可塑性塑料涂料的制作方法
【專利說明】可塑性塑料涂料
[0001] 本發(fā)明涉及可塑性塑料涂料。
[0002] 本發(fā)明更具體涉及用于內(nèi)飾的基于含聚合物基質(zhì)的納米復(fù)合材料的可塑性塑料 涂料，根據(jù)其如何加工具有不同類型的效應(yīng)。
[0003] 眾所周知，可塑性塑料涂料的典型問題是這些涂料本身抵抗應(yīng)力的能力較差。尤 其是，導(dǎo)致無法制成能呈現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的終飾面同時(shí)能抵抗應(yīng)力（例如鋪面材料中常見的應(yīng) 力）的可塑性涂層。
[0004] 相反，性能等同于這些傳統(tǒng)鋪面材料的合成鋪面材料如陶瓷、木材等具有明顯更 低的成本，接近50 %，使得它們特別適合開發(fā)用于低成本且良好耐應(yīng)力性質(zhì)的鋪面材料的 涂料。
[0005] 還眾所周知的是在宏觀規(guī)模上復(fù)合材料是兩種或更多種具有明顯不同物理和機(jī) 械性質(zhì)的獨(dú)立不溶性材料的組合，在它們之間可確定界面表面。復(fù)合材料通常設(shè)計(jì)為在給 定的應(yīng)用范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)特定的各種性質(zhì)的平衡。對(duì)復(fù)合材料并不容易給出簡(jiǎn)單且清楚的定 義，因?yàn)榇罅坎牧峡梢员徽J(rèn)為是復(fù)合材料，并且復(fù)合材料可應(yīng)用的范圍很廣。
[0006] 但是，作為實(shí)踐中普遍接受的定義，術(shù)語"復(fù)合物"表示一種材料，該材料含有連續(xù) 相（基質(zhì)），該連續(xù)相將填料陣列（非連續(xù)相）粘結(jié)在一起，所述填料陣列剛性和耐受性更 強(qiáng)，且保護(hù)形狀。除可能的相互作用之外，所得到的復(fù)合物的特征與各組成相的性質(zhì)以及它 們的形狀、尺寸、濃度、分布、取向密切相關(guān)。尤其是，只要所得性質(zhì)與各組分的性質(zhì)之間存 在相互關(guān)系，復(fù)合物的許多性質(zhì)原則上是通過加權(quán)平均（體積或重量）得到的，但是在存在 相互作用或協(xié)同現(xiàn)象時(shí)，復(fù)合物的性質(zhì)可不同于（相互作用）或甚至高于（協(xié)同）各組分 的性質(zhì)。
[0007] 在復(fù)合材料領(lǐng)域中，特別感興趣的是具有聚合物基質(zhì)的復(fù)合材料的應(yīng)用。實(shí)際上， 對(duì)于許多不同的目的，聚合物材料（無論是熱塑性或熱固性）通常與不同類型的填料混合。 無論如何，所有這些目的都可歸因于在某些特定性質(zhì)中取得改進(jìn)同時(shí)保持聚合物典型的輕 質(zhì)和撓性的一般目的。
[0008] 可通過實(shí)施復(fù)合材料改進(jìn)的主要性質(zhì)是：
[0009]-剛性，如同在本發(fā)明的情況中如果剛性足夠高，可以用明顯更輕質(zhì)且容易工業(yè)生 產(chǎn)和便宜的聚合物復(fù)合材料代替鋪面材料的結(jié)構(gòu)部分；
[0010] -對(duì)化學(xué)品如酸、堿、潤(rùn)滑油和風(fēng)化的耐受性，聚合物的這些性質(zhì)通常非常有限，這 是因?yàn)檫@些材料對(duì)小分子表現(xiàn)出高滲透性；
[0011] -耐磨性；
[0012] -抗沖性。
[0013] 許多類型的填料也表現(xiàn)出良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，比基質(zhì)更低的熱膨脹系數(shù)，以及 良好的耐磨性。因此，復(fù)合材料的設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單地旨向?qū)崿F(xiàn)一種體系，在該體系中不僅上述 性質(zhì)得到改進(jìn)，而且可以獲得具有特定功能性質(zhì)的材料。
[0014]用于設(shè)計(jì)復(fù)合材料的一種方法涉及所用填料的類型和形狀。依據(jù)該方法，填料通 常根據(jù)其形狀或更精確的"縱橫比"來區(qū)別，縱橫比定義為較大維度和較小維度上的尺寸之 間的比值?？v橫比為1 (球形填料）到大于100的值（一些類型的合成纖維）。
[0015] 依據(jù)該分類，確定兩類復(fù)合材料：顆粒和纖維加強(qiáng)的（進(jìn)一步劃分為短纖維，長(zhǎng)纖 維和層壓纖維）。
[0016] 在顆粒復(fù)合材料中，分散顆粒的目的通常是提高耐磨性、表面硬度、可加工性、耐 高溫性、熱膨脹性等。含有顆粒的復(fù)合材料的特征是機(jī)械強(qiáng)度和/或剛性明顯低于纖維復(fù) 合材料。實(shí)際上，即使存在非常耐用的顆粒通常也不能帶來復(fù)合材料機(jī)械性質(zhì)的明顯改善， 而在纖維復(fù)合材料的情況中機(jī)械性質(zhì)明顯改善，在纖維復(fù)合材料中幾乎所有的外部負(fù)荷由 纖維承擔(dān)。類似地，對(duì)于破裂時(shí)行為，剛性顆粒通常不能像纖維復(fù)合材料中一樣有助于停止 任何裂紋和缺陷的蔓延。
[0017] 只有在含有橡膠顆粒的特定復(fù)合物情況中觀察到正面效應(yīng)，該效應(yīng)是材料韌性的 明顯改善的原因。
[0018] 在脆性基質(zhì)中存在硬顆粒導(dǎo)致不可避免的應(yīng)力集中的現(xiàn)象，該現(xiàn)象可導(dǎo)致復(fù)合物 與簡(jiǎn)單基質(zhì)相比機(jī)械強(qiáng)度的下降。
[0019] 所以，對(duì)于脆性基質(zhì)必需使用延展性顆粒，以同時(shí)獲得高耐受性和保持性以及/ 或者提高可變形性，而對(duì)于延展性基質(zhì)，優(yōu)選使用剛性和脆性填料，從而提高耐受性同時(shí)保 持韌性。
[0020] 復(fù)合材料的所得性質(zhì)隨基質(zhì)和填料的百分?jǐn)?shù)以及相之間的相互作用而變化。
[0021] 至今為止，纖維加強(qiáng)的復(fù)合材料應(yīng)用最為廣泛。這些復(fù)合材料的成功與纖維的高 強(qiáng)度/重量比（比阻）和高剛性/重量比（比模量）以及通過插入改變填料濃度和取向上 的各向異性程度的可能性有關(guān)。
[0022] 纖維復(fù)合材料的高比強(qiáng)度主要與纖維的高強(qiáng)度以及纖維和基質(zhì)的低重量有關(guān)。
[0023] 在纖維復(fù)合材料中，特別感興趣的是耐破裂性的提高。在破裂蔓延的過程中，在復(fù) 合材料中，可根據(jù)以下四種機(jī)理吸收能量：
[0024]1)裂紋偏離其方向；
[0025] 2)由于纖維填料的作用，破裂處的形變減小；
[0026] 3)由于裂紋生長(zhǎng)拔出和/或纖維破裂；
[0027] 4)在裂紋生長(zhǎng)后仍然與基質(zhì)連接的纖維的拉伸。
[0028] 如果纖維-基質(zhì)鍵較弱，則裂紋可蔓延穿過纖維-基質(zhì)界面，從而繞過纖維。這種 偏離導(dǎo)致與無纖維的材料中破裂蔓延涉及的能量相比，能量消耗增加。而且，如果纖維與基 質(zhì)是弱連接的，可能引起拔出（提?。┈F(xiàn)象。
[0029] 相反，如果纖維與基質(zhì)是強(qiáng)連接的，則裂紋僅僅蔓延穿過纖維，不會(huì)偏離其路徑， 但是在該情況中，路徑偏離吸收的能量率損失。
[0030] 由于纖維拔出導(dǎo)致能量率損失，但是另一方面，由于與基質(zhì)連接的纖維的變形和 破裂存在的能量吸收增加。
[0031] 纖維復(fù)合材料可為單片構(gòu)造（單層）或不同取向的多個(gè)重疊片，后者定義為層疊 物（多層，角層（angle-ply))。
[0032] 關(guān)于纖維的幾何結(jié)構(gòu)，有兩類纖維復(fù)合材料：長(zhǎng)纖維（或連續(xù)纖維）和短纖維（或 非連續(xù)纖維）。
[0033] 在含有長(zhǎng)纖維的復(fù)合材料中，纖維方向上的負(fù)載成分幾乎全部由纖維承擔(dān)，可以 假定實(shí)際上負(fù)荷直接作用于纖維。基質(zhì)的主要作用是保持纖維在一起并分散負(fù)荷。因此， 耐受性，特別是這些復(fù)合材料的破裂形式與纖維的特征和取向密切相關(guān)。
[0034] 在短纖維復(fù)合材料（直徑1-10μm，長(zhǎng)度是直徑的10-100倍）中，纖維可隨機(jī)排 布（分散的）或以優(yōu)選方向取向。分散的短纖維復(fù)合材料，例如顆粒復(fù)合材料是各向同性 的。相反，具有對(duì)齊的纖維的復(fù)合材料是各向異性的，特別是通常是正交各向異性的，即具 有兩個(gè)相互正交的優(yōu)選取向的方向。
[0035] 填料的類型和分散性以各種方式影響復(fù)合材料的性質(zhì)。
[0036] 如上所述，非連續(xù)相（填料）的取向影響復(fù)合材料的各向同性。如果非連續(xù)相隨 機(jī)分布，則復(fù)合材料實(shí)際上具有各向同性性質(zhì)，即宏觀上表現(xiàn)出與方向無關(guān)的物理-機(jī)械 性質(zhì)。例如，含有由或多或少規(guī)則的球形顆?；蚨汤w維隨機(jī)分布構(gòu)成的填料的復(fù)合材料就 是這種情況。
[0037] 相反，如果非連續(xù)相有固定取向，則復(fù)合材料表現(xiàn)出各向異性行為，即與所考慮的 方向有關(guān)的物理-機(jī)械性質(zhì)。
[0038] 還已知納米技術(shù)表示一種在原子和分子水平上控制物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和行為的新 的科學(xué)和技術(shù)方法，產(chǎn)生材料領(lǐng)域的根本變化。
[0039] 使用納米技術(shù)，得到的材料和產(chǎn)品具有明顯改善或完全新的特征，這是因?yàn)樵诩{ 米規(guī)格上，物質(zhì)的非傳統(tǒng)性質(zhì)和行為可以產(chǎn)生以根本不同于較大尺寸物質(zhì)的方式運(yùn)行和使 用的結(jié)構(gòu)和設(shè)備。
[0040] 研究這類材料的科學(xué)團(tuán)體和工業(yè)部門感興趣的是用納米技術(shù)產(chǎn)生的材料（納米 結(jié)構(gòu)化的材料）具有完全不同于常規(guī)相同材料的性質(zhì)。
[0041] 因此，納米技術(shù)帶來材料開發(fā)中空前的飛躍。納米技術(shù)增值的部分在于該技術(shù)提 供了通過適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)要求改變材料性質(zhì)的可能性。