一种特殊结构高强度耐冲击板材及其制备方法与流程

本发明属于塑料板，具体涉及一种特殊结构高强度耐冲击板材及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业化的发展和科技的进步，各行各业对板材的需求日益增加，传统的板材在承受强烈冲击时容易发生破裂、变形和断裂等问题，因此需求一种具有高强度和优异耐冲击性能的新型板材来承受外界冲击力和压力，进而才能保护设备、仪器等。板材的主要用途包括建筑材料、汽车零部件和航空航天设备等。

2、目前市面上已经出现了各种研发的高强度耐冲击板材，但它们面临着一些技术难题和市场需求的挑战。一方面，目前大多数高强度耐冲击板材在实际使用过程中缺乏足够的韧性和稳定性，容易在严峻的环境下出现损坏和断裂现象；另一方面，目前的高强度耐冲击板材制备方法和生产工艺仍然存在一定的局限性，无法满足各种不同规格和要求的板材生产。

3、申请号为202110363756.2的专利公开了一种基于高强度聚乙烯微孔膜的多层复合耐冲击板材及其制备方法，复合板材由多层涂覆膜胶粘制得，两层涂覆膜之间设置有胶粘层，涂覆膜包括基材和涂覆层，涂覆膜的层数为700-1200层。此发明选用高强度聚乙烯微孔膜作基材，具有较高的强度，且氧化铝所制陶瓷粉体制成的涂覆膜，具有优异的耐磨性和较高的硬度，制备工艺中基材产生的微孔，三者结合使得所制复合板材能够承受较高的外力冲击，能够应用于防弹背心、插板、装甲等安防制品领域。然而，其层数过多，制作复杂，成本较高，限制了其使用。

4、因此，亟需一种强度高、耐冲击、结构优异的板材，确保其制备方法能够高效、经济地生产出符合市场需求的产品。

技术实现思路

1、针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种特殊结构高强度耐冲击板材及其制备方法。本发明提供的板材包括蜂窝板本体和拼接结构，具有优异的特殊结构，同时，板材强度高、耐冲击、耐温、耐腐蚀、阻燃性好，使用寿命长，具有较好的应用价值。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种特殊结构高强度耐冲击板材，所述板材由面板层、增强层、蜂窝层和底板层依次从上到下叠加复合而成；其中，所述蜂窝层为kevlar蜂窝芯，蜂窝芯的厚度为10-12mm。

4、本发明的反应机理和作用如下：

5、1.本发明的面板层和底板层中的聚合物包含聚丙烯、聚乙烯和聚偏二氟乙烯，以聚丙烯为主要基材，使得板材获得较高的耐冲击性、强韧的机械性以及优良的抗有机溶剂和耐酸碱腐蚀性，然而聚丙烯低温时易变脆，耐候性能差。申请人通过加入聚乙烯，增强耐寒性和弹性；同时，加入聚偏二氟乙烯使得板材具有耐高温、耐腐蚀和绝缘性能，进而弥补了聚丙烯的缺陷。因此，共同使用聚丙烯、聚乙烯和聚偏二氟乙烯作为塑料板的基材可以实现协同效应，充分发挥各自的优势，提高板材整体性能和使用寿命。

6、2.本发明用芥酸酰胺、顺丁烯二酸酐和二异丙醇胺来制得面板层和底板层中的改性润滑剂。一方面，芥酸酰胺由于分子结构中含有较长的不饱和碳链和极性的胺基，使其具有极好的表面极性作用，较高的熔点和良好的热稳定性，作为聚乙烯、聚丙烯和聚偏二氟乙烯塑料的加工助剂，不仅增加了润滑性，使制品不粘结，还能增强塑料的热塑性和耐热性。顺丁烯二酸酐作为一种高效的润滑助剂，能够与塑料分子链之间形成一层润滑薄膜，减少摩擦力和热量的产生，提高塑料加工的效率和质量。二异丙醇胺具有较好的润滑性和抗氧化性，可以有效地提高塑料的表面光滑度和整体性能。由于本发明是多层的特殊结构板材，需要多次加工并复合，这三种原料共同改性塑料板材，能够在加工中有效地减少摩擦和磨损，提高加工效率，同时也能够改善塑料板材的表面光滑度和整体性能，这样的改性结合了不同润滑剂的优势，能够全面提升塑料板材的加工性能和使用寿命。

7、另一方面，申请人通过控制三者的摩尔比和反应条件形成的改性润滑剂，能更好地分散填充剂，发挥填充剂的性能，进而提升板材的强度、耐温性和抗氧化性。

8、3.本发明的增强层以树脂为主体，辅之以增强纤维，更好地增强材料强度与韧性，使得成品具有更好的抗压性、耐冲击性和耐磨损性；同时，能够改善材料的热稳定性，使得成品在高温下仍能保持较好的性能。

9、4.本发明的增强层中的增韧剂由3,5-二叔丁基苯邻二酚、木焦油酸和1,2-环氧氯丁烷合成。在加热固化过程中，环氧基发生开环反应，同其他活性基团一起与酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发生化学反应，在保有酚醛树脂优良的耐热性、尺寸稳定性和阻燃性的同时，还兼具环氧基良好的柔韧性和力学性能；同时，增韧剂中引入柔性长链，使材料在受到外部冲击时，消耗外部能量，进而使材料本身的裂纹不轻易扩展引起断裂，起到增韧的效果。此外，3,5-二叔丁基邻苯二酚具有良好的溶解性，能改善因长链而引起的相容性问题。

10、在一些实施方式中，以重量份计，所述面板层和底板层包含以下原料：聚丙烯60-80份、聚乙烯15-20份、聚偏二氟乙烯10-15份、填充剂5-10份、改性润滑剂2-5份、抗氧剂2-4份、阻燃剂1-3份和相容剂1-2份。

11、在一些实施方式中，所述改性润滑剂的制备方法如下：

12、(1)将芥酸酰胺、顺丁烯二酸酐加入至反应釜中，惰性气体保护氛围下，加入第一催化剂，加热至170-180℃，搅拌反应1.5-2.5h，得到反应物；

13、(2)待步骤(1)所述反应物降温至150-160℃，惰性气体保护氛围下，加入二异丙醇胺、第二催化剂，搅拌反应2-3h，高真空除水，冷却至室温后取出，得到改性润滑剂。

14、具体地，所述第一催化剂为二月桂酸二丁基锡，其加入的摩尔量为芥酸酰胺的1-3％；所述第二催化剂为氢氧化钾，其加入的摩尔量为芥酸酰胺的0.5-1.5％。

15、在一些实施方式中，所述芥酸酰胺、顺丁烯二酸酐和二异丙醇胺的摩尔比为(1.05-2.1)：(1.05-4.2)：1。

16、优选地，所述芥酸酰胺、顺丁烯二酸酐和二异丙醇胺的摩尔比为2：4：1。

17、在一些实施方式中，所述填充剂选自碳酸钙和/或晶须硅。

18、优选地，所述填充剂为碳酸钙和晶须硅，且两者的质量比为1：(1-2)。

19、在一些实施方式中，所述抗氧剂选自2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、硫代二丙酸双酯、三辛酯和三癸酯中的任意一种或多种；所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌中的任意一种或多种；所述相容剂为聚乙二醇和/或琥珀酸酐。

20、优选地，所述抗氧剂为2,6-三级丁基-4-甲基苯酚；所述阻燃剂为氢氧化铝；所述相容剂为聚乙二醇。

21、在一些实施方式中，所述增强层由树脂浸渍增强纤维所得的预浸料制备得到，以重量份计，所述树脂包含以下原料：热塑型酚醛树脂60-90份、增韧剂5-10份、固化剂2-5份、偶联剂0.1-0.5份。

22、在一些实施方式中，所述增韧剂的制备方法如下：

23、s1、将3,5-二叔丁基苯邻二酚、木焦油酸加入反应釜中，加入催化剂a，惰性气体保护氛围下，加热至60-80℃，反应20-24h；

24、s2、将1,2-环氧氯丁烷、催化剂b加入至步骤s1中，惰性气体保护氛围下，加热至100-120℃，反应2-4h；

25、s3、待所述步骤s2的反应体系降温至55-70℃，滴加氢氧化钠溶液反应4-6h，得到反应物；

26、s4、步骤s3反应结束后减压蒸馏，将反应物溶于乙酸乙酯中，用饱和氯化钠溶液反复洗涤3-4次，得到反应中间体；

27、s5、在s4所述的反应中间体中加入无水硫酸镁，再过滤、旋转蒸发，得到增韧剂。

28、具体地，所述催化剂a为磷酸，其加入的摩尔量为3,5-二叔丁基苯邻二酚的0.5-2％；所述催化剂b为苄基三乙基氯化铵，其加入的摩尔量为3,5-二叔丁基苯邻二酚的1-2％。

29、在一些实施方式中，所述3,5-二叔丁基苯邻二酚、木焦油酸和1,2-环氧氯丁烷的摩尔比为1：(1.05-1.15)：(1.05-1.15)。

30、具体地，所述增韧剂的结构式如下：

31、

32、在一些实施方式中，所述固化剂为磷酸、对甲苯磺酸、环氧树脂、三聚氰胺和六次甲基四胺中的任意一种或多种。

33、在一些实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

34、优选地，所述硅烷偶联剂为kh-550、kh-560和kh-570中的任意一种或多种。

35、本发明另一方面提供了特殊结构高强度耐冲击板材的制备方法，包含如下步骤：

36、一、制备面板层和底板层：

37、a1.将聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、填充剂、改性润滑剂、抗氧剂、阻燃剂、相容剂加入至反应釜中，加热加压并搅拌，静置并冷却至室温，得到混合物；

38、a2.将混合物导入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，通过注塑工艺制造成板材，裁剪后得到面板层和底板层；

39、二、制备增强层：

40、b1.将热塑型酚醛树脂、增韧剂和偶联剂混合，在60-80℃下搅拌3-6h，再加入固化剂，在40-90℃下搅拌1-3h，得到树脂；

41、b2.将步骤b1得到的树脂放入涂胶机，得到热熔胶膜；

42、b3.将步骤b2得到的热熔胶膜经由复合机与增强纤维复合，热压浸润后即可得到预浸料；

43、b4.铺贴步骤b3得到的预浸料，固化后得到增强层；

44、三、将面板层、增强层、蜂窝层和底板层从上到下依次按统一尺寸叠加，用热压工艺对其进行固化，得到耐冲击板材。

45、优选地，所述特殊结构高强度耐冲击板材的制备方法，包含如下步骤：

46、一、制备面板层和底板层：

47、a1.将聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、填充剂、改性润滑剂、抗氧剂、阻燃剂、相容剂加入至反应釜中，在100-130℃下加压0.8-1.2mpa，120-150r/min速率下搅拌2-3h，静置并冷却至室温，得到混合物；

48、a2.将混合物导入平行双螺杆挤出机中挤出造粒，通过注塑工艺制造成板材，裁剪后得到面板层和底板层；

49、二、制备增强层：

50、b1.将热塑型酚醛树脂、增韧剂和偶联剂混合，在60-80℃下搅拌3-6h，再加入固化剂，在40-90℃下搅拌1-3h，得到树脂；

51、b2.将步骤b1得到的树脂放入涂胶机，在70-75℃条件下进行涂膜，调节涂膜速度3-4m/min，控制胶膜面密度为50-100g/m2，得到热熔胶膜；

52、b3.将步骤b2得到的热熔胶膜经由复合机与增强纤维复合，复合温度为60-70℃，热压浸润后即可得到预浸料；

53、b4.铺贴步骤b3得到的预浸料，在120-180℃的温度、0.3-1.0mpa下固化1-3h，得到增强层；

54、三、将面板层、增强层、蜂窝层和底板层从上到下依次叠加，用热压工艺对其进行固化，固化温度为120-180℃，固化压力为0.3-1.0mpa，固化时间为1-3h，待温度降低到60℃，卸压脱模得到耐冲击板材。

55、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

56、1.本发明的板材具有优异的特殊结构，有多层结构且含有蜂窝层，具有强度高、耐冲击、耐温、耐腐蚀的性能，使用寿命高。

57、2.本发明使用聚丙烯、聚乙烯和聚偏二氟乙烯作为塑料板的基材可以实现协同效应，充分发挥各自的优势，提高整体性能和使用寿命。

58、3.本发明的改性润滑剂一方面增加了润滑性，能够在加工中有效地减少摩擦和磨损，提高加工效率；另一方面，作为聚乙烯、聚丙烯和聚偏二氟乙烯塑料的加工助剂，改性润滑剂增强了塑料的热塑性和耐热性；此外，改性润滑剂起到分散填充剂的作用，能更好地发挥填充剂的性能，提升板材的性能，也避免了分散剂的加入，减少原料的投入成本。

59、4.本发明的增强层中的增韧剂使材料兼具酚醛树脂和环氧基的性能；同时，增韧剂中引入的柔性长链使材料本身的裂纹不会轻易扩展引起断裂，起到增韧的效果。此外，3,5-二叔丁基邻苯二酚具有良好的溶解性，能改善因长链而引起的相容性问题。