專利名稱：可模壓的復(fù)合制品及其制備方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是1997年4月23日遞交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?8/839,016的部分繼續(xù)申請(qǐng)，其的整個(gè)內(nèi)容在此引入作為參考。
在制備具有含有足夠強(qiáng)度和剛度以作為汽車車身內(nèi)襯的聚合物材料的制品過程中，公知的是，制取具有不同性能的可熱成型材料的片材，將它們處理成層狀，且然后在加熱和加壓下將它們?cè)谀＞咧袎褐圃谝黄?。至少使用一層賦予強(qiáng)度和剛度和另一層產(chǎn)生足以用于模壓的松散材料。美國專利5,298,319公開了從外層為基本上由聚丙烯人造纖維組成的無紡布和中間層為擠出聚丙烯的纖維狀復(fù)合材料制得汽車車身內(nèi)襯。此種現(xiàn)有技術(shù)纖維復(fù)合材料是與中間層聚丙烯層的擠出同時(shí)進(jìn)行組合的。兩個(gè)無紡布外層的內(nèi)表面通過在擠出工藝中產(chǎn)生的熱粘合至擠出的聚丙烯表面且在該工藝中熔融的相鄰表面隨后變成熔化狀態(tài)。使用含有同一聚合物(即聚丙烯)的三層，有助于所得制品的最終循環(huán)使用。
在這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的方法中存在幾個(gè)固有的缺點(diǎn)。因?yàn)橘x予模壓所必須的松散材料的中間層是被擠出的，由此模壓的制品將必須是具有均勻的厚度。另一個(gè)短處是，纖維復(fù)合材料必須與中間層的擠出同時(shí)組合。
發(fā)明綜述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的可模壓的纖維復(fù)合材料，其可用于制備不同厚度和密度的模壓制品。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種由可依次拼合的層組成的改進(jìn)的可模壓復(fù)合材料。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種由可容易地循環(huán)使用的相容材料制成的改進(jìn)的可模壓的纖維復(fù)合材料。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種能夠用于模壓具有高厚度重量比的制品的無紡纖維復(fù)合材料。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的纖維復(fù)合材料，當(dāng)在加熱和加壓下模壓時(shí)，其容易變成模具的形狀而不會(huì)斷裂或撕裂。
本發(fā)明的進(jìn)一個(gè)目的是提供一種能夠用于熱成形制品而不需要注射樹脂的改進(jìn)的可模壓的纖維復(fù)合材料。
為實(shí)現(xiàn)前述和其它目的以及克服上述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，從具體和廣義地講本發(fā)明提供了一種可模壓的無紡纖維復(fù)合材料及其制備方法。根據(jù)本發(fā)明的無紡纖維復(fù)合材料具有至少兩個(gè)功能層，這兩層均是由相同的可熱成形的無紡聚合物化學(xué)物質(zhì)或材料制成。合適的聚合物材料包括聚丙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯、聚氨酯和聚酯。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，這兩層是由聚酯制成。這些復(fù)合材料通?？捎糜诘幌抻谥苽淦囓図攦?nèi)襯、車身內(nèi)襯、客艙制品、行李、家具、運(yùn)動(dòng)制品和過濾制品。
所選擇的聚合物化學(xué)物質(zhì)是制成具有不同和/或其它物理性能的兩種不同布。至少一種布是可成形的布，其在加熱和/或加壓下通過最終的模壓成形，具有較高程度的強(qiáng)度和硬度。另一種布是一種可變化的壓縮布(也稱之為厚度可變的布)，當(dāng)在加熱和/或加壓下模壓時(shí)，其能夠具有可變的厚度和密度。在某些要求最終制品具有均勻厚度和密度的用途中，也可使用該可變的壓縮布。此種可變的壓縮布是美國專利號(hào)5,532,050的主題，其在此引入作為參考。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可將構(gòu)成表面布層的另一層施加至用于提高由所述復(fù)合材料的制品的外觀的之一層的外表面上。功能層和表面布層可拼合成能夠用作制備可成形的成品的復(fù)合材料。這里所用的術(shù)語“復(fù)合材料”包括任何堆積的連續(xù)層，無論在這些層之間的粘合是否通過化學(xué)和/或物理方式提高。復(fù)合材料相鄰層的粘合可通過諸如噴涂粉粘合、使用液體分散體/溶液、壓合、火焰層合、在功能層之間使用中間粘合布、和機(jī)械針刺之類的工藝而被提高，所有這些均是本領(lǐng)域熟練人員熟知的。
在這個(gè)概念中，還包括的是另一個(gè)實(shí)施方案，其中具有預(yù)定熔融溫度范圍的所選纖維的共混物是包含在影響復(fù)合材料各層之間的粘合和最終模壓制品的硬度的一層或兩層中。粘合發(fā)生的這個(gè)機(jī)理是可稱之為“熱塑性粘合”且是更充分地描述在美國專利5,456,976，欄3，第36-50行，其參考內(nèi)容在此引入作為參考。然后將復(fù)合材料的片材放置到模具中，加熱和/或加壓成形以得到模腔的形狀，并由此形成最終的制品形狀。
圖2是制備本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的的模壓制品的系統(tǒng)的示意表示。
本發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)將參照具體的實(shí)施方案和附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，制品是分別由可變壓縮的各個(gè)卷材或片材和可成形布層模壓制得。如圖2中所示，可成形布(25和26)是從導(dǎo)輥(分別為29和32)懸垂下來，可變的壓縮布(28)是從導(dǎo)輥(31)懸垂下來，且選擇性地，表面布層來自導(dǎo)輥(30)。這些布層是從它們各自的導(dǎo)輥送入至具有上部(33)和下部(34)的模具裝置中，如圖2所示。
汽車車頂是由將可變壓縮布和可成形布(它們含有粘結(jié)劑纖維)的各個(gè)層通過一個(gè)壓制膜(其模腔的形狀就是車頂內(nèi)襯的形狀)，因?yàn)閺?fù)合材料的卷材是未卷取的。為了實(shí)施模壓，復(fù)合材料是經(jīng)受預(yù)定時(shí)間長度的高溫和然后在模具中冷卻。在各個(gè)層中的粘合劑纖維在熱和/或壓力下軟化和/或熔融以及相互混合，且通過脫模，粘結(jié)劑纖維將冷卻和硬化并將各層粘合在一起。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，可成形和可變壓縮布層以及選擇性地表面布層在制成制品之前，是形成一個(gè)復(fù)合材料。
參照
圖1，其顯示了各個(gè)層，其包括本發(fā)明的復(fù)合制品。為了容易說明，各個(gè)層的厚度沒有按照刻度畫出。
在圖1中，包含可變壓縮布的復(fù)合制品(1)是在夾在具有上表面(6)和下表面(7)的可成形布層(5)，和具有上表面(9)和下表面(10)的可成形布層(8)之間，上粘合層(14)和下粘合層(11)是分別嵌入在可變壓縮布層(2)和可成形布層(5)和(8)之間，以致于可變壓縮層(2)的上表面緊靠粘合層(14)的下表面，以及粘合層(14)的上表面(15)緊鄰可成形布層(5)的下表面(7)，以及粘合層(11)的上表面(12)緊鄰可變壓縮層(2)的下表面(4)，且粘合層(11)的下表面(13)緊鄰可成形布層(8)的上表面(9)，由此提高了可成形布層(5)和可變壓縮層(2)之間的粘合。
前述的實(shí)施方案可通過利用粘合層(20)將表面布層(17)的下表面(19)施加至可成形布層(5)的上表面(6)而改性，以致于表面布層(17)的下表面(19)緊鄰粘合層(20)的上表面(21)，且粘合層(20)的下表面(22)緊鄰可成形布層(5)的上表面(6)，由此提高了復(fù)合材料及其模壓制品的外表面的外觀。汽車內(nèi)襯或車身內(nèi)襯可然后通過將該復(fù)合材料穿過壓模裝置而成形，并使該復(fù)合材料經(jīng)受高溫和/或高壓，其時(shí)間是足以使該復(fù)合材料形成所述模腔的形狀。
為了用于本發(fā)明中，已發(fā)現(xiàn)可成形或硬化的布的基重應(yīng)當(dāng)是4-18盎司/平方碼。優(yōu)選的范圍是6-12盎司/平方碼。這些范圍使得得到制備時(shí)手感、模壓成品的受控硬度性能以及制備成品的經(jīng)濟(jì)性的最佳組合。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚酯可變壓縮布的片材是夾雜在為針刺毛氈形狀的可成形聚酯的兩個(gè)片材之間，由此制得以復(fù)合材料制品。所述針刺毛氈是由紐約尤蒂卡的諾爾頓無紡布有限公司制造。相鄰片材之間的粘合性是通過機(jī)械針刺而提高。然后將復(fù)合材料卷成儲(chǔ)存卷材?？蓪⒁粚友b飾布，諸如HOF AHMV8印刷的縫編聚酯或Foss針刺聚酯，施加至一層可成形聚酯布的外表面上。
一種制品，例如汽車車身內(nèi)襯或車頂內(nèi)襯，是在加熱和/或加壓下在模具中形成。然后將模壓制品冷卻至環(huán)境溫度。上述的US5,298,319教示了用于制備本發(fā)明所稱類型的制品的基本模壓方法和設(shè)備，且在此引為參考。
應(yīng)理解的是，提高粘合性的不同方法可在具有相同復(fù)合材料的不同布層之間應(yīng)用。例如，表面布層和可成形布層之間的高粘合可通過粘合層之間的嵌入而實(shí)施，同時(shí)可成形布層和可變厚度布層之間的高粘合可通過針刺法實(shí)施。
另外，適合于模壓的復(fù)合材料可從一層可成形布和一層可變壓縮布制成。表面布層可施加至可成形布層或可變壓縮布層之一的外表面上。功能布層之間的粘合可通過諸如針刺之類的機(jī)械裝置和/或通過諸如噴涂粉粘合、使用液體分散體和/或溶液、火焰層合、和/或粘合層的嵌入以及它們的組合等粘合方法而被提高。
下列實(shí)施例顯示了本發(fā)明的各種結(jié)構(gòu)實(shí)施方案和如何通過改變某些工藝參數(shù)而控制本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的物理性能。在下列實(shí)施例中，第一和第二硬挺劑層是通過針刺方法制得首先將所選的纖維在標(biāo)準(zhǔn)紡織混合設(shè)備上摻混，隨后將所述纖維梳理成無紡布，其然后將其交疊鋪網(wǎng)以制得高柔軟的多層毛氈，隨后將該毛氈層用約1000針的穿刺進(jìn)行針刺。
三種材料層是如下第一硬挺劑層50％Fiber Inovation Technologies 3.5旦×2英寸結(jié)晶聚酯雙組分粘結(jié)劑纖維50％Kosa 15旦×3英寸295型聚酯基重-6盎司/平方碼針刺法織造(硬挺劑布)第二硬挺劑層與上述相同的纖維、混紡紗、和織造基重-9盎司/平方碼可變壓縮層50％Fiber Innovation Technologies 3.5旦×2英寸結(jié)晶聚酯雙組分粘結(jié)劑纖維25％6.7分特聚酯25％17.0分特聚酯基重-20盎司/平方碼厚度-20毫米縱向搭接織造(可變壓縮布)在這些材料的每個(gè)之間沒有粘合層?？v向搭接產(chǎn)物可變壓縮布是在Strudo machine上制得，該機(jī)器的廠商是I.N.T.，s.r.o460 05 liberec，Karla Capka 302/22捷克共和國為了制備所述可變壓縮層，將所述三個(gè)聚酯纖維(包括一粘合劑纖維)在標(biāo)準(zhǔn)的紡織纖維摻混設(shè)備上摻混并梳理成無紡布。將梳理的布送入縱向搭接Strudo機(jī)以使其折疊或打褶，從而得到給定厚度的縱向折疊的產(chǎn)品。將該厚產(chǎn)品通過一烘箱以將該產(chǎn)品加熱至至少約150℃，其軟化或熔融粘結(jié)劑纖維以使得它們熱粘合至共混物中的其它纖維上，由此制得一個(gè)柔軟、厚的三維產(chǎn)品。
為了制得上述的模壓制品，所述工藝包括，將所述布層壓成一復(fù)合材料，將該復(fù)合材料預(yù)熱至約400°F達(dá)約8分鐘，將該復(fù)合材料放入至模具中，關(guān)閉模具成16毫米的縫隙達(dá)約4分鐘，并開模以取出模壓制品、對(duì)于溫?zé)岬哪＞咴嚇佣裕撃＞?溫?zé)峁ぞ?是被預(yù)熱至約300°F。
復(fù)合三層試樣是可變壓縮層是夾在沿縱向和橫向方向制成的第一和第二硬挺劑層之間。具有相同組成的其它試樣是使用未經(jīng)加熱的模具(冷工具)在室溫下沿縱向和橫向方向制成。根據(jù)上述方法制成的四種試樣是使用ASTM設(shè)計(jì)D790-92、測試方法I-A三點(diǎn)載荷系統(tǒng)(中心是在一個(gè)簡單支撐的橫梁上)，按照用于未增強(qiáng)的和增強(qiáng)的塑料以及電絕緣材料的撓曲性能的標(biāo)準(zhǔn)測試方法進(jìn)行測試。
測試結(jié)果是列于下表1中。
表1撓曲測試結(jié)果
*SSL＝第二硬挺劑層VCL＝可變壓縮層FSL＝第一硬挺劑層對(duì)本發(fā)明的模壓復(fù)合材料提供合適硬挺度的操作范圍是對(duì)補(bǔ)償屈服載荷為約13-26牛頓。本發(fā)明的1英寸屈服載荷是約90-140％，且斜率硬度是在約2.5-7.0牛頓/毫米的范圍。
本發(fā)明的產(chǎn)品在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，要求高的硬挺度以適合用于汽車車頂內(nèi)襯，術(shù)語“高的硬挺度”是通過在表1中介紹和上面討論的撓曲結(jié)果和定義的。模壓車頂內(nèi)襯要求高的硬挺度以為了在它的跨度(在微型蓬車中其可以是高達(dá)8英尺)內(nèi)支撐它自己的重量，和室內(nèi)燈和太陽鏡的額外重量，而當(dāng)按用于車頂內(nèi)襯的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境耐受測試中所評(píng)估暴露高達(dá)3天時(shí)，在從-40℃至185°F的寬溫度范圍內(nèi)不會(huì)彎曲和斷裂。產(chǎn)品必須不被撓曲或彎曲至破壞點(diǎn)，在該破壞點(diǎn)車頂內(nèi)襯將破裂，使它不能承受所加車頂內(nèi)襯組分的重量。而且，車頂內(nèi)襯中的破壞斷裂將通過該車頂內(nèi)襯中的裝飾性布層顯示出來，使得外觀不夠美觀，不宜安裝在汽車中。當(dāng)應(yīng)力超過它的極限時(shí)，本發(fā)明的產(chǎn)品將彎曲且然后破壞斷裂，因?yàn)樯鲜鲈蚴蛊洳贿m合用作汽車車頂內(nèi)襯?！暗湍Ａ俊碑a(chǎn)品不會(huì)破壞斷裂，且沒有表現(xiàn)出承受在使用時(shí)所加元件重量所需的硬挺度，特別是在上述的環(huán)境耐受測試中。因此，低模量產(chǎn)品本來是不適合用于汽車車頂內(nèi)襯。
雖然在此描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案，但這些僅僅是用于解釋和說明本發(fā)明的目的，且不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是十分明顯的本發(fā)明的各種改進(jìn)是處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，且是包括在所附的權(quán)利要求書中。
雖然參照如附圖中所示的優(yōu)選模式，已具體地顯示和描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不偏離權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)的情況下，可詳細(xì)地實(shí)施各種改變。
權(quán)利要求
1.一種適合用于模壓成汽車車頂內(nèi)襯的制品，其包含一層下列類型的可成形無紡布層，即當(dāng)其在加熱和/或加壓下經(jīng)受模壓時(shí)具有高的硬挺度，補(bǔ)償屈服載荷約13-26牛頓，一英寸下屈服載荷為約90-140％，且斜率范圍為約2.5-7.0牛/毫米，這所有均是按ASTM D-790-92測試方法I測定，所述可成形布層具有一上表面和一下表面，和一層下列類型可變壓縮無紡布層，即當(dāng)其經(jīng)受加熱和/或加壓下模壓時(shí)，能夠具有可變厚度，所述可變壓縮布具有一上表面和一下表面，所述可成形布的下層粘合至所述可變壓縮布的上層，且其中所述各層是由相同的可熱成形的聚合物化學(xué)物質(zhì)制得。
2.如權(quán)利要求1所述的制品，其中所述可成形布和所述可變壓縮布兩者基本上均由聚酯組成。
3.如權(quán)利要求2所述的制品，其中在所述可成形布層和所述可變壓縮布層之間的粘合是通過機(jī)械方式提高。
4.如權(quán)利要求3所述的制品，其中提高各層之間的機(jī)械方式是針刺。
5.如權(quán)利要求2所述的制品，其中在所述可成形布層和所述可變壓縮布層之間的粘合是通過粘合劑方式提高。
6.如權(quán)利要求2所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布層是施加至可變壓縮布層上以致于所述表面布的下表面是緊鄰可變壓縮布的上表面。
7.如權(quán)利要求2所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布層是施加至可變壓縮布層上以致于所述表面布的下表面是緊鄰可變壓縮布的下表面。
8.一種適合用于模壓成汽車車頂內(nèi)襯的制品，其包含一層下列類型的可變壓縮無紡布層，即當(dāng)在加熱和/或加壓下經(jīng)受模壓時(shí)具有可變厚度，和兩層下列類型的可成形無紡布層，即當(dāng)其在加熱和/或加壓下經(jīng)受模壓時(shí)具有高的硬挺度，補(bǔ)償屈服載荷約13-26牛頓，一英寸下屈服載荷為約90-140％，且斜率范圍為約2.5-7.0牛/毫米，這所有均是按ASTM D-790-92測試方法I測定，所述可成形布層具有一上表面和一下表面，所述可變壓縮布層是夾在一層可成形布的上表面和另一層可成形布層的下表面之間，且所述各層是由相同的熱成形聚合物化學(xué)物質(zhì)制得。
9.如權(quán)利要求8所述的制品，其中所述可成形布和所述可變壓縮布兩者基本上均由聚酯組成。
10.如權(quán)利要求9所述的制品，其中在所述可成形布層和所述可變壓縮布層之間的粘合是通過機(jī)械方式提高。
11.如權(quán)利要求9所述的制品，其中在所述可成形布層和所述可變壓縮布層之間的粘合是通過粘合劑方式提高。
12.如權(quán)利要求9所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布層是施加至可變壓縮布層上以致于所述可成形布的上表面是緊鄰可變壓縮布的下表面。
13.如權(quán)利要求8所述的制品，其中具有一上表面和一下表面的表面布層是施加至可變壓縮布層上以致于所述可變壓縮層的上表面是緊鄰表面布層的下表面。
14.一種適合用于模壓成汽車車頂內(nèi)襯的制品，其包含兩層下列類型的可變壓縮無紡布層，即當(dāng)在加熱和/或加壓下經(jīng)受模壓時(shí)具有可變的厚度，和一層下列類型的可成形無紡布層，即當(dāng)在加熱和/或加壓下經(jīng)受模壓時(shí)具有高的硬挺度，補(bǔ)償屈服載荷約13-26牛頓，一英寸下屈服載荷為約90-140％，且斜率范圍為約2.5-7.0牛/毫米，這所有均是按ASTM D-790-92測試方法I測定，所述可變壓縮布具有一上表面和一下表面，所述可成形布層是夾在一層可變壓縮布的上表面和另一層可變壓縮布層的下表面之間，且各層是由相同的可熱成形的聚合物化學(xué)物質(zhì)制得。
15.一種適合用于汽車車頂內(nèi)襯的形狀為無紡纖維復(fù)合材料的可變厚度的制品，所述纖維復(fù)合材料是多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括一層下列類型的可成形無紡布層，即當(dāng)在加熱和/或加壓下經(jīng)受模壓時(shí)具有高的硬挺度，補(bǔ)償屈服載荷為約13-26牛頓，一英寸下屈服載荷為約90-140％，且斜率范圍為約2.5-7.0牛/毫米，這所有均是按ASTM D-790-92測試方法I測定，和一層下列類型的可變壓縮無紡布層，即當(dāng)經(jīng)受加熱和/或加壓下模壓時(shí)能夠具有可變厚度，且所述各層是由相同的可熱成形的聚合物化學(xué)物質(zhì)制得。
16.如權(quán)利要求15所述的可變厚度的制品，其中可變厚度布層是夾在兩層可成形布之間。
17.如權(quán)利要求15所述的可變厚度的制品，其中可成形布層是夾在兩層可變壓縮布之間。
18.如權(quán)利要求15所述的制品，其中所述可成形布和所述可變壓縮布兩者均由聚酯組成。
19.如權(quán)利要求15所述的制品，其是為汽車車身內(nèi)襯的形狀。
20.如權(quán)利要求15所述的制品，其是為汽車車頂內(nèi)襯的形狀。
全文摘要
一種制品(1),其包含一可成形的布層(5),當(dāng)該布層在加熱和/或加壓下進(jìn)行模壓時(shí)具有高的硬挺度。一層當(dāng)在加熱和/或加壓下進(jìn)行模壓時(shí)能夠具有可變厚度的可變壓縮布層(2)被粘合至所述可成形的布層(5)上,其中所述各層是由相同的可熱成形的聚合物化學(xué)物質(zhì)制成。
文檔編號(hào)B32B5/26GK1346308SQ00805961
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2000年2月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月6日
發(fā)明者斯蒂芬·D·科佩惠特 申請(qǐng)人:諾爾頓無紡布有限公司