弹性无纺垫的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求在2013年10月16日提交的、名称为"Flexible Non-Woven Mat"的临时 申请号61/891,564的优先权，并通过引用将其并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种具有改善的弹性的无纺纤维垫(non-woven fiber mats)，以及制 备该改善的弹性的无纺纤维垫的方法，以用于强化物体的制备。
【背景技术】
[0004] 传统的无纺垫包括通过合适的树脂粘结剂结合在一起的纤维网。增强纤维 (Reinforcement fibers)例如玻璃纤维常用于各种各样的技术中，并且可以用于形成连续 或短切丝(filaments)、原丝（strands)、粗纱(rovings)、织物(woven fabric)、无纺织物 (nonwoven fabrics)、网(meshes)和基布(scrims)，例如以加强聚合物。增强的聚合物复合 材料能够通过多种方式由聚合物基质材料、加强材料和其他成分制得。这样的复合材料是 采用增强纤维(其为所得的复合材料提供了尺寸稳定性(dimensional stability)和良好 的机械性能)形成。
[0005] 例如，玻璃纤维能提供尺寸稳定性是因为它们不会随着环境条件变化而收缩或伸 长。并且，玻璃纤维具有高的抗张强度(tensile strength)、耐热性、抗湿性和高的导热性。
[0006] 无纺纤维垫通常用于拉挤成型工艺(pultrusion processes)以形成拉挤成型部 件(pultruded parts)。一般地，拉挤成型包括将纤维垫浸渍有合适的树脂材料，并将浸渍 后的垫子通过热模(heated die)。通过将浸渍的且加固的垫子通过所述热模，可以使得该 垫子形成所需的形状且使得树脂固化以将该垫子结合在一起。从所述热模中出来的复合材 料部件随后则被切为所需长度。
[0007] 所述拉挤成型工艺的连续性将有利于生产具有任何所需长度的复合材料。然而， 拉挤成型工艺也具有许多的问题。其中一个问题在于树脂浴(resin bath)。通常采用的是 热固性树脂，该树脂一般需要采用挥发性的不饱和单体例如苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯 进行制备。苯乙烯是一种强溶剂，其可以轻易地溶胀(swell)并降解应用于加强垫中的粘结 剂。这样的粘结剂降解能导致纤维垫被弱化从而不能承受拉挤成型工艺中施加的强拉力。
[0008] 连续丝垫（continuous filament mats)和涂布有粘结剂的短切原丝垫（chopped strand mats)都可以用于拉挤成型工艺。尽管连续丝垫为弹性的、整合的且对苯乙烯具有 优良的耐受性，但是它们仍具有多种缺点。比如，连续丝垫制备成本高，因为连续丝垫的制 造需要在低速下进行，例如50-75英尺每分钟（fpm)。此外，由于采用了玻璃长丝来形成垫 子，使得连续丝垫将产生具有差的表面抛光的叠层。此外，连续丝垫较密实，从而会增加最 终部件的重量，这可能并不是所希望的特点。
[0009] 相反地，短切原丝垫比连续丝垫的制备成本低，这是由于其制备可以在更快的速 度下进行（即500-1500fpm)。此外，短切原丝垫本质上为充分分散的纤维，其为拉挤成型部 件提供了比连续丝垫更平滑的外观。此外，短切原丝垫由于未向叠层增加过多的重量从而 有利于"空间填充(space filling)"。尽管短切原丝垫具有这些正面的性质，但是采用热固 性粘结剂的它非常的硬，因此难以形成复杂的形状。此外，短切原丝垫的刚性会导致消费者 产生不舒服的感受。
[0010]因此，仍存在对具有足以形成复杂形状的弹性的、能与树脂基质相容的、重量轻但 具有足够的强度的无纺垫的需求，从而满足于下游工艺的应用（例如拉挤成型和石膏墙板 的形成）。
【发明内容】
[0011 ] 在本发明的一些【具体实施方式】中，无纺短切原丝垫(non-woven chopped strand mat)的物理性质能够通过配制粘结剂组合物而得到改善，从而在使用时具有优良的抗张强 度和良好的弹性并结合有合适的纤维设计。
[0012] 在本发明的一些【具体实施方式】中，提供了弹性的无纺短切原丝垫，其含有约10-约 100重量％的玻璃纤维和约0-约90重量％的合成纤维的混合物。该无纺短切原丝垫还含有 含粘结剂树脂和硅烷偶联剂的粘结剂组合物。
[0013] 根据本发明的进一步的【具体实施方式】，还发现了所述合成纤维包括聚丙烯、聚酯 及其组合中的至少一种。
[0014] 根据本发明的一些【具体实施方式】，所述粘结剂树脂包括热固性材料、热塑性材料 中的至少一种或它们的组合。一些【具体实施方式】包括热固性材料和热塑性材料的混合物， 例如，丙稀酸材料(acrylic material )、脈酸材料(urea formaldehyde material)中的一 种或多种或其组合与乙稀醋酸乙稀酯(ethylene vinyl acetate)的混合物。本发明的一些
【具体实施方式】包括含有约50-100重量％的热塑性材料和0-约50重量％的热固性材料的粘 结剂树脂。
[0015] 根据本发明的一些【具体实施方式】，用于弹性无纺垫中的粘结剂组合物耐受苯乙烯 单体。
[0016] 根据一些【具体实施方式】，所述弹性的无纺短切原丝垫在轴向（m a c h i n e direction)上具有至少301b的轴向平均抗张强度(tensile strength)，且在横向上具有至 少201b的平均抗张强度。"轴向"是指与垫子在制造过程中移动方向一致的方向。垫子还可 以具有约2000-约7000毫克力(mgf)的MD(轴向）格利刚度(Gurley stiffness)，这是由格利 刚度测试机测得的。
[0017] 在本发明的多种【具体实施方式】中，提供了一种拉挤成型复合材料产品。该拉挤成 型复合材料产品包括多种浸渍有热固性树脂的粗纱和弹性的无纺短切原丝垫。多种具体实 施方式中的所述弹性无纺垫含有约10-约95重量％的玻璃纤维和约5-约90重量％的合成纤 维的混合物。该无纺短切原丝垫还含有含粘结剂树脂和硅烷偶联剂的粘结剂组合物。
[0018] 此外，根据本发明的另一种【具体实施方式】，所述粘结剂树脂可以包括热固性材料、 热塑性材料中的至少一种或它们的组合。一些【具体实施方式】的粘结剂树脂包括热固性材料 和热塑性材料的混合物，例如，丙烯酸材料、脲醛材料中的一种或多种或其组合与乙烯醋酸 乙烯酯的混合物。本发明的一些【具体实施方式】的粘结剂树脂含有约50-100重量％的热塑性 材料和0-约50重量％的热固性材料。
[0019]而在本发明的其他【具体实施方式】中，提供了一种石膏墙板(gypsum wall board)。 所述石膏墙板包括石膏芯(gypsum core)以及至少一种弹性无纺垫。在一些【具体实施方式】 中，该弹性的无纺短切原丝垫含有约10-约95重量％的玻璃纤维和约5-约90重量％的合成 纤维的混合物。所述无纺垫还含有含粘结剂树脂和硅烷偶联剂的粘结剂组合物。
【具体实施方式】
[0020] 在本文中描述了或提出了多种实施方式，采用与这些描述或提出的相似或相当的 方法和材料的其他实施方式也包括在本发明中。
[0021] 除非额外定义，本文中使用的全部技术术语和科学术语都具有本发明所属领域中 的技术人员通常理解的含义。此外，除非额外的指出，本文中的成分浓度指的是这些成分在 母料或浓缩物中的浓度，这是约定俗成的。
[0022] 本发明涉及一种具有改善性能的弹性的无纺短切原丝垫(通常也指作无纺垫）。在 一些【具体实施方式】中，该弹性无纺垫展现出改善的机械强度，例如高轴向抗张强度和横向 抗张强度，且同时表现出改善的弹性。本发明的无纺垫的柔软度和弹性将改善下游工艺，例 如，具有复杂形状的拉挤成型产品的形成和/或石膏墙板的制备。此外，根据多种具体实施 方式，本发明的弹性无纺垫能够耐受苯乙烯和聚酯(可能存在于拉挤成型工艺中采用的树 脂配方