结构和其它复合材料及其制造方法技术

根据本发明专利技术，我们开发了具有优异性能，包括高耐压强度、高抗张强度、高切变强度和高强度重量比的结构和其它复合材料及其制造方法。本发明专利技术材料还具有易于制造以及制造成本低的附加优点。本发明专利技术材料的优异性能使得该材料适用于许多最终应用。例如，许多物质可被运用到本发明专利技术材料上而不会熔融、溶解或降解其基础结构。这有助于本发明专利技术材料与基本上任何表面或底材结合。而且，本发明专利技术材料和许多底材之间的结合特别牢固，使形成的结合制品适用于各种需要的应用。本发明专利技术材料可制成各种各样的尺寸、形状、密度，以及多层形式等等。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及结构复合材料和其它复合材料及其制造方法。在一个具体的方面，本专利技术涉及建筑材料。另一方面，本专利技术涉及具有各种形状、尺寸和物理性质的结构复合材料和其它复合材料。又另一方面，本专利技术涉及所专利技术的结构和其它复合材料的各种应用。再一方面，本专利技术涉及由所专利技术的结构和其它复合材料制造的轻质、高强度制品。
技术介绍
很长时间以来，在本领域内，聚合物材料(polymeric materials)一直被用于制造结构部件(structural elements)。在一种应用中，结构部件(structural element)可通过，例如挤出，简单地形成为由聚合材料构成的固体板。然而，按照这种方式制造的结构部件往往相当重(原因在于聚合物材料的密度)，且隔热性能差。此外，这类结构也往往相当昂贵，原因在于这类材料的形成需要相当大量的聚合材料。本领域用于制造结构部件的另一种可选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。尽管得到的结构在密度上低于相当的固体结构部件，且在隔热性上有所改进，但一般来说，其生产成本相当昂贵。而且，尤其是在采用聚苯乙烯的情况下，所得到的泡沫结构的结构完整性相对比较差。为采用典型的双组分系统由泡沫聚氨酯形成结构部件，将树脂与异氰酸酯相混合，然后将混合物引入到模具中，然后关闭模具。起泡反应在模具内部进行，模具内聚合材料的体积发生增大。一旦泡沫化材料的体积变成与模具体积相等，泡沫就被挤压靠到模具上，增加了获得的部件的强度。为获得高强度的结构部件，需要发生显著量的挤压，这要求使用大量的聚氨酯，从而增加了结构部件的费用。而且，当挤压泡沫而使强度增加时，泡沫的密度随之增加，这使得所获得制品的隔热性相当差。另外，上述方法必须快速进行以确保能在起泡反应开始前将全部反应成份引入到模具中。本领域利用泡沫聚合材料制造结构部件的另一种已知方法涉及采用膨胀的聚苯乙烯或聚丙烯微珠，将该微珠放入到模具中并进行蒸气加热而使微珠变软，然后使微珠聚结形成结构部件。尽管得到的结构部件比较轻，但强度并不很高。另外，最终的泡沫产品通常具有开孔结构，因此会渗入液体或气体。而且，由于结构部件的体积随着微珠的聚结而减小，该方法也要求采用数量巨大的原材料。利用膨胀聚乙烯微珠制造建筑材料的再一种方法在UK专利申请GB 2,298,424中有所描述，其中公开了将轻质隔热填料放置于硬质泡沫化塑料基质内。′424申请中所公开的主要隔热填料被称为“膨胀聚苯乙烯(expanded polystyrene)”，但并未详细给出在制备要求保护的产品中所使用的材料的化学和/或物理性质。类似地，′424申请中所公开的唯一的硬质泡沫化塑料基质是个别具有特殊刚性的聚氨酯，且仅仅以用于制备聚氨酯的几种成份中的一种来进行定义，即，′424申请中所使用的聚氨酯由“树脂”(仅被描述为“多羟基化合物混合物”)和异氰酸酯(仅被描述为二苯基甲烷二异氰酸酯和“聚合物组分”的混合物)制备。′424申请中使用的聚氨酯的实际组成仅能通过参照所谓的商购材料，仅根据其商品名而是可以获得的。制造结构材料的其它方法在下列专利中有所描述美国专利US4,714,715(涉及从硬质塑料泡沫废料制造阻燃隔热材料的方法)；美国专利US 5,055,339(涉及一种成形部件，其包括具有蜂窝状网格的软泡沫材料板和具有蜂窝状网格的软泡沫材料微粒，以及至少一种添加填料材料，其中的蜂窝状网格由限定开孔的网构成)；美国专利US 5,791,085(涉及制造用于植物繁殖的多孔固体材料的方法，该方法由下列单一步骤实现使聚异氰酸酯和聚环氧乙烷衍生物在多孔膨胀矿石颗粒和0.5wt％或更少量的水的存在下进行反应，制得基本干燥的固体多孔性开孔泡沫化亲水性保水聚氨酯水溶胶材料基体，该材料在干燥条件下基本为刚性，并能吸收水分而在湿润状态下变得柔顺)；美国专利US5,885,693(涉及一种具有预定体积的三维形状的部件)；美国专利US 6,042,764(涉及一种制造三维形状的塑料泡沫部件的方法)；美国专利US 6,045,345(涉及一种从通过液态原料的泡沫化而相互结合的塑料泡沫微粒制造三维形状的塑料泡沫部件的装置)；美国专利US 6,265,457(涉及一种基于异氰酸酯的聚合物泡沫)；美国专利US 6,583,189(涉及一种挤出制品，其包括含有约1wt％-40wt％粉末化硅藻土的第一热塑性塑料的封闭孔泡沫，该挤出制品由湿度不超过约2wt％的硅藻土形成)；以及美国专利US 6,605,650(涉及一种生成聚氨酯泡沫的方法，该方法通过形成包括异氰酸酯和多羟基化合物反应物、催化剂和发泡剂的混合物，使该混合物进行放热性反应而生成硬质聚氨酯泡沫)。然而，本领域中仍然需要同时兼具高强度和轻质的结构材料，优选地也相对具有耐潮湿性，同时也不需要大量的原材料来进行制造。本专利技术正是致力于此以及本领域中有关需求，如下述的说明书和权利要求书所述。专利技术概述根据本专利技术，具有优异性能，包括高抗压强度、高抗张强度、高挠曲强度、高切变强度和/或高强度重量比的结构复合材料和其它复合材料得到开发。本专利技术的材料同样具有高抗压、拉伸、弯曲和剪切模量。此外，本专利技术的材料也具有基本的耐潮湿性。本专利技术的材料还具有易于制造，制造成本较低的附加优点。而且，本专利技术的材料可在较低的温度下制造，在制造过程中通常很少要求加热或冷却。本专利技术的材料的优异性能使该材料适用于多种多样的最终用途。例如，可将多种粘合剂运用到本专利技术的材料上，而不会熔融、溶解或降解本专利技术材料的基础结构。这有助于将本专利技术的材料与基本上任何表面或基体结合，包括使两件或多件本专利技术的材料相互结合而作为获得所需形状的可选方法。而且，本专利技术的材料和各种基体之间的结合(包括两件或多件本专利技术材料之间的结合)相当牢固，使得最终的结合制品适用于各种要求的应用场合。确实，可通过打磨(如机械打磨或化学蚀刻)基体的表面，然后再与本专利技术的材料相接触，可进一步增强本专利技术的材料和基体之间的附着力。类似地，本专利技术的材料可通过向其上施涂液体聚酯树脂涂料、液体聚苯乙烯或其它的液体聚合物而进行改性。这类涂料可喷涂到或直接施涂到本专利技术的材料上，而不会溶解或危及本专利技术材料所提供的核心结构。本专利技术的材料以多种尺寸、形状、密度被制造，以多层形式被制造，以及以类似形式被制造。附图简要说明附图说明图1是膨胀聚苯乙烯微珠(expanded polystyrene bead)横截面的扫描电子显微图像。图2是膨胀聚苯乙烯微珠的扫描电子显微图像。图3是含有多孔微珠的聚合物基体的横截面示意图，图中示出了延伸到多孔微珠内部的聚合物丝和其它凸出部分。图4是示例性的本专利技术制品的横截面视图，其中多孔材料的大微珠(10)被嵌入聚合物基体(1)中。有时，在本文中，将本专利技术的结构和其它复合材料称作PetriFoamTM牌结构和其它复合材料。图5是另一个示例性本专利技术制品的横截面视图，其中多孔材料的小微珠(11)被嵌入聚合物基体(1)中。图6是另一个示例性本专利技术制品的横截面视图，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体(1)中。图7是本专利技术制品的横截面视图，该制品进一步包括本专利技术的结构材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构材料，包括：多孔性材料，其中所述多孔性材料的直径为约０．０５ｍｍ－约６０ｍｍ，而微珠密度为约０．１ｋｇ／ｍ↑［３］－约１０００ｋｇ／ｍ↑［３］，和聚合物，其中所述聚合物由能够在低于所述多孔性材料熔点的温度下固化的可聚 合组分制备，其中所述聚合物包括包封所述多孔性材料的基本实心的基体，以及含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到多孔性材料的内部。

【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：RF霍夫曼，B阿克特，CK科林，RE梅罗维茨，TM迪伦，
申请(专利权)人：佩特里特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]