汽车青睐非织造布

汽车青睐非织造布
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!中国人民解放军*8!+"部队"桂林!)+!""!#
!摘!要"!本文介绍了汽车用非织造布的概念!分类!特点"重点阐述了非织造布在汽车上的应用和汽车用非织造布的制造技术#
!关键词"!汽车$非织造布$应用$制造
!!非织造布是纺织行业中的新兴产业"近年来发展迅速$纺织专家分析认为"非织造布在汽车上的应用不断增加$我国应加快汽车应用非织造布的步伐$
非织造布作为一种新型纺织以其较低的生产成本%优良的性能为自已争得应有的市场"在很多产业应用领域已完全能代替甚至超过传统的机织物和针织物$在汽车上"非织造布更是满足不同用途的需要"国外每辆轿车要消耗#"平方米左右的非织造布"包括衬垫材料%覆盖材料%过滤材料等$并且非造织布在汽车上的应用数量不断增加"据不完全统计"目前非织造布每年用于汽车工业的数量近#"""万平方米"约%万吨"品种规格!%"多个"我国非织造布在汽车工业的应用量约占全国非织造布总量的#"3$
!!非织造布的概念#分类和特点
非织造布又称为无纺布或不织布"是#"世纪发展起来的一种新兴的高科技原材料工业"是传统纺织工业的一次革命$无纺布即不通过传统的纺纱织布"而采用先进的水刺%针刺%热轧%纺粘%熔喷%化学粘合%缝编%热熔复合和湿法等先进无纺加工工艺"将各种天然纤维%化学纤维和化学聚合物直接成网加固"形成人们需要的各种各样的功能性布料$如果再加以热压成型和复合技术"还可生产出各种各样的功能性块状材料和弧%球状材料等$也即采用无纺加工工艺"几乎可以生产出人们需要的所有非金属的功能性材料$特别是无纺加工工艺的灵活性%使之可以将各种功能性的纤维和聚合物按照人们的需要进行任意比例组合"生产出各种特殊用途的片状%块状和弧球状的高科技原材料$由于其生产工艺的先进性"产品的多样化和产品功能的特殊性"使其在改善人们的生活质量"推动各行业技术进步方面"有着独特的作用$非织造布主要分为用即弃型的耐用型两大类$前者主要用于医疗卫生领域"如手术衣%纱布%消毒巾%妇女卫生巾%婴儿尿布及抹布等$后者主要用于土工布%布%装饰布等$非织造布根据其生产技术不同可分为针刺%热粘合%化学粘合%纺粘%熔喷%水刺和缝编等多种非织造布$因成型技术不同"应用领域也不同$
非织造布的特点&
!!#非织造布的结构为非直线型的乱丝结构$其乱丝是由高质量的短纤维组成"上下两层又有热定型适度的表面层"这就是形成了多层次的过滤层"而机织布无论厚薄"只有一层$这种特性至关重要"使其过滤性能的宽度大为拓展"尤其在与操作条件互为适应的状态下"非织造布的过滤效果要明显优于机织布$ !##非织造布耐磨性能好"即使有磨破或
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机械损伤也不像机织布那样出现洞口而影响滤液质量!这样它就基本上避免了几十平方米一套的滤布只因出现一两个破洞而不得不整套撤下的弊病"仅此意义便不容忽视!
#%$非织布剖面较厚"便于充分利用真空吸力"使用初期便于吸滤形成滤饼层%其乱丝结构比机织布更能兼容粗细颗粒"产能较高!因其兼容性好"生产中经常出现的粒度比变化不至于影响到产品的产&质量!
#+$网孔不易堵塞"因不定性纤维组织形成的网状结构有应变性和运动性!
#)$高透水性"在土方的压力下"仍能保持良好的透水性!
#8$耐腐蚀"以涤纶等化纤为原料"能耐酸"耐碱"抗氧化!
#!非织造布在汽车中的应用
非织造布在汽车中应用很广!包括汽车内饰"做空气滤清器"滤油器"防散落物的燃料箱"槽罐固定带"电池隔板"噪音和振动吸收装置"热绝缘材料和各种发动机部件!由于对汽车中声学舒适性的要求越来越高"噪音隔绝设备急速增长"这方面非织造布特别有用"一般都用J1X长丝纱纺粘而成!而从发展有利于环境保护的汽车的角度来看"非织造布的最大的潜在用途是做电池隔板"因为环保汽车都是电动汽车!
#$!!衬垫材料
衬垫材料是起减振&隔音&隔热&密封&填隙等作用的一类材料"它对轿车的乘坐舒适性影响很大!前挡板&操纵板&仪表板是发动机工作时所产生的振动&噪声&热量传入乘客室的部位"底板是轿车行驶时由道路状况引起的振动&噪声传入的部位"针对这些部位"可以有效地采取减振&降噪&隔热的措施!长春一汽生产的2D*##"型红旗轿车就在前挡板左上部&中部&右上部以及前挡板上部的左右两侧均采用了非织造布!且在仪表板右下护板"左右两侧护板上也采用了非织造布!奥迪轿车座椅坐垫一改传统的聚氨酯发泡塑料"采用天然纤维及动物纤维混合的非织造布坐垫"大大提高了乘坐的舒适性!日本高级轿车底板上则应用非织造布与聚氨酯的复合结构以起到减振&隔音的作用!非织造布密封材料主要作用是防漏油&漏水&漏气&防尘"如非织造布密封门条&油泵和水泵的密封垫等!汽车上使用的密封材料几乎全部是非织造布产品"包括针刺非织布&浸轧非织造布和复合非织造布等!还有填隙材料"最典型的就是汽车坐垫"以针刺或热粘非织造布叠层结构代替聚氨酯泡沫"可大大改善座椅的微气候"提高乘坐舒适性!
#$#!覆盖材料
非织造布覆盖材料作背面覆盖时"可以发挥其重量轻&价格低的优势"如桑塔纳轿车顶棚&座椅套背面都覆盖了一层薄非织造布!作正面覆盖即为内装饰纺织品"非织布以其优良的延伸"适合车顶的模压成型"且外观颇佳"成本大大降低"很有竞争力!欧洲汽车)"3采用非织造布作车顶内饰面料"日本使用非织造布作车顶装饰比例也接近)"3"北美在车顶装饰上自#"世纪:"年代以来也已渐渐接受非织造布!他们认为新的成网技术的发展&细旦纤维的应用以及针刺技术的日益完善使得针刺非织造布在未来!"年内作为内饰纺织品极具竞争力!增强玻璃纤维与聚酯纤维混合由针刺法制成非织造布经模压成型即得到车项内饰件"省去了聚氨酯发泡一系列工艺及设备!日本专利报导的轻便&强度更高的车顶基材也是两层玻璃纤维中间夹聚乙烯膜由针刺法制成的非织造布!
#$%!过滤材料
非织造布过滤材料是非织造布产业应用增长最快的领域!汽车工业应用非织造布过滤材料发展也相当迅速"不完全统计"汽车工业用非织造布过滤材料占市场非织造布总产量的%$/3!汽车车箱内部存在着种种对
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人体有害的超细粒子!"$"!#&!!""#&"#使用非织造布过滤器可有效地排除这些有害粒子$欧洲汽车车箱内已普遍使用非织造布空气过滤器#日本也把非织造布过滤器作为汽车的一种必备装置$美国的%K公司%日本的尼坡迪索公司和韦可公司专门为通用汽车公司%丰田汽车公司及马茨达%贝尔和菲亚特汽车配套生产非织造布过滤材料#而且不断开发研究#推出新产品$%K公司最近与日本可乐丽化学公司联合开发出新型汽车用空气过滤器#它是采用两层聚丙烯非织造布中间夹一层活性碳薄片结构#并用多种重金属催化剂固着在活性碳内许多不同直径的微孔表面#能吸收各种有害化学物质$这种新型过滤器与价格相当的其他净化材料相比有效寿命超出一年#该产品开始主要向美国和欧洲市场销售$除净化车内空气外#非织造布过滤器还应用于汽车的其他部件和汽车生产过程中#例如&汽车发动机过滤器%空调热溶非织造布过滤网%汽车尾气排放针刺毡或熔喷非织造布滤材%电泳漆生产线用复合非织造布过滤袋等$
非织造布若在结构上进行改进#如不同结构非织造布复合%与其他组分如活性炭等复合可以起到更好的过滤效果#得到更广泛的使用$ #$+!加固材料
加固材料主要是用作胎芯线#这是纺织材料用在汽车中的传统领域#而且是最大的份额#!:::年达*8!!+吨#其中%!%+*吨为聚酰胺!J D"#+%!!%吨为J X1#!!#*吨为粘胶纤维$其中聚酯!J1X"的份额比上年增长了#$ /3#而聚酰胺则减少了/$/3#这是因为子午线胎日渐发展的缘故#预计该趋势还将继续#即J X1进一步增长#而J D进一步缩减$用于汽车中的非织造布中又有%"3针刺粘合织物#其原料是聚对苯二甲酸乙酯!=X1"和聚丙烯!J J"#在汽车中用作地毯#以代替以前使用的簇绒地毯#这样可以降低成本#并减轻汽车的重量$以前的织物每平米重8"" !*""5#现在只有%8"!%*"5$非织造布做的
头靠正在日渐增多#达8"!8)3的比例#其优点是易于成型#比针织的产品便宜$
总之#非织造布原料来源广泛#工艺流程短#成本低#同时又具有良好和适用性能#在汽车上的应用将会不断增加$
%!车用非织造布生产技术
目前#使用广泛而又较为先进的无纺布加工工艺有水刺%针刺%纺粘%熔喷和热轧$车用非织造布主要有熔喷%针刺和纺粘三种$ %$!!熔喷
%$!$!!制作及设备
8"年代后期#熔喷法非织布就已经出现了$这套简单的设备首先诞生在1-.O9州7O]R ,;b(的X..;(试验室中$设备及工序包括以下五个部分&!!"电加热的聚合体熔融挤压机#长径比#+’!到%"’!之间(!#"悬挂式的薄膜喷口#末端有一排小孔和热空气分流箱#持续喷出的空气流到尖的喷孔#把很细的长丝吹到前面去$!%"纤维收集器是一个圆柱形大筒子#周围由筛网包缠着#滚筒的旋转速度根据需要制成的非织造布厚度而定的$布被吸附在筛网上#有的设备还配有一个吸风箱在筛网后面#以吸咐织物(!+"非织造布卷到一个滚筒上#滚筒由辊子带动(!)"空气热发生器通常靠近喷孔#空气温度高于聚合物的熔融温度#空气压力在!""磅’平方英寸到!"磅’平方英寸之间$在使用第一代熔喷设备时人们发现$用一台挤压机很难均匀地给个喷咀送聚合体#因而非织布质量无保证$为了解决这个问题#在挤压机出口配备了准确的计量泵#而在计量泵前面的聚合体压力则用压力反馈闭环控制$*"年代和/"年代制造了不少熔喷设备$典型的机械产品宽度为8+英寸$当时非织造布产品应用于做加强的熔融涂层和风道的表层等$
近来已经生产出了加宽和更易于控制的快速设备#有些宽度达到几米$速度高达)""&’&’($热空气分配箱也改进了#可以用
" #
较低压力从加热器给喷孔供气!有的喷孔需要的空气压力仅稍大于8磅"平方英寸#这种适用性极强的设备!成网箱虽固定在一个水平上!但是可以前后移动!使非织造布可以在离开熔喷单元时与后面的加工设备在一个水平上#新设备可以上下调节熔融孔!使到达成网箱前的空气隙可大可小#有的制造商在挤压机和喷孔之间使用柔性管道!也有的制造商把全部部件组装在一个操作台上!配上可以伸缩的支架$腿%#
%$!$#!性能及应用
熔喷布纤维极细!有多孔性及一定强度!因此早期打开的用途为汽车电池电极隔板#电池电极隔板是领先的高附加值非织造布用途#用非织造布电极隔板的典型电池例子为镍镉电池与镍氢电池#
美国=’-5-H J N;6M M>,9公司的=;] 4;H c&O(在*"年代工业化生产出了一种铅酸免保养电池用聚丙烯喷布隔板#不过!再润湿性与布的抗磨损性问题使其应用受到影响#1;O0-(N];公司在碱性电池隔板上已成功地克服了一些这样的问题$‘B J+*+%+:+与)"/:%8"%#X(,-c公司$‘B J)#%":+:%由高负载超高分子量聚乙烯生产出了隔板用纤网!其上的微孔是纺丝成网后的萃取形成的# D9O H M公司最近宣布了用其尼龙微纤维网打开巨大的镍镉电池市场的打算#电动汽车对长寿命电池隔板的需求可能会产生一巨大的熔喷电池市场#聚丙烯纤网的多微孔性与疏水性使得它成为吸油材料与揩布的天生侯选者#亲水性添加剂及其处理提供了亲水性!这使得X N5;(0;(b;_-(9公司$美国%&B;N R W-(,J N;6M>,9公司与金伯利公司等功能在*"年代初开始生产并销售熔喷纤网#该市场现继续在以*3!/3的速率增长#熔喷纤维在面罩及防毒面具用途上对玻璃纤维的取代现在基本完成#
电动汽车有两类!一类是仅由电极驱动的纯电动车$J X4%!另一类是有电机与发动
机驱动的混合电动车$<X4%#这两类车的电机都由电池驱动#目前纯电动车因行进性能欠佳而不适合用作小汽车#现工业化生产混合电动小汽车的公司为丰田与本田#这两家公司的电动车都使用镍氢电池#这类电池现由松下电动车能源公司$J O(O9;(’>X4X(R -N5]%生产#丰田车8个镍氢电池串联成一个模块!每台车共有+"个模块!即#+"个电池#本田电动小汽车每台有!#"个电池#目前丰田与本田电动小汽车镍氢电池电极隔板由聚烯烃非织造布制成!由日本宝翎公司$@O S O(4’H-(-%提供#聚烯烃非织造布作为隔板要浸入碱性电解质溶液中#
聚烯烃非织造布有抗碱性与抗氧化性!但透水性不是很好!这会影响电解溶液的良好状态#为克服这一问题!所有聚烯烃非织造布必须受到水亲和性改良处理#
%$#!针刺
针刺是采用上万根特制钢针组成的针板!以每分钟几千次的频率对纤维网加固的无纺工艺’纺粘工艺是通过特别的无纺成套设备!将丙纶&涤沦等聚合物直接喷丝成网!再根据需要辅以热轧&针刺&水刺加固而制成的无纺布#
法国0B2公司生产的针刺机约有#"种!主要特点可以改善纤网的牢固性和功能性!其预针刺机(D99-H’()具有以下特点*!%工作宽度为%!8&’#%生产速度为!)!#"&" &’(’%%当产品的宽度超过)$:&!则B[F喂入系统附加一对罗拉!用于将纤网引导进入针刺区’+%纤网导入和压缩系统$F2A0%用于将纤纲沿幅宽平稳的引入到针刺区!而不会使纤网发生任何变形#(D99-H’()的最大特点是其在线的生产和质量控制系统易维护和保养!其内部软件用于分析和研究针床上的每一个针!使质量处于最佳位置#在针刺机中还有一个牵伸装置!用于调整织物沿KF 和2F向的张力平衡!其内部的牵伸比例是在#"3!8"3之间!牵伸区的长度是由计
!
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算机进行控制的!
奥地利弗勒"[-T N-N D Y#公司能够生产#"种不同的针刺机$其工作宽度可以达到/&$频度为%")"频数%&’($这些针刺机所具有最突出的特点是能够工作精密控制的润滑系统$它是一个具有偏心驱动的完全封闭装置$确保针刺机在连续工作上千小时后$仍然具有非常高的工作精度!此外$公司还发明了一种带有高技术含量的针刺技术$其工作原理是刺针对纤网可进行斜向针刺$这样可以获得高质量的纤网$针刺机是通过不对称的弯曲针刺区和笔直的刺针运动来完成针刺工作的$这项生产技术有以下+个特点&!’针刺机的针刺路径要比常规平行针床式针刺机长$这样针刺的过程中纤维能够进行更好的重新取向(排列及交缠$有助于增加纤网的稳定性并降低纤网垂直机器动行方向的收缩率)#’在针刺机的<A工作区中$由于纤维重新取向排列$可以在不增加牵伸比情况下$使纤网更早的进行杂乱化)%’与其它针刺机相比$在较少针刺刺数的条件下$可以使纤网获得同样的性能$如强度(密度等)+’由于针刺刺数减少了$可以使生产率得到显著提高!
%$%!纺粘法
纺粘法是一种适宜于大批量生产的非织造布工艺技术!这种连续(批量的生产最显著的效果就是使纺粘产品成本降低(质量稳定(市场竞争力提高!
纺粘法产品的力学性能是比较优良的$这也是它能在许多领域中得到应用的一个主要原因!但是纺粘产品也有其自身的不足之处$那就是产品的均匀性差$外观上和手感方面都不如短纤维梳理成网产品!纺粘技术上的进步和设备的革新有很多都是为了解决和改善纺粘法的这个缺陷!首先是纺丝的细旦化$这样在单位面积内的纤维根数可以增加$纤维和纤维之间的"结合点#就增加$产品就变得更加均匀$覆盖率也提高!有人曾作过理论上的计算$对于!)5%&#的纺粘产品$要达到/#3的覆盖率$理论上每平方米应当有/$8亿根纤维和纤维的"结合点#$面对目前几种纺粘产品进行的测算表明$上述规格的覆盖率只能达到8!3!8:3!
细旦化的关键是气流牵伸技术和装置$尽管细旦化对于高聚物熔体的质量以及纺丝工艺和设备都有较高的要求$但在纺粘法生产中气流牵伸是第一位的!纺粘法最早是沿用化纤长丝生产中的导丝盘牵伸$并没有像现在的纺粘法那样采用气流来进行牵伸的!至于全气流牵伸$一开始是用正压牵伸$但当时需要的气压很高$能耗大(噪音大$牵伸的效果不理想!后来就出现负压牵伸$这种牵伸对于适度的牵伸效果和成网的稳定性比较有利$特别是用于大量应用的用即弃产品时$受到生产者的欢迎!但是对于细旦纺粘产品和涤纶纺粘产品$这种负压牵伸就显得"力不从心#了!因此$目前的细旦纺粘法先进技术又开始采用正压牵伸$但这和初期的正压牵伸已经不同了$所需的气压并不算高$但牵伸效果显著!其主要原因是改变了牵伸喷嘴结构的关系$使得气流速度和丝速的比值逐步降低$牵伸丝的速度逐步提高!现在的气流牵伸已经可以使丝速达到[E Z所需要的速度!
传统的纺粘生产线都是以单一品种的高聚物为原料$使用最多的是聚丙烯$其次是聚酯$第三位是聚乙烯$还有少量的聚酰胺等!为了丰富产品的性能$适应市场的应变能力$现代的纺粘生产线通过革新螺杆挤压机(气流牵伸工艺的控制$提高成网机的适用性$实现了"一机多用#$即同一条纺粘生产线可以适用上面提到的不同原料的生产!值得提醒的是$从#!世纪可持续发展角度出发$纺粘生产线利用生物可降解切片为原料已经要提到"议事日程#上来了$实际上生物可降解聚合物在技术上已经被突破了$现在的问题是市场价格$但是很多新产品在市场上推开和产量扩大以后价格很快回降下来!
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