具有预应力梯度发泡结构的康养用PVC地板及制备方法与流程

本发明涉及复合地板，尤其涉及具有预应力梯度发泡结构的康养用pvc地板及制备方法。

背景技术：

1、康养场所（如疗养院、养老院、康复中心）对地面材料有严苛且矛盾的双重性能需求：

2、1.高抗压与抗残余凹陷：需长期承载轮椅、医疗设备、病床等重物滚动与静止压力，要求材料具有高模量、高硬度，以防止产生永久性压痕影响美观与卫生。根据gb/t 4085标准，残余凹陷度是评价弹性地板抗压痕能力的关键指标。

3、2.高弹性与冲击吸收：需为步履蹒跚、易跌倒的老人提供足够的缓冲，减小跌倒时头部撞击地板造成的伤害风险，要求材料具有低模量、高弹性、高损耗因子。en 14808标准规定的冲击吸收率是衡量地板缓冲性能的核心参数。

4、现有技术中，纯密实结构（如同透地板）抗压好但弹性差，跌倒伤害大；传统发泡复合地板弹性好但抗压差，易产生永久性塌陷。少数现有技术尝试通过“密实层+发泡层”双层结构解决此矛盾，但仍存在三大核心问题：

5、1）力学割裂：两种材料在界面处模量突变，受重压时界面产生应力集中，导致分层、密实层龟裂。常规双层复合结构的层间剥离强度通常仅为2.0-2.5n/mm。

6、2）回弹滞后：底层泡孔在长期循环压力下蠕变，发生不可恢复的塑性形变，导致结构失效。普通发泡层在长期负载下，泡孔壁的分子链发生不可逆滑移，残余凹陷度通常＞0.12mm。

7、3）收缩翘曲：各层热膨胀系数不同，长期使用后因内应力释放而卷边、起拱。聚氯乙烯材料在生产加工过程中各层收缩率差异是导致翘曲的根本原因。

8、现有一些工艺分别制备压延法密实层（2mm）及涂刮法发泡层（3mm），但仅将其简单层压复合，无法从机理上突破上述瓶颈，产品残余凹陷度通常＞0.12mm，冲击吸收率＜25%，仍难以同时满足康养标准。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的缺点，提出具有预应力梯度发泡结构的康养用pvc地板及制备方法。旨在解决现有技术中抗压与弹性不可调和的结构性矛盾，使产品同时具备残余凹陷度≤0.05mm（极高抗压）与冲击吸收率≥40%（极高缓冲）的特性，并具有永久尺寸稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、具有预应力梯度发泡结构的康养用pvc地板，自上而下由以下功能层构成：uv抗污层、耐磨层、密实层、第一粘合层、印花层、第二粘合层、玻纤稳定层、梯度发泡主体结构层、背封层。

4、前述的具有预应力梯度发泡结构的康养用pvc地板的制备方法包括以下步骤：

5、步骤1：制备压延法密实层

6、密实层的配方按重量份计为：pvc树脂（聚合度1000）100份，活性轻质碳酸钙（2500目）40-60份，dotp增塑剂25-35份，钙锌稳定剂3-5份，纳米三氧化二铝（粒径20nm）5-10份，片状高岭土（径厚比≥20:1）10-20份，钛白粉2-5份，eva蜡0.5-1.5份。

7、将上述材料投入高速混合机，搅拌至120℃使增塑剂完全吸收，出料至冷却混合机冷搅至40℃。转入双螺杆挤出机在150-160℃预塑化，再经双辊开炼机在165-180℃塑炼，过滤后送入四辊压延机，辊温从1#辊170℃逐步升至4#辊185℃，压延成厚度为2.0±0.03mm的薄片。

8、压延的高剪切力使片状高岭土在片材内沿纵向、横向高度取向排列，形成仿珍珠母的堆砌结构，大幅提升了面内模量。该取向结构在后续非平衡工艺中与预设拉应力协同，进一步增强抗压能力。

9、步骤2：涂覆第一粘合层与印制印花层

10、在密实层下表面涂布一层高粘性聚氨酯类粘结剂，涂布量30-40g/m2，烘干温度80-100℃，烘干时间2-3分钟。然后通过五色凹版印刷机，印刷木纹或地毯纹图案，形成印花层。

11、步骤3：密实层背处理与玻纤层复合

12、该步骤是实现三维互穿锚固体系的关键工序。

13、采用微针刺辊对经步骤2的片材背面（密实层侧）进行穿刺处理，形成锥形微孔阵列，孔深0.1-0.2mm，密度50-100个/cm2。微孔呈上大下小的锥形结构，底部收窄。

14、在处理面上涂布作为第二粘合层的pvc糊，配方为：pvc乳液法树脂100份，dinp增塑剂60份，降粘剂3-7份，钙锌稳定剂3份。通过降粘剂用量精确控制糊料的触变指数ti值（6转/60转粘度比）为3.5-4.5。涂刮时的高剪切速率使糊料粘度暂时降低（60转/分钟下粘度为2000-3000cps），糊料顺利流入微孔深处并浸润孔壁；涂刮完成后静置状态下粘度迅速回升至7000-13000cps（6转/分钟下），糊料滞留在微孔内而不致流延。

15、趁湿平铺一层非织造玻纤薄毡，单位面积质量30-40g/m2，赶除气泡，并用压辊轻压使糊料浸润玻纤并反向挤入密实层的微孔中。

16、步骤4：5涂5烘制备梯度发泡主体结构层

17、该步骤是本发明最核心的工序，在连续涂覆生产线上依次涂覆五层配方不同的pvc发泡塑溶胶，分别进入五区发泡烘箱。各层的配方设计和工艺条件如下：

18、第一涂层.高密度支撑区 ：

19、配方（按重量份）：pvc糊树脂100份，dotp增塑剂40-50份，碳酸钙15-25份，ac发泡剂0.5-1.0份，dcp交联剂0.8-1.2份，钙锌稳定剂2-4份。

20、涂覆量750-850g/m2。进入第一烘箱区，温度195-205℃，使该层预胶化但不发泡，停留时间1.5-2.5分钟。

21、该区域厚度占梯度发泡主体结构层总厚度的20-30%，密度0.78-0.85g/cm3，发泡倍率1.5-2.0倍，平均孔径30-50μm。低发泡剂含量与高交联剂含量的组合赋予该区域高交联密度和细密闭孔结构，具有最高的压缩模量和抗蠕变能力。

22、第二涂层.中密度过渡区上层 ：

23、配方（按重量份）：pvc糊树脂100份，dotp增塑剂45-52份，碳酸钙15-20份，ac发泡剂1.2-1.8份，dcp交联剂0.6-1.0份，钙锌稳定剂2-4份。

24、涂覆量450-550g/m2。进入第二烘箱区，温度190-200℃，停留时间1.5-2.5分钟。

25、第三涂层.中密度过渡区下层 ：

26、配方（按重量份）：pvc糊树脂100份，dotp增塑剂48-55份，碳酸钙10-18份，ac发泡剂2.2-2.8份，dcp交联剂0.3-0.6份，钙锌稳定剂2-4份。

27、涂覆量450-550g/m2。进入第三烘箱区，温度185-195℃，停留时间1.5-2.5分钟。

28、第二涂层与第三涂层共同构成中密度过渡区，厚度占梯度发泡主体结构层总厚度的40-50%。ac发泡剂含量自上而下递增（从1.2-1.8份增至2.2-2.8份），dcp交联剂含量自上而下递减（从0.6-1.0份降至0.3-0.6份），实现密度从0.78g/cm3向0.45g/cm3的连续线性过渡，泡孔孔径从50μm逐渐增大至150μm，消除了层间模量突变的应力集中。

29、第四涂层.低密度缓冲层 ：

30、配方（按重量份）：pvc糊树脂100份，dotp增塑剂50-60份，碳酸钙5-15份，ac发泡剂3.5-4.5份，dcp交联剂0.05-0.2份，钙锌稳定剂2-4份。

31、涂覆量350-450g/m2。进入第四烘箱区，温度180-190℃，使所有涂层统一发泡、交联，停留时间2.5-3.5分钟。

32、该区域厚度占梯度发泡主体结构层总厚度的20-30%，密度0.35-0.45g/cm3，发泡倍率3.5-4.5倍，平均孔径200-300μm。高发泡剂含量与极低交联剂含量的组合形成低交联密度的大尺寸闭孔结构，在动态冲击下率先发生弹性屈曲吸能。

33、第五涂层.背封层 ：

34、配方（按重量份）：pvc糊树脂100份，dotp增塑剂65-75份，钙锌稳定剂2-4份，不含发泡剂。

35、涂覆量200-300g/m2。进入第五烘箱区，温度170-180℃，停留时间1.5-2.5分钟，形成耐磨平整的背封层。

36、非平衡热发泡预应力工艺：

37、在进入烘箱前，通过张力辊对板体施加0.5-1.0mpa的纵向拉伸张力。

38、烘箱顶部温度（近密实层侧）比底部温度（近背封层侧）高15-25℃，具体为：五区顶部温度分别为200℃、195℃、190℃、185℃、175℃，底部温度分别对应为顶部温度减去15-25℃。

39、烘箱顶部的高温使密实层和高密度支撑层在纵向拉伸张力作用下发生分子链微取向，产生残余拉应力。该残余拉应力使高密度支撑层在平面方向的抗拉模量提高30-50%。

40、步骤5：非平衡冷却定型

41、出烘箱后，板材进入多辊冷却定型装置，冷却辊数量为5-8组。底部背封层采用5-10℃冷却辊急冷，使其急速冷却收缩；上部密实层侧采用30-40℃冷却辊缓冷。线速度与发泡烘箱出口线速度同步，为3-5m/min。

42、底部急冷产生的更大收缩应变受到正面各层的约束，在板体内部产生永久性的向上预拱弯曲力矩。该力矩与产品铺装后因重力、热膨胀及踩踏产生的向下形变趋势相抵消，实现自平整效果。同时，高密度支撑区内的预设拉应力增强了其平面方向的抗拉模量，与密实层内片状高岭土的取向排列协同，进一步抑制局部凹陷的形成。

43、步骤6：表面处理

44、在密实层上表面热贴合透明pvc耐磨层，厚度0.5mm，贴合温度150-160℃，压力0.3-0.5mpa。

45、在耐磨层表面辊涂uv涂料，配方为：uv齐聚物100份，二氧化硅微球（直径10-15μm）0.5-1.5份，气相二氧化硅1.0-2.0份，光引发剂3-5份，流平剂0.5-1.0份。涂布量10-15g/m2，经紫外光固化，能量密度800-1200mj/cm2，形成uv抗污层。

46、uv固化时，二氧化硅微球（密度2.0g/cm3）在uv齐聚物基体（密度1.1-1.2g/cm3）中因浮力效应自发向涂层表面富集，因低表面能特性部分暴露于表面，形成rz 8-15μm的微观粗糙度，防滑等级≥r10。气相二氧化硅（比表面积200-400m2/g，dbp吸油值≥250ml/100g）填充于微球间谷底，形成三维吸附网络，捕获未反应单体和迁移增塑剂，耐污性≥4级。

47、步骤7：收卷，将成品卷材切边、收卷，收卷张力200-300n。

48、需要说明的是，本发明梯度发泡结构在动态冲击（频率约10hz）与准静态加载（频率约0.1hz）下呈现截然不同的力学响应，其本质在于三个功能区域在差异化加载条件下的逐级激活：

49、第一级：低密度缓冲层的弹性屈曲吸能机制：

50、动态冲击下，应力波首先到达低密度缓冲层。该区域的大尺寸闭孔（200-300μm）因孔壁极薄且交联度极低（dcp 0.05-0.2份），在应力波作用下发生快速弹性屈曲变形。闭孔内空气被绝热压缩，冲击能转化为气体内能和孔壁弹性应变能。由于交联度低，分子链段运动能力充足，屈曲变形可逆：载荷卸除后压缩气体膨胀做功，孔壁回弹。

51、第二级：中密度过渡区的声阻抗失配耗散机制：

52、剩余冲击能向上传导进入中密度过渡区。该区域的密度和模量呈连续梯度变化，声阻抗（z=ρ·c）逐层渐变。应力波在各微层界面处发生多次部分反射和折射，传播路径被显著延长，能量经多次反射-折射逐步耗散为热能。梯度界面的“阻抗渐变-逐步耗散”模式与双层结构单一界面的强烈反射不同，后者导致能量反弹回密实层而非有效耗散。

53、第三级：高密度支撑区的刚性托举与粘滞耗散机制：

54、残余冲击能到达高密度支撑区。该区域的细密闭孔（30-50μm）在高交联度网络（dcp 0.8-1.2份）中具有极高压缩模量，准静态下几乎不变形（抗压功能来源）。但在高频冲击下，部分半开孔结构中的空气被快速挤出，空气流经狭窄通道时产生粘滞阻力，将冲击能不可逆地转化为热能。

55、dma测试显示，该地板在0.1hz（模拟轮椅静止）下的损耗因子为0.10-0.14（低内耗、高抗压），在10hz（模拟跌倒冲击）下骤升至0.46-0.50（高耗能、高缓冲），增幅超过200%。这一频率响应性突变源于上述三级机制的频率选择性激活：低频下仅高密度区提供刚性支撑，高频下三级机制协同运作。均质发泡材料的损耗因子在宽频域内几乎恒定，简单双层材料仅在单一界面产生有限反射耗散，增幅通常不超过50%。

56、优选地，本发明利用微针刺处理形成锥形微孔（上大下小），在发泡过程中，孔内pvc糊发泡膨胀后头部因大于颈部而产生物理抗拔出力。触变指数ti值3.5-4.5确保糊料在高剪切涂刮时顺利渗入微孔，静置后粘度回升滞留其中。部分糊料渗透穿过玻纤网格，发泡后将玻纤层包埋于发泡基体内部，形成复合锚固节点。

57、该机制将密实层与发泡层的结合从“二维面粘合”转变为“三维体锚固”。剥离破坏模式从界面粘合破坏转变为发泡层内聚破坏，层间剥离强度从2.0-2.5n/mm提升至4.6-5.6n/mm。

58、需要说明的是，本发明的多层结构，在非对称温度场（顶部高于底部15-25℃）结合纵向拉伸张力（0.5-1.0mpa），使高密度支撑层分子链沿纵向微取向，产生残余拉应力，面内抗拉模量提升30-50%。非对称冷却（底部5-10℃急冷、正面30-40℃缓冷）使底部背封层的收缩应变大于正面，受一体化结构的约束后产生向上的预拱弯曲力矩。该力矩恰好与铺装后的向下形变趋势相抵消，翘曲度控制在0.08mm以内。残余拉应力与密实层内高岭土取向排列协同增强抗压。

59、需要说明的是，二氧化硅微球（10-15μm）因密度差（2.0 vs 1.1-1.2g/cm3）在uv固化前浮升至涂层表面，经疏水改性后不被基体完全包埋，部分暴露形成rz 8-15μm微观粗糙度，破坏湿态水膜连续性，防滑等级≥r10。气相二氧化硅（比表面积200-400m2/g，dbp吸油值≥250ml/100g）填充于微球间谷底，形成三维网络吸附未反应单体和迁移增塑剂，阻止其到达表面形成油膜，耐污性≥4级。两种粒子在空间尺度上互补：微米粒子“凸起防滑”，纳米粒子“填充抗污”。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

61、1.本发明采用梯度发泡主体结构层的“三级梯度吸能-抗压协同”设计，配合高密度支撑区的高交联度抗蠕变、中密度过渡区的声阻抗失配耗散、低密度缓冲区的弹性屈曲吸能的三级联动机制，使材料在准静态加载（0.1hz）下损耗因子＜0.15以保持高抗压，在动态冲击（10hz）下损耗因子＞0.40以实现高吸能，呈现出超过200%的频率响应性突变，从根本上解决了现有技术中抗压与弹性不可调和的结构性矛盾。

62、2.本发明采用密实层背面微针刺处理与触变指数精确控制（ti值3.5-4.5）相结合的三维互穿锚固技术，配合糊料渗透玻纤网格形成贯穿锚固的工艺手段，使层间结合从传统的“面粘合”转变为“面加点的机械锁结”，层间剥离强度从2.5n/mm提升至4.6n/mm以上，彻底根治了界面分层失效问题。

63、3.本发明采用非平衡热发泡预应力工艺，通过烘箱顶部与底部15-25℃的温差设置、0.5-1.0mpa的纵向拉伸张力施加，以及底部急冷（5-10℃）与顶部缓冷（30-40℃）的非对称冷却定型，将传统工艺中有害的热收缩内应力转化为有益的自平整预应力，使产品翘曲度从常规的0.5mm以上降至0.08mm以内，解决了康养场所地板接缝起拱的长期痛点。

64、4.本发明采用二氧化硅微球（0.5-1.5wt%）与气相二氧化硅（1.0-2.0wt%）的二元粒子复合改性uv涂层，利用二氧化硅微球的浮力效应与低表面能特性形成永久微观粗糙度（rz 8-15μm），利用纳米二氧化硅链的高吸油量吸附迁移增塑剂形成类陶瓷保护层，实现了防滑等级r10与耐污性5级的同步达标，攻克了防污与防滑的配方矛盾。