阅读说明：本技术 复合板制造方法、复合板制造设备和复合板 (Composite board manufacturing method, composite board manufacturing equipment and composite board ) 是由 张志成 马伊 梁文斌 于 2019-05-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合板制造方法、复合板制造设备和复合板。复合板包括芯层和设在芯层上的面层,芯层由非连续纤维增强热塑性复合材料制成,面层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成,复合板制造方法包括以下步骤：A)对包括非连续纤维和热塑性树脂的混合物进行熔融塑化,将熔融塑化的混合物提供到模具内；和B)将面层提供到模具内,其中熔融塑化的混合物与面层在模具内结合,以便得到复合板。根据本发明实施例的复合板制造方法具有制造效率高、实施成本低、能耗低等优点。(The invention discloses a composite board manufacturing method, composite board manufacturing equipment and a composite board. The composite board comprises a core layer and a surface layer arranged on the core layer, wherein the core layer is made of discontinuous fiber reinforced thermoplastic composite materials, the surface layer is made of at least one of continuous fiber reinforced thermoplastic composite materials, discontinuous fiber reinforced thermoplastic composite materials, inorganic filler filled thermoplastic composite materials, organic filler filled thermoplastic composite materials and metal sheets, and the manufacturing method of the composite board comprises the following steps: A) melt-plasticizing a mixture including discontinuous fibers and a thermoplastic resin, and providing the melt-plasticized mixture into a mold; and B) providing the facing into a mold, wherein the melt-plasticized mixture is combined with the facing in the mold to obtain the composite panel. The composite board manufacturing method provided by the embodiment of the invention has the advantages of high manufacturing efficiency, low implementation cost, low energy consumption and the like.)

复合板制造方法、复合板制造设备和复合板

技术领域

本发明涉及复合板制造方法和复合板制造设备，还涉及复合板。

背景技术

目前，轻量化已经成航空航天、铁路货车、风力发电、汽车工业、化工等领域的重大需求，轻质高强的新型材料已经是材料行业的重要发展趋势。纤维增强热塑复合材料因为其轻质高强、浸渍料近乎无限储存期、冲击韧性高、可回收利用等诸多优点，广泛应用于铁路货车、汽运货车、集装箱等领域。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供复合板制造方法、复合板制造设备和复合板。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种复合板制造方法，复合板包括芯层和设在所述芯层上的面层，所述芯层由非连续纤维增强热塑性复合材料制成，所述面层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成，所述复合板制造方法包括以下步骤：A)对包括非连续纤维和热塑性树脂的混合物进行熔融塑化，将熔融塑化的所述混合物提供到模具内；和B)将所述面层提供到所述模具内，其中熔融塑化的所述混合物与所述面层在所述模具内结合，以便得到所述复合板。

根据本发明实施例的复合板制造方法具有制造效率高、实施成本低、能耗低的优点。

优选地，利用螺杆挤出机对所述混合物进行熔融塑化。

优选地，所述步骤B)包括：B-1)将所述面层提供到所述模具内；B-2)熔融塑化的所述混合物结合到所述面层上以便形成所述芯层；和B-3)在所述芯层冷却定形之前，使所述面层和所述芯层离开所述模具，然后对所述面层和所述芯层进行真空吸附以便得到所述复合板。

优选地，所述复合板制造方法进一步包括：对所述复合板进行冷却和/或裁切。

本发明第二方面提供用于实施根据本发明第一方面所述的复合板制造方法的复合板制造设备，所述复合板制造设备包括：螺杆挤出机；和模具，所述模具位于所述螺杆挤出机的下游。

根据本发明实施例的复合板制造设备具有制造效率高、运行成本低、能耗低的优点。

优选地，所述复合板制造设备进一步包括：真空吸附装置，所述真空吸附装置位于所述模具的下游；冷却装置，所述冷却装置位于所述真空吸附装置的下游；和裁切装置，所述裁切装置位于所述冷却装置的下游。

本发明第三方面提供复合板，所述复合板包括：第一面层，优选地，所述第一面层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成；和芯层，所述芯层包括：立板，所述立板与所述第一面层相连，所述立板垂直于所述第一面层；以及斜板组，所述斜板组包括交叉设置的第一斜板和第二斜板，所述第一斜板和所述第二斜板中的每一者与所述芯层相连，优选地，所述芯层由非连续纤维增强热塑性复合材料制成。

优选地，所述立板为多个，所述斜板组为多个，多个所述立板和多个所述斜板组沿所述第一面层的宽度方向交替设置，优选地，每个所述斜板组的第一斜板与相邻的所述立板相连，每个所述斜板组的第二斜板与相邻的所述立板相连，更加优选地，每个所述斜板组的第一斜板的邻近所述第一面层的端部与相邻两个所述立板中的一者相连，每个所述斜板组的第一斜板的远离所述第一面层的端部与相邻两个所述立板中的另一者相连，每个所述斜板组的第二斜板的邻近所述第一面层的端部与相邻两个所述立板中的所述另一者相连，每个所述斜板组的第二斜板的远离所述第一面层的端部与相邻两个所述立板中的所述一者相连。

优选地，所述复合板进一步包括第二面层，所述立板的第一端部与所述第一面层相连，所述立板的第二端部与所述第二面层相连，所述第一斜板的第一端部与所述第一面层相连，所述第一斜板的第二端部与所述第二面层相连，所述第二斜板的第一端部与所述第一面层相连，所述第二斜板的第二端部与所述第二面层相连，优选地，所述第二面层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。

优选地，所述芯层为多个，多个所述芯层设在所述第一面层与所述第二面层之间，其中相邻两个所述芯层之间设有中间层，所述中间层与相邻的所述芯层的所述立板、所述第一斜板和所述第二斜板中的每一者相连，优选地，所述中间层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。

本发明第四方面提供复合板，所述复合板包括：第一面层，所述第一面层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成；和芯层，所述芯层与所述第一面层相连，所述芯层由非连续纤维增强热塑性复合材料制成。

根据本发明实施例的复合板兼具优良的可加工性和优异的力学性能。

附图说明

图1是根据本发明实施例的复合板的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的复合板的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的复合板的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的复合板制造设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了复合板制造方法。该复合板包括芯层和设在芯层上的面层，该芯层由非连续纤维增强热塑性复合材料制成，该面层由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。根据本发明实施例的复合板制造方法包括以下步骤：

A)对包括非连续纤维和热塑性树脂的混合物进行熔融塑化，将熔融塑化的该混合物提供到模具内；和

B)将该面层提供到该模具内，熔融塑化的该混合物与该面层在该模具内结合，以便得到该复合板。

该面层可以通过已知的方法得到，例如热压工艺或缠绕工艺。根据本发明实施例的复合板制造方法对该面层和熔融塑化的该混合物提供到该模具内的先后顺序并无要求。

其中，熔融塑化的该混合物冷却后得到非连续纤维增强热塑性复合材料。由于非连续纤维增强热塑性复合材料中的纤维是非连续状态，因此非连续纤维增强热塑性复合材料不仅具备良好的可加工性，例如可以通过注塑工艺成型、挤出工艺成型、热压工艺成型，而且由非连续纤维增强热塑性复合材料制成的制件的结构可以比较复杂。

但是，由于非连续纤维增强热塑性复合材料中的纤维为非连续状态，因此由非连续纤维增强热塑性复合材料制成的制件的力学性能较差。

由于连续纤维增强热塑性复合材料中的纤维为连续状态，因此由连续纤维增强热塑性复合材料制成的制件的力学性能优异。但是，由于纤维为脆性材料，断裂伸长率较低，从而导致连续纤维增强热塑性复合材料的加工性能较差，仅能通过热压工艺或缠绕工艺进行成型，导致由连续纤维增强热塑性复合材料制成的制件的形态较为单一。

根据本发明实施例的复合板制造方法通过利用共挤出工艺，将该面板和熔融塑化的该混合物(非连续纤维增强热塑性复合材料)在该模具内进行热复合，从而可以得到该复合板。由此可以提高该复合板的制造效率。

在现有技术中，先通过注塑工艺成型或挤出工艺成型等制造芯层，然后再通过热压工艺将芯层和面层结合在一起以便得到复合板。也就是说，现有的制造方法需要经过两道工序才能得到复合板。

而根据本发明实施例的复合板制造方法通过利用共挤出工艺，使该芯层的成型以及该面层与该芯层的结合同时完成。换言之，根据本发明实施例的复合板制造方法只需要经过一道工序就能得到该复合板。

由于每经过一道工序，就会产生一定量的废品，即每道工序都存在一定的废品率。因此，根据本发明实施例的复合板制造方法通过减少工序，从而可以降低废品率，由此可以降低该复合板的制造成本。

而且，每道工序都需要相应的设备和操作人员来完成，因此减少工序可以减小设备投资、减少操作人员数量，从而可以降低该复合板的制造成本。

在现有的制造方法中，需要对已经冷却的芯层进行加热，以便芯层与面层结合在一起。而在据本发明实施例的复合板制造方法中，通过使熔融塑化的该混合物与该面层结合，从而无需再加热已经冷却的芯层，由此可以降低能耗。

因此，根据本发明实施例的复合板制造方法具有制造效率高、实施成本低、能耗低等优点。

通过利用根据本发明实施例的复合板制造方法，可以制造出兼具优良的可加工性和优异力学性能的(纤维增强热塑性)复合板。具体而言，可以利用非连续纤维增强热塑性复合材料的优良的可加工性，制成形状相对复杂但力学性能要求不高的该芯层。可以利用连续纤维增强热塑性复合材料的优异的力学性能，制成力学性能要求严苛但结构相对简单的该面层。

优选地，利用螺杆挤出机对该混合物进行熔融塑化。

在本发明的一些实施例中，所述步骤B)包括：

B-1)将面层提供到该模具内。

B-2)熔融塑化的该混合物结合到该面层上，以便形成该芯层。

B-3)在该芯层冷却定形之前，使该面层和该芯层离开模具，然后对该面层和该芯层进行真空吸附以便得到该复合板。通过对该面层和该芯层进行真空吸附，从而可以使该芯层的表面更加光滑。

优选地，该复合板制造方法进一步包括对该复合板进行冷却和/或裁切。通过对该复合板进行冷却，从而可以加速该复合板定型。通过对该复合板进行裁切，从而可以得到预设尺寸的该复合板。

下面参考附图描述根据本发明实施方式的复合板制造设备20。根据本发明实施例的复合板制造设备20用于实施根据本发明上述实施例的复合板制造方法。

如图4所示，根据本发明实施方式的复合板制造设备20包括螺杆挤出机210和模具220，模具220位于螺杆挤出机210的下游。

其中，螺杆挤出机210可以对包括非连续纤维和热塑性树脂的混合物进行熔融塑化。用于制造该复合板的该面层可以通过输送装置输送到模具220内，也可以通过人工输送到模具220内。在下游的作用力的作用下，该面层和熔融塑化的该混合物能够源源不断地进入到模具220内，以便能够连续地制造出该复合板。模具220可以使该芯层和该复合板具有预设结构。

因此，根据本发明实施例的复合板制造设备20具有制造效率高、运行成本低、能耗低等优点。

如图4所示，复合板制造设备20可以进一步包括真空吸附装置230、冷却装置240和裁切装置250。真空吸附装置230位于模具220的下游，冷却装置240位于真空吸附装置230的下游，裁切装置250位于冷却装置240的下游。

在该芯层冷却定形之前，可以使该面层和该芯层离开模具220且进入到真空吸附装置230内，以便对该面层和该芯层进行真空吸附。由此可以使该芯层的表面更加光滑。

下面参考附图描述根据本发明实施方式的复合板10。如图1-图3所示，根据本发明实施方式的复合板10包括第一面层110和芯层120。芯层120包括立板121和斜板组122。

立板121与第一面层110相连，立板121垂直于第一面层110。斜板组122包括交叉设置的第一斜板1221和第二斜板1222，即第一斜板1221与第二斜板1222相交。第一斜板1221和第二斜板1222中的每一者与芯层120相连。

优选地，芯层120由非连续纤维增强热塑性复合材料制成。第一面层110由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。

由此可以利用非连续纤维增强热塑性复合材料的优良的可加工性，制成形状相对复杂但力学性能要求不高的芯层120，可以利用连续纤维增强热塑性复合材料的优异的力学性能，制成力学性能要求严苛但结构相对简单的第一面层110，从而可以使复合板10兼具优良的可加工性和优异的力学性能。

如图1-图3所示，立板121为多个，斜板组122为多个，多个立板121和多个斜板组122沿第一面层110的宽度方向交替设置。第一面层110的宽度方向如图1中的箭头A所示。由此进一步提高复合板10的惯性矩。

优选地，如图1-图3所示，每个斜板组122的第一斜板1221与相邻的立板121相连，每个斜板组122的第二斜板1222与相邻的立板121相连。由此进一步提高复合板10的惯性矩。

如图1-图3所示，更加优选地，每个斜板组122的第一斜板1221的邻近第一面层110的端部与相邻两个立板121中的一者相连，每个斜板组122的第一斜板1221的远离第一面层110的端部与相邻两个立板121中的另一者相连。每个斜板组122的第二斜板1222的邻近第一面层110的端部与相邻两个立板121中的另一者相连，每个斜板组122的第二斜板1222的远离第一面层110的端部与相邻两个立板121中的一者相连。由此进一步提高复合板10的惯性矩。

为了使本申请的技术方案更加容易被理解，以立板121沿上下方向延伸为例，进一步描述本申请的技术方案。上下方向如图1中的箭头B所示。

当斜板组122只与一个立板121相邻时，该斜板组122的第一斜板1221的上端部和下端部中的一者与该相邻的立板121相连，该斜板组122的第二斜板1222的上端部和下端部中的另一者与该相邻的立板121相连。

当斜板组122与两个立板121相邻时，该斜板组122的第一斜板1221的上端部与该相邻的两个立板121中的一个相连，该斜板组122的第一斜板1221的下端部与该相邻的两个立板121中的另一个相连，该斜板组122的第二斜板1222的上端部与该相邻的两个立板121中的该另一个相连，该斜板组122的第二斜板1222的下端部与该相邻的两个立板121中的该一个相连。

如图1-图3所示，在本发明的一个示例中，复合板10进一步包括第二面层130，立板121的第一端部与第一面层110相连，立板121的第二端部与第二面层130相连。第一斜板1221的第一端部与第一面层110相连，第一斜板1221的第二端部与第二面层130相连。第二斜板1222的第一端部与第一面层110相连，第二斜板1222的第二端部与第二面层130相连。通过设置第二面层130，从而可以进一步提高复合板10的力学性能。

例如，立板121的上端部与第一面层110相连，立板121的下端部与第二面层130相连。第一斜板1221的上端部与第一面层110相连，第一斜板1221的下端部与第二面层130相连。第二斜板1222的上端部与第一面层110相连，第二斜板1222的下端部与第二面层130相连。

如图1-图3所示，对于任意一个斜板组122的第一斜板1221和第二斜板1222以及与该斜板组122相邻的两个立板121来说：第一斜板1221的上端部、第一面层110和该两个立板121中的一个的上端部彼此相连，第一斜板1221的下端部与、第二面层130和该两个立板121中的另一个的下端部彼此相连，第二斜板1222的上端部、第一面层110和该两个立板121中的该另一个的上端部彼此相连，第二斜板1222的下端部、第二面层130和该两个立板121中的该一个的下端部彼此相连。

第二面层130可以由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。由此可以进一步提高复合板10的力学性能。

在制造包括第一面层110、第二面层130和芯层120的复合板10时，可以将第一面层110和第二面层130提供到该模具内，熔融塑化的该混合物(非连续纤维增强热塑性复合材料)与第一面层110和第二面层130在该模具内结合，以便得到复合板10。

如图3所示，在本发明的一个具体示例中，芯层120为多个，多个芯层120设在第一面层110与第二面层130之间。其中，相邻两个芯层120之间设有中间层140，中间层140与相邻的芯层120的立板121、第一斜板1221和第二斜板1222中的每一者相连。

也就是说，芯层120可以设在第一面层110与中间层140之间，或者可以设在中间层140与第二面层130之间，或者可以设在(相邻的)两个中间层140之间。由此进一步提高复合板10的惯性矩。

优选地，中间层140由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。由此可以进一步提高复合板10的力学性能。

在制造包括第一面层110、第二面层130、中间层140和芯层120的复合板10时，可以将第一面层110、第二面层130和中间层140提供到该模具内，熔融塑化的该混合物(非连续纤维增强热塑性复合材料)与第一面层110、第二面层130和中间层140在该模具内结合，以便得到复合板10。

如图3所示，例如，复合板10包括第一面层110、第二面层130、中间层140和两个芯层120。其中，一个芯层120的立板121、第一斜板1221和第二斜板1222中的每一者的上端部与第一面层110相连，该芯层120的立板121、第一斜板1221和第二斜板1222中的每一者的下端部与中间层140相连。

另一个芯层120的立板121、第一斜板1221和第二斜板1222中的每一者的上端部与中间层140相连，该芯层120的立板121、第一斜板1221和第二斜板1222中的每一者的下端部与第二面层130相连。

第一面层110和第二面层130上还可以设有功能膜50，功能膜50可以是抗UV膜或抗刮擦膜等。

优选地，复合板10的宽度W1为10毫米-2000毫米，第一面层110的厚度为0.1毫米-100毫米，第二面层130的厚度H1为0.1毫米-100毫米，中间层140的厚度为0.1毫米-100毫米。

立板121的宽度W3为0.5毫米-50毫米，立板121的高度H2为3毫米-500毫米，相邻两个立板121在复合板10的宽度方向上的间距W5为5毫米-500毫米。

第一斜板1221的宽度W2为0.5毫米-50毫米，第一斜板1221与第一面层110(第二面层130)之间的角度θ1大于0度且小于90度。第二斜板1222的宽度W4为0.5毫米-50毫米，第二斜板1222与第一面层110(第二面层130)之间的角度θ2大于0度且小于90度。

本发明还提供一种复合板。根据本发明实施例的复合板包括第一面层110和芯层120。第一面层110由连续纤维增强热塑性复合材料、非连续纤维增强热塑性复合材料、无机填料填充的热塑性复合材料、有机填料填充的热塑性复合材料和金属片中的至少一种制成。芯层120与第一面层110相连，芯层120由非连续纤维增强热塑性复合材料制成。

由此可以利用非连续纤维增强热塑性复合材料的优良的可加工性，制成形状相对复杂但力学性能要求不高的芯层120，可以利用连续纤维增强热塑性复合材料的优异的力学性能，制成力学性能要求严苛但结构相对简单的第一面层110，从而可以使复合板10兼具优良的可加工性和优异的力学性能。

根据本发明实施例的复合板兼具优良的可加工性和优异的力学性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。