本技術(shù)涉及高性能材料，更具體地說，它涉及一種基于動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)嵌入的無紡羊毛氈的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在高性能材料領(lǐng)域，隨著對(duì)材料力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和可持續(xù)性要求的不斷提升，無紡羊毛氈作為一種重要的材料類型，其性能改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新成為研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的無紡羊毛氈在結(jié)構(gòu)與制造上存在一些固有挑戰(zhàn)，限制了其廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)無紡羊毛氈由于纖維排列相對(duì)松散，使得無紡羊毛氈在承受外力時(shí)容易發(fā)生形變，甚至破裂，無法滿足高性能應(yīng)用對(duì)材料強(qiáng)度和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。為了提升無紡羊毛氈的性能，研究人員嘗試采用多層或夾層結(jié)構(gòu)等復(fù)雜制造技術(shù)，但一方面這些技術(shù)不僅增加了制造過程的復(fù)雜性和成本，還可能導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。此外，復(fù)雜的制造工藝還可能引入額外的質(zhì)量控制問題，進(jìn)一步增加了材料制備的難度和不確定性。同時(shí)多層夾層技術(shù)層間易出現(xiàn)滑移，影響材料的性能。

2、因此，需要提供一種能夠解決傳統(tǒng)無紡羊毛氈的固有缺陷，同時(shí)滿足高性能應(yīng)用對(duì)材料提出的更高要求的高性能無紡羊毛氈制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高無紡羊毛氈的力學(xué)性能，本技術(shù)提供一種基于動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)嵌入的無紡羊毛氈的制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供的一種動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)，包括以下制備步驟：

4、(1)將熱塑性彈性纖維加入溶劑中60-70℃下反應(yīng)2-4h充分溶解，調(diào)節(jié)粘度至500-2000cp，得到聚合物溶液，所述聚合物溶液的質(zhì)量濃度為12-20％；

5、(2)將納米增強(qiáng)材料加入上述聚合物溶液中，20-40khz下超聲分散30-60min，得到納米增強(qiáng)聚合物溶液，所述納米增強(qiáng)材料加入量占聚合物溶液質(zhì)量的1-5％；

6、(3)將納米增強(qiáng)聚合物溶液加熱至180-250℃以50-200m/min的速度噴出紡絲，使用100-150m/s的高速氣流將纖維細(xì)化，收集到冷卻裝置后冷卻至常溫，形成纖維網(wǎng)，經(jīng)過干燥、固化后形成動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)。

7、通過采用上述技術(shù)方案，納米增強(qiáng)材料可在纖維內(nèi)形成利于氣體通過的微小通道，其低密度特性減輕纖維網(wǎng)重量，使動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)兼具良好拉伸性能與透氣性。制備工藝中通過精確調(diào)控?zé)崴苄詮椥岳w維在溶劑中的溶解條件與粘度，有效確保了聚合物溶液的穩(wěn)定性與均勻性。隨后，納米增強(qiáng)材料的引入并經(jīng)過超聲分散，不僅顯著提升了材料在聚合物中的分散均勻性，還通過界面相互作用增強(qiáng)了纖維的力學(xué)性能。在紡絲過程中，高溫下的聚合物溶液以適宜速度噴出，配合高速氣流細(xì)化纖維，確保了纖維的均勻性與細(xì)度。最終，冷卻固化步驟使得纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，形成了具有優(yōu)異動(dòng)態(tài)彈性、高強(qiáng)度與良好均勻性的動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)。

8、可選的，所述納米增強(qiáng)材料經(jīng)過硅烷化改性處理，使用環(huán)氧硅烷對(duì)納米填料進(jìn)行表面改性，所述改性操作包括如下步驟：

9、將納米增強(qiáng)材料與水、醇類溶劑混合，加入適量的環(huán)氧硅烷攪拌混勻后，加熱至60-80℃，持續(xù)攪拌2-3h后過濾，洗滌、干燥得到所述改性納米增強(qiáng)材料，所述納米增強(qiáng)材料與水、乙醇以及環(huán)氧硅烷的加入重量份之比為5-10：70-90：10-30：0.1。

10、通過采用上述技術(shù)方案，環(huán)氧硅烷的硅烷基團(tuán)與納米填料表面的硅羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的si-o-si化學(xué)鍵合，提高了納米填料的表面活性，同時(shí)硅烷化處理后的納米填料與聚合物基材有更好的相容性，減少了界面缺陷，增強(qiáng)了復(fù)合材料的力學(xué)性能。通過硅烷化處理，環(huán)氧硅烷增強(qiáng)了納米填料的分散穩(wěn)定性，改善了納米填料與聚合物基材之間的界面結(jié)合力，從而提高了復(fù)合材料的整體性能。

11、可選的，所述納米增強(qiáng)材料為納米二氧化硅與碳納米管以2-3:1的重量份比例混合得到的。

12、通過采用上述技術(shù)方案，二氧化硅與碳納米管以2-3:1的比例混合，兩種材料的不同特性相互補(bǔ)充，二氧化硅提供硬度和耐磨性，碳納米管通過分散應(yīng)力和傳導(dǎo)熱量提高纖維的抗撕裂性能和熱穩(wěn)定性，這兩種材料共同作用下提升了纖維網(wǎng)的整體性能，共同作用使得復(fù)合材料具有更優(yōu)異的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，滿足高強(qiáng)度和高溫應(yīng)用需求。

13、可選的，所述熱塑性彈性纖維為聚氨酯、氨綸以及聚酯纖維中的任意一種；

14、所述動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)厚度為0.5-2mm。

15、第二方面，本技術(shù)提供一種基于動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)嵌入的無紡羊毛氈的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

16、一種基于動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)嵌入的無紡羊毛氈的制備方法，包括如下步驟：

17、將動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)與羊毛氈基材層疊鋪設(shè)，兩層羊毛氈基材中間鋪設(shè)一層動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)，中心區(qū)域以熱壓工藝將纖維網(wǎng)與基材緊密融合，熱壓溫度控制在50-80℃，壓力3-10mpa，熱壓時(shí)間5-10秒；邊緣區(qū)域使用輕度漸變針刺工藝進(jìn)一步固定，在動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)與羊毛氈的邊緣結(jié)合區(qū)域使用高密度針刺向外逐漸減少至低密度，得到基于動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)嵌入的無紡羊毛氈；

18、所述中心區(qū)域位于羊毛氈的幾何中心位置，其面積占羊毛氈面積的80％±5％，為圓形或矩形區(qū)域；所述邊緣區(qū)域?yàn)檠蛎珰值?0％±5％面積，圍繞中心區(qū)域形成環(huán)狀或邊框狀區(qū)域。

19、通過采用上述技術(shù)方案，通過熱壓結(jié)合的方式將彈性纖維網(wǎng)嵌入羊毛氈中，增強(qiáng)層間摩擦力從而形成強(qiáng)結(jié)合區(qū)緊密結(jié)合在一起，而為了保持柔韌性和延展性，采取針刺固定邊緣區(qū)域，通過摩擦力和嵌合作用，進(jìn)一步固定纖維網(wǎng)與羊毛氈，避免了層間滑移，進(jìn)一步的采用輕度漸變針刺形成柔性結(jié)合區(qū)，避免了層間過度硬化，確保了材料整體柔韌性和強(qiáng)度的最優(yōu)組合，這種復(fù)合材料在保持羊毛氈原有特性的基礎(chǔ)上，增加了彈性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，拓寬了應(yīng)用范圍。

20、可選的，所述輕度漸變針刺過程中刺針刺入深度為5-10mm，針刺密度為50-100針/cm2。

21、通過采用上述技術(shù)方案，明確了輕度漸變針刺過程中刺針刺入深度和針刺密度的范圍，適宜的針刺深度和密度能夠確保纖維之間的有效交織和結(jié)合，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，輕度漸變針刺工藝還能減少材料損傷和纖維斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，保持材料的完整性和性能。

22、可選的，所述輕度漸變針刺過程中針刺深度從邊緣到熱壓結(jié)合區(qū)邊緣逐漸增加，針刺深度的變化由下式確定：

23、

24、其中，d(x)是在距離邊緣x處的針刺深度；

25、dmin為5mm，最小針刺深度，位于邊緣處；

26、dmax為10mm，最大針刺深度，位于熱壓結(jié)合區(qū)邊緣處；

27、l是邊緣到熱壓結(jié)合區(qū)邊緣的總距離。

28、可選的，所述輕度漸變針刺過程中針刺密度從邊緣到熱壓結(jié)合區(qū)邊緣逐漸增加，針刺密度的變化由下式確定：

29、

30、其中，n(x)是在距離邊緣x處的針刺密度(針/cm2)；

31、nmin為最小針刺密度，位于邊緣處為50針/cm2；

32、nmax為最大針刺密度，位于熱壓結(jié)合區(qū)邊緣為100針/cm2；

33、l是邊緣到熱壓結(jié)合區(qū)邊緣的總距離。

34、通過采用上述技術(shù)方案，針刺深度和密度隨位置線性增加，確保了從邊緣區(qū)域到熱壓區(qū)域的平滑過渡，避免了突變帶來的應(yīng)力集中和材料損傷，逐步變化實(shí)現(xiàn)層間的均勻結(jié)合，提高材料的整體性能和耐用性。在靠近熱壓結(jié)合區(qū)針刺密度高、針刺深度深確保纖維結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，增強(qiáng)羊毛氈強(qiáng)度，慢慢過渡形成中間漸變層，針刺密度逐漸降低，針刺深度減淺，直至形成邊緣區(qū)域的柔性結(jié)合區(qū)，針刺密度最低，針刺深度最淺，保留纖維的柔韌性和彈性。

35、可選的，所述羊毛氈的厚度為5-10mm。

36、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

37、1、由于本技術(shù)過加入動(dòng)態(tài)彈性纖維網(wǎng)增強(qiáng)以及應(yīng)用分區(qū)結(jié)合工藝，制得各方面性能良好的羊毛氈產(chǎn)品，本專利產(chǎn)品在羊毛氈的核心質(zhì)控指標(biāo)上全面優(yōu)于傳統(tǒng)羊毛氈和市場(chǎng)同類產(chǎn)品，尤其在保持良好力學(xué)性能的情況下，同時(shí)更好的平衡了透氣性和柔韌性。本專利的技術(shù)創(chuàng)新顯著提高了產(chǎn)品的實(shí)效性，適用于戶外服裝、鞋靴、汽車內(nèi)飾等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

38、2、本技術(shù)中的針刺工藝不是全層針刺，而是分區(qū)漸變針刺，旨在通過不同區(qū)域的差異化處理來優(yōu)化整體材料的力學(xué)性能與柔韌性。這種設(shè)計(jì)不僅提升了材料的強(qiáng)度和耐久性，還保留了必要的柔韌性和透氣性，滿足了高性能應(yīng)用的需求。

39、3、本技術(shù)通過熔噴法制備的彈性纖維網(wǎng)可以直接嵌入到羊毛氈中，無需額外使用粘合劑或復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，從而減少了工藝步驟。利用熱壓結(jié)合和輕度針刺相結(jié)合的方式，在不同區(qū)域采用不同的結(jié)合強(qiáng)度，避免了全針刺或全熱壓處理帶來的復(fù)雜性和資源消耗。