CN109795171A - 一种车用高吸音cmt增强聚氨酯泡沫复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料。复合材料结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。针对聚氨酯泡沫复合材料具有较高开孔率、力学性能差，常被用于汽车顶棚内饰材料的现象，本发明通过将高强度、高模量特点的CMT材料作为其表面增强层，通过聚氨酯泡沫复合层和CMT增强复合层的共同作用，在保证材料较高吸音、耐热、尺寸稳定性好的前提下，提高了材料力学性能，可应用于汽车底护材料。

Description

一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料

技术领域

本发明涉及到汽车底护用复合材料领域，具体地说，它涉及一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料。

背景技术

汽车底护板主要用于保护发动机和车底盘，底护板可以防止路面积水灰尘进入发动机仓、防止汽车行驶过程中轮胎碾压后卷起的沙石硬物敲击发动机以及凹凸不平路面及硬物对发动机的刮碰。此外，汽车底护板的装载，可有效降低发动机在行驶过程中的噪音，从而提高乘车的舒适性。

20世纪70年代以来,国内外开始发展以聚氨酯泡沫塑料为主要吸声材料的现代多功能复合材料，目前的公开文献大多已申请专利保护。如德国BASF公司使用聚氨酯泡沫塑料开发出减振、吸声、隔声复合材料,具有良好的吸声性能。英国的科研人员用阻燃型聚氨酯泡沫塑料制作吸声材料,通过切割或模塑制成各种尺寸和形状的预制件,具有吸声性能好、防火、质量轻、安装简便和装修效果好等特点。

轻质聚氨酯泡沫，属于半硬质聚氨酯泡沫，其高开孔性给材料带来了优异的吸音性能，声波在透过时可被材料吸收，起到一定的隔音降噪减震作用；另外，聚氨酯泡沫化学结构稳定，具有优异的耐热性和尺寸稳定性，可在-40℃到200℃之间使用。聚氨酯泡沫材料虽然具有良好的吸声、隔热以及尺寸稳定性，但其力学性能差，往往被应用于汽车顶棚内饰材料，限制了其在汽车内外饰领域的应用。

因此，单一的通过对聚氨酯泡沫塑料进行结构设计，很难提高其力学性能来满足汽车底护板的性能要求，所以，寻找一种表面增强结构材料，是聚氨酯泡沫塑料进军汽车底护的基石。

短切纤维增强热塑性树脂材料简称CMT材料，其体密度介于1.1-1.4g/cm³，具有低VOC，高模量，高冲击强度等优势，可作为各种复合结构的表面增强材料。

发明内容

针对现有聚氨酯泡沫复合材料力学性能上的不足，为改善其不足使其应用于汽车底护领域，本发明提供一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，所述的复合材料结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。

轻质聚氨酯泡沫具有较高的开孔率及自身的化学稳定性，使成型后的汽车底护材料具有高吸音、耐热、尺寸稳定性好的特点；CMT增强材料的表面增强作用，赋予了材料耐冲击的特性，最终使材料具有高吸音，耐冲击的综合性能，可使材料应用于汽车底护领域。

作为进一步的改进，所述的聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为7：9至13：6范围之间，复合板材在同样的单位面积重量下，两层的重量比如不在此范围内，则复合板材的吸音性及耐冲击性会有所不足。

作为进一步的改进，所述的聚氨酯泡沫复合层中的透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度在30-90g/m²之间；若面密度过低，则不能够保证疏水拒油层与聚氨酯泡沫吸音层有效粘结；若面密度过高，熔融的树脂会对聚氨酯泡沫吸音层泡孔产生堵塞，影响吸音效果。

作为进一步的改进，所述的聚氨酯泡沫复合层中的聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，属于半硬质聚氨酯泡沫，体密度在15-35kg/m³之间，开孔率≥90％；若体密度低，则板材拉伸强度下降，若体密度太高，则不符合轻量化设计，另外，开孔率过低会影响板材的吸音性。

作为进一步的改进，所述的聚氨酯泡沫复合层中的聚氨酯泡沫吸音层制备物质组成及质量占比为：聚醚组合料含量在35-45％之间，异氰含量在55-65％之间，其中，聚醚组合料中，聚醚含量在70-80％之间，水含量在5-15％之间，匀泡剂含量在2-4％之间，开孔剂含量在1-5％之间，交联剂含量在5-15％之间。

作为进一步的改进，所述的CMT增强复合层为粘结层、加强层、粘结层的1-3次重复结构。

作为进一步的改进，所述的CMT增强复合层为短切纤维增强改性树脂，属于片材或板材的形态，单位面密度在380-920g/m²之间；若面密度太低，则板材强度低，成型后达不到所要求的抗冲效果，若面密度太高，则会与轻量化设计背道而驰。

作为进一步的改进，所述的CMT增强复合层中的粘结层为改性树脂，所述的改性树脂是改性PP、PET、PA中的一种或几种组合。

作为进一步的改进，所述的CMT增强复合层中的粘结层的熔融指数在

20-100g/10min之间。若熔指过高，则流动性过好，熔融的树脂容易渗入到上下表层中，导致复合板材整体强度下降，若熔指过低，则流动性差，熔融树脂与短切纤维的浸润性不够，导致复合板材整体强度下降。

作为进一步的改进，所述的CMT增强复合层中加强层所用的增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维及植物纤维中的一种或几种。

本发明的有益效果如下：

本发明具有高吸音、耐热、尺寸稳定性好及耐冲击性等的优点。

1、本发明创新性的将具有高模量、高抗冲性的CMT增强材料与聚氨酯泡沫材料复合，形成吸隔音组合包，在保证板材良好吸音性的前提下，提高了聚氨酯泡沫材料的力学性能，扩大了其应用领域。

2、本发明轻质聚氨酯泡沫与CMT增强材料复合成型后，将其固定在车身下方，会起到加固车体结构和控制车体与外界噪声的共振作用。车辆行驶过程中，泡沫材料能一定程度上改变车体的固有频率，控制车外噪声与车体产生的共振和共鸣，从而有效隔离车体噪声，另外，复合结构设计，不同层有不同的固有频率，每层的单位面密度越小，共振抖动的强度相对减少，并且层与层之间相互制约，更不容易发生相对共振抖动。

附图说明

图1：本发明车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料的结构示意图；

图2：本发明车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料中聚氨酯泡沫复合层的结构示意图；

图3：本发明车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料中CMT增强复合层的结构示意图；

图4：聚氨酯泡沫复合层及CMT增强复合层不同质量占比条件下的吸音性能对比图；

图5：CMT增强聚氨酯泡沫复合材料与聚氨酯泡沫复合材料吸音性能对比图；

图6：CMT增强聚氨酯泡沫复合材料与传统GMT复合材料吸音性能对比图；

1、疏水拒油层；2、透气吸声粘结层；3、聚氨酯吸音层；4、粘结层；5、加强层；6、粘结层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明：

实施例1：

本实施例是一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，由起吸音、隔热作用的聚氨酯泡沫复合层及增强作用的CMT增强复合层组成，其结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为9：5。

透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度为70g/m²。聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度为28kg/m³，开孔率为95％。

CMT增强复合层为短切玻璃纤维增强改性树脂，呈片材或板材状，单位面密度为500g/m²。粘结层为改性树脂，改性树脂为改性PP，粘结层熔融指数为30g/10min。

其具体制备包括如下步骤：

(1)轻质聚氨酯泡沫(聚氨酯泡沫吸音层)的制备：聚醚组合料含量45％、异氰含量55％，其中，聚醚组合料中成分及质量占比：聚醚含量75％；水含量7.5％；匀泡剂含量4％，开孔剂含量3％，交联剂含量10.5％。在温度22℃、压力28bar条件下混合旋转，搅拌速度3000转/min，反应完成后，在5kg/s的速度条件下出料，并静置8min，制得聚氨酯泡沫，其面密度为800g/m²。

(2)CMT增强复合层的制备：将玻璃纤维短切入两层改性PP胶膜之间，短切长度在5-10cm范围内，然后供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压作用下制得CMT增强复合层，其面密度为500g/m²。

(3)将制备的聚氨酯泡沫吸音层和CMT增强复合层供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层无纺布和透气吸声粘结PP胶膜、冷却、切割制得用于汽车底护的高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，复合材料密度为1400g/m²。

比较例1：

比较例1是一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，由起吸音、隔热作用的聚氨酯泡沫复合层及增强作用的CMT增强复合层组成，其结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为2：5。

透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度为70g/m²。聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度为28kg/m³，开孔率为95％。

CMT增强复合层为短切玻璃纤维增强改性树脂，呈片材或板材状，单位面密度为1000g/m²。粘结层为改性树脂，改性树脂为改性PP，粘结层熔融指数为30g/10min。

其具体制备包括如下步骤：

(1)轻质聚氨酯泡沫(聚氨酯泡沫吸音层)的制备：聚醚组合料含量45％、异氰含量55％，其中，聚醚组合料中成分及质量占比：聚醚含量75％；水含量7.5％；匀泡剂含量4％，开孔剂含量3％，交联剂含量10.5％。在温度22℃、压力28bar条件下混合旋转，搅拌速度3000转/min，反应完成后，在5kg/s的速度条件下出料，并静置8min，制得聚氨酯泡沫，其面密度为300g/m²。

(2)CMT增强复合层的制备：将玻璃纤维短切入两层改性PP胶膜之间，短切长度在5-10cm范围内，然后供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压作用下制得CMT增强复合层，其面密度为1000g/m²。

(3)将制备的聚氨酯泡沫吸音层和CMT增强复合层供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层无纺布和透气吸声粘结PP胶膜、冷却、切割制得用于汽车底护的高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，复合材料密度为1400g/m²。

比较例2：

比较例2是一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，由起吸音、隔热作用的聚氨酯泡沫复合层及增强作用的CMT增强复合层组成，其结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为3：1。

透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度为70g/m²。聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度为28kg/m³，开孔率为95％。

CMT增强复合层为短切玻璃纤维增强改性树脂，呈片材或板材状，单位面密度为350g/m²。粘结层为改性树脂，改性树脂为改性PP，粘结层熔融指数为30g/10min。

其具体制备包括如下步骤：

(1)轻质聚氨酯泡沫(聚氨酯泡沫吸音层)的制备：聚醚组合料含量45％、异氰含量55％，其中，聚醚组合料中成分及质量占比：聚醚含量75％；水含量7.5％；匀泡剂含量4％，开孔剂含量3％，交联剂含量10.5％。在温度22℃、压力28bar条件下混合旋转，搅拌速度3000转/min，反应完成后，在5kg/s的速度条件下出料，并静置8min，制得聚氨酯泡沫，其面密度为950g/m²。

(2)CMT增强复合层的制备：将玻璃纤维短切入两层改性PP胶膜之间，短切长度在5-10cm范围内，然后供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压作用下制得CMT增强复合层，其面密度为350g/m²。

(3)将制备的聚氨酯泡沫吸音层和CMT增强复合层供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层无纺布和透气吸声粘结PP胶膜、冷却、切割制得用于汽车底护的高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，复合材料密度为1400g/m²。

表1：聚氨酯泡沫复合层及CMT增强复合层不同质量占比条件下的性能对比

实施例1的聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层的质量占比在7：9～13：6范围内，比较例1与比较例2的质量占比在7：9～13：6范围外，从表1和图4中可知，比较例1的力学性能虽然较实施例1的好，但是其吸音性能与实施例1有很大差距，这是因为比较例1中CMT增强复合层克重高，虽然增加了复合材料的力学性能，但大量的熔融树脂对板材的孔洞造成了堵塞，影响了复合材料的整体吸音效果；比较例2相较于实施例1的吸音性能虽然有所提升，但其力学性能较差，达不到所需的力学增强效果。综上，聚氨酯泡沫复合层或CMT增强复合层单位面积质量超出范围，会造成吸音性能或力学性能的损失，而在本发明范围内则能兼顾吸音性能和力学性能。

实施例2：

本实施例是一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，由起吸音、隔热作用的聚氨酯泡沫复合层及增强作用的CMT增强复合层组成，其结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为2：1。

透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度在50g/m²。聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度为28kg/m³，开孔率为95％。

CMT增强复合层为短切玄武岩纤维增强改性树脂，呈片材或板材状，单位面密度为450g/m²。粘结层为改性树脂，改性树脂为改性PP，粘结层熔融指数为30g/10min。

其具体制备包括如下步骤：

(1)轻质聚氨酯泡沫(聚氨酯泡沫吸音层)的制备：聚醚组合料含量45％、异氰含量55％，其中，聚醚组合料中成分及质量占比：聚醚含量75％；水含量7.5％；匀泡剂含量4％，开孔剂含量3％，交联剂含量10.5％。在温度22℃、压力28bar条件下混合旋转，搅拌速度3000转/min，反应完成后，在5kg/s的速度条件下出料，并静置8min，制得聚氨酯泡沫，其面密度为800g/m²。

(2)CMT增强复合层的制备：将玄武岩纤维短切入两层改性PP胶膜之间，短切长度在5-10cm范围内，然后供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压作用下制得CMT增强复合层，其面密度为450g/m²。

(3)将制备的聚氨酯泡沫吸音层和CMT增强复合层供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层无纺布和透气吸声粘结PP胶膜、冷却、切割制得用于汽车底护的高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，复合材料密度为1350g/m²。

比较例3：

本比较例是一种车用聚氨酯泡沫复合材料，由聚氨酯泡沫复合层单独组成，其结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层。

透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度为50g/m²。聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度为28kg/m³，开孔率为95％。

其具体制备包括如下步骤：

(1)轻质聚氨酯泡沫(聚氨酯泡沫吸音层)的制备：聚醚组合料含量45％、异氰含量55％，其中，聚醚组合料中成分及质量占比：聚醚含量75％；水含量7.5％；匀泡剂含量4％，开孔剂含量3％，交联剂含量10.5％。在温度22℃、压力28bar条件下混合旋转，搅拌速度3000转/min，反应完成后，在5kg/s的速度条件下出料，并静置8min，制得聚氨酯泡沫，其面密度为1350g/m²。

(2)将制备的聚氨酯泡沫供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层无纺布和透气吸声粘结PP胶膜、冷却、切割制得用于汽车底护的聚氨酯泡沫复合材料，复合材料密度为1450g/m²。

表2：CMT增强聚氨酯泡沫复合材料与聚氨酯泡沫复合材料性能对比

从表2中可知，实施例2即使在单位克重降低100g/m²的条件下，其弯曲性能及拉伸性能都要明显优于比较例3；从图5中可见，实施例2的吸音性能在各个频段范围内均和比较例3相差无几，由此可见CMT增强复合层的加入可维持聚氨酯泡沫复合材料高吸音性的同时，还提高了复合材料的力学性能。

实施例3：

本实施例是一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，由起吸音、隔热作用的聚氨酯泡沫复合层及增强作用的CMT增强复合层组成，其结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为14：13。

透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度为30g/m²。聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度为25kg/m³，开孔率96％。

CMT增强复合层为短切竹纤维增强改性树脂，呈片材或板材状，单位面密度为650g/m²。粘结层为改性树脂，改性树脂是改性PP，粘结层熔融指数为30g/10min。

其具体制备包括如下步骤：

(1)轻质聚氨酯泡沫(聚氨酯泡沫吸音层)的制备：聚醚组合料含量42％、异氰含量58％，其中，聚醚组合料中成分及质量占比：聚醚含量为75％；水含量为10％；匀泡剂含量为3％，开孔剂含量为2％，交联剂含量为10％。在温度22℃、压力28bar条件下混合旋转，搅拌速度3000转/min，反应完成后，在5kg/s的速度条件下出料，并静置8min，制得聚氨酯泡沫，其面密度为600g/m²。

(2)CMT增强复合层的制备：将竹纤维短切入两层改性PP胶膜之间，短切长度在5-10cm范围内，然后供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压作用下制得CMT增强复合层，其面密度为650g/m²。

(3)将制备的聚氨酯泡沫吸音层和CMT增强复合层供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层无纺布和透气吸声粘结PP胶膜、冷却、切割制得汽车底护复合材料，复合板材密度为1350g/m²。

比较例4：

本比较例是一种用于制备汽车底护板的传统轻质GMT复合材料，由作为粘结基体的聚丙烯纤维和作为增强体的玻璃纤维组成。

其具体制备方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯纤维和玻璃纤维按照60％：40％比例混合均匀，通过非织造工艺经开松、混合、梳理、交叉铺网、针刺固结，制得混纺复合纤维毡；

(2)将混纺复合纤维毡供给到连续型复合压板设备中，经预热、热粘合、加压、上表层复合疏水拒油层、透气吸声层、冷却和切割制得的汽车底护板用传统GMT复合材料，复合板材的面密度为1350g/m²。

表3：CMT增强聚氨酯泡沫复合材料与传统GMT复合材料性能对比

从表3和图6可以看出，CMT增强聚氨酯泡沫复合材料与传统GMT复合材料力学性能相差无几，但在各频段吸音性能上均优于传统GMT复合材料。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的复合材料结构从上至下依次为：聚氨酯泡沫复合层，其包括疏水拒油层、透气吸声粘结层、聚氨酯泡沫吸音层；CMT增强复合层，其包括粘结层、加强层、粘结层。

2.根据权利要求1所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫复合层与CMT增强复合层单位面积质量比为7：9至13：6范围之间。

3.根据权利要求1所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫复合层中的透气吸声粘结层为带孔热熔性粘结胶膜，面密度在30-90g/m²之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫复合层中的聚氨酯泡沫吸音层为轻质聚氨酯泡沫，体密度在15-35kg/m³之间，开孔率≥90％。

5.根据权利要求4所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫复合层中的聚氨酯泡沫吸音层制备物质组成及质量占比为：聚醚组合料含量在35-45％之间，异氰含量在55-65％之间，其中，聚醚组合料中，聚醚含量在70-80％之间，水含量在5-15％之间，匀泡剂含量在2-4％之间，开孔剂含量在1-5％之间，交联剂含量在5-15％之间。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的CMT增强复合层为粘结层、加强层、粘结层的1-3次重复结构。

7.根据权利要求6所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的CMT增强复合层为短切玻璃纤维增强改性树脂，呈片材或板材状，单位面密度在380-920g/m²之间。

8.根据权利要求7所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的CMT增强复合层中的粘结层为改性树脂，所述的改性树脂是改性PP、PET、PA中的一种或几种组合。

9.根据权利要求8所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的CMT增强复合层中的粘结层的熔融指数在20-100g/10min之间。

10.根据权利要求1、2、3、5、7、8或9所述的车用高吸音CMT增强聚氨酯泡沫复合材料，其特征在于，所述的CMT增强复合层中加强层所用的增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维及植物纤维中的一种或几种。