复合材料模制品和制造复合材料模制品的方法技术

本发明专利技术涉及具有光滑、美观的热塑性表面的复合材料模制品。本发明专利技术还涉及一种提高效率和减少有害气体污染物排放的制造复合材料模制品的方法，所述复合材料模制品包含复合材料纤维增强体，具有热塑性外层的热固性树脂材料。该方法包括以下步骤：（ａ）以空间分离的关系放置包括第一成型模具隔膜（５）的第一半模和包括第二成型模具隔膜（７）的第二半模（３），其中当第一和第二半模合起来时限定模具填充空间，以成型制品；（ｂ）将热塑性片材（２５）放入模具填充空间，其中热塑性片材的形状基本上与模具隔膜的形状一致；（ｃ）将增强材料（３３）放入模具填充空间；（ｄ）闭合第一和第二半模，从而得到热塑性片材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有光滑美观的表面的复合材料模制品。更具体而言，本专利技术涉及使材料在模具中结合而得到具有光洁表面的复合材料制品。本专利技术还涉及制造复合材料模制品的方法，所述复合材料模制品包括具有热塑性外层的增强热固性材料，该方法提高了效率并且减少了有害空气污染物的排放。
技术介绍
本专利技术涉及复合材料模制品。本专利技术还涉及异型的和多层的增强复合材料制品。所述制品为层压材料的形式，其影响制品的结构完整性和美观的物理性能得到了提高。本专利技术还涉及利用闭模加工法制造复合材料模制品。更具体而言，本专利技术涉及一种制造具有纤维增强结构和美观的热塑性外层的热固性制品的改进方法，其属性包括耐候性、强度和抗开裂性、表面抗损性和耐非水溶剂性都得到了提高。已知包含使用固化的热固性树脂浸渍的纤维增强材料的复合材料结构用来为消费者和工业用途制造有用的非金属制品。这包括例如按摩水疗池(spa)、浴盆、房车、汽车车身蒙皮和船舶构件如船甲板和船体。纤维增强复合材料制品因其强度和耐久性而为人所知。除了具有合乎需要的结构特征，制品也可具有装饰性的或者视觉上美观的表面。装饰性表面可以是在其外部、内部或某一部分上形成的可见暴露层，或者是实用性制品的整个表面，以提供光滑、漂亮的外观。该可见暴露层可以是光洁的、有光泽的或无光泽的、透明的、白色的或彩色的。所选用于复合材料外部装饰性表面的材料需要具有包括户外耐候性、抗冲击性、漂亮美观性和易加工性的综合所需性质。用于制造纤维增强复合材料结构的传统方法包括将增强纤维在模具表面手工成型，然后使用合适的可固化热固性树脂浸渍纤维。通常，在形成最终的层状结构之前，涂覆一层纯净的或加有颜料的热固性树脂凝胶涂层至模具表面。凝胶涂层使最终制品具有美观漂亮的外表面，并保护纤维复合材料免受来自阳光的紫外辐射的侵害。然而，由凝胶涂层材料制成的层在不利环境中会随着时间的发展产生银纹、裂纹并发生褪色。裂纹可从表面或者表面细纹至从凝胶涂层表面延伸至层压制品内的裂纹，导致潜在的结构缺陷。即使是细纹也需要修补以阻止更大结构损坏的发展。修补是昂贵的，并且实际上不可能与凝胶涂层的原始颜色相匹配。凝胶涂层通常以液体形式涂覆于模具表面。增稠的液体凝胶涂层材料置于模具表面上形成约0.3mm-约0.8mm厚的层。凝胶涂层材料包含释放到周围环境中的挥发性有机组分(VOC)，例如苯乙烯单体。许多这种挥发性组分被归类为不利于人体健康和环境的有害气体污染。约束性的政府规章不断降低排放标准。而且，VOC通常是可燃的，会导致火灾。需要周密的防范和昂贵的设备使这些挥发性物质的释放和暴露减到最少。除了热固性树脂凝胶涂层，复合材料外表面上还可以应用热塑性层。热塑性层倾向于具有比热固性塑料更好的耐候性和更大的柔性，并且较不易形成裂纹。片材可以通过热成型法成型，然后使用玻璃纤维复合材料背材增强。Chapman等人的美国专利5,875,732公开了一种船体构造，包括具有KEVLAR和玻璃纤维-树脂增强的超高分子量(UMHW)聚乙烯。该热塑性UMHW聚乙烯船体在热成型步骤中成型，并使用真空袋成型技术将增强体贴在船体内表面。真空袋成型法包括树脂和填充材料在敞口模具上的传统铺叠，然后使用塑料层覆盖叠层材料，并抽真空使得塑料紧紧贴附在增强体上。Russell的美国专利4,178,406公开了一种制备玻璃纤维增强制品的方法，其中将成型的热塑性膜置于夹紧装置上，纤维增强材料和可固化热固性树脂层敷贴于该膜上，最后，将第二预成型的热塑性膜敷贴于增强层上。然后在热成型工艺中，使复合材料承受真空而形成异型制品。该膜为平均厚度40mil(约1mm)的片材形式。这种薄型材料难于操作，并且易起皱，使得外观难看以及膜和增强层之间粘结不平。包含层叠于热可成型基材上的丙烯酸膜的热可成型刚性板材提供改善了的操作性。在Rutledge的美国专利4,221,836、Goldworthy的美国专利4,498,941和Hicks等人的美国专利5,069,851中描述了代表性的板材。刚性板材可以通过本领域中熟知的热成型法成型，并使用复合材料热固性树脂和纤维材料背材增强。玻璃纤维增强聚酯树脂和单独热成型制品的结合通常在热成型模具外手工进行，其工艺过程缓慢且劳动密集。这种方法导致应用过程中不希望的有害气体污染物排放。具有凝胶涂层罩面漆的船体、发动机部件或房车、浴盆、浴盆周边和按摩水疗池，由于日常使用中的磨损和/或暴露于太阳光下，导致倾向于失去其光泽外观，成为无光表面，并可出现“桔皮”微裂纹，这最终导致复合材料构件的结构破坏。基于这些和其他原因，一直需要提高异型和层状增强复合材料模制构件的有效寿命、美观性和结构完整性。也需要提高异型层压复合材料制品的产率，降低人工成本并控制有害气体污染物的排放。
技术实现思路
本专利技术提供异型和层状复合材料制品，其包含具有至多约2.5mm或者大于约1mm-约2.5mm厚度的热塑性丙烯酸聚合物层、具有0.5-15mm厚度的热塑性聚合物层、和纤维增强复合材料的第三层。第一和第二热塑性层的厚度范围可以交叠或不交叠。例如，第一层厚度可为至多约2.5mm，第二层厚度可从约3.0mm到约15mm。术语“复合材料”通常是指在宏观尺度上形态或组成不同的一种或多种材料的组合物。从不相互溶解或完全融合意义上来说，各组分保持其特征，尽管它们协同起作用。通常各组分能够在物理上区分开来并且相互之间存在界面。复合材料制品还可包括含有刚性聚氨酯泡沫的组件。聚氨酯泡沫组件的功能是增强船舶制品的结构或漂浮性。复合材料制品可具有包含刚性聚氨酯泡沫增强体的第二纤维增强复合材料层。丙烯酸聚合物层为结构提供装饰性的漂亮外观，并抵抗开裂和意外刮伤。丙烯酸聚合物层构成复合材料制品的表面，通常是看得见的，且一般是暴露的外表面。该表面可具有平直、弯曲、凹入或凸起的形状。向丙烯酸聚合物层中加入彩色材料，例如颜料，可以改变制品外观。可使用图版工艺法在构件内部或其上引入装饰性设计。复合材料制品可用于汽车应用、船舶制品如船体和船舱、户外房车例如ATVs和雪地汽车，并且，一般而言，可用于暴露于户外环境条件、阳光直射和极端温度范围下的任何结构。热塑性丙烯酸聚合物层和热塑性层可以是复合热塑性片材形式的层压板。热塑性片材可通过传统的热成型法成型为所需形状。非排他的可能型材包括车身部件如门、引擎罩、后备箱、格栅和后翼子板、浴盆、浴盆周边、按摩水疗池、船体和船部件如甲板、船舱和座椅，以及休闲娱乐品组件如ATVs、水上动力艇、舷外马达罩、滑水橇和冲浪板。成型热塑性片材，以使丙烯酸聚合物层作为复合材料制品的外层或者一般可见层。丙烯酸聚合物层为模制品外表提供具有漂亮外观的耐用表面，而热塑性层为模制品提供强度和刚性。热塑性材料可以是例如ABS、ASA或者ABS-丙烯酸合金。热塑性合金是热塑性材料的简单混合物，其可以得到熔体稳定的单相材料，这是因为聚合物具有使它们结合在一起的某种相互作用。丙烯酸聚合物可包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或者这些聚合物的热塑性化学衍生物。同样，ABS-丙烯酸合金可包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯及其化学衍生物中的一种或多种。热塑性片材可包含多于两层。例如，可将一层或者多层热塑性丙烯酸聚合物、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)或ABS-丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造模制品的方法，包括以下步骤：（ａ）以空间分离的关系放置包括第一成型模具隔膜的第一半模和包括第二成型模具隔膜的第二半模，其中当第一和第二成型模具隔膜合起来时限定模具填充空间，以成型制品；（ｂ）将热塑性片材放入模具填充空 间，其中热塑性片材的形状基本上与模具隔膜的形状一致；（ｃ）将增强材料放入模具填充空间；（ｄ）闭合第一和第二半模，使得热塑性片材和增强材料在模具填充空间中接触；（ｅ）在压力下向模具填充空间中引入模塑流体；和（ｆ ）固化模塑流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特P麦科勒姆，希拉兹西迪，杰弗里J欧哈拉，理查德尤金克拉克，
申请(专利权)人：VEC工业有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]