CN111100442A - 一种复合板材料、及其制备方法和用途 - Google Patents

一种复合板材料、及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合板材料、及其制备方法和用途。所述复合板材料的组成包括骨架材料、增强纤维和粘接剂材料；所述骨架材料和增强纤维的质量比为1～2:1，所述粘接剂材料与增强纤维的质量比为1.5～2.5:1。本发明为了解决现有技术中，孔径为5mm～10mm的聚丙烯蜂窝板材所制成的夹层聚丙烯蜂窝板地板材料均达不到要求的力学性能的问题，本发明通过调整聚丙烯蜂窝板结构、制备工艺参数和纤维种类和用量，使得最终得到的复合板材料具有优异的力学性能，达到了使用要求。

Description

一种复合板材料、及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于客车内饰技术领域，具体涉及一种复合板材料、及其制备方法和用途。
背景技术
随着经济发展和社会进步，汽车用轻量环保材料已成为世界汽车制造的一个主流，需要开发更多的轻质材料替代传统的材料以满足汽车轻量环保、低排放的要求。随着生活水平的提高，人们对于公共交通工具的内部设计也更加看中。
目前，旅游巴士车用地板材料基本上都采用传统木质地板材料，如木板材料、木质胶合板材料，有些旅游巴士也采用竹木地板，使用这些传统材料存在如下的缺点：①这些材料都是对自然资源造成破坏，不符合国家环保的战略，因此需要寻求一种替代这些传统材料的轻质环保材料来解决传统材料在使用中带来的弊端。②传统材料容易受到来自地面的异物的冲击带来的噪声容易传递到乘员舱内，影响乘员的舒适性；③易受到来自地面反射热而导致舱内的温度升高，影响乘员的舒适性，随之开空调降低驾驶舱的温度，加大整车的排放量；④由于在工艺上，传统竹木地板会覆盖油漆和其他表面喷涂物，挥发性较强，VOC排放相对高，不利于环境保护和人们身体健康；⑤材料整体重量相对偏大，不符合整车轻量化的要求和趋势；⑥传统材料防潮性差，耐潮湿及耐水性不好，容易引起材料侵蚀和腐烂。
CN203974970U公开了一种客车用地板，从上到下依次包括上表层、中间层和下表层，所述上表层为连续玻纤增强聚氨酯微发泡泡沫板，所述中间层为聚氨酯泡沫板、PVC泡沫板、尼龙增强聚氨酯泡沫板或聚丙烯蜂窝板，所述下表层为连续玻纤增强聚氨酯微发泡泡沫板。所述客车用地板的力学性能较差。
CN103251242B公开了一种户外桌用聚丙烯蜂窝复合板材的制备工艺，包括如下步骤：把金属片放置在上下表面覆有PET无纺布的聚丙烯蜂窝芯材上，进行热预压；在上面板的背面均匀涂覆上双组份聚氨酯胶水，再放上聚丙烯蜂窝芯材，聚丙烯蜂窝芯材四周围上发泡PVC塑料包边条，然后涂上双组份聚氨酯胶水，并在聚丙烯蜂窝芯材的凹陷位置放入金属片，然后在金属片表面涂上双组份聚氨酯胶水，最后放上作为桌面板底面的下面板；上面板和下面板均为耐火板；再压合，裁切，封边。所述户外桌用聚丙烯蜂窝复合板材的力学性能较差。
因此，本领域亟需一种新型复合板材料，所述复合板材料同时具有轻量化、力学性能好、安装可靠性和防腐性能，且制备过程简单，可工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合板材料、及其制备方法和用途，所述复合板材料同时具有轻量化、力学性能好、安装可靠性和防腐性能。为了解决现有技术中，孔径为5mm～10mm的聚丙烯蜂窝板材所制成的夹层聚丙烯蜂窝板地板材料均达不到要求的力学性能的问题，本发明通过调整聚丙烯蜂窝板结构、制备工艺参数和纤维种类和用量，使得最终得到的复合板材料具有优异的力学性能，达到了使用要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种复合板材料，所述复合板材料的组成包括骨架材料、增强纤维和粘接剂材料；
所述骨架材料和增强纤维的质量比为1～2:1，例如1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1或1.9:1等。
所述粘接剂材料与增强纤维的质量比为1.5～2.5:1，例如1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2.0:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1或2.4:1等。
本发明通过调控骨架材料、增强纤维和粘接剂材料的质量比，使得本申请中调控骨架材料、增强纤维和粘接剂材料的用量达到最佳匹配，从而在具有轻量化、安装可靠性和防腐性能的前提下，提高了复合板材料的力学性能，达到了使用要求。
本发明中所述骨架材料和增强纤维的质量比小于1:1时，增强纤维过多会导致本体结构达不到要求；所述骨架材料和增强纤维的质量比大于2:1时，增强纤维过少强度下降。
本发明中为了保证骨架材料与其他各部分粘接牢靠，粘接剂与骨架材料用量比为(1.1～1.5):1。
优选地，所述复合板材料的原料组成包括以下组分：
骨架材料 1400g/m2～1600g/m2
增强纤维 900g/m2～1100g/m2
粘接剂材料 1800g/m2～2200g/m2。
所述骨架材料的用量例如1420g/m2、1450g/m2、1480g/m2、1500g/m2、1520g/m2、1550g/m2、1560g/m2、1580g/m2或1590g/m2等；所述增强纤维的用量例如920g/m2、950g/m2、980g/m2、1000g/m2、1020g/m2、1050g/m2、1060g/m2、或1080g/m2等；所述粘接剂材料的用量例如1820g/m2、1850g/m2、1880g/m2、1900g/m2、1950g/m2、2000g/m2、2050g/m2、2100g/m2或2150g/m2等。
优选地，所述粘接剂材料为双组份聚氨酯发泡材料。
优选地，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1～1:2.5，例如1:1.2、1:1.4、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2或1:2.4等。
优选地，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)中的任意一种。
优选地，所述的多元醇包括聚酯型多元醇和聚醚型多元醇。
本发明所述的多元醇包括聚酯型多元醇和聚醚型多元醇，均为常见原料
优选地，所述蜂窝状的骨架材料为高分子材料，优选为聚丙烯蜂窝骨架。
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架为单层结构。
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为15mm～20mm，例如15.2mm、15.5mm、16mm、16.5mm、16.8mm、17mm、17.5mm、18mm、18.5mm、19mm或19.5mm等。
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的蜂窝孔直径为5～10mm，例如5.2mm、5.5mm、6mm、6.5mm、6.8mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm或9.5mm等。
优选地，所述增强纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维和丙纶纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述增强纤维为一种或几种长纤维材料编制布，优选长纤维材料的长度为0.9～2.7mm，例如1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm或2.6mm等。
或，一种或几种短纤维针刺无纺布，优选短纤维的长度为0.2～0.8mm，例如0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm或0.7mm等。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述复合板材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在骨架材料两侧铺设增强纤维，然后浇注粘接剂材料，得到半成品；
(2)对所述半成品进行加热加压处理，得到复合板材料。
本发明在制备过程中，根据材料的组成进行温度、压力和时间等相关参数的调控，使得制备得到的复合板材料具有良好的力学性能。
优选地，步骤(2)所述加热加压处理的温度为100℃～120℃，例如102℃、105℃、108℃、110℃、112℃、115℃或118℃等。
本发明所述加热加压处理的温度过高或过低会导致骨架材料和胶粘剂失效。
优选地，所述加热加压处理的压力为5MPa～15MPa，例如6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa或14MPa等。
本发明所述加热加压处理的压力小于5MPa时，无法成型；所述加热加压处理的压力大于15MPa时，材料宏观破坏。
优选地，所述加热加压处理的时间为3min～10min，例如4min、5min、6min、7min、8min或9min等。
优选地，所述加热加压处理在压力机上进行。
优选地，步骤(1)所述骨架材料为聚丙烯蜂窝骨架。
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架为单层结构。
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为15mm～20mm，例如15.2mm、15.5mm、16mm、16.5mm、16.8mm、17mm、17.5mm、18mm、18.5mm、19mm或19.5mm等。
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的蜂窝孔直径为5～10mm，例如5.2mm、5.5mm、6mm、6.5mm、6.8mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm或9.5mm等。
优选地，步骤(1)所述增强纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维和丙纶纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述增强纤维为一种或几种长纤维材料编制布，优选长纤维材料的长度为0.9～2.7mm，例如1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm或2.6mm等。
或，一种或几种短纤维针刺无纺布，优选短纤维的长度为0.2～0.8mm，例如0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm或0.7mm等。
优选地，步骤(1)所述粘接剂材料为双组份聚氨酯发泡材料。
优选地，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1～1:2.5，例如1:1.2、1:1.4、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2或1:2.4等。
作为优选技术方案，本发明所述一种复合板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在用量为1400g/m2～1600g/m2的聚丙烯蜂窝骨架两侧铺设用量为900g/m2～1100g/m2的增强纤维，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为15mm～20mm，孔直径为5～10mm，然后浇注用量为1800g/m2～2200g/m2的双组份聚氨酯发泡材料，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1～1:2.5，得到半成品；
(2)将所述半成品在压力机上进行加热加压处理，所述加热加压处理的压力为5MPa～15MPa，温度为100℃～120℃，时间为3min～10min，得到复合板材料。
本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述复合板材料的用途，所述材料可用于旅游车巴士地板、商用客车地板、摆渡车(电动或燃油)地板和厢式货车地板及箱体中的任意一种或至少两种的组合。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过调控骨架材料、增强纤维和粘接剂材料的质量比，使得本申请中调控骨架材料、增强纤维和粘接剂材料的用量达到最佳匹配，从而在具有轻量化、安装可靠性和防腐性能的前提下，提高了复合板材料的力学性能，达到了使用要求。
(2)本发明在制备过程中，根据材料的组成进行温度、压力和时间等相关参数的调控，使得制备得到的复合板材料具有良好的力学性能。
附图说明
图1是本发明具体实施例1所述玻璃纤维无纺布图片；
图2是本发明具体实施例1所述聚丙烯蜂窝骨架图片；
图3是本发明具体实施例1得到的复合板材料成品图片。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种复合板材料的制备方法包括如下步骤：
(1)采用用量为1400g/m2的聚丙烯蜂窝骨架两侧铺设用量为900g/m2的玻璃纤维无纺布(长度为1.5mm的长纤维编制而成)，要求铺平均匀、没有材料堆积等现象，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为17mm，孔直径为8mm，然后浇注用量为1800g/m2的双组份聚氨酯发泡材料，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:2，得到半成品；所述玻璃纤维无纺布的图片如图1所示，所述聚丙烯蜂窝骨架的图片如图2所示；
(2)将所述半成品在压力机上进行加热加压处理，所述加热加压处理的压力为10MPa，温度为110℃，时间为6min，得到复合板材料，所述复合板材料的成品图如图3所示。
实施例2
与实施例1的区别在于，步骤(2)所述加热加压处理的温度为100℃。
实施例3
与实施例1的区别在于，步骤(2)所述加热加压处理的温度为120℃。
实施例4
与实施例1的区别在于，步骤(2)所述加热加压处理的压力为5MPa。
实施例5
与实施例1的区别在于，步骤(2)所述加热加压处理的压力为15MPa。
实施例6
一种复合板材料的制备方法包括如下步骤：
(1)采用用量为1500g/m2的聚丙烯蜂窝骨架两侧铺设用量为1000g/m2的芳纶纤维，要求铺平均匀、没有材料堆积等现象，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为18mm，孔直径为7mm，然后浇注用量为2000g/m2的双组份聚氨酯发泡材料，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:2.2，得到半成品；
(2)将所述半成品在压力机上进行加热加压处理，所述加热加压处理的压力为12MPa，温度为100℃，时间为8min，得到复合板材料。
实施例7
一种复合板材料的制备方法包括如下步骤：
(1)采用用量为1600g/m2的聚丙烯蜂窝骨架两侧铺设用量为1100g/m2的丙纶纤维无纺布，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为16mm，孔直径为9mm，然后浇注用量为2200g/m2的双组份聚氨酯发泡材料，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1.8，得到半成品；
(2)将所述半成品在压力机上进行加热加压处理，所述加热加压处理的压力为7MPa，温度为110℃，时间为10min，得到复合板材料。
对比例1
与实施例1的区别在于，步骤(1)所述聚丙烯蜂窝骨架的用量为800g/m2，即得到的复合板材料中聚丙烯蜂窝骨架与玻璃纤维针刺无纺布的质量比为8:9。
对比例2
与实施例1的区别在于，步骤(1)所述聚丙烯蜂窝骨架的用量为2000g/m2，即得到的复合板材料中聚丙烯蜂窝骨架与玻璃纤维针刺无纺布的质量比为20:9。
性能测试：
将制备得到的复合板材料进行如下性能测试：
(1)力学性能试验：在拉力试验机中测试复合板材料的弯曲强度和弯曲模量；
(2)形变试验：将复合板材料在高低温实验箱中进行湿度为95％温度为50℃的耐湿热试验24，然后进行温度为80℃/168h的耐热试验，最后进行-40℃，168h的耐低温试验，观察试验后的复合板材料有没有发生变形、层间没有分离现象产生；
(3)承载试验：在1.5m2承受1000kg载荷，测试复合板材料是否发生破坏，及变形量。
表1
Figure BDA0002338179170000101
通过表1可以看出，采用本设计结构的地板材料弯曲强度均大于12MPa(最高可达19MPa)、弯曲模量≥1300N/m2(最高可达1950N/m2)，同时在1.5m2承受1000kg载荷变形量≤3.0mm(最小可达1.8mm)，说明本发明的方法制得的地板材料具有较好的机械强度，满足实用化要求。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合板材料，其特征在于，所述复合板材料的组成包括蜂窝状的骨架材料、增强纤维和粘接剂材料；
所述骨架材料和增强纤维的质量比为1～2:1，所述粘接剂材料与增强纤维的质量比为1.5～2.5:1。
2.如权利要求1所述的复合板材料，其特征在于，所述复合板材料的原料组成包括以下组分：
骨架材料 1400g/m2～1600g/m2
增强纤维 900g/m2～1100g/m2
粘接剂材料 1800g/m2～2200g/m2。
3.如权利要求1或2所述的复合板材料，其特征在于，所述粘接剂材料为双组份聚氨酯发泡材料；
优选地，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1～1:2.5；
优选地，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种；
优选地，所述多元醇包括聚醚多元醇与聚酯多元醇。
4.如权利要求1-3之一所述的复合板材料，其特征在于，所述蜂窝状的骨架材料为高分子材料，优选为聚丙烯蜂窝骨架；
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架为单层结构；
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为15mm～20mm；
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的蜂窝孔直径为5～10mm。
5.如权利要求1-4之一所述的复合板材料，其特征在于，所述增强纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维和丙纶纤维中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述增强纤维为一种或几种长纤维材料编制布，优选长纤维材料的长度为0.9～2.7mm；
或，一种或几种短纤维针刺无纺布，优选短纤维的长度为0.2～0.8mm。
6.一种如权利要求1-5之一所述复合板材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在骨架材料两侧铺设增强纤维，然后浇注粘接剂材料，得到半成品；
(2)对所述半成品进行加热加压处理，得到复合板材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述加热加压处理的温度为100℃～120℃；
优选地，所述加热加压处理的压力为5MPa～15MPa；
优选地，所述加热加压处理的时间为3min～10min；
优选地，所述加热加压处理在压力机上进行。
8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述骨架材料为聚丙烯蜂窝骨架；
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架为单层结构；
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为15mm～20mm；
优选地，所述聚丙烯蜂窝骨架的蜂窝孔直径为5～10mm；
优选地，步骤(1)所述增强纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维和丙纶纤维中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述增强纤维为一种或几种长纤维材料编制布，优选长纤维材料的长度为0.9～2.7mm；
或，一种或几种短纤维针刺无纺布，优选短纤维的长度为0.2～0.8mm；
优选地，步骤(1)所述粘接剂材料为双组份聚氨酯发泡材料；
优选地，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1～1:2.5。
9.如权利要求6-8之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在用量为1400g/m2～1600g/m2的聚丙烯蜂窝骨架两侧铺设用量为900g/m2～1100g/m2的增强纤维，所述聚丙烯蜂窝骨架的厚度为15mm～20mm，孔直径为5～10mm，然后浇注用量为1800g/m2～2200g/m2的双组份聚氨酯发泡材料，所述双组份聚氨酯发泡材料中异氰酸酯和多元醇的体积比为1:1～1:2.5，得到半成品；
(2)将所述半成品在压力机上进行加热加压处理，所述加热加压处理的压力为5MPa～15MPa，温度为100℃～120℃，时间为3min～10min，得到复合板材料。
10.一种如权利要求1-5之一所述复合板材料的用途，其特征在于，所述复合板材料为车用地板，优选包括旅游车巴士地板、商用客车地板、摆渡车地板和厢式货车地板及箱体中的任意一种或至少两种的组合。
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