专利名称：可模压的复合制品及其制备方法
相关申请的交叉引用本申请是1997年4月23日递交的美国专利申请号08/839,016的部分继续申请，其的整个内容在此引入作为参考。
在制备具有含有足够强度和刚度以作为汽车车身内衬的聚合物材料的制品过程中，公知的是，制取具有不同性能的可热成型材料的片材，将它们处理成层状，且然后在加热和加压下将它们在模具中压制在一起。至少使用一层赋予强度和刚度和另一层产生足以用于模压的松散材料。美国专利5,298,319公开了从外层为基本上由聚丙烯人造纤维组成的无纺布和中间层为挤出聚丙烯的纤维状复合材料制得汽车车身内衬。此种现有技术纤维复合材料是与中间层聚丙烯层的挤出同时进行组合的。两个无纺布外层的内表面通过在挤出工艺中产生的热粘合至挤出的聚丙烯表面且在该工艺中熔融的相邻表面随后变成熔化状态。使用含有同一聚合物(即聚丙烯)的三层，有助于所得制品的最终循环使用。
在这个现有技术的方法中存在几个固有的缺点。因为赋予模压所必须的松散材料的中间层是被挤出的，由此模压的制品将必须是具有均匀的厚度。另一个短处是，纤维复合材料必须与中间层的挤出同时组合。
发明综述因此，本发明的一个目的是提供一种改进的可模压的纤维复合材料，其可用于制备不同厚度和密度的模压制品。
本发明的另一个目的是提供一种由可依次拼合的层组成的改进的可模压复合材料。
本发明的又一个目的是提供一种由可容易地循环使用的相容材料制成的改进的可模压的纤维复合材料。
本发明的再一个目的是提供一种能够用于模压具有高厚度重量比的制品的无纺纤维复合材料。
本发明的还一个目的是提供一种改进的纤维复合材料，当在加热和加压下模压时，其容易变成模具的形状而不会断裂或撕裂。
本发明的进一个目的是提供一种能够用于热成形制品而不需要注射树脂的改进的可模压的纤维复合材料。
为实现前述和其它目的以及克服上述的现有技术的缺点，从具体和广义地讲本发明提供了一种可模压的无纺纤维复合材料及其制备方法。根据本发明的无纺纤维复合材料具有至少两个功能层，这两层均是由相同的可热成形的无纺聚合物化学物质或材料制成。合适的聚合物材料包括聚丙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯、聚氨酯和聚酯。在一个优选的实施方案中，这两层是由聚酯制成。这些复合材料通常可用于但不限于制备汽车车顶内衬、车身内衬、客舱制品、行李、家具、运动制品和过滤制品。
所选择的聚合物化学物质是制成具有不同和/或其它物理性能的两种不同布。至少一种布是可成形的布，其在加热和/或加压下通过最终的模压成形，具有较高程度的强度和硬度。另一种布是一种可变化的压缩布(也称之为厚度可变的布)，当在加热和/或加压下模压时，其能够具有可变的厚度和密度。在某些要求最终制品具有均匀厚度和密度的用途中，也可使用该可变的压缩布。此种可变的压缩布是美国专利号5,532,050的主题，其在此引入作为参考。在另一个实施方案中，可将构成表面布层的另一层施加至用于提高由所述复合材料的制品的外观的之一层的外表面上。功能层和表面布层可拼合成能够用作制备可成形的成品的复合材料。这里所用的术语“复合材料”包括任何堆积的连续层，无论在这些层之间的粘合是否通过化学和/或物理方式提高。复合材料相邻层的粘合可通过诸如喷涂粉粘合、使用液体分散体/溶液、压合、火焰层合、在功能层之间使用中间粘合布、和机械针刺之类的工艺而被提高，所有这些均是本领域熟练人员熟知的。
在这个概念中，还包括的是另一个实施方案，其中具有预定熔融温度范围的所选纤维的共混物是包含在影响复合材料各层之间的粘合和最终模压制品的硬度的一层或两层中。粘合发生的这个机理是可称之为“热塑性粘合”且是更充分地描述在美国专利5,456,976，栏3，第36-50行，其参考内容在此引入作为参考。然后将复合材料的片材放置到模具中，加热和/或加压成形以得到模腔的形状，并由此形成最终的制品形状。
图2是制备本发明的另一个实施方案的的模压制品的系统的示意表示。
本发明的详细描述现将参照具体的实施方案和附图详细地描述本发明。
根据本发明，制品是分别由可变压缩的各个卷材或片材和可成形布层模压制得。如图2中所示，可成形布(25和26)是从导辊(分别为29和32)悬垂下来，可变的压缩布(28)是从导辊(31)悬垂下来，且选择性地，表面布层来自导辊(30)。这些布层是从它们各自的导辊送入至具有上部(33)和下部(34)的模具装置中，如图2所示。
汽车车顶是由将可变压缩布和可成形布(它们含有粘结剂纤维)的各个层通过一个压制膜(其模腔的形状就是车顶内衬的形状)，因为复合材料的卷材是未卷取的。为了实施模压，复合材料是经受预定时间长度的高温和然后在模具中冷却。在各个层中的粘合剂纤维在热和/或压力下软化和/或熔融以及相互混合，且通过脱模，粘结剂纤维将冷却和硬化并将各层粘合在一起。
根据另一个实施方案，可成形和可变压缩布层以及选择性地表面布层在制成制品之前，是形成一个复合材料。
参照
图1，其显示了各个层，其包括本发明的复合制品。为了容易说明，各个层的厚度没有按照刻度画出。
在图1中，包含可变压缩布的复合制品(1)是在夹在具有上表面(6)和下表面(7)的可成形布层(5)，和具有上表面(9)和下表面(10)的可成形布层(8)之间，上粘合层(14)和下粘合层(11)是分别嵌入在可变压缩布层(2)和可成形布层(5)和(8)之间，以致于可变压缩层(2)的上表面紧靠粘合层(14)的下表面，以及粘合层(14)的上表面(15)紧邻可成形布层(5)的下表面(7)，以及粘合层(11)的上表面(12)紧邻可变压缩层(2)的下表面(4)，且粘合层(11)的下表面(13)紧邻可成形布层(8)的上表面(9)，由此提高了可成形布层(5)和可变压缩层(2)之间的粘合。
前述的实施方案可通过利用粘合层(20)将表面布层(17)的下表面(19)施加至可成形布层(5)的上表面(6)而改性，以致于表面布层(17)的下表面(19)紧邻粘合层(20)的上表面(21)，且粘合层(20)的下表面(22)紧邻可成形布层(5)的上表面(6)，由此提高了复合材料及其模压制品的外表面的外观。汽车内衬或车身内衬可然后通过将该复合材料穿过压模装置而成形，并使该复合材料经受高温和/或高压，其时间是足以使该复合材料形成所述模腔的形状。
为了用于本发明中，已发现可成形或硬化的布的基重应当是4-18盎司/平方码。优选的范围是6-12盎司/平方码。这些范围使得得到制备时手感、模压成品的受控硬度性能以及制备成品的经济性的最佳组合。
在本发明的另一个实施方案中，聚酯可变压缩布的片材是夹杂在为针刺毛毡形状的可成形聚酯的两个片材之间，由此制得以复合材料制品。所述针刺毛毡是由纽约尤蒂卡的诺尔顿无纺布有限公司制造。相邻片材之间的粘合性是通过机械针刺而提高。然后将复合材料卷成储存卷材。可将一层装饰布，诸如HOF AHMV8印刷的缝编聚酯或Foss针刺聚酯，施加至一层可成形聚酯布的外表面上。
一种制品，例如汽车车身内衬或车顶内衬，是在加热和/或加压下在模具中形成。然后将模压制品冷却至环境温度。上述的US5,298,319教示了用于制备本发明所称类型的制品的基本模压方法和设备，且在此引为参考。
应理解的是，提高粘合性的不同方法可在具有相同复合材料的不同布层之间应用。例如，表面布层和可成形布层之间的高粘合可通过粘合层之间的嵌入而实施，同时可成形布层和可变厚度布层之间的高粘合可通过针刺法实施。
另外，适合于模压的复合材料可从一层可成形布和一层可变压缩布制成。表面布层可施加至可成形布层或可变压缩布层之一的外表面上。功能布层之间的粘合可通过诸如针刺之类的机械装置和/或通过诸如喷涂粉粘合、使用液体分散体和/或溶液、火焰层合、和/或粘合层的嵌入以及它们的组合等粘合方法而被提高。
下列实施例显示了本发明的各种结构实施方案和如何通过改变某些工艺参数而控制本发明的结构的物理性能。在下列实施例中，第一和第二硬挺剂层是通过针刺方法制得首先将所选的纤维在标准纺织混合设备上掺混，随后将所述纤维梳理成无纺布，其然后将其交叠铺网以制得高柔软的多层毛毡，随后将该毛毡层用约1000针的穿刺进行针刺。
三种材料层是如下第一硬挺剂层50％Fiber Inovation Technologies 3.5旦×2英寸结晶聚酯双组分粘结剂纤维50％Kosa 15旦×3英寸295型聚酯基重-6盎司/平方码针刺法织造(硬挺剂布)第二硬挺剂层与上述相同的纤维、混纺纱、和织造基重-9盎司/平方码可变压缩层50％Fiber Innovation Technologies 3.5旦×2英寸结晶聚酯双组分粘结剂纤维25％6.7分特聚酯25％17.0分特聚酯基重-20盎司/平方码厚度-20毫米纵向搭接织造(可变压缩布)在这些材料的每个之间没有粘合层。纵向搭接产物可变压缩布是在Strudo machine上制得，该机器的厂商是I.N.T.，s.r.o460 05 liberec，Karla Capka 302/22捷克共和国为了制备所述可变压缩层，将所述三个聚酯纤维(包括一粘合剂纤维)在标准的纺织纤维掺混设备上掺混并梳理成无纺布。将梳理的布送入纵向搭接Strudo机以使其折叠或打褶，从而得到给定厚度的纵向折叠的产品。将该厚产品通过一烘箱以将该产品加热至至少约150℃，其软化或熔融粘结剂纤维以使得它们热粘合至共混物中的其它纤维上，由此制得一个柔软、厚的三维产品。
为了制得上述的模压制品，所述工艺包括，将所述布层压成一复合材料，将该复合材料预热至约400°F达约8分钟，将该复合材料放入至模具中，关闭模具成16毫米的缝隙达约4分钟，并开模以取出模压制品、对于温热的模具试样而言，该模具(温热工具)是被预热至约300°F。
复合三层试样是可变压缩层是夹在沿纵向和横向方向制成的第一和第二硬挺剂层之间。具有相同组成的其它试样是使用未经加热的模具(冷工具)在室温下沿纵向和横向方向制成。根据上述方法制成的四种试样是使用ASTM设计D790-92、测试方法I-A三点载荷系统(中心是在一个简单支撑的横梁上)，按照用于未增强的和增强的塑料以及电绝缘材料的挠曲性能的标准测试方法进行测试。
测试结果是列于下表1中。
表1挠曲测试结果
*SSL＝第二硬挺剂层VCL＝可变压缩层FSL＝第一硬挺剂层对本发明的模压复合材料提供合适硬挺度的操作范围是对补偿屈服载荷为约13-26牛顿。本发明的1英寸屈服载荷是约90-140％，且斜率硬度是在约2.5-7.0牛顿/毫米的范围。
本发明的产品在一个优选实施方案中，要求高的硬挺度以适合用于汽车车顶内衬，术语“高的硬挺度”是通过在表1中介绍和上面讨论的挠曲结果和定义的。模压车顶内衬要求高的硬挺度以为了在它的跨度(在微型蓬车中其可以是高达8英尺)内支撑它自己的重量，和室内灯和太阳镜的额外重量，而当按用于车顶内衬的标准环境耐受测试中所评估暴露高达3天时，在从-40℃至185°F的宽温度范围内不会弯曲和断裂。产品必须不被挠曲或弯曲至破坏点，在该破坏点车顶内衬将破裂，使它不能承受所加车顶内衬组分的重量。而且，车顶内衬中的破坏断裂将通过该车顶内衬中的装饰性布层显示出来，使得外观不够美观，不宜安装在汽车中。当应力超过它的极限时，本发明的产品将弯曲且然后破坏断裂，因为上述原因使其不适合用作汽车车顶内衬。“低模量”产品不会破坏断裂，且没有表现出承受在使用时所加元件重量所需的硬挺度，特别是在上述的环境耐受测试中。因此，低模量产品本来是不适合用于汽车车顶内衬。
虽然在此描述了本发明的各个实施方案，但这些仅仅是用于解释和说明本发明的目的，且不应理解为限制本发明的范围。对本领域技术人员将是十分明显的本发明的各种改进是处于本发明的范围之内，且是包括在所附的权利要求书中。
虽然参照如附图中所示的优选模式，已具体地显示和描述本发明，但本领域技术人员应理解的是，在不偏离权利要求书所定义的本发明的精神实质和范围之内的情况下，可详细地实施各种改变。
权利要求
1.一种适合用于模压成汽车车顶内衬的制品，其包含一层下列类型的可成形无纺布层，即当其在加热和/或加压下经受模压时具有高的硬挺度，补偿屈服载荷约13-26牛顿，一英寸下屈服载荷为约90-140％，且斜率范围为约2.5-7.0牛/毫米，这所有均是按ASTM D-790-92测试方法I测定，所述可成形布层具有一上表面和一下表面，和一层下列类型可变压缩无纺布层，即当其经受加热和/或加压下模压时，能够具有可变厚度，所述可变压缩布具有一上表面和一下表面，所述可成形布的下层粘合至所述可变压缩布的上层，且其中所述各层是由相同的可热成形的聚合物化学物质制得。
2.如权利要求1所述的制品，其中所述可成形布和所述可变压缩布两者基本上均由聚酯组成。
3.如权利要求2所述的制品，其中在所述可成形布层和所述可变压缩布层之间的粘合是通过机械方式提高。
4.如权利要求3所述的制品，其中提高各层之间的机械方式是针刺。
5.如权利要求2所述的制品，其中在所述可成形布层和所述可变压缩布层之间的粘合是通过粘合剂方式提高。
6.如权利要求2所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布层是施加至可变压缩布层上以致于所述表面布的下表面是紧邻可变压缩布的上表面。
7.如权利要求2所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布层是施加至可变压缩布层上以致于所述表面布的下表面是紧邻可变压缩布的下表面。
8.一种适合用于模压成汽车车顶内衬的制品，其包含一层下列类型的可变压缩无纺布层，即当在加热和/或加压下经受模压时具有可变厚度，和两层下列类型的可成形无纺布层，即当其在加热和/或加压下经受模压时具有高的硬挺度，补偿屈服载荷约13-26牛顿，一英寸下屈服载荷为约90-140％，且斜率范围为约2.5-7.0牛/毫米，这所有均是按ASTM D-790-92测试方法I测定，所述可成形布层具有一上表面和一下表面，所述可变压缩布层是夹在一层可成形布的上表面和另一层可成形布层的下表面之间，且所述各层是由相同的热成形聚合物化学物质制得。
9.如权利要求8所述的制品，其中所述可成形布和所述可变压缩布两者基本上均由聚酯组成。
10.如权利要求9所述的制品，其中在所述可成形布层和所述可变压缩布层之间的粘合是通过机械方式提高。
11.如权利要求9所述的制品，其中在所述可成形布层和所述可变压缩布层之间的粘合是通过粘合剂方式提高。
12.如权利要求9所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布层是施加至可变压缩布层上以致于所述可成形布的上表面是紧邻可变压缩布的下表面。
13.如权利要求8所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布层是施加至可变压缩布层上以致于所述可变压缩层的上表面是紧邻表面布层的下表面。
14.一种适合用于模压成汽车车顶内衬的制品，其包含两层下列类型的可变压缩无纺布层，即当在加热和/或加压下经受模压时具有可变的厚度，和一层下列类型的可成形无纺布层，即当在加热和/或加压下经受模压时具有高的硬挺度，补偿屈服载荷约13-26牛顿，一英寸下屈服载荷为约90-140％，且斜率范围为约2.5-7.0牛/毫米，这所有均是按ASTM D-790-92测试方法I测定，所述可变压缩布具有一上表面和一下表面，所述可成形布层是夹在一层可变压缩布的上表面和另一层可变压缩布层的下表面之间，且各层是由相同的可热成形的聚合物化学物质制得。
15.一种适合用于汽车车顶内衬的形状为无纺纤维复合材料的可变厚度的制品，所述纤维复合材料是多层结构，该多层结构包括一层下列类型的可成形无纺布层，即当在加热和/或加压下经受模压时具有高的硬挺度，补偿屈服载荷为约13-26牛顿，一英寸下屈服载荷为约90-140％，且斜率范围为约2.5-7.0牛/毫米，这所有均是按ASTM D-790-92测试方法I测定，和一层下列类型的可变压缩无纺布层，即当经受加热和/或加压下模压时能够具有可变厚度，且所述各层是由相同的可热成形的聚合物化学物质制得。
16.如权利要求15所述的可变厚度的制品，其中可变厚度布层是夹在两层可成形布之间。
17.如权利要求15所述的可变厚度的制品，其中可成形布层是夹在两层可变压缩布之间。
18.如权利要求15所述的制品，其中所述可成形布和所述可变压缩布两者均由聚酯组成。
19.如权利要求15所述的制品，其是为汽车车身内衬的形状。
20.如权利要求15所述的制品，其是为汽车车顶内衬的形状。
全文摘要
一种制品(1),其包含一可成形的布层(5),当该布层在加热和/或加压下进行模压时具有高的硬挺度。一层当在加热和/或加压下进行模压时能够具有可变厚度的可变压缩布层(2)被粘合至所述可成形的布层(5)上,其中所述各层是由相同的可热成形的聚合物化学物质制成。
文档编号B32B5/26GK1346308SQ00805961
公开日2002年4月24日 申请日期2000年2月29日 优先权日1999年4月6日
发明者斯蒂芬·D·科佩惠特 申请人:诺尔顿无纺布有限公司