CN102152517A - 带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，包括上、下两玻纤增强聚氨酯层、由蜂窝纸或者低密度泡沫制成的夹心层，夹心层粘结在两玻纤增强聚氨酯层之间，在其中一个玻纤增强聚氨酯层上设置有凹陷，上、下两玻纤增强聚氨酯层通过该凹陷透过夹心层粘接在一起。本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品是在产品的不可视层表面上设置凹陷，使上下表面的玻纤增强聚氨酯透过夹心层粘接起来，增强产品的刚性。

Description

带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品及其生产方法

技术领域

本发明涉及玻纤增强聚氨酯产品及其生产技术，特别涉及带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品及其生产方法。

背景技术

带有夹心的玻纤增强聚氨酯是一种复合材料，上下表面是玻璃纤维增强的聚氨酯材料，中间的夹心层是低密度的泡沫材料或者蜂窝纸。夹心层较低的密度，赋予产品优秀的轻量化效果，聚氨酯料发泡后浸没上下表面的玻璃纤维，并与中间的夹心层粘接起来，使产品具有良好的刚性，所以这种新型的制品在行李箱地板、衣帽架、天窗遮阳板等汽车内饰件领域广泛采用的材料。

低密度泡沫强度较低，用其作为夹心材料生产的产品，受夹心层的影响，刚性不会很好。如果产品的刚性要求很高，可以采用高密度的泡沫材料，但是这样一来就不能再体现出节约材料和减轻重量的效果。所以这种材质的应用仅限于强度要求不高的场合。

蜂窝纸在垂直方向上具有很高的压缩强度，以其作为夹心材料生产的产品，因为蜂窝纸的原因，刚性要高很多。当产品厚度大的时候，用蜂窝纸作为夹心材料可以生产出刚性极好的产品，所以在行李箱的承重地板上有很广泛的应用。

目前，市场上的带有夹心的玻纤增强聚氨酯具有以下缺点：

1、 刚性小，尺寸稳定性差。

天窗遮阳板类的产品受空间限制不能太厚，而且装配到车顶上要求产品的重量很轻，与众多零件配合需要有很好的尺寸稳定性。实际上，这三个要求时互相矛盾的，形状稳定性的改善通常采用增加产品厚度和增加玻纤与组合料的用量来实现，这也必然导致产品的重量增加，特别是因为产品的厚度小，刚性降低，尺寸稳定性不好是天窗遮阳板的主要质量问题。

为了提高产品的刚性和形状稳定性，有很多天窗遮阳板采用了尾部翻边的设计方案，以提高尾部的刚性，但是前部因为往往没有足够的空间设计翻边，所以仍然面临刚性不足的问题。没有翻边结构的天窗遮阳板，刚性一般通过采用瓦楞形的蜂窝、缩小蜂窝纸的孔径、增加玻纤和聚氨酯料的用量来实现。这样做无疑会增加生产成本，另一方面也会增加产品的重量，失去了夹心材料的轻量化优势。

蜂窝纸虽然有很高的压缩强度，但是在受潮后压缩强度大大下降，严重影响产品的刚性，限制了产品的应用。为了解决这一问题，表面的玻纤增强聚氨酯层必须作得很厚，使之具有良好的密封性。这样一来，会导致增加重量和成本增加的问题。

2、表面脱层

在夹心结构聚氨酯产品的生产过程中，会发生化学反应产生大量的气体，在产品内部形成很高的压力。蜂窝纸夹心的产品，因为蜂窝纸与产品的粘接面积很小，会发生表层的玻纤增强聚氨酯层与蜂窝纸脱层的现象，造成废品。低密度泡沫夹心的产品更容易出现问题，因为低密度泡沫本身强度很低，在受到内压的时候，上下表面的玻纤增强聚氨酯层向外膨胀，会从泡沫层中间撕裂成两层，造成废品。

3、表面色差

在夹心结构聚氨酯产品的生产过程中，材料放在模具上之后，下表面的材料直接接触模具，马上开始加速反应，上表面的材料需要等到模具闭合之后才开始受热，加速反应。因为下表面在没有合模的情况下提前加速反应，聚氨酯料发生发泡和交联反应之后并未深入玻纤内部，而是浮在玻纤之外，造成表面色差，并导致玻纤增强聚氨酯层与夹心层粘结不牢固。

发明内容

本发明的目的就是为了解决以上问题而提供一种具有良好刚性的带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：它包括上、下两玻纤增强聚氨酯层和由蜂窝纸或者低密度泡沫制成的夹心层，夹心层粘结在两玻纤增强聚氨酯层之间，在其中一个玻纤增强聚氨酯层上设置有凹陷，上、下两玻纤增强聚氨酯层通过该凹陷透过夹心层粘接在一起。

本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品用于天窗遮阳板等产品时，设置凹陷的一般为外部不可见的非可视面，而外部可见的可视面（需要贴合面料）保持原有的形状不变。本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的有益效果是，本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品是在现有玻纤增强聚氨酯制品的一个表面上设置凹陷，因为这些凹陷把上、下两玻纤增强聚氨酯层连接起来，低密度泡沫夹心的产品不会因为泡沫强度低而导致粘接不牢，蜂窝纸夹心的产品也不会因为蜂窝纸与表层接触面积小而导致粘接不牢，该制品的整体刚性都会增加；采用本发明的方案，因为有很多凹陷把上、下两层玻纤增强聚氨酯材料粘接在一起，具有很高的强度，所以在受到同样的内压时，产品脱层或分层的风险大大降低，减少了废品的产生；蜂窝纸夹心的产品，即使蜂窝纸受潮失去强度，或者因蜂窝纸偏厚受压弯曲，产品本身的强度也不会受到很大影响，所以可降低了产品对存放、运输、使用环境的湿度要求，扩大产品的应用范围；低密度泡沫夹心的产品，因为产品的刚性主要是由玻纤增强聚氨酯构成的骨架提供，即使泡沫的强度很低，只要在成型过程中能够把表层材料支撑起来，达到产品设定的厚度，产品也可以有很好的刚性，不再受低密度泡沫的强度影响，所以可利用更低密度的泡沫作夹心材料来降低成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做以下改进。

进一步的，凹陷的侧壁为具有拔模角度的斜面，拔模角度为3～80度。

进一步的，凹陷的拔模角度为30～60度。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，这些凹陷的侧壁应该有一定的角度，角度太大（侧壁平），会使侧壁的宽度大大增加，影响产品的刚性，角度太小（侧壁陡），会增加脱模的难度，影响侧壁的成型性，发生缺料的缺陷，特别是玻纤的拉伸量大，侧壁的强度会受到影响。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，凹陷区域的面积小于其所在的玻纤增强聚氨酯层表面积的一半。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，总体来讲这些凹陷区域的面积应该小于玻纤增强聚氨酯层上未设置有凹陷的未减薄区域的面积，否则产品的刚性会降低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，凹陷的宽度不小于玻纤增强聚氨酯层厚度的2倍，且不大于该制品总厚度的5倍。

进一步的，凹陷的宽度为玻纤增强聚氨酯层厚度的5倍以上，且该制品总厚度的2倍以下。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，这些凹陷应该有一定的宽度，不小于玻纤增强聚氨酯层厚度的2倍，最好在5倍以上，否则粘接强度不高，也不宜超过该制品厚度5倍，最好在2倍以下，否则凹陷的区域面积过大，也会影响该制品的刚性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，凹陷为圆形、椭圆形、多边形或圆角多边形，或者为与该制品跨度方向一致的条形，或者为覆盖玻纤增强聚氨酯层表面的网格，或者为上述形状的任意组合。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，这些凹陷的设置的分布要合理，应尽量避免在垂直于跨度方向上形成连续或基本连续的凹限，否则会影响产品的强度。这些凹陷可以圆形、椭圆形、多边形、圆角多边形，也可以是与该制品跨度方向一致的条形，或者覆盖玻纤增强聚氨酯层表面的网格，以及上述形状的组合。当这些凹陷呈条状时，长长的凹陷的侧壁大大提高了产品的刚性；当这些凹陷呈网格状时，玻纤增强聚氨酯层已经形成比较结实的立体结构，纵横各个方向的刚性都得到了增强。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种专用装置，它包括由上模和下模组成的模具，下模上设置有与带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品上的凹陷相对应的凸起。

本发明一种制备带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的模具设备有益效果是，采用该模具设备制备本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，该凸起不仅提高了材料的刚性，而且改善了发泡成型过程中化学反应的均匀性。在本发明中，制备这种具有凹陷的聚氨酯产品，需要模具上设置与凹陷相对应的凸起，一般设置有凸起的模具作为下模。这些凸起与本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的凹陷相对应，具有平坦的顶部和合适的拔模角度，凸起的顶部和根部具有合适的圆角，圆角的半径最小可以达到0.5mm，最大可以达到该制品厚度的一半。材料放置到下模具上之后，合模时，只有凹陷部分的聚氨酯材料与模具的凸起部分接触，提前加速反应，所以大部分区域是几乎与上表面同时进入加速反应阶段，不会产生大面积的表面色差，而且，上、下两聚氨酯层粘结在一起，未设置凹陷的聚氨酯层发挥粘结作用即可保障粘接效果，不会因为凹陷底部材料的提前反应而导致粘接不良，由于凹陷部分低于产品的主平面，受光情况与主平面不同，所以即使凹陷底部发生颜色改变也不会明显影响产品的外观。

本发明还提供了一种生产带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的方法，包括如下步骤：将喷涂或涂敷过聚氨酯料的两层玻纤毡中间夹一层蜂窝纸或低密度泡沫后放入专用模具，所述模具上具有凸起的一侧在下，模温为100~150℃，保压1~3分钟后，取出，冷却，即得到带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品。

本发明一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的生产方法的有益效果是，采用上述方法生产本发明具有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，该制品具有良好的刚性，且表面色差减轻。

附图说明

图1为本发明具有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的断面结构示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明实施例3的结构示意图；

图5为本发明实施例4的结构示意图；

图6为本发明实施例5的结构示意图；

图7为本发明实施例6的结构示意图；

图8为本发明实施例7的结构示意图；

图9为本发明实施例8的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1上玻纤增强聚氨酯层，2下玻纤增强聚氨酯层，3夹心层，4凹陷，5未减薄区，6凹陷的侧壁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行说明。

如图1所示，一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其材料结构为三层，中间是夹心层3，夹心层3的材料可以是蜂窝纸，也可以是低密度泡沫，夹心层3的上下表面分别粘结上玻纤增强聚氨酯层1和下玻纤增强聚氨酯层2，下玻纤增强聚氨酯层2上设有凹陷4，该凹陷4将该制品分为凹陷区域和未减薄区5，在凹陷区域，夹层材料被压缩，上、下两玻纤增强聚氨酯层1，2透过夹心层3，通过凹陷4的底部而粘结在一起，以增强制品的刚性。

该凹陷4的底部为平面，凹陷的侧壁6有为具有拔模角度的斜面，拔模角度在3-80度之间，最好为30-70度。

凹陷区域的面积小于下玻纤增强聚氨酯层2表面积的一半，即凹陷4区域的面积小于未减薄区5的面积。

凹陷4底部的厚度，应该根据玻纤增强聚氨酯层的用量和厚度来设定，确保上、下两玻纤增强聚氨酯层1，2透过夹心层3粘接在一起，对于可压缩性很大的大孔径的蜂窝纸或者密度很低的泡沫，该厚度可以小于两玻纤增强聚氨酯层厚度之和；对于可压缩性较小的小孔径蜂窝或瓦楞形蜂窝以及密度较高的泡沫，该厚度要考虑夹心层3材料压缩之后的厚度。

凹陷4应该有一定的宽度，其宽度值应不小于凹陷4所在的下玻纤增强聚氨酯层2厚度的2倍，最好在5倍以上，否则粘接强度不高，也不宜超过该制品厚度5倍，最好在2倍以下，否则凹陷4部分的面积过大，也会影响该制品的刚性。

凹陷4的设置的分布要合理，应尽量避免在垂直于跨度方向上形成连续或基本连续的凹陷，否则会影响该制品的强度。

凹陷4可以为圆形、椭圆形、多边形、圆角多边形，也可以是与该制品跨度方向一致的条形，或者覆盖下玻纤增强聚氨酯层2表面的网格，以及上述形状的任意组合。

本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品在用于天窗遮阳板等产品时，凹陷4一般设置在产品的非可视面，而产品的外部可视面保持形状不变。

常用的带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其夹心层3采用蜂窝纸孔呈六边形，蜂窝孔的边长为4~10mm，原纸克重100~260 g/m²，两玻纤增强聚氨酯层材料采用300~900g/m²的短切玻纤毡，短切玻纤的长度为20~80mm，玻纤毡的粘结剂为热熔胶粉，聚氨酯组合料采用Bayer公司的BayPreg系列组合料，聚氨酯料的喷涂量为400~1000g/m²。

常见的天窗遮阳板，长度600~800mm，宽度350~500mm，厚度5~8mm，如果没有翻边，弧度的变化在±3左右，很难控制在±1以内。

以下结合实施例和对照例，以一种天窗遮阳板为例来对本发明进行进一步的说明。

对照例

一种天窗遮阳板，长度700mm，宽度400mm，厚度7mm，产品呈柱面，长度方向上的曲率半径为10000mm，其夹心层3采用蜂窝纸孔呈六边形，蜂窝孔的边长为4~10mm，原纸克重100~260 g/m²。采用两层300g/m2的玻纤毡夹一层厚度7mm的蜂窝纸，两个表面的玻纤毡上按照400g/m²的密度喷涂聚氨酯料，产品的非可视面所对应的模具在下，模温120℃，保压2分钟后，取出即得本发明带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品。生产出的该制品弧度会不一致，把该制品可视面朝下放置到平面上，测量其中心线上前侧边缘到平面的距离。理论值为6mm，实际上最大值达到7.5mm，最小值达到3.2mm。

以下实施例与对照例相比较，不改变制品的材料和工艺，仅仅在制品的非可视面设计凹陷4，各实施例中凹陷4的底部厚度一致，均为2mm，凹陷4的拔模角度相同，均为30度。

实施例1

如图2所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为圆形，凹陷4底部的直径为50mm，凹陷4的拔模角度为30°，共设计8个凹陷4，其分布方式如图2，均匀分布的圆形凹陷4，本实施例制品上凹陷4的存在增加了上、下两层玻纤增强聚氨酯层之间的粘接强度。

实施例2

如图3所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为矩形，凹陷4底部的矩形的长60mm，宽40mm，矩形的四个角为圆角，圆角的半径为5mm，凹陷4的拔模角度为30°，共设计8个凹陷，其分布方式如图3，均匀分布的矩形凹陷4，本实施例制品上凹陷4的存在增加了上、下两层玻纤增强聚氨酯层1，2之间的粘接强度。

实施例3

如图4所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为长条形，凹陷4长600mm，宽10mm，凹陷4的两端为直径10mm的半圆，凹陷4的拔模角度为30°，共设计9个凹陷4，分布方式如图4，本实施例带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品在横向上具有极好的增强效果，但是纵向受凹陷4影响刚性降低。

实施例4

如图5所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为矩形的网格状，该网格覆盖该制品的不可视层面，留下一个个矩形的未减薄区5，凹陷4的拔模角度为45°，未减薄区5的矩形区域长100mm，宽30mm，矩形的四个圆角的半径都是10mm，以上未减薄区5矩形每行交错排列，并在空档处设计长度减小为40mm的矩形。凹陷4的分布方式如图5，本实施例带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品横向具有良好的刚性，纵向刚性受凹陷影响而降低。

实施例5

如图6所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为菱形的网格状凹陷4，该网格覆盖该制品的非可视面，留下若干呈菱形的未减薄区5。凹陷4的拔模角度为45°，未减薄区5的菱形区域对角线长100mm，菱形的四个圆角的半径都是5mm（图中未示出）。在菱形无法排布的边缘处设置三角形的凹陷4，三角形的形状和尺寸根据菱形边缘处的形状和大小确定。凹陷4的分布方式如图6，本实施例带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品在纵横两个方向上具有良好的增强效果，网格密集，在夹心层3失效后仍具有良好的刚性，但是沿对角线方向受凹坑影响刚性较差。

实施例6

如图7所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为六边形的网格状凹陷4，该网格覆盖该制品的不可视层2表面，留下若干呈六边形的未减薄区5。凹陷4的拔模角度为45°，未减薄区5的六边形区域边长50mm，六边形的六个角均为半径5mm的圆角（图中未示出）。在六边形无法排布的边缘处，根据空档的形状和大小设置多边形的未减薄区5。凹陷4的分布方式如图7，本实施例带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品在各个方向上都具有良好的增强效果，网格密集，在夹心层3失效后仍具有良好的刚性和强度。

实施例7

如图8所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为纵横交错的条形凹陷4，这些凹陷4交错排列，避免在某一断面上因为凹陷4的分布而削减该制品的刚性。凹陷4的长度为70mm，宽度为20mm，两端为直径20mm的半圆。凹陷4的拔模角度为30°，分布方式如图8，本实施例带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品在纵横两个方向上都具有良好的增强效果。

实施例8

如图9所示，带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品凹陷4为纵横交错的条形凹陷4，这些凹陷4交错排列，避免在某一断面上因为凹陷4的分布而削减该制品的刚性。凹陷4的长度为120mm，宽度为20mm，两端为直径20mm的半圆。凹陷4的拔模角度为30度，其分布方式如图9，本实施例带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品在纵横两个方向上都具有良好的增强效果。

将以上8个实施例和对照例的性能进行测试。

弧度测量：把该制品凹面朝下放置到平面上，测量下玻纤聚氨酯层2前侧边缘的中心到平面的距离。理论值为6mm，实际上最大值达到7.5mm，最小值达到3.2mm。

受力变形：是一个反映该制品刚性的指标，是把该制品凹面朝下放置在间距680mm的两个平面支撑上，在前侧边缘向下施加50N的力，该制品所产生的变形，变形越小，刚性越好。

浸湿后受力变形：是一个反映产品刚性和耐水性的指标，是把该制品浸泡到水中，浸没到水平面以下100mm，经过24小时后取出，直接测量刚性得到的结果。变形越小，产品的刚性和耐水性越好。

测试结构如表1所示。

表1 实施例1-8带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品与对照例的性能对比

由表1可以看出，采用本发明的技术方案，可以提高产品的形状稳定性，改善表面色差情况，降低制品表面脱层的发生率，提高产品的刚性。在使用比较密集的条形、网格形、纵横交错的长条形凹陷增强方案时，可以得到耐水性优异的产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，它包括上、下两层玻纤增强聚氨酯层、由蜂窝纸或者低密度泡沫制成的夹心层，所述夹心层粘结在两层玻纤增强聚氨酯层之间，其特征在于：在其中一个玻纤增强聚氨酯层上设置有凹陷；上、下两玻纤增强聚氨酯层通过该凹陷透过夹心层粘接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其特征在于：所述凹陷的侧壁为具有拔模角度的斜面，所述拔模角度为3～80度。

3.根据权利要求2所述的一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其特征在于：所述凹陷的拔模角度为30～60度。

4.根据权利要求1所述的一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其特征在于：所述凹陷区域的面积小于其所在的玻纤增强聚氨酯层表面积的一半。

5.根据权利要求1所述的一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其特征在于：所述凹陷的宽度不小于玻纤增强聚氨酯层厚度的2倍，且不大于该制品总厚度的5倍。

6.根据权利要求5所述的一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其特征在于：所述凹陷的宽度为玻纤增强聚氨酯层的5倍以上，且该制品总厚度的2倍以下。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品，其特征在于：所述凹陷为圆形、椭圆形、多边形或圆角多边形，或者为与该制品跨度方向一致的条形，或者为覆盖玻纤增强聚氨酯层表面的网格，或者为上述形状的任意组合。

8.一种制备如权利要求1至7任一项所述的带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的专用设备，它包括由上模和下模组成的模具，其特征在于：所述下模上设置有与带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品上的凹陷相对应的凸起。

9.一种制备如权利要求1至7任一项所述的带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品的生产方法，其特征在于，它包括以下步骤：将喷涂或涂敷过聚氨酯料的两层玻纤毡中间夹一层蜂窝纸或低密度泡沫后放入如权利要求8所述的模具，所述模具上具有凸起的一侧在下，模温为100~150℃，保压1~3分钟后，取出，冷却，即得到带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品。

10.一种天窗遮阳板，其特征在于：它由权利要求1至7任一项所述的带有夹心的玻纤增强聚氨酯制品制得。

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