МНОГОСЛОЙНАЯ ЛАМИНАТНАЯ ПАНЕЛЬ
MULTI-LAYER LAMINATE PANEL

Настоящее изобретение относится к многослойным ламинатным панелям, способам их получения и их использованию в ряде применений, в том числе в качестве покрытий из каменных материалов для внутреннего и наружного применения, например, для стен, полов и потолков зданий и в мебели и декоративных элементах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В индустрии покрытий и облицовок на основе каменных материалов и производных продуктов увеличивается интерес и потребность в более легких и функциональных системах, позволяющих, помимо прочего, применять более простые для вмонтирования опорные конструкции, а также наблюдается стремление обеспечить такие материалы, обладающие улучшенными тепловыми и звукоизоляционными свойствами. С другой стороны, текущие расходы, связанные с транспортировкой таких материалов (особенно с учетом ограничений по весу для большинства применяемых транспортных средств), препятствуют более широкому применению каменных материалов во всем мире. Таким образом, хотя применение тонких фрагментов камня стало технически осуществимым, оно является трудноосуществимым по причине хрупкости, демонстрируемой каменными материалами и производными. В настоящее время промышленная обработка, требуемая для уменьшения толщины, а также трудности, связанные с применением таких материалов, требуют трудоемких процессов и затрат, которые являются слишком высокими по сравнению с применением альтернативных материалов.
Уровень техники
В доступных в настоящее время многослойных композитных материалах обычно применяют слоистые структуры с сотовым заполнителем (металл или пластик) или другие сердцевины из пластмасс и металлическую поверхность или пропитанные волокна для повышения адгезии между различными слоями.
В канадском патенте № СА 02840850 фирмы Forzastone LLC US, опубликованном 28.01.2014 и озаглавленном "Композитные каменные панели", описана слоистая панель с каменной поверхностью, в которой применяют два алюминиевых листа, объединенных полиэтиленовой сердцевиной.
В международной заявке на патент согласно РСТ № WO 2012000893 за авторством Фабиано Фульви (Fabiano Fulvi), опубликованной 23.06.2011 и озаглавленной "Способ армирования каменных плит посредством панели с сотовым заполнителем, включающий одновременное формирование указанной панели с сотовым заполнителем", описан способ производства панели из каменного материала, армированной сотовым заполнителем, без защитных покрытий, где защитные покрытия наносят и отверждают во время процесса армирования.
В международной заявке на патент согласно РСТ № WO 9109733 фирмы Stone Panels International Limited, опубликованной 11.07.1991 и озаглавленной "Способы производства композитных поверхностных элементов", описана каменная плита, армированная с обеих сторон волокнистой тканью, слоем многоклеточного легковесного материала и внешним защитным покрытием, симметричная относительно плоскости симметрии.
Указанные материалы имеют некоторые характеристики, которые препятствуют их распространению на рынке. Несовместимость между каменным материалом и металлом ухудшает адгезию между различными слоями, вынуждая применять более толстые слои адгезивных веществ (что затрудняет однородное распределение по площади поверхности), и требует применения более высоких давлений в процессе производства.
В частности, неоднородность поверхностей камня или армирующего слоя требует более высокого сжимающего нагружения для соединения поверхностей друг с другом и/или более толстых слоев адгезивов для нивелирования несоответствий поверхностей. Напротив, в случае панелей, описанных в настоящей заявке, слой на основе пробки позволяет применять меньшее сжимающее нагружение, таким образом, выгодно нивелируя любые неровности поверхностей на любой из его сторон.
Более того, высокая жесткость и слабая способность к восстановлению формы после деформации многослойных композитов, описанных в уровне техники, препятствуют восстановлению исходной формы после деформации. Кроме того, промышленная обработка камня и материалов, полученных из камня, включает операции (отделка, резка, условия хранения и транспортировки), которые вызывают значительно высокие напряжения и деформации в каменном слое, что обычно приводит к короблению или преждевременному растрескиванию указанных типов известных панельных изделий.
Кроме того, с точки зрения способности поглощать энергию удара структуры с сотовым заполнителем имеют недостатки. В частности, такая структура значительно увеличивает жесткость, но не придает способность поглощать энергию удара. Аналогично, вибрации сцепления от удара на низкой скорости могут приводить к образованию трещин на поверхности каменного материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предложено применение тонкого слоя каменного материала или материала, полученного из камня, сконструированного на ламинатной композитной панели, дизайн и способ производства которой позволяют получить панель, механические, тепловые и акустические характеристики которой превосходят характеристики слоя того же каменного материала эквивалентной толщины (см. фигуру 1).
Как правило, толщина применяемых в настоящее время каменных облицовочных панелей изменяется в диапазоне 10-50 мм в соответствии со способом применения, например, 30-50 мм для вентилируемых фасадных панелей (наружное применение) и 10-30 мм для напольного покрытия и облицовки стен (внутреннее применение).
Кроме того, технология армирования для материалов на основе камня, описанных в настоящей заявке, позволяет снижать количество отходов каменного материала, связанное с типичными операциями по уменьшению толщины, и позволяет получать автономные панели с уменьшенными отношениями масса/размер для строительных применений (см. фигуру 2).
Предпочтительно панели согласно настоящему изобретению имеют установленные размеры и получают таким образом, что:
- Хрупкий материал (т.е. камень или материал, полученный из камня) испытывает сжимающие напряжения при механической нагрузке, задействуя, таким образом, свои лучшие механические свойства.
Более подробно, когда материал подвергают изгибной нагрузке, вогнутая область материала находится под сжимающим напряжением, тогда как противоположная выпуклая область материала находится под растягивающим напряжением. Две указанные области разделены линией нулевого напряжения, называемой нейтральной осью. Многослойные ламинатные панели, описанные в настоящей заявке, сконструированы и имеют определенные размеры таким образом, что нейтральная ось под изгибной нагрузкой, приложенной с открытой стороны камня, расположена вне слоя на основе камня (и предпочтительно в слое на основе пробки, к которому прикреплен каменный слой), что оставляет каменный слой под сжатием и, следовательно, придает большую прочность.
- Между различными слоями обеспечивается однородная адгезия для того, чтобы обеспечить равномерное поведение многослойного панельного изделия и предотвратить внезапное отслаивание слоя каменного материала или материала, полученного из камня, обеспечивая при этом перенос напряжения на более упругий слой панели (т.е. слой на основе пробки или материала, полученного из пробки);
- Панельное изделие демонстрирует жесткость, достаточную для использования в различных конструкционных применениях;
- Значительное улучшение тепловых и звукоизоляционных характеристик каменного материала или материала, полученного из камня, обеспечивается путем включения слоя материла на основе пробки;
- Под нагружением конструкции в хрупком каменном материале или материале, полученном из камня, наблюдается снижение напряжений сдвига, что минимизирует разрушение его хрупкой природы и увеличивает его устойчивость к циклическим напряжениям. Как следствие, панельное изделие, описанное в настоящей заявке, отвечает более высоким требованиям безопасности для его использования в различных конструкционных применениях.
В первом аспекте настоящего изобретения предложена многослойная ламинатная панель, которая характеризуется включением первого слоя материала на основе камня, второго слоя неоднородного материала меньшей плотности, разделенных одним или более слоями пропитанных смолой волокон и выполнена таким образом, что первый слой находится под сжатием, когда панель находится под механической нагрузкой, в частности приложенной к открытой поверхности первого слоя, и закреплена в двух или более точках крепления. Неоднородный материал содержит пробку или производное пробки, и толщина слоя материала на основе камня составляет от примерно 2 мм до примерно 50 мм.
Также предложена многослойная ламинатная панель, содержащая первый слой материала на основе камня, имеющий толщину от 2 мм до 50 мм, и второй слой неоднородного материала меньшей плотности, который содержит пробку или производное пробки, разделенные одним или более слоями пропитанных смолой волокон.
В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения многослойной ламинатной панели, описанной выше, который включает стадии:
(1) получения слоя материала на основе камня, имеющего толщину от примерно 2 мм до примерно 50 мм;
(2) получения слоя неоднородного материала меньшей плотности, который содержит пробку или производное пробки; и
(3) прикрепления слоя материала на основе камня к слою неоднородного материала при помощи слоя пропитанных смолой волокон, размещенного между слоем материала на основе камня и слоем неоднородного материала.
В другом аспекте настоящего изобретения предложена многослойная ламинатная панель, содержащая средства для крепежа, где панель является такой, как описано выше, и где средства для крепежа расположены в отверстии, которое проходит через по меньшей мере один слой неоднородного материала и по меньшей мере один слой пропитанных смолой волокон до поверхности слоя материала на основе камня, к которому прикреплен по меньшей мере один слой пропитанных смолой волокон, и где средства для крепежа удерживаются в отверстии смолой.
Другой аспект включает применение панелей, описанных выше, в качестве внутренних или наружных покрытий; или изделия, выбранного из стены, пола, потолка, дверной рамы, оконной рамы, вентиляционной панели, элемента мебели или декоративного элемента конструкции, содержащей описанные выше панели.
В настоящем изобретении также предложен способ прикрепления средств для крепежа к многослойной ламинатной панели, определенной выше, который включает:
(1) формирование отверстия в панели, которое проходит через по меньшей мере один слой неоднородного материала и по меньшей мере один слой пропитанных смолой волокон до поверхности слоя материала на основе камня, к которому прикреплен слой пропитанных смолой волокон;
(2) размещение средств для крепежа в отверстии; и
(3) введение в отверстие смолы до стадии (2), после стадии (2) или как до, так и после стадии (2).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фигурах 1 и 2 представлены многослойные ламинатные панели согласно настоящему изобретению.
На фигурах 3, 4 и 5 представлены результаты различных сравнительных испытаний, проведенных на многослойных ламинатных панелях согласно настоящему изобретению и известняковых панелях, в которых исследовали массу на единицу площади (фигура 3), максимальную нагрузку и удельную нагрузку (фигура 4) и максимальное сопротивление изгибу и удельное сопротивление изгибу (фигура 5). На указанных фигурах известняковые панели обозначены, как "calc 10 мм" и "calc 30 мм". Многослойные панели обозначены, как "Lam 5 мм calc" и "Lam 10 мм calc", которые содержат 5 мм и 10 мм слой известняка, соответственно.
На фигуре 6 представлено отклонение в середине пролета в зависимости от приложенной нагрузки для панели согласно настоящему изобретению.
На фигуре 7 представлено отклонение в середине пролета в зависимости от сопротивления изгибу для панели согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обзор
Легковесная ламинатная панель с отделкой поверхности на основе камня, описанная в настоящей заявке, позволяет превратить хрупкое поведение материалов, применяемых для отделки поверхности, в нелинейное упругое поведение. Такое поведение является результатом конструирования и расположения слоев панели для обеспечения равномерной передачи напряжений между различными слоями и режима сжатия в хрупком материале.
Предложенная многослойная панель содержит слой каменного материала или материала, полученного из камня, применяемого для отделки поверхности, дополнительный слой материала с неоднородными свойствами, полученного из пробки или производного пробки, и один или более слоев пропитанных смолой волокон, где смола обычно находится в жидкой форме, а затем затвердевает, обеспечивая сцепление (т.е. присоединение) между различными слоями с образованием единой панели.
По сравнению с использованием одного слоя камня или материала, полученного из камня, имеющего толщину, достаточную для конструкционных применений (например, примерно 30 мм для наружных применений или примерно 10 мм для внутренних применений), улучшенные свойства, обеспечиваемые многослойной композитной панелью, описанной в настоящей заявке, заключаются в следующем:
- Увеличение механических прочностных характеристик:
Для той же толщины камня, например, 10 мм, наблюдается увеличение прочности на изгиб по меньшей мере примерно в 2 раза. Кроме того, наблюдается соответствующее увеличение максимальной нагрузки при разрыве по меньшей мере примерно или более, чем примерно в 7 раз, предпочтительно по меньшей мере примерно или более, чем примерно в 10 раз, и наиболее предпочтительно примерно в 20 раз, или даже более, обычно с изменениями в зависимости от применяемого типа камня. Указанные параметры измеряют в соответствии с ASTM С293.
Улучшение механических прочностных характеристик панелей, описанных в настоящей заявке, также очевидно, например, из сравнения каменных плит толщиной примерно 30 мм с многослойной панелью, содержащей камень толщиной примерно 10 мм и внутренний слой из пробкового агломерата толщиной примерно 10 мм, для которой наблюдается уменьшение массы примерно в три раза, но также наблюдается увеличение прочности на изгиб более, чем в два раза.
- Увеличение максимальной удельной нагрузки:
Отношение максимальной нагрузки к массе на квадратный метр для многослойной панели увеличивается более, чем примерно в 2 раза, предпочтительно более, чем примерно в 3 раза, и наиболее предпочтительно примерно в 5 раз, обычно с изменениями в зависимости от применяемого типа камня, по сравнению с сопоставимой каменной плитой. Например, указанное увеличение наблюдается при сравнении каменных плит, имеющих толщину примерно 30 мм, с панелями согласно настоящему изобретению, содержащими камень толщиной примерно 10 мм на внутреннем слое из пробкового агломерата толщиной примерно 10 мм. Максимальную удельную нагрузку рассчитывают на основе измерений, производимых в соответствии с ASTM С293.
- Увеличение теплоизоляционной способности:
2
Было установлено, что применение пробки или материала, полученного из пробки, улучшает теплоизоляционную способность панелей, описанных в настоящей заявке, по сравнению со стандартными каменными панелями за счет снижения коэффициента теплопроводности по меньшей мере примерно в 50 раз, что рассчитывают в соответствии с ASTM С1363. Было установлено, что указанное влияние на теплоизоляционную способность ламинатных панелей обычно увеличивается с увеличением толщины слоя пробки или материала, полученного из пробки, и, следовательно, связанной с ним теплоустойчивости, поскольку каменные материалы обычно имеют коэффициенты теплопроводности в диапазоне от примерно 2 до примерно 7 Вт/(м⋅K), тогда как пробка и материалы, полученные из пробки, например, пробковый агломерат, обычно имеют коэффициенты в диапазоне от примерно 0,030 до примерно 0,040 Вт/(м⋅K), например, от примерно 0,032 до примерно 0,036 Вт/(м⋅K). Кроме того, тонкие слои волокон, пропитанных смолой, способствуют дополнительному увеличению теплоизоляционной способности. Как правило, многослойные панели имеют коэффициент теплопередачи менее, чем примерно 5 Вт/(м⋅K), измеряемый в соответствии с ASTM С976.
- Увеличение звукоизоляционной способности:
Было установлено, что применение пробки или материала, полученного из пробки, улучшает индекс звукоизоляции (измеряемый в соответствии с ISO/CD 16251-1) панелей, описанных в настоящей заявке, по сравнению со стандартными каменными панелями примерно в 3 раза или более предпочтительно примерно в 5 раз. Было установлено, что указанное влияние в основном зависит от изоляционных свойств внутреннего пробкового слоя и его толщины. Панели обычно имеют индекс звукоизоляции по меньшей мере примерно 10 дБ и более предпочтительно более, чем примерно 10 дБ, например, примерно 15 дБ или более. Например, панели, содержащие камень толщиной 10 мм на внутреннем слое из пробкового агломерата толщиной 10 мм, имеют индексы звукоизоляции примерно 15 дБ по сравнению с каменными плитами толщиной 30 мм, которые имеют индексы звукоизоляции в диапазоне от примерно 3 до примерно 5 дБ.
- Увеличение ударопрочности и энергопоглощения:
Определение ударопрочности и энергопоглощения в соответствии с EN 14158 свидетельствует об увеличении указанных свойств более, чем примерно в 3 раза. Например, для каменной плиты толщиной примерно 30 мм измеренная ударопрочность при свободном падении массы 1 кг находится в диапазоне от примерно 40 до примерно 65 см, выше которых плита разрушается в значительной мере. Напротив, было установлено, что панели, содержащие такой же камень толщиной примерно 5 и 10 мм и армированные слоем пробкового агломерата толщиной 10 мм, имеют значительно большую ударопрочность, составляющую примерно 150-180 см и примерно 190-220 см, соответственно.
- Увеличение упругости камня или материала, полученного из камня:
Было установлено, что панели, описанные в настоящей заявке, демонстрируют нелинейную упругую деформацию без разрушения. Указанное поведение наблюдают и количественно определяют с применением техники видеоэкстензометрии, описанной ниже. Такая упругая деформация панелей выходит далеко за пределы максимальных деформаций, наблюдаемых для камня и материалов, полученных из камня, в стандартных плитах.
Более детально, панели, описанные в настоящей заявке, обычно имеют предельное отклонение, примерно в два раза или более, чем в два раза, превышающее толщину панели. Предельное отклонение представляет собой величину отклонения или изгиба, при которой происходит разрыв, т.е. разрушение, панели. Как более подробно описано ниже, отклонение измеряют путем корреляции видеоизображений (VIC) для области, определяемой толщиной пролета и +/- 5 мм в каждую из сторон от середины пролета (суммарно 10 мм ширины образца), с общим количеством точек в пределах указанной области от 1000 до 1200. Наблюдаемое предельное отклонение является функцией длины пролета, применяемого в испытании на изгиб, т.е. расстояния между опорными элементами, также известного как "расстояние между опорами". В описанном в настоящей заявке испытании применяют расстояние между опорами примерно 250 мм в соответствии с расстояниями между опорами, обычно описываемыми в стандартах ASTM для испытаний на изгиб. Расположение опорных элементов дальше друг от друга приведет к получению более высоких значений предельного отклонения.
Более конкретно, панели, описанные в настоящей заявке, имеют предельное отклонение, составляющее от примерно 0,2 до примерно 2,0 их толщины, для длины пролета примерно 250 мм, более предпочтительно от примерно 0,3 до примерно 2,0, более предпочтительно от примерно 0,35 до примерно 2,0, например, от примерно 0,5 до примерно 2,0, или от примерно 0,8 до примерно 2,0, или от примерно 1,2 до примерно 2,0, или от примерно 1,5 до примерно 2,0, или от примерно 1,8 до примерно 2,0; причем наиболее предпочтительным является предельное отклонение, составляющее примерно 2,0 и более толщины панели.
Например, было установлено, что панели, содержащие слой камня толщиной примерно 5 или 10 мм и слой пробкового агломерата толщиной примерно 10 мм, демонстрируют предельное отклонение, составляющее от примерно 0,35 до примерно 2 общей толщины панели при длине пролета примерно 250 мм. Было установлено, что по сравнению с каменной плитой с той же толщиной, что и слой отделки поверхности описанной выше панели, например, 10 мм, отклонение при разрыве панели, описанной в настоящей заявке, увеличивается более, чем примерно в 10-20 раз, или более, в зависимости от типа камня. Наиболее выгодно, что при отклонениях, составляющих по меньшей мере до примерно 90% указанного предельного отклонения, наблюдается по существу восстановление формы панелей (т.е. восстановление по меньшей мере примерно 88% исходной формы панели, более предпочтительно по меньшей мере примерно 90%, более предпочтительно по меньшей мере примерно 95% и до примерно 100%). Это представляет собой особенно выгодную характеристику панелей, описанных в настоящей заявке.
2
2
Указанное выгодное упругое деформационное поведение панелей, описанных в настоящей заявке, дополнительно проиллюстрировано на фигурах 6 и 7, на которых представлены, соответственно, отклонение в середине пролета (в мм) в зависимости от приложенной нагрузки (в Н) и отклонение в середине пролета в зависимости от сопротивления изгибу (в МПа; измеряемое в соответствии с ASTM С293). Отклонение в середине пролета представляет собой переменную, измеряемую при испытании на изгиб, которая изменяется в зависимости от приложенной нагрузки в диапазоне от нулевого значения до предельного отклонения, которое наблюдается при нагрузке разрыва. На фигурах 6 и 7 представлены свойства панели, содержащей слой известняка Sea White толщиной примерно 5 мм, слой пробкового агломерата толщиной примерно 10 мм (NL20 производства Amorim Cork Composites, Mozelos VFR, Portugal) и два слоя стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой (эпоксидная смола Resotech 1050 производства Resoltech S.A.R.L., Eguilles, France). Первый слой волокна содержит двухосную стеклоткань, состоящую из двух слоев ткани из однонаправленного стекловолокна, расположенных под углом 0 градусов и углом 90 градусов, и имеющую удельную массу примерно 600 г/м; а второй слой содержит саржевую ткань с удельной массой примерно 300 г/м.
В технике видеоэкстензометрии, применяемой для исследования указанной упругой деформации панелей, описанных в настоящей заявке, используют корреляцию видеоизображений (VIC). VIC представляет собой систему для измерения и визуализации деформации и движения путем сравнения изображений. Она обеспечивает полное 2- и 3-мерное измерение формы, смещения и деформации на основе принципа корреляции цифровых изображений. При помощи указанного способа измеряют фактическое перемещение объекта, и тензор деформации Лагранжа доступен в каждой точке поверхности образца.
Система состоит из одной или двух камер (для 2D- или 3D-исследования, соответственно), которые фиксируют изображения в процессе механического испытания, т.е. деформации панели путем отклонения или изгиба, и программного обеспечения, которое производит корреляцию на основе визуализации и мониторинга пикселей изображения. При помощи указанного устройства можно очень точно записывать перемещение для каждой точки образца путем отслеживания пикселей на изображении, полученном при помощи камеры. Затем получаемые таким образом данные анализируют с применением соответствующего программного обеспечения и, таким образом, обеспечивают получение информации высокой степени точности о процессах, происходивших в структуре во время испытания на изгиб.
Панели согласно настоящему изобретению легко производить, поскольку их производство выгодно совместимо с технологиями, в настоящее время доступными в камнеобрабатывающей промышленности. А именно:
- Совместимость с очень широким спектром каменных материалов и материалов, полученных из камня, которые обычно получают со средней шероховатостью поверхности (Ra) от примерно 0,1 до примерно 30 мкм (измеряемой в соответствии со стандартными техниками топографии поверхности), и обычно они имеют открытую пористость более, чем примерно 0,01% (измеряемую в соответствии с EN1936). Указанные характеристики являются типичными для большинства каменных материалов, и значения шероховатости поверхности соответствуют плитам, обрабатываемым в соответствии с доступными в настоящее время технологиями.
- Совместимость с размерами плит, производимых в настоящее время (например, длина и ширина примерно 3500 мм и толщина примерно 10-50 мм), и возможность применения обычных способов отделки поверхности (например, шлифовки и полировки) для утончения слоя камня или материала, полученного из камня, до толщины примерно 2 мм.
- Совместимость со способами нанесения и отверждения смолы, известными в камнеобрабатывающей промышленности, для армирования и отделки поверхности.
В многослойных ламинатных панелях, описанных в настоящей заявке, один или более слои камня или материала, полученного из камня, имеют толщину от примерно 2 мм до примерно 50 мм, предпочтительно от примерно 2 мм до примерно 40 мм, более предпочтительно от примерно 2 мм до примерно 30 мм, более предпочтительно от примерно 2 мм до примерно 20 мм и более предпочтительно от примерно 2 мм до примерно 15 мм. Более предпочтительные диапазоны толщины для слоя на основе камня включают диапазоны от примерно 2 мм до примерно 10 мм, от примерно 5 мм до примерно 15 мм и от примерно 10 мм до примерно 20 мм. Наиболее предпочтительно по меньшей мере один слой на основе камня имеет толщину примерно 2 мм, примерно 5 мм, примерно 10 мм или примерно 15 мм.
Общая толщина панельных изделий, описанных в настоящей заявке, обычно составляет от примерно 5 мм до примерно 60 мм, предпочтительно от примерно 5 мм до примерно 50 мм и более предпочтительно от примерно 5 мм до примерно 45 мм. Возможны другие значения общей толщины в зависимости от отдельных слоев, включенных в общую структуру, а также предполагаемого применения панелей.
Панели содержат один или более слоев волокон, пропитанных смолой, каждый из которых обычно имеет толщину от примерно 0,5 до примерно 5 мм, например, от примерно 0,5 до примерно 2,0 мм.
Кроме того, один или более слои материала с характеристиками на основе пробки или материала, полученного из пробки, которые включены в многослойные панели, обычно имеют толщину от примерно 1 мм до примерно 50 мм, более предпочтительно от примерно 3 мм до примерно 40 мм, более предпочтительно от примерно 5 мм до примерно 30 мм, или от примерно 5 мм до примерно 25 мм, или от примерно 5 мм до примерно 20 мм, где наиболее предпочтительными являются слои на основе пробки толщиной от примерно 5 мм до примерно 15 мм, например, примерно 10 мм.
Помимо размеров, подробно описанных в настоящей заявке, технологию при необходимости можно адаптировать к другим размерам, например, в соответствии с требованиями конкретного конечного применения, для которого предназначена панель.
Характеристики, описанные выше для панелей согласно изобретению, в значительной степени достигают за счет конкретного выбора различных составляющих, их размеров и расположения в многослойном ламинате, а также связывания различных слоев, обеспечиваемого производственным процессом. Описанная технология обеспечивает получение новых многослойных ламинатных материалов, которые соответствуют или превосходят технические требования применений, в которых в настоящее время используют натуральный камень или его производные. Кроме того, многослойные материалы можно устанавливать в различные конструкционные изделия (например, вентилируемые фасадные панели) или декоративные элементы, включая все типы внутренних и наружных покрытий/облицовок, полов, напольных покрытий, столов и столешниц, а также каркасных конструкций, например, для окон, дверей и кладки.
Таким образом, в дополнение к преимуществам, связанным с применением более легких каменных панелей, например, меньшая масса и большие размеры, панели согласно настоящему изобретению имеют следующие уникальные преимущества: i) значительно более высокая механическая гибкость и способность приспосабливаться к изгибу и восстанавливаться до исходной формы; ii) повышенные ударопрочность и энергопоглощение; и iii) превосходные тепло- и звукоизоляционные свойства, обеспечиваемые применением пробки или материала, полученного из пробки.
Механическое поведение ламинированной панели
Изгиб материала вызывает градиент напряжения, который изменяется от максимального растягивающего напряжения до максимального сжимающего напряжения на каждой из поверхностей материала. Так называемая "нейтральная ось" определяет расположение разделителя между растягивающим напряжением и сжимающим напряжением, который соответствует нулевому напряжению.
В соответствии с классической теорией изгибания брусков для однородного материала с постоянным модулем Юнга для растягивающего и сжимающего напряжений нейтральная ось совпадает со средней линией. Тем не менее, в композитном материале с разными слоями нейтральную ось можно смещать путем регулирования толщины каждого из материалов и с учетом их модулей Юнга.
Как уже обсуждалось, для многослойной панели, описанной в настоящей заявке, нейтральная линия всегда находится вне слоя материала, применяемого для отделки поверхности на основе камня, и предпочтительно находится в слое на основе пробки. Она соответствует следующему соотношению:
где h2 представляет собой максимальную толщину (в мм) слоя материала, применяемого для отделки поверхности; h представляет собой общую толщину (в мм) ламинированной плиты; и γ представляет собой отношение растягивающего модуля Юнга (ЕТ) и сжимающего модуля Юнга (Ее), каждый из которых определяют в соответствии с ASTM С293.
В случае ламинированных многослойных композитов согласно настоящему изобретению материал на основе камня, применяемый в качестве материала для отделки поверхности, при индивидуальном испытании, демонстрирует слабый ответ на растягивающее напряжение по сравнению с его ответом на сжимающее давление. Пороговые напряжения обычно ниже примерно в 7-10. Таким образом, толщину слоев, включенных в панели, описанные в настоящей заявке, оптимизируют таким образом, чтобы материал для отделки поверхности преимущественно подвергался сжимающим напряжениям. Тем не менее, для достижения желаемого эффекта также необходимо учитывать, как характеристики различных слоев связаны друг с другом. Таким образом, в многослойных ламинатных панелях согласно настоящему изобретению предложены оптимизированные материалы на основе камня с предпочтительными механическими свойствами.
Материалы
Материал для отделки поверхности с наибольшим потенциалом применения в описанных панелях представляет собой природный камень. В целом, камнеподобные исходные материалы ведут себя по-разному в зависимости от их физических, химических и микроструктурных характеристик. При помощи методологии проектирования и производства в соответствии с настоящим изобретением можно расширить применение большинства таких материалов, поскольку по существу устранены ограничения, связанные с плохими механическими свойствами (т.е. прочностью при растяжении, прочностью на сдвиг или ударопрочностью).
Типы природного камня, особенно подходящие для применения в многослойных панелях, включают природные камни, обычно применяемые для облицовки камнем, например, известняки, мраморы, граниты, включая гнейсы и пегматиты, сланцевые породы, включая сланец и кварцит, и агломерированный камень.
3
3
3
3
3
3
3
3
По меньшей мере для слоя пробки или материала, полученного из пробки, можно применять природные или промышленно обработанные материалы, которые обычно имеют плотность (измеряемую в соответствии с ASTM С271) от примерно 30 до примерно 1500 кг/м и предпочтительно от примерно 100 до примерно 400 кг/м. Особенно предпочтительные материалы имеют плотность от примерно 110 до примерно 350 кг/м, более предпочтительно от примерно 115 до примерно 300 кг/мили от примерно 120 до примерно 250 кг/м, например, примерно 120 кг/м, 200 кг/м или 250 кг/м.
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют прочность на сжатие (измеряемую в соответствии с ASTM С365) от примерно 0,1 до примерно 1,0 МПа, предпочтительно от примерно 0,2 до примерно 0,8 МПа и более предпочтительно от примерно 0,3 до примерно 0,6 МПа, например, примерно 0,3 МПа, 0,5 МПа или 0,6 МПа.
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют сжимающий модуль (измеряемый в соответствии с ASTM С365) от примерно 3,0 до примерно 10,0 МПа, более предпочтительно от примерно 4,0 до примерно 8,0 МПа и более предпочтительно от примерно 5,0 до примерно 7,0 МПа, например, примерно 5,1 МПа, 6,0 МПа или 6,9 МПа.
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют прочность при растяжении (измеряемую в соответствии с ASTM С297) от примерно 0,4 до примерно 0,9 МПа, более предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 0,8 МПа и более предпочтительно от примерно 0,6 до примерно 0,7 МПа, например, примерно 0,6 МПа или 0,7 МПа.
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют прочность на сдвиг (измеряемую в соответствии с ASTM С273) от примерно 0,7 до примерно 1,2 МПа, более предпочтительно от примерно 0,8 до примерно 1,1 МПа и более предпочтительно от примерно 0,9 до примерно 1,0 МПа, например, примерно 0,9 МПа или 1,0 МПа.
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют модуль сдвига (измеряемый в соответствии с ASTM С273) от примерно 5,7 до примерно 6,2 МПа, более предпочтительно от примерно 5,8 до примерно 6,1 МПа и более предпочтительно от примерно 5,9 до примерно 6,0 МПа, например, примерно 5,9 МПа или 6,0 МПа.
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют теплопроводность (измеряемую в соответствии с ASTM С377) от примерно 0,030 до примерно 0,040 Вт/(м⋅K), более предпочтительно от примерно 0,031 до примерно 0,038 Вт/(м⋅K) и более предпочтительно от примерно 0,032 до примерно 0,036 Вт/(м⋅K), например, примерно 0,032 Вт/(м⋅K), 0,034 Вт/(м⋅K) или 0,036 Вт/(м⋅K).
Предпочтительные материалы на основе пробки имеют коэффициент потерь (при 1 КГц и измеряемый в соответствии с ASTM Е756) от примерно 0,020 до 0,070 и более предпочтительно от 0,022 до 0,062, например, примерно 0,022, 0,043 или 0,062.
Особенно предпочтительные материалы на основе пробки для применения в описанных многослойных панелях имеют одну из следующих комбинаций свойств:
3
Материал с одним или более следующими свойствами: плотность примерно 120 кг/м, прочность на сжатие примерно 0,3 МПа, сжимающий модуль примерно 5,1 МПа, прочность при растяжении примерно 0,6 МПа, прочность на сдвиг примерно 0,9 МПа, модуль сдвига примерно 5,9 МПа, теплопроводность примерно 0,032 Вт/(м⋅K) и коэффициент потерь примерно 0,022. Особенно предпочтительный материал имеет все указанные свойства.
3
Материал с одним или более следующими свойствами: плотность примерно 200 кг/м, прочность на сжатие примерно 0,5 МПа, сжимающий модуль примерно 6,0 МПа, прочность при растяжении примерно 0,7 МПа, прочность на сдвиг примерно 0,9 МПа, модуль сдвига примерно 5,9 МПа, теплопроводность примерно 0,032 Вт/(м⋅K) и коэффициент потерь примерно 0,043. Особенно предпочтительный материал имеет все указанные свойства.
3
Материал с одним или более следующими свойствами: плотность примерно 250 кг/м, прочность на сжатие примерно 0,6 МПа, сжимающий модуль примерно 6,9 МПа, прочность при растяжении примерно 0,7 МПа, прочность на сдвиг примерно 1,0 МПа, модуль сдвига примерно 6,0 МПа, теплопроводность примерно 0,036 Вт/(м⋅K) и коэффициент потерь примерно 0,062. Особенно предпочтительный материал имеет все указанные свойства.
Подходящие коммерчески доступные материалы включают, например, Corecork NL10, NL20 и NL25 производства Amorim Cork Composites, Portugal. Указанные материалы предпочтительно выбирают таким образом, чтобы обеспечить минимальное поглощение смолы для обеспечения пропитывания (т.е. проникновение смолы по меньшей мере в некоторые из открытых областей или пор в материале на основе пробки) во время обработки, а также содействия низкому водопоглощению, сопротивлению гниению, огнестойкости и высокому уровню поглощения ударных шумов и вибраций.
Что касается поведения смолы в процессе производства панелей, следует отметить, что смола обычно пропитывает или впитывается в открытые поры и поверхностные "пустоты" слоев на основе камня и пробки, и смола содержится в армирующем(их) слое(ях), содержащем(их) волокно, который(е) служат для соединения или прикрепления других слоев друг к другу с образованием единой панельной структуры. Как следствие, разрушение многослойных ламинатов путем расслаивания слоев, которое наблюдалось ранее, по существу устранено в многослойных панелях, описанных в настоящей заявке, и перенос нагрузки/напряжения является более эффективным. Это заметное и выгодное отличие от обычных ламинатов, которые обычно содержат четкую и хорошо заметную границу между слоями. Не ограничиваясь теорией, полагают, что указанная ключевая комбинация слоев конкретных материалов и, в частности, пропитывание смолой не только волокнистого(ых) слоя(ев), но и слоев на основе камня и пробки, может объяснить неожиданные механические свойства многослойных композитов, описанных в настоящей заявке, такие как наблюдаемая упругость и способность гнуться и восстанавливать форму. Пропитывание смолой или ее впитывание облегчается благодаря тому факту, что каменные и пробковые материалы имеют открытые пористые структуры.
Смолы, подходящие для применения в многослойных панелях, обычно поставляются в жидкой форме и включают, например, эпоксидные смолы, например, Resoltech 1050, производства Resoltech S.A.R.L., Eguilles, France, и Sicomin SR1500, производства Sicomin, Chateauneuf-les-Martigues, France; полиэфирные смолы, включая, например, Recapoli 955 DCPD, производства Resinas Castro S.L., Pontevedra, Spain; смолы сложных виниловых эфиров, такие как Resicastro Х590АС, также производства Resinas Castro S.L., Pontevedra, Spain; и акриловые смолы, такие как Crestapol 1250LV, производства Scott Bader, Wellingborough, UK.
Химическую структуру и вязкость применяемых смол обычно оптимизируют с учетом микроструктуры (т.е. минералогии и структуры пор) каменных материалов. Обычно вязкость подходящих смол (указываемая производителями смол) составляет от примерно 100 до примерно 2000 мПа⋅с в зависимости преимущественно от открытой пористости камня или материала, полученного из камня. Более предпочтительные смолы имеют вязкость от примерно 100 до примерно 1000 мПа⋅с, более предпочтительно от примерно 100 до примерно 500 мПа⋅с, и более предпочтительно вязкость смолы составляет от примерно 300 до примерно 450 мПа⋅с, например, примерно 400 мПа⋅с. Обычно открытая пористость материалов на основе камня может варьироваться от примерно 0,1% до примерно 19% или более (в соответствии с EN1936). Чем выше указанный показатель, тем выше вязкость смолы, которую можно применять. Так, например, для материала на основе камня с открытой пористостью по меньшей мере примерно 0,1% можно применять смолу с вязкостью по меньшей мере примерно 100 мПа⋅с; тогда как для материала на основе камня с открытой пористостью примерно 19% или даже более можно применять смолу с вязкостью примерно до 2000 мПа⋅с, включительно. Кроме того, поскольку вязкость зависит от температуры, ее также можно регулировать для обеспечения вязкости, подходящей для оптимального пропитывания смолой слоя(ев) из камня или материала, полученного из камня, и слоя(ев) на основе пробки.
Что касается по меньшей мере одного слоя пропитанных смолой волокон, содержащегося в многослойной панели, как описано выше, панель предпочтительно содержит по меньшей мере два слоя волокон, один из которых расположен на границе между камнем или материалом, полученным из камня, и внутренним слоем из пробки или ее производного, а второй расположен на лицевой стороне внутреннего слоя из пробки или ее производного (см. фигуру 1).
2
2
2
Волокнистые материалы, которые можно применять для получения многослойных панелей, можно выбирать из материалов, которые обычно применяют, например, для армирования в строительных материалах. Подходящие волокнистые материалы включают тканые материалы, включая, например, материалы, в которых основные и уточные волокна расположены под углом 90° относительно друг друга. Предпочтительные тканые материалы включают саржу, тафту и т.п. Также можно применять нетканые материалы, включая, например, материалы, в которых составляющие волокна имеют однонаправленную или двухосную ориентацию, в частности, материалы из стекловолокна. Например, если многослойная панель содержит два волокнистых слоя, как описано выше, первый слой волокна предпочтительно представляет собой многоосную армирующую ткань, более предпочтительно из стекловолокна, которая предпочтительно имеет удельную массу в диапазоне 150-300 г/м на ось ориентации, например, двухосную стеклоткань с волокнами, расположенными под углами 0/90, которая имеет удельную массу примерно 600 г/м. Второй слой волокна предпочтительно содержит тканый материал с удельной массой в диапазоне 150-300 г/м, например, ткань из саржи или тафты. Тем не менее, тип и порядок волокнистых слоев можно изменять. Кроме того, для производства многослойных панелей также можно применять другие волокнистые материалы (например, углеродные волокна, полимерные волокна, такие как Кевлар и т.п., и волокна природного происхождения) и материалы с другими способами расположения волокон (например, четырехосная арматура, трикотаж и нетканые материалы), а также другие типы смол (например, смолы на основе масел или природных источников).
2
2
Примеры конфигураций многослойных панелей, описанных в настоящей заявке, представлены в таблице I. Все ламинатные панели в таблице 1 содержат одну и ту же арматуру, в частности, 10 мм внутренний слой пробкового агломерата (NL20, Amorim Cork Composites) с двумя слоями (или "защитными покрытиями") стекловолокна, пропитанными эпоксидной смолой. Первый слой расположен на границе между каменным слоем и внутренним слоем из пробки, а второй слой расположен на лицевой стороне внутреннего слоя. Для двух указанных слоев применяют различные типы стекловолокна с различной массой, первый слой представляет собой двухосную стеклоткань, состоящую из двух слоев однонаправленных стекловолокон, расположенных под углами 0 градусов и 90 градусов, и имеющую удельную массу примерно 600 г/м; а второй слой представляет собой саржевую ткань с удельной массой примерно 300 г/м. Смола, применяемая в многослойных панелях, представленных в таблице 1, представляет собой представленную на рынке двухкомпонентную эпоксидную смолу, в частности, Resoltech 1050, указанную выше.
Таблица I. Механические свойства многослойных панелей с тремя различными каменными материалами толщиной 5 и 10 мм по сравнению с каменными плитами аналогичного происхождения толщиной 10 и 30 мм.
Как видно из результатов в таблице 1, описанные в настоящей заявке многослойные панели, полученные из ряда различных типов камня, обладают превосходными механическими свойствами по сравнению с сопоставимыми стандартными каменными плитами.
На фигурах 3, 4 и 5 дополнительно представлены основные преимущества в механических свойствах многослойных ламинатных панелей по сравнению с плитами из натурального камня эквивалентной толщины. Камни, выбранные для сравнения, представленного на фигурах 3-5, представляют собой известняк Sea White средней пористости, т.е. примерно 8-11% согласно EN1936, который можно считать наиболее трудным в обращении материалом с точки зрения его основных свойств, поскольку он является не только одним из наиболее хрупких каменных материалов, но также его очень трудно получать и обрабатывать при небольшой толщине (например, 5 или 10 мм) при помощи технологий, в настоящее время доступных в камнеобрабатывающей промышленности.
Поведение при обработке и применении
Как указано выше, применяемый способ производства позволяет получать самоподдерживающуюся многослойную панель, что дает возможность обрабатывать очень большие панели (например, 3500×2500 мм) без ущерба, обусловленного их собственной массой, что, среди прочего, способствует облегчению транспортировки. Без описанного в настоящей заявке улучшения невозможно транспортировать плиту из материала для отделки поверхности малой толщины (обычно 5 мм), имеющую размер, близкий к максимальному размеру, представленному на рынке (например, 3500×2500 мм). Наименьшая толщина, которую в настоящее время можно промышленно получать из блоков, составляет примерно 8 мм для гранита и 12 мм для известняка, и даже ее можно получать только при помощи новейших технологий, которые все еще являются инновационными и не применяются в обычной камнеобрабатывающей промышленности. При помощи описанной разработки можно начать производство панелей из блоков с применением стандартных технологий, таких как фрезерование на многодисковых пилах, и таким образом получать элемент (как показано, например, на фигуре 2), который можно секционировать с получением двух панелей, имеющих примерно желаемую конечную толщину материала на основе камня для отделки поверхности.
С другой стороны, в настоящее время существуют две ситуации, которые вызывают трудности на рынке, связанные с применением камня или материалов, полученных из камня. Первая связана с комфортом (тепловым и акустическим), поскольку обычно изделия, производимые из указанных материалов, не сочетаются с другими изделиями, в частности, напольными покрытиями. Вторая относится к способам прямого и непрямого крепежа (т.е. крепления анкерами), которые в настоящее время имеют проблемы масштабирования, связанные с характеристиками камня и его способностью выдерживать напряжение, возникающее в течение всего срока службы изделий.
Способ производства многослойных панелей, описанных в настоящей заявке, позволяет с большей надежностью применять системы крепежей/зажимов на основе механических или химических средств по следующим причинам (со ссылкой на фигуру 1):
- Многослойная панель имеет большую общую толщину по сравнению с отдельными однослойными плитами из камня или материала, полученного из камня (1);
- Система крепежей/зажимов может находиться в контакте или более предпочтительно может быть включена в армирующий слой волокна, пропитанного смолой (2), который находится в контакте со слоем на основе камня (1), и при этом вызывается минимальное напряжение в слое на основе камня (1);
- Сопротивление выдергиванию системы крепежей/зажимов увеличивается примерно в два раза в многослойных панелях, описанных в настоящей заявке, по сравнению со стандартной каменной плитой;
- Для дополнительных средств для крепежа или стабилизации можно использовать дополнительный армирующий слой (4), поскольку указанный слой отделен от камня или материала, полученного из камня, на толщину внутреннего слоя из пробкового агломерата и обладает другой химией поверхности.
Средства для крепежа или зажима, подходящие для применения с панелями, описанными в настоящей заявке, для прикрепления панелей к конструкциям (например, к стене) по мере необходимости включают, например, средства для крепежа или зажима, обычно применяемые с композитными материалами, в частности, в строительной индустрии. Такие средства включают средства из металла, например, из нержавеющей стали. В случае стандартных каменных плит средства для крепежа или зажима необходимо прикреплять непосредственно к камню, тем самым подвергая камень большому напряжению, которое может привести к снижению прочности, растрескиванию и даже возможному разрушению плиты. Однако было установлено, что в случае панелей, описанных в настоящей заявке, конкретное прикрепление средств для крепежа (или зажима) таким образом, что его располагают по меньшей мере частично в слое на основе пробки (3) и волокнистом слое (2), расположенном между слоем на основе пробки (3) и слоем на основе камня (1), обеспечивает очень эффективную систему для прикрепления панелей к другим конструкциям, таким как стены, при которой слой на основе камня не подвергается повреждающему напряжению.
Более детально, многослойная ламинатная панель, описанная в настоящей заявке, содержит средства для крепежа, которые расположены в отверстии, которое проходит через по меньшей мере один слой неоднородного материала (3) и по меньшей мере один слой пропитанных смолой волокон (2) до поверхности слоя материала на основе камня (1), к которому прикреплен по меньшей мере один слой пропитанных смолой волокон (2). Средства для крепежа удерживаются в отверстии смолой. Средства для крепежа можно прикреплять смолой к поверхности слоя материала на основе камня (1), расположенного на конце образованного таким образом отверстия. В дополнение или альтернативно, пространство в отверстии, которое не занято средством для крепежа, можно заполнять смолой.
Средства для крепежа, особенно подходящие для применения с панелями, представляют собой средства для крепежа, которые содержат по существу плоскую пластину со штифтом, проходящим от середины пластины, причем штифт может являться полым и обычно является цилиндрическим. При использовании штифт прикрепляют к средствам для крепежа, обычно расположенным на конструкции, к которой прикрепляют панель, таким образом, фиксируя панель в нужном положении. Пластинчатая часть средства для крепежа может иметь различную форму, например, квадратную, прямоугольную, круглую или шестиугольную, и она может иметь сквозные отверстия. Подходящие средства для крепежа включают средства для крепежа, представленные на рынке под названием "Master-Plate" производства Specialinsert s.r.l, Turin, Italy (см., например, http://www.directindustry.com/prod/specialinsert-srl/product-58531-1428839.html).
Такие средства для крепежа прикрепляют к многослойным ламинатным панелям, описанным в настоящей заявке, путем формирования отверстия в панели, которое проходит через по меньшей мере один слой неоднородного материала (3) и по меньшей мере один слой пропитанных смолой волокон (2) до поверхности слоя материала на основе камня (1), к которому прикреплен слой пропитанных смолой волокон (2); размещения средств для крепежа в отверстии; и введения в отверстие смолы до, после или как до, так и после размещения средств для крепежа в отверстии. Предпочтительно смолу вводят в отверстие как до, так и после размещения средств для крепежа в отверстии, так что оставшееся пространство в отверстии, которое не занято средством для крепежа, заполняется смолой.
Более детально, способ прикрепления средств для крепежа к панели обычно включает:
1. Формирование отверстия или выемки, проходящей через армирующий(е) слой(и) и слой(и) на основе пробки до поверхности слоя на основе камня, к которому прикреплен армирующий слой, но не проходящей вглубь слоя на основе камня. Указанное отверстие имеет такой размер, что в него можно установить средства для крепежа. Например, если применяют средства для крепежа типа "пластина и штифт", описанные выше, отверстие должно вмешать в себя пластину средства для крепежа таким образом, чтобы оно находилось на внутренней поверхности слоя на основе камня. Таким образом, при использовании панели штифт средства для крепежа проходит от пластины через отверстие, так что средство для крепежа доступно для прикрепления к средствам, применяемым для прикрепления панели к требуемой конструкции. Отверстие можно формировать любым подходящим способом, например, фрезеровкой или сверлением панели от ее стороны, удаленной от каменного слоя, до внутренней поверхности камня.
2. После формирования отверстия средства для крепежа, такие как средства, описанные выше, размещают в отверстии и обычно фиксируют в данном положении при помощи смолы. Например, если средства для крепежа изготовлены из металла, как это обычно бывает, для указанной цели предпочтительно применять смолу, которая специально разработана для совместимости с металлом/камнем. Примером такой смолы является AKEMI 2030, которая представляет собой эпоксидную смолу, производства AKEMI GmbH, Nurnberg, Germany.
3. Затем оставшееся пространство в проделанной выемке заполняют смолой, такой как смола, указанная выше для применения для получения слоев панели, содержащих волокно и смолу. Для указанной цели особенно предпочтительными являются эпоксидные смолы с низкой вязкостью, такие как Resoltech 1050 производства Resoltech S.A.R.L. Смола пропитывает внутренний слой на основе пробки и предпочтительно также другие слои, окружающие отверстие.
4. После отверждения или затвердевания компонентов смолы средства для крепежа чрезвычайно надежно и эффективно удерживаются внутри панели.
Ключевым преимуществом указанной специальной системы для крепления по сравнению с традиционными системами является то, что прикрепление к каменному слою обеспечивает устойчивость к статическим нагрузкам, тогда как пропитывание внутреннего слоя на основе пробки обеспечивает дополнительную защиту от циклических нагрузок. В частности, слой на основе пробки поглощает вибрацию без последующей передачи на слой на основе камня.
Способ производства
Панели согласно настоящему изобретению содержат следующие материалы (со ссылкой на фигуру 1):
- Один или более слоев камня или материала, полученного из камня, образующих отделку поверхности (1);
- Устойчивый к сдвигам внутренний слой из пробки или ее производных (3);
- Один или более пропитанных смолой волокнистых слоев (2, 4), которые придают механическую прочность на границе между (1) и (3) и/или на открытой поверхности слоя (3) и обеспечивают достаточное связывание между составляющими слоями.
Также можно производить панели согласно настоящему изобретению, имеющие симметричную конфигурацию (как показано на фигуре 2), что особенно полезно для последующего секционирования вдоль слоя (1) с получением двух панелей, например, показанных на фигуре 1.
Многослойные композитные панели согласно настоящему изобретению обычно производят путем:
1. Получения (предпочтительно сухого) слоя материала для отделки поверхности (1), обычно выбираемого из камня или материала, полученного из камня.
2. Получения соединительного слоя пропитанных смолой волокон (2), обычно при помощи следующих стадий:
2А. - Нанесение (предпочтительно жидкой) смолы на слой камня или материала, полученного из камня (1); а затем
2В. - Нанесение волокнистой композиции, например, многоосного стекловолокна, на поверхность смолы;
2С. - Последующее нанесение дополнительного количества (предпочтительно жидкой) смолы на волокнистый компонент для обеспечения достаточного пропитывания волокнистой композиции, описанной на стадии 2В, и впитывания дополнительного количества смолы в материал внутреннего слоя (т.е. пробку или ее производное) (3). Отношение количества смолы и волокна регулируют для обеспечения достаточного связывания между камнем или материалом, полученным из камня, и внутренним слоем. Указанное отношение предпочтительно составляет более, чем пропорция 50% - 65% (в расчете на отношение массы смолы к массе волокон), в настоящее время обычно применяемая для производства слоистых композитных материалов.
3. Нанесения материала внутреннего слоя (3), выбранного из пробки или материала, полученного из пробки, такого как пробковый агломерат;
4. Приложения давления, обычно составляющего от примерно 10 до примерно 1000 Па, предпочтительно от примерно 20 до примерно 200 Па для обеспечения адгезии между указанными выше слоями;
5. Если требуется для конкретной конструкции панели, нанесения второго слоя пропитанного смолой волокна (4), который может являться таким же, как слой (2), или отличным от него в зависимости от предполагаемого применения, таким же способом, как описано в стадии 2, т.е. жидкую смолу наносят на материал внутреннего слоя (3), а затем накладывают волокнистую композицию и наносят дополнительное количество смолы для обеспечения пропитывания волокнистой композиции;
6. Выдерживания в течение периода времени, в течение которого смола достигает своей точки гелеобразования при заданной температуре процесса, продолжительность которого зависит от выбранной смолы (например, примерно 90 минут при комнатной температуре для Resoltech 1050);
7. Приложения давления, обычно составляющего от примерно 1 до примерно 50 кПа, предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 30 кПа в течение определенного времени и обычно при заданной температуре для обеспечения достаточного связывания и отверждения выбранной смолы (например, примерно 12 часов при комнатной температуре для Resoltech 1050); и
8. Необязательного проведения процесса доотверждения при повышенной температуре (например, примерно 60°С) в течение определенного времени (например, примерно 6 часов).
Для предотвращения адгезии к контактирующим поверхностям во время переработки, обработки и транспортировки на покрытые смолой поверхности можно наносить дополнительные покрывные пленки.
Альтернативные способы отверждения или доотверждения могут включать один или более следующих способов: нагревание за счет теплопроводности; СВЧ-нагрев; нагрев ИК-излучением и фотоотверждение УФ-излучением.
Дополнительным существенным преимуществом настоящего изобретения является возможность использования уже существующих промышленных предприятий по переработке камня. Например, можно производить каменные плиты большого размера, армированные согласно настоящему изобретению (т.е. с шириной и длиной примерно до 3500 мм). Кроме того, армирование, обеспечиваемое настоящим изобретением, позволяет проводить применяемые в настоящее время способы шлифования и полировки экономически эффективным образом и без нанесения повреждений слою камня или материала, полученного из камня. Кроме того, при помощи современных технологий каменной промышленности (например, распиловки и резки проволокой) можно получать из поверхностного элемента с начальной толщиной примерно 20 мм или менее (см. фигуру 2) два более тонких элемента, конечная толщина которых зависит от количества материала, потерянного за счет истирания применяемым режущим инструментом.