專(zhuān)利名稱(chēng)：具有表面覆蓋層的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性聚合物復(fù)合片材，和更特別地涉及多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性聚合物復(fù)合片材，其具有為降低的火焰蔓延、減少的煙霧密度、減少的熱量釋放和減少的氣體釋放中的至少一種而提供的表面覆蓋層。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專(zhuān)利Nos.4978489和4670331中公開(kāi)了多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合片材，且可在產(chǎn)品制造工業(yè)中，在許多和各種應(yīng)用中使用，這是因?yàn)槔w維增強(qiáng)的熱塑性片材容易模塑成制品。例如，使用已知的技術(shù)，例如熱沖壓、壓塑和熱成形，成功地由纖維增強(qiáng)的熱塑性片材形成制品。
由于具有各種應(yīng)用，因此，對(duì)纖維增強(qiáng)的熱塑性片材進(jìn)行各種性能試驗(yàn)。當(dāng)所形成的制品在可能經(jīng)歷火焰事件，例如著火的環(huán)境中使用時(shí)，例如，纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的火焰蔓延、煙霧密度和氣體釋放特性是重要的。由于安全的考慮，需要改進(jìn)纖維增強(qiáng)的熱塑性片材產(chǎn)品的火焰、煙霧和毒性性能。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供一種復(fù)合片材材料，所述復(fù)合片材材料包括含至少一種熱塑性材料的至少一層多孔芯層，和基于所述多孔芯層的總重量，約20重量％-約80重量％的纖維，以及至少一層表層。每一表層覆蓋至少一層多孔芯層的至少一部分表面。表層包括至少一層熱塑性膜，彈性體膜，金屬箔，熱固性涂層，無(wú)機(jī)涂層，纖維基麻棉布(scrim)，非織造織物，和織造織物，所述表層具有大于約22的極限氧指數(shù)，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量。
另一方面，提供制造多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的方法。該方法包括提供多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材，所述熱塑性片材具有含熱塑性材料的至少一層多孔芯層和約20重量％-80重量％的纖維。該方法還包括層壓至少一層表層到多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的表面上。每一表層包括至少一層熱塑性膜、彈性膜、金屬箔、熱固性涂層、無(wú)機(jī)涂層、纖維基麻棉布、非織造織物，和織造織物，該表層具有大于約22的極限氧指數(shù)，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量，以提高多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的火焰、煙霧、熱量釋放和氣體釋放特征中的至少一種。
另一方面，提供一種復(fù)合片材材料，所述復(fù)合片材材料包括可滲透的芯層，所述芯層包括與熱塑性樹(shù)脂粘結(jié)在一起的不連續(xù)的纖維?？蓾B透的核芯的密度為約0.2gm/cc-約1.8gm/cc，且包括表面區(qū)域。該復(fù)合片材材料還包括與表面區(qū)域相鄰的粘合層。粘合層包括極限氧指數(shù)大于約22的材料，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的例舉的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的截面示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的例舉的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的截面示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的例舉的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的截面示意圖。
具體實(shí)施方案以下將詳細(xì)地描述具有降低的火焰蔓延、減少的煙霧密度、減少的熱量釋放和減少的氣體釋放這些特征的多層多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合片材。在例舉的實(shí)施方案中，多層多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材包括由一種或更多種熱塑性材料和分散在該熱塑性材料內(nèi)的約20重量％-約80重量％的纖維形成的一層或更多層的多孔芯層。在熱和/或壓力下，以及在使用或者不使用粘合劑或粘結(jié)層的情況下，通過(guò)層壓到芯層上的表層覆蓋芯層的至少一個(gè)表面。選擇表層材料，以便當(dāng)暴露于火焰事件下時(shí)，至少部分地賦予復(fù)合片材火焰蔓延、煙霧密度、熱量釋放和氣體釋放的所需的減少。此外，可通過(guò)一起層壓具有不同熱塑性材料和/或不同纖維的兩層或更多層多孔芯層，從而改進(jìn)處理、模塑性和最終使用性能。此外，可在芯層之間層壓表層，以影響性能特征。另外，可通過(guò)層壓至少一層表層到芯層的表面上，從而改進(jìn)模塑性和成形性，其中表層是纖維基麻棉布、非織造織物，和織造織物中至少一種。
參考附圖，圖1是例舉的纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合片材10的載面示意圖，它包括一層多孔芯層12和層壓到芯層12的外表面18與20上的表層14與16。在一個(gè)實(shí)施方案中，復(fù)合片材10的厚度為約0.5mm-約50mm，和在其它實(shí)施方案中，厚度為約0.5mm-約25mm。此外，在一個(gè)實(shí)施方案中，表層14和16各自厚度為約25微米-約5mm，和在其它實(shí)施方案中，厚度為約25微米-約2.5mm。
由開(kāi)孔結(jié)構(gòu)制成的網(wǎng)幅(web)形成芯層12，所述開(kāi)孔結(jié)構(gòu)由通過(guò)一種或更多種熱塑性樹(shù)脂至少部分保持在一起的增強(qiáng)纖維無(wú)規(guī)交叉而形成，其中多孔芯層12的孔隙含量范圍一般地介于芯層12總體積的約5％至約95％，和尤其介于約30％至約80％。在另一實(shí)施方案中，多孔芯層12由開(kāi)孔結(jié)構(gòu)制成，所述開(kāi)孔結(jié)構(gòu)由通過(guò)一種或更多種熱塑性樹(shù)脂至少部分保持在一起的增強(qiáng)纖維無(wú)規(guī)交叉而形成，其中約40％至約100％的孔結(jié)構(gòu)是開(kāi)放的且允許空氣和氣體流經(jīng)其中。在一個(gè)實(shí)施方案中，芯層12的密度為約0.2gm/cc-約1.8gm/cc，在另一實(shí)施方案中為約0.3gm/cc-約1.0gm/cc。使用已知的制造工藝，例如濕法成網(wǎng)工藝、氣流成網(wǎng)工藝、干混工藝、梳理和針織工藝，和制造非織造產(chǎn)品所使用的其它已知的工藝，從而形成芯層12。這種制造工藝的結(jié)合也是有用的。芯層12包括約20％-約80％重量的高彈性拉伸模量和平均長(zhǎng)度介于約7至約200mm的纖維，和約20％-約80％重量全部或基本上未凝固的纖維狀或粒狀熱塑性材料，其中重量百分?jǐn)?shù)基于芯層12的總重量。在另一實(shí)施方案中，芯層包括約35％-約55％重量的纖維。加熱網(wǎng)幅到芯層12上的熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，以便基本上軟化塑料材料并流經(jīng)一個(gè)或更多個(gè)凝固器件，例如軋輥、壓延輥、雙層皮帶層壓器、indexing press、多層日光壓機(jī)、高壓釜，和層壓并凝固片材與織物所使用的其它這種器件，以便塑料材料可流動(dòng)并浸潤(rùn)纖維。設(shè)定在凝固器件內(nèi)的凝固元件之間的間隙到小于未凝固網(wǎng)幅和大于網(wǎng)幅的尺寸，若它充分地凝固的話(huà)，從而允許網(wǎng)幅膨脹并在流經(jīng)輥之后保持基本上可滲透。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)定間隙到大于網(wǎng)幅約5％-約10％的尺寸，若它充分地凝固的話(huà)。充分凝固的網(wǎng)幅意味著充分壓縮并基本上無(wú)孔隙的網(wǎng)幅。充分凝固的網(wǎng)幅應(yīng)當(dāng)具有小于5％的孔隙含量和具有可忽略不計(jì)的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。
高彈性拉伸模量是指彈性拉伸模量基本高于可由網(wǎng)幅結(jié)構(gòu)形成的凝固片材。屬于這一類(lèi)的纖維包括金屬、金屬化無(wú)機(jī)、金屬化合成品、玻璃、石墨、碳和陶瓷纖維以及諸如以商品名Kevlar和Nomex銷(xiāo)售的芳族聚酰胺纖維之類(lèi)的纖維，且通常包括在室溫和壓力下拉伸模量高于約10000MP的纖維。
粒狀塑料材料包括短塑料纖維，其中可包括該短塑料纖維以提高制造過(guò)程中網(wǎng)幅結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚性。通過(guò)利用在網(wǎng)幅結(jié)構(gòu)內(nèi)塑料材料的熱特征進(jìn)行粘結(jié)。充分地加熱網(wǎng)幅結(jié)構(gòu)引起熱塑性組分在與顆粒和纖維相鄰的它的表面處熔融。
在一個(gè)實(shí)施方案中，單獨(dú)的增強(qiáng)纖維應(yīng)當(dāng)平均不短于約7mm，這是因?yàn)檩^短的纖維通常沒(méi)有在最終的模塑制品內(nèi)提供適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)。此外，纖維平均不應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)于約200mm，這是因?yàn)檫@種纖維難于在制造工藝中處理。
在一個(gè)實(shí)施方案中，使用玻璃纖維，為了賦予結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，纖維的平均直徑為約7至約22微米。直徑小于約7微米的纖維可容易地浮在空中，且可引起環(huán)境健康和安全問(wèn)題。直徑大于約22微米的纖維難以在制造工藝中處理且在模塑之后沒(méi)有有效地增強(qiáng)塑料基體。
在一個(gè)實(shí)施方案中，熱塑性材料至少部分地為粒狀形式。合適的熱塑性塑料包括，但不限于，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈基苯乙烯、丁二烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚亞丁基四氯酸酯和增塑和未增塑的聚氯乙烯，以及這些材料彼此或者與其它聚合物材料的共混物。其它合適的熱塑性塑料包括，但不限于，聚亞芳基醚、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、熱塑性聚酯、聚醚酰亞胺、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物、無(wú)定形尼龍、聚亞芳基醚酮、聚苯硫醚、聚芳基砜、聚醚砜、液晶聚合物、商業(yè)稱(chēng)為PARMAX的聚(1，4-亞苯基)化合物、高熱聚碳酸酯，例如Bayer的APECPC、高溫尼龍和硅氧烷，以及這些材料彼此或者與其它聚合物材料的合金和共混物。優(yōu)選地，熱塑性材料具有大于約22的極限氧指數(shù)(LOI)，這根據(jù)ISO4589試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量。預(yù)期可使用任何熱塑性樹(shù)脂，所述熱塑性樹(shù)脂不受水化學(xué)侵蝕且可充分地通過(guò)熱軟化，以便在沒(méi)有化學(xué)或熱分解的情況下熔融和/或模塑。
在一個(gè)實(shí)施方案中，塑料顆粒不需要過(guò)細(xì)，但粗于約1.5mm的顆粒是不滿(mǎn)意的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谀Ｋ芄に囘^(guò)程中沒(méi)有充分地流動(dòng)，而不能產(chǎn)生均勻的結(jié)構(gòu)。使用較大的顆粒可導(dǎo)致當(dāng)凝固時(shí)材料的彎曲模量降低。在一個(gè)實(shí)施方案中，塑料顆粒的尺寸不大于約1mm。
參考圖1，由可耐受介于約200℃至約425℃的加工溫度的材料形成表層14和16。表層14和16可以是熱塑性膜、彈性膜、金屬箔、熱固性涂層、無(wú)機(jī)涂層、纖維增強(qiáng)麻棉布，和織造或非織造織物材料。可使用根據(jù)ISO 4589試驗(yàn)方法測(cè)量的LOI大于約22的任何合適的熱塑性材料，其中包括熱塑性材料的共混物，形成熱塑性膜，例如聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(芳基砜)及其結(jié)合。形成麻棉布的合適纖維包括，但不限于，玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、碳纖維、無(wú)機(jī)纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維、金屬化無(wú)機(jī)纖維及其結(jié)合。優(yōu)選地，形成麻棉布所使用的纖維具有大于約22的LOI，這根據(jù)ISO 4589試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量。
在一個(gè)實(shí)施方案中，無(wú)機(jī)涂層包括一層石膏糊劑、碳酸鈣糊劑、灰漿和混凝土中的至少一種。纖維基麻棉布包括借助濕法成網(wǎng)、空氣成網(wǎng)、紡粘和射流噴網(wǎng)工藝織造的輕質(zhì)非織造覆蓋材料。纖維基麻棉布包括例如玻璃、碳、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚(對(duì)亞苯基-苯并雙惡唑)、聚(醚-酰亞胺)、聚(苯硫醚)等。非織造織物包括熱塑性材料、熱固性粘合劑、無(wú)機(jī)纖維、金屬纖維、金屬化無(wú)機(jī)纖維和金屬化合成纖維。
使用熱和/或壓力，在使用或不使用粘合劑或粘結(jié)層的情況下，例如使用軋輥或?qū)訅簷C(jī)，通過(guò)任何合適的層壓工藝，將表層14和16層壓到芯層12上。在形成表層14和16之后，將其層壓到芯層12上，和在一個(gè)實(shí)施方案中，在將表層14和16切割成預(yù)定尺寸的片材之前，將其層壓到芯層12上。在另一實(shí)施方案中，在將表層14和16切割成片材之后，將其層壓到芯層12上。在一個(gè)實(shí)施方案中，層壓工藝的溫度高于表層和芯層的熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，例如高于約100℃。在另一實(shí)施方案中，在室溫下，使用熱固化粘合劑和壓力，將表層14和16粘結(jié)到芯層12上。
圖2是另一例舉的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材30的截面示意圖，所述熱塑性片材30包括芯層32和34，和層壓到芯層32和34上的表層36、38和40。特別地，芯層32包括第一表面42和第二表面44，和芯層34包括第一表面46和第二表面48。排列芯層32和34，以便芯層32的第二表面44與芯層34的第一表面46相鄰。表層36位于芯層32的第一表面42之上，表層38位于芯層34的第二表面48之上，和表層40位于芯層32的第二表面44與芯層34的第一表面46之間。一起層壓芯層32和34，以及表層36、38和40，形成纖維增強(qiáng)的熱塑性片材30。
與以上所述的芯層12相類(lèi)似，芯層32和34包括約20％-約80％重量高彈性拉伸模量的纖維和約20％-約80％重量的熱塑性材料。芯層32中的熱塑性材料和/或纖維可以與芯層34中的熱塑性材料和/或纖維相同或者不同，這取決于片材30所需的性能。
與以上所述的表層14和16相類(lèi)似，表層36、38和40由可耐受介于約200℃至約425℃的加工溫度的材料形成。表層36、38和40可以是熱塑性膜、纖維增強(qiáng)的麻棉布和織造或非織造織物材料。表層36、38和40可由相同材料形成或者可由不同材料形成，這取決于片材30所需的性能。
在可供替代的實(shí)施方案中，片材30不包括在芯層32和34之間層壓的表層40。在進(jìn)一步可供替代的實(shí)施方案中，僅僅片材30的外表面之一包括表層和/或在芯層32與34之間層壓的表層。在進(jìn)一步可供替代的實(shí)施方案中，片材30包括表層或在芯層32與34之間層壓的表層40，它覆蓋芯層32的第二表面44和芯層34的第一表面46的至少一部分。
圖3是另一例舉的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材60的截面示意圖，其包括多孔芯層62、64和66，以及層壓到芯層62、64和66上的表層68、70、72和74。特別地，芯層62包括第一表面76和第二表面78，芯層64包括第一表面80和第二表面82，和芯層66包括第一表面84和第二表面86。排列芯層62、64和66，以便芯層62的第二表面78與芯層64的第一表面80相鄰，和芯層64的第二表面82與芯層66的第一表面84相鄰。表層68位于芯層62的第一表面76之上，表層70位于芯層66的第二表面86之上，表層72位于芯層62的第二表面78與芯層64的第一表面80之間，和表層74位于芯層64的第二表面82和芯層66的第一表面84之間。一起層壓芯層62、64和66以及表層68、70、72和74，形成纖維增強(qiáng)的熱塑性片材60。
與以上所述的芯層12相類(lèi)似，芯層62、64和66包括約20％-約80％重量高彈性拉伸模量的纖維和約20％-約80％重量的一種或更多種熱塑性材料。每一芯層62、64和66中的熱塑性材料和/或纖維可以與每一其它芯層中的熱塑性材料和/或纖維相同或者不同，這取決于片材60所需的性能。
與以上所述的表層14和16相類(lèi)似，表層68、70、72和74由可耐受介于約200℃至約425℃的加工溫度的材料形成。表層68、70、72和74可以是熱塑性膜、纖維增強(qiáng)的麻棉布和織造或非織造織物材料。表層68、70、72和74可由相同材料形成或者可由不同材料形成，這取決于片材60所需的性能。在可供替代的實(shí)施方案中，片材60包括一層或更多層表層68、70、72和74，但并非所有四層表層。在另一實(shí)施方案中，片材60包括覆蓋芯層62、64和66表面的至少一部分的一層或更多層表層68、70、72和74。
可在下述，但不限于下述應(yīng)用中使用以上所述的多孔的纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合片材建筑地基、航空、火車(chē)和船舶容器側(cè)面面板、天花板面板、船貨襯里、辦公室隔板、電梯升降井襯里、天花板瓷磚、燈具用的暗線(xiàn)外殼和目前用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、熱塑性片材和FRP制造的其它這類(lèi)應(yīng)用，可使用本領(lǐng)域已知的方法，其中包括例如壓力成形、熱成形、熱沖壓、真空成形、壓縮成形和壓煮，將復(fù)合片材模塑成各種制品。高剛度與重量之比、能采用深拉部分熱成形、壽命終結(jié)的可循環(huán)性、聲音和所需的低火焰蔓延指數(shù)、熱釋放、煙霧密度和氣體釋放性能的結(jié)合使得該多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料比目前使用的產(chǎn)品成為更理想的產(chǎn)品。
通過(guò)參考下述實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，列出所述實(shí)施例，為的是僅僅闡述，不打算限制本發(fā)明的范圍。除非另有說(shuō)明，所有用量以重量份形式列出。
對(duì)比例試驗(yàn)比較表示為樣品A的對(duì)照樣品和表示為樣品B和C的本發(fā)明實(shí)施方案的例舉樣品的火焰、煙霧和氣體釋放。樣品A是由以5％和55％的重量比共混的以ULTEM商品名商購(gòu)于General ElectricCompany的聚(醚-酰亞胺)和以L(fǎng)EXAN商品名商購(gòu)于GeneralElectric Company的含有溴基阻燃劑添加劑的雙酚A聚碳酸酯樹(shù)脂的共混物形成的多孔纖維增強(qiáng)的片材。將共混的樹(shù)脂分散在含有約40重量％標(biāo)稱(chēng)纖維直徑為16微米和平均長(zhǎng)度12.7mm的玻璃纖維的多孔纖維增強(qiáng)的片材內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，樣品B是用76微米厚的以ULTEM商品名商購(gòu)于General Electric Company的聚(醚-酰亞胺)膜層壓的樣品A的多孔纖維增強(qiáng)的片材。樣品C是在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在外表面上層壓的27g/m2以KEVLAR商品名商購(gòu)于E.I.du Pontde Nemours and Company的芳族聚酰胺麻棉布層壓的樣品A的多孔纖維增強(qiáng)的片材。樣品D是8mil厚聚丙烯膜層壓的樣品A的多孔纖維增強(qiáng)的片材。樣品D是含有LOI為17的層壓聚丙烯膜的對(duì)比樣品。下表I-II中列出了結(jié)果。
下表IV中列出了比較樣品E，由重量比為25％的聚(醚-酰亞胺)和聚碳酸酯樹(shù)脂的共混物(其中各自具有50重量％直徑16微米和長(zhǎng)度為12.7mm的玻璃纖維)形成的多孔纖維增強(qiáng)的片材，樣品F，由重量比為5和55％的聚(醚-酰亞胺)和生態(tài)友好的阻燃劑基聚碳酸酯樹(shù)脂的共混物結(jié)合40重量％直徑16微米和長(zhǎng)度12.7mm的玻璃纖維形成的多孔纖維增強(qiáng)片材，樣品G，由聚碳酸酯樹(shù)脂與50重量％直徑16微米和長(zhǎng)度12.7mm的玻璃纖維形成的多孔纖維增強(qiáng)片材，樣品H，由聚丙烯與55重量％直徑16微米和長(zhǎng)度12.7mm的玻璃纖維形成的多孔纖維增強(qiáng)片材，樣品I，由聚亞芳基醚樹(shù)脂與50重量％的玻璃纖維形成的多孔纖維增強(qiáng)的片材，和樣品J，由以33％和17％的重量比結(jié)合的聚碳酸酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的共混物(各自具有50重量％直徑16微米和長(zhǎng)度12.7mm的玻璃纖維)形成的多孔纖維增強(qiáng)的片材的火焰和煙霧特征的對(duì)比例試驗(yàn)。
使用在英國(guó)專(zhuān)利Nos.1129757和1329409中所述的濕法成網(wǎng)的造紙工藝，制造樣品A-J的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材。在雙皮帶層壓器內(nèi)，在325℃和2bar下，進(jìn)一步使纖維增強(qiáng)的熱塑性片材置于熱和壓力下，使片材部分凝固并使樹(shù)脂潤(rùn)濕纖維。由與樣品A相同的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材制備樣品B，但在以上所述的條件下，使用雙皮帶層壓器，采用覆蓋表面的75微米厚的聚(醚-酰亞胺)膜。由與樣品A相同的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材制備樣品C，但在以上所述的條件下，使用雙皮帶層壓器，采用27g/m2覆蓋表面的芳族聚酰胺麻棉布。由與樣品A相同的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材制備樣品D，但在以上所述的條件下，使用雙皮帶層壓器，采用8mil厚的覆蓋表面的聚丙烯膜。
根據(jù)標(biāo)題為“使用輻射熱能源，材料表面可燃性的標(biāo)準(zhǔn)方法”的ASTM方法E-162-02A，使用輻射熱源和樣品材料的傾斜試樣，測(cè)量火焰特征。通過(guò)試驗(yàn)材料，由火焰前端的行進(jìn)速度和熱量釋放速度得到火焰蔓延指數(shù)。關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)是火焰蔓延指數(shù)(FSI)和滴落/燃燒滴落觀(guān)察結(jié)果。用于內(nèi)部材料的旅客公交車(chē)應(yīng)用的美國(guó)和加拿大的要求是FSI為小于或等于35且沒(méi)有火焰滴落。Underwriters Laboratory(UL)要求大于10英尺2的部件應(yīng)當(dāng)具有小于或等于200的FSI，以獲得來(lái)自UL的清單目錄(listing)。
根據(jù)標(biāo)題為“通過(guò)固體材料生成的煙霧的比光學(xué)密度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”的ASTM方法E-662-03，通過(guò)將試樣暴露于火焰和非火焰條件下，測(cè)量煙霧特征。進(jìn)行透光率測(cè)量并利用它以計(jì)算在試驗(yàn)時(shí)間過(guò)程中生成的煙霧的比光學(xué)密度。關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)暴露于輻射爐或者輻射爐加多個(gè)火苗下的樣品而產(chǎn)生的煙霧的光學(xué)密度(Ds)。經(jīng)通常20分鐘用光學(xué)密度對(duì)時(shí)間作圖。達(dá)到這一最大值的最大光學(xué)密度和時(shí)間是重要的輸出值。美國(guó)和加拿大鐵路法規(guī)和一些美國(guó)與加拿大公交車(chē)標(biāo)線(xiàn)設(shè)定在1.5分鐘時(shí)小于或的等于100的最大值Ds，和4分鐘時(shí)小于或等于200的最大值Ds。對(duì)于許多大型室內(nèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，設(shè)定全球空氣法規(guī)在4分鐘時(shí)為Ds小于或等于200。
還根據(jù)Boeing Corporation開(kāi)發(fā)的FAA試驗(yàn)BSS-7239，和FAR25.853(a)Appendix F，Part IV(OSU 65/65)Ca1orimeter，測(cè)量對(duì)于毒性和火焰來(lái)說(shuō)的FAA要求。
典型地需要在航空旅客機(jī)艙內(nèi)部的較大部件滿(mǎn)足以上所述的ASTM E162和ASTM E662以及在4分鐘時(shí)200的最大值Ds。用于塑料的困難試驗(yàn)常規(guī)地為OSU 65/65熱釋放試驗(yàn)。在這一試驗(yàn)中，將試驗(yàn)材料暴露于確定的輻射熱源下，并記錄量熱計(jì)的測(cè)量結(jié)果。關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是在5分鐘試驗(yàn)過(guò)程中平均最大的熱量釋放值不應(yīng)當(dāng)超過(guò)65kW/m2，和在頭2分鐘期間釋放的平均全部熱量不應(yīng)當(dāng)超過(guò)65kW-min/m2。
在60秒的垂直燃燒試驗(yàn)中，將部件暴露于小型開(kāi)放火焰下60秒，和關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是小于或等于150mm的燃燒長(zhǎng)度，和小于或等于15秒的著火后時(shí)間，以及小于或等于3秒的著火時(shí)間滴落物。
表1

表II

表III

*F.D.＝火焰滴落上述試驗(yàn)結(jié)果表明與樣品A相比，具有樣品B的聚(醚酰亞胺)表層和具有樣品C的芳族聚酰胺麻棉布的纖維增強(qiáng)的熱塑性片材顯示出降低的火焰蔓延指數(shù)Fs、降低的煙霧密度Ds、降低的熱量釋放和降低的氣體釋放。正如表1所示，樣品B和C顯示出優(yōu)于樣品A的試驗(yàn)結(jié)果的結(jié)果。例如，樣品B和C顯示出比樣品A(它的Fs為10)分別低5.5和6.0的火焰蔓延指數(shù)Fs。特別地，對(duì)于根據(jù)ASTM E-162、ASTM E-662、FAR 25.853(a)和60秒垂直的燃燒試驗(yàn)進(jìn)行的試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，樣品B和C顯示出較低的試驗(yàn)結(jié)果。唯一的異常是樣品C的4分鐘時(shí)的煙霧密度Ds結(jié)果。對(duì)比例D(它包括LOI為僅僅17的熱塑性膜)顯示出大于200的火焰蔓延指數(shù)Fs和顯示出火焰滴落。此外，每一樣品E-J顯示出火焰蔓延指數(shù)Fs和4分鐘煙霧密度Ds中的至少一個(gè)顯著高于樣品B和C的火焰蔓延指數(shù)Fs和4分鐘煙霧密度Ds。
盡管參考各種具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明作出改變。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合片材材料，其包括含至少一種熱塑性材料的至少一層多孔芯層，和基于所述多孔芯層的總重量，約20重量％-約80重量％的纖維；和至少一層表層，每一所述表層覆蓋至少一層多孔芯層的至少一部分表面，所述表層包括至少一層熱塑性膜，彈性體膜，金屬箔，熱固性涂層，無(wú)機(jī)涂層，纖維基麻棉布，非織造織物，和織造織物，所述表層具有大于約22的極限氧指數(shù)，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量。
2.權(quán)利要求2的復(fù)合片材材料，其中所述熱塑性膜包括聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(亞芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1，4-亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅氧烷中的至少一種。
3.權(quán)利要求1的復(fù)合片材材料，其中所述纖維基麻棉布包括玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無(wú)機(jī)礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無(wú)機(jī)纖維中的至少一種。
4.權(quán)利要求3的復(fù)合片材材料，其中所述纖維基麻棉布包括聚丙烯腈、對(duì)芳族聚酰胺、間芳族聚酰胺、聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并雙惡唑)、聚(醚-酰亞胺)和聚(苯硫醚)中的至少一種。
5.權(quán)利要求1的復(fù)合片材材料，其中所述熱固性涂層包括不飽和聚氨酯、乙烯基酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。
6.權(quán)利要求1的復(fù)合片材材料，其中所述無(wú)機(jī)涂層包括含選自Ca、Mg、Ba、Si、Zn、Ti和Al中的陽(yáng)離子的礦物。
7.權(quán)利要求6的復(fù)合片材材料，其中所述無(wú)機(jī)涂層包括石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。
8.權(quán)利要求1的復(fù)合片材材料，其包括具有第一表面和第二表面的第一多孔芯層；和覆蓋至少一部分所述第一表面和第二表面的至少一層表層。
9.權(quán)利要求1的復(fù)合片材材料，其包括第一和第二多孔芯層，每一所述芯層包括第一和第二表面，所述第一芯層的所述第二表面與所述第二芯層的所述第一表面相鄰布置；和覆蓋所述第一芯層的所述第一和第二表面和所述第二芯層的所述第一和第二表面中至少一個(gè)的至少一部分的至少一層表層。
10.權(quán)利要求9的復(fù)合片材材料，其中所述第一多孔芯層包括至少一種與所述第二多孔芯層不同的熱塑性材料和不同的纖維。
11.權(quán)利要求1的復(fù)合片材材料，其包括第一、第二和第三多孔芯層，每一所述芯層包括第一和第二表面，所述第一芯層的所述第二表面與所述第二芯層的所述第一表面相鄰布置，所述第二芯層的所述第二表面與所述第三芯層的所述第一表面相鄰布置；和覆蓋所述第一芯層的所述第一和第二表面、所述第二芯層的所述第一和第二表面，和所述第三芯層的所述第一和第二表面中至少一個(gè)的至少一層表層。
12.權(quán)利要求11的復(fù)合片材材料，其中所述多孔芯層之一包括至少一種與至少一層所述其它層不同的熱塑性材料和不同的纖維。
13.制造多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的方法，所述方法包括提供多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材，所述熱塑性片材包括含熱塑性材料的至少一層多孔芯層和約20重量％-80重量％的纖維；和層壓至少一層表層到多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的表面上，每一表層包括至少一層熱塑性膜、彈性體膜、金屬箔、熱固性涂層、無(wú)機(jī)涂層、纖維基麻棉布、非織造織物，和織造織物，該表層具有大于約22的極限氧指數(shù)，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量，以提高多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材的火焰、煙霧、熱量釋放和氣體釋放特征中的至少一種。
14.權(quán)利要求13的方法，其中熱塑性膜包括聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(亞芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1，4-亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅氧烷中的至少一種。
15.權(quán)利要求13的方法，其中纖維基麻棉布包括玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無(wú)機(jī)礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無(wú)機(jī)纖維中的至少一種。
16.權(quán)利要求15的方法，其中纖維基麻棉布包括聚丙烯腈、對(duì)芳族聚酰胺、間芳族聚酰胺、聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并雙惡唑)、聚(醚-酰亞胺)和聚(苯硫醚)中的至少一種。
17.權(quán)利要求13的方法，其中熱固性涂層包括不飽和聚氨酯、乙烯基酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。
18.權(quán)利要求13的方法，其中無(wú)機(jī)涂層包括含選自Ca、Mg、Ba、Si、Zn、Ti和Al中的陽(yáng)離子的礦物。
19.權(quán)利要求18的方法，其中無(wú)機(jī)涂層包括石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。
20.權(quán)利要求13的方法，其中所述提供多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材包括提供含具有第一表面和第二表面的第一多孔芯層的多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材，和所述層壓至少一層表層包括層壓覆蓋所述第一和第二表面至少一個(gè)的至少一層表層。
21.權(quán)利要求13的方法，其中所述提供多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材包括提供含第一和第二多孔芯層的多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材，每一芯層包括第一和第二表面，第一芯層的第二表面與第二芯層的第一表面相鄰布置，和所述層壓至少一層表層包括層壓覆蓋第一芯層的第一和第二表面，以及第二芯層的第一和第二表面中至少一個(gè)的至少一層表層。
22.權(quán)利要求13的方法，其中所述提供多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材包括提供含第一、第二和第三多孔芯層的多孔纖維增強(qiáng)的熱塑性片材，每一芯層包括第一和第二表面，第一芯層的第二表面與第二芯層的第一表面相鄰布置，第二芯層的第二表面與第三芯層的第一表面相鄰布置；和所述層壓至少一層表層包括層壓覆蓋第一芯層的第一和第二表面、第二芯層的第一和第二表面和所述第三芯層的第一和第二表面中至少一個(gè)的至少一層表層。
23.權(quán)利要求13的方法，其中表層包括纖維基麻棉布，非織造織物，和織造織物中的至少一種。
24.一種復(fù)合片材材料，其包括可滲透的芯層，所述芯層包括與熱塑性樹(shù)脂粘結(jié)在一起的不連續(xù)的纖維，所述可滲透的芯層的密度為約0.2gm/cc-約1.8gm/cc，所述可滲透的芯層包括表面區(qū)域；和與所述表面區(qū)域相鄰的粘合層，所述粘合層包括極限氧指數(shù)大于約22的材料，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量。
25.權(quán)利要求24的復(fù)合片材材料，其中所述可滲透的芯層具有開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。
26.權(quán)利要求24的復(fù)合片材材料，其中所述可滲透的芯層包括金屬纖維、金屬化無(wú)機(jī)纖維、金屬化合成纖維、玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維和芳族聚酰胺纖維中的至少一種。
27.權(quán)利要求24的復(fù)合片材材料，其中所述可滲透的芯層包括選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈基苯乙烯、丁二烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚亞丁基四氯酸酯(polybutyleneterachlorate)、聚氯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、熱塑性聚酯、聚醚酰亞胺、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物、無(wú)定形尼龍、聚亞芳基醚酮、聚苯硫醚、聚芳基砜、聚醚砜、聚(1，4-亞苯基)化合物、硅氧烷及其混合物中的熱塑性樹(shù)脂。
28.權(quán)利要求24的復(fù)合片材材料，其中所述芯層包括約20-約80重量％的纖維和約20-約80重量％的熱塑性樹(shù)脂。
29.權(quán)利要求24的復(fù)合片材材料，其中所述芯層包括約35-約55重量％的纖維和約45-約65重量％的熱塑性樹(shù)脂。
30.權(quán)利要求24的復(fù)合片材材料，其中當(dāng)根據(jù)ASTM E662測(cè)試時(shí)，所述復(fù)合材料具有小于約200的4分鐘煙霧密度Ds。
31.權(quán)利要求26的復(fù)合片材材料，其厚度為約0.5mm-約25mm。
32.權(quán)利要求26的復(fù)合片材材料，其中所述粘合層的厚度為約25微米-約2.5毫米。
33.權(quán)利要求26的復(fù)合片材材料，其中所述粘合的相鄰層包括至少一層熱塑性膜，彈性體膜，金屬箔，熱固性涂層，無(wú)機(jī)涂層，纖維基麻棉布，非織造織物，和織造織物，所述表層具有大于約22的極限氧指數(shù)，這根據(jù)ISO 4589來(lái)測(cè)量。
34.權(quán)利要求33的復(fù)合片材材料，其中所述熱塑性膜包括聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(亞芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1，4-亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅氧烷中的至少一種。
35.權(quán)利要求33的復(fù)合片材材料，其中所述纖維基麻棉布包括玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無(wú)機(jī)礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無(wú)機(jī)纖維中的至少一種。
36.權(quán)利要求33的復(fù)合片材材料，其中所述纖維基麻棉布包括聚丙烯腈、對(duì)芳族聚酰胺、間芳族聚酰胺、聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并雙惡唑)、聚(醚-酰亞胺)和聚(苯硫醚)中的至少一種。
37.權(quán)利要求33的復(fù)合片材材料，其中所述熱固性涂層包括不飽和聚氨酯、乙烯基酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。
38.權(quán)利要求33的復(fù)合片材材料，其中所述無(wú)機(jī)涂層包括含選自Ca、Mg、Ba、Si、Zn、Ti和Al中的陽(yáng)離子的礦物。
39.權(quán)利要求38的復(fù)合片材材料，其中所述無(wú)機(jī)涂層包括石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。
全文摘要
一種復(fù)合片材材料，其包括含熱塑性材料的至少一層多孔芯層，和基于所述多孔芯層的總重量，約20重量％－約80重量％的纖維；和覆蓋芯層表面的至少一層表層。表層包括至少一層熱塑性膜、纖維基麻棉布、非織造織物，和織造織物中的至少一種。
文檔編號(hào)C08K3/34GK1950199SQ200580014698
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者V·拉伽溫德蘭, D·S·伍德曼, E·O·特施, R·R·波尼康逖, S·M·戴維斯, P·A·布里斯托, M·程, D·W·索勒, B·E·戴維 申請(qǐng)人:阿茲代爾公司, 通用電氣公司