彈性無紡墊的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求在2013年10月16日提交的、名稱為"Flexible Non-Woven Mat"的臨時(shí) 申請(qǐng)?zhí)?1/891,564的優(yōu)先權(quán)，并通過引用將其并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種具有改善的彈性的無紡纖維墊(non-woven fiber mats)，以及制 備該改善的彈性的無紡纖維墊的方法，以用于強(qiáng)化物體的制備。
【背景技術(shù)】
[0004] 傳統(tǒng)的無紡墊包括通過合適的樹脂粘結(jié)劑結(jié)合在一起的纖維網(wǎng)。增強(qiáng)纖維 (Reinforcement fibers)例如玻璃纖維常用于各種各樣的技術(shù)中，并且可以用于形成連續(xù) 或短切絲(filaments)、原絲（strands)、粗紗(rovings)、織物(woven fabric)、無紡織物 (nonwoven fabrics)、網(wǎng)(meshes)和基布(scrims)，例如以加強(qiáng)聚合物。增強(qiáng)的聚合物復(fù)合 材料能夠通過多種方式由聚合物基質(zhì)材料、加強(qiáng)材料和其他成分制得。這樣的復(fù)合材料是 采用增強(qiáng)纖維(其為所得的復(fù)合材料提供了尺寸穩(wěn)定性(dimensional stability)和良好 的機(jī)械性能)形成。
[0005] 例如，玻璃纖維能提供尺寸穩(wěn)定性是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)隨著環(huán)境條件變化而收縮或伸 長(zhǎng)。并且，玻璃纖維具有高的抗張強(qiáng)度(tensile strength)、耐熱性、抗?jié)裥院透叩膶?dǎo)熱性。
[0006] 無紡纖維墊通常用于拉擠成型工藝(pultrusion processes)以形成拉擠成型部 件(pultruded parts)。一般地，拉擠成型包括將纖維墊浸漬有合適的樹脂材料，并將浸漬 后的墊子通過熱模(heated die)。通過將浸漬的且加固的墊子通過所述熱模，可以使得該 墊子形成所需的形狀且使得樹脂固化以將該墊子結(jié)合在一起。從所述熱模中出來的復(fù)合材 料部件隨后則被切為所需長(zhǎng)度。
[0007] 所述拉擠成型工藝的連續(xù)性將有利于生產(chǎn)具有任何所需長(zhǎng)度的復(fù)合材料。然而， 拉擠成型工藝也具有許多的問題。其中一個(gè)問題在于樹脂浴(resin bath)。通常采用的是 熱固性樹脂，該樹脂一般需要采用揮發(fā)性的不飽和單體例如苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯 進(jìn)行制備。苯乙烯是一種強(qiáng)溶劑，其可以輕易地溶脹(swell)并降解應(yīng)用于加強(qiáng)墊中的粘結(jié) 劑。這樣的粘結(jié)劑降解能導(dǎo)致纖維墊被弱化從而不能承受拉擠成型工藝中施加的強(qiáng)拉力。
[0008] 連續(xù)絲墊（continuous filament mats)和涂布有粘結(jié)劑的短切原絲墊（chopped strand mats)都可以用于拉擠成型工藝。盡管連續(xù)絲墊為彈性的、整合的且對(duì)苯乙烯具有 優(yōu)良的耐受性，但是它們?nèi)跃哂卸喾N缺點(diǎn)。比如，連續(xù)絲墊制備成本高，因?yàn)檫B續(xù)絲墊的制 造需要在低速下進(jìn)行，例如50-75英尺每分鐘（fpm)。此外，由于采用了玻璃長(zhǎng)絲來形成墊 子，使得連續(xù)絲墊將產(chǎn)生具有差的表面拋光的疊層。此外，連續(xù)絲墊較密實(shí)，從而會(huì)增加最 終部件的重量，這可能并不是所希望的特點(diǎn)。
[0009] 相反地，短切原絲墊比連續(xù)絲墊的制備成本低，這是由于其制備可以在更快的速 度下進(jìn)行（即500-1500fpm)。此外，短切原絲墊本質(zhì)上為充分分散的纖維，其為拉擠成型部 件提供了比連續(xù)絲墊更平滑的外觀。此外，短切原絲墊由于未向疊層增加過多的重量從而 有利于"空間填充(space filling)"。盡管短切原絲墊具有這些正面的性質(zhì)，但是采用熱固 性粘結(jié)劑的它非常的硬，因此難以形成復(fù)雜的形狀。此外，短切原絲墊的剛性會(huì)導(dǎo)致消費(fèi)者 產(chǎn)生不舒服的感受。
[0010]因此，仍存在對(duì)具有足以形成復(fù)雜形狀的彈性的、能與樹脂基質(zhì)相容的、重量輕但 具有足夠的強(qiáng)度的無紡墊的需求，從而滿足于下游工藝的應(yīng)用（例如拉擠成型和石膏墻板 的形成）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 在本發(fā)明的一些【具體實(shí)施方式】中，無紡短切原絲墊(non-woven chopped strand mat)的物理性質(zhì)能夠通過配制粘結(jié)劑組合物而得到改善，從而在使用時(shí)具有優(yōu)良的抗張強(qiáng) 度和良好的彈性并結(jié)合有合適的纖維設(shè)計(jì)。
[0012] 在本發(fā)明的一些【具體實(shí)施方式】中，提供了彈性的無紡短切原絲墊，其含有約10-約 100重量％的玻璃纖維和約0-約90重量％的合成纖維的混合物。該無紡短切原絲墊還含有 含粘結(jié)劑樹脂和硅烷偶聯(lián)劑的粘結(jié)劑組合物。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的【具體實(shí)施方式】，還發(fā)現(xiàn)了所述合成纖維包括聚丙烯、聚酯 及其組合中的至少一種。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一些【具體實(shí)施方式】，所述粘結(jié)劑樹脂包括熱固性材料、熱塑性材料 中的至少一種或它們的組合。一些【具體實(shí)施方式】包括熱固性材料和熱塑性材料的混合物， 例如，丙稀酸材料(acrylic material )、脈酸材料(urea formaldehyde material)中的一 種或多種或其組合與乙稀醋酸乙稀酯(ethylene vinyl acetate)的混合物。本發(fā)明的一些
【具體實(shí)施方式】包括含有約50-100重量％的熱塑性材料和0-約50重量％的熱固性材料的粘 結(jié)劑樹脂。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一些【具體實(shí)施方式】，用于彈性無紡墊中的粘結(jié)劑組合物耐受苯乙烯 單體。
[0016] 根據(jù)一些【具體實(shí)施方式】，所述彈性的無紡短切原絲墊在軸向（m a c h i n e direction)上具有至少301b的軸向平均抗張強(qiáng)度(tensile strength)，且在橫向上具有至 少201b的平均抗張強(qiáng)度。"軸向"是指與墊子在制造過程中移動(dòng)方向一致的方向。墊子還可 以具有約2000-約7000毫克力(mgf)的MD(軸向）格利剛度(Gurley stiffness)，這是由格利 剛度測(cè)試機(jī)測(cè)得的。
[0017] 在本發(fā)明的多種【具體實(shí)施方式】中，提供了一種拉擠成型復(fù)合材料產(chǎn)品。該拉擠成 型復(fù)合材料產(chǎn)品包括多種浸漬有熱固性樹脂的粗紗和彈性的無紡短切原絲墊。多種具體實(shí) 施方式中的所述彈性無紡墊含有約10-約95重量％的玻璃纖維和約5-約90重量％的合成纖 維的混合物。該無紡短切原絲墊還含有含粘結(jié)劑樹脂和硅烷偶聯(lián)劑的粘結(jié)劑組合物。
[0018] 此外，根據(jù)本發(fā)明的另一種【具體實(shí)施方式】，所述粘結(jié)劑樹脂可以包括熱固性材料、 熱塑性材料中的至少一種或它們的組合。一些【具體實(shí)施方式】的粘結(jié)劑樹脂包括熱固性材料 和熱塑性材料的混合物，例如，丙烯酸材料、脲醛材料中的一種或多種或其組合與乙烯醋酸 乙烯酯的混合物。本發(fā)明的一些【具體實(shí)施方式】的粘結(jié)劑樹脂含有約50-100重量％的熱塑性 材料和0-約50重量％的熱固性材料。
[0019]而在本發(fā)明的其他【具體實(shí)施方式】中，提供了一種石膏墻板(gypsum wall board)。 所述石膏墻板包括石膏芯(gypsum core)以及至少一種彈性無紡墊。在一些【具體實(shí)施方式】 中，該彈性的無紡短切原絲墊含有約10-約95重量％的玻璃纖維和約5-約90重量％的合成 纖維的混合物。所述無紡墊還含有含粘結(jié)劑樹脂和硅烷偶聯(lián)劑的粘結(jié)劑組合物。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 在本文中描述了或提出了多種實(shí)施方式，采用與這些描述或提出的相似或相當(dāng)?shù)?方法和材料的其他實(shí)施方式也包括在本發(fā)明中。
[0021] 除非額外定義，本文中使用的全部技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語都具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域中 的技術(shù)人員通常理解的含義。此外，除非額外的指出，本文中的成分濃度指的是這些成分在 母料或濃縮物中的濃度，這是約定俗成的。
[0022] 本發(fā)明涉及一種具有改善性能的彈性的無紡短切原絲墊(通常也指作無紡墊）。在 一些【具體實(shí)施方式】中，該彈性無紡墊展現(xiàn)出改善的機(jī)械強(qiáng)度，例如高軸向抗張強(qiáng)度和橫向 抗張強(qiáng)度，且同時(shí)表現(xiàn)出改善的彈性。本發(fā)明的無紡墊的柔軟度和彈性將改善下游工藝，例 如，具有復(fù)雜形狀的拉擠成型產(chǎn)品的形成和/或石膏墻板的制備。此外，根據(jù)多種具體實(shí)施 方式，本發(fā)明的彈性無紡墊能夠耐受苯乙烯和聚酯(可能存在于拉擠成型工藝中采用的樹 脂配方