專利名稱：一種高性能輕質(zhì)復(fù)合板材及其生產(chǎn)方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高性能輕質(zhì)復(fù)合板材及其生產(chǎn)方法和用途。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的汽車產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，汽車消費(fèi)規(guī)模日趨龐大。汽車及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對(duì)社會(huì)能源供給、環(huán)境保護(hù)等方面的影響日益明顯，因此要承受的節(jié)能減排的壓力也日趨增大。汽車結(jié)構(gòu)的輕量化和輕量化材料的使用等汽車輕量化技術(shù)，可以有目的地減輕汽車自身的重量，又能保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時(shí)滿足汽車本身的經(jīng)濟(jì)性要求。以塑料代替金屬，不僅能減輕車重，降低燃油消耗和碳?xì)浠衔锱欧?，還可提高動(dòng)力性，適應(yīng)惡劣環(huán)境，增加安全性；而且由于塑料可回收，從而節(jié)省了制造過(guò)程中的資源消耗，最終使汽車在安全和成本兩方面獲得更多的突破。作為金屬的替代 材料的高分子復(fù)合材料的應(yīng)用也已得到迅速發(fā)展。作為汽車內(nèi)飾部件用復(fù)合材料，由玻璃纖維、碳纖維等增強(qiáng)材料增強(qiáng)的諸如聚丙烯或熱塑性烯烴等高分子材料構(gòu)成的高耐熱性/高剛性復(fù)合材料因?yàn)榫哂袃?yōu)于金屬的性能而在各種場(chǎng)合獲得了應(yīng)用。然而，在通過(guò)混合熱塑性纖維與增強(qiáng)纖維生產(chǎn)的汽車內(nèi)飾部件用無(wú)紡織物的情況中，很難將諸如增強(qiáng)纖維或木粉等粉末均勻地分散在熱塑性聚合物樹(shù)脂中，使得難以期望品質(zhì)穩(wěn)定的高品質(zhì)產(chǎn)品。此外，這些纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在抗沖擊性和斷裂韌性方面也不盡人意，超出了變形限度，同時(shí)，熱塑性有機(jī)材料在應(yīng)用于汽車內(nèi)飾部件時(shí)因其耐熱性低而收到限制。當(dāng)玻璃纖維含量低時(shí)，制品強(qiáng)度達(dá)不到理想要求；當(dāng)玻璃纖維含量高時(shí)，基材與玻璃纖維又很難混勻并粘接。并且纖維之間沒(méi)有形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，造成孔隙率低，隔熱吸音性效果有限。由于所述無(wú)紡織物是以熱塑性無(wú)紡織物的形式生產(chǎn)并分布的，因而接下來(lái)利用高溫?zé)釅涸怀尚蜔o(wú)紡織物會(huì)誘使外層和內(nèi)層之間的連接不均勻，同時(shí)限制了對(duì)強(qiáng)度的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種復(fù)合板材及其制備方法和用途。為實(shí)現(xiàn)上述目的就，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的具有多層結(jié)構(gòu)的高性能輕質(zhì)復(fù)合板材，所述復(fù)合板材具有優(yōu)異的成型性、隔熱性、吸聲性和沖擊吸收性；具有通過(guò)以適當(dāng)混合比混合作為基材纖維的熱塑性纖維和增強(qiáng)纖維而設(shè)計(jì)的多層結(jié)構(gòu)；由于在控制熱粘合中熱量分散的同時(shí)在塑化成型設(shè)備中壓縮和膨脹無(wú)紡織物，因而是輕質(zhì)的；通過(guò)使用含有增強(qiáng)纖維的蓬松的多層結(jié)構(gòu)克服了熱塑性有機(jī)纖維在用于汽車內(nèi)飾部件時(shí)的低耐熱性的限制；由于組合使用熱塑性有機(jī)纖維和增強(qiáng)纖維而具有輕質(zhì)、耐用效果和可再循環(huán)性；通過(guò)具有多層結(jié)構(gòu)并控制熱粘合時(shí)的熱量分散，在重量和厚度相同時(shí)可以被制成具有不同吸水率和強(qiáng)度；通過(guò)高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備，可以由被設(shè)計(jì)成具有多層結(jié)構(gòu)的無(wú)紡織物制成具有細(xì)孔層的高性能的輕質(zhì)復(fù)合板材?！N復(fù)合板材，包括外層和內(nèi)層，所述的外層包括上外層和下外層，上外層、內(nèi)層和下外層依次疊加，所述的相鄰各層通過(guò)熱壓連接。所述的輕質(zhì)復(fù)合板材 密度為O. 45 O. 85g/cm3。所述上外層或下外層的厚度為O. 5 1mm。所述的內(nèi)層的厚度為I 2. 2mm。所述的上外層或下外層由包含以下重量份的組分制成基材100 份，熱塑性聚酯15 50份。所述的上外層或下外層由包含以下重量份的組分制成基材100 份，熱塑性聚酯 20 40份，增強(qiáng)纖維 15 30份。所述的內(nèi)層由包含以下重量份的組分制成基材100 份，增強(qiáng)纖維100 180份。所述的內(nèi)層包括上內(nèi)層、中間內(nèi)層和下內(nèi)層，其中所述的上內(nèi)層或下內(nèi)層由包含以下重量份的組分制成基材100 份，增強(qiáng)纖維100 120份；所述的中間內(nèi)層由包含以下重量份的組分制成基材100 份，增強(qiáng)纖維120 180份。所述的上內(nèi)層的厚度為O. 2^0. 6mm，中間內(nèi)層厚度為O. 6^1. 0mm，下內(nèi)層厚度為
O.2^0. 6mm。所述增強(qiáng)纖維選自玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維。所述基材選自聚丙烯或者殼/芯雙組分纖維。所述熱塑性聚酯聚選自對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯共聚物，熱塑性聚酯的熔點(diǎn)為18(T220°C。所述的基材和熱塑性聚酯呈纖維狀。所述殼/芯雙組分纖維由包含以下重量份的組分制成熱塑性聚酯100份，高密度聚乙烯 50 80份。所述的高密度聚乙烯的熔點(diǎn)為11(T150°C。一種上述復(fù)合板材的制備方法，包括以下步驟(I)制備上、下外層纖維網(wǎng)和內(nèi)層纖維網(wǎng)(Ia)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份基材和10(Tl80重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得內(nèi)層纖維網(wǎng)；(Ib)開(kāi)纖和均勻地混合100重量份的基材和15 50重量份的熱塑性聚酯，或者100重量份的基材、2(Γ40重量份的熱塑性聚酯和15 30重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得上、下外層纖維網(wǎng)；(2)折疊將步驟(I)中制得的內(nèi)層纖維網(wǎng)和上、下外層纖維網(wǎng)按照上外層纖維網(wǎng)、內(nèi)層纖維網(wǎng)、下外層纖維網(wǎng)的順序堆疊在一起，形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(3)連接通過(guò)針刺將所述多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的各層相互連接在一起，以制成無(wú)紡織物；(4)成型將無(wú)紡織物通過(guò)加熱塑化成型設(shè)備，使所述無(wú)紡織物在所述設(shè)備中進(jìn)行包括預(yù) 熱、熱粘合、加壓、冷卻、膨脹和切割的連續(xù)加工，由此制造所述的高性能輕質(zhì)復(fù)合板材?！N上述復(fù)合板材的制備方法，包含如下步驟(I)制備內(nèi)層纖維網(wǎng)和上、下外層纖維網(wǎng)(Ia)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份基材和12(Tl80重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得中間內(nèi)層；(Ib)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份基材和10(Γ120重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得上內(nèi)層或下內(nèi)層；(Ic)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份的基材和15 50重量份的熱塑性聚酯，或者均勻混合100重量份的基材、2(Γ40重量份的熱塑性聚酯和15 30重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)梳理制得上、下外層纖維網(wǎng)；(2)折疊將步驟(I)中制得的上內(nèi)層纖維網(wǎng)、中間內(nèi)層纖維網(wǎng)、下內(nèi)層纖維網(wǎng)和上、下外層纖維網(wǎng)按照上外層纖維網(wǎng)、上內(nèi)層纖維網(wǎng)、中間內(nèi)層纖維網(wǎng)、下內(nèi)層纖維網(wǎng)和下外層纖維網(wǎng)的順序堆疊在一起，形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(3)連接通過(guò)針刺將所述多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的各層相互連接在一起，以制成無(wú)紡織物；(4)成型將無(wú)紡織物通過(guò)加熱塑化成型設(shè)備，進(jìn)行包括預(yù)熱、熱粘合、加壓、冷卻、膨脹和切割的連續(xù)加工，得到復(fù)合板材。所述的步驟(3)中通過(guò)上針刺機(jī)和下針刺機(jī)將多層薄纖維網(wǎng)相互纏結(jié)連在一起；所述的步驟(3)的無(wú)紡織布的面密度為1600g/m2-3000g/m2。所述的步驟(4)中成型工藝為將無(wú)紡織物以8 10m/min的速率通過(guò)高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備。高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括預(yù)熱單元、熔融加壓/膨脹單元、冷卻單元和切割單元，其中預(yù)熱單元的溫度為19(T210°C，熔融加壓/膨脹單元的溫度為22(T240°C，冷卻單元包含的兩個(gè)區(qū)分別保持為55 65°C和25 35°C的溫度。一種上述復(fù)合板材用作汽車內(nèi)飾材料的用途。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I.本發(fā)明提供的高性能輕質(zhì)復(fù)合板材通過(guò)含有增強(qiáng)纖維的蓬松的多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，克服了熱塑性有機(jī)纖維在用于汽車內(nèi)飾部件時(shí)因其低耐熱性帶來(lái)的限制；通過(guò)組合使用熱塑性有機(jī)纖維和增強(qiáng)纖維，具有輕質(zhì)、耐用和可再循環(huán)使用的性質(zhì)；通過(guò)高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備，可以由被設(shè)計(jì)具有蓬松的多層結(jié)構(gòu)的無(wú)紡織物制成具有細(xì)孔層。2.本發(fā)明通過(guò)多層結(jié)構(gòu)和控制熱粘合時(shí)的熱量分散，在相同重量和厚度下可以制造具有不同吸水率和強(qiáng)度的輕質(zhì)復(fù)合板材。因此，這些輕質(zhì)復(fù)合板材可用于各種汽車內(nèi)飾部件，以及建筑和工業(yè)材料，例如隔板、家具和膠合板，這些復(fù)合板材由于具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)和高孔隙率，因而具有優(yōu)異的成型性、隔熱性、吸聲性和沖擊吸收性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I中高性能輕質(zhì)復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例4中高性能輕質(zhì)復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為上外層、2為內(nèi)層、21為上內(nèi)層、22為中間內(nèi)層、23為下內(nèi)層、3下外層。
具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例中采用GB (國(guó)標(biāo))測(cè)定材料的各項(xiàng)性能，如無(wú)特別說(shuō)明，組分的份數(shù)均為重
量份數(shù)。實(shí)施例I如圖I所示的一種高性能輕質(zhì)復(fù)合板材，包括內(nèi)層2和上、下外層1、3，按照上外層
1、內(nèi)層2、下外層3的順序粘合在一起。(I)制備內(nèi)層纖維網(wǎng)和上、下外層纖維網(wǎng)(Ia)對(duì)100重量份的聚丙烯和100重量份的玻璃纖維(Y_l)、或100重量份的聚丙烯和120重量份的玻璃纖維(Υ-2)、或100重量份的聚丙烯和140重量份的玻璃纖維(Υ-3)、或100重量份的聚丙烯和160重量份的玻璃纖維(Υ-4)，或者100重量份的聚丙烯和180重量份的玻璃纖維(Υ-5)進(jìn)行開(kāi)纖，并將其分別混合在一起，使每種纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)，以形成將用作內(nèi)層2的薄纖維網(wǎng)；(Ib)對(duì)100重量份的聚丙烯、28重量份的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和20重量份的玻璃纖維進(jìn)行開(kāi)纖，并將其相互混合在一起，使混合物通過(guò)梳理機(jī)，以形成將被用作上、下外層1、3的薄纖維網(wǎng)。(2)折疊執(zhí)行折疊步驟，從而將上、下外層1、3置于內(nèi)層2的兩個(gè)上下表面；(3)連接通過(guò)針刺使多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的各層相互連接在一起，以制成無(wú)紡織物，其面積重量為 1800g/m2 ；(4)成型將無(wú)紡織物以8 10m/min的速率通過(guò)高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備，以制造厚度為
2.5mm (內(nèi)層厚度I. 5mm和上、下外層厚度O. 5mm)的輕質(zhì)復(fù)合板材。高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括預(yù)熱單元、熔融加壓/膨脹單元、冷卻單元和切割單元。將預(yù)熱單元保持為200°C的溫度，熔融加壓/膨脹單元的溫度保持在22(T240°C，冷卻單元包含的兩個(gè)區(qū)分別保持為60°C和30°C的溫度。
下表I中顯示了物理性質(zhì)隨輕質(zhì)復(fù)合板材內(nèi)層2中增強(qiáng)纖維(玻璃纖維)含量的變化。在表I中，MD代表取樣為縱向，AMD代表取樣為橫向。表I
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合板材，其特征在于包括外層和內(nèi)層，所述的外層分為上外層和下外層，上外層、內(nèi)層和下外層依次疊加。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合板材，其特征在于 所述的上外層或下外層由包含以下重量份的組分制成 基材100份， 熱塑性聚酯15 50份； 或所述的上外層或下外層由包含以下重量份的組分制成 基材100份， 熱塑性聚酯 2(Γ40份， 增強(qiáng)纖維 15 30份； 或所述上外層或下外層的厚度為O. 5 lmm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合板材，其特征在于 所述的內(nèi)層由包含以下重量份的組分制成 基材100份， 增強(qiáng)纖維 100 180份； 或所述的內(nèi)層包括上內(nèi)層、中間內(nèi)層和下內(nèi)層，其中所述的上內(nèi)層或下內(nèi)層由包含以下重量份的組分制成 基材100份， 增強(qiáng)纖維 100 120份； 所述的中間內(nèi)層由包含以下重量份的組分制成 基材100份， 增強(qiáng)纖維 12(Γ180份； 或所述的內(nèi)層的厚度為f 2. 2mm ； 或所述的復(fù)合板材密度為O. 45 0. 85g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中任一所述的復(fù)合板材，其特征在于所述增強(qiáng)纖維選自玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維； 或所述基材選自聚丙烯或者殼/芯雙組分纖維； 或所述熱塑性聚酯聚選自對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯共聚物，熱塑性聚酯的熔點(diǎn)為18(T220°C ； 或所述的基材和熱塑性聚酯呈纖維狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合板材，其特征在于所述殼/芯雙組分纖維由包含以下重量份的組分制成 熱塑性聚酯100份， 高密度聚乙烯 5(Γ80份； 所述的高密度聚乙烯優(yōu)選熔點(diǎn)為11(T150°C。
6.—種上述權(quán)利要求1-5中任一所述的復(fù)合板材的制備方法,其特征在于包括以下步驟 (I)制備上、下外層纖維網(wǎng)和內(nèi)層纖維網(wǎng) (Ia)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份基材和10(Γ180重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得內(nèi)層纖維網(wǎng)； (Ib)開(kāi)纖和均勻地混合100重量份的基材和15 50重量份的熱塑性聚酯，或者100重量份的基材、2(Γ40重量份的熱塑性聚酯和15 30重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得上、下外層纖維網(wǎng)； (2)折置 將步驟(I)中制得的內(nèi)層纖維網(wǎng)和外層纖維網(wǎng)按照上外層纖維網(wǎng)、內(nèi)層纖維網(wǎng)、下外層纖維網(wǎng)的順序堆疊在一起，形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； (3)連接 通過(guò)針刺將所述多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的各層相互連接在一起，以制成無(wú)紡織物； (4)成型 將無(wú)紡織物通過(guò)加熱塑化成型設(shè)備，使所述無(wú)紡織物在所述設(shè)備中進(jìn)行包括預(yù)熱、熱粘合、加壓、冷卻、膨脹和切割的連續(xù)加工，由此制造所述的高性能輕質(zhì)復(fù)合板材。
7.—種上述權(quán)利要求1-5中任一所述的復(fù)合板材的制備方法，其特征在于包含如下步驟 (1)制備內(nèi)層纖維網(wǎng)和上、下外層纖維網(wǎng) (Ia)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份基材和12(Γ180重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得中間內(nèi)層； (lb)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份基材和10(Γ120重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)制得上內(nèi)層或下內(nèi)層； (Ic)開(kāi)纖并均勻地混合100重量份的基材和15 50重量份的熱塑性聚酯，或者均勻混合100重量份的基材、2(Γ40重量份的熱塑性聚酯和15 30重量份的增強(qiáng)纖維以形成纖維混合物，將纖維混合物通過(guò)梳理機(jī)梳理制得上、下外層纖維網(wǎng)； (2)折置 將步驟(I)中制得的上內(nèi)層纖維網(wǎng)、中間內(nèi)層纖維網(wǎng)、下內(nèi)層纖維網(wǎng)和外層纖維網(wǎng)按照上外層纖維網(wǎng)、上內(nèi)層纖維網(wǎng)、中間內(nèi)層纖維網(wǎng)、下內(nèi)層纖維網(wǎng)和下外層纖維網(wǎng)的順序堆疊在一起，形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； (3)連接 通過(guò)針刺將所述多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的各層相互連接在一起，以制成無(wú)紡織物； (4)成型 將無(wú)紡織物通過(guò)加熱塑化成型設(shè)備，進(jìn)行包括預(yù)熱、熱粘合、加壓、冷卻、膨脹和切割的連續(xù)加工，得到復(fù)合板材。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中通過(guò)上針刺機(jī)和下針刺機(jī)將多層薄纖維網(wǎng)相互纏結(jié)連在一起； 或所述的步驟(3)的無(wú)紡織布的面密度為1600g/m2-3000g/m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(4)中成型工藝為將無(wú)紡織物以8 10m/min的速率通過(guò)高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備。高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括預(yù)熱單元、熔融加壓/膨脹單元、冷卻單元和切割單元，其中預(yù)熱單元的溫度為19(T210°C，熔融加壓/膨脹單元的溫度為22(T240°C，冷卻單元包含的兩個(gè)區(qū)分別保持為55 65 °C和25 35 °C的溫度。
10. 一種上述權(quán)利要求1-5中任一所述的復(fù)合板材用作汽車內(nèi)飾材料的用途。
全文摘要
本發(fā)明屬于新型復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高性能輕質(zhì)復(fù)合板材及其生產(chǎn)方法和用途。該復(fù)合板材，包括外層和內(nèi)層，所述的外層包括上外層和下外層，上外層、內(nèi)層和下外層依次疊加，所述的相鄰各層通過(guò)熱壓連接。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明具有輕質(zhì)、耐用和可再循環(huán)使用的性質(zhì)；通過(guò)高溫?zé)釅核芑尚驮O(shè)備，可以由具有蓬松的多層結(jié)構(gòu)的無(wú)紡織物制成具有細(xì)孔層。本發(fā)明在相同重量和厚度下可以制造具有不同吸水率和強(qiáng)度的輕質(zhì)復(fù)合板材。因此，這些輕質(zhì)復(fù)合板材可用于各種汽車內(nèi)飾部件，以及建筑和工業(yè)材料，這些復(fù)合板材由于具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)和高孔隙率，因而具有優(yōu)異的成型性、隔熱性、吸聲性和沖擊吸收性。
文檔編號(hào)C08K7/06GK102896822SQ20121022655
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者郭學(xué)林 申請(qǐng)人:滁州格美特科技有限公司