[发明专利]一种轻质纤维增强热塑性复合板材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质纤维增强热塑性复合板材，包括依次布设的外层、中间层、内层和底层；外层、中间层、内层和底层通过加热加压复合制成板材；所述外层为阻燃装饰膜层；中间层为第一纤维增强热塑性阻燃树脂层；内层为轻质空心玻璃微球填充阻燃树脂层；底层为第二纤维增强热塑性阻燃树脂层；本发明利用多层阻燃树脂薄膜和各层间均匀分散的增强纤维通过热压方法制备纤维增强热塑性阻燃树脂层，纤维增强热塑性层具有很高的拉伸强度和拉伸模量，从而保证了三明治结构的整体结构刚度和抗刺穿能力。同时利用中空玻璃微球填充，进一步降低了热塑性复合材料的比密度。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种轻质纤维增强热塑性复合板材及其制备方法。

背景技术

在民用航空、轨道交通及特种车辆等应用领域，对材料的性能往往具有很高的要求，这些性能包括力学性能、阻燃性能、耐候性能、耐化学性能及可成型性能等。以航空内饰产品为例，在大型民用飞行器中，大量采用了先进高分子材料来制造飞机座椅部件、桌板、扶手、舷窗、遮阳板、侧壁板、货仓地板乃至行李架板等。为满足这些应用需求，材料需要具有优异的防火性能，如满足FAA25.853部中的60秒垂直燃烧实验要求，以及低燃烧发烟及低烟雾毒性要求等。为节省燃油消耗，降低飞机运营成本，各大飞机内饰制造商都对材料的轻量化提出了极高的要求，力求用重量最少的材料，实现最佳的力学设计方案。因此碳纤维复合材料、高强航空铝合金、钛合金等高模量材料在航空应用中不断得以推陈出新。但这些材料往往成本极为昂贵，加工工艺复杂。为满足轻量化及部件装配的需求，常需要大量的铣削抛磨喷涂等后加工，材料的实际利用率很低，所制备的部件更为昂贵。

近年来纤维增强片状模塑料（SMC）材料在轨道交通及汽车等领域得到了成功的应用，该材料主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂，填料及各种助剂组成。在加热及模压条件下，不饱和树脂体系受热固化，与增强纤维协同作用形成高模量高强度的制品。 这种加工工艺可以制备较大尺寸、要求优越电性能，耐腐蚀性能的部件，SMC制品质轻、可以采用模压大批量成型，其机械性能可以与部分金属材料相媲美。纤维增强片状模塑料本质上还是一种热固性塑料，最终制品不能回收利用，绝大部分目前只能作为固体废弃物填埋。而且在成型过程中大量不饱和树脂及助剂的使用，对环境及操作工人都带来潜在的危害。因此工业界需要寻找一种更环保、更轻质、更易于加工的材料解决方案。

长纤维增强热塑性复合板材同样具备优异的力学性能。而热塑性树脂材料作为基材，更使得最终制品具有环保可回收的优点。热塑性复合板材的加工方法也相对多样且成熟，由于其本身加热条件下的可塑性，可以很便捷的利用热压、真空吸塑、Insert Molding嵌件包覆等塑料成型工艺来实现大面积、薄壁乃至复杂形状部件的精密成型，因而具有很强的应用潜力。目前在建筑及乘用车领域已经有不同的聚乙烯基、聚丙烯基或尼龙基复合材料制造工艺及成功应用案例。但在航空及轨道交通领域，如前所述及，材料的阻燃性能、耐化性能、耐候性能及力学性能要求要比建筑及乘用车往往要高出许多，目前的已知材料在综合性能上不能满足航空及轨道交通类应用的要求。而且航空及轨道交通领域对材料的轻量化要求极高，要尽可能的提高材料的比强度，比刚度，并在满足阻燃及力学等性能前提下减少重量。

针对以上问题，故，有必要对其进行改进。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题，而提供一种具有优异的阻燃性、高模量、良好的装饰性以及良好的减重效果，并且满足航空及轨道交通、特种车辆使用要求的，还具有轻量化、易成型、环保可回收的轻质纤维增强热塑性复合板材及其制备方法。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种轻质纤维增强热塑性复合板材，包括依次布设的外层、中间层、内层和底层；外层、中间层、内层和底层通过加热加压复合制成板材；所述外层为阻燃装饰膜层；中间层为第一纤维增强热塑性阻燃树脂层；内层为轻质空心玻璃微球填充阻燃树脂层；底层为第二纤维增强热塑性阻燃树脂层。