CN106427133B - 一种轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质低成本抗冲击性预浸料复合板材，复合板是由预浸料上表皮、功能性芯材、预浸料下表皮复合的三明治结构。本发明的短切玻璃纤维增强热塑性树脂表皮光滑、粘结力强，本发明中的层压预浸料复合板可作为任意材质的表皮，具有明显的增强效果；也可单独作为板材使用，本发明中的层压预浸料复合板工艺简单，设备投入低，工序少；相比热固性纤维增强材料，层压预浸料复合板具有热塑性的特点，可多次模压成型，粉碎后造粒回收利用。

Description

一种轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材
技术领域
本发明属于玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料领域，具体涉及一种轻质低成本抗冲击性预浸料复合板的层叠结构。
背景技术
目前，玻璃纤维增强材料从基体树脂状态分主要有两类：玻璃纤维热固性树脂、玻璃纤维增强热塑性树脂。热固性树脂能给复合材料带来优异的抗冲击性能，但是它成型效率低，耐候性差，使用周期短，并且不能二次使用，不利于材料的回收与循环利用。热塑性树脂能多次加热成型，有利于材料的二次使用。
玻璃纤维增强材料从纤维状态分主要有两类：连续长玻璃纤维增强、短切长玻璃纤维增强。单向长纤维增强树脂复合材料（日本特开昭60-36136号公报）是以带状(tape状)长玻璃纤维在一方向拉齐、使其中含浸树脂而得到的预浸料。这种方式形成的预浸料在垂直于带状增强纤维束的方向能获得很好的抗冲击性能，而预浸料通过不同方向的叠加后能在不同方向都获得优异的抗冲击性能。但是它的缺点是：纤维束整个截面方向上各个位置都良好地含浸熔融树脂比较困难；单向预浸料片材只能获得单方向优异抗冲击性能。纵横交错的编织状长纤维增强树脂复合材料是将经纬编织的长玻璃纤维通过树脂浸渍而得到的预浸料，其具有高柔韧性，纵横向的抗冲击性能优异。它的问题在于：原本直线的增强纤维对齐中易产生局部扭曲，即弯曲或“扭结”，这导致材料应力集中和微裂纹的风险，也容易降低其抗冲强度。短切长玻璃纤维增强树脂复合材料是短切玻璃纤维随意地分散在树脂中的预浸料，制备这种预浸料的设备要求低，克重范围宽（克重≥200g/m2），预浸料各向同性，具有较好的抗冲击性。但该预浸料无法获得像连续长纤维增强树脂复合材料那样的增强效果。
发明内容
本发明的目的在于改善以上不足，提供一种层叠预浸料复合板的复合材料，可以作为一种轻质、低成本、具备优异抗冲击性能的增强材料或者表皮材料。本发明的具体技术方案如下：
本发明公开了一种轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材，所述的复合板是由预浸料上表皮、功能性芯材、预浸料下表皮复合的三明治结构。
作为进一步地改进，本发明所述的预浸料上表皮为短切长玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为4:6～6:4，总克重≥200g/m2。
作为进一步地改进，本发明所述的预浸料下表皮为短切长玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为4:6～6:4，总克重≥200g/m2。
作为进一步地改进，本发明所述的短切长玻璃纤维的长度为25～100mm，在热塑性树脂中呈网状交叉结构。
作为进一步地改进，本发明所述的热塑性树脂为改性聚丙烯，熔指为50～100g/10min。
作为进一步地改进，本发明所述的热塑性树脂状态为粉料或胶膜状。
作为进一步地改进，本发明所述的预浸料上下表皮为多层短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料的相互叠加。主要作用为增强表皮冲击强度。预浸料上下表皮短切玻璃纤维的长度、短切玻璃纤维与热塑性树脂的重量比、总克重都可以根据上表皮与下表皮的作用不同而不同。
作为进一步地改进，本发明所述的功能性芯材是短切玻璃纤维增强热塑性树脂预浸料、单向长纤维预浸料、网格玻纤布、twintex预浸料、编织纤维预浸料的一种或者几种的叠加。根据产品的作用不同可选择不同类型的芯材：短切玻璃纤维增强热塑性树脂片材、编织纤维预浸料与网格玻纤布作为芯材均能给板材提供纵横向均匀的耐冲击性能，网格玻纤布、编织纤维预浸料对冲击能力的缓冲作用会更明显；单向纤维预浸料作为芯材能给板材提供垂直于长纤维方向优异的耐冲击性能，也可以将单向纤维预浸料以多角度方向叠加压制，分别在不同方向提供优异的耐冲击性能。
作为进一步地改进，本发明所述的叠加是同方向或者异方向的叠加，叠加顺序可以根据产品实际性能需求。
作为进一步地改进，本发明所述的叠加是垂直叠加。
与现有技术相比，采用本发明的有益效果如下：
1、短切玻璃纤维增强热塑性树脂表皮光滑、粘结力强，本发明中的层压预浸料复合板可作为任意材质的表皮，具有明显的增强效果；也可单独作为板材使用。
2、相比传统的预浸料增强层，本发明中的层压预浸料复合板工艺简单，设备投入低，工序少；相比热固性纤维增强材料，本发明中的层压预浸料复合板具有热塑性的特点，可多次模压成型，粉碎后造粒回收利用。
3、将不同结构的纤维增强热塑性树脂材料组合在一起形成“三明治”结构，具有“皮-芯”效果，一方面满足层压预浸料复合板与其他材料的粘结，另一方面“皮”层成本较“芯”层低，“皮”层的短切玻璃纤维在热塑性树脂中呈交叉铺网，具有均质性，在达到同样的冲击强度下可降低总体成本。
4、这种“三明治”结构使层压预浸料复合板的克重与结构具有可控性，满足不同产品所需的强度、重量要求。
5、短切玻璃纤维增强热塑性树脂表皮层赋予层压预浸料很好的成型性，制品形状饱满。板材的成型过程中，在热压的作用下，短切玻璃纤维在高熔指的树脂中具有很好的流动性。而其他连续长玻璃纤维增强热塑性树脂预浸料板材在成型过程中，由于长纤维的限制，易出现玻纤勒痕和R角不饱满问题。
附图说明
图1为层叠预浸料复合板结构示意图；
1为上表皮；2为芯材；3为下表皮。
图2为不同材料成型后R角效果图；
图中，1为实施例1的成型R角图；2为对比例1的成型R角图。
具体实施方式
下面结合实施例及对比例对本发明予以进一步说明。
实施例1
预浸料上表皮1为短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为4:6，克重为350g/m2。短切玻璃纤维的长度为25mm，在热塑性树脂中呈网状交叉结构，热塑性树脂为改性聚丙烯胶膜，熔指为50g/10min，克重为105g/m2。预浸料下表皮3结构与克重同预浸料下表皮3。芯材2为短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，结构及克重同预浸料上表皮1。
把上面三层材料用复合机压制在一起，形成1050g/m2的层压预浸料复合板，可用于车内饰材料地板、备胎盖等材料的表皮，能起到增强的作用。
将1050g/m2的层压预浸料复合板与瓦楞纸芯板复合成备胎盖盖板材料，结构为层压预浸料/瓦楞纸芯板/层压预浸料。下表为瓦楞纸复合板的力学数据。
从上表数据可以看出，层压预浸料复合板与瓦楞纸芯板复合成备胎盖盖板材料后，其性能数据可满足备胎盖材料要求。
实施例2
预浸料上表皮1为短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为6:4，克重为350g/m2。短切玻璃纤维的长度为100mm，在热塑性树脂中呈网状交叉结构，热塑性树脂为改性聚丙烯胶膜，熔指为100g/10min，克重为70g/m2。预浸料下表皮3结构与克重同预浸料下表皮3。芯材2为单向长纤维预浸料，单张克重350g/m2。
把上面三层材料用复合机压制在一起，形成1050g/m2的层压预浸料复合板。可用于货车车厢材料聚丙烯蜂窝板的表皮，能起到增强的作用。
实施例3
实施例3的上下表皮3层材料与结构同实施例1，不同的是芯层：芯材2为网格玻纤布，单张克重350g/m2。
把上面三层材料用复合机压制在一起，形成1050g/m2的层压预浸料复合板。
实施例4
预浸料上表皮1为短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为6:4，克重为1050g/m2。预浸料下表皮3结构与克重同预浸料下表皮3。芯材2为编织纤维预浸料，单张克重1700g/m2。
把上面三层材料用复合机压制在一起，形成4800g/m2的层压预浸料复合板。可用于底板、墙体等的表皮，能起到增强的作用。
实施例5
预浸料上表皮1为短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为5:5，克重为200g/m2。短切玻璃纤维的长度为50mm，热塑性树脂为改性聚丙烯胶膜，熔指为70g/10min，克重为100g/m2。预浸料下表皮3为短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为6:4，克重为350g/m2。短切玻璃纤维的长度为100mm，热塑性树脂为改性聚丙烯胶膜，熔指为90g/10min，克重为70g/m2。芯材2为两张单向长纤维预浸料的垂直叠加，单张克重500g/m2。
把上面三层材料用复合机压制在一起，形成1550g/m2的层压预浸料复合板。可用于底板、墙体、地板等的表皮，克重高的一面朝外表皮可抗摩擦、提高强度，克重低的一面可以和其他增强材料复合。
对比例1
现有技术的单层单向带双向垂直叠加纤维预浸料，预浸料克重1050g/m2。
将1050g/m2的纤维预浸料与瓦楞纸芯板复合成备胎盖盖板材料，结构为单向带双向垂直叠加纤维预浸料/瓦楞纸芯板/编织纤维预浸料。
对比例1与实施例1瓦楞纸复合板制品的成型效果对比如图2。R角代表成型件棱边处圆弧的半径。从图2可以看出，实施例1成型效果比对比例例1好，饱满度佳。主要原因在于连续长玻璃纤维增强热塑性树脂预浸料板材在成型过程中，由于长纤维的牵制，成型R角无法呈现饱满。
对比例2
现有技术的单层编织纤维预浸料，单张克重4800g/m2。
实施例4与对比例2进行性能与成本上的对比，下表为对比数据。
案例 弯曲强度（MPa） 弯曲模量（MPa） 价格
实施例4 210 8500 22元/m2
对比例2 150 6000 25元/m2
由此可见，本发明技术方案的不论是在复合板材中弯曲强度、弯曲模量等性能方面，还是在价格成本方面，相比与现有技术都有较大的优势。
以上列举的仅是本发明的一些具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材，其特征在于，所述的复合板是由预浸料上表皮(1)、功能性芯材(2)、预浸料下表皮(3)复合的三明治结构，所述的预浸料上表皮(1)为短切长玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为4:6～6:4，总克重≥200g/m2，所述的预浸料下表皮(3)为短切长玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料，玻璃纤维与热塑性树脂重量比为4:6～6:4，总克重≥200g/m2，所述的短切长玻璃纤维的长度为25～100mm，在热塑性树脂中呈网状交叉结构，所述的热塑性树脂为改性聚丙烯，熔指为50～100g/10min，所述的预浸料上下表皮(3)为多层短切玻璃纤维增强热塑性树脂的复合材料的相互叠加。
2.根据权利要求1所述的轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材，其特征在于，所述的热塑性树脂状态为粉料或胶膜状。
3.根据权利要求1所述的轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材，其特征在于，所述的功能性芯材(2)是短切玻璃纤维增强热塑性树脂预浸料、单向长纤维预浸料、网格玻纤布、twintex预浸料、编织纤维预浸料的一种或者几种的叠加。
4.根据权利要求1或2或3所述的轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材，其特征在于，所述的叠加是同方向或者异方向的叠加。
5.根据权利要求1或2或3所述的轻质低成本抗冲击性层叠预浸料复合板材，其特征在于，所述的叠加是垂直叠加。
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