本专利申请要求于2014年5月12日提交的美国临时专利申请序列号61/991,768的优先权，其内容通过引用方式合并于此。
技术领域：
本发明大致涉及用于增强制品的材料和方法。尽管本发明的方法和材料也可以用于增强聚合物基制品，但特别方面是涉及用于增强金属制品的方法和材料。特别是，本发明涉及利用用于增强制品的、可喷涂的可固化涂料。
背景技术：
：机动车辆、家电、燃料罐、液体输送系统以及其他类似制品通常由板材制造而成。制造商一般优选使用相对薄的板材以便减小所制造的制品的重量和/或成本。然而，板材制作的越薄，则其强度越小，并且这会引起耐用性和最终产品外观的问题。例如，汽车工业正通过利用较薄的钢材或铝材用于制造来寻求减小重量，从而提高机动车辆的燃油效率。正如下述详细解释的一样，本发明提供了通过向诸如钣金制品(sheetmetalarticle)的制品施加一层相对轻重量、高强度增强材料来增强制品的材料和方法。这减少了制品的总重量同时维持其强度和外观。技术实现要素：公开了一种用于增强由相对薄体材料制成的制品的方法，所述制品例如汽车车身板件、罐、管等此类。所述方法包括在制品的至少部分表面上施加组合物，该组合物包括增强材料分散其中的的可固化树脂混合物。特别是，该树脂材料可以包括双酚A二缩水甘油醚和环氧酚醛树脂的混合物，以及分散在其中的碳纤维增强材料。固化该组合物以产生增强了所述制品的高强度涂料。固化可以是热固化，所述热固化工艺可以与涂覆步骤或其它制造步骤整合。在一些具体例子中，所述组合物包括以重量计的10％-60％的双酚A二缩水甘油醚、5％-25％的环氧酚醛、和5％-25％的碳纤维增强材料。本发明的可固化组合物在其未固化状态下可以具有50,000-600,000cPs的粘度。所施加的层厚度可以为0.1-3.0mm，该厚度可以是均匀的，该厚度也可以沿制品各部分而改变。通过喷涂、挤涂、滴涂、推浆等可以实现涂料的施加。应注意的是，本发明的涂料不会被洗掉、或者换句话说不会污染处理槽，例如制作机动车辆或其他制品的工艺中通常使用的各类型磷化槽或者电镀槽。还重要的是，本发明的涂层是可焊的。还公开了本发明的具体组合物。本发明的详细说明本发明可以以多种实施方式实施，并且关于加强多种不同制品而实施，这些制品包括但不限于机动车辆车身板件、家电、家具、罐、管线及其它由金属和/或聚合物材料制成的平面或管状制品。在本发明的基础实施方式中，通过将可固化聚合物的组合物涂覆制品的至少一表面来增强该制品，所述组合物具有分散其中的增强材料。在特别实施例中，通过将组合物喷涂到制品上可以执行该涂覆。在其他例子中，通过将大片材料挤出到制品上、将一层材料涂到制品、或者其它本领域技术人员已知和显然的工艺可以执行该涂覆。本发明的组合物可以包括可热固化树脂(例如可热固化环氧树脂)或者该类树脂的混合物，同时增强材料可以包括纤维材料，例如玻璃纤维或碳纤维。在其他例子中，增强材料可以包括天然纤维、矿物纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，例如聚酰亚胺或聚酰胺纤维。在一些例子中，增强涂料可施加到制品的整个内部表面和/或外部表面。例如，涂层可以施加到汽车板件的整个对内表面。已经发现，这样做可以防止板件的前部的可视表面的“透视(readthrough)”，其中，树脂本体在板件的部分内侧表面上的轮廓在板件的外部表面上产生相应的轮廓。在对此不需要考虑的其他例子中，可以只涂覆制品的一部分。在一些例子中，以均匀的厚度向制品施加涂料，而在其他例子中，特别当制品的表面是曲面时，涂层厚度可以随着制品的表面曲率的函数和/或强度需求而改变。在该类例子中，已经发现不同厚度的变刚度可以有助于成形制品的尺寸稳定性。已经发现，在一些制造工艺中，可热固化组合物的使用是特别有利的，因为这样固化步骤可以与后续加热步骤例如为固化涂料的步骤相协调。在这种例子中，向制品施加组合物，然后预固化、或者部分固化所述组合物是尤为有利的，以便增加其粘度并阻止所涂覆的制品流动或黏结。在预固化后，所述制品随后可传递至后续工艺步骤例如组装步骤和涂料固化步骤。在一特别实施例中，本发明利用了可热固化、环氧树脂基、含碳纤维的组合物，用于增强金属片材制品，例如汽车车身板件、建筑板件、家具、家电、管线或其它管状构件、燃料罐和其他容器。在一组典型组合物中，树脂成分包括以重量计组合物的大约50％，且碳纤维增强材料包括以重量计组合物的大约15-20％。组合物可进一步包括固化剂和填充剂，例如炭黑、硅灰石、气相二氧化硅、胶粉等。通常，该类型的组合物还将包括偶联剂或结合剂，例如硅烷基材料，辅助于将树脂组分结合到组合物中的其他固体上，例如碳纤维和填充剂。偶联剂和结合剂还可以辅助于将材料结合到被增强的制品上。其他树脂，例如尿烷也可以包括在该组合物中，作用为改进硬度、弹性、粘性或固化组合物的其它物理性质。本发明的一组示例性组合物利用了包含双酚A二缩水甘油醚与环氧酚醛树脂的环氧树脂的混合物。该类型的组合物可以进一步包括非环氧树脂，例如尿烷。组合物将进一步包括固化剂、填充剂、以及偶联剂，还有诸如碳纤维的增强纤维。下方表1以商品名以及化学通用名列出了本发明的一组示例性组合物的组分。就该点而言，表1提供了具体组合物的真实重量百分比、以及该通用型的其他组合物中可能存在的各种组分的重量范围。表1在表1的组合物中，组分2和4包括双酚A二缩水甘油醚；就这点而言，组分4的树脂通过双酚A二缩水甘油醚与端羧基丁二烯丙烯腈弹性体的加成进行了改进。组分3和6包括环氧酚醛树脂；类似的，组分6中环氧酚醛与端羧基丁二烯丙烯腈弹性体进行了加成。组分7是另一种二缩水甘油醚环氧树脂。这些组分形成了该组合物的可固化树脂基础部分。表1中特别的组合物包括确定为组分1和5的其他可固化树脂组分。组分1为包含置于可固化双酚A环氧树脂中的橡胶颗粒的产品。组分5为用于为精细涂层(finishedcoating)提供韧性的可固化尿烷树脂。本发明的组合物在其中包括增强材料，在表1中的材料中，增强材料主要是确定为组分9的碳纤维。其他增强材料例如玻璃纤维、有机纤维等也可以用于类似的组合物中。通常，偶联剂也将包括在组合物中以使树脂组分一旦被应用可粘附到增强材料以及基体上。在表1的组合物中，偶联剂包括确定为组分8的有机硅烷-环氧材料。组合物还将包括固化剂，可促进树脂组分的硬化。在表1的组合物中，固化剂包括第12项，即微粉化双氰胺。其他本领域技术人员已知的、可用的固化剂也可以同样使用。所应用的固化剂的特别类型和用量在某种程度上将取决于具体组合物中使用的特别树脂的性质，本领域技术人员可以易于进行选择。表1的组合物还可以包括填充剂，具体如本文所述，这些填充剂可以包括确定为组分10的炭黑以及诸如示出为组分11的硅灰石的矿物填充剂、确定为组分13的气相二氧化硅、以及前述提及的组分1的橡胶材料。本发明的组合物的各组分的混合将取决于被应用的特别材料。依据一种制备表1的组合物的方法，组分1-8相继加入到具有用于温控的冷却装置的混合系统中。在变化的低、高剪切条件下混合各组分大约20分钟。然后，组分9-11加入到混合物中，在变化的低、高剪切条件下再次混合，与此同时维持材料温度低于90℉。在该第二步之后，第12-13项逐次加入到混合物中，混合进行10分钟直到所有的粉末组分都被润湿。此后，向混合物施加真空并且在低剪切条件下持续混合15分钟以产生最终产物。上述类型的组合物的密度通常为10-12磅/加仑。这些组合物的粘度通常为50,000-600,000cPs，且组合物呈灰黑色。向一系列厚度为0.6mm的相同的钢板以不同的厚度施加对应于表1的具体组合物的材料，通过三点法以压制和张紧测量了涂覆样本的抗弯强度，其中，涂覆板件以两个间隔的点支撑在第一表面，在两个支撑点之间的一点处由反面向其施加力。在压制模式中，从具有涂覆材料的一侧的上方施加力。在张紧模式中，从钢基体的未涂覆侧施加力。类似的，对钢厚为0.65mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm在张紧中测量抗弯强度。检测结果汇总于下方表2中。表2样本钢厚(mm)材料厚度(mm)检测类型强度(N)10.601.02压制(compresion)100.3020.601.02张紧(tension)77.2030.600.73压制71.9040.600.82张紧74.9050.600.65压制64.0660.600.60张紧44.5870.651.00张紧80.5080.652.00张紧130.0090.701.00张紧83.45100.702.00张紧140.00110.801.00张紧90.00120.802.00张紧145.00130.901.00张紧100.00140.902.00张紧155.00不难看出，本发明的组合物极大地增加了向其施加了该组合物的钢基体的抗弯强度。利用铝基体发现的类似结果示出于表3中。表3本发明的涂料的断裂韧性通常为0.5-0.6KJ/m2。对于钢基体和铝基体，本发明的组合物的剥离强度大约为16MPa，通过将由于涂覆材料结合的两个基体成员拉开所需的力测量所述剥离强度。本发明的组合物极大地提高了向其施加了该组合物的基体的结构完整性。此外，未固化的涂覆材料可稳定储存相当长的一段时间，且可以易于施加到基体而无需大量的表面预处理。固化的涂料在宽的温度范围内是尺寸稳定的。他们耐腐蚀并且耐盐水和大气污染物的侵蚀。在本发明的实践中，增强组合物可以要么机械要么手动施加到制品；通过包括但不限于喷涂、挤涂、滴涂、推浆等工艺可以完成该施加。该组合物可以施加到制品的整个表面、或者只有部分表面。虽然前述描述主要关注了将组合物施加到金属制品，但可以理解的是，本发明在聚合物基制品的增强上也具有重要应用，包括复合制品，例如航空工业利用的该类型纤维增强复合物。虽然前述描述主要讨论了热固化该组合物，可以理解的是，本发明也可以实现为与化学固化的材料或光化学固化的材料联合使用。前述讨论、描述以及附加内容描述了本发明的特别方面和实施例，但并不意味着将其实践限定至此。在本文呈现的教导下，本发明的其他实施例对于本领域技术人员是显然的。后续权利要求及所有等价内容限定了本发明的范围。当前第1页1 2 3