专利名称：聚酯褙强的丙烯复合材料模制结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚酯褙强的丙烯复合材料模制结构。更具体地，它涉及一种具有在模制过程中施加到一丙烯壳体上的聚酯聚合褙强材料的合成材料结构，用来制作诸如浴缸、厨房水槽、淋浴接水槽、盥洗盆之类的卫生器具的轻质耐用物件，这种结构是轻质的，且在承受撞击、使用者重力作用以及热冲击时能不受损坏或脱层。
在浴室和厨房器具以及浴缸、旋涡水流浴缸及其他合成材料物件的开发中，传统的铸铁瓷质器具已逐渐被较轻的且更有弹性的合成材料结构所取代。采用铸铁陶瓷和搪瓷器具的难点之一就是其易受撞击损坏，且太重，这使得在搬动或安装厨房水槽、浴缸及旋涡水流浴缸之类的大件器具时有很大困难。铸铁陶瓷和搪瓷器具确实具有给人非常坚固的感觉且具有很高的重量承受能力等优点。
工业上进行取代这些铸铁瓷质器具的初始尝试证明是困难的。早期的合成材料结构给人一种是塑料的空虚的感觉，当受到撞击、热冲击或承受一般洗澡者的重量时会变形、裂开、剥落或脱层。而且，当在器具的制作、运输和安装过程中受到外来的撞击时这类合成材料结构往往脱层、裂开、龟裂或剥落。
授予Genovese等人的美国专利No.4，664，982和Kuszaj等人的美国专利申请号No.07/400，289中揭示了一种解决这些问题的成功办法，这两个文件的揭示内容在这里引为参考。两者都揭示了具有早期的铸铁瓷质器具外观和感觉的搪以合成材料的钢或不诱钢器具。这些结构很轻，具有高的结构强度，且可抵抗由于撞击或热冲击造成的脱层、剥落及凹陷。这些合成材料结构是先用钢或不诱钢成形，而后在钢或不诱钢的一面或两面搪以合成材料。由于是将一层塑料化学粘结到壳体的非光整面上，而使这些壳体具有优良的物理和机械性能。较佳的塑料层是一种通过反应注射模制(RIM)或通过加强的反应注射模制(“RRIM”)过程而注入包容壳体的模子内的用异氰酸酯改性的热固不饱和聚酯或聚醚泡沫。泡沫塑料是由于硅烷的作用而化学地粘结到壳体上，硅烷是一种偶合剂，它能在金属基团或搪瓷中的SiOH基团和增强泡沫塑料之间产生化学键从而形成层压结构。由于增强泡沫聚合层化学粘结到搪瓷钢或不诱钢外壳上，这些复合材料结构具有优良的物理及机械性能。然而，这些揭示的内容并未涉及其中一丙烯层粘结到一聚合物的或塑料模制结构上的一种复合材料结构的制造，而且，那些反应模制过程是在高压下进行的，需要大的且昂贵的液压压机保持模制过程中模子的闭合并防止正在反应的聚合泡沫逸出。尽管那些模制工序的固化时间很短，但所需的液压压模机之类的设备是昂贵的，需要大量投资。
解决这些问题的另一个办法是采用把一聚合物的美化表面层直接粘结到描述成交联异氰酸酯改性的热固不饱和聚酯或聚醚树酯层的一泡沫塑料基底上以提供一种具有高撞击强度的抗脱层结构。那些结构及其制作过程揭示于均授予Graefe等人的美国专利No.4，844，944和4，844，955中，这里将其内容引为参考。由俄亥俄州西亚利山大利亚的Whittaker公司制作的异丁烯酸甲酯和商业上有售的Thixon 416粘结剂(它含有65%溶剂和包括聚氨酯苯酚和环氧树酯的35%固体物的掺合物)，用来作为在塑料固化时将聚合美化层交联并化学地粘结到泡沫塑料中的异氰酸酯基团的底剂。异氰酸酯加在泡沫塑料中是为了在RIM或RRIM模制过程中使塑料层非常快速地固化。那些反应模制过程在高压下进行，且需要大型的昂贵的液压压机以保持在模制过程中模子的闭合并防止正在反应的聚合物泡沫逸出。尽管那些模制工序的固化时间很短，但所需的液压压模机之类的设备很昂贵，需要大量投资。
因此，本发明的一个特征是提供一种聚酯褙强的丙烯复合材料模制结构，它具有铸铁陶瓷和搪瓷器具那样的坚固感觉和声音，但却不像那种结构那样重和有脱层问题。
本发明的另一个特点是提供一种聚酯褙强的丙烯复合材料模制结构，它可在低压下模制，而不需要RIM或RRIM模制时所必需的那种昂贵的液压压模机。
本发明实现了这些及其他的特点，它提供了一种最好制成浴缸形状的聚合物复合材料结构和一种制造这种复合材料结构的方法。聚合物复合材料结构包括一最好用聚异丁烯酸甲酯的可热成形丙烯聚合物制成的聚合物壳体层，它具有一光整侧和非光整侧。可以包括一层诸如玻璃纤维、碳、陶瓷、硼、石墨、石棉绒、芳族酰胺以及这些纤维的混合物之类的纤维增强树酯层粘结到丙烯壳体的非光整侧。最好这类层用在树酯褙强材料中加入切碎玻璃纤维来制成。一个承受重量的加强结构粘结于壳体的非光整侧以及纤维增强的树酯层。此承受重量的加强结构可包括木材，比如木屑板、刨花板、胶合板和木质板，也可包括一种聚合物复合材料或无机物的重量承受结构。此重量承受结构最好是一种用木屑板制成的放在浴缸底板部分下面长方形木质结构。此外，在浴缸壳体的边板部分下面放几条起加强作用的木板。
最好是，用一种硅烷基偶合剂将壳体的非光整侧粘结于纤维增强层，此偶合剂用一种硅烷基底剂和一种异丁烯酸甲酯和溶剂的掺合物制成。异丁烯酸甲酯及溶剂掺合物最好包括二氯甲烷、苯乙烯和水，而硅烷基底剂包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇的一种溶液中的3[2(乙烯基苄氨基)乙氨基]丙基三甲氧硅烷则比较合适。
聚合物复合材料还包括一包绕着纤维增强树脂层和承受重量的加强结构模制的交联热固聚合物褙强层。交联热固聚合物层粘结于聚合物壳体的非光整侧并包括至少下列组分之一聚酯、环氧、丙烯或乙烯基酯，单独的或掺合一起的，但不含有异氰酸酯。最好是，此交联热固褙强结构在固化前包括一种硬质不饱和聚酯树脂、一软性不饱和聚酯树脂、一种固化促进剂、一种过氧化物交联促进剂和一种填料，树脂对填料的比例为约2∶1至1∶30。填料可包括碳酸钙、三水合铝、玻璃球、砂、陶瓷、云母、滑石、硅石以及含有一种或多种这些填料的混合物。
最好制成浴缸形状的聚合物复合材料结构采用本发明的方法制造。制造过程包括将聚合物壳体、最好是聚异丁烯酸甲酯的可热成形丙烯壳体，成形为一合适的形状，比如浴缸形状。聚合物壳体的非光整侧最好用上述的硅烷基偶合剂作为底剂。然后涂有底剂的(或无底剂的)聚合物壳体在其非光整侧用一种增强纤维的树脂混合物通过合适的喷涂和滚压或通过其它合适的工艺来加强。在加强的壳体充分固化后，壳体放入模子中，以其非光整侧盖住一承受重量的加强结构，比如木屑板，此加强结构放在壳体之承受重量的部分，比如，浴缸底板的下面。
其它诸如木板之类的加强结构可放在壳体边板的下面。在足够压力下将如上所述的不饱和热固聚合物褙强材料和交联促进剂的一种未固化混合物注入模子，以迫使褙强材料涂覆壳体的非光整侧并覆盖纤维性加强材料和承受重量的加强结构。模制热固聚合物材料在适当温度下和足够时间内固化，以使热固材料硬化和交联以及纤维加强层结构粘结于壳体的非光整侧。
在此制造方法的另一种实施例中，最好是把涂有底剂(或无底剂的)聚合物壳体放在模腔内以其非光整侧盖住玻璃纤维或其他纤维垫之类的纤维加强件。还可以有一个最好放在诸如木屑板的承受重量的加强结构和浴缸底板之间玻璃纤维垫。将热固聚合物材料注入模子，涂覆壳体的非光整侧，埋住纤维垫和重量承受板，以将这些加强和重量承受材料粘结于壳体的非光整侧。也可以设想将诸如玻璃纤维垫之类的纤维性加强材料通过热成形或通过将玻璃纤维和树脂喷涂到合适形状的筛网上制成预制纤维结构而后塞入。
为更好地理解本发明，下面结合附图进行叙述。后附的权利要求书指出了本发明的范围。
图1是部分立体横剖示意图，显示了本发明之较佳的聚酯褙强的丙烯复合材料浴缸。
图2是流程示意图，显示了用来实现本发明之模制方法的低压树脂传送模制设备。
图3是根据本发明的一个较佳模制阴模的顶视透视图。
图4是本发明的模子处于开启位置时的透视图，显示了本发明的模制的阴模、壳体支承件及合模装置。
图5A显示了本发明的丙烯壳体的非光整侧;
图5B显示了在施加玻璃纤维喷涂加强后本发明的丙烯壳体的非光整侧。
图6显示了本发明的刚起模成的聚酯褙强丙烯复合材料浴缸位于修整台上的情景，有一水平定向的圆锯用来修整在模制过程中产生的多余聚酯褙强，图中埋置螺栓在其位置上。
图7A、7B和7C为经修整的本发明的聚酯褙强丙烯复合材料浴缸的不同角度的透视图，图中埋置螺栓不在其位。
图1显示了最好制成浴缸10形状的本发明的聚酯褙强丙烯复合材料模制结构。浴缸10包括一聚合的壳体，最好是不可热变形的壳体，而且最好是一具有抛光整饰侧20的丙烯壳体12，光整侧20一般朝向使用者。壳体12还有一粘合于模制热固聚合褙强件的非光整侧21，加强件不含有异氰酸酯，最好为一掺合的聚酯褙强材料14。另外，最好在模制前用喷涂法粘合上玻璃纤维、石墨纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、石棉绒(woolastonite)纤维、芳族酰胺纤维或类似的加强材料(未示)。或者，在模制过程中用聚酯褙强材料14将纤维质加强材料模制到丙烯壳体12上。最好是将用木屑板、刨花板或胶合板制成的底板加强结构模制到丙烯壳体12底下的聚酯褙强件14中而位于浴缸10底板之下，最好是将诸如本质板之类的边板支撑结构18模制在丙烯壳体12的边板区域下面的聚酯褙强件14内。在一特别可取的实施例中，在模制过程完成后，将埋置螺栓22穿过部分模制聚酯褙强材料14拧入底板加强结构16而就位。把支脚24固定于埋置螺栓22支承浴缸、以及洗澡时使用者和水的重量。
图2示出了一个示意流程图，显示了适于进行本发明之模制过程的较好的低压树脂传送模制(LPRTM)设备25。模制设备25包括一混合机26，比如俄亥俄州辛辛那提的Daymixing公司制造的110加仑容量的NAUTA混合机。混合好了但未固化的聚酯和填料褙强材料从混合机26传送到压力室加料筒28，加料筒28适于装在No.QM 5744型压力室29之内，两者都是由俄亥俄州托莱多的Devilbiss公司制造的。在加入交联促进剂之后，关闭压力室29，并将压缩空气30泵入压力室29。一旦压力室29充气足够，节流阀32就被打开以允许压缩空气迫使未固化的聚酯和填料混合物经过聚合物输送软管34进入模子36。聚合物输送软管34最好是一英寸直径的柔性PVC管并能根据模制过程进行处置和替换。模子36最好包括一如图3所示的用铸铝制成的模制阴模38，其空腔用来接纳丙烯壳体12，在丙烯壳体12的非光整面21和模制阴模38的内表面44之间留出模制空间。
如图3所示，模制阴模38最好用散热性能好的材料比如铸铝制成，并且要有较光滑的内表面44，以形成聚酯褙强件14的形状。模制阴模38最好还有一水套45或其他用来保持模子36处于所需温度的调温装置(参看图4)。未固化的聚酯褙强材料和填料混合物从聚合物输送管34经模制注入孔46而进入模制阴模，注入孔46近似位于模制阴模38一部分的几何中心，以模制浴缸底板。如图3所示，模制阴模38的内表面44有一适当尺寸的矩形凹部48，用以使浴缸底板加强件16定位，加强件16最好是矩形木屑板，或者是刨花板、胶合板、木质板、纤维板或合成材料、塑料、玻璃纤维或其他合适的重量承受结构加强材料。模制阴模也可适当地包括定位装置或槽(未示)用来保持面板支承件18，此支承件18最好包括如图1所示的1英寸×1英寸的木质加强板。
由于本发明中采用低压模制方法，不需要模子密封，且事实上可以阻止未固化聚酯树脂和填料混和物进入丙烯壳体12的非光整侧21和模制阴模38的内表面40之间的空腔内。由于没有模子密封，模制和固化过程会溢出一些聚酯褙强材料14和硬化褙强材料粘结到模制阴模38的部位上。因此，通常不使用液压千斤顶。而是在聚酯褙强件14充分固化后，将模制好的浴缸松下或从模制阴模38切除并用手卸下。
模子36也包括一壳体支承和闭模装置40，此装置40在模制过程中维持薄的丙烯壳体12的形状并将丙烯壳体以合适的方向保持在模制阴模38内。模子可用任何适当的装置保持封闭，然而，由于低的模制和固化压力，在RIM和RRIM模制过程中所需的昂贵的液压压模机虽然有用，但可以不需要了。而500磅级的四个C形夹具42在模制和固化过程中完全能够保持模子36封闭。
图4非常详细地显示了处于开启位置的模子36，它显示了模制阴模38和壳体支撑和合模装置40，装置40采用诸如吊链之类的开模和举升装置适当地保持在模制阴模的上方。如本领域的熟练人员所周知，诸如枢轴或杠杆系统、电动机械或液压模具夹具之类的其他开模和合模装置也适于用来进行本发明的模制过程而取代吊链50和夹具42。
如图4所示的壳体支撑和合模装置40一般用铸铝芯52制成，铸铝芯52覆有聚氨酯外皮54，外皮54与丙烯壳体12的光整侧20形状相配且支撑之而又不会擦伤或损坏光整表面。围绕着聚氨酯外皮52的周边有聚四氟乙烯条56或其他非磨料性材料，用以在模制过程中与壳体12的边板部分接触并迫使其靠向模制阴模而又不会使壳体12的边板部分的光整侧22损坏。在1990年1月19日申请的共同转让的待批美国专利申请号No.07/467，384中详细描述了也能用于本发明的其他合适的模制设备，其中所揭示的内容在此引为参考。
根据本发明的方法，丙烯壳体12用单模丙烯薄板成形，单模丙烯薄板最好用有一高度抛光的光整侧和一非光整侧的聚异丁烯甲酯制成。壳体厚度最好为3∶2毫米。丙烯薄板可用诸如美国专利No.4，844，955和No.4，844，944中所揭示的其他材料制成，这些专利所揭示的内容在此引为参考。丙烯薄板采用众所周知的真空热成形设备热成形成如图5A所示的所需的丙烯壳体12的形状。
热成形的丙烯壳体12的非光整侧21最好用起粘结作用的复合底剂处理。一种合适的复合底剂包括由宾夕法尼亚州伊利的Lord公司制造的一种硅烷基底剂AP-134。它在由75%甲苯、5%丁醇、5%2-丁氧基乙醇和5%乙醇组成的溶剂中的含有10%浓度的硅烷化合物。一种合适的硅烷化合物是最较为10%浓度的3[2(乙烯基苄氨基)乙氨基]丙基三甲氧硅烷。虽然这种硅烷化合物的浓度范围可从约1%至约20%，但最好是从约5%至约15%。硅烷底剂AP-134最好以1%的浓度按重量比与1%的水、9.8%的苯乙烯、29.4%的二氯甲烷和58.8%的异丁烯酸甲酯相混和。这些组分的浓度范围，AP-134之类的硅烷底剂，可为从0.1%至10%，最好是从约0.5%至约2%;水从约0.1%至约10%，最好是从约0.5%至约2.0%;苯乙烯从约0.1%至约98%，最好是从约5%至约15%;二氯甲烷从约2.5%至约98%，最好是从约25%至约35%;以及异丁烯酸甲酯从约98%至约5%，最好是从约70%至约40%。此底剂溶剂可促进交联并改善聚酯褙强材料和丙烯壳体的非光整侧21之间的粘结。在上面引为参考的Graefe等人的美国专利No.4，844，955和4，844，944中描述了可用作粘结底剂溶液的其他复合材料。使用底剂的目的是为了改善对丙烯壳体12的粘结而允许更快的脱模时间。然而，如果加长脱模时间，或如果在喷涂加强步骤中发生足够的粘结，则不需要粘结底剂。
热成形的且最好是涂有底剂的丙烯壳体用纤维材料的树脂混合物来加强，纤维材料可以是切碎的玻璃纤维、陶瓷纤维、硼纤维、石墨或碳纤维、石棉绒纤维、或者芳族酰胺纤维。最好是，加强材料包括一种喷涂上并滚压平切碎玻璃纤维和聚酯树脂的混合物，前者的重量比为从约10%至约40%，更好地从约15%至约35%，最好是约30%;后者的重量比为从约60%至约90%，更好地从约85%至约75%，最好约70%。这种喷涂上的玻璃纤维一般被称为玻璃纤维增强塑料(FRP)或玻璃增强塑料(GRP)。聚酯树脂最好包括一种硬质不饱和聚酯树脂和由Reichold公司名为31-439的苯乙烯单体的混合物;也可包括由Reichold公司定名为97-088的一种软性不饱和树脂和一种苯乙烯单体。聚酯树脂和一种固化或交联促进剂相结合，促进剂含有从约0.01%至约1%，更好地从约0.05至约0.5%，最好是约0.2%的萘烷钴;比约0.1%至约5%，更好地从约0.5%至约3%，最好是约1%的甲基乙基过氧化酮，百分比只以树脂重量为基准。树脂和切碎玻璃纤维混和物一般是用比如华盛顿州肯特的Venus-Gusmer公司制造的Venus HI SSCW 2100型之类的适当的喷涂装置来施涂。在固化约一小时后，将图5B所示的加强了的丙烯壳体58置于模制阴模38里，起加强作用的重量支承结构16和18分别置于浴缸底板和边板区域的下面。
在另一个实施例中，最好将按上述涂有底剂的丙烯壳体12用如上所述的铺垫或编织纤维加强材料来加强，最好每平方英尺用1又1/2盎司的玻璃纤维垫。纤维性加强材料置于模制阴模内侧，最好置于承受重量的底板支撑板16的下面，另一个纤维加强垫置于加强板16之上和壳体12的底板之下在模制工序中玻璃纤维的或类似的纤维性加强材料的垫被粘结于丙烯壳体12。还有一种变换方式，就是在进行模制工序之前先预制纤维性加强材料并在将加强板16和丙烯壳体12置于模制阴模38之内前将其作为一个单件置于模制阴模38内。采用可热成形的玻璃纤维和塑料复合材料或类似的纤维性复合材料可预成形玻璃纤维加强材料，这些复合材料采用本技术领域内熟知的热成形技术来定形。或者，可通过将一种切碎玻璃纤维或其他纤维的树脂混合物用熟知技术喷涂到已定形的网或筛上来完成预制。
在丙烯壳体已适当地安置于模制阴模内之后，将壳体支撑和合模装置40的已用聚氨酯涂复的表面54和聚四氟乙烯条56放置成与丙烯壳体12的光整侧适当接触从而将模子36闭合。由四个重型C形夹具将模子适当夹住以提供足够的出气通路并将壳体支撑和合模装置紧固于模制阴模38。当模子已紧固好并有适当出气通路之后，用模制阴模38内的水套45将模子温度稳定在100至120°F之间。
下面描述适于本发明的低压树脂输送模制(LPRTM)过程，但其他低压注模、重力浇铸或置换模制方法等也适用于本发明。下面介绍较好的树脂、填料和催化剂配方。
典型地，将约100磅材料在混合机26内混合，这样百分比均以重量为基准。最佳的聚酯树脂和填料配方包括35.20%的以Reichhold 31-439名称出售的硬质不饱和聚酯树脂和苯乙烯单体;11.90%的以Reichhold 97-088名称出售的软性不饱和聚酯树脂和苯乙烯单体;2.4%的苯乙烯单体;49.6%的以Vicron 15-15名称出售的碳酸钙(填料);0.6%的二甲基对甲苯胺(DMPT)(活化剂/促进剂);0.76%的以Cadox 40 E名称出售的过氧化苯甲酰(40%的过氧化苯甲酰溶液)。这一较佳材料组合的合适范围包括从约0%至约90%，最好是从约25%至约45%的Reichnold 31-439;从约98%至约0%，最好是从约20至5%的Reichnold 97-088;从约0%至约40%，最好是从约1%至约10%的苯乙烯;从约0%至约75%，最好是从约40%至约60%的Vicron 15-15;从约0.05%至约5%，最好是从约0.2%至约1%的DMPT;以及从约0.05%至约5%，最好是从约0.2%至约2%的Cadox 40 E。
根据所用填料的类型，树脂对填料的比例可以是从一点不加填料直到高达1∶30，这取决于填料颗粒的大小。最好是，树脂对填料的这一比例可为从约2∶1至约1∶3。其他填料也可加入碳酸钙或取代之，它们包括三水合铝、玻璃球、砂、陶瓷、云母、滑石、硅石及其他合适的填充材料。Graefe等人的美国专利No.4，844，955及4，844，944中描述了各种其他填料，在这里引为参考。虽然可以采用发泡剂来降低模制复合材料物件的重量，但最好聚酯树脂混合物不发泡。而且，在不偏离本发明之范围的前提下其他聚酯掺合物可与另外的填料、发泡剂及其他催化剂一起使用，只要这些树脂和催化剂配方能有足够长的固化时间以允许本发明模制物件的低压模制。在树脂系中不希望采用异氰酸酯，这是因为这种化合物会使固化过程加速到以致需要高压高速模制过程的程度，比如需要RIM或RRIM模制过程，而这需要昂贵的RRIM或RIM高压模制设备。
其他合适的热固聚合材料可以包括环氧、丙烯和乙烯基酯及其它们的不含有异氰酸酯的掺合物。在前述Graefe等人的美国专利4，844，944和4，844，955中也揭示了适用于本发明的其它有用的树脂成分。
在配制本发明的较佳聚酯树脂时，先在混合机26内将硬质不饱和聚酯和软性不饱和聚酯树脂相混和，然后加入苯乙烯单体。还加入DMPT并完全混合，然后加入诸如碳酸钙之类的填料典型地混合约45分钟到1个半小时。然后将100磅这样配好的材料分送入压力室29内的加料筒中。加入约3/4磅的过氧化苯甲酰交联促进剂并混合约一分钟。将压力室29关闭并由压缩空气30将其加压到约5磅每平方英寸。开启节流阀32，到压力室29的空气压力增加到约10磅每平方英寸。空气压力以每隔1分钟增加约5磅每平方英寸的速率连续增加到约20至约25磅每平方英寸，此压力保持约5至8分钟，直到模子充满。在模子充满并溢出一些树脂混合物后，关闭节流阀并夹紧夹具以密封模子。然后模制物件固化。上述混合物在模子充满后的固化时间约为2分钟至约22分钟，最好是约2分钟至约6分钟，但可以在模子中保持更长的时间。如果不采用硅烷基底剂，固化时间可能是从约45分钟至约8小时或更长，以致过夜。较长的固化时间使聚酯树脂和丙烯壳体的非光整侧21之间能有更强的粘结。完成固化后，打开模子36，卸去壳体支撑和闭合模装置。切除任何溢出并粘结到模制阴模38外的过量硬化聚酯树脂，并用手从模制阴模38中取出模制好的浴缸。
用合适的设备修除刚脱模的浴缸10的过量聚酯硬化褙强材料14。合适的修整设备可以包括图6所示的修剪台60及水平安装的圆锯62。图7A至7C显示了本发明的光整的聚酯褙强的复合材料浴缸10。图1和图6所示的埋置螺栓22和支脚24插在浴缸的底表面上穿过模制的聚酯背板14并进入底板支撑板16。
在本发明的一个较佳实施例中，丙烯壳体12的厚度约为3.2毫米，而纤维加强件从壳体的非光整侧21测起约为1.0至2.0毫米。典型地，模制浴缸的总厚度在侧壁区域约8至10毫米，在底板区域为20-25毫米，边板区域的总厚度为从5毫米至约35毫米，最好是从约8毫米至约30毫米。壁中聚酯模制材料的厚度典型地为约4.4至约7毫米。较佳的承受浴缸底板支撑重量的加强结构典型地用木屑板、刨花板、胶合板或木质板制成，这些板的厚度最好为约7/16英寸，但也可从约1/4英寸至约1/2英寸，这取决于模制物件的底板及其下面的背板的所需厚度。面板支撑件典型地最好为图1所示之断面为1英寸×1英寸的木杆。
这样，虽然我们已描述了本发明的现在设想的较佳实施例，但本领域的熟练人员不偏离本发明的范围就能做出进一步的更改和变型，我们要求保护所有这些变型和更改。
权利要求
1.一种聚合物复合材料结构，其特征在于，包括一具有一光整侧和一非光整侧的聚合物壳体层；一粘结于聚合物壳体层的非光整侧的纤维增强树脂层，一粘结于聚合物壳体层的所述非光整侧及粘结于所述纤维增强树脂层的承受重量的加强结构；以及一包绕所述纤维增强树脂层和所述重量承受加强结构的模制的交联热固聚合物褙强层，它粘结于聚合物壳体层的所述非光整侧，所述热固聚合褙强层包括至少一种选自由聚酯、环氧、丙烯、乙烯基酯及其掺合物组成的物组的组分，但不含有异氰酸酯。
2.如权利要求1所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述聚合物壳体层的所述非光整侧由一种硅烷基偶合剂粘结于所述纤维加强层和模制交联热固褙强层。
3.如权利要求2所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述硅烷基偶合剂包含一种硅烷基底剂成分和一种异丁烯酸甲酯和溶剂掺合物。
4.如权利要求3所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述异丁烯酸甲酯和溶剂掺合物包括二氯甲烷、苯乙烯和水;而且所述硅烷基底剂成分还包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇中的3[2(乙烯基苄氨基)乙氨基]丙基三甲基硅烷。
5.如权利要求1所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述聚合物壳体层是一种聚异丁烯酸甲酯的丙烯聚合物。
6.如权利要求1所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述纤维加强层包括一层从由玻璃纤维、碳、陶瓷、硼、石墨、石棉绒、芳族酰胺及其混合物组成的物组中选取的纤维;以及所述重量承受加强结构从由木材、聚合物复合材料和无机重量承受结构组成的物组中选取，木材中包括木屑板、刨花板、胶合板和木质板。
7.如权利要求6所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述的纤维加强层包括玻璃纤维;所述重量承受加强结构包括位于所述聚合物壳体的底板部分和边板部分下面的本质加强结构。
8.如权利要求1所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，在固化前的所述模制交联热固褙强层包括一种硬质不饱和聚酯树脂、一种软性不饱和聚酯树脂、一种固体促进剂、一种过氧化物交联促进剂和一种填料，树脂对填料的比例为从2∶1到约1∶30。
9.如权利要求8所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，所述填料选从由碳酸钙、三水合铝、玻璃球、砂、陶瓷、云母、滑石、硅石及其混合物组成的物组中选取。
10.如权利要求1所述的聚合物复合材料结构，其特征在于，它具有浴缸的结构形状。
11.一种制造一种聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，包括将一具有一光整侧和一非光整侧的聚合物壳体成形为一合适的形状;用加强纤维的一种树脂混合物对所述聚合物壳体的非光整侧进行加强;将所述经加强的聚合物壳体置于一模子中，以其所述非光整侧盖住位于所述聚合物壳体的重量承受部分下的一重量承受加强结构;以足够的压力将不饱和热固聚合物褙强材料和交联促进剂的未固化混合物注入模子中，以迫使所述褙强材料涂复在所述壳体的非光整侧并覆盖所述纤维加强材料和所述重量承受加强结构;以及以合适的温度及足够的时间使所述注入模子的热固聚合物褙强材料固化，以使热固聚合物材料硬化及交联并粘结于所述纤维加强材料和聚合物壳体的所述非光整侧，以允许将复合材料结构脱模而不会损坏。
12.如权利要求11所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，还包括在加强前用硅烷基偶合剂作为底剂涂于聚合物壳体的所述非光整侧。
13.如权利要求12所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述硅烷基偶合剂包括一种硅烷基底剂成分和一种异丁烯酸甲酯与溶剂掺合物。
14.如权利要求13所述的聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述异丁烯酸甲酯和溶剂掺合物还包括二氯甲烷、苯乙烯和水;而且所述的硅烷基底剂成分还包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇中的3[2(丁烯基苄氨基)乙氨基]丙基三甲基硅烷。
15.如权利要求11所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述非光整侧的加强包括将聚酯树脂混合物中的纤维进行喷涂和滚压，纤维从由玻璃、陶瓷、硼、碳、石墨、石棉绒及芳族酰胺组成的物组中选取，还包括在将所述加强壳体放入模子之前使所述增强纤维树脂层固化。
16.如权利要求11所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述的重量承受加强结构从由木屑板、刨花板、胶合物、木质板、聚合物复合材料、无机重量承受结构及其组合组成的物组选取。
17.如权利要求11所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述热固聚合物褙强材料包括一种由硬质不饱和聚酯树脂、软性不饱和聚酯树脂、固化促进剂、过氧化物交联促进剂及填料组成的混合物，树脂和填料的比例为约2∶1至约1∶30，但不包含异氰酸酯。
18.如权利要求17所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述的填料从由碳酸钙、三水合铝、玻璃球、陶瓷、云母、滑石、硅石、砂及其混合物组成的物组中选取。
19.如权利要求16所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述的聚合物复合材料结构包括一底板和一边板部分;所述将重量承受加强结构放在模子中的过程包括将所述加强结构放在聚合物壳体的所述底板及所述边板部分的下面。
20.如权利要求17所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述热固聚合物树脂材料还包括一种发泡剂以降低所述褙强材料的密度。
21.如权利要求11所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述的热固聚合物褙强材料包括至少一种从由聚酯、环氧、丙烯、乙烯基酯及其掺合物组成的物组选取的组分，但不含有异氰酸酯。
22.如权利要求11所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述复合材料结构具有浴缸的结构形状。
23.一种制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，包括使具有一光整侧和一非光整侧的聚合物壳体成形为一适当的形状;将所述聚合物壳体置于一模腔内，以其所述非光整侧覆盖住恰当地置于模腔内的一纤维加强结构和重量承受加强结构;以足够的压力将热固聚合物褙强材料的和交联促进剂的未固化混合物注入所述模子迫使所述聚合物褙强材料涂覆所述壳体的非光整侧并覆盖所述纤维加强材料和所述重量承受加强结构;以及以适当的温度和足够的时间使所述注入模子的聚合物褙强材料固化，以使聚合物褙强材料硬化和交联，并且粘结于聚合物壳体和所述纤维加强材料和所述非光整侧，以允许将复合材料结构脱模而不损坏。
24.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，它还包括在将壳体置于模腔内前给所述聚合物壳体涂上一种硅烷基偶合剂作为底剂。
25.如权利要求24所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述的硅烷基偶合剂包括一硅烷基底剂成分及一异丁烯酸甲酯和溶剂掺合物。
26.如权利要求25所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述异丁烯醇甲酯和溶剂掺合物还包括二氯甲烷、苯乙烯及水;而且所述硅烷基底剂成分还包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇中的3[2(乙烯基苄氨基)乙氨基]丙基三甲基硅烷。
27.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述纤维性加强结构包括一纤维垫，纤维垫包括从由玻璃、陶瓷、硼、碳、石墨、石棉绒及芳族酰胺组成的物组中选取的纤维。
28.如权利要求27所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述纤维加强结构是通过预制一个形状与所述壳体的非光整侧相适配的纤维和树脂结构来准备的。
29.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述重量承受加强结构从由木屑板、刨花板、胶合板、木质板、聚合物复合材料、无机重量承受结构及其组合组成的物组中选取。
30.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述热固聚合物褙强材料包括由硬质不饱和聚酯树脂、软性不饱和聚酯树酯、固化促进剂、过氧化物键合促进剂和填料组成的一种混合物，树脂和填料的比例为约2∶1到约1∶30，但不含有异氰酸酯。
31.如权利要求30所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述填料从由碳酸钙、三水合铝、玻璃球、陶瓷、云母、滑石、硅石、砂及其混合物组成的物组中选取。
32.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述聚合物复合材料结构包括一底板和一边板部分;而且，所述的将重量承受加强结构置入模子中的步骤包括将所述加强结构置于聚合物壳体的所述底板和所述边板部分的下面。
33.如权利要求30所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述热固聚合物树脂材料还包括一种发泡剂，以减小所述褙强材料的密度。
34.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述热固聚合物褙强材料包括至少一种从包括聚酯、环氧、丙烯、乙烯基酯及其掺合物的物组选取的组分，但不含有异氰酸酯。
35.如权利要求23所述的制造聚合物复合材料结构的方法，其特征在于，所述复合材料结构具有浴缸的结构形状。
全文摘要
本发明揭示了一种具有浴缸结构形状的聚合物复合材料结构及其制造方法。此结构包括一丙烯壳体及粘结于壳体之非光整面上的塑料模制褙强层。一纤维增强树脂层粘结于壳体的非光整侧。一重量承受加强结构粘结于壳体的非光整侧及纤维加强层。模制聚合物褙强层用交联热固聚合物制成，但不含有异氰酸酯。此复合材料结构的制作方法包括预制丙烯壳体、用纤维加强的树脂混合物通过喷涂及滚平对丙烯壳体的非光整侧进行加强、将加强壳体放入模子中，以其非光整面盖住位于壳体底板和边板下的加强结构和加强条，而后在低压下向壳体和阴模之间注入热固聚合物褙强材料。
文档编号B32B27/12GK1071879SQ911105
公开日1993年5月12日 申请日期1991年10月30日 优先权日1991年10月30日
发明者卡尔·T·库什加, 罗纳得·D·巴恩特, 贾弗里·E·威利斯 申请人:美国标准股份有限公司