CN109823015A - 一种聚氨酯三维增强gmt复合板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种聚氨酯三维增强GMT复合板及其制备方法。GMT复合板包括作为基体GMT毡和PU发泡液，作为基体的GMT毡，主要原料由丙纶、玻璃纤维、涤纶的一种或多种制成PU发泡液，包括慢回弹发泡液、高回弹发泡液、半硬泡发泡液、硬泡发泡液的一种。它通过A、B料在混合腔混合，分别输送到上滚胶辊和下滚胶辊；GMT毡通过上滚胶辊和下滚胶辊之间，再经过辊胶机压辊，然后进入高压复合机发泡复合，最后裁切得到。

Description

一种聚氨酯三维增强GMT复合板及其制备方法

技术领域

本发明主要涉及纤维增强热塑性树脂复合材料领域，具体涉及一种聚氨酯三维增强GMT复合板及其制备方法。

背景技术

近年来，人们的生活水平大大提高，尤其是汽车行业，更加需求健康(VOC性能)、节能(轻量化)、舒适(NVH性能)、安全(高强度)综合性能优异的内外饰材料。GMT(Glass fiberMat reinforced Thermoplastics)是轻质玻璃纤维毡增强热塑性复合板材，因其强度、比模量、成本等优势，广泛应用于各类汽车内外饰件，如衣帽架、备胎盖、行李箱侧围、顶棚等，是当前汽车内外饰的材料用量逐年递增的产品。但是目前国内GMT产品仍存在以下问题：GMT板材主要是通过热熔纤维来加固玻璃纤维，热熔纤维用量大，成本高，无法进一步实现超轻量化；GMT板材取向明显，机械性能呈各向异性；GMT板材的NVH(吸音、透气性)与其机械性能相矛盾等。

以上问题，GMT产品已无法同时满足轻质、高强、高吸音的性能，与国外进口GMT产品相比，综合性能较差。

发明内容

本发明的目的是解决以上提出的问题，提供一种聚氨酯三维增强GMT复合板及其制备方法，用于制备汽车内外饰件的超轻、高强、高吸音GMT复合板。GMT材料中引入PU发泡液，以GMT毡作为介质环境中完成发泡，形成三维立体结构，牢固地与GMT中的纤维结合，相互束缚连接，有效提高材料机械性能；而且，制成相同厚度的GMT板材，聚氨酯的发泡增强，大大减少了热熔纤维与玻璃纤维的用量，而且增加了板材的透气性，实现超轻化的同时，提高了GMT的NVH性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种聚氨酯三维增强GMT复合板，GMT复合板包括作为基体GMT毡和PU发泡液，所述的作为基体的GMT毡，主要原料由丙纶、玻璃纤维、涤纶的一种或多种制成；所述的PU发泡液，包括慢回弹发泡液、高回弹发泡液、半硬泡发泡液、硬泡发泡液的一种。

作为进一步改进，所述的GMT毡厚度在3-20mm之间，克重在200-3000g/m²之间，在该厚度、克重范围内，能够保证毡的立体感和PU发泡液的引入。

作为进一步改进，所述的GMT毡占整个材料的的质量分数为20wt％-90wt％，PU发泡液占整个材料的质量分数为10wt％-80wt％。

作为进一步改进，所述的PU发泡液，包括A料和B料，所述的A料中含有延迟催化剂，含量为0-0.1％，防止含PU发泡液的毡在进入高压复合机热压前反应。A料中还可以添加阻燃剂、甲醛抑制剂、除味剂等助剂来到达阻燃、低气味、低VOC的效果，含量为0-20％。

本发明还公开了一种聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，具体步骤如下：将A、B料以一定比例在混合腔混合，按特定计量分别输送到上滚胶辊和下滚胶辊；GMT毡以一定速度，通过上滚胶辊和下滚胶辊之间，再经过辊胶机压辊，最后进入高压复合机，在一定厚度、压力和温度下发泡复合，最后裁切，得到聚氨酯三维增强GMT复合板。

作为进一步改进，所述的A、B料混合腔中A、B料的比例为1:0.5～1:4。

作为进一步改进，所述的上滚胶辊和下滚胶辊的滚胶量在0-1500g/m²，滚胶量主要由喷胶量、滚胶速度、复合速度控制；所述的压辊机的损失胶量在20-600g/m²之间，损失胶量主要由压辊压力、复合速度控制。

作为进一步改进，所述的A、B料混合腔中的混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量在0-100g/s之间，上滚胶辊和下滚胶辊的滚胶速度在0-20m/min之间，高压复合机的复合速度在0-15m/min之间，压辊机的压辊压力在0-100N之间。

作为进一步改进，所述的下滚胶辊和压辊机的下方设置有回收槽，对压辊损失的胶(PU发泡液)重新传输到A、B料混合腔内，减小损耗与污染。

作为进一步改进，所述的高压复合机，压力在80-130Mpa，此压力保证聚氨酯三维增强GMT复合板厚度稳定性；温度在100℃～220℃之间，此温度区间，能够促进发泡液在GMT毡中的化学反应，满足不同功能产品的应用条件，厚度在3-30mm之间，厚度根据实际需要调整即可。

本发明首次以GMT毡为基体，引入PU发泡液，通过PU发泡反应三维增强GMT复合板，有益效果如下：

1、PU发泡反应，在GMT毡中形成三维立体结构，牢固地与GMT中的纤维结合，相互束缚连接，提高材料机械性能。

2、能够使纤维之间的透气性增加，提高材料的吸音性能，达到较好的NVH要求。

3、能够减少，热熔纤维与玻璃纤维的用量，在保证一定机械强度下，进一步减轻材料质量，实现轻量化。

4、不同PU发泡液具有不同功能，如阻燃、记忆、回弹、高模量等，通过改变发泡液种类，能够给GMT复合板赋予其它功能，应用于非汽车领域，如家装、家具、过滤、建筑等。

附图说明

图1：本发明GMT复合板生产装置的结构流程示意图；

图2：本发明GMT复合板生产装置中滚胶机的结构流程示意图；

1、辊胶机，2、压辊机，3、回收槽，4、GMT毡放卷处，5、高压复合机，6、A料储罐，7、B料储罐，8、A料管道，9、B料管道，10、A、B料混合腔，11、上喷嘴管道，12、下喷嘴管道，13、上滚轴喷嘴，14、下滚轴喷嘴，15、上滚胶辊，16、下滚胶辊，17、回收输送管。

具体实施方式

下面通过具体实施案例来进一步详细说明本发明用于汽车内外饰聚氨酯三维增强GMT复合板，具有超轻、高强、高吸音的特点。

本发明公开了一种聚氨酯三维增强GMT复合板，包括作为基体的GMT毡和PU发泡液，通过PU发泡液在GMT毡中发泡反应得到，作为基体的GMT毡，主要原料由丙纶、玻璃纤维、涤纶的一种或多种制成；PU发泡液，包括慢回弹发泡液、高回弹发泡液、半硬泡发泡液、硬泡发泡液中的一种。GMT毡厚度在3-20mm之间，克重在200-3000g/m²之间，GMT毡占整个材料的质量分数为20wt％-90wt％，PU发泡液占整个材料的质量分数为10wt％-80wt％。PU发泡液，包括A料和B料(A料和B料为PU发泡液领域专业称呼)，A料包括聚醚多元醇、交联剂、发泡剂、匀泡剂、延迟催化剂(含量质量分数为0-0.1％，防止含PU发泡液的毡在进入高压复合机5热压前反应)、助剂(含量质量分数为0-20％，可为阻燃剂、甲醛抑制剂、除味剂等助剂来到达阻燃、低气味、低VOC的效果)，B料包括异氰酸酯。

本发明还公开了一种聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，图1是本发明GMT复合板生产装置的结构流程示意图；本发明GMT的生产装置包括辊胶机1，压辊机2，设置于压辊机2和辊胶机1下方的回收槽3，高压复合机5，图2是本发明GMT复合板生产装置中滚胶机的结构流程示意图，辊胶机1包括上滚胶辊15和下滚胶辊16，A料储罐6和B料储罐7分别通过A料管道8和B料管道9进入A、B料混合腔10，A、B料混合腔10中的混合液分别通过上喷嘴管道11和上滚轴喷嘴13、下喷嘴管道12和下滚轴喷嘴14分别喷送至上滚胶辊15和下滚胶辊16。本发明的制备步骤为将A、B料以1:0.5～1:4比例在A、B料混合腔10中混合，按0-100g/s喷胶量输送到上滚胶辊15和下滚胶辊16；GMT毡以0-15m/min速度，通过上滚胶辊15和下滚胶辊16之间，滚胶量在0-1500g/m²之间，再经过压辊压力在0-100N的压辊机2压辊，失胶量在20-600g/m²之间，最后进入高压复合机5，在压力80-130Mpa，温度170℃～220℃，厚度3-30mm的条件下发泡复合，最后裁切，得到聚氨酯三维增强GMT复合板，回收槽3将压辊损失的PU发泡液重新传输到A、B料混合腔10内。

实施例1

选择不同厚度、克重的毡对PU发泡液引入均匀性的效果试验(由于试验均匀性效果，最后产品不需要进入复合机发泡)，具体方案如下：

优选原料配比选择如下：

1、GMT毡占整个材料的质量分数为70％，GMT毡主要由质量分数60％丙纶和质量分数40％玻璃纤维组成，GMT毡克重为700g/m²，厚度分别为2、3、10、20、21mm。

2、GMT毡占整个材料的质量分数为70％，GMT毡主要由60％丙纶和40％玻璃纤维组成，GMT毡厚度为6mm，克重分别为150、200、2000、3000、3100g/m²。

半硬泡发泡液占整个材料的质量分数为30％。A料中延迟催化剂含量0，助剂含量0。A料包括聚醚多元醇、交联剂、发泡剂、匀泡剂、助剂，B料包括异氰酸酯。

制备方法如下：将半硬泡A料、B料以1:1.7的比例在A、B料混合腔中混合，混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量为25g/s；滚胶速度3m/min，GMT毡以3m/min的速度通过辊胶机(滚胶量500g/m²)，再经过压力为5N，压辊间隙为2mm的压辊(失胶量200g/m²)，评判GMT毡中PU发泡液引入过程和均匀性。结果如下表1、2：

表1：GMT毡厚度对滚胶的影响

表2：GMT克重对滚胶的影响

从表1和表2可知，当GMT毡厚度过小，无法有效吸胶与渗胶；当GMT毡太厚，不容滚胶；当GMT克重过小，也无法有效吸胶与渗胶；当GMT克过重，无法均匀滚压到内部。所以，选择GMT毡厚度在3-20mm之间，克重在200-3000g/m²之间较为合适。

实施例2

选择不同GMT与PU发泡液的比例，对PU发泡液引入过程和均匀性的效果试验(由于试验均匀性效果，最后产品不需要进入复合机发泡)，具体方案如下：

优选原料配比选择如下：

GMT毡占整个材料的质量分数分别为19％、20％、50％、90％、91％；其中GMT毡主要由质量分数60％丙纶和质量分数40％玻璃纤维，GMT毡克重为1000g/m²，厚度分别为10mm。

与之对应的高回弹发泡液占的质量分数为81％、80％、50％、10％、9％，其中，A料中延迟催化剂含量0，助剂含量0。A料包括聚醚多元醇、交联剂、发泡剂、匀泡剂、助剂，B料包括异氰酸酯。

制备方法如下：将高回弹A料A、B料以1:1.1的比例在A、B料混合腔混合，混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量为81、80、50、10、9g/s；滚胶速度3m/min，GMT毡以3m/min的速度通过辊胶机，再经过压力为5N，压辊间隙为2mm的压辊，评判GMT毡中PU发泡液引入过程和均匀性，结果如表3：

表3 GMT毡质量分数对滚胶的影响

从表3可知，当GMT毡质量分数过小，无法有效吸胶与渗胶；GMT毡质量分数过大，无法均匀滚压到GMT内部。所以，选择GMT毡占整个材料的质量分数为20wt％-90wt％，PU发泡液占整个材料的质量分数为10wt％-80wt％，较为适宜。

实施例3

选择原料配比选择如下：GMT复合板包括作为基体的GMT毡和PU发泡液。GMT毡占整个材料的的质量分数为70％，GMT毡主要由质量分数60％丙纶和质量分数40％玻璃纤维组成，GMT毡厚度6mm，克重在700g/m²。硬泡发泡液占整个材料的质量分数为30％。A料中延迟催化剂含量0，助剂含量0。A料包括聚醚多元醇、交联剂、发泡剂、匀泡剂、助剂，B料包括异氰酸酯。

优选制备方法如下：将硬泡A料、B料以1:2.7的比例在A、B料混合腔混合，混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量为25g/s；滚胶速度3m/min，GMT毡以3m/min的速度GMT毡通过辊胶机(滚胶量500g/m²)，再经过压力为5N，压辊间隙为2mm的压辊(失胶量200g/m²)，最后进入高压复合机，在复合间隙5mm、复合压力80Mpa和温度200℃的条件下发泡复合，最后裁切，得到克重为1000g/m²，厚度为6mm的聚氨酯三维增强GMT复合板。

对比例1

与常规的1000、1300g/m²的GMT(GMT毡由60％丙纶和40％玻璃纤维组成)复合板，进行机械性能测试对比，分别按ISO178测试弯曲强度、弯曲模量，按ISO527测试拉伸性能，测试结果如下表4：

表4：机械性能数据对比

从表4中数据可知，1000g/m²聚氨酯三维GMT是在现有的GMT毡中引入PU发泡液，利用PU发泡液在GMT基体中发泡反应，形成三维增强作用，从而使得相同克重下，聚氨酯三维GMT的弯曲、拉伸均比常规GMT好。通常情况，GMT的机械强度随克重的增加强度增加。而本发明的1000g/m²聚氨酯三维增强GMT复合板的机械强度比1300g/m²常规GMT还好一些，则更加充分说明了采用聚氨酯三维增强GMT复合板，不仅可以极大的降低克重，同时还能保证应有的机械强度，实现超轻、高强的特点。此外，1000g/m²聚氨酯三维GMT的断裂伸长率比常规GMT高近1倍，本发明的聚氨酯三维增强GMT复合板，还能利用PU材料的良好延展性，使其断裂伸长率提高。

实施例4

优选原料配比选择如下：GMT复合板包括作为基体的GMT毡和PU发泡液。GMT毡占整个材料的的质量分数为80％，GMT毡由质量分数60％丙纶和质量分数40％玻纤，厚度6mm，克重在700g/m²。慢回弹发泡液占整个材料的的质量分数为20％。A料中延迟催化剂含量0，助剂含量0。A料包括聚醚多元醇、交联剂、发泡剂、匀泡剂、助剂，B料包括异氰酸酯。

优选制备方法如下：将慢回弹A料、B料以1:1的比例在A、B料混合腔混合，混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量为20g/s；滚胶速度3m/min，GMT毡以3m/min的速度通过辊胶机(滚胶量400g/m²)，再经过压力为5N，压辊间隙为2mm的压辊(失胶量100g/m²)，最后进入高压复合机，在复合间隙5mm、复合压力80Mpa和温度200℃的条件下发泡复合，最后裁切，得到克重为900g/m²，厚度为6mm的聚氨酯三维增强GMT复合板。

将上述聚氨酯三维增强GMT复合板，放入烘箱加热制180-210℃，取出放入平板模具，厚度压制呈3mm、4.5mm、6mm的平板成型件1、2、3。

对比例2

将常规的900g/m²的GMT(GMT毡由60％丙纶和40％玻璃纤维组成)，放入烘箱加热制180-210℃，取出放入平板模具，厚度压制呈3mm、4.5mm、6mm的平板成型件4、5、6。

对成型件1、2、3、4、5、6，按GB/T 18696.2-2004测试吸音性能，测试结果如表5：

表5：吸音数据对比表

从表5可知，GMT类材料的吸音跟材料克重、厚度关系较大，从成型件1、2、3和成型件4、5、6对比可知，同一产品厚度越大，吸音越好；成型件4、5、6随厚度增加，吸音系数下降较多，而成型件1、2、3虽然随着厚度较小，吸音降低，但是同一克重的厚度3.5mm的聚氨酯三维增强GMT复合板(成型件1)与厚度6mm的常规GMT相比(成型件6)，吸音性能依然是厚度3.5mm的聚氨酯三维增强GMT复合板好。这充分说明了，PU发泡液在GMT中的发泡反应，能够使纤维之间的透气性增加，极大地提高了材料的吸音性。

实施例5

PU发泡液中A、B料比例对聚氨酯三维增强GMT复合板的制备及性能影响。PU发泡液A、B料的比例在一定程度上会影响PU自身的特性，一般A、B比例随数值的增大自身特性分别表现为慢回弹、高回弹、半硬泡、硬泡。

选择原料配比选择如下：GMT复合板包括作为基体的GMT毡和PU发泡液。GMT毡占整个材料的的质量分数为70％，GMT毡主要由质量分数60％丙纶和质量分数40％玻璃纤维组成，GMT毡厚度6mm，克重在700g/m²。PU发泡液占整个材料的的质量分数为30％。A料中延迟催化剂含量0，助剂含量0。A料包括聚醚多元醇、交联剂、发泡剂、匀泡剂、助剂，B料包括异氰酸酯。

优选制备方法如下：将硬泡A料、B料以1:0.4、1:0.5、1:2.0、1:4.0、1:4.1的比例在A、B料混合腔混合，混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量为25g/s；滚胶速度3m/min，GMT毡以3m/min的速度GMT毡通过辊胶机(滚胶量500g/m²)，再经过压力为5N，压辊间隙为2mm的压辊(失胶量200g/m²)，最后进入高压复合机，在复合间隙5mm、复合压力80Mpa和温度200℃的条件下发泡复合，最后裁切，得到克重为1000g/m²，厚度为6mm的聚氨酯三维增强GMT复合板，并对其进行评价如表6。

表6：不同A、B料比例对产品的影响

由表6可知，随着A、B料比例增加，材料逐渐、变硬、变脆，表现出不同性能的特性，当A、B料比例过低或过高，就会影响最终产品的使用，所以A、B料的比例为1:0.5～1:4较为适合本发明。

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)

1.一种聚氨酯三维增强GMT复合板，其特征在于，所述的GMT复合板包括作为基体的GMT毡和PU发泡液，所述的作为基体的GMT毡，主要原料由丙纶、玻璃纤维、涤纶的一种或多种制成；所述的PU发泡液，包括慢回弹发泡液、高回弹发泡液、半硬泡发泡液、硬泡发泡液中的一种。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯三维增强GMT复合板，其特征在于，所述的GMT毡厚度在3-20mm之间，克重在200-3000g/m²之间。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯三维增强GMT复合板，其特征在于，所述的GMT毡占整个材料的质量分数为20wt％-90wt％，所述的PU发泡液占整个材料的质量分数为10wt％-80wt％。

4.根据权利要求1或2或3所述的聚氨酯三维增强GMT复合板，其特征在于，所述的PU发泡液，包括A料和B料，所述的A料中含有延迟催化剂，含量为质量分数0-0.1％。

5.一种如权利要求4所述的聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将A、B料以一定比例在A、B料混合腔中混合，按特定计量分别输送到上滚胶辊和下滚胶辊；GMT毡以一定速度，通过上滚胶辊和下滚胶辊之间，再经过压辊机压辊，最后进入高压复合机，在一定厚度、压力和温度下发泡复合，最后裁切，得到聚氨酯三维增强GMT复合板。

6.根据权利要求5所述的聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，其特征在于，所述的A、B料混合腔中A、B料的比例为1:0.5～1:4。

7.根据权利要求5所述的聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，其特征在于，所述的上滚胶辊和下滚胶辊的滚胶量在0-1500g/m²之间，所述的压辊机的损失胶量在20-600g/m²之间。

8.根据权利要求6或7所述的聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，其特征在于，所述的A、B料混合腔中的混合液通过滚轴喷嘴分别喷至上滚胶辊和下滚胶辊，喷胶量在0-100g/s之间，上滚胶辊和下滚胶辊的滚胶速度在0-20m/min之间，高压复合机的复合速度在0-15m/min之间，压辊机的压辊压力在0-100N之间。

9.根据权利要求5所述的聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，其特征在于，所述的下滚胶辊和压辊机的下方设置有回收槽，将压辊损失的PU发泡液重新传输到A、B料混合腔内。

10.根据权利要求5所述的聚氨酯三维增强GMT复合板的制备方法，其特征在于，所述的高压复合机，压力在80-130Mpa之间，温度在100℃～220℃之间，厚度在3-30mm之间。