本發(fā)明涉及一種新型發(fā)泡夾芯材料，特別是一種熱塑性發(fā)泡夾芯材料，及其制造方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

泡沫塑料是一種內(nèi)部具有大量泡孔結(jié)構(gòu)的塑料，具有輕質(zhì)、隔熱、隔音、緩沖等性質(zhì)，根據(jù)軟硬程度的不同分為軟質(zhì)泡沫塑料、半硬質(zhì)泡沫塑料和硬質(zhì)泡沫塑料三種；根據(jù)泡孔結(jié)構(gòu)又可分為開孔泡沫塑料和閉孔泡沫塑料。其中，硬質(zhì)泡沫塑料具有密度低、強(qiáng)度高、剛度高、隔音、防震、耐溫等優(yōu)異性能，因而廣泛地應(yīng)用于汽車、飛機(jī)等先進(jìn)材料領(lǐng)域。

泡沫塑料在夾芯復(fù)合材料領(lǐng)域主要應(yīng)用于復(fù)合材料的夾層結(jié)構(gòu)的芯層。夾芯復(fù)合材料的內(nèi)部填充硬質(zhì)泡沫塑料芯層可對(duì)蒙皮起支撐作用，另外，硬質(zhì)泡沫塑料芯層還能對(duì)夾芯復(fù)合材料整體強(qiáng)度起加強(qiáng)作用。

目前夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用泡沫主要有硬質(zhì)聚甲基丙烯酰胺(PMI)泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯(PU)泡沫塑料以及硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)泡沫塑料等。

雖然，在夾芯復(fù)合材料中使用硬質(zhì)泡沫塑料芯層具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是也帶來了以下問題：基于不同的使用目的制造的現(xiàn)有發(fā)泡夾芯復(fù)合材料的發(fā)泡芯層與皮層是不同的材料，這就會(huì)對(duì)材料使用后的未來的回收利用產(chǎn)生一定的不良影響，使回收利用過程復(fù)雜繁瑣、冗長(zhǎng)、回收成本高；同時(shí)，不同材料在制造時(shí)使用粘結(jié)進(jìn)行連接，這可能需要特種的膠黏劑或特殊的粘結(jié)介質(zhì)，這不僅造成原料成本提高，而且又使夾芯復(fù)合材料的不同成分更加多而復(fù)雜，也會(huì)影響材料的循環(huán)利用問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種發(fā)泡夾芯材料，所述發(fā)泡夾芯材料的發(fā)泡芯層與表面蒙皮的皮層為同一熱塑性樹脂基體，以解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)泡夾芯材料的皮層和芯層為不同材料且不同層之間需要粘接導(dǎo)致材料成分復(fù)雜難以回收的技術(shù)問題。

本發(fā)明還提供上述的發(fā)泡夾芯材料的制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)泡夾芯材料的皮層和芯層為不同材料且不同層之間需要粘接導(dǎo)致材料成分復(fù)雜難以回收的技術(shù)問題。

本發(fā)明同時(shí)提供上述的該發(fā)泡夾芯材料的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的一種發(fā)泡夾芯材料，是由發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層和纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層組成的三層夾芯結(jié)構(gòu)，其中所述芯層和所述皮層的熱塑性樹脂為同一種熱塑性樹脂。

本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料中的發(fā)泡芯層的基體樹脂和纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料皮層中的基體樹脂為同質(zhì)材料，從而保證了該發(fā)泡夾芯材料的樹脂基體能夠更容易的回收利用。

本發(fā)明的所述發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層的熱塑性樹脂選自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一種或幾種；本發(fā)明所述的纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層的熱塑性樹脂對(duì)應(yīng)的選自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一種或幾種。這些用于發(fā)泡的熱塑性樹脂具有易發(fā)泡、成本低的優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；茝V和應(yīng)用。

優(yōu)選地，本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料的每層皮層的厚度為0.1～5mm，芯層的厚度為1～100mm。本發(fā)明的發(fā)泡材料的皮層和芯層厚度的選擇結(jié)合皮層纖維的選擇保證了材料的高強(qiáng)、高剛、高抗沖擊性能。

本發(fā)明所述的發(fā)泡夾芯材料的皮層為纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料，優(yōu)選其使用的纖維為玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維等無機(jī)纖維的一種或幾種。這些無機(jī)纖維具有高強(qiáng)度和高剛性的特點(diǎn)，可以大大提高該發(fā)泡夾芯材料的整體強(qiáng)度和剛性，適合于制造結(jié)構(gòu)材料。

本發(fā)明所述的發(fā)泡夾芯材料的皮層為纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料，優(yōu)選所述纖維為連續(xù)纖維，即本發(fā)明所述的發(fā)泡夾芯材料的皮層為連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料。皮層的纖維為連續(xù)纖維，不但實(shí)現(xiàn)了皮層的最大強(qiáng)度和剛性，同時(shí)也提高了材料的抗沖擊性能。

優(yōu)選地，本發(fā)明的所述發(fā)泡夾芯材料皮層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料中，連續(xù)纖維可以為連續(xù)纖維織物或由連續(xù)纖維按照不同的角度例如0/90°交疊而成，以保證復(fù)合材料性能的均勻性。

本發(fā)明的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料皮層中連續(xù)纖維的重量含量為10～80％。

一種上述的發(fā)泡夾芯材料的制造方法，包括以下步驟：

(1)發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層的制造；

(2)纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層的制造；

(3)將所述發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層與所述纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層按照皮層/芯層/皮層的三層夾芯結(jié)構(gòu)疊加，然后放入到精確控溫的加熱設(shè)備中加熱進(jìn)行熱復(fù)合，控制加熱時(shí)間以控制芯材表面熔融而內(nèi)部主體保持未熔融狀態(tài)，從而保持芯材的完整性，然后邊保持一定壓力邊冷卻，即得到所述發(fā)泡夾芯材料。

本發(fā)明的制造方法采用熱復(fù)合和冷壓方式將芯層和皮層復(fù)合，避免了使用粘接材料，從而進(jìn)一步地使發(fā)泡夾芯材料的材料成分單一，便于更方便和容易的回收利用。

在本發(fā)明中，所述發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層與所述纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層通常為片材。

所述發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層的制造采用任一種本行業(yè)內(nèi)公知的方法如化學(xué)發(fā)泡或物理發(fā)泡方法，通過擠出工藝，得到發(fā)泡片材。

優(yōu)選地，對(duì)于纖維為連續(xù)纖維的情況，制造熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層的方法為：利用熔融浸漬工藝或其他制造熱塑性復(fù)合材料的工藝制造連續(xù)纖維單向帶，然后利用所述連續(xù)纖維單向帶進(jìn)行不同角度疊加復(fù)合，得到多角度的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料片材。典型的片材為0/90°疊加片材；或采用混纖紗如TwinTEX編織布通過加熱熔融得到纖維織物增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料；或采用連續(xù)纖維織物與熱塑性聚合物薄膜通過熱壓得到連續(xù)纖維織物增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料片材。

本發(fā)明的上述制造方法中，發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層與纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料皮層的熱復(fù)合的設(shè)備并不做特別的限定。本行業(yè)人員所能知曉的具有滿足上述加熱、冷卻方式的設(shè)備皆可使用。

本發(fā)明還請(qǐng)求保護(hù)上述的發(fā)泡夾芯材料作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料由于具有高強(qiáng)、高剛、高抗沖擊性能，同時(shí)又具有質(zhì)輕、隔音隔熱的性能，可以應(yīng)用于建筑模板、車廂板、裝飾板、房車、防彈帳篷、方倉等。

本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料同現(xiàn)有的發(fā)泡夾芯材料相比具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：

1)本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料中發(fā)泡芯材和皮層中的纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料的基體樹脂為同種樹脂，有利于回收利用；

2)本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料的芯層和皮層樹脂基體為同種熱塑性樹脂，從而使層與層之間的復(fù)合能夠采用加熱熔融進(jìn)行復(fù)合，芯層和皮層選用同種樹脂基體技術(shù)結(jié)合加熱熔融復(fù)合工藝，使本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料不需要其它粘結(jié)層，有利于加工，便于回收利用；

3)本發(fā)明發(fā)泡夾芯材料的皮層優(yōu)選為連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料，使得該發(fā)泡夾芯材料具有更高的強(qiáng)度、剛性和沖擊性能，可以大量替代木材、金屬材料而廣泛應(yīng)用。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)泡夾芯材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種發(fā)泡夾芯材料及其制造方法和應(yīng)用，所述發(fā)泡夾芯材料的發(fā)泡芯層與表面蒙皮的皮層為同一熱塑性樹脂基體，以解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)泡夾芯材料的皮層和芯層為不同材料且不同層之間需要粘接導(dǎo)致材料成分復(fù)雜難以回收的技術(shù)問題。

請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明提供一種發(fā)泡夾芯材料，其是由發(fā)泡的熱塑性樹脂芯層2和纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料皮層1組成的三層夾芯結(jié)構(gòu)，其中所述芯層和所述皮層和熱塑性樹脂為同一種熱塑性樹脂。

在本文中，由「一數(shù)值至另一數(shù)值」表示的范圍，是一種避免在說明書中一一列舉該范圍中的所有數(shù)值的概要性表示方式。因此，某一特定數(shù)值范圍的記載，涵蓋該數(shù)值范圍內(nèi)的任意數(shù)值以及由該數(shù)值范圍內(nèi)的任意數(shù)值界定出的較小數(shù)值范圍，如同在說明書中明文寫出該任意數(shù)值和該較小數(shù)值范圍一樣。

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

將1mm厚的0/90°連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯片材(纖維含量50％)作為皮層與微孔發(fā)泡的10mm厚的聚丙烯板材按照連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯片材/微孔發(fā)泡聚丙烯板材/連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯片材的三層夾芯的方式疊加，放置于設(shè)定溫度為190℃的平面加熱板之間進(jìn)行加熱約1分鐘，然后將加熱好的板材迅速轉(zhuǎn)移到通有冷卻水的平面冷卻板之間進(jìn)行冷卻，即可得到以微孔發(fā)泡聚丙烯為芯層，連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料為皮層的夾芯復(fù)合材料板材。

實(shí)施例2

將1.5mm厚的連續(xù)玻璃纖維方格布增強(qiáng)聚丙烯片材(纖維含量60％)作為皮層與微孔發(fā)泡的9mm厚的聚丙烯板材按照連續(xù)玻璃纖維方格布增強(qiáng)聚丙烯片材/微孔發(fā)泡聚丙烯板材/連續(xù)玻璃纖維方格布增強(qiáng)聚丙烯片材的三層夾芯的方式疊加，放置于設(shè)定溫度為190℃的平面加熱板之間進(jìn)行加熱約1.5分鐘，然后將加熱好的板材迅速轉(zhuǎn)移到通有冷卻水的平面冷卻板之間進(jìn)行冷卻，即可得到以微孔發(fā)泡聚丙烯為芯層，連續(xù)玻璃纖維方格布增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料為皮層的夾芯復(fù)合材料板材。

實(shí)施例3

將0.5mm厚的0/90°連續(xù)玄武巖纖維增強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)片材(纖維含量50％)作為皮層與8mm厚的發(fā)泡聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯板材按照連續(xù)玄武巖纖維增強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯片材/發(fā)泡聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯板材/連續(xù)玄武巖纖維增強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯片材的三層夾芯的方式疊加，放置于設(shè)定溫度為280℃的平面加熱板之間進(jìn)行加熱約1分鐘，然后將加熱好的板材迅速轉(zhuǎn)移到通有冷卻水的平面冷卻板之間進(jìn)行冷卻，即可得到以發(fā)泡聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為芯層，連續(xù)玄武巖纖維增強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯復(fù)合材料為皮層的夾芯復(fù)合材料板材。

實(shí)施例4

將1.5mm厚的0/90°連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚氯乙烯(PVC)片材(纖維含量60％)作為皮層與12mm厚的發(fā)泡聚氯乙烯板材按照連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚氯乙烯片材/發(fā)泡聚氯乙烯板材/連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚氯乙烯片材的三層夾芯的方式疊加，放置于設(shè)定溫度為170℃的平面加熱板之間進(jìn)行加熱約1.5分鐘，然后將加熱好的板材迅速轉(zhuǎn)移到通有冷卻水的平面冷卻板之間進(jìn)行冷卻，即可得到以發(fā)泡聚氯乙烯為芯層，連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚氯乙烯復(fù)合材料為皮層的夾芯復(fù)合材料板材。

實(shí)施例5

將2.0mm厚的0/90°連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯(PE)片材(纖維含量60％)作為皮層與8mm厚的發(fā)泡聚乙烯板材按照連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯片材/發(fā)泡聚乙烯板材/連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯片材的三層夾芯的方式疊加，放置于設(shè)定溫度為150℃的平面加熱板之間進(jìn)行加熱約2.0分鐘，然后將加熱好的板材迅速轉(zhuǎn)移到通有冷卻水的平面冷卻板之間進(jìn)行冷卻，即可得到以發(fā)泡聚乙烯為芯層，連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料為皮層的夾芯復(fù)合材料板材。

對(duì)以上實(shí)施例1-5得到的發(fā)泡夾芯材料進(jìn)行性能測(cè)試，得到的各產(chǎn)品的基本性能如下表1。

表1

從表1數(shù)據(jù)可看到，本發(fā)明和上述實(shí)施例發(fā)泡夾芯材料具有更高的強(qiáng)度、剛性和抗沖擊性能，可以大量替代木材、金屬材料而廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明的發(fā)泡夾芯材料由于具有高強(qiáng)、高剛、高抗沖擊性能，同時(shí)又具有質(zhì)輕、隔音隔熱的性能，可以作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于建筑模板、車廂板、裝飾板、房車、防彈帳篷、方倉等。

在本發(fā)明及上述實(shí)施例的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易預(yù)見到，本發(fā)明所列舉或例舉的各原料或其等同替換物、各加工方法或其等同替換物都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料和加工方法的參數(shù)上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。