專利名稱：制備聚乙烯層壓復合材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合材料的領域，和特別地涉及制備層壓聚乙烯復合材料的改進方法。
相關技術的描述由于它們的強度，輕質(zhì)，和對使它們適于特殊應用的設計變化的適應性，復合材料在各種應用中獲得較大的重要性。特別地，纖維增強的復合材料通常用于如下物質(zhì)的制造蓋屋膜，重負荷簾材料，用于向橫梁和柱子提供結(jié)構支撐的包裝帶，和用于池，池塘等的保護性襯里。典型地，這些材料由嵌入保護性聚合物涂層中的增強材料芯組成，增強材料通常為織物或其它網(wǎng)。
用于制造多層復合材料的所有現(xiàn)有技術工藝涉及如下步驟使用粘合劑或其它反應性組分，或通過熔融外層和引起它們滲透和引入芯材料而將一個或多個外層粘合到內(nèi)芯上。例如，U.S.專利No.6,054,178描述了采用熱塑性材料外層增強織物網(wǎng)的方法。將織物芯拉伸到在膜擠出機輥筒之間的間隙，同時將熔融熱塑性材料沉積在織物每一側(cè)上和以熔融形式通過輥筒。輥筒強制熔融材料通過織物的開放網(wǎng)眼，因此引起熱塑性組分在內(nèi)芯網(wǎng)周圍熔化和形成整體結(jié)構。
使用化學粘合劑或熱量以在內(nèi)芯上施加外層的需要，已經(jīng)增加層壓復合材料制造的成本和復雜性。此外，化學粘合劑的使用以及加熱熱塑性材料以使它流體化和在開放網(wǎng)眼周圍形成它的工藝，典型地伴有有害蒸氣的釋放。因此，常規(guī)制造方法的簡化是本領域的所需進步，特別是如果降低現(xiàn)有技術工藝的非所需方面。在由夾層在兩個聚乙烯層之間的織物網(wǎng)組成的復合材料的特殊情況下，本發(fā)明達到這樣的結(jié)果。
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是制造層壓復合材料的方法，該方法并不要求使用化學品或熱量以粘合外層到內(nèi)網(wǎng)芯上。
另一個目的是適于采用各種芯材料，包括天然有機纖維、合成纖維和金屬纖維制造復合材料的方法。
最終目的是適于采用已經(jīng)用于復合材料制造的設備而實施的方法。
因此，根據(jù)這些和其它目的，本發(fā)明由如下操作組成在室溫下，將夾層在兩個聚乙烯材料片材之間的織物網(wǎng)內(nèi)芯通過常規(guī)成套高壓輥筒。由輥筒在聚乙烯材料上施加的壓力引起它的流體化，使得每個聚乙烯層滲透通過芯材料的開放網(wǎng)眼，粘合到其它層上和引入芯纖維以形成層壓復合材料。必須精確調(diào)節(jié)與輥筒間隙和速度相關的聚乙烯層厚度，使得施加到材料上的壓力足以在環(huán)境溫度下流體化聚乙烯片材。由于不將熱量施加到系統(tǒng)中，當它通過輥筒時層壓復合材料快速冷卻和不要求另外的成形或加工。
從在以下說明書中的描述和從特別在所附權利要求書中指出的新穎特征，本發(fā)明的各種其它目的和優(yōu)點是顯然的。因此，為了上述目的的完成，本發(fā)明由以下在附圖中說明的，在優(yōu)選實施方案詳細描述中完全描述的和特別在權利要求書中指出的特征組成。然而，這樣的附圖和描述僅僅公開了其中可以實施本發(fā)明的各種方式的一種。
附圖簡述
圖1是使用熔融材料和冷卻元件，用于制造織物增強的整體熱塑性膜的現(xiàn)有技術裝置的概要說明。
圖2是用于進行本發(fā)明方法的設備的概要說明。
圖3以橫截面形式說明由本發(fā)明方法生產(chǎn)的三層層壓復合材料。
圖4是在本發(fā)明實施中涉及的步驟的框圖。
圖5以部分剖面圖說明適于使用金屬網(wǎng)和聚乙烯制造的RF屏和RF簾，以生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明層壓復合材料的材料。
本發(fā)明優(yōu)選實施方案的描述本發(fā)明的核心在于如下情況的實現(xiàn)可以在室溫下簡單地通過壓力的施加而流體化聚乙烯，而所有其它已知熱塑性材料在相似條件下開裂，本領域已知為“破裂”的現(xiàn)象。因此，有利地利用此性能以簡化制備層壓復合材料的方法。
參考附圖，其中同樣的部分全文中由同樣的數(shù)字和符號表示，圖1概要說明用于使用熱塑性材料制備層壓復合材料的現(xiàn)有技術工藝的設備(公開于U.S.專利No.6,054,178)。常規(guī)膜擠出機用于在兩個熱塑性材料層12，14之間夾層和粘合織物-網(wǎng)內(nèi)芯10。當將芯通過兩個輥筒22，24之間的間隙20拉動時，將優(yōu)選由聚丙烯基材料組成的此材料熔融和從在芯10每一側(cè)上的兩個噴嘴16，18擠出。因此，將熔融熱塑性材料從芯10的兩側(cè)強制通過開放網(wǎng)眼，因此引起兩個層12，14熔合在一起，包覆芯10，和產(chǎn)生層壓復合材料26。將底部輥筒24采用水冷卻，使得當它通過輥筒時，復合材料26的底側(cè)開始冷卻。在通過曝露于空氣的產(chǎn)物最終冷卻和在卷取輥34上卷繞用于運輸和貯存之前，復合材料的頂側(cè)30由第三輥筒32冷卻。
如圖2中所示，通過消除加熱和冷卻熱塑性材料的步驟，本發(fā)明簡化了現(xiàn)有技術工藝和裝置。這通過使用聚乙烯而完成，聚乙烯對本發(fā)明是關鍵的。盡管發(fā)現(xiàn)所有形式的聚乙烯(高，低和中密度，如這些術語通常用于本領域那樣)對于在壓力下的流體化是可接受的，實際上，除了它在進行玻璃化轉(zhuǎn)變時避免了開裂的能力外，由于它的高耐磨性，高密度聚乙烯得到更好的產(chǎn)物。因此，高密度聚乙烯最適合和優(yōu)選用于實施本發(fā)明。
因此，可以簡單地將由織物網(wǎng)或其它網(wǎng)材料組成的，夾層在兩個聚乙烯層42，44之間的內(nèi)芯40通過常規(guī)輥筒48和50的間隙46，制造聚乙烯/織物-網(wǎng)層壓復合材料。優(yōu)選使用放置在輥筒48，50喉部附近的兩個定位輥筒56，58，將聚乙烯層沉積在芯40的每一側(cè)52，54上，以形成對準的三層結(jié)構。提供輥筒56，58以從在內(nèi)芯40和外聚乙烯層42，44之間的界面除去空氣袋和將所有的層與輥筒48，50對準。因此，當它們轉(zhuǎn)向?qū)⒉牧舷蚯耙苿雍陀烧g隙46壓擠聚乙烯層時，三個層40，42，44容易由輥筒48，50的喉部嚙合。關于聚乙烯和芯層的厚度，間隙46必須足夠小以提供足夠高以引起聚乙烯材料進行玻璃化轉(zhuǎn)變。對于大多數(shù)高密度聚乙烯，此壓力為約310psi，但作為用于聚乙烯制造的增塑劑數(shù)量的函數(shù)，更低的壓力可能足夠。對于更低密度聚乙烯，更低壓力是同樣足夠的。例如，低密度聚乙烯在約90psi下達到玻璃化轉(zhuǎn)變。此壓力引起每個外層42，46在環(huán)境條件下熔融和在輥筒48，50之前形成流體化聚乙烯的池62，64。此半熔融材料從每一側(cè)滲透通過芯40的開放網(wǎng)眼和與聚乙烯材料在另一側(cè)上熔化，正如如果加熱熱塑性材料所發(fā)生的那樣。在室溫下操作，足夠固化當材料通過輥筒時產(chǎn)生的所得層壓復合材料66以不要求進一步的處理。因此，可以將復合材料66纏繞到卷取輥筒(未示出)上用于進一步的沉積。
圖3以橫截面形式說明由本發(fā)明方法生產(chǎn)的三層層壓復合材料。圖4是在本發(fā)明實施中涉及的步驟的框圖。盡管適于實施本發(fā)明的唯一層壓材料是聚乙烯，理解內(nèi)芯40可以由如下物質(zhì)組成能夠被流體化材料滲透和包覆的任何織物或纖維。因此，任何常規(guī)網(wǎng)材料，從天然或合成織物到金屬網(wǎng)，可以同等的方式使用。
顯著地，可以使用本發(fā)明的方法容易而便宜地包覆金屬-網(wǎng)材料。金屬網(wǎng)通常用于形成向電子設備和向組裝線提供RF屏蔽的金屬法拉第籠和金屬簾。這些應用典型地采用金屬結(jié)構，該結(jié)構相對制造昂貴以達到要求的剛性和耐磨性。通過采用層壓復合材料替代用于RF屏蔽和RF簾的金屬網(wǎng)，本發(fā)明提供便宜和耐用替代方案，如在此所述，采用由聚乙烯層壓在兩側(cè)的金屬-網(wǎng)芯制造的層壓復合材料，金屬-網(wǎng)芯可以為更低和更便宜的質(zhì)量。這樣的RF屏蔽籠和/或簾復合材料70在圖5中說明，其中金屬-網(wǎng)屏蔽72顯示為層壓在相對的聚乙烯層40，42之中。
相似地，凱芙拉可用作本發(fā)明的芯40以制造防彈復合材料，該復合材料不能容易地由緩慢穩(wěn)定的刺穿物體(如刀)刺入。凱芙拉自身由于它的大強度而是公知的，和采用它制備的織物可防止由高速度發(fā)射體的刺入，但也已知相對容易由刀子刺穿。兩個聚乙烯外層的加入，聚乙烯是高密度和高耐磨材料，會提供用于在應用如防彈屏蔽和背心中完全保護的優(yōu)異復合材料。
因此，本發(fā)明提供制造特定類別層壓復合材料的簡化方案。已經(jīng)展示由聚乙烯層壓的內(nèi)芯網(wǎng)組成的任何三層復合材料，可以在環(huán)境條件下生產(chǎn)而不使用擠出，加熱或冷卻。
在此處說明和在所附權利要求書中定義的本發(fā)明原則和范圍內(nèi)，可以由本領域技術人員進行已經(jīng)描述的詳細情況，步驟和組分中的各種變化。因此，盡管在此已經(jīng)在相信是最實際和優(yōu)選的實施方案的情況中顯示和描述了本發(fā)明，應理解可以從其在本發(fā)明范圍內(nèi)進行背離，它不限制到在此公開的詳細情況而是滿足權利要求書的完全范圍，包括任何和所有的同等工藝和產(chǎn)品。
權利要求
1.一種制造聚乙烯層壓復合材料的方法，包括如下步驟提供芯材料的網(wǎng)；將聚乙材料層放置在芯材料的每一側(cè)上以形成三層結(jié)構；在產(chǎn)生足夠高壓力以引起聚乙烯材料進行玻璃化轉(zhuǎn)變的條件下，將三層結(jié)構通過兩個輥筒；其中在環(huán)境操作條件下，在不存在加熱，冷卻，和擠出條件下進行該方法。
2.權利要求1的方法，其中該聚乙烯材料是高密度聚乙烯。
3.權利要求1的方法，其中該芯材料是金屬網(wǎng)。
4.權利要求2的方法，其中該芯材料是金屬網(wǎng)。
5.權利要求2的方法，其中該壓力至少為約310psi。
6.權利要求4的方法，其中該壓力至少為約310psi。
7.一種采用權利要求3方法獲得的層壓復合材料制造的RF籠。
8.一種采用權利要求4方法獲得的層壓復合材料制造的RF籠。
9.一種采用權利要求3方法獲得的層壓復合材料制造的RF簾。
10.一種采用權利要求4方法獲得的層壓復合材料制造的RF簾。
全文摘要
在室溫下，將夾層在兩個聚乙烯材料片材之間的織物網(wǎng)內(nèi)芯通過常規(guī)成套高壓輥筒而制造聚乙烯復合材料。由輥筒在聚乙烯材料上施加的壓力引起它的流體化，使得每個聚乙烯層滲透通過芯材料的開放網(wǎng)眼，粘合到其它層上和引入芯纖維以形成層壓復合材料。必須精確調(diào)節(jié)與輥筒間隙和速度相關的聚乙烯片材厚度，使得施加到材料上的壓力足以在環(huán)境溫度下使聚乙烯流體化。由于不將熱量施加到系統(tǒng)中，當它通過輥筒時層壓復合材料快速冷卻和不要求另外的成形或加工。
文檔編號B29C67/00GK1493453SQ03152540
公開日2004年5月5日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權日2002年11月1日
發(fā)明者K·P·伯茨, K P 伯茨 申請人:國際商業(yè)機器公司