專利名稱：結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和其它復(fù)合材料及其制造方法。在一個具體的方面，本發(fā)明涉及建筑材料。另一方面，本發(fā)明涉及具有各種形狀、尺寸和物理性質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和其它復(fù)合材料。又另一方面，本發(fā)明涉及所發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的各種應(yīng)用。再一方面，本發(fā)明涉及由所發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料制造的輕質(zhì)、高強度制品。
背景技術(shù)：
很長時間以來，在本領(lǐng)域內(nèi)，聚合物材料(polymeric materials)一直被用于制造結(jié)構(gòu)部件(structural elements)。在一種應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)部件(structural element)可通過，例如擠出，簡單地形成為由聚合材料構(gòu)成的固體板。然而，按照這種方式制造的結(jié)構(gòu)部件往往相當(dāng)重(原因在于聚合物材料的密度)，且隔熱性能差。此外，這類結(jié)構(gòu)也往往相當(dāng)昂貴，原因在于這類材料的形成需要相當(dāng)大量的聚合材料。本領(lǐng)域用于制造結(jié)構(gòu)部件的另一種可選方法是采用泡沫聚合材料(foamed polymeric materials)，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氨酯。盡管得到的結(jié)構(gòu)在密度上低于相當(dāng)?shù)墓腆w結(jié)構(gòu)部件，且在隔熱性上有所改進(jìn)，但一般來說，其生產(chǎn)成本相當(dāng)昂貴。而且，尤其是在采用聚苯乙烯的情況下，所得到的泡沫結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性相對比較差。為采用典型的雙組分系統(tǒng)由泡沫聚氨酯形成結(jié)構(gòu)部件，將樹脂與異氰酸酯相混合，然后將混合物引入到模具中，然后關(guān)閉模具。起泡反應(yīng)在模具內(nèi)部進(jìn)行，模具內(nèi)聚合材料的體積發(fā)生增大。一旦泡沫化材料的體積變成與模具體積相等，泡沫就被擠壓靠到模具上，增加了獲得的部件的強度。為獲得高強度的結(jié)構(gòu)部件，需要發(fā)生顯著量的擠壓，這要求使用大量的聚氨酯，從而增加了結(jié)構(gòu)部件的費用。而且，當(dāng)擠壓泡沫而使強度增加時，泡沫的密度隨之增加，這使得所獲得制品的隔熱性相當(dāng)差。另外，上述方法必須快速進(jìn)行以確保能在起泡反應(yīng)開始前將全部反應(yīng)成份引入到模具中。本領(lǐng)域利用泡沫聚合材料制造結(jié)構(gòu)部件的另一種已知方法涉及采用膨脹的聚苯乙烯或聚丙烯微珠，將該微珠放入到模具中并進(jìn)行蒸氣加熱而使微珠變軟，然后使微珠聚結(jié)形成結(jié)構(gòu)部件。盡管得到的結(jié)構(gòu)部件比較輕，但強度并不很高。另外，最終的泡沫產(chǎn)品通常具有開孔結(jié)構(gòu)，因此會滲入液體或氣體。而且，由于結(jié)構(gòu)部件的體積隨著微珠的聚結(jié)而減小，該方法也要求采用數(shù)量巨大的原材料。利用膨脹聚乙烯微珠制造建筑材料的再一種方法在UK專利申請GB 2,298,424中有所描述，其中公開了將輕質(zhì)隔熱填料放置于硬質(zhì)泡沫化塑料基質(zhì)內(nèi)?！?24申請中所公開的主要隔熱填料被稱為“膨脹聚苯乙烯(expanded polystyrene)”，但并未詳細(xì)給出在制備要求保護(hù)的產(chǎn)品中所使用的材料的化學(xué)和/或物理性質(zhì)。類似地，′424申請中所公開的唯一的硬質(zhì)泡沫化塑料基質(zhì)是個別具有特殊剛性的聚氨酯，且僅僅以用于制備聚氨酯的幾種成份中的一種來進(jìn)行定義，即，′424申請中所使用的聚氨酯由“樹脂”(僅被描述為“多羥基化合物混合物”)和異氰酸酯(僅被描述為二苯基甲烷二異氰酸酯和“聚合物組分”的混合物)制備?！?24申請中使用的聚氨酯的實際組成僅能通過參照所謂的商購材料，僅根據(jù)其商品名而是可以獲得的。制造結(jié)構(gòu)材料的其它方法在下列專利中有所描述美國專利US4,714,715(涉及從硬質(zhì)塑料泡沫廢料制造阻燃隔熱材料的方法)；美國專利US 5,055,339(涉及一種成形部件，其包括具有蜂窩狀網(wǎng)格的軟泡沫材料板和具有蜂窩狀網(wǎng)格的軟泡沫材料微粒，以及至少一種添加填料材料，其中的蜂窩狀網(wǎng)格由限定開孔的網(wǎng)構(gòu)成)；美國專利US 5,791,085(涉及制造用于植物繁殖的多孔固體材料的方法，該方法由下列單一步驟實現(xiàn)使聚異氰酸酯和聚環(huán)氧乙烷衍生物在多孔膨脹礦石顆粒和0.5wt％或更少量的水的存在下進(jìn)行反應(yīng)，制得基本干燥的固體多孔性開孔泡沫化親水性保水聚氨酯水溶膠材料基體，該材料在干燥條件下基本為剛性，并能吸收水分而在濕潤狀態(tài)下變得柔順)；美國專利US5,885,693(涉及一種具有預(yù)定體積的三維形狀的部件)；美國專利US 6,042,764(涉及一種制造三維形狀的塑料泡沫部件的方法)；美國專利US 6,045,345(涉及一種從通過液態(tài)原料的泡沫化而相互結(jié)合的塑料泡沫微粒制造三維形狀的塑料泡沫部件的裝置)；美國專利US 6,265,457(涉及一種基于異氰酸酯的聚合物泡沫)；美國專利US 6,583,189(涉及一種擠出制品，其包括含有約1wt％-40wt％粉末化硅藻土的第一熱塑性塑料的封閉孔泡沫，該擠出制品由濕度不超過約2wt％的硅藻土形成)；以及美國專利US 6,605,650(涉及一種生成聚氨酯泡沫的方法，該方法通過形成包括異氰酸酯和多羥基化合物反應(yīng)物、催化劑和發(fā)泡劑的混合物，使該混合物進(jìn)行放熱性反應(yīng)而生成硬質(zhì)聚氨酯泡沫)。然而，本領(lǐng)域中仍然需要同時兼具高強度和輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，優(yōu)選地也相對具有耐潮濕性，同時也不需要大量的原材料來進(jìn)行制造。本發(fā)明正是致力于此以及本領(lǐng)域中有關(guān)需求，如下述的說明書和權(quán)利要求書所述。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，具有優(yōu)異性能，包括高抗壓強度、高抗張強度、高撓曲強度、高切變強度和/或高強度重量比的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和其它復(fù)合材料得到開發(fā)。本發(fā)明的材料同樣具有高抗壓、拉伸、彎曲和剪切模量。此外，本發(fā)明的材料也具有基本的耐潮濕性。本發(fā)明的材料還具有易于制造，制造成本較低的附加優(yōu)點。而且，本發(fā)明的材料可在較低的溫度下制造，在制造過程中通常很少要求加熱或冷卻。本發(fā)明的材料的優(yōu)異性能使該材料適用于多種多樣的最終用途。例如，可將多種粘合劑運用到本發(fā)明的材料上，而不會熔融、溶解或降解本發(fā)明材料的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這有助于將本發(fā)明的材料與基本上任何表面或基體結(jié)合，包括使兩件或多件本發(fā)明的材料相互結(jié)合而作為獲得所需形狀的可選方法。而且，本發(fā)明的材料和各種基體之間的結(jié)合(包括兩件或多件本發(fā)明材料之間的結(jié)合)相當(dāng)牢固，使得最終的結(jié)合制品適用于各種要求的應(yīng)用場合。確實，可通過打磨(如機械打磨或化學(xué)蝕刻)基體的表面，然后再與本發(fā)明的材料相接觸，可進(jìn)一步增強本發(fā)明的材料和基體之間的附著力。類似地，本發(fā)明的材料可通過向其上施涂液體聚酯樹脂涂料、液體聚苯乙烯或其它的液體聚合物而進(jìn)行改性。這類涂料可噴涂到或直接施涂到本發(fā)明的材料上，而不會溶解或危及本發(fā)明材料所提供的核心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的材料以多種尺寸、形狀、密度被制造，以多層形式被制造，以及以類似形式被制造。
附圖簡要說明

圖1是膨脹聚苯乙烯微珠(expanded polystyrene bead)橫截面的掃描電子顯微圖像。圖2是膨脹聚苯乙烯微珠的掃描電子顯微圖像。圖3是含有多孔微珠的聚合物基體的橫截面示意圖，圖中示出了延伸到多孔微珠內(nèi)部的聚合物絲和其它凸出部分。圖4是示例性的本發(fā)明制品的橫截面視圖，其中多孔材料的大微珠(10)被嵌入聚合物基體(1)中。有時，在本文中，將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料稱作PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料。圖5是另一個示例性本發(fā)明制品的橫截面視圖，其中多孔材料的小微珠(11)被嵌入聚合物基體(1)中。圖6是另一個示例性本發(fā)明制品的橫截面視圖，其中多孔材料的大微珠和小微珠(10和11)的混合物被嵌入聚合物基體(1)中。圖7是本發(fā)明制品的橫截面視圖，該制品進(jìn)一步包括本發(fā)明的結(jié)構(gòu)材料(20)和粘附于其上的面材(30)。圖8是本發(fā)明制品的橫截面視圖，該制品包括本發(fā)明的結(jié)構(gòu)材料(20)，還進(jìn)一步包括涂覆于其上的涂料(31)。圖9是以三明治結(jié)構(gòu)形式存在的本發(fā)明制品的橫截面視圖，該制品包括結(jié)合到加強材料(32)或嵌入加強材料(32)的PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)材料(20)。圖10為用代表性的本發(fā)明材料進(jìn)行彎曲模量測試的結(jié)果圖。圖11為用代表性的本發(fā)明材料進(jìn)行壓縮測試的結(jié)果圖。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料，包括多孔性材料(porous material)，其中該多孔性材料的直徑為約0.05mm-約60mm，而微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，典型的微珠密度范圍為約1kg/m3-約100kg/m3，以及聚合物(polymer)，其中該聚合物是由可在低于該多孔性材料熔點的溫度下固化的可聚合組分制備而來，其中該聚合物包封該多孔性材料，且其中含有聚合物的絲(filaments)或其它凸出部分(otherprojections)延伸到多孔性材料的內(nèi)部。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員易知，聚合物材料可以以不同程度延伸到多孔性材料的內(nèi)部，這取決于諸如聚合物體系的粘度、多孔性材料的孔徑，以及體系承受的壓力，和類似因素。在本發(fā)明的某些具體實施方式
中，聚合物由生成氣體的可聚合組分如聚氨酯制備，而聚合物包括基本實心的基體。本文中所用的“基本實心的”是指材料具有充分的結(jié)構(gòu)完整性，在沒有任何非常規(guī)外力的情況下足以保持給定的形狀。不希望受限于任何理論，據(jù)信，制備與多孔性材料緊鄰的、生成氣體的可聚合組分可產(chǎn)生這樣的聚合物基體，其與缺乏此類多孔性材料的情況下制備的基體相比，實心程度明顯更高，原因是多孔性材料可擔(dān)當(dāng)容納所生成的一部分氣體的緊鄰儲蓄池或接收器，否則，生成的氣體可能會在基體內(nèi)部形成宏觀的和/或微觀的氣泡，從而削弱其結(jié)構(gòu)完整性。如文中所預(yù)期的，可采用壓力和/或其它手段進(jìn)一步改進(jìn)這些方法。生成結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的這類方法的另一個優(yōu)點是減少了制備期間所釋放的揮發(fā)性有機化合物的量。由于這些技術(shù)特征的貢獻(xiàn)，可生成本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料，該復(fù)合材料中的基體與在缺乏這類多孔材料的情況下制備的基體相比，實心程度(即密度)高出5-20％，20-40％，40-80％，80-120％或更多。同時如文中所述，由于多孔材料能提供被基體包封和/或滲透的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，得到的產(chǎn)品展現(xiàn)出質(zhì)量較輕，同時強度較高的理想性質(zhì)。也可采用局部的物理進(jìn)入和/或基體與多孔性材料的結(jié)合方式，通過將基體機械地和/或化學(xué)地“鎖定”到多孔性材料上，以提高復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性。如下文中所述，本發(fā)明的材料易于制備，在多個強度方面以及其它的機械和/或理化或電學(xué)特性方面具有優(yōu)異的性質(zhì)。本文中提供了這類材料的示例，基于文中所提供的詳細(xì)教導(dǎo)和描述，可容易地將本領(lǐng)域公知的各種增加和/或改變與本發(fā)明的實踐相結(jié)合，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。本發(fā)明中基本實心的固體材料可從基本硬質(zhì)的(即基本不能變形的)到基本軟質(zhì)的(即可變形的，但通常具有充分的記憶性，從而在一旦變形擾動消除之后即能恢復(fù)到初始形狀)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料通常包括一個連續(xù)相(包括聚合物)和一個非連續(xù)相(包括多孔性材料)。更詳細(xì)地說，該連續(xù)相可基于各種均聚合體系、以及共-聚合體系或多-聚合體系中的任何一種，包括嵌段共聚物、接枝共聚物和類似共聚物。類似地，不連續(xù)材料可選自各種多孔性材料。本發(fā)明的另一方面提供了結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料，包括多孔性材料，其中該多孔性材料的直徑范圍為約0.05mm-約60mm，而微珠密度范圍為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，典型的范圍為約1kg/m3-約100kg/m3，以及聚合物，其中該聚合物由第一可聚合組份(first polymerizablecomponent)和第二可聚合組份(second polymerizable component)制備得到，該第一可聚合組份能在該多孔性材料的孔內(nèi)部進(jìn)行聚合，而該第二可聚合組份可直接或通過連接物與第一可聚合組份的聚合物相結(jié)合，其中，可聚合組份，一旦固化，產(chǎn)生了基本實心的基體，該基體將多孔性材料包封于其中、并部分穿透到多孔性材料中。本發(fā)明的另一方面提供了具有預(yù)定形狀、優(yōu)異抗壓強度和模量，以及高彎曲模量的制品，該制品包括聚合物基體，該基體中含有基本均勻分布于其中的多孔性材料，其中含有聚合物的長絲或其他凸出部分至少部分延伸進(jìn)入多孔性材料的內(nèi)部。根據(jù)期望的具體應(yīng)用，容易改變聚合物對多孔性材料的滲透程度。例如，通?？赏ㄟ^增加滲透程度來提高相對強度，如果需要，可通過使?jié)B透聚合物的長絲相互結(jié)合和/或結(jié)合到多孔性材料內(nèi)部的表面，從而進(jìn)一步提高相對強度?？赏ㄟ^各種手段實現(xiàn)這類滲透增加，例如選擇易于相互作用和滲透的聚合物和多孔性材料組合(如選擇表面能特別一致的組合)，通過在聚合期間應(yīng)用或施加額外的壓力以驅(qū)動滲透，通過增加聚合物的粘度，通過升高溫度或采用其它促進(jìn)相互作用和滲透能力的動力學(xué)或熱力學(xué)方式。另一種可能的方式是采用提高或促進(jìn)相互作用的試劑(如表面活性劑)，該試劑可在聚合期間加入，也可用于對多孔性材料進(jìn)行預(yù)處理，以使多孔性材料特別易于接受聚合物的滲透?？刹捎帽疚乃龅慕又簿畚矬w系來獲得預(yù)期程度的滲透，但同時允許聚合物基體的外部為獲得其它有利性質(zhì)如強度或其它期望特性而保持相對獨立。將這類技術(shù)運用到本發(fā)明的復(fù)合物，可使聚合物的長絲或其它凸出部分容易地以不同程度延伸到給定的多孔性材料的內(nèi)部。如此可制備本發(fā)明強度相對較高的復(fù)合物，其中，聚合物基體可以按照需要以1-10％，10-20％，20-30％，30-40％，40-50％，50-60％，60-70％，70-80％，80-90％或90-100％的程度延伸到多孔性材料的直徑(或線性尺寸)中。從而可制備得到具有本文中所述強度和重量范圍的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合物，以應(yīng)用于下文所述的各種應(yīng)用領(lǐng)域中。在一些具體實施方式
中，本發(fā)明制品的抗壓強度超過20磅/平方英寸(psi)，優(yōu)選超過40，100，150，210，300或400psi；抗壓模量超過2000psi，優(yōu)選超過4000，8000，10,000，20,000，40,000或100,000psi；撓曲強度超過50psi，優(yōu)選超過100，200，350-375或500psi；彎曲模量超過2000psi，優(yōu)選超過4000，8000，10,000，20,000，40,000或100,000psi；切變強度超過20psi，優(yōu)選超過40，100，150，210，300或400psi；以及剪切模量超過1000psi，優(yōu)選超過2000，3000，4000，5000，6000，8000或10,000psi；抗張強度超過40psi，優(yōu)選超過80，100，150，210，300或400psi；以及拉伸模量超過1000psi，優(yōu)選超過2000，3000，4000，5000，6000，8000或10,000psi。如文中所用，“高抗壓強度(high compression strength)”例如采用ASTM 1621測定得到，是指本發(fā)明的材料經(jīng)受壓縮力而其基本結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯破壞的能力。與制備本發(fā)明材料的各個組分的性能相比，本發(fā)明材料的抗壓強度大大超出了預(yù)期值。對ASTM標(biāo)準(zhǔn)和測試方法的描述可在ASTM International的出版物及其網(wǎng)站上找到(例如參見www.astm.org)。文中所采用的“高抗張強度(high tensile strength)”如采用ASTM1623測定得到，是指本發(fā)明的材料經(jīng)受縱向應(yīng)變的能力，即該材料在不分離的情況下能經(jīng)受的最大力。與制備本發(fā)明材料的各個組分的性能相比，本發(fā)明材料的抗張強度大大超出了預(yù)期值。本文中所采用的“高切變強度(high shear strength)”如采用ASTM 273測定得到，是指本發(fā)明的材料受到預(yù)定應(yīng)力時的抗變形能力。與制備本發(fā)明材料的各個組分的性能相比，本發(fā)明材料的切變強度大大超出了預(yù)期值。本文中所采用的“高撓曲強度(high flexural strength)”，如采用ASTM 790測定得到，是指本發(fā)明的材料受到彎曲應(yīng)力時抗變形的能力。與制備本發(fā)明材料的各個組分的性能相比，本發(fā)明材料的撓曲強度大大超出了預(yù)期值。本文中所采用的“高強度重量比(high strength-to-weight ratio)”是指本發(fā)明的材料雖然重量較輕，但仍具有高得驚人的強度。例如，重量只為現(xiàn)有技術(shù)材料一小部分的本發(fā)明制品能提供與重量大得多的材料，如木材或水泥相同的或更好的性能。與制備本發(fā)明材料的各個材料分別制成的材料的強度重量比相比，例如與由聚合物如聚氨酯制得的材料的強度重量比相比，本發(fā)明材料的強度重量比也大大超出了預(yù)期值。本發(fā)明材料的特征也在于優(yōu)異的抗沖擊強度、硬度或表面剛性(由測定材料抗表面壓痕力的Rockwell硬度測試獲得)，以及其它的性質(zhì)，包括最終產(chǎn)品的密度，最終產(chǎn)品的熱傳導(dǎo)性和熱膨脹性，以及每一組分材料的熱傳導(dǎo)性和熱膨脹性，膨脹系數(shù)，吸收系數(shù)(即傳導(dǎo)性)，介電強度以及體積和耐電弧性，可燃性(如由氧指數(shù)或UL可燃性等級表征)，收縮性，水和水蒸汽滲透性和吸收性，比重和其它此類的理化、機械、熱學(xué)或電學(xué)性質(zhì)?？扇菀椎貙⒈景l(fā)明的材料制成抗潮濕的，原因是可將微粒材料基本包封到聚合物基體中，并可選擇吸濕性和吸收性較低的聚合物(如選擇較為憎水的聚合物或用較為憎水的試劑涂覆制品)。用于測試潮濕性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法例如包括ASTM D570-98，ASTM 2842-01，BS4370Method 8，DIN53434以及其它本領(lǐng)域公知的方法。例如采用ASTMD570，可根據(jù)特定應(yīng)用的需要容易地制備本發(fā)明的材料，該材料在24小時后的吸水率重量百分比通常低于5，4，3，2，1，0.5，0.2，0.1，0.05，0.01或甚至更低。相反，在希望的應(yīng)用中(如希望材料吸收和保持大量的液體，并可能隨著時間的延續(xù)將液體釋放出來的應(yīng)用中)，可能制備吸水率較高的本發(fā)明材料。在后一方面，可使用促進(jìn)水吸收的試劑(如聚丙烯酸鈉鹽等)以及控制或影響流體隨時間釋放的試劑。本發(fā)明的另一方面提供了制造結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和其它復(fù)合材料的方法，該方法包括合并多孔性材料(porous material)和一種可聚合組分(apolymerizable component)，以及將得到的結(jié)合物裝入模具或其它容器中(可為開放的或封閉的)，使其經(jīng)受適于讓可聚合組分在發(fā)泡劑的任選存在下進(jìn)行固化的條件，由此使所述的發(fā)泡劑和任何在多孔性材料的固化和/或壓縮期間生成的氣體基本被多孔性材料吸收，從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。在需要增加強度的情況中，可迫使部分可聚合組分進(jìn)入到多孔性材料中，從而產(chǎn)生包括包封在固體聚合物基體內(nèi)的多孔性材料的結(jié)構(gòu)材料，其中含有聚合物的絲或其它凸出部分延伸到多孔性材料內(nèi)部。本發(fā)明的又一個方面，提供了制劑(formulations)，其包括多孔性材料(porous material)，可聚合組分(polymerizable component)，以及至少一種添加劑(at least one additive)，選自流動促進(jìn)劑，增塑劑，固化延遲劑(cure retardant)，固化促進(jìn)劑，強度增強劑，UV保護(hù)劑，染料，顏料和填料，其中該多孔性材料的直徑范圍為約0.05mm-約60mm，而微珠密度范圍為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，優(yōu)選為約1kg/m3-100kg/m3，以及其中該可聚合組分能在低于該多孔性材料熔點的溫度時進(jìn)行固化，其中該可聚合組分一旦固化產(chǎn)生了包封該多孔性材料的基本實心的基體，以及其中含有該聚合物的長絲或其它凸出部分延伸到該多孔性材料內(nèi)部。也關(guān)注由上述制劑制備得到的結(jié)構(gòu)和其它方面的復(fù)合材料。本發(fā)明的再一方面提供了制劑，其包括多孔性材料，以及可聚合組分，其中該多孔性材料不是膨脹性聚苯乙烯(expanded polystyrene)，且其直徑范圍為約0.05mm-約60mm，以及微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，優(yōu)選為約1kg/m3-約100kg/m3，以及其中該可聚合組分能在低于該多孔性材料熔點的溫度下進(jìn)行固化，其中該可聚合組分通過固化產(chǎn)生了包封該多孔性材料的基本實心基體，以及其中含有該聚合物的長絲或其它凸出部分延伸到該多孔性材料內(nèi)部。也關(guān)注由上述制劑制備得到的結(jié)構(gòu)和其它方面的復(fù)合材料。本發(fā)明的再一方面提供了制劑，其包括多孔性材料，以及可聚合組分，其中該多孔性材料的直徑范圍為約0.05mm-約60mm，而微珠密度范圍為約0.1kglm3-約1000kg/m3，優(yōu)選為約1kg/m3-約100kg/m3，以及其中該可聚合組分不是聚氨酯(polyurethane)，并且能在低于該多孔性材料熔點的溫度下進(jìn)行固化，其中該可聚合組分通過固化產(chǎn)生了包封該多孔性材料的基本實心基體，以及其中含有該聚合物的長絲或其它凸出部分延伸到該多孔性材料內(nèi)部。也關(guān)注由上述制劑制備得到的結(jié)構(gòu)和其它方面的復(fù)合材料。本發(fā)明的再一方面提供了制劑(formulations)，其包括多孔性材料(porous material)，第一可聚合組分(first polymerizable component)，其能在該多孔性材料的孔內(nèi)部進(jìn)行聚合，第二可聚合組分(second polymerizable component)，其能直接或通過連接物與第一可聚合組分的聚合物相連接，其中該多孔性材料的直徑范圍為約0.05mm-約60mm，以及微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，優(yōu)選為約1kg/m3-約100kg/m3，以及其中可聚合組分通過固化產(chǎn)生包封并至少部分滲入該多孔性材料的基本實心基體。也關(guān)注由上述制劑制備得到的結(jié)構(gòu)和其它方面的復(fù)合材料。任選地，本發(fā)明的制劑也可含有一種或多種添加劑，選自阻燃劑，光穩(wěn)定劑，抗氧化劑，抗菌劑，增塑劑，金屬皂穩(wěn)定劑，UV吸收劑，顏料，染料，抗靜電劑，發(fā)泡劑，消泡劑，起泡劑，潤滑劑，增強劑，熱穩(wěn)定劑，微粒填料，加工助劑，流動促進(jìn)劑，纖維填料，滑爽添加劑，交聯(lián)劑和活性助劑(co-agents)，固化延遲劑，固化促進(jìn)劑，強度增強劑，抗沖改性劑，催化劑，等等。該材料可以防水或抗水，對紫外線(UV)穩(wěn)定，抗昆蟲、微生物、真菌、大氣條件、潮濕、干腐等等。該材料也通常并不釋放出顯著量的揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds(VOCs))，如管制VOCs(regulated VOCs)。預(yù)期用于本發(fā)明實踐的多孔性材料(porous materials)可以是硬質(zhì)的、半硬的、軟質(zhì)的或可壓縮的，并且可具有多種形狀中的任何一種，如珠狀、粒狀、棒狀、帶狀、不規(guī)則形狀的微粒等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員易知，也可采用其它形式的成形多孔性材料，如薄片、網(wǎng)格、管子、開孔型三維結(jié)構(gòu)、機織織物、無紡織物、毛氈、海綿等。也參見美國專利US 5,458,963中可用于本發(fā)明的其它形狀。采用本發(fā)明材料的應(yīng)用場合影響對合適的微?；虺尚味嗫仔圆牧系倪x擇。例如，如果要形成大塊的材料，隨后再裁減成一定尺寸，則期望選擇微粒多孔性材料。相反，如果材料用于制造固定尺寸的物體，則期望選擇一片或獨塊的多孔性材料。例如，制造彈性地板磚可優(yōu)選多孔性片材，或者，制造負(fù)載形狀，可優(yōu)選采用整片網(wǎng)格式多孔性材料。球形珠狀多孔性材料特別優(yōu)選用于本發(fā)明的某些具體實施方式
中。預(yù)期用于本發(fā)明實踐的多孔性材料通常具有的顆粒尺寸(即微粒最大尺寸上的橫截面直徑)范圍為約0.05mm-約60mm，粒度范圍為約0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9或1.0mm至約5.5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，20，25，30，35，40，45，50或55mm(優(yōu)選為約1mm-約5mm，更優(yōu)選約1.0，1.25，1.5，1.75，2.0，2.25或2.5mm至約2.75，3.0，3.25，3.5，3.75，4.0，4.25，4.5或5.0mm)。預(yù)期用于本發(fā)明實踐的多孔性材料通常具有的微珠密度范圍為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，典型的范圍為約1kg/m3-約100kg/m3，微珠密度可隨預(yù)期的最終用途而變化。典型地，微珠的密度范圍為約1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14或15kg/m3至約75，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650，700，750，800，850，900或950kg/m3，更優(yōu)選為約16，17，18或19kg/m3至約51，52，53，54，55，60，65，70，80，90，100，110，120，130，140，150，160，170，180，190或200kg/m3，最優(yōu)選為約20，21，22，23，24，25，26，27，28，29或30kg/m3至約31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，60，70，80，80或100kg/m3。預(yù)期使用的優(yōu)選多孔性材料的進(jìn)一步的特征在于其孔隙率足以吸收在固化用于實施本發(fā)明的聚合物體系過程中生成氣體的至少10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，95％或幾乎全部。在某些優(yōu)選實施方式中，多孔性材料的孔隙率為，也可使至少部分的聚合材料進(jìn)入多孔性材料中(如通過被動式流動，壓力驅(qū)動式流動，和/或毛細(xì)管式流動或通過其它動力學(xué)和/或熱力學(xué)方法)，導(dǎo)致聚合物的微觀或大致宏觀上的卷須狀、指狀、長絲狀或其它凸出部分穿入到多孔性材料體內(nèi)。此外，多孔性材料具有的作為至少部分生成氣體的接收器的能力使得聚合物基體內(nèi)部捕獲的氣泡的數(shù)量和/或尺寸減少，從而增加了聚合物基體的強度和密度。相反，非多孔性材料不具有這樣的能力，它允許用于本發(fā)明實踐的、生成氣體的聚合體系在固化過程中產(chǎn)生的大量氣泡逸出。預(yù)期用于本發(fā)明實踐的多孔性材料所具有的平均孔徑范圍通常為約0.05微米或更小至約1,000微米或更大，優(yōu)選為約0.1微米至約500微米，更優(yōu)選為約1，5，10，15，20，25，30，35或40微米至約50，60，70，80，90，100，150，200，250，300，350，400或450微米。盡管優(yōu)選這些平均孔徑，但在某些實施方式中可優(yōu)選更大或更小的孔徑。類似地，通常情況下優(yōu)選緊湊的孔徑分布，但在某些實施方式中可接受或希望較寬的孔徑分布。例如，當(dāng)希望通過使更多聚合物基體進(jìn)入到多孔性材料中而增加本發(fā)明結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的相對強度時，可根據(jù)需要增加或減少孔的數(shù)量和深度，以促進(jìn)或阻礙以毛細(xì)管方式流入到孔中?？蛇x地，也可能通過在制備期間向材料施加提高的壓力和/或溫度，通過降低聚合物的粘度，通過選擇聚合物何多孔性材料的組合(或?qū)λx擇的多孔性材料進(jìn)行改性)以提供相似或一致的相互作用表面能，以及采用有益于聚合物基體進(jìn)入多孔性材料的其它動力學(xué)和/或熱力學(xué)方法，促進(jìn)聚合物進(jìn)入多孔性材料。也可能采用接枝共聚物體系(graft copolymer system)，其中，第一聚合物組分(first polymer component)可優(yōu)先在多孔性材料的孔內(nèi)部進(jìn)行聚合，也可向外伸出到多孔性材料的外部，第一聚合物組分可與第二聚合物組分相連接(直接地或通過一個或多個連接物分子)，該第二聚合物組分(second polymer component)能形成位于多孔性材料外部較為連續(xù)的基體。采用這種體系的結(jié)果是，可選擇第一聚合物組分來推動按照所需程度滲入到多孔性材料中，同時可選擇第二聚合物組分來促使獲得基體的所需性質(zhì)，如強度和其它理化、熱學(xué)、電學(xué)或其它性質(zhì)。得到的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料具有優(yōu)異的性質(zhì)，原因是該復(fù)合材料包括了輕質(zhì)多孔性材料，該多孔性材料基本被包封于強度大的基體材料中且被基體材料滲入。所獲得的基體和多孔性材料之間的機械和/或化學(xué)互鎖關(guān)系可在基本程度上使得到的結(jié)構(gòu)材料具有改進(jìn)的性質(zhì)，例如包括抗壓強度和模量，切變強度和模量，撓曲強度和模量，以及抗張強度和模量。采用兩種聚合物組分的優(yōu)點是使每一種組分相對獨立地得到優(yōu)化，從而使它們各自的功能特性最大化。在采用接枝共聚物體系的情況下，可通過多步驟或單步驟聚合法進(jìn)行制備。例如，在采用多步驟方法的情況下，可允許第一聚合物組分在多孔性材料的孔內(nèi)部進(jìn)行聚合，此后，帶有第一聚合物的多孔性材料可進(jìn)行其它的步驟，使第二聚合物組分直接地或通過連接物與第一聚合物組分相連接而形成將多孔性材料包封其中并滲入其內(nèi)的基體。在一種示例性的單步驟方法中，以使第一聚合物優(yōu)先被分配在多孔性材料的孔內(nèi)部的方式選擇或引入第一聚合物，以使第二聚合物優(yōu)先被分配在多孔性材料的外部的方式選擇或引入第二聚合物，以及進(jìn)行聚合反應(yīng)(在連接分子存在或不存在的條件下)，使第一聚合物組分和第二聚合物組分相互接枝。預(yù)期使用的多孔性材料可進(jìn)一步用其表面面積表征。通常采用的表面積范圍為約0.5-約500m/g2，優(yōu)選的表面積范圍為約2-約100m/g2。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員易知，用于本發(fā)明實踐的多孔性材料的形狀和尺寸可有所不同，以獲得具有不同物理性質(zhì)(如不同的輕度和密度)的最終產(chǎn)品。通常，所采用的微粒越小，則最終產(chǎn)品的抗壓強度、切變強度和重量越大。相反，所采用的微粒越大，則一般來說所獲得的產(chǎn)品越柔軟、剛性越小、越輕。在微粒密度方面，一般來說，所采用的微粒密度越高，則最終產(chǎn)品的抗壓強度、切變強度和重量越大。可將多孔性材料，如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、其它聚烯烴，或者其它微珠制成各種密度，以滿足具體的最終用途的需要。例如，可采用各種方式，如通過調(diào)節(jié)制備微珠前體所采用的發(fā)泡劑的數(shù)量或類型，可獲得各種密度的膨脹聚苯乙烯或其它微珠。根據(jù)本發(fā)明，多孔性(微?；蚍俏⒘?材料通常占據(jù)最終制品體積的約50至高于99vol％。優(yōu)選地，多孔性材料的體積占據(jù)上述制劑的50，60，70，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98或99vol％，優(yōu)選的體積百分比取決于預(yù)期的最終用途。例如，當(dāng)需要產(chǎn)品浮力(如用于船、沖浪板、救生設(shè)備、碼頭浮標(biāo)等的材料)時，優(yōu)選較高的微粒含量，然而，在要求高結(jié)構(gòu)完整性的情況下，優(yōu)選較低的微粒含量。一般來說，優(yōu)選具有至少90vol％多孔性材料的材料，尤其優(yōu)選多孔性材料的含量為至少約95，96，97，98或99vol％。應(yīng)該注意到，如文中所述，由于材料在制備期間可能會受到壓縮，放入的多孔性材料的體積可以基本高于最終材料體積的100％，該體積易于超過最終材料體積的110，120，130，140，150，160，170，180，190，200，220，240，260，280，300，400，500至高達(dá)約800vol％。進(jìn)一步在這一方面，本發(fā)明的制品還可以制品在制備期間受到的壓縮百分比來描述。通過在受限制的空間(如模具)內(nèi)使制劑發(fā)生理化膨脹而調(diào)節(jié)壓縮率，或者通過向裝在模具或其它受限空間內(nèi)生成氣體的或其它的聚合物體系施加外部壓力而調(diào)節(jié)壓縮率。在制備期間，本發(fā)明的材料受到的壓縮率可小到為5-10vol％，如文中所預(yù)期的，壓縮率可高達(dá)并超過80或90vol％。在需要提高強度的應(yīng)用中，壓縮率的范圍優(yōu)選為約5，10，15，20，25或30vol％至約35，40，45，50，55，60，65，70或75vol％。關(guān)于用于制備本發(fā)明制劑的各組分的相對重量，多孔性材料通常占據(jù)制劑重量的約5wt％-約90wt％，多孔性微粒材料的重量范圍依據(jù)預(yù)期的最終用途而有所不同。優(yōu)選地，多孔性材料占據(jù)制劑重量的約10，12，15，18，20，25，30，35，40或45wt％至約50，55，60，65，70，75，80或85wt％。在某些具體實施方式
中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識到更高的或更低的體積百分比也可能是可接受的或希望的。例如，當(dāng)用于絕緣和加強的溫泉丙烯酸類浴盆時，隔熱性和抗壓強度兩者都是材料所需要的性質(zhì)。令人滿意的抗壓強度能減少由所盛裝的水和溫泉洗浴者帶來的負(fù)重而導(dǎo)致丙烯酸類樹脂發(fā)生破裂的可能性。作為該具體實施方式
的說明，多孔性材料的含量范圍可以為約40-80wt.％，優(yōu)選為約50-70wt.％，更優(yōu)選為約60wt.％(采用5mm或更小的聚烯烴微珠的混合物(如膨脹聚苯乙烯和聚乙烯微珠)，其最終密度為約2磅/立方英尺)?；蛘?，當(dāng)用于制造沖浪板時，希望最終產(chǎn)品是輕質(zhì)的，且強度超過甲苯二異氰酸酯(TDI)均勻聚氨酯泡沫。作為該具體實施方式
的說明，多孔性材料的含量范圍可為約30-70wt.％，優(yōu)選為約40-60wt.％，或更優(yōu)選為約50wt.％(采用1.2mm的微珠，其最終密度為約3磅/立方英尺)。作為另一種選擇方式，當(dāng)用于制造建筑材料時，需要具有輕質(zhì)和高強度特征的材料。作為該具體實施方式
的說明，多孔性材料的含量范圍為約10-40wt.％，優(yōu)選為約15-30wt.％，目前優(yōu)選為約18wt.％(例如采用最終密度為10.5磅/立方英尺的1.2mm微珠)。預(yù)期用于本發(fā)明實踐的示例性多孔性材料包括聚烯烴(如，包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等及其混合物和/或共聚物在內(nèi)的微珠)，砂礫和其它二氧化硅基材料，玻璃珠，陶瓷，蛭石，珍珠巖，粉煤灰骨料(lytag)，粉碎的飛塵，未燃碳，活性炭等，以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物。鑒于本發(fā)明中可采用許多多孔性材料，在本發(fā)明的某些具體實施方式
中考慮采用除聚苯乙烯之外的多孔性材料?？捎糜诒景l(fā)明實踐的示例性多孔性材料包括膨脹聚苯乙烯(以及其它聚烯烴)，其粒度范圍很寬，為約0.4-25mm，密度范圍為約0.75-60lb/ft3；膨脹聚苯乙烯的優(yōu)選粒度范圍為約0.75-15mm，優(yōu)選密度范圍為約0.75-30lb/ft3；目前優(yōu)選的膨脹聚苯乙烯的粒度范圍為約0.75-10mm，密度范圍為約0.75-10lb/ft3。示例性的膨脹聚苯乙烯包括粒度范圍為約0.4-0.7mm，密度范圍為約1.25-2.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.4-0.7mm，密度范圍為約1.5-3.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.7-1.1mm，密度范圍為約1.0-1.5lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.7-1.1mm，密度范圍為約1.5-3.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約1.1-1.6mm，密度范圍為約1.0-1.2lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約1.1-1.6mm，密度范圍為約1.5-3.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.4-0.65mm，密度范圍違約1.25-4.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.6-0.85mm，密度范圍為約1.25-4.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.75-1.2mm，密度范圍為約1.25-4.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.375-0.75mm，密度范圍為約1.35-2.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.65-2.0mm，密度范圍為約1.15-2.0lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.4-0.8mm，密度范圍為約1.35-1.8lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約0.8-1.3mm，密度范圍為約0.9-1.35lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；粒度范圍為約1.3-1.6mm，密度范圍為約0.75-1.15lb/ft3的膨脹聚苯乙烯；類似物。一種示例性的聚烯烴，即膨脹聚苯乙烯通常由加熱結(jié)晶聚苯乙烯和發(fā)泡劑而制得，其中結(jié)晶聚苯乙烯由于具有與糖類似的外觀而在商業(yè)中被稱為“糖”，發(fā)泡劑如環(huán)戊烷，其在制造過程中以氣泡形式存在于結(jié)晶聚苯乙烯中?？刂凭w的尺寸，以獲得期望模態(tài)直徑的最終微珠尺寸分布。在受到控制的熱和壓力條件下，晶體變軟，發(fā)泡劑氣化而形成了晶體內(nèi)部的微氣泡。在充分軟化之后，晶體在毛細(xì)張力的作用下最終轉(zhuǎn)化成球形，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括蜂窩狀半六角形的密堆積多孔結(jié)構(gòu)，其孔的形狀和尺寸稍微有些不規(guī)則，如圖1所示。在膨脹之后，從反應(yīng)容器中移出珠并存放使其固化。珠逐漸冷卻，從而避免珠表面向內(nèi)破裂和孔坍塌，同時夾帶的發(fā)泡劑在大氣壓力下繼續(xù)釋放出氣體。充分冷卻之后，珠保持為球形，并不與相鄰的珠聚結(jié)。珠的外觀是粗糙的和不規(guī)則的，帶有凹陷和隆起，如圖2所示。膨脹聚苯乙烯微珠中存在的空氣百分比通常為約90-97％。許多可用作本發(fā)明的多孔性材料的其它材料的技術(shù)特征是本領(lǐng)域公知的，例如可參見下文實施例中提供的參考文獻(xiàn)。當(dāng)多孔性材料，如膨脹聚苯乙烯、聚丙烯、其它聚烯烴以及本文和本領(lǐng)域中描述的其它多孔性材料與生成氣體的聚合物前體在受控的條件下完全混合，使每一微珠可被聚合物混合物浸濕，且開始進(jìn)行聚合反應(yīng)時，可迫使液體聚合物以線狀或帶有分枝的絲狀方式通過表面缺陷或空隙而進(jìn)入微珠內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，所述的表面缺陷或空隙是由物質(zhì)受限于封閉的模具時發(fā)生聚合化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氣體導(dǎo)致。任選地，可施加額外的壓力而迫使額外數(shù)量的聚合物進(jìn)入多孔性材料內(nèi)部，從而得到強度高，但密度更大一些的材料。在冷卻和固化時，微小的長絲或其他凸出部分變硬而成為硬質(zhì)的，同時保留在每一微珠外部的聚合物起到將成型的結(jié)構(gòu)保持在更大或更小均勻性的基體中。根據(jù)所選的多孔性材料和聚合物，一些長絲或其他的凸出部分可能會在球形膨脹聚苯乙烯微珠內(nèi)部相結(jié)合，而另外一些則并不結(jié)合。包含多孔性微珠的聚合物基體的橫截面示意圖如圖3所示。微珠包括聚合物材料長絲或其他凸出部分已經(jīng)滲入的部分，以及已經(jīng)吸收固化中生成的氣體的多孔性區(qū)域。盡管不希望受限于任何特定理論，但據(jù)信，所形成的長絲或其他凸出部分(如通過聚合反應(yīng)的氣體釋放導(dǎo)致的受控液壓或外部施加的受控液壓，和/或毛細(xì)力或其它力)為本發(fā)明的材料帶來了與傳統(tǒng)材料相比更為優(yōu)異的強度和其它性質(zhì)。改變膨脹聚烯烴(如聚苯乙烯，聚乙烯等)占整個聚合物的比例，可用于制備從強度大、質(zhì)量輕的材料變化到比相同密度的傳統(tǒng)泡沫聚合物明顯更重和強度更大的材料這一范圍內(nèi)的材料。圖4示意性地繪出了在聚合物基體(1)內(nèi)嵌入大微珠(10)的本發(fā)明示例性材料。圖5示意性地繪出了在聚合物基體(1)內(nèi)嵌入小微珠(11)的本發(fā)明示例性材料。圖6示意性地繪出了在聚合物基體(1)內(nèi)嵌入大微珠(10)和小微珠(11)的混合物的本發(fā)明示例性材料?？捎糜诒景l(fā)明實踐的可聚合組分(polymerizable components)包括在其聚合時生成氣體的聚合物體系(polymer systems)，或可在固化期間用一種或多種發(fā)泡劑處理的聚合物體系，以及其它體系。這類體系可進(jìn)一步以多種方式表征，例如，以它們的粘度表征。本發(fā)明采用的適合可聚合組分在25℃下的粘度通常為約200-約50,000厘泊，優(yōu)選為約400-約20,000厘泊，尤其優(yōu)選約800-約10,000厘泊。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員易知，本領(lǐng)域中有許多適于本發(fā)明實踐的公知聚合物體系。例如，可采用均聚物、共聚物、嵌段聚合物、接枝聚合物等。本發(fā)明中可采用的示例性聚合物包括聚乙烯、聚乙烯基樹脂、聚丙烯(高密度和低密度)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚氨酯等，以及上述物質(zhì)的任意兩種或兩種以上的組合，其中每一種都具有特定的固化前和固化后的物理性質(zhì)。在本發(fā)明的一種實施方式中，可采用聚合組分的組合來涂覆多孔性材料并形成聚合物基體(polymer matrix)。因此，一方面，可采用第一聚合物(first polymer)來涂覆多孔性材料(經(jīng)常是對多孔性材料具有良好潤濕能力的低密度材料，從而促進(jìn)對多孔性材料的涂覆和進(jìn)入多孔性材料的孔內(nèi))，此后，經(jīng)過涂覆的顆?？蛇M(jìn)一步與第二聚合物(second polymer)相接觸，該第二聚合物通過固化而基本形成最終制品的基體。如果對第一和第二聚合材料的選擇適當(dāng)，通過每一個聚合物體系的固化，兩個聚合物體系也將相互反應(yīng)而進(jìn)一步提高最終制品的性質(zhì)。在另一方面，可在單一的接枝共聚物中結(jié)合這兩個不同的聚合物體系上述的功能性特性，從而使接枝共聚物的一部分對多孔性材料具有有效的親和力，而接枝聚合物的剩余部分將通過固化而形成高強度的基體。一些固化過程是放熱的，而一些又是吸熱的?？捎糜诒景l(fā)明實踐的優(yōu)選聚合物體系是輕度或中度放熱的，因此在本發(fā)明材料的制備中只需要稍微加熱和冷卻即可。中度放熱的體系對本發(fā)明材料的制備特別有利，原因是不要求加熱來驅(qū)動反應(yīng)，也不會生成太多的熱而熔化許多本發(fā)明采用的材料，如本發(fā)明結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料中的多孔性組分，或可能存在的添加劑。在本發(fā)明優(yōu)選的方式中，在制造過程中無需外部加熱或冷卻，就可容易地和節(jié)省成本地制造輕質(zhì)的高強度材料。然而，對于某些應(yīng)用和需要快速循環(huán)的情況下，如本領(lǐng)域公知的一樣，可以從外部加熱和/或冷卻以促進(jìn)制造過程。作為固化過程的一部分，一些聚合物體系生成了氣體，而一些聚合物體系則要求加入具有不同物理性質(zhì)的多種外來發(fā)泡劑(如戊烷、環(huán)戊烷、二氧化碳、氮等)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，發(fā)泡劑可以是外部引入的，也可在本發(fā)明材料的制備期間在原位生成(如通過壓縮含有陷于其中的氣體的多孔性材料)。上述體系的聚合可在多種溫度下進(jìn)行，有時超過100℃；有時該過程也在高壓如高達(dá)幾個巴(bar)的壓力下進(jìn)行。如本文中所述，在制備本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的過程中增加壓力，既可壓緊復(fù)合材料的組分，也可驅(qū)動額外的聚合物基體進(jìn)入到多孔性材料內(nèi)部，上述兩個方面都有利于加強最終的產(chǎn)品。施加的壓力量優(yōu)選足以迫使聚合物部分進(jìn)入多孔性材料內(nèi)部，但壓力量不會大到導(dǎo)致相當(dāng)一部分多孔性材料坍塌的程度。鑒于許多生成氣體的聚合物體系可用于本發(fā)明，在本發(fā)明的一些實施方式中采用除聚氨酯之外的其它生成氣體的聚合物體系。或者，可采用接枝聚合物體系，從而使接枝共聚物的一部分優(yōu)先處于多孔性材料內(nèi)部，而另一部分的接枝共聚物處于多孔性材料的外部，并且兩種共聚物組分的結(jié)合(直接結(jié)合或通過連接分子的結(jié)合)形成了被聚合物基體基本包封于其中且被聚合物基體滲入的多孔性材料核心，從而形成質(zhì)量較輕且強度和結(jié)構(gòu)完整性較高的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料。優(yōu)選地，用于本發(fā)明實踐的可聚合組分(polymerizablecomponents)在至少約為50℃的溫度下是穩(wěn)定的。這有利于處理這些材料，減少過早固化的發(fā)生。此外，經(jīng)常也希望可用于本發(fā)明實踐的可聚合組分在處于例如光、大氣、氧、水等影響其穩(wěn)定性和/或反應(yīng)性的曝露狀況時是穩(wěn)定的。如本領(lǐng)域人員的技術(shù)人員所知，可采用多孔性材料加可聚合體系(復(fù)數(shù)個)的多種組合來實施本發(fā)明。在選擇合適的組合時，應(yīng)該首先考慮兩種組分的相容性，參考的因素有兩種組分間的接觸角、可聚合體系相對于多孔性材料的表面張力、多孔性材料的孔體積、多孔性材料中孔的毛細(xì)半徑、處理所選組合的過程中施加的壓力等等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的一樣，這些方面因素的改變可用于改變多孔性材料的“潤濕能力”以及改變聚合物進(jìn)入多孔性材料的相對滲入率(從而可能增加最終復(fù)合物的強度)，如文中所述。能夠易于制造具有為各種特定應(yīng)用而優(yōu)化的性質(zhì)的各種不同材料，使這一方法具有很大的優(yōu)勢。本發(fā)明優(yōu)選的方法采用生成氣體的聚合物體系，例如基于二異氰酸酯的聚合物體系來制備聚氨酯基體。二異氰酸酯的固化具有簡便的優(yōu)點，在大約室溫的溫度下進(jìn)行并生成其自身的氣體(即二氧化碳)，并且在反應(yīng)物異氰酸酯和多羥基化合物的聚合反應(yīng)期間僅產(chǎn)生適中的熱量。如上所述，固化期間所產(chǎn)生的氣體可基本被多孔性材料吸收。本發(fā)明基于優(yōu)選的氨基甲酸酯基體的制劑的優(yōu)點之一是這些制劑在固化過程中基本不會釋放出揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，這是與許多傳統(tǒng)生成氣體的制劑所不同的?？捎糜诒景l(fā)明實踐的優(yōu)選的生成氣體的可聚合組分(gas-generating polymerizable components)包括聚氨酯、取代聚氨酯等，以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物。如本領(lǐng)域所公知，聚氨酯可被制備成多種形式，包括硬質(zhì)泡沫、軟質(zhì)泡沫、實心體、粘合劑等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識，可采用各種各樣的二異氰酸酯和多羥基化合物原料來制備用于實施本發(fā)明的聚氨酯。例如，可采用各種各樣的芳香族二異氰酸酯，例如間-亞苯基二異氰酸酯、對-亞苯基二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯甲烷二異氰酸酯、2，4-甲代亞苯基二異氰酸酯、3，3′-二甲基-4，4′-聯(lián)苯基二異氰酸酯、杜烯二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯異亞丙基二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯基砜二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯基醚二異氰酸酯、亞聯(lián)苯基二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯，和類似物質(zhì)。相似地，可采用各種各樣的多羥基化合物原料來制備本發(fā)明的聚氨酯，包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-環(huán)己二醇、丙三醇、1，2，4-丁三醇、三羥甲基丙烷、聚(乙烯醇)、局部水解的乙酸纖維素，等等。可向多孔性材料中加入阻燃劑(如在與樹脂混合之前加入)，或者可在本發(fā)明的聚合過程中或聚合之后加入阻燃劑。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的阻燃劑(fire retardants)包括任何阻止火勢蔓延的化合物，例如丁基化的磷酸三苯酯等等。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的流動促進(jìn)劑(flow enhancers)包括任何降低制劑的粘度和/或改進(jìn)流動性的化合物，例如2，2-二甲基-1(甲乙基)-1，3-丙二基-二(2-丙酸甲酯){2，2-dimethyl-1(methylethyl)-1，3-propanediyl bis(2-methylpropanoate)}和類似物。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的增塑劑(plasticizers)(也稱為增韌劑(flexibilizers))包括降低制劑脆性的化合物，例如降低制劑玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的支化聚鏈烷烴或聚硅氧烷。這類增塑劑的例子包括聚醚、聚酯、聚硫醇、聚硫化物，等等。當(dāng)采用增塑劑時，增塑劑的含量通常占制劑重量的約0.5wt.％-約30wt.％。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的固化延遲劑(cure retardants)(也稱為孔尺寸調(diào)節(jié)劑或淬火劑)包括形成低反應(yīng)活性的自由基的化合物，例如硅酮表面活性劑(一般地)和類似物。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的固化促進(jìn)劑(cureaccelerators)，包括提高基礎(chǔ)聚合物體系固化速度的化合物，如具有催化活性的材料、水等。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的強度增強劑(strengthenhancers)包括加入后能夠改進(jìn)聚合物材料性能的化合物，例如交聯(lián)劑等。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的UV防護(hù)劑(UV protectors)包括這樣的化合物，其吸收入射的紫外線(UV)輻射，從而降低添加了防護(hù)劑的樹脂或聚合物體系暴露于紫外線而帶來的負(fù)面作用。示例性的UV防護(hù)劑包括癸二酸二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)酯、硅酮、粉末化的金屬化合物等。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的染料(dyes)包括苯胺黑、Orasol藍(lán)GN(Orasol blue GN)、酞菁，等等。當(dāng)采用有機染料時，較低量(即含量低于0.2wt％)的有機染料就能形成顏色對比。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的顏料(pigments)包括僅僅為了賦予顏色而加入到制劑中的任何微粒材料，如炭黑、金屬氧化物(如Fe2O3，氧化鈦)等。在存在的情況下，顏料的典型用量占基礎(chǔ)制劑的約0.5wt.％-約5wt.％。本發(fā)明某些具體實施方式
中也采用填料(fillers)?？蓪⑻盍弦氲奖景l(fā)明的制劑中以提高下列的一種或多種性質(zhì)抗壓強度、切變強度、柔韌性、內(nèi)電阻(例如用于緊固釘、螺絲釘?shù)?、耐磨性、抗沖擊強度、耐火性、防腐性，提高密度，降低密度等等。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的填料包括金屬、礦物、天然纖維、合成纖維等。這類填料可任選具有傳導(dǎo)性(導(dǎo)電和/或?qū)岬?。用于本發(fā)明某些具體實施方式
中的導(dǎo)電填料例如包括有過渡金屬(如銀、鎳、金、鈷、銅)，鋁，涂銀石墨，涂鎳石墨，這些金屬的合金等，以及非金屬如石墨，導(dǎo)電聚合物等，還有上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物。本發(fā)明的組合物中既可采用粉末形式也可采用薄片形式的填料。優(yōu)選地，薄片的厚度為約2微米或更低，平面尺寸為約20-約25微米。本發(fā)明采用的薄片的表面積優(yōu)選為約0.15-5.0m2/g，堆積密度為約0.4-約5.5g/cc。在一些具體實施方式
中，需要采用不同尺寸、表面積和堆積密度的薄片。優(yōu)選用于實施本發(fā)明的粉末的直徑為約0.5-15微米。當(dāng)填料存在時，填料通常占制劑體積的約5vol.％-約95vol.％(體積百分?jǐn)?shù))，優(yōu)選占制劑體積的10，15，20或25vol.％至約90vol.％(體積百分?jǐn)?shù))，更優(yōu)選占制劑體積的約30，35，40，45，50，55vol.％至約60，65，70，75，80或85vol.％(體積百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明某些具體實施方式
中采用的導(dǎo)熱填料(thermallyconductive fillers)例如包括氮化鋁、氮化硼、碳化硅、鉆石、石墨、氧化鈹、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁等。優(yōu)選地，這些填料的粒度范圍為約0.1-約100微米，優(yōu)選為約0.5-約10微米，最優(yōu)選為約1微米。然而，在某些實施方式中可采用更大或更小的粒度。如果采用氮化鋁作為填料，優(yōu)選采用膠粘體保形涂層(如二氧化硅等)使其鈍化。任選地，可采用既非導(dǎo)電體也非傳熱體的填料。這類填料可用于使本發(fā)明的制劑具有另一些性質(zhì)，如降低固化材料熱膨脹性，降低介電常數(shù)，改進(jìn)韌性，增加疏水性等。這類填料的例子包括合成材料，如全氟代烴聚合物，熱塑性聚合物(如聚丙烯)，熱塑性彈性體，聚-對亞苯基對苯二甲酰亞胺(paraphenylene terephthalimide)，玻璃纖維，石墨板，石墨纖維，尼龍，人造絲，再生聚合物，再生固體材料，固體廢料，固體聚合材料，金屬廢料，重新研磨的碎片(re-ground chips)，碎片，粉末，紙，碎屑，橡膠，玻璃，中空聚合物微珠，實心聚合物微珠，中空玻璃珠，實心玻璃珠，玻璃廢料，回收的組合木瓦(recycledcomposition shingles)，回收的瀝青，回收的屋頂材料，回收的水泥，回收的輪胎，碳，以及各種其他的工業(yè)處理后的或消費后的塑料和其他材料，等等。填料也可包括天然存在的材料，如云母，煙化石英(fumedsilica)，熔融硅石，沙，鋸屑，砂礫，石頭骨料(stone aggregate)，棉，麻，稻殼，椰子殼纖維，蝦殼體(shrimp carcasses)，竹纖維，紙，爆玉米花，爆玉米花集料，骨頭，種子，碎稻草纖維(如來自水稻、小麥或大麥)等等，以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物。填料可以是多孔性的，也可是相對無孔的。在采用多孔性填料的情況下，本發(fā)明材料的聚合物基體可延伸到這類填料內(nèi)部和周圍，從而可能進(jìn)一步加強本發(fā)明材料的強度。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和其他復(fù)合材料，在本文中有時被稱為PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)和其他復(fù)合材料，可被制成具有很高的抗壓模量(正如期望的)，抗壓模量的范圍為約8000psi-約10,000psi甚至更高。根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用，可制造抗壓模量超過2000，4000，8000，10,000，20,000，40,000，100,000或更高的本發(fā)明材料。本發(fā)明材料除了具有很高的抗壓強度之外，這些材料在斷裂前還能耐受超過400，1000，4000，8000，12,000或甚至更高的壓力。確實，在本發(fā)明的材料固化后，將本發(fā)明制品暴露于提高的壓力下(但不發(fā)生斷裂)，可制得強度提高的制品。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其他復(fù)合材料也可具有優(yōu)異的彈性，如以樣品的彎曲模量進(jìn)行度量。這類材料可用于以下詳述的許多特定應(yīng)用場合。典型地，本發(fā)明的材料的彎曲模量范圍為約10,000psi-約14,000psi或更高。通過采用合適的填料，可以獲得彎曲模量甚至更高的材料。例如，如果某些應(yīng)用中需要，可通過加入柔韌性材料，如來自回收材料的軟質(zhì)塑料或橡膠，或其它柔韌性材料以提高柔韌性。本發(fā)明的材料還具有的其它期望性質(zhì)包括優(yōu)異的絕緣性、防水性、能量吸收性質(zhì)(任選包括優(yōu)異的記憶效應(yīng)，其中本發(fā)明的材料在受到?jīng)_擊后能基本回復(fù)到其初始形狀)，抗霉性，雷達(dá)吸收性，等等。在希望最終的結(jié)構(gòu)材料具有高強度特征的本發(fā)明實施方式中，優(yōu)選聚合物基體包括較少的和較小的在發(fā)泡期間形成的空穴。這些實施方式中，固化期間所生成的氣體的大部分，優(yōu)選至少20，30，40，50，60，70，80，90，95，98％，或更優(yōu)選基本全部都被多孔性材料吸收，并且優(yōu)選迫使一些聚合材料進(jìn)入多孔性材料體內(nèi)。除了被多孔性材料占據(jù)的那些部分之外，最終的聚合物基體優(yōu)選相對來說是實心的，且聚合物的長絲或其它凸出部分延伸到多孔性材料內(nèi)部。盡管不希望受限于任何特殊理論，但仍相信，相對為實心的聚合物基體和延伸到多孔性材料內(nèi)部的聚合物長絲或其它凸出部分的組合為本發(fā)明的材料貢獻(xiàn)了優(yōu)越的性質(zhì)，包括強度、彎曲模量和壓縮性能。盡管一般優(yōu)選相對為實心的聚合物基體，但在強度可以降低的某些實施方式中，也可接受或甚至是希望采用具有空穴的基體，原因是可采用這類基體以較低成本制造較輕的材料。為了制造適用于更廣范圍潛在應(yīng)用、結(jié)構(gòu)完整性更好的結(jié)構(gòu)和其他復(fù)合材料，可在本發(fā)明的材料中加入一種或多種加強結(jié)構(gòu)。示例性的加強材料包括天然纖維、合成纖維、二氧化硅基材料或其它結(jié)構(gòu)，以及上述任意兩種或多種材料的組合。這類加強材料可以為任何大小、形狀、長度等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)為材料設(shè)定的最終用途，可容易地確定任何所添加加強材料的合適尺寸。作為在本發(fā)明的材料中加入一種或多種加強物的替換方式，或者除了加入加強物之外，可根據(jù)需要任選利用合適的粘合材料、粘結(jié)促進(jìn)劑或粘結(jié)層將一種或多種面材(facing material)施加到本發(fā)明的材料上。適用于這一目的的面材是各種各樣的，例如面材包括金屬、聚合物、布料、植物纖維或其它天然纖維、合成纖維、玻璃、陶瓷、膨脹的金屬和柵網(wǎng)(screen)等，以及上述物質(zhì)的任意兩種或兩種以上的組合。本發(fā)明可采用的其它面材包括天然存在的材料(如木材)、合成的片材(如丙烯酸類片材)、天然或合成的織物材料(如Kevlar織物)，等等。盡管圖7只表示結(jié)合到本發(fā)明材料的一面上，但面材可結(jié)合到本發(fā)明材料的多個面上(如本發(fā)明材料的頂面上和底面上均可覆有面材，本發(fā)明材料的所有面上都可覆有面材，以及其它對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的變換方式)。這類面材的形式可以為實心表面、多孔性表面、可被化學(xué)蝕刻的表面、經(jīng)過化學(xué)蝕刻的表面、可被物理磨蝕的表面、經(jīng)過物理磨蝕的表面等，以及上述形式的任意兩種或兩種以上的組合。在一種尤其優(yōu)選的實施方式中，在長段的竹子中填充本發(fā)明的材料，獲得了例如適用于結(jié)構(gòu)材料或腳手架的高強度結(jié)構(gòu)部件。本發(fā)明的這一方面中適用的粘合材料包括環(huán)氧樹脂、聚酯、丙烯酸類樹脂、氨基甲酸酯、橡膠、氰基丙烯酸酯等，以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的組合。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和其他復(fù)合材料的優(yōu)點之一在于這些材料基本不釋放氣體這一事實，這與許多傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和其他復(fù)合材料，尤其是采用生成氣體的制劑所制得的材料是不同的。在本發(fā)明的另一種實施方式中，提供了制造抗壓模量為至少約8000psi，彎曲模量范圍為約10,000psi-約14,000的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的方法，該方法包括合并多孔性材料和可生成氣體的可聚合組分，以及將得到的結(jié)合物置于適于使可聚合組分進(jìn)行聚合的條件下。在采用基本封閉的或受壓的體系進(jìn)行聚合的期間，基本上所有生成的氣體都被多孔性材料吸收，且部分聚合材料被迫使進(jìn)入到多孔性材料體內(nèi)。本發(fā)明方法采用的合并步驟可以多種方式實現(xiàn)。例如，可將生成氣體的可聚合組分和多孔性材料(以及為特定用途設(shè)定的任何其他成分)相混合，然后使生成氣體的可聚合組分進(jìn)行固化。在本發(fā)明的一種具體實施方式
中，將混合物引入到模具中，封閉模具，然后使生成氣體的可聚合組分進(jìn)行固化。在本發(fā)明的另一種實施方式中，將混合物引入到受限制的空間內(nèi)，并壓縮至小于原始組分的初始體積?？蛇x地，混合物可在開放體系中制備，或者也可通過噴射或涂覆到表面上。如果需要額外的強度，可在受壓的條件下進(jìn)行固化，從而使生成的氣體基本被多孔性材料吸收并迫使部分聚合物進(jìn)入多孔性材料體內(nèi)。在本發(fā)明的制劑受到壓力而減小其體積時，可采用的壓力范圍很廣，通常為約1-約10psi，但在希望獲得強度較高的復(fù)合物時也可采用更高的壓力?？蛇x地，在不涉及可能采用的壓力的情況下，可使本發(fā)明的制劑在受限制的空間內(nèi)固化，從而使固化制品的體積相對于原料的體積有所減小。在實施本發(fā)明中設(shè)定的體積減小的范圍為約5-10％至20-40，40-60，60-80，80-90％或更高。在本發(fā)明的另一種實施方式中，不是在模具中制造本發(fā)明的制品來獲得特定形狀，而是制備標(biāo)準(zhǔn)的″積木″結(jié)構(gòu)，然后再結(jié)合成為預(yù)期形狀的制品。這是可能做到的，原因是可采用標(biāo)準(zhǔn)的粘合材料如氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂等使本發(fā)明的材料相互粘合。優(yōu)選地，當(dāng)從多組分(如雙組分)體系制備可聚合組分(如可發(fā)泡的可聚合組分)時，首先將多孔性材料僅與一種可聚合組分中混合，然后再將第二組分引入到反應(yīng)容器中。一般來說，優(yōu)選首先將多孔性材料和雙組分體系中粘度更大的組分相混合。例如，多孔性材料的表面可基本上完全被涂上可聚合組分的前體?？蛇x地，多孔性材料的表面可只是部分被涂上可聚合組分的前體。可選地，可從單組分單體(如聚氨酯)制備本發(fā)明的制品，其中，聚合物的所有組分都與多孔性材料混合，并向混合物中加入水而引發(fā)聚合物的固化反應(yīng)。也可采用共聚物，如嵌段共聚物，其中可將基體設(shè)計為嵌入兩種或兩種以上不同官能聚合物基團(tuán)，和/或接枝共聚物，如上述設(shè)計為促進(jìn)滲入多孔性材料的聚合物體系?？稍谝敕磻?yīng)混合物之前先將面材和/或涂料引入到模具中，從而將面材或涂料施加到本發(fā)明的制品上?；蛘?，可在成型之后再覆上面材和/或涂料。向模具中加入加強材料(如金屬網(wǎng)、陶瓷或二氧化硅基材料、紡織品或其他織物、橡膠等)而制造整體加強材料也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。附有面材的本發(fā)明示例性制品的示意圖如圖7所示。本發(fā)明材料可采用的面材包括天然存在的材料(如木材、竹子或其他植物源纖維)、合成片材(如丙烯酸類片材)、天然紡織材料(如棉或麻)、合成紡織材料(如KEVLAR織物，各種合成纖維織物如碳、石墨、玻璃纖維等)，等等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員易知，面材可結(jié)合到本發(fā)明材料的一個或多個面上(如本發(fā)明材料的頂面和底面上均可覆有面材，本發(fā)明材料的所有面上都可覆有面材，以及其他對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的變換方式)。如本領(lǐng)域人員所易知，可涂覆到本發(fā)明材料上的涂料是多種多樣的。可用于本發(fā)明材料的涂料包括Portland水泥(通常以水中的淤漿形式涂覆，或者與二氧化硅基材料一起應(yīng)用，使處理后的制品獲得阻燃性質(zhì))、石膏、凝膠涂層、清漆涂層、帶顏色的涂層、防粘涂料、防滑涂料、粘合劑、耐擦性涂料、金屬化涂料等。圖8提供了覆有涂料的本發(fā)明材料的示意圖。對于某些涂料，提高涂料對本發(fā)明制品的粘附能力是有利的。這可通過各種方式實現(xiàn)，例如采用物理和/或化學(xué)方法蝕刻這類制品的表面。因此，如文中所述，可增加制品要涂覆涂料的表面積，從而提高涂料對被處理制品的粘附能力。欲將面材和/或涂料施加到本發(fā)明的材料上時，可對本發(fā)明材料將要施加面材和/或涂料的表面進(jìn)行物理和/或化學(xué)磨蝕，以增加底材的孔隙率，并提高面材和/或涂料粘附于其上的能力。例如，本發(fā)明的材料可進(jìn)行噴沙和/或化學(xué)蝕刻或磨蝕處理，從而磨蝕表層，使本發(fā)明材料的表面更易于覆蓋面材和/或涂料。在本發(fā)明的一些實施方式中，可將面材和/或涂料施加到支撐物的任何一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)的示意圖參見圖9。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地確定適于使本發(fā)明所采用的生成氣體的或其他的可聚合組分進(jìn)行聚合的條件。典型地，這類條件包括一般在大約室溫下向多孔性材料和生成氣體的或其他可聚合組分的前體構(gòu)成的混合物中加入聚合劑。這樣，本發(fā)明方法對加熱和冷卻的要求程度是最小的，從而使該方法易于實現(xiàn)，例如向容器中加入聚合劑之后立即振蕩裝有多孔性材料、生成氣體的或其它的可聚合組分前體以及聚合劑的容器而實現(xiàn)該方法。在本發(fā)明的某些實施方式中，高達(dá)約25，30，35，40，45，50wt.％(重量百分比)或更多的多孔性材料中可含有如文中所述的回收的(碾碎的)結(jié)構(gòu)材料。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所易知，可采用更高含量的回收的本發(fā)明材料，這取決于回收的材料和預(yù)期的最終用途。本發(fā)明的另一方面提供了根據(jù)上述方法制備的制品。本發(fā)明的另一方面提供了由本發(fā)明的材料制造的制品。這類制品可具有預(yù)定的形狀，優(yōu)異的抗壓強度和模量，在需要的情況下還可具有高彎曲模量。這類制品可包括軟質(zhì)或硬質(zhì)聚合物基體，該聚合物基體中含有基本均勻分布于其中的多孔性材料。本發(fā)明的制品具有優(yōu)異的工作特性，這使得它們適用于各種各樣的應(yīng)用場合。本發(fā)明的材料尤其適用于由其制得的結(jié)構(gòu)有處于地震活動帶風(fēng)險的應(yīng)用場合中。由于本發(fā)明的材料可具有這樣的高強度和其他期望性質(zhì)(包括優(yōu)異的結(jié)構(gòu)彈性和記憶能力)，并且質(zhì)量較輕，因此當(dāng)由其制得的結(jié)構(gòu)受到地震力時所產(chǎn)生的動量非常低。因此，本發(fā)明的材料具有適用于多種建筑應(yīng)用的特別理想的性質(zhì)。本文中提供了本發(fā)明制品各種應(yīng)用的非窮舉性列表。本發(fā)明的制品可制成適于下列用途中任意一種的形狀飛行器/航天/國防/發(fā)電(如飛機部件，遙控引導(dǎo)飛行器部件，巡航導(dǎo)彈，太陽能飛行器，隔熱罩，火箭發(fā)動機外殼，附件，軍事靶機，旅行飛機(kit planes)，超輕型飛機，飛行器安全性/隱秘性部件，輕質(zhì)/加強門，飛行器家具，面板，本土安全結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電螺旋槳和葉片，水力發(fā)電轉(zhuǎn)動輪或葉片，渦輪，太陽能發(fā)電的支承結(jié)構(gòu)，機翼-地面效應(yīng)飛行器(wings-in-ground-effect craft)，雷達(dá)吸收材料，飛行器引擎罩，飛行器螺旋槳葉片，飛行器襟翼，飛行器方向舵，飛行器機身，飛行器副翼，水上飛機浮筒，懸掛式滑翔機，用于火箭發(fā)動機燃料艙的絕緣體，等等)，農(nóng)業(yè)(例如，作物防護(hù)器和種植器，牲畜送食器，電柵欄柱，畜圈，等等)，庭院/草坪/花園/寵物/園藝/花房(例如，犬舍，送食和給水器皿，掩蔽所和遮篷，狗窩，床席，動物運送籠，貓狗床，貓抓搔器，塑料家具(例如，用于草坪，門廊，花園，天井，等等)，裝飾性工藝板和屏風(fēng)，裝飾性印花和邊飾，防雪柵欄，花箱，罐，管，瓶，草坪和花園噴泉，花園裝飾物，缸，等等)，電子(例如，電信天線，電纜盤，電纜托架，電池盒，電池存放架，光電裝置，蜂窩天線，電氣配線軌道，等等)，器具(例如，家庭器具，例如電冰箱，洗碗機，爐灶，微波爐，洗衣機，干衣機等等，以及用于各種器具的機架，如電視機、計算機、CRT、商用機器、微波爐、洗碗機、洗衣店用洗衣機和干衣機、壓緊器(compactor)、制冷機、電冰箱、空調(diào)、除濕器、便攜式加熱器等等的機架)，
制冷(例如，冷庫，香檳酒桶，冰桶，飲料冷卻器，冷凝器滴盤，隨身制冷器，冷凍的鐵路運貨車廂，冰倉，冷藏車，冷凍絕緣體，等等)，商業(yè)設(shè)備和電子儀器(例如，復(fù)印機，計算機，計算機組件，計算機，電視機組件，電話，器具模制和包裝，電氣工具，電氣箱架，等等)，建筑和構(gòu)造——得益于模塑防透材料和防蟻材料等的任何應(yīng)用，如，游泳池，游泳池蓋，熱浴盆，熱浴盆蓋，冷卻塔，浴盆和淋浴器，船橋甲板，橋，橋梁結(jié)構(gòu)，抗震結(jié)構(gòu)，公路標(biāo)志，高速公路吸能屏障和消聲側(cè)壁，絕緣結(jié)構(gòu)板，住宅建筑，商業(yè)建筑面板，建筑明細(xì)和正面，消聲屏障，絕緣體，放水材料，混凝土成形澆注模具，結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)，打樁，夾層構(gòu)件，高速公路照明燈，預(yù)制住宅，預(yù)制辦公室，高速公路碰撞衰減屏障，賽道碰撞衰減屏障，屋頂，地板，壁板，門層壓制件，木工層壓制件，空間木料和面板，防災(zāi)和臨時軍事掩體，衛(wèi)生廢水處理建筑和池，醫(yī)院和手術(shù)室，絕對無塵室和實驗室，凈化建筑，浴室，冷庫，廚房，餐廳，辦公室，倉庫，車間和車輛維修間，計算機控制室，家具，桌子，門，飛機吊架，擔(dān)架，棺材，床，垃圾桶，保溫飲水罐，密封易腐食品容器，用于加熱和空調(diào)裝置的絕緣管道，住宅現(xiàn)場制品和結(jié)構(gòu)，住房建筑，辦公室，臨時住所，建筑磚塊，北極結(jié)構(gòu)(arcticstructures)，用于膨脹聚苯乙烯泡沫成形室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)填充，用于下平鋪起落表面的綠色板的替換，工作臺面，桌面，書桌面，手術(shù)臺面，裝飾板，框格，百葉窗，壁板，護(hù)墻板，結(jié)構(gòu)性制模和裝飾性制模，門，門框，窗框，絕緣結(jié)構(gòu)性滑動板，擁壁，輕量可移動人行道和人行橋，橋面板(decking)，欄桿，柵欄，大門，畜欄，車棚，遮陽篷，用于重型設(shè)備的泥墊，起重機索具墊，汽車行人路障，錐形交通路標(biāo)，防護(hù)欄和防護(hù)墩，警示安全標(biāo)志，出租車和公共汽車站亭，農(nóng)村建筑物和儲藏庫，可移動建筑物，活動房屋結(jié)構(gòu)，預(yù)工程加固建筑物和結(jié)構(gòu)，小屋，遮篷，墻板，可移動教室，絕對無塵室，圍堰，用于放置水泥和混凝土的構(gòu)造形式，壓力機混合盤，復(fù)合空間木材，各種護(hù)墻板，工程加固木材和梁，擠壓護(hù)墻板和模型，鑄件壁爐架，屋頂和地板支架，絕熱門，絕熱屋頂系統(tǒng)，層疊飾面板，夾層蜂窩板，噪聲防護(hù)障，人行天橋，車庫門，屋頂板，屋頂木瓦，公路，腳手架系統(tǒng)，腳手架鋪板，桑拿浴建筑物和浴室，門表面(door skin)，臨時人行道板，二次地板(sub floors)，柜廚，等等，工業(yè)(例如，貯藏建筑物，防彈外圍和系統(tǒng)和隨身攜帶物，護(hù)罩，餐具箱，裝料橫梁，滑運道，管口，襯墊，管子，電燈器具，吊扇葉片，空氣擴散器，洗衣店設(shè)備(laundry hampers)，風(fēng)扇罩，車輪，葉片，檢修孔和蓋，滅火水龍帶柜，安全防護(hù)罩，調(diào)色板包裝材料，郵筒，調(diào)色板(可再用和/或可循環(huán)使用的)，調(diào)色箱，高架門，停車路障，停車路邊(parking curbs)，房間間隔物，座位和長凳，棚架，彈道屏，淋浴和浴室隔間，卷軸和凳子，托盤，等等)，工業(yè)襯墊(例如，散裝容器襯墊和系統(tǒng)，有軌電車襯墊，壁櫥襯套，各種涂層，鼓襯墊，護(hù)罩，灌渠襯墊，噪聲抑制罩，等等)，家具(例如，裝飾的家具框架，長凳，露天看臺座位(bleacherseats)，椅子，凳子，折疊紙牌桌，桌，辦公室隔離物，等等)，消費和工業(yè)包裝產(chǎn)品(例如，垃圾容器和手提箱，食品保存容器，超輕空運容器，可再用箱和運送容器，板條箱，墓室，陵墓，可循環(huán)使用的包裝件，包裝件和運送容器，公墓室，紙盒，小罐，空心罐(cannons)，子彈盒和彈藥箱，木桶和桶，可拆型箱和運送板條箱，遠(yuǎn)洋航行集裝箱，波狀塑料容器和包裝，傳統(tǒng)成型的塑料盒和架，鼓形圓桶，蛋品包裝盒和箱，儀器箱，可折疊箱，硬紙盒，垃圾桶，糧箱，零售商店夾具，棚架，成型盒和箱，工作臺面，家具，等等)，標(biāo)記和產(chǎn)品展示(例如，公告牌，可擦板，可變字母板，剪貼板，展示板，箱，出租汽車網(wǎng)(cab nets)，盒，夾具，面板，架臺，桌子，托盤，燈箱，畫框，軍事目標(biāo)(陸地，海洋，領(lǐng)空)，戶外廣告標(biāo)記，舞臺布景和道具，內(nèi)部預(yù)映棚和展示，等等)，娛樂商品(例如，運動器材，高爾夫球棍，帳篷，鍛煉器材，滑雪板，沖浪板，擺動板，高爾夫球車，保齡球器材，手提箱(totes and boxes)，摩托車頭盔，自行車頭盔，其他運動頭盔，護(hù)肘和護(hù)膝，手套，運動鞋和非運動鞋包括鞋子和靴子，滑雪橇，溜冰板，野營車，步槍，獵槍，旋轉(zhuǎn)架，前臂(forearms)，誘餌鳥，雪鞋，馬鞍，雪橇，等等)，兒童玩具/庭院玩具(例如，城堡，玩具屋，搖椅，滑梯，沙箱，玩具箱和盒，積木，字母玩具，旅行安全座椅和限制器，家具例如高腳椅子，椅子，嬰兒床，書桌，床，沙箱，桌子，玩具車并玩具車上的座位(ride invehicles)，四輪馬車，搖椅，裝有彈簧的騎乘動物，旋轉(zhuǎn)木馬，搖擺木馬，等等)，抗腐蝕設(shè)備(例如，污染防治設(shè)備，廢水處理產(chǎn)品，管件，地上和地下儲藏罐，泵，容器，以及在化學(xué)處理、紙漿/紙?zhí)幚砗陀?氣產(chǎn)業(yè)中使用的各種設(shè)備，油氣回收設(shè)備，產(chǎn)生動力的轉(zhuǎn)輪，等等)，電氣/電子設(shè)備(例如，機架和斷路器箱，電桿上線路部件，電連接和絕緣，棒和管，變電站設(shè)備，電子微波器件，電氣罩和照明罩，3D板，聚酯面板，等等)，船舶(例如，快艇，艇，噴氣艇，獨木舟，船塢，私人船只和系船用具，軍艇，船，賽艇，商用船及部件包括船舶設(shè)備和電動機罩，利用地面效應(yīng)工作的海上運輸工具，指示浮標(biāo)，系泊浮筒，航道，儀表化(instrumented)，科學(xué)浮筒，氣象浮標(biāo)，魚網(wǎng)浮標(biāo)，救生筏，護(hù)船，用于充氣船的硬質(zhì)船體，船塢存儲箱，供餐船和供水船(dingy and water tender)，可漂浮的踏板和槳，水上運動玩具，潛水服，螃蟹和龍蝦陷阱標(biāo)記，艙口蓋，復(fù)合船錨，船塢梯，游泳平臺漂浮物，上船梯，浮橋船，操舵臺，便攜式和內(nèi)置式船用冰柜，電冰箱，船用桌和櫥柜，魚清洗臺，駕駛艙桌，救生工具，救生圈浮筒，用于帆船的硬質(zhì)帆，人造魚餌和誘惑物，魚梯，可拆型船，浮橋和甲板，用于帆船的活動披水板和舵，游艇，艇體和船體，救生艇，帆板，等等)，船塢(例如，浮動的、可折疊的、可移動的舷梯，復(fù)合船塢板和橫木，天篷，蓋，掩體，扶手，潛水漂浮物，用于個人船只干式貯藏的浮動存儲船塢，等等)，運輸(例如，汽車部件，卡車駕駛室，汽車駕駛室和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，娛樂車(RV)部件，農(nóng)場設(shè)備，緩沖加強器，側(cè)撞加強器，結(jié)構(gòu)增強件，安全設(shè)備，箱，運送容器，列車部件，地鐵部件，棚車，復(fù)合鐵路枕木，摩托車，滑行車，汽車面板，外觀附件，警車加強件，用于保護(hù)后端撞擊和射擊的預(yù)制撞擊裝置，前后緩沖器，現(xiàn)有車隊的新產(chǎn)機車和備用裝置，使組合車身更加堅固、在保證結(jié)構(gòu)完整性的情況下使車輛能夠承受更高撞擊的加強的姆諾克(monocouqe)車體設(shè)計，加強的籠式設(shè)計和增強的折皺區(qū)設(shè)計，在輪緣和輪胎行駛面之間、在輪胎中具有本發(fā)明加強件的輪胎圈(在輪胎故障或爆裂之后可以使車輛安全制動，避免車輛偏斜、跨越車道和翻滾，并且不需要備用輪胎)，防曬板，方向盤，可拆型扶手，輪蓋，踏板，用于防火壁的隔熱和隔聲物，車頂，引擎罩，門，地板，乘客車內(nèi)撞擊減震器，立柱，門板，車頂，儀表板，前座后背，座位框，利用本發(fā)明材料制成的襯墊后擋泥板內(nèi)面板，行李箱(trunk)蓋和地板，位于油箱附近、幫助阻止框架點錨定滲透破裂著火、并減小車輛后端碰撞、側(cè)面撞擊、側(cè)面刮蹭能量的后座錨定板，車輛緩沖器，車用、商用和工業(yè)用設(shè)備，車身，地板墊，有軌電車，車檔和楔塊，裝甲轎車卡車，定制拖車(customtrailer)，篷車，車輛，儀表板，航空器，艇，船，船孔塞蓋，車船用電池盒，纜道敞車，搬運車(movingvans)，等等)，環(huán)境/廢水處理(例如，用于危險物質(zhì)事故的臨時便攜式二次泄漏容納系統(tǒng)和凈化材料容納系統(tǒng)，浮箱頂，浮式污水塘蓋，模塊化罐，液槽，水閘，壩閘，疊梁閘門(stoplogs)，浮式傾瀉器，漏油柵(oil spill booms)，泄漏盆和盤，化糞池，蓄水池和蓋，滑道，冷卻槽，助消化器槽(digester tanks)，風(fēng)洞，野外安裝的儲存池，養(yǎng)魚罐，養(yǎng)魚塘，用于漏油回收系統(tǒng)的飄浮物，污水池襯墊，垃圾掩埋襯墊，漏油回收系統(tǒng)，太陽能收集器面板，等等)，醫(yī)療/衛(wèi)生(例如，拋棄物，配件，醫(yī)療設(shè)備的包裝，整形外科裝置，修復(fù)，一次性夾板，器具，等等)，等等。本發(fā)明的方法以及該方法制得的制品的優(yōu)選應(yīng)用包括用于制備建筑物面板，結(jié)構(gòu)增強件，隔音材料，絕緣材料，防水材料，工作臺面，游泳池，游泳池罩，沖浪板，熱浴盆，熱浴盆罩，冷卻塔，浴缸，淋浴裝置，儲槽，汽車部件，私人船只部件等。本發(fā)明的另一個實施方式中，根據(jù)最終用途，可采用各種方式對上述制品進(jìn)行改進(jìn)。例如，可在制品上覆蓋防火涂料，防滑涂料，木質(zhì)面材，丙烯酸層，機織織物面材等等(如參見圖7，8和9)。可將制品制成預(yù)定形狀，或者可對制品施加足以降低其厚度的壓縮能量?？汕懈畛龊?或在制品中鉆出想要的形狀，可將制品碾磨成粉以進(jìn)行全部回收，也可對制品進(jìn)行噴沙、刨平、塑形、鉆孔、壓縮、鑿刻處理(routed)等。本發(fā)明的另一種具體實施方式
提供了由上述任意一種方法制得的制品。本發(fā)明的又一種實施方式提供了制造具有改進(jìn)性質(zhì)，包括抗壓模量為至少20,000psi，彎曲模量為約10,000psi-約14,000psi的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的方法，該方法包括結(jié)合多孔性材料和生成氣體的可聚合組分而得到預(yù)聚合混合物，將此預(yù)聚合混合物置于使生成氣體的可聚合組分進(jìn)行聚合的條件下，從而制得固化的制品，以及隨后使固化的制品受到足夠長時間的壓縮壓力作用，從而使制品獲得預(yù)期的物理性質(zhì)，所述壓縮壓力的范圍為約5-10，10-40，40-80，80-100，100-400，400-800，800-1600，1600-3000，3000-5000或5000-10,000psi或更高。本領(lǐng)域技術(shù)人員易于確定適于使生成氣體的可聚合組分進(jìn)行固化的條件。所選擇的條件取決于采用的可聚合組分的類型。例如，一旦結(jié)合了聚氨酯樹脂的各種組分，通常將在較溫和的溫度下(如在約室溫(約25℃)-約70℃的范圍內(nèi))引發(fā)聚氨酯固化。本發(fā)明的另一具體實施方式
提供了制造抗壓模量為至少20,000psi，彎曲模量為約10,000psi-約14,000psi的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的方法，該方法包括將包括微粒材料，其中至少部分是多孔的發(fā)泡性可聚合成份的預(yù)聚合混合物置于適于使發(fā)泡性可聚合組分進(jìn)行固化的條件下，從而制得固化制品，以及隨后使固化制品受到足夠長時間的壓縮壓力的作用，從而使制品獲得預(yù)期的物理性質(zhì)，所述壓縮壓力的范圍為約5-10，10-40，40-80，80-100，100-400，400-800，800-1600，1600-3000，3000-5000或5000-10,000psi或更高。本發(fā)明的再一種實施方式提供了制造抗壓模量為至少20,000psi，彎曲模量為約10,000psi-約14,000psi的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料的方法，該方法包括使固化制品受到足夠長時間的壓縮壓力的作用，從而使制品獲得預(yù)期的物理性質(zhì)，所述壓縮壓力的范圍為約5-10，10-40，40-80，80-100，100-400，400-800，800-1600，1600-3000，3000-5000或5000-10,000psi或更高，其中該固化制品的制造如下將包括微粒材料，其中至少部分是多孔的發(fā)泡性可聚合成份的預(yù)聚合混合物置于適于使發(fā)泡性可聚合組分進(jìn)行固化的條件下，從而制得固化制品。現(xiàn)在將參照下列的非限定性實施例對本發(fā)明展開更為詳細(xì)的描述。
實施例1
根據(jù)本發(fā)明，與多孔性材料相混合而制得幾種聚氨酯制劑。對于每種制劑，將所有成份(每一組分的)引入到封閉的系統(tǒng)混合罐中，然后依據(jù)批量大小以恒定的攪拌速率混合1-2小時。固化過程不要求加熱。
制劑1(黑色/阻燃)范圍wt.％組分A-異氰酸酯二苯基甲烷二異氰酸酯(聚合MDI) 88.5-94.5三氯丙基磷酸酯(阻燃劑) 5.5-11.5組分B-多羥基化合物聚醚多元醇(蔗糖/乙二醇混合物)，羥基#375-40073.1-93.4多羥基聚醚二醇，羥基#265 8.4-12.5叔胺(催化劑) 0.1-2.50二甲基乙醇胺(DMEA)(催化劑) 0.35-1.2水(發(fā)泡劑) 0.4-1.5硅酮表面活性劑 0.08-2.2黑色顏料(處于聚醚多元醇分散系中) 0.3-1.5制劑2(白色)
范圍wt.％組分A-異氰酸酯改性單體MDI 100.00組分B-多羥基化合物聚醚多元醇(蔗糖/乙二醇混合物)PO Tip，羥基#375-400 82.5-91.5多羥基聚醚三醇，羥基#250 5.5-13.5硅酮表面活性劑 0.08-1.5二甲基乙醇胺(DMEA)(催化劑) 0.35-1.0水 0.20-1.3叔胺(催化劑) 0.25-1.2有機表面活性劑(9-10Mol) 0.35-0.7制劑3(自然色)范圍wt.％組分A-異氰酸酯二苯基甲烷二異氰酸酯(聚合MDI)100.00組分B-多羥基化合物蔗糖胺，羥基#350 30.5-42.0蔗糖胺，羥基#530 45.0-60.0氨基多羥基化合物，羥基#600 2.8-9.0水 0.20-1.3硅酮表面活性劑 0.35-0.7制劑4范圍wt.％組分A-異氰酸酯二苯基甲烷二異氰酸酯(聚合MDI)100.00
組分B-多羥基化合物芳香族多羥基化合物，羥基#350 37.0-60.0聚醚多元醇(蔗糖/乙二醇混合物)，羥基#37060.0-35.0DEG(二乙二醇) 1.5-4.0硅酮表面活性劑 0.08-1.5二甲基乙醇胺(DMEA)(催化劑) 0.35-1.0245(a)HCFC(發(fā)泡劑) 0.4-1.5水 0.4-1.5制劑5(單組分制劑)范圍wt.％多羥基聚醚三醇，羥基#3442.0-50.0二苯基甲烷二異氰酸酯(聚合MDI) 42.0-50.0增塑劑 10.0-20.0二胺催化劑 0.01-0.2實施例2工作特性
制備用于實施本發(fā)明的幾種聚合物體系，并對其工作特性進(jìn)行測定，如文中所述。實施例1所述的制劑1用于制造雙組分硬質(zhì)水發(fā)泡聚氨酯結(jié)構(gòu)材料。對于要求堅硬或堅固表面的應(yīng)用來說，這一材料提供了優(yōu)異的性能，并且是木材的低成本替代物，從而可被用于諸如家具工業(yè)(如制造家具，細(xì)木家具等)以及畫框行業(yè)的各種工業(yè)中。由聚氨酯材料可容易地模壓出部件，否則就要進(jìn)行耗費勞力的雕刻或切板制作。該固化材料的典型物理性質(zhì)列入表1中。
表1典型物理性質(zhì) 制劑的乳白期(cream time)為約30-約60秒，并可通過調(diào)節(jié)工藝條件或采用添加劑而改變。上升時間(rise time)為約2-約4分鐘，并可通過調(diào)節(jié)加工條件或通過采用添加劑而改變。在約65°F-約85°F的溫度下保存材料，可使組分A(異氰酸酯)和組分B(樹脂)的保存或儲藏壽命最大化。保持儲存容器為封緊狀態(tài)，可保護(hù)材料受到濕氣和外來物質(zhì)的侵襲。實施例1所述的制劑2(IPS 3001-10LV)是一種雙組分硬質(zhì)水發(fā)泡聚氨酯結(jié)構(gòu)材料。對于要求堅硬或堅固表面的應(yīng)用中，該材料也提供了優(yōu)異的性能，并且可用作木材的低成本替代物。由聚氨酯材料可容易地模壓出部件，否則就會要求進(jìn)行耗費勞力的雕刻或切板制作。將該材料的典型物理性質(zhì)列入表2中。
表2典型物理性質(zhì) 混合物可采用瞬間攪拌器(直徑為3″)以1,200rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行手工混合。制劑的乳白期為約180秒，可通過調(diào)節(jié)工藝條件或使用添加劑而改變。上升時間為約60-約70分鐘，可通過調(diào)節(jié)加工條件或使用添加劑而改變。在約65°F-約85°F的溫度下保存材料，可使組分A(異氰酸酯)和組分B(樹脂)的保存或儲藏壽命最大化。保持儲存容器為封緊狀態(tài)，可保護(hù)材料受到濕氣和外來物質(zhì)的侵襲。實施例1中所述的制劑3是一種雙組分硬質(zhì)水發(fā)泡聚氨酯結(jié)構(gòu)材料。對于要求堅硬或堅固表面的應(yīng)用，該材料也提供了優(yōu)異的性能，并且可用作木材的低成本替代物。由聚氨酯材料可容易地模壓出部件，否則就會要求進(jìn)行耗費勞力的雕刻或切板制作。將該材料的典型物理性質(zhì)列入表3中。
表3典型物理性質(zhì) 制劑的乳白期為約4秒，可通過調(diào)節(jié)工藝條件或使用添加劑而改變。上升時間為約14分鐘，可通過調(diào)節(jié)加工條件或使用添加劑而改變。在約65°F-約85°F的溫度下保存材料，可使組分A(異氰酸酯)和組分B(樹脂)的保存或儲藏壽命最大化。保持儲存容器為封緊狀態(tài)，可保護(hù)材料受到濕氣和外來物質(zhì)的侵襲。可向制劑中加入阻燃劑。
實施例3制造示例性的PetriFoamTM材料
如上所述，反應(yīng)混合物中各成分的比例取決于最終產(chǎn)品的預(yù)期物理性質(zhì)，因此在未確定材料的最終應(yīng)用時，不能詳細(xì)說明其成分比例。本發(fā)明的方法既可以分批方式進(jìn)行，也可以連續(xù)方式進(jìn)行。分批方式的實施如下將足以超過模具容積10-20％的大量多孔微粒材料(如膨脹聚苯乙烯微珠，或聚乙烯微珠，或聚丙烯微珠，或上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物)裝入混合桶中。使樹脂(如異氰酸酯試劑)在攪拌下與微珠混合，直到每一個單獨的微珠上都涂覆了樹脂。然后向樹脂/微珠混合物中加入大分子乙二醇(macroglycol)(固化)試劑，繼續(xù)混合，直到乙二醇均勻分布在整個混合物中。第一次加入乙二醇時即開始聚合反應(yīng)。優(yōu)選地，將材料迅速地轉(zhuǎn)移到準(zhǔn)備好的已涂覆合適脫模劑的模具中，，從而確保有充足的工作時間均勻地填充到模具的各個部分。填充模具之后，封閉模具，以確保在聚氨酯混合物生成氣體的時候使混合物受到壓縮。在約10-約30分鐘之后打開模具，該時間取決于混合物的性質(zhì)和所制備的制品或材料。然后重復(fù)該過程以制備其它的制品或材料。一般來說，制品在約24小時后完全固化而達(dá)到最終的物理性質(zhì)。可通過向成型體(forms)或液體組分補充加熱而加速固化過程。當(dāng)采用單組分制劑時，所進(jìn)行的步驟基本都是一樣的，直至樹脂和多孔性微粒材料已經(jīng)進(jìn)行混合的時候。此時，將化學(xué)計量的水(引起固化)噴到攪拌的混合物中，按照前述方法將得到的混合物加入到模具中，然后在壓縮條件下封閉模具。以連續(xù)方式制備本發(fā)明材料的方法如下提供一個或多個儲存罐來盛裝多孔性微粒材料，提供一個或多個罐來盛裝生成氣體的可聚合組分的各個組分，以及提供一個或多個罐來盛裝將被加入到最終制品中的任何其它組分。稱量這些組分中的每一個并將其以單一的混合步驟或分步喂入混合器擠出機中(如，聚氨酯樹脂的異氰酸酯前體可與合適的多孔性微粒材料相混合，隨后向其中加入多羥基化合物)。然后將混合后的各組分混合物傳送到預(yù)期形成本發(fā)明材料的地點。
實施例4本發(fā)明結(jié)構(gòu)材料的工作特性
對根據(jù)本發(fā)明制備的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行各種測試，以確定該材料的各種物理性質(zhì)，歸納于表4中。采用直徑為1.5mm的膨脹聚苯乙烯微珠和IPS氨基甲酸酯混合物(50wt.％/50wt.％)，在加入碳黑和阻燃劑的情況下制備該材料。向模具中加入過量的微珠(模具體積的115％)。這些測試按照American Society for Testing and Materials(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以確定PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)材料在抗壓、彎曲、應(yīng)變和剪切方面的強度和性能。此外，也評價PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)材料在熱傳導(dǎo)、耐水、剝離強度、耐疲勞、抗沖擊和消音方面的性質(zhì)。
表4
*用其它測試法評價
表4中所列的測試結(jié)果以及圖10和圖11中所示的彎曲模量和壓縮測試結(jié)果表明，PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)材料具有優(yōu)異的工作特性和性質(zhì)。進(jìn)行的主要測試包括ASTM 1621，″硬質(zhì)泡沫塑料的抗壓測試″；以及ASTM 790，″對未加強的塑料的彎曲性質(zhì)和電絕緣性的標(biāo)準(zhǔn)測試法″。這些測試表明PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)材料的抗壓強度和撓曲強度是大多數(shù)聚氨酯泡沫和泡沫聚苯乙烯的許多倍。典型聚氨酯泡沫的抗壓強度為40psi-100psi，而典型泡沫聚苯乙烯的抗壓強度為5psi-30psi。如本文中提供的數(shù)據(jù)所表明的，PetriFoamTM牌結(jié)構(gòu)材料可制成確實很好的材料，該材料的強度特性比傳統(tǒng)材料高指數(shù)量級。
實施例5制備結(jié)構(gòu)鑲板
制備與支架、鋼軌、槽鋼和其它提供硬質(zhì)框架的鋼部件一起采用的結(jié)構(gòu)鑲板，以承載織物或其它裝飾性覆面的辦公室面板。傳統(tǒng)的鑲板是由木材或碎屑膠合板(particleboard)構(gòu)成，且兩種表面上都覆有MASONITE，該MASONITE根據(jù)樣板或辦公室裝飾格調(diào)采用填料和織物或其它裝飾性材料裝飾而成。裝配所有的部件是耗費勞力和耗費成本的。此外，由于最終的面板相當(dāng)重，因此運輸是非常昂貴的。任何浸入面板的水，如通過正常的地面擦洗浸入面板，都會導(dǎo)致碎屑膠合板發(fā)生膨脹和降解。由優(yōu)選實施方式中的材料制備的面板表現(xiàn)出優(yōu)異的耐水性、重量較輕，以及可通過常規(guī)的扣件插入到傳統(tǒng)的框架中。采用1英寸花旗松膠合板作為基底，在各角落處焊接2英寸角鋼作為側(cè)面，將4片1′×2′鋼板鉸接在角鋼的長尺寸上來制造模具的頂面，從而制造得到具有合適內(nèi)部尺寸的模具。將頂面部件的空余側(cè)面用螺栓向下連接到相反一側(cè)的角鋼上，以保持放入其中的材料混合物在聚合、膨脹和固化時受到限制。用膨脹聚苯乙烯微珠填充到該模型的頂部，然后再加入少量的微珠。接下來將微珠轉(zhuǎn)移到容器中，采用堅固的攪拌機(與用于混合裝飾內(nèi)墻的泥漿的攪拌機類似)，將微珠與氨基甲酸酯的A部分相混合，直到微珠完全被樹脂潤濕。然后加入氨基甲酸酯的B部分，形成的混合物再混合2分鐘。所采用的配方是占混合物重量48％的A部分和占混合物重量52％的B部分(對應(yīng)于37oz微珠，100oz A和115oz B)。制造三塊鑲板。
實施例6表面材料的應(yīng)用
制造內(nèi)部尺寸為12″×12″×2″的模型。頂部和底部都是1英寸厚，約18″平方的花旗松膠合板，側(cè)面包括由2″×4″材料切割的2″×2″材料。采用12個具有墊圈、頂部和底部的3/8″英寸螺栓穿過底面，側(cè)面，頂面的四個角，以及側(cè)面的中央來固定頂面并限制膨脹的混合物。從膠合板切割12″平方的隔板，將其放入模具中以改變最終產(chǎn)品的厚度2″，1″，和1/2″。采用SCJohnson糊狀蠟作為脫模劑。在加入混合物之前先將各種表面材料放入模具中。在測試的所有覆蓋材料，包括丙烯酸類樹脂、木材鑲板，KEVLARTM以及金屬網(wǎng)中均觀察到覆材對材料體具有優(yōu)異的粘附性。用浸漬的KEVLARTM涂覆的半英寸材料強度特別高，并且具有抗扭曲性。該材料也易于接受玻璃纖維型凝膠涂層，以獲得涂層數(shù)目最少的美麗表面，尤其是在具有完全表皮(skinned)的樣品上。
實施例7微珠尺寸和加入表面材料的影響
測試不同的微珠尺寸和改變樹脂加入量對不同的樣品板最終重量的影響。組分A和B保持為最佳比例。定量研究表明，微珠尺寸越小，板的強度越高。此外，在不計微珠尺寸的影響時，增加總樹脂的比例使板的強度增大。打開模具的固化時間保持相對恒定，在厚度為2英寸或更小時，由放熱聚合反應(yīng)產(chǎn)生的熱量幾乎不會使木質(zhì)模具的外部溫度升高。
實施例8微珠尺寸和加入表面材料的影響
制造9″×9″×9″的模具。該模具包括位于頂側(cè)內(nèi)部的1英寸厚的隔板，從而便于在模具內(nèi)部放置110vol.％或更多的填充物，最佳量取決于微珠尺寸和隨后對混合物的壓縮力。材料所具有的優(yōu)異絕緣特性和放熱聚合反應(yīng)所產(chǎn)生的熱導(dǎo)致“打開時間之前的固化”進(jìn)行1個小時以上或更長時間。如果打開過早，則材料是熱的、海綿狀的，并且尺寸不穩(wěn)定。因此，應(yīng)用所要求的最短尺寸上的厚度越大，則優(yōu)選以越慢的速度制造材料。為制造9″×9″×7″的材料塊，將體積為110％的微珠與21oz氨基甲酸酯的A部分以及20oz氨基甲酸酯的B部分一起加入到模具中。得到的塊完全具有表皮(skinned)，這導(dǎo)致了抗扭強度和抗壓強度增大。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員在文中的詳細(xì)描述和示例性實施例的基礎(chǔ)上所理解，對文中所描述和/或舉例說明、可用于實施本發(fā)明各個方面的組分可做許多公知的變換，而且常?？裳a充加入其它組分。有很多描述這些變換以及用于制備和/或測試這類變換的技術(shù)參考文獻(xiàn)。例如，描述各種塑料聚合物、添加劑、復(fù)合物和相關(guān)體系和方法的參考文獻(xiàn)包括如下Dominick Rosato所著的Plastics Encyclopedia，1993；Jim Batchelor等所著的Physics Of PlasticsProcessing，Properties andMaterials Engineering，1992；Wilson Gum等所著的Reaction ofPolymers，1992；Hans Dominghaus所著的Plastics for EngineersMaterials，Properties and Applications，1993；Warren E.Baker等所著的Reactive Polymer Blending，2001；Hans Zweifel所著的Plastics AdditivesHandbook，2001；Roger F.Jones所著的Guide to Short Fiber ReinforcedPlastics，1998；Albrecht Muller所著的Coloring of PlasticsFundamentals，Colorants，Preparations，2003；Jurgen H.Troitzsch所著的Plastics Flammability HandbookPrinciples，Testing，Regulation andApproval，2004；Discovering Polyurethane，Konrad Uhlig，1999；GunterOertel所著的Polyurethane HandbookChemistry，Raw Materials，Processing，Application，Properties，1994；Henri Ulrich所著的Introduction to Industrial Polymers，1993；Witold Brostow所著的Performance of Plastics，2000；Pierre J.Carreau等所著的Rheology ofPolymeric Systems，1997；Geza Gruenwald等所著的PlasticsHowStructure Determines Properties，1993；Jean-Michel Charrier等所著的Polymeric Material and ProcessingPlastics，Elastomers and Composites，1990；P.K.Mallick所著的Composite Materials TechnologyProcessesandProperties，1990；Bruce Davis等所著的Compression Molding，2003；Meyer Ezrin所著的Plastics Failure GuideCause and Prevention，1996；Witold Brostow所著的Failure of Plastics，1986；Gunter Menning所著的Wear in Plastics ProcessingHow to Understand，Protect，and Avoid，1995；Richard P.Wool所著的Polymer InterfacesStructure and Strength，1995；Richard C，Progelhof等所著的Polymer Engineering Principles，1993；Chris Rauendaal所著的Polymer Mixing，1998；Sudhin Datta等所著的Polymeric CompatibilizersUses and Benefits in Polymer Blends，1996；Georg Menges所著的Materials Science of Polymers for Engineers，2003；Christopher W.Makosko所著的Reaction Injection Molding，1988；John Beaumont等所著的Successful Injection Molding，2002；PaulGramann所著的Injection Molding Handbook，2001；Herbert Rees所著的Mold Engineering，2002；Gunter Menning所著的Mold MakingHandbook for the Plastics Engineer，1998；Joseph M.Gordon，Jr.所著的Total Quality Process Control for Injection Molding，1992；Alphonsus V.Pocius所著的Adhesion and Adhesives Technology，2002；Edward W.Orr所著的Performance Enhancement in Coatings，1998；Rose Ryntz所著的Plastics and Coatings，2001；Wit Grzesik所著的Advanced ProtectiveCoatings for Manufacturing and Engineering，2003；等等。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員在文中的詳述和示例性實施例的基礎(chǔ)上所理解，前一部分中所引用的參考文獻(xiàn)被認(rèn)為特別相關(guān)，其相關(guān)程度涉及了文中所述或舉例說明的組分和/或方法以及這些組分或方法的變換。以上的說明書公開了本發(fā)明的幾種方法和材料。本發(fā)明在方法和材料方面可以進(jìn)行修飾，也易于在制造方法和設(shè)備方面進(jìn)行改變。從所述發(fā)明的公開內(nèi)容和實踐出發(fā)，這些修飾對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，并非將本發(fā)明限制為文中所公開的具體實施方式
，而是應(yīng)該涵蓋落入所附權(quán)利要求書所體現(xiàn)的真實范圍和精神內(nèi)的所有修飾和變換。在此引入文中引用的所有專利、申請和其他參考文獻(xiàn)的全文作為參考。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)材料，包括多孔性材料，其中所述多孔性材料的直徑為約0.05mm-約60mm，而微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，和聚合物，其中所述聚合物由能夠在低于所述多孔性材料熔點的溫度下固化的可聚合組分制備，其中所述聚合物包括包封所述多孔性材料的基本實心的基體，以及含有聚合物的絲或其它凸出部分延伸到多孔性材料的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中，所述可聚合組分包括第一可聚合組分和第二可聚合組分，所述第一可聚合組分能在該多孔性材料的孔內(nèi)進(jìn)行聚合，而所述第二可聚合組分可直接地或通過連接物與第一可聚合組分的聚合物相結(jié)合，其中所述可聚合組分，一旦固化，產(chǎn)生包封多孔性材料并部分穿入多孔性材料的基本實心的基體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述多孔性材料選自聚烯烴、砂礫、玻璃珠、陶瓷、蛭石、珍珠巖、粉煤灰骨料、粉碎的飛塵，未燃碳、活性炭，以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述多孔性材料包括聚苯乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述多孔性材料包括膨脹聚苯乙烯微珠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述可聚合組分選自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯基樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯，以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述可聚合組分為聚氨酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述聚氨酯由至少一種芳香族二異氰酸酯以及至少一種多羥基化合物制備得到，所述芳香族二異氰酸酯選自間-亞苯基二異氰酸酯、對-亞苯基二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯甲烷二異氰酸酯、2，4-甲代亞苯基二異氰酸酯、3，3′-二甲基-4，4′-聯(lián)苯基二異氰酸酯、杜烯二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯異亞丙基二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯基砜二異氰酸酯、4，4′-聯(lián)苯基醚二異氰酸酯、亞聯(lián)苯基二異氰酸酯以及1，5-萘基二異氰酸酯，所述多羥基化合物選自乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-環(huán)己二醇、丙三醇、1，2，4-丁三醇、三羥甲基丙烷、聚(乙烯醇)以及局部水解的乙酸纖維素。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，還包括至少一種添加劑，所述添加劑選自流動促進(jìn)劑、增塑劑、固化延遲劑、固化促進(jìn)劑、強度增強劑、UV防護(hù)劑、染料、顏料、填料以及阻燃劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述多孔性材料的直徑為約0.4mm-約5mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述多孔性材料占所述結(jié)構(gòu)材料的約80-約99體積百分比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述多孔性材料占所述結(jié)構(gòu)材料約15wt.％-約40wt.％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料的抗壓模量為至少約8000psi。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料的抗壓模量為約8000psi-約10,000psi。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料的彎曲模量為至少約10,000psi。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料的彎曲模量為約10,000psi-約14,000psi。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述材料每英寸厚度上的R-值至少為3。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，還包括存在于其內(nèi)部的一種或多種加強結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述加強材料選自天然纖維、合成纖維和上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，還包括至少一種覆于其上的面材。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述面材選自金屬、聚合物、布料、玻璃、陶瓷、天然纖維、合成纖維以及上述物質(zhì)中任意兩種或兩種以上的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述面材選自固體表面、多孔性表面、可被化學(xué)蝕刻的表面、經(jīng)過化學(xué)蝕刻的表面、可被物理磨蝕的表面、經(jīng)過物理磨蝕的表面，以及上述形式的任意兩種或兩種以上的組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料基本不釋放出氣體。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述基體是軟質(zhì)的。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述基體是硬質(zhì)的。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料基本上具有防水性、UV穩(wěn)定性、以及基本具有抵抗暴露于昆蟲、真菌、潮濕和大氣條件引起的降解的性質(zhì)。
27.一種結(jié)構(gòu)材料，包括多孔性材料，其中所述多孔性材料的直徑為約0.05mm-約60mm，以及微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，以及軟質(zhì)聚合物基體，其中所述聚合物基體由能在低于該多孔性材料熔點的溫度下進(jìn)行固化，并生成氣體的可聚合組分制備得到，所述聚合物基體包括具有三維穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、包封多孔性材料的彈性、基本不可滲透型基體，且含有聚合物的絲或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料的內(nèi)部。
28.一種材料，其包括多孔性材料，和聚合物，其中所述聚合物包括基本包封所述多孔性材料的基體，所述基體是基本實心的，且含有聚合物的絲或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料的內(nèi)部。
29.一種具有預(yù)定形狀、優(yōu)異抗壓強度和高彎曲模量的制品，所述制品包括聚合物基體，所述聚合物基體中含有基本均勻分布于整個聚合物基體中的多孔性材料，其中，含有聚合物的絲或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料的內(nèi)部。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制品，其中所述抗壓模量為至少約8000psi。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制品，其中所述結(jié)構(gòu)材料的抗壓模量為約8000psi-約10,000psi。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制品，其中所述彎曲模量為至少約10,000psi。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制品，其中所述基體是硬質(zhì)的。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的制品，其中所述制品選自建筑物護(hù)墻板、結(jié)構(gòu)加強件、隔音件、絕緣件、防水件、工作臺面、游泳池、游泳池罩、沖浪板、熱浴盆、熱浴盆罩、冷卻塔、浴缸、淋浴裝置、儲槽、汽車部件，以及個人船只組件。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制品，其中所述基體是軟質(zhì)的。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的制品，其中所述制品選自隔音件、絕緣件、防水件、汽車部件、家具填料，以及碰撞減震屏障。
37.一種制造結(jié)構(gòu)材料的方法，所述方法包括合并多孔性材料和可聚合組分，以及將得到的結(jié)合物裝入模具中，置于適于使可聚合組分進(jìn)行固化的條件下，從而使在固化期間生成的任何氣體基本都被多孔性材料吸收，其中部分聚合材料被迫使進(jìn)入多孔性材料內(nèi)部，從而制得結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料包括包封于基本實心聚合物基體中的多孔性材料，以及其中含有聚合物的絲或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料內(nèi)部。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述得到的結(jié)合物進(jìn)一步與第二可聚合組分相接觸，其中第一可聚合組分基本在所述多孔性材料的內(nèi)部進(jìn)行聚合，而第二可聚合組分基本在多孔性材料的外部進(jìn)行聚合，且第一和第二可聚合組分直接地或通過連接物相互結(jié)合。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，固化在實心聚合物基體內(nèi)基本不產(chǎn)生泡沫的條件下進(jìn)行。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述結(jié)合步驟包括將可聚合組分的前體基本完全涂覆在多孔性材料的表面上。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，適于使可聚合組分進(jìn)行聚合的條件包括向多孔性材料和可聚合組分前體的混合物中加入聚合劑。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述結(jié)合步驟包括引入聚合劑之后振動多孔性材料、可聚合組分的前體，以及聚合劑。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述可聚合組分的粘度為約200-約50,000厘泊。
44.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述可聚合組分在至少約50℃的溫度下是穩(wěn)定的。
45.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，在固化期間幾乎未釋放出氣體。
46.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括在結(jié)構(gòu)材料上涂覆涂料，其中所述涂料選自防火涂料、阻燃涂料、防滑涂料、木質(zhì)面材，丙烯酸面材，機織織物面材。
47.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括將結(jié)構(gòu)材料制成預(yù)定的形狀。
48.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括使所述結(jié)構(gòu)材料受到足以降低結(jié)構(gòu)材料厚度的壓縮能量的作用。
49.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括將所述結(jié)構(gòu)材料切割成預(yù)定形狀。
50.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括在所述結(jié)構(gòu)材料中鉆出預(yù)定形狀。
51.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述多孔性材料的至少一部分是回收的(粉碎的)結(jié)構(gòu)材料。
52.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括粉碎和回收所述結(jié)構(gòu)材料。
53.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括采用化學(xué)蝕刻和物理蝕刻中的至少一種處理所述結(jié)構(gòu)材料。
54.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括使所述結(jié)構(gòu)材料受到時間足夠的壓縮壓力作用，使所述結(jié)構(gòu)材料的抗壓模量增加到至少20,000psi，以及所述結(jié)構(gòu)材料的彎曲模量增加到至少約10,000psi-約14,000psi。
55.一種制造結(jié)構(gòu)材料的方法，所述方法包括將多孔性材料和生成氣體的可聚合組分裝入到封閉的模具中，置于適于使生成氣體的可聚合組分進(jìn)行固化的條件下，從而在固化期間生成的氣體基本被所述多孔性材料吸收，且部分可聚合組分被迫使進(jìn)入到多孔性材料內(nèi)部，從而制得所述結(jié)構(gòu)材料，其中所述結(jié)構(gòu)材料包括包封于實心聚合物基體中的多孔性材料，且含有聚合物的長絲或其它凸出部分至少部分延伸到多孔性材料內(nèi)部。
56.由權(quán)利要求37-55中任一項所述方法制得的產(chǎn)品。
57.一種制劑，其包括多孔性材料，生成氣體的或其它的可聚合組分，以及至少一種添加劑，所述添加劑選自流動促進(jìn)劑、增塑劑、固化延遲劑、固化促進(jìn)劑、強度增強劑、UV防護(hù)劑、染料、顏料和填料，其中，所述多孔性材料的直徑為約0.05mm-約60mm，而微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，以及其中所述生成氣體的或其它的可聚合組分能在低于所述多孔性材料熔點的溫度下進(jìn)行固化，其中所述生成氣體的或其它的可聚合組分通過固化產(chǎn)生基本不具滲透性的包封多孔性材料的實心基體，且含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到該多孔性材料內(nèi)部。
58.一種制劑，包括多孔性材料，以及生成氣體的其它的可聚合組分，其中所述多孔性材料不是膨脹性聚苯乙烯，且其直徑為約0.05mm-約60mm，而微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，以及其中所述生成氣體的或其它的可聚合組分能在低于所述多孔性材料熔點的溫度下進(jìn)行固化，其中所述生成氣體的或其它的可聚合組分通過固化產(chǎn)生基本不具滲透性的包封多孔性材料的實心基體，且含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到該多孔性材料內(nèi)部。
59.一種制劑，其包括多孔性材料，以及生成氣體的其它的可聚合組分，其中所述多孔性材料的直徑為約0.05mm-約60mm，而微珠密度為約0.1kg/m3-約1000kg/m3，以及其中所述生成氣體的或其它的可聚合組分不是聚氨酯，并能在低于所述多孔性材料熔點的溫度下進(jìn)行固化，其中所述生成氣體的或其它的可聚合組分通過固化產(chǎn)生基本不具滲透性的包封多孔性材料的實心基體，且含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料內(nèi)部。
60.一種對制品進(jìn)行改性的方法，所述制品包括軟質(zhì)或硬質(zhì)的聚合物基體，所述聚合物基體中含有基本均勻分布于整個聚合物基體中的多孔性材料，其中含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料內(nèi)部，所述方法包括在所述制品上覆蓋防火涂料、防滑涂料、木質(zhì)面材、丙烯酸面材或機織織物面材。
61.一種對制品進(jìn)行改性的方法，所述制品包括軟質(zhì)或硬質(zhì)的聚合物基體，所述聚合物基體中含有基本均勻分布于整個聚合物基體中的多孔性材料，其中含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料內(nèi)部，所述方法包括將制品制成預(yù)定形狀。
62.一種對制品進(jìn)行改性的方法，所述制品包括軟質(zhì)或硬質(zhì)的聚合物基體，所述聚合物基體中含有基本均勻分布于整個聚合物基體中的多孔性材料，其中含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料內(nèi)部，所述方法包括使該制品受到使制品厚度減小的足夠壓縮能量的作用。
63.一種對制品進(jìn)行改性的方法，所述制品包括軟質(zhì)或硬質(zhì)的聚合物基體，所述聚合物基體中含有基本均勻分布于整個聚合物基體中的多孔性材料，其中含有聚合物的絲或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料內(nèi)部，所述方法包括在制品中切割出和/或鉆出預(yù)定的形狀。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，我們開發(fā)了具有優(yōu)異性能，包括高耐壓強度、高抗張強度、高切變強度和高強度重量比的結(jié)構(gòu)和其它復(fù)合材料及其制造方法。本發(fā)明材料還具有易于制造以及制造成本低的附加優(yōu)點。本發(fā)明材料的優(yōu)異性能使得該材料適用于許多最終應(yīng)用。例如，許多物質(zhì)可被運用到本發(fā)明材料上而不會熔融、溶解或降解其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這有助于本發(fā)明材料與基本上任何表面或底材結(jié)合。而且，本發(fā)明材料和許多底材之間的結(jié)合特別牢固，使形成的結(jié)合制品適用于各種需要的應(yīng)用。本發(fā)明材料可制成各種各樣的尺寸、形狀、密度，以及多層形式等等。
文檔編號B29C44/34GK1759139SQ200480006408
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者R·F·霍夫曼, B·阿克特, C·K·科林, R·E·梅羅維茨, T·M·迪倫 申請人:佩特里特公司