CN103419442A - 一种轻质夹层热塑性复合板材及其制作和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质夹层热塑性复合板材及其制作和应用，包括第一面板、轻质芯材及第二面板，第一面板及第二面板经高分子粘结膜粘设在轻质芯材的上下表面，经上述结构热压组合制作得到的轻质夹层热塑性复合板材可用作建筑模板。与现有技术相比，本发明具有力学强度高、使用寿命长、防水性能完好、防蛀、卫生性好、易清洁、可修复、耐腐蚀、耐候性好等优点，且制作工艺简单，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合板材领域，尤其是涉及一种轻质夹层热塑性复合板材及其制作和应用。
背景技术
随着社会的快速发展，城镇建设速度也在快速发展，建筑业中对建筑模板的需求随之迅速增加。目前的建筑模板主要是传统的木质建筑模板和竹质建筑模板，以及少量出现的塑料建筑模板。其中木质建筑模板的性能低，防水性和防霉行差，吸水后出现膨胀分层现象，重复使用次数少(5次以下)。目前存在的塑料建筑模板，使用次数一般为5-30次，重量比木质建筑模板较重。
而提高建设工程的质量和进度，降低木材资源的消耗量，解决木质模板和普通建筑模板存在的问题，是目前建筑模板行业虐待需要解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轻质夹层复合板材，该复合板材具有力学强度高、使用寿命长、防水性能完好、防蛀、卫生性好、易清洁、可修复、耐腐蚀、耐候性好等优点。
本发明的另一目的是提供一种上述的复合板材的制作方法。
本发明的第三个目的是提供一种上述的复合板材的应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种轻质夹层热塑性复合板材，包括第一面板、轻质芯材及第二面板，所述的第一面板及第二面板经高分子粘结膜粘设在轻质芯材的上下表面。
所述的轻质芯材由4-6层的聚丙烯纤维/玻璃纤维的毡板构成，单层毡板的厚度为2-3mm，各层毡板之间通过高分子粘结膜粘结。
所述的毡板的克重为800g/m2-1600g/m2，其中玻璃纤维的重量百分比为40％-60％，聚丙烯纤维的重量百分比为60％-40％。
所述的第一面板或/和第二面板由3-6层卷材构成，单层卷材的厚度为0.7-1.5mm，该卷材为玻璃纤维增强的聚丙烯基复合材料。
所述的玻璃纤维的重量百分比为40％-60％，聚丙烯基的重量百分含量为60％-40％，所述的玻璃纤维细度为150-9600Tex。
所述的高分子粘结膜为聚乙烯膜，克重为73-85g/m2。
一种轻质夹层热塑性复合板材的制作方法，包括以下步骤：
(1)面板的制备：通过对玻璃纤维增强聚丙烯树脂单取向预浸带，根据力学性能要求或面板的厚度要求，进行铺层，以0°/90°/0°或0°/90°/0°/90°的方式进行铺层后，通过压辊的辊压复合成卷材，单层厚度为0.7-1.5mm，然后利用3-6层卷材热压成型得到第一面板和第二面板；
(2)轻质芯材的制备：将重量百分比为60％-40％的聚丙烯纤维和重量百分比为40％-60％的玻璃纤维在纤维混合机的混合单元混合均匀后，经过铺网机的铺层单元，进行纤维网的铺层，随后经传送帘传至针刺区，经针刺后，成卷为毡卷，再进入烘箱加热区，并进行辊压作用制成聚丙烯纤维/玻璃纤维的毡板，单层厚度为2-3mm，克重为800g/m2-1600g/m2，其中毡板沿纤维取向方向(纤维铺层方向)的性能优于纤维非取向方向，然后通过高分子粘结膜将4-6层毡板粘接制得轻质芯材；
(3)将第一面板、轻质芯材、第二面板由上至下叠加，其中第一或第二面板的由3-6层卷材材叠加而成，并保持纵横向铺层方式为2∶1或者1∶1制得；轻质芯材是由4-6层毡板叠加而成，毡板的铺层方式为纤维取向方向和非取向方向按照2∶1或者1∶1进行铺层，其中毡板中纤维的取向方向对应于纵向，纤维非取向方向对应于横向；并在第一面板与轻质芯材之间、各层毡板之间、第二面板与轻质芯材之间放置PE基高分子粘结膜，粘结膜的克重为73-85g/m2，再热压粘结，冷却，制得轻质夹层热塑性复合板材。
步骤(1)中所述的玻璃纤维增强PP单取向预浸带的制备方法为：将重量百分比为40％-60％的连续玻璃纤维均匀铺开后经牵引单元并预热后，在复合单元与重量百分比为60％-40％的聚丙烯熔融树脂浸渍充分，然后经过压平单元和收卷单元的作用制得的连续玻璃纤维单取向预浸带。
步骤(1)中所述的铺层方式为0°/90°/0°或0°/90°/0°/90°的方式，纵横向铺层比例为2∶1或者1∶1；辊压温度为210℃-220℃，热压压力为4-7MPa，辊压速度为1-3m/min。
步骤(2)中所述的混合温度为常温；纤维网的层数为10-15层；针刺的针频为160rpm-350rpm，速度为1-1.5m/min；烘箱加热温度为200-210℃，烘箱加热线速度为2-2.6m/min；辊压温度为200-210℃，热压压力为0.3-0.7MPa，辊压速度为2-2.7m/min。
步骤(3)中所述的热压粘结的温度为200℃-215℃，热压压力为2-3MPa，热压时间为10-20min，冷却时间为10-20min。
制作得到的轻质夹层热塑性复合板材可用作建筑模板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明中的轻质夹层热塑性复合板材具有力学强度高、使用寿命长、防水、重量较轻、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PE膜作为粘结层的热压复合技术使得面板和芯层材料以及芯层材料之间的粘结强度更高，最终制得的复合材料的性能更优良。
(3)本发明制得的轻质夹层复合材料相比同体积的塑料产品质量轻，弯曲性能优良；并且材料防水性好，吸水后性能不会下降反而稍有提高。
(4)本发明中面板材料中采用连续玻璃纤维与聚丙烯基体的卷压复合技术，其卷压复合得到的卷材比热压板材的纤维浸渍效果更好，因此复合技术制得的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。
(5)本发明中的轻质夹层热塑性复合板材用作建筑模板材料，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。
(6)本发明中的轻质夹层热塑性复合板材用作建筑模板，其使用次数可高达100次以上，是一般木质建筑模板的10倍以上，并且可回收利用，因此性价比更高，环保性好。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图。
图中，1为第一面板，2为第二面板，3为轻质芯材，4为高分子粘结膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例中，玻璃纤维增强PP单取向预浸带的制备方法为：将重量百分比为40％-60％的连续玻璃纤维，其中玻璃纤维细度为150-9600Tex，均匀铺开后经牵引单元并预热后在复合单元与重量百分比为60％-40％的聚丙烯熔融树脂浸渍充分，然后经过压平单元和收卷单元的作用制得的连续玻璃纤维单取向预浸带。
实施例1
该轻质夹层复合板材是由包括第一面板1、轻质芯材3、高分子粘结膜4和第二面板2构成。结构如图1所示。
(1)面板的制备：通过对玻璃纤维增强聚丙烯(PP)基单取向预浸带，根据具体力学性能要求或面板的厚度要求，进行铺层，对应于毡板的纤维取向和非取向方向，纵横向铺层比例为2∶1，0°/90°/0°的方式进行铺层后，通过压辊的辊压，辊压温度为220℃，热压压力为7MPa，辊压速度为3m/min，复合成型卷材，单层厚度为0.7mm，由6层卷材热压制得第一面板1和第二面板2；
(2)轻质芯材的制备：将重量百分比为60％-40％的PP纤维和重量百分比为40％-60％的玻璃纤维在纤维混合机的混合单元，常温混合均匀后，经过铺网机的铺层单元，，经过铺层单元进行纤维网的铺层，纤维网的铺层层数为15层；随后经传送帘传至针刺区，经针刺，针刺的针频为160rpm，速度为1m/min成卷为毡卷，再进入烘箱加热区，烘箱加热温度为200℃，烘箱加热线速度为2m/min，并进行辊压，辊压温度为200℃，热压压力为0.3MPa，辊压速度为2m/min，制成聚丙烯纤维/玻璃纤维的混合毡板，单层厚度为3mm，克重为1600g/m2，其中毡板沿纤维取向方向(纤维铺层方向)的性能优于纤维非取向方向，6层毡板经PE基高分子粘结膜4粘接制得轻质芯材3；
(3)将第一面板1、轻质芯材3、第二面板2由上至下叠加，其中第一或第二面板的由6层卷材材叠加而成，并保持纵横向铺层方式为2∶1；轻质芯材是由6层毡板叠加而成，毡板的铺层方式为纤维取向方向和非取向方向按照2∶1进行铺层，其中毡板中纤维的取向方向对应于纵向，纤维非取向方向对应于横向；并在第一面板与轻质芯材之间、各层毡板之间、第二面板与轻质芯材之间放置PE基高分子粘结膜4，粘结膜的克重为78g/m2，再热压粘结，热压粘结的温度为200℃，热压压力为3MPa，热压时间为15min，冷却10min，制得轻质夹层热塑性复合板材，可用作建筑模板，该复合板材的力学性能，见表1。
实施例2
(1)面板的制备：通过对玻璃纤维增强聚丙烯(PP)基单取向预浸带，根据具体力学性能要求或面板的厚度要求，进行铺层，对应于毡板的纤维取向和非取向方向，纵横向铺层比例为1∶1，0°/90°/0°/90°的方式进行铺层后，通过压辊的辊压，辊压温度为210℃，热压压力为4MPa，辊压速度为1.5m/min，复合成型卷材，单层厚度为1.1mm，由3层卷材热压制得第一面板和第二面板；
(2)轻质芯材的制备：将重量百分比为60％-40％的PP纤维和重量百分比为40％-60％的玻璃纤维在纤维混合机的混合单元，常温混合均匀后，经过铺网机的铺层单元，经过铺层单元进行纤维网的铺层，纤维网的铺层层数为10层；随后经传送帘传至针刺区，经针刺，针刺的针频为350rpm，速度为1.5m/min，成卷为毡卷，再进入烘箱加热区，烘箱加热温度为210℃，烘箱加热线速度为2.6m/min，并进行辊压，辊压温度为210℃，热压压力为0.7MPa，辊压速度为2.7m/min，制成聚丙烯纤维/玻璃纤维的混合毡板，单层厚度为2mm，克重为800g/m2，其中毡板沿纤维取向方向(纤维铺层方向)的性能优于纤维非取向方向，6层毡板经PE基高分子粘结膜粘接制得轻质芯材；
(3)将第一面板、轻质芯材、第二面板由上至下叠加，其中第一或第二面板由6层卷材材叠加而成，并保持纵横向铺层方式为1∶1；轻质芯材是由6层毡板叠加而成，毡板的铺层方式为纤维取向方向和非取向方向按照1∶1进行铺层，其中毡板中纤维的取向方向对应于纵向，纤维非取向方向对应于横向；在第一面板与轻质芯材之间、各层毡板之间、第二面板与轻质芯材之间涂上PE基高分子粘结膜，粘结膜的克重为73g/m2，再热压粘结，热压粘结的温度为210℃，热压压力为2MPa，热压时间为20min，冷却20min，制得轻质夹层热塑性复合板材，可用作建筑模板，该复合板材的力学性能，见表1，该复合板材吸水前后的力学性能对比，见表2。
实施例3
(1)面板的制备：通过对玻璃纤维增强聚丙烯(PP)基单取向预浸带，根据具体力学性能要求或面板的厚度要求，进行铺层，对应于毡板的纤维取向和非取向方向，纵横向铺层比例为2∶1，0°/90°/0°的方式进行铺层后，通过压辊的辊压，辊压温度为210℃，热压压力为4MPa，辊压速度为1m/min，复合成型卷材，单层厚度为1.5mm，由3层卷材热压制得第一面板和第二面板；
(2)轻质芯材的制备：将重量百分比为60％-40％的PP纤维和重量百分比为40％-60％的玻璃纤维在纤维混合机的混合单元，常温混合均匀后，经过铺网机的铺层单元，经过铺层单元进行纤维网的铺层，纤维网的铺层层数为14层，随后经传送帘传至针刺区，经针刺针，刺的针频为270rpm，速度为1.5m/min，成卷为毡卷，再进入烘箱加热区，烘箱加热温度为210℃，烘箱加热线速度为2.4m/min，并进行辊压，辊压温度为210℃，热压压力为0.5MPa，辊压速度为2.5m/min，制成聚丙烯纤维/玻璃纤维的混合毡板，厚度为2.5mm，克重为1200g/m2，其中毡板沿纤维取向方向(纤维铺层方向)的性能优于纤维非取向方向，4层毡板经PE基高分子粘结膜粘接制得轻质芯材；
(3)将第一面板、轻质芯材、第二面板由上至下叠加，其中第一或第二面板由3层卷材材叠加而成，并保持纵横向铺层方式为2∶1；轻质芯材是由4层毡板叠加而成，毡板的铺层方式为纤维取向方向和非取向方向按照1∶1进行铺层，其中毡板中纤维的取向方向对应于纵向，纤维非取向方向对应于横向；在第一面板与轻质芯材之间、各层毡板之间、第二面板与轻质芯材之间涂上PE基高分子粘结膜，粘结膜的克重为85g/m2，再热压粘结，热压粘结的温度为200℃，热压压力为2.5MPa，热压时间为15min，冷却15min，制得轻质夹层热塑性复合板材，可用作建筑模板，该复合板材的力学性能，见表1。
表1
表2
| 弯曲强度(MPa) | 弯曲模量(MPa) | 最大力(N) | |
| 实施例2吸水前 | 74 | 7.5 | 1636 |
| 实施例2吸水后 | 74.1 | 7.6 | 1590 |
由表1、表2可知，本发明中所制备的轻质夹层热塑性复合板材具有力学强度高、使用寿命长、防水、重量较轻、易清洁、耐腐蚀、耐候性好、可循环回收利用的优点；相比同体积的塑料产品质量轻，弯曲性能优良；并且材料防水性好，吸水后性能不会下降反而稍有提高；面板材料中采用连续玻璃纤维与聚丙烯基体的卷压复合技术，其卷压复合得到的卷材比热压板材的纤维浸渍效果更好，因此复合技术制得的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；该轻质夹层热塑性复合板材用作建筑模板材料，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，而且其使用次数可高达100次以上，是一般木质建筑模板的10倍以上，并且可回收利用，因此性价比更高，环保性好。
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 (12)
1.一种轻质夹层热塑性复合板材，其特征在于，该复合板材包括第一面板、轻质芯材及第二面板，所述的第一面板及第二面板经高分子粘结膜粘设在轻质芯材的上下表面。
2.根据权利要求1所述的一种轻质夹层热塑性复合板材，其特征在于，所述的轻质芯材由4-6层的聚丙烯纤维/玻璃纤维的毡板构成，单层毡板的厚度为2-3mm，各层毡板之间通过高分子粘结膜粘结。
3.根据权利要求2所述的一种轻质夹层热塑性复合板材，其特征在于，所述的毡板的克重为800g/m2-1600g/m2，其中玻璃纤维的重量百分比为40％-60％，聚丙烯纤维的重量百分比为60％-40％。
4.根据权利要求1所述的一种轻质夹层热塑性复合板材，其特征在于，所述的第一面板或/和第二面板由3-6层卷材构成，单层卷材的厚度为0.7-1.5mm，该卷材为玻璃纤维增强的聚丙烯基复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种轻质夹层热塑性复合板材，其特征在于，所述的玻璃纤维的重量百分比为40％-60％，聚丙烯基的重量百分含量为60％-40％，所述的玻璃纤维细度为150-9600Tex。
6.根据权利要求1或2所述的一种轻质夹层热塑性复合板材，其特征在于，所述的高分子粘结膜为聚乙烯膜，克重为73-85g/m2。
7.一种如权利要求1所述的轻质夹层热塑性复合板材的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)面板的制备：通过对玻璃纤维增强聚丙烯树脂单取向预浸带，根据力学性能要求或面板的厚度要求，进行铺层，以0°/90°/0°或0°/90°/0°/90°的方式进行铺层后，通过压辊的辊压复合成卷材，单层厚度为0.7-1.5mm，然后利用3-6层卷材热压成型得到第一面板和第二面板；
(2)轻质芯材的制备：将重量百分比为60％-40％的聚丙烯纤维和重量百分比为40％-60％的玻璃纤维在纤维混合机的混合单元混合均匀后，经过铺网机的铺层单元，进行纤维网的铺层，随后经传送帘传至针刺区，经针刺后，成卷为毡卷，再进入烘箱加热区，并进行辊压作用制成聚丙烯纤维/玻璃纤维的毡板，单层厚度为2-3mm，克重为800g/m2-1600g/m2，其中毡板沿纤维取向方向(纤维铺层方向)的性能优于纤维非取向方向，然后通过高分子粘结膜将4-6层毡板粘接制得轻质芯材；
(3)将第一面板、轻质芯材、第二面板由上至下叠加，其中第一或第二面板的由3-6层卷材材叠加而成，并保持纵横向铺层方式为2∶1或者1∶1制得；轻质芯材是由4-6层毡板叠加而成，毡板的铺层方式为纤维取向方向和非取向方向按照2∶1或者1∶1进行铺层，其中毡板中纤维的取向方向对应于纵向，纤维非取向方向对应于横向；并在第一面板与轻质芯材之间、各层毡板之间、第二面板与轻质芯材之间放置PE基高分子粘结膜，粘结膜的克重为73-85g/m2，再热压粘结，冷却，制得轻质夹层热塑性复合板材。
8.根据权利要求7所述的一种轻质夹层热塑性复合板材的制作方法，其特征在于，步骤(1)中玻璃纤维增强聚丙烯树脂单取向预浸带的制备方法为：将重量百分比为40％-60％的连续玻璃纤维均匀铺开后经牵引单元并预热后，在复合单元与重量百分比为60％-40％的聚丙烯熔融树脂浸渍充分，然后经过压平单元和收卷单元的作用制得的连续玻璃纤维单取向预浸带。
9.根据权利要求7所述的一种轻质夹层热塑性复合板材的制作方法，其特征在于，步骤(1)中采用的铺层方式为0°/90°/0°或0°/90°/0°/90°的方式，纵横向铺层比例为2∶1或者1∶1；辊压温度为210℃-220℃，热压压力为4-7MPa，辊压速度为1-3m/min。
10.根据权利要求7所述的一种轻质夹层热塑性复合板材的制作方法，其特征在于，步骤(2)中的混合温度为常温；纤维网的层数为10-15层；针刺的针频为160rpm-350rpm，速度为1-1.5m/min；烘箱加热温度为200-210℃，烘箱加热线速度为2-2.6m/min；辊压温度为200-210℃，热压压力为0.3-0.7MPa，辊压速度为2-2.7m/min。
11.根据权利要求7所述的一种轻质夹层热塑性复合板材的制作方法，其特征在于，步骤(3)中所述的热压粘结的温度为200℃-215℃，热压压力为2-3MPa，热压时间为10-20min，冷却时间为10-20min。
12.一种如权利要求1所述的轻质夹层热塑性复合板材的用途，其特征在于，该轻质夹层热塑性复合板材可用作建筑模板。
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Denomination of invention: Thermoplastic composite board with lightweight interlayer and production and applications thereof Effective date of registration: 20191202 Granted publication date: 20161130 Pledgee: Chuzhou economic and Technological Development Corporation Pledgor: Shanghai Jieshijie New Materials (Group) Co., Ltd. Registration number: Y2019980000815 |
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