一种复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及汽车材料技术领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.汽车顶棚是汽车的关键部件之一，要求在保证基本的力学强度的前提下，能实现轻量化和隔音好的目标。
3.cn106881919a公开了一种麻纤维毡增强聚氨酯汽车顶棚，其制备方法如下：将麻纤维毡上下两面均涂覆聚氨酯胶水，然后在麻纤维毡的上下两面同时喷水；依次将无纺布或淋膜无纺布、上述麻纤维毡、无纺布或淋膜无纺布叠放，并放入温度100～180℃的热模具中进行热压成型后，取出半成品冷却；在上述半成品的表面喷涂胶粘剂或平铺热熔胶膜，然后在其上面平铺装饰层，在80～140℃的模具中热压20～90秒，冷却后水刀切割，得到汽车顶棚。其公开的汽车顶棚采用麻纤维替代玻璃纤维，更加绿色环保，重量轻，且麻纤维毡本身的透气性以及低voc，使顶棚具有更加优异的吸音性能和较低的气味性，符合现代汽车内饰环保、轻量化、低气味、吸音的要求，但是强度相对不足。
4.cn109501406a公开了一种汽车顶棚聚氨酯复合板材及其制备方法、汽车，涉及复合板材技术领域。其公开的汽车顶棚聚氨酯复合板材包括pu基板、至少一层玻璃纤维层、至少一层胶粉层和至少一层高分子胶膜层，所述pu基板包括pu板，pu板上强度待加强位置处依次结合有粘结层和纤维织物层。其公开的复合板材缓解了传统通过增加玻纤与胶粉的用量或增加板材的层数来提高板材强度成本高、板材重量重、局部容易撕裂的问题。其公开的复合板材通过局部增加高分子膜和纤维织物层使板材在满足局部强度、避免局部撕裂的条件下不仅重量更轻，而且弯曲强度和弯曲力较好，使用中不易导致顶棚出现褶皱、偏软、下榻和变型等问题，但是其隔音性能相对局限。
5.综上所述，开发一种兼具力学强度高、轻量化和隔音效果好的汽车顶棚用材料至关重要。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料兼具力学强度高、轻量化和隔音效果好的优势，适合应用于汽车顶棚中。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种复合材料，所述复合材料包括依次层叠设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯层、第一聚氨酯层、蜂窝结构的聚丙烯复合物层、第二聚氨酯层和无纺布层；
9.所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层包括如下组分：聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和短切玻璃纤维。
10.本发明所述复合材料以蜂窝结构的聚丙烯复合物层为基体，在其两侧设置聚氨酯层后，再分别设置聚对苯二甲酸乙二醇酯层和无纺布层，所形成的复合材料满足基本力学
强度的基础上，实现了轻量化和隔音好的目标。
11.优选地，所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层按照重量份数包括如下组分：
12.聚丙烯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100份
13.乙烯-醋酸乙烯酯共聚物
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
40-60份
14.短切玻璃纤维
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-15份。
15.本发明所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层的组成包括特定配比的原料，彼此之间相互配合，形成的聚丙烯复合物层综合性能优异。
16.所述聚丙烯的重量份数为100份。
17.所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重量份数为40-60份，例如42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份等。
18.所述短切玻璃纤维的重量份数为5-15份，例如6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份等。
19.优选地，所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层还包括三元乙丙橡胶。
20.本发明所述聚丙烯复合物层中还包括三元乙丙橡胶，提升了复合材料综合性能。
21.优选地，所述三元乙丙橡胶的重量份数为5-12份，例如6份、7份、8份、9份、10份、11份等。本发明所述三元乙丙橡胶的重量份数在5-12份，添加量过高，增加成本，性能提升有限；添加量过低，隔音效果提升不明显。
22.优选地，所述第一聚氨酯层和第二聚氨酯层的制备原料按照重量份数包括如下组分：
[0023][0024]
本发明中，所述二异氰酸酯的重量份数为50-60份，例如52份、54份、56份、58份等。
[0025]
所述聚醚多元醇的重量份数为80-120份，例如85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份等。
[0026]
所述硅乳液的重量份数为0.3-0.8份，例如0.4份、0.5份、0.6份、0.7份等。
[0027]
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重量份数为10-15份，例如11份、12份、13份、14份等。
[0028]
所述扩链剂的重量份数为5-15份，例如6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份等。
[0029]
所述催化剂的重量份数为2-4份，例如2.5份、3份、3.5份等。
[0030]
所述偶联剂的重量份数为1-3份，例如1.5份、2份、2.5份等。
[0031]
所述防老剂的重量份数为5-18份，例如6份、8份、10份、12份、14份、16份等。
[0032]
优选地，所述二异氰酸酯包括l-赖氨酸二异氰酸酯和/或二甲基联苯二异氰酸酯，进一步优选l-赖氨酸二异氰酸酯和二甲基联苯二异氰酸酯的组合，二者配合使用，能够提升复合材料的力学强度。
[0033]
优选地，所述聚醚多元醇包括2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇聚环氧乙烷醚和/或聚四氢呋喃二醇，进一步优选2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇聚环氧乙烷醚和聚四氢呋喃二醇的组合。
[0034]
优选地，所述扩链剂包括胺类扩链剂。
[0035]
优选地，所述胺类扩链剂包括乙二胺和/或二乙烯三胺，进一步优选乙二胺和二乙烯三胺的组合。
[0036]
优选地，所述催化剂包括三甲基羟乙基丙二胺、n,n-双异丙醇胺或二月桂酸二丁基锡中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：三甲基羟乙基丙二胺和n,n-双异丙醇胺的组合，n,n-双异丙醇胺和二月桂酸二丁基锡的组合，三甲基羟乙基丙二胺、n,n-双异丙醇胺和二月桂酸二丁基锡的组合等，进一步优选三甲基羟乙基丙二胺和/或n,n-双异丙醇胺与二月桂酸二丁基锡的组合，三甲基羟乙基丙二胺和n,n-双异丙醇胺属于反应型催化剂，二月桂酸二丁基锡属于添加型催化剂，二者配合使用，能更佳快速高效地制备聚氨酯，且形成的聚氨酯性能更佳。
[0037]
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂。
[0038]
优选地，所述防老剂包括4,4'-二氨基二苯甲烷、2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶、防老剂rd或防老剂oda中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：4,4'-二氨基二苯甲烷和2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶的组合，2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶、防老剂rd和防老剂oda的组合，4,4'-二氨基二苯甲烷、2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶、防老剂rd和防老剂oda的组合等。
[0039]
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0040]
步骤1、将聚丙烯复合物制作为蜂窝结构的板材，即为蜂窝结构的聚丙烯复合物层；
[0041]
步骤2、将聚氨酯原料喷涂于步骤1所得板材表面，再将聚对苯二甲酸乙二醇酯层和无纺布层设置于板材两侧，定型，得到所述复合材料；
[0042]
所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层包括如下组分：聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和短切玻璃纤维。
[0043]
优选地，所述步骤1具体包括：
[0044]
将聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和短切玻璃纤维混合，再与三元乙丙橡胶混合，将混合原料分为两部分，一部分混合原料加热固化，得到上下面板；
[0045]
将另一部分混合原料在模具中加工成蜂窝夹芯板；
[0046]
最后将所述蜂窝夹芯板设置于所述上下面板之间，得到所述聚丙烯复合物层。
[0047]
优选地，所述聚氨酯原料的制备方法包括如下步骤：
[0048]
将扩链剂、催化剂、偶联剂和防老剂按照配方量混合，得到第一混合物；
[0049]
再将第一混合物与二异氰酸酯、聚醚多元醇混合，聚合，得到聚氨酯预聚物；
[0050]
最后将聚氨酯预聚物与硅乳液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物混合后，再与溶剂混合，得到所述聚氨酯原料。
[0051]
第三方面，本发明提供一种汽车顶棚，所述汽车顶棚包括第一方面所述的复合材料。
[0052]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0053]
本发明所述复合材料的杨氏模量在7.8-8.9mpa之间，重量在1528-1732g/m2之间，兼具力学强度高、轻量化和隔音效果好的优势，适合应用于汽车顶棚中。
具体实施方式
[0054]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0055]
本发明各实施例中的原料来源如下：
[0056]
无纺布：购于东莞市聚欧纳新材料有限公司，牌号为n-z30s；
[0057]
聚对苯二甲酸乙二醇酯：购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，牌号为429252-250g；
[0058]
聚丙烯：购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，牌号为428175-1kg；
[0059]
乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物：购于重庆睿雅生物科技有限公司，牌号为24937-78-8；
[0060]
短切玻璃纤维：购于湖北成丰化工有限公司；
[0061]
三元乙丙橡胶：购于湖北鑫润德化工有限公司；
[0062]
硅乳液：购于上海凯茵化工有限公司，牌号为km-9782；
[0063]
2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇聚环氧乙烷醚：购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；
[0064]
聚四氢呋喃二醇：购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，牌号为8184020100；
[0065]
硅烷偶联剂：二乙胺基甲基三乙氧基硅烷。
[0066]
实施例1
[0067]
本实施例提供一种复合材料，所述复合材料包括依次层叠设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯层、第一聚氨酯层、蜂窝结构的聚丙烯复合物层、第二聚氨酯层和无纺布层。
[0068]
所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层按照重量份数包括如下组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物50份，短切玻璃纤维10份和三元乙丙橡胶7份。
[0069]
所述第一聚氨酯层和第二聚氨酯层的制备原料按照重量份数包括如下组分：
[0070][0071][0072]
所述复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0073]
步骤1、将聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和短切玻璃纤维混合，再与三元乙丙橡胶混合，将混合原料分为等质量的两部分，一部分混合原料在180℃下加热固化10min，得到上下面板；
[0074]
将另一部分混合原料在模具中加工成蜂窝夹芯板；
[0075]
最后将所述蜂窝夹芯板与上下面板在0.4mpa下以200℃辊压复合，得到所述聚丙烯复合物层。
[0076]
步骤2、将扩链剂、催化剂、偶联剂和防老剂按照配方量混合，得到第一混合物；
[0077]
再将第一混合物与二异氰酸酯、聚醚多元醇混合，在100℃下聚合4h后，依次升温至110℃、120℃、130℃和140℃下聚合0.5h，得到聚氨酯预聚物；
[0078]
最后将聚氨酯预聚物与硅乳液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物混合后，得到所述聚氨酯原料。
[0079]
实施例2
[0080]
本实施例提供一种复合材料，所述复合材料包括依次层叠设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯层、第一聚氨酯层、蜂窝结构的聚丙烯复合物层、第二聚氨酯层和无纺布层。
[0081]
所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层按照重量份数包括如下组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40份，短切玻璃纤维15份和三元乙丙橡胶5份。
[0082]
所述第一聚氨酯层和第二聚氨酯层的制备原料按照重量份数包括如下组分：
[0083][0084]
所述复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0085]
步骤1、将聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和短切玻璃纤维混合，再与三元乙丙橡胶混合，将混合原料分为等质量的两部分，一部分混合原料在180℃下加热固化10min，得到上下面板；
[0086]
将另一部分混合原料在模具中加工成蜂窝夹芯板；
[0087]
最后将所述蜂窝夹芯板与上下面板在0.4mpa下以200℃辊压复合，得到所述聚丙烯复合物层。
[0088]
步骤2、将扩链剂、催化剂、偶联剂和防老剂按照配方量混合，得到第一混合物；
[0089]
再将第一混合物与二异氰酸酯、聚醚多元醇混合，在100℃下聚合4h后，依次升温至110℃、120℃、130℃和140℃下聚合0.5h，得到聚氨酯预聚物；
[0090]
最后将聚氨酯预聚物与硅乳液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物混合后，得到所述聚氨酯原料。
[0091]
实施例3
[0092]
本实施例提供一种复合材料，所述复合材料包括依次层叠设置的聚对苯二甲酸乙二醇酯层、第一聚氨酯层、蜂窝结构的聚丙烯复合物层、第二聚氨酯层和无纺布层。
[0093]
所述蜂窝结构的聚丙烯复合物层按照重量份数包括如下组分：聚丙烯100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物60份，短切玻璃纤维5份和三元乙丙橡胶12份。
[0094]
所述第一聚氨酯层和第二聚氨酯层的制备原料按照重量份数包括如下组分：
1,4-二异氰酸酯，其余均与实施例1相同。
[0108]
实施例6
[0109]
本实施例与实施例1的区别在于将二甲基联苯二异氰酸酯替换为等质量的对苯二异氰酸酯，其余均与实施例1相同。
[0110]
对比例1
[0111]
本对比例与实施例1的区别在于聚丙烯复合物层不含有蜂窝结构，所述聚丙烯复合物层的原料全部用于制备一块板材，其余均与实施例1相同。
[0112]
性能测试
[0113]
将实施例1-6和对比例1所述复合材料进行如下测试：
[0114]
(1)力学性能：按照gb/t 528-2009在万能材料测试仪上测试力学性能；
[0115]
(2)重量：将所述复合材料在相同面积下以0.5cm测试其重量；
[0116]
(3)隔音性能：将所述复合材料制备成正方体盒子，将闹钟置于其中，调整闹钟强度，在环境中判断隔音效果，闹钟强度越高，隔音效果越差，按照隔音性能由高至低依次分为ⅰ级、ⅱ级和ⅲ级。
[0117]
测试结果汇总于表1中。
[0118]
表1
[0119][0120][0121]
分析表1数据可知，本发明所述复合材料的杨氏模量在7.8-8.9mpa之间，重量在1528-1732g/m2之间，兼具力学强度高、轻量化和隔音效果好的优势。
[0122]
分析对比例1与实施例1可知，对比例1性能不如实施例1，证明采用本发明所述结构的复合材料性能更佳。
[0123]
分析实施例4与实施例1可知，实施例4性能不如实施例1，证明含有三元乙丙橡胶的复合材料性能更佳。
[0124]
分析实施例5-6与实施例1可知，实施例5-6性能不如实施例1，证明二异氰酸酯选择l-赖氨酸二异氰酸酯和二甲基联苯二异氰酸酯的组合形成的复合材料性能更佳。
[0125]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该
明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。