CN104029890A - 一种高强度复合材料托盘及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料领域，涉及一种复合材料托盘，该复合材料托盘包括面板（1）和底座（2），所述复合材料托盘为一体成型结构。此托盘易于成型、工艺简单、承载能力强。此结构设计、成型更大的优势在于它能充分使用热塑性复合材料粒状、片状成品以及边角、机头等碎料进行加工。其特定结构，可以堆叠存放、运输，节省存储、运输空间。

Description

一种高强度复合材料托盘及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种复合材料托盘及其制备方法。

背景技术

作为货物存储堆放、搬运用的托盘，目前主要使用木质托盘、金属托盘以及塑料注塑托盘。而通常遍及世界各地用于储运和运输货物的多为木制托盘。这些托盘各自存在很多的缺点。例如：木质托盘，可承载受到限制；易于损坏或破裂；吸收湿气、液体和气味；可受白蚁和昆虫污染；钉子松动等，尤其在当今森林大面积减少的情况下，其使用受限。金属托盘，其制造昂贵，自重较大；在潮湿以及酸碱环境下易于锈蚀等。塑料注塑托盘，强度低、承载能力受限，抗撞击能力较差，使用寿命短等。

中国专利CN1931564A公开了一种超强型玻纤塑料托盘的生产工艺，其制作包括超强型GFR-PP板材熔接成型生产工艺；成型的过程采用制板材时连续一次成型或局部加热后采用模具成型或采用一般机械方式成型；熔接方法采用超声波，或采用普通的加热使其熔化后施压融合。其中分为单用超强型GFR-PP板材熔接或粘接成型生产工艺,包括落料步骤,成型步骤，组合步骤,熔接或粘接步骤；以及分为用成型后的超强型GFR-PP板材作面板，超强型GFR-PP棒材作为骨架熔接的组合式生产工艺；包括落料步骤，板材定位开孔，板材成型步骤，面板定位步骤，压紧棒材步骤,熔接步骤。该塑料托盘虽然力学性能较普通塑料注塑托盘更优，但加工步骤较为复杂，生产工序较多，且各部件间的熔接处也是该托盘的薄弱点，容易从熔接处损坏。

基于克服现有托盘诸多弊端的前提下，本发明致力于提高托盘承载力，提高材料使用率特别是边角碎料等利用，起到节能环保作用。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种高强度复合材料托盘，该托盘具有承载能力强、面板与底座结合良好、耐腐蚀、使用寿命长的优点。

本发明的另外一个目的是提供一种上述高强度复合材料托盘的制备方法，该方法具有工艺简单、可以充分使用边角碎料等作为原材料成本较低的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料托盘，包括面板和底座，所述复合材料托盘为一体成型结构，是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板和底座为连续体，不含有连接件无需额外进行连接操作。

所述的托盘整体呈连续的“弓”字型或连续的“几”字型。

所述的面板的结构为平面形面板、波纹形面板或网格形面板，用于静载和动载承重。

所述的波纹型面板的波纹方向为水平面方向的波浪形波纹，波纹宽度30mm，波纹间距30-35mm，波纹角度110°～130°，波峰中心距200～220mm。

所述的波纹型面板的波纹方向为垂直面方向的直波浪形，波纹宽度30mm，波纹间距30-35mm。

所述的底座，用于静载时支撑结构，其端面呈中心对称，优选为方形、矩形或梯形；所述的端面包括水平部和竖直部，其中水平部与竖直部之间的夹角为90°～110°。

所述的面板和/或底座上设置有突起或者凹陷状的加强筋。

所述的面板的厚度为3-8mm；所述的底座厚度为4-8mm。

所述的复合材料托盘根据需要，可以制作1000mm*1000mm、1200mm*1400mm、1200mm*2400mm等不同规格的托盘。

另外，根据承载能力需求的不同，可以调整面板结构以及底座结构。承载面板，根据承载能力不同，可以调整面板厚度，面板形状；若为波纹面板还可调整波纹深度、波纹间距、波纹大小以及波纹宽度，并选择是否增加加强筋等结构。支撑底座，根据承载能力不同，可以调整底座厚度以及底座截面形状，并选择是否增加加强筋等结构。

所述的复合材料选自短纤维增强的热塑性粒料（SFT），长纤维增强的热塑性粒料（LFT）或连续纤维增强的热塑性片材（CFT）制成，优选连续纤维增强的热塑性片材（CFT）。

所述的复合材料托盘的面板弯曲强度≥220MPa，动载承重≥2吨；

所述的连续纤维增强复合材料托盘规格为1200mm*2400mm时，面板弯曲强度≥300MPa，动载承重≥3吨。

所述的热塑性粒料或片材中的热塑性材料选自PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PA6（尼龙6）或PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）中的一种或一种以上。

所述的短纤维、长纤维或连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或一种以上；

所述的热塑性复合材料选自合格成品原料、回收料或边角料、机头料中的一种或一种以上。

所述的热塑性复合材料的原料为形状规则或不规则的粒料或片状材料。

一种上述复合材料托盘的制备方法，包括以下步骤：

（1）将复合材料物料填放在模具中；

（2）在高于所选复合材料中树脂基体熔点20～40℃的温度加热，3～5MPa压力下进行排气、保温、保压；

（3）保温、保压结束后进行冷却定型；

（4）出模，裁切成规定的尺寸得到所述高强度复合材料托盘。

所述的步骤（2）中的加热温度为200～255℃，保压时间为3～10min；

所述的步骤（3）中冷却定型的时间为10～15min。

和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.托盘采用模压方式一次整体成型面板和底座。该托盘因其特定结构，可以堆叠存放、运输，可以节省存储、运输空间。

2.该托盘具有承载能力强、面板与底座结合良好、耐腐蚀、使用寿命长的优点。

附图说明

图1为本发明实施例中的复合材料托盘的示意图。

图2为图1所示托盘端面的放大结构示意图。

图3为本发明实施例中的托盘的示意图。

图4为图3中所示托盘端面的放大结构示意图。

附图标注：

1面板，2底座，

3端面，31水平部，32竖直部，

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步描述。

实施例1

如图1所示一种高强度复合材料托盘。以连续玻璃纤维增强聚丙烯(PP)为原材料，制作高强度复合材料托盘，其结构以及制作工艺如下：

复合材料托盘，包括面板1和底座2，复合材料托盘是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板1和底座2为连续体。底座2的端面3对称，其中所述的端面3包括水平部31和竖直部32，其中水平部31与竖直部32之间的夹角为90°～110°。

托盘整体呈“弓”字形，规格为1200mm*1400mm，采用波纹方向为直波浪形的波纹面板，梯形端面支撑底座；托盘面板厚度5mm，波纹宽度30～35mm，波纹间距30～35mm；支撑底座厚度5mm。

本实施例中复合材料托盘的制备方法，包括以下步骤：

（1）根据结构选择成型模具；

（2）物料填放后在200～210℃下加热、在3～5MPa压力下保温保压5～8min；

（3）保温、保压结束后进行冷却定型10～15min；

（4）然后出模，切割成需要尺寸的托盘。

实施例2

如图2所示一种高强度复合材料托盘。以连续玻璃纤维增强尼龙6(PA6)为原材料，制作高强度复合材料托盘，其结构以及制作工艺如下：

复合材料托盘，包括面板1和底座2，复合材料托盘是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板1和底座2为连续体。底座2的端面3对称，其中所述的端面3包括水平部31和竖直部32，其中水平部31与竖直部32之间的夹角为90°～110°。托盘整体呈“弓”字形，规格为1200mm*2400mm，采用波浪形波纹承载面板，梯形端面支撑底座；托盘面板厚度4mm，波纹宽度30～35mm，波纹间距30～35mm，波纹角度110°～130°，波峰中心距200～220mm；支撑底座厚度4mm。

本实施例中复合材料托盘的制备方法，包括以下步骤：

（1）根据结构选择成型模具；

（2）物料填放后在235～255℃下加热、在3～5MPa压力下保温保压4～6min；

（3）保温、保压结束后进行冷却定型10～15min；

（4）然后出模，切割成需要尺寸的托盘。

实施例3

一种复合材料托盘，包括面板和底座，托盘是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板和底座为连续体，不含有连接件无需额外进行连接操作。

复合材料托盘，包括面板1和底座2，复合材料托盘是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板1和底座2为连续体。底座2的端面3对称，其中所述的端面3包括水平部31和竖直部32，其中水平部31与竖直部32之间的夹角为90°～110°。托盘整体呈连续的“几”字型，规格为1000mm*1000mm。面板为网格形面板，厚度为3mm。底座厚度为4mm，底座的端面对称，形状为梯形，底座上设置有凸起结构的加强筋。底座的水平部与垂直部的夹角为110°。

高强度复合材料托盘的制备方法包括以下步骤：

（1）将碳纤维增强尼龙粒料填放到模具中；

（2）在235～255℃下加热、在3～5MPa压力下保温保压4～6min；

（3）保温、保压结束后进行冷却定型10～15min；

（4）然后出模，切割得到复合材料托盘。

其中碳纤维为短纤维，尼龙为回收料。

实施例4

一种复合材料托盘，包括面板和底座，托盘是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板和底座为连续体，不含有连接件无需额外进行连接操作。

复合材料托盘，包括面板1和底座2，复合材料托盘是由复合材料通过一次性整体成型制成，面板1和底座2为连续体。底座2的端面3对称，其中所述的端面3包括水平部31和竖直部32，其中水平部31与竖直部32之间的夹角为90°～110°。托盘整体呈连续的“几”字型，规格为1200mm*1400mm。面板为波纹形面板，厚度为8mm。波纹型面板的波纹方向为水平面方向的波浪形波纹，波纹宽度30mm，波纹间距30-35mm，波纹角度110°～130°，波峰中心距200～220mm。底座厚度为8mm，底座的端面对称，形状为矩形，底座上设置有凹陷结构的加强筋。

本实施例中复合材料托盘的制备方法包括以下步骤：

（1）将连续玄武岩纤维增强PBT材料填放到模具中；

（2）在245～255℃下加热、在3～5MPa压力下保温保压8～10min；

（3）保温、保压结束后进行冷却定型10～15min；

（4）然后出模，切割得到托盘。

对实施例1～4中制得的高强度复合材料托盘的性能进行测试，测试结果如下表：

表1

	弯曲强度/MPa	弯曲模量/GPa	动载承重/t
				测试标准	ASTMD790	ASTMD790	承重时面板变形量≤0.5mm
实施例1	300	12	3
				实施例2	350	13	3.5
实施例3	220	8	2
				实施例4	360	14	4

普通塑料托盘的弯曲强度一般小于200MPa，动载承重约为1吨左右，从表1中的测试数据可以看出，本发明制备的高强度复合材料托盘的弯曲性能和动载承重大大优于普通塑料托盘。

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)

1.一种复合材料托盘，其特征在于：包括面板（1）和底座（2），所述复合材料托盘为一体成型结构。

2.根据权利要求1所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的托盘整体呈连续的“弓”字型或连续的“几”字型；

或所述的面板（1）的结构为平面形面板、波纹形面板或网格形面板。

3.根据权利要求2所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的波纹型面板的波纹方向为水平面方向的波浪形波纹，波纹宽度30mm，波纹间距30-35mm，波纹角度110°～130°，波峰中心距200～220mm；

或所述的波纹型面板的波纹方向为垂直面方向的直波浪形，波纹宽度30mm，波纹间距30-35mm。

4.根据权利要求1所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的底座（2）的端面（3）呈中心对称，优选为矩形或梯形；其中所述的端面（3）包括水平部（31）和竖直部（32），其中水平部（31）与竖直部（32）之间的夹角为90°～110°。

5.根据权利要求1所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的面板（1）和/或底座（2）上设置有突起或者凹陷状的加强筋；

或所述的面板（1）的厚度为3-8mm；所述的底座（2）的厚度为4-8mm。

6.根据权利要求1所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的复合材料选自短纤维增强的热塑性粒料，长纤维增强的热塑性粒料或连续纤维增强的热塑性片材制成，优选连续纤维增强的热塑性片材；

或所述的复合材料托盘的面板弯曲强度≥220MPa，动载承重≥2吨；优选地，所述的连续纤维增强复合材料托盘规格为1200mm*2400mm时，面板弯曲强度≥300MPa，动载承重≥3吨。

7.根据权利要求6所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的热塑性粒料或片材中的热塑性材料选自PP、PE、PA6或PBT中的一种或一种以上；

所述的短纤维、长纤维或连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或一种以上。

8.根据权利要求6所述的复合材料托盘，其特征在于：所述的热塑性复合材料选自合格成品原料、回收料或边角料、机头料中的一种或一种以上；

或所述的热塑性复合材料的原料为形状规则或不规则的粒料或片状材料。

9.一种权利要求1-8中任一所述的复合材料托盘的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将复合材料物料填放模具中；

（2）在高于所选复合材料中树脂基体熔点20～40℃的温度加热，3～5MPa压力下进行排气、保温、保压；

（3）保温、保压结束后进行冷却定型；

（4）出模，裁切，得到复合材料托盘。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的加热温度为200～255℃，保压时间为3～10min；

或所述的步骤（3）中冷却定型的时间为10～15min。