一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的配方及制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的配方及制备工艺，由30-50%的增强纤维、30-50%的热塑性树脂纤维、5-15%的无卤阻燃剂粉末、5-15%粘合胶液组成，将增强纤维、热塑性树脂纤维按比例称重后进行初步混合；利用风机，将增强纤维、热塑性树脂纤维输送至储绵仓，利自由落体使得纤维充分混合，分散均匀等等，本发明高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材具有生产工艺简单、成本低、阻燃性能优、力学性能无明显降低的优点，非常适合应用于汽车内饰、建筑装饰等领域，有很大的实用价值。
【专利说明】一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的配方及制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维增强热塑性树脂复合材料的制造成型领域，具体地说，是一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的配方及制备工艺。
【背景技术】
[0002]轻质纤维增强热塑性树脂复合材料由于其较高的强度、热塑性、可回收、易成型加工等特点，在汽车中被主要用作结构件及重要零部件。随着市场的开发，轻质纤维增强热塑性树脂复合材料逐渐发展到了建筑工业、家具制造等领域。
[0003]汽车自燃屡不鲜见，其安全性令消费者担忧不已，建筑火灾很大部分原因是装饰板材的燃烧与扩散导致的，因此，随着轻质纤维增强热塑性树脂复合材料的应用越来越广泛，其阻燃性也显得愈发重要。
[0004]轻质纤维增强热塑性树脂复合材料的阻燃需要注意以下问题:
[0005]1、热塑性树脂具有可燃性，点燃后燃烧速度快，高分子链迅速分解成为可燃小分子，加速燃烧。
[0006]2、增强纤维在燃烧时会充当“灯芯”，将外围燃烧热传递到内部，导致内部树脂基体不断分解，供给外围燃烧。
[0007]3、轻质纤维增强热塑性树脂复合板材由于是多孔板材，燃烧时氧气更容易进入板材内部，引起内部板材的分解燃烧。而且由于增强纤维一般为刚性材料，热塑性树脂受热后熔融，熔融后的树脂熔体强度很低，使板材中弯曲着的增强纤维能够突破树脂的粘接，慢慢变直，因此轻质纤维增强热塑性树脂复合板材变得更加蓬松，孔洞变大，变多，导致火焰传播更快。
[0008]干法针刺工艺生产的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的主要采用增强纤维和热塑性树脂纤维混合开松，铺网，针刺成毡，然后经过热压成板，其生产工艺与传统的湿法生产纤维增强热塑性树脂复合板材工艺不同，因此其阻燃无法通过阻燃剂与树脂基体熔融共混挤出来实现。目前有关轻质纤维增强热塑性树脂复合板材阻燃的研究主要集中在后处理阻燃和使用阻燃纤维两大方面。第一方面是后处理阻燃，主要方式有喷涂、刮涂阻燃齐U、浸溃阻燃剂工艺、外复阻燃层等。刮涂阻燃剂主要工艺为:将阻燃剂与溶剂进行混合制成阻燃液，再通过喷涂或刮涂的方式将阻燃剂均匀的涂抹在复合板材的表面，制成具有表面阻燃层的纤维增强热塑性树脂复合板材，采用这种工艺制备阻燃纤维增强热塑性树脂复合板材优点是生产工艺简单，缺点是虽然板材外表层有一定的阻燃效果，但板材内部还是容易燃烧，因此这种阻燃方式效果有限；浸溃阻燃剂主要工艺为将中间产品在阻燃液中进行浸溃，让阻燃剂渗入板材内部，制成整体阻燃的纤维增强热塑性树脂复合板材，专利CN101812773A公开了一种汽车内饰件复合材料及其生产方法，该发明的生产方法是，将原材料均匀混合，投入开松机内开松处理，之后梳理成形，再送入铺网机中交叉铺网，然后送入针刺机中进行针刺成毡；将纤维毡浸入处理浆液中，浸润好的卷材经热风干燥后剪裁成要求大小，放入模具中加热固化定型，脱模后可成型为复合板；复合板再经过平板加热软化处理后，覆上一层面饰经产品模具进行冷压成型制得成品，专利CN200610154436.1采用浸溃及刮涂方法制备了汽车内饰阻燃板材，阻燃、抗菌、耐老化良好，但是生产工艺十分复杂，生产周期长，专利CN201120323746.8介绍了外复阻燃层的阻燃毡结构，虽然具有一定的阻燃效果，但是毡芯还是容易燃烧，因此阻燃效果有限。
[0009]另一方面是使用具有阻燃作用的纤维与增强纤维混合后制备阻燃轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，这种板材本身由于混合了阻燃纤维，因此具有阻燃性。使用阻燃纤维的优点是复合板材不用进行后处理就可以达到比较好的阻燃效果，阻燃纤维有阻燃热塑性树脂纤维如阻燃聚丙烯纤维，阻燃聚酰胺纤维等；还有一些特种纤维如芳纶、聚酰亚胺纤维、三聚氰胺纤维等，专利CN201110259155.3公开了一种玻璃纤维/阻燃丙纶纤维轻质复合板材及其制备方法，制备的轻质复合板材具有良好的阻燃型、成型加工性和优异的综合力学性能，但是阻燃纤维加工成本较高。
[0010]因此，寻求一种生产工艺简单、成本低的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，对汽车内饰行业、建筑装饰领域非常重要，有很大的实用价值。
【发明内容】
[0011]本发明针对上述存在的问题，提出了一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树月旨复合板材的配方及制备工艺，对增强纤维和热塑性树脂纤维进行开松处理，梳理成网，喷洒胶粘剂和阻燃剂，再交叉铺网，针刺成中间品，中间品经过拉幅烘箱熟化，压机热压后，冷压辊冷却得到高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
[0012]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0013]本发明公开了一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，由30-50%的增强纤维、30-50%的热塑性树脂纤维、5-15%的无卤阻燃剂粉末、5-15%粘合胶液组成。
[0014]作为进一步地改进，本发明所述的增强纤维为竹纤维、麻纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种或几种纤维的混合物。
[0015]作为进一步地改进，本发明所述的热塑性树脂纤维是聚丙烯纤维PP、聚酰胺纤维PA、聚对苯二甲酸乙二醇纤维PET、改性粘胶纤维中的一种或几种聚合物纤维的混合物。
[0016]作为进一步地改进，本发明所述的热塑性树脂纤维原丝直径在10-30 μ m,短切长度为 20-100_。
[0017]作为进一步地改进，本发明所述的无卤阻燃剂粉末是氢氧化镁、氢氧化铝、聚磷酸铵和季戊四醇、磷氮系阻燃剂、红磷、硼酸锌、膨胀石墨中的一种或几种的混合物，所述的无卤阻燃剂粉末目数在50目到2000目之间。所述的阻燃剂均为无卤环保型阻燃剂，符合绿色环保阻燃的要求，且无机粒子在一定程度上可以增强复合板材的力学性能。
[0018]作为进一步地改进,本发明所述的聚磷酸铵和季戍四醇的重量比例为1:2?5:1 ;
[0019]作为进一步地改进，本发明所述的粘合胶液由85-90%的胶粘剂、1-3%的偶联剂、
0.5-10%的协同剂、0.1-3%的抗氧剂组成；粘合胶液可以将阻燃剂粉末与混合纤维进行粘结，防止阻燃剂粉末因为纤网的镂空而掉落，影响配方比例。
[0020]作为进一步地改进，本发明所述的胶粘剂是聚氨酯胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂、醋酸乙烯酯胶粘剂或合成橡胶胶乳中的一种或几种的混合物；所述的偶联剂是钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物；
[0021]作为进一步地改进，本发明所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1222、抗氧剂168中的至少一种；所述的协同剂为钠基蒙脱土、烷基铵盐插层蒙脱土、季铵盐插层蒙脱土中的一种。
[0022]本发明还公开了一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下:
[0023](I)、将增强纤维、热塑性树脂纤维按比例称重后进行初步混合；
[0024](2)、利用风机，将增强纤维、热塑性树脂纤维输送至储绵仓，利自由落体使得纤维充分混合，分散均勻；
[0025](3)、混合纤维进入喂棉机，经刺棍喂入胸锡林，再经过转移辊进入大锡林，将混合纤维进行充分梳理后经过拨棉辊作用成薄毡；
[0026](4)、在薄毡上依次喷洒粘合胶液、无卤阻燃剂粉末，然后将喷洒后的薄毡多层累积后经过预刺和主刺双重加固定型后收卷成中间品；在此阶段加入喷洒设备，不影响整个生产流程，相比于刮涂、浸溃等工艺，没有插入需要单独操作的工艺过程，生产工艺简单易操作；
[0027](5)、中间品通过拉幅烘箱进行熟化，拉幅烘箱温度140_250°C，速度l_10m/min ；通过拉幅烘箱熟化可以将中间品预加热，可以缩短后续工艺中的热处理时间，缩短生产时间，提闻生广效率。
[0028](6)、熟化后中间品与胶膜及面料放卷一起送入热压机进行热压，压机温度150-260°C，时间1-30秒，压力5_20MPa ;热压机对熟化的中间品进行热压成型，所制备的复合板材的力学性能优于普通辊压制得的复合板材；
[0029](7)、热压后的板材经过冷压辊进行冷却定型，冷压辊温度不高于50°C，制成阻燃轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
[0030]作为进一步地改进，本发明所述的步骤(I)至(4)是在温度为室温15_25°C、湿度50%-65%环境下进行。
[0031]本发明所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材相对于其他复合板材具有如下优势:
[0032]1、阻燃性能优良，通过水平燃烧测试A-O级别，垂直燃烧测试可自熄；
[0033]2、生产工艺无影响，在普通生产工艺中间插入喷洒工艺，不影响生产效率，相比于湿法、刮涂等工艺，生产工艺简单易操作；
[0034]3、力学性能无降低，甚至有所提高，无机粒子的加入在一定程度上增强了复合板材的力学性能；
[0035]4、成本低，使用廉价的阻燃剂达到优良的阻燃效果，生产成本相比于使用阻燃性纤维的复合板材大幅降低；
[0036]5、使用无卤环保阻燃剂，复合符合绿色环保阻燃的要求。
[0037]6、粘合胶液可以将阻燃剂粉末与混合纤维进行粘结，防止阻燃剂粉末因为纤网的镂空而掉落，影响配方比例。
[0038]7、通过拉幅烘箱熟化可以将中间品预加热，可以缩短后续工艺中的热处理时间，缩短生产时间，提高生产效率。[0039]8、热压机对熟化的中间品进行热压成型，所制备的复合板材的力学性能优于普通辊压制得的复合板材；
[0040]终上所述，本发明所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材具有生产工艺简单、成本低、阻燃性能优、力学性能无明显降低的优点，非常适合应用于汽车内饰、建筑装饰等领域，有很大的实用价值。
【具体实施方式】
[0041]下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步地详细说明:
[0042]实施例1
[0043]将40kg的玄武岩纤维和40kg的聚丙烯纤维在开包机进料，经过初混，输送至储绵仓，梳理机成薄网，然后将8kg粘合胶液喷洒至薄网上，再将12kg氢氧化铝阻燃剂喷洒于混合纤维网上，粘合胶液由6.SKg的丙烯酸酯胶粘剂、0.2kg钛酸酯偶联剂、0.8kg钠基蒙脱土、0.2kg抗氧剂1010混合而成，将喷洒了阻燃剂的混合纤维网经过铺网机铺网，再经过针刺机制成中间产品。将中间产品通过190°C拉幅烘箱进行熟化，速度5m/min，然后与胶膜和无纺布一起进入210°C热压机热压2s进行成型，压力lOMPa，再经过25°C冷压辊冷却定型，制成阻燃轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
[0044]实施例2
[0045]将40kg的竹纤维和40kg的聚酰胺纤维在开包机进料，经过初混，输送至储绵仓，梳理机成薄网，然后将12kg粘合胶液喷洒至薄网上，再将8kg氢氧化镁阻燃剂喷洒于混合纤维网上，粘合胶液由10.5Kg的丙烯酸酯胶粘剂、0.3kg钛酸酯偶联剂、Ikg钠基蒙脱土、
0.2kg抗氧剂1010混合而成，将喷洒了阻燃剂的混合纤维网经过铺网机铺网，再经过针刺机制成中间产品。将中间产品通过210°C拉幅烘箱进行熟化，速度4m/min，然后与胶膜和无纺布一起进入230°C热压机热压IOs进行成型，压力lOMPa，再经过25°C冷压辊冷却定型，制成阻燃轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
[0046]实施例3
[0047]将40kg的碳纤维纤维和40kg的聚酯纤维在开包机进料，经过初混，输送至储绵仓，梳理机成薄网，然后将8kg粘合胶液喷洒至薄网上，再将9kg聚磷酸铵和3kg季戊四醇阻燃剂喷洒于混合纤维网上，粘合胶液由6.SKg的丙烯酸酯胶粘剂、0.2kg钛酸酯偶联剂、
0.8kg钠基蒙脱土、0.2kg抗氧剂1010混合而成，将喷洒了阻燃剂的混合纤维网经过铺网机铺网，再经过针刺机制成中间产品。将中间产品通过210°C拉幅烘箱进行熟化，速度4m/min,然后与胶膜和无纺布一起进入250°C热压机热压5s进行成型，再经过25°C冷压辊冷却定型，制成阻燃轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
[0048]实施例4
[0049]将50kg的玻璃纤维和50kg的聚丙烯纤维在开包机进料，经过初混，输送至储绵仓，梳理机成薄网，然后将薄网通过铺网机铺成一定层数网，再经过针刺机制成中间产品。将中间产品通过190°C拉幅烘箱进行熟化，速度5m/min，然后与胶膜和无纺布一起进入210°C热压机热压2s进行成型，压力lOMPa，再经过25°C冷压辊冷却定型，制成轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
[0050]按照测试标准GB8410-2006对实施例中的板材进行了阻燃测试，结果见表I[0051]表1
[0052]
【权利要求】
1.一种高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，由30-50%的增强纤维、30-50%的热塑性树脂纤维、5-15%的无卤阻燃剂粉末、5-15%粘合胶液组成。
2.根据权利要求1所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的增强纤维为竹纤维、麻纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种或几种纤维的混合物。
3.根据权利要求1所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的热塑性树脂纤维是聚丙烯纤维PP、聚酰胺纤维PA、聚对苯二甲酸乙二醇纤维PET、改性粘胶纤维中的一种或几种聚合物纤维的混合物。
4.根据权利要求3所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的热塑性树脂纤维原丝直径在10-30 μ m，短切长度为20-100mm。
5.根据权利要求1所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的无卤阻燃剂粉末是氢氧化镁、氢氧化铝、聚磷酸铵和季戊四醇、磷氮系阻燃剂、红磷、硼酸锌、膨胀石墨中的一种或几种的混合物，所述的无卤阻燃剂粉末目数在50目到2000目之间。根据权利要求5所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的聚磷酸铵和季戊四醇的重量比例为1:2~5:1。
6.根据权利要求1所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的粘合胶液由85-90%的胶粘剂、1-3%的偶联剂、0.5-10%的协同剂、0.1_3%的抗氧剂组成。
7.根据权利要求6所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材，其特征在于，所述的胶粘剂是聚氨酯胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂、醋酸乙烯酯胶粘剂或合成橡胶胶乳中的一种或几种的混合物；所述的偶联剂是钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物；所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1222、抗氧剂168中的至少一种；所述的协同剂为钠基蒙脱土、烷基铵盐插层蒙脱土、季铵盐插层蒙脱土中的一种。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下: (1)、将增强纤维、热塑性树脂纤维按比例称重后进行初步混合； (2)、利用风机，将增强纤维、热塑性树脂纤维输送至储绵仓，利自由落体使得纤维充分混合，分散均匀； (3)、混合纤维进入喂棉机，经刺棍喂入胸锡林，再经过转移辊进入大锡林，将混合纤维进行充分梳理后经过拨棉辊作用成薄毡； (4)、在薄毡上依次喷洒粘合胶液、无卤阻燃剂粉末，然后将喷洒后的薄毡多层累积后经过预刺和主刺双重加固定型后收卷成中间品； (5)、中间品通过拉幅烘箱进行熟化，拉幅烘箱温度140-250°C，速度l-10m/min； (6)、熟化后中间品与胶膜及面料放卷一起送入热压机进行热压，压机温度150-260°C，时间1-30秒，压力5-20MPa ； (7)、热压后的板材经过冷压辊进行冷却定型，冷压辊温度不高于50°C，制成阻燃轻质纤维增强热塑性树脂复合板材。
9.根据权利要求8所述的所述的高阻燃性的轻质纤维增强热塑性树脂复合板材的制备方法，其特征在于， 所述的步骤(1)至(4)是在温度为室温15-25°c、湿度50%-65%环境下进行。
【文档编号】B32B37/06GK103950251SQ201410142223
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】丁文鹏, 傅华康, 周立, 马国维, 陈佳扬, 赵涛 申请人:浙江华江科技发展有限公司