CN104802486A - 一种塑料复合底板、制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塑料复合底板，包括从上到下依次排列的面层、芯层和底层，所述芯层包括中芯层和增强层，所述芯层的上下表面分别通过两性胶粘薄膜与所述面层和所述底层连接。制备方法如下：在芯层的上下表面均匀覆上一层两性胶粘薄膜，分别粘上面层和底层，然后热压、保压；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；制得塑料复合底板。本发明中的塑料复合底板，其密度、强度、弹性模量和表面质量等各项性能指标均达到国际集装箱工业标准的复合集装箱底板，所以用作集装箱底板，其可设计性强，能够根据实际的需求合理的选择面层和芯层的厚度和密度，以达到最佳的经济效果。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种塑料复合底板、制备方法及其用途。
背景技术
集装箱底板是集装箱的主要承载结构，要求集装箱底板具有很高的力学性能、精确的加工尺寸、良好的抗冲击性。长期以来，集装箱底板主要采用热带雨林中生长的高密度硬阔叶木材为主要原料，制作上采用大径级原木旋切成单板后，多层单板组胚，热压成胶合板。由于高密度阔叶树种的生长周期很长，一般均需50年甚至更长，而集装箱底板的需求却日益增加。为了保护世界生态环境，减少热带硬木资源的消耗，开发新型集装箱底板，拓宽底板用材的来源，具有深远的现实意义。
专利CN93115652.0中将竹材剖成等宽等厚的篾片，篾片平行排列成片，放入防腐剂与酚醛树脂的混合液中浸渍后叠层加压，所生产的竹质集装箱底板能够通过国际集装箱的测试要求，但是竹材的利用率低、制造复杂、加工效率低下，导致竹质集装箱底板的成本偏高，产能有限，不能大规模用于市场化。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，本发明的目的是提供一种能够满足集装箱载货强度要求的塑料复合底板，通过纤维增强的热塑性板材与普通塑料回料进行复合，经过科学的结构设计与胶合工艺，获得一种符合集装箱底板使用要求的塑料复合底板，替代传统的采用东南亚克隆木等热带阔叶硬木制造的集装箱底板用胶合板。
本发明的另一目的是提供一种上述塑料复合底板的制备方法，该方法将强度大、硬度高、韧性好的纤维增强的热塑性板材作为表层材料或中间承力层材料，用玻璃纤维和回料塑料为芯层材料，经合理搭配组合，采用科学的胶合工艺可以制成具有高性能的集装箱底板用塑料复合底板，充分发挥了纤维增强热塑性板材耐磨、耐酸碱、防水、高模量高强度等特性，在各方面满足对集装箱底板所提出的各项机械、物理技术要求。
本发明的第三个目的是提供一种上述塑料复合底板的用途。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种塑料复合底板，包括从上到下依次排列的面层、芯层和底层，所述芯层包括中芯层和增强层，所述芯层的上下表面分别通过两性胶粘薄膜与所述面层和所述底层连接。
所述面层或所述底层为纤维增强热塑性板材，厚度为2～5mm。
所述增强层选自纤维单向布或纤维增强热塑性板材中的一种或两种。
面层、底层和增强层为纤维增强热塑性板材时可以一致。
所述纤维单向布选自玻璃纤维单向布、碳纤维单向布或玄武岩纤维单向布中，优选玻璃纤维单向布或玄武岩单向布。
所述增强层的层数为1～5层。
所述纤维单向布的厚度为0.5～1.0mm，克重为200～500g/m2。
所述纤维增强热塑性板材的厚度为2～5mm。
所述纤维增强热塑性板材中，纤维的质量百分数为40～55%。
所述纤维增强热塑性板材中的热塑性树脂选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）或聚对苯二甲酸乙二酯（PET）中的一种或一种以上。
所述纤维增强热塑性板材中的纤维选自连续玻璃纤维、连续碳纤维或连续玄武岩纤维中的一种或一种以上；优选连续玻璃纤维或连续玄武岩纤维；更优选连续玻璃纤维。
所述中芯层为回料塑料板材，层数为1～8层，单层厚度为2～16mm。
所述回料塑料板材选自回料聚丙烯塑料、回料聚乙烯塑料、回料聚苯乙烯塑料或回料PET塑料中的一种或一种以上。
所述两性胶粘薄膜为聚乙烯膜，克重为50～100g/m2。
本发明还提供了一种上述塑料复合底板的制备方法，包括以下步骤：
在芯层的上下表面均匀覆上一层两性胶粘薄膜，分别粘上面层和底层，然后热压、保压；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；制得塑料复合底板。
所述热压的温度为135～145℃。
所述保压的压力为1.5～3.0MPa，时间为10～18min。
所述分段降压为压力降到原先压力的一半，保持3～5min后卸压。
所述面层、所述底层或所述增强层为纤维增强热塑性板材时由以下方法制得：将纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体复合，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，纤维占预浸带的质量百分数为40～55%，然后将预浸带铺层，在温度为160～240℃，压力为2～4MPa的条件下，热压20～30min，再冷压30～40min，制得纤维增强热塑性板材。
所述芯层由以下方法制得：将中芯层和增强层进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。
所述中芯层由以下方法制得：将回料树脂加入挤出机中熔融挤出，冷却定型后得到回料塑料板材。
所述铺放方式为，按照从上到下依次为增强层、中芯层、增强层的顺序进行铺放或按照从上到下依次为中芯层、增强层、中芯层的顺序进行铺放。
本发明还提供了一种上述塑料复合底板用作集装箱底板的用途；该塑料复合底板用作集装箱底板，具有很好的耐磨性、耐腐蚀性、且不吸水、容易清洗等优点。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明中的塑料复合底板，其密度、强度、弹性模量和表面质量等各项性能指标均达到国际集装箱工业标准的复合集装箱底板，所以用作集装箱底板，其可设计性强，能够根据实际的需求合理的选择面层和芯层的厚度和密度，以达到最佳的经济效果。塑料复合底板的面层是纤维增强的热塑性板材，具有很好的耐磨性、耐腐蚀性，且不吸水、容易清洗，相对于硬木底板，本发明的塑料复合底板使用寿命大大提高，且免除了底面喷漆的工序，对环境保护有利。另外，纤维增强的热塑性板材不易腐蚀、不生菌，不会存在虫蛀的问题。
2、本发明通过对纤维增强热塑性板材和普通的塑料回料进行结合，节省了木材集装箱中木材的烘干和处理过程和时间，简化了工序流程，节省了操作时间，便于大批量的生产，也为木质集装箱底板材料来源开辟了新途径。
3、本发明充分利用塑料回料，为资源的重复利用，环境的友好提供了很大的优势，使得废料拥有一条可大量消耗回收的路径。
4、本发明的方法将强度大、硬度高、韧性好的纤维增强的热塑性板材作为表层材料或中间承力层材料，用普通的塑料回料作为芯层材料，经合理搭配组合，采用科学的胶合工艺可以制成具有高性能的集装箱底板用塑料复合底板，充分发挥了纤维增强热塑性板材耐磨、耐酸碱、防水、高模量高强度等特性，在各方面满足对集装箱底板所提出的各项机械、物理技术要求。
附图说明
图1为本发明实施例1的塑料复合底板的截面结构示意图。
图2为本发明实施例2的塑料复合底板的截面结构示意图。
图3为本发明实施例3的塑料复合底板的截面结构示意图。
图4为本发明实施例4的塑料复合底板的截面结构示意图。
其中：11为面层，12为增强层，13为中芯层，14为底层，15为芯层；21为面层，22为中芯层，23为增强层一，24为增强层二，25为底层，26为芯层；31为面层，32为增强层一，33为中芯层，34为增强层二，35为底层，36为芯层；41为面层，42为中芯层，43为增强层，44为底层，45为芯层。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
纤维增强热塑性板材，具有重量轻、比强度、比模量高，耐腐蚀、耐水性、耐磨擦性好；对多种酸、碱呈惰性，抗冲击，致断应变值高；设计灵活性好，可选择适当的纤维种类、纤维含量和纤维取向来满足具体用途的要求。
实施例1
一种塑料复合底板的制备方法如下：
面层为连续玻纤增强聚丙烯板材面层11，面层11和底层14的制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体聚丙烯复合，纤维占树脂基体的质量百分数为40%，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为170～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到连续玻纤增强聚丙烯板材面层11，铺设方式为纵向。
中芯层13由以下方法制得：将回料聚丙烯塑料加入挤出机中熔融挤出，冷却定型后得到回料塑料板材。
芯层15由以下方法制得：将中芯层13和增强层12进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为100g/m2，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。铺放方式为，按照从上到下依次为两层增强层、中芯层、两层增强层的顺序进行铺放。增强层间通过两性胶粘薄膜聚乙烯膜来粘结，增强层为玻璃纤维单向布，厚度为1mm，克重为500g/m2。
芯层15的上下面分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为100g/m2，分别粘上连续玻纤增强聚丙烯板材面层11和底层14，最后热压，热压的温度为145℃；保压，保压的压力为1.5MPa，时间为10min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持3min后卸压；制得厚度为28mm的塑料复合底板。测得该复合底板中：面层11和底层14厚度均为4mm；增强层12厚度为1mm，中芯层13厚度为16mm，芯层15的总厚度为20mm。
制备得到的塑料复合底板如图1所示，图1为本发明实施例1的塑料复合底板的截面结构示意图；从上至下依次包括面层11、芯层15和底层14，所述芯层15包括从上到下依次排列的增强层12，增强层12，中芯层13，增强层12，增强层12；共5层。
该塑料复合底板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
实施例2
一种塑料复合底板的制备方法如下：
面层21、底层25和增强层二24的制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体聚乙烯复合，纤维占树脂基体的质量百分数为48%，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为170～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到连续玻纤增强聚乙烯板材，铺设方式为纵向。
中芯层22由以下方法制得：将回料聚乙烯塑料加入挤出机中熔融挤出，冷却定型后得到回料塑料板材。增强层一23为碳纤维单向布，厚度为0.5mm，克重为200g/m2。增强层二24为连续玻纤增强热塑性聚乙烯板材，厚度为2mm。
芯层26由以下方法制得：将中芯层22、增强层一23和增强层二24进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为50g/m2，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。铺放方式为，按照从上到下依次为中芯层22，中芯层22，增强层一23，中芯层22，增强层一23，中芯层22，增强层二24，中芯层22，增强层一23，中芯层22，增强层一23，中芯层22，中芯层22，共13层；增强层间或增强层与中芯层间通过两性胶粘薄膜聚乙烯膜来粘结。
芯层26的上下面分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为50g/m2，然后将芯层的上下面分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为50g/m2，分别粘上连续玻纤增强聚乙烯板材面层21和底层25，最后热压，热压的温度为135℃；保压，保压的压力为3.0MPa，时间为18min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持5min后卸压；制得厚度为28mm的塑料复合底板。
制备得到的塑料复合底板如图2所示，图2为本发明实施例2的塑料复合底板的截面结构示意图，从上至下依次包括面层21、芯层26和底层25，所述芯层26包括从上到下依次排列的中芯层22，中芯层22，增强层一23，中芯层22，增强层一23，中芯层22，增强层二24，中芯层22，增强层一23，中芯层22，增强层一23，中芯层22，中芯层22；共13层。制备的该塑料复合底板总厚度为28mm，其中面层21和底层25厚度均为2mm，芯层26对应上述铺层的各层厚度分别为2mm，2mm，0.5mm，3mm，0.5mm，3mm，2mm，3mm，0.5mm，3mm，0.5mm，2mm，2mm，芯层26总厚度为24mm。
该塑料复合底板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
实施例3
一种塑料复合底板的制备方法如下：
面层31、底层35和增强层二34均为连续玻纤增强聚苯乙烯板材，制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体聚苯乙烯复合，纤维占树脂基体的质量百分数为55%，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为160～180℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到连续玻纤增强聚苯乙烯板材，铺设方式为纵向。
中芯层33由以下方法制得：将回料聚苯乙烯塑料加入挤出机中熔融挤出，冷却定型后得到回料塑料板材。面层31、底层35和增强层二34均为连续玻纤增强热塑性聚苯乙烯板材，增强层一32为玄武岩纤维单向布，厚度为1mm，克重为500g/m2。
芯层36由以下方法制得：将增强层一32、中芯层33和增强层二34进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为80g/m2，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。铺放方式为，从上到下依次排列的增强层一32，中芯层33，增强层二34，中芯层33，增强层一32；共5层。增强层间或增强层与中芯层间通过两性胶粘薄膜聚乙烯膜来粘结。
芯层36的上下面分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为80g/m2，分别粘上面层31和底层35，最后热压，热压的温度为140℃；保压，保压的压力为2.0MPa，时间为15min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持4min后卸压；制得厚度为28mm的塑料复合底板。测得该复合底板中：面层31和底层35厚度均为3mm；增强层一32厚度为1mm，中芯层33厚度为9mm，增强层二34厚度为2mm，芯层36总厚度为22mm。
制备得到的塑料复合底板如图3所示，图3为本发明实施例3的塑料复合底板的截面结构示意图，从上至下依次包括面层31、芯层36和底层35，所述芯层36包括从上到下依次排列的增强层一32，中芯层33，增强层二34，中芯层33，增强层一32；共5层。
该塑料复合底板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
实施例4
一种塑料复合底板的制备方法如下：
面层41、底层44和增强层43均为连续玻纤增强PET板材，制备方法包括以下步骤：将连续玻璃纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体PET复合，纤维占树脂基体的质量百分数为55%，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，然后在温度为220～240℃，压力为2～4MPa的条件下，将纤维增强热塑性的预浸带热压成板材，热压时间为20～30min，然后再冷压30～40min，得到连续玻纤增强PET板材；面层41和底层44厚度为5mm，增强层43厚度为4mm，铺设方式均为纵向。
中芯层42由以下方法制得：将回料PET塑料加入挤出机中熔融挤出，冷却定型后得到回料塑料板材。
芯层45由以下方法制得：将中芯层42和增强层43进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为60g/m2，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。铺放方式为从上到下依次排列的中芯层42，增强层43，中芯层42；共3层。增强层间或增强层与中芯层间通过两性胶粘薄膜聚乙烯膜来粘结。
芯层45的上下面分别覆上两性胶粘薄膜聚乙烯膜，克重为60g/m2，分别粘上连续玻纤增强PET板材面层41和底层44，最后热压，热压的温度为145℃；保压，保压的压力为3.0MPa，时间为15min；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；分段降压为压力降到原先压力的一半，保持5min后卸压；制得厚度为28mm的塑料复合底板。测得该复合底板中：面层41和底层44厚度均为5mm；中芯层42厚度为7mm，增强层43厚度为4mm，芯层45总厚度为18mm。
制备得到的塑料复合底板如图4所示，图4为本发明实施例4的塑料复合底板的截面结构示意图，从上至下依次包括面层41、芯层45和底层44，所述芯层45包括从上到下依次排列的中芯层42，增强层43，中芯层42；共3层。
该塑料复合底板，通过常规后期制作，用作集装箱底板，可以达到顺纹静曲强度≥90MPa，横纹静曲强度≥30MPa；顺纹弹性模量≥10000MPa，横纹弹性模量≥3000MPa的物理力学性能。
本发明将强度大、硬度高、韧性好的纤维增强的热塑性板材作为表层材料或中间承力层材料，用回料塑料板材和连续纤维增强的热塑性树脂板材作为芯层材料，经合理搭配组合，采用科学的胶合工艺可以制成具有高性能的复合集装箱底板，充分发挥了纤维增强热塑性板材耐磨、耐酸碱、防水、高模量高强度等特性，在各方面满足对集装箱底板所提出的各项机械、物理技术要求。
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 (18)
1.一种塑料复合底板，其特征在于：包括从上到下依次排列的面层、芯层和底层，所述芯层包括中芯层和增强层，所述芯层的上下表面分别通过两性胶粘薄膜与所述面层和所述底层连接。
2.根据权利要求1所述的塑料复合底板，其特征在于：所述面层或所述底层为纤维增强热塑性板材，厚度为2～5mm。
3.根据权利要求1所述的塑料复合底板，其特征在于：所述增强层选自纤维单向布或纤维增强热塑性板材中的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的塑料复合底板，其特征在于：所述纤维单向布选自玻璃纤维单向布、碳纤维单向布或玄武岩纤维单向布中，优选玻璃纤维单向布或玄武岩单向布。
5.根据权利要求3所述的塑料复合底板，其特征在于：所述增强层的层数为1～5层。
6.根据权利要求3所述的塑料复合底板，其特征在于：所述纤维单向布的厚度为0.5～1.0mm，克重为200～500g/m2；
或所述纤维增强热塑性板材的厚度为2～5mm。
7.根据权利要求2或3所述的塑料复合底板，其特征在于：所述纤维增强热塑性板材中，纤维的质量百分数为40～55%。
8.根据权利要求7所述的塑料复合底板，其特征在于：所述纤维增强热塑性板材中的热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或一种以上。
9.根据权利要求7所述的塑料复合底板，其特征在于：所述纤维增强热塑性板材中的纤维选自连续玻璃纤维、连续碳纤维或连续玄武岩纤维中的一种或一种以上；优选连续玻璃纤维或连续玄武岩纤维；更优选连续玻璃纤维。
10.根据权利要求1所述的塑料复合底板，其特征在于：所述中芯层为回料塑料板材，层数为1～8层，单层厚度为2～16mm。
11.根据权利要求10所述的塑料复合底板，其特征在于：所述回料塑料板材选自回料聚丙烯塑料、回料聚乙烯塑料、回料聚苯乙烯塑料或回料PET塑料中的一种或一种以上。
12.根据权利要求1所述的塑料复合底板，其特征在于：所述两性胶粘薄膜为聚乙烯膜，克重为50～100g/m2。
13.一种权利要求1至12任一所述的塑料复合底板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
在芯层的上下表面均匀覆上一层两性胶粘薄膜，分别粘上面层和底层，然后热压、保压；再分段降压和排气或先冷却到室温后卸压；制得塑料复合底板。
14.根据权利要求13所述的塑料复合底板的制备方法，其特征在于：所述热压的温度为135～145℃；
或所述保压的压力为1.5～3.0MPa，时间为10～18min；
或所述分段降压为压力降到原先压力的一半，保持3～5min后卸压。
15.根据权利要求13所述的塑料复合底板的制备方法，其特征在于：所述面层、所述底层或所述增强层为纤维增强热塑性板材时由以下方法制得：将纤维铺展开，与挤出熔融的树脂基体复合，再经过滚压后，得到纤维增强热塑性的预浸带，纤维占预浸带的质量百分数为40～55%，然后将预浸带铺层，在温度为160～240℃，压力为2～4MPa的条件下，热压20～30min，再冷压30～40min，制得纤维增强热塑性板材。
16.根据权利要求13所述的塑料复合底板的制备方法，其特征在于：所述芯层由以下方法制得：将中芯层和增强层进行铺放，相邻两层间覆上两性胶粘薄膜，铺放好后加入热压机中经过热压成型和冷压后得到芯层。
17.根据权利要求16所述的塑料复合底板的制备方法，其特征在于：所述中芯层由以下方法制得：将回料树脂加入挤出机中熔融挤出，冷却定型后得到回料塑料板材；
或所述铺放方式为，按照从上到下依次为增强层、中芯层、增强层的顺序进行铺放或按照从上到下依次为中芯层、增强层、中芯层的顺序进行铺放。
18.一种权利要求1至12任一所述的塑料复合底板用作集装箱底板的用途。
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