本发明涉及复合材料技术领域，且特别涉及一种高强度的箱包用复合材料及其制备方法。
背景技术：
箱包是人们必不可少的一种生活用品，目前人们不断地开发和实验各种材料来制作箱包。目前，对箱包性能的要求集中在轻质、高强度、美观等性能上。尤其是轻质、高强度的箱包可以使人们出行更为方便，减少旅途的疲惫，而高强度的箱包可以方便携带更多的物品，增强旅途的便利性。
目前，市面上的箱包材料主要采用热塑性塑料，如eva、abs、pc等，容易存在破裂、面层褶皱、局部断裂、表面缺陷、扭曲等问题。而采用强度较高的材料制作箱包时，则又容易存在重量大，携带不方便的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高强度的箱包用复合材料，此箱包复合材料重量轻、强度高、性能优良。
本发明的另一目的在于提供一种高强度的箱包用复合材料的制备方法，制备方法简单，易于操作，适用于工业化生产。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种高强度的箱包用复合材料，包括面板主体和设置于所述面板主体表面的布料，所述面板主体主要由以下重量份数的组分制成：泡沫铝/石墨烯复合体10～20份、聚氨酯80～100份、功能助剂10～15份，所述布料为涂覆有抗菌防霉材料的涤纶布，所述泡沫铝/石墨烯复合体由以下方法制备得到：将泡沫铝浸没在石墨烯分散液中，超声30～60min后干燥，再在惰性气体保护下热压烧结2～4h得到所述泡沫铝/石墨烯复合体。
本发明提出一种高强度的箱包用复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，将所述聚氨酯和所述功能助剂混合得到混合物；
s2，将所述泡沫铝/石墨烯复合体放入模具，使用所述混合物进行浇注，浇注时压强为0.6～0.7mpa，模具温度为60～80℃，浇注后在100～120℃条件下固化24～30h得到面板主体；
s3：将所述面板主体和所述布料热压复合，热压温度为260～300℃，压力为240～260kpa，热压时间为10～15s。
本发明实施例的箱包用复合材料及其制备方法的有益效果是：
通过面板主体和布料的复合，在面板主体的表面覆盖布料，可以减少面板主体的磨损等。面板主体以聚氨酯为主要材料，聚氨酯耐磨、耐高温、抗化学腐蚀等性能，而泡沫铝/石墨烯复合体具有低密度、轻质、力学性能优异等优点，在聚氨酯基体中添加泡沫铝/石墨烯复合体，强化了面板的拉伸强度、刚度等，使得面板主体能够满足轻质、高强度的需求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的箱包用复合材料及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种高强度的箱包用复合材料，包括面板主体和设置于所述面板主体表面的布料。面板主体主要由以下重量份数的组分制成：泡沫铝/石墨烯复合体10～20份、聚氨酯80～100份、功能助剂10～15份，布料为涂覆有抗菌防霉材料的涤纶布。
泡沫铝/石墨烯复合体由以下方法制备得到：将泡沫铝浸没在石墨烯分散液中，超声30～60min后干燥，再在惰性气体保护下热压烧结2～4h得到泡沫铝/石墨烯复合体。
聚氨酯是一种高分子材料，具有综合机械性能好、抗水解、抗微生物、耐热、耐低温、耐磨等优良性能。泡沫铝密度小、高吸收冲击力强、耐高温、防火性能强，将泡沫铝和石墨烯复合，石墨烯的引入进一步加强了材料的强度，且使得材料的减振性能更优异。在聚氨酯基体中加入泡沫铝/石墨烯复合体，能够进一步增强面板主体的强度、抗震、耐磨等性能，得到质轻高强，兼备耐磨、减振等功能特性的复合材料。
进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量份数计，功能助剂包括硅烷偶联剂0.1～0.4份、引发剂0.1～0.3份、阻燃剂1～4份和ε-己内酯8～10份。功能助剂能够进一步改善产品的性能，例如阻燃剂能够进一步加强材料的阻燃性能，ε-己内酯能引发聚合反应，改善材料的抗冲击性等。
进一步地，在本发明较佳实施例中，石墨烯分散液中，石墨烯的浓度为5～6mg/ml。进一步地，将适量的石墨烯分散在乙醇溶液中，在15～30hz下超声5～10min，然后在65～80hz下超声8～15min，形成石墨烯分散液。采用不同频率的超声进行分散，是石墨烯均匀分散。
进一步地，在本发明较佳实施例中，泡沫铝浸没在所述石墨烯分散液前，还包括对泡沫铝进行预处理：将泡沫铝在4～8wt％的盐酸溶液中处理3～5min后，再在4～8wt％的氢氧化钠溶液处理4～8min。清洗、烘干后，使用0.4～0.6wt％的硅烷偶联剂的乙醇溶液表面处理后烘干。将泡沫铝进行表面处理，能去除泡沫铝表面的氧化层，且使得泡沫铝更容易与石墨烯、聚氨酯等复合。
进一步地，在本发明较佳实施例中，泡沫铝为孔隙率为50～60％、孔径1～3mm的开孔连通型泡沫铝。
进一步地，在本发明较佳实施例中，抗菌防霉材料选自磷酸锆、十二烷基二甲基苄基氯化铵、壳聚糖季铵盐、海藻酸钠中的一种或多种。进一步地，抗菌防霉材料为质量比为1:4～5:2～3的磷酸锆、十二烷基二甲基苄基氯化铵和壳聚糖季铵盐。将抗菌防霉材料混合后涂布在布料上，能够为布料提供优良的抗菌防霉效果。
本发明提出一种高强度的箱包用复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，将聚氨酯和功能助剂混合得到混合物；
s2，将泡沫铝/石墨烯复合体放入模具，使用混合物进行浇注，浇注时压强为0.6～0.7mpa，模具温度为60～80℃，浇注后在100～120℃条件下固化24～30h得到面板主体；
s3：将面板主体和布料热压复合，热压温度为260～300℃，压力为240～260kpa，热压时间为10～15s。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述阻燃剂按以下方法制得：将水溶性二价金属盐与水溶性三价金属盐按摩尔比1～3:1配置成第一溶液，然后加入次磷酸盐溶液，调节ph为8～10，然后升温至90～100℃熟化14～18h。进一步地，水溶性二价金属盐中的金属离子为mg2+、ca2+、zn2+或cu2+，水溶性三价金属盐为al3+、co3+、mn3+、sc3+或lu3+。次磷酸盐溶液可以是次磷酸钠、次磷酸钙、次磷酸镁、次磷酸钾中的一种。次磷酸盐溶液中次磷酸根离职的浓度为0.4～0.8mol/l。通过化学合成方法原位制备包含次磷酸盐和层状双氢氧化物的阻燃剂，两种阻燃物质协同作用，阻燃效果更优良。
进一步地，在本发明较佳实施例中，聚氨酯和功能助剂混合的步骤包括：将阻燃剂和ε-己内酯混合，升温至120～160℃，在惰性气体的保护下反应1～3h，然后加入聚氨酯、硅烷偶联剂和引发剂在100～120℃熔融共混3～6h得到混合物。阻燃剂中的双氢氧化物的多羟基能够引发ε-己内酯原位开环聚合，从而使得聚己内酯对阻燃剂形成包覆，既能提高阻燃剂的分散性能，也能够使得阻燃剂、聚己内酯能够与聚氨酯基体良好结合，改性效果更优良。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种高强度的箱包用复合材料，按照以下步骤制得：
(1)制备阻燃剂：将六水合硝酸镁和六水合硝酸锌按摩尔比3:1溶于去离子水中，然后加入0.5mol/l的一水合次磷酸钠溶液，调节ph至9，升温至100℃熟化15h，水洗、过滤、干燥得到阻燃剂。
(2)将2份的阻燃剂和10份的ε-己内酯混合，升温至150℃，加入催化剂辛酸亚锡，在n2的保护下反应2.5h，洗涤、干燥。
(2)在步骤(1)得到的物体中加入90份的聚氨酯、0.2份的硅烷偶联剂、0.2份的偶氮二异丁腈，在115℃熔融共混5h得到混合物。
(3)将泡沫铝/石墨烯复合体放入模具，使用步骤(2)制得的混合物进行浇注，浇注时压强为0.65mpa，模具温度为70℃，浇注后在115℃条件下固化25h得到面板主体。
(4)将面板主体和布料热压复合，热压温度为280℃，压力为250kpa，热压时间为12s。
实施例2
本实施例提供的一种高强度的箱包用复合材料，按照以下步骤制得：
(1)制备阻燃剂：将六水合硝酸镁和六水合硝酸锌按摩尔比2:1溶于去离子水中，然后加入0.4mol/l的一水合次磷酸钠溶液，调节ph至10，升温至90℃熟化18h，水洗、过滤、干燥得到阻燃剂。
(2)将1份的阻燃剂和8份的ε-己内酯混合，升温至120℃，加入催化剂辛酸亚锡，在n2的保护下反应3h，洗涤、干燥。
(2)在步骤(1)得到的物体中加入80份的聚氨酯、0.4份的硅烷偶联剂、0.1份的偶氮二异丁腈，在120℃熔融共混3h得到混合物。
(3)将泡沫铝/石墨烯复合体放入模具，使用步骤(2)制得的混合物进行浇注，浇注时压强为0.7mpa，模具温度为60℃，浇注后在100℃条件下固化30h得到面板主体。
(4)将面板主体和布料热压复合，热压温度为260℃，压力为240kpa，热压时间为15s。
实施例3
本实施例提供的一种高强度的箱包用复合材料，按照以下步骤制得：
(1)制备阻燃剂：将六水合硝酸镁和六水合硝酸锌按摩尔比1:1溶于去离子水中，然后加入0.8mol/l的一水合次磷酸钠溶液，调节ph至8，升温至100℃熟化14h，水洗、过滤、干燥得到阻燃剂。
(2)将4份的阻燃剂和8份的ε-己内酯混合，升温至160℃，加入催化剂辛酸亚锡，在n2的保护下反应1h，洗涤、干燥。
(2)在步骤(1)得到的物体中加入100份的聚氨酯、0.1份的硅烷偶联剂、0.3份的偶氮二异丁腈，在100℃熔融共混6h得到混合物。
(3)将泡沫铝/石墨烯复合体放入模具，使用步骤(2)制得的混合物进行浇注，浇注时压强为0.6mpa，模具温度为80℃，浇注后在120℃条件下固化24h得到面板主体。
(4)将面板主体和布料热压复合，热压温度为300℃，压力为260kpa，热压时间为10s。
实施例4
本实施例提供的一种高强度的箱包用复合材料，按照以下步骤制得：
(1)制备阻燃剂：将六水合硝酸镁和六水合硝酸锌按摩尔比2.5:1溶于去离子水中，然后加入0.6mol/l的一水合次磷酸钠溶液，调节ph至8.5，升温至95℃熟化16h，水洗、过滤、干燥得到阻燃剂。
(2)将2份的阻燃剂和9份的ε-己内酯混合，升温至130℃，加入催化剂辛酸亚锡，在n2的保护下反应2.5h，洗涤、干燥。
(2)在步骤(1)得到的物体中加入95份的聚氨酯、0.25份的硅烷偶联剂、0.15份的偶氮二异丁腈，在100～120℃熔融共混4h得到混合物。
(3)将泡沫铝/石墨烯复合体放入模具，使用步骤(2)制得的混合物进行浇注，浇注时压强为0.65mpa，模具温度为75℃，浇注后在110℃条件下固化28h得到面板主体。
(4)将面板主体和布料热压复合，热压温度为280℃，压力为250kpa，热压时间为11s。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。