CN105922685A - 一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材及其制备方法。复合板材自上而下依次包括上表层、芯层和下表层，上表层与下表层为连续纤维的热塑性树脂预浸层，芯层为含有再生颗粒的长纤维增强热塑性纤维复合材料层。复合板材的三层结构及再生层的多孔结构，增加了板材的柔韧性，使客车地板的弯曲强度可超过7000MPa，远远超过目前使用最多的竹胶板，本发明上下表层均为非极性热塑性树脂，防水、耐候性均比竹胶板更优异；采用本发明技术方案制备客车地板，工艺简便、环保，生产效率高，且根据实际需求可进行结构设计，整体性能具有可调控性。
Description
技术领域
本发明涉及车用复合材料领域，具体涉及一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材及其制备工艺。
背景技术
随着汽车行业的飞速发展及人们环保意识的环保提高，客车内饰的耐用性及环保性越来越受到人们的重视，而客车地板作为客车内饰中面积最大的承力部件，在高强、环保及使用寿命长等性能方面有着较高的要求。政府的十三五规划中提出，汽车行业必须重视绿色发展与节能减排，意味着汽车材料的回收利用愈来愈受到社会的关注，可再生汽车材料是未来的发展趋势。
客车地板已经历了多次的材料升级与变革，从最初的木板到之后的竹胶板再到如今的硬质泡沫夹芯结构复合板材。目前，国外采用较多的是以PVC泡沫为芯层的复合板材，国内采用较多仍是竹胶板。前者，低温抗冲性不佳，且材料不可回收，后者，耐水与抗霉变性能较差，使用寿命短，同样不可回收再利用。
针对现有客车地板的一些不足，研究人员提出了许多的技术方案，主要分为两大类：
一、铝蜂窝夹芯复合结构，具有代表性的专利为CN104943752A，该发明公开了一种用于客车的铝合金蜂窝地板，包括多块相互连接的铺设于车体内部地板骨架上的蜂窝地板块。该客车地板具有高强、使用寿命长的优点，但裁切加工性能不佳，且价格非常昂贵，性价比低，在民用客车上的应用推广并不现实。
二、硬质泡沫夹芯复合结构，具有代表性的专利主要有两个：其中一个为CN104742460A，该发明公开了一种夹芯结构的客车地板，芯层为硬质聚氨酯(PU)泡沫，上下面层为玻璃纤维织物增强树脂基复合材料，该结构客车地板具有足够的力学性能、保温性能与耐候性，但PU泡沫具有严重的可挥发性有机物(VOC)问题，且材料不可回收，不符合绿色见健康环保材料的发展方向；另一个具有代表性的专利为CN203974970U，该发明公开了一种复合地板，上下表层为硬质PU泡沫，芯层为PU泡沫、PVC泡沫或连续玻纤增强PU泡沫，该结构客车地板具有轻量化、高强度、安装方便及防腐性能好的优点，但同样健康环保性能不佳，且不可回收再利用。
因此，现阶段客车地板用材面临的一个最严峻的问题就是材料的健康环保及如何实现回收再利用，随着人们生活水平的提高及健康环保意识的进一步增强，这个问题将会被逐渐放大。
发明内容
针对现有技术的不足之处作出改进，本发明提供了一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材及其制备方法，具体技术方案如下：
本发明公开了一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，复合板材自上而下依次包括上表层、芯层和下表层，上表层与下表层为连续纤维的热塑性树脂预浸层，芯层为含有再生颗粒的长纤维增强热塑性纤维复合材料层。
作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸层是由至少两层以上不同方向的单向连续纤维热塑性树脂浸渍层所组成的片材。
作为进一步地改进，本发明所述的由至少两层以上不同方向的单向连续纤维热塑性树脂浸渍层的排列结构为垂直排列结构或米字排列结构。
作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种。
作为进一步地改进，本发明所述的热塑性树脂是聚乙烯、聚丙烯、聚酯或尼龙中的一种。
作为进一步地改进，本发明所述的长纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种，芯层中长纤维的种类与上下表层中的连续纤维相同。
作为进一步地改进，本发明所述的热塑性纤维是聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维或尼龙纤维中的一种，芯层中热塑性纤维的种类与上下表层中的热塑性树脂相同。
一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的制备方法，具体制备步骤如下：
1)、将热塑性纤维、长纤维开松，再经过梳理与交叉铺网，最后经针刺后得到长纤维增强热塑性纤维毡，得芯层；
2)、将连续纤维的热塑性树脂预浸层、芯层、连续纤维的热塑性树脂预浸层按顺序叠合，进入悬浮烘烤装置，待充分烘烤后随传送带进入热压装置，最后进入冷压装置，边压边冷却，裁切后得可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材；
3)、将步骤2)得到的板材或生产过程中的产生的边角料粉碎成再生颗粒，得到的再生颗粒可在步骤1的铺网过程中撒入单网中，随后重复步骤2)与3)。
作为进一步地改进，本发明所述的再生颗粒是可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材粉碎后的颗粒，添加再生颗粒后材料内部具有多孔结构。
作为进一步地改进，本发明所述的多孔结构是由长纤维与热塑性纤维形成，由长径比分布较广的热塑性纤维及增强纤维所构成，长径比较大的热塑性纤维与长径比较小的热塑性纤维在熔融后分别以捆绑或节点粘结的形式对长径比不一的增强纤维进行组合，从而形成复杂的多孔纤维网络。
本发明的有益效果如下：
1、复合板材的三层结构及再生层的多孔结构，增加了板材的柔韧性，使客车地板的弯曲强度可超过7000MPa，远远超过目前使用最多的竹胶板，本发明上下表层均为非极性热塑性树脂，防水、耐候性均比竹胶板更优异；
2、采用本发明技术方案制备客车地板，工艺简便、环保，生产效率高，且根据实际需求可进行结构设计，整体性能具有可调控性；
3、采用本发明方案的客车地板，可实现整体材料的回收再利用，碎后以颗粒的形式添加到芯层中进行热压，且可多次循环使用，无任何废料产生，真正实现了材料的可再生，不但契合国家大力提倡的绿色环保材料，且显著降低了材料的成本。
附图说明
图1为可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的结构示意图。
图中，1为上表层，2为芯层，3为下表层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的结构方案做进一步的说明：
实施例1
图1为可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的结构示意图，从上至下依次为上表层、芯层与下表层，其中上表层与下表层均由两层单向玻璃纤维的聚酯浸渍层叠加所组成，两层中连续玻璃纤维的排列方向互相垂直，芯层为长玻璃纤维增强聚酯纤维层，具体的制备步骤如下：
1、将聚酯纤维、长玻纤纤维开松，再经过梳理与交叉铺网，最后经针刺后得到长玻纤增强聚酯毡，记为结构A；
2、将两层单向连续玻璃纤维的聚酯浸渍层、结构A、两层单向连续玻璃纤维的聚酯浸渍层按顺序叠合；其中，两层浸渍层中的连续玻纤的排列方向相互垂直，进入悬浮烘烤装置，待充分烘烤后随传送带进入热压装置，最后进入冷压装置，边压边冷却，裁切后得可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材；
3、将上述得到的板材或生产过程中的得到的边角料粉碎成颗粒，得到的颗粒可在步骤1的铺网过程中撒入单网中，随后重复步骤2与3。
采用上述步骤得到的复合板材记为样品1。
对比例1
图1为可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的结构示意图，从上至下依次为上表层、芯层与下表层，其中上表层与下表层均由两层单向玻璃纤维的聚丙烯浸渍层叠加所组成，两层中连续玻璃纤维的排列方向互相垂直，芯层为长玻璃纤维增强聚酯纤维层，具体的制备步骤如下：
1、将聚酯纤维、长玻璃纤维开松，再经过梳理与交叉铺网，最后经针刺后得到长玻纤增强聚酯毡，记为结构A；
2、将两层单向连续玻璃纤维的聚丙烯浸渍层、结构A、两层单向连续玻璃纤维的聚丙烯浸渍层按顺序叠合；其中，两层浸渍层中的连续玻纤的排列方向相互垂直，进入悬浮烘烤装置，待充分烘烤后随传送带进入热压装置，最后进入冷压装置，边压边冷却，裁切后得可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材；
3、将上述得到的板材或生产过程中的边角料粉碎成颗粒，得到的颗粒可在步骤1的铺网过程中撒入单网中，随后重复步骤2与3。
采用上述步骤得到的复合板材记为样品2。
将样品1、样品2及进行弯曲、吸水测试，测试结果如下表所示：
| 样品1 | 样品2 | 竹胶板 | |
| 厚度(mm) | 8 | 8 | 8 |
| 弯曲强度(MPa) | 87 | 测试过程中分层 | 45 |
| 静曲模量(MPa) | 7200 | 测试过程中分层 | 3200 |
| 吸水率(％) | 0 | 0 | 7 |
| 气味性等级 | 2 | 2 | 4 |
从上述结果看，采用本发明技术方案得到的客车地板样品1，强度远远高于目前广泛使用的竹胶板，耐水性、气味性均有较大的优势，而样品2尽管在吸水率与气味性方面与样品1一致，但在测试力学性能时复合板材发生分层，主要原因是样品2中，上下表层与芯层的树脂成分及增强纤维成分均不一致，导致层间的树脂浸润性差，无法形成牢固的界面层，导致在受到较大外力时分层。因此，对于该客车地板，上下表层中热塑性树脂与增强纤维的成分必须与芯层中热塑性纤维及增强纤维的成分保持一致，才能获得优异的力学性能。
对比例2
一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，从上至下依次为上表层、芯层与下表层，其中上表层与下表层均由两层单向玻璃纤维的聚酯浸渍层叠加所组成，两层中连续玻璃纤维的排列方向互相垂直，纤维增强热塑性层为将玻璃纤维与聚酯纤维通过梳理针刺的非织造工艺制成，最后将三层复合材料经热压-冷压制成高强度复合板材。
实施例1与对比例1得到的客车地板的性能对比如下表所示：
从上表可看出，在其他条件一致的前提下，添加了在再生颗粒的地板在弯曲强度与模量上反而有一定的提高，而成本则明显下降，因此采用上表层、再生层与下表层这种特殊结构的客车地板实现了低价高性能的效果。此外，从上表中可以看出，添加了再生颗粒后形成的多孔结构对板材的吸声性能有改善，在3000HZ的吸音系数从0.63提高到0.70。
实施例2
一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，从上至下依次为上表层、芯层与下表层，其中上表层与下表层均由四层单向碳纤维的聚丙烯浸渍层叠加所组成，两层中连续玻璃纤维的排列方向呈米字形，芯层为长碳纤维增强聚丙烯纤维层，具体的制备步骤如下：
1、将聚丙烯纤维、碳纤维开松，再经过梳理与交叉铺网，最后经针刺后得到碳玻纤增强聚丙烯毡，记为结构A；
2、将四层连续碳纤维的聚丙烯浸渍层、结构A、两层单向连续碳纤维的聚丙烯浸渍层按顺序叠合；其中，四层浸渍层中连续碳纤维的排列方向呈米字排列，进入悬浮烘烤装置，待充分烘烤后随传送带进入热压装置，最后进入冷压装置，边压边冷却，裁切后得可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材；
3、将上述得到的板材或生产过程中的边角料粉碎成颗粒，得到的颗粒可在步骤1的铺网过程中撒入单网中，随后重复步骤2与3。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但具体实现该技术方案方法和途径还有很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的复合板材自上而下依次包括上表层、芯层和下表层，所述的上表层与下表层为连续纤维的热塑性树脂预浸层，所述的芯层为含有再生颗粒的长纤维增强热塑性纤维复合材料层。
2.根据权利要求1所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸层是由至少两层以上不同方向的单向连续纤维热塑性树脂浸渍层所组成的片材。
3.根据权利要求2所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的由至少两层以上不同方向的单向连续纤维热塑性树脂浸渍层的排列结构为垂直排列结构或米字排列结构。
4.根据权利要求2所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的连续纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种。
5.根据权利要求2所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的热塑性树脂是聚乙烯、聚丙烯、聚酯或尼龙中的一种。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的长纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种，芯层中长纤维的种类与上下表层中的连续纤维相同。
7.根据权利要求6所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材，其特征在于，所述的热塑性纤维是聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维或尼龙纤维中的一种，芯层中热塑性纤维的种类与上下表层中的热塑性树脂相同。
8.一种如权利要求1或2或3或4或5或7所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
1)、将热塑性纤维、长纤维开松，再经过梳理与交叉铺网，最后经针刺后得到长纤维增强热塑性纤维毡，得芯层；
2)、将连续纤维的热塑性树脂预浸层、芯层、连续纤维的热塑性树脂预浸层按顺序叠合，进入悬浮烘烤装置，待充分烘烤后随传送带进入热压装置，最后进入冷压装置，边压边冷却，裁切后得可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材；
3)、将步骤2)得到的板材或生产过程中的产生的边角料粉碎成再生颗粒，得到的再生颗粒可在步骤1的铺网过程中撒入单网中，随后重复步骤2)与3)。
9.根据权利要求8所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的制备方法，其特征在于，所述的再生颗粒是可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材粉碎后的颗粒，添加再生颗粒后材料内部具有多孔结构。
10.根据权利要求9所述的可再生的高强环保型客车地板用热塑性复合板材的制备方法，其特征在于，所述的多孔结构是由长纤维与热塑性纤维形成，由长径比不一的热塑性纤维及增强纤维所构成，热塑性纤维在熔融后分别以捆绑或节点粘结的形式对增强纤维进行组合，从而形成复杂的多孔纤维网络。
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