高強度多功能復合車用非織造材料聯合機生產工藝研究

張 瑜,李素英,付譯鋆,范立元,于樹發,謝檸蔚

(1.南通大學 紡織服裝學院,江蘇 南通226019;2.江蘇迎陽無紡機械有限公司,江蘇 常熟215539)

0 引言

車用內飾布分為機織車用內飾布、編織車用內飾布和非織造車用內飾布三種[1],其中非織造車用內飾布能夠選用不同的原料與工藝流程,通過纖維成網和固結方法制成;纖維排列呈三維結構,具有良好的延伸性和力學性能,能夠設計成具有廣泛結構特征與不同性能的織物;且生產成本低,價格便宜。進入21世紀以來,世界車用內飾布產量已超過了15億m2,非織造車用內飾布占全部車用內飾布的比例達到70%左右[2-3]。由于非織造車用內飾布是科技含量高、附加值高的產品,在世界范圍內都具有很好的發展前景,且它的應用和推廣可以帶動非織造企業的技術提升和產品結構調整[4]。

我國車用內飾布用量較大,但與國際先進水平相比國產車用內飾布生產技術裝備及其產品質量還有很大差距,存在著品質不高、生產效率低、產品性能穩定性較差等問題。目前國內外車用非織造材料聯合機都是通過采購各個生產商的單元機,由用戶根據生產工藝要求自行拼裝成聯合機。而且聯合機功能單一,產品調換度差,不能適應市場中多品種、小批量的需求現狀;如果需要多個品種,就要購置多條聯合機,不僅投資大,且聯合機閑置時間長造成資源浪費[5]。

本項目將多種生產車用非織造材料的工藝技術融合到一條聯合機中,滿足了多品種小批量的生產需要;且將原來的離線產品功能復合變為在線復合,大大提高了生產效率和產品質量。將針刺車用內飾布、纖維氈墊生產技術、針刺布與PP膜在線復合、纖維氈墊針刺布PP膜三層在線復合等多種產品工藝技術進行有機融合,可滿足多品種小批量生產需要。通過在線復合,能實現車用非織造材料的高強度、安全環保性要求,使聯合機適應多種纖維原料能生產更多品種的產品;對聯合機主要單元機進行了創新設計,以滿足多種規格的滌綸、丙綸、錦綸、特種纖維及混合纖維的生產需要,填補了國際市場上柔性針刺非織造車用內飾布生產裝備的空白。這將有利于國內外車用內飾合成材料生產企業擴大生產規模并提高生產效益,有利于車用內飾合成材料的質量、產量與生產效率的顯著提高,有益于提升車用內飾布產品的應用廣度和深度。

1 工藝路線

圖1為柔性車用內飾材料針刺裝備整體路線示意圖,其工藝路線如下:

2 高強度多功能復合型車用非織造材料聯合機

2.1 單元機的組合匹配技術

隨著車用內飾非織造產品應用領域的不斷擴大,對車用內飾產品的品種、結構及功能性提出了新的要求,如針刺氈/纖維氈復合、針刺氈/針刺氈復合、針刺布/PP膜復合、纖維氈/針刺氈/PP膜復合產品。在單一生產線上只能完成不同結構產品(其他生產線加工而成)的離線功能復合,復合品種越多,單線裝備越多,勢必會增加購置成本、生產成本、用人成本及土地成本等。因此所開發的高強度多功能復合型車用非織造材料聯合機應集多種纖維混合、梳理、鋪網、針刺、撒粉、熱壓、熱風等工藝為一體,研發配備相關關鍵設備,使其最大限度地發揮一機多能、在線復合的特性,從而滿足多種功能車用非織造工藝的生產要求。

高強度多功能復合型車用非織造材料聯合機包括開包機、粗開松機、混棉機、配棉器、精開棉機、喂棉箱、自調勻整裝置、梳理機、鋪網機、過渡機構、預針刺機、針刺機、撒粉機、遠紅外烘箱、燙光機、水冷機、風冷機、收卷機、縱切機、橫切機等成套裝備,尤其是為了組合需要第二臺鋪網機及針刺機組進行架高處理,便于設備下方有網簾輸送。該套系統的基本組成如圖2所示。

圖2 高強度多功能復合型車用非織造材料聯合機

該聯合機的多功能主要是通過多種功能的單位設備實現的,主要實現設備如圖3所示。

圖3 聯合機調節系統

圖3 中5個關鍵部件均能單獨調整,若將每個設備安裝在聯合機中,則可按照不同工藝要求進行調整。

(1)梳理機 可實現速度的調節,主要應對不同材質、不同棉料不同疏密和不同生產效率要求的調整,對于長纖維可適當增加梳理速度,同時為了提高輸出速度和產量,設計安裝了雙道夫結構。

(2)鋪網機 屬成網的關鍵部件,為滿足不同厚度產品的需求,設計了上下兩鋪網口,同時鋪網速度可根據產品需求進行調整。

(3)過橋裝置 緊接鋪網機安裝,可實現三種位置調整,分別為上下過渡簾分別進入針刺和熱熔,上下簾同時進入針刺和上下同時進入熱熔,以此滿足不同產品的工藝需求。

(4)針刺機 根據產品需求分別對針刺密度、頻率、厚度等進行調整,以滿足不同厚薄產品的需求。

(5)遠紅外熱熔箱 它可為產品提供不同厚度、不同溫度的熱熔要求。

2.2 在線復合技術

為了提高車用非織造材料的強度等物理性能指標,拓寬內飾材料的功能性,提高產品附加值,實現不同纖維原料、不同非織造結構材料的功能優勢互補,保證產品尺寸穩定性及外觀性能,本聯合機在針刺布、纖維氈墊單線產品加工的基礎上,通過系統設計與技術組合,將多種性能各異的針刺非織造材料通過熱熔、熱扎方法復合在一起,將原來多種產品的離線功能復合變為在線復合,實現了針刺氈/纖維氈、針刺布/PP膜、纖維氈/針刺氈/PP膜、針刺氈/針刺氈的在線復合。

2.2.1 針刺氈+纖維氈墊在線熱熔復合

其工藝流程如下:

該復合產品由不同規格纖維分別制成緊密結構的針刺氈和蓬松結構的纖維氈墊,通過遠紅外熱熔烘箱實現在線復合,形成兩種不同緊密層次結構的復合材料如圖4所示,主要用于車用吸聲隔音性能材料等產品。

圖4 針刺氈+纖維氈墊熱熔復合車用材料

2.2.2 針刺氈與PP膜在線復合

該復合產品由不同規格纖維的針刺氈和PP膜疊層,通過燙光機熱軋實現在線復合,形成透氣防水功能的覆膜結構材料如圖5所示,主要用于車用發電機防滲漏材料等產品。

圖5 針刺氈與PP膜復合車用材料

2.2.3 纖維氈+針刺布+PP膜三層在線復合

其工藝流程如下:

該復合產品由不同規格纖維分別制成緊密結構的針刺氈和蓬松結構的纖維氈墊通過遠紅外烘箱實現在線復合,形成兩種不同緊密層次結構的復合材料;再針刺氈面和PP膜疊層,通過燙光機實現在線復合,形成透氣防水功能的覆膜結構材料如圖6所示,主要用于車用防滲、吸聲隔音性能材料等產品。

圖6 纖維氈+針刺布+PP膜在線復合車用材料

2.2.4 針刺布+撒粉+針刺布在線復合

該復合產品由不同規格纖維分別制成緊密結構的針刺氈,通過撒粉后疊層,再由遠紅外烘箱實現在線復合,燙光機熱軋處理后形成兩種針刺結構組成的復合材料如圖7所示,主要用于車用頂棚和鋪墊材料等產品。

圖7 針刺布+撒粉+針刺布復合車用材料

2.3 適用多種纖維組合

為了滿足車用非織造材料的高強度、環保性要求,使聯合機適應多種纖維原料能生產更多的產品品種,對聯合機主要單元機進行了創新設計,可滿足多種規格的滌綸、丙綸、錦綸、特種纖維及混合纖維的生產,適用纖度3～20 D,長度51 mm的各種規格纖維材料。

2.3.1 風管連接結構改造

為了不同規格原料輸送,專門設計一種風管連接結構,風管包括中空的圓筒形風管本體,風管本體在彼此連接的一端端部向外彎折形成有圓形翻邊;風管連接結構包括U形抱箍、密封條和卡位環,U形抱箍包覆在彼此連接的相鄰兩風管本體的一對圓形翻邊外。其中U形抱箍兩側的一對側壁與一對圓形翻邊相貼合、頂壁與一對圓形翻邊之間設密封條,U形抱箍的一端設彎形鐵片、另一端設把手座,把手座上鉸接把手;該把手通過鐵絲與彎形鐵片連接,當U形抱箍處于抱緊狀態下,卡位環穿設并卡固在把手和把手座上。強度加強,不易變形,且不會產生掛棉現象,密封性能好;U形抱箍在鎖緊狀態下有自鎖功能,操作簡單,方便相鄰兩風管之間的連接與拆卸。

2.3.2 高效開包機研制

為了適應各種規格纖維,開包機箱體設有前置開包松解腔和纖維過渡腔,前置開包松解腔內設有前置開包松解機構,箱體的頂部設前置開包松解動力傳動機構;輸送簾設在纖維過渡腔內,輸送簾的左端探入前置開包松解腔內,右端探入均棉腔內,在對應于進料腔及前置開包松解腔的下方位置設原棉傳送帶;原棉傳送帶的左端途經箱體進料口對應于上料簾的右端下方,右端對應于輸送簾的左端上方。提高了均棉機構的均棉效率,有利于保護均棉機構。

2.3.3 簡易式凝棉器研制

在凝棉箱箱體上且位于凝棉箱箱體左箱壁上設左箱門腔,在凝棉箱箱體右箱壁上設右箱門腔;在對應于左箱門腔的位置設箱體腔進風量左調整機構,在對應于右箱門腔的位置設箱體腔進風量右調整機構。可由在線作業人員對進入到儲棉箱箱體腔內的空氣量依需調整,確保對非織造纖維有優異的氣、棉分離及除雜效果。

3 與國內外同類機比較

本聯合機與國內外同類機比較如表1所示。

表1 國內外車用內飾針刺非織造材料生產裝備比較表

從表1可見,本聯合機具有梳理速度、針刺速度快的特點,不僅高于國內相關非織造機械企業的同類聯合機水平,而且還達到了國際知名企業的生產水平。本車用內飾聯合機的生產能力達到了1 000 kg/h,生產效率達到了國際領先水平,與業內同類型聯合機相比更加顯示出節能、高效的優勢。

4 結語

本項目產品工藝研發有利于引導產業用紡織品汽車內飾用非織造材料行業開展技術創新,促進企業結構調整和產業技術裝備升級,促使企業轉型升級,培育新的經濟增長點,從而實現可持續發展,具有良好的社會和經濟效益前景。

參考文獻:

[1] 李華冠,陶 杰,包祖國,等.汽車內飾用PET/PP非織造材料的制備及其性能研究[J].汽車工藝與材料,2012,(5):30-35.

[2] 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.

[3] 趙民忠.多功能復合非織造布:200720019148.5[P].2008-02-13.

[4] 鐘 葦.吸聲阻燃滌綸針刺非織造汽車內飾材料的開發[D].西安:西安工程大學,2015.

[5] 姚明華,萬玉峰.新型產業用紡織品復合材料在汽車內飾中的應用和開發[C]//長三角科技論壇.產業用紡織品/非織造布的技術升級與產品創新紡織分論壇文集.2009.