CN112300553A - 一种轻质高强隔热复合材料板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车板材技术领域，具体涉及一种轻质高强隔热复合材料板材及其制备方法，该复合材料板材的组分及组分的重量份数如下：不饱和聚脂树脂100份、短切复合毡20～50份、表面改性空心微珠1～100份、单向玻璃纤维布5～20份、固化剂1～4份、低收缩添加剂5～20份。本发明中，采用连续制板工艺来制备短切复合毡增强热固性树脂复合材料板材，并且在复合毡上下各铺一层单向纤维布，进一步提高板材的力学性能，采用短切复合毡和空心微珠相结合的方式降低材料的导热系数，并且对空心微珠等填料进行表面处理，改善其与树脂的相容性，该方法旨在解决在保持高强度和低导热系数的条件下能连续生产复合材料板材。

Description

一种轻质高强隔热复合材料板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车板材技术领域，具体涉及一种轻质高强隔热复合材料板材及其制备方法。

背景技术

节能、环保已成为当代汽车工业发展的必然趋势，而汽车轻量化则是实现节能、环保目标的一个重要途径。实现汽车轻量化的途径主要有材料轻量化、结构设计优化和制造工艺创新等。这些途径中材料轻量化是实现汽车轻量化的重点和核心问题。

纤维增强热固性树脂基复合材料具有低的密度、优良的力学性能、成型工艺适应性好、原料来源广泛等优点，可广泛用于汽车工业。特别是玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料还具有价格低廉等优势，在乘用车板材、汽车零部件等领域应用日益广泛。

目前房车等乘车用车复合材料板材广泛采用的是玻璃纤维毡增强不饱和聚酯树脂复合材料，仍然存在重量偏大、强度偏低、减振隔热性能差、舒适度低等问题，难以满足房车等乘用车队复合材料板材轻质高强隔热的综合性能要求。

无机矿物类材料是一种以玻璃微珠、石棉、海泡石、膨润土、玻璃棉等矿物材料和多种轻质非金属材料,它具有耐高温、阻燃及抗压强度较大等优点。空心玻璃微珠具有明显的减轻重量和隔音保温效果，使制品具有很好的抗龟裂性能和再加工性能；玻璃棉毡是一种由玻璃纤维互相缠绕搭接形成的无定向三维结构棉状多孔材料，质量轻，化学性质稳定，具有良好的隔热和隔音性能。

公开号CN1O2582093A公开了“不饱和聚酯纤维增强玻璃微珠板”，但是，板材采用的是模压工艺，生产效率低。而且隔热性能差，热导率仅为1.15W/m*K。

因此,亟需一种能连续化生产的新型轻质高强隔热复合材料板材,以满足房车等乘用车对高性能复合材料板材的需求。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种轻质高强隔热复合材料板材及其制备方法，采用连续制板工艺来制备短切复合毡增强热固性树脂复合材料板材，并且在复合毡上下各铺一层单向纤维，进一步提高板材的力学性能，采用短切复合毡和空心微珠相结合的方式降低材料的导热系数。并且对空心微珠等填料进行表面处理，改善其与树脂的相容性，该方法旨在解决在保持高强度和低导热系数的条件下能连续生产复合材料板材。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种轻质高强隔热复合材料板材，该复合材料板材的组分及组分的重量份数如下：

表面改性空心微珠是指按重量比100：1分别称取空心微珠和硅烷偶联剂，将称取的空心微珠放入NaOH溶液中80℃下回流搅拌1.5h，用蒸馏水清洗至中性，采用减压抽滤除去水分后，烘干，得到表面羟基化空心微珠，将羟基化空心微珠加入到乙醇溶液中，再加入硅烷偶联剂，加热到80℃下搅拌2h,用无水乙醇清洗并减压抽滤，烘干，得到偶联剂表面改性空心微珠。

进一步在于，空心微珠种类为空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH591中的一种，所述不饱和聚脂树脂选自邻苯型不饱和聚酯、对苯型不饱和聚酯、乙烯基酯型树脂或双酚A型不饱和聚酯的一种或几种，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚醋酸乙烯酯或者聚甲基丙烯酸甲酯的一种，所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯的一种。

进一步在于，该复合材料板材的组分及组分的重量份数如下：

一种轻质高强隔热复合材料板材的制备方法，其制备过程为：

1)将不饱和聚酯树脂100重量份、5～20重量份低收缩添加剂、1～100重量份表面改性空心微珠、1～4重量份固化剂，倒入搅拌器中混合并搅拌均匀得到树脂糊；

2)在聚酯下薄膜表面铺一层单向玻璃纤维布，然后步骤1)中树脂糊由阀门流至纤维布上，将20～50重量份的短切复合毡经切割后沉降在纤维布上，再铺一层单向玻璃纤维布，经过压辊后覆盖聚酯上薄膜，最后通过滚轮挤压，纤维被树脂浸渍得到预浸料；

3)预浸料进入固化区，在一定压力和温度下固化成型；

4)在固化完成后，对聚酯上薄膜和下薄膜进行回收，将板材切割成一定尺寸得到成品。

进一步在于，步骤4)中所述的固化温度为50～120℃，成型压力为0.3～1MPa。

进一步在于，短切复合毡的制备过程如下：

1)将离心喷吹法生产的10～30重量份玻璃棉通过开松机打松并铺放在金属网带上；

2)随后将10～30重量份玻璃纤维原丝定长切割，落在玻璃棉上，在纤维表面施以乳液粘结剂，经过100～200℃的高温烘干，最后冷压成型，切割，收卷得到短切复合毡。

进一步在于，短切复合毡的制备过程的步骤2)中所述的冷压成型压力为0.3～0.6MPa。

进一步在于，短切复合毡的制备过程的步骤2)中所述的乳液粘结剂为聚醋酸乙烯乳液粘结剂或聚丙烯酸酯乳液粘结剂。

本发明的有益效果：

1、本发明相比较传统技术，其优点在于制备了一种短切复合毡，采用复合毡和空心微珠相结合的方式降低材料的导热系数，利用硅烷偶联剂对空心微珠等填料表面改性，改善其与树脂的相容性，采用了连续制板工艺制备复合材料板材，能在保持高强度和低导热系数的条件下，连续生产复合材料板材，并且在复合毡上下各铺一层单向纤维，进一步提高板材的力学性能；

2、采用玻璃棉，利用玻璃棉具有大量微小的空气空隙特性,使其起到保温隔热、吸声降噪及安全防护等作用，利用短切复合毡保证了板材具有较高的机械强度和低导热系数，而空心微珠的添加降低了板材的质量，达到了轻质隔热高强的目的，利用硅烷偶联剂来对空心微珠进行表面活化处理，可以改善空心微珠的吸油值和界面结合力，最后在短切复合毡上下各铺一层单向纤维布，能进一步提高板材的力学性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明轻质高强隔热复合材料板材的制备流程图；

图2是本发明中短切复合毡的制备流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实例一

1)将10kg的邻苯型不饱和聚酯树脂、1kg的聚苯乙烯、8kg的偶联剂KH550表面改性空心微珠、0.2kg的过氧化苯甲酰，倒入搅拌器中混合并搅拌均匀得到树脂糊；

2)在聚酯下薄膜表面铺一层0.3kg单向玻璃纤维布，然后将1)中树脂糊由阀门流至纤维布上，2.75kg的短切复合毡经切割后沉降在纤维布上，再铺一层0.3kg的单向玻璃纤维布，先经过压辊，然后覆盖聚酯上薄膜，最后通过滚轮挤压，纤维被树脂浸渍得到预浸料；

3)预浸料进入固化区，在0.7MPa压力和80℃下固化成型；

4)在固化完成后，对聚酯上薄膜和下薄膜回收，将板材切割成一定尺寸得到成品。

裁切该板材成测试样条，对其密度、弯曲强度和热导率进行测试，测试结果如表1所示。

序号	测试项目	单位	测试结果
				1	密度	g/cm<sup>3</sup>	0.85
2	弯曲强度	MPa	118
				3	热导率	W/(m·K)	0.21

表1

实例二

1)将10kg的邻苯型不饱和聚酯树脂、1kg的聚苯乙烯、8kg的偶联剂KH550表面改性陶瓷微珠、0.2kg的过氧化苯甲酰，倒入搅拌器中混合并搅拌均匀得到树脂糊；

2)在聚酯下薄膜表面铺一层0.3k单向玻璃纤维布，然后将1)中树脂糊由阀门流至纤维布上，2.75kg的短切复合毡经切割后沉降在纤维布上，再铺一层0.3kg的单向玻璃纤维布，先经过压辊，然后覆盖聚酯上薄膜，最后通过滚轮挤压，纤维被树脂浸渍得到预浸料；

3)预浸料进入固化区，在0.7MPa压力和80℃下固化成型；

4)在固化完成后，对聚酯上薄膜和下薄膜回收，将板材切割成一定尺寸得到成品。

裁切该板材成测试样条，对其密度、弯曲强度和热导率进行测试，测试结果如表2所示。

序号	测试项目	单位	测试结果
				1	密度	g/cm<sup>3</sup>	0.94
2	弯曲强度	MPa	132
				3	热导率	W/(m·K)	0.23

表2

实例三

1)将10kg的邻苯型不饱和聚酯树脂、1kg的聚苯乙烯、4kg的偶联剂KH550表面改性空心玻璃微珠、0.2kg的过氧化苯甲酰，倒入搅拌器中混合并搅拌均匀得到树脂糊；

2)在聚酯下薄膜表面铺一层0.3kg单向玻璃纤维布，然后将1)中树脂糊由阀门流至纤维布上，2.75kg的短切复合毡经切割后沉降在纤维布上，再铺一层0.3kg的单向玻璃纤维布，先经过压辊，然后覆盖聚酯上薄膜，最后通过滚轮挤压，纤维被树脂浸渍得到预浸料；

3)预浸料进入固化区，在0.7MPa压力和80℃下固化成型；

4)在固化完成后，对聚酯上薄膜和下薄膜回收，将板材切割成一定尺寸得到成品。

裁切该板材成测试样条，对其密度、弯曲强度和热导率进行测试，测试结果如表3所示。

序号	测试项目	单位	测试结果
				1	密度	g/cm<sup>3</sup>	1.01
2	弯曲强度	MPa	105
				3	热导率	W/(m·K)	0.25

表3

从表中数据可以看出，利用硅烷偶联剂来对空心微珠进行表面活化处理，可以改善空心微珠的吸油值和界面结合力，短切复合毡保证了板材具有较高的机械强度和低导热系数，空心微珠的添加降低了板材的质量，达到了轻质隔热高强的目的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轻质高强隔热复合材料板材，其特征在于，该复合材料板材的组分及组分的重量份数如下：

表面改性空心微珠是指按重量比100：1分别称取空心微珠和硅烷偶联剂，将称取的空心微珠放入NaOH溶液中80℃下回流搅拌1.5h，用蒸馏水清洗至中性，采用减压抽滤除去水分后，烘干，得到表面羟基化空心微珠，将羟基化空心微珠加入到乙醇溶液中，再加入硅烷偶联剂，加热到80℃下搅拌2h,用无水乙醇清洗并减压抽滤，烘干，得到偶联剂表面改性空心微珠。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高强隔热复合材料板材,其特征在于，空心微珠种类为空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH591中的一种，所述不饱和聚脂树脂选自邻苯型不饱和聚酯、对苯型不饱和聚酯、乙烯基酯型树脂或双酚A型不饱和聚酯的一种或几种，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚醋酸乙烯酯或者聚甲基丙烯酸甲酯的一种，所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯的一种。

3.根据权利要求2所述的一种轻质高强隔热复合材料板材,其特征在于，该复合材料板材的组分及组分的重量份数如下：

4.根据权利要求1-3任一所述的一种轻质高强隔热复合材料板材的制备方法，其特征在于，其制备过程为：

1)将不饱和聚酯树脂100重量份、5～20重量份低收缩添加剂、1～100重量份表面改性空心微珠、1～4重量份固化剂，倒入搅拌器中混合并搅拌均匀得到树脂糊；

2)在聚酯下薄膜表面铺一层单向玻璃纤维布，然后步骤1)中树脂糊由阀门流至纤维布上，将20～50重量份的短切复合毡经切割后沉降在纤维布上，再铺一层单向玻璃纤维布，经过压辊后覆盖聚酯上薄膜，最后通过滚轮挤压，纤维被树脂浸渍得到预浸料；

3)预浸料进入固化区，在一定压力和温度下固化成型；

4)在固化完成后，对聚酯上薄膜和下薄膜进行回收，将板材切割成一定尺寸得到成品。

5.根据权利要求4所述的一种轻质高强隔热复合材料板材的制备方法,其特征在于，步骤4)中所述的固化温度为50～120℃，成型压力为0.3～1MPa。

6.根据权利要求5所述的一种轻质高强隔热复合材料板材的制备方法,其特征在于，短切复合毡的制备过程如下：

1)将离心喷吹法生产的10～30重量份玻璃棉通过开松机打松并铺放在金属网带上；

2)随后将10～30重量份玻璃纤维原丝定长切割，落在玻璃棉上，在纤维表面施以乳液粘结剂，经过100～200℃的高温烘干，最后冷压成型，切割，收卷得到短切复合毡。

7.根据权利要求6所述的一种轻质高强隔热复合材料板材,其特征在于，短切复合毡的制备过程的步骤2)中所述的冷压成型压力为0.3～0.6MPa。

8.根据权利要求6所述的一种轻质高强隔热复合材料板材,其特征在于，短切复合毡的制备过程的步骤2)中所述的乳液粘结剂为聚醋酸乙烯乳液粘结剂或聚丙烯酸酯乳液粘结剂。

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