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紡織短纖維廢料板力學(xué)性能的研究

文檔作者：潘匯張海泉文檔來源：江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年04月07日
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第42卷，第8期
2014年8月
工程塑料應(yīng)用 Vo1．42，No．8 ，，
ENGIN EERlN G PLASTICS APPLICATION Aug．2O14
doi：lO．3969／j．issn．1001—3539．2014．08．018
紡織短纖維廢料板力學(xué)性能的研究呋
潘匯，張海泉
(江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122)
摘要：利用紡織短纖維廢料作為原料，通過熱壓成型方法制作纖維板，研究了10 mnl以下纖維廢料長度的變化
及廢料成分不同對(duì)纖維板力學(xué)性能的影響。利用萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)纖維板的拉伸性能和彎曲性能進(jìn)行測試，并利用掃描
電鏡對(duì)板材的斷面形態(tài)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，隨著纖維長度的增大，纖維板的力學(xué)性能先增大后減?。粡U料成分不同
時(shí)，纖維板的力學(xué)性能也有較大差異。這主要與填充纖維的強(qiáng)力以及填充纖維與基體之間的界面粘結(jié)情況有關(guān)。
關(guān)鍵詞：紡織廢料；短纖維廢料；纖維板；熱壓
中圖分類號(hào)：TQ325．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001．3539(2014)08。0077—05
Study on M echanical Properties of Textile Short Fiber W astes Fiberboard
Pan Hui，Zhang Haiquan
(Key Laboratory ofEco—Textile ofEducation，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)
Abstract：Textile short fiber wastes were used as raw material and made into fiberboard by hot pressing method．The influence
of length and composition of fiber wastes on mechanical properties those fiberboard fabricated by short fibers with length less
than 1 0 mm was studied．The tensile and flexural properties of fiberboard were tested by universal-testing machine and scanning
electron microscope was employed to analyzing the cross·section of the fiberboard．The results show that the mechanical properties
of fiberboard first increases then decreases with the increase of fiber length；the mechanical properties of fiberboard are also quite
diferent with diferent compositions．This is mainly related with filling fiber strength and interface bond between fiber and matrix．
Keywords：textile waste；short fiber waste；fiberboard；hot pressing
隨著人們生活水平的提高，紡織品產(chǎn)量在逐步
提高，隨之產(chǎn)生的廢棄物也大幅度增加，而在這些紡
織廢料中，短纖維占了很大比例，如在棉纖維加工中
產(chǎn)生的落花，梳麻產(chǎn)生的下腳料和麻屑，化纖生產(chǎn)過
程中產(chǎn)生的廢絲，還有服裝及紡織品加工中產(chǎn)生的
布邊等，它們?cè)诮?jīng)過切割、開松等處理后得到的再加
工纖維長度短、品質(zhì)差，利用途徑少『1 。
國內(nèi)外有很多對(duì)短纖維廢料利用的研究，比如
在肥料中添加廢毛、廢棉渣用以種植蘑菇[5 ；將廢
棄地毯切割、開松后加人混凝土中，改善其韌性及抗
疲勞l生能，在瀝青混合物中添加短纖廢料來增加瀝
青路面的壽命 ；利用棉短絨機(jī)械分解過程中產(chǎn)
生的浮塵、棉絮作為造紙?jiān)蟍8 ；還有將熱值較高
的化學(xué)纖維通過焚燒用于火力發(fā)電等 ]。但這些
方式也存在局限性，如化學(xué)纖維通常不能作為肥料
用來種植蘑菇，強(qiáng)度較低的棉纖維不能用于瀝青混
凝土的增強(qiáng)等。筆者利用廢舊聚丙烯(PP)纖維作
為基體材料，其它廢舊纖維作為填充材料，通過熱壓
成型制成纖維板，該方法既不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，又
為纖維板業(yè)提供了豐富而價(jià)廉的原料[10-11]~近年來
已有關(guān)于紡織廢料制作纖維板的研究，主要對(duì)熱壓
工藝參數(shù)、PP纖維含量及填充纖維比例對(duì)紡織廢料
纖維板性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)的探討分析[12-14]。
因此，筆者在固定PP纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％ 的
情況下，主要研究10 mm以下纖維長度的變化以及
廢料成分的不同對(duì)短纖維廢料板力學(xué)性能的影響，
并通過掃描電子顯微鏡(SEM)從結(jié)構(gòu)方面分析纖
維板力學(xué)性能隨長度及成分的變化而變化的原因。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1．1 主要原材料
PP廢絲：熔點(diǎn)193℃，斷裂強(qiáng)度2．39 cN／dtex，
南通金米來化纖有限公司；
聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)廢絲：熔點(diǎn)247~C，
斷裂強(qiáng)度2．71 cN／dtex，南通金米來化纖有限公司；
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(5 1203064)，江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新基
金項(xiàng)目fBY2012068)
聯(lián)系人：潘匯，碩士，主要從事紡織廢料的應(yīng)用研究
收稿Et期：2014—06．05
78 工程塑料應(yīng)用 2014年，第42卷，第8期
聚酰胺(PA)廢絲：熔點(diǎn)223℃，斷裂強(qiáng)度2．08
cN／dtex，余姚市金老鼠化纖有限公司；
棉(C)纖維：熱分解溫度215℃ ，斷裂強(qiáng)度1．29
cN／dtex，棉紡廠廢棉。
1．2 主要儀器及設(shè)備
開清棉機(jī)：HYFU 218D型，江陰恒遠(yuǎn)機(jī)械制造
有限公司；
梳棉機(jī)：AS181型，上海東華大學(xué)；
熱壓機(jī)：Carver4128型，美國Carver公司；
電子萬能試驗(yàn)機(jī)：Instron 3385H型，美國
Instron公司；
SEM ：SU1510型，日本Hitachi公司。
1．3 試樣制備
PP／PET，PP／PA，PP／C三種纖維板的制備流
程為：原材料一混合一梳理一制備一定長度短纖維
一壓機(jī)預(yù)熱一恒溫加壓一冷卻定型一脫模一纖維
板。
1．4 力學(xué)性能測試
拉伸強(qiáng)度：依據(jù)GB／T 1040-2008測試。
彎曲強(qiáng)度：依據(jù)GB／T 1449-2005測試。
2 結(jié)果與討論
2．1 試樣工藝參數(shù)的分析
為確定3種纖維板的最優(yōu)熱壓工藝參數(shù)，將熱
壓溫度、熱壓時(shí)間、熱壓壓強(qiáng)3個(gè)因素進(jìn)行 。(3 )正
交試驗(yàn)，結(jié)果如圖1～6所示。
苫
＼
嘿
是
溫度／℃
一PP／PET；·PP／PA：一PP／C
圖1 熱壓溫度對(duì)纖維板拉伸強(qiáng)度的影響
皇
＼
慧
魍
撲
溫度／℃
一PP／PET：·一PP／PA：·一PP／C
圖2 熱壓溫度對(duì)纖維板彎曲強(qiáng)度的影響
苫
＼
驥
廷
時(shí)間／min
— PP／PET；一PP／PA：·一PP／C
時(shí)間／min
— PP／PET；一PP／PA：一PP／C
圖4 熱壓時(shí)間對(duì)纖維板彎曲強(qiáng)度的影響
皇
＼
鰻
壓強(qiáng)／MPa
— PP／PET；一PP／PA：·一PP／C
圖5 熱壓壓強(qiáng)對(duì)纖維板拉伸強(qiáng)度的影響
。_
豈
＼
髓
嘿
司
靜
10 lZ
壓強(qiáng)／MPa
— PP／PET：呻P／PA：一PP／C
圖6 熱壓壓強(qiáng)對(duì)纖維板彎曲強(qiáng)度的影響
通過正交試驗(yàn)得到在PP纖維含量為50％ 時(shí)3
種成分的廢紡纖維板的最優(yōu)熱壓工藝參數(shù)分別為：
PP／PET纖維板200~C，4 min，10 MPa；PP／PA纖
維板200℃ ，2 min，10 MPa；PP／C纖維板190℃ ，
4 min，10 M Pa。
2．2 纖維長度對(duì)板材力學(xué)性能的影響
制備主體長度在l0 mm以下的混合纖維，運(yùn)

80 工程塑料應(yīng)用 2014年，第42卷，第8期
填充纖維在基體中一處較多而另一處較少，板材內(nèi)
部容易形成缺陷，導(dǎo)致纖維板力學(xué)性能的降低。
2．3 廢料成分對(duì)板材力學(xué)性能的影響
(1)成分對(duì)板材拉伸強(qiáng)度的影響。
圖7表明，PP／PET纖維板、PP／PA纖維板、
PP／C纖維板的拉伸強(qiáng)度依次降低且有較大差距，
這是因?yàn)榘宀牡睦鞆?qiáng)度主要與填充纖維本身的強(qiáng)
力有關(guān)，PET纖維、PA纖維、C纖維的斷裂強(qiáng)度依
次降低，且有較大差距。另外，三種纖維的耐熱性能
也不同，實(shí)測三種纖維在130cc下經(jīng)過20 d后的剩
余強(qiáng)度，PET纖維為初始強(qiáng)度的98％，而PA纖維僅
為21％，C纖維僅為38％[1 。因此，在纖維板制作
過程中，由于高溫作用，PA纖維和C纖維強(qiáng)力損失
要比PET纖維損失的多，這也是導(dǎo)致3種纖維板拉
伸性能差異的一個(gè)因素。
(2)成分對(duì)板材彎曲強(qiáng)度的影響。
圖8表明，3種成分的纖維板彎曲強(qiáng)度差距較
小，這是因?yàn)閺澢鷱?qiáng)度除了與纖維強(qiáng)力有關(guān)，可能更
多地受基體的性能和纖維與基體粘結(jié)情況的影響，
而三種纖維板中基體纖維種類及其含量是相同的，
所以彎曲強(qiáng)度可能受界面粘結(jié)情況的影響更大 。
從圖9a、圖10a、圖1la可以看到，PET纖維表面光
滑，與PP基體之間無粘連，所以，盡管PET纖維的
強(qiáng)度很高，但其與基體的界面粘結(jié)情況很差，導(dǎo)致板
材彎曲強(qiáng)度并不高；從圖9b、圖10b、圖1lb可以看
到，斷裂的PA纖維表面有粘附物，且纖維根部與基
體之間沒有縫隙，這說明PA與基體的界面粘結(jié)情
況好，這可能是PA纖維強(qiáng)力雖不及PET纖維，但板
材彎曲強(qiáng)度卻不比PET的差甚至略高于它的原因；
圖9c、圖10c、圖1lc顯示，C纖維與基體粘結(jié)情況
雖不及PA纖維，但較PET纖維好，但由于其強(qiáng)度太
低，導(dǎo)致彎曲強(qiáng)度也較差。
3 結(jié)論
(1)通過正交試驗(yàn)得到在PP纖維含量為50％
時(shí)3種成分的廢紡纖維板的最優(yōu)熱壓工藝參數(shù)分
別為：PP／PET纖維板200℃ ，4 min，10 MPa；PP
／PA纖維板200oC，2 min，10 MPa；PP／C纖維板
190cI二，4 min，10 M Pa。
(2)纖維長度對(duì)短纖維廢料板力學(xué)性能有一定
的影響：長度太短時(shí)，纖維板力學(xué)性能較低，而長度
太長也可能會(huì)因分散不勻而導(dǎo)致力學(xué)性能下降。因
此在利用廢紡纖維制作纖維板時(shí)，應(yīng)選擇長度在
3 1TI1TI以上的纖維，并要保證纖維充分混合且均勻
分散。
(3)廢料成分不同時(shí)，短纖維廢料板的力學(xué)性能
有較大差異，這主要與填充纖維本身的強(qiáng)力以及填
充纖維與基體之間的界面粘緒隋況有關(guān)。
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潘匯，等：紡織短纖維廢料板力學(xué)性能的研究8 1
耐高溫塑料進(jìn)氣歧管應(yīng)用于寶馬i8
寶馬公司最近推出的一款混合動(dòng)力跑車i8配備了全
球首款內(nèi)置集成增壓空氣冷卻器的耐高溫塑料進(jìn)氣歧管
(AIM／CAC)。這款塑料進(jìn)氣歧管采用了帝斯曼工程塑料f新
加坡)的Stanyl Diablo耐高溫聚酰胺46 OCD2100。
這款注塑成型的進(jìn)氣歧管可在220℃高溫下長時(shí)間運(yùn)
作，并可承受極高的內(nèi)壓。帝斯曼與一家領(lǐng)先的系統(tǒng)供應(yīng)商
合作開發(fā)了這款內(nèi)置增壓空氣冷卻器的塑料進(jìn)氣歧管，并提
供大量開發(fā)和加工技術(shù)支持。
Stanyl Diablo PA46 OCD2100含有40％ 玻璃纖維，以及
一種專門研制且獲得專利的熱穩(wěn)定劑。這款材料可在220％
的高溫下長時(shí)間正常工作，可以承受的最高溫度達(dá)250~C。
寶馬i8融合了一系列尖端技術(shù)，在賦予高端跑車性能
的同時(shí)，其碳足跡仍低于緊湊型車。這主要?dú)w功于它所采用
的1．5 L渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)以及一臺(tái)混合同步電機(jī)。
集成耐高溫AIM／CACs并不是第一次出現(xiàn)，只是以前
是金屬部件。汽車制造商希望找到一種塑料解決方案，來降
低汽車質(zhì)量，最大化設(shè)計(jì)靈活性，使一個(gè)高功能組件能夠安
裝在小空間內(nèi)。
相比鋁制歧管，由Stanyl Diablo聚酰胺46制成的塑料
進(jìn)氣歧管質(zhì)量降低40％，其優(yōu)化的加工性能還可降低系統(tǒng)成
本。同時(shí)，這款材料的力學(xué)性能和耐高溫性能非常突出，在
220~(2高溫下可長時(shí)間連續(xù)工作。
AIM／CAC由幾個(gè)模制品通過熱氣焊接組裝而成。在
這方面，最佳焊接強(qiáng)度意味著這款集成AIM／CAC可以承
受很高的壓力脈沖。此外，盡管含玻纖成分較高，但這些部
件的尺寸穩(wěn)定性和表面光潔度都非常優(yōu)秀。
“各國都在制定更嚴(yán)格的排放法規(guī)，因此汽車制造商越
來越關(guān)注能源效率。這款內(nèi)置集成增壓空氣冷卻器的耐高
溫塑料進(jìn)氣歧管在全球?qū)?huì)得到廣泛應(yīng)用，”帝斯曼空氣／
燃料業(yè)務(wù)全球市場經(jīng)理說道，“在這個(gè)項(xiàng)目中，Stanyl Diablo
OCD2100的表現(xiàn)優(yōu)于其它材料。在未來這類應(yīng)用中，這款
材料將為帝斯曼帶來更多業(yè)務(wù)?！?
在汽車引擎用耐高溫?zé)崴苄运芰系拈_發(fā)上，帝斯曼稱得
上是領(lǐng)先者。其開發(fā)的Diablo技術(shù)已經(jīng)獲得專利，可以提
高Stanyl PA等材料的長期耐高溫性能，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)的聚酰
胺。帝斯曼還利用這項(xiàng)技術(shù)來升級(jí)其Akulon PA6材料的性
能。同時(shí)，帝斯曼還將Diablo技術(shù)授權(quán)予其它耐高溫?zé)崴?
性塑料供應(yīng)商。 (工程塑料網(wǎng))
開祥化工BDO等精細(xì)化工產(chǎn)品進(jìn)軍歐美亞市場
日前，從義馬開祥化工傳來消息，該公司所產(chǎn)的1，4．丁
二醇(BDO)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)兩種精細(xì)化工產(chǎn)品
已分別收到來自意大利、加拿大、美國以及中國臺(tái)灣和香港
的8筆價(jià)值40萬美元的“試單”合同，成為華中地區(qū)同類型
產(chǎn)品中唯一打開出口通道的生產(chǎn)企業(yè)。
BDO和PBT分別是重要的精細(xì)化工原料和工程塑料，
被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、紡織、造紙、日用化工、電子電器、
汽車零件、機(jī)械及家用品等領(lǐng)域。從國內(nèi)最大的BDO供應(yīng)
商“探路”國際市場，義馬開祥化工正在通過國內(nèi)市場和國
際市場并舉的全新模式打造我國最具市場競爭力的精細(xì)化
工生產(chǎn)企業(yè)。
在國內(nèi)精細(xì)化工產(chǎn)品銷售形勢尚好時(shí)，義馬開祥化工便
提前開始進(jìn)軍國際市場的銷售布局。今年以來，面對(duì)國內(nèi)競
爭Et益激烈的煤化工市場行情，該公司一方面加大對(duì)國外銷
售市場的開發(fā)力度，努力開辟國際銷售新渠道；另一方面進(jìn)
一步加深同韓國曉星、德國巴斯夫在國內(nèi)工廠的合作，根據(jù)
客戶需求加大對(duì)生產(chǎn)工藝和裝置的技術(shù)創(chuàng)新，最大程度地保
障了戰(zhàn)略合作伙伴對(duì)產(chǎn)品需求量和品質(zhì)的需求，并通過這些
跨國公司的國際貿(mào)易公司進(jìn)一步打開進(jìn)軍歐洲、美洲、亞洲
等地區(qū)的出口通道。 (慧聰塑料網(wǎng)1

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