CN103481838A - 天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板及混配方法 - Google Patents

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及混配方法。它至少由芯层和面层组成，面层由下列重量份比的主要原料制成：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℃；芯层由下列重量份比的主要原料制成：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。本发明实现复合材料制备和成型加工的一体化设计，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。

Description

天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板及混配方法

技术领域

本发明涉及一种汽车内饰板，具体涉及一种天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板及混配方法，属于复合材料技术领域。 

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：CN102145553A）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。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：CN102145553A）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。 

为了满足连续带状面层、芯层复合纤维毡分别预定型以及后续的级进式热模压成型和面层/芯层复合工艺的开发需求，可以考虑面层、芯层纤维配方中都加入双组分或多组分热熔纤维的思路：比如低熔点皮芯型复合纤维、高熔点纤维。 

在汽车内饰件使用的纤维中，涤纶纤维用量上升最快，因其高模量、回潮低、易燃性差、防腐等优点而备受汽车厂商的青睐，而且涤纶织物尺寸稳定、耐磨，经特殊处理具有优良的抗紫外线特性。汽车用织物采用涤纶还有利于环保，涤纶纤维可以从回收的塑料瓶或其它再生材料中获得。 

由于汽车内饰件材料朝着绿色环保可回收的方向发展，原有的存在化学污染的用于汽车内饰件生产的复合材料正逐步被天然纤维复合材料所取代。为了适应市场需要并结合内饰板芯层的结构性能要求，考虑在芯层配方中添加天然植物纤维（麻纤维、棕纤维等）以及玄武 岩天然矿物纤维。 

天然植物纤维（例如麻纤维）是一种植物韧皮纤维素纤维，具有密度小、天然的隔音、吸音、抗菌、透气、抗霉变、可生物降解、可回收、刚性较大、无污染等优点。我国麻类资源丰富，其中黄麻占世界总产量的20%，但是过去麻纤维的利用率并不高，将麻纤维用来制造汽车内饰板为麻纤维开辟了新的途径。纯麻纤维的成网性能较差，容易断网，通常在加工中加入缠结性能好的纤维如丙纶纤维和涤纶纤维。 

玄武岩纤维具有突出的抗拉性能，介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间。玄武岩纤维除高强度、高模量的特点外，还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、永久阻燃、绝热隔音且性价比高。 

但是，玄武岩纤维和天然植物纤维成型能力差，因此其总量不能过多。同时，天然植物纤维与热塑性树脂因纤维素的亲水性而不相容。 

层面材料在加热加压过程中纤维毡将发生弯曲、扭转、拉伸、压缩等变形，同时相容性、稳定性等难以达到要求，也不能满足连续带状面层、面层复合纤维毡分别预定型以及后续的级进式热模压成型和面层/面层复合工艺的开发需求。 

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及混配方法。 

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，包括芯层和面层，面层由下列重量份比的主要原料制成：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℃；芯层由下列重量份比的主要原料制成：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℃。 

所述的面层其原料还包括阻燃剂和抗菌剂；所述的芯层其原料还包括阻燃剂和抗菌剂。 

上述的芯层和面层里低熔点皮芯型复合纤维均为具有皮芯结构的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）。 

上述的芯层和面层里高熔点纤维，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。 

天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的混配方法，芯层和面层的分别制备，按配方比的芯层纤维或面层纤维混合均匀后，梳理，铺网，之后将铺设好的芯层或面层纤维网送入烘箱，并对纤维网的两个面喷涂抗菌剂与阻燃剂混合物，烘箱内110～135℃均匀加热，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，然后利用多对定型辊获得预定型的芯层或面层纤维毡。 

获得的芯层或面层纤维毡纵向切边，收卷包装即可。 

本发明的有益效果是，天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板由芯层和面层组成。结合材料制备、成型阶段的工艺要求以及汽车内饰板面层、芯层的功能用途，其芯层制备特点是由玄武岩纤维和天然植物纤维以及涤纶纤维、低熔点皮芯型复合纤维、高熔点纤维等合成化学纤维经过混料、铺网、喷涂添加剂（阻燃剂、抗菌剂等）、较低加热温度下辊压预定型、较高加热温度下模压成型等步骤制造。面层制备特点是由氨纶纤维、涤纶纤维以及低熔点皮芯型复合纤维、高熔点纤维等合成化学纤维经过混料、铺网、喷涂添加剂（阻燃剂、抗菌剂等）、较低加热温度下辊压预定型、较高加热温度下模压成型等步骤制造。 

本发明利用高熔点纤维与低熔点皮芯型复合纤维，满足连续带状面层、芯层复合纤维毡分别预定型以及后续的级进式热模压成型和面层/芯层复合工艺的开发需求，同时低熔点皮芯型复合纤维和高熔点纤维的熔融温度明显区别开来，以保证在预定型工艺中低熔点皮芯型复合纤维可以熔融并起到粘结作用，而高熔点纤维不发生熔融，以保证复合纤维毡的可卷绕性，便于包装运输。选用酯化改性的方法降低天然植物纤维的表面极性，使其和其他纤维均匀分散来解决界面相容性问题。有机硅季铵盐类抗菌剂处理后的织物具有抑菌、防皱、防污、 防静电、防起球、丰满、柔软的效果，且富有弹性和光泽，具有滑、爽、挺的风格，磷酸胍由于其分子结构中含有胺基、酰胺基和磷、氮两大阻燃元素，协同效应明显，同时本身不含卤素、无色无味、澄清透明，无毒。 

本发明实现复合材料制备和成型加工的一体化设计，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，提供一种环保型天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的配方及混配方法。 

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：麻纤维表面接枝改性 

将马来酸酐作为酯化试剂溶解于二甲苯溶剂中，取一定量的麻纤维浸入改性溶液中，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。 

第二步：混料 

将芯层、面层所需各种纤维分别混料。芯层各纤维用量如下：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混合均匀制成混合料；面层各纤维用量如下：涤纶纤维15kg、氨纶纤维10kg、丙纶纤维15kg、热熔纤维408010kg混合均匀制成混合料。 

第三步：铺网 

将混合好的芯层、面层纤维分别铺网。混合均匀的纤维按设定量连续送入梳理机梳理后，经铺网帘在底帘上铺网，并由底帘向前输送铺设好的连续纤维网。 

第四步：预成型 

分别用底帘输送铺设好的芯层、面层连续纤维网进烘箱。期间对纤维网的两个面分别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。 

在烘箱内110～135℃左右均匀加热过程中，纤维毡中的低熔点皮芯型复合纤维4080的皮层受热而熔融，起到粘结各种纤维的作用，在经过多对定型辊之后形成预定型纤维毡。同时，烘箱的加热作用可使喷洒的溶液里的水溶剂蒸发。 

按照后续工艺要求，对纤维毡纵向切边，收卷包装。 

实施例2： 

天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的混配方法： 

芯层各纤维用量如下：玄武岩纤维20kg、改性棕纤维20kg、丙纶纤维17kg、涤纶纤维25kg、热熔纤维408018kg混合均匀制成混合料；面层各纤维用量如下：涤纶纤维20kg、氨纶纤维10kg、丙纶纤维12kg、热熔纤维40808kg混合均匀制成混合料。 

其余步骤同实施例1，不予赘述。 

实施例3： 

天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的混配方法： 

芯层各纤维用量如下：玄武岩纤维20kg、改性麻纤维、棕纤维20kg、丙纶纤维15kg、涤纶纤维30kg、热熔纤维408015kg混合均匀制成混合料；面层各纤维用量如下：涤纶纤维19kg、氨纶纤维10kg、丙纶纤维12kg、热熔纤维40809kg混合均匀制成混合料。 

其余步骤同实施例1，不予赘述。 

实施例4： 

天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的混配方法： 

芯层各纤维用量如下：玄武岩纤维30kg、改性棕纤维20kg、丙纶纤维15kg、涤纶纤维20kg、热熔纤维408018kg混合均匀制成混合料；面层各纤维用量如下：涤纶纤维18kg、氨纶纤维10kg、丙纶纤维12kg、热熔纤维408010kg混合均匀制成混合料。 

其余步骤同实施例1，不予赘述。 

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 (7)

1.天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板，包括芯层和面层，其特征在于，面层由下列重量份比的主要原料制成：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℃；芯层由下列重量份比的主要原料制成：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℃。

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，其特征在于，所述的面层其原料还包括阻燃剂和抗菌剂。

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，其特征在于，所述的芯层其原料还包括阻燃剂和抗菌剂。

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，其特征在于，芯层和面层里低熔点皮芯型复合纤维均为具有皮芯结构的ES纤维、4080纤维、Efpakal L90纤维、N40纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维。

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，其特征在于，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。

6.根据权利要求2所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板，其特征在于，芯层和面层里抗菌剂优选有机硅季铵盐类抗菌剂，芯层和面层里阻燃剂为磷氮类阻燃剂。

7.权利要求2所述的天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板的混配方法，其特征在于，芯层和面层的分别制备，按配方比的芯层纤维或面层纤维混合均匀后，梳理，铺网，之后将铺设好的芯层或面层纤维网送入烘箱，并对纤维网的两个面喷涂抗菌剂与阻燃剂混合物，烘箱内110～135℃均匀加热，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，然后利用多对定型辊获得预定型的芯层或面层纤维毡。