CN108068411A - 一种轻量化低气味低voc 高冲击强度耐高温的pp蜂窝复合板及其制备方法 - Google Patents

一种轻量化低气味低voc 高冲击强度耐高温的pp蜂窝复合板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板及其制备方法，PP蜂窝复合板从上至下依次为预浸料表皮层、pp蜂窝芯层、预浸料表皮层，所述的预浸料表皮层由玻璃纤维、微球、胶粉按照一定比例与结构，经加热冷却复合而成，所述的玻璃纤维、微球与胶粉的比例为：39.8:0.6:59.6～58.8:2.0:39.2。本发明所述用于PP蜂窝板的超轻CMT，引入微球，在不改变成型厚度的情况下，通过微球膨胀，可通过整体减小CMT的克重来实现轻量化，PP蜂窝板最低克重可到500g/m2，而常规PP蜂窝板克重900g/m2以上。

Description

一种轻量化低气味低VOC 高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板 及其制备方法
技术领域
本发明属于一种可发性PP蜂窝复合板及其制造方法，具体涉及一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板及其制备方法。
背景技术
PP蜂窝板是由两块较薄加强面板通过热塑性树脂和一层中空蜂窝状PP芯层复合而成的板材，其独特的中空结构赋予制品特殊的性能——轻质、高强度。同时其克服了传统纸蜂窝易受潮的缺点，又兼顾了易成型、隔音、隔热等特点，使其广泛应用于中高档乘用车的行李箱盖板、行李箱隔板、行李箱地毯基板，侧围装饰板、顶棚内饰等部位。
目前PP蜂窝产品仍有以下缺陷：
1、普通PP蜂窝板存在气味性、VOC超标等问题，越来越无法满足汽车内饰领域对该指标的苛刻要求，严重影响PP蜂窝材料的可持续应用。
2、一般PP蜂窝芯材料熔点较低，产品在成型热压过程中，PP蜂窝易软化压塌，造成成型件形状不饱满，拐角变形等风险。
3、PP蜂窝芯和预浸料表皮层接触面积小，存在间隙，大大降低了成型件的力学强度和表皮剥离强度，严重影响PP蜂窝板的刚挺度。
4、进一步提高轻量化PP蜂窝材料往往只能通过降低预浸料中玻纤含量，但这也会导致结构件整体强度下降，影响使用。
发明内容
本发明针对上述PP蜂窝复合板生产工艺上存在的不足，提供一种用于PP 蜂窝板高发起、超轻、高强度预浸料复合层。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明公开了一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，PP蜂窝复合板从上至下依次为预浸料表皮层、pp蜂窝芯层、预浸料表皮层，所述的预浸料表皮层由玻璃纤维、微球、胶粉按照一定比例与结构，经加热冷却复合而成，所述的玻璃纤维、微球与胶粉的比例为：39.8:0.6:59.6～ 58.8:2.0:39.2。如此比例设置，使得微球与胶粉在高速搅拌箱提前混合均匀，使胶粉能够较好的包覆微球，使胶粉能够很好的与玻纤结合，到达一定刚性，不分层。
作为进一步地改进，本发明所述的预浸料表皮层中的玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为20-70mm。玻璃纤维太短强度不够，太长分散性不好。可以用玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为20-70mm，线密度为2280—2520tex、5分束玻璃纤维。
作为进一步地改进，本发明所述的预浸料表皮层中的胶粉为PP胶粉，通过聚丙烯蜡改性，高熔指，融指范围在50～100g/10min之间。增强PP胶粉的流动性，使得短切玻纤单位面积撒播均匀分布，在高温、高压下充分结合。
作为进一步地改进，本发明所述的预浸料表皮层中的微球为可热膨胀性微球，微球发起温度为180℃～200℃。在制备预浸料复合层过程中工艺温度在 170℃～180℃时，不会出现较大程度的膨胀，能被高熔指的聚丙烯所包覆，在PP 蜂窝热压复合时工艺温度200℃会出现10～20倍的发起。
本发明还公开了一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，
1)、PP胶粉与微球放入高速搅拌箱，搅拌均匀，通过吸附工艺撒落到传送带；玻纤通过切割设备自由均匀飘落在PP胶粉与微球混合体系上，进行热压复合，制备得到预浸料表皮层；
2)、将制备而成的预浸料表皮层上下收卷，中间放置PP蜂窝芯层，通过高压复合机进行热压复合。
作为进一步地改进，本发明所述的步骤1)中胶粉与微球撒落工艺采用静电吸附，热压复合的压力在80-130Mpa之间，温度在170℃～180℃之间。采用静电吸附，使生产过程胶粉与微球混合体，能过均匀地撒落在传送带上，较少粉尘。此压力保证预浸料复合层的厚度稳定性，温度过低，会引起PP胶粉不完全融化，不能与玻纤结合；温度过高，会引起微球提前膨胀，无法在PP蜂窝板上应用。
作为进一步地改进，本发明所述的制成的预浸料表皮层厚度为1-4mm，克重为200-400g/m2。
作为进一步地改进，本发明所述的步骤2)中，PP蜂窝复合板的复合温度为 165～185℃，压力为50～128N/cm2。温度过低，会导致微球膨胀不充分，内部PP 芯层和表皮CMT黏结不牢，剥离力差，结构强度低；温度过高，会导致表皮烘烤变形。压力过低会引起PP蜂窝芯在复合过程中不平整，面料贴合差，表皮浸润性较差，制品会有概率翘曲，压力过高会引起PP芯层塌陷，制品厚度降低等问题。
作为进一步地改进，本发明所述的高压复合设备包括PP蜂窝两侧的条状弹力片和气囊。两面采用压力气囊施压，受力方式为面压。受力更均匀，CMT层和PP芯层黏结更紧密，剥离力显著提高。高温烘烤会导致一部分PP芯层软化塌陷，通过高发起膨胀微球的阻隔效应，来保护PP芯层，不至于软化塌陷，提高板材的耐温性能和结构强度。
作为进一步地改进，本发明所制得的PP蜂窝板的克重最低可为500g/m2。
本发明的最大优势是：
1、本发明所述用于PP蜂窝板的高发起CMT，可通过调节模压厚度来控制PP 蜂窝板厚度，其厚度可控在为发起前的1到20倍，达到高发起的要求，解决勒痕等问题。
2、本发明所述用于PP蜂窝板的超轻CMT，引入微球，在不改变成型厚度的情况下，通过微球膨胀，可通过整体减小CMT的克重来实现轻量化，PP蜂窝板最低克重可到500g/m2，而常规PP蜂窝板克重900g/m2以上。
3、本发明所述用于PP蜂窝板的高强度CMT，利用高发起的特性在烘烤成型时，特别是成型深度大的地方，直角或者拐角位置，在成型深度大的地方不会出现玻纤外露、玻纤勒痕、成型件饱满度不够、粘结差、PP芯层高温情况下软化塌陷、制品表皮存在凹凸不平的玻纤勒痕等问题，并在不降低产品承重性能及冲击强度情况下实现轻量化。
4、本发明解决了PP蜂窝板干法工艺上，本发明提供了一种轻量化低气味低 VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板及其制备方法，使PP蜂窝板能够较好的应用在备胎盖、衣帽架、天窗滑盖等汽车内饰件上，且具有较强的竞争力。
5、本发明所运用的高压复合机，将弹力片与气囊结合，替代了原有复合机中的呈现点状施加压力的弹簧，弹力片的施压形态，呈现条状，施加面积大，加之气囊的作用，受力均匀，PP蜂窝板压合更好。
附图说明
图1为PP蜂窝复合板的结构示意图；
图2为CMT生产流程示意图；
图3为将CMT和PP蜂窝复合成本发明PP蜂窝复合板的流程示意图；
图4为高压复合机的结构示意图；
图5为高压复合机中的弹簧片的改进结构示意图；
图6为现有技术的PP蜂窝复合板与本发明的PP蜂窝复合板的对比形态示意图；
图中，1是预浸料表皮层，2是PP蜂窝芯层，3是气囊，4是弹力片，5是传送装置，6是静电吸附装置，7是高速搅拌箱，8是胶粉，9是微球，10是玻纤切割装置，11是玻纤，12是高压复合机，13是连续特氟龙带，14是弹簧。
具体实施方式
本发明公开了一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，PP蜂窝复合板从上至下依次为预浸料表皮层1、PP蜂窝芯层2、预浸料表皮层1，预浸料表皮层1由玻璃纤维、微球9、胶粉8按照一定比例与结构，经加热冷却复合而成，所述的玻璃纤维、微球9与胶粉8的比例为：39.8:0.6:59.6～ 58.8:2.0:39.2。预浸料表皮层1中的玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为20-70mm，预浸料表皮层1中的胶粉8为PP胶粉8，通过聚丙烯蜡改性，高熔指，融指范围在 50～100g/10min之间，预浸料表皮层1中的微球9为可热膨胀性微球9，微球9发起温度为180℃～200℃。轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法为:
1)、图2为CMT生产流程示意图；PP胶粉8与微球9放入高速搅拌箱7，搅拌均匀，通过吸附工艺撒落到传送带；玻纤11通过切割设备自由均匀飘落在PP 胶粉8与微球9混合体系上，进行热压复合，制备得到预浸料表皮层1；胶粉8与微球9撒落工艺采用静电吸附，所述的热压复合的压力在80-130Mpa之间，温度在 170℃～180℃之间，制成的预浸料表皮层1厚度为1-4mm，克重为200-400g/m2；
2)、图3为将CMT和PP蜂窝复合成本发明PP蜂窝复合板的流程示意图；将制备而成的预浸料表皮层1上下放卷，中间放置PP蜂窝芯层2，通过高压复合机 12进行热压复合，PP蜂窝复合板的复合温度为165～185℃，压力50～128N/cm2，图4为高压复合机12的结构示意图；图5为高压复合机12中的弹簧14片的改进结构示意图；高压复合设备包括PP蜂窝两侧的条状弹力片4和气囊3，高压复合机12 将弹力片4与气囊3结合，替代了原有复合机中的呈现点状施加压力的弹簧14，弹力片4的施压形态，呈现条状，施加面积大，加之气囊3的作用，受力均匀，PP 蜂窝板压合更好。所制得的PP蜂窝板的克重最低可为500g/m2。图1为PP蜂窝复合板的结构示意图，上下预浸料表皮层1中间夹着PP蜂窝芯。图6为现有技术的 PP蜂窝复合板与本发明的PP蜂窝复合板的对比形态示意图；可见，本发明技术方案的预浸料表皮层1与PP蜂窝芯的连接是线和面连接，替代现有技术中的点连接，有了实质性的显著进步。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
实施例一
一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，其预浸料表皮层1由玻璃纤维、微球9、胶粉8按照一定45:1:54比例，经加热冷却复合而成，其中玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为50mm，胶粉8为PP胶粉8，通过PP蜡改性，高熔指，融指为60g/10min，图2为CMT生产方法示意图，用于PP蜂窝板高发起超轻高强度预浸料表皮层1的制备方法为将PP胶粉8与微球9放入高速搅拌箱7，搅拌均匀，通过静电吸附装置6的静电吸附工艺撒落到传动装置的传送带上，然后，玻纤11通过玻纤切割装置10自由均匀飘落在PP胶粉8与微球9混合体系上，最终通过高压复合机12进行热压复合，压力在90Mpa，温度在175℃，模具间隙2mm，最终形成了图3所示的CMT结构，所得CMT克重为300g/m2,厚度2mm。
将所得CMT按如下工艺制备轻质CMT实心板：
CMT通过高压复合机12进行热压，间隙为6mm，压力90Mpa,温度190℃，得到 300g/m2,厚度为6mm。
对比例一：
传统CMT实心板按如下工艺制备：
(1)由玻璃纤维、胶粉8按照一定45:54比例，经加热冷却复合而成，其中玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为50mm，胶粉8为PP胶粉8，通过PP蜡改性，高熔指，融指为60g/10min。
(2)将PP胶粉8，撒落到传动装置的传送带上，然后，玻纤11通过玻纤切割装置10自由均匀飘落在PP胶粉8上，最终通过高压复合机12进行热压复合，压力在90Mpa，温度在175℃，间隙2mm，最终形成传统CMT克重为300g/m2,厚度2mm。
(3)将3块传统CMT叠加通过高压复合机12进行热压，间隙为6mm，压力90Mpa, 温度190℃，得到900g/m2,厚度为6mmm，传统CMT实心板。
制备6mm厚度的CMT实心板，本发明CMT与传统CMT相比：
实施案例一(6mm轻质CMT实心板)：克重300g/m2；对比例一(6mm传统CMT 实心板)：克重900g/m2,本发明CMT具有轻量化的优势。
实施例二
一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，其预浸料表皮层1由玻璃纤维、微球9、胶粉8按照一定49.5:1.5:49比例，经加热冷却复合而成，其中玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为40mm，胶粉8为PP胶粉8，通过PP蜡改性，高熔指，融指为80g/10min，图2为CMT生产方法示意图，用于PP蜂窝板高发起超轻高强度预浸料表皮层1的制备方法为将PP胶粉8与微球9放入高速搅拌箱 7，搅拌均匀，通过静电吸附装置6的静电吸附工艺撒落到传动装置的传送带上，然后，玻纤11通过玻纤切割装置10自由均匀飘落在PP胶粉8与微球9混合体系上，最终通过高压复合机12进行热压复合，压力在100Mpa，温度在170℃，间隙2mm，最终形成了图3所示的预浸料表皮层1CMT结构。
按如下工艺制备PP蜂窝复合板：
(1)图1为CMT用于制作成为PP蜂窝复合板的结构示意图，将制备而成的预浸料表皮层1上下放卷，中间放置PP蜂窝芯层2，通过高压复合机12进行热压复合。
(2)通过高压复合机12进行热压，间隙为17mm，压力100Mpa,分别在165℃、 175℃、185℃条件下，得到PP蜂窝复合板1、PP蜂窝复合板2、PP蜂窝复合板3，厚度均为17mm。
对比例二：
传统CMT制备PP蜂窝复合板按如下工艺制备：
(1)由玻璃纤维、胶粉8按照一定49.5:49比例，经加热冷却复合而成，其中玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为40mm，胶粉8为PP胶粉8，通过PP蜡改性，高熔指，融指为80g/10min。
(2)将PP胶粉8，撒落到传动装置的传送带上，然后，玻纤11通过玻纤切割装置10自由均匀飘落在PP胶粉8上，最终通过高压复合机12进行热压复合，压力在100Mpa，温度在170℃。
(3)将制备而成的预浸料表皮层1上下放卷，中间放置PP蜂窝芯层2，通过高压复合机12进行热压复合。
(2)通过高压复合机12进行热压，间隙为17mm，压力100Mpa,分别在165℃、 175℃、185℃条件下，得到PP蜂窝复合板4、PP蜂窝复合板5、PP蜂窝复合板6，厚度均为17mm。
下表1一是本发明的CMT与传统CMT制备PP蜂窝复合板的剥离力对比；
表1剥离力对比
PP蜂窝复合板 复合温度/℃ 剥离力/N
PP蜂窝复合板1 165 148
PP蜂窝复合板2 175 152
PP蜂窝复合板3 185 157
PP蜂窝复合板4 165 171
PP蜂窝复合板5 175 184
PP蜂窝复合板6 185 199
数据可以看到本发明的CMT与传统的CMT制备PP蜂窝复合板后，具有较强的粘结力，且随着成型温度的增加，本发明的CMT膨胀的越厉害，进而使CMT与PP蜂窝芯结合越好。
实施例三
一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，预浸料表皮层1由玻璃纤维、微球9、胶粉8按照一定58:2:40比例，经加热冷却复合而成，其中玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为70mm，胶粉8为PP胶粉8，通过PP蜡改性，高熔指，融指为100g/10min，图2为CMT生产方法示意图，用于PP蜂窝板高发起超轻高强度预浸料表皮层1的制备方法为将PP胶粉8与微球9放入高速搅拌箱7，搅拌均匀，通过静电吸附装置6的静电吸附工艺撒落到传动装置的传送带上，然后，玻纤11通过玻纤切割装置10自由均匀飘落在PP胶粉8与微球9混合体系上，最终通过高压复合机12进行热压复合，压力在120Mpa，温度在200℃，间隙2mm，最终形成了图3所示的CMT结构。
对比例三：
传统CMT制备工艺如下：
(1)由玻璃纤维、胶粉8按照一定58:40比例，经加热冷却复合而成，其中玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为70mm，胶粉8为PP胶粉8，通过PP蜡改性，高熔指，融指为100g/10min。
(2)将PP胶粉8，撒落到传动装置的传送带上，然后，玻纤11通过玻纤切割装置10自由均匀飘落在PP胶粉8上，最终通过高压复合机12进行热压复合，压力在120Mpa，温度在200℃。
本发明公开一种用于PP蜂窝板高发起、超轻、高强度预浸料表皮层1(CMT)，进行烘烤成型试验，了更清楚的表述，这里普通CMT称为P-CMT(对比例3)；本发明CMT称为B-CMT(实施案例3)，其余的反应条件都一样，具体如下：
试验一：P-CMT，成型深度5cm，成型温度190℃。
试验二：P-CMT，成型深度10cm，成型温度190℃。
试验三：B-CMT，成型深度10cm，成型温度190℃。
试验四：B-CMT，成型深度15cm，成型温度190℃。
烘烤成型后表观评价：
表2表观情况对比
当成型深度深的时候普通CMT会出现玻纤11外露、有勒痕等现象，而本发明的CMT能够在解决玻纤11外露、有勒痕等问题，还能进一步的增加成型厚度而解决饱满度差的问题。
对比例四
制备不同玻纤11、微球9、胶粉8比例下CMT，其它工艺同实施例3，其在自由发起高度(175℃条件下)、剥离力(17mmPP蜂窝复合板)、表观性能(成型深度 15cm、温度175℃)，弯曲强度(17mmPP蜂窝复合板)对比如下表3：
玻纤11、微球9、胶粉8比例的变化会引起CMT性能的变化，体系中不含微球9 时，其发起高度、剥离力、表观、弯曲强度均相对较差；同一条件下，玻纤11 含量越高，弯曲强度越大；微球9含量越多，剥离力越大，强度越高。
对比例五
不同熔融指数的胶粉8得到CMT，制备17mm的PP蜂窝复合板，其它工艺同实施案例2，PP蜂窝复合板复合温度为175℃。
得到的PP蜂窝复合板的弯曲强度对比如下表：
表4 PP蜂窝复合板的弯曲强度对比
不同熔融指数的胶粉8得到CMT，制备17mm的PP蜂窝复合板的弯曲强度，随胶粉8熔融指数增加，先增大后较小；所以在50到100g/10min范围的胶粉8熔融指数，具有较好的强度。
对比例六
不同复合机压力得到的PP蜂窝板制备17mm的PP蜂窝复合板，其它工艺同实施案例2，PP蜂窝复合板复合温度为175℃。
表4 PP蜂窝复合板剥离力和蜂窝形态对比
复合机压力 剥离力 有无塌陷
30 133 无
70 152 无
90 180 略微塌陷
130 199 严重压塌
不同复合机压力得到的PP蜂窝板，其剥离力随着复合机压力不断增大而增大，随着复合机压力的不断加大，PP蜂窝芯受到压力过大而渐渐塌陷，影响板材强度和外观。所以复合机压力控制在50～128N/cm2可制备较佳性能的PP蜂窝板
以上列举的仅是本发明的部分具体实施例，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 (10)

1.一种轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，其特征在于，所述的PP蜂窝复合板从上至下依次为预浸料表皮层(1)、PP蜂窝芯层(2)、预浸料表皮层(1)，所述的预浸料表皮层(1)由玻璃纤维、微球(9)、胶粉(8)按照一定比例与结构，经加热冷却复合而成，所述的玻璃纤维、微球(9)与胶粉(8)的比例为：39.8:0.6:59.6～58.8:2.0:39.2。
2.根据权利要求1所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，其特征在于，所述的预浸料表皮层(1)中的玻璃纤维为短切玻璃纤维，长度为20-70mm。
3.根据权利要求1所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，其特征在于，所述的预浸料表皮层(1)中的胶粉(8)为PP胶粉(8)，通过聚丙烯蜡改性，高熔指，融指范围在50～100g/10min之间。
4.根据权利要求1所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板，其特征在于，所述的预浸料表皮层(1)中的微球(9)为可热膨胀性微球(9)，微球(9)发起温度为180℃～200℃。
5.一种如权利要求1或2或3或4所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，其特征在于：
1)、PP胶粉(8)与微球(9)放入高速搅拌箱(7)，搅拌均匀，通过吸附工艺撒落到传送带；玻纤(11)通过切割设备自由均匀飘落在PP胶粉(8)与微球(9)混合体系上，进行热压复合，制备得到预浸料表皮层(1)；
2)、将制备而成的预浸料表皮层(1)上下收卷，中间放置PP蜂窝芯层(2)，通过高压复合机(12)进行热压复合。
6.根据权利要求5所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，其特征在于，所述的步骤1)中胶粉(8)与微球(9)撒落工艺采用静电吸附，所述的热压复合的压力在80-130Mpa之间，温度在170℃～180℃之间。
7.根据权利要求5所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，其特征在于，所述的制成的预浸料表皮层(1)厚度为1-4mm，克重为200-400g/m2。
8.根据权利要求5所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，PP蜂窝复合板的复合温度为165～185℃，压力为50～128N/cm2。
9.根据权利要求5所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，其特征在于，所述的高压复合设备包括纸蜂窝两侧的条状弹力片(4)和气囊(3)。
10.根据权利要求6或7或8所述的轻量化低气味低VOC高冲击强度耐高温的PP蜂窝复合板的制备方法，其特征在于，所制得的PP蜂窝板的克重最低可为500g/m2。
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