CN114434841A - 一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶及其制备方法，包括瓶身(1)，所述的瓶身(1)由聚合物基复合材料层构成；在所述瓶身(1)的内侧有内涂层(2)，在所述瓶身(1)的外侧有外涂层(3)。本发明具有密度低、轻质、强度高、耐冲击、不易损坏、防摔耐用、防伪性强的特点，而且外观漂亮，触感温润，豪华感强，能有效防止造假和有效追溯，可广泛适用于食品，化工和日用品等行业。

Description

一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种酒瓶或汽水瓶，尤其是一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶及其制备方法，属于酒或汽水容器技术领域。
背景技术
目前市场上的各类酒瓶，普遍采用陶瓷或玻璃制作而成，陶瓷或玻璃材质的酒瓶虽然质地坚硬，能长时间保存各种酒类和饮料，但制作周期长，资源消耗高，易碎，瓶身较重，不耐冲击，物流运输成本高，运输过程有潜在损坏碎裂的风险，碎块的锋利尖角，也给生产、物流及终端使用者带来较大的安全和健康风险，同时陶瓷或玻璃瓶子制作技术门槛低，容易被伪造，给厂家打假和维权造成太多额外成本，也让终端消费者难以辨别真假。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶及其制备方法，从而克服上述现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，包括瓶身，所述的瓶身由聚合物基复合材料层构成。
作为一种优选方案，所述的瓶身由3-5层碳纤维铺贴而成，瓶身的厚度在0.5-5mm之间。
作为一种优选方案，在所述瓶身的内侧可以设置内涂层，该内涂层的厚度在50-200μm之间。
作为一种优选方案，在所述瓶身的外侧可以设置外涂层，外涂层的厚度在50-200μm之间。
作为一种优选方案，可以在所述的瓶身设置有包括GPS或北斗在内的定位芯片或产品标签、防伪标识或射频芯片等。
作为一种优选方案，所述的聚合物基复合材料层是由基材和增强材料组成，基材可以是环氧树脂，或者乙烯基树脂，或者不饱和聚酯树脂，或者酚醛树脂，或者氰酸脂树脂，或者双马来酰胺树脂，或者聚砜树脂，或者聚醚砜树脂，或者聚苯硫醚树脂，或者聚醚酰亚胺树脂，或者聚醚醚酮树脂，或者聚碳酸脂；增强材料可以是碳纤维，或者玻璃纤维，或者芳纶纤维，或者陶瓷纤维，或者高分子量聚乙烯纤维。
作为一种优选方案，所述的内涂层可以是PET(聚对苯二甲酸乙二酯)，或者PVC(聚氯乙烯)，或者PE(聚乙烯)，或者PA(聚酰胺)，或者特氟龙涂层。
作为一种优选方案，所述的外涂层可以是PU类、PA类、防绒类、珠光类、油光类、有机硅类、皮膜类、阻燃类或特氟龙类涂层；在外涂层表面，或者外涂层与瓶身之间喷涂有图案、产品说明、LOGO 或二维码等。
本发明还提供了一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶的制备方法，该方法包括以下步骤，
S1：将碳纤维布平整的铺在预成型模具的预成型上模和预成型下模上，碳纤维布与预成型模具的型腔贴合平整；
S2：在预成型模具的型腔中放入真空袋，真空袋位于上碳纤维布铺层和下碳纤维布铺层之间；
S3：将铺好碳纤维布的预成型上模与预成型下模合模锁紧，此时真空袋自由的置于上碳纤维布铺层与下碳纤维布铺层之间；
S4：将真空袋外的碳纤维布和预成型模具抽真空，真空袋内的气压保持大气压或高于大气压，此时由于真空袋内外部存在压差，真空袋膨胀后将碳纤维布紧紧的压在预成型上模和预成型下模上；将预成型模具放入25±5℃保温箱内保持10-30分钟；
S5：将预成型模具取出，拆开预成型上模与预成型下模，取出已经定型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶；
S6：将步骤S5中定型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶放入成型模具的下模中，将成型模具的上模与下模合模压紧，温度保持 80-140℃，压强保持在0.5-3MPa之间，保压30-45分钟，聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶在成型模具的上模和下模之间的压力下，最终成型；
S7：取出最终成型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，进行切割和打磨，然后根据需求，进行内、外涂层的喷涂。
作为一种优选方案，上述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶的制备方法，所述内、外涂层的喷涂步骤如下，
S1：将最终成型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶进行除尘脱脂处理；
S2：将瓶身侵在涂料溶液内，3-5秒后取出；
S3：将瓶子放入干燥箱，常温60-70℃保持5-7小时，对涂层进行干燥固化。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、传统酒瓶主要采用陶瓷或玻璃制作而成。陶瓷和玻璃密度都比聚合物基复合材料大，较重，需要特别包装，运输成本高，包装成本高，这无形中增加了物流运输成本。而且陶瓷或玻璃都易碎，普通餐桌高度掉落都有较大的碎裂几率，不但损失了可能较为贵重的酒水饮料，瓶子碎片也极易对人身造成伤害，这不仅发生在消费者现场，也可能在生产过程中和在运输过程中。而本发明的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶密度低、轻质，强度高，耐冲击，不易损坏，防摔耐用，物流成本低，除非人为特意用工具破坏，正常的生产、运输和使用都不可能损坏，意外掉落地上也不用担心碎裂，运输成本大大降低而安全性大大提高。
2、传统陶瓷或玻璃酒瓶的生产过程能耗高、污染高，制作周期长。典型陶瓷或玻璃酒瓶的生产工艺为：玻璃酒瓶：原材料熔制→成型→退火；陶瓷酒瓶：炼泥→制坯→装饰→施釉→烧窑；几乎整个过程都伴随着高温及高能耗。而本发明的酒瓶生产过程能耗低，生产安全性高，更加节能环保，对降低碳排放有显著作用。
3、本发明的新型酒瓶表面可涂敷各类材料，可定义多种纹理，可喷涂各种装饰性或者保护性涂层，可以嵌入各种平面或立体图案、防伪标识和芯片等，外观漂亮，触感温润，豪华感强，既能达到丰富多彩的外观图案，也能有效防止造假，降低打假维权成本，嵌入电子标签还能有效追溯每个瓶子的流通情况，方便厂家进行精确管理，也便于消费者辨别真假。
4、适用范围广，本发明的瓶子可以耐酸碱，耐各种溶剂，增加不同内部涂层可用于各种不同场合，几乎可装各种成分的液体和气体等，如白酒，香槟，香水，矿泉水，甚至各种酸碱类化学溶液，天然气等，广泛适用于食品，化工和日用品等行业。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的A部放大图；
图3是本发明的预成型模结构示意图；
图4是本发明的成型模结构示意图；
图中：1-瓶身，2-内涂层，3-外涂层，4-预成型上模，5-上碳布铺层，6-真空袋，7-下碳布铺层，8-预成型下模，9-上模座，10-成型模上模，11-成型模下模，12-下模座。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，包括瓶身1，所述的瓶身1由4层碳纤维铺贴而成，瓶身1的厚度在0.5-5mm之间。
在瓶身1的内侧有内涂层2，内涂层2起到将酒体与瓶身内侧隔离的作用，防止碳纤维瓶身1中的树脂溶解在酒体中。内涂层2可以采用PET、PVC、PE、PA或特氟龙涂层，符合食品安全标准和SGS认证，通常使用喷涂技术，内涂层2的厚度通常控制在50-200μm之间。
在所述瓶身1的外侧还设置有外涂层3，外涂层3起到隔离保护的作用，防止碳纤维瓶身1中的树脂直接暴露在空气中被氧化变色，同时提高碳纤维瓶身1的外观光洁度，提升触感和产品整体的美观度、高级感。外涂层3可以采用PU类、PA类、防绒类、珠光类、油光类、有机硅类、皮膜类、阻燃类或特氟龙类涂层，外涂层3的厚度控制在 50-200μm之间。在外涂层3表面可以喷涂图案、产品说明、LOGO或二维码等。在瓶身1可以内置包括GPS或北斗在内的定位芯片或产品标签、防伪标识或射频芯片等芯片，增强其防伪性能，便于定位、溯源。
上述仅为本发明的最佳实施例。瓶身1也可以采用基材包括环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、氰酸脂树脂、双马来酰胺树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂或聚碳酸脂；增强材料包括玻璃纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维或高分子量聚乙烯纤维的其他聚合物基复合材料制成，可根据产品需求设置铺层方向和层数，达到想要的厚度和强度。
本发明的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶的生产步骤如下：
步骤S1：将碳纤维布平整的铺在预成型模具的预成型上模4和预成型下模8上，碳纤维布与预成型模具的型腔贴合平整；
步骤S2：在预成型模具的型腔中放入真空袋6，真空袋6位于上碳纤维布铺层5和下碳纤维布铺层7之间；
步骤S3：将铺好碳纤维布的预成型上模4与预成型下模合模8 锁紧，此时真空袋6自由的置于上碳纤维布铺层5与下碳纤维布铺层 7之间；
步骤S4：将真空袋6外的碳纤维布和预成型模具抽真空，真空袋6内的气压保持大气压或高于大气压，此时由于真空袋内外部存在压差，真空袋膨胀后将碳纤维布紧紧的压在预成型上模4和预成型下模8上；将预成型模具放入25±5℃保温箱内保持10-30分钟；
步骤S5：将预成型模具取出，拆开预成型上模4和预成型下模8，取出已经定型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶；
步骤S6：将步骤S5中定型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶放入成型模具的下模11中，此时的成型模具应已安装于压机上，将成型模具的上模10与下模11合模压紧，温度保持80-140℃，压强保持在0.5-3MPa之间，保压30-45分钟，聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶在成型模具的上模10和下模11之间的压力下，最终成型；
步骤S7：取出最终成型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，进行切割和打磨，然后根据需求，进行内、外涂层的喷涂。
所述内、外涂层的喷涂采用浸涂的方法，其步骤如下，
S1：将最终成型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶进行除尘脱脂处理；
S2：将瓶身侵在涂料溶液内，3-5秒后取出；
S3：将瓶子放入干燥箱，常温60-70℃保持6小时，对涂层进行干燥固化。
本发明的瓶身采用新型的聚合物基复合材料，相比传统的陶瓷、玻璃瓶身具有以下优点：
1、耐冲击，不易碎：聚合物基复合材料瓶身具有高抗冲击的特性，不易碎裂，相对于传统的陶瓷玻璃易碎易划伤人的特点，聚合物基复合材料瓶子大大的提高了制作和使用过程中的安全性。
2、密度低：聚合物基复合材料的密度在1.7g/cm3，常用玻璃料密度为2.5g/cm3，陶瓷材料的密度为2.4-2.9cm3之间，聚合物基复合材料也低于铝的密度(2.7g/cm3)，不到钢的密度(7.85g/cm3) 的1/4，聚合物基复合材料的减重性能非常突出。
3、强度高：聚合物基复合材料的比强度比钢高5倍，比铝合金高4倍；比模量则是其他结构材料的1.3-12.3倍。
4、膨胀系数小：大多数聚合物基复合材料在室温下的热膨胀系数为负数，在200-400℃时为0，在小于1000℃时仅为1.5×10-6/K，不易因工作温度高而膨胀变形。
5、耐化学腐蚀性好：聚合物基复合材料纯碳含量高，而碳又是最稳定的化学元素之一，导致其在酸、碱环境中表现均十分稳定，可制成各类化学防腐制品。
6、抗疲劳能力强：聚合物基复合材料结构稳定，其复合材料经应力疲劳数百万次循环试验后，强度保留率仍有60％，而钢材为40％，铝材为30％，玻璃钢则只有20％-25％。
7、聚合物基复合材料瓶子根据使用需求，内外面都可以选择增加涂层或者镀层。聚合物基复合材料瓶子的内、外涂层根据需求，可以是PET，PVC,PE,PA，特氟龙或PU类、PA类、防绒类、珠光类、油光类、有机硅类、皮膜类、阻燃类等材料，也可以是铜，铝，镍，铬等金属，以实现防护、绝缘、装饰，提升触感等目的。对于贮藏的酒水类饮料，可以隔绝饮料与聚合物基复合材料中的树脂接触，确保食品安全。塑料涂覆的方法可以采用：火焰喷涂、硫化喷涂、粉末静电喷涂、热熔敷、悬浮液涂覆等。电镀的方法有蒸镀、溅射等的物理沉积方法，也可以用化学镀等方法实现。根据装入瓶中物质成分的不同，采用相应的材料和喷涂工艺进行表面喷涂处理过的瓶子，可用于白酒，香槟，香水，矿泉水，各类化学溶液的贮藏。
8、聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶可以做到和传统陶瓷或者玻璃瓶子一样的尺寸，外观处理可以更加丰富多样，嵌入不同的图案及色彩。
9、聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶表层还可以嵌入防伪图案，电子标签等，实现对高端酒水、饮料的防伪和产品追溯等功能，避免市场流通中的造假，有效保护生产厂家及消费者的利益。
本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，包括瓶身(1)，其特征在于：所述的瓶身(1)由聚合物基复合材料层构成。
2.根据权利要求1所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：所述的瓶身(1)由3-5层碳纤维铺贴而成，厚度在0.5-5mm之间。
3.根据权利要求1所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：在所述瓶身(1)的内侧有内涂层(2)，厚度在50-200μm之间。
4.根据权利要求1所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：在所述瓶身(1)的外侧有外涂层(3)，厚度在50-200μm之间。
5.根据权利要求1所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：在所述的瓶身(1)设置有包括GPS或北斗在内的定位芯片或产品标签、防伪标识或射频芯片。
6.根据权利要求1所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：所述的聚合物基复合材料层由基材和增强材料组成，基材包括环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、氰酸脂树脂、双马来酰胺树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂或聚碳酸脂；增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维或高分子量聚乙烯纤维。
7.根据权利要求3所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：所述的内涂层(2)是PET、PVC、PE、PA或特氟龙涂层。
8.根据权利要求4所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，其特征在于：所述的外涂层(3)是PU类、PA类、防绒类、珠光类、油光类、有机硅类、皮膜类、阻燃类或特氟龙类涂层；在外涂层(3)表面，或外涂层(3)与瓶身(1)之间喷涂有图案、产品说明、LOGO或二维码。
9.一种聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：将碳纤维布平整的铺在预成型模具的预成型上模和预成型下模上，碳纤维布与预成型模具的型腔贴合平整；
S2：在预成型模具的型腔中放入真空袋，真空袋位于上碳纤维布铺层和下碳纤维布铺层之间；
S3：将铺好碳纤维布的预成型上模与预成型下模合模锁紧，此时真空袋自由的置于上碳纤维布铺层与下碳纤维布铺层之间；
S4：将真空袋外的碳纤维布和预成型模具抽真空，真空袋内的气压保持大气压或高于大气压，此时由于真空袋内外部存在压差，真空袋膨胀后将碳纤维布紧紧的压在预成型上模和预成型下模上；将预成型模具放入25±5℃保温箱内保持10-30分钟；
S5：将预成型模具取出，拆开预成型上模与预成型下模，取出已经定型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶；
S6：将步骤S5中定型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶放入成型模具的下模中，将成型模具的上模与下模合模压紧，温度保持80-140℃，压强保持在0.5-3MPa之间，保压10-45分钟，聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶在成型模具的上模和下模之间的压力下，最终成型；
S7：取出最终成型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶，进行切割和打磨，然后根据需求，进行内、外涂层的喷涂。
10.根据权利要求9所述的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶的制备方法，其特征在于：所述内、外涂层的喷涂步骤如下，
S1：将最终成型的聚合物基复合材料酒瓶或汽水瓶进行除尘脱脂处理；
S2：将瓶身侵在涂料溶液内，3-5秒后取出；
S3：将瓶子放入干燥箱，常温60-70℃保持5-7小时，对涂层进行干燥固化。
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