CN111607901A - 一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，属于装饰板制备技术领域。本发明以富含纤维成分的棉杆皮为原料，棉杆皮纤维是天然纤维素纤维，是一种多元醇，而聚磷酸铵能促使多元醇成炭，聚磷酸铵在燃烧受热时释放出的磷酸或多磷酸能与羟基反应生成磷酸酯，磷化纤维素分解时释放出阻燃的二氧化碳和水，而配糖体的分裂被抑制，由于发生脱水反应，固体渣中就含有大量的不饱和物，防止燃烧进一步发生，提高了本发明内饰板的阻燃性能；本发明还将聚乳酸和溶剂以及滑石粉和三烯丙基异氰脲酸酯混合后得到改性聚乳酸溶液，本发明加入的滑石粉可以显著提高聚乳酸的刚性、同时还能提高其耐热性，使得本发明制得的内饰板的耐高温性和力学强度变高。

Description

一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法
技术领域
本发明公开了一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，属于装饰板制备技术领域。
背景技术
随着世界经济的高速发展和人民生活水平的稳步提高，汽车作为人类社会的一种代步工具，把人们带入现代化的文明社会。汽车工业的迅速发展也带动了相关行业的发展，其中汽车内饰材料就呈蓬勃发展之势。
汽车内饰是汽车的一个重要组成部分，通常要求具有美观、柔软、舒适、保暖、弹性好、无异味等特点。一般，汽车内饰复合板的制备方法包括加热烘烤、熔融挤出、由模压设备压制成型、将板材与无纺布熔合。因为模压设备拉伸比较大，所以要求汽车内饰板材具有良好的韧性，保证成型过程中板材及表层不会破裂或拉白。
为适应现代化的需要，汽车内饰板材料正朝着轻量化、功能化、绿色环保化及低成本与高质量方向发展。传统的汽车内饰材料多用钢铁、木材等材料制成，质量大，强度低。随着科技的不断进步和人类环保意识日益增强，一些材质安全、加工方便、高性能并可回收利用的新型材料逐渐代替了传统材料。聚丙烯材料，一种工程热塑材料，由于具有密度低、初性好、强度大、耐腐烛、成本低等优点，使其目前广泛应用于汽车内饰件中。但是，单纯的聚丙烯材料也存在一定的问题，如冲击强度较差、不耐老化、耐刮擦性能不良等。目前市场常用的聚乳酸汽车内饰板材力学强度不够，耐高温性能偏低，阻燃性较差。
材料的耐热性主要取决于増强材料和基体材料的耐热性能及复合体系的性质。合理有效地选择基体材料和增强材料，并加入合适的交联剂等，能够改善复合材料的耐热性能。耐热复合材料的作用机理是将材料置于高温高压气流的冲刷中，烧蚀复合材料发生热解、气化、烙化、升华等作用，材料的表面会发生质量迁移现象，进而转移大量热量从而达到耐高温的目的，最终对材料的内部起到保护的作用。
当今汽车工业普遍采用的塑料板材种类中，作为构成汽车的塑代钢的重要轻量化材料一玻璃纤维复合材料，与汽车节能、环保、安全有着密切的关系。采用玻璃纤维复合材料制造汽车车身壳体及其他相关部件，是汽车轻量化最有效的途径之一。轻质的玻璃纤维增强型聚丙巧板材正日渐占据主导地位，这种复合板材已用于制造车顶内衬、小搁板、遮阳板、口板、仪表板等。
郭伟娜等人用黄麻纤维拉作为增强体与聚乳酸进行复合，通过模压成型工艺制得了精细化黄麻纤维程增强聚乳酸的复合材料。对成型工艺参数进行了初步的探索，并对材料的力学性能、拉伸断口进行了测试与分析。断口分析发现，黄麻毡内纤维与PLA基体的界面粘结性并不好，在后续的研究中，需要对纤维做表面处理。
因此，发明一种力学强度高、耐高温性能好且阻燃性好的汽车内饰板对装饰板制备技术领域是很有必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，针对目前市场常用的聚乳酸汽车内饰板材力学强度不够，耐高温性能偏低，阻燃性较差的问题，提供了一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法为：
将改性棉杆皮纤维和改性聚乳酸纤维混合得到混合纤维料，将混合纤维料放入气流成网机中，织网，最后将得到网帘用热压机热压成型，即得高强度阻燃汽车内饰板；
所述改性棉杆皮纤维的制备步骤为：
（1）称取棉杆皮放入粉碎机中粉碎，得到棉杆皮粉碎物，将棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水混合后放入酶解罐中，在40～50℃下酶解3～5h；
（2）待上述酶解结束后，将酶解产物放入高压反应釜中，密封反应釜，高温高压反应1～2h后过滤分离得到滤渣，并用80℃的热水冲洗后烘干，得到棉杆皮纤维；
（3）将上述得到的棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液混合后放入超声振荡仪中，以30～40kHz的频率超声振荡浸渍12～16h，浸渍结束后，过滤分离得到浸渍滤饼，即为改性棉杆皮纤维；
所述改性聚乳酸纤维的制备步骤为：
（1）将聚乳酸和二氯甲烷混合溶解得到聚乳酸溶液，将聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯混合后用搅拌器以200～300r/min的转速搅拌混合1～2h，得到改性聚乳酸溶液；
（2）将上述得到的改性聚乳酸溶液装入静电纺丝机中，静电纺丝得到改性聚乳酸纤维。
所述高强度阻燃汽车内饰板的具体制备步骤中，改性棉杆皮纤维和改性聚乳酸纤维的质量比为7:13。
所述高强度阻燃汽车内饰板的具体制备步骤中，气流成网机的下风机速度为900r/min，主锡林速度为2200r/min，工作辊速度为25r/min，横向吹风机速度为800r/min以及成网机送帘速度为2.5m/min。
所述高强度阻燃汽车内饰板的具体制备步骤中，热压成型的温度为150～180℃，热压成型的压力为0.2～0.4MPa。
所述改性棉杆皮纤维的制备步骤（1）中，棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水的质量比为10：1：15。
所述改性棉杆皮纤维的制备步骤（2）中，高温高压反应的压力为0.5～0.6MPa，高温高压反应的温度为180～200℃。
所述改性棉杆皮纤维的制备步骤（3）中，棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液按质量比为1:10。
所述改性聚乳酸纤维的制备步骤（1）中，聚乳酸和二氯甲烷的质量比为1:5，聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯的质量比为10:1:1。
所述改性聚乳酸纤维的制备步骤（2）中，静电纺丝的电纺电压为10～11kV，接收距离为10～15cm，针孔直径为1.0～1.2mm，流速1.5～1.8ml/min，旋转速率为100～200r/min。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明以棉杆皮为原料，经过酶解和高温高压反应得到棉杆皮纤维，接着本发明用聚磷酸铵溶液浸渍棉杆皮纤维得到改性棉杆皮纤维，随后将聚乳酸和溶剂以及滑石粉和三烯丙基异氰脲酸酯混合后得到改性聚乳酸溶液，并对改性聚乳酸溶液静电纺丝得到改性聚乳酸纤维，最后将改性棉杆皮纤维和改性聚乳酸纤维混合后经过气流成网后热压即可制得高强度阻燃汽车内饰板，本发明以富含纤维成分的棉杆皮为原料，先利用酶解脱胶解纤，再对脱胶后的纤维高温高压蒸煮，在蒸煮的过程中，部分纤维素水解，水解作用可促使平行的、后继的，甚至交叉的化学作用的发生，并可促使高聚糖降解为低聚糖，甚而为单糖、聚木糖等，水解导致糠醛产生，在此过程中，上述水解产物还可能发生缩合或缩聚（树脂化），树脂化后的棉杆皮纤维塑性增强，而且产生的糠醛缩合物使得纤维带有粘性，在后期聚磷酸铵溶液浸泡的过程中可以将聚磷酸铵牢固的吸附粘着在纤维表面，棉杆皮纤维是天然纤维素纤维，是一种多元醇，而聚磷酸铵能促使多元醇成炭，聚磷酸铵在燃烧受热时释放出的磷酸或多磷酸能与羟基反应生成磷酸酯，磷化纤维素分解时释放出阻燃的二氧化碳和水，而配糖体的分裂被抑制，由于发生脱水反应，固体渣中就含有大量的不饱和物，并是芳族炭的优良前体，快速积累的炭层成为保护性层，防止燃烧进一步发生，因此本发明改性棉麻皮纤维的加入提高了本发明内饰板的阻燃性能；
（2）本发明还将聚乳酸和溶剂以及滑石粉和三烯丙基异氰脲酸酯混合后得到改性聚乳酸溶液，并对改性聚乳酸溶液静电纺丝得到改性聚乳酸纤维，由于聚乳酸的结晶塑率缓慢，大大降低了其耐热性和力学性能，而本发明加入的滑石粉可以显著提高聚乳酸的刚性、耐蠕变性、硬度，同时还能提高其耐热性，而三烯丙基异氰脲酸酯的加入能够提高聚乳酸的结晶塑率，从而有效提高其耐热性，使得本发明制得的内饰板的耐高温性和力学强度变高，本发明利用气流成网法将改性棉麻纤维和聚乳酸基体纤维复合，利用空气流输送纤维，对纤维损伤小，并且纤维之间呈无序杂乱排列，可提高纤网中纤维的各向同性，降低纤网纵横向强力比，从而提高最终产品的力学强度，再一次改善了本发明内饰板的力学强度。
具体实施方式
称取棉杆皮放入粉碎机中粉碎，得到棉杆皮粉碎物，将棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水按质量比为10：1：15混合后放入酶解罐中，在40～50℃下酶解3～5h；待上述酶解结束后，将酶解产物放入高压反应釜中，密封反应釜升高高压反应釜压力至0.5～0.6MPa，并加热升温至180～200℃，高温高压反应1～2h后过滤分离得到滤渣，并用80℃的热水冲洗后烘干，得到棉杆皮纤维；将上述得到的棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液按质量比为1:10混合后放入超声振荡仪中，以30～40kHz的频率超声振荡浸渍12～16h，浸渍结束后，过滤分离得到浸渍滤饼，即为改性棉杆皮纤维，备用；将聚乳酸和二氯甲烷按质量比为1:5混合溶解得到聚乳酸溶液，将聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比为10:1:1混合后用搅拌器以200～300r/min的转速搅拌混合1～2h，得到改性聚乳酸溶液；将上述得到的改性聚乳酸溶液装入静电纺丝机中，在电纺电压为10～11kV，接收距离为10～15cm，针孔直径为1.0～1.2mm，流速1.5～1.8ml/min，旋转速率为100～200r/min的条件下静电纺丝得到改性聚乳酸纤维；按质量比为7:13将备用的改性棉杆皮纤维和上述改性聚乳酸纤维混合得到混合纤维料，将混合纤维料放入气流成网机中，在下风机速度为900r/min，主锡林速度为2200r/min，工作辊速度为25r/min，横向吹风机速度为800r/min以及成网机送帘速度为2.5m/min的条件下织网，最后将得到网帘用热压机以150～180℃的温度以及0.2～0.4MPa的压力热压成型，即得高强度阻燃汽车内饰板。
实施例1
改性棉杆皮纤维的制备：
称取棉杆皮放入粉碎机中粉碎，得到棉杆皮粉碎物，将棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水按质量比为10：1：15混合后放入酶解罐中，在40℃下酶解3h；
待上述酶解结束后，将酶解产物放入高压反应釜中，密封反应釜升高高压反应釜压力至0.5MPa，并加热升温至180℃，高温高压反应1h后过滤分离得到滤渣，并用80℃的热水冲洗后烘干，得到棉杆皮纤维；
将上述得到的棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液按质量比为1:10混合后放入超声振荡仪中，以30kHz的频率超声振荡浸渍12h，浸渍结束后，过滤分离得到浸渍滤饼，即为改性棉杆皮纤维，备用；
改性聚乳酸纤维的制备：
将聚乳酸和二氯甲烷按质量比为1:5混合溶解得到聚乳酸溶液，将聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比为10:1:1混合后用搅拌器以200r/min的转速搅拌混合1h，得到改性聚乳酸溶液；
将上述得到的改性聚乳酸溶液装入静电纺丝机中，在电纺电压为10kV，接收距离为10cm，针孔直径为1.0mm，流速1.5ml/min，旋转速率为100r/min的条件下静电纺丝得到改性聚乳酸纤维；
高强度阻燃汽车内饰板的制备：
按质量比为7:13将备用的改性棉杆皮纤维和上述改性聚乳酸纤维混合得到混合纤维料，将混合纤维料放入气流成网机中，在下风机速度为900r/min，主锡林速度为2200r/min，工作辊速度为25r/min，横向吹风机速度为800r/min以及成网机送帘速度为2.5m/min的条件下织网，最后将得到网帘用热压机以150℃的温度以及0.2MPa的压力热压成型，即得高强度阻燃汽车内饰板。
实施例2
改性棉杆皮纤维的制备：
称取棉杆皮放入粉碎机中粉碎，得到棉杆皮粉碎物，将棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水按质量比为10：1：15混合后放入酶解罐中，在45℃下酶解4h；
待上述酶解结束后，将酶解产物放入高压反应釜中，密封反应釜升高高压反应釜压力至0.5MPa，并加热升温至190℃，高温高压反应1.5h后过滤分离得到滤渣，并用80℃的热水冲洗后烘干，得到棉杆皮纤维；
将上述得到的棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液按质量比为1:10混合后放入超声振荡仪中，以35kHz的频率超声振荡浸渍14h，浸渍结束后，过滤分离得到浸渍滤饼，即为改性棉杆皮纤维，备用；
改性聚乳酸纤维的制备：
将聚乳酸和二氯甲烷按质量比为1:5混合溶解得到聚乳酸溶液，将聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比为10:1:1混合后用搅拌器以250r/min的转速搅拌混合1.5h，得到改性聚乳酸溶液；
将上述得到的改性聚乳酸溶液装入静电纺丝机中，在电纺电压为10kV，接收距离为12cm，针孔直径为1.1mm，流速1.7ml/min，旋转速率为150r/min的条件下静电纺丝得到改性聚乳酸纤维；
高强度阻燃汽车内饰板的制备：
按质量比为7:13将备用的改性棉杆皮纤维和上述改性聚乳酸纤维混合得到混合纤维料，将混合纤维料放入气流成网机中，在下风机速度为900r/min，主锡林速度为2200r/min，工作辊速度为25r/min，横向吹风机速度为800r/min以及成网机送帘速度为2.5m/min的条件下织网，最后将得到网帘用热压机以170℃的温度以及0.3MPa的压力热压成型，即得高强度阻燃汽车内饰板。
实施例3
改性棉杆皮纤维的制备：
称取棉杆皮放入粉碎机中粉碎，得到棉杆皮粉碎物，将棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水按质量比为10：1：15混合后放入酶解罐中，在50℃下酶解5h；
待上述酶解结束后，将酶解产物放入高压反应釜中，密封反应釜升高高压反应釜压力至0.6MPa，并加热升温至200℃，高温高压反应2h后过滤分离得到滤渣，并用80℃的热水冲洗后烘干，得到棉杆皮纤维；
将上述得到的棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液按质量比为1:10混合后放入超声振荡仪中，以40kHz的频率超声振荡浸渍16h，浸渍结束后，过滤分离得到浸渍滤饼，即为改性棉杆皮纤维，备用；
改性聚乳酸纤维的制备：
将聚乳酸和二氯甲烷按质量比为1:5混合溶解得到聚乳酸溶液，将聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比为10:1:1混合后用搅拌器以300r/min的转速搅拌混合2h，得到改性聚乳酸溶液；
将上述得到的改性聚乳酸溶液装入静电纺丝机中，在电纺电压为11kV，接收距离为15cm，针孔直径为1.2mm，流速1.8ml/min，旋转速率为200r/min的条件下静电纺丝得到改性聚乳酸纤维；
高强度阻燃汽车内饰板的制备：
按质量比为7:13将备用的改性棉杆皮纤维和上述改性聚乳酸纤维混合得到混合纤维料，将混合纤维料放入气流成网机中，在下风机速度为900r/min，主锡林速度为2200r/min，工作辊速度为25r/min，横向吹风机速度为800r/min以及成网机送帘速度为2.5m/min的条件下织网，最后将得到网帘用热压机以180℃的温度以及0.4MPa的压力热压成型，即得高强度阻燃汽车内饰板。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是采用普通棉秆皮纤维代替本发明的改性棉杆皮纤维。
对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是采用普通聚乳酸纤维代替本发明改性聚乳酸纤维。
对比例3：深圳某公司生产的高强度阻燃汽车内饰板。
热变形温度测试采用ASTMD648方法测定热变形温度。
拉伸强度测试参照国家标准GB/T1447-2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》。
弯曲模量测试参照国家标准GB/T1447-2005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》。
阻燃性能测试参照国家标准GB/T8924-2005《纤维增强塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》。
表1：汽车内饰板性能测定结果
Figure 891836DEST_PATH_IMAGE001
综合上述，从表1可以看出本发明的刚强度阻燃汽车内饰板热变形温度高，耐高温性好，拉伸强度和弯曲模量高，力学性能好，氧指数高，阻燃性好，具有广阔应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
将改性棉杆皮纤维和改性聚乳酸纤维混合得到混合纤维料，将混合纤维料放入气流成网机中，织网，最后将得到网帘用热压机热压成型，即得高强度阻燃汽车内饰板；
所述改性棉杆皮纤维的制备步骤为：
（1）称取棉杆皮放入粉碎机中粉碎，得到棉杆皮粉碎物，将棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水混合后放入酶解罐中，在40～50℃下酶解3～5h；
（2）待上述酶解结束后，将酶解产物放入高压反应釜中，密封反应釜，高温高压反应1～2h后过滤分离得到滤渣，并用80℃的热水冲洗后烘干，得到棉杆皮纤维；
（3）将上述得到的棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液混合后放入超声振荡仪中，以30～40kHz的频率超声振荡浸渍12～16h，浸渍结束后，过滤分离得到浸渍滤饼，即为改性棉杆皮纤维；
所述改性聚乳酸纤维的制备步骤为：
（1）将聚乳酸和二氯甲烷混合溶解得到聚乳酸溶液，将聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯混合后用搅拌器以200～300r/min的转速搅拌混合1～2h，得到改性聚乳酸溶液；
（2）将上述得到的改性聚乳酸溶液装入静电纺丝机中，静电纺丝得到改性聚乳酸纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述高强度阻燃汽车内饰板的具体制备步骤中，改性棉杆皮纤维和改性聚乳酸纤维的质量比为7:13。
3.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述高强度阻燃汽车内饰板的具体制备步骤中，气流成网机的下风机速度为900r/min，主锡林速度为2200r/min，工作辊速度为25r/min，横向吹风机速度为800r/min以及成网机送帘速度为2.5m/min。
4.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述高强度阻燃汽车内饰板的具体制备步骤中，热压成型的温度为150～180℃，热压成型的压力为0.2～0.4MPa。
5.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述改性棉杆皮纤维的制备步骤（1）中，棉杆皮粉碎物和果胶酶以及去离子水的质量比为10：1：15。
6.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述改性棉杆皮纤维的制备步骤（2）中，高温高压反应的压力为0.5～0.6MPa，高温高压反应的温度为180～200℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述改性棉杆皮纤维的制备步骤（3）中，棉杆皮纤维和质量分数为40%的聚磷酸铵溶液按质量比为1:10。
8.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述改性聚乳酸纤维的制备步骤（1）中，聚乳酸和二氯甲烷的质量比为1:5，聚乳酸溶液和滑石粉、三烯丙基异氰脲酸酯的质量比为10:1:1。
9.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃汽车内饰板的制备方法，其特征在于：所述改性聚乳酸纤维的制备步骤（2）中，静电纺丝的电纺电压为10～11kV，接收距离为10～15cm，针孔直径为1.0～1.2mm，流速1.5～1.8ml/min，旋转速率为100～200r/min。
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