一种基于发泡工艺制作阻燃轨道交通车辆内饰地板的制作方法

本发明涉及板材材料技术领域，尤其涉及一种基于发泡工艺制作阻燃轨道交通车辆内饰地板。

背景技术

随着轨道交通的的飞速发展，人们对轨道车辆轻量化及乘坐舒适性越来越关注，轨道交通材料的轻量化和可回收利用愈来愈受到主机厂和终端客户的关注。地板在车辆内饰中占比重很大，其典型的地板结构从上往下由地板布、三明治夹芯板、隔音垫三部分组成。本发明主要针对所说的三明治夹芯板，其材料从木胶板到铝蜂窝再到硬质发泡材料和复合材料，其轻量化的路程在不断延伸，但是目前市场在用的大多仍为铝蜂窝和其延伸出来的三明治夹心材料，这种地板虽然单位面积克重较低，但是生产安装工艺复杂，单价较高，批量生产效率较低，且铝蜂窝材料的导热系数高；另外，因蜂窝本身以及其与面层材料的粘结需要使用粘合剂，气味比较大；综上所述的不利因素，会最终影响到车辆乘坐的舒适性。

在私人小客车和大客车的地板材料中，目前有使用热固性或者热塑性复合材料。对于热固性复合材料，由于其生产和回收都会对环境造成污染，因此有逐渐被其它材料取代的趋势。而对于热塑性复合材料，由于其环保、易于二次加工成型，因此越来越受到市场的青睐。轻质玻纤增强热塑性复合材料(lwrt)是由玻璃纤维和聚丙烯等其它热塑型纤维使用非织造设备，通过开包、梳理、铺网、针刺、热压等工序加工而成，具有轻量化、吸音、可回收利用等优点。专利cn106218150a以lwrt作为芯层，上下表面覆以热塑性复合材料面层作为三明治结构的地板，应用在客车上。专利cn201520224051.2公开了一种夹芯结构的客车地板，该客车地板是采用两层玻璃纤维织物增强树脂基复合材料层之间设置芯材的夹芯结构，使客车地板具有足够的力学性能，并保证了客车地板的抗压性能及轻量化。但其芯材采用的是聚氨酯泡沫，需要通过胶粘剂与面层进行粘接，该工序会产生对身体有害的挥发性物质，不利于工人健康和环境保护，且聚氨酯泡沫的回收需要特殊的设备和溶剂的处理，很难做到100％回收。另外，轨道交通车辆和客车不同点很多，比如轨交车辆更加关注材料的阻燃性能，车辆的体积比一般客车更大，载重更高，对材料减重需求更高。因此对于轨道交通车辆，这就要求提供一种高效阻燃，具有较好抗压性能、轻量化、绿色环保、易回收的地板。

针对以上问题，故，有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题，而提供一种高效阻燃，具有较好抗压性能、轻量化、绿色环保、易回收的基于发泡工艺制作阻燃轨道交通车辆内饰地板。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于发泡工艺制作阻燃轨道交通车辆内饰地板，包括依次布设的上表层、芯材和下表层；上表层、芯材和下表层通过加热加压复合制成地板；所述芯材为发泡片板材；所述上表层和下表层是由多层单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片和/或玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片和/或玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物复合而成。

作为本发明的一种优选方案，所述芯材是以热塑性聚合物树脂通过物理或者化学发泡工艺制作的发泡片板材。

作为本发明的一种优选方案，所述芯材通过发泡工艺成型有若干用于提高其比强度、比刚度等性能并降低其密度的微小的气泡或气孔，气泡或气孔布满发泡片板材内。

作为本发明的一种优选方案，所述热塑性聚合物树脂包括聚丙烯pe、聚丙烯pp、聚酰胺pa、聚对苯甲酸乙二醇酯pet、聚碳酸酯pc、聚苯硫醚pps、聚醚醚酮peek、聚醚酰亚胺pei、聚醚砜psu、聚亚苯基砜ppsu或聚氯乙烯pvc。

作为本发明的一种优选方案，所述芯材的密度为30kg/m³～1000g/m³，厚度为4～30mm。

作为本发明的一种优选方案，所述单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片按[90°/0°]、[0°/90°]、[0°/45°/90°/135°]或[135°/90°/45°/0°]铺层方式热压复合而成。

作为本发明的一种优选方案，所述玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片按平纹和斜纹样式复合，使纤维形成交错的网格状。

作为本发明的一种优选方案，所述内饰地板的厚度为4～30mm，密度为50～1000kg/m³。

作为本发明的一种优选方案，所述上表层、下表层为聚丙烯树脂切片，其聚丙烯树脂切片配方按质量百分比计包括：聚丙烯树脂pp70％～80％、有机磷氮系阻燃剂20％～30％、ptfe0.2％、抗氧剂0.2％、紫外稳定剂0.1％、硬酯酸钙0.1％；所述芯材为聚丙烯纤维，其聚丙烯纤维的配方按质量百分比计包括：聚丙烯80％～90％、有机磷酸铵系阻燃剂10％～20％、多元醇化合物2～5％、有机硅树脂1～5％、抗氧剂0.5～2％。

本发明的有益效果是：本发明的轨道交通车辆地板，上表层和下表层由多层单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片和/或玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片和/或玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物，层层铺叠，使纤维形成交错的网格状，保证了产品在纵向和横向性能都很高，且强度、抗冲击性和耐久性更好；采用物理或化学发泡工艺将聚合物树脂发泡制成轻质发泡板材作为芯材，这种轻质复合材料芯材不仅重量轻，可吸收噪音；表层和芯层使用同种聚合物，因而直接实用热压工艺即可将基层材料粘结在一起，无需使用胶黏剂便可直接通过热压工艺与面层结合，减少了喷胶工序。这个地板材料都可回收，绿色环保，易于处理。

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：芯材1，上表层2，下表层3。

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1：

如图1所示，一种基于发泡工艺制作阻燃轨道交通车辆内饰地板，包括依次布设的上表层2、芯材1和下表层3；上表层2、芯材1和下表层3通过加热加压复合制成地板；所述芯材1为发泡片板材；所述上表层2和下表层3是由多层单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片和/或玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片和/或玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物复合而成；芯材1是以热塑性聚合物树脂通过物理或者化学发泡工艺制作的发泡片板材；本发明的轨道交通车辆地板，上表层和下表层由多层单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片和/或玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片和/或玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物，层层铺叠，使纤维形成交错的网格状，保证了产品在纵向和横向性能都很高，且强度、抗冲击性和耐久性更好；采用物理或化学发泡工艺将聚合物树脂发泡制成轻质发泡板材作为芯材，这种轻质复合材料芯材不仅重量轻，可吸收噪音；表层和芯层使用同种聚合物，因而直接实用热压工艺即可将基层材料粘结在一起，无需使用胶黏剂便可直接通过热压工艺与面层结合，减少了喷胶工序。这个地板材料都可回收，绿色环保，易于处理。

芯材1通过发泡工艺成型有若干用于提高其比强度、比刚度等性能并降低其密度的微小的气泡或气孔，气泡或气孔布满发泡片板材内。

为了提高客车地板的强度、抗冲击性和耐久性，本发明上表层2、下表层3是由多层单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片和/或玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片和/或玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物，对单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片采用特定的铺层方式层层铺叠，单向连续玻璃纤维增强热塑性树脂预浸片按[90°/0°]、[0°/90°]、[0°/45°/90°/135°]或[135°/90°/45°/0°]铺层方式热压复合而成；如一层0度,一层90度；或者一层0度,一层45度,一层90度,一层135度等；对玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片，设计织物的组织结构为平纹和斜纹样式，使纤维形成交错的网格状，保证了产品在纵向和横向性能都很高，且强度、抗冲击性和耐久性更好。

芯材1是以热塑性聚合物树脂通过物理或者化学发泡工艺制作的轻质板材，其可以在聚合物体系中加入短玻璃纤维以提高最终板材的刚度，热塑性聚合物树脂包括聚丙烯pe、聚丙烯pp、聚酰胺pa、聚对苯甲酸乙二醇酯pet、聚碳酸酯pc、聚苯硫醚pps、聚醚醚酮peek、聚醚酰亚胺pei、聚醚砜psu、聚亚苯基砜ppsu或聚氯乙烯pvc；芯材1的密度为30kg/m³～1000kg/m³，厚度为4～30mm。

这里所述的发泡工艺具体描述如下：

超临界气体或化学发泡剂板材挤出发泡：聚合物粒料与超临界气体(二氧化碳气体或氮气)分别加入第一台挤出机的不同位置，高压下在挤出机中熔融形成均匀的溶液，并保持一定的压力；然后上述熔体直接输送到第二台基础机进行冷却，在模口处泄压、发泡，制成板材。通常来说，需要选用较高熔体强度聚合物才能达到比较好的发泡效果。这里也可以将超临界气体换成化学发泡剂。

超临界气体技术釜压发泡：首先通过聚合物板材压延技术生产聚合物板材，放入密闭高压容器内，注入高压二氧化碳气体或氮气，在一定温度范围内加热保压若干小时，使得二氧化碳气体和氮气充分扩散入聚合物片材中，然后降温冷却至室温，快速放出二氧化碳气体或氮气。在后续的热压工艺中，比如芯材和面材的贴合工艺中，通过调整热复合机的复合温度，复合线速度以及薄膜与复合辊筒的接触时间，使得聚合物片材内的二氧化碳气体或氮气发泡形成微孔发泡结构，制成发泡板材。

聚合物珠粒发泡：在高压釜中，在一定时间内，通过高压将物理发泡剂在预定温度下浸渍进入基体树脂的细小粒料之中，然后冷却体系温度至室温，即得到可发性珠粒。使用时，先在一定的发泡温度下，利用水蒸气或热空气使可发性珠粒预发泡一下，得到绿豆大小预发泡的可发性珠粒。在制备制品时，将预发泡的可发性珠粒放入模具中加热、减压，使预发泡的可发性塑料珠粒进一步膨胀并相融合，形成发泡片板材。

阻燃体系：上述芯材1，上表层2，下表层3所述的热塑型树脂和纤维都有阻燃功能,包括但不限于上述热塑性聚合物中有的天然具有很好的阻燃性能，有的需要进行阻燃改性。由于轨道交通车辆内饰需要满足不同应用场合下防火、低烟密度、低烟毒性以及燃烧低热释放量等要求，本文采用无卤阻燃配方。这里以聚丙烯为例给出典型的阻燃配方，地板材料的聚丙烯树脂切片配方按质量百分比计包括：聚丙烯树脂pp70％～80％、有机磷氮系阻燃剂20％～30％、ptfe0.2％、抗氧剂0.2％、紫外稳定剂0.1％、硬酯酸钙0.1％；地板材料的聚丙烯纤维的配方按质量百分比计包括：聚丙烯80％～90％、有机磷酸铵系阻燃剂10％～20％、多元醇化合物2～5％、有机硅树脂1～5％、抗氧剂0.5～2％；轨道交通车辆地板的厚度为4-30mm，玻璃纤维与聚合物纤维的重量比为20％～70％，密度为50～1000kg/m³。其典型的样品结构如表1所示；

一种轨道交通车辆地板，包括依次布设的上表层2、芯材1和下表层3；上表层2和下表层3是由玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物热压复合而成，所述玻纤与热塑性树脂共挤纤维编织而成的织物中玻璃纤维的含量为60wt％，织物结构为1上2下斜纹，厚度为1mm，密度为1550kg/m³。这里的聚丙烯树脂(不含玻纤)的阻燃配方为：聚丙烯树脂pp70％～80％、有机磷氮系阻燃剂20％～30％、ptfe0.2％、抗氧剂0.2％、紫外稳定剂0.1％、硬酯酸钙0.1％；所述芯材是采用发泡型聚丙烯粒料为基材，这里的粒料已经预混了上述阻燃配方，将此粒料放置在高压釜中，一定时间内，通过高压将超临界co2在80摄氏度左右浸渍进入基体树脂的细小粒料之中，然后冷却体系温度至室温，得到可发性珠粒。使用时，先在一定的发泡温度下，利用水蒸气(或热空气)使可发性珠粒预发泡一下，并使珠粒表面熔化粘结得到可发性的具有一定形状的半成品。在地板材料面材和芯材贴合工艺时，通过调整热复合机的复合温度，复合线速度以及薄膜与复合辊筒的接触时间，加热、减压，使预发泡的半成品中的珠粒进一步膨胀并相融合，使芯层形成发泡聚丙烯片板材，并于面材进一步贴合成型，芯材厚度为18mm，控制泡孔尺寸在50um。该实施例客车地板性能见表1所示。

实施例2：

一种轨道交通车辆地板，包括依次布设的上表层2、芯材1和下表层3；上表层2和下表层3是由4层单向连续纤维增强聚丙烯树脂预浸片按[0°/45°/135°/90°]的铺层方式热压复合而成，所述单向连续纤维增强聚丙烯树脂预浸片中玻璃纤维的含量为70wt％，厚度为0.25mm，密度为1650kg/m³。这里的聚丙烯树脂阻燃配方同实例1；所述芯材是采用发泡型聚丙烯材料为基材，共混添加阻燃上述阻燃配方，采用超临界co2的板材挤出工艺生产发泡聚丙烯板材，厚度为18mm，控制泡孔尺寸在80um。所述芯材和上、下表面的复合面层通过热压成型工艺形成地板，地板的总厚度为20mm，该实施例客车地板性能见表1所示。

实施方案3：

一种轨道交通车辆地板，包括依次布设的上表层2、芯材1和下表层3；上表层2和下表层3是由玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片热压复合而成，所述玻璃纤维织物增强热塑性树脂预浸片中玻璃纤维的含量为60wt％，厚度为1mm，密度为1500kg/m³。其聚丙烯阻燃配方同实例1；所述芯材是采用实例1中阻燃聚丙烯，并与化学发泡母粒混合，通过钢棍压延工艺生产发泡聚丙烯板材。并通过离线热压工艺将面层材料与发泡聚丙烯板材层压在一起。该实施例客车地板性能见表1所示。

实施方案4：

一种轨道交通车辆地板，包括依次布设的上表层2、芯材1和下表层3；上表层2和下表层3同实例3相同。所述芯材1是采用釜压发泡工艺，以聚丙烯板材为原料，将其放置在高压釜中，一定时间内，通过高压将超临界co2在80摄氏度左右浸渍进入聚丙烯片材中，然后冷却体系温度至室温。在地板材料面材和芯材贴合工艺时，通过调整热复合机的复合温度，复合线速度以及薄膜与复合辊筒的接触时间，加热、减压，使芯层形成发泡聚丙烯片板材，并于面材进一步贴合成型，芯材厚度为18mm，控制泡孔尺寸在50um。阻燃聚丙烯纤维的配方同实例1。该实施例客车地板性能见表1所示。

表1实施例和对比例的性能结果数据

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：芯材1，上表层2，下表层3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。