CN107471690B - 天然复合材料多层结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造天然复合材料多层结构的方法，其包括以下步骤：制造毡层；将热固性树脂喷涂到毡层的一个表面或两个表面上；形成喷涂的热固性树脂的中间层以形成复合材料；通过加热的模具对复合材料进行；以及对热压缩的复合材料进行冷压。
Description
相关申请交叉参考
本申请要求2016年6月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0070047号权益的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及一种天然复合材料多层结构及其制造方法，并且更具体地，涉及一种采用具有高强度的天然复合材料并具有高强度、环境友好特性及轻质的天然复合材料多层结构及其制造方法。
背景技术
近来，由于全世界环境问题在增多，所以在全行业中开发降低燃料消耗的方法以解决这些问题。为了降低燃料消耗，汽车行业提出的解决方案包括车辆发动机效率的改进以及车辆重量的减少。车辆重量减少为增加车辆的燃料效率的良好措施之一。然而，车辆重量减少可能造成问题，例如难以满足车辆的强度和耐用性的要求。因此，在汽车行业中，解决这些问题是最重要的目标。
因此，由于环境友好趋势，汽车行业已开发了各种生态友好的车辆，同时旨在到2021年，在欧洲法规的基础上，将二氧化碳排放量降至95g/km，这相当于目前二氧化碳排放量的27％。此外，为了满足2025年的美国企业平均燃料经济性(CAFE)规定值，即54.5mpg(23.2km/l)，汽车制造商努力开发精简的技术和燃料效率改进的技术。
此外，在汽车行业中，已要求考虑环境使用材料，并且为了符合防止环境污染的要求，已进行了生态友好且轻质的材料(例如天然纤维、生物塑料、轻质材料等)的各种研究和开发。
因此，已通过使用针刺天然纤维和化学纤维形成毡层来制造天然纤维强化板，并且通过使用平板的热压和冷压成型而成型为车辆内部部件。然而，这种天然纤维强化板具有有限的重量减少效果并且需要另外的后处理，因此过度地提高制造成本。
本公开是鉴于以上问题而开发的，以提供天然复合材料多层结构及其制造方法。
发明内容
鉴于现有技术的以上问题而做出本公开，并且本公开的一个目的是提供一种天然复合材料多层结构，其可降低应用于车辆内部材料的部件的重量并确保部件的强度。
此外，本公开的另一个目的是提供制造天然复合材料多层结构的方法，其中可省略常规方法添加的一个过程，以便简化制造方法并降低制造成本。
通过本公开实现的技术目的不限于上述那些目的，从下文给出的描述，本领域技术人员可清楚地理解其它目的。
根据本公开的实施方式，制造天然复合材料多层结构的方法包括以下步骤：制造毡层；将热固性树脂喷涂到毡层的一个表面或两个表面上；形成喷涂的热固性树脂的中间层以形成复合材料；通过加热的模具对复合材料进行热压；以及对热压缩的复合材料进行冷压。
毡层可包括天然纤维。
天然纤维可包括黄麻、大麻、竹和剑麻中的一种或多种。
毡层可包括天然纤维和合成纤维的混合物。
合成纤维可包括聚丙烯或聚酯。
相对于毡层的总重量，合成纤维的含量可超过0重量％且为59重量％或更小。
可将基于聚丙烯的膜、基于聚烯烃的膜或非织造织物施加至毡层的一个表面。
基于聚丙烯的膜、基于聚烯烃的膜或非织造织物的重量可为50至200g/m2。
毡层还可以包括玻璃纤维或碳纤维。
相对于天然复合材料多层结构的总重量，热固性树脂的含量可为10至60重量％。
热固性树脂可为选自聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸树脂的一种，或可为其中两种或更多种的混合物的一种。
根据本公开的另一方面，通过上述方法制造天然复合材料多层结构。
附图说明
结合附图，通过以下具体描述将更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征及其它优点。
图1为示出根据本公开的一个实施方式制造天然复合材料多层结构的方法的流程图。
图2为根据本公开的一个实施方式的天然复合材料多层结构的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开中的示例性实施方式。在本公开的说明书和权利要求中使用的术语或单词不应解释为具有典型的或词典所限制的含义，而应基于本发明人可适当地定义术语的概念以按最佳方式说明本公开的原则，解释为具有符合本公开的技术精神的含义和概念。因此，应当理解，将与附图一起公开的具体说明旨在描述本公开中的示例性实施方式，并非旨在代表本公开的所有技术观点。因此，应当理解，可存在在应用时可替代所描述的实施方式的各种等同物和修改。
近来，在全行业中环境问题在增多，以相同方式，在汽车行业中采用各种方法以解决环境污染问题。在各种方法中，汽车行业试图通过减少车辆重量而增大每单位废物的车辆燃料效率来减少环境污染物如废气等，并且使用环境友好的材料来将由材料造成的环境污染物的排放降至最低。作为一种措施，已进行各种研究和开发以使用生态友好且轻质的材料，即天然纤维、生物塑料等。一般来说，用于车辆内部材料的结构包括芯层、强化层和表层，并且常规的多层结构包括天然纤维强化板、回收毡、树脂毡、玻璃纤维/聚氨酯泡沫、天然纤维片材/聚烯烃泡沫等。其中，使用环境友好的材料的复合材料可分成通过针刺天然纤维和化学纤维制造的天然纤维强化板、通过层压天然纤维片材和聚烯烃泡沫制造的复合材料、以及通过用热固性树脂浸渍天然纤维制造的天然纤维/热固性粘结剂，并且使用环境友好材料的复合材料被应用于车辆的后搁架、行李箱内饰、顶蓬、门饰等。
常规天然纤维强化板已通过用针刺天然纤维和化学纤维形成毡层来制造，并且通过使用平板的热压和冷压成型而成型为车辆内部部件。然而，这种常规制造的板具有有限的重量减少效果。此外，天然片材/聚烯烃泡沫复合材料为轻质复合材料，其作为玻璃纤维(GF)/聚氨酯(PU)泡沫复合材料的替代物而被开发，并包括天然纤维和化学纤维强化层以及聚烯烃泡沫，并被应用为要求相对低强度的顶蓬用的材料。而且，天然纤维/热固性粘结剂为高硬度材料，其被开发作为车辆内部门饰用材料(即聚丙烯(PP))的替代物，通过应用具有高硬度的热固性树脂作为表皮材料来实现高水平的重量减少，但在芯的制造之后，使用热熔融或粘合剂将表皮材料/后支架附着到芯，因此由于后处理引起天然纤维/热固性粘结剂的制造成本被过度地提高。
因此，鉴于以上问题而开发的本公开，涉及一种天然复合材料多层结构及其制造方法。本公开的一个方面涉及一种天然复合材料多层结构的方法。
参考图1，根据本公开的制造天然复合材料多层结构的方法包括以下步骤：制造毡层(S11)，将热固性树脂喷涂到毡层的一个表面或两个表面上(S13)，形成喷涂的热固性树脂的中间层以形成复合材料(S15)，通过加热的模具对复合材料进行热压(S17)，以及对热压缩的复合材料进行冷压(S19)。此外，可使用天然纤维制造毡层，天然纤维可包括黄麻、大麻、竹和剑麻中的一种或多种。此外，可通过将天然纤维和合成纤维混合来制造毡层，合成纤维可包括聚丙烯或聚酯。相对于毡层的总重量，合成纤维的含量可超过0重量％且为50重量％或更小，并且可将基于聚丙烯的膜、基于聚烯烃的膜或非织造织物施加至毡层的一个表面。此外，聚丙烯膜、聚烯烃膜或非织造织物的重量可为50至200g/m2，毡层还可以包括玻璃纤维或碳纤维。而且，相对于天然复合材料多层结构的重量，热固性树脂的含量可为10至60重量％，并且热固性树脂可为选自聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸树脂的一种，或其中两种或更多种的混合物的一种。
更具体地，图1为示出根据本公开的一个实施方式制造天然复合材料多层结构的方法的流程图。根据本公开的方法包括使用天然纤维制造毡层(S11)以及将热固性树脂喷涂到制造的毡层的一个表面或两个表面上(S13)。其后，本公开的方法包括以下步骤：通过将毡层折叠或其它方法形成喷涂的热固性树脂的中间层以形成复合材料(S15)，对位于加热的模具中的包括天然纤维和热固性树脂的天然复合材料进行热压(S17)，以及对热压缩的复合材料进行冷压以实现产品形状(S19)。
更详细地，可使用天然纤维制造毡层，可使用黄麻、大麻、竹和剑麻制造天然纤维毡层，并且可以将矿物质纤维例如玻璃纤维或碳纤维添加到天然纤维毡层。此外，可通过使天然纤维和合成纤维(即聚丙烯或聚酯)混合来制造毡层，并且，如果将天然纤维和合成纤维混合，相对于毡层的总重量，合成纤维的含量可为50重量％或更小。
此外，考虑到后处理，可以将重量为50至200g/m2的基于聚丙烯的膜、基于聚烯烃的膜或非织造织物施加至毡层的一个表面，即表皮材料和支架的附接，从而能够解决噪音问题并改进天然复合材料多层结构的强度。从而，可解决一个问题，即在常规天然织物/热固性粘结剂技术中，加入使用热熔融或粘合剂将表皮材料或后支架附着到芯的过程。
此外，可将热固性树脂喷涂到毡层的一个表面或两个表面上以形成热固性树脂层，并且喷涂的热固性树脂的含量可为天然复合材料多层结构总重量的10至60重量％。如果喷涂含量小于10％的热固性树脂，热固性树脂的含量不足，如果形成基体材料，热固性树脂不足以与天然纤粘结，部分之间的偏差增大，弯曲强度降低，产品外观质量降低，并且发生差的成型。另一方面，如果喷涂含量超过60％的热固性树脂，热固性树脂的含量过量，那么当通过成型形成产品时，模具内的流动性降低，因此产品的成型困难。此外，热固性树脂可选自聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸树脂，或者其中两种或更多种的混合物的一种。
本公开的另一方面涉及一种天然复合材料多层结构。图2为根据本公开的一个实施方式的天然复合材料多层结构的剖视图。将天然纤维毡层101堆叠在基于聚烯烃的膜层105上，并且将热固性树脂103喷涂到毡层101上。通过将包括基于聚烯烃的膜层105、天然纤维毡层101和热固性树脂103的所得的天然复合材料折叠、或者通过其它方法形成天然复合材料多层结构。从而，如图2示例性所示，热固性树脂103形成中间层，天然纤维毡层101形成于由热固性树脂103形成的中间层的上表面和下表面上，并且基于聚烯烃的膜105将天然纤维毡层101包围。
[测试例]
在下文中，将通过测试实施例更详细地描述本公开。测试实施例仅用于示例性地描述本公开，本领域技术人员将理解，测试实施例不限制本发明的范围。
[表1]
上表1将常规多层结构和本公开的天然复合材料多层结构的构造进行了比较。在上表1中，天然纤维毡层具有60重量％:40重量％的天然纤维与合成纤维的比率，附着到天然纤维毡层的一个表面的基于聚丙烯的膜的重量为100g/m2，并且根据表1规定的重量将热固性树脂喷涂到天然纤维毡层的另一个表面上。在喷涂后，使用热固性树脂形成中间层，并且在210℃的温度下将具有中间层的天然复合材料多层结构热压40秒(然而，在比较例2中，通过热成形在180℃的温度下进行40秒)，通过冷压模具成型，然后固化。
在比较例1中，天然纤维毡层的含量为100重量％并且施加基于聚丙烯的膜。在比较例2中，天然纤维毡层的含量为60重量％，作为表面层的热固性树脂的含量为40重量％，并且热成形在180℃的温度下进行40秒，因此造成未施加基于聚丙烯的膜。在比较例3中，天然纤维毡层的含量为95重量％，作为中间层的热固性树脂的含量为5重量％，并且施加基于聚丙烯的膜。在比较例4中，天然纤维毡层的含量为35重量％，作为中间层的热固性树脂的含量为65重量％，并且施加基于聚丙烯的膜。另一方面，在测试例1中，天然纤维毡层的含量为80重量％，作为中间层的热固性树脂的含量为20重量％，并且施加基于聚丙烯的膜。在测试例2中，天然纤维毡层的含量为70重量％，作为中间层的热固性树脂的含量为30重量％，并且施加基于聚丙烯的膜。在测试例3中，天然纤维毡层的含量为60重量％，作为中间层的热固性树脂的含量为40重量％，并且采用了基于聚丙烯的膜。
[表2]
上表2比较了表1的组分的特性。当前，车辆内部材料的弯曲强度为355kgf/cm2或更高的水平。因此，本公开的一个目的是提供高于该水平的弯曲强度以及改进重量减少比率和可成形性。参考表2，比较例1未产生重量减少比率并产生类似于常规多层结构的强度。比较例2产生18％的重量减少比率和380kgf/cm2的弯曲强度，但造成不可能同时形成表皮材料或支架。此外，应当理解，比较例3和比较例4造成较差的成型，因此可应用于实际产品。另一方面，应当理解，测试例1产生19％的重量减少比率和409kgf/cm2的弯曲强度，并且允许表皮材料或支架同时形成。应当理解，测试例2产生14％的重量减少率和445kgf/cm2的弯曲强度，并且允许表皮材料或支架同时形成。应当理解，测试例3产生20％的重量减少率和410kgf/cm2的弯曲强度，并且允许表皮材料或支架同时形成。从表2的特性比较应当理解，测试例1至3可同时地实现重量减少，确保足够的强度并满足可成形性。
更具体地，从比较例1和根据本公开的测试例1至3的结果应当理解，如与比较例1的多层结构相比，本公开中的天然复合材料多层结构通过添加热固性树脂形成中间层，具有改进的弯曲强度，因此实现重量减少同时表现出与比较例1相同水平的硬度。此外，从比较例2(其中热固性树脂形成表层并且未施加膜片材)以及根据本公开的测试例1至3的测试结果应当理解，通过将膜施加至表面可同时形成表皮材料或支架。而且，从比较例3和比较例4以及根据本公开的测试例1至3的测试结果应当理解，如果热固性树脂不对应于天然复合材料多层结构的重量的10至60重量％，当制造产品时，由于部分之间的过度偏差和可成形性不足，可发生问题。因此，通过以上比较应当理解，当形成天然复合材料多层结构时，需要适当含量的热固性树脂，具体地，如果相对于天然复合材料多层结构的总重量，热固性树脂的含量为10至60重量％，那么可制造满足本公开目的的多层结构。从而，可制造可具有优异的重量减少效果而不降低强度并与表皮材料同时形成的天然复合材料多层结构。
本公开的天然复合材料多层结构通过将具有高硬度和优异的弯曲强度的热固性树脂喷涂到由2种或更多种天然纤维、或2种或更多种天然纤维和合成纤维形成的毡层上形成中间层，因此通过硬度的改进能够获得如与一般天然纤维板相比重量减少、气味减少和环境友好的效果。此外，通过制造天然复合材料多层结构的方法，如果存在另外的附件，如表皮材料或后支架，可在基体材料的形成的同时将附件附着至基体材料，因此可省略额外的过程并实现成本降低，从而确保经济可行性。
如从以上描述显而易见，根据本公开的天然复合材料多层结构可降低应用于车辆内部材料的部件的重量并且确保该部件的强度。
而且，根据本公开的制造天然复合材料多层结构的方法省略了额外的过程，从而简化了天然复合材料多层结构的制造过程并降低了天然复合材料多层结构的制造成本。
尽管已出于说明性目的公开了本公开中的示例性实施方式，但本领域技术人员应当理解，在不脱离如在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代方案是可能的。
Claims (19)
1.一种制造天然复合材料多层结构的方法，所述方法包括以下步骤：
制造毡层；
将热固性树脂喷涂到所述毡层的一个表面上；
以喷涂的热固性树脂为中间层形成复合材料，所述毡层形成于由热固性树脂形成的中间层的上表面和下表面上；
通过加热的模具对所述复合材料进行热压；以及
对热压缩的复合材料进行冷压，
其中相对于所述天然复合材料多层结构的总重量，所述热固性树脂的含量为10至60重量％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述毡层包括天然纤维。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述天然纤维包括黄麻、大麻、竹和剑麻中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述毡层包括天然纤维和合成纤维的混合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述合成纤维包括聚丙烯。
6.根据权利要求4所述的方法，其中相对于所述毡层的总重量，所述合成纤维的含量超过0重量％且为50重量％或更小。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将基于聚丙烯的膜施加至所述毡层的一个表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述基于聚丙烯的膜的重量为50至200g/m2。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述毡层还包括玻璃纤维。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述热固性树脂为选自聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸树脂的一种。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷涂热固性树脂的步骤包括喷涂到所述毡层的两个表面上。
12.根据权利要求4所述的方法，其中所述合成纤维包括聚酯。
13.根据权利要求1所述的方法，其中将基于聚烯烃的膜施加至所述毡层的一个表面。
14.根据权利要求1所述的方法，其中将非织造织物施加至所述毡层的一个表面。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述基于聚烯烃的膜的重量为50至200g/m2。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述非织造织物的重量为50至200g/m2。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述毡层还包括碳纤维。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述热固性树脂为聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸树脂中的两种或更多种的混合物中的一种。
19.一种天然复合材料多层结构，其通过包括以下步骤的方法制造：
制造毡层；
将热固性树脂喷涂到所述毡层的一个表面上；
以喷涂的热固性树脂为中间层形成复合材料，其中所述毡层形成于由热固性树脂形成的中间层的上表面和下表面上；
通过加热的模具对所述复合材料进行热压；以及
对热压缩的复合材料进行冷压，
其中相对于所述天然复合材料多层结构的总重量，所述热固性树脂的含量为10至60重量％。
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