制造雪上滑行板的方法以及根据该方法获得的雪上滑行板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了制造雪上滑行板的方法，其中所述的板包括嵌在丙烯酸树脂中的至少一纤维加强层(20)，该方法中，依次将板的所有组件放入模具中，关闭模具之后，将该装配体暴露于预定的压力和/或温度条件下，其特征在于，在置于所述压力和/或温度条件之前和/或同时，用至少含有70%重量份的烷基(甲基)丙烯酸酯的浸渍组合物浸渍纤维加强层(20)。
【专利说明】制造雪上滑行板的方法以及根据该方法获得的雪上滑行板
【技术领域】
[0001]本发明涉及板上运动(board sports)，尤其是雪上滑板运动。更特别地，涉及制造具有复合加强层(composite reinforcement)的雪上滑行板,其由纤维层构成,所述纤维层浸溃了能聚合成树脂的基质。更具体地，本发明涵盖这样一种方法，其中，选择用于浸溃加强层的基质基于丙烯酸化合物——更确切地说，是在浸溃加强层后能够发生聚合反应的化合物。
【背景技术】
[0002]通常，在雪上滑行的板在中央板芯(core)的两侧均设置有刚性加强层，这些加强层凭借中性纤维这种分隔作用而赋予该板一定刚性。
[0003]特别地，这些加强层可含有复合结构，其结合了一种或多种浸溃有树脂的纤维层，这些树脂在使用温度范围内是刚性的。
[0004]纤维层优选基于高韧性纤维股，例如，玻璃、碳、芳纶或甚至是玄武岩纤维(basaltfiber)，或甚至基于高性能天然纤维，例如亚麻纤维。
[0005]所采用的树脂通常是热固型的，多为环氧化物型聚合物。这些树脂具有某些优势。这是因为环氧树脂采取包含较长聚合链的组合物形式，这些聚合链与加强层的各股纤维细丝结合。当其暴露于合适的温度条件下，这些聚合链在交联反应中彼此反应，从而各聚合链之间形成桥联，由此形成了特定的刚性网络。该交联反应的不可逆性使得刚性持久。实际上，该交联反应在滑板的生产模具中发生，其中堆叠了滑板结构的所有零件。
[0006]在放入模具之前对纤维层进行浸溃，从而能分批处理最佳比例的树脂，并使其分散于加强层的整个表面上。通常，在所谓的“湿化”过程中，环氧树脂在交联反应发生前处于粘结较快的状态，从而使得对加强层的操作较为繁复，因为其对灰尘敏感并很容易受污染。当然也可以在纤维层浸溃后着手进行第一阶段的部分树脂交联。该第一阶段显著改善了树脂的快粘结特性，从而使树脂置入模具的这一操作变得容易。
[0007]然而，应当特别注意控制该第一部分反应，这样在最终成型期间，加强层才能在模具里保留形变能力。
[0008]在使用这一类树脂的适用限制条件中，需要采用较高的温度来引发多聚物链之间的交联反应。因此，这些过程需要消耗大量的能量，并且迫使人们必须选择能够耐受高温的材料用于滑板的所有零件部分。
[0009]另一个与浸溃操作相关的问题在于，在将加强层切割成板形时产生的边角料，从而造成大量树脂的浪费。
[0010]另一个限制在于，这样获得的滑板是不可循环利用的结构，因为交联反应的不可逆性导致所能够获得的是热固性的树脂。
[0011]在US5544908中，设想了热塑树脂的应用，尤其是基于丙烯酸化合物。这种滑雪橇的制造相对复杂，因为它需要利用在先阶段中制造的复合加强层，在涉及使用难以操控的溶剂的条件下，使已聚合的丙烯酸树脂渗透入加强层的中心。而在后续阶段中，需要在加压条件下注入板芯，通常采用非常特殊的工艺。
【发明内容】
[0012]本发明的一个目的在于提供一种有助于雪上滑行板生产操作的方法，尤其是关于复合加强层的制造。另一目的在于提高制造含有这些加强层的滑板工艺中的能源效率。又一目的在于减少所用材料的浪费。再一目的在于改善雪上滑行板的可循环利用性。
[0013]因此，本发明涉及雪上滑行板的制备方法，该板包括至少一个浸溃有丙烯酸树脂的纤维加强层。在此方法中，模具里放置滑板的所有零件，关闭模具后，这些装配体(assembly)经历预先设置的施用于所有或部分这些零件的压力和/或温度的条件下，从而最终形成特定成品形状的滑板。
[0014]根据本发明，该方法的特征在于，在经历这些压力和/或温度条件之前，将所述纤维加强层浸溃于至少含有70%重量份的烷基(甲基)丙烯酸酯的浸溃组合物中。
[0015]换言之，在纤维层上形成加强层的热塑树脂在成模操作期间聚合，即，原位进行聚合。或者，将包含(甲基)丙烯酸酯单体的组合物置于在纤维加强层上，所述单体在压力与温度条件下聚合。因此，在压力和/或温度条件触发单体聚合开始之前，纤维加强层浸溃有主要基于单体的浸溃组合物。
[0016]因此，本发明可通过深入板芯的浸溃来使加强层浸溃在热塑树脂中，从而获得滑板的加强层的有利机械性能。应当注意，本发明的工艺与采用已聚合的热塑树脂进行浸溃的工艺完全不同，因为这种树脂具有极高的粘度，从而阻止深入板芯地进入纤维加强层，或者需要很高的压力和温度条件，从而使得该方法非常难以处理且昂贵。
[0017]于是，鉴于含烷基(甲基)丙烯酸酯单体的组合物粘度很低，浸溃可轻松地完成，且能保证浸溃均一，因为该组合物能很好地沿着纤维加强层扩散。此外，紧密控制基质的用量，并对其优化从而获得所需的树脂百分比且不造成原料损失。
[0018]“烷基(甲基)丙烯酸酯的组合物”应理解为，其中的单体可以是单一的，S卩，单体的烷基基团可以是相同的组合物，但也可以是含有不同的单体，各单体可以有不同烷基基团的组合物。因此，聚合后如此获得的树脂可以是均聚物或共聚物。
[0019]较佳地，为了获得具有最佳补强效果的聚合物链，优选烷基(甲基)丙烯酸酯中的烷基基团的碳链含1-15个碳原子，其中的例子有(但不限于):甲基、乙基、仲-丙基(s-propyl)、异丙基、仲-丁基、异丁基和叔丁基基团。
[0020]实际上，可选择浸溃组合物中单体的最小量，从而在组合物的挥发性能，S卩，其维持在纤维加强层中而不蒸发的能力，与确保其最佳分布的组合物粘度之间达到平衡。
[0021]因此，根据工作条件以及溶液中的非单体添加物之类的不同因素，烷基(甲基)丙烯酸酯单体总的重量百分比宜大于70%，优选大于80%，更优选大于90%或甚至95%。
[0022]对组合物单体部分的添加物可包括不同组分，尤其可以是增加总粘度的聚合物链。
[0023]较佳地，这些聚合物链可由与组合物的大部分组分相似的单体构成。换言之，这些聚合物链可包括少量的烷基(甲基)丙烯酸酯单体，从而形成烷基(甲基)丙烯酸酯单体的均寡聚物或共寡聚物，这取决于组成单体的烷基基团相同还是不同。
[0024]当然，浸溃组合物还可包括其他能够使聚合反应顺利完成的其它必需组分，尤其是自由基引发剂，主要选自过氧化物和偶氮腈家族，例如偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(PBO)。
[0025]实际上，在25°C下测量时，浸溃组合物的粘度宜为10-5000厘泊(cP)之间，优选为IOO-1OOcP,更优选大约为 500cP+/_10%。
[0026]这是因为，当粘度过低时，过度的流动性导致操作难以处理，且会有组合物自模具泄露的风险。此外，因单体有挥发性，可能出现蒸发现象，并在聚合后出现更大的材料收缩率。当高于极限粘度时，据信组合物的流动可能有所减缓，且浸溃分布不均的风险也有所增加
[0027]本发明加强层的制造方法也可与滑板上部保护层和装饰层的特定制备方法组合。
[0028]因此,第一种实施方式中，浸溃有浸溃组合物的纤维加强层可在其上表面设置有预先存在的热塑材料层，该材料基于与烷基(甲基)丙烯酸酯化学相容的材料，从而该层能有效地粘附并成为滑板的保护顶层。
[0029]显然，该热塑材料层可以基于和浸溃纤维加强层的树脂相似的丙烯酸树脂。
[0030]在另一实施方式中，可以先在纤维加强层上放置过量的浸溃组合物，再关闭模具。该过量的浸溃组合物在模具关闭时接触模具盖子的内表面，从而在模制后，该过量的浸溃组合物形成滑板的保护顶层。
[0031]换言之，浸溃加强层的组合物的用量应足够，不仅在加强层的内部，还在其上部进行聚合，从而与加强层形成紧密结合的热塑树脂层。
[0032]在一种实施方式的改变形式中，还可以先在加强层上涂设装饰膜，再放置过量的浸溃组合物，从而将滑板的装饰层整合在要聚合的层下方。
[0033]这种膜可以是极为不同的性质。尤其是非织造玻璃(unweaved glass)或聚酯,或较佳地，丙烯酸。特别地，可用油墨打印形成装饰图案。这种膜可以有多种几何结构。特别地，可为固体，或可增强膜上或膜下区域之间的浸溃组合物连通，从而增强保护顶层的锚定作用。这种膜可以存在于滑板的整个表面，或者也可以仅在一个或多个特定区域出现。
[0034]还可以设想实施该方法的各种改变形式。
[0035]在第一种实施方法中，可先将纤维加强层置入模具中，然后进行浸溃，再关闭模具。换言之，当将加强层置入模具之时，可在其顶部放置所需量的浸溃组合物，从而获得含有所需比例的纤维和树脂的复合加强层。
[0036]应注意，当一块滑行板具有数层加强层时，可多次重复本操作。因此，当一块滑行板在基底上部、板芯下部具有纤维加强层时，可在板芯定位之前进行首次浸溃。然后在后续阶段中对位于板芯上部的上层加强层进行浸溃。当然也可以在放入模具之前将浸溃物混合，而以上的步骤就直接发生在模具里了。
[0037]在另一种实施方式中，当模具已经关闭时，可采用注射或灌注技术进行浸溃。为如此做，其中包含了滑行板零件的模具需要有贯穿至内部容积的开口。
[0038]然后，可在压力下灌注浸溃组合物，或者通过贯穿于模具内容积的其他吸入口吸入模具内。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]本发明的实施方式及其带来的优点，可以借助附图和以下对实施方法的描述得以明白:
[0040]-图1为一简化的剖视图，其显示了雪上滑行板的生产模具，其中在该模具关闭之前，滑行板的多个零件已经部分堆叠在内。
[0041]-图2与图1非常相似，为制造方法的一种变化形式。
[0042]显然，这些图表只作解释目的，且主要用于理解本发明，而并非代表与现实完全一致，尤其是所阐述各物件的尺寸。
【具体实施方式】
[0043]如上所述，本发明涉及一种雪地滑行板的制造方法，其也同样不难适用于雪橇，包括(并不限于)高山滑雪板、旅游滑雪板或越野滑雪板以及冲浪板。
[0044]通常，如图1所示，雪地滑行板在含有底座(2)和模盖(3)的模具⑴中通过模制成形。所述底座(2)含有壳体(4)，其中存放了滑行板的所有组成零件。本发明板型结构种类并无限制，特别地，可以是三明治式(sandwich type)结构和壳式(shell type)结构。图1所述的形式是三明治式结构，模具的底座(2)设有基底，外围有正方形底边(11)，底边上则放置了原始的加强层(13)。
[0045]所述加强层(13)可以是纤维加强层，或采用其他金属或类似材料的不同加强层，在是纤维加强层的情况下，可采用本发明的浸溃方法。可通过多种不同方式、不同材料来制造纤维加强层，例如玻璃纤维、碳纤维、芳纶或玄武岩纤维，或如亚麻或类似材料的天然纤维。
[0046]加强层的数量也不受限制，可以叠加数个独立的相同或不同性质和/或几何结构的(加强)层。
[0047]若下部加强层(13)为纤维类型，其可容纳一定量的浸溃组合物，所述浸溃组合物以连续方式或在特定区域内放置在加强层的上表面，所述浸溃组合物的用量足以达到所需浸溃。然后，下部加强层(13)接收细长型组件(15)，从而形成带有外侧边缘(16)的板芯。
[0048]然后在装配件上涂布纤维层(20)以形成以后的上部加强层。在所述的形式中，该加强层(20)在两侧突出到模具底座(2)的肩部(5)，从而使该上部加强层(20)在模塑过程中具备形变的能力。在该阶段，如下部加强层(13) —样，上部加强层(20)接收一定量的浸溃组合物。当然，其他加强层——尤其是金属性的——可与下部纤维加强层(13)和/或上部纤维加强层(20) —起添加。
[0049]在浸溃后，上部加强层接收保护性以及装饰性顶层(21)。然后，将模具的模盖和底座接触从而关闭模具，以对模具内的所有组成部分施压。然后根据对于升温时间、恒温维持时间以及降温阶段作优化的周期，使得装配件处于适合浸溃组合物聚合的温度和压力下。
[0050]在模塑期间，上部保护层(21)以及上部加强层(20)获得由模具盖(3)和板芯
(15)的互补几何形状赋予的形式，可能具有3D效果。
[0051]由于浸溃组合物包含大多为单体的部分，因此其即便在较低温度下也易于变形。
[0052]在第二种实施方式中，如图2所述，各种组件，S卩，基底(10)、正方形底边(11)、下部加强层(13)，板芯(15)、边缘(16)以及也作浸溃的上部加强层(20)，均与图1相似的方法置于模具底座(2)中。
[0053]然后，将涂覆有装饰图案(如果已印有的话)的膜放置于加强层之上。如前所述，这种膜可存在于整块板的长度上，或只存在于较小面积的部分。之后，在模具关闭之前，将一定量的浸溃组合物置于膜(30)的顶部，所述组合物形成一类圆顶(31)，该圆顶的形式取决于浸溃组合物的粘度。在该层(31)中材料的含量足以填充模具盖(3)下表面存在的空隙，这样，当模具闭合时，模具盖的整个下表面(8)与圆顶(31)相接触。因此，在施加温度周期以便聚合浸溃组合物时，膜(30)上放置的多余量(31)就产生形变并变得坚硬，从而形成滑板的上保护层。
[0054]在未示出的改变形式中，可以这样的方式制造滑板:将包括具有上保护层的加强层在内的所有滑板组成零件均置于模具中，然后闭合模具。这种模具装配有完全贯通的开口，能够用于在压力或抽吸作用下输入一定量的浸溃组合物，然后所述组合物根据所施加的压力场移动并浸溃整个纤维加强层。可借助粘度较低的所述组合物来帮助浸溃组合物的这种流动。
[0055]例如，可采用多种浸溃组合物。
[0056]浸溃组合物的第一个例子可如下获得:将一定量的固体聚甲基甲基丙烯酸酯(PMMA)溶解于液体的甲基丙烯酸甲酯组合物(MMA)中，使得MMA的重量份为75%，而PMMA的重量份为25%。在环境温度约25°C下混合48小时能够使其溶解。在同样为25°C左右的环境温度下测得如此获得的丙烯酸浸溃组合物的粘度大约为500cP (+/-50cP)。在完全溶解后，可加入比例为500ppm(+/-10%)的自由基引发剂。可采用不同的自由基引发剂，尤其是偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(PBO)。
[0057]浸溃组合物的第二个例子可通过相似的步骤获得，唯一的区别在于MMA单体和PMMA聚合物的比例不同。在这第二个例子中，单体部分的重量份为85%。在相同条件下测得的该组合物粘度大约为250cP(+/-50cP)。
[0058]浸溃比例取决于所用纤维的性质本身以及所需的机械性能。例如，树脂重量与纤维重量之比可约为80:20 (+/-10%)，约等于-对于玻璃纤维-30:70的体积比。
[0059]关于施用的温度周期，稳定的温度范围在50-115 °C之间，较佳地为80-105 V之间，更佳地为80°C -90°C。该稳定温度的持续时间在5-20分钟之间，较佳地约为10分钟。
[0060]当然，只要按照本发明的原理，可以设想多种改变形式，S卩，对在模塑操作中甲基丙烯酸单体聚合的执行方式。
[0061]可见，根据以上阐述的本发明方法具有多种优点，如下所述:
[0062]-所获得的滑板与用热固树脂浸溃加强层生产的那些具有极其相似的机械特性；
[0063]-进行聚合反应所需的模塑温度远低于实施热固聚合树脂交联反应所需施加的温度，尤其是环氧树脂所需的105°C _115°C。结果是制造过程中整体能量的节省；
[0064]-模塑温度较利用热固树脂的相同工艺中测得的温度低，同时也具有限制施加于滑板其他零件的热应力的优势。特别地，装饰层和保护层可选用更便宜的材料，因为其无需具备抗高温的性能。而事实上，当这些装饰层无需经受过度高温时，其光泽就可得以维持。
[0065]-单体为主的组合物具有非常低的粘度，其可用于直接在模具中对纤维加强层进行浸溃，而无需进行预先浸溃。因此，在将加强层切割成滑板的形状期间，仅在未浸溃的织物中产生了边角料。因此在这些织物边角料产生的同时不会浪费浸溃材料。
[0066]-采用本发明浸溃组合物获得的丙烯酸树脂透明度很高，因此获得有利的美学效果，可以清楚地看到装饰层的具体细节，而纤维加强层，尤其是玻璃做的那些，从整个厚度看来都是透明的；
[0067]-由于其具有热塑特性，且聚合反应发生于模塑期间这一事实，可获得相对复杂的三维形状，而在过去的工艺中，形变发生之时树脂在浸溃的加强层中已聚合；
[0068]-本发明方法获得的雪上滑行板因为浸溃加强层的树脂的热塑性质而更易回收。因此，滑板各组成零件的材料在施加合理的温度时(接近150°C)就能够分离，并能够各自回收。应注意，聚合反应本身是可逆的，因为将丙烯酸树脂置于约400°C的温度下就能够使聚合链分解为原始的单体。因此，随后可重复使用所获得的浸溃基质。
【权利要求】
1.制造雪上滑行板的方法，其中所述的板包括嵌在丙烯酸树脂中的至少一纤维加强层(20)，该方法中，依次将板的所有组件放入模具中，关闭模具之后，将该装配体暴露于预定的压力和/或温度条件下，其特征在于，在置于所述压力和/或温度条件之前和/或同时，用至少含有70%重量份的烷基(甲基)丙烯酸酯的浸溃组合物浸溃所述纤维加强层(20)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烷基(甲基)丙烯酸酯单体的烷基基团含有1-15个碳原子。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，烷基丙烯酸(甲)酯的单体的烷基基团选自下组:甲基、乙基、仲-丙基、异丙基、叔丁基、仲-丁基、异丁基。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的组合物包括至少70%重量份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的组合物包括烷基(甲基)丙烯酸酯均-寡聚物和/或共-寡聚物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，25°C下，所述的浸溃组合物的粘度为10cP-500cP，较佳地为 IOOcP-1OOOcP，更佳地约为 500cP。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在关闭模具之前，纤维加强层(20)在其上表面覆有热塑材料层(21)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的热塑材料层是基于丙烯酸树脂。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在关闭模具之前，将过量的浸溃组合物(31)置于纤维加强层(20)上，在关闭模具时，所述量的浸溃组合物(31)接触模具盖(3)的内表面，从而在模塑后，所述量的组合物能够形成所述板的外保护层。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，先在加强层的顶部涂设装饰膜，再放置额外量的浸溃组合物。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维加强层在置入模具之前进行浸溃。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，先将一个或多个纤维加强层置入模具中，然后进行浸溃，再关闭模具。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在模具关闭之后，所述的浸溃组合物经由一个或多个穿透进入所述模具的内部容积的开放口输入。
14.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的浸溃组合物经由一个或多个穿透进入所述模具的内部容积的开放口吸入。
15.由以上任一权利要求所述方法获得的雪上滑行板。
【文档编号】C08J5/24GK103963397SQ201410018447
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2013年2月5日
【发明者】J·克里斯陶德, E·卡西巴, J·勒马森, T·莫内 申请人:金鸡滑雪具公司