CN113414998A - 一种高强保温复合板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合板材的制备领域，公开一种高强保温复合板材及其制备方法。由下至上包括第一面板层、中间层、第二面板层，第一面板层与第二面板层的结构相同，所述第一面板层由内蒙皮、外蒙皮、若干个1#加强筋、树脂填充层组成，1#加强筋均匀间隔分布于内蒙皮和外蒙皮之间，树脂填充层填充于相邻1#加强筋之间的空隙、内蒙皮和1#加强筋之间的空隙以及外蒙皮和1#加强筋之间的空隙中；所述中间层为树脂泡沫层或骨架支撑层，所述骨架支撑层由若干个2#加强筋组成，2#加强筋均匀间隔分布于第一面板层和第二面板层之间。本发明的高强保温复合板材分别在内外面板层中设置了加强筋，提高了面板层的承载力，可有效抵抗外来的冲击力。

Description

一种高强保温复合板材及其制备方法
技术领域
本发明属于复合板材的制备领域，具体涉及一种高强保温复合板材及其制备方法。
背景技术
新材料的崛起，给人们的生活带来了越来越多的益处，提高了生活质量。保温复合板材一直是新材料行业研究的热点，尤其在汽车用材料领域，越来越多的汽车使用轻质、保温效果好的复合板材，可提高汽车的动力利用率，减少燃料消耗，降低排气污染，实现车身及其附件材料的轻量化，继而可实现汽车轻量化。在厢式货车领域，同时具备轻质、保温隔音和高强度的力学特性等功能性能的车厢板材是目前轻量化车厢板材研究的重要方向。
目前，常见的轻质车厢板用复合板材是以纤维增强复合材料作为面板层，泡沫材料作为夹心层，并在夹心层中增设骨架支撑层以提高车厢板的承力性能，但往往骨架支撑层层间相隔间距较大，导致板材的力学强度分布不均衡，同时面板层在垂直板材平面方向上的承载力是较弱的，一旦车厢板遭受撞击，面板层破裂，中间芯层承载力弱而不能分担外部的冲击力，此时，该处板材即发生塌陷、断裂现象，从而，板材遭遇局部破损，限制板材在车厢领域的应用。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种高强保温复合板材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种高强保温复合板材，由下至上包括第一面板层、中间层、第二面板层，第一面板层与第二面板层的结构相同，所述第一面板层由内蒙皮、外蒙皮、若干个1#加强筋、树脂填充层组成，1#加强筋均匀间隔分布于内蒙皮和外蒙皮之间，树脂填充层填充于相邻1#加强筋之间的空隙、内蒙皮和1#加强筋之间的空隙以及外蒙皮和1#加强筋之间的空隙中；所述中间层为树脂泡沫层或骨架支撑层，所述骨架支撑层由若干个2#加强筋组成，2#加强筋均匀间隔分布于第一面板层和第二面板层之间并且2#加强筋与1#加强筋之间呈错位放置；所述内蒙皮、外蒙皮、1#加强筋以及2#加强筋均为纤维增强树脂基复合材料；所述树脂填充层中的树脂与纤维增强树脂基复合材料中的树脂相同，树脂泡沫层中的树脂与纤维增强树脂基复合材料中的树脂相同或不相同。
较好地，纤维增强树脂基复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或芳纶，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
较好地，树脂泡沫层中的树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
较好地，所述1#加强筋和2#加强筋的纵截面为长方形或梯形。
较好地，所述内蒙皮、外蒙皮中的纤维为一块完整的纤维，或者为网格状纤维，该网格状纤维由若干个纤维条在水平方向上纵横交错粘接而成。
制备方法：
（1）按照下面的方法分别制备第一面板层和第二面板层，其中第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布、第一网格状纤维布、第二网格状纤维布中的纤维为纤维增强树脂基复合材料中的纤维：
（1.1）、当内蒙皮、外蒙皮中的纤维为一块完整的纤维时，此步骤为：由下至上依次将第一离型膜、第一脱膜布、第一纤维布、第三纤维布、第二纤维布、第二脱模布、第二离型膜进行铺层，由此获得一层叠体，并使用真空袋膜将层叠体密封；其中，第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布分别对应内蒙皮、外蒙皮和1#加强筋；
当内蒙皮、外蒙皮中的纤维为网格状纤维时，此步骤为：首先，将若干个纤维布条在水平方向上纵横交错粘接形成网格状纤维布；然后，由下至上依次将第一离型膜、第一脱膜布、第一网格状纤维布、第三纤维布、第二网格状纤维布、第二脱膜布、第二离型膜进行铺层，由此获得一层叠体，并使用真空袋膜将层叠体密封；其中，第一网格状纤维布、第二网格状纤维布、第三纤维布分别对应内蒙皮、外蒙皮和1#加强筋；
（1.2）、将1#树脂、1#固化剂、1#促进剂按照100∶（0-50）∶（0-2）的质量比混合均匀，制得树脂混合浆料，将树脂混合浆料采用真空灌注的方式浇注至层叠体中，并在热压机上以0.5-5Mpa、50-120℃条件固化2-10 h成型，脱除第一脱模布、第一离型膜、第二脱模布、第二离型膜，即得面板层；所述1#树脂为纤维增强树脂基复合材料中的树脂，并且环氧树脂可以不用促进剂，酚醛树脂可以不用固化剂；
（2）、当中间层为树脂泡沫层时，此步骤过程为：配制树脂发泡预混浆料；第一面板层的内蒙皮朝上，将底部尺寸与第一面板层尺寸一致的金属框对齐放置在第一面板层上，此时将树脂发泡预混浆料倒入金属框中，再将第二面板层的内蒙皮朝下放置在金属框的上方处与树脂发泡预混浆料相接，由此形成一个全密封结构；将所得全密封结构在50-120 ℃条件下固化2-12 h；固化完成后将金属框脱掉，对所得板材边缘进行修剪处理后即得高强保温复合板材；
当中间层为骨架支撑层时，此步骤过程为：第一面板层的内蒙皮朝上，第二面板层的内蒙皮朝下，在第一面板层和第二面板层之间均匀间隔粘接若干个2#加强筋，同时2#加强筋与第一面板层和第二面板层中的1#加强筋呈错位放置，即得高强保温复合板材；其中，2#加强筋使用纤维增强树脂基复合材料成品。
较好地，步骤（1）中，第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布、第一网格状纤维布、第二网格状纤维布分别采用第一纤维增强树脂基预浸料、第二纤维增强树脂基预浸料、第三纤维增强树脂基预浸料、第一网格状纤维增强树脂基预浸料、第二网格状纤维增强树脂基预浸料代替；所述网格状纤维增强树脂基预浸料由若干个纤维增强树脂基预浸带在水平方向上纵横交错粘接而成；所述纤维增强树脂基预浸料/带是与纤维增强树脂基复合材料对应的半成品。
较好地，步骤（2）中，所述树脂发泡预混浆料由2#树脂、2#固化剂、2#促进剂、可膨胀微球发泡剂按照100∶（0-50）∶（0-2）∶（0.5-5）的质量比混合而成；所述2#树脂为树脂泡沫层中的树脂，并且环氧树脂可以不用促进剂，酚醛树脂可以不用固化剂。
较好地，所述第一离型膜和第二离型膜相同，为PET膜、PE膜、PI膜或OPP膜；所述第一脱模布和第二脱模布相同，为聚四氟乙烯脱模布、尼龙66脱模布、尼龙6脱模布或聚酯脱模布。
较好地，所述1#固化剂和2#固化剂相同或不相同，均选自甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、双氰胺及其衍生物、二氨基二苯砜、聚醚二胺型固化剂、间苯二甲酸酰肼、异氰酸酯改性咪唑、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化苯甲酰，所述1#促进剂和2#促进剂相同或不相同，均选自有机脲UR300、有机脲UR500、DMP-30、吡啶、液体咪唑、过氧化苯酰胺、三乙胺、钴促进剂体系或N，N二甲基苯胺。
本发明中所述“纤维增强树脂基复合材料”、“纤维增强树脂基预浸料”、“纤维增强树脂基预浸带”可按现有技术制备获得或通过市购获得。
有益效果：本发明的高强保温复合板材分别在内外面板层（第一面板层、第二面板层）中设置了加强筋，提高了面板层的承载力，特别是梯形结构的加强筋，承力效果佳，可有效抵抗外来的冲击力，使高强保温复合板材不易出现塌陷、破裂现象，此时中间层可不用考虑增强力学方面的性能，只要达到保温、低密度的性能即可，因此，中间层为常规的泡沫芯或放置少量2#加强筋即达到使用要求；当中间层放置2#加强筋时，其与内外面板层中的1#加强筋错位分布，这增大了整个板材中加强筋的分布密度，从而提高了板材的强度；同时板材的整体性能良好，这样制备的高强保温复合板材不仅具备优异的保温和力学特性，还保证了性能分布的一致性。
具体实施方式
为使本发明更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高强保温复合板材，由下至上包括第一面板层、中间层、第二面板层，第一面板层与第二面板层的结构相同，所述第一面板层由内蒙皮、外蒙皮、若干个1#加强筋、树脂填充层组成，1#加强筋均匀间隔分布于内蒙皮和外蒙皮之间，树脂填充层填充于相邻1#加强筋之间的空隙、内蒙皮和1#加强筋之间的空隙以及外蒙皮与1#加强筋之间的空隙中；所述中间层为树脂泡沫层，所述树脂泡沫层为不饱和聚酯泡沫层；所述内蒙皮、外蒙皮、1#加强筋均为玻璃纤维增强不饱和聚酯基复合材料；所述树脂填充层为不饱和聚酯填充层；所述1#加强筋的纵截面为长方形。
制备方法：
（1）按照下面的方法分别制备第一面板层和第二面板层，其中第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布为玻璃纤维布：
（1.1）、由下至上依次将第一离型膜、第一脱膜布、第一纤维布、第三纤维布、第二纤维布、第二脱模布、第二离型膜进行铺层，由此获得一层叠体，并使用真空袋膜将层叠体密封；其中，第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布分别对应内蒙皮、外蒙皮和1#加强筋；
（1.2）、将1#树脂、1#固化剂、1#促进剂按照100∶2∶0.2的质量比混合均匀，制得树脂混合浆料，将树脂混合浆料采用真空灌注的方式浇注至层叠体中，并在热压机上以0.5Mpa、80 ℃条件，固化5 h成型，脱除第一脱模布、第一离型膜、第二脱模布、第二离型膜，即得面板层；所述第一离型膜和第二离型膜相同，为PET膜；所述第一脱模布和第二脱模布相同，为聚四氟乙烯脱模布；
（2）、将2#树脂、2#固化剂、2#促进剂、可膨胀微球发泡剂（EM406，日本油脂制药株式会社生产）按照100∶2∶0.3∶3的质量比混合，制得树脂发泡预混浆料；所述2#树脂为不饱和聚酯；第一面板层的内蒙皮朝上，将底部尺寸与第一面板层尺寸一致的金属框对齐放置在第一面板层上，此时将树脂发泡预混浆料倒入金属框中，再将第二面板层的内蒙皮朝下放置在金属框的上方处与树脂发泡预混浆料相接，由此形成一个全密封结构；将所得全密封结构在80 ℃条件下固化7 h；固化完成后将金属框脱掉，对所得板材边缘进行修剪处理后即得高强保温复合板材；
其中，所述第一离型膜和第二离型膜相同，为PET膜；所述第一脱模布和第二脱模布相同，为聚四氟乙烯脱模布；所述1#树脂和2#树脂相同，均为不饱和聚酯；所述1#固化剂和2#固化剂相同，均为过氧化乙酮；所述1#促进剂和2#促进剂相同，均为钴系促进剂。
本实施例制备的高强保温复合板材的导热系数为0.030 W/m·K ，压缩强度为6.2Mpa。
实施例2
结构与实施例1的区别在于：所述中间层为环氧树脂泡沫层；所述内蒙皮、外蒙皮、1#加强筋均为碳纤维增强环氧树脂基复合材料；所述1#加强筋的纵截面为梯形；所述树脂填充层为环氧树脂填充层。其它同实施例1。
制备方法与实施例1的区别在于：步骤（1）中，第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布为碳纤维布；1#树脂、1#固化剂、1#促进剂的质量比为100∶50∶0；步骤（2）中，2#树脂、2#固化剂、2#促进剂、可膨胀微球发泡剂的质量比为100∶50∶0∶3固化条件为120 ℃下，固化8 h成型；所述1#树脂和2#树脂相同，均为环氧树脂；所述1#固化剂和2#固化剂相同，均为甲基四氢苯酐；其它同实施例1。
本实施例制备的高强保温复合板材的导热系数为0.032 W/m·K，压缩强度为6.5Mpa。
实施例3
结构与实施例1的区别在于：所述内蒙皮、外蒙皮中的纤维为网格状玻璃纤维，该网格状玻璃纤维由若干条玻璃纤维条在水平方向上纵横交错粘接而成。其它同实施例1。
制备方法与实施例1的区别在于：步骤（1），按照下面的方法分别制备第一面板层和第二面板层，其中第一网格状纤维布、第二网格状纤维布均为网格状玻璃纤维布，第三纤维布为玻璃纤维布：（1.1）、首先，将若干条玻璃纤维布条在水平方向上纵横交错粘接形成网格状玻璃纤维布；然后，由下至上依次将第一离型膜、第一脱膜布、第一网格状纤维布、第三纤维布、第二网格状纤维布、第二脱膜布、第二离型膜进行铺层，由此获得一层叠体，并使用真空袋膜将层叠体密封；步骤（2）中，固化条件为100 ℃下，固化6 h成型。其它同实施例1。
本实施例制备的高强保温复合板材的导热系数为0.030 W/m·K，压缩强度为6.0Mpa。
实施例4
结构与实施例1的区别在于：所述中间层为骨架支撑层，所述骨架支撑层由若干个2#加强筋组成，2#加强筋均匀间隔分布于第一面板层和第二面板层之间并且2#加强筋与1#加强筋之间呈错位放置；所述内蒙皮、外蒙皮、1#加强筋以及2#加强筋均为玻璃纤维增强不饱和聚酯基复合材料；所述1#加强筋和2#加强筋的纵截面均为长方形。其它同实施例1。
制备方法与实施例1的区别在于：步骤（2）、第一面板层的内蒙皮朝上，第二面板层的内蒙皮朝下，在第一面板层和第二面板层之间均匀间隔粘接若干个2#加强筋，2#加强筋使用玻璃纤维增强不饱和聚酯基复合材料成品，同时2#加强筋与第一面板层和第二面板层中的1#加强筋呈错位放置，即得高强保温复合板材。其它同实施例1。
本实施例制备的高强保温复合板材的导热系数为0.028 W/m·K ，压缩强度为6.3Mpa。

Claims (10)

1.一种高强保温复合板材，由下至上包括第一面板层、中间层、第二面板层，第一面板层与第二面板层的结构相同，其特征在于：所述第一面板层由内蒙皮、外蒙皮、若干个1#加强筋、树脂填充层组成，1#加强筋均匀间隔分布于内蒙皮和外蒙皮之间，树脂填充层填充于相邻1#加强筋之间的空隙、内蒙皮和1#加强筋之间的空隙以及外蒙皮和1#加强筋之间的空隙中；所述中间层为树脂泡沫层或骨架支撑层，所述骨架支撑层由若干个2#加强筋组成，2#加强筋均匀间隔分布于第一面板层和第二面板层之间并且2#加强筋与1#加强筋之间呈错位放置；所述内蒙皮、外蒙皮、1#加强筋以及2#加强筋均为纤维增强树脂基复合材料；所述树脂填充层中的树脂与纤维增强树脂基复合材料中的树脂相同，树脂泡沫层中的树脂与纤维增强树脂基复合材料中的树脂相同或不相同。
2.如权利要求1所述的高强保温复合板材，其特征在于：纤维增强树脂基复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或芳纶，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂.。
3.如权利要求1所述的高强保温复合板材，其特征在于：树脂泡沫层中的树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
4.如权利要求1所述的高强保温复合板材，其特征在于：所述1#加强筋和2#加强筋的纵截面为长方形或梯形。
5.如权利要求1所述的高强保温复合板材，其特征在于：所述内蒙皮、外蒙皮中的纤维为一块完整的纤维，或者为网格状纤维，该网格状纤维由若干个纤维条在水平方向上纵横交错粘接而成。
6.一种如权利要求1-5之任一所述的高强保温复合板材的制备方法，其特征在于：
（1）按照下面的方法分别制备第一面板层和第二面板层，其中第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布、第一网格状纤维布、第二网格状纤维布中的纤维为纤维增强树脂基复合材料中的纤维：
（1.1）、当内蒙皮、外蒙皮中的纤维为一块完整的纤维时，此步骤为：由下至上依次将第一离型膜、第一脱膜布、第一纤维布、第三纤维布、第二纤维布、第二脱模布、第二离型膜进行铺层，由此获得一层叠体，并使用真空袋膜将层叠体密封；其中，第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布分别对应内蒙皮、外蒙皮和1#加强筋；
当内蒙皮、外蒙皮中的纤维为网格状纤维时，此步骤为：首先，将若干个纤维布条在水平方向上纵横交错粘接形成网格状纤维布；然后，由下至上依次将第一离型膜、第一脱膜布、第一网格状纤维布、第三纤维布、第二网格状纤维布、第二脱膜布、第二离型膜进行铺层，由此获得一层叠体，并使用真空袋膜将层叠体密封；其中，第一网格状纤维布、第二网格状纤维布、第三纤维布分别对应内蒙皮、外蒙皮和1#加强筋；
（1.2）、将1#树脂、1#固化剂、1#促进剂按照100∶（0-50）∶（0-2）的质量比混合均匀，制得树脂混合浆料，将树脂混合浆料采用真空灌注的方式浇注至层叠体中，并在热压机上以0.5-5Mpa、50-120℃条件固化2-10 h成型，脱除第一脱模布、第一离型膜、第二脱模布、第二离型膜，即得面板层；所述1#树脂为纤维增强树脂基复合材料中的树脂；
（2）、当中间层为树脂泡沫层时，此步骤过程为：配制树脂发泡预混浆料；第一面板层的内蒙皮朝上，将底部尺寸与第一面板层尺寸一致的金属框对齐放置在第一面板层上，此时将树脂发泡预混浆料倒入金属框中，再将第二面板层的内蒙皮朝下放置在金属框的上方处与树脂发泡预混浆料相接，由此形成一个全密封结构；将所得全密封结构在50-120 ℃条件下固化2-12 h；固化完成后将金属框脱掉，对所得板材边缘进行修剪处理后即得高强保温复合板材；
当中间层为骨架支撑层时，此步骤过程为：第一面板层的内蒙皮朝上，第二面板层的内蒙皮朝下，在第一面板层和第二面板层之间均匀间隔粘接若干个2#加强筋，同时2#加强筋与第一面板层和第二面板层中的1#加强筋呈错位放置，即得高强保温复合板材；其中，2#加强筋使用纤维增强树脂基复合材料成品。
7.如权利要求6所述的高强保温复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，第一纤维布、第二纤维布、第三纤维布、第一网格状纤维布、第二网格状纤维布分别采用第一纤维增强树脂基预浸料、第二纤维增强树脂基预浸料、第三纤维增强树脂基预浸料、第一网格状纤维增强树脂基预浸料、第二网格状纤维增强树脂基预浸料代替；所述网格状纤维增强树脂基预浸料由若干个纤维增强树脂基预浸带在水平方向上纵横交错粘接而成；所述纤维增强树脂基预浸料/带是与纤维增强树脂基复合材料对应的半成品。
8.如权利要求6所述的高强保温复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述树脂发泡预混浆料由2#树脂、2#固化剂、2#促进剂、可膨胀微球发泡剂按照100∶（0-50）∶（0-2）∶（0.5-5）的质量比混合而成；所述2#树脂为树脂泡沫层中的树脂。
9.如权利要求6所述的高强保温复合板材的制备方法，其特征在于：所述第一离型膜和第二离型膜相同，为PET膜、PE膜、PI膜或OPP膜；所述第一脱模布和第二脱模布相同，为聚四氟乙烯脱模布、尼龙66脱模布、尼龙6脱模布或聚酯脱模布。
10.如权利要求6所述的高强保温复合板材的制备方法，其特征在于：所述1#固化剂和2#固化剂相同或不相同，均选自甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、双氰胺及其衍生物、二氨基二苯砜、聚醚二胺型固化剂、间苯二甲酸酰肼、异氰酸酯改性咪唑、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化苯甲酰，所述1#促进剂和2#促进剂相同或不相同，均选自有机脲UR300、有机脲UR500、DMP-30、吡啶、液体咪唑、过氧化苯酰胺、三乙胺、钴促进剂体系或N，N二甲基苯胺。
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