一种低碳节能生物基复合板及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车内外饰领域，更具体的说，涉及一种低碳节能生物基复合板及其制备方法。

背景技术

随着当前汽车内饰行业越来越趋向于轻量化高性能、低碳节能的发展趋势，对汽车材料的要求也越来越高。一方面，对于纯石油基原料，要求尽可能循环利用，另一方面，生物基材料作为石油基材料的替代品，应用逐渐增多。生物基材料，是利用可再生生物质或(和)经由生物制造得到的原料，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型材料，具有绿色环保可可降解的特点。

专利申请CN109823012A中，该发明提供了一种超轻高吸音GMT增强PU热塑性汽车内饰复合板及其制备方法。该发明复合板自上而下依次为无纺膜、GMT增强层、无纺膜、PU泡沫光板、无纺膜、GMT增强层、无纺膜，它通过无纺膜的粘接3D结构的GMT增强层和PU泡沫光板，经过热复合后得到，克服了传统干法PU板中胶玻膜刚性差，全密闭不开孔，吸音差的缺点，进一步提高PU复合板材料吸音性能和轻量化。

该发明产品在实际使用过程中存在如下问题：

1、虽GMT增强层可呈现3D结构，但是必须在一定的克重条件下才能满足顶棚的强度；

2、GMT中的纤维为非连续性纤维，GMT压成薄板后整体偏软；

3、复合板成型时易出现渗胶与拉裂问题。

4、该材料大部分为石油基材料，环境友好性差。

专利申请CN110126420B中，该专利提出麻纤维增强聚氨酯夹芯复合板的制造工艺中，将除表皮层以外的各层的原料依次叠加到一起，再对其均匀加热软化，然后粘合表皮料，压合成型，冷却固化，切割修整，最终成型麻纤维增强聚氨酯夹芯复合板。

该发明产品在实际使用过程中存在如下问题：

1、板材整体克重偏高。

2、该复合层中聚氨酯泡沫为石油基材料，环境友好性差。

综上所述，为了解决日益严峻的环保问题，满足车用内饰领域对轻量化高性能、低碳节能等要求，优化传统顶棚材料结构，本发明提供了一种低碳节能生物基复合板。目前，关于低碳节能生物基复合板的文献和专利未见报导，本发明进一步针对低碳节能生物基复合板开发作了新型结构设计。

发明内容

本发明的目的是解决以上提出的问题，提供一种低碳节能生物基复合板，进一步提高顶棚材料轻量化以及环保性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种低碳节能生物基复合板，复合板的结构自上而下依次为发泡生物基增强层、粘结层、生物基聚氨酯泡沫板、粘结层、无规连续性纤维层，复合板通过复合机加热复合成板，克重为450±20g/m

作为进一步地改进，本发明所述的发泡生物基增强层为由具有增强作用的生物基纤维、具有熔融粘结作用的聚酯纤维以及能高温膨胀的微球发泡剂组成，增强用生物基纤维和聚酯纤维先通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，通过撒粉工艺将微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材。

作为进一步地改进，本发明所述的发泡生物基增强层的克重为150±10g/m

作为进一步地改进，本发明所述的生物基纤维为麻纤维、竹纤维及其他天然纤维中的一种或二种的混合物。

作为进一步地改进，本发明所述的聚酯纤维为回收再生的聚酯纤维、生物基聚酯纤维中的一种或二种的混合物。

作为进一步地改进，本发明所述的微球发泡剂，其发泡温度175-185℃，可以顶棚成型加热过程中二次发起。

作为进一步地改进，本发明所述的所述无规连续性纤维层为连续性聚酯纤维与连续性玻璃纤维依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

作为进一步地改进，本发明所述的生物基聚氨酯泡沫板为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

作为进一步地改进，本发明所述的粘结层为起粘接作用改性热塑性胶膜，是为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为主的混合物，克重为20±5g/m

本发明还公开了一种低碳节能生物基复合板的制备方法，具体为：

复合线从上而下依次放卷发泡生物基增强层、粘结层、生物基聚氨酯泡沫板、粘结层、无规连续性纤维层，在加热板加热到165～175℃，在0.7～0.9MPa的压力下进行辊压复合，再经传送带传送至冷却区进行冷却，得到一种低碳节能生物基复合板，其克重在450±20g/m2，复合板经过加热，可以冷压成型。

本发明的有益效果如下：

1、低碳节能生物基复合板中的发泡生物基增强层，可以在高温烘烤下二次发泡，在冷模成型过程中给予零部件饱满的表面造型。

2、发泡生物基增强层与中间的生物基聚氨酯泡沫板泡沫板层的复合，一方面有效降低材料的面密度，提高了成型件整体的强度，另一方面为成型后的整个零部件提供绝佳的吸音性和隔热性。

3、低碳节能生物基复合板中两侧的发泡生物基增强层与无规连续性纤维层，在成型过程中和零部件结构中起到了相辅相成的作用。成型过程中，发泡生物基增强层中的生物基纤维与聚酯纤维的配比是45:55-55:45，微球发泡剂含量1wt％-10wt％，成型模腔中压力合适，零部件渗胶少，无规连续性纤维层中的长纤维则让板材在成型过程中减少拉裂风险。零部件结构中，发泡生物基增强层中微球发泡剂的二次起发给零部件提供饱满造型，而无规连续性纤维层则通过长纤维的张力让整个零部件保持良好的尺寸稳定性。

4、本专利首次将发泡生物基增强层、生物基聚氨酯泡沫板、无规连续性纤维层通过粘合层热压形成多层复合结构，提供一种轻量化高强度的新材料结构。

5、本专利使用了可循环利用的聚酯纤维、生物基纤维以及生物基聚氨酯泡沫板，使材料低碳环保并具有可降解性，为今后的低碳环保材料提供一种思路。

附图说明

图1是本发明复合板的结构示意图：

图中，1——发泡生物基增强层，2——生物基聚氨酯泡沫板，3——无规连续性纤维层，4——粘结层。

具体实施例

实施例1

一种低碳节能生物基复合板，其特征在于，所述的复合板的结构自上而下依次为发泡生物基增强层1、粘结层4、生物基聚氨酯泡沫板2、粘结层4、无规连续性纤维层3，克重为450±20g/m

发泡生物基增强层1，由麻纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合线从上而下依次放卷发泡生物基增强层1、20±5g/m

实施例2

一种低碳节能生物基复合板，其特征在于，所述的复合板的结构自上而下依次为发泡生物基增强层1、粘结层4、生物基聚氨酯泡沫板2、粘结层4、无规连续性纤维层3，克重为450±20g/m

发泡生物基增强层1，由竹纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合线从上而下依次放卷发泡生物基增强层1、20±5g/m

实施例3

一种低碳节能生物基复合板，其特征在于，所述的复合板的结构自上而下依次为发泡生物基增强层1、粘结层4、生物基聚氨酯泡沫板2、粘结层4、无规连续性纤维层3，克重为450±20g/m

发泡生物基增强层1，由麻纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将10wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合线从上而下依次放卷发泡生物基增强层1、20±5g/m

实施例4

一种低碳节能生物基复合板，其特征在于，所述的复合板的结构自上而下依次为发泡生物基增强层1、粘结层4、生物基聚氨酯泡沫板2、粘结层4、无规连续性纤维层3，克重为450±20g/m

发泡生物基增强层1，由麻纤维和回收再生的PET纤维以55:45的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合线从上而下依次放卷发泡生物基增强层1、20±5g/m

实施例5

一种低碳节能生物基复合板，其特征在于，所述的复合板的结构自上而下依次为发泡生物基增强层1、粘结层4、生物基聚氨酯泡沫板2、粘结层4、无规连续性纤维层3，克重为450±20g/m

发泡生物基增强层1，由竹纤维和回收再生的PET纤维以55:45的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合线从上而下依次放卷发泡生物基增强层1、20±5g/m

对比例1

复合板的结构中去掉微球发泡剂。

生物基增强层，由麻纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合板自上而下依次为150±10g/m

对比例2

复合板的结构中去掉生物基泡沫。

发泡生物基增强层1，由麻纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为330±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

复合板自上而下依次为330±10g/m

对比例3

复合板的结构中无规连续性纤维层3配比超出优选配比。

发泡生物基增强层1，由麻纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以40:60的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合板自上而下依次为150±10g/m

对比例4

复合板的结构中变更生物基纤维为玻璃纤维。

发泡增强层，由玻璃纤维和回收再生的PET纤维以45:55的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合板自上而下依次为150±10g/m

对比例5

复合板的结构中发泡生物基增强层1配比超出优选配比。

发泡生物基增强层1，由麻纤维和回收再生的PET纤维以60:40的比例，通过非织造针刺加固工艺经开松、混合、梳理制得均匀的单纤维网，再将1wt％微球发泡剂均匀分散于单纤维网表面，再经交叉铺网、针刺固结制备得到毡，再由复合机压制成卷材，克重为150±10g/m

无规连续性纤维层3，由回收再生的PET纤维和玻璃纤维以55:45的比例，依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，克重为100±10g/m

生物基聚氨酯泡沫板2为使用生物基聚醚组合料和生物基异氰酸酯化学发泡形成，其密度为30±3kg/m

复合板自上而下依次为150±10g/m

表1实施例的复合板的结构与性能结果

表2对比例的复合板的结构与性能结果

通过以上对比案例可以看出，本发明专利中的复合材料的性能，相比常规的纤维增强表皮/聚氨酯泡沫/纤维增强表皮的复合材料性能，其发生了根本性的转变，复合板的性能也出现了倍数差异。

从实施例对比发现：

同样的结构，不同的微球发泡剂用量，复合材料的吸音性、强度不一样：微球发泡剂含量越高，吸音效果越好，同时板材成型后顶棚的强度也越好；

同样的结构，同样的材料，同样的微球发泡剂含量，不同的生物基纤维，对吸音与强度的影响非常小；

同样的结构，同样的材料，同样的微球发泡剂含量，不同的生物基纤维配比(在优选配比范围内)，对吸音与强度的影响非常小。

从实施例与对比例的对比来看：

结构中去掉生物基成分的生物基纤维和(或)生物基泡沫，整个结构中生物基(回收料)占比下降；

当结构中去掉微球发泡剂后，生物基增强纤维层的发起高度明显不如实施例，导致顶棚整体偏软；

当结构中去掉生物基泡沫后，三明治结构失去支撑层，顶棚偏软，吸音变差；

当结构中采用玻璃纤维替代生物基纤维，整体性能接近，说明生物基纤维在此结构中可以与玻璃纤维等同替换。当结构中使用生物基纤维，可以提高生物基(回收料)的量在整个结构中的占比。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。