一种轻质高强度旅行箱包壳体结构及其制作工艺的制作方法

本发明属于箱包制造技术领域，尤其涉及一种轻质高强度旅行箱包壳体结构及其制作工艺。

背景技术：

目前市场上常见的箱包，多采用以下材质:1）聚碳酸酯(polycarbonate)，密度1.18－1.22g/cm3，热变形温度135°c，聚碳酸酯材料无色透明，耐热，抗冲击，加工性能优异，阻燃良好，在普通使用温度内都有良好的机械性能。但聚碳酸酯的耐磨性差。2）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrilebutadienestyrenecopolymers)，简称abs。abs是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构。综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好。3）聚丙烯（polypropylene）为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.91-0.91g/cm³，是目前所有塑料中最轻的品种之一。聚丙烯的结晶度高，结构规整，力学性能在塑料材料中属于偏低的品种，其拉伸强度仅可达到30mpa或稍高的水平，制品耐寒性差，低温冲击强度低。在使用中易受光、热和氧的作用而老化。

在实际箱包的生产中，常单独使用上述材料挤出成板材，然后通过吸塑定型来制备箱包的外壳。也可以同时使用abs和pc材料，在板材挤出的时候，通过共挤模具将abs复合挤出在pc板材表面，然后吸塑定型。箱包的外层为abs材质，内层为pc材质。

箱包的设计和测试中以下指标最为设计师所强调，1）轻重量，2）抗冲击、防跌落损伤，3）箱体刚度及抗压抗变形性，4）低温韧性，5）表面耐磨耐刮性6)耐老化性等。现有的材料很难兼顾上述所有设计指标，以pc箱体为例，聚碳酸酯具有良好的抗冲击性能，采用超薄设计可以在满足冲击性的同时减轻箱体重量，但是为了保证箱包整体的刚度要求和抗压要求，材质的整体厚度却不能太薄。而且pc材料的表面耐磨性差，用于易磨损箱包用途，常需要对聚碳酸酯制品表面再进行后期喷涂硬化处理。这在成本增加的同时带来了潜在的环境污染。

针对以上问题，故，有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种质量轻、抗压能力、韧性、抗冲击性能强，表面耐磨的轻质高强旅行箱包壳体结构及其制作工艺。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种轻质高强旅行箱包壳体结构，包括箱包壳体；该箱包壳体为多层复合层板材复合而成；该复合层板材包括依次布设的外层，中间层和内层。

作为本发明的一种优选方案，所述外层为玻纤或碳纤增强热塑性材料；中间层为超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性材料；内层为玻纤或碳纤增强热塑性材质或者聚碳酸酯层；外层，中间层和内层通过加热加压复合制成板材。

作为本发明的一种优选方案，所述外层包括两层第一玻纤增强聚丙烯片材；所述内层包括两层第二玻纤增强聚丙烯片材；中间层包括两层超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层。

作为本发明的一种优选方案，所述两层超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层成0度和90度角交替排列。

作为本发明的一种优选方案，所述玻纤增强聚丙烯片材两层为一组，外层的玻纤增强聚丙烯片材和内层的玻纤增强聚丙烯片材分别连接于超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层的上下两面。

作为本发明的一种优选方案，所述上下两面的玻纤增强聚丙烯片材成0度和90度角交替排列。

一种轻质高强旅行箱包壳体结构的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1）玻纤增强聚丙烯片层制备：选择表面包覆与pp相容的浸润剂体系的无捻粗纱玻纤，然后在专用裁切设备上切断成10mm长度的玻纤段，将玻纤段均匀散布于两层0.1mm厚聚丙烯薄膜间，然后在200°c下热辊压制备得到厚度为0.23mm,玻纤质量含量在30%的纤维增强聚丙烯片层。

2）超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层的制备：将超高分子量聚乙烯纤维通过分散辊均匀分散，并施加引力通过导引辊进入两层90°c预热的聚丙烯薄膜之间，然后在160°c温度条件下保压1分钟，使得聚丙烯充分热熔并浸渍超高分子量聚乙烯纤维；冷却收卷制备得到0.2mm厚度的超高分子量聚乙烯纤维增强聚丙烯单向带材。

3）将制备好的玻纤增强聚丙烯片层和超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层按照aabbaabb的排列方式进行叠加。其中两层a层和两层b层分别按照0°和90°角度交替排列。

4）将铺好层的材料放入热压机中，在170°c温度下，施加2mpa的压力，保压1分钟，然后自然冷却，得到最终平均厚度为1.25mm的复合材料层压板。

5）将上述1.25mm厚度复合材料放置于真空吸塑机加热区内，四周以夹具固定；

6）将塑料板材加热到软化温度，然后将箱包外壳模具内抽真空，通过模具上的小孔形成负压,板材在大气的压力下紧贴在模具外壁形成壳体，冷却后成型切边。

1.根据权利要求7所述的轻质高强旅行箱包壳体结构的制作工艺，其特征在于：当板材厚度达不到直接吸塑拉伸的韧性要求时，步骤4)之前还包括：对板材四个角进行切缝；步骤5)之后还包括：对箱包四个角的外表面用塑料包角包住，用于对切缝进行遮盖。

本发明的有益效果是：本发明采用超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性材质，在降低箱包的重量的同时提高了韧性和抗冲击性能。而采用玻纤或碳纤增强热塑性材料作为面层，提高了箱包壳体的刚度、耐磨性和抗压性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图中附图标记：箱包壳体1，外层2，第一玻纤增强聚丙烯片材2-1，中间层3，超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层3-1，内层4，第二玻纤增强聚丙烯片材4-1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

实施例：如图1所示，一种轻质高强旅行箱包壳体结构，包括箱包壳体1；该箱包壳体1为多层复合层板材复合而成；该复合层板材包括依次布设的外层2，中间层3和内层4，所述外层2为玻纤或碳纤增强热塑性材料；中间层3为超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性材料；内层4为玻纤或碳纤增强热塑性材质或者聚碳酸酯层；外层2，中间层3和内层4通过加热加压复合制成板材；然后该板材通过传统吸塑或热压工艺制备得到箱包外壳。

外层2包括两层第一玻纤增强聚丙烯片材2-1；所述内层4包括两层第二玻纤增强聚丙烯片材4-1；中间层3包括两层超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层3-1。

本发明采用超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性材质，在降低箱包的重量的同时提高了韧性和抗冲击性能。而采用玻纤或碳纤增强热塑性材料作为面层，提高了箱包壳体的刚度、耐磨性和抗压性。

在外层2和内层4纤维增强热塑性材料层中，用于增强热塑性复合材料的纤维在热塑性复合材料层中所占的比例为10～50%，热塑性树脂占50～90%。适当的硅烷偶联剂和其他助剂（如增韧性、相容剂、阻燃剂、抗氧剂以及成核剂）合占1～10%。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维等，热塑性树脂可以是聚烯烃树脂、热塑性聚酯、聚碳酸酯、其他通用树脂或高性能工程塑料中的一种或几种。纤维在增强热塑性复合材料中的存在长度在0.2-20mm。

在超高分子量聚乙烯纤维增强树脂层中，用于增强的超高分子量聚乙烯纤维，其分子量为150万以上，在该层中所占的比例为20～80%。超高分子量聚乙烯纤维分布于热塑性树脂层中，热塑性树脂在该层中所占的比例为20～80%，可以是聚烯烃树脂、eva、tpe、tpu或其他通用树脂。适当的相容剂和其他助剂（如阻燃剂、增塑剂、抗氧剂等）合占1～10%。超高分子量聚乙烯纤维为长纤维或连续纤维，纤维在复合材料中的长度大于5mm。

两层超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层3-1成0度和90度角交替排列，玻纤增强聚丙烯片材2-1两层为一组，外层2的玻纤增强聚丙烯片材2-1和内层4的玻纤增强聚丙烯片材4-1分别连接于超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层3-1的上下两面，该上下两面的玻纤增强聚丙烯片材2-1成0度和90度角交替排列；采用上述方案，使得板材制品各方向力学性能上更加均一，保证了箱包的整体牢固性和稳定性。

一种轻质高强旅行箱包壳体结构的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1）玻纤增强聚丙烯片层制备：选择表面包覆与pp相容的浸润剂体系的无捻粗纱玻纤，然后在专用裁切设备上切断成10mm长度的玻纤段，将玻纤段均匀散布于两层0.1mm厚聚丙烯薄膜间，然后在200°c下热辊压制备得到厚度为0.23mm,玻纤质量含量在30%的纤维增强聚丙烯片层。

2）超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层的制备：将超高分子量聚乙烯纤维通过分散辊均匀分散，并施加引力通过导引辊进入两层90°c预热的聚丙烯薄膜之间，然后在160°c温度条件下保压1分钟，使得聚丙烯充分热熔并浸渍超高分子量聚乙烯纤维；冷却收卷制备得到0.2mm厚度的超高分子量聚乙烯纤维增强聚丙烯单向带材。

3）将制备好的玻纤增强聚丙烯片层a层）和超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层b层）按照aabbaabb的排列方式进行叠加。其中两层a层和两层b层分别按照0°和90°角度交替排列。

4）将铺好层的材料放入热压机中，在170°c温度下，施加2mpa的压力，保压1分钟，然后自然冷却，得到最终平均厚度为1.25mm的复合材料层压板。

5）将上述1.25mm厚度复合材料放置于真空吸塑机加热区内，四周以夹具固定；

6）将塑料板材加热到软化温度，然后将箱包外壳模具内抽真空，通过模具上的小孔形成负压,板材在大气的压力下紧贴在模具外壁形成壳体，冷却后成型切边。

当板材厚度达不到直接吸塑拉伸的韧性要求时，步骤4)之前还包括：对板材四个角进行切缝；步骤5)之后还包括：对箱包四个角的外表面用塑料包角包住，用于对切缝进行遮盖。

切缝的作用是当选用的外层材质的厚度较薄时，韧性达不到吹塑拉伸的要求，就需要先对四个角进行切缝，而现有技术切缝完成后需要在箱包内侧四个角的位置设置角支撑块，用于对四个角切缝的位置进行加强固定，再使用塑料包角将四个角外部包裹住用于对切缝进行遮盖；采用本技术方案后，四个角的内侧无需设置角支撑块，发泡材料注塑时已经实现了将四个角固定的功能，从而省去了角支撑块这一部件，而且强度更高，同时降低了成本、简化了工艺。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：箱包壳体1，外层2，第一玻纤增强聚丙烯片材2-1，中间层3，超高分子量聚乙烯纤维增强聚乙烯片层3-1，内层4，第二玻纤增强聚丙烯片材4-1等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。