專利名稱：聚酯褙強的丙烯復合材料模制結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚酯褙強的丙烯復合材料模制結構。更具體地，它涉及一種具有在模制過程中施加到一丙烯殼體上的聚酯聚合褙強材料的合成材料結構，用來制作諸如浴缸、廚房水槽、淋浴接水槽、盥洗盆之類的衛(wèi)生器具的輕質耐用物件，這種結構是輕質的，且在承受撞擊、使用者重力作用以及熱沖擊時能不受損壞或脫層。
在浴室和廚房器具以及浴缸、旋渦水流浴缸及其他合成材料物件的開發(fā)中，傳統(tǒng)的鑄鐵瓷質器具已逐漸被較輕的且更有彈性的合成材料結構所取代。采用鑄鐵陶瓷和搪瓷器具的難點之一就是其易受撞擊損壞，且太重，這使得在搬動或安裝廚房水槽、浴缸及旋渦水流浴缸之類的大件器具時有很大困難。鑄鐵陶瓷和搪瓷器具確實具有給人非常堅固的感覺且具有很高的重量承受能力等優(yōu)點。
工業(yè)上進行取代這些鑄鐵瓷質器具的初始嘗試證明是困難的。早期的合成材料結構給人一種是塑料的空虛的感覺，當受到撞擊、熱沖擊或承受一般洗澡者的重量時會變形、裂開、剝落或脫層。而且，當在器具的制作、運輸和安裝過程中受到外來的撞擊時這類合成材料結構往往脫層、裂開、龜裂或剝落。
授予Genovese等人的美國專利No.4，664，982和Kuszaj等人的美國專利申請?zhí)朜o.07/400，289中揭示了一種解決這些問題的成功辦法，這兩個文件的揭示內容在這里引為參考。兩者都揭示了具有早期的鑄鐵瓷質器具外觀和感覺的搪以合成材料的鋼或不誘鋼器具。這些結構很輕，具有高的結構強度，且可抵抗由于撞擊或熱沖擊造成的脫層、剝落及凹陷。這些合成材料結構是先用鋼或不誘鋼成形，而后在鋼或不誘鋼的一面或兩面搪以合成材料。由于是將一層塑料化學粘結到殼體的非光整面上，而使這些殼體具有優(yōu)良的物理和機械性能。較佳的塑料層是一種通過反應注射模制(RIM)或通過加強的反應注射模制(“RRIM”)過程而注入包容殼體的模子內的用異氰酸酯改性的熱固不飽和聚酯或聚醚泡沫。泡沫塑料是由于硅烷的作用而化學地粘結到殼體上，硅烷是一種偶合劑，它能在金屬基團或搪瓷中的SiOH基團和增強泡沫塑料之間產生化學鍵從而形成層壓結構。由于增強泡沫聚合層化學粘結到搪瓷鋼或不誘鋼外殼上，這些復合材料結構具有優(yōu)良的物理及機械性能。然而，這些揭示的內容并未涉及其中一丙烯層粘結到一聚合物的或塑料模制結構上的一種復合材料結構的制造，而且，那些反應模制過程是在高壓下進行的，需要大的且昂貴的液壓壓機保持模制過程中模子的閉合并防止正在反應的聚合泡沫逸出。盡管那些模制工序的固化時間很短，但所需的液壓壓模機之類的設備是昂貴的，需要大量投資。
解決這些問題的另一個辦法是采用把一聚合物的美化表面層直接粘結到描述成交聯異氰酸酯改性的熱固不飽和聚酯或聚醚樹酯層的一泡沫塑料基底上以提供一種具有高撞擊強度的抗脫層結構。那些結構及其制作過程揭示于均授予Graefe等人的美國專利No.4，844，944和4，844，955中，這里將其內容引為參考。由俄亥俄州西亞利山大利亞的Whittaker公司制作的異丁烯酸甲酯和商業(yè)上有售的Thixon 416粘結劑(它含有65%溶劑和包括聚氨酯苯酚和環(huán)氧樹酯的35%固體物的摻合物)，用來作為在塑料固化時將聚合美化層交聯并化學地粘結到泡沫塑料中的異氰酸酯基團的底劑。異氰酸酯加在泡沫塑料中是為了在RIM或RRIM模制過程中使塑料層非常快速地固化。那些反應模制過程在高壓下進行，且需要大型的昂貴的液壓壓機以保持在模制過程中模子的閉合并防止正在反應的聚合物泡沫逸出。盡管那些模制工序的固化時間很短，但所需的液壓壓模機之類的設備很昂貴，需要大量投資。
因此，本發(fā)明的一個特征是提供一種聚酯褙強的丙烯復合材料模制結構，它具有鑄鐵陶瓷和搪瓷器具那樣的堅固感覺和聲音，但卻不像那種結構那樣重和有脫層問題。
本發(fā)明的另一個特點是提供一種聚酯褙強的丙烯復合材料模制結構，它可在低壓下模制，而不需要RIM或RRIM模制時所必需的那種昂貴的液壓壓模機。
本發(fā)明實現了這些及其他的特點，它提供了一種最好制成浴缸形狀的聚合物復合材料結構和一種制造這種復合材料結構的方法。聚合物復合材料結構包括一最好用聚異丁烯酸甲酯的可熱成形丙烯聚合物制成的聚合物殼體層，它具有一光整側和非光整側?？梢园ㄒ粚又T如玻璃纖維、碳、陶瓷、硼、石墨、石棉絨、芳族酰胺以及這些纖維的混合物之類的纖維增強樹酯層粘結到丙烯殼體的非光整側。最好這類層用在樹酯褙強材料中加入切碎玻璃纖維來制成。一個承受重量的加強結構粘結于殼體的非光整側以及纖維增強的樹酯層。此承受重量的加強結構可包括木材，比如木屑板、刨花板、膠合板和木質板，也可包括一種聚合物復合材料或無機物的重量承受結構。此重量承受結構最好是一種用木屑板制成的放在浴缸底板部分下面長方形木質結構。此外，在浴缸殼體的邊板部分下面放幾條起加強作用的木板。
最好是，用一種硅烷基偶合劑將殼體的非光整側粘結于纖維增強層，此偶合劑用一種硅烷基底劑和一種異丁烯酸甲酯和溶劑的摻合物制成。異丁烯酸甲酯及溶劑摻合物最好包括二氯甲烷、苯乙烯和水，而硅烷基底劑包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇的一種溶液中的3[2(乙烯基芐氨基)乙氨基]丙基三甲氧硅烷則比較合適。
聚合物復合材料還包括一包繞著纖維增強樹脂層和承受重量的加強結構模制的交聯熱固聚合物褙強層。交聯熱固聚合物層粘結于聚合物殼體的非光整側并包括至少下列組分之一聚酯、環(huán)氧、丙烯或乙烯基酯，單獨的或摻合一起的，但不含有異氰酸酯。最好是，此交聯熱固褙強結構在固化前包括一種硬質不飽和聚酯樹脂、一軟性不飽和聚酯樹脂、一種固化促進劑、一種過氧化物交聯促進劑和一種填料，樹脂對填料的比例為約2∶1至1∶30。填料可包括碳酸鈣、三水合鋁、玻璃球、砂、陶瓷、云母、滑石、硅石以及含有一種或多種這些填料的混合物。
最好制成浴缸形狀的聚合物復合材料結構采用本發(fā)明的方法制造。制造過程包括將聚合物殼體、最好是聚異丁烯酸甲酯的可熱成形丙烯殼體，成形為一合適的形狀，比如浴缸形狀。聚合物殼體的非光整側最好用上述的硅烷基偶合劑作為底劑。然后涂有底劑的(或無底劑的)聚合物殼體在其非光整側用一種增強纖維的樹脂混合物通過合適的噴涂和滾壓或通過其它合適的工藝來加強。在加強的殼體充分固化后，殼體放入模子中，以其非光整側蓋住一承受重量的加強結構，比如木屑板，此加強結構放在殼體之承受重量的部分，比如，浴缸底板的下面。
其它諸如木板之類的加強結構可放在殼體邊板的下面。在足夠壓力下將如上所述的不飽和熱固聚合物褙強材料和交聯促進劑的一種未固化混合物注入模子，以迫使褙強材料涂覆殼體的非光整側并覆蓋纖維性加強材料和承受重量的加強結構。模制熱固聚合物材料在適當溫度下和足夠時間內固化，以使熱固材料硬化和交聯以及纖維加強層結構粘結于殼體的非光整側。
在此制造方法的另一種實施例中，最好是把涂有底劑(或無底劑的)聚合物殼體放在模腔內以其非光整側蓋住玻璃纖維或其他纖維墊之類的纖維加強件。還可以有一個最好放在諸如木屑板的承受重量的加強結構和浴缸底板之間玻璃纖維墊。將熱固聚合物材料注入模子，涂覆殼體的非光整側，埋住纖維墊和重量承受板，以將這些加強和重量承受材料粘結于殼體的非光整側。也可以設想將諸如玻璃纖維墊之類的纖維性加強材料通過熱成形或通過將玻璃纖維和樹脂噴涂到合適形狀的篩網上制成預制纖維結構而后塞入。
為更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖進行敘述。后附的權利要求書指出了本發(fā)明的范圍。


圖1是部分立體橫剖示意圖，顯示了本發(fā)明之較佳的聚酯褙強的丙烯復合材料浴缸。
圖2是流程示意圖，顯示了用來實現本發(fā)明之模制方法的低壓樹脂傳送模制設備。
圖3是根據本發(fā)明的一個較佳模制陰模的頂視透視圖。
圖4是本發(fā)明的模子處于開啟位置時的透視圖，顯示了本發(fā)明的模制的陰模、殼體支承件及合模裝置。
圖5A顯示了本發(fā)明的丙烯殼體的非光整側;
圖5B顯示了在施加玻璃纖維噴涂加強后本發(fā)明的丙烯殼體的非光整側。
圖6顯示了本發(fā)明的剛起模成的聚酯褙強丙烯復合材料浴缸位于修整臺上的情景，有一水平定向的圓鋸用來修整在模制過程中產生的多余聚酯褙強，圖中埋置螺栓在其位置上。
圖7A、7B和7C為經修整的本發(fā)明的聚酯褙強丙烯復合材料浴缸的不同角度的透視圖，圖中埋置螺栓不在其位。
圖1顯示了最好制成浴缸10形狀的本發(fā)明的聚酯褙強丙烯復合材料模制結構。浴缸10包括一聚合的殼體，最好是不可熱變形的殼體，而且最好是一具有拋光整飾側20的丙烯殼體12，光整側20一般朝向使用者。殼體12還有一粘合于模制熱固聚合褙強件的非光整側21，加強件不含有異氰酸酯，最好為一摻合的聚酯褙強材料14。另外，最好在模制前用噴涂法粘合上玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維、石棉絨(woolastonite)纖維、芳族酰胺纖維或類似的加強材料(未示)?；蛘?，在模制過程中用聚酯褙強材料14將纖維質加強材料模制到丙烯殼體12上。最好是將用木屑板、刨花板或膠合板制成的底板加強結構模制到丙烯殼體12底下的聚酯褙強件14中而位于浴缸10底板之下，最好是將諸如本質板之類的邊板支撐結構18模制在丙烯殼體12的邊板區(qū)域下面的聚酯褙強件14內。在一特別可取的實施例中，在模制過程完成后，將埋置螺栓22穿過部分模制聚酯褙強材料14擰入底板加強結構16而就位。把支腳24固定于埋置螺栓22支承浴缸、以及洗澡時使用者和水的重量。
圖2示出了一個示意流程圖，顯示了適于進行本發(fā)明之模制過程的較好的低壓樹脂傳送模制(LPRTM)設備25。模制設備25包括一混合機26，比如俄亥俄州辛辛那提的Daymixing公司制造的110加侖容量的NAUTA混合機。混合好了但未固化的聚酯和填料褙強材料從混合機26傳送到壓力室加料筒28，加料筒28適于裝在No.QM 5744型壓力室29之內，兩者都是由俄亥俄州托萊多的Devilbiss公司制造的。在加入交聯促進劑之后，關閉壓力室29，并將壓縮空氣30泵入壓力室29。一旦壓力室29充氣足夠，節(jié)流閥32就被打開以允許壓縮空氣迫使未固化的聚酯和填料混合物經過聚合物輸送軟管34進入模子36。聚合物輸送軟管34最好是一英寸直徑的柔性PVC管并能根據模制過程進行處置和替換。模子36最好包括一如圖3所示的用鑄鋁制成的模制陰模38，其空腔用來接納丙烯殼體12，在丙烯殼體12的非光整面21和模制陰模38的內表面44之間留出模制空間。
如圖3所示，模制陰模38最好用散熱性能好的材料比如鑄鋁制成，并且要有較光滑的內表面44，以形成聚酯褙強件14的形狀。模制陰模38最好還有一水套45或其他用來保持模子36處于所需溫度的調溫裝置(參看圖4)。未固化的聚酯褙強材料和填料混合物從聚合物輸送管34經模制注入孔46而進入模制陰模，注入孔46近似位于模制陰模38一部分的幾何中心，以模制浴缸底板。如圖3所示，模制陰模38的內表面44有一適當尺寸的矩形凹部48，用以使浴缸底板加強件16定位，加強件16最好是矩形木屑板，或者是刨花板、膠合板、木質板、纖維板或合成材料、塑料、玻璃纖維或其他合適的重量承受結構加強材料。模制陰模也可適當地包括定位裝置或槽(未示)用來保持面板支承件18，此支承件18最好包括如圖1所示的1英寸×1英寸的木質加強板。
由于本發(fā)明中采用低壓模制方法，不需要模子密封，且事實上可以阻止未固化聚酯樹脂和填料混和物進入丙烯殼體12的非光整側21和模制陰模38的內表面40之間的空腔內。由于沒有模子密封，模制和固化過程會溢出一些聚酯褙強材料14和硬化褙強材料粘結到模制陰模38的部位上。因此，通常不使用液壓千斤頂。而是在聚酯褙強件14充分固化后，將模制好的浴缸松下或從模制陰模38切除并用手卸下。
模子36也包括一殼體支承和閉模裝置40，此裝置40在模制過程中維持薄的丙烯殼體12的形狀并將丙烯殼體以合適的方向保持在模制陰模38內。模子可用任何適當的裝置保持封閉，然而，由于低的模制和固化壓力，在RIM和RRIM模制過程中所需的昂貴的液壓壓模機雖然有用，但可以不需要了。而500磅級的四個C形夾具42在模制和固化過程中完全能夠保持模子36封閉。
圖4非常詳細地顯示了處于開啟位置的模子36，它顯示了模制陰模38和殼體支撐和合模裝置40，裝置40采用諸如吊鏈之類的開模和舉升裝置適當地保持在模制陰模的上方。如本領域的熟練人員所周知，諸如樞軸或杠桿系統(tǒng)、電動機械或液壓模具夾具之類的其他開模和合模裝置也適于用來進行本發(fā)明的模制過程而取代吊鏈50和夾具42。
如圖4所示的殼體支撐和合模裝置40一般用鑄鋁芯52制成，鑄鋁芯52覆有聚氨酯外皮54，外皮54與丙烯殼體12的光整側20形狀相配且支撐之而又不會擦傷或損壞光整表面。圍繞著聚氨酯外皮52的周邊有聚四氟乙烯條56或其他非磨料性材料，用以在模制過程中與殼體12的邊板部分接觸并迫使其靠向模制陰模而又不會使殼體12的邊板部分的光整側22損壞。在1990年1月19日申請的共同轉讓的待批美國專利申請?zhí)朜o.07/467，384中詳細描述了也能用于本發(fā)明的其他合適的模制設備，其中所揭示的內容在此引為參考。
根據本發(fā)明的方法，丙烯殼體12用單模丙烯薄板成形，單模丙烯薄板最好用有一高度拋光的光整側和一非光整側的聚異丁烯甲酯制成。殼體厚度最好為3∶2毫米。丙烯薄板可用諸如美國專利No.4，844，955和No.4，844，944中所揭示的其他材料制成，這些專利所揭示的內容在此引為參考。丙烯薄板采用眾所周知的真空熱成形設備熱成形成如圖5A所示的所需的丙烯殼體12的形狀。
熱成形的丙烯殼體12的非光整側21最好用起粘結作用的復合底劑處理。一種合適的復合底劑包括由賓夕法尼亞州伊利的Lord公司制造的一種硅烷基底劑AP-134。它在由75%甲苯、5%丁醇、5%2-丁氧基乙醇和5%乙醇組成的溶劑中的含有10%濃度的硅烷化合物。一種合適的硅烷化合物是最較為10%濃度的3[2(乙烯基芐氨基)乙氨基]丙基三甲氧硅烷。雖然這種硅烷化合物的濃度范圍可從約1%至約20%，但最好是從約5%至約15%。硅烷底劑AP-134最好以1%的濃度按重量比與1%的水、9.8%的苯乙烯、29.4%的二氯甲烷和58.8%的異丁烯酸甲酯相混和。這些組分的濃度范圍，AP-134之類的硅烷底劑，可為從0.1%至10%，最好是從約0.5%至約2%;水從約0.1%至約10%，最好是從約0.5%至約2.0%;苯乙烯從約0.1%至約98%，最好是從約5%至約15%;二氯甲烷從約2.5%至約98%，最好是從約25%至約35%;以及異丁烯酸甲酯從約98%至約5%，最好是從約70%至約40%。此底劑溶劑可促進交聯并改善聚酯褙強材料和丙烯殼體的非光整側21之間的粘結。在上面引為參考的Graefe等人的美國專利No.4，844，955和4，844，944中描述了可用作粘結底劑溶液的其他復合材料。使用底劑的目的是為了改善對丙烯殼體12的粘結而允許更快的脫模時間。然而，如果加長脫模時間，或如果在噴涂加強步驟中發(fā)生足夠的粘結，則不需要粘結底劑。
熱成形的且最好是涂有底劑的丙烯殼體用纖維材料的樹脂混合物來加強，纖維材料可以是切碎的玻璃纖維、陶瓷纖維、硼纖維、石墨或碳纖維、石棉絨纖維、或者芳族酰胺纖維。最好是，加強材料包括一種噴涂上并滾壓平切碎玻璃纖維和聚酯樹脂的混合物，前者的重量比為從約10%至約40%，更好地從約15%至約35%，最好是約30%;后者的重量比為從約60%至約90%，更好地從約85%至約75%，最好約70%。這種噴涂上的玻璃纖維一般被稱為玻璃纖維增強塑料(FRP)或玻璃增強塑料(GRP)。聚酯樹脂最好包括一種硬質不飽和聚酯樹脂和由Reichold公司名為31-439的苯乙烯單體的混合物;也可包括由Reichold公司定名為97-088的一種軟性不飽和樹脂和一種苯乙烯單體。聚酯樹脂和一種固化或交聯促進劑相結合，促進劑含有從約0.01%至約1%，更好地從約0.05至約0.5%，最好是約0.2%的萘烷鈷;比約0.1%至約5%，更好地從約0.5%至約3%，最好是約1%的甲基乙基過氧化酮，百分比只以樹脂重量為基準。樹脂和切碎玻璃纖維混和物一般是用比如華盛頓州肯特的Venus-Gusmer公司制造的Venus HI SSCW 2100型之類的適當的噴涂裝置來施涂。在固化約一小時后，將圖5B所示的加強了的丙烯殼體58置于模制陰模38里，起加強作用的重量支承結構16和18分別置于浴缸底板和邊板區(qū)域的下面。
在另一個實施例中，最好將按上述涂有底劑的丙烯殼體12用如上所述的鋪墊或編織纖維加強材料來加強，最好每平方英尺用1又1/2盎司的玻璃纖維墊。纖維性加強材料置于模制陰模內側，最好置于承受重量的底板支撐板16的下面，另一個纖維加強墊置于加強板16之上和殼體12的底板之下在模制工序中玻璃纖維的或類似的纖維性加強材料的墊被粘結于丙烯殼體12。還有一種變換方式，就是在進行模制工序之前先預制纖維性加強材料并在將加強板16和丙烯殼體12置于模制陰模38之內前將其作為一個單件置于模制陰模38內。采用可熱成形的玻璃纖維和塑料復合材料或類似的纖維性復合材料可預成形玻璃纖維加強材料，這些復合材料采用本技術領域內熟知的熱成形技術來定形?；蛘?，可通過將一種切碎玻璃纖維或其他纖維的樹脂混合物用熟知技術噴涂到已定形的網或篩上來完成預制。
在丙烯殼體已適當地安置于模制陰模內之后，將殼體支撐和合模裝置40的已用聚氨酯涂復的表面54和聚四氟乙烯條56放置成與丙烯殼體12的光整側適當接觸從而將模子36閉合。由四個重型C形夾具將模子適當夾住以提供足夠的出氣通路并將殼體支撐和合模裝置緊固于模制陰模38。當模子已緊固好并有適當出氣通路之后，用模制陰模38內的水套45將模子溫度穩(wěn)定在100至120°F之間。
下面描述適于本發(fā)明的低壓樹脂輸送模制(LPRTM)過程，但其他低壓注模、重力澆鑄或置換模制方法等也適用于本發(fā)明。下面介紹較好的樹脂、填料和催化劑配方。
典型地，將約100磅材料在混合機26內混合，這樣百分比均以重量為基準。最佳的聚酯樹脂和填料配方包括35.20%的以Reichhold 31-439名稱出售的硬質不飽和聚酯樹脂和苯乙烯單體;11.90%的以Reichhold 97-088名稱出售的軟性不飽和聚酯樹脂和苯乙烯單體;2.4%的苯乙烯單體;49.6%的以Vicron 15-15名稱出售的碳酸鈣(填料);0.6%的二甲基對甲苯胺(DMPT)(活化劑/促進劑);0.76%的以Cadox 40 E名稱出售的過氧化苯甲酰(40%的過氧化苯甲酰溶液)。這一較佳材料組合的合適范圍包括從約0%至約90%，最好是從約25%至約45%的Reichnold 31-439;從約98%至約0%，最好是從約20至5%的Reichnold 97-088;從約0%至約40%，最好是從約1%至約10%的苯乙烯;從約0%至約75%，最好是從約40%至約60%的Vicron 15-15;從約0.05%至約5%，最好是從約0.2%至約1%的DMPT;以及從約0.05%至約5%，最好是從約0.2%至約2%的Cadox 40 E。
根據所用填料的類型，樹脂對填料的比例可以是從一點不加填料直到高達1∶30，這取決于填料顆粒的大小。最好是，樹脂對填料的這一比例可為從約2∶1至約1∶3。其他填料也可加入碳酸鈣或取代之，它們包括三水合鋁、玻璃球、砂、陶瓷、云母、滑石、硅石及其他合適的填充材料。Graefe等人的美國專利No.4，844，955及4，844，944中描述了各種其他填料，在這里引為參考。雖然可以采用發(fā)泡劑來降低模制復合材料物件的重量，但最好聚酯樹脂混合物不發(fā)泡。而且，在不偏離本發(fā)明之范圍的前提下其他聚酯摻合物可與另外的填料、發(fā)泡劑及其他催化劑一起使用，只要這些樹脂和催化劑配方能有足夠長的固化時間以允許本發(fā)明模制物件的低壓模制。在樹脂系中不希望采用異氰酸酯，這是因為這種化合物會使固化過程加速到以致需要高壓高速模制過程的程度，比如需要RIM或RRIM模制過程，而這需要昂貴的RRIM或RIM高壓模制設備。
其他合適的熱固聚合材料可以包括環(huán)氧、丙烯和乙烯基酯及其它們的不含有異氰酸酯的摻合物。在前述Graefe等人的美國專利4，844，944和4，844，955中也揭示了適用于本發(fā)明的其它有用的樹脂成分。
在配制本發(fā)明的較佳聚酯樹脂時，先在混合機26內將硬質不飽和聚酯和軟性不飽和聚酯樹脂相混和，然后加入苯乙烯單體。還加入DMPT并完全混合，然后加入諸如碳酸鈣之類的填料典型地混合約45分鐘到1個半小時。然后將100磅這樣配好的材料分送入壓力室29內的加料筒中。加入約3/4磅的過氧化苯甲酰交聯促進劑并混合約一分鐘。將壓力室29關閉并由壓縮空氣30將其加壓到約5磅每平方英寸。開啟節(jié)流閥32，到壓力室29的空氣壓力增加到約10磅每平方英寸?？諝鈮毫σ悦扛?分鐘增加約5磅每平方英寸的速率連續(xù)增加到約20至約25磅每平方英寸，此壓力保持約5至8分鐘，直到模子充滿。在模子充滿并溢出一些樹脂混合物后，關閉節(jié)流閥并夾緊夾具以密封模子。然后模制物件固化。上述混合物在模子充滿后的固化時間約為2分鐘至約22分鐘，最好是約2分鐘至約6分鐘，但可以在模子中保持更長的時間。如果不采用硅烷基底劑，固化時間可能是從約45分鐘至約8小時或更長，以致過夜。較長的固化時間使聚酯樹脂和丙烯殼體的非光整側21之間能有更強的粘結。完成固化后，打開模子36，卸去殼體支撐和閉合模裝置。切除任何溢出并粘結到模制陰模38外的過量硬化聚酯樹脂，并用手從模制陰模38中取出模制好的浴缸。
用合適的設備修除剛脫模的浴缸10的過量聚酯硬化褙強材料14。合適的修整設備可以包括圖6所示的修剪臺60及水平安裝的圓鋸62。圖7A至7C顯示了本發(fā)明的光整的聚酯褙強的復合材料浴缸10。圖1和圖6所示的埋置螺栓22和支腳24插在浴缸的底表面上穿過模制的聚酯背板14并進入底板支撐板16。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，丙烯殼體12的厚度約為3.2毫米，而纖維加強件從殼體的非光整側21測起約為1.0至2.0毫米。典型地，模制浴缸的總厚度在側壁區(qū)域約8至10毫米，在底板區(qū)域為20-25毫米，邊板區(qū)域的總厚度為從5毫米至約35毫米，最好是從約8毫米至約30毫米。壁中聚酯模制材料的厚度典型地為約4.4至約7毫米。較佳的承受浴缸底板支撐重量的加強結構典型地用木屑板、刨花板、膠合板或木質板制成，這些板的厚度最好為約7/16英寸，但也可從約1/4英寸至約1/2英寸，這取決于模制物件的底板及其下面的背板的所需厚度。面板支撐件典型地最好為圖1所示之斷面為1英寸×1英寸的木桿。
這樣，雖然我們已描述了本發(fā)明的現在設想的較佳實施例，但本領域的熟練人員不偏離本發(fā)明的范圍就能做出進一步的更改和變型，我們要求保護所有這些變型和更改。
權利要求
1.一種聚合物復合材料結構，其特征在于，包括一具有一光整側和一非光整側的聚合物殼體層；一粘結于聚合物殼體層的非光整側的纖維增強樹脂層，一粘結于聚合物殼體層的所述非光整側及粘結于所述纖維增強樹脂層的承受重量的加強結構；以及一包繞所述纖維增強樹脂層和所述重量承受加強結構的模制的交聯熱固聚合物褙強層，它粘結于聚合物殼體層的所述非光整側，所述熱固聚合褙強層包括至少一種選自由聚酯、環(huán)氧、丙烯、乙烯基酯及其摻合物組成的物組的組分，但不含有異氰酸酯。
2.如權利要求1所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述聚合物殼體層的所述非光整側由一種硅烷基偶合劑粘結于所述纖維加強層和模制交聯熱固褙強層。
3.如權利要求2所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述硅烷基偶合劑包含一種硅烷基底劑成分和一種異丁烯酸甲酯和溶劑摻合物。
4.如權利要求3所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述異丁烯酸甲酯和溶劑摻合物包括二氯甲烷、苯乙烯和水;而且所述硅烷基底劑成分還包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇中的3[2(乙烯基芐氨基)乙氨基]丙基三甲基硅烷。
5.如權利要求1所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述聚合物殼體層是一種聚異丁烯酸甲酯的丙烯聚合物。
6.如權利要求1所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述纖維加強層包括一層從由玻璃纖維、碳、陶瓷、硼、石墨、石棉絨、芳族酰胺及其混合物組成的物組中選取的纖維;以及所述重量承受加強結構從由木材、聚合物復合材料和無機重量承受結構組成的物組中選取，木材中包括木屑板、刨花板、膠合板和木質板。
7.如權利要求6所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述的纖維加強層包括玻璃纖維;所述重量承受加強結構包括位于所述聚合物殼體的底板部分和邊板部分下面的本質加強結構。
8.如權利要求1所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，在固化前的所述模制交聯熱固褙強層包括一種硬質不飽和聚酯樹脂、一種軟性不飽和聚酯樹脂、一種固體促進劑、一種過氧化物交聯促進劑和一種填料，樹脂對填料的比例為從2∶1到約1∶30。
9.如權利要求8所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，所述填料選從由碳酸鈣、三水合鋁、玻璃球、砂、陶瓷、云母、滑石、硅石及其混合物組成的物組中選取。
10.如權利要求1所述的聚合物復合材料結構，其特征在于，它具有浴缸的結構形狀。
11.一種制造一種聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，包括將一具有一光整側和一非光整側的聚合物殼體成形為一合適的形狀;用加強纖維的一種樹脂混合物對所述聚合物殼體的非光整側進行加強;將所述經加強的聚合物殼體置于一模子中，以其所述非光整側蓋住位于所述聚合物殼體的重量承受部分下的一重量承受加強結構;以足夠的壓力將不飽和熱固聚合物褙強材料和交聯促進劑的未固化混合物注入模子中，以迫使所述褙強材料涂復在所述殼體的非光整側并覆蓋所述纖維加強材料和所述重量承受加強結構;以及以合適的溫度及足夠的時間使所述注入模子的熱固聚合物褙強材料固化，以使熱固聚合物材料硬化及交聯并粘結于所述纖維加強材料和聚合物殼體的所述非光整側，以允許將復合材料結構脫模而不會損壞。
12.如權利要求11所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，還包括在加強前用硅烷基偶合劑作為底劑涂于聚合物殼體的所述非光整側。
13.如權利要求12所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述硅烷基偶合劑包括一種硅烷基底劑成分和一種異丁烯酸甲酯與溶劑摻合物。
14.如權利要求13所述的聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述異丁烯酸甲酯和溶劑摻合物還包括二氯甲烷、苯乙烯和水;而且所述的硅烷基底劑成分還包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇中的3[2(丁烯基芐氨基)乙氨基]丙基三甲基硅烷。
15.如權利要求11所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述非光整側的加強包括將聚酯樹脂混合物中的纖維進行噴涂和滾壓，纖維從由玻璃、陶瓷、硼、碳、石墨、石棉絨及芳族酰胺組成的物組中選取，還包括在將所述加強殼體放入模子之前使所述增強纖維樹脂層固化。
16.如權利要求11所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述的重量承受加強結構從由木屑板、刨花板、膠合物、木質板、聚合物復合材料、無機重量承受結構及其組合組成的物組選取。
17.如權利要求11所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述熱固聚合物褙強材料包括一種由硬質不飽和聚酯樹脂、軟性不飽和聚酯樹脂、固化促進劑、過氧化物交聯促進劑及填料組成的混合物，樹脂和填料的比例為約2∶1至約1∶30，但不包含異氰酸酯。
18.如權利要求17所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述的填料從由碳酸鈣、三水合鋁、玻璃球、陶瓷、云母、滑石、硅石、砂及其混合物組成的物組中選取。
19.如權利要求16所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述的聚合物復合材料結構包括一底板和一邊板部分;所述將重量承受加強結構放在模子中的過程包括將所述加強結構放在聚合物殼體的所述底板及所述邊板部分的下面。
20.如權利要求17所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述熱固聚合物樹脂材料還包括一種發(fā)泡劑以降低所述褙強材料的密度。
21.如權利要求11所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述的熱固聚合物褙強材料包括至少一種從由聚酯、環(huán)氧、丙烯、乙烯基酯及其摻合物組成的物組選取的組分，但不含有異氰酸酯。
22.如權利要求11所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述復合材料結構具有浴缸的結構形狀。
23.一種制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，包括使具有一光整側和一非光整側的聚合物殼體成形為一適當的形狀;將所述聚合物殼體置于一模腔內，以其所述非光整側覆蓋住恰當地置于模腔內的一纖維加強結構和重量承受加強結構;以足夠的壓力將熱固聚合物褙強材料的和交聯促進劑的未固化混合物注入所述模子迫使所述聚合物褙強材料涂覆所述殼體的非光整側并覆蓋所述纖維加強材料和所述重量承受加強結構;以及以適當的溫度和足夠的時間使所述注入模子的聚合物褙強材料固化，以使聚合物褙強材料硬化和交聯，并且粘結于聚合物殼體和所述纖維加強材料和所述非光整側，以允許將復合材料結構脫模而不損壞。
24.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，它還包括在將殼體置于模腔內前給所述聚合物殼體涂上一種硅烷基偶合劑作為底劑。
25.如權利要求24所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述的硅烷基偶合劑包括一硅烷基底劑成分及一異丁烯酸甲酯和溶劑摻合物。
26.如權利要求25所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述異丁烯醇甲酯和溶劑摻合物還包括二氯甲烷、苯乙烯及水;而且所述硅烷基底劑成分還包括溶解在甲苯、丁醇、2-丁氧基乙醇和乙醇中的3[2(乙烯基芐氨基)乙氨基]丙基三甲基硅烷。
27.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述纖維性加強結構包括一纖維墊，纖維墊包括從由玻璃、陶瓷、硼、碳、石墨、石棉絨及芳族酰胺組成的物組中選取的纖維。
28.如權利要求27所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述纖維加強結構是通過預制一個形狀與所述殼體的非光整側相適配的纖維和樹脂結構來準備的。
29.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述重量承受加強結構從由木屑板、刨花板、膠合板、木質板、聚合物復合材料、無機重量承受結構及其組合組成的物組中選取。
30.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述熱固聚合物褙強材料包括由硬質不飽和聚酯樹脂、軟性不飽和聚酯樹酯、固化促進劑、過氧化物鍵合促進劑和填料組成的一種混合物，樹脂和填料的比例為約2∶1到約1∶30，但不含有異氰酸酯。
31.如權利要求30所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述填料從由碳酸鈣、三水合鋁、玻璃球、陶瓷、云母、滑石、硅石、砂及其混合物組成的物組中選取。
32.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述聚合物復合材料結構包括一底板和一邊板部分;而且，所述的將重量承受加強結構置入模子中的步驟包括將所述加強結構置于聚合物殼體的所述底板和所述邊板部分的下面。
33.如權利要求30所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述熱固聚合物樹脂材料還包括一種發(fā)泡劑，以減小所述褙強材料的密度。
34.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述熱固聚合物褙強材料包括至少一種從包括聚酯、環(huán)氧、丙烯、乙烯基酯及其摻合物的物組選取的組分，但不含有異氰酸酯。
35.如權利要求23所述的制造聚合物復合材料結構的方法，其特征在于，所述復合材料結構具有浴缸的結構形狀。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種具有浴缸結構形狀的聚合物復合材料結構及其制造方法。此結構包括一丙烯殼體及粘結于殼體之非光整面上的塑料模制褙強層。一纖維增強樹脂層粘結于殼體的非光整側。一重量承受加強結構粘結于殼體的非光整側及纖維加強層。模制聚合物褙強層用交聯熱固聚合物制成，但不含有異氰酸酯。此復合材料結構的制作方法包括預制丙烯殼體、用纖維加強的樹脂混合物通過噴涂及滾平對丙烯殼體的非光整側進行加強、將加強殼體放入模子中，以其非光整面蓋住位于殼體底板和邊板下的加強結構和加強條，而后在低壓下向殼體和陰模之間注入熱固聚合物褙強材料。
文檔編號B32B27/12GK1071879SQ911105
公開日1993年5月12日 申請日期1991年10月30日 優(yōu)先權日1991年10月30日
發(fā)明者卡爾·T·庫什加, 羅納得·D·巴恩特, 賈弗里·E·威利斯 申請人:美國標準股份有限公司