CN103342025A - 一种长幅面集成材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长幅面集成材，其包括：基材层；以及敷贴于所述基材层的上表面和/或下表面的抗拉增强层，所述抗拉增强层包括热塑性基体树脂和填充于热塑性基体树脂内的纤维，所述纤维至少包括一层走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维。该长幅面集成材具有较高的抗拉强度，抗弯强度和弹性模量。本发明还涉及一种由所述长幅面集成材制成的集装箱底板。相应地，本发明还公开了一种长幅面集成材的制造方法，其包括：1）制备基材层和抗拉增强层；2）将抗拉增强层敷贴在基材层的上表面和/或下表面；3）预热；4）热压贴合，制得长幅面集成材。
Description
技术领域
本发明涉及一种板材及其制造方法，尤其涉及一种集成板材及其制造方法。
背景技术
由于内陆集装箱的特定使用环境，其底板对于所用材料的耐老化性能、力学强度均提出了较高要求，尤其是对于耐疲劳性能的要求则更为严格。目前，大部分内陆集装箱底板均采用柞木或橡木等优质硬木材料制成。
然而，随着对优质硬木资源的不断开采，优质硬木资源日益紧缺且使用受到限制，与之相反的是随着用户需求的增长，集装箱的需求量却逐年上涨，这两方面的矛盾造成了内陆集装箱的原材料难以满足实际需求。
在此情况下，近年来，利用非优质硬木资源作为制造内陆集装箱的原材料的开发和应用的研究逐渐增多，但是采用现有的技术方案加工以非优质硬木为原材料的集成材均不能符合内陆集装箱底板材料力学性能的要求。
公开号为CN1814424A，公开日为2006年8月9日，名称为“竹片集成材的加筋自增强方法”的中国专利文献公开了一种技术方案，其首先将竹碎片制成的竹片集成材多层粘合加厚，并钻通管孔，向管孔中插进钢筋；然后将其密封包装放进耐压容器里，对耐压容器进行1至5次的加压、保压和泄压的循环方法；最后在等静压力的作用下均匀压缩竹材间隙，以达到竹材向心性致密并使其裹紧钢筋从而实现整体强化的效果。该技术方案的工艺流程较为复杂，且在增强了集成材板材力学性能的同时也大大地增加了集成材的自重，这样的集成材不适宜用作集装箱底板材料。
公开号为CN102514051A，公开日2012年6月27日，名称为“玄武岩连续纤维增强竹材－木材复合材料及其制造方法”的中国专利文献公开了一种利用纤维增强热固性树脂贴于竹材-木材底面的复合材料及其加工工艺，该工艺以玄武岩纤维为增强材料，以含硅烷类化学组成成分的化学物质为偶联剂，以聚氨酯、间苯二酚、酚醛树脂、环氧树脂等为胶粘剂来制造出玄武岩连续纤维增强竹材-木材复合材料。但是，上述加工工艺中的树脂基体采用了热固性树脂，热固性树脂在组坯过程中存在着成型周期长、毒性大等缺点，用于集装箱底板中也可能面临着脆性大、断裂延性差等潜在不足。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种长幅面集成材，其具有较高的强度和弹性模量，因此综合力学性能优良，能适用于需要优良性能长幅面集成材的诸多领域。
本发明的另一目的是提供一种由上述长幅面集成材制成的集装箱底板。
本发明的又一目的是提供一种上述长幅面集成材的制造方法，该制造方法可以制得具有优良综合力学性能的长幅面集成材，且制造工序简单。
为实现上述目的，本发明提供了一种长幅面集成材，其包括：基材层以及敷贴于所述基材层的上表面和/或下表面的抗拉增强层，该抗拉增强层包括热塑性基体树脂和填充于热塑性基体树脂内的纤维，所述纤维至少包括一层走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维。
本技术方案通过在基材层上敷贴抗拉增强层，大幅提升了集成材的抗拉强度、抗弯强度和弹性模量。与此同时，本技术方案中采用了热塑性基体树脂，一方面对纵向纤维起到了复合增强的作用，另一方面避免了热固性树脂成型周期长、毒性大、成型后脆性大、延展性差等缺点；此外，由于抗拉增强层的增强效果，能使得集成材基材的加工工艺更加简化。
另外，在本技术方案中，抗拉增强层可以仅敷贴在基材层的一面，即上表面或下表面上；当然，为了强化提高力学性能的效果，也可以在基材层的双面敷贴，即在上表面和下表面上均敷贴抗拉增强层。
另外需要说明的是，在本技术方案中，填充于热塑性基体树脂内的纤维是抗拉增强层的“骨架”，当这些纤维全部为走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维时，抗拉增强层中的纤维是单向的；当除了纵向纤维还有其他走向的纤维时，抗拉增强层中的纤维可以认为是网状的。
进一步地，在本发明所述的长幅面集成材中，所述抗拉增强层通过树脂粘结层敷贴于基材层上。
更进一步地，上述树脂粘结层为由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯制成的树脂粘结层。
更进一步地，上述树脂粘结层由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯为主体，添加线性低密度聚合物和/或不饱和烃制成的树脂粘结层。
在本发明所述的长幅面集成材中，所述基材层可以为木质基材层，此外其也可以为竹质基材层。
进一步地，上述木质基材层为非优质硬木基材层，例如桦木、松木或杉木等。
进一步地，所述抗拉增强层中的热塑性基体树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少其中之一。
进一步地，在本发明所述的长幅面集成材中，所述抗拉增强层中的纤维为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少其中之一。玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维均为增强纤维，其与热塑性基体树脂复合后所形成的抗拉增强层能更好地提高集成材的力学性能，并减少热变形对集成材的不利影响。
为了进一步提升长幅面集成材的综合力学性能，在本发明的优选技术方案中，纤维还至少包括一层走向与基材层的宽度方向一致或基本一致的横向纤维。
在另一种实施方式中，所述纤维还包括第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈60度。
在又一种实施方式中，所述纤维还包括第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈45度。
本发明所述的长幅面集成材的长度≥5m。
进一步地，在本发明所述的长幅面集成材中，所述抗拉增强层的厚度为1.0-2.5mm。
基于本发明的另一目的，本发明还相应提供了一种由上述长幅面集成材制成的集装箱底板。
基于本发明的又一目的，本发明还相应提供了一种长幅面集成材的制造方法，其包括步骤：
（1）制备基材层；
制备抗拉增强层：在热塑性基体树脂内填充纤维，使纤维中至少有一层走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维，然后将其压制成层状；
（2）将抗拉增强层敷贴在基材层的上表面和/或下表面；
（3）预热；
（4）热压贴合，制得长幅面集成材。
在上述制造方法中，当制备抗拉增强层时，至少需要使得抗拉增强层内的纤维具有一层走向与基材层长度方向的走向重合的纵向纤维，使得加工制成的长幅面集成材在最大程度上获得强度和弹性模量等综合力学性能的提升。
需要说明的是，本技术方案中基材层的制备方法是本领域内技术人员所熟知的，因此本文对基材层的具体制造方法不再赘述。例如公开号为CN101722540A，公开日为2010年6月9日，名称为“长幅面集成材及其制作方法”的中国专利文献中就公开了一种制造方法，本技术方案中的基材层可以采用该公开文献中提及的长幅面集成材的制造方法（该专利文献中的集成材相当于本案中的基材层），通过锯解、施胶、组坯、热压等步骤进行制造。但是，需要了解的是，本技术方案中基材层的制备并不局限于公开号为CN101722540A的专利文献公开的这一种制造方法。
进一步地，在上述步骤（1）中，制备的抗拉增强层的厚度为1.0-2.5mm。
进一步地，在上述在步骤（1）中，抗拉增强层中的热塑性基体树脂采用聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少其中之一。
进一步地，在上述步骤（1）中，制得基材层后，对制得的基材层表面的缺陷进行填补修平，以提供具有良好表面形态的基材层，使得步骤（2）中抗拉增强层的敷贴更为平整贴合。
进一步地，在上述步骤（1）中，纤维采用玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少其中之一。
进一步地，在上述步骤（1）中，所述基材层由木质原料制得。
更进一步地，在步骤（1）中，所述基材层由桦木、松木或杉木等非优质硬木原料制得。
进一步地，在上述长幅面集成材的制造方法的步骤（1）中，制备抗拉增强层时，使纤维中至少有一层走向与基材层的宽度方向一致或基本一致的横向纤维，从而使得横向纤维与纵向纤维在热塑性基体树脂内形成网状骨架。
或者，在步骤（1）中制备抗拉增强层时，使纤维中有第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈60度，从而使得纵向纤维与第一斜向纤维和第二斜向在热塑性基体树脂内形成另一种结构的网状骨架。
又或者，在步骤（1）中制备抗拉增强层时，使纤维中有第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈45度，从而使得纵向纤维与第一斜向纤维和第二斜向在热塑性基体树脂内形成又一种结构的网状骨架。
相较于单向纤维，网状纤维能进一步提升长幅面集成材的强度和弹性模量等综合力学性能。
在本案的一种实施方式下，在上述步骤（2）中，可以将抗拉增强层通过经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯制成的树脂粘结层敷贴在基材层的上表面和/或下表面。
在本案的另一种实施方式下，在上述步骤（2）中，也可以将抗拉增强层通过由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯为主体，添加线性低密度聚合物和/或不饱和烃制成的树脂粘结层敷贴在基材层的上表面和/或下表面。
优选地，在本发明所述的长幅面集成材的制造方法中，在上述步骤（3）中，预热温度为180-220℃，预热时间为1-2min。
优选地，在本发明所述的长幅面集成材的制造方法中，在上述步骤（4）中，热压贴合的温度为90-110℃，时间为1-2min。
优选地，在本发明所述的长幅面集成材的制造方法中，在上述步骤（4）中，热压贴合的单位压力为4-18kg/cm2。
上述热压贴合温度参数的设置旨在充分软化树脂、降低树脂粘度以增加树脂的流动性，若温度过高，则会导致树脂或纤维的降解，甚至分解；若温度过低，则会影响抗拉增强层的敷贴效果。上述热压贴合单位压力和时间参数的设置则是为了在集成材表面形成完整的抗拉增强层，当采取压力或时间不恰当时，成型的抗拉增强层会在后期使用或测试过程中出现与基材层的剥离，或是出现抗拉增强层的抗拉强度、耐老化性能不达标等问题，进而导致长幅面集成材的综合力学性能受到影响。
本发明所述的长幅面集成材具有强度和弹性模量，其顺纹静曲强度（即沿着长幅面集成材的长度方向的静曲强度）及顺纹弹性模量（即沿着长幅面集成材的长度方向的弹性模量）分别可分别达到85MPa和10000MPa以上。
另外，本发明所述的长幅面集成材由于在基材层表面敷贴有抗拉增强层，使得该集成材可以采用密度较小、强度偏低但资源丰富的非优质木材作为生产其基材层的原材料，在扩大了原料选择范围，降低了生产成本的同时，还能保证长幅面集成材达到所需的力学性能要求，因此非常适用于如生产集装箱底板等对强度要求较高的制造领域。
相应地，本发明所述的长幅面集成材的制造方法在提高了长幅面集成材的强度以及弹性模量的基础上，还缩短了工序周期，降低了工艺对环境的影响；在优选的技术方案中，其在满足集成材力学性能要求的条件下，利用非优质木材资源以扩展原材料的使用范围，实现了劣材优用、狭材宽用的目的。
附图说明
图1为本发明所述的长幅面集成材的制造方法在一种实施方式下的工艺生产线示意图。
图2为本发明实施例1-5制得的长幅面集成材的立体结构示意图。
图3为图2所示的长幅面集成材在A处的局部放大图。
图4显示了本发明实施例1-5制得的长幅面集成材中纤维的走向结构。
图5显示了本发明所述的长幅面集成材在另外一些实施方式下，纤维的走向结构。
图6显示了本发明所述的长幅面集成材在又一些实施方式下，纤维的走向结构。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施方式来对本发明所述的长幅面集成材及其制造方法做进一步的解释说明，但是该解释说明并不构成对本发明技术方案的不当限定。
图1显示了本发明所述的长幅面集成材的制造方法在一种实施方式下的工艺生产线，图1中的箭头表示基材层在生产线中的行进方向。采用该生产线按照下述步骤制造本发明实施例1-5中的长幅面集成材：
（1a）制备长度为5m，厚度为26mm的基材层：采用桦木作为基材原料制造基材层，该基材层由若干个桦木单元条在宽度和长度方向上施胶拼接、组坯、热压制成，热压进料时通过侧压辊在基材层的宽度方向上施加0.2-1.0MPa的夹紧力，制得的基材层进行双面刨定厚加工，厚度公差控制在±0.25mm，同时对基材层表面的缺陷进行填补修平以获得具有良好表面形态的基材层11；
（1b）制备厚度为1.0-2.5mm的抗拉增强层：以聚丙烯作为热塑性基体树脂，并在其内填充玻璃纤维，使玻璃纤维中具有走向与基材层的长度方向保持一致或基本一致的纵向纤维，以及走向与基材层的宽度方向保持一致或基本一致横向纤维，即使得填充于聚丙烯内的纤维形成垂直交叉的网状结构，然后将该复合物压制成层状后收卷备用；
（2）敷贴：将上述备用的抗拉增强层13通过经接枝改性的聚丙烯树脂粘结层12敷贴在基材层11的表面上；
（3）预热：采用预热机6对敷贴了抗拉增强层13的集成材板坯进行预热，预热温度为180-220℃，预热时间为1-2min；
（4）热压贴合：采用连续辊压机7对预热后的集成材板坯进行热压贴合，温度为90-110℃，时间为1-2min，单位压力为4-18kg/cm2；
（5）后续处理：冷却后通过裁分锯8裁边修边，制得厚度为28mm的长幅面集成材。
表1列出了本案实施例1-9中各步骤的具体工艺参数。
表1.
表2列出了采用实施例1-9所述的方法制得的长幅面集成材的力学性能。
表2.
| 顺纹静曲强度(MPa) | 顺纹弹性模量(MPa) | |
| 实施例1 | 94.239 | 10133 |
| 实施例2 | 91.353 | 10318 |
| 实施例3 | 90.687 | 10429 |
| 实施例4 | 104.784 | 10646 |
| 实施例5 | 101.232 | 11213 |
| 实施例6 | 102.786 | 10747 |
| 实施例7 | 105.117 | 11274 |
| 实施例8 | 107.781 | 11689 |
| 实施例9 | 106.449 | 11748 |
为了对比显示本技术方案的实施效果，发明人对本案实施例中的桦木基材层进行了性能检测，测得其顺纹静曲强度为82.6MPa，顺纹弹性模量为8278MPa。而通过表2可以看出本案实施例中敷贴了抗拉增强层的集成材的顺纹静曲强度均在90MPa以上，而顺纹弹性模量均在10000MPa以上，由此见敷贴了抗拉增强层的集成材的力学性能要远远优于未敷贴抗拉增强层的基材层的力学性能。
图2和图3显示了上述实施例1-5制得的长幅面集成材的结构。从图2和图3中可以看出，该长幅面集成材10包括基材层11以及敷贴于基材层11下表面的抗拉增强层13，基材层11和抗拉增强层13之间设有用以实现敷贴的树脂粘结层12。基材层11由多块单元条拼接而成。抗拉增强层13的热塑性基体树脂中填充有一层走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维131以及两层走向与基材层的宽度方向一致或基本一致的横向纤维132。
图4进一步显示了上述实施例1-5中纤维的走向结构。从图4中可以很清楚地看出，纵向纤维131的走向与基材层的长度方向P保持一致，而横向纤维132的走向与基材层的宽度方向Q保持一致，纵向纤维131和横向纤维132相互垂直并形成网状结构，均匀地填充于热塑性基体树脂内。
此外，在其他实施方式中，上述步骤（1a）中也可以采用松木或杉木等木材作为制备基材的原料，或者采用竹制原料。
在上述步骤（1b）中还可以将碳纤维和芳纶纤维等增强纤维填充于热塑性树脂内。
在上述步骤（2）中的树脂粘结层也可以通过由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯为主体，添加线性低密度聚合物和/或不饱和烃制备而成。
另外，图5显示了本发明所述的长幅面集成材在另外一些实施方式下，纤维的走向结构。如图5所示，在该实施方式下，抗拉增强层中的纤维除了纵向纤维131，还包括第一斜向纤维133和第二斜向纤维134，第一斜向纤维133和第二斜向纤维134的走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈60度夹角。
图6显示了本发明所述的长幅面集成材在其他一些实施方式下，纤维的走向结构。如图6所示，在该实施方式下，抗拉增强层中的纤维除了纵向纤维131，还包括第一斜向纤维133和第二斜向纤维134，第一斜向纤维133和第二斜向纤维134的走向彼此相对，且两者分别与纵向纤维的走向呈45度夹角。
通过本发明所述的制造方法获得的长幅面集成材具有良好的抗拉强度，抗弯能力和弹性模量，因此综合力学性能优良，同时，其还具备较好的耐老化性能和耐疲劳性能，适合用于集装箱制造领域，尤其适合用于生产内陆集装箱的底板。
需要注意的是，所公开实施例的上述说明使得本领域专业技术人员能够显而易见地对于本实施例进行多种类似变化和修改，这种类似变化是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。因此本发明不会受到该实施例的限制。
Claims (29)
1.一种长幅面集成材，其包括：
基材层；
敷贴于所述基材层的上表面和/或下表面的抗拉增强层，所述抗拉增强层包括热塑性基体树脂和填充于热塑性基体树脂内的纤维，所述纤维至少包括一层走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维。
2.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述抗拉增强层通过树脂粘结层敷贴于基材层上。
3.如权利要求2所述的长幅面集成材，其特征在于：所述树脂粘结层为由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯制成的树脂粘结层。
4.如权利要求2所述的长幅面集成材，其特征在于：所述树脂粘结层由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯为主体，添加线性低密度聚合物和/或不饱和烃制成的树脂粘结层。
5.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述基材层为木质基材层。
6.如权利要求5所述的长幅面集成材，其特征在于：所述基材层为非优质硬木基材层。
7.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述抗拉增强层中的热塑性基体树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少其中之一。
8.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述抗拉增强层中的纤维为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少其中之一。
9.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述纤维还至少包括一层走向与基材层的宽度方向一致或基本一致的横向纤维。
10.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述纤维还包括第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈60度。
11.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述纤维还包括第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈45度。
12.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：长幅面集成材的长度≥5m。
13.如权利要求1所述的长幅面集成材，其特征在于：所述抗拉增强层的厚度为1.0-2.5mm。
14.一种由权利要求1-13中任意一项长幅面集成材制成的集装箱底板。
15.一种长幅面集成材的制造方法，其包括步骤：
（1）制备基材层；
制备抗拉增强层：在热塑性基体树脂内填充纤维，使纤维中至少有一层走向与基材层的长度方向一致或基本一致的纵向纤维，然后将其压制成层状；
（2）将抗拉增强层敷贴在基材层的上表面和/或下表面；
（3）预热；
（4）热压贴合，制得长幅面集成材。
16.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中，制备厚度为1.0-2.5mm的抗拉增强层。
17.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中，抗拉增强层中的热塑性基体树脂采用聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少其中之一。
18.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述基材层由木质原料制得。
19.如权利要求18所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述基材层由非优质硬木原料制得。
20.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中，制得基材层后，对制得的基材层表面缺陷进行填补修平。
21.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中，纤维采用玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的至少其中之一。
22.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中制备抗拉增强层时，使纤维中至少有一层走向与基材层的宽度方向一致或基本一致的横向纤维。
23.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中制备抗拉增强层时，使纤维中有第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈60度。
24.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中制备抗拉增强层时，使纤维中有第一斜向纤维和第二斜向纤维，所述第一斜向纤维和第二斜向纤维的倾斜走向彼此相对，且分别与纵向纤维的走向呈45度。
25.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（2）中，将抗拉增强层通过经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯制成的树脂粘结层敷贴在基材层的上表面和/或下表面。
26.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（2）中，将抗拉增强层通过由经接枝改性的聚乙烯和/或聚丙烯为主体，添加线性低密度聚合物和/或不饱和烃制成的树脂粘结层敷贴在基材层的上表面和/或下表面。
27.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（3）中，预热温度为180-220℃，预热时间为1-2min。
28.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（4）中，热压贴合的温度为90-110℃，时间为1-2min。
29.如权利要求15所述的长幅面集成材的制造方法，其特征在于：在步骤（4）中，热压贴合的单位压力为4-18kg/cm2。
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2013
- 2013-07-15 CN CN2013102963080A patent/CN103342025A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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