CN106433058A - 一种高分子复合材料板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高分子复合材料板及其制备方法;采用高温固化拉伸工艺制备复合材料板，制备高分子复合材料板依次设有表面毡增强材料层Ⅰ、增强夹芯层、表面毡增强材料层Ⅱ，所述表面毡增强材料层Ⅰ和增强夹芯层之间依次设置树脂基体层、高分子纤维材料层、树脂基体层、高分子纤维材料层，所述增强夹芯层和表面毡增强材料层Ⅱ之间依次设置高分子纤维材料层、树脂基体层、高分子纤维材料层和树脂基体层；高分子复合板通过纤维交织编织、树脂浇注整体模压而成，具有最大程度的耐腐蚀性能；复合板的整体结构负载更均匀分布化，有助于安装及其支撑结构的均匀受力；具有耐腐蚀、轻质高强、阻燃、抗冲击和抗疲劳等综合经济效益。

Description

一种高分子复合材料板及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料生产技术领域，特别涉及一种高分子复合材料板及其制备方法。
背景技术
现有走道板材料（如铁道人行检修道，园林景观栈道、平台等）所用板材一般为水泥，木质结构（如塑木等）等材质，其存在以下几点缺陷和不足：1、水泥材质的道板渗水性差，抗冲击力差，放置于室外，由于各种天气条件下，容易造成裂缝开裂。另外由于水泥热胀冷缩比性强的缘故，处理裂缝比较麻烦，使用寿命底，维护保养成本高；2、木质结构材质的道板则存在易腐蚀，虫蛀，易燃防火性差，耐侯性不足，在潮湿天气情况下绝缘性差等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高分子复合材料板及其制备方法，经过预成型及与之配套的特种模具，通过高温固化拉伸工艺由牵引装置牵引拉伸所生产出的新型高分子复合材料的板材，根据高分子复合材料的特性以代替上述材质（水泥、木质），解决上述材料中的缺陷和不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，
一种高分子复合材料板制备方法，采用高温固化拉伸工艺制备复合材料板，步骤如下，
步骤1：将增强纤维材料以纱团形式置于纱架上，纱团抽口通过预成型及胶槽直至模具；
步骤2：切毡机将玻璃纤维毡按产品表面尺寸大小裁剪成规定宽度的尺寸放置毡盘，按序叠放通过预成型至模具；
步骤3：将树脂与辅助材料按比例混合，以搅拌机搅拌30~40分钟置于胶槽内；
步骤4：主机将模具加热30～40分钟，进模口、模身、出模口温度分别达到130℃、180℃、120℃；
步骤5：模具温度达到要求后，增强纤维材料及树脂混合料在模具内高温固化成型，同时牵引设备按3Kg/cm2～10Kg/cm2 的压力夹住产品，以0.15～0.4M/min的速度将固化成型产品牵引至切割区域；
步骤6：切割机按产品尺寸切割完成。
优选的，所述步骤1中增强纤维材料为无捻粗纱、玻璃纤维毡及芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维中的一种或几种，其配比为产品重量百分比45%～60%。
优选的，所述步骤3中树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性树脂或聚氨酯树脂中的一种或几种，其配比为产品重量百分比55%～40%；所述步骤3中辅助材料为引发剂、固化剂、 着色剂、 填料、 脱模剂、偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂或阻燃剂。
优选的，所述步骤3中树脂与辅助材料按重量比例混合，其配比具体如下：引发剂占树脂重量比重的2%，固化剂占树脂重量比重的2%，着色剂占树脂重量比重的2%～3%，填料占树脂重量比重的15%～40%，脱模剂占树脂重量比重的3%，阻燃剂占树脂重量比重的5%，其余偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂和热稳定剂约占树脂重量比重的0.3%～2%。
一种高分子复合材料板，所述高分子复合材料板依次设有表面毡增强材料层、增强夹芯层、表面毡增强材料层，所述表面毡增强材料层和增强夹芯层之间依次设置树脂基体层、高分子纤维材料层、树脂基体层、高分子纤维材料层，所述增强夹芯层和表面毡增强材料层之间依次设置高分子纤维材料层、树脂基体层、高分子纤维材料层和树脂基体层。
优选的，所述表面毡增强材料层和表面毡增强材料层的表面分别设有金钢砂防滑层。
优选的，所述增强夹芯层为碳纤维增强夹芯层，所述碳纤维增强夹芯层为经纬交织的线性连接结构。
优选的，所述树脂基体层材料由树脂、引发剂、固化剂、 着色剂、 填料、 脱模剂、偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂和阻燃剂等混合组成。
优选的，所述树脂基体层为热固性高聚物网状结构。
本发明的积极效果表现在：
1、耐腐蚀，不生锈：具有优良的耐腐蚀性能，能耐不同程度的酸、碱、有机溶剂及盐类等各种气、液介质的腐蚀，永不生锈；
2、耐气候性好：能够适应夏季太阳暴晒，冬季严寒及酸雨、盐碱等各种恶劣天气；
3、轻质高强：具有极高的玻璃纤维含量，使其单向比强度和比刚度相当突出，高分子复合材料的密度大约只有钢材的四分之一，重量轻，非常容易搬运，从而减少搬运费用；
4、抗疲劳性高：具有较高的抗疲劳强度，允许重复弯曲而无永久形变；
5、抗冲击强度好：在受到强烈撞击时，材料本身会发生弹性变形，从而有效的吸收撞击过程中的能量，对撞击物起到一定的保护作用；
6、颜色美观：颜色可 任意选择，并可完美的仿制成木纹、大理石纹等，清晰，平展，美观，鲜艳均匀;7、抗老化性高：产品使用寿命可达30年以上;
8、优良的电磁性能：具有优良的电绝缘性、无电磁性和电火花，可使用在有导电危险、对磁性敏感的设备区域，以及易燃易爆场所等。9、免维护、易保养：将颜料调配到树脂中，表面纹路通过高温模具一次成型制作而成，产品颜色及纹路可按顾客要求任意调配，不易褪色，无需油漆维护并具有自洁作用，免除维护保养，且减少人为偷盗，综合使用成本低。
附图说明
附图1为一种高分子复合材料板结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在以下给出的详细说明和较佳实施例中，可以对本发明更全面了解，这些说明和附图1并不仅限于特定实施例，而只是起到解释和理解的作用。
具体实施例，
高温固化拉伸工艺：将浸透胶液的连续无捻粗纱、毡、带或布等高分子增强材料，在牵引力的作用下，通过模具加热挤拉成型、固化，连续不断地生产长度不限的高分子复合材料型材。
1、高温固化拉伸工艺用原材料及配料配比
（1）增强材料
高温固化拉伸工艺的增强材料主要是高分子纤维及其制品，如无捻粗纱、玻璃纤维毡及芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维等；其配比为产品重量百分比约45%～60%；
（2）树脂基体
在高温固化拉伸工艺，根据不同需求选用不饱和聚酯树脂，环氧树脂、乙烯基树脂、热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性树脂、聚氨酯树脂等；其配比为产品重量百分比约55%～40%。
2、辅助材料
引发剂、固化剂、 着色剂、 填料、 脱模剂、偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、阻燃剂等。
辅助材料与树脂在胶槽内搅拌混合，其配比具体为：
引发剂占树脂重量比重的2%，固化剂占树脂重量比重的2%，着色剂占树脂重量比重的2%~3%，填料占树脂重量比重的15%~40%，脱模剂占树脂重量比重的3%，阻燃剂占树脂重量比重的5%，其余辅助材料约占树脂重量比重的0.3%~2%，视具体情况决定是否添加。
3、拉伸工艺用主要设备
（1）送纱及送毡装置
送纱装置主要是放置生产所必须的高分子纤维粗纱纱团纱架。结构一般很紧凑，这样可以减少占地面积。大小取决于纱团的数目，而纱团的数目又取决于制品的尺寸。一般要求稳固、换纱方便、导纱自如、无任何障碍，并能组合使用。有框式和梳式两种形式，可按装脚轮，便于移动，送毡装置主要是安放在用的各种毡材并能顺利准确地导出的材料架；在送进过程中，不必给毡材增加张力；毡材在通常情况下一般不浸胶，直接送入模具；
（2）浸胶装置
浸胶装置由树脂槽、导向辊、压辊、分纱栅板、挤胶辊等组成。槽内配以导纱压纱辊，树脂槽的前后要形成一定的角度，使粗纱在进出树脂槽时的弯曲角度不至于太大而增加张力。为了能调节树脂的温度，若是采用环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂等还须加有加热装置；
（3）预成型装置
预成型装置是根据制品品种的要求使浸透了树脂的增强材料逐步除去多余的树脂，排除气泡，将产品所需的纱和毡合理地、准确地组合在一起，确保它们的相对位置并使其形状渐缩并接近于成型模的进口形状。然后再进入模具，进行成型固化。预成型装置没有固定的模式，要根据产品的形状和要求及操作习惯来设计；
（4）成型模具
成型模具是高温固化拉伸工艺的重要工具，成型模具横截面面积与产品横截面面积之比一般应大于或等10，以保证模具有足够的强度和刚度，加热后热量分布均匀和稳定。成型模具的长度是根据成型过程中牵引速度和树脂凝胶固化速度决定，以保证制品拉出时达到脱模 固化程度。一般采用钢镀铬，模腔表面要光洁，耐磨，以减少拉伸成型中的摩擦阻力和提高模具的使用寿命；
（5）牵引设备
牵引机是高温固化拉伸工艺中的主机，它必须具备夹持与牵引两大功能，夹持力、牵引力、牵引速度均需可调。牵引机有履带式和液压式两大类。履带式牵引机的特点是运动平稳、速度变化量小、结构简单，适用于生产有对称面的型材、棒、管等。另一种是液压牵引机，具有体积紧凑、惯性小，能在很大的范围内实现无级调速、运动平稳，与电气、压缩空气相配合，可以实现多种自动；
（6）切割装置
一般采用标准的圆盘锯式人造金刚石锯片，有手动切割和自动切割。自动切割机可以为高温固化拉伸工艺的自动化提供保障,效率更高。
4、辅助设备
（1）配料工具
为保证高温固化拉伸工艺生产连续而稳定的进行，胶料的配制应当准确，尽量做到所配胶料的一致性；
（2）搅拌设备
搅拌机是拉挤生产线主要辅助设备之一。液压升降式搅拌机可以满足高温固化拉伸工艺配制胶料 的需要；
（3）切毡机
高温固化拉伸工艺生产中的玻璃纤维毡片要根据具体制品的需要裁剪成规定宽度的尺寸，通常采用切毡机和裁毡机来满足生产需要。切毡机是裁切各种纤维毡的专用设备，是拉挤生产线辅助设备之一。可以完成不同毡卷量、不同毡宽的切割需求，操作简便，切毡外表整齐，精确。
5、工艺流程
高温固化拉伸工艺过程是由送纱、浸胶、预成型、固化定型、牵引、切断等工序组成；无捻 粗纱从纱架引出后，经过导纱装置进入树脂槽浸透树脂胶液，然后进入预成型模，将多余树脂和气泡排出，再进入成型模凝胶、固化。固化后的制品由牵引机连续不断地从模具拉出， 最后由切断机定长切断；
（1） 工艺控制
高温固化拉伸工艺控制的参数主要包括成型温度、固化时间、牵引张力及牵引速度等；热参数、拉速、牵引力三个工艺参数中，热参数是由树脂***的特性来确定的，是高温固化拉伸工艺中应当解决的首要因素；拉伸速度确定的原则是在给定的模内温度下的胶凝时间，保 证制品在模具中部胶凝、固化；牵引力的制约因素较多，如：它与模具温度关系很大，并受 到拉伸速度的控制。拉速的增加直接影响到剪切应力的第二个峰值，即脱离点处的剪切应力；为了提高生产效率，一般尽可能提高拉速；这样可降低模具剪切应力，以及制品表面质量；对于较厚的制品，应选择较低拉速或使用较长的模具，增加模具温度，其目的在于使产 品能较好地固化，从而提高制品的性能；为了降低牵引力，使产品顺利脱模，采用良好的脱模剂是十分必要的，有时这在成型工艺中起到决定性的作用；
（2）工艺制备流程
具体步骤如下：
步骤1：将增强纤维材料以纱团形式置于纱架上，纱团抽口通过预成型及胶槽直至模具；
步骤2：切毡机将玻璃纤维毡按产品表面尺寸大小裁剪成规定宽度的尺寸放置毡盘，按序叠放通过预成型至模具；
步骤3：将树脂与辅助材料按比例混合，以搅拌机搅拌30～40分钟置于胶槽内；
步骤4：主机将模具加热30～40分钟，进模口、模身、出模口温度分别达到130℃、180℃、120℃；
步骤5：模具温度达到要求后，增强纤维材料及树脂混合料在模具内高温固化成型，同时牵引设备按3Kg/cm2～10Kg/cm2 的压力夹住产品，以0.15～0.4M/min的速度将固化成型产品牵引至切割区域；
步骤6：切割机按产品尺寸切割完成而得高分子复合材料板（见附图1），复合材料板为一体式结构；复合材料板依次设有表面毡增强材料层1、碳纤维增强夹芯层2、表面毡增强材料层3，表面毡增强材料层1和表面毡增强材料层3的表面设有金钢砂防滑层8，有两种加工方式：一种通过在工艺流程制作过程中模具内铺砂一体成型，另一种是脱模后通过粘结剂再加工铺砂或是直接在表面毡增强材料层1和表面毡增强材料层3的表面做木纹、大理石纹等，美观易保养；表面毡增强材料层1和碳纤维增强夹芯层2之间依次设置树脂基体层4、高分子纤维材料层5、树脂基体层4、高分子纤维材料层5，碳纤维增强夹芯层2和表面毡增强材料层3之间依次设置高分子纤维材料层5、树脂基体层4、高分子纤维材料层5和树脂基体层4；树脂基体层4材料由树脂、引发剂、固化剂、 着色剂、 填料、 脱模剂、偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂和阻燃剂等混合组成；碳纤维增强夹芯层2为经纬交织的线性连接结构6；树脂基体层5为热固性高聚物网状结构。7；高分子复合板通过纤维交织编织、树脂浇注整体模压而成，具有最大程度的耐腐蚀性能；进一步，复合材料板表面设有金钢砂防滑层，提供了有效的防滑功能，砂层不易脱落，经久耐用、安全性高；再进一步，增强夹芯层采用经纬交织的线性结构、树脂基体层为热固性高聚物网状结构，使复合板的整体结构负载更均匀分布化，有助于安装及其支撑结构的均匀受力；具有耐腐蚀、轻质高强、阻燃、抗冲击和抗疲劳、防滑、耐老化、安全性高、美观、易保养，具有较好的综合经济效益。
高分子复合材料与其它型材技术指标对比见下表：
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高分子复合材料板制备方法，其特征在于，采用高温固化拉伸工艺制备复合材料板，步骤如下，
步骤1：将增强纤维材料以纱团形式置于纱架上，纱团抽口通过预成型及胶槽直至模具；
步骤2：切毡机将玻璃纤维毡按产品表面尺寸大小裁剪成规定宽度的尺寸放置毡盘，按序叠放通过预成型至模具；
步骤3：将树脂与辅助材料按比例混合，以搅拌机搅拌30~40分钟置于胶槽内；
步骤4：主机将模具加热30～40分钟，进模口、模身、出模口温度分别达到130℃、180℃、120℃；
步骤5：模具温度达到要求后，增强纤维材料及树脂混合料在模具内高温固化成型，同时牵引设备按3Kg/cm2～10Kg/cm2 的压力夹住产品，以0.15～0.4M/min的速度将固化成型产品牵引至切割区域；
步骤6：切割机按产品尺寸切割完成。
2.根据权利要求1所述的一种高分子复合材料板制备方法，其特征在于，所述步骤1中增强纤维材料为无捻粗纱、玻璃纤维毡及芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维中的一种或几种，其配比为产品重量百分比45%～60%。
3.根据权利要求1所述的一种高分子复合材料板制备方法，其特征在于，所述步骤3中树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性树脂或聚氨酯树脂中的一种或几种，其配比为产品重量百分比55%～40%；所述步骤3中辅助材料为引发剂、固化剂、 着色剂、 填料、 脱模剂、偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂或阻燃剂。
4.根据权利要求3所述的一种高分子复合材料板制备方法，其特征在于，所述步骤3中树脂与辅助材料按重量比例混合，其配比具体如下：引发剂占树脂重量比重的2%，固化剂占树脂重量比重的2%，着色剂占树脂重量比重的2%～3%，填料占树脂重量比重的15%～40%，脱模剂占树脂重量比重的3%，阻燃剂占树脂重量比重的5%，其余偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂和热稳定剂约占树脂重量比重的0.3%～2%。
5.一种高分子复合材料板，其特征在于，所述高分子复合材料板依次设有表面毡增强材料层、增强夹芯层、表面毡增强材料层，所述表面毡增强材料层和增强夹芯层之间依次设置树脂基体层、高分子纤维材料层、树脂基体层、高分子纤维材料层，所述增强夹芯层和表面毡增强材料层之间依次设置高分子纤维材料层、树脂基体层、高分子纤维材料层和树脂基体层。
6.根据权利要求5所述的一种高分子复合材料板，其特征在于，所述表面毡增强材料层和表面毡增强材料层的表面分别设有金钢砂防滑层。
7.根据权利要求5所述的一种高分子复合材料板，其特征在于，所述增强夹芯层为碳纤维增强夹芯层，所述碳纤维增强夹芯层为经纬交织的线性连接结构。
8.根据权利要求5所述的一种高分子复合材料板，其特征在于，所述树脂基体层材料由树脂、引发剂、固化剂、 着色剂、 填料、 脱模剂、偶联剂、阻聚剂、增韧剂、稀释剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂和阻燃剂等混合组成。
9.根据权利要求5所述的一种高分子复合材料板，其特征在于，所述树脂基体层为热固性高聚物网状结构。
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