制備改良基材的方法及改良基材的制作方法
【專利說(shuō)明】制備改良基材的方法及改良基材
[0001]本申請(qǐng)是2009年3月27日申請(qǐng)的、題為“復(fù)合涂層基材和可模塑復(fù)合材料”的專利申請(qǐng)200980110998.8的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及采用復(fù)合材料涂覆基材或制備一種可模塑材料的雜化材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]建筑材料或者其他一些基材經(jīng)常會(huì)被磨損或暴露在光照、各種氣候以及昆蟲(chóng)存在的環(huán)境下，造成材料快速損壞。近年來(lái)，木材以及其他材料的價(jià)格又在顯著上漲。建造綠色建筑又更加關(guān)注于可再生材料。此外，傳統(tǒng)建筑材料在諸如大風(fēng)或者爆炸震蕩波這樣的高載荷條件下，表現(xiàn)出機(jī)械性能上的不足。在這種情況下，使用傳統(tǒng)建筑材料，很有可能出現(xiàn)重大的建筑物毀壞、以及造成人員的傷亡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—方面，本發(fā)明涉及一種包含復(fù)合材料碎片的可模塑的復(fù)合材料。
[0005]另一方面，本發(fā)明涉及制備一種改良基材的方法。這種方法是通過(guò)提供基材并在基材上涂覆包含復(fù)合材料碎片的涂層而得到的。
[0006]又一方面，本發(fā)明涉及一種方法，該方法通過(guò)在第一構(gòu)件的附著區(qū)域上涂覆涂層并在第一構(gòu)件的被涂覆的附著區(qū)域上涂覆緊固材料以將第一構(gòu)件固定到第二構(gòu)件上，從而將第一構(gòu)件固定到第二構(gòu)件。
[0007]另一方面，本發(fā)明還提供了一種改良的基材。這種改良基材包括基材和基材上的包括多元復(fù)合材料碎片的涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是一塊具有單向定向連續(xù)纖維的復(fù)合材料薄片的頂視示意圖。
[0009]圖2是一塊包含任意定向的纖維的復(fù)合材料薄片的頂視示意圖。
[0010]圖3是一塊復(fù)合材料層板的側(cè)視示意圖。
[0011]圖4示意地示出了用基材片和復(fù)合材料薄片制成的復(fù)合材料。
[0012]圖5示意地示出了復(fù)合材料薄片集中環(huán)繞于基材的周圍。
[0013]圖6示意地示出了復(fù)合材料薄片以行的形式集中在基材上。
【具體實(shí)施方式】
[0014]—方面，本發(fā)明涉及一種包含復(fù)合材料薄片的可模塑材料。復(fù)合材料包括嵌入在聚合物基體中的纖維。可選地，可以以片材形式、連續(xù)卷或其他形式制成復(fù)合材料，也可以是連續(xù)的狀的或者是其他形態(tài)的。為了提供薄片，復(fù)合材料可以被切、削或者用其他方式制成各種長(zhǎng)度和寬度的薄片，比如約1英寸至約6英寸(約2.5至約15.25厘米)長(zhǎng)，約1/4至約3英寸寬(約0.6至約7.6厘米)。不過(guò)，本發(fā)明并不局限于此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以采用任何的薄片尺寸。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，可模塑材料是包含填充物和復(fù)合材料薄片的混合物，填充物可以包含任意一種或多種基材材料，比如建筑材料或其他諸如木材、木片、木肩、塑料、金屬、復(fù)合材料或者織物等等的材料。復(fù)合材料薄片可以與基材片或其他填充物混合，使得復(fù)合材料薄片均勻分布在混合物中?？梢赃x擇性地包括粘合劑，以將復(fù)合材料薄片和基材薄片粘接起來(lái)?？蛇x地，復(fù)合材料薄片不與基材混合而形成一種可模塑材料。這種可模塑材料可以包含實(shí)質(zhì)上可以自由流動(dòng)的薄片或通過(guò)加熱或者加壓合并成例如球形的有用的前驅(qū)體形式的薄片。如果基體材料是熱塑性的，通過(guò)對(duì)其中的聚合物基體材料加熱或者加壓，使得聚合物基體材料至少可以部分溶解，從而，會(huì)使基體材料作為粘合劑，兩個(gè)或更多的彼此接觸的薄片立刻粘接起來(lái)。
[0016]在另一種實(shí)施例中，本發(fā)明還提供了一種改良的基材，通過(guò)在諸如構(gòu)件之類的基材上涂敷由本文所述的復(fù)合材料薄片制成的涂層獲得這種改良的基材。這種改良基材可以包含如木材、塑料、金屬、木質(zhì)膠合板、鋸材、壓制板、刨花板、定向刨花板等、諸如蜂窩狀的成型材料、或者上述材料的組合?；倪@個(gè)詞可以包括任何材料，并不限于上述材料。
[0017]在圖1所示的實(shí)施例中，整體上由10表示的聚合材料薄片包含聚合物基體12和多個(gè)分布于聚合物基體中的在縱向上相互對(duì)齊的纖維14。由薄片10中可以看出，薄片、板材、碎片、層壓板或者復(fù)合材料板層都可以因其內(nèi)部存在單向的纖維而被定義為“單向的”。此夕卜，盡管10是矩形的，在不背離本發(fā)明廣泛性的前提下，復(fù)合材料的薄片可以是任意形狀的，本發(fā)明并不局限于此。另外，纖維可以縱向分布于聚合物基體中，也可以是切削過(guò)且隨機(jī)分布在聚合物基體中，還可以是兩種分布方式的結(jié)合。圖2所示的薄片是任意形狀的并包括剪斷更長(zhǎng)股的纖維所形成的纖維18，并且隨意分布在聚合物基體20中的。此外，除了使用大量纖維外，還可以在復(fù)合材料中使用顆粒狀材料。
[0018]在復(fù)合材料中可以采用各種類型的纖維和顆粒。示例性的纖維包括E玻璃和S玻璃纖維。E玻璃是一種低堿性硼硅酸鹽玻璃，具有優(yōu)良的電學(xué)和機(jī)械性能，并且有很好的耐化學(xué)腐蝕性。這種纖維廣泛的應(yīng)用于纖維以增強(qiáng)塑料。
[0019]S玻璃對(duì)于E玻璃纖維來(lái)說(shuō)是高強(qiáng)度和高成本的。S玻璃是一種鎂鋁硅酸鹽玻璃，擁有非常高的拉伸強(qiáng)度，常常應(yīng)用于航空領(lǐng)域。最初，S代表高強(qiáng)度。
[0020]E玻璃纖維可以添加到具有很寬纖維質(zhì)量范圍和熱塑性聚合物基體材料的復(fù)合材料中。E玻璃的含量可以從10到40盎司每平方碼，例如，19到30盎司每平方碼，在特定實(shí)施例中為21.4?28.4盎司每平方碼。
[0021 ] 其他的纖維也可以添加到復(fù)合材料中，可選擇地與E-glass或/和S-glass—起添加。所述的其他纖維包括ECR，A和C玻璃纖維以及其他玻璃纖維；由石英、鎂鋁硅酸鹽、非堿性硼硅酸鹽、鈉硼硅酸鹽、硅酸鈉、鈉鈣鋁硅酸鹽、鉛硅酸鹽、非堿性鉛硼鋁酸鹽、非堿性鋇硼鋁酸鹽、非堿性鋅硼鋁酸鹽、非堿性鐵鋁硅酸鹽、硼酸鎘、鋁纖維、石棉、硼、碳化硅、從聚乙烯碳化、聚乙烯醇、紗綸、芳綸、尼龍、聚苯并咪唑、聚噁二唑、聚亞苯基、聚丙烯、石油和煤渣瀝青(各向同性)、中間相瀝青、纖維素和聚丙烯腈得到的碳和石墨、陶瓷纖維、例如鋼、鋁金屬合金之類的金屬纖維、等等制成的纖維。
[0022]適合的有機(jī)塑料纖維可以是由凱夫拉纖維等芳族聚酰胺纖維，其他的高性能單向纖維束通常具有高于7克/丹尼爾拉伸強(qiáng)度。這些高性能纖維束是芳族聚酰胺纖維、擴(kuò)展鏈段超高分子量尼龍(UHMWPE)、高分子PBO，高分子M5等纖維的一種或者多種的組合。這些高拉伸強(qiáng)度的材料對(duì)于制造防彈盔甲和類似的需要高防彈性能的制品特別有用。
[0023]在不脫離本發(fā)明廣泛性的情況下，本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他纖維可以替代上述纖維。如市場(chǎng)上銷售的尤其是TWaron和Technora商標(biāo)的芳族聚酰胺纖維；市場(chǎng)上銷售的Toray，F(xiàn)ortafil和Zoltek商標(biāo)的玄武纖維、碳纖維;市場(chǎng)上銷售的包含并且不限于Vectran商標(biāo)的液晶聚合物等都可以用于上述用途?；谇懊嫣岬降倪@些纖維，本發(fā)明著眼于獨(dú)立或以組合形式使用各種有機(jī)的、無(wú)機(jī)的、金屬的纖維。
[0024]S玻璃和E玻璃纖維或其他纖維的數(shù)量可以根據(jù)熱塑性基體的質(zhì)量百分比而變化，基于纖維和熱塑性樹(shù)脂結(jié)合后的質(zhì)量，其中熱塑性基體的質(zhì)量百分比可以為40wt%?90wt%，如5(^1:%到85￥1:%的熱塑性基體，在一個(gè)實(shí)施例中為6(^1:%到80￥1:%。
[0025]聚合物基體材料可以包含一種熱塑性聚合物材料(提供熱塑性薄片)、一種熱固性聚合物材料(提供熱固性薄片)、或兩種材料的組合。熱塑性聚合物材料包括可以是高分子量聚合物的聚合物，包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、尼龍、PEI(聚醚酰亞胺)和以及一些共聚物。熱塑性樹(shù)脂的重量比例可以根據(jù)產(chǎn)品板材的目的應(yīng)用所要求的物理性能的變化而變化。
[0026]本發(fā)明使用的薄片，可以獨(dú)立包括一種復(fù)合材料制成的薄片，也可以包括由相對(duì)于纖維和/或其中的聚合物基體不同的復(fù)合材料制成的薄片。例如，熱塑性聚合物或其組合均是彼此不同的基體材料。而且，一種熱塑性或者熱固性樹(shù)脂基體可以和另一種熱塑性或熱固性基體完全不同。從而，熱塑性聚乙烯與熱塑性聚丙烯基體不同。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合材料層壓板至少含有一個(gè)復(fù)合材料層或板層，復(fù)合材料層在其中都包括聚合物基體和纖維。在多層復(fù)合材料層壓板中，每一層所包含的復(fù)合材料可以具有完全不一樣的聚合物基體和/或纖維。例如，圖三所示的薄片22由兩層復(fù)合材料24和26的層壓板組成，在圖示的實(shí)施例中，復(fù)合材料24和26都包括單向連續(xù)纖維28。纖維28在兩層材料的中的排列方向大致垂直。不過(guò)，由于每個(gè)層中的纖維28可以相對(duì)于另一個(gè)層中的纖維以任意角度排列，本發(fā)明不局限于此。此外，每個(gè)層中的纖維可以由不同的材