CN106183266A - 一种发泡夹芯材料及其制造方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发泡夹芯材料及其制造方法和应用。本发明提供的一种发泡夹芯材料，是由发泡的热塑性树脂芯层和纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层组成的三层夹芯结构，其中所述芯层和所述皮层的热塑性树脂为同一种热塑性树脂。本发明的发泡夹芯材料中的发泡芯层的基体树脂和纤维增强热塑性复合材料皮层中的基体树脂为同质材料，从而保证了该发泡夹芯材料的树脂基体能够更容易的回收利用。本发明的发泡夹芯材料的制造方法采用热复合和冷压方式将芯层和皮层复合，避免了使用粘接材料，从而进一步地使发泡夹芯材料的材料成分单一，便于更方便和容易的回收利用。

Description

一种发泡夹芯材料及其制造方法和应用
技术领域
本发明涉及一种新型发泡夹芯材料，特别是一种热塑性发泡夹芯材料，及其制造方法和应用。
背景技术
泡沫塑料是一种内部具有大量泡孔结构的塑料，具有轻质、隔热、隔音、缓冲等性质，根据软硬程度的不同分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料三种；根据泡孔结构又可分为开孔泡沫塑料和闭孔泡沫塑料。其中，硬质泡沫塑料具有密度低、强度高、刚度高、隔音、防震、耐温等优异性能，因而广泛地应用于汽车、飞机等先进材料领域。
泡沫塑料在夹芯复合材料领域主要应用于复合材料的夹层结构的芯层。夹芯复合材料的内部填充硬质泡沫塑料芯层可对蒙皮起支撑作用，另外，硬质泡沫塑料芯层还能对夹芯复合材料整体强度起加强作用。
目前夹芯复合材料结构用泡沫主要有硬质聚甲基丙烯酰胺(PMI)泡沫塑料、硬质聚氨酯(PU)泡沫塑料以及硬质聚氯乙烯(PVC)泡沫塑料等。
虽然，在夹芯复合材料中使用硬质泡沫塑料芯层具有上述优点，但是也带来了以下问题：基于不同的使用目的制造的现有发泡夹芯复合材料的发泡芯层与皮层是不同的材料，这就会对材料使用后的未来的回收利用产生一定的不良影响，使回收利用过程复杂繁琐、冗长、回收成本高；同时，不同材料在制造时使用粘结进行连接，这可能需要特种的胶黏剂或特殊的粘结介质，这不仅造成原料成本提高，而且又使夹芯复合材料的不同成分更加多而复杂，也会影响材料的循环利用问题。
发明内容
本发明提供一种发泡夹芯材料，所述发泡夹芯材料的发泡芯层与表面蒙皮的皮层为同一热塑性树脂基体，以解决现有技术中发泡夹芯材料的皮层和芯层为不同材料且不同层之间需要粘接导致材料成分复杂难以回收的技术问题。
本发明还提供上述的发泡夹芯材料的制造方法，以解决现有技术中发泡夹芯材料的皮层和芯层为不同材料且不同层之间需要粘接导致材料成分复杂难以回收的技术问题。
本发明同时提供上述的该发泡夹芯材料的应用。
本发明提供的一种发泡夹芯材料，是由发泡的热塑性树脂芯层和纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层组成的三层夹芯结构，其中所述芯层和所述皮层的热塑性树脂为同一种热塑性树脂。
本发明的发泡夹芯材料中的发泡芯层的基体树脂和纤维增强热塑性复合材料皮层中的基体树脂为同质材料，从而保证了该发泡夹芯材料的树脂基体能够更容易的回收利用。
本发明的所述发泡的热塑性树脂芯层的热塑性树脂选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一种或几种；本发明所述的纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层的热塑性树脂对应的选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一种或几种。这些用于发泡的热塑性树脂具有易发泡、成本低的优点，适合于工业产业的规模化推广和应用。
优选地，本发明的发泡夹芯材料的每层皮层的厚度为0.1～5mm，芯层的厚度为1～100mm。本发明的发泡材料的皮层和芯层厚度的选择结合皮层纤维的选择保证了材料的高强、高刚、高抗冲击性能。
本发明所述的发泡夹芯材料的皮层为纤维增强的热塑性树脂复合材料，优选其使用的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等无机纤维的一种或几种。这些无机纤维具有高强度和高刚性的特点，可以大大提高该发泡夹芯材料的整体强度和刚性，适合于制造结构材料。
本发明所述的发泡夹芯材料的皮层为纤维增强的热塑性复合材料，优选所述纤维为连续纤维，即本发明所述的发泡夹芯材料的皮层为连续纤维增强的热塑性复合材料。皮层的纤维为连续纤维，不但实现了皮层的最大强度和刚性，同时也提高了材料的抗冲击性能。
优选地，本发明的所述发泡夹芯材料皮层的连续纤维增强热塑性复合材料中，连续纤维可以为连续纤维织物或由连续纤维按照不同的角度例如0/90°交叠而成，以保证复合材料性能的均匀性。
本发明的连续纤维增强热塑性复合材料皮层中连续纤维的重量含量为10～80％。
一种上述的发泡夹芯材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)发泡的热塑性树脂芯层的制造；
(2)纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层的制造；
(3)将所述发泡的热塑性树脂芯层与所述纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层按照皮层/芯层/皮层的三层夹芯结构叠加，然后放入到精确控温的加热设备中加热进行热复合，控制加热时间以控制芯材表面熔融而内部主体保持未熔融状态，从而保持芯材的完整性，然后边保持一定压力边冷却，即得到所述发泡夹芯材料。
本发明的制造方法采用热复合和冷压方式将芯层和皮层复合，避免了使用粘接材料，从而进一步地使发泡夹芯材料的材料成分单一，便于更方便和容易的回收利用。
在本发明中，所述发泡的热塑性树脂芯层与所述纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层通常为片材。
所述发泡的热塑性树脂芯层的制造采用任一种本行业内公知的方法如化学发泡或物理发泡方法，通过挤出工艺，得到发泡片材。
优选地，对于纤维为连续纤维的情况，制造热塑性树脂复合材料皮层的方法为：利用熔融浸渍工艺或其他制造热塑性复合材料的工艺制造连续纤维单向带，然后利用所述连续纤维单向带进行不同角度叠加复合，得到多角度的连续纤维增强热塑性复合材料片材。典型的片材为0/90°叠加片材；或采用混纤纱如TwinTEX编织布通过加热熔融得到纤维织物增强的热塑性复合材料；或采用连续纤维织物与热塑性聚合物薄膜通过热压得到连续纤维织物增强的热塑性复合材料片材。
本发明的上述制造方法中，发泡的热塑性树脂芯层与纤维增强的热塑性复合材料皮层的热复合的设备并不做特别的限定。本行业人员所能知晓的具有满足上述加热、冷却方式的设备皆可使用。
本发明还请求保护上述的发泡夹芯材料作为结构材料的应用。本发明的发泡夹芯材料由于具有高强、高刚、高抗冲击性能，同时又具有质轻、隔音隔热的性能，可以应用于建筑模板、车厢板、装饰板、房车、防弹帐篷、方仓等。
本发明的发泡夹芯材料同现有的发泡夹芯材料相比具有以下明显的优势：
1)本发明的发泡夹芯材料中发泡芯材和皮层中的纤维增强的热塑性复合材料的基体树脂为同种树脂，有利于回收利用；
2)本发明的发泡夹芯材料的芯层和皮层树脂基体为同种热塑性树脂，从而使层与层之间的复合能够采用加热熔融进行复合，芯层和皮层选用同种树脂基体技术结合加热熔融复合工艺，使本发明的发泡夹芯材料不需要其它粘结层，有利于加工，便于回收利用；
3)本发明发泡夹芯材料的皮层优选为连续纤维增强的热塑性复合材料，使得该发泡夹芯材料具有更高的强度、刚性和冲击性能，可以大量替代木材、金属材料而广泛应用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1是本发明实施例的发泡夹芯材料的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种发泡夹芯材料及其制造方法和应用，所述发泡夹芯材料的发泡芯层与表面蒙皮的皮层为同一热塑性树脂基体，以解决现有技术中发泡夹芯材料的皮层和芯层为不同材料且不同层之间需要粘接导致材料成分复杂难以回收的技术问题。
请参见图1，本发明提供一种发泡夹芯材料，其是由发泡的热塑性树脂芯层2和纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层1组成的三层夹芯结构，其中所述芯层和所述皮层和热塑性树脂为同一种热塑性树脂。
在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
将1mm厚的0/90°连续玻璃纤维增强聚丙烯片材(纤维含量50％)作为皮层与微孔发泡的10mm厚的聚丙烯板材按照连续玻璃纤维增强聚丙烯片材/微孔发泡聚丙烯板材/连续玻璃纤维增强聚丙烯片材的三层夹芯的方式叠加，放置于设定温度为190℃的平面加热板之间进行加热约1分钟，然后将加热好的板材迅速转移到通有冷却水的平面冷却板之间进行冷却，即可得到以微孔发泡聚丙烯为芯层，连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料为皮层的夹芯复合材料板材。
实施例2
将1.5mm厚的连续玻璃纤维方格布增强聚丙烯片材(纤维含量60％)作为皮层与微孔发泡的9mm厚的聚丙烯板材按照连续玻璃纤维方格布增强聚丙烯片材/微孔发泡聚丙烯板材/连续玻璃纤维方格布增强聚丙烯片材的三层夹芯的方式叠加，放置于设定温度为190℃的平面加热板之间进行加热约1.5分钟，然后将加热好的板材迅速转移到通有冷却水的平面冷却板之间进行冷却，即可得到以微孔发泡聚丙烯为芯层，连续玻璃纤维方格布增强聚丙烯复合材料为皮层的夹芯复合材料板材。
实施例3
将0.5mm厚的0/90°连续玄武岩纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片材(纤维含量50％)作为皮层与8mm厚的发泡聚对苯二甲酸乙二醇酯板材按照连续玄武岩纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯片材/发泡聚对苯二甲酸乙二醇酯板材/连续玄武岩纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯片材的三层夹芯的方式叠加，放置于设定温度为280℃的平面加热板之间进行加热约1分钟，然后将加热好的板材迅速转移到通有冷却水的平面冷却板之间进行冷却，即可得到以发泡聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层，连续玄武岩纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料为皮层的夹芯复合材料板材。
实施例4
将1.5mm厚的0/90°连续玻璃纤维增强聚氯乙烯(PVC)片材(纤维含量60％)作为皮层与12mm厚的发泡聚氯乙烯板材按照连续玻璃纤维增强聚氯乙烯片材/发泡聚氯乙烯板材/连续玻璃纤维增强聚氯乙烯片材的三层夹芯的方式叠加，放置于设定温度为170℃的平面加热板之间进行加热约1.5分钟，然后将加热好的板材迅速转移到通有冷却水的平面冷却板之间进行冷却，即可得到以发泡聚氯乙烯为芯层，连续玻璃纤维增强聚氯乙烯复合材料为皮层的夹芯复合材料板材。
实施例5
将2.0mm厚的0/90°连续玻璃纤维增强聚乙烯(PE)片材(纤维含量60％)作为皮层与8mm厚的发泡聚乙烯板材按照连续玻璃纤维增强聚乙烯片材/发泡聚乙烯板材/连续玻璃纤维增强聚乙烯片材的三层夹芯的方式叠加，放置于设定温度为150℃的平面加热板之间进行加热约2.0分钟，然后将加热好的板材迅速转移到通有冷却水的平面冷却板之间进行冷却，即可得到以发泡聚乙烯为芯层，连续玻璃纤维增强聚乙烯复合材料为皮层的夹芯复合材料板材。
对以上实施例1-5得到的发泡夹芯材料进行性能测试，得到的各产品的基本性能如下表1。
表1
从表1数据可看到，本发明和上述实施例发泡夹芯材料具有更高的强度、刚性和抗冲击性能，可以大量替代木材、金属材料而广泛应用。
本发明的发泡夹芯材料由于具有高强、高刚、高抗冲击性能，同时又具有质轻、隔音隔热的性能，可以作为结构材料应用于建筑模板、车厢板、装饰板、房车、防弹帐篷、方仓等。
在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种发泡夹芯材料，其特征在于，是由发泡的热塑性树脂芯层和纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层组成的三层夹芯结构，其中所述芯层和所述皮层的热塑性树脂为同一种热塑性树脂。
2.如权利要求1所述的发泡夹芯材料，其特征在于，所述发泡的热塑性树脂芯层的热塑性树脂选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一种或几种；对应地，所述的纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层的热塑性树脂对应的选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一种或几种。
3.如权利要求1所述的发泡夹芯材料，其特征在于，所述本发明的发泡夹芯材料的每层皮层的厚度为0.1～5mm，芯层的厚度为1～100mm。
4.如权利要求1所述的发泡夹芯材料，其特征在于，所述的纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层使用的纤维为无机纤维的一种或几种。
5.如权利要求1所述的发泡夹芯材料，其特征在于，所述纤维增强的热塑性复合材料皮层使用的纤维为连续纤维。
6.如权利要求5所述的发泡夹芯材料，其特征在于，所述连续纤维增强的热塑性复合材料皮层中，连续纤维可以为连续纤维织物或由连续纤维按照不同的角度交叠而成。
7.如权利要求5所述的发泡夹芯材料，其特征在于，所述连续纤维增强的热塑性复合材料皮层中连续纤维的重量含量为10～80％。
8.一种权利要求1-7中任一所述的发泡夹芯材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)发泡的热塑性树脂芯层的制造；
(2)纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层的制造；
(3)将所述发泡的热塑性树脂芯层与所述纤维增强的热塑性树脂复合材料皮层按照皮层/芯层/皮层的三层夹芯结构叠加，然后放入到精确控温的加热设备中加热进行热复合，控制加热时间以控制芯材表面熔融而内部主体保持未熔融状态，从而保持芯材的完整性；然后边保持一定压力边冷却，即得到所述发泡夹芯材料。
9.如权利要求8所述的发泡夹芯材料的制造方法，其特征在于，对于纤维为连续纤维的情况，制造热塑性树脂复合材料皮层的方法为：制造连续纤维单向带，然后利用所述连续纤维单向带进行不同角度叠加复合，得到多角度的连续纤维增强热塑性复合材料片材；或采用混纤纱通过加热熔融得到纤维织物增强的热塑性复合材料；或采用连续纤维织物与热塑性聚合物薄膜通过热压得到连续纤维织物增强的热塑性复合材料片材。
10.权利要求1-7中任一所述的发泡夹芯材料作为结构材料的应用。
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PB01 Publication
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