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CN104553169B - 一种轻质高强度夹芯复合板及制备方法 - Google Patents

一种轻质高强度夹芯复合板及制备方法 Download PDF

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CN104553169B CN201310483110.3A CN201310483110A CN104553169B CN 104553169 B CN104553169 B CN 104553169B CN 201310483110 A CN201310483110 A CN 201310483110A CN 104553169 B CN104553169 B CN 104553169B
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Abstract

本发明涉及一种轻质高强度夹芯复合板及其制备方法，夹芯复合板由自上而下依次排布的淋膜无纺布层、预浸带层、轻质毡层、废预浸带碎料层、轻质毡层、预浸带层、淋膜无纺布层压接而成。该轻质高强夹芯复合板利用预浸带的高强、毡的轻质、废预浸带的填充，将废预浸带变废为宝，提高了预浸带的利用率，节约了资源，降低了成本。制备出的产品密度在1～1.2g／cm3，弯曲强度大于70MPa，弯曲模量大于6GPa，可以应用在建筑、交通等领域，具有广阔的市场前景。

Description

一种轻质高强度夹芯复合板及制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，涉及一种轻质高强度夹芯复合板及制备方法。
背景技术
预浸带是一种热塑性树脂浸渍到连续增强纤维内部制成的预浸料片状材料。其生产方法有溶液浸渍法和熔融浸渍法，无论哪种方法都会产生预浸带废料，其废料包括机头料、机尾料、边部裁切的边角料等。目前针对连续纤维增强热塑性树脂基预浸带废料还没有很好的处理办法。
申请号为201210023736.1的中国专利公开了一种高强轻质聚丙烯复合板及其制作方法，该种高强轻质聚丙烯复合板为五层结构，从上到下依次为连续玻纤增强的聚丙烯预浸带表层、细钢丝网层、玻纤／聚丙烯毡中间层、细钢丝网层及连续玻纤增强的聚丙烯预浸带表层，在多层玻纤／聚丙烯毡的上下两面铺设细钢丝网，压制后在其上下两面铺设连续玻纤增强聚丙烯预浸带，压制裁剪得到高强轻质聚丙烯复合板。上述专利中仍然没有解决预浸带废料的处理问题。本申请提出利用连续纤维增强热塑性树脂基预浸带废料来制备轻质高强度夹芯复合板，在将预浸带废料充分利用的基础上，生产了一种轻质、高强的夹芯复合板，该复合板可以应用建筑、交通等领域。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轻质高强夹芯复合板，这种轻质高强夹芯复合板采用生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带时产生的废料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种轻质高强度夹芯复合板，该轻质高强度夹芯复合板由自上而下依次排布的淋膜无纺布层、预浸带层、轻质毡层、废预浸带碎料层、轻质毡层、预浸带层、淋膜无纺布层压接而成，所述的废预浸带碎料层的两面分别与轻质毡层相连，轻质毡层的外表面与预浸带层相连，预浸带层的外表面与淋膜无纺布层相连。
所述的淋膜无纺布层由1层淋膜无纺布构成，所述的预浸带层由2～6层预浸带构成、所述的轻质毡层由1层轻质毡构成。
所述的淋膜无纺布为单位克重140～180g/m2，厚度0.2～0.24mm的聚丙烯淋膜涤纶无纺布；优选的，所述的聚丙烯淋膜涤纶无纺布中涤纶无纺布为克重为70～90g／m2的白色网点涤纶无纺布。
所述的预浸带为连续纤维增强热塑性树脂预浸带，预浸带中纤维质量含量为50％～60％，预浸带的厚度为0.2～0.25mm，预浸带的密度为1.3～1.5g/cm3；所述的连续纤维为连续玻璃纤维，所述的热塑性树脂为聚丙烯。
所述的轻质毡为聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合而成的轻质毡，厚度为3～5mm，面密度1000-1600g／m2，其中玻璃纤维的质量含量为25％～65％。
所述的废预浸带碎料层由废预浸带碎料构成，所述的废预浸带碎料长度为2～80mm，宽度为2～20mm，厚度为0.2～0.25mm，废预浸带碎料中纤维质量百分含量为40％～50％，密度为1.1～1.3g／cm3。
优选的，所述的废预浸带碎料为生产纤维增强热塑性树脂预浸带时产生的废料粉碎而成。
上述一种轻质高强度夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)铺层：将1层脱模层铺放到方形模框中，再在方形模框中从下往上依次铺放1层淋膜无纺布、2～6层预浸带、1层轻质毡、废预浸带碎料、1层轻质毡、2～6层预浸带、1层淋膜无纺布，最后在方形模框上铺放1层脱模层；
(2)压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里进行热压，热压后再进冷压机进行冷压，冷压完后得到所述的轻质高强度夹芯复合板。
步骤(1)中所述的脱模层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述的淋膜无纺布为聚丙烯淋膜涤纶无纺布，铺放时聚丙烯面作为复合材料的外表面。
步骤(1)中所述的方形模框厚度为9～15mm；铺放过程中，废预浸带碎料均匀铺放在模框内，每毫米铺放厚度所用废预浸带碎料为1.2～1.4kg/m2，废预浸带碎料的铺放厚度使得铺放材料的总厚度比方形模框的厚度高3mm。
步骤(2)中热压压力为2～4MPa，热压温度为190～210℃，热压时间为300～1000s；排气次数为1次，排气时间为合模60s后排气5s；冷压压力为2～4MPa，冷压时间为600～1200s；制成的轻质高强度夹芯复合板厚度与所用方形模框厚度一致，为9～15mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.一般废预浸带回收都是粉碎成粉料或较小的粒料再添加到新料中进行挤出造粒，该方法不仅回收成本高，且将高性能的废预浸带打碎成低性能的粉料或粒料也不太可取，本发明结合现实将初步处理的具有高机械性能的废预浸带碎料与轻质的毡、高机械性的预浸带结合在一起生产了一种轻质高强夹芯复合板，充分利用废预浸带的高机械性能，将废预浸带变废为宝，提高了预浸带的利用率，节约了资源，降低了成本。
2.本发明利用废预浸带生产的轻质高强夹芯复合板厚度在9～15mm，密度在1～1.2g/cm3，弯曲强度大于70MPa，弯曲模量大于6GPa，可以应用在建筑、交通等领域，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为淋膜无纺布层，2为预浸带层，3为轻质毡层，4为废预浸带碎料层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种轻质高强夹芯复合板，包括七层结构，从上到下依次为聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布、连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带、聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡、废连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带碎料、聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡、连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带、聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布。
聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布单位克重为140g/m2，厚度为0.2mm，其中聚丙烯单位克重为70g/m2，聚丙烯淋膜无纺布所用的白色网点涤纶无纺布单位克重为70g／m2；连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带中玻璃纤维质量含量为50％，预浸带的厚度为0.25mm；聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合轻质毡采用滁州格美特Geniuslite系列板材，其玻璃纤维的重量含量为25％，面密度为1000g/m2，厚度为3mm；废连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带碎料长度为2～80mm，宽度为2～20mm，厚度为0.2～0.3mm，废预浸带碎料中纤维质量含量为40％～50％，密度为1.1～1.3g/cm3。
轻质高强夹芯复合板采用如下加工步骤：
(1)铺层
先将1层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜铺放到9mm厚的方形模框中，再在其上依次铺放1层淋膜聚丙烯面朝下的聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布，2层呈0°／90°排列的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，1层聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡，5.52kg均匀铺放的废预浸带碎料，1层聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡，2层呈0°／90°排列的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，1层淋膜聚丙烯面朝上的聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布，最后在方形模框上铺放1层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
(2)压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里在2MPa、190℃条件下热压300s；其中合模60s后排1次气，排气时间5s；热压后模框进冷压机，在2MPa压力下冷压600s即可制成9mm厚的轻质高强夹芯复合板；
将实施例1所压轻质高强夹芯复合板按照国标进行了性能测试，性能测试结果见表1。
实施例2
一种轻质高强夹芯复合板，包括七层结构，从上到下依次为聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布、连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带、聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡、废连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带碎料、聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡、连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带、聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布。
聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布单位克重为180g/m2，厚度为0.24mm，其中聚丙烯单位克重为90g/m2，聚丙烯淋膜无纺布所用的白色网点涤纶无纺布单位克重为90g/m2；连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带中玻璃纤维质量含量为60％，预浸带的厚度为0.2mm；聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合轻质毡采用滁州格美特Geniuslite系列板材，其玻璃纤维的重量含量为65％，面密度为1600g／m2，厚度为5mm；废连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带碎料长度为2～80mm，宽度为2～20mm，厚度为0.15～0.25mm，废预浸带碎料中纤维质量含量为40％～50％，密度为1.1～1.3g／cm3。
轻质高强夹芯复合板采用如下加工步骤：
(1)铺层
先将1层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜铺放到15mm厚的方形模框中，再在其上依次铺放1层淋膜聚丙烯面朝下的聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布，6层呈0°／90°／0°／90°／0°／90°排列的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，1层聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡，7.17kg均匀铺放的废预浸带碎料，1层聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡，6层呈0°／90°／0°／90°／0°／90°排列的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，1层淋膜聚丙烯面朝上的聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布，最后在方形模框上铺放1层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
(2)压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里在4MPa、210℃条件下热压1000s；其中合模60s后排1次气，排气时间5s；热压后模框进冷压机，在4MPa压力下冷压1200s即可制成15mm厚的轻质高强夹芯复合板；
将实施例2所压轻质高强夹芯复合板按照国标进行了性能测试，性能测试结果见表1。
实施例3
一种轻质高强夹芯复合板，包括七层结构，从上到下依次为聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布、连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带、聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡、废连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带碎料、聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡、连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带、聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布。
聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布单位克重为160g/m2，厚度为0.22mm，其中聚丙烯单位克重为80g/m2，聚丙烯淋膜无纺布所用的白色网点涤纶无纺布单位克重为80g/m2；连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带中玻璃纤维质量含量为55％，预浸带的厚度为0.22mm；聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合轻质毡采用滁州格美特Geniuslite系列板材，其玻璃纤维的重量含量为45％，面密度为1300g/m2，厚度为4mm废连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带碎料长度为2～80mm，宽度为2～20mm，厚度为0.15～0.27mm，废预浸带碎料中纤维质量含量为40％～50％，密度为1.1～1.3g／cm3。
轻质高强夹芯复合板采用如下加工步骤：
(1)铺层
先将1层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜铺放到12mm厚的方形模框中，再在其上依次铺放1层淋膜聚丙烯面朝下的聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布，4层呈0°／90°／0°／90°排列的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，1层聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡，6.24kg均匀铺放的废预浸带碎料，1层聚丙烯纤维和玻璃纤维复合轻质毡，4层呈0°／90°／0°/90°／排列的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，1层淋膜聚丙烯面朝上的聚丙烯淋膜白色网点涤纶无纺布，最后在方形模框上铺放1层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
(2)压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里在3MPa、200℃条件下热压600s；其中合模60s后排1次气，排气时间5s；热压后模框进冷压机，在3MPa压力下冷压900s即可制成12mm厚的轻质高强夹芯复合板；
将实施例3所压轻质高强夹芯复合板按照国标进行了性能测试，性能测试结果见表1。
表1实施例1～3的性能测试结果
测试板材 厚度(mm) 密度(g/cm3) 弯曲强度(MPa) 弯曲模量(MPa)
实施例1 9 1.01 72 6200
实施例2 15 1.02 78 6500
实施例3 12 1.05 75 6300
从表1中可以看出压制的轻质高强夹芯复合板将预浸带的高强、毡的轻质、废预浸带的填充性结合了起来。
实施例4
一种轻质高强度夹芯复合板，该轻质高强度夹芯复合板由自上而下依次排布的淋膜无纺布层、预浸带层、轻质毡层、废预浸带碎料层、轻质毡层、预浸带层、淋膜无纺布层压接而成，所述的废预浸带碎料层的两面分别与轻质毡层相连，轻质毡层的外表面与预浸带层相连，预浸带层的外表面与淋膜无纺布层相连。
淋膜无纺布层由1层淋膜无纺布构成，预浸带层由2层预浸带构成、轻质毡层由1层轻质毡构成。使用的淋膜无纺布为单位克重140g／m2，厚度0.2mm的聚丙烯淋膜涤纶无纺布，淋膜无纺布所用的白色网点涤纶无纺布单位克重为70g／m2。预浸带为连续纤维增强热塑性树脂预浸带，预浸带中纤维质量含量为50％，预浸带的厚度为0.2mm，预浸带的密度为1.3g/cm3；连续纤维为连续玻璃纤维，热塑性树脂为聚丙烯。轻质毡为聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合而成的轻质毡，厚度为3mm，面密度1000g／m2，其中玻璃纤维的质量含量为25％。废预浸带碎料为生产纤维增强热塑性树脂预浸带时产生的废料粉碎而成，废预浸带碎料长度为2mm，宽度为2mm，厚度为0.2mm，废预浸带碎料中纤维质量百分含量为40％％，密度为1.1g／cm3。
上述轻质高强度夹芯复合板的方法，包括以下步骤：
(1)铺层：将1层脱模层铺放到方形模框中，再在方形模框中从下往上依次铺放1层淋膜无纺布、2层预浸带、1层轻质毡、废预浸带碎料、1层轻质毡、2层预浸带、1层淋膜无纺布，最后在方形模框上铺放1层脱模层，其中，脱模层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，淋膜无纺布为聚丙烯淋膜涤纶无纺布，铺放时聚丙烯面作为复合材料的外表面，使用的方形模框厚度为9mm；铺放过程中，废预浸带碎料均匀铺放在模框内，每毫米铺放厚度所用废预浸带碎料为1.2kg/m2，废预浸带碎料的铺放厚度使得铺放材料的总厚度比方形模框的厚度高3mm；
(2)压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里进行热压，热压压力为2MPa，热压温度为190℃，热压时间为300s；排气次数为1次，排气时间为合模60s后排气5s，然后再进冷压机进行冷压，冷压压力为2MPa，冷压时间为600s；制成的轻质高强度夹芯复合板厚度与所用方形模框厚度一致，冷压完后即可制成轻质高强度夹芯复合板。
实施例5
一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，该轻质高强度夹芯复合板由自上而下依次排布的淋膜无纺布层、预浸带层、轻质毡层、废预浸带碎料层、轻质毡层、预浸带层、淋膜无纺布层压接而成，所述的废预浸带碎料层的两面分别与轻质毡层相连，轻质毡层的外表面与预浸带层相连，预浸带层的外表面与淋膜无纺布层相连。
淋膜无纺布层由1层淋膜无纺布构成，预浸带层由6层预浸带构成、轻质毡层由1层轻质毡构成。淋膜无纺布为单位克重180g／m2，厚度0.24mm的聚丙烯淋膜涤纶无纺布，淋膜无纺布所用的白色网点涤纶无纺布单位克重为90g/m2。预浸带为连续纤维增强热塑性树脂预浸带，预浸带中纤维质量含量为60％，预浸带的厚度为0.25mm，预浸带的密度为1.5g／cm3；连续纤维为连续玻璃纤维，热塑性树脂为聚丙烯。轻质毡为聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合而成的轻质毡，厚度为5mm，面密度1600g／m2，其中玻璃纤维的质量含量为65％。废预浸带碎料为生产纤维增强热塑性树脂预浸带时产生的废料粉碎而成，废预浸带碎料长度为80mm，宽度20mm，厚度0.25mm，废预浸带碎料中纤维质量百分含量为50％，密度1.3g／cm3。
上述轻质高强度夹芯复合板的方法，包括以下步骤：
(1)铺层：将1层脱模层铺放到方形模框中，再在方形模框中从下往上依次铺放1层淋膜无纺布、6层预浸带、1层轻质毡、废预浸带碎料、1层轻质毡、6层预浸带、1层淋膜无纺布，最后在方形模框上铺放1层脱模层，其中，脱模层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，淋膜无纺布为聚丙烯淋膜涤纶无纺布，铺放时聚丙烯面作为复合材料的外表面，方形模框厚度为15mm；铺放过程中，废预浸带碎料均匀铺放在模框内，每毫米铺放厚度所用废预浸带碎料为1.4kg／m2，废预浸带碎料的铺放厚度使得铺放材料的总厚度比方形模框的厚度高3mm；
(2)压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里进行热压，热压压力为4MPa，热压温度为210℃，热压时间为1000s；排气次数为1次，排气时间为合模60s后排气5s，然后再进冷压机进行冷压，冷压压力为4MPa，冷压时间为1200s；制成的轻质高强度夹芯复合板厚度与所用方形模框厚度一致，冷压完后即可制成轻质高强度夹芯复合板。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，该轻质高强度夹芯复合板由自上而下依次排布的淋膜无纺布层、预浸带层、轻质毡层、废预浸带碎料层、轻质毡层、预浸带层、淋膜无纺布层压接而成，所述的废预浸带碎料层的两面分别与轻质毡层相连，轻质毡层的外表面与预浸带层相连，预浸带层的外表面与淋膜无纺布层相连；废预浸带碎料中纤维质量百分含量为40%~50%，密度为1.1~1.3g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，所述的淋膜无纺布层由1层淋膜无纺布构成，所述的预浸带层由2~6层预浸带构成、所述的轻质毡层由1层轻质毡构成。
3.根据权利要求2所述的一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，所述的淋膜无纺布为单位克重140~180g/m2，厚度0.2~0.24mm的聚丙烯淋膜涤纶无纺布。
4.根据权利要求2所述的一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，所述的预浸带为连续纤维增强热塑性树脂预浸带，预浸带中纤维质量含量为50%~60%，预浸带的厚度为0.2~0.25mm；所述的连续纤维为连续玻璃纤维，所述的热塑性树脂为聚丙烯。
5.根据权利要求2所述的一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，所述的轻质毡为聚丙烯纤维和切碎的玻璃纤维复合而成的轻质毡，厚度为3~5mm，面密度1000-1600g/m2，其中玻璃纤维的质量含量为25%~65%。
6.根据权利要求1所述的一种轻质高强度夹芯复合板，其特征在于，所述的废预浸带碎料层由废预浸带碎料构成，所述的废预浸带碎料长度为2~80mm，宽度为2~20mm，厚度为0.2~0.25mm。
7.如权利要求1~6中任一所述的一种轻质高强度夹芯复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）铺层：将1层脱模层铺放到方形模框中，再在方形模框中从下往上依次铺放1层淋膜无纺布、2~6层预浸带、1层轻质毡、废预浸带碎料、1层轻质毡、2~6层预浸带、1层淋膜无纺布，最后在方形模框上铺放1层脱模层；
（2）压板
铺好层后，将方形模框放进平板硫化机里进行热压，热压后再进冷压机进行冷压，冷压完后得到所述的轻质高强度夹芯复合板。
8.根据权利要求7所述的一种轻质高强度夹芯复合板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的脱模层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述的淋膜无纺布为聚丙烯淋膜涤纶无纺布，铺放时聚丙烯面作为复合材料的外表面。
9.根据权利要求7所述的一种轻质高强度夹芯复合板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的方形模框厚度为9~15mm；铺放过程中，废预浸带碎料均匀铺放在模框内，每毫米铺放厚度所用废预浸带碎料为1.2~1.4kg/m2，废预浸带碎料的铺放厚度使得铺放材料的总厚度比方形模框的厚度高3mm。
10.根据权利要求7所述的一种轻质高强度夹芯复合板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中热压压力为2~4MPa，热压温度为190~210℃，热压时间为300~1000s；排气次数为1次，排气时间为合模60s后排气5s；冷压压力为2~4MPa，冷压时间为600~1200s；制成的轻质高强度夹芯复合板厚度与所用方形模框厚度一致，为9~15mm。
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