可塑性塑料涂料的制作方法
【专利说明】可塑性塑料涂料
[0001] 本发明涉及可塑性塑料涂料。
[0002] 本发明更具体涉及用于内饰的基于含聚合物基质的纳米复合材料的可塑性塑料 涂料，根据其如何加工具有不同类型的效应。
[0003] 众所周知，可塑性塑料涂料的典型问题是这些涂料本身抵抗应力的能力较差。尤 其是，导致无法制成能呈现三维结构的终饰面同时能抵抗应力（例如铺面材料中常见的应 力）的可塑性涂层。
[0004] 相反，性能等同于这些传统铺面材料的合成铺面材料如陶瓷、木材等具有明显更 低的成本，接近50 %，使得它们特别适合开发用于低成本且良好耐应力性质的铺面材料的 涂料。
[0005] 还众所周知的是在宏观规模上复合材料是两种或更多种具有明显不同物理和机 械性质的独立不溶性材料的组合，在它们之间可确定界面表面。复合材料通常设计为在给 定的应用范围内实现特定的各种性质的平衡。对复合材料并不容易给出简单且清楚的定 义，因为大量材料可以被认为是复合材料，并且复合材料可应用的范围很广。
[0006] 但是，作为实践中普遍接受的定义，术语"复合物"表示一种材料，该材料含有连续 相（基质），该连续相将填料阵列（非连续相）粘结在一起，所述填料阵列刚性和耐受性更 强，且保护形状。除可能的相互作用之外，所得到的复合物的特征与各组成相的性质以及它 们的形状、尺寸、浓度、分布、取向密切相关。尤其是，只要所得性质与各组分的性质之间存 在相互关系，复合物的许多性质原则上是通过加权平均（体积或重量）得到的，但是在存在 相互作用或协同现象时，复合物的性质可不同于（相互作用）或甚至高于（协同）各组分 的性质。
[0007] 在复合材料领域中，特别感兴趣的是具有聚合物基质的复合材料的应用。实际上， 对于许多不同的目的，聚合物材料（无论是热塑性或热固性）通常与不同类型的填料混合。 无论如何，所有这些目的都可归因于在某些特定性质中取得改进同时保持聚合物典型的轻 质和挠性的一般目的。
[0008] 可通过实施复合材料改进的主要性质是：
[0009]-刚性，如同在本发明的情况中如果刚性足够高，可以用明显更轻质且容易工业生 产和便宜的聚合物复合材料代替铺面材料的结构部分；
[0010] -对化学品如酸、碱、润滑油和风化的耐受性，聚合物的这些性质通常非常有限，这 是因为这些材料对小分子表现出高渗透性；
[0011] -耐磨性；
[0012] -抗冲性。
[0013] 许多类型的填料也表现出良好的导热和导电性，比基质更低的热膨胀系数，以及 良好的耐磨性。因此，复合材料的设计不是简单地旨向实现一种体系，在该体系中不仅上述 性质得到改进，而且可以获得具有特定功能性质的材料。
[0014]用于设计复合材料的一种方法涉及所用填料的类型和形状。依据该方法，填料通 常根据其形状或更精确的"纵横比"来区别，纵横比定义为较大维度和较小维度上的尺寸之 间的比值。纵横比为1 (球形填料）到大于100的值（一些类型的合成纤维）。
[0015] 依据该分类，确定两类复合材料：颗粒和纤维加强的（进一步划分为短纤维，长纤 维和层压纤维）。
[0016] 在颗粒复合材料中，分散颗粒的目的通常是提高耐磨性、表面硬度、可加工性、耐 高温性、热膨胀性等。含有颗粒的复合材料的特征是机械强度和/或刚性明显低于纤维复 合材料。实际上，即使存在非常耐用的颗粒通常也不能带来复合材料机械性质的明显改善， 而在纤维复合材料的情况中机械性质明显改善，在纤维复合材料中几乎所有的外部负荷由 纤维承担。类似地，对于破裂时行为，刚性颗粒通常不能像纤维复合材料中一样有助于停止 任何裂纹和缺陷的蔓延。
[0017] 只有在含有橡胶颗粒的特定复合物情况中观察到正面效应，该效应是材料韧性的 明显改善的原因。
[0018] 在脆性基质中存在硬颗粒导致不可避免的应力集中的现象，该现象可导致复合物 与简单基质相比机械强度的下降。
[0019] 所以，对于脆性基质必需使用延展性颗粒，以同时获得高耐受性和保持性以及/ 或者提高可变形性，而对于延展性基质，优选使用刚性和脆性填料，从而提高耐受性同时保 持韧性。
[0020] 复合材料的所得性质随基质和填料的百分数以及相之间的相互作用而变化。
[0021] 至今为止，纤维加强的复合材料应用最为广泛。这些复合材料的成功与纤维的高 强度/重量比（比阻）和高刚性/重量比（比模量）以及通过插入改变填料浓度和取向上 的各向异性程度的可能性有关。
[0022] 纤维复合材料的高比强度主要与纤维的高强度以及纤维和基质的低重量有关。
[0023] 在纤维复合材料中，特别感兴趣的是耐破裂性的提高。在破裂蔓延的过程中，在复 合材料中，可根据以下四种机理吸收能量：
[0024]1)裂纹偏离其方向；
[0025] 2)由于纤维填料的作用，破裂处的形变减小；
[0026] 3)由于裂纹生长拔出和/或纤维破裂；
[0027] 4)在裂纹生长后仍然与基质连接的纤维的拉伸。
[0028] 如果纤维-基质键较弱，则裂纹可蔓延穿过纤维-基质界面，从而绕过纤维。这种 偏离导致与无纤维的材料中破裂蔓延涉及的能量相比，能量消耗增加。而且，如果纤维与基 质是弱连接的，可能引起拔出（提取）现象。
[0029] 相反，如果纤维与基质是强连接的，则裂纹仅仅蔓延穿过纤维，不会偏离其路径， 但是在该情况中，路径偏离吸收的能量率损失。
[0030] 由于纤维拔出导致能量率损失，但是另一方面，由于与基质连接的纤维的变形和 破裂存在的能量吸收增加。
[0031] 纤维复合材料可为单片构造（单层）或不同取向的多个重叠片，后者定义为层叠 物（多层，角层（angle-ply))。
[0032] 关于纤维的几何结构，有两类纤维复合材料：长纤维（或连续纤维）和短纤维（或 非连续纤维）。
[0033] 在含有长纤维的复合材料中，纤维方向上的负载成分几乎全部由纤维承担，可以 假定实际上负荷直接作用于纤维。基质的主要作用是保持纤维在一起并分散负荷。因此， 耐受性，特别是这些复合材料的破裂形式与纤维的特征和取向密切相关。
[0034] 在短纤维复合材料（直径1-10μm，长度是直径的10-100倍）中，纤维可随机排 布（分散的）或以优选方向取向。分散的短纤维复合材料，例如颗粒复合材料是各向同性 的。相反，具有对齐的纤维的复合材料是各向异性的，特别是通常是正交各向异性的，即具 有两个相互正交的优选取向的方向。
[0035] 填料的类型和分散性以各种方式影响复合材料的性质。
[0036] 如上所述，非连续相（填料）的取向影响复合材料的各向同性。如果非连续相随 机分布，则复合材料实际上具有各向同性性质，即宏观上表现出与方向无关的物理-机械 性质。例如，含有由或多或少规则的球形颗粒或短纤维随机分布构成的填料的复合材料就 是这种情况。
[0037] 相反，如果非连续相有固定取向，则复合材料表现出各向异性行为，即与所考虑的 方向有关的物理-机械性质。
[0038] 还已知纳米技术表示一种在原子和分子水平上控制物质的基本结构和行为的新 的科学和技术方法，产生材料领域的根本变化。
[0039] 使用纳米技术，得到的材料和产品具有明显改善或完全新的特征，这是因为在纳 米规格上，物质的非传统性质和行为可以产生以根本不同于较大尺寸物质的方式运行和使 用的结构和设备。
[0040] 研究这类材料的科学团体和工业部门感兴趣的是用纳米技术产生的材料（纳米 结构化的材料）具有完全不同于常规相同材料的性质。
[0041] 因此，纳米技术带来材料开发中空前的飞跃。纳米技术增值的部分在于该技术提 供了通过适应不同应用领域的技术要求改变材料性质的可能性。