一种连续纤维增强热塑性聚合物调温板的制作方法
【专利摘要】一种连续纤维增强热塑性聚合物调温板，包括面板、底板、蜂窝芯层和填充在蜂窝芯层内的相变储能材料。面板、底板和蜂窝芯层由改性导热填料填充的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料的片材制成，蜂窝芯层相变储能材料填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内，面板和底板通过热熔融分别与蜂窝芯层的上下表面复合。本发明采用高导热率物质与聚合物共混，通过双面淋膜法制备高导热率连续纤维增强热塑性聚合物面板，具有高的比模量及比强度。蜂窝芯采用与面板相同材料，两者熔融粘接，结合牢固。在蜂窝孔中灌装相变材料，添加量大，且有效避免相变材料析出问题。本发明应用领域，尤适于室内装饰吊顶、墙面的装饰。
【专利说明】一种连续纤维增强热塑性聚合物调温板
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有恒温、储能，可自动调节温度功能的建筑或装饰用板材。具体公开了一种连续纤维增强热塑性聚合物调温板。
【背景技术】
[0002]建设资源节约型、环境友好型社会是当今国家发展的指导方针。在工程领域，采用具有可自调节温度的相变板材，既能保持室内温度，又能减少温室气体的排放，达到节能减排的目的。但现有的相变储能板材，采用金属板包夹微胶囊相变材料，存在裁切时相变材料易渗漏、易流动，装饰效果差等关键问题。
[0003]一般相变材料的制备多采用共混改性法，即通过高速混炼机，双螺杆挤出机，静态混合器等混炼设备把相变材料添加入基体聚合物中，如中国专利02148487.2，将石蜡与高密度聚乙烯共混通过挤出机制备相变储能材料。由于相变材料与基体聚合物界面结合性不强，相变材料极易渗漏到制品表面，导致相变潜热迅速下降，成型制品相变调温能力下降，甚至于失效，而且该类共混型相变材料，相变材料的添加量不大，调温效果不佳。此外，现有的热塑性塑料相变调温板材，由于热塑性塑料基体导热系数低，导致制备的相变调温板材调温效果不佳；为提高相变调温板材的导热效果，美国杜邦公司生产的调温板材的面层采用金属材料，但金属材料在潮湿、温差大的环境下极易腐蚀生锈，影响其强度及使用寿命，而且金属材料面层和芯层多通过胶粘而成，制品环保性差，且面板与芯层结合力差，影响其使用效果。
[0004]中国专利20101014140496.4提出了一种自调温相变储能板，包括底板、高导热率的面板和夹在面板与底板之间的金属蜂窝芯层，底板、面板与蜂窝芯层之间密封粘合，相变单元内全部或部分填充有相变储能材料，其中面板为铝板、不锈钢板、彩钢板或石材板。但由于采用金属或石材面板，面板与蜂窝结构之间胶接不好、粘结不牢固，且环保性差，而且同样有金属材料在潮湿、温差大的环境下极易腐蚀生锈、影响其强度及使用寿命的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述相变板材存在的问题，提供一种具有封装效果好、导热系数高、调温效果好、轻质高强、持久耐用的连续纤维增强热塑性聚合物调温板。
[0006]为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案:连续纤维增强热塑性聚合物调温板，包括面板、底板、蜂窝芯层和填充在蜂窝芯层内的相变储能材料，面板、底板和蜂窝芯层由连续纤维增强热塑性聚合物复合材料的片材制成，相变储能材料填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内，面板和底板通过热熔融分别与蜂窝芯层的上下表面复合。
[0007]所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料包括连续纤维、热塑性聚合物和改性导热填料。
[0008]所述的连续纤维选用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种，热塑性聚合物选用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙中的一种，改性导热填料选自石墨、碳酸钙、氧化铝、氮化铝、氮化硅、金属粉末的一种或几种，以热塑性聚合物和改性导热填料总重量为100份计，改性导热填料添加量为10-20份。
[0009]所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材由热塑性聚合物和改性导热填料经挤出机共混塑化后与连续纤维经双面淋膜法来制备，该片材的厚度为0.2-1.0_。
[0010]所述的双面淋膜法具体为:连续纤维束经纱架均布引出、导向后，先进压辊牵引机牵引压平，然后经过多道分散辊进行分散，并使其紧密排列展开，保证每束纤维表面张力一致并无间隙，并达到预定宽度；展开后的纤维带进入预浸装置，热塑性聚合物和改性导热填料经挤出机熔融塑化，通过片材模具挤出，纤维带与热塑性聚合物和改性导热填料的共混物在模具出口处复合，使纤维带正反双面都复合上热塑性聚合物和改性导热填料的共混物(I台挤出机，2个模具，2个模具有位置关系，使纤维带走S型)，通过控制挤出机模具口模间隙，控制挤出量，来控制纤维含量，因为纤维质量一定，挤出量越少，纤维含量越高；然后进入三辊浸溃辊压装置，在辊压作用下，使热塑性聚合物和改性导热填料的共混物完全浸溃到纤维带内部；充分浸溃的纤维带然后进入双辊牵引机，在牵引的同时，挤压到预定厚度；最后是卷取装置，即可制备连续纤维增强热塑性复合材料的片材。
[0011]所述的蜂窝芯层采用连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材经模压粘接或滚压熔融成型制备而成，蜂窝芯层的厚度为5-20mm。
[0012]所述填充在蜂窝芯层内的相变储能材料为相变储能物质或复合相变储能材料，相变点为20?23°C。
[0013]本发明还涉及上述连续纤维增强热塑性聚合物调温板的制备方法，包括以下步骤:
(I)将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材铺放到蜂窝芯层的下表面，送入钢带压机，上钢带不加热，下钢带加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材熔融黏合到蜂窝芯层的下表面；(2)将下表面复合好的板材置于相变材料灌装机，通过灌装机把相变储能物质或复合相变储能材料填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内；(3)将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材铺放到灌装好的蜂窝芯层的上表面，并送入钢带压机，上钢带加热，下钢带不加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材熔融黏合到已灌装好的蜂窝芯层的上表面；(4)得到连续纤维增强热塑性聚合物调温板。其中，步骤(I)中，热压温度为210-260°C，热压压力2-4MPa，热压时间20_50s，冷压温度为60_80°C，冷压压力
2-4MPa，冷压时间5-10min。步骤(3)中，热压温度为210_260°C，热压压力2_4MPa，热压时间20-50s，冷压温度为40-60°C，冷压压力2_4MPa，冷压时间5_10min。
[0014]与现有技术相比，本发明有以下四条有益效果表现。
[0015]1、本发明制备的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其面层和芯层均为连续纤维增强热塑性复合材料，连续纤维增强热塑性复合材料片材和蜂窝芯层通过加热熔融黏合在一起，界面结合力强，不会出现相变材料渗漏的现象；而且，面层和芯层经过连续纤维增强后，比强度高，比模量大，可有效提高相变调温板材的强度和承载能力，可用于承载结构使用，并具有较强的耐化学腐蚀，抗老化，防渗透性能。
[0016]2、所制备的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其面层和芯层均添加了改性导热填料，并且改性导热填料通过挤出机共混均匀分布于聚合物基体中，可有效提高面层和芯层的导热系数，从而提高调温相变板材的热导率和调温效果。
[0017]3、本发明制备的相变板材中相变材料填充量大。蜂窝芯将相变物质分散为许多较小单元，这些单元为相互独立的封闭空间，每个封闭空间可添加大量相变材料，而且可以通过控制蜂窝芯内孔的结构可调节相变材料的添加量，最大填充量可达50-60%以上，从而可有效提闻相变板材的调温效果。
[0018]4、本发明制备的连续纤维增强热塑性聚合物调温板面层为热塑性塑料，可以很方便的进行着色、装饰等二次加工，提高其应用领域，尤适于室内装饰吊顶、墙面的装饰。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是连续纤维增强热塑性聚合物调温板结构示意图。
[0020]图2是连续纤维增强热塑性聚合物调温板截面结构示意图。
[0021]1-面板,2-底板,3-蜂窝芯层，4_相变材料。
【具体实施方式】
[0022]为了更好地解释本发明，以下结合具体实例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实例。
[0023]实施例1:
所用的复合材料包括玻璃纤维、聚丙烯、石墨和碳酸钙，其中，基于热塑性聚合物和改性导热填料100重量份，聚丙烯为85重量份，石墨为10重量份，碳酸钙为5重量份。聚丙烯，石墨和碳酸钙经挤出机共混塑化后与玻璃纤维经双面淋膜法来制备连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材，连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材的厚度为0.2mm ;蜂窝芯层由所制备的连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材经模压粘接制备而成，蜂窝芯层的厚度为5mm;相变储能材料选用相变储能物质，相变点为21°C。其制备工艺如下:
(1)将制备的连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材铺放到蜂窝芯层的下表面，送入钢带压机，上钢带不加热，下钢带加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材熔融黏合到蜂窝芯层的下表面，热压温度为210°C，热压压力2MPa，热压时间20s，冷压温度为60°C，冷压压力2MPa，冷压时间5min ；
(2)将下表面复合好的板材置于相变材料灌装机，通过灌装机将相变储能物质填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内；(3)将制备的连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材铺放到灌装好的蜂窝芯层的上表面，并送入钢带压机，上钢带加热，下钢带不加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚丙烯复合材料片材熔融黏合到灌装好的蜂窝芯层的上表面，热压温度为210°C，热压压力2MPa，热压时间20s，冷压温度为40°C，冷压压力2MPa，冷压时间5min。
[0024]实施例2:
所用的复合材料包括碳纤维、聚酰胺、氮化铝和氧化铝，其中，基于热塑性聚合物和改性导热填料100重量份，聚酰胺为80重量份，氮化铝为10重量份，氧化铝为10重量份。聚酰胺，氮化铝和氧化铝经挤出机共混塑化后与碳纤维经双面淋膜法来制备连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材，连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材的厚度为0.6mm ;蜂窝芯层由所制备的连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材经滚压粘接制备而成，蜂窝芯层的厚度为1mm ;相变储能材料选用复合相变储能材料，相变点为23°C。其制备工艺如下:
(1)将制备的连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材铺放到蜂窝芯层的下表面，送入钢带压机，上钢带不加热，下钢带加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材熔融黏合到蜂窝芯层的下表面，热压温度为260°C，热压压力3MPa，热压时间30s，冷压温度为80°C，冷压压力3MPa，冷压时间1min ；
(2)将下表面复合好的板材置于相变材料灌装机，通过灌装机把相变储能物质填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内；
(3)将制备的连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材铺放到灌装好的蜂窝芯层的上表面，并送入钢带压机，上钢带加热，下钢带不加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚酰胺复合材料片材熔融黏合到灌装好的蜂窝芯层的上表面，热压温度为260°C，热压压力3MPa，热压时间30s，冷压温度为80°C，冷压压力3MPa，冷压时间1min。
[0025]实施例3:
所用的复合材料包括芳纶纤维、聚碳酸酯、氮化硅和金属粉末，其中，基于热塑性聚合物和改性导热填料100重量份，聚碳酸酯为90重量份，氮化硅为5重量份，金属粉末为5重量份。聚碳酸酯，氮化硅和金属粉末经挤出机共混塑化后与芳纶纤维经双面淋膜法来制备连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材，连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材的厚度为1.0mm ;蜂窝芯层由所制备的连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材经滚压粘接制备而成，蜂窝芯层的厚度为20_ ;相变储能材料选用相变储能物质，相变点为22°C。其制备工艺如下:
(1)将制备的连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材铺放到蜂窝芯层的下表面，送入钢带压机，上钢带不加热，下钢带加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材熔融黏合到蜂窝芯层的下表面，热压温度为240°C，热压压力4MPa，热压时间50s，冷压温度为60°C，冷压压力4MPa，冷压时间5min ；
(2)将下表面复合好的板材置于相变材料灌装机，通过灌装机把相变储能物质填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内；
(3)将制备的连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材铺放到灌装好的蜂窝芯层的上表面，并送入钢带压机，上钢带加热，下钢带不加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚碳酸酯复合材料片材熔融黏合到灌装好的蜂窝芯层的上表面，热压温度为240°C，热压压力4MPa，热压时间50s，冷压温度为60°C，冷压压力4MPa，冷压时间5min。
[0026]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种连续纤维增强热塑性聚合物调温板，包括面板(I)、底板(2)、蜂窝芯层(3)和填充在蜂窝芯层内的相变储能材料(4)，其特征在于，面板(I)、底板(2)、蜂窝芯层(3)由连续纤维增强热塑性聚合物复合材料的片材制成，蜂窝芯层相变储能材料(4)填充在蜂窝芯层(3)内若干相互独立的腔室内，面板(I)和底板(2)通过热熔融分别与蜂窝芯层的上下表面复合。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其特征在于:所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料包括连续纤维、热塑性树脂和改性导热填料。
3.根据权利要求2所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其特征在于:连续纤维选用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种，热塑性树脂选用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙中的一种，改性导热填料选自石墨、碳酸钙、氧化铝、氮化铝、氮化硅、金属粉末的一种或几种。
4.根据权利要求2或3所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其特征在于:以热塑性树脂和改性导热填料总重量为100份计，改性导热填料添加量为10-20份。
5.根据权利要求1-4之一所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其特征在于:所述的连续纤维增强热塑性聚合物复合材料的片材由热塑性树脂和改性导热填料经挤出机共混塑化后与连续纤维经双面淋膜法来制备，该片材的厚度为0.2-1.0_。
6.根据权利要求1-4所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其特征在于:所述的蜂窝芯层采用连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材经模压粘接或滚压熔融成型制备而成，蜂窝芯层的厚度为5-20mm。
7.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板，其特征在于:所述填充在蜂窝芯层内的相变储能材料为相变储能物质或复合相变储能材料，相变点为2(T23°C。
8.根据权利要求1-7之一所述的连续纤维增强热塑性聚合物调温板的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材铺放到蜂窝芯层的下表面，送入钢带压机，上钢带不加热，下钢带加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材熔融黏合到蜂窝芯层的下表面； (2)将下表面复合好的板材置于相变材料灌装机，通过灌装机把相变储能物质或复合相变储能材料填充在蜂窝芯层内若干相互独立的腔室内； (3)将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材铺放到灌装好的蜂窝芯层的上表面，并送入钢带压机，上钢带加热，下钢带不加热，钢带压机的旋转运动拖动连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材和蜂窝芯层同步通过钢带压机的加热区和冷却区，通过热压和冷压将连续纤维增强热塑性聚合物复合材料片材熔融黏合到已灌装好的蜂窝芯层的上表面； (4)得到连续纤维增强热塑性聚合物调温板。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，热压温度为210-260°C，热压压力2-4MPa，热压时间20-50s，冷压温度为60_80°C，冷压压力2_4MPa，冷压时间5_10min。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤(3)中，热压温度为210-260°C，热压压力2-4MPa，热压时间20-50s，冷压温度为40-60 °C，冷压压力2_4MPa，冷压时间5_10mino
【文档编号】B32B37/10GK104290372SQ201410358088
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】贾明印, 薛平, 周翔, 韩风雨 申请人:北京化工大学