CN105882076A - 一种纤维增强热塑性树脂板材 - Google Patents

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Abstract

一种纤维增强热塑性树脂板材，当面层为单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片时，板芯为单层或多层短纤维增强热塑性树脂片，而当面层为单层或多层短纤维增强热塑性树脂片时，板芯则是连续纤维增强热塑性树脂预浸片，从而避免了单纯使用连续纤维增强热塑性树脂预浸片出现的板材成型难度大、弯曲性能低、易分层的问题，同时，也避免了单纯使用短纤维增强热塑性树脂片出现的板材拉伸性能等力学性能差、受热易变形、易出现板材翘曲的问题。该种材质结构的板材，由于层与层之间的结合界面可相互渗透，因此，能紧密的交叉结合在一起，有效保证了板材的力学性能优良。

Description

一种纤维增强热塑性树脂板材
技术领域
本发明涉及汽车用材料领域，特别涉及一种纤维增强热塑性树脂板材。
背景技术
目前，复合板材在生活中应用越来越广泛，现有的复合板材，包括板芯及覆在板芯上下表面的面层，其板芯常常选择胶合板、木塑板、刨花板等等，其面层材质为连续纤维增强热塑性树脂材料或者短纤维增强热塑性树脂材料，通过热压将板芯与面层复合为一体，由于连续纤维增强热塑性树脂材料的成型难度大，且制成的板材弯曲性能低，常常出现分层现象，而短纤维增强热塑性树脂材料制成的板材拉伸性能等力学性能差，热稳定性低，易于出现板材翘曲等问题，因此，当板材的面层单纯使用上述两种材料中的一种时，板材整体力学性能都比较低，使用寿命短。
发明内容
本发明旨在提供一种力学性能高、不会分层且热稳定性好的纤维增强热塑性树脂板材，延长板材的使用寿命。
本发明所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，包括板芯，板芯上下表面复合有面层，所述面层由单层或多层短纤维增强热塑性树脂片热复合形成，所述板芯由单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片热复合形成，或者所述面层由单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片热复合形成，所述板芯由单层或多层短纤维增强热塑性树脂片热复合形成。
本发明所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，当面层为单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片时，板芯为单层或多层短纤维增强热塑性树脂片，而当面层为单层或多层短纤维增强热塑性树脂片时，板芯则是连续纤维增强热塑性树脂预浸片，从而避免了单纯使用连续纤维增强热塑性树脂预浸片出现的板材成型难度大、弯曲性能低、易分层的问题，同时，也避免了单纯使用短纤维增强热塑性树脂片出现的板材拉伸性能等力学性能差、受热易变形、易出现板材翘曲的问题。该种材质结构的板材，由于层与层之间的结合界面可相互渗透，因此，能紧密的交叉结合在一起，有效保证了板材的力学性能优良，而由于结合了连续纤维增强热塑性树脂预浸片与短纤维增强热塑性树脂片的优势，有效保证了该板材具有优良的力学性能及热稳定性，受热不易变形，而由于各片层间结合紧密、密度小，因此，弯曲性能高，不会出现分层现象，大幅延长了板材的使用寿命。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
一种纤维增强热塑性树脂板材，包括板芯，板芯上下表面复合有面层，面层的厚度范围为0.1mm~20mm，板芯的厚度范围为0.1mm~20mm，所述面层由单层或多层短纤维增强热塑性树脂片热复合形成，所述板芯由单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片热复合形成，或者所述面层由单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片热复合形成，所述板芯由单层或多层短纤维增强热塑性树脂片热复合形成；复合形成面层的短纤维增强热塑性树脂片或连续纤维增强热塑性树脂预浸片的层数优选2层到5层，复合形成板芯的短纤维增强热塑性树脂片或连续纤维增强热塑性树脂预浸片的层数优选2层到5层；所述短纤维增强热塑性树脂片由长度不一致的短纤维以任意比例混合后和树脂基体复合形成，或短纤维增强热塑性树脂片由长度一致的短纤维和树脂基体复合形成，所述短纤维长度0.1mm≤L≤150mm；所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片由连续纤维和树脂基体复合形成，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向为0°≤θ≤90°；基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为5wt%~95wt%，树脂基体的重量百分比为5wt%~95wt%；基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为5wt%~95wt%，树脂基体的重量百分比为5wt%~95wt%；所述树脂基体中还添加有助剂，所述助剂为偶联剂、相容剂、抗氧剂、润滑剂、色母填料中的一种或多种组合；所述短纤维或连续纤维均选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维中的一种或多种组合；所述树脂基体可以是任意一种热塑性树脂或多种热塑性树脂以任意比混合，如选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、ABS、PET、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺中的一种或多种以任意比混合等。
制备方法：（1）面层制备：将单层或多层短纤维增强热塑性树脂片铺设形成面层，或将单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片按角度铺设形成面层；（2）板芯制备：将单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片按角度铺设形成板芯，或将单层或多层短纤维增强热塑性树脂片铺设形成板芯；（3）板材的制备：将短纤维增强热塑性树脂片铺设形成的面层、连续纤维增强热塑性树脂预浸片铺设形成的板芯复合形成板材；或将连续纤维增强热塑性树脂预浸片铺设形成的面层、短纤维增强热塑性树脂片铺设形成的板芯热复合形成板材；面层、板芯热复合形成板材的热压温度为180℃~250℃，热压压力为0.1MPa~5MPa，所述面层和板芯由上至下按面层—板芯—面层的顺序依次铺设。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
实施例 1
本实施例中，板芯由单层连续纤维增强热塑性树脂预浸片形成，板芯厚度为0.3mm，基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为70wt%，树脂基体的重量百分比为30wt%，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向θ=0°；面层由五层短纤维增强热塑性树脂片复合形成，面层厚度为15mm，基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为30wt%，树脂基体的重量百分比为70wt%；面层中短纤维的长度不一致，由长度为0.1mm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纤维以任意比例混合形成；所述短纤维或连续纤维均选用玻璃纤维；所述树脂基体均选用聚丙烯，由上述制备方法制成板材，经测试，其力学性能如表1所示。
实施例 2
本实施例中，板芯由两层短纤维增强热塑性树脂片形成，板芯厚度为2mm，基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为65wt%，树脂基体的重量百分比为35wt%；板芯中短纤维的长度一致，均为50mm；面层由四层连续纤维增强热塑性树脂预浸片复合形成，面层厚度为12mm，基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为40wt%，树脂基体的重量百分比为60wt%，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向0°/30°/45°/90°；其余内容与实施例一相同。
实施例 3
本实施例中，板芯由四层短纤维增强热塑性树脂片形成，板芯厚度为10mm，基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为45wt%，树脂基体的重量百分比为55wt%；面层由两层连续纤维增强热塑性树脂预浸片复合形成，面层厚度为3mm，基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为55wt%，树脂基体的重量百分比为45wt%，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向0°/90°；板芯中短纤维的长度不一致，由长度为0.1mm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纤维以任意比例混合形成，其余内容与实施例一相同。
实施例 4
本实施例中，板芯由五层连续纤维增强热塑性树脂预浸片形成，板芯厚度为15mm，基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为40wt%，树脂基体的重量百分比为60wt%，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向0°/30°/45°/60°/90°；面层由一层短纤维增强热塑性树脂片复合形成，面层厚度为0.6mm，基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为70wt%，树脂基体的重量百分比为30wt%；面层中短纤维的长度不一致，由长度为0.1mm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纤维以任意比例混合形成，其余内容与实施例1相同。
实施例 5
本实施例中，板芯由三层连续纤维增强热塑性树脂预浸片形成，板芯厚度为6mm，基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为45wt%，树脂基体的重量百分比为55wt%，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向0°/45°/90°；面层由三层短纤维增强热塑性树脂片复合形成，面层厚度为8mm，基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为60wt%，树脂基体的重量百分比为40wt%；面层中短纤维的长度不一致，由长度为0.1mm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纤维以任意比例混合形成，其余内容与实施例1相同。
实施例 6
本实施例中，板芯由三层短纤维增强热塑性树脂片形成，板芯厚度为6mm，基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为55wt%，树脂基体的重量百分比为45wt%；面层由三层连续纤维增强热塑性树脂预浸片复合形成，面层厚度为8mm，基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为55wt%，树脂基体的重量百分比为45wt%，所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向0°/90°/45°；板芯中短纤维的长度不一致，由长度为0.1mm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纤维以任意比例混合形成，其余内容与实施例一相同。
对比例 1-3
对比例1-3分别与实施例1-3相对应，对比例1-3中，板材由板芯及覆在板芯上下表面的面层形成，其中，对比例1中板芯采用胶合板，对比例2中板芯采用木塑板，对比例3中板芯采用刨花板，对比例1-3中面层为连续纤维增强热塑性树脂预浸片复合形成，其余内容与对应实施例中一致，制得的板材的力学性能参照表1。
对比例 4-6
对比例4-6分别与实施例4-6相对应，对比例4-6中，板材由板芯及覆在板芯上下表面的面层形成，其中，对比例4中板芯为胶合板，对比例5中板芯为木塑板，对比例6中板芯为刨花板，对比例4-6中面层为短纤维增强热塑性树脂片复合形成，其余内容与对应实施例中一致，制得的板材的力学性能参照表1。
将实施例1-6中制得的板材与对比例1-6中制得的板材，根据GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法，测得弯曲强度及弯曲模量参照表1；将实施例1-6中制得的板材与对比例1-6中制得的板材，在80 ℃条件下根据GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法，测试弯曲强度和弯曲模量参照表1。
表1
由表1可明确看出，由于夹层和面层采用短纤维增强热塑性树脂片复合形成或连续纤维增强热塑性树脂预浸片复合形成，且夹层和面层材质不同，因此，通过短纤维增强热塑性树脂材料与连续纤维增强热塑性树脂材料的优势互补，可大幅提升板材的弯曲性能，避免分层现象，有效延长板材的使用寿命。

Claims (8)

1.一种纤维增强热塑性树脂板材，包括板芯，板芯上下表面复合有面层，其特征在于：所述面层由单层或多层短纤维增强热塑性树脂片热复合形成，所述板芯由单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片热复合形成，或者所述面层由单层或多层连续纤维增强热塑性树脂预浸片热复合形成，所述板芯由单层或多层短纤维增强热塑性树脂片热复合形成。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：复合形成面层的短纤维增强热塑性树脂片或连续纤维增强热塑性树脂预浸片的层数优选2层到5层，复合形成板芯的短纤维增强热塑性树脂片或连续纤维增强热塑性树脂预浸片的层数优选2层到5层。
3.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：所述短纤维增强热塑性树脂片由长度不一致的短纤维以任意比例混合后和树脂基体复合形成，或短纤维增强热塑性树脂片由长度一致的短纤维和树脂基体复合形成，所述短纤维长度0.1mm≤L≤150mm；所述连续纤维增强热塑性树脂预浸片由连续纤维和树脂基体复合形成。
4.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：所述形成面层或夹层的连续纤维增强热塑性树脂预浸片的铺层方向为0°≤θ≤90°。
5.根据权利要求3所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：基于短纤维增强热塑性树脂片的总重量，短纤维的重量百分比为5wt%~95wt%，树脂基体的重量百分比为5wt%~95wt%；基于连续纤维增强热塑性树脂预浸片的总重量，连续纤维的重量百分比为5wt%~95wt%，树脂基体的重量百分比为5wt%~95wt%。
6.根据权利要求3所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：所述树脂基体中还添加有助剂，所述助剂为偶联剂、相容剂、抗氧剂、润滑剂、色母填料中的一种或多种组合。
7.根据权利要求3所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：所述短纤维或连续纤维均选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维中的一种或多种组合；所述树脂基体为任意一种热塑性树脂或多种热塑性树脂以任意比例混合。
8.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性树脂板材，其特征在于：所述面层的厚度范围为0.1mm~20mm,板芯的厚度范围为0.1mm~20mm。
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