CN103419420A

CN103419420A - 一种热塑性夹层复合材料及其制备方法和用途

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Publication number: CN103419420A
Application number: CN2012101674835A
Authority: CN
Inventors: 李国琴; 解廷秀
Original assignee: Shanghai Genius Advanced Materials Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Genius Advanced Materials Group Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: CN103419420B

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种热塑性夹层复合材料及其制备方法和用途。该热塑性夹层复合材料，从上至下依次为上面板、第一预浸带粘结层、中空型材、第二预浸带粘结层和下面板。本发明制得的基于热塑性夹层复合材料的集装箱底板材料具有重量轻、力学强度高、使用寿命长、防水、防蛀、卫生性好、易清洁、耐腐蚀、耐候性好、可循环回收利用的优点，可用作集装箱底板材料。

Description

一种热塑性夹层复合材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种热塑性夹层复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

集装箱作为一种主要的运输工具，被广泛应用于货物运输中。随着地区间贸易往来的频繁，集装箱的需求量也越来越大。由于传统的集装箱地板都采用特定木材底板，故对木材的需求也越来越多，世界森林资源日益紧缺，因此需要寻找新的合适的集装箱底板的材料。同时，传统的木质集装箱底板也存在一些问题：如容易腐蚀或受潮变形，易被虫蛀，传播害虫和病菌，易损坏并需要经常维护，这也需要新材料来进行代替改善。

目前为止，也出现了一些新材料来代替传统木材或克隆木来做集装箱底板材料。中国专利CN1328131C中说明公开了一种新型胶合材料来做集装箱板料，该材料的表面层是由合成树脂和稻米壳或木屑颗粒按照一定比例挤出成型，材料的芯层是由合成树脂和添加剂按照一定比例挤出成型。此材料性能优良，质轻高强，便于运输，成本较低。中国专利CN1706623A中公开了一种木塑材料地板，该材料是由塑料和木粉等复合原料在高温下，通过挤出机械，模具定形而成。其产品不吸水，不变形，易清洗，可回收利用，环保性好，此外便于储存安装。

虽然木塑复合材料较传统的集装箱底板材料更卫生环保，但木塑材料重量很大，而且由于集装箱中要经常承受货物的静压力与叉车装卸过程中的动压力，上述发明中所述的底板材料均存在耐静态压力和动态纵向剪切力有一定局限性的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种热塑性夹层复合材料及其制备方法和用途。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种热塑性夹层复合材料，从上至下依次为上面板、第一预浸带粘结层、中空型材、第二预浸带粘结层和下面板。

所述的各层材料在复合材料中的厚度百分比为：

所述的第一预浸带粘结层或第二预浸带粘结层为连续玻璃纤维增强聚乙烯单取向预浸带，由玻璃纤维和聚乙烯（PE）基体制成，其中玻璃纤维的重量百分比为40%-55%。

所述的上面板或下面板材料为玻璃纤维增强的聚丙烯基复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比为40%-60%，所用纤维细度为150-9600特（Tex）。

所述的中空型材为挤出工艺制得的中空板材，该板材是聚丙烯和玻璃纤维组成的复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比范围为35%-50%，聚丙烯的重量百分比为50%-65%。

所述的中空型材的厚度为6-40mm。

所述的中空型材可以为多种承重结构设计，如三角形中空、圆形中空或工字型中空，优选为工字型中空结构。

所述的中空型材的高度和壁厚的比例优选4∶1-8∶1。

所述的上面板或下面板的厚度为3mm-10mm，面板材料和中空型材的厚度均可按照客户的具体要求进行加工。

一种上述热塑性夹层复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

（1）制备上下面板所用的聚丙烯预浸带：

将连续玻璃纤维均匀铺开后充分浸渍到聚丙烯熔融树脂中，然后压平、收卷制得的连续玻璃纤维聚丙烯单取向预浸带；

（2）制备上面板或下面板：

将步骤（1）制得的连续玻璃纤维聚丙烯单取向预浸带进行铺层，然后经过热压、冷压对其复合成型，制得上或下面板材料；

（3）中空型材的制备：将聚丙烯材料加入挤出机中熔融，和玻璃纤维共混，经模具挤出，冷却定型制得中空型材；

（4）制备第一或第二预浸带粘结层：

将连续玻璃纤维均匀铺开后充分浸渍到聚乙烯熔融树脂中，然后压平、收卷制得预浸带粘结层；

（5）按上述配比给出的厚度，从上至下依次按上面板、第一预浸带粘结层、中空型材、第二预浸带粘结层和下面板的顺序铺层，进行热压，然后冷压，得到热塑性夹层复合材料。

所述的步骤（2）中热压温度为180℃-185℃，热压压力为2.5-3MPa，热压时间为10-15min，冷压压力为1.5MPa-3MPa，冷压时间为15-20min，室温冷压。

所述的步骤（2）中将2-40层预浸带按照0°/90°的方式铺层。

所述的步骤（4）中在165℃-168℃的温度下进行热压粘结，压力约为0.1-0.3MPa，热压的预热时间为10-15min，热压时间为5-10min，热压过后继续冷压10-15min，以稳固和增强粘结效果。

其中所述连续玻璃纤维聚丙烯单取向预浸带和连续玻璃纤维聚乙烯单取向预浸带的制作方法可以按照中国专利CN101856872A所述的制备方法进行制作。

一种上述热塑性夹层复合材料用作集装箱底板材料的用途。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明制得的基于热塑性夹层复合材料的集装箱底板材料具有重量轻、力学强度高、使用寿命长、防水、防蛀、卫生性好、易清洁、耐腐蚀、耐候性好、可循环回收利用的优点。

（2）本发明采用玻璃纤维增强的聚丙烯材料作为主要原料，按照材料的功能设计了五层结构，并采用适于承重的中空芯层设计方案，增强了集装箱底板的结构强度、抗剪切、抗压能力、抗冲性能和弯曲性能，能够很好的承受集装箱内货物的静压力和叉车的动压力与水平摩擦剪切力，提高了集装箱底板材料的使用寿命。

（3）本发明采用预浸带作为粘结层的热压复合技术使得面板和芯层材料的粘结强度更高。

（4）本发明成型简单，所制得的产品芯层为中空结构，节省了材料，同时产品的重量也得到了降低。

（5）本发明中面板材料中连续玻璃纤维的重量百分数要高于挤出芯材中短玻璃纤维的重量百分数，因此面板材料具有更优异的强度和模量，使热塑性夹层复合材料具有更高的性价比。

（6）本发明制得的基于热塑性夹层复合材料的集装箱底板材料，具有很强的设计性，可以通过改变结构设计和材料的选择来达到具体的性能效果要求。

附图说明

图1为本发明实施例中热塑性夹层复合材料的结构示意图。

附图标注：

1上面板，2第一预浸带粘结层，

3中空型材，4下面板，

5第二预浸带粘结层。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施中各层材料在复合材料中的厚度百分比为：

其中，上、下面板材料采用连续纤维增强的聚丙烯基复合材料，其中面板材料中的玻璃纤维的重量百分数约为58%。

中空型材为短玻璃纤维和聚丙烯的复合挤出材料，其中玻璃纤维的重量百分数约为40%，聚丙烯的质量百分比为60%。

本实施例中，第一预浸带粘结层或第二预浸带粘结层为连续玻璃纤维增强聚乙烯单取向预浸带，由玻璃纤维和聚乙烯基体制成，其中玻璃纤维的重量百分比为58%。

（1）制备上下面板所用的聚丙烯预浸带：

（2）玻璃纤维增强热塑性复合材料上下面板的制备：

通过对玻璃纤维增强PP基预浸带根据具体应用的力学性能要求按照2:1比例和0°/90°进行铺层，其中2:1的比例是符合了集装箱底板长度上的力学强度高于宽度方向的应用情况，使材料有更高的利用率；然后在一定的热压冷压工艺条件下进行复合成型，其中热压温度为180℃，热压压力为3MPa左右，热压时间为10min，冷压压力为1.5MPa-3MPa，冷压时间为20min制得面板材料；

其中2：1的比例是指纵向铺设2层玻璃纤维增强PP基预浸带,横向铺设1层玻璃纤维增强PP基预浸带，按照2∶1的比例进行铺层。

（3）中空型材的制备：

将聚丙烯材料加入挤出机中熔融，和玻璃纤维共混，经模具挤出，冷却定型制得中空型材；本实施例中空型材呈工字型；中空型材的高度和壁厚的比例为4∶1。

（4）将连续玻璃纤维均匀铺开后充分浸渍到聚乙烯熔融树脂中，然后压平、收卷制得的连续玻璃纤维聚乙烯单取向预浸带；

（5）按上述配比，从上至下依次为上面板1、第一预浸带粘结层2、中空型材3、第二预浸带粘结层4和下面板5，如图1所示，在一定模具条件下通过热压冷压作用进行粘结。热压温度为165℃，压力为0.2MPa，预热时间为10min，热压时间为10min左右，冷压时间为15min。所得的热塑夹层复合材料强度高，耐冲击，可回收利用，节省了大量木材，达到了节能环保的效果。

本实施制备的热塑性夹层复合材料可用作集装箱底板材料。

将实施例一制得的材料按照GB/T9341-2008进行测试，测试结果如表1。

表1

	弯曲强度（Mpa）	弯曲模量（MPa）	最大载荷力（N）
				纵向	75	9300	3700
横向	26	2700	1410

实施例2

本实施例中各层材料在复合材料中的厚度百分比为：

其中，第一预浸带粘结层或第二预浸带粘结层为连续玻璃纤维增强聚乙烯单取向预浸带，由玻璃纤维和聚乙烯（PE）基体制成，其中玻璃纤维的重量百分比为40%。

上面板或下面板材料为玻璃纤维增强的聚丙烯基复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比范围为40%，所用纤维细度范围为150Tex。

中空型材为挤出工艺制得的中空板材，该板材是聚丙烯和玻璃纤维组成的复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比范围为35%，聚丙烯的重量百分比为65%。

中空型材的厚度为40mm。

中空型材可以为三角形中空结构，高度和壁厚的比例为5:1。

上述热塑性夹层复合材料按以下步骤制作：

（1）制备上下面板所用的聚丙烯预浸带：

（2）制备上面板或下面板：

将步骤（1）制得的连续玻璃纤维聚丙烯单取向预浸带进行铺层，然后经过热压、冷压对其复合成型，制得上或下面板材料；其中，将38层预浸带按照0°/90°的方式铺层。热压温度为180℃-185℃，热压压力为2.5-3MPa，热压时间为10-15min，冷压压力为1.5MPa-3MPa，冷压时间为15-20min，室温冷压。

（4）制备第一或第二预浸带粘结层：

将连续玻璃纤维均匀铺开后充分浸渍到聚乙烯熔融树脂中，然后压平、收卷制得预浸带粘结层；在165℃-168℃的温度下进行热压粘结，压力约为0.1-0.3MPa，热压的预热时间为10-15min，热压时间为5-10min，热压过后继续冷压10-15min，以稳固和增强粘结效果。

（5）按上述配比给出的厚度，从上至下依次为上面板、第一预浸带粘结层、中空型材、第二预浸带粘结层和下面板，进行热压，然后冷压，得到热塑性夹层复合材料。

本实施制备的热塑性夹层复合材料可用作集装箱底板材料。

实施例3

本实施例中各层材料在复合材料中的厚度百分比为：

其中，第一预浸带粘结层或第二预浸带粘结层为连续玻璃纤维增强聚乙烯单取向预浸带，由玻璃纤维和聚乙烯（PE）基体制成，其中玻璃纤维的重量百分比为55%。

上面板或下面板材料为玻璃纤维增强的聚丙烯基复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比范围为60%，所用纤维细度范围为9600Tex。

中空型材为挤出工艺制得的中空板材，该板材是聚丙烯和玻璃纤维组成的复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比范围为50%，聚丙烯的重量百分比为50%。

中空型材的厚度为10mm。

中空型材可以为工字型中空结构，高度和壁厚的比例为8:1。

上述热塑性夹层复合材料按以下步骤制作：

（1）制备上下面板所用的聚丙烯预浸带：

按照中国专利CN101856872A所述的制备方法制作连续玻璃纤维聚丙烯单取向预浸带；

（2）制备上面板或下面板：

将步骤（1）制得的连续玻璃纤维聚丙烯单取向预浸带进行铺层，然后经过热压、冷压对其复合成型，制得上或下面板材料；其中将30层预浸带按照0°/90°的方式铺层。热压温度为180℃-185℃，热压压力为2.5-3MPa，热压时间为10-15min，冷压压力为1.5MPa-3MPa，冷压时间为15-20min，室温冷压。

（4）制备第一或第二预浸带粘结层：

按照中国专利CN101856872A所述的制备方法制作聚乙烯预浸带粘结层；其中在165℃-168℃的温度下进行热压粘结，压力约为0.1-0.3MPa，热压的预热时间为10-15min，热压时间为5-10min，热压过后继续冷压10-15min，以稳固和增强粘结效果。

本实施制备的热塑性夹层复合材料可用作集装箱底板材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热塑性夹层复合材料，其特征在于：从上至下依次为上面板、第一预浸带粘结层、中空型材、第二预浸带粘结层和下面板。

2.根据权利要求1所述的热塑性夹层复合材料，其特征在于：所述的各层材料在复合材料中的厚度百分比为：

上面板 15-25%，

第一预浸带粘结层 1-3%，

中空型材 48-68%，

第二预浸带粘结层 1-3%，

下面板 15-25%。

3.根据权利要求1所述的热塑性夹层复合材料，其特征在于：所述的第一预浸带粘结层或第二预浸带粘结层为连续玻璃纤维增强聚乙烯单取向预浸带，由玻璃纤维和聚乙烯基体制成，其中玻璃纤维的重量百分比为40%-55%。

4.根据权利要求1所述的热塑性夹层复合材料，其特征在于：所述的上面板或下面板材料为玻璃纤维增强的聚丙烯基复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比为40%-60%，所用纤维细度范围为150-9600特。

5.根据权利要求1所述的热塑性夹层复合材料，其特征在于：所述的中空型材为挤出工艺制得的中空板材，该板材是聚丙烯和玻璃纤维组成的复合材料，其中玻璃纤维的重量百分比为35%-50%，聚丙烯的重量百分比为50%-65%。

6.根据权利要求1所述的热塑性夹层复合材料，其特征在于：所述的中空型材的厚度为6-40mm；

或所述的中空型材为三角形中空、圆形中空或工字型中空，优选为工字型中空结构；

或所述的中空型材的高度和壁厚的比例优选4∶1-8∶1。

7.根据权利要求1所述的热塑性夹层复合材料，其特征在于：所述的上面板或下面板的厚度为3mm-10mm。

8.一种权利要求1-7中任一所述的热塑性夹层复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）制备上下面板所用的聚丙烯预浸带：

（2）制备上面板或下面板：

（4）制备第一或第二预浸带粘结层：

（5）从上至下依次按上面板、第一预浸带粘结层、中空型材、第二预浸带粘结层和下面板的顺序铺层，进行热压，然后冷压，得到热塑性夹层复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中热压温度为180℃-185℃，热压压力为2.5-3MPa，热压时间为10-15min，冷压压力为1.5MPa-3MPa，冷压时间为15-20min，室温冷压；

或所述的步骤（2）中将2-40层预浸带按照0°/90°的方式铺层；

或所述的步骤（4）中在165℃-168℃的温度下进行热压粘结，压力约为0.1-0.3MPa，热压的预热时间为10-15min，热压时间为5-10min，热压过后继续冷压10-15min。

10.一种权利要求1-7中任一所述的热塑性夹层复合材料用作集装箱底板材料的用途。