專利名稱：：使塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材和使用該復(fù)合基材的纖維增強(qiáng)塑料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，以及使用這種復(fù)合基材的纖維增強(qiáng)塑料。通常使用樹脂泡沫塑料(resinfoam)作為纖維增強(qiáng)塑料(下面簡稱為FRP)的內(nèi)芯層材料，使得FRP產(chǎn)品的重量變輕并改善其剛度，或者進(jìn)一步使之具有隔熱性能。作為用于這種FRP產(chǎn)品的模塑方法，目前常用將纖維薄氈和具有溶劑耐受性并對用于模塑FRP的樹脂具有良好親和性的樹脂泡沫塑料交替層壓的手工鋪疊法(HLU法)；或者樹脂轉(zhuǎn)移模塑法(RTM法)，該方法使用被纖維薄氈所包裹或夾在中間的泡沫塑料。但是，這種用于FRP產(chǎn)品的常規(guī)模塑方法具有下列缺點(diǎn)(1)將纖維薄氈和樹脂泡沫塑料交替層壓，或者用纖維薄氈包裹或夾心泡沫塑料需要耗費(fèi)許多時間和勞動力；(2)FRP層和樹脂泡沫塑料之間的粘合僅依靠樹脂的化學(xué)粘合力。因此，如果該粘合力是弱的，則由于外力或長時間內(nèi)各種材料不同的膨脹或收縮而很可能發(fā)生剝離，從而使品質(zhì)下降。因此存在著必須使用與模塑樹脂高度相容的樹脂泡沫塑料這一限制。另外，F(xiàn)RP產(chǎn)品的剪切強(qiáng)度是差的。(3)作為解決上面缺點(diǎn)(2)的一種方法，提出了使用具有連續(xù)泡孔的樹脂泡沫塑料片，使FRP模塑樹脂滲入該連續(xù)泡孔的樹脂泡沫塑料片中，以改善與FRP層的粘合力。但是，發(fā)現(xiàn)該方法存在著密度增加并同時使隔熱性能下降的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，該復(fù)合基材的重量輕并具有優(yōu)良的剛度和隔熱性能，適用于模塑纖維增強(qiáng)塑料，并提供使用該復(fù)合基材的纖維增強(qiáng)塑料。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，它包括用針刺(needling)成一體的纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片。另外，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供纖維增強(qiáng)塑料，它包括用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，該復(fù)合基材包含用針刺成一體的纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片，和施加至該用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材上并被固化的樹脂，其中樹脂借助于針刺穿部分滲入基材的另一側(cè)并被固化。下面，參照較好的實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。在附圖中圖1是用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材的制備方法的一個實(shí)例的示意圖。圖2是用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材的側(cè)視圖，顯示纖維薄氈的纖維穿過密閉泡孔的泡沫塑料片的針刺穿部分的狀況。圖3是用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材的制備方法的另一個實(shí)例的示意圖。如上所述，用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材包括纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片。所述纖維薄氈可以是例如表面平整薄氈、短切原絲薄氈、連續(xù)原絲薄氈或紙，其中可使用樹脂粉或樹脂乳液將單股纖維或絞合股纖維化學(xué)地粘合成片材，或者可以使用機(jī)械方法，如用針刺或機(jī)械縫紉將它們結(jié)合成片材。這種纖維薄氈的單位重量最好為20-1200g/m2。另外，由所用纖維薄氈種類所決定的最好的單位重量是從經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)考慮的(它對應(yīng)于可市售獲得產(chǎn)品的范圍)。表面平面薄氈、紙20-100g/m2短切原絲薄氈、連續(xù)原絲薄氈200-1200g/m2用于構(gòu)成這種纖維薄氈的纖維可以是，例如無機(jī)纖維如玻璃纖維、陶瓷纖維或碳纖維，或者是有機(jī)纖維如聚酯纖維。另一方面，作為本發(fā)明中與上述纖維薄氈一起使用的密閉泡孔的泡沫塑料片，其厚度可以為1-50mm，最好為3-10mm。這種密閉泡孔的泡沫塑料片可由例如丙烯酸樹脂、氯乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯/聚苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)或橡膠制成。即可使用任何材料，只要它是能形成密閉泡孔的泡沫塑料的樹脂即可。但是，由于該樹脂將在模塑FRP時使用，因此形成泡沫塑料的樹脂需要具有溶劑耐受性(耐受溶劑的種類取決于所使用的模塑樹脂)。這種密閉泡孔的泡沫塑料片的發(fā)泡幅度常在5-50倍的范圍內(nèi)，最好為10-30倍。如果該發(fā)泡幅度較低，則重量下降及隔熱效果會變差。另一方面，如果發(fā)泡幅度太高，則該泡沫塑料會在FRP形成過程中作為緩沖材料，從而會降低工作效率。用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材可如下制得，例如，如圖1所示，用縫紉機(jī)械3將纖維薄氈1和密閉泡孔的泡沫塑料片2刺成一體，以便例如如圖2所示，纖維薄氈1的至少部分纖維4穿過密閉泡孔的泡沫塑料片2中的針刺穿的部分5。另外，如圖3所示，可將纖維薄氈1置于密閉泡孔的泡沫塑料片2的兩側(cè)，以便將薄氈1和泡沫片2用針刺成一體?？煞謩e使用一種或多種纖維薄氈1和密閉泡孔的泡沫塑料片2進(jìn)行針刺。在組合使用不同種類的纖維薄氈的情況下，最好使用如表面平整薄氈那樣具有光滑表面的薄氈作為最外面一層進(jìn)行針刺，使得模塑后FRP具有光滑的表面。在上述針刺中，針孔數(shù)可以例如在1-100孔/cm2，最好在3-50孔/cm2的范圍內(nèi)，在需要考慮隔熱性的情況下，針孔數(shù)應(yīng)盡可能少。另外，為了提高粘合性能，可將粘合劑置于纖維薄氈1和密閉泡孔的泡沫塑料片2之間，或者用合適的線將纖維薄氈1和密閉泡孔的泡沫塑料片2縫制在一起。在后面的情況中，縫紉線無需使用與纖維薄氈相同的纖維制成?？稍谏a(chǎn)線上用縫紉機(jī)械預(yù)先針刺纖維薄氈1和密閉泡孔的泡沫塑料片2制得用于塑料增強(qiáng)具有所述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明復(fù)合基材，或者可使用上面裝有針刺針的合適的輥在操作點(diǎn)上進(jìn)行針刺制得該復(fù)合基材?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)所述針的直徑改變?nèi)绱酥频玫挠糜谒芰显鰪?qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材中針刺穿部分(針孔)的直徑。針的直徑通常為0.3-3mm，最好為0.7-2.5mm。如上所述，用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材是一種纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片用針刺成一體的復(fù)合基材。當(dāng)使用這種用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材模塑FRP或制造FRP產(chǎn)品時，可以獲得下列效果。即，可簡單地將FRP模塑樹脂施加在用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材上形成FRP或制造FRP產(chǎn)品。因此，由于在FRP形成過程中樹脂通過針刺穿部分進(jìn)行滲透，所以無需設(shè)置密閉泡孔的泡沫塑料和纖維薄氈的設(shè)置時間，并可縮短FRP的形成時間。結(jié)果，與單獨(dú)使用纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片的情況相比，操作可很快完成。用于形成FRP或制造FRP產(chǎn)品的樹脂可以是通常已知的液態(tài)熱固性樹脂。它最好是，例如不飽和的聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、酚醛樹脂(phenolresin)、甲基丙烯酸甲酯樹脂、環(huán)氧樹脂、二環(huán)戊二烯樹脂或呋喃樹脂。從浸漬性能和模塑性的觀點(diǎn)看，其中的不飽和聚酯樹脂是最好的。如此得到的本發(fā)明纖維增強(qiáng)的塑料包含由針刺成一體的纖維薄氈和密閉泡孔的塑料片組成的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，以及施加至該用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材上并被固化的樹脂，其中樹脂通過針刺穿的部分滲透至另一側(cè)并固化，使得密閉泡孔的泡沫塑料片與FRP層之間的粘合不僅依靠化學(xué)粘合力，還依靠在針刺穿部分用于模塑FRP的樹脂的滲透和固化以及進(jìn)入密閉泡孔的泡沫塑料片的樹脂的滲透部分形成的固定作用，從而形成強(qiáng)的機(jī)械粘合。因此，就作為密閉泡孔的泡沫塑料片的材料而言，僅需考慮其溶劑耐受性，而無需考慮與FRP模塑樹脂的化學(xué)粘合性能。另外，在本發(fā)明纖維增強(qiáng)塑料中用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材是通過將纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片用針刺成一體獲得的。因此，簡單地將樹脂施加在上層纖維薄氈上，樹脂就會滲透針刺穿部分(在密閉泡孔的泡沫塑料片上由針刺形成的孔)進(jìn)入下面一側(cè)并被固化，從而可簡化模塑生產(chǎn)。另外，由于在上述用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材中使用了密閉泡孔的泡沫塑料片，因此可獲得與常規(guī)產(chǎn)品具有相同剛度級別的FRP產(chǎn)品，同時，通過改變針孔數(shù)，可任意地用樹脂代替部分密閉泡孔的泡沫塑料片，從而可以任意地調(diào)節(jié)密閉泡孔的泡沫塑料片部分的密度，可獲得具有任意剛度的FRP產(chǎn)品。另外，在本發(fā)明纖維增強(qiáng)塑料中，纖維薄氈的部分纖維滲透過密閉泡孔的泡沫塑料片的針刺穿部分，并且向該處施加樹脂以形成柱狀的FRP，從而改進(jìn)了壓縮強(qiáng)度，即使受到?jīng)_擊，也不會在FRP層和密閉泡孔的泡沫塑料片之間的界面上產(chǎn)生剝離。為了改善剛度和隔熱性能，可使用多層用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材。下面，參照實(shí)施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。但是，應(yīng)該理解本發(fā)明不受這些特殊實(shí)施例的限制。實(shí)施例1用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材的制備將單位重量為450g/m2的玻璃短切原絲薄氈(AsahiFiberGlassCo.，Ltd制)置于厚度為3mm、用聚乙烯制成的30倍發(fā)泡的密閉泡孔的泡沫塑料片(商品名為Softron，SekisuiChemicalCo.，Ltd制)的兩側(cè)，用針將薄氈和泡沫片刺成一體，獲得用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材。針孔數(shù)量為22孔/cm2。FRP模塑向上述用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材上施加下列組成的樹脂并進(jìn)行FRP模塑。原型(ortho-type)聚酯樹脂100份(加有環(huán)烷酸鈷)過氧化甲基乙基酮1份實(shí)施例2使用與實(shí)施例1相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是30倍發(fā)泡的密閉泡孔的泡沫塑料片的厚度改成5mm，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。實(shí)施例3使用與實(shí)施例1相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是玻璃短切原絲薄氈僅置于30倍發(fā)泡的密閉泡孔泡沫塑料片的一側(cè)，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。實(shí)施例4使用與實(shí)施例1相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是玻璃短切原絲薄氈僅置于30倍發(fā)泡的密閉泡孔泡沫塑料片的一側(cè)，30倍發(fā)泡的密閉泡孔的泡沫塑料片的厚度改成5mm，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。實(shí)施例5使用與實(shí)施例1相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是針孔數(shù)改成6.5孔/cm2，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。比較例1使用與實(shí)施例1相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是不進(jìn)行針刺，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。比較例2使用與實(shí)施例3相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是不進(jìn)行針刺，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。比較例3使用與實(shí)施例3相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是不進(jìn)行針刺，使用30倍發(fā)泡的連續(xù)泡孔泡沫塑料代替30倍發(fā)泡的密閉泡孔泡沫塑料，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。比較例4不使用30倍發(fā)泡的密閉泡孔泡沫塑料片，將單位重量為450g/m2的玻璃短切原絲薄氈(AsahiFiberGlassCo.，Ltd制)相互疊合，用相同于實(shí)施例1的方式進(jìn)行FRP模塑。比較例5和6使用與比較例1(稱為比較例5)和比較例2(稱為比較例6)相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是30倍發(fā)泡的密閉泡孔的泡沫塑料片的厚度改成5mm，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。比較例7使用與比較例3相同的方法制備用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，但是30倍發(fā)泡的連續(xù)泡孔的泡沫塑料片的厚度改成5mm，用相同的方式進(jìn)行FRP模塑。比較試驗(yàn)對上面制得的FRP產(chǎn)品進(jìn)行各種比較試驗(yàn)。結(jié)果見表1和表2。表1和表2中的空格表示未進(jìn)行測量。表1</tables>表2</tables>從上面表1和2可見，與比較例1-7的FRP產(chǎn)品相比，實(shí)施例1-5的FRP產(chǎn)品具有優(yōu)良的剛度并具有高的隔熱性能。試驗(yàn)方法如下。剪切強(qiáng)度從FRP產(chǎn)品制得寬25mm、長200mm的試樣，在上層FRP層的中部沿寬度方向刻一道口子(notch)，在下層FRP層上距上層FRP層刻口25mm處沿寬度方向也刻一道口子，在距試條兩端各50mm處用夾具夾住試樣并沿縱向拉伸之，測量上層或下層FPP層從泡沫塑料片上剝落時的強(qiáng)度。壓縮強(qiáng)度根據(jù)JISK69115.19，用25mm直徑的壓縮頭(compresshead)壓縮大平板狀的FRP產(chǎn)品。熱耐受性根據(jù)JISA1412測量熱導(dǎo)性，由熱導(dǎo)性和測量的厚度來測定熱耐受性。彎曲試驗(yàn)的剛度根據(jù)JISK7055，用25mm寬的試樣測量在10kg負(fù)荷下的撓曲。如上所述，纖維薄氈和密閉泡孔泡沫塑料片被用針刺成一體的用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明基材的重量輕、具有優(yōu)良的剛度以及優(yōu)良的模塑FRP層和密閉泡孔片之間的粘性，因此適用于模塑具有隔熱性能的纖維增強(qiáng)的塑料。另外，就用于塑料增強(qiáng)的本發(fā)明復(fù)合基材而言，通過改變針孔的數(shù)量，可任意地用樹脂代替部分密閉泡孔泡沫塑料片，從而可調(diào)節(jié)密閉泡孔泡沫塑料片部分的密度。因此，它具有可獲得任意剛度的FRP產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。權(quán)利要求1.用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，它包含用針刺成一體的纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片。2.如權(quán)利要求1所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于所述纖維薄氈是置于密閉泡孔的泡沫塑料片兩側(cè)的，并且纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片是用針刺成一體的。3.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于所述纖維薄氈是表面平整薄氈、短切原絲薄氈、連續(xù)原絲薄氈或紙。4.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于所述纖維薄氈的單位重量為20-1200g/m2。5.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于所述纖維薄氈的纖維是無機(jī)纖維如玻璃纖維、陶瓷纖維或碳纖維，或者是有機(jī)纖維如聚酯纖維。6.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于所述密閉泡孔的泡沫塑料片是由丙烯酸樹脂、氯乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯/聚苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物或橡膠制成的。7.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于所述纖維薄氈的至少部分纖維穿透密閉泡孔的泡沫塑料片中的針刺穿部分。8.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于針孔數(shù)為1-100孔/cm2。9.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于將粘合劑置于纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片之間。10.如權(quán)利要求1或2所述的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，其特征在于用合適的線縫紉纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片。11.纖維增強(qiáng)塑料，包含由針刺成一體的纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片組成的用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材，以及施加至該用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材上并被固化的樹脂，其特征在于樹脂通過針刺穿的部分滲透至基材的另一側(cè)并固化。12.如權(quán)利要求11所述的纖維增強(qiáng)塑料，其特征在于用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材中的纖維薄氈置于密閉泡孔的泡沫塑料片的兩側(cè)，并將纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片用針刺成一體。13.如權(quán)利要求11或12所述的纖維增強(qiáng)塑料，其特征在于樹脂借助于纖維薄氈穿透針刺穿部分的纖維滲入基材的另一側(cè)并被固化。全文摘要用于塑料增強(qiáng)的復(fù)合基材,它包含用針刺成一體的纖維薄氈和密閉泡孔的泡沫塑料片。文檔編號B32B5/28GK1176873SQ971161公開日1998年3月25日申請日期1997年7月29日優(yōu)先權(quán)日1996年7月29日發(fā)明者伊藤晴康,荒木定男,安田義信,辻修也申請人:旭玻璃纖維股份有限公司