摘 要：本申请涉及黄麻层状产品制备技术领域，具体涉及一种S型黄麻纤维立体结构及其制备方法，该方法包括：基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，获取黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层；将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；采集各时刻纤维堆垛的视觉图像；确定各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差；得到各时刻纤维堆垛的连接密实度；修正加压阶段压力调整的步长，确定当前时刻的下一时刻加压阶段的压力值；热压成型结束后脱模，自然冷却至室温得到黄麻层状产品。从而提高黄麻层状产品的力学性能。
1.一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，分别通过开包、开松、给棉、梳理、铺网，得到黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层；将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；在热压成型的加压阶段采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；并以各预设方位角采集各时刻纤维堆垛的视觉图像；分析各时刻所有预设位置的压力的离散程度与变化速率，确定各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差；通过所述视觉图像中相邻黄麻纤维毡层之间的连接边界相比于水平线的偏离程度，确定纤维堆垛各预设方位角各时刻的综合偏差值；基于预设权重对各时刻所有预设方位角的综合偏差值进行加权融合，得到各时刻纤维堆垛的连接密实度；结合所述热压倾斜偏差与所述连接密实度，修正所述加压阶段压力调整的步长，确定当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值；热压成型结束后脱模，自然冷却至室温得到黄麻层状产品。
2.如权利要求1所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述热熔聚酯纤维原料包为熔点在180~280℃的4080热熔纤维。
3.如权利要求1所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述纤维堆垛的第一层和最后一层均为黄麻纤维毡层；所述黄麻纤维毡层的面密度为50~250g/m2，厚度为1~3mm；所述热熔聚酯纤维毡层的面密度为100~600g/m 2，厚度为0.2~0.5mm。
4.如权利要求1所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述热压成型包括预热阶段和加压成型阶段，所述预热阶段的温度为200℃~250℃，时长为10~20min；所述加压成型阶段的时长为20min~40min。
5.如权利要求1所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述热压倾斜偏差的确定包括：计算各时刻所有预设位置的压力的梯度的和值，所述热压倾斜偏差与所述离散程度、所述和值的模均成正相关。
6.如权利要求1所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述综合偏差值的确定包括：对各时刻各预设方位角的所述视觉图像进行边缘检测，获取各视觉图像中相邻黄麻纤维毡层之间的热熔聚酯纤维毡层融化后形成的边界线，计算边界线上所有像素点与水平线之间的距离之和；基于各视觉图像中所有边界线的所述距离之和，确定所述综合偏差值。
7.如权利要求6所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述综合偏差值为各视觉图像中所有边界线的所述距离之和的均值。
8.如权利要求5所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述连接密实度的确定包括：与所述和值的方向最接近的方位角的权重范围为[0.3,0.5），剩余各方位角的权重相等且所有方位角的权重和为1；所述连接密实度为各时刻所有预设方位角的综合偏差值进行加权求和的倒数。
9.如权利要求4所述的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，其特征在于，所述确定当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值，包括：针对各时刻，计算所述连接密实度与所述热压倾斜偏差的比值的归一化结果，计算所述加压成型阶段的预设压力范围的区间长度与加压成型阶段的时长的比值，记为第一比值；当前时刻的下一时刻的压力调整量为所述归一化结果与所述第一比值的乘积，当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值为当前时刻的压力值与所述乘积的和值；所述自然冷却至室温得到的黄麻层状产品的密度为80~150kg/m3，厚度为2~5cm。
10.一种S型黄麻纤维立体结构，其特征在于，应用权利要求1 9任意一项所述一种S型黄麻纤维立体结构制备方法制备而成。
技术领域
本申请涉及黄麻层状产品制备技术领域，具体涉及一种S型黄麻纤维立体结构及其制备方法。
背景技术
黄麻为椴树科黄麻属，属于一年一生的草本植物，由黄麻制成的S型黄麻纤维凭借天然纤维、可降解性、物理强度高、保温隔热等优点，在建筑饰材、产业用品、家纺用品、服装用品等领域有广泛应用。
黄麻层状产品是由黄麻纤维层通过层层铺设的加工工艺，制备而成的基材成品，后续可进一步加工制备得到黄麻床垫、黄麻装饰板、黄麻吸音板、黄麻服饰等黄麻成品。为提高黄麻层状产品的厚度和柔韧性，需要在黄麻纤维层之间添加连接层，最终通过热压成型工艺进行成型得到黄麻层状产品。
而在传统的黄麻层状产品制备过程中，通过阶段式的升压工艺进行热压成型，容易导致生产的黄麻层状产品内部应力不集中、密度不均匀以及出现分层的风险，影响黄麻层状产品的性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请的目的在于提供一种S型黄麻纤维立体结构及其制备方法，所采用的技术方案具体如下：第一方面，本申请实施例提供了一种S型黄麻纤维立体结构制备方法，该方法包括以下步骤：基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，分别通过开包、开松、给棉、梳理、铺网，得到黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层；将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；在热压成型的加压阶段采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；并以各预设方位角采集各时刻纤维堆垛的视觉图像；分析各时刻所有预设位置的压力的离散程度与变化速率，确定各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差；通过所述视觉图像中相邻黄麻纤维毡层之间的连接边界相比于水平线的偏离程度，确定纤维堆垛各预设方位角各时刻的综合偏差值；基于预设权重对各时刻所有预设方位角的综合偏差值进行加权融合，得到各时刻纤维堆垛的连接密实度；结合所述热压倾斜偏差与所述连接密实度，修正所述加压阶段压力调整的步长，确定当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值；热压成型结束后脱模，自然冷却至室温得到黄麻层状产品。
在其中一种实施例中，所述热熔聚酯纤维原料包为熔点在180~280℃的4080热熔纤维。
在其中一种实施例中，所述纤维堆垛的第一层和最后一层均为黄麻纤维毡层；所述黄麻纤维毡层的面密度为50~250g/m2，厚度为1~3mm；所述热熔聚酯纤维毡层的面密度为100~600g/m2，厚度为0.2~0.5mm。
在其中一种实施例中，所述热压成型包括预热阶段和加压成型阶段，所述预热阶段的温度为200℃~250℃，时长为10~20min；所述加压成型阶段的时长为20min~40min。
在其中一种实施例中，所述热压倾斜偏差的确定包括：计算各时刻所有预设位置的压力的梯度的和值，所述热压倾斜偏差与所述离散程度、所述和值的模均成正相关。
在其中一种实施例中，所述综合偏差值的确定包括：对各时刻各预设方位角的所述视觉图像进行边缘检测，获取各视觉图像中相邻黄麻纤维毡层之间的热熔聚酯纤维毡层融化后形成的边界线，计算边界线上所有像素点与水平线之间的距离之和；基于各视觉图像中所有边界线的所述距离之和，确定所述综合偏差值。
在其中一种实施例中，所述综合偏差值为各视觉图像中所有边界线的所述距离之和的均值。
在其中一种实施例中，所述连接密实度的确定包括：与所述和值的方向最接近的方位角的权重范围为[0.3,0.5），剩余各方位角的权重相等且所有方位角的权重和为1；所述连接密实度为各时刻所有预设方位角的综合偏差值进行加权求和的倒数。
在其中一种实施例中，所述确定当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值，包括：针对各时刻，计算所述连接密实度与所述热压倾斜偏差的比值的归一化结果，计算所述加压成型阶段的预设压力范围的区间长度与加压成型阶段的时长的比值，记为第一比值；当前时刻的下一时刻的压力调整量为所述归一化结果与所述第一比值的乘积，当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值为当前时刻的压力值与所述乘积的和值；所述自然冷却至室温得到的黄麻层状产品的密度为80~150kg/m3，厚度为2~5cm。
第二方面，本申请实施例还提供了一种S型黄麻纤维立体结构，应用上述任意一项所述一种S型黄麻纤维立体结构制备方法的步骤制备而成。
本申请至少具有如下有益效果：本申请基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，分别通过开包、开松、给棉、梳理、铺网，得到黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层；将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；在热压成型的加压阶段采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；并以各预设方位角采集各时刻纤维堆垛的视觉图像；通过压力与视觉的双模态感知，将实时多维度监测与智能动态调控进行深度融合，提升了后续纤维堆垛压力调控的准确性与可靠性；分析各时刻所有预设位置的压力的离散程度与变化速率，确定各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差；通过所述视觉图像中相邻黄麻纤维毡层之间的连接边界相比于水平线的偏离程度，确定纤维堆垛各预设方位角各时刻的综合偏差值；通过热压倾斜偏差和综合偏差值的计算，动态解析纤维堆垛受热压缩的均匀性与层间结合状态，进而自适应调整压力参数；基于预设权重对各时刻所有预设方位角的综合偏差值进行加权融合，得到各时刻纤维堆垛的连接密实度；结合所述热压倾斜偏差与所述连接密实度，修正所述加压阶段压力调整的步长，确定当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值；有效保障了黄麻层状产品内部结构的密实度与各向同性，显著提升层间粘结强度与整体力学性能，同时避免了传统固定压力导致的局部过压或欠压缺陷，优化纤维分布均匀性，减少因热应力不均引发的翘曲变形风险；热压成型结束后脱模，自然冷却至室温得到黄麻层状产品，提升了黄麻层状产品的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本申请一个实施例提供的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法的步骤流程图；
图1
图2为黄麻层状产品纤维堆垛示意图；
图2
图3为黄麻层状产品孔洞分布示意图的正视图；
图3
图4为黄麻层状产品孔洞分布示意图的侧视图；
图4
图5为黄麻层状产品互补嵌入连接结构示意图。
图5
具体实施方式
为了更进一步阐述本申请为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请提出的一种S型黄麻纤维立体结构及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本申请所提供的一种S型黄麻纤维立体结构及其制备方法的具体方案。
实施例1
请参阅图1，其示出了本申请一个实施例提供的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：S1，基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，分别通过开包、开松、给棉、梳理、铺网，得到黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层。
在本实施例中通过成网机组实现将成品S型黄麻立体纤维包制备为黄麻纤维毡层，具体为：首先，利用开包机打开黄麻纤维原料包，使得在运输过程中压实的黄麻纤维原料进行松散；接着，利用开松机将黄麻纤维原料进一步打散，便于后续的铺网操作，然后，通过给棉机以稳定的速度将处理好的黄麻纤维均匀输送至梳理机。在梳理机内通过设备刷梳理黄麻纤维使其呈现单纤维状态，并定向排列形成较薄的黄麻纤维网；最后，利用铺网机将较薄的黄麻纤维网多层铺叠制成具有一定厚度和均匀度的黄麻纤维毡层。
需要说明的是，本实施例中所述成网机组包括开包机、开松机、给棉机、梳理机、铺网机，目的为实现将成品的黄麻纤维原料包打散铺网形成质地均匀的黄麻纤维毡层；本实施例中黄麻纤维毡层的面密度为50g/m2，厚度为1mm。
在本实施例中，采用与黄麻纤维毡层相同的处理工艺，将其中的黄麻纤维原料包替换为热熔聚酯纤维原料包，制备获得热熔聚酯纤维毡层。热熔聚酯纤维毡层的目的为，在后续高温热压定型过程中，能够高温熔化，使得相邻的黄麻纤维毡层进行紧密连接，替代传统工艺中的胶水，降低甲醛的排放风险。其中，热熔聚酯纤维层的面密度为100g/m2，厚度为0.2mm。
此外，在本实施例中选用的热熔聚酯纤维要求熔点在180~280℃，本实施例选用4080热熔纤维制备热熔聚酯纤维毡层，实施者可自行选择现有其他热熔聚酯纤维，例如，皮芯型低熔点涤纶纤维、ES纤维、皮芯型涤纶弹力丝等。
S2，将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；在热压成型的加压阶段采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；并以各预设方位角采集各时刻纤维堆垛的视觉图像。
将制备的黄麻纤维毡层和热熔聚酯纤维毡层，输送至铺网机，在铺网机内能够将在同一条输送链上的纤维毡层进行折叠铺网，使得呈现出黄麻纤维毡层 热熔聚酯纤维毡层 黄麻纤维毡层 热熔聚酯纤维毡层 …… 黄麻纤维毡层的叠合方式，通过反复堆叠达到预设的层数或厚度，由此形成黄麻层状产品纤维堆垛，简记为纤维堆垛。黄麻层状产品纤维堆垛示意图如图2所示，图2中1为黄麻纤维毡层，2表示热熔聚酯纤维毡层。
基于制备得到的纤维堆垛，通过输送网夹将纤维堆垛放入模具中，通过热压成型机组进行热压成型，首先对热压成型机组中进行预热到200℃，预热时长为10min，当预热结束后对纤维堆垛进行加压成型，设置压力区间为3MPa~15Mpa，热压时长为20min。其中，加压成型的初始时刻设置压力值为3MPa。
在传统的热压成型过程中，通过阶段式增压，虽然增压工艺简单，但是由于增压不连续，容易导致黄麻纤维毡层和热熔聚酯纤维毡层连接不紧密，影响黄麻层状产品的强度和稳定性。由此需要对热压成型的增压过程中进行调整。
为应对智能化的热压成型调控，需要采集对纤维堆垛热压成型的数据信息。本实施例以任一纤维堆垛为例，针对热压成型模具中的下底板部署压力传感器，且均匀部署在下底板上，要求压力传感器与下底板保持同一平面，其中单个压力传感器的信息能够反映热压成型模具上局部区域受到的压力值。在热压成型模具的四周部署高清视觉传感器，即在热压成型模具的东、西、南、北四个方位角部署高清视觉传感器，获取纤维堆垛各方位角的视觉图像。
需要说明的是，热压成型模具中的下底板即为纤维堆垛的底部，本实施例中压力传感器为等间隔均匀分布，压力传感器的数量为25，同时，压力传感器与高清视觉传感器均为同步采集，采集间隔为1s，实施者可根据实际情况自行设定压力传感器的数量与采集间隔，本实施例在此不做限制。
S3，分析各时刻所有预设位置的压力的离散程度与变化速率，确定各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差；通过所述视觉图像中相邻黄麻纤维毡层之间的连接边界相比于水平线的偏离程度，确定纤维堆垛各预设方位角各时刻的综合偏差值。
由于黄麻纤维毡层和热熔聚酯纤维毡层是通过层层堆叠的方式得到纤维堆垛，因此正常情况下纤维堆垛各个位置的密度是均匀的，但是受黄麻天然纤维的限制，纤维丝可能存在细微差异，导致纤维堆垛不同位置存在一定的密度差异，由此在传统的阶段式升压的热压成型工艺中容易出现应力不集中和分层的缺陷，故本实施例对热压成型工艺进行优化调整。
理想情况下，各个采集时刻下所有位置的压力数据应较为一致，得到压力数据的波动较小。而在实际情况下，若纤维堆垛中存在密度不均时，会存在压力的倾向偏差，导致所有位置的压力数据波动较大。
根据上述分析，针对各时刻，计算各位置的压力数据的梯度信息，且将所有位置的压力数据的梯度进行相加，记为聚合梯度B，能够表示所有位置压力的整体倾斜程度。由此构建各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差，具体计算方式为：，式中，A表示各时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差，表示各时刻纤维堆垛所有位置的压力数据的离散程度，表示各时刻所述聚合梯度的模，B表示各时刻的所述聚合梯度。
需要说明的是，本实施例中所述离散程度的计算方式采用标准差进行计算，实施者可自行选择现有其他可行的离散程度计算方法。例如，方差、变异系数等。
对于纤维堆垛密度均衡时，得到所有位置压力数据的波动较小，得到离散程度的值较小，同时所有位置的压力数据中可能存在较小的方向偏差，但各个压力数据的偏差不一致，由此得到的所述聚合梯度的模长较小。而对于纤维堆垛密度不均时，使得在热压成型过程中模具存在压力倾向性，使得在纤维堆垛密度较小的位置压力值较大，由此纤维堆垛所有位置的压力数据的梯度倾向性较为一致，得到所述聚合梯度的模长值较大。
同时基于高清视觉传感器获取纤维堆垛在模具中各个方位角的视觉图像，由于黄麻纤维毡层和热熔聚酯纤维毡层有明显的颜色差异，由此基于模具边界区域的先验信息，获取纤维堆垛的图像区域，同时，针对各时刻各方位角的纤维堆垛的图像区域，采用Canny边缘检测算法获取所述图像区域内相邻黄麻纤维毡层之间的热熔聚酯纤维毡层融化后形成的边界线，然后，获取一条与所述边界线距离最接近的水平线作为水平基线，计算边界线上所有像素点与水平基线之间的距离之和，作为对应边界线的偏差值。
针对各时刻各方位角的纤维堆垛的所述图像区域，将其中所有边界线的所述偏差值的均值，作为纤维堆垛各时刻各方位角的综合偏差值。本实施例中方位角的数量为4。
应当理解的是，若纤维堆垛中黄麻纤维毡层的整体压力较为均匀和一致，此时得到的所述边界线越接近水平直线，所述综合偏差值越小。而若整体压力不一致时，此时得到黄麻纤维毡层的所述边界线越可能存在较大的水平偏差，所述综合偏差值越大。
S4，基于预设权重对各时刻所有预设方位角的综合偏差值进行加权融合，得到各时刻纤维堆垛的连接密实度；结合所述热压倾斜偏差与所述连接密实度，修正所述加压阶段压力调整的步长，确定当前时刻的下一时刻所述加压阶段的压力值。
进一步，本实施例基于各时刻所有方位角的所述综合偏差值，计算纤维堆垛各时刻的连接密实度，具体为：首先获取与所述聚合梯度的方向最接近的方位角，记为第一方位角，将第一方位角的权重设为最大，本实施例中第一方位角的权重设为0.4，剩余各方位角的权重相等且所有方位角的权重和为1，因此，本实施例中剩余各方位角的权重均为0.2。
针对各时刻，基于各方位角的权重，对各方位角的所述综合偏差值进行加权求和，将所述加权求和结果的倒数，作为纤维堆垛各时刻的连接密实度。
需要说明的是，第一方位角的权重的取值范围为[0.3,0.5），实施者可根据实际情况自行设定第一方位角的权重，本实施例在此不做限制；当所述聚合梯度的方向位于两个方位角中间时，此时，将所述聚合梯度对应的两个方位角均记为第一方位角，两个第一方位角的权重相等，剩余两个方位角的权重相等。
应当理解是，对于与所述聚合梯度的方向最接近的方位角为热压成型最差的方位，由此对纤维堆垛热压中连接密实情况的影响最大，因此，设定的权重最大，若整体在各个方位角下，黄麻纤维毡层的中心一致性较高，表明整体的压实情况较好，得到的综合偏差值较小，使得纤维堆垛的连接密实度较大。
结合纤维堆垛当前时刻的热压倾斜偏差与连接密实度，对纤维堆垛热压成型中的加压过程进行动态调整，以此提高热压过程中黄麻层状产品强度和韧性。
首先计算纤维堆垛当前时刻的下一时刻的压力调整量，具体计算方式为：
式中，表示纤维堆垛当前时刻的下一时刻的压力调整量，表示纤维堆垛压力调整的步长值，本实施例中所述步长值为压力区间的区间长度与热压时长的比值，记为第一比值，即压力区间为3MPa~15Mpa，热压时长为20min；norm()为归一化函数，D表示当前时刻纤维堆垛的连接密实度，A1表示当前时刻纤维堆垛的热压倾斜偏差。
将纤维堆垛当前时刻的压力值与当前时刻的下一时刻的压力调整量的和值，作为纤维堆垛当前时刻的下一时刻的压力值，完成纤维堆垛热压成型过程中压力的动态调整。
应当理解的是，在热压成型过程中压力值为稳步提升的，只有当纤维堆垛整体热压情况较好时，即纤维堆垛连接密实度越大，热压倾斜偏差越小时，此时能以最大限度提高压力值，提高生产效率。而当纤维堆垛密度不均时，需要缓慢增加压力值，以此提高热熔聚酯纤维毡层的连接效果，使得纤维堆垛中密度受热熔聚酯纤维的影响逐渐密度均匀，以此提高制成黄麻层状产品的强度和韧性。
S5，热压成型结束后脱模，自然冷却至室温得到黄麻层状产品。
当热压成型结束后，对纤维堆垛进行脱模，自然冷却至室温后得到黄麻层状产品。其中，本实施例中黄麻层状产品的密度为80kg/m3，厚度为2cm。
此外，热压冷却成型的黄麻层状产品，需要通过进一步加工才能定版成型，具体的操作方式为：基于上述得到的黄麻层状产品经过联合切割机，能够切除边角料，得到固定的出品成版，同时为了便于后续使用，需要通过打孔机，在黄麻层状产品上的边缘处进行打孔，本实施例中孔洞直径大小为1mm，针对每个孔洞可通过自锁螺钉固定于物体表面，便于稳固不易脱落。黄麻层状产品孔洞分布示意图的正视图如图3所示，黄麻层状产品孔洞分布示意图的侧视图如图4所示，图3和图4均用于展示自锁螺钉的固定方式。
对于黄麻层状产品的相互连接过程中，为了便于黄麻层状产品之间的衔接，需要对相连的黄麻层状产品进行互补裁切，本实施例中连接口的长度为5cm，嵌入底边的长度为8cm。基于互补嵌入结构能够实现黄麻层状产品之间的稳定连接。黄麻层状产品互补嵌入连接结构示意图如图5所示。
实施例2请参阅图1，其示出了本申请一个实施例提供的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：S1，基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，分别通过开包、开松、给棉、梳理、铺网，得到黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层。
在本实施例中通过成网机组实现将成品S型黄麻立体纤维包制备为黄麻纤维毡层，具体为：首先，利用开包机打开黄麻纤维原料包，使得在运输过程中压实的黄麻纤维原料进行松散；接着，利用开松机将黄麻纤维原料进一步打散，便于后续的铺网操作，然后，通过给棉机以稳定的速度将处理好的黄麻纤维均匀输送至梳理机。在梳理机内通过设备刷梳理黄麻纤维使其呈现单纤维状态，并定向排列形成较薄的黄麻纤维网；最后，利用铺网机将较薄的黄麻纤维网多层铺叠制成具有一定厚度和均匀度的黄麻纤维毡层。
需要说明的是，本实施例中所述成网机组包括开包机、开松机、给棉机、梳理机、铺网机，目的为实现将成品的黄麻纤维原料包打散铺网形成质地均匀的黄麻纤维毡层；本实施例中黄麻纤维毡层的面密度为150g/m2，厚度为2mm。
在本实施例中，采用与黄麻纤维毡层相同的处理工艺，将其中的黄麻纤维原料包替换为热熔聚酯纤维原料包，制备获得热熔聚酯纤维毡层。热熔聚酯纤维毡层的目的为，在后续高温热压定型过程中，能够高温熔化，使得相邻的黄麻纤维毡层进行紧密连接，替代传统工艺中的胶水，降低甲醛的排放风险。其中，热熔聚酯纤维层的面密度为350g/m2，厚度为0.3mm。
此外，在本实施例中选用的热熔聚酯纤维要求熔点在180~280℃，本实施例选用4080热熔纤维制备热熔聚酯纤维毡层，实施者可自行选择现有其他热熔聚酯纤维，例如，皮芯型低熔点涤纶纤维、ES纤维、皮芯型涤纶弹力丝等。
S2，将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；在热压成型的加压阶段采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；并以各预设方位角采集各时刻纤维堆垛的视觉图像。
将制备的黄麻纤维毡层和热熔聚酯纤维毡层，输送至铺网机，在铺网机内能够将在同一条输送链上的纤维毡层进行折叠铺网，使得呈现出黄麻纤维毡层 热熔聚酯纤维毡层 黄麻纤维毡层 热熔聚酯纤维毡层 …… 黄麻纤维毡层的叠合方式，通过反复堆叠达到预设的层数或厚度，由此形成黄麻层状产品纤维堆垛，简记为纤维堆垛。黄麻层状产品纤维堆垛示意图如图2所示，图2中1为黄麻纤维毡层，2表示热熔聚酯纤维毡层。
基于制备得到的纤维堆垛，通过输送网夹将纤维堆垛放入模具中，通过热压成型机组进行热压成型，首先对热压成型机组中进行预热到230℃，预热时长为15min，当预热结束后对纤维堆垛进行加压成型，设置压力区间为3MPa~15Mpa，热压时长为30min。其中，加压成型的初始时刻设置压力值为3MPa。
剩余对于对纤维堆垛热压成型中的加压过程进行动态调整的过程，按照与本申请实施例1完全相同的步骤及参数进行实施。其中，本实施例中黄麻层状产品的密度为110kg/m3，厚度为3cm。
此外，热压冷却成型的黄麻层状产品，需要通过进一步加工才能定版成型，具体的操作方式为：基于上述得到的黄麻层状产品经过联合切割机，能够切除边角料，得到固定的出品成版，同时为了便于后续使用，需要通过打孔机，在黄麻层状产品上的边缘处进行打孔，本实施例中孔洞直径大小为2mm，针对每个孔洞可通过自锁螺钉固定于物体表面，便于稳固不易脱落。
对于黄麻层状产品的相互连接过程中，为了便于黄麻层状产品之间的衔接，需要对相连的黄麻层状产品进行互补裁切，本实施例中连接口的长度为6cm，嵌入底边的长度为10cm。基于互补嵌入结构能够实现黄麻层状产品之间的稳定连接。
实施例3请参阅图1，其示出了本申请一个实施例提供的一种S型黄麻纤维立体结构制备方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：S1，基于成品的黄麻纤维原料包、热熔聚酯纤维原料包，分别通过开包、开松、给棉、梳理、铺网，得到黄麻纤维毡层、热熔聚酯纤维毡层。
在本实施例中通过成网机组实现将成品S型黄麻立体纤维包制备为黄麻纤维毡层，具体为：首先，利用开包机打开黄麻纤维原料包，使得在运输过程中压实的黄麻纤维原料进行松散；接着，利用开松机将黄麻纤维原料进一步打散，便于后续的铺网操作，然后，通过给棉机以稳定的速度将处理好的黄麻纤维均匀输送至梳理机。在梳理机内通过设备刷梳理黄麻纤维使其呈现单纤维状态，并定向排列形成较薄的黄麻纤维网；最后，利用铺网机将较薄的黄麻纤维网多层铺叠制成具有一定厚度和均匀度的黄麻纤维毡层。
需要说明的是，本实施例中所述成网机组包括开包机、开松机、给棉机、梳理机、铺网机，目的为实现将成品的黄麻纤维原料包打散铺网形成质地均匀的黄麻纤维毡层；本实施例中黄麻纤维毡层的面密度为250g/m2，厚度为3mm。
在本实施例中，采用与黄麻纤维毡层相同的处理工艺，将其中的黄麻纤维原料包替换为热熔聚酯纤维原料包，制备获得热熔聚酯纤维毡层。热熔聚酯纤维毡层的目的为，在后续高温热压定型过程中，能够高温熔化，使得相邻的黄麻纤维毡层进行紧密连接，替代传统工艺中的胶水，降低甲醛的排放风险。其中，热熔聚酯纤维层的面密度为600g/m2，厚度为0.5mm。
此外，在本实施例中选用的热熔聚酯纤维要求熔点在180~280℃，本实施例选用4080热熔纤维制备热熔聚酯纤维毡层，实施者可自行选择现有其他热熔聚酯纤维，例如，皮芯型低熔点涤纶纤维、ES纤维、皮芯型涤纶弹力丝等。
S2，将黄麻纤维毡层与热熔聚酯纤维毡层依次进行交叉堆叠，得到黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛；将纤维堆垛放入模具中进行热压成型；在热压成型的加压阶段采集纤维堆垛的底部各预设位置各时刻的压力；并以各预设方位角采集各时刻纤维堆垛的视觉图像。
将制备的黄麻纤维毡层和热熔聚酯纤维毡层，输送至铺网机，在铺网机内能够将在同一条输送链上的纤维毡层进行折叠铺网，使得呈现出黄麻纤维毡层 热熔聚酯纤维毡层 黄麻纤维毡层 热熔聚酯纤维毡层 …… 黄麻纤维毡层的叠合方式，通过反复堆叠达到预设的层数或厚度，由此形成黄麻层状产品纤维堆垛，简记为纤维堆垛。黄麻层状产品纤维堆垛示意图如图2所示，图2中1为黄麻纤维毡层，2表示热熔聚酯纤维毡层。
基于制备得到的纤维堆垛，通过输送网夹将纤维堆垛放入模具中，通过热压成型机组进行热压成型，首先对热压成型机组中进行预热到250℃，预热时长为20min，当预热结束后对纤维堆垛进行加压成型，设置压力区间为3MPa~15Mpa，热压时长为40min。其中，加压成型的初始时刻设置压力值为3MPa。
剩余对于对纤维堆垛热压成型中的加压过程进行动态调整的过程，按照与本申请实施例1完全相同的步骤及参数进行实施。其中，本实施例中黄麻层状产品的密度为150kg/m3，厚度为5cm。
此外，热压冷却成型的黄麻层状产品，需要通过进一步加工才能定版成型，具体的操作方式为：基于上述得到的黄麻层状产品经过联合切割机，能够切除边角料，得到固定的出品成版，同时为了便于后续使用，需要通过打孔机，在黄麻层状产品上的边缘处进行打孔，本实施例中孔洞直径大小为3mm，针对每个孔洞可通过自锁螺钉固定于物体表面，便于稳固不易脱落。
对于黄麻层状产品的相互连接过程中，为了便于黄麻层状产品之间的衔接，需要对相连的黄麻层状产品进行互补裁切，本实施例中连接口的长度为8cm，嵌入底边的长度为12cm。基于互补嵌入结构能够实现黄麻层状产品之间的稳定连接。
为了验证本申请的有效性，设定对比例进行对比实验，利用对比例制备的黄麻层状产品，并通过测试验证本申请制备的黄麻层状产品的性能。
对比例1首先按照与本申请实施例2完全相同的步骤与参数制备获取黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛，在热压成型过程中，先预加热到230℃，预热时长为15min，然后在3Mpa的压力下，保压14min，再调至8Mpa下保压9min，再调至13Mpa下保压7min，热压成型结束后脱模，自然冷却至室温，得到黄麻层状产品。
对比例2首先按照与本申请实施例2完全相同的步骤与参数制备获取黄麻层状产品纤维堆垛，记为纤维堆垛，在热压成型过程中，先预加热到230℃，预热时长为15min，然后在5Mpa的压力下，保压14min，再调至10Mpa下保压9min，再调至15Mpa下保压7min，热压成型结束后脱模，自然冷却至室温，得到黄麻层状产品。实施例与对比例的黄麻层状产品性能对比结果如表1所示。
表1 黄麻层状产品性能对比结果
由表1中可以看出，本申请通过动态调整纤维堆垛热压成型过程中各时刻的压力，最终能够提高黄麻层状产品的拉伸强度、弯曲强度，以及冲击强度，得到性能更优的黄麻层状产品。
基于与上述方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种S型黄麻纤维立体结构，应用上述一种S型黄麻纤维立体结构制备方法中任意一项所述方法的步骤制备而成。
需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
文章摘自国家发明专利，一种S型黄麻纤维立体结构及其制备方法，发明人：谢丽梅，贺志钢，朱鹏程，胡洪涛，张占峰，刘志平,申请号：202510616361.7，申请日：2025.05.14。
