结构体及其生产方法与流程

本发明涉及含有热塑性材料的结构体及其生产方法。

背景技术：

长期以来已知的是，出于减轻重量的目的、为了改善机械性能或由于其他原因，生产具有整体结构的泡沫——即一体式的泡沫。这些所谓的整体泡沫或结构泡沫具有高密度外皮或外层以及朝向芯部密度降低的内层。例如，整体聚氨酯泡沫可以通过将可发泡的反应混合物置于封闭的模具中直接生产，所述模具的外侧被冷却。结果，在混合物在模具的冷内表面上发泡期间，形成一个区域，在该区域中尽管含有发泡剂，但发泡过程被阻止，并且形成了不含泡沫单元的更高密度的固体表皮。描述了多种这样的方法，例如在becker/braun，塑料手册第7卷，聚氨酯(kunststoffhandbuchbd.7polyurethane)，hanser出版社1993中。

生产类似地结构化的形成物的其他可能性，例由热塑性塑料制成，可借助挤出机技术实现。作为代表，可提到de102013103255a1。其中描述了如何当在材料排放方面几何优化本身已知的用于生产pvc泡沫板的标准技术方法时可以避免形成缩孔。原则上，这种方法在喷嘴壳体中将材料流分成两部分，其中外部的在喷嘴出口之后突然冷却，以便抑制外部区域中的发泡过程。

所述的已知方法的缺点在于，在未发泡的外部区域在存在发泡剂，此处实际上不需要发泡剂，因此不必要地提高了材料的成本。此外，当涉及热塑性泡沫时，几乎不可能在能够避免这些区域的逐渐再发泡的情况下接续下游的进一步热处理。此外，即使采用开篇所述的方法，生产复杂的多层结构在技术上也几乎是不可能的，其中例如发泡层和未发泡层交替地彼此相继。

然而，如果在对称或不对称的板结构的情况下，人们想要对于高密度的外层制造例如同样也为高密度的芯层，其通过低密度泡沫层与外层分离并同时与它们连接，则这种顺序是合乎需要的。如果想在板的垂直部段生成具有更好机械性能的区域，则需要这样的板结构。

当然，这种构造也可以通过单独制造各个层然后将它们平面式连接来生产，例如彼此粘合。这种途径相比之下非常不经济，因为需要大量的单独步骤并且因为粘合材料的额外成本。另外，这种方法由于粘合剂而将异物引入成品中，这使得后来的、均质的再循环过程变得不可能。在这方面，参见文献ep02004395b1。

此外，已知这种粘合剂表面在某些情况下具有差的剪切强度值，特别是如果相邻层的配方组分由于迁移过程而使粘合剂层的性质变差。换句话说，来自pvc层的增塑剂迁移可以使粘合剂层软化，这当然会使强度并进而使剪切强度受到影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构体，其不具有上述缺点的一部分，以及发现其生产方法。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的结构体并通过具有权利要求15的特征的其生产方法实现。

因此，本发明涉及一种结构体，其在热和/或压力的作用下至少由一种粉末状起始材料制成并具有多个层，其中

-起始材料主要由热塑性基础材料组成，并且其中

-结构体的至少两层的密度是不同的，并且

-其中至少一个较低密度层含有微空心球，并且至少一个较高密度层不含微空心球。

在具体配置中，根据本发明还提出，微空心球部分地穿过边界层和/或相邻层中的近边界区域，优选地，在这些区域中微空心球的数量低于低密度层本身中的数量；有利的是整个边界区域如此。

根据另一具体配置，微空心球规则地或/和不规则地分布在相关层中或较低密度层中。

用于生产具有至少权利要求1的特征的结构体的本发明方法至少包括以下所述的相继步骤，具体为：

-将由第一种粉末状热塑性材料组成的第一起始层散布在基底上，用于在进一步方法过程中形成结构体的第一层；

-在第一层上散布由第二种或第一种粉末状热塑性材料组成的至少一个另外的第二起始层，用于在进一步方法过程中形成结构体的第二层；

-其中散布的层中的至少一个的粉末状热塑性材料含有微空心球；

-通过在同时增大体积和/或局部受限制地布置的微空心球表面中的部分变化的情况下加热材料，将粉末状层固结并将相邻的层结合，

-压制到结构体的预设总厚度，并且

-随后冷却。

微空心球表面中的这些所述变化一方面可以涉及表面本身的形状，也可以涉及表面性质的变化。因此，根据本发明的另一个方面，微空心球的表面在其初始状态下可以是相对光滑的，这对于起始材料的混匀是有利的。于是在进一步的制造过程中，特别是在加热和/或压制材料时，这种最初光滑的表面变粗糙或者甚至从表面部分刺状地突出。

本发明的特征尤其在于以下子方面：

结构体/片材的高密度层不含发泡剂，从而使得可以进一步热处理或影响所生产的结构体(例如是一种中间产品)，而不在这些较高密度层中形成泡沫状组织，这可能产生不受控制的变形；

在结构体中很大程度上避免了聚合物异物，因此实现了更高的再循环纯度；

在结构体中泡沫状组织和非泡沫状组织的交替层序列易于生产，并且不需要在独立的方法中预制的各个层的合并和粘合；

所有层均基于基础配方即基础材料构成，所述基础材料含有聚合物类型或聚合物基团的热塑性塑料；

结构体的材料成本低于已知的解决方案，因为发泡剂仅存在于需要的地方；

这些层不像现有技术的结构体那样具有清晰界定的界面，而是与相应的相邻层的边界区域，其中两个层的组分/颗粒在该边界区域中渗透或混合到形成所谓的咬合效应的程度；

通过本发明尤其产生所谓的波状边界区域，其对提高剪切强度具有积极作用。

根据本发明，在基底上，例如在双带压机或压机模具的下方带，相继施加一种或不同种类型的粉末状起始材料的多个层，所有这些起始材料主要包含热塑性材料，其中对于后来具有较低的密度的至少一层，在其施加之前至少向粉末状起始材料混入微空心球。

根据本发明的另一方面，通过针对性的散布影响仍要散布的材料的颗粒到已经散布的材料中的透入深度，以在相邻层的边界区域中形成结合层。这例如通过改变散布颗粒的动能、特别是微空心球的动能来实现。例如通过改变待散布材料的下落高度，其中下落高度还可任选地在待生产的结构体的宽度上变化。

根据本发明，不仅考虑双带压机中的应用——即连续制造过程，而且还考虑间歇制造过程，这就是为什么在本申请的范围内不总是言及幅材，而是笼统地言及结构体。

通常，将一系列粉末状起始材料散布在双带压机的在前的下部带上。双带压机例如由文献de102014110493a1或de102010033578a1已知。这些材料基本上全部由相同的基础配方组成，不同之处在于形成低密度层的那些材料层含有受热影响能够延展的附加材料。所述附加材料由例如热塑性微空心球组成，所述微空心球填充有可膨胀气体。

这样的物质例如是expancel微球(akzonobel)。这些热塑性微空心球从约12μm的初始直径延展至150μm。在这种情况下，球的壁厚从约2μm下降到约0.1μm。通过封闭气体的类型，膨胀温度可在80至230℃之间变化。膨胀的微空心球非常有弹性，几乎不会被压力载荷破坏。此外，该材料与很多技术上令人感兴趣的热塑性聚合物相容。

然而，在本发明的范围内，还使用其他类型的微空心球，即可以在热和/或压力的影响下改变其外部体形的那些，即暂时或永久地具有弹性表面。

这可以是例如由玻璃制成的微空心球，其球表面相对较薄，但仍然厚得使它们的球表面的变形不会导致其中形成裂纹或破裂。

根据本发明的另一方面，微空心球由热固性材料、无机材料或橡胶或橡胶状物质组成。

上述类型的微空心球中的哪一种用于生产结构体，最终取决于结构体的计划应用领域及由此得出的所需性能。

根据本发明的另一方面，使用不同种类/类型的微空心球的混合物也是有利的。

对于本发明方法有利的是将基础配方的散布材料的粒度保持在使用的微空心球的球尺寸的量级，以便获得良好的混合并且在已经散布的层上的已散布粉末或粉末混合物上受到碰撞的情况下防止离析。因此，本发明的基本组成部分是将粉末用于待散布的层，其平均粒度尽可能为约250μm左右，优选低于250μm。

尤其当使用pvc作为热塑性塑料并在已知的加热/冷却混合器工艺中添加常规添加剂时，可以容易地生产这种粉末；例如采用根据本申请人的专利申请de102015000262.7生产热塑性粉末的方法。

已经表明，向基础配方中添加微空心球不会对混合结果产生不利影响，并且还可以生产不离析的可散布粉末或粉末混合物。

这样的、即根据本发明的方法原则上不限于pvc配方，而是也可以用其它热塑性聚合物实现。

此外，对于生产根据本发明的结构体的方法的可操作性而言，必要的是向基础配方添加微空心球不会引起熔融过程的流变行为的显著变化，即必要的是无论添加的微空心球如何，粉末颗粒都具有相同的熔融行为，从而可以产生不受干扰的材料复合。

根据本发明的结构体及其生产方法的其他有利配置由从属权利要求的特征给出。

例如，相邻层之间的过渡区域，即边界层，特别是在不同密度的层之间，由连接层形成，该连接层由这两层的颗粒/组分组成，它们混合在一起并且彼此以形状锁合和/或材料锁合的方式连接。

有利的是，起连接作用的边界层的厚度为相邻较厚层的厚度的至少5％，优选10％，且至多30％。

附图说明

下面，将参考示意性地在图中示出的实施例更详细地并以进一步的细节解释根据本发明的结构体，但它们不限制本发明。

图1示出了通过具有多个不同密度的层的结构体的竖直剖视图；

图1a示出了结构体厚度上的密度d的示图；

图2示出了图1的局部a；

图2a放大了图2的图示；

图3示出了根据本发明的结构体的第一层；

图4示出了根据本发明的结构体的第二层；

图5示出了根据本发明的结构体的改变的第一层；

图6示出了根据本发明的结构体的改变的第二层；

图7示出了通过第一结构体的竖直剖视图；

图8示出了通过第二结构体的竖直剖视图；

图9示出了通过第三结构体的竖直剖视图；

图9a以放大图示出了根据图9的结构体；并且

图10是示出了通过第四结构体的竖直剖视图。

具体实施方式

附图中绘制的附图标记各自具有相同的含义，即使它们在实施方式的说明中未对于每个附图明确提及。在说明书中，未提及的附图标记将由附图标记列表给出。

诸如“左”、“右”、“上”或“下”的术语仅针对图中的图示而言；在实践中的实际布置中，可能会产生其他位置。还应注意的是，这些图不是纯粹的技术图纸，这就是为什么缺少部分阴影线和断裂线的原因。而且，相对尺寸可能与实际不同。

图1中示出了通过根据本发明的结构体k的横截面，其在此是幅材状结构体15。在该图的左边缘和右边缘处，结构体15设有断裂线以表示结构体仍在继续。具有x和y轴的坐标系放入结构体15的中心。小圆圈9和10表示在最终生产的结构体15中(即在加热和压制和冷却之后)膨胀的微空心球。

可以看出，在层1、3、5和7中，分别仅在其边界层中即过渡区域t1、t2、t3、t4、t5和t6中存在膨胀的微空心球；其中这些区域中的数量明显低于相邻的层2、4和6中的数量。因此，层1、3、5和7各自具有较高的密度，而层2、4和6具有较低的密度。因此，层2、4和6比其他四层更轻并且更软或更有弹性。

在该结构体15的中间，为了稳定，还布置了织物形式的载体材料8。

通过用于生产该结构体k的本发明方法，在具有幅材状结构体15的该实施例中，过渡区域t1、t2、t3、t4、t5和t6形成为波浪形。结果，基本实现了“咬合”t，即低密度层与较高密度层或甚至高密度层的形状锁合的和/或提高的材料锁合的连接。通过图1a上的水平点划线示出了密度d对图1中的层的技术和数学分配。图1中的波浪线应仅是假想的包络线而不是突然的边界线，另如图1a的曲线图所示。

波形可以是连续的也可以是不连续的，其中波浪线可以具有连续的以及不连续的部分线段。根据本发明的另一方面，过渡区域的波浪线之一具有连续波形，并且该过渡区域的第二波浪线具有不连续波形。通过这些进一步的措施，咬合可以变化并且更有利地适应于所使用的起始材料。

图2中示出了图1中的局部“a”，并且图2a中示出了图2的放大视图。上层7基本上没有微空心球，但是在其边界层t6部段中微空心球10移入/扩散，其在在由混有微空心球9的粉末状基础材料20组成的已施加的第六层6上散布用于形成第七层7的第一种粉末状材料即热塑性基础材料20的过程中从微空心球9的集合中移出，并在散布后进一步的制造工艺/方法过程中固定在那里，以便改进层彼此之间的所谓的咬合。

层7与层6相比明显更致密，从而也更硬或更坚固。

为了获得尽可能相同的熔融行为，例如提出了用于可发泡变体(用于较低密度的一层或多层)以及用于不可发泡的变体(用于较高密度的一层或多层)的粉末的下列pvc基础配方和。然而给出的量不是限制性的，它们是设计要求：

从表中可以看出，由于可发泡变体的配方中极小比例的微空心球，实际上所述两种配方之间在成分比例上没有显著差异。特别地，这些配方表明在这些变体中满足了由提出的任务得出的避免异物的要求，尤其是避免不同的聚合物或聚合物基团。通过微空心球的壳材料略微引入的其他聚合物可以忽略不计。

以后的回收过程不会因此受到干扰。

在图3至6中，示例性且示意性地示出了不同的层，每个层由不同的材料组成。

图3示出了具有较高密度的第一层1，其也存在于根据图1的结构体15中。该第一层1由第一种材料热塑性基础材料20组成，例如根据上表中所示的基础配方的材料。

图4示出了具有较低密度的第二层2。该第二层2由第一种材料组成，即也由热塑性基础材料20和掺混的微空心球9组成。

图5示出了具有较高密度的改变的第一层1a。该改变的第一层1a由第二种材料组成，该材料由热塑性基础材料20和添加剂21组成。

图6示出了具有较低密度的改变的第二层2a。该改变的第二层2a由第二种材料组成，该材料由热塑性基础材料20和添加剂21以及掺混的微空心球9组成。

通过散布材料变体在其流动和下沉行为方面的高度相似性，确保了在层的叠加散布过程中形成可再现的分层，其特征在于两种相继散布的材料的颗粒只通过散布期间的冲击过程就已在相应的边界区域t1、t2、t3、t4、t5或t6中混匀。结果，所述层所需的所谓咬合与在该方法过程中随后的热处理和/或压制一起得到保证。可膨胀或可变形颗粒(即特别是微空心球)在该边界层中的膨胀在熔化过程和/或压制过程中至少部分地、优选压倒性地直至完全地包围周围的未膨胀颗粒，从而导致两种材料在一定的竖直范围内的竖直渗透。

在本发明的意义上，颗粒的膨胀是微空心球的延展过程和/或变形过程。例如微空心球的体积增加(其在业内也称为起泡)和/或球形表面的至少部分变形，球形表面的区域借此获得部分隆起和/或凹陷，例如凹入和/或凸起部分，这同样是咬合所需要的。

在这种情况下，产生基础配方的材料在两个相邻层7和6或层6和5或层5和4或层4和3或层3和2或层2和1上的连续相。

在多个彼此相继的层的情况下，如上所述，实现了基础材料在结构体k的整个横截面上的连续性。

该区域的渗透质量由散布的材料的粒度分布以及发泡过程的动力学或要求空间的变形过程来限定。

对于良好的咬合而言，重要的还有熔化过程和发泡过程中的温度控制。所谓的膨化材料的选择必须使得膨胀过程直到熔化过程在很大程度上已开始时才开始，因此通过膨胀过程没有仍是固体的材料能从边界层挤出。例如，在上述配方的情况下，微空心球的膨胀过程应仅在150℃以上才开始。

在另一个实例中，如果借助散布装置将上述实施例配方意义上的三层粉末状材料依次施加到双带压机的运行的下方带上，使得在不可发泡层之后是可发泡层，然后又是不可发泡层，则产生两个上述边界层。随后的热处理相对于在先的熔化过程和在后的发泡具有相应的温度控制，该热处理产生满足设定要求的三层片材。该片材具有两个没有发泡材料的较高密度的外层和一个具有泡沫结构的较低密度的芯，即泡沫状组织，对此参见图9和9a，其中生产了第三结构体13。

通过基础配方的变化而没有改变对最终产品的要求的问题，密度比以及机械和物理化学性质可以非常容易地变化；这在图9a中由改变的第一层1a示意性地表示。改变的第一层1a由第二种材料组成，该材料由热塑性基础材料20和添加剂21组成。第二种粉末状材料可以作为两种成分20和21的混合物存在，或者两种成分20和21在生产结构体时已经彼此结合以生产第二种粉末状材料，并因此存在于每个粉粒中。

用于生产结构体的本发明方法在经济性和变化可能性方面优于用于生产整体泡沫体的已知技术。

新方法的其他变体在于对于最终产品即结构体k，层的可能变化。例如，在图7中的剖视图中示出第一结构体11在下方具有较高密度的第一层1，并且在该层1上方具有低密度的第二层2。

在图8中以剖视图示出的第二结构体12在下方具有低密度的第二层2，并且在该层2上方具有较高密度的第一层1。

在图9和9a的剖视图中示出的第三结构体13在下方具有较高密度的第一层1，并且在该层1上方具有低密度的第二层2，并且在第二层2上方具有较高密度的改变的第一层1a或较高密度的第一层1。在此，两个上层之间的过渡区域/边界层用tz标记，以便与根据图1的结构体15区分开。与下边界层t1一样，该边界层tz同样具有部分排列的微空心球10，其正面效果已在上面说明。

在图10中以剖视图示出的第四结构体14在下方具有低密度的第二层2并且在该层2上方具有较高密度的第一层1并且在第一层1上方具有低密度的改变的第二层2a或低密度的第二层2。层1和层2之间的过渡区域/边界层具有部分排列的微空心球10，类似于根据图1的实施例的结构体15的边界层t1。层1和层2a之间的边界层在此用附图标记tx表示。该边界层tx同样具有部分排列的微空心球10。

可能需要在发泡芯层内产生更高密度的层，例如为了使最终产品中的机械固定元件可锚定，或者为了加入侧面槽和榫头轮廓。根据本发明，这种增强可以通过如下方式产生：在下方的不可发泡层上(跟着一个可发泡层)散布中心不可发泡层，它又由可发泡层和随后的不可发泡层覆盖。产生了对称构造的五层结构，其具有高密度的核心和高密度的外部。当然，这些层的顺序不限于所提到的例子。

此外，中间层可以由载体材料8代替或强化，所述载体材料优选是预制片材，例如织物载体、玻璃纤维毡、平纹棉麻织物或连续纤维或塑料薄膜，它们在相应的散布过程之间引入。在这种情况下，在本发明的范围内，载体或薄膜也可以由非热塑性材料制成。

为此，可以生产片材或结构体，其在一个或两个外侧上承载低密度层并且具有高密度的芯。这些产品例如在当建筑板铺设在不平坦的地面上并且必须创建水平平衡时应用。于是，地面的不均匀性压入铺设的板的相对柔软的外侧，并有助于实现均匀的地面接触。

用于进一步改善所生产产品的机械性能的其它方法变体在于将起增强作用的纤维材料混合到基础配方中。这既可以在非发泡变体的情况下发生，也可以在发泡变体的情况下发生以及在两种变体中同时发生。特别地，适合在外层中使用这种纤维填料，因为由此可以显着提高产品的耐压性和/或抗弯强度。

还已经表明有利的是，将增强纤维(连续纤维)在独立的散布过程中在相应的粉末层之下或之上分散或引入，而无论基础材料如何。在后续热处理过程中，将这些纤维熔化成聚合物基质。该途径的优点在于，还可以使用这样的纤维：由于它们的尺寸，在前面的混合过程中不能将这些纤维掺入基础散布材料中，因为它们会干扰散布材料的均匀性并因此干扰散布过程。

以这种方式生产的结构体/片材能够在相当的机械性能的情况下实现相对于没有泡沫结构的产品最高达100％的密度降低。在这种情况下，使用根据本发明的方法可以容易地改变层数、其性质及其顺序。

本发明不限于所示出和描述的实施例。因此，与申请一起提交的权利要求仅仅是表述方案而不影响广泛的专利保护的获得。

例如，在根据本发明的结构体k的情况下，在x方向上，即在其最小纵向范围的方向上观察的具有较高密度的一层或多层位于结构体的边缘区域(x1、x2)中，如图1中示例性表示。另外，从x方向看，不同密度的层交变多次。

根据本发明的其它配置，微空心球在至少一个较低密度的层中统计分布。或/和结构体k仅由90％的聚合物类型或聚合物组的热塑性塑料组成。或/和用于基础配方的基础材料的聚合物类型或聚合物组是pvc。或/和相邻层的密度彼此相差至少20％。

附图标记目录

1第一层(较高密度，由第一种材料组成)

1a改变的第一层(较高密度，由第二种材料组成)

2第二层(低密度；由具有膨胀的微空心球的第一种材料组成)

2a改变的第二层(低密度；由具有膨胀的微空心球的第二种材料组成)

3第三层(较高密度)

4第四层(中等密度；具有膨胀的微空心球)

5第五层(较高密度)

6第六层(低密度；具有膨胀的微空心球)

7第七层(较高密度)

8载体材料(纤维、织物、平纹棉麻织物玻璃纤维)

9微空心球(在低密度的层中)

10微空心球(在边界层中，移出的、扩散的微空心球9)

11第一结构体

12第二结构体

13第三结构体

14第四结构体

15第五结构体(幅材状)

20热塑性基础材料

21添加剂

x1上表面的x值

x2下表面的x值

y结构体的宽度的延伸轴

ti，t2，t3，

t4，t5，t6，

tx，tz边界层(相邻层之间的过渡区域，优选波浪状的)

d密度的度量

k结构体