CN104441863A - 一种复合材料板材及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料板材，包括从上到下依次连接的上表层、芯层和下表层，所述上表层包括功能面层和其下方的连续纤维增强热塑性复合材料层，所述下表层包括连续纤维增强热塑性复合材料层和其下方的功能面层，所述各层从上到下依次连接后采用冷热压机复合成型。本发明还包括该复合材料板材的制备方法及其应用。本发明的复合材料板材具有防水、防潮、不变形，耐摩擦、耐用和耐腐蚀，使用年限长等优点。本发明的复合材料板材结构科学合理，绿色环保，在节能减排及环境保护等方面具有突出优点，具有良好的应用前景。

Description

一种复合材料板材及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料板材及其制备方法和应用。 

背景技术

包装箱是确保装备在贮存、运输、装卸及使用过程中保持技术性能、免受各种不良因素影响的重要屏障。长期以来，我国通用弹药、枪械、军用光学仪器及相关军用装备备件的外包装箱一直沿用木质包装箱为主，不但耗费了大量的木材资源，而且其综合防护能力和环境适应性均较差。木质包装箱归纳起来主要存在着以下不足：外包装箱品种、规格繁多，仅某型装备及其备件包装就达数十种，通用化、系列化、标准化程度低；木质包装箱不耐虫蛀、鼠咬，耐水性、防潮性及环境适应性差；耗费大量木材资源，浪费现象严重，社会经济性不好，不利于生态环境保护。 

除木质包装箱外，现有包装箱用材料还包括金属、玻璃钢、竹/木塑复合材料等材质，但也存在一些明显不足，如力学性能偏低、性价比较低、承载能力较差，重量大、长期使用可能发生弯曲、翘曲变形等，从而影响了其使用效果、缩短了其使用寿命、限定了其使用范围。因此，对包装箱用材料进行改进十分必要。 

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种成本较低且具有较高力学性能的新型复合材料板材。 

本发明的另一目的是提供上述复合材料板材的制备方法及其应用。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现： 

一种复合材料板材，包括从上到下依次连接的上表层、芯层和下表层，所述上表层包括功能面层和其下方的连续纤维增强热塑性复合材料层，所述下表层包括连续纤维增强热塑性复合材料层和其下方的功能面层，所述各层从上到下依次连接后采用冷热压机复合成型。

较佳地，所述上表层的厚度为1~10mm，所述芯层的厚度为3~30mm，所述下表层的厚度为1~10mm，所述复合材料板材的总厚度为5~40mm。 

较佳地，所述连续纤维增强热塑性复合材料层为连续纤维增强热塑性复合材料板，由包括以下重量份的组分制成：热塑性塑料40~70份；连续纤维30~60份。 

较佳地，所述热塑性塑料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种或几种； 

所述连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一种或几种。

较佳地，所述功能面层选自耐磨防火材料层或耐老化材料层；所述耐磨防火材料层为三聚氰氨装饰面纸的外表面压合有一层由三氧化二铝制成的耐磨纸；所述耐老化材料层选自耐老化塑料膜、铝箔膜、镀铝膜、耐老化塑料浸渍纸或铝箔无纺布中的一种或几种。 

较佳地，所述芯层选自胶合板、木塑复合材料板材、竹塑复合材料板材、无机复合材料板材或纤维毡中的一种或几种的情况下，所述芯层还包括与上表层、下表层连接所用的粘结层，所述粘结层为塑料膜或粘结剂。 

较佳地，所述芯层为纤维增强热塑性复合材料板，所述芯层与上表层、下表层之间为热连接。 

较佳地，所述纤维增强热塑性复合材料板，采用回收再利用的连续纤维增强热塑性复合材料，经过粉碎机粉碎或轧机轧碎成粉碎料或块状料，纤维的长度控制在2~100mm，将粉碎料或块状料铺成所需厚度，通过冷热压机压制成一定厚度的纤维增强热塑性复合材料板。 

本发明还包括上述复合材料板材的制备方法，包括以下步骤： 

（1）制备连续纤维增强热塑性复合材料板：

将40~70重量份的热塑性塑料加入到挤出机中，通过交错的双挤出模头挤出淋膜，通过张力调节装置将30~60重量份的连续纤维平行排列成带状，导到双挤出模头处，带状连续纤维的两侧分别与双挤出模头接触，在模头处与挤出的熔融树脂进行浸渍，将浸渍后的连续纤维带导入辊压装置，辊压、冷却制得连续纤维增强热塑性复合材料片材；

将连续纤维增强热塑性复合材料片材，根据其中连续纤维的取向方向按0~90°多层叠加铺放，然后通过热压成型机热压和冷压后制得连续纤维增强热塑性复合材料板；

（2）将功能面层、连续纤维增强热塑性复合材料板、芯层、连续纤维增强热塑性复合材料板、功能面层按顺序从上到下依次铺放，经过成型设备热压，冷却后制得所述复合材料板材；

所述步骤（1）、（2）中，热压温度为160~280℃，压力为1~10MPa，时间为3~15min；冷压温度为15~25℃，压力为2~10MPa，时间为5~20min。

本发明还包括上述复合材料板材作为普通用途包装箱、防水板、防蚀板、汽车内部装饰用材、护栏板以及军用包装箱的应用。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

（1）本发明的复合材料板材具有防水、防潮、不变形，耐摩擦、耐用和耐腐蚀，使用年限长等优点。

（2）本发明的复合材料板材结构科学合理，绿色环保，在节能减排及环境保护等方面具有突出优点，具有良好的应用前景。 

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。 

实施例1 

一种包装箱用复合材料板材，见图1，包括从上到下依次连接的上表层1、芯层2和下表层3，其中上表层1厚度为1mm，包括功能面层11和其下方的连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层12，芯层2为纤维增强热塑性复合材料板，厚度为3mm，下表层3厚度为1mm，包括连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层32和其下方的功能面层31，各层从上到下依次连接后采用冷热压机复合成型，复合材料板材的总厚度为5mm。制备方法如下：

（1）制备连续纤维增强热塑性复合材料板：

将40重量份的聚丙烯加入到挤出机中，通过交错的双挤出模头挤出淋膜，通过张力调节装置将60重量份的连续超高强玻璃纤维平行排列成带状，导到双挤出模头处，带状连续纤维的两侧分别与双挤出模头接触，在模头处与挤出的熔融树脂进行浸渍，将浸渍聚丙烯后的连续玻璃纤维带导入辊压装置，辊压、冷却制得连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料片材；

将连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料片材，根据其中连续玻璃纤维的取向方向按0~90°多层叠加铺放，然后通过热压成型机热压和冷压后制得连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料板；

（2）功能面层选自耐磨防火材料层，具体为三聚氰氨装饰面纸的外表面压合有一层由三氧化二铝制成的耐磨纸；

芯层为纤维增强热塑性复合材料板，采用回收再利用的连续纤维增强热塑性复合材料，经过粉碎机粉碎或轧机轧碎成粉碎料或块状料，纤维的长度控制在2~100mm，将粉碎料或块状料铺成所需厚度，通过冷热压机压制成一定厚度的纤维增强热塑性复合材料板；

将功能面层、连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料板、芯层、连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料板、功能面层按顺序从上到下顺序铺放，经过成型设备热压，冷却后制得所述复合材料板材；

步骤（1）、（2）中，热压温度为160℃，压力为10MPa，时间为15min；冷压温度为15℃，压力为10MPa，时间为5min。

实施例2 

一种防蚀板用复合材料板材，包括从上到下依次连接的上表层、芯层和下表层，其中上表层厚度为10mm，包括功能面层和其下方的连续碳纤维增强PA6复合材料层，芯层为胶合板，厚度为20mm，下表层厚度为10mm，包括连续碳纤维增强PA6复合材料层和其下方的功能面层，各层从上到下依次连接后采用冷热压机复合成型，复合材料板材的总厚度为40mm。制备方法如下：

（1）制备连续纤维增强热塑性复合材料板：

将70重量份的PA6加入到挤出机中，通过交错的双挤出模头挤出淋膜，通过张力调节装置将30重量份的连续碳纤维平行排列成带状，导到双挤出模头处与挤出的熔融树脂进行浸渍，将浸渍后的连续碳纤维带导入辊压装置，辊压、冷却制得连续碳纤维增强PA6复合材料片材；

将连续碳纤维增强PA6复合材料片材，根据其中连续碳纤维的取向方向按0~90°多层叠加铺放，然后通过热压成型机热压和冷压后制得连续碳纤维增强PA6复合材料板；

（2）功能面层选自耐老化材料层，具体为耐老化塑料浸渍纸；

芯层包括胶合板以及与上表层、下表层连接所用的粘结层，粘结层为塑料膜；

将功能面层、连续碳纤维增强PA6复合材料板、芯层、连续碳纤维增强PA6复合材料板、功能面层按顺序从上到下顺序铺放，经过成型设备热压，冷却后制得所述复合材料板材；

步骤（1）、（2）中，热压温度为280℃，压力为1MPa，时间为3min；冷压温度为25℃，压力为2MPa，时间为20min。

实施例3 

一种汽车内部装饰用材用复合材料板材，包括从上到下依次连接的上表层、芯层和下表层，其中上表层厚度为5mm，包括功能面层和其下方的连续玄武岩纤维增强PBT复合材料层，芯层为纤维毡，厚度为30mm，下表层厚度为5mm，包括连续玄武岩纤维增强PBT复合材料层和其下方的功能面层，各层从上到下依次连接后采用冷热压机复合成型，复合材料板材的总厚度为40mm。制备方法如下：

（1）制备连续纤维增强热塑性复合材料板：

将50重量份的PBT加入到挤出机中，通过交错的双挤出模头挤出淋膜，通过张力调节装置将50重量份的连续玄武岩纤维平行排列成带状，导到双挤出模头处与挤出的熔融树脂进行浸渍，将浸渍后的连续玄武岩纤维带导入辊压装置，辊压、冷却制得连续玄武岩纤维增强PBT复合材料片材；

将连续玄武岩纤维增强PBT复合材料片材，根据其中连续玄武岩纤维的取向方向按0~90°多层叠加铺放，然后通过热压成型机热压和冷压后制得连续玄武岩纤维增强PBT复合材料板；

（2）功能面层选自耐老化材料层，具体为铝箔无纺布；

芯层包括纤维毡以及与上表层、下表层连接所用的粘结层，粘结层为塑料膜；

将功能面层、连续玄武岩纤维增强PBT复合材料板、芯层、连续玄武岩纤维增强PBT复合材料板、功能面层按顺序从上到下顺序铺放，经过成型设备热压，冷却后制得所述复合材料板材；

步骤（1）、（2）中，热压温度为250℃，压力为5MPa，时间为10min；冷压温度为20℃，压力为5MPa，时间为10min。

对实施例1-3中制得的复合材料板材进行测试，测试结果如表1。 

表1 

本发明的优选实施例为实施例1，从表1的测试数据中可以看出，采用性价比较优的热塑性树脂基体和性能较高的增强纤维，本发明制备的复合材料板材具有较好的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能。本发明的复合材料板材具有较好的力学性能和性价比，承载能力强，耐用，不易发生翘曲变形等，使用寿命长，使用范围广。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种复合材料板材，其特征在于，包括从上到下依次连接的上表层、芯层和下表层，所述上表层包括功能面层和其下方的连续纤维增强热塑性复合材料层，所述下表层包括连续纤维增强热塑性复合材料层和其下方的功能面层，所述各层从上到下依次连接后采用冷热压机复合成型。

2.如权利要求1所述的复合材料板材，其特征在于，所述上表层的厚度为1~10mm，所述芯层的厚度为3~30mm，所述下表层的厚度为1~10mm，所述复合材料板材的总厚度为5~40mm。

3.如权利要求1所述的复合材料板材，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料层为连续纤维增强热塑性复合材料板，由包括以下重量份的组分制成：热塑性塑料40~70份；连续纤维30~60份。

4.如权利要求3所述的复合材料板材，其特征在于，所述热塑性塑料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种或几种；

所述连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的复合材料板材，其特征在于，所述功能面层选自耐磨防火材料层或耐老化材料层；所述耐磨防火材料层为三聚氰氨装饰面纸的外表面压合有一层由三氧化二铝制成的耐磨纸；所述耐老化材料层选自耐老化塑料膜、铝箔膜、镀铝膜、耐老化塑料浸渍纸或铝箔无纺布中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的复合材料板材，其特征在于，所述芯层选自胶合板、木塑复合材料板材、竹塑复合材料板材、无机复合材料板材或纤维毡中的一种或几种的情况下，所述芯层还包括与上表层、下表层连接所用的粘结层，所述粘结层为塑料膜或粘结剂。

7.如权利要求1所述的复合材料板材，其特征在于，所述芯层为纤维增强热塑性复合材料板，所述芯层与上表层、下表层之间为热连接。

8.如权利要求7所述的复合材料板材，其特征在于，所述纤维增强热塑性复合材料板，采用回收再利用的连续纤维增强热塑性复合材料，经过粉碎机粉碎或轧机轧碎成粉碎料或块状料，纤维的长度控制在2~100mm，将粉碎料或块状料铺成所需厚度，通过冷热压机压制成一定厚度的纤维增强热塑性复合材料板。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的复合材料板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备连续纤维增强热塑性复合材料板：

将40~70重量份的热塑性塑料加入到挤出机中，通过交错的双挤出模头挤出淋膜，通过张力调节装置将30~60重量份的连续纤维平行排列成带状，导到双挤出模头处，带状连续纤维的两侧分别与双挤出模头接触，在模头处与挤出的熔融树脂进行浸渍，将浸渍后的连续纤维带导入辊压装置，辊压、冷却制得连续纤维增强热塑性复合材料片材；

将连续纤维增强热塑性复合材料片材，根据其中连续纤维的取向方向按0~90°多层叠加铺放，然后通过热压成型机热压和冷压后制得连续纤维增强热塑性复合材料板；

（2）将功能面层、连续纤维增强热塑性复合材料板、芯层、连续纤维增强热塑性复合材料板、功能面层按顺序从上到下依次铺放，经过成型设备热压，冷却后制得所述复合材料板材；

所述步骤（1）、（2）中，热压温度为160~280℃，压力为1~10MPa，时间为3~15min；冷压温度为15~25℃，压力为2~10MPa，时间为5~20min。

10.一种如权利要求1-8中任一项所述的复合材料板材作为普通用途包装箱、防水板、防蚀板、汽车内部装饰用材、护栏板以及军用包装箱的应用。