一种具有隔音功能及阻燃型复合材料地板及其制备方法与流程

文档序号:14335269阅读:121来源:国知局

本发明涉及一种复合材料地板,特别涉及一种用于舱内结构用的兼具隔音降噪功效及低烟低毒、阻燃的复合材料地板及其制备方法,属于功能复合材料技术领域。



背景技术:

具有夹芯结构的复合材料地板由于具有高的比强度和比刚度,已经在先进大型飞机上得到广泛应用,对减轻其结构重量,实现低运行成本化起着至关重要的作用。近年来,随着轨道交通的飞速发展,对车厢内饰材料的减重和防火安全性同样提出了迫切的需求,采用类似于飞机复合材料地板的产品代替现有金属制品是最可行的方案。但是,轨道交通车辆的车厢运行环境与飞机机舱内有较大不同,前者由于轮轨间振动、摩擦所产生的噪音较大,若不进行隔音降噪功能性设计,将对乘客的健康和舒适性带来极坏的影响。例如,低速城轨、地铁的地板隔音要求是31db,高速城轨及高铁的地板隔音要求则到达了33db。通常而言,材料的隔音降噪能力是与其密度、重量成正比的,而传统夹芯复合材料地板与在用的金属地板相比,虽然减重效果明显,但其隔音降噪能力有限,无法达到上述的指标要求,因此,需要通过结构设计以提高地板的隔音效果。目前,国外通常的做法是在皮-芯结构间添加传统的吸音棉或毡等材料,但是这种方法有两方面的弊端,一是由于上述吸音材料自身强度有限可能会影响最终复合夹芯材料的层间强度,二是这类材料价格昂贵且需用量较大,可能会影响最终产品的大面积推广应用。这也直接导致了市面上还未有性能优越的成熟产品问世。与此同时,以新型功能橡胶为代表的阻尼减振材料正成为研究热点,它能够把振动能和声能转变为热能耗散掉,从而起到降噪作用。因此,选择添加合适的阻尼橡胶层,在满足夹芯复合材料层间粘接强度的同时,实现减振、隔音、降噪功效,是制造适用于轨道车辆车厢地板的潜在可行方案。

另一方面,目前在用的复合材料地板大都使用环氧树脂为基体的蒙皮材料以满足承载、良好机械性能的设计需求,而环氧树脂存在一定的易燃性,其所带来的防火安全问题,已成为设计、制造和使用所面临的重要课题。更深入的分析研究发现材料燃烧过程中所释放的烟雾和毒性气体是造成人员死亡的最直接原因。由此可见,合格的复合材料地板首先需要具有高阻燃性及低烟低毒释放性能。与环氧树脂形成鲜明对比的是,酚醛树脂由于其基体特有的高度交联网络结构所赋予的本征阻燃性能和低烟毒释放性能,所制成的复合材料适合广泛应用于内饰部件的制造。然而,为酚醛树脂固化后基体韧性较差、表现较脆,对于复合材料地板所具有的夹芯结构来说,蒙皮较低的力学性能容易导致夹芯结构抗长梁弯曲性能、抗冲击性能等整体力学性能较差,无法满足实际使用要求。因此,需要从原材料选材特别是酚醛树脂增韧改性研究入手,利用树脂配方创新并结合预浸料制备以及复合材料夹芯结构板成型的工艺优化控制,完成酚醛树脂基夹芯复合材料板的制造。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足,提出一种具有隔音功能及阻燃型复合材料地板,该复合材料地板制备工艺简单、经济性好,具有质轻、承载,耐环境腐蚀性能、耐冲击性能和抗弯、压性能优异等特点,特别是其整体的隔音能力可达到33db以上,显著高于传统复合材料地板的表现,满足轨道交通车辆车厢内部的隔音降噪要求,并且其烟雾及毒性气体释放较低,阻燃性能优异。

本发明的另外一个目的在于提供一种具有隔音功能及阻燃型复合材料地板的制备方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:

一种具有隔音功能及阻燃型复合材料地板,所述复合材料地板层间结构依次包括蒙皮、阻尼橡胶层、芯材、阻尼橡胶层和蒙皮,其中阻尼橡胶层设置于蒙皮、芯材之间,并分别与蒙皮、芯材粘接连接,所述蒙皮的材料为连续纤维增强酚醛树脂预浸料,所述阻尼橡胶层的材料为丁腈橡胶为基体的多元阻尼橡胶材料。

在上述复合材料地板中,所述连续纤维为无碱纤维布、玻璃纤维布或碳纤维布中的一种。

在上述复合材料地板中,所述芯材的材料为芳纶纸蜂窝或结构泡沫塑料。

在上述复合材料地板中,所述芳纶纸蜂窝为nomex蜂窝或凯夫拉纸蜂窝,密度为64~192kg/m3;所述结构泡沫塑料为pmi、pet或pvc泡沫塑料。

在上述复合材料地板中,所述丁腈橡胶为基体的多元阻尼橡胶材料包括丁腈橡胶、酚醛树脂、受阻酚、硫化剂和促进剂,其中各组份的质量比为:100:10~50:10~70:1~10:1~10。

在上述复合材料地板中,所述复合材料地板中蒙皮、芯材、阻尼橡胶层的厚度分别为0.3~1.0mm、9.0~17.5mm、0.45~1.10mm。

在上述复合材料地板中,所述阻尼橡胶层与蒙皮之间、阻尼橡胶层与芯材之间通过结构胶粘接连接,所述结构胶为环氧树脂类胶膜或胶黏剂,使用量为100~300g/m2

在上述复合材料地板中,所述结构胶包括e51环氧树脂、tde-85环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、固化剂和促进剂,各组份的质量比为:100:20~50:5~20:1~10:5~20。

在上述复合材料地板中,所述连续纤维增强酚醛树脂预浸料的制备方法如下:

(1)、在酚醛树脂低速搅拌状态下,依次加入酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝和dopo,之后进行高速搅拌60~150分钟,最后将搅拌好的混合液经研磨,即制得改性酚醛溶液;其中以酚醛树脂的质量为100份计,酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝+dopo的质量份数分别为30~100份、3~10份、3~10份、3~10份;

(2)、将步骤(1)得到的改性酚醛溶液进行预处理,具体包括:通过真空抽虑将树脂中的酒精溶剂排出;再对排出酒精溶剂后的酚醛树脂进行预聚热处理,热处理温度为80~90℃,时间为8h以上,之后冷却至室温;

(3)、将步骤(2)得到的树脂采用两步法制成热熔预浸料,即第一步将树脂制成胶膜,第二步将胶膜铺覆在纤维布上。

在上述复合材料地板中,所述步骤(1)中低速搅拌的速度为50~100r/min;高速搅拌的的速度为300~750r/min所述酚醛树脂为醛酚比为2.0:1~1.6:1范围内制备的液体钡酚醛;所述步骤(3)得到预浸料的挥发份质量含量低于3%。

在上述复合材料地板中,所述阻尼橡胶层的制备方法如下:将丁腈橡胶和受阻酚混炼均匀后,再加入a阶酚醛树脂、硫化剂和促进剂,室温下割胶、打三角包、薄通,直至混炼均匀,下片,最后进行硫化处理。

在上述复合材料地板中,所述环氧树脂类胶膜的制备方法如下:

(1)、将e51环氧树脂和促进剂加入反应釜中常温下搅拌均匀后,备用。

(2)、将e51环氧树脂、tde-85环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物及固化剂先后加入至70~100℃的另一反应釜中,以低于100r/min的转速搅拌2h以上;然后将步骤(1)制得的混合物加入,并继续搅拌1h以上。

(3)、将步骤(2)制得的树脂混合物通过涂胶、制膜系统制得环氧树脂类胶膜。

具有隔音功能及阻燃型复合材料地板的制备方法,具体包括如下步骤:

(1)、制备连续纤维增强酚醛树脂预浸料,具体方法包括如下步骤:

(1.1)、将酚醛树脂中依次加入酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝和dopo,搅拌60~150分钟,并将搅拌后的混合液经研磨得到改性酚醛溶液;其中以酚醛树脂的质量为100份计,酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝+dopo的质量份数分别为30~100份、3~10份、3~10份、3~10份;

(1.2)、将步骤(1)得到的改性酚醛溶液进行预处理得到树脂,将树脂制成胶膜,并将胶膜铺覆在纤维布上,制成连续纤维增强酚醛树脂预浸料;

(2)、在芯材上下表面均依次铺覆结构胶膜或涂覆胶黏剂、阻尼橡胶层、铺覆结构胶膜或涂覆胶黏剂、步骤(1)制备的酚醛树脂预浸料、离型材料、金属模板,得到预制体;

(3)、将预制体装入热压机进行热压成型,首先加压至0.1~0.5mpa,然后以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到85~95℃时保温0.5~1小时;之后继续以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到120~150℃时保温0.5~2小时;关闭热压机的加热功能,降温至60℃以下取出预制体;

(4)、自然冷却预制体,至室温后依次脱除金属模板、离型材料,得到复合材料地板。

在上述复合材料地板的制备方法中,所述步骤(1.1)中在酚醛树脂低速搅拌状态下,依次加入酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝和dopo,之后进行高速搅拌60~150分钟,其中低速搅拌的速度为50~100r/min;高速搅拌的的速度为300~750r/min。

在上述复合材料地板的制备方法中,所述步骤(1.2)中对改性酚醛溶液进行预处理的具体方法包括:通过真空抽虑将树脂中的酒精溶剂排出;再对排出酒精溶剂后的酚醛树脂进行预聚热处理,热处理温度80~90℃,时间为8h以上,待树脂成为粘稠胶状物后,停止加热,冷却至室温后取出;所述步骤(1.2)中通过涂胶、制膜系统将树脂制成胶膜,涂胶温度为50~70℃。

具有隔音功能及阻燃型复合材料地板的制备方法,具体包括如下步骤:

(1)、制备连续纤维增强酚醛树脂预浸料;

(2)、将步骤(1)制备的酚醛树脂预浸料铺层后上下表面各铺一层离型材料和金属模板,得到蒙皮预制体;

(3)、将蒙皮预制体装入预热到65~70℃的热压机中进行热压成型,加压至0.1~1.0mpa,以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到120~150℃时保温0.5~2小时;最后以1~5℃的速率对热压机进行快速降温,至65~70℃时取出蒙皮预制体;

(4)、将蒙皮预制体冷却至室温,去除两个表面的金属模板,并脱掉任一表面的离型材料;

(5)、在芯材上下表面均依次铺覆结构胶膜或涂覆胶黏剂、阻尼橡胶层、铺覆结构胶膜或涂覆胶黏剂、步骤(4)制备的蒙皮预制体、金属模板,得到预制体;其中蒙皮预制体与结构胶膜或胶黏剂接触的粘接面为脱掉离型材料的一面;

(6)、将预制体装入预热到65~70℃的热压机中进行热压成型,加压至0.1~0.5mpa,以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到120~150℃时保温0.5~1小时;关闭热压机的加热功能,自然降温至65~70℃时取出预制体;

(7)、自然冷却预制体,至室温后依次脱除金属模板和离型材料,得到复合材料地板。

在上述复合材料地板的制备方法中,所述步骤(1)中制备连续纤维增强酚醛树脂预浸料的具体方法如下:

(1.1)、在酚醛树脂低速搅拌状态下,依次加入酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝和dopo,之后进行高速搅拌60~150分钟,最后将搅拌好的混合液经研磨,即制得改性酚醛溶液;其中以酚醛树脂的质量为100份计,酒精、环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物、氢氧化铝+dopo的质量份数分别为30~100份、3~10份、3~10份、3~10份;

(1.2)、将步骤(1.1)得到的改性酚醛溶液进行预处理,具体包括:通过真空抽虑将树脂中的酒精溶剂排出;再对排出酒精溶剂后的酚醛树脂进行预聚热处理,热处理温度为80~90℃,时间为8h以上,冷却至室温;

(1.3)、将步骤(1.2)得到的树脂采用两步法制成热熔预浸料,即第一步通过涂胶、制膜系统将树脂制成胶膜,第二步将胶膜铺覆在纤维布上,其中涂胶温度为50~70℃。

在上述复合材料地板的制备方法中,所述步骤(1.1)中低速搅拌的速度为50~100r/min;高速搅拌的的速度为300~750r/min;所述酚醛树脂为醛酚比为2.0:1~1.6:1范围内制备的液体钡酚醛;所述步骤(1.3)得到预浸料的挥发份质量含量低于3%。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

(1)、本发明在蒙皮与芯材间添加了一层阻尼橡胶材料,优化了传统夹芯复合材料板的结构设计,通过其阻尼、减振作用使噪声的传递大幅削弱,夹芯板整体的隔音能力达到33~36db,显著高于未添加阻尼橡胶层的传统型复合材料地板的表现,并且阻尼橡胶层与结构胶膜的匹配性较好,对层间粘接强度没有明显影响,还进一步起到了一定的抗弯、抗压作用,从材料用量、成本以及力学性能等综合表现来看,与国外通常所使用的添加吸音棉(毡)等方法相比存在较大优势。

(2)、本发明采用经无卤阻燃和增韧改性的酚醛树脂制备的预浸料作为蒙皮材料,使采用其制造的夹芯结构复合材料地板具有了低烟低毒、优异的阻燃效果,显著高于far25、ccar25、din5510及tb/t3237等航空、轨道交通行业的技术指标,特别是其燃烧性达到a级,氧指数接近60%,引燃状态下ds4仅在20以内,无卤素毒性气体释放,co等有害毒气释放量也较低,均数倍优于传统型环氧类地板材料的实测水平,并且其耐冲击、抗弯、压以及耐磨等力学性能与环氧类材料基本保持相当。

(3)、本发明中蒙皮与蜂窝粘接用的胶膜为非阻燃改性的普通环氧结构胶,其原材料成分普通、获得容易、成本便宜,制备工艺相对简单,一方面得益于蒙皮预浸料为热熔法制备,挥发份含量低、工艺性好,改善了酚醛树脂的匹配性,进一步保证了与环氧结构胶界面的粘接效果,另一方面,蒙皮所具有的优异阻燃性能保障了结构胶不会参与到实际燃烧中,不需要使用成本较高且粘接性能不佳的阻燃型结构胶。

(4)、本发明中制备方法更加灵活多样,既可以采用简单、快速的共固化成型工艺,也可以采用分步法制备即先采用‘热进热出’的快速固化工艺热压酚醛/玻纤预浸料蒙皮,然后再进行夹芯结构的成型,这得益于蒙皮用热熔法酚醛预浸料的良好工艺性,夹芯板制备工艺较为灵活,两种方法制备出的产品性能均能满足相关行业标准技术指标要求,但是,前者更侧重于节能而实现了工艺低成本化,后者则更注重于产品整体力学性能的优化与提升,且更有利于批量化作业。

(5)、本发明所公开的隔音及低烟低毒、阻燃型复合材料地板其全面性能优异,满足设计使用要求,并且原材料成本较低、制备工艺简单、加工工艺性和经济性好,适合舱内使用,特别适用于有较大降噪需求的轨道交通车辆车厢内部。

(6)、本发明通过对复合材料地板制备过程中采用的原料及工艺过程进行了进一步优化设计,使得制备得到的复合材料地板制备工艺简单、经济性好,具有质轻、承载,耐环境腐蚀性能、耐冲击性能和抗弯、压性能优异等特点,特别是其整体的隔音能力可达到33db以上,显著高于传统复合材料地板的表现,满足轨道交通车辆车厢内部的隔音降噪要求,并且其烟雾及毒性气体释放较低,阻燃性能优异,因此,可以全面推广应用于轨道交通领域。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述:

本发明的具有隔音功能及低烟低毒、阻燃型复合材料地板具有夹芯结构,包括蒙皮、芯材、阻尼橡胶层以及用于蒙皮和阻尼橡胶层、阻尼橡胶层和芯材粘接的粘接胶或结构胶膜;其中阻尼橡胶层设置于蒙皮、芯材之间,并分别与蒙皮、芯材粘接连接。本发明复合材料地板从层间结构依次包括蒙皮、阻尼橡胶层、芯材、阻尼橡胶层和蒙皮。

所述蒙皮的材料为连续纤维增强酚醛树脂预浸料;

所述的芯材的材料为芳纶纸蜂窝或结构泡沫塑料;

所述阻尼橡胶层的材料为丁腈橡胶为基体的多元阻尼橡胶材料;

所述的结构胶为普通环氧树脂类胶膜或胶黏剂;

所述连续纤维为无碱或高强玻璃纤维布或碳纤维布中的一种。

所述芳纶纸蜂窝,种类包括nomex或凯夫拉纸蜂窝,密度为64~192kg/m3,厚度根据实际设计尺寸定,以设计厚度尺寸为20mm的地板为例,纸蜂窝厚度为16.3~17.5mm。

所述结构泡沫塑料,种类包括pmi、pet、pvc等泡沫塑料板,密度、厚度与蜂窝一致。

所述丁腈橡胶多元阻尼橡胶材料,成分包括丁腈橡胶、a阶酚醛树脂、受阻酚、硫磺、氧化锌、硬脂酸和促进剂,其硫化后两种典型厚度分别为0.5mm和1.0mm,相应的面重分别为500±50g/m2和1000±100g/m2

所述结构胶成分包括e51环氧树脂、tde-85环氧树脂、丁腈橡胶、固化剂和促进剂,结构胶其使用量为100~300g/m2

本发明的具有隔音功能及低烟低毒、阻燃型复合材料地板的制备方法包括如下步骤:

1)制备纤维增强酚醛树脂热熔法预浸料:

1.1)在酚醛树脂低速搅拌状态下,依次加入工业酒精、e51环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物及氢氧化铝和dopo,之后进行高速搅拌60~150分钟,最后将搅拌好的混合液经三辊研磨,即制得改性酚醛溶液。低速搅拌的速度为50~100r/min;高速搅拌的的速度为300~750r/min:

所述酚醛树脂为醛酚比为2.0:1~1.6:1范围内制备的液体钡酚醛。

所述工业酒精、e51环氧树脂、端羧基丁腈橡胶预聚物及氢氧化铝和dopo,的质量份数以酚醛树脂的质量为100份计分别为30~100、3~10、3~10及3~10(氢氧化铝和dopo)。

1.2)将步骤1.1)得到的改性酚醛进行预处理,具体包括两步:一,通过抽真空的方式将树脂中的酒精溶剂排出;二,再用80~90℃的烘箱对排出酒精溶剂后的酚醛树脂进行预聚热处理8h以上,待树脂成为粘稠胶状物后,停止加热。

1.3)将步骤1.2)得到的树脂在热熔法浸胶机上采用两步法制成热熔预浸料,即第一步先采用涂胶、制膜系统将树脂制成胶膜,第二步再通过覆膜系统将胶膜覆在纤维布上,所得预浸料的挥发份质量含量应低于3%。

2)制备阻尼橡胶层:

将丁腈橡胶和受阻酚混炼均匀后,再加入酚醛树脂、硫化剂和促进剂组分,室温下割胶、打三角包、薄通,直至混炼均匀,下片,最后在平板硫化机上高温硫化。其中各组份的质量比为:100:10~50:10~70:1~10:1~10。

3)制备结构胶膜:

3.1)将e51环氧树脂和促进剂按一定比例加入反应釜中搅拌均匀后,备用。

3.2)将e51环氧树脂、tde-85环氧树脂、丁腈橡胶及固化剂按一定比例先后加入至70~100℃的另一反应釜中,低速搅拌2h以上;然后将3.1)制得混合物加入,并继续搅拌1h以上。

3.3)将3.2)制得树脂混合物通过涂胶、制膜系统制得树脂膜。各组份的配比为:e51环氧树脂100份、tde-85环氧树脂20~50份、端羧基丁腈橡胶预聚物5~20份、固化剂1~10份和促进剂5~20份。

4)复合材料夹芯板的铺层和热压成型方法包括如下两种方法:

4.1)方法一,步骤为:

4.1.1)按照一定尺寸裁剪步骤1.3)得到的热熔法预浸料,根据设计的承载和厚度要求选择合适密度和厚度规格的芯材,并在芯材上下表面均依次铺覆一层步骤3.3)制得的结构胶膜、一层步骤2.3)制得的阻尼橡胶层、一层步骤3.3)的结构胶膜、相应层数的预浸料叠块、氟四布或塑料膜或胶衣和金属模板,得到预制体;离型材料为氟四布或塑料膜或胶衣。

4.1.2)将4.1.1)预制体在常温下装入热压机的工作台面,合模并加压0.1~1mpa;然后以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到85~95℃时保温0.5~1小时;之后继续以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到120~150℃时保温0.5~2小时;关闭热压机的加热功能,自然降温至60℃以下时开模并取出预制体;

4.1.3)自然冷却4.1.2)预制体,至室温后依次脱除金属模板和四氟布或塑料膜(如使用胶衣,不需要脱除),所得即为复合材料地板。

4.2)方法二,步骤为:

4.2.1)按照一定尺寸裁剪制得的预浸料,根据设计的承载和厚度要求铺制相应层数的预浸料叠块,并在其上下表面各铺一层离型材料和金属模板,得到蒙皮预制体;或者在其任一表面铺覆氟四布和金属模板,之后在另一表面铺覆氟四布或塑料膜或胶衣和金属模板,得到蒙皮预制体;

4.2.2)将4.2.1)蒙皮预制体装入预热到65~70℃的热压机工作台面,合模并加压0.1~1mpa;然后以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到120~150℃时保温0.5~2小时;最后以2~5℃的速率对热压机进行快速降温,至65~70℃时开模并取出蒙皮预制体;

4.2.3)待4.2.2)蒙皮预制体冷却至常温,去除金属模板,并将任一面外层的离型材料脱掉,或者将步骤4.2.1)中铺覆氟四布和金属模板的那一面的氟四布脱掉;

4.2.4)根据设计的承载和厚度要求选择合适密度和厚度规格的芯材,并在芯材上下表面均依次铺覆一层本发明所制得的结构胶膜、阻尼橡胶层、结构胶膜、4.2.3)得到的蒙皮预制体和金属模板,得到预制体;

所述蒙皮预制体,其与胶膜接触的粘接面应为脱掉离型材料(或氟四布)的一面。

4.2.5)将步骤4.2.4)得到的预制体装入预热到65~70℃的热压机工作台面,合模并加压0.1~1mpa,然后以2~3℃/min升温速率对热压机进行升温,达到120~150℃时保温0.5~1小时;关闭热压机的加热功能,自然降温至65~70℃时开模并取出预制体;

4.2.6)自然冷却步骤4.2.5)得到的预制体,至室温后依次脱除金属模板和氟四布或塑料膜(如使用胶衣,不需要脱除),所得即为复合材料地板。

本发明中步骤4.1.3)和步骤4.2.6)所得复合材料地板,其特征在于:

所述复合材料地板的厚度在10.0~20.0mm范围内,例如典型厚度为10.0±0.3mm和20.0±0.5mm。

本发明具有隔音功能及低烟低毒、阻燃型复合材料地板所涉及的性能测试方法如下:

复合材料的面密度和厚度分别采用电子天平和千分尺测量;

采用gb/t19889.3-2005标准测试复合材料板材的隔音性能;采用ctm005或bss7326规范测试复合材料板材的落锤式冲击强度;采用astmd1781标准测试复合材料板材的层间剥离强度;采用astmc393标准测试复合材料材料板材的长梁弯曲性能;氧指数测试按gb/t2406.2-2009进行;燃烧性试验按uic564-2-1991进行;烟密度和毒性气体按gb/t8323.2-2008进行。。

实施例1

要求制备厚度规格为20mm的复合材料夹芯板作为地板安装于轨道交通车辆,其平面抗拉强度要求≥3.5mpa,平面压缩强度要求≥5.0mpa,隔音能力≥33db,阻燃性能满足din5510的要求,制备方法为:

1)制备蒙皮用热熔法预浸料

1.1)在具有自加热和搅拌功能的100l反应釜中加入50kg市购氢氧化钡催化酚醛树脂和15kg工业酒精,以100r/min的转速下搅拌,然后依次加入2.5kge51环氧树脂、2.5kg端羧基丁腈橡胶预聚物以及1.5kg氢氧化铝和0.5kgdopo,之后在500r/min的转速下搅拌100分钟,即制得改性酚醛树脂溶液;

1.2)通过抽真空将步骤1.1)得到的改性酚醛树脂溶液中的酒精溶剂排出,然后开启反应釜的加热功能升温至80℃,在80r/min的转速搅拌下处理10h后,停止加热。

1.3)将步骤1.2)得到的树脂在热熔法浸胶机上采用两步法制成热熔预浸料,所用玻纤布牌号为ew250f,预浸料树脂质量含量37%~43%,挥发份质量含量低于3%。

2)采用丁腈橡胶、受阻酚、酚醛树脂、硫化剂和促进剂等组分经混炼、硫化制成胶皮层,厚度分别为0.45~0.55mm和0.90~1.10mm,面重分别为450~550g/m2和900~1100g/m2。其中各组份的质量比为:100:50:35:1.5:2。

3)制备结构胶膜:

3.1)将e51环氧树脂和促进剂按一定比例加入一号反应釜中搅拌均匀后,备用。

3.2)在具有加热及搅拌功能的二号反应釜中将e51环氧树脂、tde-85特种环氧树脂、丁腈橡胶及固化剂按一定比例先后加入,升温至70℃后以100r/min的转速搅拌2h以上;然后将3.1)制得混合物加入,并继续搅拌1h以上。

3.3)将3.2)制得树脂混合物通过涂胶、制膜系统制得胶膜,其面重为240~260g/m2

4)复合材料夹芯板的铺层和热压成型:

4.1)方法一:

4.1.1)按照2.40×1.23m的尺寸裁剪1.3)制得的预浸料、2.3)制得的阻尼橡胶层、3.3)制得的结构胶膜和一块孔格1.83cm、密度规格80kg/m3、厚度16.3~16.5mm的nomex蜂窝,并在蜂窝其上下表面均依次铺覆一层结构胶膜、一层厚度规格为0.90~1.10mm的阻尼橡胶层、一层结构胶膜和四层预浸料叠块、塑料膜和金属模板,得到预制体;

4.1.2)将4.1.1)预制体在常温下装入热压机的工作台面,合模并加压0.5mpa;然后以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到90℃时保温1小时;之后继续以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到130℃时保温1.5小时;关闭热压机的加热功能,自然降温至60℃以下时开模并取出预制体;

4.1.3)自然冷却4.1.2)预制体,至室温后依次脱除金属模板和塑料膜,所得即为复合材料地板。

4.2)方法二:

4.2.1)按照2.40×1.23m的尺寸裁剪1.3)制得的预浸料、2.3)制得的阻尼橡胶层、3.3)制得的结构胶膜和一块孔格1.83cm、密度规格80kg/m3、厚度17.3~17.5mm的nomex蜂窝,并在蜂窝其上下表面均依次铺覆一层结构胶膜、一层厚度规格为0.45~0.55mm的阻尼橡胶层、一层结构胶膜和四层预浸料叠块、塑料膜和金属模板,得到预制体;

4.2.2)将4.2.1)预制体在常温下装入热压机的工作台面,合模并加压0.5mpa;然后以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到90℃时保温1小时;之后继续以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到130℃时保温1.5小时;关闭热压机的加热功能,自然降温至60℃以下时开模并取出预制体;

4.2.3)自然冷却4.2.2)预制体,至室温后依次脱除金属模板和塑料膜,所得即为复合材料地板。

4.3)方法三:

4.3.1)按照2.40×1.23m的尺寸裁剪1.3)制得的预浸料,以四层铺制预浸料叠块,并在其任一表面铺覆氟四布和金属模板,之后在另一表面铺覆塑料膜和金属模板,得到蒙皮预制体;

4.3.2)将4.3.1)蒙皮预制体装入预热到70℃的热压机工作台面,合模并加压0.5mpa;然后以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到140℃时保温0.5小时以上;最后以2~5℃的速率对热压机进行快速降温,至70℃时开模并取出蒙皮预制体;

4.3.3)待4.3.2)蒙皮预制体冷却至常温,去除金属模板,并将步骤4.3.1)中铺覆氟四布的一面脱掉氟四布;

4.3.4)按照2.40×1.23m的尺寸裁剪一块孔格1.83cm、密度规格80kg/m3、厚度16.3~16.5mm的nomex蜂窝,并在其上下表面均依次铺覆一层按照上述尺寸裁剪好的本发明所制得的结构胶膜、厚度规格为0.90~1.10mm的阻尼橡胶层、结构胶膜,以及4.3.3)蒙皮预制体和金属模板,得到预制体;

其中,蒙皮预制体与胶膜接触的粘接面应为脱掉氟四布的一面。

4.3.5)将4.3.4)预制体装入预热到70℃的热压机工作台面,合模并加压0.3mpa,然后以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到140℃时保温0.5小时以上;关闭热压机的加热功能,自然降温至70℃以下时开模并取出预制体;

4.3.6)自然冷却4.3.5)预制体,至室温后依次脱除金属模板和塑料膜,所得即为复合材料地板。

4.4)方法四:

4.4.1)按照2.40×1.23m的尺寸裁剪1.3)制得的预浸料,以四层铺制预浸料叠块,并在其任一表面铺覆氟四布和金属模板,之后在另一表面铺覆塑料膜和金属模板,得到蒙皮预制体;

4.4.2)将4.3.1)蒙皮预制体装入预热到70℃的热压机工作台面,合模并加压0.5mpa;然后以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到140℃时保温0.5小时以上;最后以2~5℃的速率对热压机进行快速降温,至70℃时开模并取出蒙皮预制体;

4.4.3)待4.3.2)蒙皮预制体冷却至常温,去除金属模板,并将步骤4.4.1)中铺覆氟四布的一面脱掉氟四布;

4.4.4)按照2.40×1.23m的尺寸裁剪一块密度规格200kg/m3、厚度16.3~16.5mm的pmi泡沫塑料板,并在其上下表面均依次铺覆一层按照上述尺寸裁剪好的本发明所制得的结构胶膜、0.90~1.10mm厚度规格阻尼橡胶层、结构胶膜、4.4.3)蒙皮预制体和金属模板,得到预制体;

其中,蒙皮预制体与胶膜接触的粘接面应为脱掉氟四布的一面。

4.4.5)将4.3.4)预制体装入预热到70℃的热压机工作台面,合模并加压0.3mpa,然后以2℃/min升温速率对热压机进行升温,达到140℃时保温0.5小时以上;关闭热压机的加热功能,自然降温至70℃以下时开模并取出预制体;

4.4.6)自然冷却4.4.5)预制体,至室温后依次脱除金属模板和塑料膜,所得即为复合材料地板。

将4.1.3)和4.2.6)分别得到的样板进行相关性能测试,结果如表1所示。

比较例1

所制备的复合材料夹芯板性能要求同实施例1一致,其制备方法中步骤2)取消制备阻尼胶层,步骤4)中方法三4.3.4)选用18.3~18.5mm厚度规格的蜂窝并去掉铺贴阻尼胶层,其他同实施例1方法二一致。所制得的复合材料板材典型性能见表1所示。

比较例2

所制备的复合材料夹芯板性能要求同实施例1一致,其制备方法中步骤1)改为制备一种具有阻燃特性的环氧热熔法预浸料,其他同实施例1方法二一致。所制得的复合材料板材典型性能见表1所示。

表1复合材料夹芯地板典型性能

从实施例1与比较例1的对比可以看出,复合材料夹芯板中添加阻尼橡胶层可以有效降低结构的整体隔音降噪能力。虽然添加橡胶层有所增重,增强其隔音能力,但是,最主要是由于阻尼橡胶层起到了减振、降噪作用。从表1结果还可以看出,添加阻尼层的试样较未添加试样承载能力也有所提高,而后者其平面压缩强度仅4.75mpa,无法满足指标要求。从实施例1与比较例2的对比可以看出,采用酚醛树脂预浸料蒙皮的夹芯板其整体阻燃能力显著优于采用环氧树脂预浸料蒙皮的试样,前者在燃烧烟释放量以及燃烧极限氧指数两个方面的指标更加突出,因此也更加安全。而后者虽然也具有相对较优的阻燃能力,但是由于环氧树脂自身的特性,其启燃氧浓度较低,极限氧指数不满足tb/t3237的指标要求,且燃烧后发烟量较高,不适合用于内饰材料的使用。

从实施例1所述复合材料夹芯地板的性能测试结果表明,采用玻纤增强酚醛预浸料蒙皮,以nomex蜂窝或者pmi泡沫塑料板作为芯材,中间添加丁腈橡胶阻尼层,并用环氧结构胶膜作为层间粘接材料,通过热压成型制备出的夹芯板满足设计所需的隔音、耐压、层间抗拉和阻燃及低烟毒性能要求,这充分说明了本发明的效果。方法一与方法二相比表明,增加阻尼胶层的厚度,可以提升隔音效果,但是在满足隔音要求的前提下,方法二所制备的夹芯板相对重量更低,原材料成本也更低,因此经济效益更好。方法一与方法三相比表明,一步法成型固化和二步法成型固化所制备出的夹芯板各项性能均能满足指标要求,但是,后者的力学性能相对更优,质量相对更加稳定,也更有利于批量化生产。方法三与方法四相比表明,在满足承载的前提下,后者需要使用密度较高的泡沫板,整体重量增加近20%,结构减重效果不明显,而且其成本与nomex蜂窝相近,因此整体优势不够突出。

以上所述,仅为本发明最佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

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