专利名称：一种高性能轻质复合板材及其生产方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明属于新型复合材料技术领域，涉及一种高性能轻质复合板材及其生产方法和用途。
背景技术：
随着汽车工业的发展，我国的汽车产量稳步增长，汽车消费规模日趋庞大。汽车及相关行业的发展对社会能源供给、环境保护等方面的影响日益明显，因此要承受的节能减排的压力也日趋增大。汽车结构的轻量化和轻量化材料的使用等汽车轻量化技术，可以有目的地减轻汽车自身的重量，又能保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时满足汽车本身的经济性要求。以塑料代替金属，不仅能减轻车重，降低燃油消耗和碳氢化合物排放，还可提高动力性，适应恶劣环境，增加安全性；而且由于塑料可回收，从而节省了制造过程中的资源消耗，最终使汽车在安全和成本两方面获得更多的突破。作为金属的替代 材料的高分子复合材料的应用也已得到迅速发展。作为汽车内饰部件用复合材料，由玻璃纤维、碳纤维等增强材料增强的诸如聚丙烯或热塑性烯烃等高分子材料构成的高耐热性/高刚性复合材料因为具有优于金属的性能而在各种场合获得了应用。然而，在通过混合热塑性纤维与增强纤维生产的汽车内饰部件用无纺织物的情况中，很难将诸如增强纤维或木粉等粉末均匀地分散在热塑性聚合物树脂中，使得难以期望品质稳定的高品质产品。此外，这些纤维增强复合材料在抗冲击性和断裂韧性方面也不尽人意，超出了变形限度，同时，热塑性有机材料在应用于汽车内饰部件时因其耐热性低而收到限制。当玻璃纤维含量低时，制品强度达不到理想要求；当玻璃纤维含量高时，基材与玻璃纤维又很难混匀并粘接。并且纤维之间没有形成多层网状结构，造成孔隙率低，隔热吸音性效果有限。由于所述无纺织物是以热塑性无纺织物的形式生产并分布的，因而接下来利用高温热压原位成型无纺织物会诱使外层和内层之间的连接不均匀，同时限制了对强度的改善。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合板材及其制备方法和用途。为实现上述目的就，本发明采用的技术方案如下本发明提供的具有多层结构的高性能轻质复合板材，所述复合板材具有优异的成型性、隔热性、吸声性和冲击吸收性；具有通过以适当混合比混合作为基材纤维的热塑性纤维和增强纤维而设计的多层结构；由于在控制热粘合中热量分散的同时在塑化成型设备中压缩和膨胀无纺织物，因而是轻质的；通过使用含有增强纤维的蓬松的多层结构克服了热塑性有机纤维在用于汽车内饰部件时的低耐热性的限制；由于组合使用热塑性有机纤维和增强纤维而具有轻质、耐用效果和可再循环性；通过具有多层结构并控制热粘合时的热量分散，在重量和厚度相同时可以被制成具有不同吸水率和强度；通过高温热压塑化成型设备，可以由被设计成具有多层结构的无纺织物制成具有细孔层的高性能的轻质复合板材。—种复合板材，包括外层和内层，所述的外层包括上外层和下外层，上外层、内层和下外层依次叠加，所述的相邻各层通过热压连接。所述的轻质复合板材 密度为O. 45 O. 85g/cm3。所述上外层或下外层的厚度为O. 5 1mm。所述的内层的厚度为I 2. 2mm。所述的上外层或下外层由包含以下重量份的组分制成基材100 份，热塑性聚酯15 50份。所述的上外层或下外层由包含以下重量份的组分制成基材100 份，热塑性聚酯 20 40份，增强纤维 15 30份。所述的内层由包含以下重量份的组分制成基材100 份，增强纤维100 180份。所述的内层包括上内层、中间内层和下内层，其中所述的上内层或下内层由包含以下重量份的组分制成基材100 份，增强纤维100 120份；所述的中间内层由包含以下重量份的组分制成基材100 份，增强纤维120 180份。所述的上内层的厚度为O. 2^0. 6mm，中间内层厚度为O. 6^1. 0mm，下内层厚度为
O.2^0. 6mm。所述增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维。所述基材选自聚丙烯或者壳/芯双组分纤维。所述热塑性聚酯聚选自对苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，热塑性聚酯的熔点为18(T220°C。所述的基材和热塑性聚酯呈纤维状。所述壳/芯双组分纤维由包含以下重量份的组分制成热塑性聚酯100份，高密度聚乙烯 50 80份。所述的高密度聚乙烯的熔点为11(T150°C。一种上述复合板材的制备方法，包括以下步骤(I)制备上、下外层纤维网和内层纤维网(Ia)开纤并均匀地混合100重量份基材和10(Tl80重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得内层纤维网；(Ib)开纤和均匀地混合100重量份的基材和15 50重量份的热塑性聚酯，或者100重量份的基材、2(Γ40重量份的热塑性聚酯和15 30重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得上、下外层纤维网；(2)折叠将步骤(I)中制得的内层纤维网和上、下外层纤维网按照上外层纤维网、内层纤维网、下外层纤维网的顺序堆叠在一起，形成多层网状结构；(3)连接通过针刺将所述多层网状结构的各层相互连接在一起，以制成无纺织物；(4)成型将无纺织物通过加热塑化成型设备，使所述无纺织物在所述设备中进行包括预 热、热粘合、加压、冷却、膨胀和切割的连续加工，由此制造所述的高性能轻质复合板材。—种上述复合板材的制备方法，包含如下步骤(I)制备内层纤维网和上、下外层纤维网(Ia)开纤并均匀地混合100重量份基材和12(Tl80重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得中间内层；(Ib)开纤并均匀地混合100重量份基材和10(Γ120重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得上内层或下内层；(Ic)开纤并均匀地混合100重量份的基材和15 50重量份的热塑性聚酯，或者均匀混合100重量份的基材、2(Γ40重量份的热塑性聚酯和15 30重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机梳理制得上、下外层纤维网；(2)折叠将步骤(I)中制得的上内层纤维网、中间内层纤维网、下内层纤维网和上、下外层纤维网按照上外层纤维网、上内层纤维网、中间内层纤维网、下内层纤维网和下外层纤维网的顺序堆叠在一起，形成多层网状结构；(3)连接通过针刺将所述多层网状结构的各层相互连接在一起，以制成无纺织物；(4)成型将无纺织物通过加热塑化成型设备，进行包括预热、热粘合、加压、冷却、膨胀和切割的连续加工，得到复合板材。所述的步骤(3)中通过上针刺机和下针刺机将多层薄纤维网相互缠结连在一起；所述的步骤(3)的无纺织布的面密度为1600g/m2-3000g/m2。所述的步骤(4)中成型工艺为将无纺织物以8 10m/min的速率通过高温热压塑化成型设备。高温热压塑化成型设备的内部结构包括预热单元、熔融加压/膨胀单元、冷却单元和切割单元，其中预热单元的温度为19(T210°C，熔融加压/膨胀单元的温度为22(T240°C，冷却单元包含的两个区分别保持为55 65°C和25 35°C的温度。一种上述复合板材用作汽车内饰材料的用途。本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果I.本发明提供的高性能轻质复合板材通过含有增强纤维的蓬松的多层结构的设计，克服了热塑性有机纤维在用于汽车内饰部件时因其低耐热性带来的限制；通过组合使用热塑性有机纤维和增强纤维，具有轻质、耐用和可再循环使用的性质；通过高温热压塑化成型设备，可以由被设计具有蓬松的多层结构的无纺织物制成具有细孔层。2.本发明通过多层结构和控制热粘合时的热量分散，在相同重量和厚度下可以制造具有不同吸水率和强度的轻质复合板材。因此，这些轻质复合板材可用于各种汽车内饰部件，以及建筑和工业材料，例如隔板、家具和胶合板，这些复合板材由于具有多层复合结构和高孔隙率，因而具有优异的成型性、隔热性、吸声性和冲击吸收性。
图I为本发明实施例I中高性能轻质复合板材的结构示意图。图2为本发明实施例4中高性能轻质复合板材的结构示意图。其中I为上外层、2为内层、21为上内层、22为中间内层、23为下内层、3下外层。
具体实施方式
·
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例中采用GB (国标)测定材料的各项性能，如无特别说明，组分的份数均为重
量份数。实施例I如图I所示的一种高性能轻质复合板材，包括内层2和上、下外层1、3，按照上外层
1、内层2、下外层3的顺序粘合在一起。(I)制备内层纤维网和上、下外层纤维网(Ia)对100重量份的聚丙烯和100重量份的玻璃纤维(Y_l)、或100重量份的聚丙烯和120重量份的玻璃纤维(Υ-2)、或100重量份的聚丙烯和140重量份的玻璃纤维(Υ-3)、或100重量份的聚丙烯和160重量份的玻璃纤维(Υ-4)，或者100重量份的聚丙烯和180重量份的玻璃纤维(Υ-5)进行开纤，并将其分别混合在一起，使每种纤维混合物通过梳理机，以形成将用作内层2的薄纤维网；(Ib)对100重量份的聚丙烯、28重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和20重量份的玻璃纤维进行开纤，并将其相互混合在一起，使混合物通过梳理机，以形成将被用作上、下外层1、3的薄纤维网。(2)折叠执行折叠步骤，从而将上、下外层1、3置于内层2的两个上下表面；(3)连接通过针刺使多层网状结构的各层相互连接在一起，以制成无纺织物，其面积重量为 1800g/m2 ；(4)成型将无纺织物以8 10m/min的速率通过高温热压塑化成型设备，以制造厚度为
2.5mm (内层厚度I. 5mm和上、下外层厚度O. 5mm)的轻质复合板材。高温热压塑化成型设备的内部结构包括预热单元、熔融加压/膨胀单元、冷却单元和切割单元。将预热单元保持为200°C的温度，熔融加压/膨胀单元的温度保持在22(T240°C，冷却单元包含的两个区分别保持为60°C和30°C的温度。
下表I中显示了物理性质随轻质复合板材内层2中增强纤维(玻璃纤维)含量的变化。在表I中，MD代表取样为纵向，AMD代表取样为横向。表I
权利要求
1.一种复合板材，其特征在于包括外层和内层，所述的外层分为上外层和下外层，上外层、内层和下外层依次叠加。
2.根据权利要求I所述的复合板材，其特征在于 所述的上外层或下外层由包含以下重量份的组分制成 基材100份， 热塑性聚酯15 50份； 或所述的上外层或下外层由包含以下重量份的组分制成 基材100份， 热塑性聚酯 2(Γ40份， 增强纤维 15 30份； 或所述上外层或下外层的厚度为O. 5 lmm。
3.根据权利要求I所述的复合板材，其特征在于 所述的内层由包含以下重量份的组分制成 基材100份， 增强纤维 100 180份； 或所述的内层包括上内层、中间内层和下内层，其中所述的上内层或下内层由包含以下重量份的组分制成 基材100份， 增强纤维 100 120份； 所述的中间内层由包含以下重量份的组分制成 基材100份， 增强纤维 12(Γ180份； 或所述的内层的厚度为f 2. 2mm ； 或所述的复合板材密度为O. 45 0. 85g/cm3。
4.根据权利要求2或3中任一所述的复合板材，其特征在于所述增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维； 或所述基材选自聚丙烯或者壳/芯双组分纤维； 或所述热塑性聚酯聚选自对苯二甲酸乙二醇酯共聚物或聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物，热塑性聚酯的熔点为18(T220°C ； 或所述的基材和热塑性聚酯呈纤维状。
5.根据权利要求4所述的复合板材，其特征在于所述壳/芯双组分纤维由包含以下重量份的组分制成 热塑性聚酯100份， 高密度聚乙烯 5(Γ80份； 所述的高密度聚乙烯优选熔点为11(T150°C。
6.—种上述权利要求1-5中任一所述的复合板材的制备方法,其特征在于包括以下步骤 (I)制备上、下外层纤维网和内层纤维网 (Ia)开纤并均匀地混合100重量份基材和10(Γ180重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得内层纤维网； (Ib)开纤和均匀地混合100重量份的基材和15 50重量份的热塑性聚酯，或者100重量份的基材、2(Γ40重量份的热塑性聚酯和15 30重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得上、下外层纤维网； (2)折置 将步骤(I)中制得的内层纤维网和外层纤维网按照上外层纤维网、内层纤维网、下外层纤维网的顺序堆叠在一起，形成多层网状结构； (3)连接 通过针刺将所述多层网状结构的各层相互连接在一起，以制成无纺织物； (4)成型 将无纺织物通过加热塑化成型设备，使所述无纺织物在所述设备中进行包括预热、热粘合、加压、冷却、膨胀和切割的连续加工，由此制造所述的高性能轻质复合板材。
7.—种上述权利要求1-5中任一所述的复合板材的制备方法，其特征在于包含如下步骤 (1)制备内层纤维网和上、下外层纤维网 (Ia)开纤并均匀地混合100重量份基材和12(Γ180重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得中间内层； (lb)开纤并均匀地混合100重量份基材和10(Γ120重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机制得上内层或下内层； (Ic)开纤并均匀地混合100重量份的基材和15 50重量份的热塑性聚酯，或者均匀混合100重量份的基材、2(Γ40重量份的热塑性聚酯和15 30重量份的增强纤维以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机梳理制得上、下外层纤维网； (2)折置 将步骤(I)中制得的上内层纤维网、中间内层纤维网、下内层纤维网和外层纤维网按照上外层纤维网、上内层纤维网、中间内层纤维网、下内层纤维网和下外层纤维网的顺序堆叠在一起，形成多层网状结构； (3)连接 通过针刺将所述多层网状结构的各层相互连接在一起，以制成无纺织物； (4)成型 将无纺织物通过加热塑化成型设备，进行包括预热、热粘合、加压、冷却、膨胀和切割的连续加工，得到复合板材。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)中通过上针刺机和下针刺机将多层薄纤维网相互缠结连在一起； 或所述的步骤(3)的无纺织布的面密度为1600g/m2-3000g/m2。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)中成型工艺为将无纺织物以8 10m/min的速率通过高温热压塑化成型设备。高温热压塑化成型设备的内部结构包括预热单元、熔融加压/膨胀单元、冷却单元和切割单元，其中预热单元的温度为19(T210°C，熔融加压/膨胀单元的温度为22(T240°C，冷却单元包含的两个区分别保持为55 65 °C和25 35 °C的温度。
10. 一种上述权利要求1-5中任一所述的复合板材用作汽车内饰材料的用途。
全文摘要
本发明属于新型复合材料技术领域，涉及一种高性能轻质复合板材及其生产方法和用途。该复合板材，包括外层和内层，所述的外层包括上外层和下外层，上外层、内层和下外层依次叠加，所述的相邻各层通过热压连接。本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果本发明具有轻质、耐用和可再循环使用的性质；通过高温热压塑化成型设备，可以由具有蓬松的多层结构的无纺织物制成具有细孔层。本发明在相同重量和厚度下可以制造具有不同吸水率和强度的轻质复合板材。因此，这些轻质复合板材可用于各种汽车内饰部件，以及建筑和工业材料，这些复合板材由于具有多层复合结构和高孔隙率，因而具有优异的成型性、隔热性、吸声性和冲击吸收性。
文档编号C08K7/06GK102896822SQ20121022655
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者郭学林 申请人:滁州格美特科技有限公司