CN102963101B - 一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板与复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及树脂基纤维增强复合材料的制造成型领域，具体涉及一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板与复合工艺，包括接触式加热装置、S型辊压装置、平板复合成型装置，所述的接触式加热装置、S型辊压装置、平板复合成型装置按照制板顺序依次排列。与传统的压制方法相比，本发明方案所需时间大大减少，生产效率显著提高，属于典型的节能、高效工艺。此外，依据本发明方案制得的热塑性树脂基纤维增强复合板材，通过后期厂家的模压成型处理，所得制品的外观与力学性能均远优于同类产品。

Description

一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板与复合工艺

技术领域

本发明涉及树脂基纤维增强复合材料的制造成型领域，具体涉及一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板与复合工艺。

背景技术

热塑性树脂基纤维增强复合材料,是由纤维和热塑性树脂复合而成的一种新型复合材料,具有轻质环保、吸音隔热、高强韧性、优良的抗化学腐蚀性和环境适应性等特点,已广泛应用于交通、建筑、航空等领域。近些年，随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性及轻量化要求的提高，国内外汽车工业越来越倾向于使用具有冲击韧性好、重量轻、生产效率高、加工成本低、清洁环保等一系列优点的热塑性树脂基纤维增强复合板材来生产汽车前端支架、顶棚、衣帽架、仪表板、发动机护板等结构部件或内饰材料。

现阶段，热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板与复合工艺主要有两种：一，简单的压机成型。这是目前最常采用的加工方法，但无法实现板材的连续成型以及在加压状态下的快速冷却，导致压制出的制品性能波动大，冷却时间长，并且生产效率低，耗能大；二，拉幅烘箱加辊压定型。采用此法只能生产薄的热塑性树脂基纤维增强板材，因而在进行后期的模压复合成型时，热塑性基体的膨化过程中易出现表面不平整等影响内饰材料表观的致命问题。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出了一种一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板与复合工艺，结合接触式加热、S型辊压及平板复合成型过程，不但很好地解决了生产过程中效率不高、耗能大的问题，且可根据实际需要一步法生产热塑性树脂基纤维增强复合板材。

本发明的具体技术方案如下：

本发明是一种一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构，包括接触式加热装置、S型辊压装置、平板复合成型装置，所述的接触式加热装置、S型辊压装置、平板复合成型装置按照制板顺序依次排列。

本发明所述的热塑性树脂基纤维增强复合板材，是密度在0.2～0.8g/cm³的轻质板材与密度大于1g/cm³重质板材。

本发明所述的热塑性树脂为聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚酰胺PA或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。

本发明所述的接触式加热装置包括网带、带动网带运动的传动辊和热源，网带设有平行段，平行段是一对平行的网带。

本发明所述的S型辊压装置包括四个直径相等的小辊和一个大辊，四个直径相等的小辊构成两对小辊对，前小辊对、大辊、后小辊对按照制板顺序依次排列。

本发明所述的平板复合成型装置包括特氟龙带及带动特氟龙带运动的传动辊，特氟龙带设有平行段，平行段是一对平行的特氟龙带，平行段包括加热段和冷却段。

本发明是一种一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构的复合工艺，包括如下三个阶段：

(1)、第一阶段为接触式加热过程，复合毡位于上下两层平行的网带之间，沿方向边传动边加热，热源为由风扇组件产生的循环风，进风口在下，出风口在上；

(2)、第二阶段为S型辊压过程，经接触式加热装置处理后的材料，依次传至前小辊对、大辊和后小辊对，辊采用导热油载体，可实现自动控温，四个小辊、一个大辊的温度、直径及小辊对之间的间隙均可调；

(3)、第三阶段为平板复合成型过程，经S型辊压装置处理后的材料，传至平板复合成型装置的上下两层平行的特氟龙带之间，依次经过可以按需要开关的加热段和冷却段，两层平行网带之间的间隙可调。

本发明所述的网带为钢制网带或特氟龙网带。

本发明所述的小辊的直径d为20cm～40cm，大辊的直径D为50cm～70cm。

本发明所述的第三阶段中，关闭平板复合成型装置的加热段，则可得到热塑性树脂基纤维增强板材；开启加热段，则可将复合毡与PP蜂窝板、地板、铝板或无纺布进行复合，制得热塑性树脂基纤维增强复合板材。

本发明的有益效果如下：

依据本发明方案制备热塑性树脂基纤维增强复合板材，操作方便，并可实现连续生产，理论上产品的长度方向无限长，满足了汽车等内饰材料一体成型的要求，且可根据实际需要一步法制得与PP蜂窝板、铝板、地板与无纺布复合的热塑性树脂基纤维增强复合板材。与传统的压制方法相比，本发明方案所需时间大大减少，生产效率显著提高，属于典型的节能、高效工艺。此外，依据本发明方案制得的热塑性树脂基纤维增强复合板材，通过后期厂家的模压成型处理，所得制品的外观与力学性能均远优于同类产品。

附图说明

图1为本发明接触式加热装置的结构示意图；

图2为本发明接触式加热装置中A部分的放大结构示意图；

图3为本发明S型辊压装置的结构示意图；

图4为本发明平板复合成型装置的结构示意图。

图中，1是复合毡，2是网带，3是传动辊，4是风扇组件，5是小辊A，6是小辊B，7是小辊C，8是小辊D，9是大辊，10是加热段，11是冷却段，12是PP蜂窝板，13是特氟龙带。

具体实施方式

下面对本发明技术方案中的三个阶段程序作详细说明：

(1)图1为本发明接触式加热装置的结构示意图，第一阶段为接触式加热过程。接触式加热装置的传送部分包括一对上下平行的特氟龙网带2及一系列带动网带2运动的传动辊3。特氟龙网带2两侧由针板固定，中间悬空，而GMT复合毡1则夹在上下两层平行的特氟龙网带2之间形成夹心结构，参见图2中A部分的放大结构示意图，并沿图1中向右的方向边传动边加热，热源为循环风，进风口在下，出风口在上，循环风由风扇组件4产生。由于网带2可与复合毡1中的纤维发生一定程度的缠结，因而可固定复合毡1，防止其在受热后发生大幅度收缩。

(2)图3为本发明S型辊压装置的结构示意图，第二阶段为S型辊压过程。其中四个小辊的直径相等，小辊的直径d＝20cm～40cm，大辊9的直径D＝50cm～80cm。辊采用导热油载体，可在100℃～230℃分别实现自动控温。通过调控五个辊的温度及辊的直径，一方面，可加快辊压的速度，缩短时间，从而显著提高生产效率；另一方面，比起传统双辊的点压，此法的辊压效果更突出，因而可提高纤维与树脂基体间的界面结合力，从而提高最终制品的力学性能。此外，通过改变小辊C7和小辊D8之间的间隙可调节热塑性树脂基纤维增强板材的厚度。

(3)图4为本发明平板复合成型装置的结构示意图，第三阶段为平板复合成型过程。在此阶段，若生产热塑性树脂基纤维增强板材，则图4所示装置主要作用为定型与调节板材的厚度，全程并不需要加热。若生产与PP蜂窝板12、铝板、地板与无纺布复合的热塑性树脂基纤维增强复合板材，则复合毡1与所需上述材料及相应的聚合物胶膜一同通过，先后经过加热段10与冷却段11，最终得到热塑性树脂基纤维增强复合板材。在此，可通过改变两条特氟龙带13之间的间隙调节最后板材的厚度。

下面结合附图通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

实施例1

GMT复合毡1以夹在上下两层平行的特氟龙网带2之间的形式边传动边加热，传动速度为8m/min。热源为循环风，温度控制在180℃。由于抽出的热风温度较高，再次从进风口进入时需要的热源较低，因此达到了节能的目的。由于网带2可与GMT复合毡1中的玻璃纤维发生一定程度的缠结，因而可固定板材，防止其在受热后发生大幅度收缩。

图2中四个小辊的直径d＝20cm，大辊9的直径D＝50cm。小辊A5与小辊B6采用导热油载体，温度控制在220℃，而小辊C7、小辊D8与大辊9不加热，为常温。小辊A5与小辊B6之间的间隙为1mm，小辊C7与小辊D8之间的间隙为6mm。GMT复合毡1进入小辊A5与小辊B6之间后，毡内的聚丙烯(PP)受热开始融化，因而复合毡1内部的残留的气体基本除尽，使得玻璃纤维与PP之间的贴合更紧密，浸润性更佳。随后大辊9对GMT复合毡1实现面压，效果比传统的点压更有效，且可保持毡的表面平整。最后GMT复合毡1开始冷却并发生膨化，在经过小辊C7与小辊D8之后其厚度被固定在6mm。在此阶段，对小辊C7、小辊D8与大辊9不加热，一方面为了延长复合毡1的冷却时间及控制其厚度，另一方面则能减小能耗，节省成本。

GMT复合毡1从小辊C7与小辊D8之间出来后进入平板复合成型装置中，此时，平板复合机中的加热段10关闭，只剩下冷却段11，且两条特氟龙带13之间的间隙控制在6mm，因而可进一步保证得到的板材具有平整的表面及均匀的厚度6mm。

本发明方案中，GMT复合毡1从接触式加热装置进入，至平板复合成型装置中的冷处理后牵出进行自动切割，因而可实现连续生产，理论上产品的长度方向无限长，满足了汽车等内饰材料一体成型的要求。生产同样的板材，与传统方法相比，采用本发明方案可使生产效率提高50％～100％(见下表)。此外，采用本发明方案所制得的GMT板材(6mm)与传统压制方法所得的薄板材(3mm)经同样的成型处理后得到同等克重的制品，应用于汽车顶棚领域，前者的外观与力学性能明显更优越，对比数据如下表所示：

实施例2

GMT复合毡1以夹在上下两层平行的特氟龙网带2之间的形式边传动边加热，传动速度为4m/min。热源为循环风，温度控制在180℃。

图2中四个小辊的直径d＝30cm，大辊95的直径D＝60cm。四个小辊和一个大辊9的温度均控制在220℃，小辊A5与小辊B6及小辊C7与小辊D8之间的间隙均为1mm。GMT复合毡1在五个辊之间被均匀加热及辊压，内部的气体可完全排尽，同时也大大提高了毡内部玻璃纤维与PP之间的界面结合作用。从小辊C7与小辊D8之间出来的GMT复合毡1的厚度非常小。

随后，辊压后的GMT复合毡1与PP蜂窝板12一同进入平板复合成型装置进行复合，其中下层为GMT复合毡1，上层为PP蜂窝板12。加热段10的温度控制在200℃，由于GMT复合毡1及PP蜂窝板12中均含有PP，因而可牢牢地粘结在一起。随后进入冷却段11，PP蜂窝板12的厚度为8mm，控制图4中特氟龙带13之间的间隙为10mm，因而最后得到厚度为10mm的GMT-PP蜂窝板12复合板材。

实施例3

GMT复合毡1以夹在上下两层平行的特氟龙网带2之间的形式边传动边加热，传动速度为4m/min。热源为循环风，温度控制在180℃。

图2中四个小辊的直径d＝30cm，大辊95的直径D＝60cm。四个小辊和一个大辊9的温度均控制在220℃，小辊A5与小辊B6及小辊C7与小辊D8之间的间隙均为1mm。GMT复合毡1在五个辊之间被均匀加热及辊压，内部的气体可完全排尽，同时也大大提高了毡内部玻璃纤维与PP之间的界面结合作用。从小辊C7与小辊D8出来的GMT复合毡1的厚度非常小。

随后，辊压后的GMT复合毡1与EVA胶膜及铝板一同进入平板复合成型装置进行复合，其中最底层的为GMT复合毡1，中间层为EVA胶膜，最顶层为铝板。EVA胶膜的作用是为了提高GMT复合毡1与铝板之间的粘结力，类似于胶黏剂。加热段10的温度控制在200℃，在此阶段，EVA胶膜发生融化，使GMT复合毡1及铝板牢牢地粘结在一起。随后进入冷却段11，GMT复合毡1开始冷却并发生膨化，铝板的厚度为3mm，控制图4中特氟龙带13之间的间隙为6mm，因而最后得到厚度为6mm的GMT-PP蜂窝板12复合板材。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构，其特征在于，包括接触式加热装置、S型辊压装置、平板复合成型装置，所述的接触式加热装置、S型辊压装置、平板复合成型装置按照制板顺序依次排列，所述的S型辊压装置包括四个直径相等的小辊和一个大辊(9)，所述的四个直径相等的小辊构成两对小辊对，前小辊对、大辊(9)、后小辊对按照制板顺序依次排列,所述的接触式加热装置包括网带(2)、带动网带(2)运动的传动辊(3)和热源，所述的网带(2)设有平行段，所述的平行段是一对平行的网带(2),所述的平板复合成型装置包括特氟龙带(13)及带动特氟龙带(13)运动的传动辊(3)，所述的特氟龙带(13)设有平行段，所述的平行段是一对平行的特氟龙带(13)，所述的平行段包括加热段(10)和冷却段(11)。

2.根据权利要求1所述的一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构，其特征在于，所述的热塑性树脂基纤维增强复合板材，是密度在0.2～0.8g/cm³的轻质板材与密度大于1g/cm³重质板材。

3.根据权利要求1所述的一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构，其特征在于，所述的热塑性树脂为聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚酰胺PA或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。

4.一种如权1或2或3所述的一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构的复合工艺，其特征在于，包括如下三个阶段：

(1)、第一阶段为接触式加热过程，复合毡(1)位于上下两层平行的网带(2)之间，沿方向边传动边加热，热源为由风扇组件(4)产生的循环风，进风口在下，出风口在上；

(2)、第二阶段为S型辊压过程，经接触式加热装置处理后的材料，依次传至前小辊对、大辊(9)和后小辊对，辊采用导热油载体，可实现自动控温，所述的四个小辊、一个大辊(9)的温度、直径及小辊对之间的间隙均可调；

(3)、第三阶段为平板复合成型过程，经S型辊压装置处理后的材料，传至平板复合成型装置的上下两层平行的特氟龙带(13)之间，依次经过可以按需要开关的加热段(10)和冷却段(11)，所述的两层平行特氟龙带(13)之间的间隙可调。

5.根据权利要求4所述的一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构的复合工艺，其特征在于：所述的网带(2)为钢制网带或特氟龙网带。

6.根据权利要求4所述的一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构的复合工艺，其特征在于：所述的小辊的直径d为20cm～40cm，大辊(9)的直径D为50cm～70cm。

7.根据权利要求4所述的一体式热塑性树脂基纤维增强复合材料的制板结构的复合工艺，其特征在于：所述的第三阶段中，关闭平板复合成型装置的加热段，则可得到热塑性树脂基纤维增强板材；开启加热段(10)，则可将复合毡(1)与PP蜂窝板(12)、地板、铝板或无纺布进行复合，制得热塑性树脂基纤维增强复合板材。