工程復(fù)合材料和由其生產(chǎn)的產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】復(fù)合材料包括聚合物基質(zhì)材料和包括玻璃瓷的填料材料。復(fù)合材料具有小于約百分之一的吸水率。這樣的復(fù)合材料可以用于生產(chǎn)制品，例如水槽、浴缸、淋浴底盆，和可以受益于低吸水率性質(zhì)的其他制品。
【專利說明】工程復(fù)合材料和由其生產(chǎn)的產(chǎn)品
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年10月25日提交的美國臨時(shí)專利申請第61/718，514號的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該美國臨時(shí)專利申請的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本申請涉及用于生產(chǎn)可以受益于具有硬的、非多孔的表面外觀和感覺且尤其是可以在廚房和沐浴產(chǎn)品中找到實(shí)用性的產(chǎn)品的材料，廚房和沐浴產(chǎn)品例如廚房水槽、洗手間水槽、工作臺面、浴缸、淋浴底盆和類似物。更特別地，本公開內(nèi)容涉及用于生產(chǎn)這樣的產(chǎn)品的工程復(fù)合材料。
[0004]在許多應(yīng)用中，期望具有硬的、通常非多孔的表面。例如，消費(fèi)者可能偏好廚房工作臺面和類似物具有這樣的表面以抵抗由于由每日使用引起的磨損造成的染色和破壞。天然石(例如，花崗巖、石灰石等)常常用于這樣的應(yīng)用中，但受各種材料性質(zhì)限制。例如，石可能在材料中具有許多天然缺陷，這可以導(dǎo)致脆性材料傾向于在制造和安裝過程期間破裂或斷裂。材料的脆性可以導(dǎo)致材料在沖擊時(shí)碎裂或破裂(例如，沖擊石廚房柜臺的盤或碟)。天然石還通常具有相對高的孔隙率和吸水率，這從實(shí)際觀點(diǎn)來看，意味著這樣的材料必需經(jīng)常被密封，這導(dǎo)致顯著的另外的維持成本和努力。另外，已知機(jī)器加工產(chǎn)品的困難，以及石的有限可用性，石是使用昂貴的材料。天然石還具有其他局限性，包括在沒有顯著的努力的情況下石不能容易地形成復(fù)雜的形狀。例如，如果期望生產(chǎn)由天然石材料制成的水槽，則在機(jī)械加工過程中將浪費(fèi)相對大量的材料，因?yàn)橹圃鞂⒁源髩K的石開始且顯著量的石將在形成工藝中被除去以產(chǎn)生所需的形狀。
[0005]已知在家庭應(yīng)用中使用天然石的許多缺點(diǎn)，對工程復(fù)合材料存在需求，工程復(fù)合材料可以用于這些應(yīng)用中且具有意圖抵抗染色和提供增加的防沾污性、耐磨性、耐化學(xué)性和減少的脆性的增強(qiáng)的材料性質(zhì)。這樣的材料將理想地是生產(chǎn)相對簡單的和有效的，且可以結(jié)合可容易得到的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]示例性的實(shí)施方案涉及包括聚合物基質(zhì)材料和包括玻璃瓷的填料材料的復(fù)合材料。復(fù)合材料具有小于約百分之一的吸水率。
[0007]另一個(gè)示例性的實(shí)施方案涉及包括組合物的制品，組合物包括聚合物基質(zhì)材料和包括玻璃瓷的填料材料。制品具有小于約百分之一的吸水率。
[0008]另一個(gè)示例性的實(shí)施方案涉及制造制品的方法，該方法包括混合填料材料和聚合物基質(zhì)材料以產(chǎn)生復(fù)合材料，將通過混合產(chǎn)生的復(fù)合材料引入所需形狀的模具，和從模具除去具有所需形狀的制品。所得到的制品具有小于約百分之一的吸水率，且填料材料包括玻璃瓷。
[0009]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，填料材料可以包括具有在I和2000微米之間的范圍內(nèi)的尺寸的顆粒。[0010]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，復(fù)合材料可以包括按重量計(jì)在10%和70%之間的聚合物基質(zhì)材料和按重量計(jì)在30%和90%之間的填料材料。
[0011]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，填料材料還可以包括砂。
[0012]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，砂可以是回收的芯型砂。
[0013]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，聚合物基質(zhì)材料可以包括聚合物樹脂材料或聚合物樹脂材料的混合物。
[0014]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，玻璃瓷可以包括按重量計(jì)在50%和80%之間的SiO2，按重量計(jì)在10%和30%之間的Al2O3，按重量計(jì)在O %和4%之間的Na2O3，按重量計(jì)在O %和4%之間的K2O,按重量計(jì)在0%和3%之間的TiO2，和按重量計(jì)在0%和5%之間的MgO。
[0015]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，復(fù)合材料可以具有在莫氏硬度表上在4和9之間的硬度。
[0016]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，填料材料可以具有小于百分之一的吸水率。
[0017]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，復(fù)合材料和由其生產(chǎn)的任何制品可以具有小于百分之一的吸水率。
[0018]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，復(fù)合材料可以用于形成水槽、淋浴底盆、浴缸、工作臺面、或集成的頂部和碗狀物單一結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，制備制品的方法例如本文描述的方法可以包括混合填料材料和聚合物基質(zhì)材料以產(chǎn)生復(fù)合材料，將復(fù)合材料引入所需形狀的模具，和從模具除去具有所需形狀的制品。
[0020]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，生產(chǎn)制品的方法可以包括在混合之前碾磨、粉碎或破碎前體材料以產(chǎn)生填料材料中的至少一種。
[0021]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，生產(chǎn)制品的方法可以包括在250° F和350° F之間的溫度下熱處理制品，持續(xù)在I和3小時(shí)之間的時(shí)間段。
[0022]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，生產(chǎn)制品的方法可以包括在混合之前著色填料材料。
[0023]根據(jù)本申請中所描述的前述示例性的實(shí)施方案或其他實(shí)施方案中的任一個(gè)，生產(chǎn)制品的方法可以包括以按重量計(jì)多至約20%的量混合另外的填料或添加劑與填料材料和聚合物基質(zhì)材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是闡明根據(jù)示例性的實(shí)施方案生產(chǎn)的復(fù)合材料的樣品的照片。
[0025]圖2-8闡釋可以根據(jù)各種其他示例性的實(shí)施方案使用本文描述的復(fù)合材料來生產(chǎn)的各種水槽設(shè)計(jì)。
[0026]圖9和10闡釋可以根據(jù)各種其他示例性的實(shí)施方案使用本文描述的復(fù)合材料來生產(chǎn)的各種淋浴底盆設(shè)計(jì)。
[0027]圖11和12闡釋可以根據(jù)各種其他示例性的實(shí)施方案使用本文描述的復(fù)合材料來生產(chǎn)的各種浴缸設(shè)計(jì)。
[0028]圖13是詳述根據(jù)示例性的實(shí)施方案制備復(fù)合材料的制造工藝的步驟的流程圖。
[0029]圖14是詳述根據(jù)示例性的實(shí)施方案制備復(fù)合材料的制造工藝的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明的示例性的實(shí)施方案涉及將無機(jī)填料材料例如回收的玻璃瓷或砂結(jié)合在聚合物基質(zhì)中以提供具有通常硬的、非多孔的表面的產(chǎn)品的復(fù)合材料。復(fù)合材料可以用于制備構(gòu)件或結(jié)構(gòu)例如洗手間水槽、廚房水槽、工作臺面、集成的頂部和碗狀物水槽、淋浴底盆、淋浴設(shè)備圍繞物、浴缸、或?qū)⑵谕驳?、非多孔的表面特性的其他產(chǎn)品。
[0031]本發(fā)明的另一個(gè)示例性的實(shí)施方案涉及提供復(fù)合材料的方法，結(jié)合無機(jī)填料材料，提供待用作填料的陶瓷材料的原始源，將材料的原始源碾磨成顆粒，混合陶瓷顆粒與聚合物樹脂基質(zhì)和將混合物模制成各種形狀。
[0032]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，構(gòu)件或結(jié)構(gòu)例如洗手間水槽、廚房水槽、工作臺面(或，例如，和集成的工作臺面和水槽)、淋浴底盆或基部、浴缸或類似物使用包括聚合物基材或基質(zhì)材料(例如，環(huán)氧樹脂)和在聚合物基質(zhì)中的無機(jī)填料材料(例如，來自模制工藝中使用的砂芯的回收的玻璃瓷或砂)的復(fù)合材料來制造，以提供具有硬的、通常非多孔的表面特性的產(chǎn)品。在一些但不是所有的示例性的實(shí)施方案中，材料可以具有天然石的外觀(例如，材料可以被制成類似于傳統(tǒng)上在制造水槽或工作臺面中利用的許多不同的天然石(例如花崗巖，大理石、縞瑪瑙或石灰華))。
[0033]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，復(fù)合材料利用在衛(wèi)生器具例如廁所和洗手間中通常使用的收回的/回收的玻璃瓷。這樣的材料的一個(gè)有利的特征是與傳統(tǒng)的陶瓷或瓷器產(chǎn)品相t匕，玻璃瓷具有顯著更低的孔隙率和吸水率水平。例如，傳統(tǒng)的陶瓷可以具有在約10和20百分?jǐn)?shù)之間的孔隙率水平。比較起來，由玻璃瓷制成的衛(wèi)生器具產(chǎn)品通常具有更低的孔隙率，通常大約小于百分之一。在衛(wèi)生器具產(chǎn)品中，該孔隙率可以有利地允許高的防沾污性和較低的吸水率；這些相同的性質(zhì)還可以有利地允許相比于現(xiàn)今可得到的其他復(fù)合材料和天然石產(chǎn)品，由收回的壓碎的或粉碎的玻璃瓷制成的復(fù)合材料展示改進(jìn)的孔隙率和防沾污性。
[0034]玻璃陶瓷介質(zhì)(例如，玻璃瓷)是在一些情況下可能已經(jīng)用瓷釉上釉的陶瓷材料。玻璃陶瓷介質(zhì)具有緊湊的和均一的結(jié)構(gòu)，其被燃燒直到基本上所有的開室消失。在玻璃化工藝期間，構(gòu)成基礎(chǔ)材料的顆粒在點(diǎn)火期間被熔融成玻璃相，且玻璃相在高溫下被流化，填充在未融化的顆粒之間形成的縫隙。玻璃瓷通常是粘土(例如高嶺土)和其他材料例如二氧化硅、氧化鋯等的混合物。玻璃瓷通常通過由材料形成不同的物體和然后應(yīng)用玻璃粉，然后將其加熱至足以使基材和玻璃表面玻璃化的溫度來制備。玻璃化工藝導(dǎo)致具有相對低的吸水率的材料，這又提供具有相對聞的防沾污性的材料。
[0035]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，復(fù)合材料包括聚合物基質(zhì)和優(yōu)選地從其他應(yīng)用收回或回收的無機(jī)填料材料(例如，先前在衛(wèi)生器具制造中使用的玻璃瓷材料或從模制操作中使用的廢砂回收的砂)。在這樣的實(shí)施方案中，填料材料作為增強(qiáng)材料被引入聚合物樹脂材料中。根據(jù)示例性的實(shí)施方案，復(fù)合材料可以包括按重量計(jì)在約百分之10和百分之70之間的聚合物樹脂材料和在約百分之30和百分之90之間的填料材料(例如玻璃瓷或砂)，取決于所得到的復(fù)合材料的所需的特征。復(fù)合材料還可以包括其中的其他填料，例如以碳纖維、芳族聚酰胺纖維、聚丙烯纖維和類似物的形式的纖維狀的加強(qiáng)材料，以及在約百分之O和百分之20之間的水平的其他構(gòu)成成分(例如，顏料、催化劑、脫模劑、UV穩(wěn)定劑、增稠劑，用于控制材料收縮率，用于促進(jìn)交聯(lián)等)或如由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識的與本公開內(nèi)容一致的其他材料。聚合物樹脂可以是單一聚合物樹脂材料(例如，氨基甲酸乙酯、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯等)或可以是多于一種聚合物樹脂材料的混合物或組合。
[0036]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料具有以下組成:包括在約重量百分之10和重量百分之30之間的高嶺土、在約重量百分之20和重量百分之40之間的球粘土、和在約重量百分之35和重量百分之55之間的非塑料。這樣的材料的一個(gè)示例性的實(shí)施方案可以包括在約重量百分之50和重量百分之80之間的SiO2、在約重量百分之10和重量百分之30之間的Al2O3、在約重量百分之O和重量百分之4之間的Na2O3、在約重量百分之O和重量百分之4之間的K20、在約重量百分之O和重量百分之3之間的TiO2、和在約重量百分之O和重量百分之5之間的MgO。根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料可以具有不同的組成。任何玻璃瓷材料可以根據(jù)各種其他示例性的實(shí)施方案來使用。
[0037]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料是陶瓷材料。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，陶瓷是玻璃瓷。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，陶瓷是耐火粘土。無機(jī)填料材料可以由如由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識的與本公開內(nèi)容一致的其他材料組成。在一些示例性的實(shí)施方案中，材料可以是用于形成產(chǎn)品例如廁所、坐浴盆、水槽和其他衛(wèi)生器具的收回的或回收的材料(例如，其可以是從產(chǎn)品制造工藝剩下的過量材料和/或通過破裂衛(wèi)生器具例如前述產(chǎn)品而形成的壓碎的或粉碎的材料)。這樣的材料可能已經(jīng)經(jīng)歷玻璃化工藝以除去材料中形成的孔。
[0038]在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，無機(jī)填料材料可以從先前經(jīng)加工的材料提供。先前經(jīng)加工的材料可以是從當(dāng)前生產(chǎn)線過剩的(例如，在衛(wèi)生器具生產(chǎn)線中生產(chǎn)的多余或其他未使用的材料)。先前經(jīng)加工的材料可以是不能用于不同生產(chǎn)線的有缺陷的材料(例如，用于制備廁所、水槽、坐浴盆等的材料)。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，無機(jī)填料材料可以從當(dāng)前現(xiàn)有的產(chǎn)品提供，當(dāng)前現(xiàn)有的產(chǎn)品被收回和壓碎或粉碎以產(chǎn)生無機(jī)填料材料。這些當(dāng)前現(xiàn)有的產(chǎn)品可以使用具有對于用作無機(jī)填料材料有利的性質(zhì)(例如，低的吸水率、最小的孔隙率、高的硬度)的材料來制造。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，利用的現(xiàn)有的產(chǎn)品將是衛(wèi)生器具產(chǎn)品。這些現(xiàn)有的產(chǎn)品可來自不同的制造線，其中生產(chǎn)過量的產(chǎn)品或有缺陷的產(chǎn)品(例如，被破壞的廁所、被破壞的水槽、過量的水槽、過量的廁所等)。
[0039]無機(jī)填料材料可以使用破碎或粉碎工藝來加工以減小粒度大小以便對于用在本文描述的復(fù)合材料中是可接受的。例如，根據(jù)示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料的原始源可以是以板材或塊的形式。根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料的原始源可以是以衛(wèi)生器具產(chǎn)品的形式，例如廁所、洗手間水槽、浴缸或類似物。這些實(shí)施方案代表無機(jī)填料材料的源且不意圖將源限于僅僅所提供的這些實(shí)例。無機(jī)填料材料的原始源將被碾碎以產(chǎn)生可以作為增強(qiáng)材料被引入熔融的聚合物樹脂基質(zhì)中的顆粒。無機(jī)填料材料可以使用打磨機(jī)器、砂輪或其他類型的碾磨機(jī)器來碾碎。
[0040]無機(jī)填料材料的原始源可以被碾碎、壓碎或粉碎以提供所需的粒度范圍。顆粒的尺寸范圍可以在碾磨過程期間被控制。因此，所需要的尺寸范圍可以在材料的原始源被碾碎之前確定。粒度范圍可以是小的或大的范圍，取決于將使用填料的產(chǎn)品的類型。根據(jù)示例性的實(shí)施方案，填料的粒度在約I至約2，000微米的范圍。在其他實(shí)施方案中，填料的粒度在約I至約1，000微米或約I至約400微米的范圍。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，粒度的范圍可以改變以實(shí)現(xiàn)不同的美學(xué)品質(zhì)。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，粒度的范圍可以關(guān)于提供復(fù)合材料中的一致性來確定。為了提供某些美學(xué)品質(zhì)或一致性，在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，填料粒度的范圍可以具有不同的具體的粒度范圍。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，小的粒度可以采用來增強(qiáng)填料材料在聚合物基質(zhì)中的懸浮。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，大的粒度可以采用來改進(jìn)復(fù)合材料的硬度和耐擦傷性。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，粒度的混合(例如，雙峰或多峰粒度分布)可以采用來提供增加的充填效率，除了改進(jìn)的硬度、耐擦傷性和填料材料在聚合物基質(zhì)中的增強(qiáng)的懸浮之外。
[0041]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料可以是或包括砂材料。砂材料可以是海灘砂或從砂鑄造工藝回收的芯型砂。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，無機(jī)填料材料的原始源可以是包括粘合劑材料的芯型砂。原始源材料可以被處理以除去粘合劑材料。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，原始源材料可以被熱處理以燒盡粘合劑材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，原始源材料可以用磁鐵來處理以除去不期望的磁性污染物。原始源材料中提供的砂顆?？梢跃哂羞m合于弓I入到聚合物基質(zhì)材料中的范圍內(nèi)的粒度和吸水率，如先前所描述的。
[0042]根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，無機(jī)填料材料可以是玻璃瓷和砂的混合物。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，無機(jī)填料可以是按重量計(jì)約50%玻璃瓷和約50%砂。適當(dāng)?shù)脑?，其他混合物比率可以被采用。根?jù)其他示例性的實(shí)施方案，比率可以在100%玻璃瓷至100%#,以及在它們之間的任何比率之間改變。如同粒度分布一樣，玻璃瓷和砂的百分?jǐn)?shù)可以被調(diào)節(jié)以提供期望的混合物，提供最終產(chǎn)品的特定的性能和/或美觀性。
[0043]一旦無機(jī)填料材料已經(jīng)被碾碎成顆粒，填料材料可以被引入聚合物基質(zhì)中。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，聚合物基質(zhì)將是環(huán)氧樹脂材料。在混合填料材料和聚合物基質(zhì)之后，混合物可以被模制成不同的形狀。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，混合物可以被模制成廚房水槽。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，混合物可以被模制成洗手間水槽。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，混合物可以被模制成工作臺面。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，混合物可以被模制成集成的頂部和碗狀物單一結(jié)構(gòu)(例如，包括一個(gè)整體形成的單元中的工作臺面和水槽碗狀物兩者的組件)。在又一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，混合物可以被模制成淋浴底盆。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，混合物可以被模制成浴缸。不同生產(chǎn)線(例如水槽生產(chǎn)線、工作臺面生產(chǎn)線、淋浴底盆生產(chǎn)線、浴缸生產(chǎn)線)中使用的模具可以用于將混合物模制成各種形狀。
[0044]根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案，除了無機(jī)填料材料之外，碾碎的或壓碎的玻璃材料例如基于二氧化硅(SiO2)的材料可以被引入聚合物基質(zhì)中。例如，從回收的浴室門、窗和其他源收回的玻璃可以被壓碎以產(chǎn)生細(xì)顆粒。使用除了玻璃瓷之外的這樣的玻璃材料的一個(gè)有利的特征是玻璃材料可以幫助將玻璃瓷顆粒保持在懸浮液中。根據(jù)示例性的實(shí)施方案，復(fù)合材料可以包括為約重量百分之90玻璃瓷和重量百分之10玻璃的填料，但這些比例可以根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案改變，取決于所得到的復(fù)合材料的所需特征。除了如本文描述的其他填料材料，例如以碳纖維、芳族聚酰胺纖維、聚丙烯纖維和類似物的形式的纖維狀的加強(qiáng)材料，以及約百分之O至百分之20的其他構(gòu)成成分(例如顏料、催化劑、脫模劑、UV穩(wěn)定劑、增稠劑，用于控制材料收縮率，用于促進(jìn)交聯(lián)等)或如由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識的與本公開內(nèi)容一致的其他材料之外,可以使用該玻璃瓷和玻璃填料材料。再次,聚合物樹脂可以是單一聚合物樹脂材料(例如，氨基甲酸乙酯、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯等)或可以是多于一種聚合物樹脂材料的混合物或組合。
[0045]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，填料和整體復(fù)合材料各自具有小于約百分之一的吸水率(例如，通過在浸沒在水中之前和之后稱量復(fù)合材料以確定在浸沒之后復(fù)合材料內(nèi)的水的重量百分?jǐn)?shù)來計(jì)算)。材料的吸水率可以取決于使用的填料材料的吸水率。吸水率可以取決于產(chǎn)品意圖用于的應(yīng)用而變化。吸水率通過使用具有不同的吸水率值的填料材料而變化。材料的吸水率將取決于原始源材料在其用作填料材料之前經(jīng)歷了什么制備工藝。在一些示例性的實(shí)施方案中，無機(jī)填料材料可能已經(jīng)經(jīng)歷玻璃化工藝，這將顯著地減小無機(jī)填料材料中的孔的尺寸。廚房應(yīng)用例如工作臺面需要具有低吸水率的材料。工作臺面將可能與可以永久地染色由多孔材料制成的工作臺面的食物或液體接觸。具有非常低的吸水率的復(fù)合材料可以用于這些廚房應(yīng)用中以極大地減少可能在日常使用中出現(xiàn)的染色。浴室應(yīng)用例如洗手間水槽還需要具有低吸水率的材料。水槽將可能與日用品和化學(xué)品(例如牙膏、洗手皂等)接觸，日用品和化學(xué)品可以永久地染色由多孔材料制成的水槽。有非常低的吸水率的復(fù)合材料可以用于浴室應(yīng)用中以極大地減少可能在日常使用中出現(xiàn)的染色。
[0046]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，復(fù)合材料的硬度將在莫氏硬度表上的4至9的范圍內(nèi)。材料的硬度可以與通常用于廚房和洗手間應(yīng)用的天然石產(chǎn)品的硬度標(biāo)稱值可比較。例如，花崗巖，通常用于工作臺面，具有莫氏硬度表上7的硬度，而大理石，通常用于水槽，具有莫氏硬度表上3的硬度。復(fù)合材料的硬度可以取決于材料將用于的應(yīng)用而變化。廚房應(yīng)用需要具有高耐磨性的材料。高耐磨性需要硬的材料被用于制造廚房應(yīng)用。用作填料的陶瓷材料是固有地硬的材料，使得其非常適合于廚房應(yīng)用。材料的硬度可以通過改變材料的組成來調(diào)節(jié)(例如，增加陶瓷填料的百分?jǐn)?shù))。材料的硬度還可以通過在復(fù)合材料中使用添加劑來調(diào)節(jié)。添加劑例如氧化鋁還可以用于增加材料的硬度。
[0047]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，當(dāng)相比于相似的復(fù)合材料時(shí)，復(fù)合材料和由其生產(chǎn)的產(chǎn)品的抗沖擊性和強(qiáng)度將展示至少約25%的改進(jìn)。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，復(fù)合材料使得其經(jīng)受得住從至少約36英寸的高度落下的五磅標(biāo)槍的沖擊。
[0048]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，所得到的產(chǎn)品可以是各種顏色中的任一種。例如，復(fù)合材料可以具有暗黑色或暗褐色的外觀，或根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，可以具有其他顏色或顏色組合。
[0049]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，基材材料中的無機(jī)填料材料的顆?？梢栽谝刖酆衔锘|(zhì)中之前經(jīng)歷著色過程。使顆粒著色的一個(gè)有利的特征是來自各種源的陶瓷材料可以用于復(fù)合材料，而不管它們的初始的顏色變化。例如，各種顏色或色調(diào)的水槽可以被打破以形成顆粒，且所有的顆粒可以使用相同的著色劑來著色以獲得顆粒的一致顏色。根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，具有各種顏色的顆?？梢杂糜谔峁┚哂兴璧念伾缹W(xué)的復(fù)合材料(例如，復(fù)合材料可以使用在基質(zhì)內(nèi)的白色、綠色和藍(lán)色的顆粒以提供多色表面外觀)。
[0050]著色劑可以應(yīng)用到陶瓷顆粒，使得形成化學(xué)鍵，這可以有利地減少或防止顏色退色或漂白，且還可以允許包括在復(fù)合材料中的顆粒的更一致的外觀。另外，著色劑與陶瓷顆粒的化學(xué)鍵合允許復(fù)合材料維持其表面上的顏色。在其他示例性的實(shí)施方案中，顆?？梢允褂酶苫鼗鹕?、干砂漿、染料、顏料、油漆或如由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的與本公開內(nèi)容一致的其他材料中的一種或多種來著色。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，顆?？梢曰旧鲜褂弥珓﹣硗坎家蕴峁┮恢滦?。根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，顆?？梢曰旧鲜褂弥珓﹣硗坎家蕴峁┧璧拿缹W(xué)效果。不同的著色劑可以應(yīng)用到顆粒的不同位置以實(shí)現(xiàn)變化的顏色或效果。著色劑可以應(yīng)用到陶瓷顆粒以提供類似于天然石的材料。在其他示例性的實(shí)施方案中，不同的著色劑可以應(yīng)用到顆粒，使得其匹配構(gòu)件或結(jié)構(gòu)(例如，洗手間水槽、廚房水槽)的外部顏色。匹配構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的外部的著色劑可以極大地減少對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的任何擦痕或缺陷的察覺。
[0051]根據(jù)示例性的實(shí)施方案，陶瓷顆?？梢耘c添加劑混合。添加劑可以包括木灰、云母、石顆粒、玻璃顆粒、或如由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識的與本公開內(nèi)容一致的其他材料中的一種或多種。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，添加劑可以與顆粒混合以提供一致性。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，添加劑可以與顆?；旌弦蕴峁┧璧拿缹W(xué)效果。添加劑的組合可以與顆粒混合以提供所需的美學(xué)效果。不同的添加劑可以與顆粒的不同部分混合以實(shí)現(xiàn)變化的顏色或效果。
[0052]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1闡明由根據(jù)示例性的實(shí)施方案的包括環(huán)氧樹脂基質(zhì)和玻璃瓷填料的復(fù)合材料制成的樣品。如闡明的，樣品具有黑石樣外觀。樣品的顏色可以取決于各種其他示例性的實(shí)施方案而不同，取決于與顆粒和/或聚合物基質(zhì)材料一起使用的著色劑的類型。
[0053]圖2-8闡釋可以使用本文描述的復(fù)合材料形成的許多可能的水槽設(shè)計(jì)。這些水槽設(shè)計(jì)意圖是說明性的且決不意圖是限制性的。根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，各種不同的水槽設(shè)計(jì)中的任一種可以使用這樣的復(fù)合材料來產(chǎn)生。根據(jù)還其他示例性的實(shí)施方案，復(fù)合材料可以用于形成工作臺面、集成的水槽和工作臺面產(chǎn)品、浴缸、淋浴間和圍繞物，和可能期望工程石樣表面的各種其他類型的產(chǎn)品中的任一種。
[0054]圖9和10闡釋可以使用本文描述的復(fù)合材料形成的一對可能的淋浴底盆設(shè)計(jì)。這些淋浴底盆設(shè)計(jì)意圖是說明性的且決不意圖是限制性的。根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，各種不同的淋浴底盆設(shè)計(jì)中的任一種可以使用這樣的復(fù)合材料來產(chǎn)生。
[0055]圖11和12闡釋可以使用本文描述的復(fù)合材料形成的一對可能的浴缸設(shè)計(jì)。這些浴缸設(shè)計(jì)意圖是說明性的且決不意圖是限制性的。根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，各種不同的浴缸設(shè)計(jì)中的任一種可以使用這樣的復(fù)合材料來產(chǎn)生。
[0056]圖13是闡明根據(jù)示例性的實(shí)施方案的用于生產(chǎn)復(fù)合材料和來自其的產(chǎn)品的工藝100的流程圖。
[0057]在步驟110，獲得陶瓷填料材料的源。例如，源可以是現(xiàn)有的衛(wèi)生器具產(chǎn)品例如水槽、廁所和類似物。在另一個(gè)實(shí)例，源可以是來自衛(wèi)生器具或其他類型的產(chǎn)品的生產(chǎn)的過量材料。源材料優(yōu)選地是具有如本文描述的組成和吸水率的玻璃化陶瓷材料。
[0058]在步驟120，源材料被加工以生產(chǎn)用于復(fù)合材料中的具有所需的尺寸和/或形狀特征的顆粒。根據(jù)各種其他示例性的實(shí)施方案，源材料可以經(jīng)歷破碎、粉碎和/或碾磨操作以減小顆粒的尺寸和以獲得所需的粒度分布。這樣的操作可以使用任何合適的設(shè)備來進(jìn)行，無論是現(xiàn)在已知的或之后被開發(fā)的。應(yīng)注意，盡管工藝100涵蓋該加工步驟可以結(jié)合制造工藝進(jìn)行，但根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，預(yù)加工的顆?？梢詮牡谌皆蠢绮牧瞎?yīng)商獲得(即，產(chǎn)品的最終生產(chǎn)者不需要壓碎填料的源材料，但可以代替地從供應(yīng)商獲得該材料；如果期望的話，供應(yīng)商還可以在交付它們之前對顆粒著色)。
[0059]在任選的步驟130，經(jīng)加工的顆?？梢员恢绫疚拿枋龅?。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，產(chǎn)品中使用的所有顆粒可以具有相同的顏色，但根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，可以利用各種顏色。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，可以利用具有基本上相似的顏色(例如，白色、淺黃褐色、淺褐色等)的顆粒。如閱讀本公開內(nèi)容的技術(shù)人員所理解的，用于基質(zhì)的聚合物(例如，環(huán)氧樹脂)還可以被著色以匹配或以對比或補(bǔ)充將被用于產(chǎn)品中的顆粒。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，用于基質(zhì)的聚合物可以是不透明的且包覆顆粒，使得顆?？雌饋砭哂芯坏念伾?。
[0060]在步驟140，使用任何可接受的方法將顆粒和任何添加劑加入到聚合物樹脂材料。顆?？梢耘c其他添加劑同時(shí)加入或待被加入的成分可以根據(jù)任何所需的加工順序以分階段的方式加入。聚合物基質(zhì)材料的任選的著色可以以該步驟完成或可以在加入顆粒和/或添加劑材料之前或之后進(jìn)行。
[0061]在步驟150，步驟140中形成的復(fù)合材料然后可以被加入具有所需形狀的模具以生產(chǎn)最終產(chǎn)品。引入模具可以通過任何所需的方法來完成，且根據(jù)各種示例性的實(shí)施方案，可以使用各種模具設(shè)計(jì)、形狀和/或尺寸中的任一種。
[0062]在將復(fù)合材料引入模具之后，允許復(fù)合材料在步驟160硬化以形成產(chǎn)品。在從模具除去產(chǎn)品之后，任選的模制后修整工藝可以在步驟170進(jìn)行，且可以包括例如將保護(hù)涂層應(yīng)用至所得到的產(chǎn)品，拋光，除去產(chǎn)品的多余或其他不期望的組分，和類似的。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，模制后修整步驟170可以是熱處理步驟，其包括將模制的產(chǎn)品保持在約250° F和350° F之間的溫度下，持續(xù)在約I和3小時(shí)之間的時(shí)間段。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，模制后修整步驟170可以是熱處理步驟，其包括將模制的產(chǎn)品保持在約300° F的溫度下，持續(xù)約2小時(shí)的時(shí)間段。模制后熱處理可以有利地允許聚合物鏈的交聯(lián)和產(chǎn)品的完全硬化。
[0063]圖14是闡明根據(jù)另一個(gè)示例性的實(shí)施方案的用于生產(chǎn)復(fù)合材料和來自其的產(chǎn)品的工藝200的流程圖。
[0064]在步驟210，獲得無機(jī)填料材料的源。例如，源可以是海灘砂、從砂鑄造工藝回收的芯型砂和類似物。源材料優(yōu)選地是具有如本文描述的組成和吸水率的芯型砂材料。
[0065]在任選的步驟220，可以加工源材料以除去污染物。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，粘合劑可以例如通過熱處理從源材料被除去，以產(chǎn)生不含粘合劑的填料材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，磁性污染物可以被除去，例如通過磁性分離。這樣的操作可以使用任何合適的設(shè)備來進(jìn)行，無論是現(xiàn)在已知的或之后被開發(fā)的。應(yīng)注意，盡管工藝200涵蓋該加工步驟可以結(jié)合制造工藝進(jìn)行，但根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，預(yù)加工的顆粒可以從第三方源例如材料供應(yīng)商獲得(即，產(chǎn)品的最終生產(chǎn)者不需要從源材料除去粘合劑，但可以代替地從供應(yīng)商獲得該材料；如果期望的話，供應(yīng)商還可以在交付它們之前對顆粒著色)。[0066]在任選的步驟230，經(jīng)加工的顆粒可以被著色，如本文描述的。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，產(chǎn)品中使用的所有顆?？梢跃哂邢嗤念伾?，但根據(jù)其他示例性的實(shí)施方案，可以利用各種顏色。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，可以利用具有基本上相似的顏色(例如，白色、淺黃褐色、淺褐色等)的顆粒。如閱讀本公開內(nèi)容的技術(shù)人員所理解的，用于基質(zhì)的聚合物(例如，環(huán)氧樹脂)還可以被著色以匹配或以對比或補(bǔ)充將被用于產(chǎn)品中的顆粒。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，用于基質(zhì)的聚合物可以是不透明的且包覆顆粒，使得顆?？雌饋砭哂芯坏念伾?。
[0067]在步驟240，使用任何可接受的方法將顆粒和任何添加劑加入到聚合物樹脂材料。顆?？梢耘c其他添加劑同時(shí)加入或待被加入的成分可以根據(jù)任何所需的加工順序以分階段的方式加入。聚合物基質(zhì)材料的任選的著色可以以該步驟完成或可以在加入顆粒和/或添加劑材料之前或之后進(jìn)行。
[0068]在步驟250，步驟240中形成的復(fù)合材料然后可以被加入具有所需形狀的模具以生產(chǎn)最終產(chǎn)品。引入模具可以通過任何所需的方法來完成，且根據(jù)各種示例性的實(shí)施方案，可以使用各種模具設(shè)計(jì)、形狀和/或尺寸中的任一種。
[0069]在將復(fù)合材料引入模具之后，允許復(fù)合材料在步驟260硬化以形成產(chǎn)品。在從模具除去產(chǎn)品之后，任選的模制后修整工藝可以在步驟270進(jìn)行，且可以包括例如將保護(hù)涂層應(yīng)用至所得到的產(chǎn)品，拋光，除去產(chǎn)品的多余或其他不期望的組分，和類似的。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，模制后修整步驟270可以是熱處理步驟，其包括將模制的產(chǎn)品保持在約250° F和350° F之間的溫度下，持續(xù)在約I和3小時(shí)之間的時(shí)間段。在另一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，模制后修整步驟270可以是熱處理步驟，其包括將模制的產(chǎn)品保持在約300° F的溫度下，持續(xù)約2小時(shí)的時(shí)間段。模制后熱處理可以有利地允許聚合物鏈的交聯(lián)和產(chǎn)品的完全硬化。
[0070]如本文利用的，術(shù)語“大約”、“約”、“基本上”和相似的術(shù)語意圖具有與本公開內(nèi)容的主題所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的普通的和認(rèn)可的用法一致的寬泛意思。閱讀本公開內(nèi)容的技術(shù)人員應(yīng)理解，這些術(shù)語意圖允許所描述的和要求的某些特征的描述，而不將這些特征的范圍限于所提供的精確數(shù)值范圍。因此，這些術(shù)語應(yīng)被解釋為指示所描述的和要求的主題的無實(shí)質(zhì)的或無關(guān)緊要的修改或改變被認(rèn)為在如所附的權(quán)利要求書中所陳述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0071]應(yīng)注意，如本文用來描述各種實(shí)施方案的術(shù)語“示例性的”意圖表示這樣的實(shí)施方案是可能的實(shí)施方案的可能的實(shí)例、表示和/或說明(且這樣的術(shù)語不意圖意味著這樣的實(shí)施方案必定是特別的或最佳的實(shí)例)。
[0072]重要的是注意到各種示例性的實(shí)施方案的構(gòu)造和布置僅是說明性的。雖然在本公開內(nèi)容中僅詳細(xì)描述了少數(shù)實(shí)施方案，但閱讀本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地明白，許多修改是可能的(例如，各種元件的大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例，參數(shù)值、安裝布置、材料的使用、顏色、定向的變化等)，而在本質(zhì)上不偏離本文描述的主題的新的教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。例如，示出為整體形成的元件可以由多個(gè)部件或元件構(gòu)成，元件的位置可以倒轉(zhuǎn)或以其他方式變化，且分離的元件的性質(zhì)或數(shù)量、或位置可以改變或變化。根據(jù)可選擇的實(shí)施方案，任何工藝或方法步驟的順序或次列可以變化或重新排序。各種示例性的實(shí)施方案的設(shè)計(jì)、操作條件和布置中還可以進(jìn)行其他替換、修改、變化和省略，而不偏離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合材料，包括: 聚合物基質(zhì)材料；和 填料材料，其包括玻璃瓷； 其中所述復(fù)合材料具有小于約百分之一的吸水率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述填料材料包括具有在I和2000微米之間的范圍內(nèi)的尺寸的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括按重量計(jì)在10%和70%之間的聚合物基質(zhì)材料和按重量計(jì)在30%和90%之間的填料材料。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述填料材料還包括砂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料，其中所述砂是回收的芯型砂。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物基質(zhì)材料包括聚合物樹脂材料或聚合物樹脂材料的混合物。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述玻璃瓷包括: 按重量計(jì)在50%和80%之間的SiO2, 按重量計(jì)在10%和30%之間的Al2O3, 按重量計(jì)在O %和4%之間的Na2O3, 按重量計(jì)在O %和4%之間的K2O, 按重量計(jì)在0%和3%之間的TiO2，和 按重量計(jì)在O %和5%之間的MgO。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料具有在莫氏硬度表上在4和9之間的硬度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述填料材料具有小于百分之一的吸水率。
10.一種制品，包括前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述制品具有小于百分之一的吸水率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制品，其中所述制品是水槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制品，其中所述制品是淋浴底盆、浴缸、工作臺面、或集成的頂部和碗狀物單一結(jié)構(gòu)。
13.一種制備權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的制品的方法，所述方法包括: 混合所述填料材料和所述聚合物基質(zhì)材料以產(chǎn)生所述復(fù)合材料； 將所述復(fù)合材料引入具有所需形狀的模具；和 從所述模具除去具有所述所需形狀的所述制品。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述混合之前碾磨、粉碎或破碎前體材料以產(chǎn)生所述填料材料中的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，還包括在250°F和350° F之間的溫度下熱處理所述制品，持續(xù)在I和3小時(shí)之間的時(shí)間段。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述混合之前著色所述填料材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以多至按重量計(jì)約20%的量混合另外的填 料或添加劑與所述填料材料和聚合物基質(zhì)材料。
【文檔編號】C04B111/27GK103917146SQ201380003756
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25日
【發(fā)明者】M·W·斯基布爾, J·A·托伊貝特 申請人:科勒公司