用于結(jié)構(gòu)件的有高強(qiáng)度重量比的可模制非織造材料及其構(gòu)建方法
【專利說明】用于結(jié)構(gòu)件的有高強(qiáng)度重量比的可模制非織造材料及其構(gòu)建方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的相互引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的、序列號(hào)為61/794，630的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過參考而整體并入本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明主要涉及一種非織造材料及其構(gòu)建方法，更具體地，涉及至少部分地由天然纖維構(gòu)建并具有高強(qiáng)度-重量比的結(jié)構(gòu)非織造物。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)今的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件，尤其用于汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件，可利用基于石油的材料，諸如塑料，通過注射成型、熱成型或吹塑成型來制得。產(chǎn)品也可以由木材或金屬制得，然而，這些終端產(chǎn)品具有高的重量-強(qiáng)度比。工業(yè)，尤其是汽車、飛機(jī)和航空工業(yè)，正在尋求降低重量并增加強(qiáng)度，并且因此正在尋求具有高強(qiáng)度-重量比的結(jié)構(gòu)材料。在很大程度上，這是由生產(chǎn)更輕型車輛的需求來驅(qū)動(dòng)的，這種需求又導(dǎo)致燃油效率和工作效率提升。進(jìn)一步地，工業(yè)也正在尋求對(duì)環(huán)境友好的結(jié)構(gòu)材料，以使其生命周期終止不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種密度在約300-1200克每平方米之間的非織造材料。該非織造材料包括至少一種非織造網(wǎng)，其由天然纖維和含有馬來酸酐接枝聚丙烯的改性聚丙烯纖維制成。進(jìn)一步地，網(wǎng)布層至少部分熔融并擴(kuò)散到非織造網(wǎng)中。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，網(wǎng)布層在非織造網(wǎng)的外表面上并且形成非織造材料的外表面。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，非織造材料橫跨機(jī)器方向具有約76牛頓的抗彎強(qiáng)度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，網(wǎng)布層被夾在一對(duì)非織造網(wǎng)之間并且至少部分?jǐn)U散到各個(gè)非織造網(wǎng)中。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，非織造材料橫跨機(jī)器方向具有約80牛頓的抗彎強(qiáng)度。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，非織造材料被模制而形成車門加強(qiáng)板(bolster)或其他結(jié)構(gòu)件。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種形成密度在約300-1200克每平方米之間的非織造材料的方法。該方法包括混雜天然纖維素纖維與含有馬來酸酐接枝聚丙烯的改性聚丙烯纖維的混合物的步驟。然后，由該混雜的混合物形成至少一個(gè)非織造網(wǎng)。進(jìn)一步地，使所述至少一個(gè)非織造網(wǎng)接合而形成墊。然后，將網(wǎng)布層層壓到墊的表面并使網(wǎng)布材料至少部分熔融并擴(kuò)散到該墊的表面中。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法可以進(jìn)一步包括形成和接合一對(duì)墊，以及將網(wǎng)布層夾在一對(duì)墊之間層壓，形成包含墊和網(wǎng)布層的材料的混合區(qū)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該方法可以進(jìn)一步包括模制非織造材料而形成車門承枕或其他結(jié)構(gòu)件。
【附圖說明】
[0014]結(jié)合下面對(duì)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式和最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述以及所附權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的這些或其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)更容易理解。
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面模制的車門加強(qiáng)板的透視圖；
[0016]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面構(gòu)建的、用于模制圖1的車門加強(qiáng)板的非織造層的局部放大剖視圖；以及
[0017]圖3與圖2類似，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面構(gòu)建的非織造層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]更詳細(xì)地參見附圖，圖1示出了由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)建的非織造材料12(圖2)制成的車門加強(qiáng)板10。該車門加強(qiáng)板10為內(nèi)部車門面板，包括門把手在內(nèi)的外部裝飾車門面板連接到該內(nèi)部車門面板上。因此，除了車門面板所受的其他路徑的力之外，該車門加強(qiáng)板10必須能夠經(jīng)受因重復(fù)開啟和關(guān)閉車門所受的力?？紤]到對(duì)于這種車門加強(qiáng)板的極端要求，制造商通常有車門加強(qiáng)板必須滿足的特定規(guī)格。例如，一個(gè)這種要求就是車門加強(qiáng)板材料必須具有1600克每平方米的密度。該要求來自以下理念:這個(gè)密度對(duì)于車門加強(qiáng)板為經(jīng)受典型的車門應(yīng)用而滿足下面的要求是必需的:55.5N的抗彎強(qiáng)度(機(jī)器方向)、70.5N的抗彎強(qiáng)度(橫跨機(jī)器方向)、98.6%的彎曲韌性(機(jī)器方向，machinedirect1n)、97.5%的彎曲韌性(橫跨機(jī)器方向，across machine direct1n)、6.02N/m 的抗彎剛度(機(jī)器方向，machine direct1n)，以及8.84N/m的抗彎剛度(橫跨機(jī)器方向，across machine direct1n)。盡管僅具有大約1200克每平方米的密度，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的非織造材料12能夠壓制成車門加強(qiáng)板10的構(gòu)造，并滿足或超過這些要求，這最終減小了重量，但卻達(dá)到并超過前述的結(jié)構(gòu)要求。
[0019]非織造材料也稱為非織造薄片或?qū)?2，其被首先構(gòu)建成輕量的非織造網(wǎng)。該非織造網(wǎng)由天然纖維素纖維制成，諸如包括竹、洋麻、亞麻、大麻、黃麻等的天然韌皮纖維。相應(yīng)地，所用纖維天然可再生，并且與未被使用的基于石油的纖維相比具有低的碳排放量(carbon footprint) 0韌皮纖維混雜有改性聚丙稀纖維(含有馬來酸酐接枝聚丙稀的聚丙烯，以下稱為含有MAPP的PP)，其中，與標(biāo)準(zhǔn)的聚丙烯纖維相比，在此所用的改性聚丙烯具有更大的分子量。基于所需的最終結(jié)構(gòu)特性，含有MAPP的PP的混雜比例可以在約25% -60%之間，在一個(gè)實(shí)施例中，50%的含有MAPP的PP與50%的洋麻纖維一起使用。將馬來酸酐接枝聚丙烯加入聚丙烯纖維有助于加強(qiáng)韌皮纖維與聚丙烯之間的接合。因?yàn)槔w維素纖維是極性的和親水性的，而PP為非極性的和疏水性的，所以馬來酸酐提供了產(chǎn)生所需的高粘性的極性和反應(yīng)度。馬來酸酐接枝聚丙烯與纖維素的-OH基形成一些氫鍵或共價(jià)鍵，它還用作增容劑并在纖維素和聚丙烯之間提供極性反應(yīng)，這增加了復(fù)合材料的強(qiáng)度，同時(shí)改性聚丙烯的增加的分子量提高了復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度。
[0020]含有MAPP的PP纖維和韌皮纖維首先被混雜在一起，隨后用精開棉機(jī)處理該混雜物，這有助于使混雜物更均勻并且還有助于將纖維束散開為單根的纖維。
[0021]混雜物隨后用成網(wǎng)機(jī)處理以形成非織造網(wǎng)，其中該非織造網(wǎng)的重量可以在約300克每平方米至5000克每平方米之間，其中所制樣品約為1200克每平方米。該非織造