夠滿足汽車內飾材料阻燃性能的要求。

(2)阻燃滌綸針刺布的頂破強力隨著針刺道數的增加而下降，但隨著針刺頻率和步進量的增加而呈現先增加后減少的趨勢；阻燃滌綸針刺布的拉伸強力隨著針刺道數的增加逐漸而下降，但隨著針刺頻率和步進量的增加呈先上升后下降的趨勢。通過工藝參數對阻燃滌綸針刺布的力學性能影響分析，選出最佳工藝參數：針刺道數為正反1道，針刺頻率為200刺/min，針刺步進量為4 mm。

[1] 趙永霞.汽車用紡織品的發展特點及要求[J].紡織導報,2011(5):32.

[2] 韓 立.汽車內飾的新材料及新技術[J].科學大眾(科學教育),2015(4):178.

[3] 李雅彬,周 博.汽車內飾材料的研究進展[J].汽車工程師,2012(4):19-22.

[4] 馬致遠,韓 建,于 斌,等.汽車內飾用滌綸針刺布/PE膜熱壓覆膜工藝研究[J].浙江理工大學學報,2015,33(5): 612-616.

(本文文獻格式：康雨蒙，郭郁峰，于 斌，等.汽車內飾用阻燃滌綸針刺非織造材料工藝研究[J].山東化工,2017,46(11):23-26.)

Research on the Technique of Flame-retardant Polyester Needle-punched Nonwovens for Automotive Interior

KangYumeng1,GuoYufeng1,YuBin1,2,ZhuFeichao1,MaZhiyuan1

(1.Department of Nonwoven Engineering,Silk Institute,College of Materials and Textiles,Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018,China;2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Industrial Textile Materials and Manufacturing Technology, Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China)

In order to obtain the flame-retardant polyester needle-punched nonwovens for automotive interior with the characteristic of high performance and environmental,the different mass ratios of ordinary polyester fiber and the flame-retardant polyester fiber were disorderly mixed,combed and vertically crossed to form a net,and the multi specification flame-retardant polyester needle-punched nonwoven fabric were prepared by different needling process,the effects of needling number,the needling frequency and step quantity on the mechanical properties (bursting and tensile strength) of polyester needle-punched nonwovens were also systematically studied. The results showed that the ultimate oxygen index (LOI) of needle punched nonwovens could satisfy with the requirement of the flame-retardant performance of automotive interior materials when the mass ratio of flame retardant polyester fiber is 15%; the bursting strength of the flame-retardant polyester needle-punched fabric decreased with the number of needling lanes increased,but it was firstly increased and then decreased as the increase of the needle frequency and step quantity; the tensile strength of the flame-retardant polyester needle-punched fabric gradually decreased with the number of needling lanes increased,however,the trend was firstly ascended and then descended as the increase of the needle frequency and step quantity. Through the analysis of the influence of technological parameters on the mechanical properties of needle-punched fabric,the optimum technological parameters were selected: the number of needling lanes was 1 positive and negative channels,the needling frequency was 200 needling/min,and the needling step quantity was 4 mm.

automotive interior; needle-punched nonwovens; polyethylene; flame-retardant; technique

2017-05-24

產業用紡織材料技術科技創新團隊(2011R50003)；浙江理工大學521人才計劃(浙理工人[2015]18號)

康雨蒙(1995—)，男，河北邢臺人，在讀本科生；通訊作者：于 斌，副教授，博士，主要研究方向為非織造材料。

TQ342+.2

A

1008-021X(2017)11-0023-04