□ 作者：肖志 （现任常熟市金丰无纺制品有限公司技术部主任）
   指导老师：封严（天津工业大学纺织学部副教授）

    随着汽车车型的不断变化，车辆档次也在不断提高，从而使汽车用地毯的需求量大幅度增加，汽车用针刺地毯由此应运而生。针刺地毯表面纤维层本身具有一定的两维延展性，通过特定形式以高频率刺入两维或三维卷曲短纤维网，使纤维与纤维之间产生缠结，由于纤维的卷曲缠结和纤维与纤维表面的摩擦力使得产品具有一定强度。具有这种性质的针刺地毯在采用热塑性胶乳或热塑性树脂涂层进行纤维网固结后，就具备了轿车成型所需的热形变性能。近年，针刺地毯由于在成型工艺上比簇绒地毯效率更高，成本更低已经逐渐占领车用地毯织物市场。同时，学者们正在逐步结合人体工学、设计美学等其他学科，力求将市面上车用针刺地毯的疯狂掉绒现象降到最低。
    实验操作得出关键数据
    针刺法非织造布是指通过带钩刺的刺针对梳理过的纤维网进行反复穿刺，使纤维与纤维之间相互缠结，形成三维骨架结构，并产生抱合力和摩擦力，从而具有很高的强力，很好的手感，良好的滤水性能和透气性。
    原料与仪器
    实验用原料为丙纶纤维和再生涤纶纤维。不同种类、不同色号的纤维的各项参数都存在差异，本实验采用三种不同的纤维配比的混合纤维制成单条纹针刺地毯，三种试样纤维配比及纤维的各项性能如表所示。

    作为地毯上胶用的胶乳最初使用的都是天然橡胶乳液，与填充剂等物质混炼，然后涂覆在地毯上，以形成柔韧的防水涂层。但随着合成橡胶工业的发展，合成橡胶胶乳逐渐代替了天然胶乳，不仅配制简单、稳定性好、能较长时间贮存，而且粘着性、耐老化性、白度等都良好，特别适用于地毯上胶。因此本实验用胶乳为丁苯胶乳，pH=5，固含量为51.7%。
    本研究中的地毯样品是在博优（日照）铺地材料有限公司的针刺生产线上制备。实验用主要测试仪器及来源如下表所示。

    掉绒性能测试
    利用织物摩擦掉绒测试仪对织物进行掉绒测试。按规定方法和实验参数，利用圆形橡胶摩擦头，通过往复式运动，使织物摩擦起毛掉绒。摩擦结束后，对掉绒进行称重，精确到0.0001g，并且在规定光照条件下，将起毛后的试样对比样照，观察起毛的严重程度。试样尺寸为50cm（长）×10cm（宽），每种试样3块，摩擦面积为20cm×4cm。
测试采用分别针对不同工艺参数的试样进行摩擦128次、500次、1000次，测试摩擦后试样掉绒情况，根据比较掉绒质量的大小和试样起毛的等级，由此得出不同工艺参数，主要是改变针刺频率、步进量和针刺深度对地毯掉绒的影响，以及摩擦不同次数对地毯力学性能的影响。改变针刺频率后的工艺参数如下表所示。

    数据分析确定最佳工艺
    实验各项参数对地毯性能都有重要影响。实验得出不同纤维配比的三种试样掉绒测试结果如表1所示。

    试样1及试样3的掉绒现象比较明显，并且试样1掉绒比试样3掉绒少，而试样2相对比试样1和试样3掉绒少。这是由于试样1全部为涤纶纤维。由表1可知，再生涤纶纤维的强力比丙纶纤维的强力低，所以掉绒较多，而试样3是由54%的丙纶纤维与46%的涤纶纤维混合而成，丙纶纤维比例大于涤纶纤维比例，由此可以看出过大的丙纶纤维比例不仅不能增强布的强力，反而会降低布的强力。而试样2是由24%的丙纶纤维和76%涤纶纤维组成的，涤纶纤维含量大于丙纶纤维，因此可以得出，一定比例的丙纶纤维对布的强力有增强作用。
    由表1中试样1测试结果和表2可以看出，将改变针刺频率前后的掉绒情况进行对比后，可知增大针刺频率对地毯掉绒情况有明显改善。这是因为随着针刺频率的增加，刺针滞留纤维网的时间就会缩短，同时针刺密度也随之增大。由理论可知针刺密度增大，就有更多的刺针作用于纤网，使纤网逐渐紧密，纤维之间的摩擦纠缠加强，纤网表层的纤维随着刺针的运动进入纤网内层。由于纤维纠缠抱合力的增强，纤维因应力回弹而回复初始状态的可能变小。这使得纤维在纤维网的状态更加稳固，经过摩擦后纤维不容易被破坏，所以掉绒现象减少。

    步进量是指刺针每针刺一个循环纤维网所前进的距离。步进量的大小影响着针刺密度，同时也影响着输出辊的线速度，从而影响了地毯的牵伸性能。改变步进量大小后，地毯掉绒结果如表3所示。

    由表1试样1测试结果和表3的实验数据可以得出，将改变步进量前后的掉绒情况进行对比后，可知增大或减少步进量，对地毯掉绒情况改善作用不是很大。这是因为随着步进量的适当增加，针刺密度会略微的减少，那么纤维之间的缠结就不那么紧密了，则地毯强力会有所下降，这样掉绒现象虽然会增多，但是作用并不是很大。
    针刺深度是指刺针针尖向下通过拖网板上表面的距离，即刺针刺穿纤维网后突出在网外的长度。针刺深度的大小影响着纤维的缠结效果、纤维与纤维之间的抱合力、纤维网厚度等。在不同针刺深度时，产品的掉绒测试结果如表4所示。

    由表1和表4的实验数据可以得出，将降低针刺深度前后的掉绒情况进对比后可知，降低针刺深度掉绒减少，但是研究发现，降低针刺深度使得绒头高度过低，达不到客户的要求，因此适当降低针刺深度是可以减少掉绒的，但是过低则会影响针刺地毯的绒面外观。
    将增大针刺深度前后的掉绒情况进对比后发现，增大针刺深度使得掉绒现象增加。因为针刺深度的不同会导致通过纤网作用于纤维的针刺倒钩数不一，从而影响非织造布的性能和结构；刺针刺入纤网的深度不同，导致纤网中纤维的重新定向程度不同，造成非织造布的结构和性能变化。针刺深度过大会使绒头高度过高，纤维容易被针刺刺出纤维网，从而破坏了纤维网的缠结结构，使得掉绒现象明显。因此可以得出增大针刺深度不利于掉绒现象改善的结论。
    试样经过128次、500次和1000次摩擦掉绒后，试样的拉伸断裂强力和断裂伸长率会不一样，与摩擦前的试样的拉伸断裂强力和断裂伸长率对比可发现摩擦掉绒对试样拉伸性能的影响。摩擦128次和摩擦500次以后，地毯强力降低，反而摩擦1000次后强力增加，这是因为随着摩擦次数增加，纤维掉绒越来越多，当达到一定次数后，纤维不会再掉，而摩擦使得纤维之间缠结更紧密，则摩擦次数大到一定值后，布的强力反而增大。