CN109822922A - 一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法。胶膜复合方法中的复合设备主体采用热辊压的形式，将玻璃纤维和丙纶通过干法工艺制得的裸板和若干层胶膜一起送入热辊之中进行复合，热辊表面温度介乎于内层胶膜和外层胶膜熔点之间，胶膜熔点从最内层胶膜到最外层胶膜为层层递增。本发明利用胶膜与胶膜之间的熔点差进行复合，避免了传统复合机平板加热接触面大，加热传热不均匀等问题，从根源解决了板材胶膜复合过程中经常出现的胶膜破洞和局部区域熔融下渗的问题。

Description

一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法

技术领域

本发明属于汽车内饰件用复合材料技术领域，具体地说，涉及一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法。

背景技术

轻质玻纤增强热塑性复合材料(Light Weight Reforcement Thermoplastic)简称LWRT板材，主要由玻璃纤维和丙纶两种材料组成，属于热塑性复合材料。其有以下特点：(1)轻质；(2)韧性好；(3)可再生利用；；(4)气味性好；(5)耐腐蚀能力强；(6)吸引性能好。这些特点符合汽车领域追求轻量化和节能减排的目标，所以目前广泛应用于汽车的内饰领域。

目前LWRT板材制备的工艺主要有两种：(1)湿法工艺；(2)干法工艺。湿法工艺主要是采用的造纸法原理，从造纸工艺演变而来，它是以泡沫代替水为分散悬浮介质，将短切玻纤、树脂粉末、玻纤表面处理剂、乳化剂等助剂一起加入水中，形成悬浮液，利用机械搅拌絮化玻纤。在重力作用下，絮化的玻纤与悬浮液分离形成胚毡；胚毡经排湿、干燥、树脂熔融塑化、复合、定型等工艺步骤，形成轻质LWRT板材。干法工艺是采用的梳理工艺，由无纺布生产工艺演变而来，玻纤经混合梳理系统被开松、梳理成单丝，并与热熔纤维均匀的混合，形成单纤网；单纤网经铺网机反复的铺叠，形成具有一定克重的胚毡；胚毡经针刺机针刺加固，并进入加热炉使热熔纤维熔融塑化成裸板；最后复合胶膜和无纺布，冷却定型成LWRT板材。

不论湿法工艺还是干法工艺，都需要最后复合胶膜，胶膜复合在表面主要起以下作用：(1)粘结作用，例如复合胶膜粘结无纺布，提升其外观水平，增加触摸手感，防止芯层材料玻璃纤维外露，导致外观粗糙扎手；(2)阻隔作用，利用两层贴合在一侧的胶膜熔点差(下层熔点高于上层)，使上层胶膜熔融的时候不会下渗到芯层中，浪费胶量，例如100g的粘结胶膜，如果没有下层阻隔胶膜，在通常的工艺下就会有一定百分比下渗到芯层中，导致表层浮胶不足，粘结汽车内饰面料的时候剥离力不足；(3)提升韧性和抗冲击性能；(4)提升吸音性能等。

这些胶膜的功能都取决于胶膜的复合工艺，复合效果好，则起到的作用优异，否则将导致胶膜不能够达到预期的性能。而过去传统的复合工艺是采用复合机工艺，即热辐射平板电加热后，冷辊辊压再通过冷却板定型的方式，设备老化、传感器波动、上下平板间隙过小蹿温、复合机传送带磨损等等原因都会导致胶膜在复合过程中出现破洞或者局部熔融程度过高，下渗进板材芯层。

胶膜破洞较小会导致板材局部通气度过高，成型的时候吸盘上料失败，影响正常生产节拍；胶膜破洞较大和二次加热局部胶膜下渗会导致板材表层浮胶量不够，最终在粘结面料时剥离力不能够达到正常水准；并且不论胶膜破洞还是胶膜下渗都会造成不必要的浪费，且浪费程度较高。

中国专利CN104401079A公开了一种轻质GMT系列汽车内饰件粘结用功能复合型热熔胶膜，所述的粘结作用功能复合型热熔胶膜，借助材料在常规加工温度下的难流动性进行阻隔，可防止上层的面料粘结层渗入GMT的孔洞中，从而大大提高其与内饰面料之间的粘结效果，亦能作为面料粘结层与预粘结层之间的粘合剂。此热熔胶膜虽然在一定程度上提高的浮胶量，但是在本质上并没有解决传统工艺带来的问题，并且无形中增添了胶膜的制备成本。

中国专利CN101628498公开了一种汽车顶蓬用聚氨酯板材的生产方法，其中使用的复合机复合工艺即是目前国内汽车内饰行业制备LWRT板材的通用工艺，也即中国专利CN103950251一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的配方及制备工艺提到的热压机工艺。即便是用一些较好的复合设备，例如德国进口的MEYER复合设备，也是会在长期的使用过程中出现许多的胶膜破洞和胶膜熔融下渗的情况，因为设备老化、加热传热不均匀率等因素对复合工艺产生影响。

发明内容

为了解决传统LWRT板材在胶膜复合过程中出现的胶膜破洞和熔融下渗问题本发明提供了一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法。本发明通过热辊压工艺，利用胶膜与胶膜之间的熔点差进行复合，避免了传统复合机平板加热接触面大，加热传热不均匀等问题，从根源解决了板材胶膜复合过程中经常出现的胶膜破洞和局部区域熔融下渗的问题，确保了复合板材平整和表面足够的浮胶量，同时又降低了复合工装设备和特殊阻隔胶膜制备使用的成本，并经实验检测相同克重的胶膜在采用不同工艺复合的情况下，热辊压工艺是优于传统复合机工艺的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，所述胶膜复合方法中的复合设备主体采用热辊压的形式，将毛毡熟化制得的裸板和若干层胶膜一起送入热辊之中进行复合；其中，不含胶膜无纺布的板材，业内称为裸板；

所述热辊表面温度介乎于内层胶膜和外层胶膜熔点之间，利用胶膜和胶膜之间的熔点差，使内层胶膜完全熔融将外层胶膜粘结在板材表面，而外层胶膜则不塑化靠内层胶膜将其贴于板材表面，一方面防止胶膜表面破洞，造成成型时吸盘上料困难，另一方面使外内胶膜与板材形成界面层，阻止板材模制部件时因二次加热而造成表面胶膜下渗；

所述胶膜熔点从最内层胶膜到最外层胶膜为层层递增，即所述若干胶膜，如果复合两层胶膜，则内层胶膜熔点低于外层胶膜；如果复合三层胶膜，则内层胶膜熔点低于次外层胶膜，次外层胶膜熔点低于外层胶膜，以此类推。

进一步地，所述复合设备主体之前设置有次要设备，为了保证生产效率和产品质量，所述次要设备为预热辊和送料冷辊，所述内层胶膜在进入热辊之前，先进入预热辊，所述外层胶膜通过送料冷辊进入热辊。

进一步地，所述预热辊温度低于最内层胶膜熔点，起到预加热内层胶膜的作用，提高整条复合设备的运行速度，提高整体复合效率，为了保证剥离力达到一定的标准，所述热辊和预热辊运行速度均为3-5m/min。

进一步地，热辊压的加热方式有多种可以选择，但从准确控温角度考虑，所述热辊使用油温加热来控温。

进一步地，所述热辊的上热辊和下热辊分开控温，上热辊和下热辊的温度可以根据实际情况进行调节，如一侧进行胶膜复合，则另一侧的热辊可以提升温度，一方面可以加热制板过程中未熔融完全的丙纶，另一方面可以使LWRT裸板表面升温，提高复合效率。

进一步地，所述热辊压力为0.2-0.6MPa，热辊的压力不需要太高，因为运行速度较快，板材在高温下膨胀高度可以忽略不记。

进一步地，所述胶膜熔点从最内层胶膜到最外层胶膜层层递增的熔点差大于等于10℃，即每层胶膜的熔点差大于等于10℃，这利于复合温度和速度的调节，避免因为胶膜的原因造成工艺冗余较小，出现和传统工艺一样的熔融下渗现象。

本发明的有益效果如下：

本发明制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法相对于传统的复合机热压板复合工艺具有如下优势：

1、胶膜的胶量会被充分利用，不会出现较多比例浪费情况；

2、热辊压本身会给板材带来更加平整的外观；

3、因为不涉及传送带磨损，采用金属热辊压制，所以不会出现胶膜被老化传送带磨破刺破的现象；

4、油温精确控温，热辊与板材接触面积很小，不会出现加热受热不均匀的现象，更不会有局部区域熔融下渗现象；

5、对板材的力学性能没有影响，甚至有所提高，板材表面存在整张的胶膜，胶膜的张力在一定程度上加强了复合板材的力学性能；

6、成本更低，传统的复合机造价高昂，热辊设备简单易造，成本低廉；

综上所述，本发明制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法具有成本低廉、工艺稳定、浮胶量大、产品表面平整没有破洞、力学性能没有明显降低的优点，非常适合应用于轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合，复合的产品非常适合应用于汽车内饰、建筑装饰等领域，有很大的使用价值。

附图说明

图1：本发明用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合工艺的设备结构和工艺示意图，以实施例2为例。

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

采用传统复合机热压板复合方法制备轻质纤维增强热塑性复合板材成型件：

将50kg的玻璃纤维和50kg的聚丙烯纤维在开包机进料，经过初混，输送至储绵仓，梳理机制成薄网，然后将薄网通过铺网机铺成一定层数网，再经过针刺机制成毛毡。将毛毡通过190℃拉幅烘箱进行熟化，拉幅烘箱运行速度5m/min，制得裸板，然后与熔点在108℃和129℃胶膜在复合机中复合，两种胶膜克重均为45g/m²，热板温度110℃，运行速度5m/min，在压力0.6MPa下冷辊成型，再经过25℃冷压板冷却定型，制成轻质纤维增强热塑性复合板材。

将板材放置在210℃恒温热风烘箱中烘烤180秒，取出后和克重30g/m²无纺布面料进行模压，模压间隙为4mm，制成轻质纤维增强热塑性复合板材成型件。

实施例2

采用本发明热辊方法制备轻质纤维增强热塑性复合板材成型件：

将50kg的玻璃纤维和50kg的聚丙烯纤维在开包机进料，经过初混，输送至储绵仓，梳理机制成薄网，然后将薄网通过铺网机铺成一定层数网，再经过针刺机制成毛毡。将毛毡通过190℃拉幅烘箱进行熟化，拉幅烘箱运行速度5m/min，制得裸板，然后与熔点在108℃和129℃胶膜在热辊装置中辊压成型，两种胶膜克重均为45g/m²，内层胶膜(熔点108℃)先经过预热辊，预热辊油温80℃，外层胶膜(熔点129℃)经过送料冷辊，然后裸板和内外层胶膜一起进入热辊之中进行复合，热辊油温110℃，运行速度5m/min，热辊压力0.6Mpa，制成轻质纤维增强热塑性复合板材。

将板材放置在210℃恒温热风烘箱中烘烤180秒，取出后和克重30g/m²无纺布面料进行模压，模压间隙为4mm，制成轻质纤维增强热塑性复合板材成型件。

按照测试标准GB/T800888对实施例1、2中的板材无纺布进行了剥离强度测试，结果见表1。

表1

样品	MD方向剥离强度(N/25mm)	CD方向剥离强度(N/25mm)
			1	8.88	7.26
2	12.15	12.80

从表1中可以看出，采用热辊工艺的复合板剥离强度明显要高于采用传统复合工艺的板材，也即是热辊工艺的复合板材表面粘结能力更好，进一步也就说明了热辊工艺的复合板材表面胶量多，浮胶量大。

按照测试标准ISO527和ISO178对实施例1、2的板材进行了拉伸弯曲的力学性能测试，结果见表2。

从表2中可以看出，采用热辊制得的复合板力学性能方面与采用传统复合机制得的板材相当，没有明显变化，即力学性能没有明显降低。

另，实施例1采用的复合机为德国进口MEYER复合机，造价在700-800万人民币，实施例2采用的热辊设备整机造价仅20万元，其对设备成本的节约非常理想。

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 (7)

1.一种用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述胶膜复合方法中的复合设备主体采用热辊压的形式，将毛毡熟化制得的裸板和若干层胶膜一起送入热辊之中进行复合，所述热辊表面温度介乎于内层胶膜和外层胶膜熔点之间，所述胶膜熔点从最内层胶膜到最外层胶膜为层层递增。

2.根据权利要求1所述的用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述复合设备主体之前设置有次要设备，所述次要设备为预热辊和送料冷辊，所述内层胶膜在进入热辊之前，先进入预热辊，所述外层胶膜通过送料冷辊进入热辊。

3.根据权利要求2所述的用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述预热辊温度低于最内层胶膜熔点，所述预热辊和热辊的运行速度均为3-5m/min。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述热辊使用油温加热来控温。

5.根据权利要求4所述的用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述热辊的上热辊和下热辊分开控温，所述热辊的一侧进行胶膜复合，则另一侧升温加热。

6.根据权利要求5所述的用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述热辊压力为0.2-0.6MPa。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的用于制备轻质玻纤增强热塑性复合材料的胶膜复合方法，其特征在于，所述胶膜熔点从最内层胶膜到最外层胶膜层层递增的熔点差大于等于10℃。