制備改良基材的方法及改良基材的制作方法
【專利說明】制備改良基材的方法及改良基材
[0001]本申請是2009年3月27日申請的、題為“復合涂層基材和可模塑復合材料”的專利申請200980110998.8的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及采用復合材料涂覆基材或制備一種可模塑材料的雜化材料領域。
【背景技術】
[0003]建筑材料或者其他一些基材經常會被磨損或暴露在光照、各種氣候以及昆蟲存在的環境下，造成材料快速損壞。近年來，木材以及其他材料的價格又在顯著上漲。建造綠色建筑又更加關注于可再生材料。此外，傳統建筑材料在諸如大風或者爆炸震蕩波這樣的高載荷條件下，表現出機械性能上的不足。在這種情況下，使用傳統建筑材料，很有可能出現重大的建筑物毀壞、以及造成人員的傷亡。
【發明內容】
[0004]—方面，本發明涉及一種包含復合材料碎片的可模塑的復合材料。
[0005]另一方面，本發明涉及制備一種改良基材的方法。這種方法是通過提供基材并在基材上涂覆包含復合材料碎片的涂層而得到的。
[0006]又一方面，本發明涉及一種方法，該方法通過在第一構件的附著區域上涂覆涂層并在第一構件的被涂覆的附著區域上涂覆緊固材料以將第一構件固定到第二構件上，從而將第一構件固定到第二構件。
[0007]另一方面，本發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合材料碎片的涂層。
【附圖說明】
[0008]圖1是一塊具有單向定向連續纖維的復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合材料薄片的頂視示意圖。
[0010]圖3是一塊復合材料層板的側視示意圖。
[0011]圖4示意地示出了用基材片和復合材料薄片制成的復合材料。
[0012]圖5示意地示出了復合材料薄片集中環繞于基材的周圍。
[0013]圖6示意地示出了復合材料薄片以行的形式集中在基材上。
【具體實施方式】
[0014]—方面，本發明涉及一種包含復合材料薄片的可模塑材料。復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、連續卷或其他形式制成復合材料，也可以是連續的狀的或者是其他形態的。為了提供薄片，復合材料可以被切、削或者用其他方式制成各種長度和寬度的薄片，比如約1英寸至約6英寸(約2.5至約15.25厘米)長，約1/4至約3英寸寬(約0.6至約7.6厘米)。不過，本發明并不局限于此，實際應用時可以采用任何的薄片尺寸。
[0015]在一個實施例中，可模塑材料是包含填充物和復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、復合材料或者織物等等的材料。復合材料薄片可以與基材片或其他填充物混合，使得復合材料薄片均勻分布在混合物中。可以選擇性地包括粘合劑，以將復合材料薄片和基材薄片粘接起來。可選地，復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質上可以自由流動的薄片或通過加熱或者加壓合并成例如球形的有用的前驅體形式的薄片。如果基體材料是熱塑性的，通過對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，會使基體材料作為粘合劑，兩個或更多的彼此接觸的薄片立刻粘接起來。
[0016]在另一種實施例中，本發明還提供了一種改良的基材，通過在諸如構件之類的基材上涂敷由本文所述的復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。基材這個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和多個分布于聚合物基體中的在縱向上相互對齊的纖維14。由薄片10中可以看出，薄片、板材、碎片、層壓板或者復合材料板層都可以因其內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，在不背離本發明廣泛性的前提下，復合材料的薄片可以是任意形狀的，本發明并不局限于此。另外，纖維可以縱向分布于聚合物基體中，也可以是切削過且隨機分布在聚合物基體中，還可以是兩種分布方式的結合。圖2所示的薄片是任意形狀的并包括剪斷更長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，還可以在復合材料中使用顆粒狀材料。
[0018]在復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，具有優良的電學和機械性能，并且有很好的耐化學腐蝕性。這種纖維廣泛的應用于纖維以增強塑料。
[0019]S玻璃對于E玻璃纖維來說是高強度和高成本的。S玻璃是一種鎂鋁硅酸鹽玻璃，擁有非常高的拉伸強度，常常應用于航空領域。最初，S代表高強度。
[0020]E玻璃纖維可以添加到具有很寬纖維質量范圍和熱塑性聚合物基體材料的復合材料中。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/丹尼爾拉伸強度。這些高性能纖維束是芳族聚酰胺纖維、擴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。這些高拉伸強度的材料對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]在不脫離本發明廣泛性的情況下，本發明所屬領域技術人員已知的其他纖維可以替代上述纖維。如市場上銷售的尤其是TWaron和Technora商標的芳族聚酰胺纖維；市場上銷售的Toray，Fortafil和Zoltek商標的玄武纖維、碳纖維;市場上銷售的包含并且不限于Vectran商標的液晶聚合物等都可以用于上述用途。基于前面提到的這些纖維，本發明著眼于獨立或以組合形式使用各種有機的、無機的、金屬的纖維。
[0024]S玻璃和E玻璃纖維或其他纖維的數量可以根據熱塑性基體的質量百分比而變化，基于纖維和熱塑性樹脂結合后的質量，其中熱塑性基體的質量百分比可以為40wt%?90wt%，如5(^1:%到85￥1:%的熱塑性基體，在一個實施例中為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。熱塑性樹脂的重量比例可以根據產品板材的目的應用所要求的物理性能的變化而變化。
[0026]本發明使用的薄片，可以獨立包括一種復合材料制成的薄片，也可以包括由相對于纖維和/或其中的聚合物基體不同的復合材料制成的薄片。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]在一個實施例中，復合材料層壓板至少含有一個復合材料層或板層，復合材料層在其中都包括聚合物基體和纖維。在多層復合材料層壓板中，每一層所包含的復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由兩層復合材料24和26的層壓板組成，在圖示的實施例中，復合材料24和26都包括單向連續纖維28。纖維28在兩層材料的中的排列方向大致垂直。不過，由于每個層中的纖維28可以相對于另一個層中的纖維以任意角度排列，本發明不局限于此。此外，每個層中的纖維可以由不同的材