CN108749047A - 一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合塑料材料领域，公开了一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材及制备方法。包括如下制备过程：（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，制备成片状纤维框架；（2）将纤维框架浸渍热塑性材料；（3）在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材。本发明制得的轻质高强化塑料片材与普通汽车复合材料相比，通过三维网状纤维的作用，以及热塑性塑料及非连续纤维增强复合材料的紧密结合，强度显著提高，重量有效降低，实现了轻质高强化，并且制备工艺简单，操作方便，具有极佳应用前景。

Description

一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材及制备方法

技术领域

本发明涉及复合塑料材料领域，公开了一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材及制备方法。

背景技术

当今世界，科技日新月异，但随之带来是生存环境的恶化及能源危机持续升级，节能减排逐渐成为新趋势。社会生活水平的提高，汽车已成为大众化行车工具。由于消费者节能减排意识的增强，低油耗车辆逐渐成为选择的重要因素，这使车企更加重视车辆的节能性，而车身重量是其重要的影响因素，因此车身轻量化已正成为汽车节能的重要考察因素。

针对各种类型车的大量试验结果表明，车辆的油耗与汽车的质量呈线性关系。因此，通过降低汽车自重，即通过轻量化的手段来降低油耗，成为汽车行业最为热门的研究课题。车身轻量化途径包括车身设计、材料技术与制造技术三个方面，关键是材料的轻量化。目前车身应用材料，主要以钢板、铝合金及树脂基纤维增强复合材料三大类。大量地使用复合材料替代传统的纯金属，是汽车轻量化的一个重要手段，也是最重要的手段之一。

根据塑料复合材料的特点，塑料在汽车上的应用可分为三大类型：热塑型塑料，如聚丙烯塑料，聚乙烯，聚丙烯腈－丁二烯－苯乙烯等；热固性塑料，如聚氨酯等，和以塑料为基体进行纤维增强的复合材料；增强纤维包括玻纤，碳纤及天然植物纤维等。这些塑料复合材料在汽车上的应用有内饰件，外覆盖件或外装件以及一些结构件和功能件，汽车上应用塑料的种类很多，其研究和应用已取得一定成果。

中国发明专利申请号201520693714.5公开了一种汽车前围上盖板用复合片材，包括基体树脂与纤维布层，基体树脂与纤维布层合为一体，纤维布层上涂布有基体树脂；纤维布层包括经向玻璃纤维束与纬向碳纤维束，经向玻璃纤维束与纬向碳纤维束相互交叉成网状，经向玻璃纤维束与纬向碳纤维束均有3000~5000根纤维丝捻合而成。该片材质轻环保，可有效解决现存在的热塑性塑料及非连续纤维增强复合材料的强度不足问题。

中国发明专利申请号201320414177.7公开了一种汽车用复合装饰板，由装饰面层、硬质聚氨酯泡沫层和增强层复合而成，装饰面层与增强层之间通过硬质聚氨酯泡沫层固化粘接为一体。装饰面层为由PMMA树脂、颜色层和ABS树脂复合制成的多层复合板。增强层为由玻璃纤维或聚酯纤维与ABS或PET树脂涂覆辊压制成的复合片材。该汽车用复合装饰板通过硬质聚氨酯泡沫层将装饰层及增强层粘接为一体，其中装饰层可提供高光泽度、不同颜色等表面效果和优良的耐候性，硬质聚氨酯泡沫层质轻可起到缓冲作用，增强层则有利于提高整体强度，具有轻质、免涂装的优势。

根据上述，现有方案中用于汽车的轻量化复合材料的轻量化效果不佳，强度不高，同时目前复合材料一般采用多层复工艺合，无法达到良好的轻质化改性，效果不明显，对塑料使用量巨大的汽车而言，重量降低不明显，同时，银热塑性塑料及非连续纤维之间粘合不足，导致复合材料的强度较低，工艺复杂而成本加高，本发明提出一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的汽车轻量化材料存在轻质化效果不佳，重量较高，强度较低，并且传统的多层复合工艺过程复杂，效果难以控制。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，制备的具体过程为：

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料，使流动的热塑性材料进入纤维框架内部，并紧密结合；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材。

优选的，步骤（1）所述陶瓷纤维的直径为2~4μm。

优选的，步骤（1）所述碳纤维的直径为4~8μm。

优选的，步骤（1）所述纤维框架的网层厚度为1~2mm。

优选的，步骤（2）所述热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛中的至少一种。

优选的，步骤（3）所述橡胶层为丁苯橡胶。

优选的，步骤（3）所述钢带压机的钢带运行速度为12~15mm/min。

优选的，步骤（3）所述钢带压机的高压压力为2.5~3.5MPa，降压段压力为0.7~0.9MPa。

由上述方法制备得到的一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材，主要是将陶瓷纤维与高模量的碳纤维制备成膏状，在片材模具中发泡，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；通过将陶瓷纤维与高模量的碳纤维编织成三维网状结构的纤维框架，保证片材具备高强度的同时降低了复合片材的重量，实现轻质高强化；另外，通过浸渍使流动的热塑性材料进入纤维框架内部，紧密结合，可有效解决现存在的热塑性塑料及非连续纤维增强复合材料的强度不足问题。

本发明提供了一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了陶瓷纤维与碳纤维复合制备用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的方法。

2、通过将陶瓷纤维与高模量的碳纤维编织成三维网状结构的纤维框架，有效增强了片材的高强度，并且显著降低了复合片材的重量，实现轻质高强化。

3、通过浸渍使流动的热塑性材料进入纤维框架内部，紧密结合，有效解决了传统热塑性塑料及非连续纤维增强复合材料的强度不足问题。

4、本发明的制备工艺简单，操作方便，具有极佳应用前景。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂苯磺酰肼以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料；热塑性材料为聚乙烯；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状丁苯橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材；钢带压机的钢带运行速度为13mm/min；钢带压机的高压压力为2.8MPa，降压段压力为0.8MPa。纤维框架的网层厚度为2mm，浸渍热塑性材料上下面厚度0.1mm，上下表面粘结蜂窝状橡胶层厚度为2mm。

实施例1制得的轻质高强化塑料片材，其密度、冲击强度如表1所示。

实施例2

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂苯磺酰肼以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料；热塑性材料为聚丙烯；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状丁苯橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材；钢带压机的钢带运行速度为13mm/min；钢带压机的高压压力为2.8MPa，降压段压力为0.7MPa。纤维框架的网层厚度为2mm，浸渍热塑性材料上下面厚度0.2mm，上下表面粘结蜂窝状橡胶层厚度为3mm。

实施例2制得的轻质高强化塑料片材，其密度、冲击强度如表1所示。

实施例3

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂苯磺酰肼以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料；热塑性材料为聚氯乙烯；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材；橡胶层为聚氨酯橡胶；钢带压机的钢带运行速度为14mm/min；钢带压机的高压压力为3.3MPa，降压段压力为0.9MPa。纤维框架的网层厚度为1mm，浸渍热塑性材料上下面厚度0.2mm，上下表面粘结蜂窝状橡胶层厚度为1mm。

实施例3制得的轻质高强化塑料片材，其密度、冲击强度如表1所示。

实施例4

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂苯磺酰肼以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料；热塑性材料为聚苯乙烯；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材；橡胶层为丁苯橡胶；钢带压机的钢带运行速度为12mm/min；钢带压机的高压压力为2.5MPa，降压段压力为0.7MPa。纤维框架的网层厚度为2mm，浸渍热塑性材料上下面厚度0.2mm，上下表面粘结蜂窝状橡胶层厚度为2mm。

实施例4制得的轻质高强化塑料片材，其密度、冲击强度如表1所示。

实施例5

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂苯磺酰肼以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料；热塑性材料为聚酰胺；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状丁苯橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材；钢带压机的钢带运行速度为15mm/min；钢带压机的高压压力为3.5MPa，降压段压力为0.9MPa。纤维框架的网层厚度为1mm，浸渍热塑性材料上下面厚度0.2mm，上下表面粘结蜂窝状橡胶层厚度为1mm。

实施例5制得的轻质高强化塑料片材，其密度、冲击强度如表1所示。

对比例1

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水以质量比100：5:20制备成膏状，在片材模具中加热加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料；热塑性材料为聚酰胺；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状丁苯橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的塑料片材；钢带压机的钢带运行速度为15mm/min；钢带压机的高压压力为3.5MPa，降压段压力为0.9MPa。纤维框架的网层厚度为1mm，浸渍热塑性材料上下面厚度0.2mm，上下表面粘结蜂窝状橡胶层厚度为1mm。

对比例1制得的轻质高强化塑料片材，其密度、冲击强度如表1所示。

表1：

通过测试，本发明利用不同纤维制备成膏状发泡成纤维框架，依次作为支撑，制备的片材不但质量轻，而且强度高，适合于汽车外饰材料。对比例1未能有效发泡形成纤维网框架，得到的片材密度大，且强度低。

Claims (9)

1.一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）将陶瓷纤维与高模量的碳纤维以质量比1:1混合均匀，然后与聚乙烯醇、水、发泡剂以质量比100：5:20:1制备成膏状，在片材模具中加热至120℃发泡，进一步加热干燥，并在500℃高温下使聚乙烯醇碳化，形成片状纤维框架；

（2）将步骤（1）制得的纤维框架的上下表面分别浸渍热塑性材料，使流动的热塑性材料进入纤维框架内部，并紧密结合；

（3）进一步在浸渍后的片材上下表面粘结蜂窝状橡胶层，通过钢带压机施加压力，制成表面光滑的多层结构的复合片材，即用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材。

2.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述陶瓷纤维的直径为2~4μm。

3.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述碳纤维的长度直径为4~8μm。

4.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纤维框架的网层厚度为1~2mm。

5.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛中的至少一种。

6.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述橡胶层为丁苯橡胶。

7.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述钢带压机的钢带运行速度为12~15mm/min。

8.根据权利要求1所述一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述钢带压机的高压压力为2.5~3.5MPa，降压段压力为0.7~0.9MPa。

9.权利要求1~8任一项所述方法制备得到的一种用于汽车外饰的轻质高强化塑料片材。