一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法

摘要

本发明公开了一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法，压板机分为加热区和冷却区两部分，在连续制板时通过调控压板机加热区和冷却区上下板的温度差来控制非对称GMT纤维复合板材的上下表层冷却后的收缩程度相当，使得上下表层结构非对称GMT纤维复合板材的不对称表层的胶膜和无纺布冷却后的收缩程度接近一致，两者收缩应力相互抵消，从而使非对称GMT纤维复合板材平整。本发明针对不同克重和成分的非对称结构GMT纤维复合板材，通过调节高压机加热板和冷却区上下板温度的差异，将GMT纤维复合板材的翘曲量控制在≤5cm，可得到拥有理想平整度的GMT纤维复合板材。

权利要求

1.一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法，其特征在于，压板机分为加热区(8)和冷却区(9)两部分，在连续制板时通过调控压板机加热区(8)和冷却区(9)上下板的温度差来控制非对称GMT纤维复合板材的上下表层冷却后的收缩程度相当，所述上下表层结构非对称GMT纤维复合板材为三层结构，依次为表皮结构层一(1)、GMT芯层(2)、表皮结构层二(3)，所述的表皮结构层一(1)和表皮结构层二(3)为非对称结构，所述表皮结构层一(1)为针刺无纺布、表皮结构层二(3)为热熔胶膜，或所述表皮结构层一(1)为热熔胶膜、2

表皮结构层二(3)为针刺无纺布，两者的材料克重均处于100‑200g/m 之间，所述无纺布成分为PET纤维，所述热熔胶膜成分为PP、PE、EVA、PES和PA其中的一种或多种，所述的非对称结构GMT纤维复合板材翘曲高度要求≤5cm，通过智能温控系统调控压板机加热区(8)和冷却区(9)上下板的温度，将对应板材翘曲侧背面加热区(8)和冷却区(9)温度分别控制在

210‑220℃和70‑90℃之间，对应板材翘曲侧正面加热区(8)和冷却区(9)温度控制在190‑

200℃之间和20‑40℃之间，所述的翘曲侧正面对应加热区(8)与冷却区(9)下板，所述的翘曲侧背面对应加热区(8)与冷却区(9)上板。

2.根据权利要求1所述的上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法，其特征在于，所述加热区(8)和冷却区(9)长度均为2.5‑3m，所述加热区(8)上板温度处于210‑220℃之间，所述加热区(8)下板温度处于190‑200℃之间，所述加热区(8)上下板间隙处于4.5‑

5.5mm之间，所述冷却区上板(12)温度处于70‑90℃之间，所述冷却区下板(13)温度处于20‑

40℃之间，所述冷却区(9)上下板间隙处于4.0‑5.0mm之间；所述压板机运行速度处于4‑6m/min之间。

3.根据权利要求1所述的上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法，其特征

2

在于，所制得的上下表层结构非对称GMT纤维复合板材的密度范围为1200‑1400g/m。

说明书

一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车外饰部件纤维复合板材范畴，具体地说，涉及一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法。

背景技术

[0002] 汽车底护部件是一种用来保护汽车底盘，可防止行车过程中汽车底部裸露部位(发动机底部、车身底部等)遭受外部杂物(碎石、沙土等)冲击所带来的不可预计破坏，对汽车底部关键部位起到良好的保护作用。

[0003] GMT纤维复合板材是目前汽车底护中最为常见的材料之一，为了获得更为良好的2
防冲击和防水效果，现在许多主机厂往往采用高克重(150‑200g/m)热塑性热熔胶膜作为
2
外观面，而出于产品成本考虑，另一面通常设计为PET针刺无纺布(100‑120g/m)，这样设计虽然规避了高成本风险，但由于产品结构的非对称设计，热塑性热熔胶膜其高结晶性带来的高于背面PET针刺无纺布收缩率，导致成品板材往往两边起翘高度超过管控标准(≤
5cm)。而板材过高的翘曲量不仅带来影响美观、不方便运输等问题，而且还会导致客户处出现自动上料失败、成型件翘曲以及进烘箱失败等一系列问题。因此，解决上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲问题意义重大。

发明内容

[0004] 本发明目的为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲量的改善方法。

[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 本发明公开了一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法，压板机分为加热区和冷却区两部分，在连续制板时通过调控压板机加热区和冷却区上下板的温度差来控制非对称GMT纤维复合板材的上下表层冷却后的收缩程度相当，使得上下表层结构非对称GMT纤维复合板材的不对称表层的胶膜和无纺布冷却后的收缩程度接近一致，两者收缩应力相互抵消，从而使非对称GMT纤维复合板材平整。

[0007] 作为进一步地改进，本发明上下表层结构非对称GMT纤维复合板材为三层结构，依次为表皮结构层一、GMT芯层、表皮结构层二，表皮结构层一和表皮结构层二为非对称结构，表皮结构层一为针刺无纺布、表皮结构层二为热熔胶膜，或表皮结构层一为热熔胶膜、表皮2
结构层二为针刺无纺布，两者的材料克重均处于100‑200g/m之间，无纺布成分为PET纤维，热熔胶膜成分为PP、PE、EVA、PES和PA其中的一种或多种，非对称结构GMT纤维复合板材翘曲高度要求≤5cm。

[0008] 作为进一步地改进，本发明通过智能温控系统调控压板机加热区和冷却区上下板的温度，将对应板材翘曲侧背面加热区和冷却区温度分别控制在210‑220℃和70‑90℃之间，对应板材翘曲侧正面加热区和冷却区温度控制在190‑200℃之间和20‑40℃之间，翘曲侧正面对应加热区与冷却区的下板，翘曲侧背面对应加热区与冷却区的上板。利用高温减慢翘曲背侧辅料冷却结晶定型过程，增加其结晶度，增强辅料的收缩程度；而低温可使板材翘曲面辅料经历一个快速降温过程，使其分子链无法及时从无规线团态转变为规整取向态，减小其结晶度，从而减弱该侧辅料的收缩程度，使板材两侧表面辅料结晶程度差异所带来的应力收缩相互抵消，从而使板材达到平整效果。

[0009] 作为进一步地改进，本发明所述的加热区和冷却区长度均为2.5‑3m，加热区板长直接决定了材料能否充分受热，冷却区板长则决定了材料能否充分冷却定型，2.5‑3m的板区长度设计正好能够满足以上要求；加热区上板温度处于210‑220℃之间，加热区下板温度处于190‑200℃之间，上下板温度差异设置的目的是为了使表皮结构层能够在其对应的温度范围区间内受热程度产生差距，以此弥补材料本身受热带来的形变差异，使上下表皮结构层受热卷曲程度接近；加热区上下板间隙处于4.5‑5.5mm之间，加热板间隙设定为4.5‑5.5mm之间目的是为了使材料能够充分受热；冷却区上板温度处于70‑90℃之间，冷却区下板温度处于20‑40℃之间，冷却板上下板温度差异设置的目的是为了利用上下板温差来影响对应面表皮结构层的结晶速率，从而使上下表皮结构层的结晶程度接近已到达控制板材平整的效果；冷却区上下板间隙处于4.0‑5.0mm之间；压板机运行速度处于4‑6m/min之间。
冷却区上下板间隙设置为4.0‑5.0mm目的是控制最终成品板材的厚度在4.0±0.5mm，压板机运行速度设置为4‑6m/min目的是为了能够在制备出理想平整度板材的前提下尽量做到更高的产速。

[0010] 作为进一步地改进，本发明所制得的上下表层结构非对称GMT纤维复合板材的密2
度范围为1200‑1400g/m ，比传统车用注塑件材料轻约2‑3kg，质轻、高强且成型便捷是其主要优点。

[0011] 本发明的有益效果如下：

[0012] 1.本发明提出来了一种解决上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲超标的实用改善方案，针对不同克重和成分的非对称结构GMT纤维复合板材，通过调节高压机加热板和冷却区上下板温度的差异，将GMT纤维复合板材的翘曲量控制在≤5cm，可得到拥有理想平整度的GMT纤维复合板材。

[0013] 2.本发明所述制备方法中，压板机上加热区温度控制在210‑220℃之间，目的是使PET纤维充分受热，使其分子链充分由规整取向状态向无规线团状态转变，增强PET纤维层的收缩。压板机下加热板温度控制在190‑200℃之间，目的是适当减少PP胶膜受热从而减弱其收缩的同时又可以保证PP胶膜与基材具备良好粘结效果。

[0014] 3.发明所述制备方法中，压板机冷却区上板温度控制在70‑90℃之间，利用相对高温减慢翘曲背侧辅料冷却结晶定型过程，增加其结晶度，增强翘曲背面的收缩程度；压板机冷却区下板温度控制在20‑40℃之间，使板材翘曲面辅料经历一个快速降温过程，使其分子链无法及时从无规线团态转变为规整取向态，减小其结晶度，从而减弱该侧辅料的收缩程度，使板材两侧表面辅料结晶程度差异所带来的应力收缩相互抵消，经历冷却区可使板材充分冷却定型，达到理想的平整度。

[0015] 4.本发明所述一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材密度范围为1200‑2
1400g/m，比传统车用注塑件材料轻约2‑3kg，质轻、高强且成型便捷是其主要优点。

附图说明

[0016] 图1为本发明上下表层结构非对称GMT纤维复合板的结构示意图；

[0017] 图2为本发明生产设备示意图；

[0018] 图3为本发明压板机冷却区示意图；

[0019] 图中，1是表皮结构层一，2是GMT芯层，3是表皮结构层二，4是GMT毡材，5是高温烘箱，6是压辊，7是辅料，8是加热区，9是冷却区，10是进水管，11是出水管，12是冷却区上板13是冷却区 下板

具体实施方式

[0020] 本发明公开了一种上下表层结构非对称GMT纤维复合板材翘曲改善方法，图1为本发明的结构示意图，GMT纤维复合板材为多层结构，依次为表皮结构层一1、GMT芯层2和表皮结构层二3。GMT纤维复合板材的翘曲高度范围控制在≤5cm。具体生产过程：先将热塑性聚丙烯纤维(PP纤维)和玻璃纤维(GF纤维)按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得混纺GMT纤维毡，将GMT纤维毡材4置于高温烘箱5中，待聚丙烯充分熔化在其表面覆胶膜和无纺布等辅料7后随即进入压板机中，高温复合冷却定型以后得到所述非对称结构GMT纤维复合板材。高温烘箱5温度范围：200‑215℃，压板机加热区8温度范围为190‑220℃，压板机冷却区9温度范围为20‑90℃，压板机上下板间隙范围为4‑5mm。本发明主要是利用智能温控系统将压板机加热区8发明和冷却区9的上下板温度分别控制在所需要的温度区间内，通过上下板的温度差弥合板材上下面辅料7结晶性能区别所带来的的板材翘曲高度差。

[0021] 图3为本发明压板机冷却区示意图；可通过调节两者的间隙来控制最终成品板材的厚度。冷却水通过净水管10并沿着箭头所指方向分别进入冷却区上板12和冷却区下板13中，之后分别沿着出水管11排出，从而得到冷却水的循环。冷却水温是由智能温控装置调控。

[0022] 结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案：

[0023] 实施例一：

[0024] 一种奇瑞星途汽车GMT纤维底护板材，其面密度为1400g/m2，板材厚度4mm，板材翘曲量要求≤5cm。

[0025] 具体制备方法如下：

[0026] (1)将热塑性PP纤维和GF纤维按指定比例(60％：40％)混合均匀，经过梳理、铺网、针刺三个流程制备得到所述GMT芯层2。

[0027] (2)所述GMT芯层2进入高温烘箱5加热烘烤，温度设置范围为200‑215℃，出烘箱5后于所述GMT芯层2上表面(对应冷却区9上板)覆表皮结构层二3(PET针刺无纺布；110g/2 2
m)，下表面(对应冷却区9下板)覆表皮结构层一1(PP热熔胶膜；200g/m)后进入压板机，压板机加热区8上板温度为220℃，压板机加热区8下板温度为195℃，压板机冷却区9上板温度为70‑90℃，压板机冷却区9下板温度为20‑40℃，冷却定型后得到所述非对称结构GMT纤维复合板材。

[0028] (3)控制其他参数相同，通过对调设置压板机冷却区9上下板温度来生成对比例一[0029] 表一.冷却区9不同工艺GMT纤维板材翘曲结果对比

[0030]

[0031] 以此方法制备而成的复合板材，检测了8片板材，分别为编号1‑8，由表一可知，冷却区9上下板工艺的变化对于非对称GMT纤维板材的翘曲程度影响较大，保持其他参数条件相同的情况下，对比例一冷却区9上下板温度对调会导致板材更高的翘曲量，原因是相比于PET，PP由于其分子链结构规整且对称，具备更高的结晶度，而当PP面1温度远高于PET无纺布面3时，PP热熔胶膜受热冷却后结晶速率远高于PET纤维，导致PP热熔胶膜1的收缩程度会大于PET针刺无纺布层3，从而导致板材朝向PP热熔胶膜层1方向发生严重的单侧翘曲。而当实施例一中冷却区9上板温度远高于下板温度时，PET无纺布面3冷却较慢，使其分子链能够充分由无规线团向规整取向状态转变，从而增大PET无纺布层3的结晶程度，增强PET纤维3的收缩，而低温会使PP热熔胶膜1快速冷却，分子链来不及规整排列，结晶程度较小。通过上下板的温度差弥合板材上下面辅料7结晶性能区别所带来的的板材翘曲高度差，使板材翘曲控制在标准范围内。

[0032] 实施例二：

[0033] 一种通用GL8汽车GMT纤维底护板材，其面密度为1400g/m2，板材厚度4mm，板材翘曲量要求≤5cm。

[0034] 具体制备方法如下：

[0035] (1)将热塑性PP纤维和GF纤维按指定比例(60％：40％)混合均匀，经过梳理、铺网、针刺三个流程制备得到所述GMT芯层2。

[0036] (2)所述GMT芯层2进入高温烘箱5加热烘烤，温度设置范围为200‑215℃，出烘箱5后于所述GMT芯层2上表面(对应加热区8上板)覆表皮结构层二3(PET针刺无纺布；200g/2 2
m)，下表面(对应加热区8下板)覆表皮结构层一1(PP热熔胶膜；100g/m)后进入压板机，压板机加热区8上板温度为215‑220℃，压板机加热区下板温度为190‑195℃，压板机冷却区9上板温度为70‑90℃，压板机冷却区9下板温度为20‑40℃，冷却定型后得到所述非对称结构GMT纤维复合板材。

[0037] (3)控制其他参数相同，通过对调设置压板机加热区8上下板温度来生成对比例二[0038] 表二.加热区9不同工艺GMT纤维板材翘曲结果对比

[0039]

[0040] 以此方法制备而成的复合板材，检测了8片板材，分别为编号1‑8，由表二可知，对比例二加热区8上下板温度的变化对于非对称GMT纤维板材的翘曲程度有很大影响，保持其他参数条件相同的情况下，上板温度设置超过标准温度界限、下板温度设置低于标准温度界限会导致板材更高的翘曲量，原因是相比于PET，PP热熔胶膜由于其分子链结构规整且对称，具备很高的结晶度，而当对应PP热熔胶膜1的下板温度过低时，热量对于PP热熔胶膜1的结晶程度破坏较小，冷却后其分子链的卷曲变形也几乎不存在，即PP热熔胶膜面受热冷却以后的收缩程度很小。而PET纤维3在加热区上板的高温作用下结晶程度破坏较大，大量PET分子链回复到收缩卷曲态，从而导致导致PET纤维3面收缩程度增大产生单面翘曲。而当实施例二中将加热区8温度设置为上板高温(210℃)、下板低温(190℃)时，PET无纺布面3冷却较慢，使其分子链能够充分由无规线团向规整取向状态转变，从而增大PET无纺布层3的结晶程度，增强PET纤维层3的收缩，而低温会使PP热熔胶膜1快速冷却，分子链来不及规整排列，结晶程度较小。通过加热区8上下板的温度差弥合板材上下面辅料7结晶性能区别所带来的的板材翘曲高度差，使板材翘曲控制在标准范围内。

[0041] 实施例三：

[0042] 一种江淮嘉悦X7汽车GMT纤维底护板材，其面密度为1200g/m2，板材厚度4mm，板材翘曲量要求≤5cm。

[0043] 具体制备方法如下：

[0044] (1)将热塑性PP纤维和GF纤维按指定比例(60％：40％)混合均匀，经过梳理、铺网、针刺三个流程制备得到所述GMT芯层2。

[0045] (2)所述GMT芯层2进入高温烘箱5加热烘烤，温度设置范围为200‑215℃，出烘箱5后于所述GMT芯层2上表面(对应加热区8上板)覆表皮结构层二3(PET针刺无纺布；100g/2 2
m)，下表面(对应加热区8下板)覆表皮结构层一1(PE热熔胶膜；150g/m)后进入压板机，压板机加热区8上板温度为210℃，压板机加热区下板温度为190℃，压板机冷却区9上板温度为70‑90℃，压板机冷却区9下板温度为20‑40℃，冷却定型后得到所述非对称结构GMT纤维复合板材。

[0046] (3)控制其他参数相同，通过对调设置压板机加热区8上下板温度来生成对比例三[0047] 表三.加热区9不同工艺GMT纤维板材翘曲结果对比

[0048]

[0049]

[0050] 以此方法制备而成的复合板材，检测了8片板材，分别为编号1‑8，由表三可知，对比例三加热区8上下板温度的变化对于非对称GMT纤维板材的翘曲程度有很大影响，保持其他参数条件相同的情况下，上板低温(190℃)、下板高温(210℃)会会导致板材更高的翘曲量，原因是相比于PET，PE由于其分子链结构规整且对称，具备更高的结晶度，而当对应PE热熔胶膜1的下板拥有更高温度时，PE热熔胶膜1受热冷却后结晶程度远高于PET纤维3，导致PE热熔胶膜1的收缩程度会大于PET针刺无纺布层3，从而导致板材朝向PE热熔胶层1方向发生严重的单面翘曲。而当实施例三中将加热区8温度设置为上板高温(210℃)、下板低温(190℃)时，PET无纺布面3冷却较慢，使其分子链能够充分由无规线团向规整取向状态转变，从而增大PET无纺布层3的结晶程度，增强PET纤维层3的收缩，而低温会使PE热熔胶膜1快速冷却，分子链来不及规整排列，结晶程度较小。通过加热区8上下板的温度差弥合板材上下面辅料7结晶性能区别所带来的的板材翘曲高度差，使板材翘曲控制在标准范围内。

[0051] 当然，以上列举的仅是本发明的个别具体实施案例，本发明所应用范围不限于上述实施案例，在现实相关领域可延伸到各类多层非对称结构板材翘曲问题改善的应用。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。