一种孔眼型三维机织网架织物增强轻质板材及其制备方法
【专利摘要】一种孔眼型三维机织物增强了的轻质板材及其制备方法。它使用整体结构的孔眼型三维机织网架织物作为其增强骨架，以如下的步骤进行制备：首先是在机织布机上织造孔眼型三维机织网架织物，然后将织造下机后的孔眼型三维机织网架织物放入发泡设备的模具中为骨架，通过公知的泡沫塑料发泡工艺制成增强型泡沫板材。该增强型泡沫板材根据选用的发泡材料和工艺可以是软质的，也可以是硬质的。
【专利说明】一种孔眼型三维机织网架织物增强轻质板材及其制备方法
所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轻质板材及其制备方法，尤其是一种孔眼型三维机织物增强了的轻质板材及其制备方法。
【背景技术】
[0002]泡沫结构是材料轻质高强化的有效手段，其中，泡沫板材是轻质材料的一种主要结构形式。
[0003]由于泡沫结构不但质轻，而且具有良好的隔热、隔音、减震和能量吸收性能，因此在航空航天、陆运、海运、机械、能源、建筑、包装等工程领域都具有十分广阔的应用前景。
[0004]理想的泡沫材料，在实际应用中，尤其是用于高【技术领域】的泡沫，还要求具有好的静态和动态压缩强度、冲击强度、刚度、尺寸稳定性以及较高的抗断裂性。但现有的泡沫材料，特别是使用得量大面广的泡沫板材，在满足以上要求方面不是很理想。这是因为，目前泡沫板材一般以两种方式出现，一是由发泡高分子材料经发泡工艺制成未经增强的纯泡沫材料，其结构形态除了可以为板材外，还可以是板材的变形形式，如型材等，另一是将发泡高分子材料作为填充材料经发泡工艺制成，其结构外形由被填充体的决定，也就是说，如果是泡沫板材形式，就必须以厚度比长宽小得多的板形被填充体为模具。无论哪一种方式，都存在着不足之处 ，前者因为是没有增强体的纯泡沫材料，力学性能不能做得较高，影响了其用途在结构材料，尤其是在高【技术领域】应用的拓展；后者因受被填充体的限制，影响发泡的顺利扩展及对被填充体的全面填充发泡，这是因为其厚度较小而长宽尺寸却较大的缘故。
[0005]所以对泡沫板材施加以不会影响发泡顺利进行的增强体就成为泡沫业界的一个发展思路和方向。从提高最终性能来看，这种增强体最好能够采用玻璃纤维或诸如碳纤维等高性能纤维为原料，而织物则是这类纤维材料的集合体的常见形式。
[0006]目前，公知的泡沫板材还未见此类织物增强的有关报道。
【发明内容】
[0007]为了弥补上述的现有的泡沫材料的不足之处，本发明提供一种孔眼型三维机织网架织物增强轻质板材及其制备方法。因为纺织材料是纤维状材料，而纤维状材料在力学性能的充分利用上比块状或体状的材料具有更多的优势，所以，将纤维及其织物作为泡沫板材的增强材料，特别是将适合于玻璃纤维、碳纤维等高性能纤维制织的机织物用作泡沫板材的增强体来制备泡沫板材就成为本发明的目的，并且该种机织物还必须能适合泡沫板材的发泡的产业化生产的要求:能够将发泡物以对织物涂布的方式进行高效地生产，而不是从小孔或小截面进行内部填充的方式来发泡。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案及步骤是:泡沫板材中具有整体结构的孔眼型三维机织网架织物作为其增强骨架。该织物或者是上下表层均为孔眼型的组织结构，并有接结经以跨连上表面层和下表面层的方式将上下表层连接成整体的孔眼型三维网架结构的织物；或者是仅上表层或下表层中的一层为孔眼型组织结构，而另一表层为非孔眼型的平面连续组织结构，并有接结经以跨连上表面层和下表面层的方式将上下表层连接成整体的孔眼型三维网架结构的织物；其中，接结经可以V型或W型连接方式对上下两表面层进行整体间隔连接。该增强型泡沫板材的制备方法是以如下的步骤进行制备:首先是在机织布机上织造孔眼型三维机织网架织物，然后将织造下机后的织物放入发泡设备的模具中为骨架，通过公知的泡沫塑料或泡沫水泥、泡沫酚醛的发泡工艺制成增强型泡沫板材。该泡沫发泡工艺可以是软质泡沫板材发泡工艺，也可以是硬质结构泡沫板材发泡工艺。软质泡沫板材发泡工艺是先将孔眼型三维机织网架织物骨架放入发泡设备的模具后，然后再以PE, EVA塑料、SBR、CR橡胶为发泡高分子材料，加以催化剂、泡沫稳定剂和发泡剂，通过通常的物理发泡或交联发泡工艺而制成软质增强型泡沫板材的工艺；硬质结构泡沫板材发泡工艺是先将孔眼型三维机织网架织物骨架放入发泡设备的模具后，然后再以PVC、PET塑料为基础，通过贯穿的芳香酰胺聚合网络修正而制成增强型的结构泡沫板材的工艺。
[0009]本发明的有益效果是，采用适合高性能纤维制织的孔眼型机织物作增强体，这不但使大尺寸小厚度的泡沫板材的产业生产成为现实可能，而且使该泡沫板材具有良好的力学性能，尤其是抗弯折断裂、抗剪切性能等，提高了板材的刚性、变形恢复能力和抗冲击性能及其损伤容限。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]图1是本发明实施例1的孔眼型三维机织网架织物的结构示意图。
[0012]图2是本发明实施例的孔眼型三维机织网架织物中的跨位经纱表层经纱进行跨位束缚的示意图。
[0013]图3是本发明实施例的孔眼型三维机织网架织物中一个孔眼结构单元的示意图。
[0014]图4是本发明实施例2的孔眼型三维机织网架织物的结构示意图。
[0015]图5是本发明实施例2的孔眼型三维机织网架织物增强的泡沫板材的示意图。
[0016]图中1.三维机织网架织物的上表面层，2.三维机织网架织物的下表面层，3.三维机织网架织物的接结经，11.普通经纱，12.纬纱，13.跨位经纱，A.实纬区域，B.缺纬区域，C.空经区域，D.穿经区域，h.三维机织网架织物的厚度，f.泡沫体，V.接结经3构成的椎柱体。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:孔眼型三维机织网架增强的CR(氯丁橡胶)软质泡沫板材。
[0018]本实施例为厚度为22毫米的孔眼型三维机织网架织物增强型CR(氯丁橡胶)软质泡沫板材。
[0019]本发明实施例的制备方法包括两大步骤:首先是孔眼型三维机织网架织物的制织，然后才是以此增强的软质泡沫板材的制备。
[0020]本实施例的孔 眼型三维机织网架织物的制织如下:
[0021]本实施例选用厚度h为20毫米的孔眼型三维机织网架织物作为泡沫板材的增强体，在机织布机上制织。其织物结构如图1所示，是上表层I和下表层2均为孔眼型组织结构，并有接结经3以跨连上表面层I和下表面层2的方式将上下表层1、2连接成图1所示的整体的孔眼型三维网架结构的织物。如图1所示，本实施例中，表面层I和下表面层2的孔眼呈对位配置方式。本实施例中，经纬纱和接结经都选用1200tex无捻粗纱E玻璃纤维。
[0022]本实施例的孔眼型三维机织网架织物的实现上的困难在于如何形成上表层I和下表层2的孔眼型组织结构，而形成表层孔眼型组织结构的关键又在于如何将织物表层的经纱相对地进行收束靠拢。对此，本实施例的解决方法是采用跨位束缚的方式来达到这一目的的。
[0023]在图2中，表示了本实施例的跨位经纱13对上表层I的经纱11进行跨位束缚的织物结构，本实施例中为“I跨3平纹”结构，具体的是，被每根跨位经纱13通过跨位方式来收束靠拢的普通经纱11有3根，并且这3根普通经纱11相互之间作平纹规律的上下沉浮，以此方式与纬纱12交叉穿插；相应地，跨位经纱13不但也有与纬纱12交叉穿插的上下沉浮，同时还随着制织的进行，在织物的幅宽方向还作跨过3根经位的往复横移；结果是，该跨位经纱13与纬纱12交叉穿插同时，其中的每一根跨位经纱13将处于其跨位之间的3根普通经纱11在织物横向进行左右限位。下表层2的经纱进行跨位束缚的织物结构类同上表层I的，叙述从略。
[0024]在图3中，表示了本实施例的孔眼型三维机织网架织物的上表层I的一个孔眼结构单元的形成方法。在幅宽方向，将织物的上表层I分成正常穿经的穿经区域D和不穿经纱的空经区域C，这样来将跨位经纱13和普通经纱11进行成组地间隔排列，图中区域D是排列了一组经纱的“穿经区域”，该区域内的经纱按图1所示的“I跨3平纹”结构排列，图中区域C是不排列任何经纱的“空经区域”;在长度方向，将织物的上表层I分成纬纱12进行正常引纬的实纬区域A和不引带纬纱12的缺纬区域B，这样来将纬纱12进行成组地间隔排列，图中区域A是排列了一组纬纱的“实纬区域”，图中区域B是不排列任何纬纱的“缺纬区域”；如此，就形成了孔眼型三维机织网架织物的上表层I的一个网格单元。空经区域C的宽度和缺纬区域B的 长度决定了孔眼的大小，可以方便地按需要设计。孔眼型三维机织网架织物的下表层2的孔眼结构单元的形成方法类同上表层I的，叙述从略。
[0025]由多个上述的孔眼结构单元循环就组成了的孔眼型三维机织网架织物的整片的上表层I和下表层2 ;再由多根接结经3将整片的上表层I和下表层2连接成一体,就成为图1所示的本实施例的整体结构的孔眼型三维机织网架织物。
[0026]本实施例的增强型软质泡沫板材的制备如下:
[0027]泡沫配方:100kg氯丁橡胶(0?)、101^黑油膏、271^炭黑、1.31^乜1?25、3.31^石腊、180kg高岭土、20kg环烧油、33kg芳香油、9kg 二亚硝基五亚甲基四胺、13kg氧化锌、
6.7kg氧化镁、1.2kgN, N，- 二乙基硫脲、1.2kg亚乙基硫脲、4.7kg尿素脂、1.3kg硫代二丙酸二月桂酯、2kg2, 2’ -亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酹)、3.3kg凡士林。
[0028]发泡步骤:
[0029]I)将氯丁橡胶、黑油膏、炭黑、分散剂、石蜡在加压式捏炼机中混炼400s ；
[0030]2)将混炼后的物料在开炼机上混炼400s ；
[0031]3)再同其他配料等一起按照粉料、油剂、胶料的顺序在加压式捏炼机中混炼400s ；
[0032]4)将混炼后的物料在开炼机上混炼420s，出片供挤出机喂料；
[0033]5)先将已经制织好的孔眼型三维机织网架织物根据模具的尺寸裁剪后放入模具中，然后再将上一步骤混炼后的物料送入挤出机挤出到已放有增强织物的模具中；
[0034]6)将含有增强织物和物料的模具送到第一台模压发泡机进行一次发泡硫化，时间为30min，得到一次发泡体；
[0035]7)将一次发泡体接着送到第二台模压发泡机进行二次发泡硫化，时间为25min，得到二次发泡体；
[0036]8)将二次发泡体冷却至室温后开模即得到孔眼型三维机织网架增强的CR软质泡沫板材的成品。
[0037]实施例2:孔眼型三维机织网架增强的硬质PVC(聚氯乙烯)结构泡沫板材。
[0038]本实施例为厚度为26毫米的孔眼型三维机织网架织物增强型硬质PVC(聚氯乙烯)结构泡沫板。
[0039]本实施例的制备方法的步骤是:首先制织孔眼型三维机织网架织物，然后以此制备增强型硬质结构泡沫板材。
[0040]本实施例的孔眼型三维机织网架织物的制织如下:
[0041]本实施例选用厚度h为24毫米的孔眼型三维机织网架织物作为泡沫板材的增强体，在机织布机上制织，其织物结构如图4所示，是上表层I和下表层2均为孔眼型组织结构，并有接结经3以跨连上表面层I和下表面层2的方式将上下表层1、2连接成整体的孔眼型三维网架结构的织物。如图4所示，本实施例中，上表面层I和下表面层2的孔眼呈间位配置方式。在图5中的左上部分`表示了织物的上表面层I和下表面层2及间位叠放状态，实线表示的是孔眼结构的上表面层1，虚线表示的是孔眼结构的下表面层2，可见上下表层1、2的孔眼虽大小相同，但在织物的纬向和经向呈相间配置状态。这种间位配置方式的目的是提高织物的抗压性能，因为将上表层I和下表层2连成整体结构的接结经3相互间组成稳定性和抗压性都较好的椎柱体V，图4中的图(I)表示了 I个椎柱体V，而图4中的图(2)表不了相邻的4个椎柱体V,图4中的图(3)表不了相邻的4个椎柱体V与上下表面层1、2的连接状态，将上表面层I的I个孔眼与下表面层2的4个孔眼间位连接在一起。本实施例中，经纬纱和接结经都选用800tex无捻粗纱E玻璃纤维。
[0042]本实施例的孔眼间位配置方式的孔眼型三维机织网架织物的实现上的困难及解决方法同实施例1，叙述从略。
[0043]本实施例的增强型结构泡沫板材的制备为如下步骤:
[0044](I)在混合机中混合固液原料，直至混合均匀，得到糊状混合物；
[0045](2)先将已经制织好的孔眼型三维机织网架织物根据模具的尺寸裁剪后放入模具中，然后再将步骤(1)得到的糊状混合物倒入模具中，在一定温度和压力下，使得发泡剂完全分解，得到含有以孔眼型三维机织网架织物为骨架来增强的半发泡状模压块，在这个过程中，因为该织物的表层是孔眼结构，使得糊状混合物能无困难地将织物完全浸没其中；
[0046](3)冷却增强型半发泡状模压物至室温；
[0047](4)将步骤(3)得到的冷却的增强型半发泡状模压物置于热水浴或蒸汽中，膨胀直到最终的密度；
[0048](5)将步骤(4)得到的膨胀过的半成品冷却到室温，然后采用热水喷雾或在蒸汽中固化后处理，反应剩余的异氰酸酯，得到固化好的板状交联聚氯乙烯结构泡沫。
[0049]上述步骤(2)中，在一定温度下，发泡剂发生分解反应，聚氯乙烯发生凝胶反应。在一定压力下，化学发泡剂分解产生的氮气等气体溶解在聚氯乙烯凝胶中，形成细小的泡核。凝胶反应在聚氯乙烯的凝胶温度下进行，温度范围是160-180°C:压力范围是12-20MPa。
[0050]上述步骤(2)中，所述的模具是铝制模具。
[0051]上述步骤(4)中，由于水分的存在，半发泡状模压物同时发生膨胀和交联反应。主要的化学反应为水、异氰酸酯、酸酐和三嗪化合物等一系列复合物之间的反应。最可能发生的反应为异氰酸酯与水反应形成胺和气体二氧化碳。
[0052]本实施例的更为具体的配方及工艺如下:
[0053]固液原料的混合物中包含聚氯乙烯100千克，甲苯二异氰酸酯45千克，二苯基甲烷二异氰酸酯15千克，环氧妥尔油I千克，偶氮二异丁睛6.2千克，偶氮二甲酰胺1.8千克，苯代三聚氰胺3.8千克，六氢苯酐21.5千克。在混合机中搅拌混合直至均匀，得到一定粘度的糊状混合物。在先将已经制织好的孔眼型三维机织网架织物根据模具的尺寸裁剪后放入厚度为26毫米的铝制模具中后，再将将糊状混合物倒入模具中，填满模具。将其放置进160°C的压机平板之间加热，压力为14MPa。混合物在压力下冷却到室温并且取出，得到冷却的半发泡状模压物。接着，将半发泡状模压物放置于蒸汽烘箱中膨胀6小时，蒸汽温度为92°C ±2°C。冷却后，在55°C的蒸汽烘箱中固化后处理10天，使异氰酸酯得到充分的反应，由此就得到由图1所示的孔眼型三维机织网架织物增强的硬质PVC结构泡沫板材，如图5所不。图5的右部分为泡沫板材的纵向横截面，图5的下部分为泡沫板材的横向横截面，由图5的横截面上可见，泡沫f将孔眼型三维机织网架织物的上下层1、2及连接纱线3嵌埋其中，即孔眼型三维机织网架织物成为了泡沫板材的增强骨架。
[0054]实施例3:孔眼型三维机织网架增强的硬质PVC(聚氯乙烯)结构泡沫板材。
[0055]本发明实施例的制备方法包括两大步骤:首先是孔眼型孔眼型三维机织织物的制织，然后才是以此为增强体的结构泡沫板材的制备。
[0056]本实施例选用上下表层`均为孔眼的厚度h为25毫米的孔眼型三维机织织物作为泡沫板材的增强体，其织物结构如图1所示，在此仅对增强型结构泡沫板材的制备作如下叙述:
[0057]本实施例的增强型结构泡沫板材的制备为如下步骤:
[0058](I)在混合机中混合固液原料，直至混合均匀，得到糊状混合物；
[0059](2)先将已经制织好的孔眼型三维机织织物根据模具的尺寸裁剪后放入模具中，然后再将步骤(1)得到的糊状混合物倒入模具中，在一定温度和压力下，使得发泡剂完全分解，得到含有以孔眼型三维机织织物为骨架来增强的半发泡状模压块，在这个过程中，因为孔眼型三维机织织物的表层是孔眼结构，使得糊状混合物能无困难地将织物完全浸没其中:
[0060](3)冷却增强型半发泡状模压物至室温；
[0061](4)将步骤(3)得到的冷却的增强型半发泡状模压物置于热水浴或蒸汽中，膨胀直到最终的密度；
[0062](5)将步骤(4)得到的膨胀过的半成品冷却到室温，然后采用热水喷雾或在蒸汽中固化后处理，反应剩余的异氰酸酯，得到固化好的块状或板状交联聚氯乙烯结构泡沫。
[0063]上述步骤(2)中，在一定温度下，发泡剂发生分解反应，聚氯乙烯发生凝胶反应。在一定压力下，化学发泡剂分解产生的氮气等气体溶解在聚氯乙烯凝胶中，形成细小的泡核。凝胶反应在聚氯乙烯的凝胶温度下进行，温度范围是160-180°C:压力范围是12-20MPa。
[0064]上述步骤⑵中，所述的模具是钢制模具。
[0065]上述步骤(4)中，由于水分的存在，半发泡状模压物同时发生膨胀和交联反应。主要的化学反应为水、异氰酸酯、酸酐和三嗪化合物等一系列复合物之间的反应。最可能发生的反应为异氰酸酯与水反应形成胺和气体二氧化碳
[0066]本实施例的更为具体的配方及工艺如下:
[0067]固液原料的混合物中包含聚氯乙烯100千克，液化二苯基甲烷-4，4_’二异氰酸酯66千克，多亚甲基多苯基多异氰酸酯12.6千克，环氧大豆油1.6千克，偶氮二异丁氰7.0千克，偶氮二甲酰胺1.8千克，三聚氰胺3.0千克，甲基六氢苯酐20.6千克，表面活性剂1.2千克。在混合机中搅拌混合直至均匀，得到一定粘度的糊状混合物。在先将已经制织好的孔眼型三维机织织物根据模具的尺寸裁剪后放入厚度为28毫米的钢制模具中后，再将将糊状混合物倒入模具，填满模具。然后将其放置进175°C的压机平板之间加热，压力为14MPa。混合物在压力下冷却到室温并且取出，得到冷却的半发泡状模压物。接着，将半发泡状模压物放置于蒸汽烘箱中膨胀6小时，蒸汽温度为93°C土 2°C。冷却后，在65°C的蒸汽烘箱中固化后处理5天，使异氰酸酯得到充分的反应，由此就得到由图1的孔眼型三维机织织物增强的硬质PVC结构泡沫板材，该板材如图2所示。图2中的泡沫f将孔眼型三维机织织物的上下层1、2及连接纱线3嵌埋其中，即孔眼型三维机织织物成为了泡沫板材的增强骨架。
[0068]实施例4:孔眼型三维机织网架增强的酚醛树脂泡沫板材。
[0069]本实施例为厚度为26毫米的孔眼型三维机织网架织物增强型酚醛树脂泡沫板。
[0070]本实施例的制备方法的步骤是:首先制织孔眼型三维机织网架织物，然后以此制备增强型泡沫板材。
[0071]本实施例的孔眼型三维机织网架织物的制织如下:
[0072]本实施例选用厚度h为50毫米的孔眼型三维机织网架织物作为泡沫板材的增强体，在机织布机上制织，其织物结构如图4所示，是上表层I和下表层2均为孔眼型组织结构，并有接结经3以跨连上表面层I和下表面层2的方式将上下表层1、2连接成整体的孔眼型三维网架结构的织物。如图4所示，本实施例中，上表面层I和下表面层2的孔眼呈间位配置方式。在图5中的左上部分表示了织物的上表面层I和下表面层2及间位叠放状态，实线表示的是孔眼结构的上表面层1，虚线表示的是孔眼结构的下表面层2，可见上下表层
1、2的孔眼虽大小相同，但在织物的纬向和经向呈相间配置状态。这种间位配置方式的目的是提高织物的抗压性能，因为将上表层I和下表层2连成整体结构的接结经3相互间组成稳定性和抗压性都较好的椎柱体V，图4中的图(I)表示了 I个椎柱体V，而图4中的图(2)表不了相邻的4个椎柱体V,图4中的图(3)表不了相邻的4个椎柱体V与上下表面层1、2的连接状态，将上表面层I的I个孔眼与下表面层2的4个孔眼间位连接在一起。本实施例中，经纬纱和接结经都选用800tex无捻粗纱E玻璃纤维。
[0073]本实施例的孔眼间位配置方式的孔眼型三维机织网架织物的实现上的困难及解决方法同实施例1，叙述从略。
[0074]本实施例的增强型结构泡沫板材的制备为如下步骤:
[0075]首先按如下配方进行酚醛树脂泡沫的配置。
[0076]酚醛树脂泡沫配方
【权利要求】
1.一种孔眼型三维机织物增强了的轻质板材，由可发泡材料经发泡工艺制成，其特征是:泡沫板材中具有整体结构的孔眼型三维机织网架织物作为其增强骨架。
2.据权利要求1所述的孔眼型三维机织物增强了的轻质板材，其特征是:作为骨架的孔眼型三维机织网架织物是上下表层均为孔眼型组织结构，并有接结经以跨连上表面层和下表面层的方式将上下表层连接成整体的孔眼型三维网架结构的织物。
3.根据权利要求1所述的孔眼型三维机织物增强了的轻质板材，其特征是:作为骨架的孔眼型三维机织网架织物是仅上表层或下表层中的一层为孔眼型组织结构，而另一表层为非孔眼型的平面连续组织结构，并有接结经以跨连上表面层和下表面层的方式将上下表层连接成整体的孔眼型三维网架结构的织物。
4.根据权利要求1所述的孔眼型三维机织物增强了的轻质板材，其特征是:接结经以V型或W型连接方式对上下两表面层进行间隔连接。
5.一种权利要求1所述的孔眼型三维机织物增强了的轻质板材的制备方法，其特征是:以如下的步骤进行制备，首先是在机织布机上织造孔眼型三维机织网架织物，然后将织造下机后的孔眼型三维机织网架织物放入发泡设备的模具中为骨架，通过公知的泡沫塑料发泡工艺制成增强型泡沫板材。
6.根据权利要求5所述的孔眼型三维机织物增强了的轻质板材的制备方法，其特征是:公知的泡沫塑料发泡工艺为软质泡沫板材发泡工艺，即是先将孔眼型三维机织网架织物骨架放入发泡设备的模具后，然后再以PE、EVA塑料`、SBR、CR橡胶为发泡高分子材料，加以催化剂、泡沫稳定剂和发泡剂，通过通常的物理发泡或交联发泡工艺而制成软质增强型泡沫板材的工艺。
7.根据权利要求5的孔眼型三维机织物增强了的轻质板材的制备方法，其特征是:泡沫塑料发泡工艺为结构泡沫板材发泡工艺，即是先将孔眼型三维机织网架织物骨架放入发泡设备的模具后，然后再以PVC、PET塑料为基础，通过贯穿的芳香酰胺聚合网络修正而制成增强型结构泡沫板材的工艺。
【文档编号】C08L27/06GK103865144SQ201210536539
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】周罗庆, 周超美 申请人:江南大学