一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板、制备工艺及可整体回收工艺的制作方法

本发明涉及车用内饰复合材料技术领域，尤其涉及一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板、制备工艺及可整体回收工艺。

背景技术：

随着我国汽车保有量急剧增加，每年达到报废年限的车辆早已超过200万辆。根据前瞻产业研究院预测，到2021年我国汽车保有量将超过2亿辆，报废汽车数量将达到975.76万辆，这意味着汽车市场将逐渐进入更新换代高峰期。业内预计，到2020年，报废汽车拆解回收领域市场空间将达到千亿级。众所周知，报废车是一种非常重要的材料资源，有着较高的“剩余价值”，符合可持续发展的战略，资源回收再利用正成为全球潮流。然而，中国目前报废汽车拆解技术低下，报废汽车回收之后能循环利用的材料主要限于废钢铁，橡胶、塑料、及非金属复合材料等多作为垃圾处理，无法实现资源的综合利用，另外，破坏性拆解回收过程中废液和废弃物处理不当导致的污染问题日益突出。因此，开发可整体回收的环保型汽车材料对于减轻环境污染、缓解资源紧张具有重要意义，也是汽车产业转型升级中亟待解决的一大难题。

目前，环境污染已被认为是当代社会所面临的最严峻的挑战，近年来连续大范围的雾霾天气使得全社会深切感受到空气污染的严重性，车内空气质量问题也引起了人们的广泛关注，具体包括异味和可挥发性有机物(voc)。根据环境专家抽查的汽车检测结果显示，90％以上的汽车内空气质量不合格，尤其是新生产的汽车内空气质量最差，约70％的新车内有毒有害挥发性有机物含量超标，主要污染物为醛系物、苯系物、丙酮等小分子物质，这些物质主要来源于汽车内饰材料(如顶棚、备胎盖、衣帽架等)，严重威胁人体健康。

汽车备胎盖板是用来遮盖、隔离备胎舱，实现汽车后备箱平整和局部一致的装饰、隔音承载件，起到了装饰、承载重物、隔音降噪等作用。现有备胎盖板一般采用pp木粉板(专利cn103818077a)、硬质pu(专利cn103625384a，专利cn104002879a，专利cn105015077a)、ps或pp发泡板(专利cn205044839u)、纸蜂窝板(专利cn202053585，专利cn105015131a，专利cn204659060u，专利cn205836680u)、gmt(专利cn204020152u)和pp蜂窝板(专利cn103318277a，专利cn107187157a，专利cn206124329u)等材料。其中，pp木粉板或纸蜂窝材质的备胎盖板强度和耐冲击性较差，易发生低温断裂、破碎的问题，并且在潮湿的环境下易发生软化和分层等现象，同时，上述板材在加工过程中需要使用大量的溶剂型胶黏剂，因此在使用过程中会不断释放苯、甲醛等可挥发有机物，对人体健康造成威胁；硬质pu、ps或pp发泡板中含有较多的可挥发有机物(voc)，不符合环保要求。而gmt和pp蜂窝板虽然较为环保，但以聚丙烯为主要材质，软化温度为90-95℃，因此gmt和pp蜂窝板耐热性能差，高温状态下强度性能降低，同时会导致产品发生形变，影响产品尺寸及承重的性能。

现有备胎盖板多数采用硬质纤维板胶粘复合地毯冲裁成型、pp木粉板复合面料热压成型、ppgf+瓦楞纸材料加热、模具冷压成型等材料和生产工艺进行制作的。传统生产工艺存在一系列的缺点：工序复杂，产品厚度无法调节，规格比较单一，粘结不方便，voc性能难以达到环保要求，粘结剂耐温性能不理想等。gmt的主要成分是pp/pet纤维和玻璃纤维，经过梳理、针刺、热烘、压制得到，其制造工序多、成本高、生产中有大量边角料浪费，并且回收成本高。这些缺点严重影响了汽车备胎盖板的应用，阻碍了备胎盖板的发展。

在现有技术中，备胎盖板的强度低、价格高、气味和voc等性能指标成为汽车内饰材料发展的瓶颈，因此寻找汽车备胎盖板基材和粘结剂的替代材料，研究其生产新工艺具有重要意义。

技术实现要素：

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板、制备工艺及可整体回收工艺的技术方案。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板，其特征在于：备胎盖板自下而上依次由pet基无纺布、增强粘合层、聚酯泡沫芯层、增强粘合层和pet基无纺布复合而成。其中，无纺布与增强粘合层，以及聚酯泡沫芯层与增强粘合层之间均不需要再设粘结层，增强粘合层本身兼具增强与粘结的双重作用。

如上述的一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)首先在复合机的履带上平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切纤维，然后再次平铺聚酯胶膜，根据产品所需克重可多次播撒长切纤维并平铺聚酯胶膜，然后在160℃～250℃、0.2～1.2mpa下以1～6m/min的速度进行熔融复合，冷却、收卷，得到胶玻布片材a；或者将聚酯材料通过挤出设备形成热熔状态，通过牵引装置将分散均匀的纤维束牵引入浸渍模内，将热熔状态的聚酯材料通过设置在浸渍模顶部的单向挤出口注入有分散均匀的纤维束的浸渍模具腔中，使聚酯材料对纤维束进行浸润，最后将浸渍片向设置在浸渍模底部的出口牵引，并对浸渍完成的浸渍片通过压辊成型，得到连续纤维增强片材b，胶玻布片材a或连续纤维增强片材b均为增强粘合层；

(2)在复合机的履带上自下而上依次放卷、平铺、叠放pet基无纺布、增强粘合层，随后放置聚酯泡沫，再在聚酯泡沫的上方自下而上依次放卷、平铺、叠放增强粘合层、pet基无纺布，在160℃～200℃、0.2～1.2mpa下以1～6m/min的速度进行热压复合，冷却、裁边，得到高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板。

进一步，聚酯泡沫为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)泡沫、改性pet泡沫或添加有功能助剂的pet或改性pet泡沫中的一种，优选为改性pet泡沫。

进一步，聚酯泡沫的密度为40～300kg/m³，优选为50～80kg/m³。

进一步，增强粘合层为以长纤为增强纤维，用聚酯胶膜以层层叠压浸渍方法得到的胶玻布片材或以连续纤维为增强纤维，用聚酯熔体牵引浸渍方法得到的连续纤维增强片材。

进一步，增强粘合层的克重为100～350g/m²，优选为150～200g/m²。

进一步，增强粘合层中的长纤或连续纤为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、竹纤维或麻纤维中的一种或两种以上的混合物，优选为玻璃纤维。

进一步，增强粘合层中的聚酯胶膜、聚酯材料及pet基无纺布为改性聚酯，即低熔点(120℃～180℃)共聚聚酯。

如上述的一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板的可整体回收工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)将回收的汽车备胎盖板或生产边角料从投料口投入粉碎装置在封闭的粉碎腔体内进行粉碎；

2)将粉碎后的粒状废料从加料口投入熔融挤出装置进行熔融共混，挤出的物料经牵伸、冷却、切粒后成为粒子；

3)聚酯材料与粒子混合后通过熔融挤出装置形成热熔状态，将热熔状态的混合料注入有分散均匀的纤维束的浸渍模具腔中，使混合料对纤维束进行浸润，最后将浸渍片向设置在浸渍模底部的出口牵引，并对浸渍完成的浸渍片通过压辊成型，得到增强粘合层。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、与传统汽车备胎盖板基材纸蜂窝、pp木粉板、硬质pu、pp发泡板、gmt和pp中空板相比，聚酯泡沫力学强度优异，耐水性更好，且耐热性优异(优于pp中空板)，在多种环境条件下仍可保持高载荷，并且在热加工过程中产生voc少，属新型健康绿色泡沫。

2、本发明提出的汽车备胎盖板结构简单，基于增强粘合层的基体为聚酯，与芯层聚酯泡沫间粘结良好，同时与表面pet无纺布间也可实现牢固的粘结，因此与传统汽车备胎盖板结构相比，省去了至少4层粘结层，包括1与2、2与3之间的4层粘结层。粘结层在热加工过程中会释放出大量的voc，因此粘结层的减少有利于降低材料的整体voc释放量，此外，还可减轻整体零部件的克重，更有利于轻量化目标的达成，同时也能缩短复合材料生产时间，降低时间成本，提高生产效率。

3、本发明提出的汽车备胎盖整体材料基材均为聚酯，并无其他高分子，因此完全可实现整体回收，通过粉碎、熔融挤出后可得到聚酯纤维增强母粒，而由这种增强母粒又可用于生产增强片材或作为增强粘合层中的聚酯基体，再次用于制备增强粘合层，从而实现整体回收，可大大减少生产过程中产生的废料及复合材料报废后对环境产生的污染，同时通过回收再利用也可明显降低产品的综合成本，有利于绿色、可持续发展。

4、高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板的制备工艺是在现有热压复合工艺的基础上进行微小调整，技术转移成本低，生产效率高，产业化复制能力强。

5、本发明提出的环保型汽车备胎盖板的可整体回收工艺操作简单，能回收整个部件及边角料，实现资源化再利用，节约资源消耗，降低对环境的污染。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板、制备工艺及可整体回收工艺中环保型汽车备胎盖板的整体回收路线框图；

图2为本发明中环保型汽车备胎盖板的结构示意图；

图3为本发明中胶玻布片材a为增强粘合层时的结构示意图；

图4为本发明中连续纤维增强片材b为增强粘合层时的结构示意图。

图中：1-聚酯泡沫芯层；2-增强粘合层；3-pet基无纺布。

具体实施方式

如图2所示，为本发明一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板，备胎盖板自下而上依次由pet基无纺布、增强粘合层、聚酯泡沫芯层、增强粘合层和pet基无纺布复合而成。其中，无纺布与增强粘合层，以及聚酯泡沫芯层与增强粘合层之间均不需要再设粘结层，增强粘合层本身兼具增强与粘结的双重作用。

如上述的一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板的制造方法，包括如下步骤：

(1)首先在复合机的履带上平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切纤维，然后再次平铺聚酯胶膜，根据产品所需克重可多次播撒长切纤维并平铺聚酯胶膜，然后在160℃～250℃、0.2～1.2mpa下以1～6m/min的速度进行熔融复合，冷却、收卷，得到胶玻布片材a(如图3所示)；或者将聚酯材料通过挤出设备形成热熔状态，通过牵引装置将分散均匀的纤维束牵引入浸渍模内，将热熔状态的聚酯材料通过设置在浸渍模顶部的单向挤出口注入有分散均匀的纤维束的浸渍模具腔中，使聚酯材料对纤维束进行浸润，最后将浸渍片向设置在浸渍模底部的出口牵引，并对浸渍完成的浸渍片通过压辊成型，得到连续纤维增强片材b(如图4所示)，胶玻布片材a或连续纤维增强片材b均为增强粘合层；

(2)在复合机的履带上自下而上依次放卷、平铺、叠放pet基无纺布、增强粘合层，随后放置聚酯泡沫，再在聚酯泡沫的上方自下而上依次放卷、平铺、叠放增强粘合层、pet基无纺布，在160℃～200℃、0.2～1.2mpa下以1～6m/min的速度进行热压复合，冷却、裁边，得到高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板。

聚酯泡沫为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)泡沫、改性pet泡沫或添加有功能助剂的pet或改性pet泡沫中的一种，优选为改性pet泡沫，聚酯泡沫的密度为40～300kg/m³，优选为50～80kg/m³。

增强粘合层为以长纤为增强纤维，用聚酯胶膜以层层叠压浸渍方法得到的胶玻布片材或以连续纤维为增强纤维，用聚酯熔体牵引浸渍方法得到的连续纤维增强片材，增强粘合层的克重为100～350g/m²，优选为150～200g/m²，增强粘合层中的长纤或连续纤为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、竹纤维或麻纤维中的一种或两种以上的混合物，优选为玻璃纤维，增强粘合层中的聚酯胶膜、聚酯材料及pet基无纺布为改性聚酯，即低熔点(120℃～180℃)共聚聚酯。

如图1所示，为本发明一种高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板的可整体回收工艺，包括如下步骤：

1)将回收的汽车备胎盖板或生产边角料从投料口投入粉碎装置在封闭的粉碎腔体内进行粉碎；

2)将粉碎后的粒状废料从加料口投入熔融挤出装置进行熔融共混，挤出的物料经牵伸、冷却、切粒后成为粒子；

3)聚酯材料与粒子混合后通过熔融挤出装置形成热熔状态，将热熔状态的混合料注入有分散均匀的纤维束的浸渍模具腔中，使混合料对纤维束进行浸润，最后将浸渍片向设置在浸渍模底部的出口牵引，并对浸渍完成的浸渍片通过压辊成型，得到增强粘合层。

实施例1

(1)首先在复合机的履带上平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切竹纤维，然后再次平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切竹纤维，再次平铺聚酯胶膜，然后在170℃、0.2mpa下以2m/min的速度进行熔融复合，冷却、收卷，得到克重为150g/m²的胶玻布片材，即增强粘合层。

(2)在复合机的履带上自下而上依次放卷、平铺、叠放pet基无纺布、增强粘合层，随后放置密度为250kg/m³的pet泡沫，再在泡沫上方自下而上依次放卷、平铺、叠放增强粘合层、pet基无纺布，在200℃、0.2mpa下以5m/min的速度进行热压复合，冷却、裁边，得高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板，克重为1500g/m²。

实施例2

(1)首先在复合机的履带上平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切玻璃纤维，然后平铺聚酯胶膜，重复播撒长切玻璃纤维并平铺聚酯纤维胶膜两次，然后在240℃、1.0mpa下以5m/min的速度进行熔融复合，冷却、收卷，得到厚度为克重为250g/m²的胶玻布片材，即增强粘合层。

(2)在复合机的履带上自下而上依次放卷、平铺、叠放pet基无纺布、增强粘合层，随后放置密度为50kg/m³的改性pet泡沫，再在泡沫上方自下而上依次放卷、平铺、叠放增强粘合层、pet基无纺布，在170℃、1.0mpa下以2m/min的速度进行热压复合，冷却、裁边，得高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板，克重为900g/m²。

对比例1

(1)首先在复合机的履带上平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切玻璃纤维，然后平铺聚酯胶膜，重复播撒长切玻璃纤维并平铺聚酯纤维胶膜两次，然后在240℃、1.0mpa下以5m/min的速度进行熔融复合，冷却、收卷，得到厚度为克重为250g/m²的胶玻布片材，即增强粘合层。

(2)在复合机的履带上自下而上依次放卷、平铺、叠放pet基无纺布、增强粘合层，随后放置密度为50kg/m³的纸蜂窝，再在泡沫上方自下而上依次放卷、平铺、叠放增强粘合层、pet基无纺布，在170℃、1.0mpa下以2m/min的速度进行热压复合，冷却、裁边，得纸蜂窝芯层的汽车备胎盖板，克重为900g/m²。

对比例2

(1)首先在复合机的履带上平铺聚酯胶膜，在其上面播撒长切玻璃纤维，然后平铺聚酯胶膜，重复播撒长切玻璃纤维并平铺聚酯纤维胶膜两次，然后在240℃、1.0mpa下以5m/min的速度进行熔融复合，冷却、收卷，得到厚度为克重为250g/m²的胶玻布片材，即增强粘合层。

(2)在复合机的履带上自下而上依次放卷、平铺、叠放pet基无纺布、增强粘合层，随后放置密度为50kg/m³的pp蜂窝，再在泡沫上方自下而上依次放卷、平铺、叠放增强粘合层、pet基无纺布，在170℃、1.0mpa下以2m/min的速度进行热压复合，冷却、裁边，得pp蜂窝芯层的汽车备胎盖板，克重为900g/m²。

按照测试标准q/jlyj7110274b-2014对实施例1～2中的pet泡沫汽车备胎盖板及对比例1～2中的纸蜂窝或pp蜂窝芯层的汽车备胎盖板进行挥发性有机物(voc)测试，结果见表1；按照测试标准gb/t1449、gmw14838、pr375对实施例1～2中的pet泡沫汽车备胎盖板及对比例1～2中的纸蜂窝或pp蜂窝芯层的汽车备胎盖板进行弯曲性能、耐热性、吸水率、承载性能及回收性对比，结果见表2。

表1

表2

从表1结果可以看出，本发明所得的高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板(实施例1～2)具有较好的voc散发性，与纸蜂窝芯层的汽车备胎盖板和pp蜂窝芯层的汽车备胎盖板相比，voc散发量有大幅下降，说明采用本发明技术方案的汽车备胎盖板可明显改善voc散发性。

表2列出了本发明所得的高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板(实施例1～2)及纸蜂窝(对比例1)或pp蜂窝(对比例2)芯层的汽车备胎盖板的弯曲性能、耐热性、吸水率、承载性能及回收性，与对比例1～2相比，本发明所得的高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板弯曲性能最佳。从耐热性结果可以看出，相同克重的复合材料中，对比例2有变形，边缘有翘曲，尺寸变化量为4mm，这是因为pp蜂窝以聚丙烯为主要材质，软化温度为90～95℃，高温下易发生变形，耐热性差。从吸水率结果可以看出，对比例1吸水率为8.3％，实施例1～2及对比例2均为0，这说明纸蜂窝易吸水，在潮湿环境下不能使用。与对比例1～2相比，本发明所得的高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板(实施例2)承载性能较佳，在测试条件下无变形，而纸蜂窝芯层的汽车备胎盖板(对比例1)有6mm变形，pp蜂窝芯层的汽车备胎盖板(对比例2)有2mm变形，说明相同克重的pet泡沫的承载性能优于pp蜂窝，优于纸蜂窝。与对比例1～2相比，本发明所得的高载荷、可整体回收的环保型汽车备胎盖板(实施例1～2)可整体回收，而纸蜂窝芯层的汽车备胎盖板(对比例1)和pp蜂窝芯层的汽车备胎盖板(对比例2)原材料为多种成分，均不能实现整体回收。

由上述结果可得，芯层为pet的汽车备胎盖板与芯层为pp蜂窝的汽车备胎盖板的voc散发性能和吸水性能优于芯层为纸蜂窝的汽车备胎盖板，并且两者的弯曲性能和承载性能优异，其中，芯层为pet的汽车备胎盖板最佳。与芯层为pp蜂窝的汽车备胎盖板相比，芯层为pet的汽车备胎盖板整体材料基材均为聚酯，可实现整体回收。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。