一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的制作方法
【專利摘要】一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，由于在面層與板芯之間設置了夾層，且夾層與面層采用的材質不同，當夾層為單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片時，面層為單層或多層短纖維增強熱塑性樹脂片，而當夾層為單層或多層短纖維增強熱塑性樹脂片時，面層則是連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片，該種材質結構的板材，結合了連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片與短纖維增強熱塑性樹脂片的優勢，有效保證了該板材具有優良的力學性能及熱穩定性。
【專利說明】
一種輕型纖維増強熱塑性樹脂板材
技術領域
[0001] 本發明涉及汽車用材料領域，特別涉及一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材。
【背景技術】
[0002] 目前，復合板材在生活中應用越來越廣泛，現有的復合板材，包括板芯及覆在板芯 上下表面的面層，其板芯常常選擇膠合板、木塑板、刨花板等等，其面層材質為連續纖維增 強熱塑性樹脂材料或者短纖維增強熱塑性樹脂材料，通過熱壓將板芯與面層復合為一體， 由于連續纖維增強熱塑性樹脂材料的成型難度大，且制成的板材彎曲性能低，常常出現分 層現象，而短纖維增強熱塑性樹脂材料制成的板材拉伸性能等力學性能差，熱穩定性低，易 于出現板材翹曲等問題，因此，當板材的面層單純使用上述兩種材料中的一種時，板材整體 力學性能都比較低，使用壽命短。
【發明內容】
[0003] 本發明旨在提供一種彎曲性能高、不會分層且熱穩定性好的輕型纖維增強熱塑性 樹脂板材，延長板材的使用壽命。
[0004] 本發明所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，包括板芯，板芯上下表面熱復 合有面層，面層與板芯之間設置有夾層，所述面層由單層或多層短纖維增強熱塑性樹脂片 熱復合形成，所述夾層由單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，或者所 述面層由單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，所述夾層由單層或多層 短纖維增強熱塑性樹脂片熱復合形成;所述板芯為熱塑性樹脂板。
[0005] 本發明所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，由于在面層與板芯之間設置了 夾層，且夾層與面層采用的材質不同，當夾層為單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸 片時，面層為單層或多層短纖維混合增強熱塑性樹脂片，而當夾層為單層或多層短纖維增 強熱塑性樹脂片時，面層則是連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片，從而避免了單純使用連續 纖維增強熱塑性樹脂預浸片出現的板材成型難度大、彎曲性能低、易分層的問題，同時，也 避免了單純使用短纖維增強熱塑性樹脂片出現的板材拉伸性能等力學性能差、受熱易變 形、易出現板材翹曲的問題。該種材質結構的板材，由于層與層之間的結合界面可相互滲 透，因此，能緊密的交叉結合在一起，有效保證了板材的力學性能優良，而由于結合了連續 纖維增強熱塑性樹脂預浸片與短纖維增強熱塑性樹脂片的優勢，有效保證了該板材具有優 良的力學性能及熱穩定性，受熱不易變形，而由于各片層間結合緊密、密度小，因此，彎曲性 能高，不會出現分層現象，大幅延長了板材的使用壽命。另外，由于板芯為熱塑性樹脂板，通 過將熱塑性樹脂板的材質與面層及夾層中使用的樹脂基體材質一致，可直接將面層、夾層 及板芯熱壓復合為一體，避免使用膠黏劑，更加環保，也提高了加工效率，而熱塑性樹脂板 的密度小，也可以大幅降低板材的重量，使板材應用范圍更廣。
【附圖說明】
[0006] 圖1為本發明板材結構示意圖。
【具體實施方式】
[0007] 一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，包括板芯，所述板芯為熱塑性樹脂板，板芯的 厚度為0.1 mm~20mm，所述熱塑性樹脂板的材質可以是任一種熱塑性樹脂材料，如聚乙稀板、 聚丙烯板、聚酰胺板、聚氯乙烯板、聚苯乙烯板、聚甲醛板、聚碳酸酯板、聚苯醚板或聚砜板 等，板芯上下表面熱復合有面層，面層與板芯之間設置有夾層，面層的厚度范圍為0.1mm~ 20mm，夾層的厚度范圍為0.1mm~20mm，面層由單層或多層短纖維增強熱塑性樹脂片熱復合 形成，夾層由單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，或者面層由單層或 多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，夾層由單層或多層短纖維增強熱塑性樹 脂片熱復合形成，所述連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的鋪層方向為0° <θ<90°，所述短 纖維增強熱塑性樹脂片由長度不一致的短纖維以任意比例混合后和樹脂基體復合形成，或 短纖維增強熱塑性樹脂片由長度一致的短纖維和樹脂基體復合形成，所述短纖維長度 0.1mm<L<150mm，所述連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片由連續纖維和樹脂基體復合形成， 基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為5wt%~95wt%，樹脂基體的 重量百分比為5wt%~95wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維的重 量百分比為5wt%~95wt%，樹脂基體的重量百分比為5wt%~95wt%，所述樹脂基體可以是任意 一種熱塑性樹脂或多種熱塑性樹脂以任意比混合，如選自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙 烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、ABS、PET、聚醚酰亞胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚 酰亞胺中的一種或多種以任意比混合等，形成面層的短纖維增強熱塑性樹脂片或連續纖維 增強熱塑性樹脂預浸片的層數優選2層到5層，形成夾層的短纖維增強熱塑性樹脂片或連續 纖維增強熱塑性樹脂預浸片的層數優選2層到5層，所述樹脂基體中還添加有助劑，所述助 劑為偶聯劑、相容劑、抗氧劑、潤滑劑、色母填料中的一種或多種組合，所述短纖維或連續纖 維均選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或玄武巖纖維中的一種或多種組合，所述輕型纖維增強 熱塑性樹脂板材的密度0.92g/cm 3〈a〈l. 4g/cm3，該種板材由于密度小，因此，重量輕，搬運方 便。該板材可用于汽車后備箱蓋板和其他結構件，力學性能優良且重量較輕。
[0008] 制備方法:（1)面層制備:將單層或多層短纖維增強熱塑性樹脂片鋪設形成面層2， 或將單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片按角度鋪設形成面層2; (2)夾層制備:將 單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片按角度鋪設形成夾層3,或將單層或多層短纖 維增強熱塑性樹脂片鋪設形成夾層3; (3)板材的制備:將短纖維增強熱塑性樹脂片鋪設形 成的面層2、連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片鋪設形成的夾層3與熱塑性樹脂板熱復合形成 板材;或將連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片鋪設形成的面層2、短纖維增強熱塑性樹脂片鋪 設形成的夾層3與熱塑性樹脂板熱復合形成板材;面層2、夾層3、板芯1熱復合形成板材的熱 壓溫度為180°〇250°C，熱壓壓力為0.1 MPa~5MPa，所述面層2、夾層3及板芯1由上至下按面 層一夾層一板芯一夾層一面層的順序依次鋪設。
[0009]下面通過【具體實施方式】來進一步說明本發明，以下實施例為本發明較佳的實施方 式，但本發明的實施方式并不受下述實施例的限制。
[0010] 實施例1 本實施例中，板芯1聚丙稀板，板芯1的厚度為6mm;面層2的厚度為0.1mm，夾層3的厚度 為0.3_，面層2由單層短纖維增強熱塑性樹脂片熱復合形成，夾層3由單層連續纖維增強熱 塑性樹脂預浸片熱復合形成，基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分 比為30wt%，樹脂基體的重量百分比為70wt%;面層中短纖維的長度不一致，由長度為0.1mm、 30mm、50mm、75mm、I OOmm、120mm以及150mm的短纖維以任意比例混合形成;基于連續纖維增 強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維的重量百分比為30wt%，樹脂基體的重量百分比為 70wt%，短纖維或連續纖維均為玻璃纖維;樹脂基體為聚丙烯，夾層中的連續纖維增強熱塑 性樹脂預浸片的鋪層方向為θ=0°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為0.92g/cm 3。 通過上述制備方法制成板材，其力學性能如表1所示。
[0011] 實施例2 本實施例中，面層2的厚度為0.3mm，夾層3的厚度為0.5mm，面層2由單層連續纖維增強 熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，夾層3由單層短纖維增強熱塑性樹脂片形成，基于短纖維增 強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為30wt%，樹脂基體的重量百分比為70wt%， 夾層中短纖維的長度一致，均為50mm;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續 纖維的重量百分比為45wt%，樹脂基體的重量百分比為55wt%，面層中的連續纖維增強熱塑 性樹脂預浸片的鋪層方向為θ=0°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為0.95g/cm 3。 其余內容與實施例1相同。
[0012] 實施例3 本實施例中，面層2的厚度為0.5mm，夾層3的厚度為0.8mm，面層2由單層短纖維增強熱 塑性樹脂片熱復合形成，夾層3由兩層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成;基于短 纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為45wt%，樹脂基體的重量百分比為 55wt%;面層中短纖維的長度不一致，由長度為0 . lmm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及 150mm的短纖維以任意比例混合形成;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續 纖維的重量百分比為45wt%，樹脂基體的重量百分比為55wt%，夾層中的連續纖維增強熱塑 性樹脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/90°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為1.02g/ cm3,其余內容與實施例1相同。
[0013] 實施例4 本實施例中，面層2的厚度為1mm，夾層3的厚度為0.9mm，面層2由兩層連續纖維增強熱 塑性樹脂預浸片熱復合形成，夾層3由兩層短纖維增強熱塑性樹脂片熱復合形成，夾層中短 纖維的長度不一致，由長度為0.1mm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纖維以 任意比例混合形成；基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為 55wt%，樹脂基體的重量百分比為45wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連 續纖維的重量百分比為45wt%，樹脂基體的重量百分比為55wt%，面層2中的連續纖維增強熱 塑性樹脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/90°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為 1 · 09g/cm3，其余內容與實施例1相同。
[0014] 實施例5 本實施例中，面層2的厚度為2mm，夾層3的厚度為3mm，面層2由兩層短纖維增強熱塑性 樹脂片熱復合形成，夾層3由三層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，面層中短纖 維的長度不一致，由長度為0. lmm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纖維以任 意比例混合形成，基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為55wt%， 樹脂基體的重量百分比為45wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維 的重量百分比為55wt%，樹脂基體的重量百分比為45wt%，夾層2中的連續纖維增強熱塑性樹 脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/90°/45°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為1.18g/ cm3,其余內容與實施例1相同。
[0015] 實施例6 本實施例中，面層2的厚度為4mm，夾層3的厚度為4mm，面層2由三層連續纖維增強熱塑 性樹脂預浸片熱復合形成，夾層3由四層短纖維增強熱塑性樹脂片熱復合形成，夾層中短纖 維的長度不一致，由長度為0. lmm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纖維以任 意比例混合形成;基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為65wt%， 樹脂基體的重量百分比為35wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維 的重量百分比為55wt%，樹脂基體的重量百分比為45wt%，面層2中的連續纖維增強熱塑性樹 脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/90°/0°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為1.27g/ cm3,其余內容與實施例1相同。
[0016] 實施例7 本實施例中，面層2的厚度為4mm，夾層3的厚度為5mm，面層2由四層短纖維增強熱塑性 樹脂片熱復合形成，夾層3由四層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，面層中短纖 維的長度不一致，由長度為0. lmm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纖維以任 意比例混合形成;基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為65wt%， 樹脂基體的重量百分比為35wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維 的重量百分比為65wt%，樹脂基體的重量百分比為35wt%，夾層3中的連續纖維增強熱塑性樹 脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/90°/45°/0°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度為 1 · 33g/cm3，其余內容與實施例1相同。
[0017] 實施例8 本實施例中，面層2的厚度為4mm，夾層3的厚度為5mm，面層2由五層連續纖維增強熱塑 性樹脂預浸片熱復合形成，夾層3由四層短纖維增強熱塑性樹脂片熱復合形成，夾層中短纖 維的長度不一致，由長度為0. lmm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纖維以任 意比例混合形成;基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為70wt%， 樹脂基體的重量百分比為30wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維 的重量百分比為65wt%，樹脂基體的重量百分比為35wt%，面層2中的連續纖維增強熱塑性樹 脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/90°/45°/0°/90°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度 為1.35g/cm 3,其余內容與實施例1相同。
[0018] 實施例9 本實施例中，面層2的厚度為5mm，夾層3的厚度為5mm，面層2由五層短纖維增強熱塑性 樹脂片熱復合形成，夾層3由五層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，面層中短纖 維的長度不一致，由長度為0. lmm、30mm、50mm、75mm、100mm、120mm以及150mm的短纖維以任 意比例混合形成;基于短纖維增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為70wt%， 樹脂基體的重量百分比為30wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維 的重量百分比為70wt%，樹脂基體的重量百分比為30wt%，夾層3中的連續纖維增強熱塑性樹 脂預浸片的鋪層方向為θ=0°/45°/90°/45°/0°，所述輕型纖維增強熱塑性樹脂板材的密度 為1.37g/cm3,其余內容與實施例1相同。
[0019] 對比例1-5 對比例1-5與實施例1-5相對應，對比例1-5中，板材由板芯及覆在板芯上下表面的面層 形成，其中，對比例1-2中板芯采用膠合板，對比例3-4中板芯采用木塑板，對比例5中板芯采 用刨花板，對比例1-5中面層為連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片復合形成，其余內容與對應 實施例中內容一致;制得的板材的力學性能參照表1。
[0020] 對比例6-9 對比例6-9與實施例6-9相對應，對比例6-9中，板材由板芯及覆在板芯上下表面的面層 形成，其中，對比例6中板芯采用膠合板，對比例7中板芯采用木塑板，對比例8-9中板芯采用 刨花板，對比例6-9中面層為短纖維增強熱塑性樹脂片復合形成，其余內容與對應實施例中 內容一致;制得的板材的力學性能參照表一。
[0021] 將實施例1 -9中制得的板材與對比例1 -9中制得的板材，根據GB/T1449-2005纖維 增強塑料彎曲性能試驗方法，測得彎曲強度和彎曲模量參照表1;將實施例1-9中制得的板 材與對比例1-9中制得的板材，在80 °C條件下根據GB/T1449-2005纖維增強塑料彎曲性能 試驗方法，測試彎曲強度和彎曲模量參照表1。
由表1可明確看出，由于夾層和面層采用短纖維增強熱塑性樹脂片復合形成或連續纖 維增強熱塑性樹脂預浸片復合形成，且夾層和面層材質不同，因此，通過短纖維增強熱塑性 樹脂材料與連續纖維增強熱塑性樹脂材料的優勢互補，可大幅提升板材的彎曲性能，避免 分層現象，有效延長板材的使用壽命。
【主權項】
1. 一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，包括板芯，板芯上下表面熱復合有面層，其特征 在于:面層與板芯之間設置有夾層，所述面層由單層或多層短纖維增強熱塑性樹脂片熱復 合形成，所述夾層由單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，或者所述面 層由單層或多層連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片熱復合形成，所述夾層由單層或多層短纖 維增強熱塑性樹脂片熱復合形成;所述板芯為熱塑性樹脂板。2. 根據權利要求1所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述輕型纖 維增強熱塑性樹脂板材的密度0.92g/cm 3〈a〈l. 4g/cm3。3. 根據權利要求1所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:形成面層的 短纖維增強熱塑性樹脂片或連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的層數優選2層到5層，形成夾 層的短纖維增強熱塑性樹脂片或連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的層數優選2層到5層。4. 根據權利要求1所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述短纖維 增強熱塑性樹脂片由長度不一致的短纖維以任意比例混合后和樹脂基體復合形成，或短纖 維增強熱塑性樹脂片由長度一致的短纖維和樹脂基體復合形成，所述短纖維長度0.1 mrnSL < 150mm;所述連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片由連續纖維和樹脂基體復合形成;所述熱塑 性樹脂板為聚乙烯板、聚丙烯板、聚酰胺板、聚氯乙烯板、聚苯乙烯板、聚甲醛板、聚碳酸酯 板、聚苯醚板或聚砜板。5. 根據權利要求3所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述形成面 層或夾層的連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的鋪層方向為0° <θ<90°。6. 根據權利要求4所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:基于短纖維 增強熱塑性樹脂片的總重量，短纖維的重量百分比為5wt%~95wt%，樹脂基體的重量百分比 為5wt%~95wt%;基于連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片的總重量，連續纖維的重量百分比為 5wt%~95wt%，樹脂基體的重量百分比為5wt%~95wt%。7. 根據權利要求4所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述樹脂基 體中還添加有助劑，所述助劑為偶聯劑、相容劑、抗氧劑、潤滑劑、色母填料中的一種或多種 組合。8. 根據權利要求4所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述短纖維 或連續纖維均選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或玄武巖纖維中的一種或多種組合;所述樹脂 基體為任意一種熱塑性樹脂或多種熱塑性樹脂以任意比例混合。9. 根據權利要求1所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述面層的 厚度范圍為0.1 mm~20mm，所述夾層的厚度范圍為0.1 mm~20mm。10. 根據權利要求1所述的一種輕型纖維增強熱塑性樹脂板材，其特征在于:所述板芯 的厚度為0.1 mm~20mm。
【文檔編號】B32B17/12GK105922694SQ201610249842
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】黃險波, 陳大華, 范欣愉, 雷震, 孫雅杰, 劉玲, 孟珊珊, 肖彥
【申請人】廣州金發碳纖維新材料發展有限公司