汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造材料工艺研究

康雨蒙，郭郁峰，于 斌,2，朱斐超，马致远

(1.浙江理工大学 材料与纺织学院，丝绸学院 非织造工程系，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大学 浙江省产业用纺织材料制备技术重点实验室，浙江 杭州 310018)

汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造材料工艺研究

康雨蒙1，郭郁峰1，于 斌1,2，朱斐超1，马致远1

(1.浙江理工大学 材料与纺织学院，丝绸学院 非织造工程系，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大学 浙江省产业用纺织材料制备技术重点实验室，浙江 杭州 310018)

为获得高性能、环保的汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造材料，将普通涤纶纤维和阻燃涤纶纤维通过不同质量比杂乱共混、梳理、垂直交叉成网，并采用不同针刺工艺制备获得了多规格的阻燃涤纶针刺非织造材料，系统研究了针刺工艺中针刺道数、针刺频率和步进量对涤纶针刺非织造材料的力学性能(顶破强力和拉伸强力)的影响。结果表明：当阻燃涤纶纤维的质量比为15%时，针刺非织造材料的极限氧指数(LOI)能够满足汽车内饰材料材料的阻燃性能要求；阻燃涤纶针刺布的顶破强力随着针刺道数的增加而下降，但随着针刺频率和步进量的增加而呈现先增加后减少的趋势；阻燃涤纶针刺布的拉伸强力随着针刺道数的增加逐渐而下降，但随着针刺频率和步进量的增加呈先上升后下降的趋势，通过工艺参数对针刺布力学性能影响的分析，选出最佳工艺参数：针刺道数为正反1道，针刺频率为200刺/min，针刺步进量为4 mm。

汽车内饰；涤纶；阻燃；针刺非织造材料；工艺

随着科学技术发展和人们生活水平的提高，各类产业用特种纺织材料应用领域越来越广，用量越来越大，尤其是汽车内饰材料的应用领域更加拓宽，除汽车顶棚面饰材料、地毯、坐套等外，汽车行李箱用及顶棚用热可塑复合非织造材料已迅速发展[1-3]。我国已形成初具规模的一批重点非织造材料生产企业，可满足汽车整机厂配套所需的各类内饰用非织造材料，但与国外的先进水平相比我国汽车内饰材料的研究和开发工作存在一定的差距，已很难满足现代汽车发展的需要，产品原料比较单一，仍以涤纶和丙纶为主，多功能和高性能纤维新原料应用较少，产品的附加值较低。基于前期对汽车内饰用涤纶针刺布/PE热压覆膜工艺和涤纶针刺布/聚乙烯淋膜复合材料的研究，本文对汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造材料制备工艺进行了系统研究，旨在获得高性能、环保的汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造基布材料，为综合性能优异的汽车内饰用涤纶针刺布复合材料提供前期工艺指导。

1 试 验

1.1 实验材料与仪器

主要实验材料：普通涤纶纤维、阻燃涤纶纤维，细度和长度均为0.99 dtex、7.33 cm，义乌市恒翔无纺布有限公司。

实验仪器：针刺中试线(常州市豪峰机械有限公司提供)；YG-813型极限氧指数测定仪(常州第一纺织设备有限公司)；YG028 3000型织物强力仪(温州方圆仪器有限公司)；Instron-3369型电子万能材料实验机(美国Instron公司)。

1.2 涤纶针刺布/PE淋膜复合材料的制备

普通涤纶纤维、阻燃涤纶纤维选配-纤维开松-混合-梳理成网-垂直交叉铺网-预针刺-主针刺。工艺参数设计如表1～3所示。

表1 针刺道数组参数

表2 针刺频率组参数

表3 针刺步进量组参数

1.3 测试和表征

1.3.1 涤纶针刺布的燃烧性能测试

测试标准按照GB/T5454-1997《纺织品燃烧性能试验 垂直法测试标准》分别对五块试样进行测试，取平均值。

1.3.2 涤纶针刺布的顶破性能测试

测试标准按照GB/T19976-2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》分别对五块试样进行测试，取平均值。

1.3.3 涤纶针刺布的拉伸性能测试

标准按照FZ/T60005-91《非织造布断裂强力及断裂伸长率的测定》分别对五块试样进行测试，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 涤纶针刺布中阻燃涤纶纤维含量对针刺布燃烧性能的影响

图1 不同阻燃纤维含量针刺材料极限氧指数

当极限氧指数(LOI)大于或等于26.0%时(GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法测试标准》)，材料属于难燃材料，且当材料燃烧速率小于100 mm/min时满足汽车内饰材料的要求(GB 8410-2006《汽车内饰材料的燃烧特性》)。表4为不同阻燃涤纶纤维含量下样品燃烧性能测试数据，图1为不同阻燃涤纶纤维含量下涤纶针刺汽车内饰材料LOI图。从图中可以看出，随着阻燃涤纶纤维含量的增加，针刺布的LOI逐渐增加。在阻燃涤纶纤维含量从0%增加至15%时至针刺布的LOI提高明显，当阻燃涤纶纤维含量大于15%之后，针刺布的LOI增长趋于平缓。当阻燃涤纶纤维的含量为15%时，其LOI>26%即已属于难燃材料且满足汽车内饰材料燃烧性能的要求。综合考虑阻燃涤纶纤维与普通涤纶纤维的市场价格及阻燃性能，选取了阻燃涤纶纤维含量为15%的涤纶针刺非织造材料，并进一步对其针刺工艺进行了探讨。

表4 样品燃烧性能测试数据

2.2 针刺工艺对阻燃涤纶针刺非织造材料顶破性能的影响

图2 顶破强力随针刺道数变化

图3 针刺频率对顶破强力的影响

图4 针刺步进量对顶破强力的影响

汽车行李箱中时常会放置一些货物或者生活用品，不同外型的物品与行李箱中的针刺内饰材料经常会有刮擦碰撞，因此顶破强力的大小对于行行李箱内饰而言十分重要。不同针刺工艺对针刺布的顶破强力有一定影响，如图2～4所示，分别研究了针刺道数、针刺频率和步进量对阻燃涤纶针刺非织造材料的顶破强力变化。

由图2中顶破强力随针刺道数变化关系，可发现随着针刺道数的增加针刺布的顶破强力呈逐渐下降趋势，对针刺布的顶破强力进行回归分析，可见一元线性回归曲线的相关系数(R2)达到了0.99以上，说明针刺布顶破强力变化随针刺道数的增加基本呈线性下降的规律。随着针刺道数的增加，纤网受到针刺加固作用次数增加，纤网被拉长，虽然单纤维与单纤维之间的缠结增加，但是单位面积内的纤维量减少，在进行顶破强力实验时纤维与纤维之间相互摩擦作用反而减少，因此随着针刺道数的增加涤纶针刺布的顶破强力逐渐减少。

顶破强力随针刺频率的变化关系如图3所示，可发现随着针刺频率的增加，涤纶针刺布的顶破强力先增加后减少，在针刺频率为200刺/min时达到峰值。随着针刺频率的增加，纤网单位面积单位时间内受到刺针加固次数增加，随着加固次数的增加纤网内纤维之间的缠结增多，涤纶针刺布顶破强力增加，但是在针刺频率到达200刺/min之后，针刺作用趋于饱和，再增加针刺道数使得纤网开始变得蓬松，单纤维受到损伤，强力降低，顶破强力下降。

图4是顶破强力随步进量变化关系图，可发现随着针刺步进量的增加涤纶针刺布的顶破强力先上升后下降，在步进量为4 mm时，顶破强力最大。当步进量为3.5 mm时，纤网在单位面积上受到刺针加固次数最大，纤网中纤维由于受到的针刺次数过多纤维受到损伤，针刺布顶破强力下降；当步进量大于4 mm时，涤纶针刺布顶破强力开始下降，是由于随着步进量增加，纤网被拉长，单位面积内纤维量减少，纤维与纤维之间的缠结减少，涤纶针刺布的顶破强力减小。

2.3 针刺工艺对阻燃涤纶针刺非织造材料拉伸性能的影响

图5 针刺道数对纵横向拉伸强力的影响

图6 针刺频率对纵横向拉伸强力的影响

图7 步进量对纵横向拉伸强力的影响

拉伸强力是考量涤纶针刺布力学性能的重要指标，不同的针刺工艺对阻燃涤纶针刺布的拉伸强力有一定的影响。图5～7为阻燃针刺非织造材料纵向(MD)和横向(CD)拉伸强力随针刺道数、针刺频率变化关系，和步进量变化关系。由图5～7可见，针刺布的CD强力略大于MD强度，出现这种现象是由于成网和交叉铺网工艺时纤维沿针刺布横向取向排列导致，但总体上，所制备的阻燃涤纶针刺布的纵横向拉伸强力差异不大。

由图5针刺布纵横向拉伸强力随针刺道数的变化关系，可发现随着针刺道数的增加，针刺布的拉伸强力逐渐下降，这与其顶破强力与针刺道数的变化规律相符，同样是由于随着针刺道数的增加，单位面积内的纤维量减少而使针刺材料中纤维间相互缠结和摩擦作用减少，因此拉伸强力有所下降。

从图6中可以看出，随着针刺频率的增加，针刺布的拉伸强力呈先上升后下降的趋势，在针刺频率从100刺/min增加至200刺/min时，材料的拉伸强力上升较为明显；针刺频率从200刺/min增加至300刺/min时，材料的拉伸强力开始逐渐下降，造成以上现象的原因是，随着针刺频率的增加，材料受到刺针加固作用，纤维间的缠结增加，材料的拉伸强力增加，但是随着针刺频率大于200刺/min时，纤维与刺针间的作用增大，部分纤维受到损伤甚至断裂，使针刺布的拉伸强力下降。

由图7针刺步进量对针刺布纵横向拉伸强力的影响，可发现随着针刺步进量的增加，针刺布的拉伸强力呈先上升后下降的趋势，在步进量为4 mm时，针刺布的拉伸强力达到最大值，且都满足ASTM经纬向拉伸强力大于270 N的标准。当步进量为3.5 mm时，纤网在单位面积上受到刺针加固次数最多，纤网中纤维由于受到的针刺次数过多纤维受到损伤，针刺布顶破强力较小；当步进量大于4 mm时，涤纶针刺布顶破强力开始下降，是由于随着步进量增加，纤网被拉长，单位面积内纤维量减少，纤维与纤维之间的缠结减少，涤纶针刺布的拉伸强力减小。

3 结论

(1)涤纶针刺非织造材料的阻燃性能随着其阻燃涤纶纤维含量的增加而提高。当阻燃涤纶纤维含量大于15%时，阻燃涤纶针刺非织造材料已属于难燃材料且能够满足汽车内饰材料阻燃性能的要求。

(2)阻燃涤纶针刺布的顶破强力随着针刺道数的增加而下降，但随着针刺频率和步进量的增加而呈现先增加后减少的趋势；阻燃涤纶针刺布的拉伸强力随着针刺道数的增加逐渐而下降，但随着针刺频率和步进量的增加呈先上升后下降的趋势。通过工艺参数对阻燃涤纶针刺布的力学性能影响分析，选出最佳工艺参数：针刺道数为正反1道，针刺频率为200刺/min，针刺步进量为4 mm。

[1] 赵永霞.汽车用纺织品的发展特点及要求[J].纺织导报,2011(5):32.

[2] 韩 立.汽车内饰的新材料及新技术[J].科学大众(科学教育),2015(4):178.

[3] 李雅彬,周 博.汽车内饰材料的研究进展[J].汽车工程师,2012(4):19-22.

[4] 马致远,韩 建,于 斌,等.汽车内饰用涤纶针刺布/PE膜热压覆膜工艺研究[J].浙江理工大学学报,2015,33(5): 612-616.

(本文文献格式：康雨蒙，郭郁峰，于 斌，等.汽车内饰用阻燃涤纶针刺非织造材料工艺研究[J].山东化工,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

产业用纺织材料技术科技创新团队(2011R50003)；浙江理工大学521人才计划(浙理工人[2015]18号)

康雨蒙(1995—)，男，河北邢台人，在读本科生；通讯作者：于 斌，副教授，博士，主要研究方向为非织造材料。

TQ342+.2

A

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