CN111559153A - 一种聚氨酯纤维增强结构板材及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚氨酯纤维增强结构板材技术领域，公开了一种聚氨酯纤维增强结构板材及其制作工艺，聚氨酯纤维增强结构板材包括发泡层和装饰层，发泡层的上下部分别设置有连续编织纤维层，位于发泡层上部的连续编织纤维层为上部连续编织纤维层，位于发泡层下部的连续编织纤维层为下部连续编织纤维层，装饰层设置在上部连续编织纤维层上，发泡层是由聚氨酯发泡料通过发泡形成的成形体，聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇40‑60份、异氰酸酯40‑60份、长纤维10‑30份、填料10‑30份、偶联剂3‑6份、阻燃剂8‑20份、无机色粉3‑6份和助剂3‑6份；本发明提供的一种聚氨酯纤维增强结构板材及其制作工艺，弯曲强度以及握钉力都有很大提升，生产成本低，适合推广使用。

Description

一种聚氨酯纤维增强结构板材及其制作工艺
技术领域
本发明涉及聚氨酯纤维增强结构板材技术领域，具体涉及一种聚氨酯纤维增强结构板材及其制作工艺。
背景技术
随着社会的不断发展，以及不同应用场景对材料不同要求的不断提高，传统的高分子工程材料已经很难满足市场的需求。材料市场正从传统的高分子材料往复合材料方向发展。
传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板是通过特殊的成型工艺将增强板材上下复合多层连续纤维，存在着以下问题：
1、传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板由于采用的是连续纤维增强，所以真正提供产品握钉力的是由发泡材料本身强度与纤维层提供的，由于发泡料本身密度只有500kg/m左右，所以强度较为薄弱。蜂窝结构的嵌入，虽然对产品提供了一定的压缩支撑性能。但同时也使得发泡层面被蜂窝进行了若干窝孔隔断。如果蜂窝材质选择为非极性的高分子材质，还将存在一个蜂窝与发泡料的一个界面结合力的问题，再加上纤维层数少，所以产品的握钉力很难得到提升。
2、传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲强度在不增加连续纤维添加量的情况下是很难得到提升的。因为传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲强度是由多层连续纤维提供，其本身发泡材料由于蜂窝的嵌入对发泡层进行了多孔隔断，且蜂窝弯曲强度又非常弱，且聚氨酯与蜂窝材质存在着界面结合力的问题，所以产品发泡料层的弯曲强度反而减少。
3、传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板由于连续纤维的定向添加使得板材成型过程中容易发生应力变形，大大增加了成型的难度。
4、传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板中的蜂窝结构属于二次加工使用，在产品成型的过程中需要通过特殊的工艺将蜂窝一体成型到产品中，因此，大大增加产品成型难度与复杂性以及产品的原料成本。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种聚氨酯纤维增强结构板材、复合板结构及二者的制作工艺，聚氨酯纤维增强结构板材的弯曲强度以及握钉力都有很大提升，且成型工艺难度及复杂性降低，生产成本低，适合推广使用。
本发明所采用的技术方案为：
如图1所示，一种聚氨酯纤维增强结构板材，包括发泡层和装饰层，所述发泡层的上下部分别设置有连续编织纤维层，位于发泡层上部的连续编织纤维层为上部连续编织纤维层，位于发泡层下部的连续编织纤维层为下部连续编织纤维层，所述装饰层设置在上部连续编织纤维层上，所述发泡层是由聚氨酯发泡料通过发泡形成的成形体，所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇40-60份、异氰酸酯40-60份、长纤维10-30份、填料10-30份、偶联剂3-6份、阻燃剂8-20份、无机色粉3-6份和助剂3-6份。
由于本聚氨酯纤维增强结构板材在产品成型过程中加入了长纤维，所以产品的弯曲强度与压缩强度得到了很大的提升，而且大大降低了产品的变形率。此外，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板握钉力一般在450N-726N之间，本聚氨酯纤维增强结构板材由于在发泡层中加入了长纤维，加之在发泡层的上下部设置有连续编织纤维层，上述力学结构的结合设计使得本聚氨酯纤维增强结构板材的握钉力在714N-1428N之间，本聚氨酯纤维增强结构板材采用长纤维和连续纤维结合的方式，相对于传统的只采用连续纤维增强的方式，握钉力得到了很高的提升。本聚氨酯纤维增强结构板材本身内部就有长纤维增强以及相应的填充料，使得板材整体力学性能更加优异，成本更加低廉，从而更具市场竞争力。
具体的，由于传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲强度是由多层连续纤维提供，其本身发泡材料由于蜂窝的嵌入对发泡层进行了多孔隔断，且蜂窝弯曲强度又非常弱，且聚氨酯与蜂窝材质存在着界面结合力的问题，所以产品发泡料层的弯曲强度反而减少，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲性能为12.7MPA，本聚氨酯纤维增强结构板材的弯曲性能为25.4MPA，弯曲性能得到很大程度的提升。
此外，由于本板材是经过高压发泡反应之后熟化定型而成，所以隔音隔热；连续编织纤维层和长纤维的结合设计，使得本聚氨酯纤维增强结构板材各方面的力学性能优越。
需要说明的是，本产品采用的模具成型，本产品的形状可以自由设计，以满足不同的使用场景，且本产品的具体设计中连续编织纤维层的层数可以根据实际力学需求进行灵活的添加和设计，以满足不同的使用需求。也即是，产品的形状以及力学结构可以根据需要自由设计，以满足不同场景的应用需求，适应性广。
需要说明的是，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板由于连续纤维的定向添加使得板材成型过程中容易发生应力变形，大大增加了成型的难度，而本聚氨酯纤维增强结构板材由于无序长纤维和连续纤维的结合，成型过程中不容易发生应力变形，成型效果好，成品率也得到很大程度的提升。
需要说明的是，聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板中的蜂窝结构属于二次加工使用，在产品成型的过程中需要通过特殊的工艺将蜂窝一体成型到产品中，所以大大增加产品成型难度与复杂性以及产品的原料成本。由于本聚氨酯纤维增强结构板材成型过程中，长纤维作为聚氨酯发泡料的组分，在浇注的同时混合注模，大大降低了成型工艺的难度与产品的材料成本。
进一步的，所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇40份、异氰酸酯40份、长纤维10份、填料10份、偶联剂3份、阻燃剂8份、无机色粉3份和助剂3份。
进一步的，所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇60份、异氰酸酯60份、长纤维30份、填料30份、偶联剂6份、阻燃剂20份、无机色粉6份和助剂6份。
进一步的，所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇50份、异氰酸酯50份、长纤维20份、填料20份、偶联剂5份、阻燃剂14份、无机色粉5份和助剂5份。
需要说明的是，助剂为分散剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、活性剂、渗透剂、调色剂和悬浮剂中的至少一种。
进一步的，为了更好的提高产品的弯曲强度和压缩强度，同时提高握钉力，提升产品质量，所述发泡层中以分散状态含有长纤维和泡，所述长纤维的长度为20mm-40mm。
进一步的，所述长纤维或连续编织纤维层选自有机纤维或无机纤维。
比如所述长纤维或连续编织纤维层选自人造纤维、金属合金丝、芳纶纤维、石英纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或植物纸质纤维中的一种或几种。
进一步的，所述装饰层包括从下至上依次设置的聚氨酯底漆层和聚氨酯模内漆层。
由于聚氨酯纤维增强结构板材，户外长期使用性强，不仅节约资源，同时还经久耐用，且能够二次回收利用，很好的解决实木匮乏的难题。
热固性发泡层的设置，拥有比原木更好的尺寸稳定性、防腐蚀性，防虫、防潮，材料的利用率高，极低的VOCs释放，环境友好，可回收再用。
本聚氨酯纤维增强结构板材采用了的聚氨酯发泡料，因聚氨酯发泡材料当中无序长纤维的添加以及长纤维的均匀分布，具体的，可以采用长玻璃纤维，大幅提高成型产品的拉伸强度和弯曲强度，使得产品收缩不到万分之一。
本发明还提供一种聚氨酯纤维增强结构板材的制作工艺，包括以下工艺步骤：
A、向模具内喷涂脱模剂；
B、待脱模剂实干后，依次向模具内喷涂聚氨酯模内漆与聚氨酯底漆；
C、待漆膜实干后，铺设上部连续编织纤维层；
D、浇注聚氨酯发泡料：
按以下配方组份及含量进行调机设置：聚醚多元醇40-60份、异氰酸酯40-60份、长纤维10-30份、填料10-30份、偶联剂3-6份、阻燃剂8-20份、无机色粉3-6份和助剂3-6份，将以上配料通过混合装置均匀混合形成聚氨酯发泡料，最后注入模具中；
E、聚氨酯发泡料浇注完成后，在其上部铺设下部连续编织纤维层；
F、合模熟化；
G、脱模，清理模具；
H、去除多余的溢料飞边，得到聚氨酯纤维增强结构板材。
由于本聚氨酯纤维增强结构板材成型过程中，长纤维作为聚氨酯发泡料的组分，在浇注的同时混合注模，大大降低了成型工艺的难度与产品的材料成本。
本发明的有益效果为：由于本聚氨酯纤维增强结构板材在产品成型过程中加入了长纤维，所以产品的弯曲强度与压缩强度得到了很大的提升，而且大大降低了产品的变形率。此外，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板握钉力一般在450N-726N之间，本聚氨酯纤维增强结构板材由于在发泡层中加入了长纤维，加之在发泡层的上下部设置有连续编织纤维层，上述力学结构的结合设计使得本聚氨酯纤维增强结构板材的握钉力在714N-1428N之间，本聚氨酯纤维增强结构板材采用长纤维和连续纤维结合的方式，相对于传统的只采用连续纤维增强的方式，握钉力得到了很高的提升。本聚氨酯纤维增强结构板材本身内部就有长纤维增强以及相应的填充料，使得板材整体力学性能更加优异，成本更加低廉，从而更具市场竞争力。
具体的，由于传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲强度是由多层连续纤维提供，其本身发泡材料由于蜂窝的嵌入对发泡层进行了多孔隔断，且蜂窝弯曲强度又非常弱，且聚氨酯与蜂窝材质存在着界面结合力的问题，所以产品发泡料层的弯曲强度反而减少，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲性能为12.7MPA，本聚氨酯纤维增强结构板材的弯曲性能为25.4MPA，弯曲性能得到很大程度的提升。
此外，由于本板材是经过高压发泡反应之后熟化定型而成，所以隔音隔热；连续编织纤维层和长纤维的结合设计，使得本聚氨酯纤维增强结构板材各方面的力学性能优越。
需要说明的是，本产品采用的模具成型，本产品的形状可以自由设计，以满足不同的使用场景，且本产品的具体设计中连续编织纤维层的层数可以根据实际力学需求进行灵活的添加和设计，以满足不同的使用需求。也即是，产品的形状以及力学结构可以根据需要自由设计，以满足不同场景的应用需求，适应性广。
需要说明的是，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板由于连续纤维的定向添加使得板材成型过程中容易发生应力变形，大大增加了成型的难度，而本聚氨酯纤维增强结构板材由于无序长纤维和连续纤维的结合，成型过程中不容易发生应力变形，成型效果好，成品率也得到很大程度的提升。
需要说明的是，聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板中的蜂窝结构属于二次加工使用，在产品成型的过程中需要通过特殊的工艺将蜂窝一体成型到产品中，所以大大增加产品成型难度与复杂性以及产品的原料成本。由于本聚氨酯纤维增强结构板材成型过程中，长纤维作为聚氨酯发泡料的组分，在浇注的同时混合注模，大大降低了成型工艺的难度与产品的材料成本。
附图说明
图1是本发明中聚氨酯纤维增强结构板材的结构示意图。
图中：发泡层1；上部连续编织纤维层2；下部连续编织纤维层3；聚氨酯底漆层4；聚氨酯模内漆层5。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种聚氨酯纤维增强结构板材，包括发泡层1和装饰层，发泡层1的上下部分别设置有连续编织纤维层，位于发泡层1上部的连续编织纤维层为上部连续编织纤维层2，位于发泡层1下部的连续编织纤维层为下部连续编织纤维层3，装饰层设置在上部连续编织纤维层2上，发泡层1是由聚氨酯发泡料通过发泡形成的成形体，聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇50份、异氰酸酯50份、长纤维20份、填料20份、偶联剂5份、阻燃剂14份、无机色粉5份和助剂5份。
需要说明的是，助剂为分散剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、活性剂、渗透剂、调色剂和悬浮剂中的至少一种，本实施例中选择分散剂。
由于本聚氨酯纤维增强结构板材在产品成型过程中加入了长纤维，所以产品的弯曲强度与压缩强度得到了很大的提升，而且大大降低了产品的变形率。此外，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板握钉力一般在450N-726N之间，本聚氨酯纤维增强结构板材由于在发泡层中加入了长纤维，加之在发泡层的上下部设置有连续编织纤维层，上述力学结构的结合设计使得本聚氨酯纤维增强结构板材的握钉力在714N-1428N之间，本聚氨酯纤维增强结构板材采用长纤维和连续纤维结合的方式，相对于传统的只采用连续纤维增强的方式，握钉力得到了很高的提升。本聚氨酯纤维增强结构板材本身内部就有长纤维增强以及相应的填充料，使得板材整体力学性能更加优异，成本更加低廉，从而更具市场竞争力。
具体的，由于传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲强度是由多层连续纤维提供，其本身发泡材料由于蜂窝的嵌入对发泡层进行了多孔隔断，且蜂窝弯曲强度又非常弱，且聚氨酯与蜂窝材质存在着界面结合力的问题，所以产品发泡料层的弯曲强度反而减少，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板的弯曲性能为12.7MPA，本聚氨酯纤维增强结构板材的弯曲性能为25.4MPA，弯曲性能得到很大程度的提升。
此外，由于本板材是经过高压发泡反应之后熟化定型而成，所以隔音隔热；连续编织纤维层和长纤维的结合设计，使得本聚氨酯纤维增强结构板材各方面的力学性能优越。
需要说明的是，本产品采用的模具成型，本产品的形状可以自由设计，以满足不同的使用场景，且本产品的具体设计中连续编织纤维层的层数可以根据实际力学需求进行灵活的添加和设计，以满足不同的使用需求。也即是，产品的形状以及力学结构可以根据需要自由设计，以满足不同场景的应用需求，适应性广。
需要说明的是，传统聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板由于连续纤维的定向添加使得板材成型过程中容易发生应力变形，大大增加了成型的难度，而本聚氨酯纤维增强结构板材由于无序长纤维和连续纤维的结合，成型过程中不容易发生应力变形，成型效果好，成品率也得到很大程度的提升。
需要说明的是，聚氨酯连续纤维加蜂窝结构增强复合板中的蜂窝结构属于二次加工使用，在产品成型的过程中需要通过特殊的工艺将蜂窝一体成型到产品中，所以大大增加产品成型难度与复杂性以及产品的原料成本。由于本聚氨酯纤维增强结构板材成型过程中，长纤维作为聚氨酯发泡料的组分，在浇注的同时混合注模，大大降低了成型工艺的难度与产品的材料成本。
实施例2：
本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化。
聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇40份、异氰酸酯40份、长纤维10份、填料10份、偶联剂3份、阻燃剂8份、无机色粉3份和助剂3份。
实施例3：
本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化。
所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇60份、异氰酸酯60份、长纤维30份、填料30份、偶联剂6份、阻燃剂20份、无机色粉6份和助剂6份。
实施例4：
本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化。
为了更好的提高产品的弯曲强度和压缩强度，同时提高握钉力，提升产品质量，发泡层1中以分散状态含有长纤维和泡，长纤维的长度为20mm-40mm。本实施例中，长纤维的长度选择30mm。
实施例5：
本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化。
长纤维或连续编织纤维层选自有机纤维或无机纤维。比如长纤维或连续编织纤维层选自人造纤维、金属合金丝、芳纶纤维、石英纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或植物纸质纤维中的一种或几种。本实施例中，长纤维采用玻璃纤维，玻璃纤维的长度为30mm，连续编织纤维层采用芳纶纤维。
实施例6：
本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化。
为了达到较好的外观效果，装饰层包括从下至上依次设置的聚氨酯底漆层4和聚氨酯模内漆层5。
由于聚氨酯纤维增强结构板材，经久耐用，户外长期使用性强，不仅节约资源，同时还经久耐用，且能够二次回收利用，很好的解决实木匮乏的难题。
热固性发泡层的设置，拥有比原木有更好的尺寸稳定性、防腐蚀性，防虫、防潮，材料的利用率高，极低的VOCs释放，环境友好，可回收再用。
本聚氨酯纤维增强结构板材采用了的聚氨酯发泡料，因聚氨酯发泡材料当中无序长纤维的添加以及长纤维的均匀分布，具体的，可以采用长玻璃纤维，大幅提高成型产品的拉伸强度和弯曲强度，使得产品收缩不到万分之一，赋予了更高的产品阻燃性能与高跨距性能，且具有更好的耐候性。
实施例7：
本实施例还提供一种聚氨酯纤维增强结构板材的制作工艺，包括以下工艺步骤：
A、向模具内喷涂脱模剂；
B、待脱模剂实干后，依次向模具内喷涂聚氨酯模内漆与聚氨酯底漆，分别形成聚氨酯模内漆层5和聚氨酯底漆层4；
C、待漆膜实干后，铺设上部连续编织纤维层2；
D、浇注聚氨酯发泡料：
按以下配方组份及含量进行调机设置：聚醚多元醇50份、异氰酸酯50份、长纤维20份、填料20份、偶联剂5份、阻燃剂14份、无机色粉5份和助剂5份，将以上配料通过混合装置均匀混合形成聚氨酯发泡料，最后注入模具中；
E、聚氨酯发泡料浇注完成后，在其上部铺设下部连续编织纤维层3；
F、合模熟化；
G、脱模，清理模具；
H、去除多余的溢料飞边，得到聚氨酯纤维增强结构板材。
需要说明的是，步骤D中，预制聚氨酯发泡料，其中也可以按照实施例2或实施例3中的组分配比进行配料。
由于本聚氨酯纤维增强结构板材成型过程中，长纤维作为聚氨酯发泡料的组分，在浇注的同时混合注模，大大降低了成型工艺的难度与产品的材料成本。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：包括发泡层和装饰层，所述发泡层的上下部分别设置有连续编织纤维层，位于发泡层上部的连续编织纤维层为上部连续编织纤维层，位于发泡层下部的连续编织纤维层为下部连续编织纤维层，所述装饰层设置在上部连续编织纤维层上，所述发泡层是由聚氨酯发泡料通过发泡形成的成形体，所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇40-60份、异氰酸酯40-60份、长纤维10-30份、填料10-30份、偶联剂3-6份、阻燃剂8-20份、无机色粉3-6份和助剂3-6份。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇40份、异氰酸酯40份、长纤维10份、填料10份、偶联剂3份、阻燃剂8份、无机色粉3份和助剂3份。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇60份、异氰酸酯60份、长纤维30份、填料30份、偶联剂6份、阻燃剂20份、无机色粉6份和助剂6份。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：所述聚氨酯发泡料由如下重量份数的各组分组成：聚醚多元醇50份、异氰酸酯50份、长纤维20份、填料20份、偶联剂5份、阻燃剂14份、无机色粉5份和助剂5份。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：所述发泡层中以分散状态含有长纤维和泡，所述长纤维的长度为20mm-40mm。
6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：所述长纤维或连续编织纤维层选自有机纤维或无机纤维。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维增强结构板材，其特征在于：所述装饰层包括从下至上依次设置的聚氨酯底漆层和聚氨酯模内漆层。
8.一种聚氨酯纤维增强结构板材的制作工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
A、向模具内喷涂脱模剂；
B、待脱模剂实干后，依次向模具内喷涂聚氨酯模内漆与聚氨酯底漆；
C、待漆膜实干后，铺设连续编织纤维层；
D、浇注聚氨酯发泡料：
按以下配方组份及含量进行调机设置：聚醚多元醇40-60份、异氰酸酯40-60份、长纤维10-30份、填料10-30份、偶联剂3-6份、阻燃剂8-20份、无机色粉3-6份和助剂3-6份，将以上配料通过混合装置均匀混合形成聚氨酯发泡料，最后注入模具中；
E、聚氨酯发泡料浇注完成后，在其上部铺设连续编织纤维层；
F、合模熟化；
G、脱模，清理模具；
H、去除多余的溢料飞边，得到聚氨酯纤维增强结构板材。
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