CN110332451A - 带内支撑的高强塑料蜂窝芯材及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于蜂窝芯材制备技术领域，具体涉及一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，还涉及上述的蜂窝芯材的制备工艺。本发明所提供的蜂窝芯材，包括蜂窝壁和由蜂窝壁围成的蜂窝孔格，其特征在于，在每个蜂窝孔格内部均有由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或其改性热塑性塑料中的任一种材料所制成的支撑机构，该支撑机构与蜂窝孔格的形状相适应，支撑机构的高度小于蜂窝壁的高度。本发明通过特定的工艺，从蜂窝结构设计出发，建立了一种带有内支撑的塑料蜂窝芯材，增加了受力稳定性，降低了侧向抗压性能对于面层材料的依赖，使得面层的设计更加灵活，并且支撑材料采用与蜂窝芯材一致的热塑性材料，更加环保。

Description

带内支撑的高强塑料蜂窝芯材及其制备工艺

技术领域

本发明属于蜂窝芯材制备技术领域，具体涉及一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，还涉及上述的蜂窝芯材的制备工艺。

背景技术

蜂窝芯材主要有纸基、塑料和铝材等材料制备而成，结构有六角形、圆形、菱形等。蜂窝芯材因其具有极佳的抗压和超轻的结构特点而被广泛应用于包装、建筑、汽车等工业领域。但由于蜂窝芯材厚度较大时，容易出现受力失稳，且侧向抗压性能稍弱。所以蜂窝芯材在使用时，常常在其两侧增加保护性面层板材。然而面层材料的增加往往使得蜂窝材料重量加重，影响了蜂窝芯材的应用的灵活性。

目前，蜂窝芯材主要是通过对芯材的图形结构和材质进行设计，以此增加蜂窝芯材的力学性能，如将蜂窝设计成六角形、圆形、菱形等，选择、高强纸基、铝质、塑料基等材质。

CN108481824A披露了一种蜂窝芯材，蜂窝芯材的蜂窝孔格由蜂窝芯层组成，每个蜂窝芯层又包括至少两层材料。蜂窝芯层相互之间固定连接。蜂窝芯层之间粘接或者焊接。每个蜂窝芯层至少为两层。蜂窝芯层分为主体层和增强层，增强层表面相邻的粘接或者焊接处的中心距离为主体层表面相邻的粘接或者焊接处的中心距离的二分之一。蜂窝孔格为六边形结构或者接近六边形结构。蜂窝芯层的材料的厚度为0.02mm～0.2mm。蜂窝孔格的蜂窝芯层的材料为金属箔材或者纸或者塑料。

塑料蜂窝板的生产方法（201610492628.7），介绍了一种塑料蜂窝芯的制备方法，通过面层和芯层图形结构两方面对蜂窝板进行了设计。

普通的或者是上述的蜂窝芯材，其不足在于，当芯材的厚度较大时，如H为20mm时，容易出现受力失稳，需要降低高度或孔径，限制了其使用范围。其次是，现有的蜂窝芯材侧向抗压性能弱，往往与面层材料复合使用，侧向压力主要由面层承担，对面层的厚度和材质等均要求较高，降低了面层材质及结构的设计灵活性。另外，蜂窝复合材料的面层与芯层的材质不同往往会增加回收成本，甚至使得材料不能回收。

因此，需要针对上述的缺陷进行改进，设计一种能增强受力的、侧向抗压性能较好的蜂窝芯材的制备工艺及通过该工艺获得的芯材。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种增强受力的、侧向抗压性能较好的蜂窝芯材，本发明还提供了上述的蜂窝芯材的制备工艺。

本发明涉及聚丙烯等热塑性塑料蜂窝芯的制备工艺，主要针对目前蜂窝芯材侧向抗压性能弱、而蜂窝复合材料中对面层的抗压性能要求高、限制了蜂窝复合材料的应用范围这样一种背景下所进行的改进。本发明通过对蜂窝结构进行改进，建立了一种具有内支撑、质轻、高强、易回收的蜂窝芯材，可广泛应用于包装、建筑、汽车等工业领域。

本发明所提供的带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，包括蜂窝壁和由蜂窝壁围成的蜂窝孔格，在每个蜂窝孔格内部均有立体的支撑机构，该支撑机构与蜂窝孔格的形状相适应（匹配），支撑机构的侧面与蜂窝孔格相贴合。

支撑机构为实心结构或发泡结构；

支撑机构是由非发泡型材料、硬质发泡型材料或柔性发泡型材料制成的立体机构；

优选的，支撑机构是由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或其改性热塑性塑料中的任一种材料所制成的立体机构。

每个蜂窝孔格内部的支撑机构形状、大小和体积都相同；

每个蜂窝孔格内部的支撑机构的上顶面均在同一水平面上；

每个蜂窝孔格内部的支撑机构的下底面均在同一水平面上；

每个蜂窝孔格内部的支撑机构的上顶面和下底面相平行。

支撑机构的高度小于蜂窝壁的高度；优选的，支撑机构的高度为蜂窝壁高度的1/10～1/2。

蜂窝孔格为六边形、菱形、圆形、三角形、矩形、正方形中的任一种。

一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材的制备工艺，包括如下的步骤：

S1：在普通蜂窝芯材中注入以下的材料：聚乙烯醇树脂材料，进行封端处理；

S2：形成支撑机构：

（1）支撑材料为非发泡型：选择熔融温度在100～120℃的树脂，将该树脂液或树脂粉末填充于蜂窝孔格内，通过加热、冷却、固化工艺，得到实心填充的支撑机构；

（2）硬质发泡型：选择发泡温度在100～120℃的硬质树脂，在该树脂液加入表面活性剂、发泡剂、增韧剂、固化剂，并充分搅拌，使其混合均匀，然后将其填充于蜂窝孔格内，通过低温发泡或常温发泡技术固化，得到发泡填充的支撑机构；

（3）柔性发泡型：选择发泡温度在100～120℃的柔性树脂，在该柔性树脂中加入表面活性剂、发泡剂、增韧剂、固化剂，并充分搅拌，使其混合均匀，然后将其填充于蜂窝孔格内，通过低温发泡或常温发泡固化，得到发泡填充的支撑机构；

S3：水解：将上述制备的带有支撑机构和封端树脂的蜂窝芯材置于水溶液中，通过加热水解，直至聚乙烯醇溶解完全，得到具有内支撑的塑料蜂窝芯材。

优选的，上述的工艺中，S1中选择聚合度为1000～2000、醇解度为85～99％聚乙烯醇粉料作为主要原料，其中聚乙烯醇粉料组分为：聚乙烯醇50～70份、抗氧化剂0.5～1.5份、热稳定剂2～5份，流动性调节剂1～2份，熔体粘结增强剂0.1～0.5份，以上的份数为重量份数。

优选的，上述的工艺中，（1）中所述树脂液或树脂粉末为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的任一种；

（2）中所述树脂为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的任一种；

（3）中所述柔性树脂为乙烯-乙烯醋酸酯、聚乙烯醚中的任一种。

S3中，加热水解，加热至温度为80～100℃。

蜂窝壁为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物、聚砜、聚苯醚等热塑性塑料或其改性热塑性塑料中的任一种。

传统的或者是普通的蜂窝芯材，是从蜂窝壁的材料或者是层数上来改进（例如背景技术中所提到的文献），而鲜有在蜂窝壁内部增加支撑机构的文献披露，并且本发明通过注入树脂，水解其中的聚乙烯醇，保留支撑机构来实现本发明的目的。这是本发明最大的创新之处。

本发明的有益效果在于：本发明通过特定的工艺，从蜂窝结构设计出发，建立了一种带有内支撑即带有支撑机构的塑料蜂窝芯材，通过该支撑机构增加了蜂窝壁受力的稳定性，降低了侧向抗压性能对于面层材料的依赖，使得面层的设计更加灵活，并且支撑材料采用与蜂窝芯材一致的热塑性材料，减少了回收时材料的分类，更加环保。本发明的工艺环保，便于工业化生产，有利于大规模推广和应用。

附图说明

图1为实施例1的蜂窝芯材最终结构示意图；

图2为实施例1中聚乙烯醇水解时的示意图；

图3为图2的立体结构示意图；

图中，1-蜂窝壁，2-蜂窝孔格，3-支撑机构，4-聚乙烯醇层。

具体实施方式

为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。

实施例1

带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，包括蜂窝壁1和由蜂窝壁1围成的蜂窝孔格2，在每个蜂窝孔格2内部支撑机构3，蜂窝孔格2为六边形，该支撑机构3与蜂窝孔格的形状相适应，也同样为六边形。支撑机构3为一个立体状的机构，填充于蜂窝孔格2内并支撑蜂窝壁1，使得蜂窝壁1受力更稳定。支撑机构3的上顶面和下底面均为平面结构或者是接近于平面的结构；支撑机构3其实是由多个支撑单元所组成，每个支撑单元相对独立，分别位于每个蜂窝孔格2内；

支撑机构3主要是由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或其改性热塑性塑料中的任一种材料所制成；但是不限于以上的材料；

每个蜂窝孔格2内部的支撑机构3形状、大小和体积都相同。

每个蜂窝孔格2内部的支撑机构3的上顶部均在同一水平面上。

每个蜂窝孔格2内部的支撑机构3的下底部均在同一水平面上。

支撑机构3的中心与位于蜂窝壁1的中心所在的横向平面和竖向平面上。

支撑机构3为实心材料或发泡材料中的任一种所制成。

支撑机构3的高度为蜂窝壁高度的1/10～1/2。

本发明的蜂窝芯材制备的原理如下：

在传统的蜂窝孔格3中填充能支撑蜂窝壁1的材料，具体是聚乙烯醇树脂材料（详见实施例2中的S1），然后再根据支撑材料的种类比如非发泡型或硬质发泡型或柔性树脂来选择具体的工艺，一般是：加热、冷却、固化，然后通过水解使得该材料中的部分原料即聚乙烯醇层4全部水解溶出，剩余的原料固化成支撑机构，用于支撑蜂窝壁，使其受力更稳定。（图2仅仅是聚乙烯醇层4水解溶出的示意图，表示其与支撑机构3相分离，并不代表聚乙烯醇在溶出时的厚度等）。

实施例2

采用传统的制备工艺获得蜂窝芯材；

或者是采用ZL201610492628.7中的制造工艺，由热塑性塑料经挤出制备热塑性塑料平板，经由涂芯条胶、叠合、压制、切割、拉伸、定型、浸胶、固化、片切等工艺过程制备得到塑料蜂窝芯材；

本发明在实际的制备过程中，其工艺如下：

在通过以上的传统工艺制备的蜂窝芯材的基础上，填充以下的原料到蜂窝孔格中：

S1：以聚合度为1500，醇解度为90％左右聚乙烯醇粉料作为主要原料，其中聚乙烯醇粉组分为：聚乙烯醇60份、抗氧化剂1份、热稳定剂4份，流动性调节剂1.5份，熔体粘结增强剂0.3份，进行封端处理；

其中，抗氧化剂为：磷酸三丁酯；热稳定剂为硬脂酸钙；流动性调节剂聚乙二醇-2000；熔体粘结增强剂为C5石油树脂；以上的实施例4～8中所用的抗氧化剂、热稳定剂、流动性调节剂和熔体粘结增强剂与本实施例相同，若无特殊说明；

S2：按如下的工艺进行：

非发泡型支撑机构的制备：选择熔融温度在110℃左右的非发泡型树脂(也可以是非发泡型改性树脂)，将该树脂液或树脂粉末（95%）和固化剂（过氧化苯甲酰5%）填充于蜂窝孔格内，通过加热至110℃交联、冷却至常温固化，得到实心填充的支撑机构；

S3：将上述制备的带有支撑机构和固定层（封端树脂）的蜂窝芯材置于水溶液中，加热水解，直至其中的聚乙烯醇溶解完全，加热温度为90℃，得到具有内支撑的塑料蜂窝芯材。

聚乙烯醇水解之后所保留的是支撑机构。

实施例4～实施例8

与实施例1的不同在于，S1中各原料的重量份数不同，并且各原料分别如下表1、2所示：

表1 实施例4～8中的各原料的用量

实施例5中：除此之外，S2中，采用非发泡型材料：聚乙烯；

实施例6中：S2中，采用非发泡型材料：聚氯乙烯；

实施例7中：S2中，采用非发泡型材料：聚苯乙烯；

实施例8中：S2中，采用非发泡型材料：聚丙烯。

实施例9～13中：

实施例9：S2硬质发泡型：选择发泡温度在120℃左右的硬质树脂聚乙烯（90%），在该树脂液加入发泡剂（乙氧基化烷基硫酸钠，5%）、增韧剂（丙烯酸酯共聚物，3%）、固化剂（过氧化苯甲酸，2%），并充分搅拌，使其混合均匀。然后将其填充于蜂窝孔格内，通过低温（90-100℃）发泡或常温发泡固化，得到发泡填充的支撑层；

实施例10：采用发泡温度在120℃左右的硬质树脂聚氯乙烯；

实施例11：采用发泡温度在120℃左右的硬质树脂聚苯乙烯；

实施例12：采用发泡温度在120℃左右的硬质树脂聚丙烯。

实施例10～12中，其余与实施例9相同。

表2 实施例9中的各原料的用量

实施例14～15：

实施例14：S2 柔性发泡型：选择发泡温度在110℃左右的柔性树脂乙烯-乙烯醋酸酯（75%），在该树脂液加入发泡促进剂（氧化锌，5%）、发泡剂（偶氮二甲酰胺复合发泡剂，10%）、增韧剂（苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，5%）、固化剂（过氧化二异丙苯，5%），并充分搅拌，使其混合均匀。然后将其填充于蜂窝孔格结构内，通过低温发泡（＜120℃）或常温发泡固化，得到发泡填充的支撑层；

实施例15：S2中选择发泡温度在110℃左右的柔性树脂聚乙烯醚。其余与实施例14相同。

表2 实施例9～13中的各原料的用量

本发明最大的创新是在传统的蜂窝芯材的基础上，在其内部设置了支撑机构，本发明人所查阅到的专利文献，几乎都是在蜂窝壁上增强或改进；并未有在其内部增加支撑机构的文献披露。

本发明人选取了实施例1、9、14分别代表三种不同材料的支撑机构，来测试其性能，结果如下：

从以上表格中的数据可以看出，非发泡型材料作为支撑机构，其压缩强度较高，侧向压缩强度最大，是比较理想的材料；其余的硬质发泡材料或柔性发泡材料效果要次于实施例1中采用非发泡性材料。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

以上的实施例1～2中的支撑机构，还可以是多层的，但是本发明人发现一层或者是两层在生产过程中较为便捷和便利；另外，本发明中所提到的蜂窝孔格也可以是四边形，或者是圆形等形状，这样的也变换也落在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，包括蜂窝壁和由蜂窝壁围成的蜂窝孔格，其特征在于，在每个蜂窝孔格内部均有立体的支撑机构，该支撑机构与蜂窝孔格的形状相适应，支撑机构的侧面与蜂窝孔格相贴合。

2.如权利要求1所述的带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，其特征在于，支撑机构为实心结构或发泡结构；

优选的，支撑机构是由非发泡型材料、硬质发泡型材料或柔性发泡型材料制成的立体机构；

优选的，支撑机构是由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或其改性热塑性塑料中的任一种材料所制成的立体机构。

3.如权利要求1所述的带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，其特征在于，每个蜂窝孔格内部的支撑机构形状、大小和体积都相同；

每个蜂窝孔格内部的支撑机构的上顶面均在同一水平面上；

每个蜂窝孔格内部的支撑机构的下底面均在同一水平面上；

每个蜂窝孔格内部的支撑机构的上顶面和下底面相平行。

4.如权利要求1所述的带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，其特征在于，支撑机构的高度小于蜂窝壁的高度；优选的，支撑机构的高度为蜂窝壁高度的1/10～1/2。

5.如权利要求1～4中任所述的带内支撑的高强塑料蜂窝芯材，其特征在于，蜂窝孔格为六边形、菱形、圆形、三角形、矩形、正方形中的任一种。

6.如权利要求1所述的一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材的制备工艺，包括如下的步骤：

S1：在普通蜂窝芯材中注入以下的材料：聚乙烯醇树脂材料，进行封端处理；

S2：形成支撑机构：

（1）支撑材料为非发泡型：选择熔融温度在100～120℃的树脂，将该树脂液或树脂粉末填充于蜂窝孔格内，通过加热、冷却、固化工艺，得到实心填充的支撑机构；

（2）硬质发泡型：选择发泡温度在100～120℃的硬质树脂，在该树脂液加入表面活性剂、发泡剂、增韧剂、固化剂，并充分搅拌，使其混合均匀，然后将其填充于蜂窝孔格内，通过低温发泡或常温发泡技术固化，得到发泡填充的支撑机构；

（3）柔性发泡型：选择发泡温度在100～120℃的柔性树脂，在该柔性树脂中加入表面活性剂、发泡剂、增韧剂、固化剂，并充分搅拌，使其混合均匀，然后将其填充于蜂窝孔格内，通过低温发泡或常温发泡固化，得到发泡填充的支撑机构；

S3：水解：将上述制备的带有支撑机构和封端树脂的蜂窝芯材置于水溶液中，通过加热水解，直至聚乙烯醇溶解完全，得到具有内支撑的塑料蜂窝芯材。

7.如权利要求6所述的一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材的制备工艺，其特征在于：

S1中选择聚合度为1000～2000、醇解度为85～99％聚乙烯醇粉料作为主要原料，其中聚乙烯醇粉料组分为：聚乙烯醇50～70份、抗氧化剂0.5～1.5份、热稳定剂2～5份，流动性调节剂1～2份，熔体粘结增强剂0.1～0.5份，以上的份数为重量份数。

8.如权利要求6所述的一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材的制备工艺，其特征在于：

（1）中所述树脂液或树脂粉末为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的任一种；

（2）中所述树脂为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的任一种；

（3）中所述柔性树脂为乙烯-乙烯醋酸酯、聚乙烯醚中的任一种。

9.如权利要求6所述的一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材的制备工艺，其特征在于：S3中，加热水解，加热至温度为80～100℃。

10.如权利要求6所述的一种带内支撑的高强塑料蜂窝芯材的制备工艺，

蜂窝壁为热塑性塑料或其改性热塑性塑料中的任一种；

优选的为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物、聚砜、聚苯醚中的任一种。