CN103465572B - 天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，将芯层材料和面层材料的纤维分别经开松处理、混合后铺设成纤维网，然后加热粘合预成型，辊压预定型，剪切成卷即得芯层和面层纤维毡，对芯层和面层纤维毡进行预热处理，芯层纤维毡热模压成型获得芯板，面层纤维毡在芯板上热模压成型，使得内饰板的面板与芯板紧密结合，之后整体放置于冲孔落料模具的下方，冲孔的同时进行落料，即得汽车内饰板。本发明实现了复合材料设计制造和成型加工一体化，提供了一种级进式热模压成型工艺来制备天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车内饰板的生产方法，具体涉及一种天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，属于复合材料制备技术领域。
背景技术
近年来，汽车工业飞速发展。据世界著名的美国汽车行业杂志Wardsauto公布的数据显示，全世界处于使用状态的各种汽车总的保有量截至2011年8月16日已突破10亿辆。庞大的汽车内饰板材的需求量促使人们更加关注其质量、经济环保以及可回收利用等问题。目前，用于汽车内饰板制造的复合基材正逐步被天然纤维复合材料所取代。
专利文献（公开号：CN 102145553A）公开了一种环保可回收汽车内饰件玄武岩纤维和麻纤维复合板材，由面层和芯层复合制成毛毡后经过热压成型。芯层由玄武岩纤维和麻纤维两种天然纤维以及涤纶纤维和丙纶纤维两种化学纤维混料铺网针刺制成。这种板材具有质量轻、成本低、强度高、韧性好、可大变性、安全性高、环保可回收的优点。其缺点是芯层和面层纤维毡直接叠加在一起加热加压，将导致面层的厚度在各处明显不均，严重影响内饰件的表面质量。
专利文献（公开号：CN102765159A）公开了一种制备汽车内饰板件的复合成型装置，包括面层成型模具和芯层成型模具。该装置适用于制备以聚合物基麻纤维复合材料为芯层、以PVC和TPO材料为面层的复合内饰板件。其优点是可以在同一工位上两次压制来完成产品的制备，改善了专利文献（公开号：CN 102145553A）中一次压制成型工艺所造成的板材质量问题，同时在一定程度上简化了生产工序、提高了生产效率。但是以上两个专利都反映一个共同的缺点：将前期的复合材料室温制备阶段和后期的内饰板加热成型阶段割裂开，缺乏复合材料制备和成型加工的一体化规划，没有发挥材料制备阶段对材料成型阶段的更直接和更有力的帮助。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法。本发明实现了复合材料设计制造和成型加工一体化，提供了一种级进式热模压成型工艺来制备天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板，同时提供了与级进式热模压成型工艺配套的连续带状复合纤维毡预定型工艺（热粘合法、针刺法等生产方法）。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，包括步骤如下：
（1）制备面层：将氨纶纤维、涤纶纤维、高熔点热熔纤维、低熔点皮芯型复合纤维按照面层所需比例混合，混合后铺设成纤维网，送入烘箱，烘箱内110～135℃均匀加热至低熔点皮芯型复合纤维的皮层受热熔融，从而粘结各种纤维，然后利用定型辊获得预定型的面层纤维毡；
（2）制备芯层：将玄武岩纤维和/或玻璃纤维、表面改性的天然植物纤维、涤纶纤维、低熔点皮芯型复合纤维、高熔点纤维混合，铺设成混合纤维网，然后送入烘箱，烘箱内110～135℃均匀加热至低熔点皮芯型复合纤维的皮层受热熔融，从而粘结各种纤维，然后利用定型辊获得预定型的芯层纤维毡；
（3）将预定型的面层纤维毡和芯层纤维毡进模连续处理，先对芯层预定型纤维毡进行预热处理，然后对面层预定型纤维毡进行预热处理，同时对预热后的芯层预定型纤维毡热模压成型为芯层板，将面层预定型纤维毡在芯层板上模压成型，使内饰板的面板与芯板紧密结合在一起，之后整体置于冲孔落料模具的下方，冲孔的同时进行落料，即得汽车内饰板。
上述生产方法中，步骤（1）中面层纤维组成为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。步骤（1）所述的送入烘箱时优选对纤维网的两个面喷涂阻燃剂和抗菌剂的混合物。步骤（1）所述的定型辊采用双烘筒，两烘筒之间缝隙宽度略小于芯层纤维毡的厚度要求。
步骤（2）中芯层纤维组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份，所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃。步骤（2）所述的送入烘箱时优选对纤维网的两个面喷涂阻燃剂和抗菌剂的混合物。步骤（2）所述的定型辊采用双烘筒，两烘筒之间缝隙宽度略小于芯层纤维毡的厚度要求。上述的表面改性的天然植物纤维是将天然植物纤维酯化改性。酯化试剂一般为乙酸、乙酸酐、马来酸酐等低分子羧基化合物。酯化可以有效的改善植物纤维的疏水性，从而提高和聚合物质之间的相容性。所述天然植物纤维为麻纤维、棕纤维、木纤维中的一种或几种。
上述步骤（1）和（2）的低熔点皮芯型复合纤维为具有皮芯结构的ES纤维、4080纤维、Efpakal L90纤维、N40纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维。优选的，具有皮芯结构的ES纤维、4080纤维。4080纤维（皮层为50%低熔点的聚酯，芯层为50%半消光聚酯）。低熔点的聚酯是一种具有较低熔点的无规共聚改性聚酯，是生产热粘合纤维的一种原料，熔点一般为110～135℃。可以在较低温度下加热熔化起到粘接其它纤维的作用，特别的是这种皮芯型复合低熔点皮芯型复合纤维粘合时不会像单组分低熔点皮芯型复合纤维那样产生熔缩现象，在皮层熔化时芯层仍能保持纤维状。低熔点复合纤维ES纤维也是一种典型的皮芯结构（皮层为聚乙烯，熔点在130℃左右，芯层为聚丙烯，熔点为160℃左右）。
上述步骤（1）和（2）的高熔点纤维，具有较好的强度、耐磨性、较高的弹性模量，优选丙纶纤维，且其耐酸、耐碱、耐腐蚀性好，密度小，价格低廉，易于回收利用，在加热加压时起粘合作用，能够满足汽车内饰板热模压成型工艺的需要。
上述步骤（1）和（2）的抗菌剂优选有机硅季铵盐类抗菌剂，例如DC-5700(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷季铵氯化物。混合水溶液中抗菌剂的用量在5%左右是较为合适的配比。
上述步骤（1）和（2）的阻燃剂为水基磷氮类阻燃剂，优选磷酸胍。混合水溶液中含磷酸胍16wt%时可将纤维阻燃整理达到GB8410-2006标准中难燃B1级的阻燃纤维。
步骤（3）中预热处理均为温度155～250℃，处理时间60～100秒。模压成型的压力15～20Mpa，温度155～250℃，时间60～100秒。
本发明所述汽车内饰板包括车门、顶棚、立柱以及围板的内饰板。
本发明面层、芯层材料在加热加压过程中纤维毡不会发生弯曲、扭转、拉伸、压缩等变形；在高温下流变性能好，利于连续加工。在复合纤维毡的制备阶段，用双烘筒的辊压预定型，两烘筒之间缝隙宽度留有补偿量，两侧的预定型条带的压下量要适度，既要保证这两个条带有一定的拉伸强度和模量，能起到定位、夹持、输运带的功用；又要有足够的孔隙率和柔韧性，使其适用于后续的卷绕操作以及回收利用。连续加工中加热工位、成型工位、落料工位按串行顺序串在一起，把基板材料加热、成型和面板材料加热、成型错位进行，更好实现自动化。
本发明的有益效果是：
针对现有技术把材料室温制备阶段与材料加热成型阶段显著地割裂开，在材料室温制备阶段获得独立的一块块矩形纤维毡，缺乏复合材料设计制备和成型加工的一体化规划，没有发挥材料制备阶段对材料成型阶段的更直接帮助的问题，本发明将用于环保型汽车内饰板制造的天然纤维/热塑性树脂复合材料的制备阶段和成型阶段结合起来，主要是采用级进式热模压成型工艺来制备天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板，以及与级进式热模压成型工艺配套的连续带状复合纤维毡预定型工艺（热粘合法、针刺法等生产方法），实现了复合材料设计制备和成型加工的一体化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
第一步：制备面层
将涤纶纤维30kg、氨纶纤维20kg、丙纶纤维30kg、热熔纤维408020kg控制投料，在开松机中对混合纤维开松处理。混合开松后的纤维经筛网和铺设帘子共同作用后形成具有一定厚度的纤维网。经铺设帘子成网后的纤维进入烘箱，在烘箱入口和烘箱第二层拐弯有直线往复的喷涂装置采用喷洒法向纤维毡喷涂磷氮系阻燃剂磷酸胍和有机硅季铵盐类抗菌剂DC-5700混合液。随后纤维毡经过热压辊定型以及最后切料收卷。
第二步：制备芯层
将马来酸酐作为酯化试剂溶解于二甲苯溶剂中，称取一定量的麻纤维加入改性溶液中，140℃加热4小时。然后用蒸馏水反复洗涤酯化麻纤维，以除去未反应的马来酸酐。最后置于60℃烘箱中加热干燥。将玄武岩纤维15kg、改性麻纤维25kg、丙纶纤维17kg、涤纶纤维25kg、热熔纤维408018kg控制投料，在开松机中对混合纤维开松处理。混合开松后的纤维经筛网和铺设帘子共同作用后形成具有一定厚度的纤维网。经铺设帘子成网后的纤维进入烘箱，在烘箱入口和烘箱第二层拐弯有直线往复的喷涂装置采用喷洒法向纤维毡喷涂磷氮系阻燃剂磷酸胍和有机硅季铵盐类抗菌剂DC-5700混合液。随后纤维毡经过热压辊定型以及最后切料收卷。
第三步：制备内饰件
将预定型的面层纤维毡和芯层纤维毡按要求装夹在级进模生产流水线上。第一个工位对芯层预定型纤维毡进行预热处理，上下预热温度为155℃～250℃，预热处理的时间为60～100秒。第二个工位对面层预定型纤维毡进行预热处理，上下预热温度为155℃～250℃，预热处理的时间为60～100秒；同时芯层预定型纤维毡热模压成型。第三个工位面层预定型纤维毡在芯层板上成型，使内饰板的面板与芯板紧密结合在一起。若需要安装塑料嵌件就同时在下模具上装夹需要粘接的汽车塑料嵌件，并将粘接面加热至熔融状态，在热模压成型的过程中，塑料嵌件粘接在芯板上。第四个工位将上模具换成冲孔落料模具，下模具向上运动，冲孔的同时进行落料。取出复合内饰板，至此汽车门内饰件制备完成。
实施例2：
第一步：制备面层
将涤纶纤维40kg、氨纶纤维20kg、丙纶纤维22kg、热熔纤维408016kg控制投料，在开松机中对混合纤维开松处理。混合开松后的纤维经筛网和铺设帘子共同作用后形成具有一定厚度的纤维网。经铺设机成网后的纤维进入针刺机，由针刺机刺针的上下往复云顶使纤维抱合。经针刺机后进入烘箱，在烘箱入口和烘箱第二层拐弯有直线往复的喷涂装置采用喷洒法向纤维毡喷涂磷氮系阻燃剂磷酸胍和有机硅季铵盐类抗菌剂DC-5700混合液。最后切料收卷。
第二步：制备芯层
将马来酸酐作为酯化试剂溶解于二甲苯溶剂中，称取一定量的麻纤维加入改性溶液中，140℃加热4小时。然后用蒸馏水反复洗涤酯化麻纤维，以除去未反应的马来酸酐。最后置于60℃烘箱中加热干燥。将玄武岩纤维20kg、改性麻纤维20kg、丙纶纤维15kg、涤纶纤维30kg、热熔纤维408015kg控制投料，在开松机中对混合纤维开松处理。混合开松后的纤维经筛网和铺设帘子共同作用后形成具有一定厚度的纤维网。经铺设机成网后的纤维进入针刺机，由针刺机刺针的上下往复运动使纤维抱合。经针刺机后进入烘箱，在烘箱入口和烘箱第二层拐弯有直线往复的喷涂装置采用喷洒法向纤维毡喷涂磷氮系阻燃剂磷酸胍和有机硅季铵盐类抗菌剂DC-5700混合液。最后切料收卷。
第三步：制备内饰件
将预定型的面层纤维毡和芯层纤维毡按要求装夹在级进模生产流水线上。第一个工位对芯层预定型纤维毡进行预热处理，上下预热温度为155℃～250℃，预热处理的时间为60～100秒。第二个工位对面层预定型纤维毡进行预热处理，上下预热温度为155℃～250℃，预热处理的时间为60～100秒；同时芯层预定型纤维毡热模压成型。第三个工位面层预定型纤维毡在芯层板上成型，使内饰板的面板与芯板紧密结合在一起。若需要安装塑料嵌件就同时在下模具上装夹需要粘接的汽车塑料嵌件，并将粘接面加热至熔融状态，在热模压成型的过程中，塑料嵌件粘接在芯板上。第四个工位将上模具换成冲孔落料模具，下模具向上运动，冲孔的同时进行落料。取出复合内饰板，至此汽车门内饰件制备完成。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)制备面层：将氨纶纤维、涤纶纤维、高熔点热熔纤维、低熔点皮芯型复合纤维按照面层所需比例混合，混合后铺设成纤维网，送入烘箱，烘箱内110～135℃均匀加热至低熔点皮芯型复合纤维的皮层受热熔融，从而粘结各种纤维，然后利用定型辊获得预定型的面层纤维毡；所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃；所述面层所需比例为：氨纶纤维5-35份、涤纶纤维25-45份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点热熔纤维15-35份；
(2)制备芯层：将玄武岩纤维和/或玻璃纤维、表面改性的天然植物纤维、涤纶纤维、低熔点皮芯型复合纤维、高熔点纤维混合，铺设成混合纤维网，然后送入烘箱，烘箱内110～135℃均匀加热至低熔点皮芯型复合纤维的皮层受热熔融，从而粘结各种纤维，然后利用定型辊获得预定型的芯层纤维毡；所述高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维的熔点差异大于20℃；
(3)将预定型的面层纤维毡和芯层纤维毡进模连续处理，先对芯层预定型纤维毡进行预热处理，然后对面层预定型纤维毡进行预热处理，同时对预热后的芯层预定型纤维毡热模压成型为芯层板，将面层预定型纤维毡在芯层板上模压成型，使内饰板的面板与芯板紧密结合在一起，之后整体置于冲孔落料模具的下方，冲孔的同时进行落料，即得汽车内饰板。
2.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，步骤(1)所述的送入烘箱时对纤维网的两个面喷涂阻燃剂和抗菌剂的混合物。
3.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，步骤(1)所述的定型辊采用双烘筒，两烘筒之间缝隙宽度略小于面层纤维毡的厚度要求。
4.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，步骤(2)中芯层纤维组成为：玄武岩纤维和/或玻璃纤维5-35份、表面改性的天然植物纤维5-35份、涤纶纤维15-35份、低熔点皮芯型复合纤维15-25份、高熔点纤维15-25份。
5.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，步骤(2)所述的送入烘箱时对纤维网的两个面喷涂阻燃剂和抗菌剂的混合物。
6.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，步骤(2)所述的定型辊采用双烘筒，两烘筒之间缝隙宽度略小于芯层纤维毡的厚度要求。
7.根据权利要求4所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，所述的表面改性的天然植物纤维为以马来酸酐-聚丙烯共聚物作为接枝试剂，将天然植物纤维素中的羟基与马来酸酐的羧基发生酯化接枝改性得到，所述天然植物纤维为麻纤维、棕纤维、木纤维中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，步骤(3)中预热处理均为温度155～250℃，处理时间60～100秒。
9.根据权利要求1所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的生产方法，其特征在于，模压成型的压力15～20Mpa，温度155～250℃，时间60～100秒。
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