КОМПОЗИТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
COMPOSITE ARTICLES AND METHOD OF THEIR PRODUCTION (VERSIONS)

Данное изобретение относится к композитным изделиям, например слоистым изделиям (ламинатам). Предпочтительные аспекты изобретения относятся к ламинатам, включающим вспененную основу и защитное покрытие на поверхности основы. Предпочтительные варианты изобретения относятся к изготовлению ламинатных панелей, например, для использования в строительстве, для изготовления мебели и архитектурных компонентов, например, архитектурных отливок, хотя изобретение может найти также широкое применение в обширной области композитных материалов. Варианты описанного изобретения относятся к дверям, окнам и другим панелям, в частности к тем изделиям, которые применяют при строительстве зданий и сооружений.
Двери, окна и панели традиционно изготавливают из древесины и затем полируют или оставляют неполированными. Однако под действием колебаний температуры и/или влажности необработанная древесина может деформироваться. Это является недостатком с эстетической точки зрения и может также приводить к затруднениям при открывании и закрывании дверей, окон или их частей. Эти проблемы особенно важны с точки зрения безопасности современных зданий, т.к. покоробленные двери, окна и панели могут оказаться пожароопасными. Кроме того, древесина относится к числу сравнительно дорогостоящих материалов, а применение некоторых видов древесины может создавать экологические проблемы.
Поэтому в последние десятилетия наметилась определенная тенденция к изготовлению дверей, панелей и окон из синтетических материалов. Одним из видов таких дверей является формованная дверь. Формованные двери можно изготавливать многими различными способами.
Все большее применение в строительстве, в производстве и декорировании мебели находят ламинатные панели из вспененной смолы, включающие вспененную смолу и слой защитного покрытия, благодаря широкому спектру их полезных свойств.
В известном способе изготовления панели состоят из пары наружных защитных покрытий и внутреннего каркаса из вспенного материала. Защитное покрытие или покрытия и вспененный каркас изготавливают раздельно, а затем их можно соединить путем склеивания или нагревания. Однако в определенных условиях некоторые адгезивы разрушаются, что приводит к расслаиванию, а некоторые другие адгезивы трудно использовать или нужны тщательно регулируемые условия их применения, например, из-за токсичности и угрозы здоровью окружающих. В других случаях компоненты адгезива отрицательно влияют на один или на оба соединяемых слоя, например, из-за химического взаимодействия или локальной сольватации слоя. Кроме того, возможности применения нагрева для связывания ограничены, поскольку нагрев можно применять только тогда, когда по меньшей мере один слой состоит из материала, размягчающегося при нагревании, и ни один из слоев не испытывает отрицательного воздействия температуры, необходимой для эффективной термообработки. Помимо этого, связи, образующиеся в таких материалах при нагревании, недостаточно прочны или имеют тенденцию разрушаться со временем.
Кроме того, такие способы не экономичны при изготовлении панелей, таких как панельные двери, или при восстановлении панельных покрытий, которые имеют глубоко профилированные поверхности, т.к. они включают отдельно изготовленный каркас с нужным профилем и защитные покрытия и все это требует применения дорогостоящих пресс-форм.
В известных системах защитные покрытия можно изготовить компрессионным формованием листового материала (SMC). Листы SMC содержат термореактивную смолу, например, полиэфирную смолу, и армирующие волокна, например, стекловолокна.
Для изготовления защитного покрытия формуемый листовой материал сгибают с образованием загрузочного блока и помещают в предварительно нагретую полость для формования. Пресс-форму закрывают, прилагают давление и прессуют формуемый материал так, чтобы он распределился по всей пресс-форме. Нагрев и давление поддерживают вплоть до отверждения формуемого материала. Затем пресс-форму открывают и извлекают сформованное защитное покрытие.
Листы защитного покрытия затем закрепляют на противоположных сторонах рамы перед тем, как в полость между листами защитного покрытия будет введена пена. Пена служит наполнителем и может обеспечивать повышенную жесткость и изолирующие свойства двери. Затем дверь подвергают необходимой отделке.
Однако, хотя этот способ может быть эффективным, он не всегда надежен. Это объясняется тем, что отверждение пены и заполнение полости трудно регулировать. Кроме того, на реологические свойства отвердевшей пены может отрицательно повлиять армирующая проволочная решетка, которую часто вводят между слоями защитного покрытия для упрочнения конечного продукта.
Кроме того, этот способ имеет недостатки, связанные с формированием защитных покрытий из SMC. Например, SMC надо сгибать для образования блока в пресс-форме. Это объясняется тем, что во время формования необходимо удалять попадающий в полость воздух и газы, образующиеся при отверждении.
Кроме того, для эффективного формования требуется высокое давление вплоть до 1000-1200 тонн.
Указанные обстоятельства накладывают ограничения на материалы, которые можно использовать для изготовления самой пресс-формы. В качестве материалов для пресс-форм используют нержавеющую сталь, но такие пресс-формы являются дорогостоящими и медленно нагреваются, так что для подготовки и достижения нужной температуры требуется длительное время. Например, нагревание пресс-формы из нержавеющей стали до 140 градусов, необходимых для компрессионного формования, может продолжаться в течение нескольких часов. Кроме того, пресс-формы из нержавеющей стали тяжелы, а замена пресс-формы для изготовления разных профилей защитного покрытия может занять до полусуток, включая охлаждение, замену формы и цикл нагрева. Поэтому такие способы компрессионного формования использовали в прошлом лишь для изготовления изделий большого размера, и они требовали больших затрат на изготовление пресс-форм и простои при замене пресс-формы.
Другой недостаток данного способа заключается в том, что когда защитный слой затем прикрепляют к основе адгезивом и заполняют пеной с образованием вспененной ламинатной структуры, структурный разрыв связи между защитным слоем и основой может создать проблемы.
Предметом настоящего изобретения является предложение улучшенного композитного материала и способа изготовления композитного материала.
Согласно одному аспекту изобретения предлагается способ изготовления композитного материала, включающий: изготовление защитного слоя, содержащего формуемый листовой материал; изготовление основы; наложение листа защитного материала на поверхность основы и прикрепление листа защитного материала к основе, причем конструкция основы должна обеспечивать возможность удаления газа и/или пара из зоны прессования.
Предпочтительно, чтобы зона прессования была такой, чтобы поверхность основы и листа защитного материала можно было спрессовать вместе, предпочтительно в области границы раздела основы и защитного покрытия.
Было установлено, что в результате удаления газа или пара, который иначе мог бы остаться и/или включиться в эту зону, в некоторых случаях можно значительно понизить давление, необходимое для формирования композитного материала.
Предпочтительно, чтобы природа поверхности основы позволяла удалять газ или пар из зоны прессования. Например, предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть поверхности материала была пористой, что позволяет удалять газ или пар из соседних областей.
Предпочтительно, чтобы из основы можно было удалять газ или пар в зоне прессования в направлении, по меньшей мере частично перпендикулярном направлению прессования, в котором листовой материал защитного покрытия спрессовывают с основой.
Можно предложить другие (альтернативные или дополнительные) способы изготовления, которые способствуют вытеснению газа. Например, в материале основе можно проделать желобки или каналы.
Конфигурация основы, которая облегчает вытеснение газа, обусловлена природой композиции самой основы, и ее можно создать с помощью последующих операций, например, путем механической или химической обработки основы.
Предпочтительна такая конфигурация основы, которая позволяет снизить давление в зоне прессования.
Предпочтительно, чтобы основа представляла собой материал с ячеистой структурой. В некоторых случаях ячеистая структура основы может обеспечить необходимое вытеснение газов. В предпочтительных примерах основа представляет собой материал, включающий структуру с практически открытыми ячейками. Таким образом, в некоторых примерах можно обеспечить успешное удаление газов из зоны прессования. Основа может быть изготовлена из вспененного материала.
Согласно другому варианту изобретения предлагается способ формирования композитного материала, включающий: изготовление слоя формуемого листового материала; изготовление основы из вспененного материала со структурой, практически состоящей из открытых ячеек; наложение слоя формуемого листового материала на поверхность основы и приложение давления для соединения листового материала с основой.
Предпочтительно, чтобы основа представляла собой ламинат. Ламинат по данному изобретению может включать/ например, каркас с одним защитным слоем на поверхности, или это может быть каркас между двумя защитными слоями по типу сэндвича. Возможны и другие конструкции.
Основа может быть частью конечного продукта, или предполагается, что основу можно удалить, например, механической обработкой, после того, как будет изготовлен защитный слой. Предпочтительно, чтобы основа составляла часть конечного продукта, полученного из композита.
В некоторых вариантах изобретения листовой материал накладывают непосредственно на основу. В других примерах между основой и листовым материалом помещают один или более слоев, например, для усиления адгезиии или связывания двух частей. Например, между частями можно поместить адгезив.
Предпочтительно, чтобы способ включал стадию наложения слоя формуемого листового материала на пресс-форму и далее стадию прессования основы с листовым формуемым материалом в пресс-форме.
Если матрица имеет форму листа, то можно избежать использования жидкой смолы. При этом можно значительно сэкономить время на производство продукта, а также обеспечить такие преимущества, как облегчение использования материала матрицы и уменьшение затрат рабочей силы и оборудования, необходимых для выдерживания в пресс-форме материала матрицы или предшествующего полимера.
Способ может включать стадию наложения слоя непосредственно на поверхность пресс-формы.
В других примерах между листовым материалом и поверхностью оборудования можно нанести один или несколько слоев. В некоторых примерах материалы можно поместить на поверхность оборудования, например, для облегчения формования и/или извлечения продукта из пресс-формы. На пресс-форму можно нанести кроющую композицию, которая после формования образует покрытие на продукте. Композиция может быть окрашена. Композицию можно ввести в пресс-форму в виде порошка, например, методом электростатического напыления.
Предпочтительно, что способ также включал стадию нанесения вуали между формуемым листовым материалом и поверхностью пресс-формы.
Предпочтительно, чтобы вуаль представляла собой лист материала, который укладывают перед формованием между формуемым листовым материалом и поверхностью пресс-формы. Предпочтительно, чтобы введение вуали улучшало или изменяло отделку поверхности формованного изделия по сравнению со случаем, когда вуаль отсутствует.
Например, если лист формуемого материала содержит армирующий компонент, предпочтительно, чтобы вуаль служила для замены или уменьшения количества армирующего компонента на поверхности конечного сформованного продукта. Например, в некоторых случаях было установлено, что когда формуемый материал представлял собой SMC с короткими стекловолокнами, то стекловолокна при формовании могли выступать над поверхностью формованного изделия, что приводило к неудовлетворительной отделке поверхности. Использование вуали позволяет обеспечить наличие барьера для определенных компонентов формуемого вещества, например, с целью улучшения отделки поверхности.
В некоторых случаях полагают, что использование вуали приводит к уменьшению перемещения материала матрицы в плоскости формы. Предпочтительной особенностью вариантов данного изобретения является то, что перемещение в плоскости поверхностей формы понижено; предположено, что в некоторых случаях это приводит к лучшей отделке формованных продуктов.
Предпочтительно, чтобы во время формования вуаль была практически проницаема для компонента формуемого вещества.
Таким образом, компонент, например смола, в формуемом материале может во время формования проникать через вуаль с образованием отделки из смолы на поверхности формованного продукта.
Поэтому материал для вуали предпочтительно выбирать таким, чтобы она была достаточно проницаема для определенных компонентов формуемого вещества (в частности смолы) и при этом осуществляла функцию барьера для других компонентов, например, стекловолокна или других армирующих добавок.
В некоторых вариантах вуаль можно поместить непосредственно вблизи поверхности пресс-формы, и тогда она будет достаточно проницаема для компонентов смолы и будет обеспечивать удовлетворительную отделку поверхности продукта. Однако для улучшения отделки поверхности между вуалью и поверхностью формы можно поместить еще один слой. Например, слой смолы можно наложить на поверхность пресс-формы. Его можно закрепить любым подходящим способом.
Альтернативно или вдобавок к сказанному слой вуали для улучшения отделки поверхности может содержать дополнительные компоненты, например, смолу.
Вуаль может представлять собой нетканый материал. В частности при наложении вуали непосредственно на пресс-форму желательно, чтобы материал вуали не имел конкретной текстуры или отделки, которые приводили бы к образованию заметной структуры на поверхности сформованного продукта. Однако в других случаях такая структура поверхности или рисунок поверхности могут давать преимущества.
Если такая структура не желательна, то предпочтительно, чтобы вуаль представляла собой нетканый материал. Например, предпочтительно, чтобы вуаль не имела вязаных или тканых поверхностей, хотя в некоторых случаях такой материал можно использовать, в частности, если поверхность вещества вуали была обработана для уменьшения ее структуры. Например, в некоторых случаях вуаль может иметь шероховатую поверхность. Однако в большинстве случаев предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна поверхность вуали практически не была стуктурированной или не содержала рисунка.
Вуаль может представлять собой войлок. Например, вуаль может быть изготовлена из полиэфиров. Можно использовать альтернативные материалы, например, шерсть, полиэтилен, полипропилен или PET. Вуаль может быть шероховатым или вспененным материалом. Как показано выше, предпочтительно, чтобы подходящий материал был проницаем для используемой смолы и имел подходящую текстуру поверхности.
2
Вуаль может представлять собой полиэфирный материал с массой примерно 120-150 г/м.
Широкий спектр применения данного изобретения включает способ формования листового материала, содержащего смолу и наполнитель, предусматривающий размещение вуали между формуемым листовым материалом и формующей поверхностью. Как показано выше, предпочтительно, чтобы вуаль служила барьером для наполнителя, но позволяла проникать смоле, например, путем абсорбции.
Размещение листового материала на основе с открытыми ячейками в примерах по данному варианту изобретения обеспечивает несколько преимуществ.
В частности, при использовании основы из вспененного материала с открытыми ячейками воздух и газы, образующиеся во время формования в пресс-форме, могут проходить внутрь пены с открытыми ячейками и через нее; при этом уменьшается риск образования трещин и дефектов в защитном слое под действием воздуха и газов.
Кроме того, соединение листового материала с основой в указанном способе формования позволяет обеспечить высокую эффективность производства ламината, т.к. в некоторых случаях не понадобится последующая стадия соединения защитного слоя с основой.
В некоторых примерах будет очевидно, что состав листового материала позволяет обеспечить образование нужного потока формуемого материала на поверхность основы. В некоторых примерах это обусловлено избытком предварительног полимера в композиции, например, по сравнению с соответствующими композициями для других областей применения.
Таким образом, толщина образующегося защитного слоя может саморегулироваться благодаря тому, что в ходе операции формования листовой материал будет сжиматься до предварительно заданной толщины, а избыток смолы будет вытекать в основу. Кроме того, при изготовлении листового материала требуется меньшая точность, т.к. на стадии формования любой избыток исходного полимера в композиции будет удаляться в основу.
В предпочтительных примерах в способе формования листовой материал проникает в ячейки или в другие части основы и обеспечивает механическую связь между основой и формованным защитным слоем. Это может уменьшить риск отслоения защитного слоя от основы и создать продукт, устойчивый к циклам нагревания/охлаждения, а также монолитную структуру композита без использования адгезива.
В предпочтительных примерах листовой материал образует внешний слой защитного покрытия на поверхности основы, который механически скреплен с основой, прочно связывая защитное покрытие и основу. В некоторых случаях было обнаружено, что связь на границе раздела защитного покрытия и основы действительно прочнее материала самой основы. Ламинат, изготовленный этим способом, может разрушиться в слое основы, а не по границе раздела.
Предпочтительно включить в способ изготовления нагрев и давление на основу и листовой материал. Предпочтительно, чтобы листовой материал затвердевал непосредственно на поверхности основы. Эту важную особенность можно осуществить независимо. В широком аспекте изобретение предлагает отверждение листа отверждаемого материала непосредственно на поверхности основы, предпочтительно основы, обеспечивающей вытеснение газа или пара из пограничной области, предпочтительно основы, состоящей из вспененного материала с открытыми ячейками.
Предпочтительно, чтобы листовой материал был термореактивным, причем способ включает стадию отверждения материала.
Предпочтительно, чтобы способ включал компрессионное формование.
Предпочтительно выбирать такие давление, температуру и время рабочего цикла, чтобы листовой материал отверждался в пресс-форме.
Предпочтительно выбирать такой профиль пресс-формы, чтобы получать нужную форму защитного слоя.
Можно изготовить композит с контурной поверхностью. Например, поверхность продукта может иметь дефекты, образовавшиеся на стадии прессования, когда его запрессовывали в пресс-форме. Так можно получить сформованные композиты.
Предполагается, что способы по данному изобретению можно использовать для изготовления изделий, не имеющих наплывов на поверхности, например, плоских панелей. В этом случае основа может быть изготовлена из любого подходящего материала. Предпочтительно, чтобы для наиболее успешного осуществления стадии прессования основа включала жесткий материал, что придаст изделию нужные механические свойства.
В некоторых примерах, когда нужна контурная поверхность, на поверхности основы можно изготовить необходимые контуры или наплывы. Например, можно придать основе нужную форму механической обработкой блока основы, содержащего полиуретановую пену.
Контуры основы повторяют контуры пресс-формы, поэтому при запрессовывании компонентов на поверхности пресс-формы полученная панель будет иметь защитный слой с нужными контурами, соединенный с формованной основой.
Однако предпочтительно, чтобы основа включала разрушаемый материал, чтобы на стадии подъема давления происходило формование поверхности основы.
Основа может включать хрупкий материал. Такой материал может быть жестким и несминаемым при обычном использовании конечного продукта, но на стадии прессования при формовании основы материал основы может разрушиться. При нахождении в пресс-форме материал основы может деформироваться таким образом, что его поверхности, прилегающие к форме, будут повторять контуры поверхности пресс-формы.
Эта особенность особенно привлекательна, и ее можно использовать независимо. Поэтому один из вариантов изобретения предлагает способ получения композита, который включает:
изготовление слоя, содержащего формуемый листовой материал, и изготовление основы, содержащей хрупкий материал, наложение слоя листового материала на поверхность основы и прессование листового материала на поверхности основы и запрессовывание листового материала в основу, причем во время прессования по меньшей мере часть основы деформируется.
Предпочтительно/ чтобы на стадии прессования происходило формование по меньшей мере части основы.
Предпочтительно, чтобы способ обеспечивал нужную поверхность пресс-формы и наложение первого листа полимера, а затем также хрупкой основы на пресс-форму (необязательно вместе с другими слоями или предлагаемыми компонентами), причем основу формуют в соответствии с контурами поверхности пресс-формы.
Предпочтительно, чтобы основа включала материал, который является неупруго разрушаемым; предпочтительно, чтобы деформация основы во время прессования была практически пластичной, т.е. практически вечной и невозобновляемой. Таким образом, сразу после деформации основа остается в таком состоянии.
Этот способ особенно привлекателен в некоторых случаях. В частности можно отказаться от механической обработки нужных контуров на поверхности основы перед наложением защитного слоя.
В способе получения формованных продуктов нужной формы можно использовать простые блоки основы.
При формовании продукт приобретает контуры поверхности и/или может принять форму самого конечного изделия. Предполагается, что с помощью этого способа можно получать формованные изделия.
В описанных примерах основа изготовлена из пластичного материала, но можно использовать и любые другие подходящие материалы.
Предполагается, что изобретение можно применять в случае, когда основа включает материал, который сохраняет жесткость даже при повышении давления, но предпочтительно, чтобы основа содержала материал, который может регулируемо деформироваться под действием давления, так чтобы поверхность основы могла приобретать очертания части пресс-формы.
Таким образом, формованные ламинаты можно эффективно изготовить в одну стадию из формуемого листового материала и блока основы.
В некоторых предпочтительных примерах основу можно обработать за одну стадию прессования вместе с двумя слоями защитного покрытия, причем предпочтительно, чтобы основа сформовалась в соответствии с контурами двух противостоящих поверхностей пресс-формы. Две поверхности пресс-формы могут иметь разные профили или одинаковый профиль.
В некоторых примерах всю основу или какую-то ее часть можно расплющить до практически нулевой толщины.
В примерах настоящего изобретения основа предпочтительно содержит жесткую пену, например, вспененный материал, полученный из смеси фенолформальдегидной смолы, кислотного отвердителя и мелких твердых частиц; такой материал затвердевает в условиях, в которых вспенивание смеси обусловлено в первую очередь или исключительно испарением малых молекул, присутствующих в смоле или образовавшихся в качестве побочного продукта реакции отверждения. Образование таких пен подробно описано в ЕP 0010353, а вспененные изделия, содержащие такие пены, можно получить под маркой пена ACELL от Acell Holdings Limited, UK.
3
3
3
Предпочтительно, чтобы плотность материала основы была в интервале 100-500 кг/м, более предпочтительно 120-400 кг/м и наиболее предпочтительно 120-250 кг/м. Было установлено, что такие пены могут воспроизводить на своей грани подробные очертания и даже мелкие и сложные детали поверхности пресс-формы при повышении давления до такого уровня, который зависит от природы и плотности пены и который можно легко подобрать опытным путем.
Такой материал основы имеет структуру с практическии открытыми ячейками, так что при запрессовывании листового слоя защитного покрытия в ячейки или поры материала газ или пар могут легко удаляться.
Хотя можно использовать любой подходящый материал, варианты изобретения позволяют использовать материалы с практически жесткой структурой, например, вспененные материалы, т.е. предпочтительно самоподдерживающиеся пены, которые устойчивы к деформации под нагрузкой и не сжимаются при среднем давлении. Считается, что физические свойства таких вспененных материалов, особенно их прочность при сжатии и деформация под нагрузкой, зависят (среди других факторов) от толщины стенок ячеек. В некоторых примерах показано, что ячейки в материале основы имеют размеры в интервале примерно 0.5-5 мм, более предпочтительно 0.5 (1)-2 (3) мм.
Предпочтительно, чтобы материал основы содержал наполнитель, например, мелкораздробленный наполнитель. В некоторых случаях особенно предпочтительна вспененная фенольная смола, армированная мелкораздробленным наполнителем, благодаря исключительной комбинации физических свойств и огнестойкости получаемых из нее ламинатов.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере некоторые ячейки или поры вспененного материала основы были открыты в направлении поверхности той грани, на которую накладывается листовой материал защитного покрытия, и предпочтительно, чтобы они были открыты ниже поверхности на большую ширину, чем отверстие, что обеспечивает образование выемки, улучшающей контакт защитного слоя с основой.
В некоторых случаях толщина слоя защитного покрытия на поверхности основы составляет по меньшей мере 1 мм, но приемлема также и толщина менее 1 мм. При желании толщину защитного слоя можно уменьшить до или после отверждения.
В некоторых примерах на противоположную поверхность основы накладывают еще один слой формуемого листового материала, и после повышения давления основа оказывается между двумя слоями листового материала по типу сэндвича.
Таким образом можно изготовить ламинат со слоями защитного покрытия на обеих сторонах. Например, если изделие представляет собой дверь, обе стороны двери можно изготовить в одну стадию.
Предпочтительно, чтобы листовой материал включал термореактивный пластик. Материал может содержать другие компоненты, например, такие, которые облегчают обработку листового материала.
Листовой материал защитного покрытия по вариантам данного изобретения может включать любую матричную композицию. Например, матрица может включать один или несколько термореактивных полимеров, например, эпоксидную смолу, фенольную смолу, бисмалеимидилиполиимд или полиимид и/или любой другой подходящий материал. Материал может содержать меламин, известный в качестве огнезащитного компонента. Матричные материалы могут также включать отвердители, ускорители, наполнители, пигменты и/или любые другие нужные компоненты. Матрица может включать термопластичный материал.
Листовой материал защитного покрытия может содержать армирующие элементы, например, армирующие волокна. Листовой материал может содержать стекловолокна.
Предпочтительно, чтобы слой формуемого листового материала содержал SMC (вещество, способное формоваться в виде листа)
SMC может содержать два основных компонента: матрицу и армирующий элемент.
Предпочтительно, чтобы матрица содержала смолу, предпочтительно на основе полиэфира, но может также включать виниловый эфир, эпокси, фенольную смолу или полиимид. Предпочтительно, чтобы матрица содержала термореактивную смолу.
Кроме того, матрица может содержать добавки, например, минеральные вещества, инертные наполнители, пигменты, стабилизаторы, ингибиторы, антиадгезивы, катализаторы, загустители, гидратирующие добавки и/или другие подходящие материалы.
Армирующие элементы предпочтительно включают стекловолокна. Волокна можно нарезать, например, на куски длиной 5 см или короче или они могут быть непрерывными. Можно использовать другие армирующие материалы, например, углеродные волокна.
Применение SMC обеспечивает ряд преимуществ. Например, SMC имеют низкую плотность, но хорошие механические свойства по сравнению с другими материалами, например, термопластиками, а также хорошие термические свойства. Что особенно важно для некоторых областей применения, например, в строительстве, их пожароустойчивость также высока. SMC обладают хорошими звукоизолирующими свойствами, которые также важны при использовании в строительстве, и хорошей химической устойчивостью.
Волокна могут быть короткими или более длинными. Волокна могут быть рыхлыми, например, волокна могут располагаться одномерно или многомерно. Волокна могут быть частью сетки, например, сотканные или связанные между собой любым приемлемым способом. Волокна могут располагаться беспорядочно или регулярно и могут представлять собой ткань, мат, войлок или текстиль или другие виды. Материал может включать короткие волокна. Волокна можно наматывать в виде непрерывной нити. Можно использовать более одного слоя волокон.
Волокна могут включать один или несколько материалов. Например, волокна могут включать один или несколько видов углеродных волокон, стекловолокон, арамидных волокон и/или полиэтиленовых волокон. Можно использовать волокна Kevlar (RTM). Продукты, содержающие такие волокна, можно использовать в защитных устройствах или в строительстве. Например, некоторые продукты по настоящему изобретению могут найти применение в качестве бронезащитных или пуленепробиваемых изделий. Например, можно изготовить защитные панели с применением армирующих волокон Kevlar (RTM).
Листовой материал может представлять собой пропитанный волокнистый композит.
Было неожиданно обнаружено, что в способах по настоящему изобретению можно использовать листовые материалы, включающие длинные волокна, а также листовые материалы, включающие сотканные друг с другом волокна. Не обращаясь к теории, можно полагать, что такие материалы со сравнительно длинными волокнистыми армирующими элементами и/или включающие волоконные маты или другие сетки или структуры можно использовать потому, что они уменьшают возможности перемещения материала в пресс-форме вдоль поверхности пресс-формы.
Альтернативно или в дополнение к сплошному армированию листового материала можно предложить армирование в виде отдельного слоя, например, помещенного между листовым материалом и основой.
Отдельный армирующий слой можно разместить по всей основе или, например, только в отдельных ее частях. Например, если отдельная секция продукта более чувствительна к повреждению или разрушению, то эту часть можно армировать дополнительно. Например, если продуктом является дверь, то можно дополнительно армировать те участки двери, которые тоньше других из-за декоративного формования или из-за других особенностей и/или те участки, которые более подвержены повреждениям.
Таким образом, конструкция может включать листовой материал со сплошным армированием, например, в виде коротких волокон и/или более длинных волокон, которые можно ввести, например, в виде тканей или матов. В дополнение или альтернативно армирование может быть в виде одного или нескольких слоев, отдельных от листового материала. Дополнительный армирующий слой может включать короткие и/или длинные волокна, например, из материалов, приведенных выше.
Во время прессования или формования предпочтительно, когда матричный материал, например, смола, проникает в структуру ткани или другой конструкции, образуя связку.
Предпочтительно, чтобы слой листового материала включал в себя отверждаемую композицию. В некоторых примерах изобретения листовой материал можно закреплять иным способом, чем отверждением.
Для формования и закрепления листового материала в пресс-форме предпочтительно подбирать соответствующие давление и нагрев.
Предпочтительно, чтобы в ходе прессования вязкость листового материала уменьшалась.
Предпочтительно, чтобы вязкость листового материала при нагревании и/или под давлением уменьшалась или он по меньшей мере частично становился текучим. Таким образом можно получить поток материала. Это может привести к улучшенному формованию листового материала, более равномерной толщине и/или уменьшению числа дефектов формования. Предпочтительно, чтобы во время прессования листовой материал по меньшей мере частично проникал в ячейки материала основы. Предпочтительно, чтобы листовой материал и основа были такими, чтобы на стадии формования листовой материал проникал в основу только частично, осуществляя хорошее связывание защитного покрытия с основой при сохранении подходящей толщины защитного слоя, что обеспечивает требуемые механические и другие свойства ламината.
Предпочтительно, чтобы выдерживалась единая толщина наносимого листового материала.
Предпочтительно, чтобы материал, например, SMC, помещали в пресс-форму в развернутом виде. Это облегчает производство и также может уменьшить давление, необходимое для стадии формования. Как будет показано ниже, можно нанести несколько слоев одинаковой толщины, которые предпочтительно перекрываются по краям для уменьшения риска образования промежутков в слое защитного' покрытия.
Предпочтительно вкладывать листовой материал практически на всю поверхность пресс-формы. Наложение SMC практически на всю площадь пресс-формы обеспечивает много преимуществ. Например, в некоторых конструкциях давление, необходимое для завершения стадии формования, можно понизить за счет уменьшения количества боковых потоков материала в пресс-форме. Кроме того, уменьшая поток материала по поверхности пресс-формы, можно уменьшить истирание и/или износ поверхности пресс-формы. Таким образом, формуемый материал можно выбирать из более широкого набора кандидатов, как показано более подробно ниже.
Листовой материал можно поместить в пресс-форму в виде одного куска. Предпочтительно помещать на поверхность пресс-формы несколько листов такого материала.
В некоторых конструкциях, например, когда поверхность пресс-формы велика или для облегчения обработки листового материала, в пресс-форму и/или на основу можно нанести несколько кусков листового материала. Предпочтительно, чтобы край одного листа перекрывался с краем соседнего листа. Таким образом уменьшается риск образования промежутков в защитном слое на поверхности основы. Было обнаружено, что дополнительный материал в области перекрывания не ухудшает качества конечного продукта: в некоторых примерах избыток материала может распределиться по основе и/или сбоку в пресс-форме.
Таким образом, в некоторых примерах, в частности при изготовлении сложных изделий, можно использовать несколько кусков листового материала.
Эта особенность также обеспечивает дополнительное преимущество, т.к. может привести к уменьшению потенциальных отходов листового материала. Более мелкие куски материала, например, не надо выбрасывать, а обрезки от более крупных кусков или вырезки (например, если панель должна включать лакированную секцию) можно утилизировать.
Предпочтительно повышать давление до уровня ниже 200 тонн, предпочтительно ниже примерно 100 тонн.
Как показано выше, традиционные способы производства SMC требуют повышенного давления для откачки воздуха, захваченного во время формирования продукта из SMC. Если до прессования поместить пенную основу под слоем SMC, то воздух сможет выходить через ячеистую структуру пены, что заметно уменьшает истирание поверхности оборудования. Также требуются значительно более низкие давления. Предпочтительно, чтобы давление было ниже 500 тонн, предпочтительно ниже 200 тонн, предпочтительно ниже примерно 100 тонн.
Предпочтительно помещать листовой материал на поверхности пресс-формы, представляющей собой алюминий или алюминиевый сплав.
При использовании более низких давлений можно применять алюминиевое оборудование. Это уменьшает стоимость оборудования, обеспечивает более гибкое производство и меньшие простои при замене оборудования благодаря меньшей массе алюминиевой пресс-формы и скорости нагревания или охлаждения алюминиевой пресс-формы по сравнению с пресс-формой из нержавеющей стали. Например, объем алюминиевого оборудования может быть значительно меньше, чем у соответствующего стального оборудования, и это в сочетании с более низкой плотностью алюминия ведет к значительным преимуществам при массовом использовании алюминиевых пресс-форм.
Что касается компонентов, входящих в состав алюминия, предпочтительно, чтобы соответствующие компоненты включали алюминий или алюминиевый сплав или другой материал, содержащий алюминий.
Предпочтительно помещать листовой материал на поверхность рифленой пресс-формы.
Как показано выше, предпочтительно сформировать поверхность пресс-формы, например, для придания защитному слою в ламинате профилированной поверхности. Альтернативно или в дополнение на поверхность пресс-формы можно нанести рисунок, с тем чтобы поверхность защитного слоя в ламинате включала рисунок или нужную текстуру.
Например, поверхности пресс-формы можно придать рисунок текстуры дерева, с тем чтобы на поверхности защитного слоя в ламинате получить рисунок, напоминающий текстуру дерева. Для альтернативной отделки защитного слоя можно использовать другие рисунки.
Другой важный аспект изобретения предлагает способ формирования композита, включающий: изготовление защитного слоя, содержащего формуемый листовой материал; изготовление основы; наложение слоя формуемого листового материала на поверхность основы и приложение давления для связывания листового материала с основой, причем по меньшей мере часть основы имеет фигурную поверхность и листовой материал связывается с фигурной поверхностью, т.е. происходит соединение листового материала с основой.
Поверхность основы может иметь много отверстий.
Изделия могут содержать отверстия на поверхности основы для улучшения соединения листового материала с основой и, следовательно, связывания листового материала с основой.
Отверстия или структурные элементы, улучшающие связывание листового материала с основой, могут иметь любую форму. Например, это могут быть ямки, полости или поры на поверхности, каналы или желобки. Форма этих структурных элементов может быть любой, регулярной или беспорядочной, и такие структурные элементы могут покрывать всю поверхность основы или только одну или несколько частей ее поверхности.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть структурных элементов или отверстий были открыты ниже поверхности основы на большую ширину, чем отверстия на поверхности. Таким образом могут образоваться выемки, которые упрочняют связывание.
Указанные структурные элементы или отверстия могут определяться самой природой основы. Например, если основа представляет собой вспененный материал, структурные элементы или отверстия могут образоваться из ячеек пены. Альтернативно или в дополнение структурные элементы или отверстия могут появиться на поверхности основы, например, в результате механической или химической обработки. Например, для улучшения связывания на поверхности основы можно создать ямки путем механической обработки.
Предпочтительно, чтобы листовой материал представлял собой матрицу, например, из предварительной полимерной смолы, которая во время прессования распределяется по поверхности основы. Это укрепляет связь между защитным слоем и основой. Предпочтительно, чтобы расстояние, на которое распространяется по поверхности матричный материал, составляло более 10%, 20%, 30% или даже 50% толщины защитного слоя на основе. Например, более 5%, более 10% или более 20% смолы в листовом материале может проникать в основу.
Состав листового материала может быть таким, чтобы в нем материал матрицы присутствовал в достаточном количестве для образования нужного объема потока полимера, движущегося на поверхность основы. Для этого может потребоваться дополнительное количество смолы в листовом материале по сравнению с традиционным листовым материалом.
В широком аспекте изобретение предлагает способ изготовления композита, включающий стадии: изготовление отверждаемого листового материала; изготовление основы и запрессовывание листового материала в основу.
Предпочтительно, чтобы листовой материал включал термореактивнй материал.
Предпочтительно, чтобы на стадии прессования конструкция позволяла удалять газы.
Предпочтительно, чтобы поверхность основы содержала много пор или других поверхностных структурных элементов, которые позволяют листовому материалу затекать в них, механически связывая его с основой. Таким образом в конечном изделии можно обеспечить прочную границу раздела между защитным покрытием и основой.
В некоторых примерах основа имеет структуру с практически открытыми ячейками. Основа может представлять собой вспененный материал с открытыми ячейками.
При изготовлении композита предпочтительно использовать одну стадию прессования. Предпочтительно изготавливать полностью законченное изделие способом, в котором используют только одну стадию прессования или формования.
Предпочтительно, чтобы основа включала жесткий хрупкий материал. В результате при использовании фасонного оборудования для формования в ламинате могут образоваться ослабленные участки. Предпочтительно накладывать листовой материал на поверхность оборудования, затем на слой листового материала помещать основу и прессовать с поверхностью оборудования.
Один аспект изобретения предлагает способ изготовления композита в одну стадию, включающий стадии наложения листа формуемого вещества на хрупкий материал основы с открытыми ячейками, прессования листа формуемого вещества с основой для тесного контакта SMC с основой и формования основы.
Способ может включать также изготовление второго слоя отверждаемого листового материала, размещение основы между двумя слоями и прессование обоих слоев с основой.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ изготовления ламината, включающий стадии: изготовление двух слоев отверждаемого листового материала; размещение основы между двумя слоями, причем основа необязательно имеет структуру с практически открытыми ячейками, и прессование двух слоев отверждаемого листового материала с основой.
Таким образом за одну стадию прессования можно изготовить вспененную сэндвичевую панель, содержащую слой пены между двумя слоями защитного покрытия.
Данный способ может включать стадию размещения других компонентов между двумя слоями отверждаемого листового материала.
Во время формования между слоями защитного покрытия можно также располагать другие компоненты по типу сэндвича. Например, если целевым изделием является дверь, в пресс-форму можно поместить компоненты дверной рамы, полированные панели и другие компоненты таким образом, чтобы из них получилось конечное изделие в одну стадии формования. Показано, что с помощью настоящего изобретения можно изготовить практически завершенное изделие, например, дверь, за одну операцию формования.
Широкий спектр вариантов изобретения предлагают способ изготовления ламината, например, панели или двери, включающий стадии изготовления первого и второго слоев формуемого листового материала, помещения основы между первым и вторым слоями, необязательно помещения дополнительного компонента между первым и вторым слоями, и приложение давления на слои для связи слоев с основой с образованием конечного изделия.
Для придания повышенной жесткости конечному продукту (дверь, окно или панель) в целом между слоями защитного покрытия будут находиться не только каркас, но также рама или элементы рамы, такие как брусы, рельсы и/или средники дверного полотна. Элементы рамы могут быть изготовлены из древесины, металла (например, алюминия) или пластика (такого как uPVC) или их комбинации, например, из армированного металлом пластика. Пластик, если это нужно для улучшения твердости и/или жесткости, может содержать наполнитель.
В предпочтительном варианте каркас занимает практически весь объем или объемы внутри рамы, т.е. практически все пространство внутри панели, образованное слоями защитного покрытия и компонентами рамы. Также предпочтительно, чтобы основа была связана с каждым слоем защитного покрытия практически по всей площади основы, которая контактирует с защитным покрытием, даже когда защитное покрытие имеет одну или несколько ослабленных зон, т.к. это увеличивает суммарную прочность, панели и сопротивление прогибу.
В одном предпочтительном варианте основа находится в виде одного или нескольких блоков, например, прямоугольных блоков, удерживаемых в раме, и по меньшей мере один из слоев защитного покрытия имеет одну или несколько ослабленных зон, а часть блока или блоков под каждой указанной зоной повторяет контуры указанной зоны в результате селективного регулируемого дробления субстрата на площади под указанной зоной.
Изобретение также предлагает изделие, изготовленное описанным здесь способом в аппарате, используемом в описанном способе.
Изобретение предлагает также изделие, состоящее из основы и защитного слоя из листового материала, связанного с поверхностью основы, причем листовой материал механически закреплен на поверхности основы. На поверхности основы могут находиться структурные элементы, причем материал связан с этими структурными элементами. Основа может быть изготовлена из материала с практически открытыми ячейками, причем материал проникает в ячейки основы.
Изобретение также предлагает продукт, включающий основу с практически открытыми ячейками и слой защитного покрытия из листового материала, связанного с поверхностью основы, и, кроме того, предлагает основу для использования в описанном здесь способе.
Изобретение также предлагает формовочный аппарат для использования в прессовании формуемого листового материала с основой, и предпочтительно, чтобы поверхность формовочного аппарата содержала алюминий или алюминиевый сплав.
Что касается слоя защитного покрытия или слоя, связанного с основой, следует понимать, что предпочтительно так связать по меньшей мере часть защитного покрытия или этого слоя. В некоторых примерах защитное покрытие или этот слой и т.п.соединены с основой по всей поверхности раздела.
Изобретение распространяется на способы и/или аппаратуру, как здесь описано со ссылкой на сопровождающие рисунки.
Любая особенность в одном из вариантов изобретения может быть отнесена к другим вариантам изобретения в любой приемлемой комбинации. В частности варианты способа можно применить к вариантам аппаратуры и наоборот.
Далее описаны предпочтительные особенности настоящего изобретения в качестве примера со ссылкой на сопровождающие рисунки, на которых:
Фигура 1 изображает аппарат для компрессионного формования SMC в соответствии с известным способом.
Фигуры 2-7 показывают стадии способа изготовления композита согласно варианту настоящего изобретения.
Фигура 8 иллюстрирует изготовление композитной двери.
Фигуры 9-11 иллюстрируют другие примеры изготовления композитов.
Фигуры 12a-c иллюстрируют способ изготовления композита согласно другому примеру.
На фигуре 1 показан способ формования защитного слоя из SMC. Показана пресс-форма 1, включающая секции формования - пуансон 2 и матрицу 3. Секции пресс-формы 2,3 нагревают до температуры примерно 140°C. Формуемое листовое вещество складывают с образованием блока 4, который помещают в пресс-форму. Секции пресс-формы 2, 3 прижимают друг к дргу и SMC распределяется в полости пресс-формы. Секции пресс-формы выдерживают в течение достаточного времени для того, чтобы завершилось отверждение соединения, и затем секции пресс-формы разнимают для извлечения образовавшегося сформованного защитного покрытия.
Для изготовления, например, панели два слоя защитного покрытия можно закрепить на противоположных сторонах рамы и ввести вспененный материал в полость между слоями защитного покрытия.
Фигуры 2-7 иллюстрируют основные стадии способа изготовления композита.
На фигуре 2 показана алюминиевая пресс-форма 20. Форма имеет контуры поверхности, подходящие для формования дверной панели. Форму нагревают до температуры примерно 140°C.
Лист формуемого соединения 22 накладывают на верхнюю поверхность пресс-формы 20 (фигура 3). Лист 22 имеет такой размер, чтобы им можно было покрыть всю поверхность пресс-формы.
На лист 22 накладывают деревянную раму 24 (фигура 4) ив раму 24 помещают блок вспененной основы 26 (фигура 5).
Основа 26 может включать вспененный материал, например, как описано ниже более подробно. Применение такого вспененного материала имеет ряд преимуществ:
- он структурирован и выдерживает значительные нагрузки он хрупок и его можно обработать давлением и он не имеет памяти, поэтому практически сохраняет спрессованную форму
- он содержит открытые ячейки и поэтому дает возможность клейкой смоле проникать в ячейки при изготовлении двери с образованием реально монолитной структуры композита.
3
В одном образце использованного вспененного материала размер ячеек составляет 0.5-3 мм и плотность равна 80-800 кг/м.
К компонентам прикладывают направленное вниз давление примерно 100 тонн (как показано на фигуре 6 - увеличение давления не показано). Пресс-форма давит на основу, деформируя пену и придавая поверхности основы конфигурацию поверхности пресс-формы. Лист SMC 22 также запрессовывают между поверхностью пресс-формы и основой. На нагретой поверхности пресс-формы 20 SMC начинает размягчаться и проникает в ячейки на поверхности основы 26. Воздух и другие газы, попавшие между SMC и основой, проходят через пену с открытыми ячейками. Компоненты выдерживают в пресс-форме при повышении давления в течение времени, достаточного для отверждения SMC с образованием защитного слоя, связанного с формованной основой 26 и имеющего внешнюю поверхность, соответствующую поверхности пресс-формы.
Композит 28 извлекают из пресс-формы (фигура 7). В этом примере длительность цикла формования продукта составила 4 мин.
Как видно из этого примера, верхняя часть пресс-формы не была задействована. В этом примере компоненты прессуют на одной нагретой плите.
На фигуре 8 показан способ, в котором формованную дверь изготавливают в одну стадию прессования.
Готовят нижнюю часть пресс-формы 30 и помещают на нагретую плиту, чтобы температура пресс-формы достигла примерно 140°С. Нижняя формованная поверхность 32 нижней пресс-формы 30 отвечает контурам поверхности дверной панели.
Нижний лист 34 отверждаемого материала накладывают на нижнюю формующую поверхность 32. Размер нижнего листа 34 примерно такой же, как размер нижней поверхности формования 32.
Нижний блок вспененного материала 36 из пены ACELL накладывают на верхнюю поверхность нижнего листа 34. Деревянную раму 38 размещают вокруг нижнего блока пены. Альтернативно, можно вначале поместить раму 38, а затем вложить в раму блок 36. Армирующий лист 40, включающий металлическую сетку, помещают в раму 38 на нижний блок пены 36. На армирующий лист 40 и внутрь рамы 38 помещают верхний блок вспененного материала 42, также содержащий пену ACELL. Чтобы способствовать связыванию, между двумя блоками 36,40 можно нанести слой адгезива. На верхний блок пены накладывают верхний лист 44 отверждаемого материала.
Готовят верхнюю пресс-форму 46 с верхней поверхностью формования 48, соответствующей своими контурами форме дверной панели. Верхнюю пресс-форму 46 нагревают до температуры примерно 140°C.
Верхнюю пресс-форму 46 опускают на другие компоненты и повышают давление до примерно 100 тонн, с тем чтобы прижать верхнюю пресс-форму 46 к нижней пресс-форме 30.
Верхний блок 42 и нижний блок 36 содержат хрупкую пену, и поверхности блоков, обращенные к соседним поверхностям пресс-формы 32.48, деформируют их и придают конфигурацию поверхности дверной панели.
Отверждаемый материал верхнего и нижнего листов 44 и 34 проникает в соседние блоки пены 42, 36 и образует механическую связь между ними. Отверждение отверждаемого материала происходит в нагретой пресс-форме с образованием из верхнего и нижнего листов 44 и 34 слоев защитного покрытия, связанных с верхним и нижним блоками.
Через несколько минут после окончания отверждения сформованную дверь вынимают из пресс-формы. Таким образом видно, как можно изготовить дверь за одну операцию прессования.
В альтернативном примере нижний блок 36, армирующий слой 38 и верхний блок 40 изготавливают как единое целое.
В некоторых примерах поверхность пресс-формы может иметь рисунок, который затем образует рисунок на внешней поверхности защитного покрытия. Например, если пресс-форма сделана из алюминия, на нее можно нанести рисунок типа текстуры дерева путем формования алюминия прямо на матрице, включающей реальное дерево. Таким образом, рисунок на поверхности может включать вместо смоделированного реальный рисунок дерева.
На фигуре 9 показана конструкция, в которой перекрывающиеся листы 50, 52 отверждаемого материала накладывают на поверхность пресс-формы 54. В этом примере основу с открытыми ячейками 56 можно прессовать непосредственно в области перекрывания 58 без потери качества продукта в области перекрывания 58. Во время прессования избыток материала в области перекрывания 58 проникает в основу 56.
На фигуре 10 показано, как можно изготовить основу из нескольких блоков между листами отверждаемой композиции 60, 62. Блоки 64, 66, 68, 70 могут быть состыкованы друг с другом линейно или могут образовывать «ребро» 72, которое затем может сохраняться во время стадии прессования. Было обнаружено, что во многих примерах проникновение потока материала внутрь основы во время прессования обеспечивает хорошую механическую прочность конечного композита даже при использовании нескольких блоков.
Фигура 11 показывает изготовление композита, образующего ребро с защитным слоем, перекрывающим это ребро. Один или несколько листов отверждаемого материала 80 помещают в подходящую пресс-форму 82 и формованный блок основы 84 запрессовывают в пресс-форму с образованием ребра.
На фигурах 12a-c показан следующий пример способа изготовления композита. При этом получают панель.
Готовят нижнюю пресс-форму 130, формующая поверхность которой имеет необходимые контуры для изготовления нужного профиля поверхности целевой панели.
Нижнюю пресс-форму помещают на рабочее место для сборки и элементы изготавливаемой панели вводят в пресс-форму 130.
Сначала формующую поверхность можно очистить любыми чистящими материалами. Затем формуемые компоненты загружают в пресс-форму 130.
Сразу на формующую поверхность пресс-формы 130 наносят вуаль 131. В этом примере размеры вуали соответствуют поверхности пресс-формы с небольшим перекрыванием, но вуаль может иметь и большие размеры, и в этом случае после формования потребуется отделка.
На вуаль 131 накладывают лист SMC 134. И в этом примере размер листа SMC 134 также должен быть близок к размеру формующей поверхности, но может быть и больше, и в этом случае после формования также бывает нужна отделка.
Затем на SMC 134 накладывают раму 138 и в раму 138 вставляют пенный блок 136.
Собираемые компоненты показаны в перспективе на фигуре 12b. На фигуре 12b для ясности толщина разных компонентов показана не в реальном масштабе.
Пресс-форму 130 с компонентами затем помещают под пресс на нагретую нижнюю плиту для прессования. В этом примере температуру нижней плиты выбирают так, чтобы температура пресс-формы во время формования была примерно 140°С.
Затем опускают верхнюю плиту на нижнюю в прессе и прикладывают давление для проведения операции формования и изготовления формованного композита 140.
На фигуре 12 с схематически показано поперечное сечение полученного формованного композита 140. Для ясности относительная толщина разных компонентов показана не в реальном масштабе. Из фигуры 12 с видно, что слой защитного покрытия 139 в композите был получен на поверхности изделия. Слой защитного покрытия 139 представляет собой отвержденный слой SMC вместе с вуалью 131. Рассмотрение фигуры показывает, что смола SMC по-видимому проникла полностью через вуаль с образованием гладкой полированной внешней поверхности, в то время как наполнитель из SMC (например, стекловолокна) попал под слой вуали.
Пограничный слой 141 также виден между слоями защитного покрытия в композите 139 и сжатым каркасом пены 136'. В этом слое 141 смола SMC по-видимому проникла в пену, например, проходя в структуру открытых ячеек пенного каркаса 136. Как видно, это дает хорошее связывание между слоем защитного покрытия в композите 139 и каркасом 136'.
Показанный композит, изготовленный как показано на фигурах 12а-с, может быть, например, предшественником панели или двери. Конечную панель или дверь можно изготовить, складывая вместе два аналогичных предшественника с образованием панели или двери с двумя слоями защитного покрытия. Очевидно, что альтернативно панель или дверь можно изготовить в одну стадию формования, например, как описано выше в связи с фигурой 8.
Например, можно изготовить слоистый продукт для формования, который содержит на нижней формующей поверхности первую вуаль, слой SMC, пенный каркас (с любой рамой или другими нужными компонентами), второй слой SMC и вторую вуаль. Верхнюю формующую поверхность можно спрессовать со второй вуалью и приложить давление для формования полной панели или двери в единое изделие.
Не связывая себя конкретной теорией, в некоторых конструкциях можно рассматривать вуаль как барьер между наполнителем и поверхностью продукта для улучшения отделки поверхности композита. Также считают, что присутствие вуали в некоторых конструкциях может уменьшить поток матричного материала в плоскости пресс-формы, что улучшает вид и другие особенности формованного продукта.
В настоящем примере SMC включает стекловолокна.
Следует отметить, что в некоторых предпочтительных примерах не требуется обработка поверхности пресс-формы перед закладкой в нее компонентов для формования, например, SMC и вуали, если она нужна. В частности в некоторых примерах не требуется вводить в пресс-форму краску, жидкую смолу и/или другие средства обработки поверхности. Во многих примерах любые такие необходимые компоненты можно включать в состав SMC.
В других конструкциях пресс-форму можно покрыть порошком, который затем образует защитное покрытие изделия. Эта особенность может фигурировать в любом варианте изобретения. В качестве примера порошковое покрытие можно нанести на поверхность пресс-формы электростатическим напылением. При нагревании пресс-формы порошковое покрытие плавится или размягчается почти сразу после нанесения на поверхность Например, порошок может включать полиэфир. Затем на расплавленное или размягченное порошковое покрытие наносят SMC или другой материал матрицы (со сплошным армирующим материалом или без него). Расплавленный или размягченный порошок для покрытия «прилипает» к поверхности формы и, как полагают, уменьшает перемещение материала матрицы во время операции формования, что в некоторых случаях улучшает отделку поверхности. В этом примере покрытие остается на поверхности продукта и придает поверхности устойчивость к образованию царапин и/или ударостойкость. Порошок для покрытия может быть окрашенным, что обеспечивает цветрное покрытие изделия. Порошковое покрытие может быть прозрачным или полупрозрачным и может иметь вид лака на поверхности изделия.
Очевидно, что с использованием описанных здесь способов можно изготовить очень широкий набор разных композитов. Применение данного изобретения не ограничено изготовлением, например, дверей.
Пример приготовления SMC
SMC включает отверждаемую матрицу и армирующий элемент.
Для приготовления SMC готовят матрицу смешением, например, полиэфирной смолы с минеральными веществами и добавками, например, карбонатом кальция и диоксидом титана, вместе с соответствующими пигментами.
Затем матрицу в виде пасты наносят на нижний пленкодержатель. Стекловолокна в качестве армирующих элементов накладывают на верхнюю поверхность пасты на пленкодержателе. Следующий слой пасты наносят так, чтобы волокна оказались между слоями матрицы по типу сэндвича. На верхний слой матрицы наносят верхнюю пленку. Полученную слоистую композицию постепенно сжимают, используя ряд валиков для образования формуемого листа между пленкодержателями. Полученный материал наматывают на валики и выдерживают по меньшей мере 3 суток при регулируемой температуре, например, 23-27°C. Полученное SMC может быть компрессионно сформовано при нагревании. Срок хранения SMC до использования обычно составляет несколько недель.
Пена
В некоторых примерах изобретения основа композита включает пену с хрупкими стенками ячеек. Предпочтительно, чтобы этот термин включал пену, которая при сжатии разрушается по типу хрупкого излома стенок ячеек, например, полного разрушения стенок ячеек. Такая пена способна сохранять четкий и точный по размерам отпечаток в разрушаемой зоне объекта, к которому прикладывают сжимающее усилие. В целом предпочтительно, чтобы предел текучести пены, который в данном случае означает минимальное усилие, необходимое для разрушения стенок ячеек и разрушения пены, находился в интервале примерно 100-140 кПа (15-20 фунт/кв. дюйм), более предпочтительно по меньшей мере 200 кПа (30 фунт/кв. дюйм), т.к. такие величины обеспечивают нужную устойчивость к удару. В целом для данного состава пены чем выше плотность, тем выше предел текучести.
При использовании практически жесткой полимерной пены с хрупкими стенками ячеек можно легко изготовить наплывы с ослабленными зонами в деталях путем приложения слоя к каркасу пены с достаточным давлением, которое вызывает разрушение стенок ячеек в пене в областях под ослабленными зонами защитного слоя, в результате чего пена благодаря регулируемому локализованному разрушению повторяет контуры защитного слоя в этих зонах. Таким образом можно избежать воздушных зазоров между пленкой защитного слоя и основой и отпадает необходимость предварительно готовить основу сложной формы. Это является особенным преимуществом, т.к. наличие таких воздушных зазоров в продуктах предшествующего уровня техники в некоторых случаях обусловливало их неспособность противостоять колебаниям температуры.
Преимуществом такого способа является использование пены с открытыми ячейками и хрупкими стенками, т.к. запрессовывание в традиционный вспененный каркас типа полистирола в некоторых случаях не удается осуществить успешно, т.к. упругость пены может вызвать разрушение защитного слоя при снятии давления.
3
В некоторых примерах изобретения предпочтительны жесткие полимерные пены, которые содержат практически открытые ячейки. Однако предпочтительно выбирать пену с высокой плотностью по сравнению с традиционно используемым вспененным полистиролом, например, с плотностью 75 кг/м или выше, т.к. это делает панель более удобной для обработки и имеющией вид почти традиционной деревянной панели. Однако можно выбирать пены и с меньшей плотностью. Хотя повышенная плотность желательна, пена может содержать наполнитель, более предпочтительно мелкораздробленный инертный материал или предпочтительно твердый неорганический материал. Наполнитель можно выбрать так, чтобы он позволял панелям противостоять колебаниям температуры. В особенно предпочтительном варианте наполнитель способен поглощать влагу, например, кристаллизационную воду.
Хотя в примерах особенно часто упоминаются хрупкие пены с открытыми ячейками, можно использовать любые подходящие пены. В некоторых примерах изобретения предпочтительны пены с практически открытыми ячейками, например, полиуретановая пена, но в некоторых примерах пена может быть и не с открытыми ячейками. В таком примере предпочтительно иметь такую структуру основы, чтобы газы могли удаляться из формы. Если пена содержит открытые ячейки, то особенно предпочтительна пена, приобретающая конфигурацию с открытыми ячейками в ходе ее получения. Пена, у которой кроме того хрупкие стенки ячеек, особенно предпочтительна в случае, когда панель или другое изделие содержит ослабленные области, с тем чтобы проявился эффект формования. Однако, как здесь показано, формовать основу можно и другими способами, например, механически.
В некоторых вариантах изобретения можно использовать любую пену. Во многих примерах предпочтительны жесткие пенные материалы. Например, жесткую пену можно использовать для изготовления панели с практически плоской (неформованной) поверхностью, которая может включать поверхностный рисунок, как здесь описано, или может не содержать его.
Альтернативно или в дополнение вспененный материал может иметь фасонную поверхность. Например, можно изготовить контуры на поверхности пенного блока, в частности механически или любым другим подходящим способом. В таких случаях пена не должна быть, например, хрупкой или сжимаемой.
При использовании пены с хрупкими стенками ячеек эти стенки ячеек будут разрушаться при приложении давления на пену на ослабленных участках пресс-формы. Это локализованное повышение давление будет повышать давление внутри ячейки, что вызовет выделение газов из пены, и ячейка сожмется в соответствии с ослабленными участками защитной пленки.
Подходящей пеной является жесткая наполненная фенольная пена. Особенно подходит пена, полученная по реакции отверждения между:
(a) жидкой фенольной резольной смолой с индексом реакционной способности (как определено ниже) по меньшей мере 1 и
(b) сильнокислотным отвердителем для резольной смолы
в присутствии:
(c) мелкораздробленного инертного материала и нерастворимого порошка твердого вещества в количестве по меньшей мере 5 масс.% от жидкой резольной смолы и практически равномерно распределенного в смеси, содержащей резол и отвердитель, причем температура смеси, содержащей резол и отвердитель, благодаря подводу тепла не превышает 85°C и при указанной температуре и концентрации кислотного отвердителя соединения, образовавшиеся в качестве побочных продуктов реакции отверждения, испаряются из смеси до ее загустения с образованием вспененного продукта из фенольной резольной смолы.
Фенольная резольная смола представляет собой раствор в подходящем растворителе кислотно-отверждаемой предшествующей полимерной композиции, полученной конденсацией, обычно в присутствии щелочного катализатора типа гидроксида натрия, по меньшей мере одного фенольного соединения по меньшей мере с одним альдегидом по хорошо известному способу. Примеры фенолов, которые можно использовать, включают сам фенол и замещенные фенолы, обычно алкилзамещенные производные, при условии, что три атома в о- и п-положениях ароматического фенольного цикла относительно фенольной гидроксильной группы остаются незамещенными. Можно также использовать смеси таких фенолов. Можно также использовать смеси одного или нескольких таких фенолов с замещенными фенолами, в которых одно из орто- или пара-положений замещены, если требуется повышенная текучесть смолы, но отвержденные продукты будут менее поперечно-сшитыми. Однако в целом по экономическим причинам резольная смола содержит главным образом или исключительно сам фенол.
Обычно альдегидом является формальдегид, хотя не исключено использование более высокомолекулярных альдегидов.
Продукты конденсации фенола/альдегида в резольной смоле получают взаимодействием фенола по меньшей мере с 1 молем формальдегида в расчете на моль фенола, причем формальдегид используют в виде водного раствора, например, формалина. Предпочтительно использовать мольное соотношение формальдегида и фенола по меньшей мере 1.25/1, но лучше избегать соотношений выше 2.5/1. Наиболее предпочтительный интервал 1.4-2.0/1.
Смесь может также содержать соединение с двумя активными Н-атомами (дигидридное соединение), которое в ходе стадии отверждения будет реагировать с продуктом реакции фенол/альдегид в резоле, уменьшая прочность поперечного сшивания. Предпочтительными дигидридными соединениями являются диолы, особенно алкилендиолы или диолы, в которых цепь атомов между ОH-группами содержит не только метиленовые и/или алкилзамещенные метиленовые группы, но также один или несколько гетероатомов, особенно атомы кислорода, например, этиленгликоль, пропиленгликоль, пропан-1,3-диол, бутан-1,4-диол и неопентилгликоль. Особенно предпочтительными диолами являются поли-, особенно диалкиленовый, эфиры, диолы, например, диэтиленгликоль и особенно дипропиленгликоль. Предпочтительно, чтобы дигидридное соединение присутствовало в количестве 0-35 масс.%, более предпочтительно 0-25 масс.% в расчете на массу продукта конденсации фенол/альдегид. Наиболее предпочтительно, чтобы используемое дигидридное соединение присутствовало в количестве 5-15 масс.% в расчете на массу продукта конденсации фенол/альдегид. При использовании в настоящем способе таких резолов, содержащих дигидридные соединения, можно получить продукты с особенно хорошей комбинацией физических свойств, особенно прочности.
Дигидридное соединение добавляют к полученному резолу и предпочтительно, чтобы оно содержало 2-6 атомов между ОH-группами.
Резольная смола может представлять собой раствор продукта реакции фенол/альдегид в воде или в любом другом подходящем растворителе или смеси растворителей, которая может содержать или не содержать воду. При использовании воды в качестве единственного растворителя предпочтительно, чтобы она составляла 15-35 масс.% от резольной смолы, предпочтительно 20-30%. Конечно, содержание воды может быть существенно меньше, если ее используют в сочетании с дополнительным растворителем, например, со спиртом или с одним из указанных выше дигидридных соединений.
Как показано выше, жидкий резол (т.е. раствор продукта реакции фенол/альдегид, необязательно содержащий дигидридное соединение), должен иметь индекс реакционной способности по меньшей мере 1. Индекс реакционной способности равен 10/x, где x - время в минутах, необходимое для затвердевания резола при использовании 10 масс.% резола в 66-67% водном растворе п-толуолсулъфокислоты при 60°C. Тест включает смешение примерно 5 мл резола с заявленным количеством раствора п-толуолсульфокислоты в тест-трубке, погружение тест-трубки в водяную баню, нагретую до 60°C, и определение времени, необходимого для того, чтобы смесь стала твердой наощупь. Резол должен иметь индекс реакционной способности по меньшей мере 1 для изготавливаемых вспененных продуктов и предпочтительно, чтобы резол имел индекс реакционной способности по меньшей мере 5, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10.
Для использования в данном способе показатель pH резола, который обычно является щелочным, предпочтительно, если нужно, устанавливать примерно на уровне 7 путем добавления слабой органической кислоты, такой как молочная кислота.
Примерами сильных кислотных отвердителей являются неорганические кислоты типа соляной кислоты, серной кислоты и фосфорной кислоты и сильные органические кислоты, такие как ароматические сульфокислоты, например, толуолсульфокислота и трихлоруксусная кислота. Слабые кислоты, такие как уксусная кислота и пропионовая кислота, обычно не пригодны. Предпочтительными отвердителями для способа по изобретению являются ароматические сульфокислоты, особенно толуолсуль фокислоты.
Кислоту можно использовать в виде раствора в подходящем растворителе, таком как вода.
При загрузке смеси резола, отвердителя и твердого вещества, например, в пресс-форму, количество инертного твердого материала, которое можно добавить к резолу и отвердителю, определяется вязкостью смеси резола и отвердителя в отсутствие твердого материала. В этом случае предпочтительно, чтобы отвердитель находился в виде, например, раствора, так что при смешении с резолом в требуемом количестве получается жидкость с кажущейся вязкостью не выше 50 пуаз при температуре, при которой будет использоваться смесь, и в предпочтительном интервале 5-20 пуаз. При вязкости ниже 5 пуаз такое количество растворителя приводит к возникновению трудностей при отверждении.
Реакция отверждения является экзотермической и поэтому температура смеси, содержащей резол и кислотный отвердитель, повышается. Температуру смеси можно также повысиить, подводя тепло, но температура, до которой указанную смесь можно нагреть (т.е. включая любые экзотермические эффекты), не должна превышать 85°C.
Если до введения отвердителя температура смеси была выше 85°C, то будет трудно или невозможно диспергировать отвердитель в смеси из-за начинающегося отверждения. С другой стороны, после добавления отвердителя трудно и практически невозможно равномерно нагреть смесь выше 85°C.
Повышение температуры до 85°C ведет к образованию грубой и неоднородной текстуры пены, но этого можно избежать, по меньшей мере до некоторой степени, при средних температурах путем уменьшения концентрации отвердителя. Однако при температурах значительно выше 75°C даже минимальное количество отвердителя, необходимое для начала отверждения композиции, обычно является слишком большим, чтобы избежать этих осложнений. Таким образом, предпочтительно избегать температур выше 75°C и предпочтительные температуры в большинства случаев устанавливать в интервале от комнатной температуры до примерно 75°C. Интервал предпочтительных температур по-видимому зависит в некоторой степени от природы твердого компонента (c). Для большинства твердых материалов он составляет 25-65°C, но для некоторых твердых материалов, в частности для древесной муки и зерновой муки, предпочтительным является интервал 25-75°C. Наиболее предпочтительным является интервал 30-50°C. При желании можно работать при температурах ниже комнатной, например, до 10°C, но никаких преимуществ это не дает. В целом при температурах до 75°C повышение температуры ведет к уменьшению плотности пены и наоборот.
Количество отвердителя также влияет как на природу продукта, так и на скорость отверждения. Таким образом, увеличение количества отвердителя не только уменьшает время, необходимое для отверждения композиции, но выше некоторого уровня в зависимости от температуры и природы резола это также приводит к менее однородной ячеистой структуре. Это обстоятельство также повышает плотность пены из-за увеличения скорости отверждения. Фактически при использовании слишком высокой концентрации отвердителя скорость отверждения может быть такой высокой, что никакого вспенивания вообще не будет, и в некоторых условиях реакция может носить взрывной характер из-за накопления газа внутри отверждающейся оболочки смолы. Оптимальное количество отвердителя зависит в первую очередь от температуры смеси резола с отвердителем до начала экзотермической реакции отверждения, и индекс реакционной способности резола изменяется обратно пропорционально выбранной температуре и индексу реакционной способности. Предпочтительный интервал концентраций отвердителя составляет 2-20 частей по массе п-толуолсульфокислоты на 100 частей по массе продукта реакции фенол/альдегид в резоле в предположении, что резол имеет практически нейтральную реакцию, т.е. его pH равен примерно 7. Под эквивалентом п-толуолсульфокислоты имеется в виду количество выбранного отвердителя, необходимое для реализации практически такого же времени отверждения, как указанное количество п-толуолсульфокислоты. Наиболее подходящее количество при любой заданной температуре и комбинации резола и мелкораздробленного твердого материала легко определить опытным путем. В случае, когда интервал предпочтительных температур составляет 25-75°C и резол имеет индекс реакционной способности по меньшей мере 10, наилучшие результаты обычно получают при использовании отвердителя в количествах, эквивалентных 3-10 частям п-толуолсульфокислоты на 100 частей по массе продукта реакции фенол/альдегид. При температурах ниже 25°C или при использовании резола с индексом реакционной способности ниже 10 бывает необходимо использовать большее количество отвердителя.
Бывает необходимо уточнить композицию отвердителя в соответствии с природой, особенно формой и размером пресс-формы, и это легко определить опытным путем.
Путем регулирования температуры и концентрации отвердителя можно варьировать промежуток времени между добавлением отвердителя к резолу и моментом отверждения композиции (названный здесь временем отверждения) от нескольких секунд до часа и даже более без заметного влияния на плотность и структуру ячеек в получаемом продукте.
Другим фактором, который регулирует количество необходимого отвердителя, может быть природа инертного твердого материала. Только некоторые из них химически нейтральны, и если твердый материал имеет щелочную реакцию, даже очень слабощелочную, может понадобиться большее количество отвердителя из-за способности наполнителя нейтрализовать его. Поэтому следует понимать, что приведенные выше предпочтительные концентрации отвердителя не учитывают такое влияние твердого материала. Любое уточнение в связи с природой твердого вещества будет зависеть от количества используемого твердого материала, и его можно определить опытным путем.
Экзотермическая реакция отверждения резольной смолы и кислотного отвердителя ведет к образованию побочных продуктов, в частности альдегида и воды, которые по меньшей мере частично испаряются.
Реакцию отверждения проводят в присутствии мелкораздробленного инертного материала и частиц нерастворимого порошка, которые практически равномерно диспергированы в смеси резола и отвердителя. При этом имеется в виду, что используемые количества инертного твердого материала не препятствуют реакции отверждения.
2
2
Считается, что частицы мелкораздробленного твердого материала являются зародышами для пузырьков газа, образующегося при испарении малых молекул, в первую очередь СНO и/или HО, присутствующих в резоле и/или генерируемых при отверждении, и являются центрами промотирования образования пузырьков, что способствует однородному размеру пор. Присутствие мелкораздробленного твердого материала может также стабилизировать отдельные пузырьки и уменьшает тенденцию к их агломерации, которая иногда вызывает схлопывание пузырьков до отверждения. Явление напоминает пенную флотацию, применяемую для концентрирования низкосортных руд в металлургии. В любом случае присутствие твердого материала существенно для формирования вспененного продукта. Для достижения желаемого эффекта твердый материал должен присутствовать в количестве не менее 5 масс.% в расчете на массу/резола.
Можно использовать любой мелкораздробленный порошок, не растворимый в реакционной смеси, при условии, что он химически инертен. Наполнители могут быть органическими или неорганическими (включая металлические), а также кристаллическими или аморфными. Было установлено, что твердые волокна эффективны, хотя и не предпочтительны. Примеры включают глины, глинистые минералы, тальк, вермикулит, оксиды металлов, огнеупорную керамику, твердые или полые стеклянные микросферы, зольную пыль, угольную пыль, древесную муку, зерновую муку, муку из ореховой скорлупы, оксид кремния, минеральные волокна, такие как мелкорезанные стекловолокна и мелкораздробленный асбест, резаные волокна, мелкорезанные натуральные и синтетические волокна, дробленые пластики и смолы в виде порошка или волокон, пигменты типа порошковых красок и сажи и крахмалы.
Твердые материалы с более выраженной щелочной реакцией, например, силикаты и карбонаты щелочных металлов, лучше не применять из-за их способности реагировать с кислотным отвердителем. Однако приемлемы такие твердые материалы как тальк, материалы с очень невысокой щелочной реакцией, в некоторых случаях содержащие примеси более сильно щелочных материалов, таких как магнезит.
Некоторые материалы, особенно волокнистые материалы типа древесной муки, могут служить поглотителями и поэтому для получения ценных вспененных продуктов может возникнуть необходимость использовать их в значительно больших количествах, чем неволокнистые материалы.
Предпочтительно, чтобы твердые материалы содержали частицы размером 0.5-800 мкм. Если частицы слишком велики, ячеистая структура пены становится нежелательно грубой. С другой стороны, при наличии очень мелких частиц полученные пены оказываются довольно плотными. Предпочтительный интервал составляет 1-100 мкм, наиболее предпочтительный 2-40 мкм. Однородность ячеистой структуры по-видимому обусловлена однородностью размеров частиц. При желании можно использовать смеси твердых материалов.
При желании можно использовать твердые материалы типа мелкораздробленных порошков металлов, которые определяют объем газа или пара, образующихся во время осуществления способа. Однако если их использовать отдельно, то следует понимать, что осадки, которые остаются после разложения газа или химической реакции, должны удовлетворять требованиям к инертному и нерастворимому мелкораздробленному порошку, которые диктуются способом по данному изобретению.
Предпочтительно, чтобы мелкораздробленный твердый материал имел плотность, не сильно отличающуюся от плотности резола, для того чтобы уменьшить возможность осаждения мелкораздробленного твердого материала на дне после смешения.
Одним из предпочтительных классов твердых материалов являются гидравлические цементы, например, гипс и штукатурка, но не портландцемент из-за его щелочной реакции. Эти твердые материалы будут реагировать с водой, присутствующей в реакционной смеси, и образовывать в отвержденной смоле твердую скелетную структуру. Кроме того, реакция с водой также является экзотермической и способствует вспениванию и реакции отверждения. Вспененные продукты, полученные из таких материалов, обладают ценными физическими свойствами. Кроме того, при контакте с пламенем даже в течение длительного времени они обугливаются до консистенции кирпича, которая обладает прочностью и выдерживает нагрузки. Такие продукты также обладают термоизолирующими и энергопоглощающими свойствами. Предпочтительное количество частиц инертного твердого материала составляет 20-200 частей по массе на 100 частей по массе резола.
Другой класс твердых материалов, предпочтительных из-за того, что дают продукты со свойствами, близкими к тем, которые получают при использовании гидравлических цементов, включает тальк и зольную пыль.
Предпочтительные количества этих твердых материалов также составляют 20-200 частей по массе на 100 частей по массе резола.
Для указанных классов твердых материалов наиболее предпочтительным интервалом является 50-150 частей на 100 частей резола.
Можно получить тиксотропные пенообразующиеся смеси, если включить весьма мелкораздробленный твердый материал типа аэросила (мелкораздробленный оксид кремния).
При использовании мелкораздробленного металлического порошка можно получить электропроводящие свойства. Металлический порошок предпочтительно использовать в количествах 50-250 частей на 100 частей по массе резола.
В целом максимальное количество твердого материала, которое можно использовать, регулируется только физической проблемой введения его в смесь и проблемой обработки смеси. В целом желательно, чтобы смесь можно было лить, но даже при достаточно высоких концентрациях твердых веществ, когда смесь подобна тесту или пасте и не льется, можно получить вспененные продукты с ценными свойствами.
В целом предпочтительно использовать волокнистые твердые материалы только в сочетании с неволокнистыми, так как иначе текстура пены ухудшается.
В пенообразующие смеси можно включать другие добавки, например,- поверхностно-активные вещества, такие как анионные ПАВ типа натриевых солей длинноцепочечных алкилбензолсульфокислот, неионные ПАВ типа соединений на основе поли(этиленоксида) или его сополимеров и катионные ПАВ, такие как длинноцепочечные четвертичные аммониевые соединения или соединения на основе полиакриламидов; модификаторы вязкости, такие как алкилцеллюлоза и особенно метилцеллюлоза, и красители, такие как краски или пигменты. Можно также включать пластификаторы для фенольных смол при условии, что они не будут ингибировать реакции отверждения и вспенивания, а также полифункциональные соединения, отличные от указанных выше дигидридных соединений, которые принимают участие в протекающих при отверждении реакциях поперечного сшивания, например, ди- или полиамины, ди- или полиизоцианаты, ди- или поликарбоновые кислоты и аминоспирты.
В состав композиции можно также включать способные к полимеризации соединения, вероятно, вместе с инициаторами свободно-радикальной полимеризации, которые активируются во время отверждения, например, акрильные мономеры, так называемые уретанакрилаты, стирол, малеиновую кислоту и ее производные и их смеси.
Можно вводить другие смолы, например, в качестве предварительных полимеров, которые отверждаются во время вспенивания и реакции отверждения, или порошки, эмульсии или дисперсии. Примерами являются полиацетали, такие как поливиниловые ацетали, виниловые полимеры, олефиновые полимеры, сложные полиэфиры, акриловые полимеры и полимеры стирола, полиуретаны и их предшественники и предшественники сложных полиэфиров, а также меламиновые смолы, фенольные новолаки и т.п.
Можно также вводить традиционные пенообразователи для усиления реакции вспенивания, например, низкокипящие органические соединения или соединения, которые разлагаются или реагируют с образованием газов.
При желании пенообразующие композиции могут содержать обезвоживающие реагенты.
Предпочтительный способ формирования пенообразующей композиции включает сначала смешение резольной смолы и инертного наполнителя с образованием практически однородной дисперсии наполнителя в резоле и затем добавление отвердителя. Равномерное распределение как наполнителя, так и отвердителя в композиции существенно важно для получения равномерно текстурированных вспененных продуктов и поэтому необходимо их тщательно перемешивать.
Если нужно, чтобы композиция находилась при повышенной температуре до начала экзотермической реакции, можно нагреть резол или сначала смешать резол и твердое вещество и затем нагреть смесь. Предпочтительно добавлять твердый материал к резолу непосредственно перед введением отвердителя. Альтернативно можно приготовить смесь резола, твердого материала и отвердителя и затем всю смесь нагреть, например, с помощью микроволнового излучения, предпочтительно после загрузки в пресс-форму. При желании можно также использовать традиционную терморадиационную печь, но при этом трудно достичь равномерного прогревания смеси.
3
3
3
Предпочтительно, чтобы пена имела плотность в интервале 75-500 кг/м, более предпочтительно 100-400 кг/м и наиболее предпочтительно 100-250 кг/м. Размеры ячеек пены также важны, т.к. в пределе чем больше размер ячейки при данной плотности, тем толще ее стенки и, следовательно, выше физическая прочность пены. Однако если размер ячейки слишком велик, прочность начинает уменьшаться. Предпочтительно, чтобы размер ячейки находился в интервале 1-3 мм.
Понятно, что настоящее изобретение было описано выше просто для примера и модификации его подробностей могут также войти в объем изобретения.
В частности приведенные выше примеры были описаны в связи с изготовлением панелей, в том числе изготовлением дверей. Однако следует подчеркнуть, что настоящее изобретение имеет широкие области применения и включает другие изделия. Действительно, предполагается, что по способу настоящего изобретения можно изготовить чрезвычайно широкий набор изделий. С помощью способов настоящего изобретения можно изготовлять множество формованных изделий, даже если эти изделия сейчас производят из других материалов (например, из дерева, металла и фарфора). Показано, что помимо изделий для строительства, изобретение может найти применение, например, в изготовлении частей и арматуры транспортных средств, оболочек для электрооборудования и многих изделий для домашнего пользования, среди которых мебель, рамы для картин, стулья, столы, подсвечники, вазы, чаши и многое другое.
Описанные способы можно использовать, например, для изготовления предметов для спорта или других средств развлечения. Например, описанные способы можно использовать для изготовления ракеток, бит или других продуктов, например, лыж. Продукты, изготовленные способами по данному изобретению, могут найти применение, например, в воздушно-космической области, в авиации или других областях транспорта. Например, описанные способы можно использовать для изготовления панелей, используемых в авиационных обшивках" и/или внутренних панелях. Продукты могут найти применение в качестве лопастей, например, ветровых двигателей.
Каждый пример, раскрытый в описании, а также, если нужно, формулу и рисунки можно рассматривать независимо или в соответствующей комбинации.