专利名称：一种玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法
技术领域：
本发明涉及汽车以及其他交通工具内饰件领域，具体指一种玻璃纤维增强热塑性
板材的生产方法。
背景技术：
目前国内外汽车内饰常用的玻璃纤维增强热塑性板材(Glass mat reinforced thermoplastics)，简称GMT板材，由于无纺织梳理、铺网、针剌毡工艺的局限，造成玻璃纤 维方向性的局限，纤维在铺网过程中大部分取向横向，使板材的纵横向强度比值均大于2 倍；因为玻璃纤维和聚丙烯(PP)纤维比重差异较大，在梳理、铺网过程中基毡均匀性较差， 不匀率均在4% 7% ;玻璃纤维在开松、梳理、针剌工艺中损伤较大，削弱了板材的强度； 因为聚丙烯粉以及聚丙烯纤维和玻璃纤维的混合、包覆不均匀，只能以提高聚丙烯的含量 来满足使用要求，从而造成板材的成本较高。目前，国内的无纺织工艺所生产的GMT板材， 无法完全满足汽车内饰材料的品质要求，如高拉伸、轻质、阻燃、环保等特性指标。目前市场 上轻质玻璃纤维增强热塑性板材(GMT)，由于纵横向强度的差异，对高拉伸饰件仍然是靠增 加材料单位面积克重来实现，轻质减料的效果不显著；另由于梳理针剌工艺的局限，针剌基 毡原料均采用玻璃纤维与聚丙烯(PP)纤维混合成网，阻燃剂添加困难，阻燃及燃烧速率的 设计仅限于在板材复合工序进行表面处理，板材的阻燃性较差。 随着国内汽车工业的迅速发展，汽车工业留给社会的废料也在不断增长，汽车内 饰生产所产生的边角废料已经造成环境污染，对于每天堆积如山的边角废料不能焚烧、掩 埋，是困扰众多板材生产厂家和汽车内饰件厂家的难题。发达国家的汽车废弃物回收利用 率已达到85%，特别是欧盟国家已经立法，采用挂牌生产的办法，谁生产谁负责回收，否则 不准生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纵横向强度基本无差异、轻质减料效果显著、基材混 合更加均匀、成本低、阻燃性好、边角废料能回收循环利用、性价比高的玻璃纤维增强热塑 性板材的生产方法。 本发明的目的是这样来实现的，玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法，包括下述 步骤 (1)、玻璃纤维放巻及分纱将无捻粗纱进行分纱，按工艺需要，使其形成连续的单 丝或多丝纤维； (2)、玻璃纤维浸润通过玻璃纤维浸润装置，将步骤"(1)"已形成的连续单丝或 多丝玻璃纤维表面进行充分地浸润和极性化处理； (3)、动态粉末粘附通过动态粉末粘附装置，将雾化的聚丙烯(PP)混合粉末均匀 地粘附在步骤"(2)"已浸润和极性化处理的玻璃纤维上； (4)、分切气流混合通过分切气流混合装置，将步骤"(3)"动态粉末粘附后的玻璃纤维，经过干燥处理后切断，玻璃纤维与聚丙烯(PP)粉混合气流通过气流混合室完成均 匀地混合，混合物料再进入气流偏转分散室，使混合物料在旋转气流的分切作用下得到分 散，均匀地散落于下部的传送带上形成无序紊乱的胚毡； (5)、烘烤复合定型将步骤"(4)"胚毡经过高温烘烤达到排湿、软化、熔融、塑化 等目的，通过复合定型，形成玻璃纤维增强热塑性板材(GMT)。 所述的动态粉末粘附，通过动态粉末粘附装置，使玻璃纤维与聚丙烯(PP)混合粉 末分别带上正负电荷。 所述的动态雾状粉末粒径在0. lnm 100 ii m ;
所述的玻璃纤维长度可切成12. 5mm 150mm ; 在步骤"(4)"雾化混合室进行的气流混合处理中，该高压气流含有阻燃剂(氮磷 组合剂)、稳定剂、分散剂、润滑剂、膨化剂等混合粉末。 由于上述制作采用了玻璃纤维浸润工艺步骤，使得玻璃纤维充分地润湿，通过改
变浸渍液成分，使得玻璃纤维在经过浸润后，表面接上极性基团，改善粘合性能。 动态粉末粘附工艺步骤被空气压縮雾化装置雾化的聚丙烯(PP)粉末和阻燃剂
以及其他相关助剂粉末，在玻璃纤维通过动态粉末粘附装置时，均匀地粘附在其表面，粉末
的厚度通过调整工艺参数得以控制，从而使得在胚毡塑化制板过程中，既能有效地提高玻
璃纤维之间的粘合力，又能有效地减少聚丙烯的含量，降低成本，增加板材的阻燃效果，提
高拉伸、弯曲强度等性能。 雾状的粉末材料是通过空气压縮雾化装置实现的，空气压縮雾化装置是采用市场 上现有设备，如宏马设备有限公司的设备。 分切气流混合工艺步骤将动态粉末粘附、干燥处理的玻璃纤维，依据板材设计要 求剪切成为一定长度的长切纤维，切断后的长切玻璃纤维落于进料口时，聚丙烯(PP)混合 物在气流所形成的负压作用下，将玻璃纤维迅速带至混合室，在气流的作用下，玻璃纤维与 聚丙烯(PP)混合物得到进一步的均匀混合，混合后的物流进入气流偏转分散室，在旋转气 流的分切作用下得到分散，均匀地散落于下部的传送带上。该方法对玻璃纤维无损伤，纤维 的取向无序紊乱，成型后板材的纵、横向的强度无差异；板材的纤维不匀率均在1% 3%， 对高拉伸饰件不需靠增加材料单位面积克重来实现，轻质减料效果显著；玻璃纤维的阻燃 的预处理和分切气流混合中添加的阻燃剂，使板材的阻燃效果明显提高；喷入混合室的粉 末，除了聚丙烯粉末外，还包括无机填料、板材及成型边角回料等其他助剂，这样可以大大 降低材料成本。 下面结合附图对本发明作进一步说明
图1为玻璃纤维增强热塑性板材制作工艺流程图 图2为玻璃纤维浸润装置结构示意图 图3为图2A-A剖视结构示意图 图4为动态粉末粘附装置结构示意图 图5为分切气流混合装置结构示意图 图6为图5A-A剖视结构示意图
具体实施例方式参照图1——图6，玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法，包括下述步骤 (1)、玻璃纤维放巻及分纱将无捻粗纱进行分纱，按工艺需要，使其形成单丝或多
丝连续纤维； (2)、玻璃纤维浸润通过玻纤浸润装置2，将步骤"(1)"已形成连续的单丝或多丝 玻璃纤维表面进行充分地浸润和极性化处理； (3)、动态粉末粘附通过动态粉末粘附装置4，将雾化的聚丙烯(PP)混合粉末均 匀地粘附在步骤"(2)"的已浸润和极性化处理的玻璃纤维上； (4)、分切气流混合通过分切气流混合装置6，将步骤"(3)"动态粉末粘附后的玻 璃纤维，经过干燥处理后切断，玻璃纤维与聚丙烯(PP)粉混合气流通过气流混合室30完成 均匀地混合，混合物流2A进入气流偏转分散室32，使混合物料在旋转气流的分切作用下得 到分散，均匀地散落于下部的传送带7上形成无序紊乱的胚毡2B ; (5)、烘烤复合定型将步骤"(4)"胚毡经过烘烤达到排湿、软化、熔融、塑化，塑化
后的胚毡2B经过无纺布、胶膜复合定型，形成玻璃纤维增强热塑性板材(GMT)。 所述的动态粉末粘附，通过动态粉末粘附装置4，使玻璃纤维与聚丙烯(PP)混合
粉末分别带上正负电荷。 所述的动态雾状粉末粒径在0. lnm 100 ii m ;
所述的玻璃纤维长度可切成12. 5mm 150mm ; 本工艺中玻璃纤维24通过玻璃纤维放巻及分纱装置1处理后，通过玻璃纤维浸润 装置2，经表面处理后的玻璃纤维通过动态粉末粘附装置4，完成聚丙烯(PP)和其他助剂的 混合粉末对玻璃纤维的粘附；粘附后的玻璃纤维经干燥装置5干燥处理后，被带入分切气 流混合装置6，制备成无序紊乱的玻璃纤维、聚丙烯(PP)粉混合物2A，散落于传动输送带7， 形成无序紊乱胚毡2B ;通过传动输送装置7，输送至烘烤装置8，胚毡2B经过烘烤装置8烘 烤，达到排湿、软化、熔融、塑化目的。塑化后的胚毡2B经过复合定型装置9，完成板材复合、 定型。形成具有一定强度、厚度连续的玻璃纤维增强热塑性板材，连续板材经过纵横向裁切 装置10的处理，达到工艺尺寸要求的板材11。 玻璃纤维放巻分纱装置，是为了将无捻粗纱进行分纱，使其形成单丝或多支单丝 的连续纤维，以满足下到工序对玻璃纤维的充分的浸润要求。 玻璃纤维浸润装置，是一种玻璃纤维表面处理装置，包括搅拌电机12，旋转板13， 发泡罐16。发泡罐16内设有旋转板13，动搅拌柱19，静搅拌柱20，压縮空气入口 14和浸 渍液入口 15。动搅拌柱19固定在旋转板13上，静搅拌柱20装在底板17上，底板17下装 有过滤网18。在浸渍液和压縮空气连续不断的进入发泡罐16的同时，搅拌电机12带动动 搅拌柱19旋转，对整个浸渍液进行搅拌，使其与静搅拌柱20有一定的相对速度，形成对浸 渍液的分割与搅拌。所用浸渍液含有大量的表面活性剂，当对浸渍液进行搅拌时，空气会进 入液体中，表面活性剂会对空气进行包埋，这样在整个浸渍液中就形成大量的气泡，发泡罐 中生成的泡沫经过滤网18形成具有均一直径的泡沫，进入水平双辊3。当玻璃纤维24，以 一定的速度进入水平双辊3时，堆积在水平双辊3上的泡沫将对玻璃纤维表面进行处理。
动态粉末粘附装置，外壳22内腔分二部分，底部为锥形储料器26，上部为方形容器的混合室21，所述的锥形储料器26底部设有物料出口，混合室21的一侧及其对称面设有 长方形的玻璃纤维入口 ；一个带正电的滚动装置25 ;预先处理的玻璃纤维束24通过滚动装 置25时带上正电荷，并进入混合室21 ，雾状混合粉末经粉末喷枪23喷在混合室21内，粉末 喷枪23上带有静电发生器，使经过粉末喷枪23的混合粉末带上负电荷，混合粉末在静电的 作用下均匀粘附在通过混合室的玻璃纤维24上面，达到混合粉末与玻璃纤维束的完全均 匀粘附，形成的带包覆层的玻璃纤维24，滚动装置25、粉末喷枪23也可不带静电。
未粘附在玻璃纤维24表面的混合粉末落入锥形储料器26中，并通过出口转移到 圆柱形粉末回收罐27。 所述的混合粉末是包含有树脂粉末和助剂的混合物，包括阻燃剂、抗氧剂、增塑 剂、着色剂、偶联剂、稳定剂中的 一种或几种。 分切气流混合装置，玻纤切断刀轮29、胶轮28、混合室30，气流喷嘴31和气流偏 转分散室32、分散喷嘴33，气流喷嘴31在混合室周边可设置1 4个，玻纤切断刀轮29将 玻璃纤维24剪切成为一定长度的纤维，切断的玻璃纤维落入分切气流混合室30进料口 ，聚 丙烯(PP)混合物在气流所形成的负压作用下，将玻璃纤维迅速带至混合室30，在气流的作 用下，玻璃纤维与聚丙烯(PP)混合物2A得到讲一歩的抝匀混合，混合后的物流讲入气流偏 转分散室32，在分散喷嘴33产生的气流分切作用下得到分散，均匀地散落于下部的传送带 上，形成无序紊乱的胚毡。玻璃纤维长度可切成12. 5mm 150mm的长度。
分切气流混合物料包含聚丙烯(PP) 140#等聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚丙烯 (PP)和聚乙烯(PE)混合物、相关助剂等。相关助剂包含固态与液态两种形式，固态有阻 燃剂(氮磷组合剂4 8% )、稳定剂(0. 001 1 % )、分散剂(0. 05 2% )、润滑剂(3 5%)、膨化剂(1 3%);液态有阻燃剂(氮磷组合剂4 8%)、液态高压的二氧化碳 (咏氮(N》、空气等。 本发明中输送装置7 、烘烤装置8 、复合定型装置9 、纵横向剪切装置10等均采用目 前各行业成熟的工艺设备，通过上述装置将已经形成的一定宽度、厚度、面密度的无序紊乱 的玻璃纤维聚丙烯(PP)粉胚毡排湿、软化、熔融、复合、定型、冷却、固化，形成玻璃纤维增 强热塑性板材(GMT)。 本发明也可广泛应用于建材、医疗设备、体育器材领域。
实施例1 备料无碱玻璃纤维200kg(无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径12 y m) ， 150#PP粉 100kg(密度0. 91g/cm3、60目 120目)，聚乙烯(PE)粉20kg(密度0. 95g/cm3、60目 120目)； 浸润相关助剂硬脂酸35%、稀释剂64. 5%、硅烷偶联剂(KH550)0. 5%。 动态粉末粘附助剂150#聚丙烯(PP)粉20kg (直径0. lnm 50 y m)、阻燃剂(氮
磷组合剂)5kg、稳定剂0. 5kg。 分切气流混合助剂阻燃剂(氮磷组合剂)10kg、稳定剂1. 5kg、分散剂3. Okg、润 滑剂10Kg、膨化剂6kg ; 依据板材的设计及工序的要求，板材中材料按玻璃纤维与聚丙烯(PP)粉及相关 助剂的比例为55 : 40 : 5，板材的幅宽1800mm。 无碱玻璃纤维巻经放巻分纱，形成均匀的单丝或多支单丝的连续纤维。
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玻璃纤维浸润连续纤维经过浸润处理，使通过的玻璃纤维表面得到均匀充分的 润湿，浸润液的配比硬脂酸35%、稀释剂64. 5%、硅烷偶联剂(KH550)0. 5%。
动态粉末粘附连续浸润处理后的玻璃纤维经过动态粉末粘附装置，使得玻璃纤 维表面均匀粘附一层聚丙烯(PP)、相关助剂组成的混合粉末。提高板材在塑化成型中玻纤 与玻纤的粘合力度，增加板材的拉伸、弯曲等强度。该粉末由150#聚丙烯(PP)粉(直径 0. lnm 50 ii m)、阻燃剂(氮磷组合剂)、稳定剂混合组成。 分切气流混合经干燥后的连续玻璃纤维进入分切气流混合装置，进一步混合和 分散，通过调整玻纤及助剂的流量，制成宽度2000mm、厚度80mm、面密度1500g/m2无序紊乱 的胚毡。 通过传动输送装置输送至烘烤装置，胚毡经过烘烤达到排湿、软化、熔融、塑化等 目的，经过无纺布、胶膜复合定型，制成具有厚度为4. 5mm的连续轻质GMT板材，连续板材经 过纵横向裁切装置的处理，制备成2000mmX 1800mmX S 4. 5mmX 1450g/m2轻质GMT板材。
物理指标见附表。
实施例2 工艺参数不变，仅取消动态粉末粘附阻燃剂，分切气流混合处理玻璃纤维长度 130mm。 备料无碱玻璃纤维200kg(无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径12 y m) ， 150#PP粉 lOOkg(密度O. 91g/cm3、60目 120目)，聚乙烯(PE)粉20kg(密度0. 95g/cm3、60目 120目)； 浸润相关助剂硬脂酸35%、稀释剂64. 5%、硅烷偶联剂(KH550)0. 5%。动态粉末粘附助剂150#聚丙烯(PP)粉20kg(直径0. lnm 50iim)、稳定剂
0. 5kg。 分切气流混合助剂阻燃剂(氮磷组合剂)10kg、稳定剂1. 5kg、分散剂3. Okg、润 滑剂10Kg、膨化剂6kg ; 依据板材的设计及工序的要求，板材中材料按玻璃纤维与聚丙烯(PP)粉及相关 助剂的比例为55 : 40 : 5，板材的幅宽1800mm。 无碱玻璃纤维巻经放巻分纱，形成均匀的单丝或多支单丝的连续纤维。 玻璃纤维浸润连续纤维经过浸润处理，使通过的玻璃纤维表面得到均匀充分的
润湿，浸润液的配比硬脂酸35%、稀释剂64. 5%、硅烷偶联剂(KH550)0. 5%。 动态粉末粘附连续浸润处理后的玻璃纤维经过动态粉末粘附装置，使得玻璃纤
维表面均匀粘附一层聚丙烯(PP)、相关助剂组成的混合粉末。提高板材在塑化成型中玻纤
与玻纤的粘合力度，增加板材的拉伸、弯曲等强度。该粉末由150#聚丙烯(PP)粉(直径
0. lnm 50 ii m)、阻燃剂(氮磷组合剂)、稳定剂混合组成。 分切气流混合经干燥后的连续玻璃纤维进入分切气流混合装置，进一步混合和 分散，通过调整玻纤及助剂的流量，制成宽度2000mm、厚度80mm、面密度1500g/m2无序紊乱 的胚毡。 通过传动输送装置输送至烘烤装置，胚毡经过烘烤达到排湿、软化、熔融、塑化等 目的，经过无纺布、胶膜复合定型，制成具有厚度为4. 5mm的连续轻质GMT板材，连续板材经 过纵横向裁切装置的处理，制备成2000mmX 1800mmX S 4. 5mmX 1450g/m2轻质GMT板材。
物理指标见附表。
实施例3 制作工艺参数不变，仅取调整板材中材料按玻璃纤维与聚丙烯(PP)及相关助剂 的比例为60 : 35 : 5，分切气流混合处理玻璃纤维长度90mm。 备料无碱玻璃纤维200kg (无捻粗纱，密度2. 35g/cm3、直径12 y m) ， 150#PP粉 lOOkg(密度O. 91g/cm3、60目 120目)，聚乙烯(PE)粉20kg(密度0. 95g/cm3、60目 120目)； 浸润相关助剂硬脂酸35%、稀释剂64. 5%、硅烷偶联剂(KH550)0. 5%。 动态粉末粘附助剂150#聚丙烯(PP)粉20kg (直径0. lnm 50 y m)、阻燃剂(氮
磷组合剂)5kg、稳定剂0. 5kg。 分切气流混合助剂阻燃剂(氮磷组合剂)10kg、稳定剂1. 5kg、分散剂3. Okg、润 滑剂10Kg、膨化剂6kg ; 依据板材的设计及工序的要求，板材中材料按玻璃纤维与聚丙烯(PP)粉及相关 助剂的比例为60 : 35 : 5，板材的幅宽1800mm。 无碱玻璃纤维巻经放巻分纱，形成均匀的单丝或多支单丝的连续纤维。 玻璃纤维浸润连续纤维经过浸润处理，使通过的玻璃纤维表面得到均匀充分的
润湿，浸润液的配比硬脂酸35%、稀释剂64. 5%、硅烷偶联剂(KH550)0. 5%。 动态粉末粘附连续浸润处理后的玻璃纤维经过动态粉末粘附装置，使得玻璃纤
维表面均匀粘附一层聚丙烯(PP)、相关助剂组成的混合粉末。提高板材在塑化成型中玻纤
与玻纤的粘合力度，增加板材的拉伸、弯曲等强度。该粉末由150#聚丙烯(PP)粉(直径
0. lnm 50 ii m)、阻燃剂(氮磷组合剂)、稳定剂混合组成。 分切气流混合经干燥后的连续玻璃纤维进入分切气流混合装置，进一步混合和 分散，通过调整玻纤及助剂的流量，制成宽度2000mm、厚度80mm、面密度1500g/m2无序紊乱 的胚毡。 通过传动输送装置输送至烘烤装置，胚毡经过烘烤达到排湿、软化、熔融、塑化等 目的，经过无纺布、胶膜复合定型，制成具有厚度为4. 5mm的连续轻质GMT板材，连续板材经 过纵横向裁切装置的处理，制备成2000mmX 1800mmX S 4. 5mmX 1450g/m2轻质GMT板材。
物理指标见附表。
^\性 ^^能 \板材密度 g/cm3弯曲强度 Mpa拉伸强度 Mpa燃鹏率 mm/nim备注
实施例10. 63纵12.85纵19.1510.70
横13.04横19.20实施例20. 58纵13.45纵19.5071.50表面处理未 加阻燃剂
横13.30横19.30实施例30. 57纵12.91纵19.155.60
横12.89横19.298
权利要求
一种玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法，其特征是包括下述步骤(1)、玻璃纤维放卷及分纱将无捻粗纱进行分纱，按工艺需要，使其形成连续的单丝或多丝纤维；(2)、玻璃纤维浸润通过玻璃纤维浸润装置，将步骤“(1)”已形成的连续单丝或多丝玻璃纤维表面进行充分地浸润和极性化处理；(3)、动态粉末粘附通过动态粉末粘附装置，将雾化的聚丙烯(PP)混合粉末均匀地粘附在步骤“(2)”已浸润和极性化处理的玻璃纤维上；(4)、分切气流混合通过分切气流混合装置，将步骤“(3)”动态粉末粘附后的玻璃纤维，经过干燥处理后切断，玻璃纤维与聚丙烯(PP)粉混合气流通过气流混合室完成均匀地混合，混合物料再进入气流偏转分散室，使混合物料在旋转气流的分切作用下得到分散，均匀地散落于下部的传送带上形成无序紊乱的胚毡；(5)、烘烤复合定型将步骤“(4)”胚毡经过高温烘烤达到排湿、软化、熔融、塑化等目的，通过复合定型，形成玻璃纤维增强热塑性板材(GMT)。
2. 如权利要求1所述的玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法，其特征是所述的动态 粉末粘附，通过动态粉末粘附装置，使玻璃纤维与聚丙烯(PP)混合粉末分别带上正负电 荷。
3. 如权利要求1所述的玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法，其特征是所述的动态雾状粉末粒径在0. lnm 100 ii m。
4. 如权利要求1所述的玻璃纤维增强热塑性板材的生产方法，其特征是所述的玻璃 纤维长度切成12. 5mm 150mm。
全文摘要
本发明公开了一种玻璃纤维增强热塑性板材生产方法，包括下述步骤(1)玻璃纤维放卷及分纱将无捻粗纱进行分纱；(2)玻璃纤维浸润纤维表面得到絮状泡沫体均匀充分的润湿；(3)动态粉末粘附将玻璃纤维与聚丙烯(PP)混合粉末雾化，均匀粘附在玻璃纤维上；(4)分切气流混合将步骤“(3)”玻璃纤维切断，落于混合室进行气流混合处理，制成玻璃纤维、聚丙烯(PP)粉混合物；再进入偏转松散室，在气流的作用下分散，散落传送带上形成胚毡；(5)烘烤复合定型将步骤“(4)”坯毡经过高温烘烤塑化，复合定型，完成胶膜、无纺布的复合，形成板材，板材纵横向强度的无差异、轻质减料效果显著、阻燃性好、生产中的边角废料垃圾能回收利用。
文档编号C08L23/12GK101792552SQ20101011878
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者董升顺 申请人:董升顺