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非织造复合材料的应用

论文

非织造复合材料的应用

ApplicationofNonwovenComposites

姓名：

专业：

学号：

2013年12月12日

摘要

本文是关于非织造复合材料在生活和工作上的应用。

非织造布的复合技术又称层压，是把两层或者多层相同或不同的材料通过加热、加压，有时再加上粘合剂，结合为整体的方法，成为复合材料，从而形成一种新的材料。

多种材料的复合能够发挥其中各材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。

复合技术应用广泛，其中最典型的例子就是传统的纺粘、熔喷法，例如多层的手术服材料，表面层是防水层，中间层是有阻隔作用的透气膜，贴身的内层是柔软舒适的棉纤维材料。

多层复合技术除了可以加工一般的纤维材料外，还可以加工如泡沫海绵、木材、塑料和金属等其他材料，制成如夹板、挡风玻璃和复合铝合金板等复合材料，并应用在各种工业领域的很多产品中。

非织造布也可以通过复合技术用来提高其附加值，扩大应用范围，并渗透到很多新的领域中去。

关键词：

复合材料；非织造；非织造复合材料；非织造复合材料应用

ABSTRACT

Thisarticleisaboutthenon-wovencompositematerialintheapplicationoflifeandwork.

Alsocalledlaminatednonwovenscompositetechnology,istoputthetwolayerorlayersofsameordifferentmaterialsbyheat,pressure,sometimescombinedwithadhesive,combinationmethodforoverall,becomeacompositematerial,thusformingakindofnewmaterial.

Acompositeofavarietyofmaterialscanplaytheadvantagesofvariousmaterials,toovercomethedefectsofthesinglematerial,enlargetherangeofmaterials.Compositetechnologywidelyused,oneofthemosttypicalexampleistheconventionalspun-bonded,melt-blownmethod,suchasmultilayersurgeryclothingmaterials,surfacelayerisawaterprooflayer,middlelayerisabarrierforbreathablemembrane,close-fittingliningissoftandcomfortablecottonmaterial.Multi-layercompositetechnologyinadditiontoprocessinggeneralfibermaterial,canalsoprocessingsuchasfoamsponge,wood,plasticandothermaterialssuchasmetals,suchassplintmade,windshield,andcompositematerials,compositealuminumalloyplatesandapplicationinvariousindustrialfieldsofmanyproducts.Nonwovenscanalsothroughthecompositetechnologyusedtoimproveitsaddedvalue,expandtheapplicationrange,andpenetrationintomanynewareas.

Keywords：

Compositematerials;Nonwovens;Non-wovencompositematerial;Non-wovencompositematerialapplication

目录

第一章前言1

1.1非织造复合的应用领域1

1.1.1复合材料的应用领域1

第二章非织造复合材料在汽车上的应用2

2.1汽车工业是纤维材料潜力巨大的2

2.1.1非织造材料在汽车中的应用2

2.1.2汽车用非织造材料品种2

2.1.3国内车用非织造材料生产情况3

2.2开发趋势4

第三章土工布4

3.1土工布4

3.1.1隧道5

3.1.2垃圾填埋场5

3.1.3道路（公路，铁路，机场）6

3.1.4排水7

3.1.5堤坝7

3.2土工布的过去和未来发展8

第四章非织复合材料的其他领域8

4.1非织造复合材料8

4.1.1导电材料8

4.1.2保温隔热材料8

4.1.3过滤材料9

4.1.3.1食品医疗卫生用9

4.1.3.2产业用9

4.1.4绝缘材料9

4.1.5农用材料10

4.1.6擦拭材料10

4.1.7音响材料10

4.2.发展设想10

4.2.1生物纤维的应用10

4.2.2高强高模等新颖纤维的应用10

参考文献11

第1章前言

非织造布的复合技术又称层压，是把两层或者多层相同或不同的材料通过加热、加压，有时再加上粘合剂，结合为整体的方法，成为复合材料，从而形成一种新的材料。

多种材料的复合能够发挥其中各材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。

复合技术应用广泛，其中最典型的例子就是传统的纺粘、熔喷法，例如多层的手术服材料，表面层是防水层，中间层是有阻隔作用的透气膜，贴身的内层是柔软舒适的棉纤维材料。

多层复合技术除了可以加工一般的纤维材料外，还可以加工如泡沫海绵、木材、塑料和金属等其他材料，制成如夹板、挡风玻璃和复合铝合金板等复合材料，并应用在各种工业领域的很多产品中。

非织造布也可以通过复合技术用来提高其附加值，扩大应用范围，并渗透到很多新的领域中去。

复合技术是一种开发新材料、新产品的重要加工手段，简单且成本低廉，应该作为重点发展的方向之一，其主要原因可归纳为以下几点。

（1）技术进步和社会的发展需要不断地开发新的材料和提升材料的性能。

（2）产品差别化是企业的一项重要精整策略，开发生产与众不同的产品，才能立于不败之地，材料是产品差别化的重要一环。

（3）开发单一的新材料需要投入很多资源，并存在巨大的风险。

而且往往很难满足所需功能的要求。

（4）利用现有材料复合成新的材料，可提高材料性能，使其具有新的特征，可以满足特定的用途。

（5）多层复合技术相对简单，投资小，非织造卷材厂和制品厂可用该项技术开发新产品，发展新业务。

材料的多层复合时通常需要加热加压，还常使用粘合剂。

多层复合过程可以分成施加粘合剂和加固两部分。

复合工艺可以分为干法、湿法和多层复合。

干法和湿法一次只能进行两种材料的复合，效率比较低，但是成本低廉。

下面介绍几种复合技术。

1.1应用领域

1.1.1复合材料的应用领域

（1）复合材料的形式多种多样，如各类纺织物和非织造布、泡沫海绵、塑料膜、皮革、纸张、金属、木材、蜂窝板等，所以产品应用领域很广泛。

（2）在服装工业领域，可以作服装的衬布，高性能的运动服、休闲服、鞋类中运动鞋的的鞋帮鞋底、鞋内衬、软垫和撑、皮革和合成革。

（3）在家具领域可用作窗帘、遮阳布、墙布，地毯背衬、地毡，水床和床垫，床褥套，百洁布，桌垫，行李箱衬和分隔材料，办公室分隔板和办公室家具。

（4）在体育休闲领域可用作体育运动器材，如帆船的风帆，冲浪板，潜水服，防卫服和护身装置。

（5）在医疗领域可用作多孔和无孑L的敷料和绷带，透气织物和弹性材料，脚垫、手术衣和病床床单。

（6）在过滤领域多层复合过滤材料用于高性能的过滤器，满足在使用寿命、强度、容尘量和过滤效率方面的更高要求，这是当今过滤材料的发展趋势。

7）在土木工程材料领域主要使用非织造布加格栅多层复合材料。

（8）在建筑领域中可用作隔音和保温材料，地毡、底板等。

铝的多层复合材料具有极小的质量和极高的强度，应用领域非常广泛，在建筑上可以承受特殊地区超高、超大建筑的风压强度要求，也可以满足建筑过程中更大的分隔需要，并具有非常好的平整度和优越的加工性能。

（9）在交通能源领域可用作飞机、火箭、舰船和游艇的壳体、结构件、零部件；飞机、车船的内装饰，如座椅、地毯、车顶棚、车门、行李箱等；汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架；隔音、隔热件；预加粘合剂材料和模压件预复合材料；太阳能电池、风能发电机叶片等。

（10）在国防工业领域可用作防弹衣、防弹头盔，装甲车内衬，迷彩服等。

（11）复合材料领域可用作以玻璃环境，碳纤维以及金属丝等材料作为增强体合成材料。

由于其优异的特性，广泛应用航空航天，汽车，电子电气，建筑，能源健身器材等领域，大有发展前景。

第2章非织造复合材料在汽车上的应用

汽车工业是纤维材料的一个具有巨大潜力的市场，尽管在汽车所用的原材料中按重量计纤维材料仅占3%。

如今在汽车中应用的基于非织造材料的零件已超过40种，从空气和油的过滤介质到内饰材料等，内饰非织造材料包括声、热绝缘材料，结构件以及装饰件。

模压成型的非织造内饰件包括门内饰、行李舱盖板、车顶、车厢衬垫、座椅靠背等。

　2.1汽车工业是纤维材料潜力巨大的

　　北美和欧洲汽车内饰材料市场将从2003年的170亿美元增加到2008年的220亿美元,主要内饰材料包括座椅、门内饰板、车厢地毯、车顶、仪表板、行李舱盖板以及吸音、隔热、隔振材料。

　　2.1.1非织造材料在汽车中的应用

　　如今在汽车中应用的基于非织造材料的零件已超过40种,从空气和油的过滤介质到内饰材料等,内饰非织造材料包括声、热绝缘材料、结构件以及装饰件。

模压成型的非织造内饰件包括门内饰、行李舱盖板、车顶、车厢衬垫、座椅靠背等。

1997年时生产一辆轿车仅需1m2非织造材料,今天则已需20m2非织造材料（折合重量为15～20kg）,而且用量还在继续增加。

汽车中不同应用部位占用非织造材料的比例（按面积计）分别为:

吸音、隔音、隔振衬垫材料17%,地毯43%,车厢衬垫13%,发动机罩衬垫10%,座椅6%,车顶内饰6%,后舱盖板3%,车门内饰1%,其他1%。

　　汽车用非织造材料可分为模压内饰件（车顶、后舱盖板、车门内饰及头枕、模压地毯）,吸音和绝热材料（声、热绝缘材料,蓬松的纤维基衬垫可模压成型）以及复合和叠层材料（高性能纤维、天然纤维非织造片材,玻璃纤维非织造片材及其他）。

汽车用非织造材料所用的纤维包括聚酯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维和天然纤维（如亚麻、大麻、黄麻和剑麻纤维等）。



2.1.2汽车用非织造材料品种

针刺非织造材料：

针刺地毯,可与基底材料复合、模压成型制成车顶、衣帽架、门内饰等部件、轮罩衬里、行李舱衬垫等。

声、热及振动绝缘材料：

用密度为50～100kg/m3、面密度为500～1800g/m2的纤网加工成表面带压敏胶的自粘性片材或模压件,可用于车顶衬垫、车门衬垫、地毯下汽车地板用吸音、隔音、隔热、隔振材料。

　　密度为100～250kg/m3且表面复合装饰面料的具有隔音性能和自支承的模压件,可用于发动机罩,汽车舱室前端、仪表板的绝缘材料以及地板、行李箱、车顶衬垫。

　　上述两种低密度、中密度非织造绝缘材料过去多用废纤维加酚醛树脂粉末经成网热固化制成,因环保要求,趋向于限制使用酚醛树脂,现已开发出采用废纤维中加入热塑性纤维,经混合、成网、热熔粘合而成,并可进一步模压的工艺。

2.1.3国内车用非织造材料生产情况

上世纪80年代中期，上海市纺织科学研究院在“七五”和“八五”国家重点科技攻关项目中，先后研究开发了汽车内饰用非织造材料，如低密度吸音、隔热、隔震衬垫材料，中、高密度非织造结构内饰件（如车顶内饰、门内饰、后舱盖板等），上述研究项目现已应用于生产（如温州环球汽车衬垫有限公司、常熟汽车饰件有限公司），产品达到德国大众汽车公司标准。

国内的一些汽车内饰件厂也通过引进技术与生产线以及自行开发，生产各类汽车内饰件（如针刺模压地毯、车顶内饰等）。

目前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。

去年仪征化纤股份有限公司与世界最大的功能布料用聚合纱线生产商美国UNIFI公司合资成立的仪化宇辉化纤有限公司揭牌成立并正式投入运营。

合资后，仪化的长丝产品将历史性地进入汽车装饰面料等新领域，产品附加值和市场竞争能力将得到进一步提升。

近年来，世界聚酯发展格局正处于不断调整之中，世界聚酯的产业中心向中国转移，中国成为世界聚酯生产和消费第一大国。

涤纶长丝的发展非常迅速，特别是汽车装饰面料的发展势头良好，市场空间广阔，对细旦丝及功能性差别化纤维的需求有明显上升趋势。

据预测，随着中国汽车消费高潮的到来，国内以装饰为主的汽车面料市场也随之加快发展，市场需求将达800亿元。

做为美国500强上市公司的UNIFI负责人表示，合资公司要在5年内实现年销售收入5亿美元的目标。

双方共同努力将合资公司打造成国内领先、世界一流的差别化长丝生产商。

由西安交通大学与广东省东方剑麻集团有限公司联合研制成功“环保型剑麻纤维增强汽车刹车片”，经过权威部门性能测试，刹车片的摩擦系数、磨损率、硬度、冲击韧性等各项性能均达到国家标准，专家们一致认为：

该种以剑麻作为增强纤维的环保型汽车刹车片产品具有摩擦系数平稳、热恢复性能好、刹车噪音小、使用寿命长、低成本等优点。

同时在生产和使用过程中消除了对人体的危害及对环境的污染，开创了我国汽车刹车片的新时代。

目前刹车片的主流增强纤维以钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维以及其他有机合成纤维等为主。

但是，使用单独一种纤维作为增强材料都存在一些弱点。

因此，目前往往采用数种纤维混合增强摩擦材料。

剑麻纤维是可再生资源，并能够自然降解，分解产物无毒无害，摩擦性能优良。

经过几年的研究，科研人员在产品的开发和研究过程中攻克了剑麻纤维应用于汽车制动材料的关键技术难题，成功研制出了单纯以剑麻纤维增强的汽车用制动材料，这在摩擦增强纤维研究领域也是一个创新。

2006年3月29日，在盛况空前的中国国际纱线展览会上，由烟台氨纶股份有限公司研制成功，首次亮相国内的高科技纤维——芳纶1313成为整个展会的主角。

从而，中国——昔日美国芳纶禁运的重点对象，如今突出重围，成功地实现了芳纶1313的工业化生产，并跻身于世界三大芳纶制造商行列，与美国杜邦公司、日本帝人公司共同掌控世界芳纶市场。

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很大差距。

汽车内饰非织造材料的研究与开发力度不够，在环保型材料、轻量化、高强度复合材料、高性能汽车过滤材料以及电动汽车电池隔膜材料等带有前瞻性，并会影响汽车用材料工业未来发展的重大研究课题方面还是空白。

　2.2开发趋势

（1）安全性高的优秀的增强纤维。

　　天然纤维废料在以焚化方式处理过程中,仅发散出CO2,而在天然纤维生长过程的光合作用中又要吸收CO2,因此天然纤维是一种天然的可每年新生的一种资源；天然纤维密度小,可制成轻质结构材料；在发生碰撞事故中,与玻璃纤维增强塑料件比其模压件不会产生锐利碎片,因而更安全,同时也不像玻璃纤维会引起皮肤及呼吸道过敏反应。

　　国外汽车内饰材料开发研究方面一个值得注意的趋势是:

汽车内饰结构材料重视采用麻类天然纤维。

欧洲汽车工业使用的麻类纤维自1996年以来以很高的速率增长,1999到2000年增长了90%,2001年其使用比例达到17%。

采用天然纤维的热塑性或热固性模压件已成为欧系轿车的标准配置,每辆轿车所用的天然纤维达5～10kg,作为一种新的加工技术——麻类天然纤维+聚丙烯注射模压技术在未来几年中将呈继续增长的态势。

（2）长的原因在于其可提供生态与性更佳以及耐冲击韧性更好的结构件。

　　由美国Ford公司参加的英国Qinetig2Led公司的生态型汽车用非织造材料研究项目的目标是：

开发用于注塑成型内饰件的天然纤维热塑性非织造复合材料技术,以减少汽车工业对不可持续原材料的依赖。

　　根据欧共体的法规,至2015年汽车必须以95%的可循环使用的材料制造。

天然纤维是一种可以新生的原料，其产品更容易循环使用,且能耗较少、较低。

Ford公司认为天然纤维相对于合成纤维是更好的吸收能量的材料,可以制造更强韧、受撞击不易碎裂的板材,从而安全性更佳。

使用天然纤维复合材料还有利于降低车辆重量,改进车辆的燃油经济性。

第3章土工布合成材料

3.1土工布

土工合成材料是岩土工程和土木工程等工程建设用聚合物材料或聚合物工程材料的总称，起源于土工布，又称土工织物。

在应用初期，土工布与土工合成材料没有严格的划分，土工布承担着加筋、过滤、排水等几乎所有的功能，随着各种类型的材料开发，加筋土工格栅和防水土工膜等材料出现，土工布被重新定位。

土工特种复合材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。

土工复合材料是由上述各种材料复合而成，能起到多种功能的作用，更好地满足具体工程的需要，如复合土工膜、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。

土工合成材料具有土过滤、排水、防渗、加筋、防护、隔离、表面冲蚀防护等作用。

过滤：

在液体压力的作用下'液体通过土工布或土工布有关产品同时保持土壤及其颗粒不流失。

典型产品有土工布。

排水：

收集降水、地l下水和（或）其他液体，并沿土工布或土工布有关产品平面进行传输。

典型产品有土工网。

防渗：

通过土工布或土工布有关产品的应用，防止或限制液体的迁移。

典型产品有土工膜。

加筋：

利用土工布或土工布有关产品的应力应变性能改善土壤或其他建筑材料的力学性能。

典型产品有土工格栅。

防护：

通过土工布或土工布有关产品的应用，防止或限制特定材料的局部破损。

典型产品有土工网垫。

隔离：

防止相邻的土壤和（或）其他填料等介质的混合。

典型产品有土工布。

表面冲蚀防护：

防止或限制土体表面（如斜坡处）土壤及其他材料的滑移和流失。

典型产品有土工布、土工格栅等。

在水利工程中，土工合成材料主要用于海堤、江堤、湖堤达标工程，水库加固工程，围垦工程，防汛抢险。

在公路铁路航空港工程中用于软基加固处理、边坡防护、路面防反射裂缝结构层、排水系统、绿化隔离带。

在电工工程中用于核电站基础工程、火电灰坝工程、水电站工程、垃圾填埋工程等。

3.1.1隧道

如图1所示，在隧道的喷浆混凝土与预制拱架之间，由于岩石的移动或由于喷浆混凝土的粗糙便面会损坏支架的隔离膜，从而导致水泄露。

为了避免这种危险将土工布插入之间，它可承受机械压力，保护隔离层并作为充填层，从而不仅保护隔离层，而且还起到了表面排水的作用，使从岩石渗出的水分，从废纸不中疏导到集水管或下水管。

3.1.2垃圾填埋场

如图2所示，在垃圾填埋场中，非织布体现了四各方面的作用

（1）保护，例如对土工膜和土工网的保护，每一层土工膜均会有非织造布对其进行保护，

（2）疏导，垃圾填埋场中液体和气体收集后，非织造布作为介质进行疏导。

（3）隔离，例如隔离泥土与粒石

（4）过滤，在隔离的同事起过滤作用

（固态填埋场）

3.1.3道路（公路，铁路，机场）

在粒石层与土层之间加入非织造布，将土层与粒石层之间隔离，允许水向上，但阻止泥土流过，则可避免翻浆情况。

同时这层非织造布还起到将水疏导到排水系统的作用。

从而，使公路寿命延长3~5倍。

同时起着隔离，过滤，疏导和增强的作用，如图5

3.1.4排水

图6所示，在公路，铁路或其他地

下水的排水，经常采用带空的管道

很容易被水带来泥沙所堵塞，而采用

在管道外包一层非织布的方法可避免

这种事情的发生

3.1.5堤坝

堤坝中的水和毛细（管）作用会对堤坝造成损害，而铺设土工非织布会收集和转移会对堤坝造成损害的”祸水”。

消散非织造布下面的流体，同时亦可抵挡流浪和暗流的冲击，从而极大的提高堤坝的寿命。

以上仅是非织造土工布在土工工程中应用的几个典型方面。

实际上非织造复合材料在土工布领域上的应用还有不少，例如做土工护墙，泥围栏，对有裂缝路面进行修补等方面，而且随着认识和技术的提高，其应用范围额在不断扩大。

3.2土工布的过去和未来发展

国外对土工布的应用早在60年代就已开始，美国是世界上土工布消费量最大的国家，它在90年代初对其年用量就在3亿m2以上，近几年用量达到7亿m2。

欧洲和曰本的土工布也得到较快发展，欧洲土工布近几年的年用量也在4亿m2左右，其中纺粘法非织造布占非织造土工布的60％左右；曰本在90年代中期以后对土工布的应用有显著的增长。

曰本非织造土工布中以纺粘法用量最大，约占非织造土工布总量的60％，而且主要是PET纺粘布。

在“十五”及至“十一五”计划期间，我国规划在水利、电力、交通、环境保护、江河治理等各项工程上的投资巨大，包括水利建设、南水北调工程、电力投资、公路和铁路建设、环境工程建设，还有港口、机场、垃圾处理、江河湖海治理、治沙等等工程，投资计达上万亿元。

中国在今后10年或更长时间，将会有更多的基础设施工程要建设，对土工布的需求也将会越来越多，中国将成为世界土工合成材料的最大营销市场。

第四章其他非织造复合材料的开发现状与发展设想

4.1非织复合材料

人类社会的进步，科学技术的发展对复合非织造材料产品的品种和功能不断提出新的要求。

合成纤维、无机纤维和各种高强、高模功能纤维的问世，有机型、无机型的各类黏合剂、助剂的开发成功，造纸尤其是长纤维造纸工艺技术、设备的改进，适应了这些新原料的抄造，特别是多学科的交叉与结合，研制成综合了不同材料特性的新颖材料，为满足各行各业尤其是尖端科学技术的需求提供了先决条件。

4.1.1导电材料

非织造导电材料通常选用或添加导电纤维和粉末（如金属纤维、碳纤维、经电镀处理的纤维、金属粉末、碳粉等）抄造而成，可以用作燃料电池的电极材料、发热材料和电磁波屏蔽材料等。

能源和环境是人类社会持续发展的两大战略，清洁高效的可再生替代能源的开发利用在各个领域都得到不同程度的重视。

国际能源界研究的质子交换膜燃料电池在经历了电动汽车领域应用的风起云涌之后，目前的开发重心集中在通信基站备用电源、叉车和观光游览车用发动机和移动便携式电源三个领域，而通信基站备用电源是重中之重。

PEMFC用碳纸是以100％碳纤维抄造成原纸，经浸渍树脂、热压、高温碳化与石墨化制成。

用作PEMFC的多孔扩散层电极材料在电极中起支撑催化剂层和稳定电极结构的作用，还具备为电极反应提供气体通道、电子通道和排水通道等多种功能。

该电极材料具有均匀而致密的多孔结构、优异的透气性、高的电子传导能力、良好的化学稳定性和热稳定性。

4.1．2保温隔热材料

对于有耐温要求，常规保温材料均以无机纤维如玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维和石棉纤维、海泡石纤维等为原料。

纯纤维湿法工艺制造的隔热保温材料刚性强、强度高，但密度高、导热系数高。

石棉是无机纤维保温材料最佳原料，用石棉制作的隔热保温材料的导