[发明专利]一种高强热塑性轻质复合板材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强热塑性轻质复合板材及其制备方法，包括芯材、布设于芯材两侧的中间层、布设于中间层两侧的外层；芯材、中间层和外层通过加热加压复合制成板材；所述芯材为发泡芯材；所述外层为具有低燃烧热释放量特征的阻燃高分子材料层，中间层为纤维增强的高强度阻燃高分子材料层，发泡芯材为阻燃发泡高分子材料，本发明所使用的各层材料均为热塑性材料，因而可通过热压工艺在一定温度压力下，将各层材料直接熔化结合，无需使用胶黏剂，减少了喷胶工序及可挥发物质的释放；该复合材料主要由热塑性树脂、碳纤维与玻璃纤维构成，材料可回收重复利用，绿色环保，易于处理。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高强热塑性轻质复合板材及其制备方法。

背景技术

火灾是影响航空及轨道交通安全运行的重要原因。飞机及高铁、磁悬浮等作为科学技术含量高、结构复杂的公众运输工具，如果在使用及操作中出现微小疏忽和失误，就可能酿成突发火灾，发生可能涉及重大人员伤亡的恶性事故，造成巨大社会及经济损失。因此，在航空、轨道交通、高铁中使用的材料必须满足严格的防火阻燃要求。传统上公众交通工具的防火侧重于防止火焰的快速传播，尽量降低燃烧过程中烟雾的产生，以及控制烟雾的毒性等等。但随着对火灾研究的进一步深入以及新材料技术的不断更新换代，目前在航空及高速列车上都突出强调了对燃烧热释放量的控制，如FAA 25.853部的近期更新中明确界定了5min试验期间平均的最大热释放速率，以及最初2min的平均总热释放量。而最新颁布施行的欧洲铁路联盟标准EN45545中也明确界定了材料的燃烧热释放总量以及释放速率。这是由于材料燃烧中会释放大量热量，这些热量不仅仅会使得环境温度升高，而且会加速燃烧，进而引燃周围的未燃物品，并使得火灾的控制变得越发困难。如果能采用低热释放量的材料，就可以尽可能保护旅客并为旅客提供逃生时间。

与此同时，为了提高交通工具的运营速度，降低燃油使用或提高能源效率，在公众交通运输工具领域，对部件的减重要求与日俱增；在飞机及高速列车的设计中，重量是一项重要指标，与飞机及高铁的行驶安全性、使用性能、制造成本、运营成本等多个方面息息相关。为进一步减轻这些公众交通工具的重量，国内外进行了各种材料方面的减重尝试；例如引入发泡结构、采用蜂窝芯材、大量使用复合材料来代替金属材料等等；这些新材料所制造的部件密度可以降低至0.3-0.8g/cm3，比原始的金属部件减重极为明显，已经在飞机及高铁中得以应用，具有好的经济和社会效益。

但是必须指出，目前市场在用的绝大多数为热固性复合材料体系和其延伸出来的三明治夹心材料(以热固性蜂窝结构为芯材)，这种复合材料虽然单位面积克重较低，但是生产安装工艺复杂，单价较高，批量生产效率较低，且蜂窝材料的导热系数高；另外，因蜂窝本身以及其与热固性面层材料的粘结需要使用粘合剂，粘合剂中的可挥发物质导致气味比较大，影响车辆乘坐的舒适性。而且热固性复合材料的生产和回收都会对环境造成污染，在更加重视可持续性发展的今天，亟待有更好的材料及其制造方法出现。这种新的材料必须满足公众交通运输工具所要求的阻燃性能，尤其是低燃烧热释放量指标；并且材料必须有较高的力学性能，如高强度、高刚度、高抗冲性能等；且材料需尽可能轻量化、绿色环保、可回收。

针对以上问题及对材料的要求，故，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题，而提供一种高强热塑性轻质复合板材及其制备方法,该复合板材且具有高强度、高刚度、高阻燃、燃烧热释放量低等突出特点。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种高强热塑性轻质复合板材，包括芯材、布设于芯材两侧的中间层、布设于中间层两侧的外层；芯材、中间层和外层通过加热加压复合制成板材；所述芯材为发泡芯材；所述外层为具有低燃烧热释放量特征的阻燃高分子材料层，中间层为纤维增强的高强度阻燃高分子材料层，发泡芯材为阻燃发泡高分子材料。