纤维增强的装饰层压板的制作方法

专利名称：纤维增强的装饰层压板的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及装饰层压板，更具体地涉及具有纤维增强层的装饰层压板。另外，本发明还涉及用于制造这种装饰层压板的方法。
背景技术：
高压装饰层压板通常用于厨房和浴室的橱柜、家具、存储用固定装置以及其它建筑产品的构造中。在热量和压力下固结的装饰层压板通常是利用包含有多层酚醛树脂浸渍的牛皮纸片的芯材、三聚氰胺-甲醛树脂浸渍的面板以及可选用的三聚氰胺树脂浸渍的贴面片材来生产的。这些高压层压板作为家庭和办公室中的建筑材料即墙板、工作台面等而在世界范围内都被接受，在Grosheim等人的美国专利No.3418189、Casey等人的美国专利No.4311748以及Jaisle等人的美国专利No.4473613中介绍了它们的一些例子。它们可以制备成用于多种用途，并可生产为例如具有高光泽、糙面精整或压花精整的表面。对各种颜色、样式和纹理的装饰层压板存在极大的消费需求。此外，在例如商店、餐馆、旅馆、学校和医院的交通频繁的走廊区域等应用中，同样非常希望有能够承受非常频繁使用的高压装饰层压板。
通常在单独的操作中将装饰层压板层压或粘合到结构性基体或衬底上。通常来说，结构性基体由胶合板、刨花板、粗纸材、硬质纤维板、废木板、中密度或高密度纤维板形成。由循环利用的塑料、ABS/PC、尼龙和/或PVC组成的结构性基体也是已知的，然而它们并不普遍。
Kamiya等人的美国专利No.4871596公开了由多层浸渍了三聚氰胺树脂的多孔性纤维素薄板形成的人造大理石层压板。这些树脂浸渍的纤维素薄板虽然在重量上均主要由α纤维素或棉绒纤维构成，然而可以包括有限量的非纤维素纤维，例如玻璃、碳、聚酯或尼龙纤维。Kamiya公开了一种用于形成成品层压板的两步式工艺。在第一步骤中，使树脂浸渍的纤维素薄板与装饰层一起固化，从而形成装饰层压板。在第二步骤中，将装饰层压板粘合到结构性基体材料如胶合板上。
由织造、非织造或切短的纤维与热固性或热塑性的树脂粘合在一起而形成的复合结构用板已经出现了一段时间。通常高模量或高强度的纤维包括有玻璃、石墨、Kevlar或芳族聚酸胺、硼、聚乙烯、聚酰亚胺或碳化硅纤维。
通常来说，复合纤维增强板由多层或多块树脂浸渍的纤维增强薄板形成。多层复合纤维增强板中的各个层不必是相同的，而是可以在纤维增强薄板的样式、纤维材料、厚度和取向以及所用的特定树脂材料、树脂添加剂和浸渍量等方面有所不同。
目前可用的复合纤维增强板缺乏所需要的装饰质量，例如颜色或样式。

发明内容
根据本发明，提供了一种用于生产纤维增强的装饰层压板的方法。该方法包括以叠加的关系将装饰性的第一层和纤维增强的第二层堆叠起来。包括装饰薄板的第一层是至少部分地经树脂浸渍的，并且是至少部分固化的。第二层包括至少一个基本上无纤维素的纤维增强薄板。该方法还包括在热量和压力的作用下使第一和第二层同时固化，从而产生纤维增强的装饰层压板。
另外，根据本发明，提供了一种热压固结的层压板，其以叠加的关系包含有由一块或多块浸渍了透明热固性树脂的纤维素着色薄板构成的装饰层、包含至少一块基本上无纤维素且浸渍了热固性树脂的纤维增强薄板的芯层，以及可选用的背衬层，其包括一块或多块浸渍了热固性树脂的纤维素薄板。通过热量和压力来使装饰层、芯层以及可选用的背衬层固结，从而提供一种纤维增强的装饰层压板(“纤维增强的装饰层压板”)，其具有所需的抗弯强度和耐冲击性，并且具有所需的吸水、耐火和耐碎性能，并且易于制造。
在一个实施例中，纤维增强的装饰层压板还包括以与装饰层和芯层相重叠的关系来堆叠可替代可选背衬层的第二装饰层，该第二装饰层由一块或多块浸渍了透明热固性树脂的纤维素着色薄板构成。通过热量和压力来使装饰层、芯层和第二装饰层固结，从而提供一种纤维增强的装饰层压板，其具有所需的抗弯强度和耐冲击性，并且具有所需的吸水、耐火和耐碎性能，并且易于制造。
在另一实施例中，本发明的纤维增强装饰层压板的装饰层可包括一块或多块纤维素薄板，其中至少一块所述纤维素薄板被全部着色，或者具有印在其表面上的图案。装饰层还可包括一片或多片贴面片材、含有或不包含磨粒的顶面涂层，以及一块或多块阻隔薄板。芯层的纤维增强薄板可包括一块或多块由织造玻璃纤维、非织造玻璃纤维和/或切短的玻璃纤维制成的薄板。另外，这些纤维增强的薄板可包括玻璃纤维、石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、高模量的纤维和/或这些纤维的组合。
本发明的一项优点是其可提供一种耐冲击的纤维增强的装饰层压板。本发明的另一优点是其可提供一种重量轻的装饰层压板，其在层压板可能受到冲击负荷的情况下使用时具有所需的抗弯强度。本发明的另一优点是装饰层的存在不会对纤维增强层压板的可燃性造成负面影响。另外，纤维增强的装饰层压板的可燃性优于传统的高压装饰层压板。本发明的另一优点是可在一次固化操作中形成完整的纤维增强的装饰层压板。
根据下面提供的本发明的附图和具体描述，可以清楚本发明的这些及其它的特征和优点。


图1是根据本发明的第一实施例的重叠的构成层的截面视图(未按比例)。
图2是根据本发明的另一实施例的重叠的构成层的截面视图(未按比例)。
图3是根据本发明的又一实施例的重叠的构成层的截面视图(未按比例)。
图4是根据本发明的再一实施例的重叠的构成层的截面视图(未按比例)。
具体实施例方式
现在来看图1和2，本发明的装饰层压结构整体上由标号10表示。装饰层压结构10包括装饰层20、纤维增强层30以及可选用的背衬层40或装饰层20’。装饰层20层叠在纤维增强层30上。背衬层40或装饰层20’可层叠在纤维增强层30上的第一装饰层20的相反一侧。
装饰层20包括一块或多块薄板。在其最简单的结构中，装饰层20包括一块或多块装饰薄板22。装饰层20还可包括一块或多块贴面片材24，以及一块或多块阻隔薄板26(例如见图1和3)。装饰层20可完全地或部分地浸渍了热固性树脂。
这里所用用语“薄板”通常指明确的薄层片。薄板可以是平的，但薄板也可采用非平面的结构，例如符合三维结构的薄板。装饰薄板22可以是纤维素薄板。纤维素薄板包括基本上由植物纤维或经处理的植物纤维如纸、α纤维素或棉绒产品形成的任何薄层。或者，装饰薄板22可由能够将颜色或图案施加到成品层压板上的织物、聚合薄板如聚酯的非织造物，以及任何其它连续、不连续或颗粒状的材料或这些材料的组合形成。装饰薄板22可以完全着色，可具有织造到其结构中的图案，或者可具有印到其表面上的图案。作为选择，顶面涂层25可施加在装饰薄板22上(图4)，或者施加在贴面层24上(图1)。顶面涂层25可包括磨粒。装饰层20可全部或部分地浸渍树脂。树脂通常是热固性树脂。
参见图1和3，贴面层24可包括一块或多块纤维素薄板，尤其是，贴面层24可包括α纤维素薄板。如本领域中已知的那样，贴面层24还可包括磨粒，以便为该层提供增强的耐磨性。贴面层24可全部或部分地浸渍树脂。例如，贴面层24可由浸渍了热固性树脂的高质量的α纤维素纸形成。通常来说，α纤维素纸可周作半透明的树脂载体，将强度施加给树脂，促进保持均匀的树脂厚度，并为装饰层20的耐磨性提供一定的措施。
阻隔薄板26可包括纤维素薄板，其可以浸渍或不浸渍热固性树脂或其它合适的树脂，例如三聚氰胺-甲醛树脂、酚醛树脂，或者其它热固性或热塑性树脂。
纤维增强层30包括至少一块基本上无纤维素的纤维增强薄板。用语“无纤维素”的使用意味着薄板不包含植物纤维或经处理的植物纤维产品。用语“基本上无纤维素”的使用意味着薄板具有一些少量的植物纤维产品，然而在重量上薄板的绝大部分由非植物纤维的材料构成。例如，层30可包括只用玻璃、碳、芳族聚酰胺、硼以及其它已知的合成增强纤维来加强的多块薄板或层片。如本领域中所公知的那样，这些增强纤维薄板可以织造或非织造的薄板以及连续或不连续的纤维的形式来提供。例如，如图1所示，可在两块织造的芳族聚酰胺(Kevlar)纤维薄板34之间设置切短玻璃纤维的薄板32。
纤维增强层30还可包括非纤维增强的薄板，例如固体或发泡的聚合材料的薄板，或者填充有颗粒物质的树脂薄板。这些非纤维增强的薄板可散布在纤维增强层中。或者，在本发明的范围内，除了至少一块基本上无纤维素的纤维增强的薄板之外，纤维增强层30还可包含有纤维素薄板。另外，除了至少一块基本上无纤维素的纤维增强的薄板之外，层30可包括一块或多块纤维增强的纤维素薄板，这同样属于本发明的范围内。
如本领域中所知的那样，纤维增强层30可浸渍有热固性或热塑性树脂。这种浸渍可以是全部的或部分的，并且树脂可以是部分固化的。
装饰层压结构10可包括背衬层40。如图2最佳地显示，背衬层40相邻于纤维增强层30设在与装饰层20相反的一侧。背衬层40可由一块或多块薄板42形成，薄板42可涂覆或浸渍有树脂，也可不必这样做。该薄板通常包括纤维素材料。在本发明的一个实施例中，背衬层40可涂覆或浸渍有热固性树脂，并且部分地固化。示例性的背衬产品包括耐火牛皮纸，或者浸渍了热固性树脂的装饰纸。在装饰层压结构10的固化期间，背衬层40与纤维增强层30热熔合在一起。
同样作为选择，如图1最佳地显示，装饰层压结构10可包括第二装饰层20’而非背衬层40。这种第二装饰层20’层叠在纤维增强层30上的与第一装饰层20相反的一侧。通常来说，第二装饰层20’是第一装饰层20的镜像(结合到装饰薄板中的特殊图案可能例外)。然而，第二装饰层并不需要包含与第一装饰层的叠合物中相同的薄板。
在部分固化的状态下，装饰层的薄板、纤维增强层的薄板以及背衬/装饰层的薄板是可垂挂的。这里用于描述本发明的各种薄板的用语“可垂挂的”意味着材料是基本上松软的，并具有以基本上均匀的方式来适应两维或三维特征的能力。在固化状态下，装饰层压结构是准挠性或基本上刚性的。这里所用的用语“准挠性”意味着结构的刚性特征已起作用，并且在不会引起永久性破坏的条件下仅可能产生有限量的弯曲。对于基本上刚性的装饰层压结构来说，结构在整体上呈现出刚性特征，然而各个的层片或层组仍可保持为挠性的或准挠性的。另外，通过变更或修改树脂和/或结构的厚度，就可以修改结构的挠性以适应特殊的应用。
在一个优选实施例中，装饰层压结构是耐冲击的。这里所用的用语“耐冲击”意味着能承受相对低能量和/或低速度的钝物冲击或击打结构的表面而无破坏或只有最小破坏的能力。大致来说，耐冲击的结构可抵抗从冲击点处辐射开来的裂痕形成，以及冲击点之下的层片脱层。
在固化之前，可对装饰层、纤维增强层或背衬/装饰层进行加工以提高其可操作性。这例如可以包括部分地烘干薄板以从树脂中去除某些更易挥发性的元素，从而降低薄板的粘性。
热固性树脂、热塑性树脂及其各种添加剂在本领域中是众所周知的，并且可以买到。除非必须对特定树脂的特殊参数进行选择以最佳地适应所讨论的应用，否则将不再详细介绍该树脂的性质。例如，可以根据其提供耐冲击性的能力、依赖于纤维增强的粘合强度、耐火性、板的整体挠性、对因热，湿气或辐射循环等所导致的性能下降的抵抗力来选择某些树脂和添加剂。
制造本发明的纤维增强的装饰层压板10的第一工艺涉及在垫板之间以重叠的关系(即“叠合”)将装饰层20、纤维增强层30以及可选用的背衬/装饰层40层叠起来。然后使该叠合物承受到预定的压力和温度达一段足以使各个层固结的时间。
用于制造本发明的纤维增强装饰层压板10的第二工艺涉及连续或半连续地从连续式压力机的上游源中为连续式压力机输送处于前述重叠关系下的装饰层20、纤维增强层30以及可选用的背衬/装饰层40。连续式压力机设定成可以建立为将这些层热熔合成最终的层压产品所需的温度和压力环境。连续式压力机的作业速度选择成能够在压力机中驻留一段足以保证各层充分粘合的时间。在进入压力机之前，可在叠合物的各侧上放置脱模用薄板。通常在层压板离开压力机之后将这些脱模用薄板抽出。连续式压力机是有利的，这是因为其缩短了层压板的加工时间，然而连续式压力机的使用要求供给到压力机中的薄板必须是连续(或半连续)的，并且具有一定的可操作性。
在上述两项制造工艺中，提高的温度和压力意味着导致薄板中的树脂在薄板之间流动，使得一旦冷却薄板就已固结，并且形成了整体式板。在不连续的固化过程中，本发明通常在从约110℃到约170℃范围内的温度下以及在从约500psi到约1600psi范围内的压力下进行加工。在连续的固化过程中，本发明通常在高于120℃且范围依赖于层压板在压力机中的驻留时间的温度下以及在从约300psi到约1000psi范围内的压力下进行加工。通常基于使用中的具体树脂和固化层压板的最终所需特性来选择固化温度和压力。也可控制固化温度来适应加工的速度；例如，在较高的加工速度下可使用较高的固化温度，而在较低的加工速度下可使用较低的固化温度。
在一个优选实施例中，上述固化的装饰层压结构10设计成可随后安装在另一结构上。例如，可将装饰层压结构10粘合式或机械式地固定到载货产品或交通繁忙的走廊壁上，以提供对冲击和其它破坏的保护。作为另一示例，可在售后维护的情况下将层压结构10永久性地或可拆卸地安装到家具的成品构件上。
以下示例是该新颖的装饰层压板的解释性说明，并不构成与本发明主旨相关的任何限制。
示例I利用连续式压力机来制造装饰层压结构10。以重叠的关系制成由脱模薄板、装饰层20、纤维增强层30以及背衬层40组成的叠合物，并将其放在钢制垫板之间。装饰层20包括经三聚氰胺树脂处理过的纯色装饰纸和未经处理的阻隔薄板。纤维增强层30包括八层浸渍了三聚氰胺树脂的玻璃布。各玻璃布层片由光洁度为516的型号7628的织造玻璃织物形成。背衬层是65磅规格的HP平衡纸。然后使叠合物承受到约700psi的压力。一旦达到预定的压力，就将压力机加热到约140℃的预定温度。压力机在预定的压力和温度下保持约5分钟的加热周期。然后在压力机中在压力作用下将受压的层压板冷却到约60℃之下。然后释放压力，并从压力机中取出纤维增强的装饰层压板。最终的层压板约为0.060英寸厚。
或者，装饰层20可包括经三聚氰胺树脂处理的印花装饰纸以及也经三聚氰胺树脂处理的贴面层。或者，纤维增强层30可由十二层玻璃布形成，在这种情况下，最终的层压板约为0.090英寸厚。作为选择，可以使用更多或更少一些的玻璃布层片或不同类型的玻璃布层片来提供几乎任意厚度的压制层压板。在另外一些备选方案中，背衬层可选自阻燃性牛皮纸或经快速固化酚醛树脂处理的118磅的牛皮纸。
实施例II利用GreCon连续式高压层压压力机来制造纤维增强的装饰层压板10，该压力机包括入口部分、加热部分和冷却部分。各部分的温度可以单独地控制。传递到叠合物的层中的热量总和由不同部分的温度以及依赖于作业速度的驻留时间来控制。这种连续式工艺需要将用来制造层压板的各种薄板以连续卷的形式输送到压力机中。在连续式压力机的上游设置了经三聚氰胺树脂处理的装饰纸卷筒、未经处理的阻隔纸卷筒、多个如上面示例I中所述的玻璃布卷筒，以及背衬纸卷筒，使其能以上述重叠的关系连续地进入到压力机中。不同压力机部分的温度设定如下入口部分设定在约200℃，加热部分设定在约186℃，而冷却部分设定在约181℃。压力设定在约350psi。连续式压力机的作业速度设定在约5英尺/分钟，从而产生约2.4分钟的驻留在压力机中的时间。
本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的前提下可以进行各种修改，并且本发明并不局限于说明书中所介绍和示例性示出的那些实施例。
权利要求
1.一种用于生产纤维增强的装饰层压板的方法，包括以叠加的关系将包括一块或多块装饰薄板的装饰层和包括至少一块纤维增强薄板的纤维增强的芯层堆叠起来，所述装饰层是至少部分地经树脂浸渍的，并且是至少部分固化的，所述芯层是基本上无纤维素的，并且是至少部分地经树脂浸渍的以及至少部分固化的；和在热量和压力的作用下使所述装饰层和芯层同时固化，从而产生所述纤维增强的装饰层压板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以叠加的关系将所述装饰层和芯层与包括一块或多块装饰薄板的装饰性第三层堆叠起来，所述第三层是至少部分地经树脂浸渍的，并且是至少部分固化的；和使所述第三层与所述装饰层和芯层同时固化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以叠加的关系将所述装饰层和芯层与背衬层堆叠起来；和通过所述固化步骤来将所述背衬层同时热熔合到所述芯层上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用热固性树脂来至少部分地浸渍所述装饰层和所述芯层中的至少其中一层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化步骤包括将所述层叠的层插入到热固成型压力机的板之间；在所述热固成型压力机中对所述层叠的层施加预定的压力；在所述热固成型压力机中对所述层叠的层施加预定的温度；和在加热加压的热固成型压力机中保持所述层叠的层达一段足以使所述层形成层压结构的时间周期。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预定温度处于约110℃到约170℃的范围内，而所述预定压力处于约500PSI到约1600PSI的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化步骤包括将连续式热固成型压力机的温度设定到预定的温度；将所述连续式热固成型压力机的压力设定到预定的压力；将所述装饰层和所述芯层输送到所述连续式热固成型压力机中，所述层从所述压力机的上游位置处输送到所述压力机中；和在所述加热加压的连续式热固成型压力机中保持所述层叠的层达一段足以使所述层形成层压结构的时间周期。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定的温度处于约120℃之上，所述预定的压力处于约300PSI到约1000PSI的范围内。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述装饰层和所述芯层中的至少一层包括多块薄板，所述多块薄板从位于所述压力机上游的连续卷中输送到所述连续式热固成型压力机中。
10.一种根据权利要求1所述的方法生产出来的纤维增强的装饰层压板。
11.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述装饰层包括一块或多块纤维素薄板，并且所述纤维素薄板中的至少其中一块是全部着色的。
12.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述装饰层包括一块或多块纤维素薄板，并且所述纤维素薄板中的至少其中一块具有印在其表面上的图案。
13.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述装饰层还包括贴面层，所述贴面层包括一块或多块α纤维素薄板。
14.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述装饰层还包括含有磨粒的顶面涂层。
15.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述装饰层还包括阻隔层，所述阻隔层包括一块或多块纤维素薄板。
16.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述装饰层和所述芯层至少部分地浸渍了热固性树脂。
17.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述芯层包括织造的玻璃纤维材料的薄板、非织造的玻璃纤维材料的薄板和切短的玻璃纤维材料的薄板中的至少其中一种或其组合。
18.根据权利要求10所述的层压板，其特征在于，所述芯层包括玻璃纤维、石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维或高模量纤维材料中的至少其中一种。
19.一种纤维增强的装饰层压板，包括至少部分地浸渍了热固性树脂的装饰层；和多块至少部分地浸渍了热固性树脂的非纤维素的纤维增强的薄板，其中所述多块纤维增强薄板中的至少一块选自织造的玻璃纤维薄板、非织造的玻璃纤维薄板和切短的玻璃纤维薄板中的一种。
20.一种纤维增强的装饰层压板，包括装饰层，其包括一块或多块至少部分地浸渍了热固性树脂的纤维素薄板；和多块至少部分地浸渍了热固性树脂的非纤维素的纤维增强的薄板，其中所述多块纤维增强薄板中的至少一块选自玻璃纤维、石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维和高模量纤维中的一种或者这些纤维的组合。
全文摘要
提供了一种用于生产纤维增强的装饰层压板的方法。该方法包括以叠加关系将装饰层和纤维增强的芯层堆叠起来。包括一块或多块装饰薄板的装饰层是至少部分地经树脂浸渍的，并且是至少部分固化的。纤维增强的芯层包括至少一块基本上无纤维素的纤维增强薄板，并且是至少部分地经树脂浸渍的和至少部分固化的。在热量和压力的作用下使装饰层和芯层同时固化，从而形成纤维增强的装饰层压板。本发明还提供了根据上述方法生产出来的纤维增强的装饰层压板。
文档编号B32B38/08GK1724255SQ2005100760
公开日2006年1月25日 申请日期2005年5月27日 优先权日2004年5月28日
发明者F·T·卡拉姆, S·戈捷 申请人:潘诺拉姆工业国际公司