CN109878186A - 一种纤维装饰膜及其制备方法和制件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于装饰材料技术领域，尤其涉及一种纤维装饰膜及其制备方法和制件。本发明提供的纤维装饰膜无VOC；力学性能优异，比强度和比刚度高、轻量化、表面质量好；本发明的纤维装饰膜具有良好的热可塑性，能制备复杂几何形状的制件且无需开发新的模具，成型简单方便、速度快，能够实现高良率和短加工周期；本发明的纤维装饰膜制成的制件纹理多样，具有设计灵活性和定制性，具有美好的外观效果，令人赏心悦目；本发明的纤维装饰膜制成的制件能回收利用，从而最大限度的减少浪费和环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及装饰材料技术领域，尤其涉及一种纤维装饰膜及其制备方法和制件。
背景技术
随着科学技术的发展，人们越来越需要更轻更薄的产品，由于碳纤维与其他材料结合后可以得到与金属一样坚固，具有高比刚度、比强度且质轻的材料，因而受到各行各业的青睐。此外，碳纤维经过编织后能产生独特的动态立体感纹理，这种动态立体感可以令产品拥有强烈的质感，因而在汽车内外饰、家电、电子产品、箱包等外壳或装饰材料上具有广泛的应用前景。
目前，碳纤维的装饰主要是将碳纤维铺设在固定形状的模具中，用热固性环氧树脂、酚醛树脂等浸渍碳纤维后，再模压成型。专利CN201610267527.X公开了一种典型的碳纤维内装饰件的制备方法：先在内饰件模具表面涂覆脱模剂，再涂刷树脂和固化剂的组合物，再铺贴碳纤维织物；将内饰件模具加热，获得预成型体；最后将预成型体放置于内饰件注塑模具中，进行注塑热成型。遗憾的是，上述方法针对不同的部件需要开发多套成型的模具，而且只适用于小批量和大尺寸的制件，用于规模量产，成本昂贵，只适用于较昂贵的车型或特殊场景。
专利CN201210142173.8通过将透明材料进行双面印刷，利用材料厚度使正反面印刷纹理形成一个固定的平行距离，并通过结合材料厚度值计算设计正反面图案的纹理和密度，令观察角度在发生变化时，正反面图像产生交织效果，形成模拟碳纤维编织的立体效果。这种方法对印刷的质量和准确度要求比较高，印刷设备和油墨昂贵，且印刷出来的立体质感很难跟真实的碳纤维相媲美，强度也不能与真实的碳纤维相提并论，而且印刷时引入的溶剂等会带来诸如VOC等环保问题。
因此，寻找一种环保、力学性能优异的新型纤维装饰膜，具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维装饰膜，该纤维装饰膜力学性能优异，满足环保要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种纤维装饰膜，包括依次叠层设置的承载层、纤维层和表面层；所述承载层包括基材层和设置在所述基材层单面的相容层，所述相容层与所述纤维层接触；所述表面层包括透明热塑性层和设置在所述透明热塑性层单面的功能层，所述透明热塑性层与所述纤维层接触。
优选的，所述纤维装饰膜的厚度为0.1～5mm。
优选的，所述承载层的厚度为25～3000μm，所述纤维层的厚度为70～1500μm，所述表面层的厚度为5～500μm。
优选的，所述基材层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、液晶聚合物、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、铝箔和铜箔中的一种或几种。
优选的，所述相容层为热熔胶或热固胶，包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰胺类化合物、聚氨酯类化合物、反应型有机硅氧烷、硅-PU型相容剂或有机硅氧烷接枝丙烯酸酯共聚物。
优选的，所述纤维层由包括碳纤维、芳纶、玻璃纤维、聚酯纤维、麻纤维、羊毛纤维、丙纶纤维、氨纶纤维、聚四氟乙烯纤维、棉纤维、丝绸纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈基纤维、尼龙纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种混编而成。
优选的，所述透明热塑性层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、液晶聚合物、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的一种或几种；所述功能层的材料包括丙烯酸树脂、UV光固化树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸酯聚氨酯树脂和有机硅树脂中的一种或几种。
本发明提供了上述技术方案所述纤维装饰膜的制备方法，包括以下步骤：
将基材层和相容层制成承载层，将透明热塑性层和功能层制成表面层，依次按照承载层、纤维层和表面层的顺序叠层放置，以卷对卷连续复合的方式进行层压，得到纤维装饰膜。
优选的，所述层压的温度为50～400℃，压力为0.4～16MPa。
本发明提供了一种纤维装饰膜制件，由上述技术方案所述纤维装饰膜经成型处理而成。
本发明提供了一种纤维装饰膜，本发明提供的纤维装饰膜无VOC；力学性能优异(坚固、强韧)，比强度和比刚度高、轻量化、表面质量好，强度达到2～7GPa，杨氏模量达到200～700GPa；
本发明的纤维装饰膜具有良好的热可塑性，能制备复杂几何形状的制件且无需开发新的模具，成型简单方便、速度快，能够实现高良率和短加工周期；
本发明的纤维装饰膜制成的制件纹理多样，具有设计灵活性和定制性，具有美好的外观效果，令人赏心悦目；
本发明的纤维装饰膜制成的制件能回收利用，从而最大限度的减少浪费和环境污染。
附图说明
图1为本发明纤维装饰膜的结构示意图，其中，1-基材层(101-基材层，102-相容层)，2-纤维层，3-表面层(301-透明热塑性层，302-功能层)；
图2为本发明的纤维装饰膜及其制件的制备方法流程图；
图3为本发明实施例1～3制备的纤维装饰膜制件的实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种纤维装饰膜，包括依次叠层设置的承载层、纤维层和表面层；所述承载层包括基材层和设置在所述基材层单面的相容层，所述相容层与所述纤维层接触；所述表面层包括透明热塑性层和设置在所述透明热塑性层单面的功能层，所述透明热塑性层与所述纤维层接触，具体结构见附图1。
在本发明中，所述纤维装饰膜的厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.5～3mm，最优选为1～2mm。在本发明中，所述承载层的厚度优选为25～3000μm，所述纤维层的厚度优选为70～1500μm，所述表面层的厚度优选为5～500μm，更优选为50～300μm。
本发明所述承载层包括基材层和设置在所述基材层单面的相容层。在本发明中，所述基材层的材料优选包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、液晶聚合物(LCP)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、铝箔和铜箔中的一种或几种；所述基材层的厚度优选为5～500μm，更优选为50～350μm。
在本发明中，所述相容层的材料优选为热熔胶或热固胶，包括但不限于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰胺类化合物、聚氨酯类化合物、反应型有机硅氧烷、硅-PU型相容剂或有机硅氧烷接枝丙烯酸酯共聚物；所述相容层的厚度优选为1～200μm，更优选为50～150μm。
在本发明中，所述纤维层优选由包括但不限于碳纤维、芳纶、玻璃纤维、聚酯纤维、麻纤维、羊毛纤维、丙纶纤维、氨纶纤维、聚四氟乙烯纤维、棉纤维、丝绸纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈基纤维、尼龙纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或者几种混编而成；所述混编的编织纹理优选为包括但不限于直纹、斜纹、工字纹、人字纹、平纹、缎纹、交织纹、竹节纹、暗纹和提花立体纹中的一种或几种。
本发明所述表面层包括透明热塑性层和设置在所述透明热塑性层单面的功能层。在本发明中，所述表面层的厚度优选为5～500μm，更优选为50～350μm。在本发明中，所述透明热塑性层的材料优选包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、液晶聚合物(LCP)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)中的一种或几种；所述透明热塑性层的厚度优选为5～500μm，更优选为50～350μm。
在本发明中，所述功能层的材料优选为丙烯酸树脂、UV光固化树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸酯聚氨酯树脂和有机硅树脂中的一种或几种；所述功能层的厚度优选为1～200μm，更优选为50～150μm。
本发明提供了上述技术方案所述纤维装饰膜的制备方法，包括以下步骤：
将基材层和相容层制成承载层，将透明热塑性层和功能层制成表面层，依次按照承载层、纤维层和表面层的顺序叠层放置，以卷对卷连续复合的方式进行层压，得到纤维装饰膜。
本发明将基材层和相容层制成承载层。本发明优选将所述相容层通过涂布、贴合、喷涂等方法铺展在所述基材层表面，干燥，得到承载层；所述干燥的温度优选为60～150℃。
本发明优选将包括但不限于碳纤维、芳纶、玻璃纤维、聚酯纤维、麻纤维、羊毛纤维、丙纶纤维、氨纶纤维、聚四氟乙烯纤维、棉纤维、丝绸纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈基纤维、尼龙纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或者几种进行混编，得到纤维层；在本发明中，所述混编的编织夹角优选为0°～90°。
本发明将透明热塑性层和功能层制成表面层。本发明优选将所述功能层通过涂布、喷涂、激光镭射、UV压印等方式附着于透明热塑性层表面，得到表面层。
得到承载层、纤维层和表面层后，本发明依次按照承载层、纤维层和表面层的顺序层叠防止，以卷对卷连续复合的方式进行层压，得到纤维装饰膜。在本发明中，所述层压的温度优选为50～400℃，更优选为100～300℃，压力优选为0.4～16MPa，更优选为0.6～13MPa。在本发明中，所述层压的复合方式优选包括但不限于模压或贴合。
本发明提供了一种纤维装饰膜制件，由上述技术方案所述纤维装饰膜经成型处理而成。
在本发明中，所述纤维装饰膜制件的制备方法优选为将上述技术方案所述纤维装饰膜进行加热，并成型于汽车内外饰、家电、电子产品、箱包等表面，得到纤维装饰膜制件。在本发明中，所述加热的温度优选为120～200℃，更优选为150～180℃。在本发明中，所述成型的方式优选包括但不限于热压成型、真空吸塑成型、模内注塑成型或模外装饰成型。
在本发明中，进行加热时，纤维装饰膜的相容层受热后变成液态，会迅速浸润整个纤维层，从而提高基材层及表面层与纤维层的结合力，在基材层与纤维层的界面形成互穿网络(IPN)结构，提高基材层及表面层对纤维层的界面结合能力，进而提高纤维装饰膜的力学性能，最终提高纤维装饰膜制件的性能。
图2为本发明的纤维装饰膜及其制件的制备方法流程图，由图可以看出，本发明先分别制备承载层、纤维层和表面层，然后将承载层、纤维层和表面层层压制成纤维装饰膜，再将纤维装饰膜通过真空、热压或模内注塑等方式成型，得到纤维装饰部件，然后经后处理，得到纤维装饰膜制件产品。
下面结合实施例对本发明提供的纤维装饰膜及其制备方法和制件进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在ABS薄膜(厚度200μm)表面喷涂有机硅涂液相容剂(厚度50μm)，90℃干燥后，得到承载层；在PMMA(厚度50μm)表面涂布耐磨涂层(厚度25μm)，得到表面层；将碳纤维与芳纶纤维进行铺丝编织，得到碳纤维与芳纶斜纹混编纤维层(厚度220μm)；
从下到上依次按照承载层、纤维层、表面层的顺序在加热加压的条件下卷对卷连续进行层压，其中下部温度160℃，上部温度200℃，加压压力0.6MPa，层压收卷后，得到纤维装饰膜；
打开真空吸塑成型机下腔体，放入已经注塑好的制件及所述纤维装饰膜，对纤维装饰膜进行预热(预热温度120℃)，当纤维装饰膜达到预热的温度后，闭合成型机下腔，并打开真空罐阀门，对下腔体抽真空至真空度为0.1Pa；同时承载制件的平台上升进行真空吸塑成型包覆程序，将包覆了纤维装饰膜的制件取出，经过修边整理，得到纤维装饰膜制件，如图3-1所示。
实施例2
在PP薄膜(厚度300μm)表面喷涂有机硅涂液相容剂(厚度75μm)，110℃干燥，得到承载层；在PC表面(厚度350μm)涂布UV树脂(厚度25μm)，用花纹辊压纹后，经365nmUV光固化，得到表面层；将碳纤维按照3K斜纹铺丝编织，得到3K斜纹碳纤维层；
从下到上依次按照承载层、碳纤维层、表面层的顺序在加热加压的条件下卷对卷连续进行层压，其中，下部温度130℃，上部温度180℃，加压压力0.9MPa，层压收卷后，得到碳纤维装饰膜；
打开具有所需形状的热压成型机的上下腔体并预热到200℃，放入所述碳纤维装饰膜，将上下腔加压闭合，压力为16MPa，保压3min后取出，裁边后得到具有特定形状的碳纤维装饰膜，并将其嵌入注塑机模具中，在PP侧进行注塑，得到纤维装饰膜制件成品，如图3-2所示。
实施例3
在PC薄膜(厚度250μm)表面喷涂有机硅涂液相容剂(厚度50μm)，105℃干燥，得到承载层；在TPU表面(厚度500μm)涂布丙烯酸酯树脂(厚度50μm)，经280～315nmUV光固化，得到表面层；将碳纤维与红色聚酯纤维工字纹铺丝编织，得到碳纤维与聚酯纤维工字纹混编纤维层；
从下到上依次按照承载层、纤维层、表面层的顺序在加热加压的条件下卷对卷连续进行层压，其中，下部温度180℃，上部温度230℃，加压压力1.2MPa，层压收卷，得到纤维装饰膜；
打开含有所需形状的热压成型机的上下腔体，在下腔放入注塑好的制件，将所述纤维装饰膜用陶瓷红外加热器加热到200℃，将所述纤维装饰膜移入热压成型机上下腔之间，同时将上下腔加压闭合，使纤维装饰膜热压到制件表面，热压压力为0.8MPa，保压5min冷却后取出，裁边后得到所需形状的纤维装饰膜成品，如图3-3所示。
图3为实施例1～3制备的纤维装饰膜制件的实物图，由图可知，实施例1～3制备的纤维装饰膜制件的纹理色彩不同，其中，图3-1为碳纤维与芳纶斜纹混编，图3-2为碳纤维3K斜纹，图3-3为碳纤维与聚酯纤维工字纹混编，本发明的纤维装饰膜能够得到不同纹理、不同色彩的纤维装饰膜制件。
由以上实施例可知，本发明提供了一种纤维装饰膜，本发明的纤维装饰膜具有良好的热可塑性，能制备复杂几何形状的制件且无需开发新的模具，成型简单方便、速度快，能够实现高良率和短加工周期；本发明的纤维装饰膜制成的制件纹理多样，具有设计灵活性和定制性，具有美好的外观效果，令人赏心悦目。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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)
1.一种纤维装饰膜，其特征在于，包括依次叠层设置的承载层、纤维层和表面层；所述承载层包括基材层和设置在所述基材层单面的相容层，所述相容层与所述纤维层接触；所述表面层包括透明热塑性层和设置在所述透明热塑性层单面的功能层，所述透明热塑性层与所述纤维层接触。
2.根据权利要求1所述的纤维装饰膜，其特征在于，所述纤维装饰膜的厚度为0.1～5mm。
3.根据权利要求1所述的纤维装饰膜，其特征在于，所述承载层的厚度为25～3000μm，所述纤维层的厚度为70～1500μm，所述表面层的厚度为5～500μm。
4.根据权利要求1所述的纤维装饰膜，其特征在于，所述基材层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、液晶聚合物、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、铝箔和铜箔中的一种或几种。
5.根据权利要求1或4所述的纤维装饰膜，其特征在于，所述相容层为热熔胶或热固胶，包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰胺类化合物、聚氨酯类化合物、反应型有机硅氧烷、硅-PU型相容剂或有机硅氧烷接枝丙烯酸酯共聚物。
6.根据权利要求1或4所述的纤维装饰膜，其特征在于，所述纤维层由包括碳纤维、芳纶、玻璃纤维、聚酯纤维、麻纤维、羊毛纤维、丙纶纤维、氨纶纤维、聚四氟乙烯纤维、棉纤维、丝绸纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈基纤维、尼龙纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种混编而成。
7.根据权利要求1所述的纤维装饰膜，其特征在于，所述透明热塑性层的材料包括聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、液晶聚合物、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的一种或几种；所述功能层的材料包括丙烯酸树脂、UV光固化树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸酯聚氨酯树脂和有机硅树脂中的一种或几种。
8.权利要求1～7任一项所述纤维装饰膜的制备方法，包括以下步骤：
将基材层和相容层制成承载层，将透明热塑性层和功能层制成表面层，依次按照承载层、纤维层和表面层的顺序叠层放置，以卷对卷连续复合的方式进行层压，得到纤维装饰膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述层压的温度为50～400℃，压力为0.4～16MPa。
10.一种纤维装饰膜制件，由权利要求1～7任一项所述纤维装饰膜或权利要求8～9任一项所述制备方法制备得到的纤维装饰膜经成型处理而成。
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