高阻燃三維立體夾芯承力複合板的製作方法

2023-05-08 03:43:06

專利名稱：高阻燃三維立體夾芯承力複合板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有高阻燃性能、高承力性能且為三維立體夾芯結構的複合板，該複合板採用立體編織工藝、真空輔助RTM成型工藝製備。
背景技術：
複合板一般由上面板、芯材(放置在上、下面板之間的位置)和下面板組成，其製備方法一般將上面板與芯材與下面板先膠粘在一起，然後採用熱壓成型技術壓製成所需結構特徵的複合板進行成品銷售。採用膠粘、熱壓成型製備得到的複合板存在著上、下面板與芯材的結合處易產生分層缺陷。其複合板的分層結合處不牢固時不僅會使產品的整體強度差，還會由於存在縫隙會使產品吸水率增加之後造成芯材隔熱效果的降低；同時，在環境溫度較低的狀況下芯材因凍脹使分層結合處脫開。上、下面板由於溫度變化也會導致複合板變形等問題。
芯材一般採用酚醛泡沫，其具有耐熱性能好，遇火難燃、低煙、低毒、環保，被國際上認為是綠色建材隔熱保溫的理想材料。
用複合板作為軌道車輛的地板或壁板，一旦結合處發生分層，在高速運行過程中發生摩擦易產生噪音，影響車廂內的視聽環境；用於艦船的地板或壁板，結合處發生分層，海水浸入地板或壁板，加大了腐蝕，縮短了艦船的使用周期，同時也增加了艦船的重量。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種高阻燃三維立體夾芯承力複合板，該複合板採用立體編織工藝將與輕質芯材接合的兩個內層編織在一起，解決了複合板易分層的缺陷；採用真空輔助RTM(樹脂傳遞模塑Resin Transfer Moulding)成型工藝將酚醛樹脂導入預成型複合板內，增強了支承結構的纖維束與纖維束之間的剪力，有效地提高了本實用新型複合板的承重力。
本實用新型是一種高阻燃三維立體夾芯承力複合板，由輕質芯材、承力柱、上面板內層、下面板內層、上面板外層和下面板外層構成；輕質芯材布置在上面板內層和下面板內層之間，且在上面板內層、輕質芯材和下面板內層的厚度方向上採用立體編織工藝織入有承力柱；上面板外層和下面板外層分別布置在上面板內層和下面板內層外部；在輕質芯材、承力柱、上面板內層、下面板內層、上面板外層和下面板外層內導入有酚醛樹脂。
所述的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其輕質芯材為酚醛泡沫，厚度為8～40mm。所述上面板內層、下面板內層、上面板外層和下面板外層為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維製成的二維織物或三維織物，其厚度為0.1～5.0mm。所述承力柱為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維的纖維束，其直徑為0.8～10mm，設有2000～20000個/m2。
所述的高阻燃三維立體夾芯承力複合板其平壓強度為4.6～15.3MPa，彎曲強度16.8～45.8MPa，衝擊強度大於100KJ/m2，氧指數65.0～71.0％。
本實用新型高阻燃三維立體夾芯承力複合板的優點在於(1)採用立體編織工藝成型的承力柱，形成了高抗分層性能及高承力性能的複合板夾芯材料體系的一部分，有效地阻止了與芯材接合處分層的問題；(2)採用真空輔助RTM工藝浸入酚醛樹脂，使得樹脂浸潤均勻，樹脂含量穩定，在密閉空間中完成樹脂浸潤，不會向大氣散發有害氣體汙染環境；(3)本實用新型提出的製備方法能夠節約原材料消耗，製備過程中可以根據施工要求選取輕質芯材的尺寸，該尺寸為本實用新型複合板的主參量，並根據該主參量分別選取面板內層和外層；製備結束後只需對複合板的外部進行常規的打磨、去邊處理即為可供銷售的成品；(4)對於輕質芯材選取酚醛泡沫材料，使本實用新型複合板有效地起到了高阻燃，低煙低毒的特性；(5)承力柱是採用編織工藝與芯材成為一整體結構，其具有了高抗分層特性；(6)酚醛樹脂的浸入有效地提高了本實用新型複合板的防水防腐功能等特性。


圖1是本實用新型複合板的外部結構圖。
圖2是圖1的A-A視圖。
圖3是無上下面板外層的複合板結構圖。
圖4是無輕質芯材的複合板結構圖。
圖中1.輕質芯材2.上面板內層3.上面板外層4.下面板內層5.下面板外層6.承力柱
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
請參見圖1、圖2所示，本實用新型是一種高阻燃三維立體夾芯承力複合板，由輕質芯材1、承力柱6、上面板內層2、下面板內層4、上面板外層3和下面板外層5構成；輕質芯材1布置在上面板內層2和下面板內層4之間，且在上面板內層2、輕質芯材1和下面板內層4的厚度方向上採用立體編織工藝織入有承力柱6；上面板外層3和下面板外層5分別布置在上面板內層2和下面板內層4外部；在輕質芯材1、承力柱6、上面板內層2、下面板內層4、上面板外層3和下面板外層5內導入有酚醛樹脂。
在本實用新型的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其輕質芯材1為酚醛泡沫，選取厚度為8～40mm。所述上面板內層2、下面板內層4、上面板外層3和下面板外層5為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維製成的二維織物或三維織物，選取厚度為0.1～5.0mm。所述承力柱6為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維的纖維束，承力柱6的直徑為0.8～10mm，設有2000～20000個/m2。承力柱6的設置根據所選用的纖維束粗細來確定單位面積條件下設有的個數，當承力柱6的直徑大時所需要的纖維束則多，當承力柱6的直徑小時所需要的纖維束則少。
本實用新型的高阻燃三維立體夾芯承力複合板是在上面板內層2、輕質芯材1(無粉化型酚醛泡沫)和下面板內層4疊加組成鋪層結構的厚度方向上採用立體編織工藝織入承力柱6；然後在上面板內層2的外部鋪上面板外層3，下面板內層4的外部鋪下面板外層5疊層構成預成型體；最後將預成型體採用真空輔助RTM成型工藝將酚醛樹脂導入其內，且保持0.05～0.09Mpa的真空度，在20℃～200℃溫度條件下固化0.5～5h，然後經打磨、去邊處理，即製得高阻燃三維立體夾芯承力複合板。根據產品使用環境溫度的不同，會選取不同溫度條件下的酚醛樹脂，由於酚醛樹脂的合成反應條件不同，所得樹脂的固化溫度也不同。製備得到的高阻燃三維立體夾芯承力複合板中其上面板內2和上面板外層3(或下面板內4和下面板外層5)中浸潤樹脂的含量佔上面板內2和上面板外層3(或下面板內4和下面板外層5)整體重量的百分比，經測試樹脂含量為30～50％。
在本實用新型中，立體編織工藝選用日本HASHIMA株式會社製造的型號為HSQ-100DC設備，是將上面板內層2、輕質芯材1和下面板內層4疊加成疊層結構後進行立體編織織入承力柱6(纖維束)。採用真空輔助RTM成型工藝選用美國格拉斯公司製造的型號為SPARTAN-RTM設備，是將酚醛樹脂導入預成型體中，且保持0.05～0.09Mpa的真空度，並在20℃～200℃溫度條件下固化0.5～5h。形成高阻燃三維立體夾芯承力複合板。
在本實用新型中，輕質芯材1選取酚醛泡沫。酚醛泡沫具有最低的導熱係數，最優的阻燃性能，被廣泛作為絕熱材料。其氧指數(0I)＞60，煙密度等級(SDR)＜8，耐溫性好，在-196～180℃範圍內，導熱係數為0.03w/(m.k)。酚醛樹脂選取國營常熟塑料廠生產的型號為NR9430。
在本實用新型中，承力柱6(纖維束)是穿過疊加的上面板內層2、輕質芯材1和下面板內層4的，承力柱6可以是有規則的織入，也可以是無規則的織入，其織入的多個承力柱6可以是在產品厚度方向上均勻設置的構圖，也可以根據使用要求進行不規則分布(請參見圖3所示)。上面板內層2、下面板內層4、上面板外層3和下面板外層5是玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維製成的二維織物或三維織物，其大小與輕質芯材1適配。上面板內層2與上面板外層4，下面板內層3與下面板外層5之間的結合是通過採用真空輔助RTM成型工藝導入的酚醛樹脂浸潤後在一定溫度條件下同時固化來連成一體的。
為了對本實用新型複合板進行抗壓力測試，選用萬能實驗機CMT5504(深圳新三思公司製造)，衝擊試驗機CJ-25(深圳新三思公司製造)，氧指數試驗儀JF-3(南京江寧分析儀器廠製造)，馬弗爐SX-8-10(天津中簧製造)。製作複合板加工尺寸以輕質芯材1的長、寬為一參照量，截取酚醛泡沫輕質芯材1的尺寸1200×2400×20mm，上面板外層3和下面板外層5的厚度分別為2.5mm，下面板內層4和上面板內層2的厚度分別為0.5mm。在相同尺寸條件下，選擇不同內層、外層材料、不同承力柱6的直徑和纖維束的粗細，其測試結果平壓強度為4.6～15.3MPa，彎曲強度16.8～45.8MPa，衝擊強度大於100KJ/m2，氧指數65.0～71.0％。本實用新型的複合板，有效地解決了普通複合板易分層、承力差、金屬複合板易腐蝕、樹脂基複合板阻燃性差等問題。使夾芯複合板可以用於高剪切和高壓縮應用的場合，擴大了應用的領域和範圍。
權利要求1.一種高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其特徵在於由輕質芯材(1)、承力柱(6)、上面板內層(2)、下面板內層(4)、上面板外層(3)和下面板外層(5)構成；輕質芯材(1)布置在上面板內層(2)和下面板內層(4)之間，且在上面板內層(2)、輕質芯材(1)和下面板內層(4)的厚度方向上採用立體編織工藝織入有承力柱(6)；上面板外層(3)和下面板外層(5)分別布置在上面板內層(2)和下面板內層(4)外部；在輕質芯材(1)、承力柱(6)、上面板內層(2)、下面板內層(4)、上面板外層(3)和下面板外層(5)內導入有酚醛樹脂。
2.根據權利要求1所述的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其特徵在於所述輕質芯材(1)為酚醛泡沫，其厚度為8～40mm。
3.根據權利要求1所述的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其特徵在於所述上面板內層(2)和所述下面板內層(4)為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維製成的二維織物或三維織物，其厚度為0.1～5.0mm。
4.根據權利要求1所述的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其特徵在於所述上面板外層(3)和所述下面板外層(5)為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維製成的二維織物或三維織物，其厚度為0.1～5.0mm。
5.根據權利要求1所述的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，其特徵在於所述承力柱(4)為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維或聚酯纖維的纖維束，其直徑為0.8～10mm，承力柱(4)設有2000～20000個/m2。
專利摘要本實用新型公開了一種高阻燃三維立體夾芯承力複合板，由輕質芯材、承力柱、上面板內層、下面板內層、上面板外層和下面板外層構成；輕質芯材布置在上面板內層和下面板內層之間，且在上面板內層、輕質芯材和下面板內層的厚度方向上採用立體編織工藝織入有承力柱；上面板外層和下面板外層分別布置在上面板內層和下面板內層外部；在輕質芯材、承力柱、上面板內層、下面板內層、上面板外層和下面板外層內導入有酚醛樹脂。採用本實用新型的高阻燃三維立體夾芯承力複合板，有效地解決了普通複合板易分層、承力差、金屬複合板易腐蝕、樹脂基複合板阻燃性差等問題。使夾芯複合板可以用於高剪切和高壓縮應用的場合，擴大了應用的領域和範圍。
文檔編號B32B3/12GK2918595SQ20062001908
公開日2007年7月4日 申請日期2006年4月12日 優先權日2006年4月12日
發明者陳躍, 張佐光, 李敏, 趙彤, 王大勇, 呂建梅 申請人:北京中鐵長龍新型複合材料有限公司