CN101104324A - 热膨胀板、使用热膨胀板的车辆用模塑制品及制造该板和制品的方法 - Google Patents

热膨胀板、使用热膨胀板的车辆用模塑制品及制造该板和制品的方法 Download PDF

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Abstract

一种热膨胀板，其包括无纺布层和由无机纤维形成的加强材料层。加强材料层形成于无纺布层的表面上。各加强材料层的厚度小于无纺布层的厚度。无纺布层和加强材料层中渗入热膨胀微胶囊和树脂。一种由所述热膨胀板制成的车辆用模塑制品，该制品含有通过无纺布层中的所述热膨胀微胶囊的膨胀生成的封闭空洞。

Description

热膨胀板、使用热膨胀板的车辆用模塑制品及制造该板和制品的方法
技术领域
本发明涉及含有热膨胀微胶囊的热膨胀板，该热膨胀板在加热到预定温度时膨胀，并且能被成型为预设形状。本发明还涉及使用所述热膨胀板的车辆用模塑制品。此外，本发明涉及制造所述热膨胀板和车辆用模塑制品的方法。
背景技术
已经提出了一种制造作为车辆用模塑制品的模塑顶棚的技术，这种技术使用使用的核心材料是由邻苯二甲酸二烯丙酯树脂组合物粘结无机纤维形成的复合材料，或者是将该复合材料粘结到有机树脂膨胀板表面或有机纤维无纺布表面形成的材料。以下，将上述技术称为第一现有技术。例如，参见2004-50911号日本专利公开。
此外，还提出了一种技术，该技术使用的车辆用模塑制品材料是一种以下述方法获得的复合材料：用含有热膨胀微胶囊的邻苯二甲酸二烯丙酯树脂和不饱和聚酯树脂中的至少一种浸渍网状材料；将蜂窝纸之类的多孔体层压在所述网状材料上；接着对所述网状材料进行热压成型。以下，将上述技术称为第二现有技术。例如，参见2002-347198日本专利公开。
对于降低燃料消耗和车辆高性能的要求提高的同时，还要求进一步减低车辆用模塑制品重量。例如，在第一现有技术中，为进一步减低模塑顶棚的重量，可以减低单位面积有机纤维无纺布的重量。然而，这样，降低模塑顶棚的厚度会导致模塑顶棚的刚性降低。这会降低安装该模塑顶棚时的效率。
在第二现有技术中，虽然所述多孔体增加车辆用模塑制品的刚性，但重量也会不合意地增加。因此，使用多孔体与降低车辆用模塑制品重量的目标相冲突。另外，诸如蜂窝纸之类的多孔体在弯折及成型时不会精确地变形。因此，作为如模塑顶棚之类车辆用模塑制品的材料，第二种现有技术的复合材料的成型性能不足。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有足够成型性能的轻质高刚性的车辆用模塑制品、以及一种制造所述模塑制品的方法。本发明的又一目的是提供一种作为所述车辆用模制品原料的热膨胀板、以及一种制造该热膨胀板的方法。
为实现上述目标，根据本发明的第一方面，提供了一种包括无纺布层和加强材料层的热膨胀板。所述加强材料层由无机纤维形成。所述加强材料层形成于无纺布层的表面上。所述加强材料层的厚度小于所述无纺布层的厚度。所述无纺布层和加强材料层均渗入热膨胀微胶囊和树脂。
凭借上述构造的热膨胀板，通过使无纺布层中的热膨胀微胶囊膨胀将所述无纺布层扩张。因此，虽然单位面积无纺布层的纤维重量被降低以获得轻质的车辆用模塑制品，但由所述热膨胀板制成的模塑制品仍具有能确保足够刚性的厚度。还有，由于所述加强材料层的作用，由所述热膨胀板制成的模塑制品在保持其形状方面是优越的。而且，因为所述加强材料层的厚度小于所述无纺布层的厚度，所述模塑制品在弯曲和成型时变形精确，并具有充分的成型性能。而且，由于所述加强材料层的作用，所述模塑制品在保持其形状方面是优越的。
在上述热膨胀板中，单位面积加强材料层的纤维重量优选为50～135g/m2。如果加强材料层的单位面积纤维重量小于50g/m2，由所述热膨胀板制成的模塑制品的刚性和保形性可能不足。如果加强材料层的单位面积纤维重量超过135g/m2，热膨胀板的刚性可能太高，由所述热膨胀板制成的模塑制品在弯曲和成型时的成型性能可能降低。对此，如果加强材料层的单位面积纤维重量为50～135g/m2，就可以解决这些问题。
在上述热膨胀板中，无纺布层的单位面积纤维重量优选为40～80g/m2，如果无纺布层单位面积纤维重量低于40g/m2，由该热膨胀板制成的模塑制品刚性和保形性可能不足。如果无纺布层的单位面积纤维重量超过80g/m2，由该热膨胀板制成的模塑制品的重量不能充分降低。对此，如果无纺布层的单位面积纤维重量为40～80g/m2，就可解决这些问题。
在上述热膨胀板中，渗入无纺布层和加强材料层中的树脂可以是固化温度为130～180℃的热固性树脂。对这种情况，优选地，所述热膨胀微胶囊的起始膨胀温度为120～180℃。凭借这种结构，通过根据需要调节所述热膨胀微胶囊的起始膨胀温度和所述热固性树脂的固化温度，由无纺布层中热膨胀微胶囊膨胀引起的无纺布层的扩张和由热固性树脂的热固化引起的模塑制品的形状固定同时进行。这减少了制造所述模塑制品时的工艺步骤数量，且易于制成具有优良的刚性和保形性的模塑制品。
在上述热膨胀板中，所述加强材料层可以是形成在无纺布层两个表面上的加强材料层中的一层。单位面积的无纺布层中渗入的热膨胀微胶囊的重量以固形物含量计优选为35～40g/m2。如果单位面积的无纺布层中渗入的热膨胀微胶囊的重量以固形物含量计低于35g/m2，由所述热膨胀板制成的模塑制品的厚度可能不足。从而，例如在将该模塑制品用于车辆的模塑顶棚时，该模塑顶棚安装期间可能会因为刚性不够而弯曲。如果单位面积的无纺布层中渗入的热膨胀微胶囊的重量以固形物含量计超过40g/m2，虽然单位体积的模塑制品重量得以降低，但可能无法确保足够的刚性和保形性。对此，如果单位面积的无纺布层中渗入的热膨胀微胶囊的重量以固形物含量计为35～40g/m2，就可以解决这些问题。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造热膨胀板的方法。该方法包括：将无纺布层和无机纤维加强材料层相互结合，加强材料层的厚度小于无纺布层的厚度；然后使相互结合的无纺布层和加强材料层与含有热膨胀微胶囊和树脂的含微胶囊树脂组合物接触，从而将所述热膨胀微胶囊和树脂渗入无纺布层和加强材料层。根据这个方法，得到一种作为车辆用模塑制品原料的热膨胀板，该车辆用模塑制品轻质高刚性并具有足够的成型性能。
上述方法还可包括：在使所述无纺布层和加强材料层与含微胶囊树脂组合物接触前，沿相互结合的两个层的厚度方向针刺所述无纺布层和加强材料层。这样，在该无纺布层和加强材料层之间的交界处，无纺布层的组成纤维和加强材料层的组成纤维相互缠绕，这增加了无纺布层和加强材料层之间的结合强度。因此，在与含微胶囊树脂组合物接触时可以防止无纺布层和加强材料层相互移位。这增加了制造热膨胀板时的可加工性。
根据本发明第三方面，提供了一种由上述热膨胀板制成的车辆用模塑制品。该车辆用模塑制品的无纺布层中含有通过热膨胀微胶囊在无纺布层中的膨胀形成的封闭空洞。凭借这种结构，可以抑制通过车辆用模塑制品的气流。因此，由于所述车辆用模塑制品抑制噪音和不洁空气进入车厢，使车厢内更加安静和清洁。
根据本发明的第四方面，提供了一种用上述热膨胀板制造车辆用模塑制品的方法。该方法包括：将热膨胀板保持在超过所述热膨胀微胶囊的起始膨胀温度的环境下，从而使热膨胀微胶囊在热膨胀板中膨胀并扩张所述无纺布层。根据该方法，得到一种具有足够成型性能的轻质高刚性的车辆用模塑制品。
在上述制造车辆用模塑制品的方法中，将热膨胀板保持在超过热膨胀微胶囊的起始膨胀温度的环境这一过程可包括：将热膨胀板设置在一对模具之间，该模具配合在一起时，在型腔中它们之间的最大距离大于热膨胀板的厚度；通过所述模具加热热膨胀板，使模具内的热膨胀板中的无纺布层扩张。这样，车辆用模塑制品的刚性增加而无需使用多孔体，所述多孔体是与车辆用模塑制品相分离的构件，如蜂窝状构件。此外，尽管为得到轻质的车辆用模塑制品减低了单位面积无纺布层重量，但无纺布层的扩张防止了车辆用模塑制品刚性的降低。
通过下述结合附图的说明，以举例的方式阐述本发明的原理，将使本发明的其它方面和优点变得清楚。
附图说明
通过参考下面结合附图对现有优选实施方式的描述，可以最好地理解本发明及其目的和优点。附图中：
图1为根据本发明一具体实施方式的热膨胀板制造过程的示意图；
图2为通过图1所示制造过程得到的热膨胀板的局部剖视图；
图3为剖视图，示出了使用热成型模具从图2所示热膨胀板热塑成型得到模塑制品的方式；及
图4为由图2所示热膨胀板制成的模塑顶棚的局部剖视图。
具体实施方式
现参考图1至图4说明本发明一具体实施方式。
如图2所示，该优选实施方式的热膨胀板11包括无纺布层12和形成于无纺布层12两侧的加强材料层13。各加强材料层13的厚度小于无纺布层12的厚度。无纺布层12由大量的组成纤维14构成，加强材料层13由大量的组成纤维15构成。含微胶囊树脂组合物渗入无纺布层12的组成纤维14之间的空隙和加强材料层13的组成纤维15之间的空隙中。所述含微胶囊树脂组合物至少含有热固性树脂18和热膨胀微胶囊17，该微胶囊分散于热固性树脂18中且在加热至预定温度时发生膨胀。
例如，无纺布层12的组成纤维14可以是诸如聚酯纤维、聚丙烯纤维和聚酰胺纤维之类的合成纤维；诸如棉纤维和纤维素纤维之类的天然纤维；或诸如人造丝纤维之类的再生纤维。其中，从经济效益和多功能性方面看聚酯纤维比较合适。例如，无纺布层12可由诸如针刺无纺布、纺粘无纺布、热粘无纺布和化学粘合无纺布之类的无纺布形成，但并不限于所列无纺布种类。其中，针刺无纺布最好。在无纺布层12由针刺无纺布形成的情况下，因为针刺无纺布的纤维取向是随机的，当热膨胀微胶囊17在无纺布层12内膨胀时，无纺布层12趋于在其厚度方向增大。无纺布层12的单位面积纤维重量最好为40～80g/m2。
例如，加强材料层13的组成纤维15为诸如玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维之类的无机纤维。从经济效益和可加工性方面看，由玻璃纤维短切毡形成的加强材料层13最好。在加强材料层13由无机纤维毡形成的情况下，因为所述无机纤维毡中的大多数纤维的取向与所述毡的厚度方向垂直，当热膨胀微胶囊17在加强材料层13中膨胀时，加强材料层13内的热固性树脂18被挤向无纺布层12，而加强材料层13并没有在其厚度方向增大。加强材料层13的单位面积纤维重量最好为50～135g/m2。
例如，热固性树脂18可以是邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、不饱和聚酯树脂、或其混合物。邻苯二甲酸二烯丙酯树脂通常以预聚物的形式使用，该预聚物通过邻苯二甲酸二烯丙酯的部分聚合获得且在其侧链具有烯丙基不饱和键。不饱和聚酯树脂通过将不饱和多元酸或将不饱和多元酸和饱和多元酸的混合物与多元醇以常规方法反应得到。所述不饱和多元酸可以是，例如，富马酸或马来酐。所述饱和多元酸可以是，例如，邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、己二酸、癸二酸、氯桥酸、或四溴邻苯二甲酸酐。所述多元醇可以是，例如，乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、新戊二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、氢化双酚A、双酚A与丙二醇的加合物、或其混合物。
所述含微胶囊树脂组合物通常含有聚合引发剂。如有需要，含微胶囊树脂组合物还可含有聚合引发剂、聚合加速剂、内含脱模剂、填充剂、和着色剂中的至少一种。所述聚合引发剂可以是，例如，诸如过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、和过苯甲酸叔丁酯之类的有机过氧化物、或诸如偶氮二异丁腈之类的偶氮化合物。
热固性树脂18的固化温度最好为130～180℃。邻苯二甲酸二稀丙酯树脂的固化温度为130～160℃。
热膨胀微胶囊17由壳体和填充该壳体的膨胀剂构成。例如，所述壳体由丙烯腈、氯乙烯、偏二氯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、和醋酸乙烯酯的均聚物或共聚物的形成，但不限于所列物质。例如，膨胀剂可以是如丙烷、丁烷、戊烷、己烷、和它们的异构体之类的烃，如石油醚之类的有机溶剂，或者是碳酸盐或经热分解或化学反应产生二氧化碳气体的如碳酸氢钠之类的碳酸氢盐。热膨胀微胶囊17的起始膨胀温度最好为120～180℃。所述含微胶囊树脂组合物中热膨胀微胶囊17与热固性树脂18的重量比最好为1.0/1.2～1.0/2.0。单位面积无纺布层12中渗入的热膨胀微胶囊17的重量以固形物含量计最好为35～40g/m2。
所述含微胶囊树脂组合物以乳化液或悬浮液的形式使用。在含微胶囊树脂组合物中，可使用有机溶剂作为媒质。然而，所述有机溶剂必须能溶解热固性树脂18并且不会因溶解或溶胀而破坏热膨胀微胶囊17的壳体。例如，当热固性树脂18为邻苯二甲酸二烯丙酯或不饱和聚酯树脂时，以适当的方式使用诸如甲苯和二甲苯之类的芳香烃或通过将该芳香烃混入非甲醇的醇溶剂形成的混合溶剂。
现参考图1说明热膨胀板11的制造方法。
如图1所示，制备有一卷无纺布层12和两卷加强材料层13。用辊子20传送无纺布层12和加强材料层13，使加强材料层13结合到无纺布层12的两侧。在此方式中，形成了有三个层的层叠体21。除了将加强材料层13结合在无纺布层12的两侧之外，也可以仅在无纺布层13的一侧结合一层加强材料层13。这样，得到的层叠体21只有两个层。
然后，沿层叠体21厚度方向针刺层叠体21。即，用沿层叠体21厚度方向运动的针22反复穿刺层叠体21。所述针刺使得无纺布层12组成纤维14与加强材料层13组成纤维15在图2所示的无纺布层12和加强材料层13之间的交界处相互缠结。
接着，将已针刺的层叠体21浸入盛有含微胶囊组合物的浸渍罐23中，并通过浸渍罐23。结果，层叠体21的无纺布层12和加强材料层13被渗入了含微胶囊树脂组合物。含微胶囊树脂组合物的渗入可以不必通过浸渍进行，而可以通过使用，例如，计量刀、辊涂器、刮刀式涂布器(comma coater)、或橡皮辊的方式进行。
已渗入有含微胶囊树脂组合物的层叠体21从一对压辊24之间通过，以将多余的含微胶囊树脂组合物压出层叠体21。然后，层叠体21通过干燥炉25以除去含微胶囊树脂组合物中的溶剂和分散媒质。层叠体21需在层叠体21中的热膨胀微胶囊17不发生膨胀且层叠体21中的热固性树脂18不发生固化的温度下干燥。将送出干燥炉25的层叠体21即热膨胀板11卷起。
现参考图3～图4说明使用热成型模具31由热膨胀板11制造具有预设曲面的模塑顶棚32的方法。
如图3所示，热膨胀板11被放置在热成型模具31的上模具34和下模具35之间，该热成型模具的型腔33具有预设的形状。当上模具34和下模具35配合在一起时，型腔33中上模具34和下模具35之间的最大距离大于热膨胀板11的厚度，优选地，该最大距离约为热膨胀板11厚度的8～10倍。将上模具34和下模具35配合在一起后，加热上模具34和下模具35以使热膨胀板11内的热膨胀微胶囊膨胀并使热膨胀板11内的热固性树脂18固化。通过加热预定时间完成热膨胀微胶囊17的膨胀和热固性树脂18的固化。
如图4所示，以此方式得到的模塑顶棚32中，通过无纺布层12中的热膨胀微胶囊17的膨胀，在无纺布层12中形成了封闭空洞，即中空微球36。固化的热固性树脂18起到界定中空微球36空腔的壁的作用。通过加强材料层13中热膨胀微胶囊17的膨胀，加强材料层13中的热固性树脂18从加强材料层13被挤出并进入无纺布层12。在图4中，为便于理解，放大了中空微球36的尺寸。
实施例
将由单位面积纤维重量为100g/m2的玻璃纤维制成的短切毡(Nippon ElectricGlass Co.，Ltd.制造)结合在由单位面积纤维重量为60g/m2的聚酯纤维制成的针刺无纺布(Kureha Ltd.制造)的两侧，以形成三层层叠体。对所述层叠体作针刺后，在浸渍罐中，将层叠体浸渍在含有热膨胀微胶囊(Expancel制造)和邻苯二甲酸二烯丙酯树脂组合物(FUJI POLYMER CO.，LTD.制造)的含微胶囊树脂组合物中。对于浸渍后层叠体，单位面积的层叠体中渗入的含微胶囊树脂组合物的重量以固形物含量计为90g/m2。在所用含微胶囊树脂组合物中，热膨胀微胶囊和邻苯二甲酸二烯丙酯的重量比为40/50。以此方式渗入了含微胶囊树脂组合物的层叠体通过温度维持在100～120℃的干燥炉以得到厚度为0.8mm的热膨胀板。
接着，将热膨胀板放置在热成型模具中用以从所述热膨胀板制造模塑顶棚。更具体地，将热膨胀板放置在该热成型模具脱开的上模具和下模具之间。当将上模具和下模具配合在一起时，在型腔中，上模具和下模具之间的最大距离设为5.0mm。通过将所述热成型模具加热至150℃并维持该温度1分钟，得到具有预设形状的模塑顶棚。得到的模塑顶棚是轻质的，同时具有足够的厚度和刚性。而且，该模塑顶棚的形状精确反映了热成型模具型腔的曲面。而且，所述轻质高刚性模塑顶棚易于得到，而勿需在热膨胀微胶囊膨胀后进行将无纺布层与加强材料层粘结的繁复程序。
可对该优选实施方式作如下改动。
在上述具体实施方式中，热膨胀板11在热成型模具31中加热时被成型为预定的形状，以得到模塑顶棚32。然而，例如，热膨胀板11可通过加热炉使热膨胀板11中的热膨胀微胶囊17膨胀，从而热膨胀板11的无纺布层12在其厚度方向扩张。然后，可使用模具或压辊进行冷成型以得到具有预设形状的模塑顶棚32。
在热膨胀板11中的热膨胀微胶囊17的膨胀结束后，热膨胀板11中的热固性树脂18可被固化。这样的话，热固性树脂18的固化温度需高于热膨胀微胶囊17的起始膨胀温度。
在上面的具体实施方式中，所述含微胶囊树脂组合物可至少包含热膨胀微胶囊17和热塑性树脂，而非至少包含热膨胀微胶囊17和热塑性树脂18。这样的话，所用热塑性树脂的熔点需低于无纺布层12的组成纤维14的熔点。
除了模塑顶棚32，例如，可由热膨胀板11制造诸如门内饰板和底板材料之类的其它车辆用模塑制品。

Claims (10)

1.一种热膨胀板，其特征在于，其包括：
无纺布层；和
无机纤维形成的加强材料层，该加强材料层形成于所述无纺布层的表面上，所述加强材料层的厚度小于所述无纺布层的厚度，
其中所述无纺布层和加强材料层均渗入有热膨胀微胶囊和树脂。
2.如权利要求1所述的热膨胀板，其特征在于，所述加强材料层的单位面积纤维重量为50～135g/m2。
3.如权利要求1或2所述的热膨胀板，其特征在于，所述无纺布层的单位面积纤维重量为40～80g/m2。
4.如权利要求1或2所述的热膨胀板，其特征在于，渗入所述无纺布层和加强材料层的所述树脂是固化温度为130～180℃的热固性树脂，且所述热膨胀微胶囊的起始膨胀温度为120～180℃。
5.如权利要求1或2所述的热膨胀板，其特征在于，所述加强材料层为形成于所述无纺布层两侧的加强材料层中的一层，且渗入在单位面积的所述无纺布层中的热膨胀微胶囊的重量以固形物含量计为35～40g/m2。
6.一种制造热膨胀板的方法，其特征在于该方法包括：
将无纺布层和由无机纤维形成的加强材料层相互结合，所述加强材料层的厚度小于所述无纺布层的厚度；和
使相互结合的所述无纺布层和加强材料层与含有热膨胀微胶囊和树脂的含微胶囊树脂组合物接触，从而将所述热膨胀微胶囊和树脂渗入所述无纺布层和加强材料层。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在使所述无纺布层和加强材料层与所述含微胶囊树脂组合物接触前，沿相互连接的所述两个层的厚度方向针刺所述无纺布层和加强材料层。
8.一种由权利要求1所述的热膨胀板制成的车辆用模塑制品，其特征在于该制品的所述无纺布层中含有通过所述无纺布层中的热膨胀微胶囊的膨胀形成的封闭空洞。
9.一种由权利要求1所述的热膨胀板制造车辆用模塑制品的方法，其特征在于该方法包括：将所述热膨胀板保持在超过所述热膨胀微胶囊的起始膨胀温度的环境下，从而使所述热膨胀微胶囊在所述热膨胀板中膨胀并扩张所述无纺布层。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述热膨胀板保持在超过所述热膨胀微胶囊的起始膨胀温度的环境下这一过程包括：将所述热膨胀板放置在一对模具之间，该模具配合在一起时，在型腔中所述模具之间的最大距离大于所述热膨胀板的厚度；并通过由所述模具加热所述热膨胀板，使所述模具内的所述热膨胀板中的无纺布层扩张。
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