CN104339795A - 一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，涉及一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材及其制造方法。该复合板材从上到下依次包括结构板材层和热塑性阻尼材料结构层，所述的结构板材层覆盖在热塑性阻尼材料层的上表面。本发明中结构板材/热塑性阻尼材料复合板材中结构板材层、热塑性阻尼材料的密度远小于钢材的密度。热塑性阻尼材料比普通钢材就有更高的阻尼特性，能够有效的减振减噪，提高了车厢的阻尼特性和车厢的舒适程度。由于较大程度降低了车厢的重量，对降低能耗及降低成本等方面具有十分深远的意义。

Description

一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材及其制造方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材及其制造方法。
背景技术
汽车行业在我国大有发展潜力，近几年我国汽车以30%以上的速度增长，目前我国已成为仅次于美国的汽车拥有量的国家，也是世界主要汽车生产国，随着世界汽车行业的迅速发展及世界低碳主题的深入实施，人们对汽车的制造过程及汽车消费过程的安全性、舒适性、低能耗性和低成本性越来越为关注。
目前，汽车的车厢材料大都为金属材料，金属材料加工成本较高，能耗大，自重较高，抗冲击性能较差，同时保温及舒适程度远远达不到人们对舒适生活的要求。作为汽车轻量化技术的研究热点，采用高性能塑料或复合材料替代传统的金属车厢板为汽车工业发展注入了新的活力。但现有的替代材料普遍存在减震、降噪、保温效果不理想、阻尼性能不佳的情况。
因此，汽车车厢作为汽车的组成部分，汽车车厢的阻尼特性、减振降噪性、保温性能及重量受到越来越广泛的关注。
发明内容
本发明的目的在于针对现有汽车车厢自身较重，减振及降噪效果不理想的情况下，解决汽车车厢的抗冲击性能、舒适性、低能耗和低成本的一种车厢用结构板材增强热塑性复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，从上到下依次包括结构板材层和热塑性阻尼材料结构层，所述的结构板材层覆盖在热塑性阻尼材料层的上表面。
所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材的总厚度为3.5～5.5mm，其中所述的结构板材层的厚度为3～4mm；所述的热塑性阻尼材料层的厚度为0.5～1.5mm。
所述的热塑性阻尼材料层的材料选自挤出级或注塑级的阻燃TPU（热塑性聚氨酯弹性体）。
所述的结构板材层由包含以下重量份的组分制成：
所述的热塑性树脂基体选自聚丙烯或聚乙烯的一种或一种以上。
所述的相容剂选自聚乙烯树脂接枝不饱和羧酸或聚乙烯树脂接枝酸酐；其中：聚乙烯树脂接枝不饱和羧酸进一步选自聚乙烯接枝马来酸、聚乙烯接枝丙烯酸或聚乙烯接枝丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上；聚乙烯树脂接枝酸酐进一步选自聚乙烯接枝马来酸酐或乙烯、辛烯共聚物接枝马来酸酐。
所述的抗氧剂选自四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯（抗氧剂1010）、三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168）或N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺（抗氧剂1098）中的一种或一种以上。
所述的玻璃纤维选自无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维或抗碱玻璃纤维。
一种上述结构板材/热塑性阻尼材料复合板材的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）制备结构板材层
将热塑性树脂基体100份、聚偏氟乙烯1～2份、相容剂3～5份、玻璃纤维40～60份、抗氧剂0.6～1.2份，按照上述顺序依次加入高速混合机中，在高速混合机中将上述物料混合均匀后，排出混合料、密封；将混合料加入挤出机中熔融共混挤出至模压机中经过热压后冷压，制得结构板材层；
（2）将TPU材料加入挤出机中，熔融挤出，在挤出机机头处将挤出的物料均匀的复合到步骤（1）制得的结构板材层的表面上，作为热塑性阻尼材料结构层，制得结构板材/热塑性阻尼材料复合板材。
步骤（1）中所述的高速混合机的混合时间为60～160s，转速为40～600r/min；所述的熔融共混挤出温度为180～220℃；所述的热压的温度为150～200℃，压力为1～3MPa，时间为30～60min；所述的冷压的温度为室温，压力为1～3MP，时间为1～3h。
优选的，步骤（1）中冷压的初始压力为1MPa，然后每隔20分钟增加1MPa直至3MPa。
步骤（2）中所述的挤出机熔融挤出的温度为150～200℃；
步骤（2）中所述的复合具体为熔融的TPU材料，经过挤出机的机头挤出成薄膜状，然后均匀淋膜到结构板材层的表面上，冷却后与结构板材层粘结在一起，形成热塑性阻尼材料层。
步骤（2）中挤出机的机头的宽度可以调节，以满足不同规格复合结构板材的要求。
本发明的优点在于：
通过本发明制备的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材用于车厢后，抗冲击性能优异，阻尼特性好，比采用普通车厢钢材所制造的车厢具有更好的安全性、舒适性、低能耗性以及低成本性的综合性能。
本发明的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材具有厚实度较好，重量比钢板相比，具有大幅度减重，阻尼特性好，是一种集舒适性、低能耗、低成本于一体的车厢用结构板材增强阻尼复合材料。
在结构板材配方中添加一定量的聚偏氟乙烯，不仅可以提高结构板材的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能，同时可以提高与表面阻尼层的界面结合能力。
附图说明
图1为结构板材/热塑性阻尼材料复合板材的结构示意图。
附图标注：
1为热塑性阻尼材料结构层，
2为结构板材层。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，从上到下依次包括结构板材层2和热塑性阻尼材料结构层1，所述的结构板材层2覆盖在热塑性阻尼材料层1的上表面。
该结构板材/热塑性阻尼材料复合板材按照以下方法制备：
本实施例中用到的各原料为，热塑性树脂基体为聚乙烯；抗冲击改性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯；相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为0.4份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168；玻璃纤维为中碱玻璃纤维。
（1）按重量份称取热塑性树脂基体100份、聚偏氟乙烯1份、相容剂3份、抗氧剂0.6份、玻璃纤维40份。
按照热塑性树脂基体，抗冲击改性剂、增容剂，玻璃纤维，抗氧剂的加料顺序依次加入高速混合机中，在高速混合机中将上述物料进行混合，混料时间为60s，高混机转速为400r/min，混合均匀后排出混合料、密封；
将混合料加入挤出机中熔融共混挤出至模压机中，经过热压后冷压，制得所述结构板材，其中挤出机温度180℃，模压热压温度为150℃，出模压力为1MPa，保温时间为30min，冷压压力从1MPa每隔20分钟增加1MPa直至3MPa，时间为1h，制备出厚度为3mm，幅宽为1.2m，长度为2.4m的结构板材
（2）使用机头幅宽为1.2m的挤出机将市售阻燃的TPU(生产厂家：德国拜耳，牌号牌号：255)材料挤出，挤出温度150℃，将挤出的薄膜均匀的复合在结构板材层的表面，作为热塑性阻尼材料结构层，厚度为0.5mm，结构板材层的厚度为3mm，结构板材/热塑性阻尼材料复合结构板材的总厚度为3.5mm，经冷却至室温后卷收待用。
实施例2
如图1所示一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，从上到下依次包括结构板材层2和热塑性阻尼材料结构层1，所述的结构板材层2覆盖在热塑性阻尼材料层1的上表面。
本实施例中用到的各原料为，热塑性树脂基体为聚乙烯；抗冲击改性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯；相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为0.4份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168；玻璃纤维为中碱玻璃纤维。
（1）按重量份称取热塑性树脂基体100份、聚偏氟乙烯2份、相容剂3份、抗氧剂0.6份、玻璃纤维60份。
按照热塑性树脂基体，抗冲击改性剂、增容剂，玻璃纤维，抗氧剂的加料顺序依次加入高速混合机中，在高速混合机中将上述物料进行混合，混料时间为60s，高混机转速为400r/min，混合均匀后排出混合料、密封；
将混合料加入挤出机中熔融共混挤出至模压机中，经过热压后冷压，制得所述结构板材，其中挤出机温度180℃，模压热压温度为150℃，出模压力为1MPa，保温时间为30min，冷压压力从1MPa每隔20分钟增加1MPa直至3MPa，时间为1h，制备出厚度为4mm，幅宽为1.2m，长度为2.4m的结构板材。
（2）使用机头幅宽为1.2m的挤出机将市售阻燃的TPU(生产厂家：德国拜耳，牌号牌号：255)材料挤出，挤出温度180℃，将挤出的薄膜均匀的附着在结构板材层的表面，作为热塑性阻尼材料结构层，厚度为1.5mm，结构板材层的厚度为4mm，结构板材/热塑性阻尼材料复合结构板材的总厚度为5.5mm，经冷却至室温后卷收待用。
实施例3
如图1所示一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，从上到下依次包括结构板材层2和热塑性阻尼材料结构层1，所述的结构板材层2覆盖在热塑性阻尼材料层1的上表面。
本实施例中用到的各原料为，热塑性树脂基体为聚丙烯；抗冲击改性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯；相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为0.4份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168；玻璃纤维为中碱玻璃纤维。
（1）按重量份称取热塑性树脂基体100份、聚偏氟乙烯1份、相容剂3份、抗氧剂0.6份、玻璃纤维40份。
按照热塑性树脂基体，抗冲击改性剂、增容剂，玻璃纤维，抗氧剂的加料顺序依次加入高速混合机中，在高速混合机中将上述物料进行混合，混料时间为60s，高混机转速为400r/min，混合均匀后排出混合料、密封；
将混合料加入挤出机中熔融共混挤出至模压机中，经过热压后冷压，制得所述结构板材，其中挤出机温度220℃，模压热压温度为200℃，出模压力为1MPa，保温时间为30min，冷压压力从1MPa每隔20分钟增加1MPa直至3MPa，时间为1h，制备出厚度为3mm，幅宽为1.2m，长度为2.4m的结构板材
（2）使用机头幅宽为2m的挤出机将市售阻燃的TPU(生产厂家：德国拜耳，牌号牌号：9370AU)材料挤出，挤出温度200℃，将挤出的薄膜均匀的附着在结构板材层的表面，作为热塑性阻尼材料结构层，厚度为0.5mm，结构板材层的厚度为3mm，结构板材/热塑性阻尼材料复合结构板材的总厚度为3.5mm，经冷却至室温后待用。
实施例4
如图1所示一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，从上到下依次包括结构板材层2和热塑性阻尼材料结构层1，所述的结构板材层2覆盖在热塑性阻尼材料层1的上表面。
本实施例中用到的各原料为，热塑性树脂基体为聚丙烯；抗冲击改性剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯；相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为0.4份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168；玻璃纤维为中碱玻璃纤维。
（1）按重量份称取热塑性树脂基体100份、聚偏氟乙烯2份、相容剂3份、抗氧剂0.6份、玻璃纤维60份。
按照热塑性树脂基体，抗冲击改性剂、增容剂，玻璃纤维，抗氧剂的加料顺序依次加入高速混合机中，在高速混合机中将上述物料进行混合，混料时间为60s，高混机转速为400r/min，混合均匀后排出混合料、密封；
将混合料加入挤出机中熔融共混挤出至模压机中，经过热压后冷压，制得所述结构板材，其中挤出机温度220℃，模压热压温度为200℃，出模压力为1MPa，保温时间为30min，冷压压力从1MPa每隔20分钟增加1MPa直至3MPa，时间为1h，制备出厚度为4mm，幅宽为1.2m，长度为2.4m的结构板材
（2）使用机头幅宽为2m的挤出机将市售阻燃的TPU(生产厂家：德国拜耳，牌号牌号：9370AU)材料挤出，挤出温度200℃，将挤出的薄膜均匀的附着在结构板材层的表面，作为热塑性阻尼材料结构层，厚度为1.5mm，结构板材层的厚度为4mm，结构板材/热塑性阻尼材料复合结构板材的总厚度为5.5mm，经冷却至室温后卷收待用。
对实施例中制得的产品进行测试，测试结果见表1：
表1
拉伸强度 弯曲强度 缺口冲击强度
测试标准 ASTMD638 ASTMD790 ASTMD6110
实施例1 150MPa 150MPa 150kj/m2
实施例2 200MPa 180MPa 180kj/m2
实施例3 180MPa 200MPa 100kj/m2
实施例4 250MPa 400MPa 150kj/m2
从表1中可以看出通过此种方式制备的结构板材/热塑性阻尼材料复合结构板材性能优异，冲击性能好，阻尼特性优异。
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 (10)

1.一种结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：从上到下依次包括结构板材层和热塑性阻尼材料结构层，所述的结构板材层覆盖在热塑性阻尼材料层的上表面。
2.根据权利要求1所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材的总厚度为3.5～5.5mm，其中所述的结构板材层的厚度为3～4mm；所述的热塑性阻尼材料层的厚度为0.5～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的热塑性阻尼材料层的材料选自挤出级或注塑级的阻燃热塑性聚氨酯弹性体。
4.根据权利要求1所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的结构板材层由包含以下重量份的组分制成：
5.根据权利要求4所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的热塑性树脂基体选自聚丙烯或聚乙烯的一种或一种以上。
6.根据权利要求4所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的相容剂选自聚乙烯树脂接枝不饱和羧酸或聚乙烯树脂接枝酸酐；其中：聚乙烯树脂接枝不饱和羧酸进一步选自聚乙烯接枝马来酸、聚乙烯接枝丙烯酸或聚乙烯接枝丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上；聚乙烯树脂接枝酸酐进一步选自聚乙烯接枝马来酸酐或乙烯、辛烯共聚物接枝马来酸酐。
7.根据权利要求4所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的抗氧剂选自四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯、三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯或N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的一种或一种以上。
8.根据权利要求4所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材，其特征在于：所述的玻璃纤维选自无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维或抗碱玻璃纤维。
9.一种权利要求1-8中任一所述的结构板材/热塑性阻尼材料复合板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备结构板材层
将热塑性树脂基体100份、聚偏氟乙烯1～2份、相容剂3～5份、玻璃纤维40～60份、抗氧剂0.6～1.2份，按照上述顺序依次加入高速混合机中，在高速混合机中将上述物料混合均匀后，排出混合料、密封；将混合料加入挤出机中熔融共混挤出至模压机中经过热压后冷压，制得结构板材层；
（2）将热塑性聚氨酯弹性体材料加入挤出机中，熔融挤出，在挤出机机头处将挤出的物料均匀的复合到步骤（1）制得的结构板材层的表面上，作为热塑性阻尼材料结构层，制得结构板材/热塑性阻尼材料复合板材。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的高速混合机的混合时间为60～160s，转速为40～600r/min；所述的熔融共混挤出温度为180～220℃；所述的热压的温度为150～200℃，压力为1～3MPa，时间为30～60min；
或所述的冷压的温度为室温，压力为1～3MP，时间为1～3h；优选的，步骤（1）中冷压的初始压力为1MPa，然后每隔20分钟增加1MPa直至3MPa；
或步骤（2）中所述的挤出机熔融挤出的温度为150～200℃；
或步骤（2）中所述的复合具体为熔融的热塑性聚氨酯弹性体材料，经过挤出机的机头挤出成薄膜状，然后均匀淋膜到结构板材层的表面上，冷却后与结构板材层粘结在一起，形成热塑性阻尼材料层。
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