專利名稱：熱固性材料,用于成形熱固性材料的方法和裝置的制作方法
熱固性材料，用于成形熱固性材料的方法和裝置
本申請是申請日為2004年5月27日，申請?zhí)枮?00480014280.6，發(fā) 明名稱為"熱固性材料，用于成形熱固性材料的方法和裝置"的發(fā)明專利 申請的分案申請。
本發(fā)明涉及一種用于成形未固化、部分固化或固化熱固性材料的方 法。本發(fā)明還涉及一種用于成形固化或未固化熱固性材料的裝置。本發(fā)明 還涉及一種熱固性材料。
用于成形固化或未固化熱固性材料的方法是公知的，且在例如US 3， 730， 828中描述了。通過紅外燈將熱固性材料， 一種包含三聚氰胺-甲醛 (MF)樹脂的層壓板，加熱到約325°F U63。C)的溫度，然后使之成 形。在公知的方法中，所報道的溫度通常例如借助熔融白堊蠟筆和本領(lǐng)域 技術(shù)人員所公知的其它技術(shù)基于表面測量來測定。
公知方法的缺點在于，加熱工藝需要很長時間。加熱時間，即加熱到 公知的通常在16(TC和19(TC之間的溫度的時間，從用于十分之幾毫米厚 的熱固性材料的數(shù)十秒變化到用于幾毫米厚的熱固性材料的幾分鐘是很平 常的。結(jié)果可能發(fā)生大量不希望的副作用，例如起泡、不期望的固化和降 解。由于所需要的時間以及發(fā)生的副作用，所以總是不可以達到理想的成 形溫度，而且必需在低于理想溫度下成形，這回過頭來使得在成形期間或 以后形成龜裂和/或破裂的風(fēng)險顯著地增加了。而且，在公知工藝中，從最 終產(chǎn)品的特定需求來看，由于成形步驟不可能在沒有形成龜裂甚至破裂的 情況下完成，所以使用與期望相比固化到較小程度的熱固性材料通常是必 要的。而且，在公知工藝中，由于成形步驟不可能在沒有形成龜裂甚至破 裂的情況下完成，所以將增塑劑加到熱固性材料中通常是必要的；然而， 將增塑劑加到熱固性材料中常常導(dǎo)致最終產(chǎn)品各種性能變差，例如抗刮傷 性降低和/或耐化學(xué)性降低。本發(fā)明的目的在于大量避免所述缺點。 實現(xiàn)所述目的的方法包括
，輻射步驟，其中熱固性材料以使經(jīng)輻射的熱固性材料的溫度達到40 。C到40(TC之間的方式暴露于很大程度上在近紅外范圍內(nèi)的電磁輻射；和
,成形步驟，其中使經(jīng)輻射的熱固性材料形成希望的形狀， 從而在輻射步驟期間和/或以后實施成形步驟。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，與通過例如一般紅外輻射加熱的已知 情況相比，在近紅外范圍內(nèi)的輻射確保明顯更快速地全面充分加熱熱固性 材料。由于這種加熱較快，因此可以達到用于成形步驟的最優(yōu)溫度，同時 由于用于輻射步驟和成形步驟所需的短時間，例如起泡之類的不希望的副 作用的風(fēng)險減到最小。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點在于，由于發(fā)生不希 望的副作用而造成的含熱固性材料的最終產(chǎn)品的廢料量與已知方法相比可 以減少。
根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于熱固性材料。熱固性材料本身是己知的。熱 固性材料已知的特性在于，其被固化以得到其最終使用的形式。正如公知 的，熱固性材料一旦完全固化，在分子尺度上沒有降解的情況下它不能再 變成熔融形式。當(dāng)熱固性材料已經(jīng)部分、幾乎全部或全部固化時，通常借 助加熱步驟仍可能進行一些成形，例如在根據(jù)本發(fā)明的成形步驟中的成 形。正如公知的，為此目的，通常建議加熱熱固性材料超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫
度(Tg)。可用在根據(jù)本發(fā)明的方法中的熱固性材料優(yōu)選包括含-OH,-NH,
和/或-SH的化合物；更優(yōu)選的是，熱固性材料包括苯酚樹脂和/或氨基塑料
樹脂。實際中，熱固性材料可以包含數(shù)種化合物，比如苯酚樹脂和氨基塑 料樹脂的組合，例如以分離多層的形式。該熱固性材料特別優(yōu)選包含氨基
塑料樹脂。氨基塑料樹脂的實例是三聚氰胺-甲醛樹脂(MF)，脲-甲醛樹 脂(UF)和三聚氰胺-脲-甲醛樹脂(MUF)。用在根據(jù)本發(fā)明的方法中的 熱固性材料可以包含填料；這是一種對固化工藝沒有顯著影響的物質(zhì)，但 是它通常賦予其它特定性質(zhì)，例如強度或表面紋理。這些填料本身是已知 的，并且在層壓板中其包括紙張作為填料；在硬紙版中其包括木片作為填 料。根據(jù)本發(fā)明的熱固性材料還可以是在基材上的層；這種本身是已知的
4應(yīng)用實例是在金屬或塑料基材上的涂層。該基材可以是固化或未固化的熱 固性材料，但如所指明的，該基材也可以是例如金屬或熱塑性材料的其它 材料。
用在根據(jù)本發(fā)明方法中的熱固性材料已固化或還未固化；該固化未必 已經(jīng)進行，然而固化可能已經(jīng)部分進行，或甚至全部或幾乎全部進行。優(yōu) 選的是，熱固性材料至少已經(jīng)部分固化。這樣的優(yōu)點在于，該材料多少已 經(jīng)具有最終產(chǎn)品的機械性質(zhì)，例如剛度，所以可以更容易地搬運該材料。 更優(yōu)選的是，熱固性材料已經(jīng)完全或幾乎完全固化。可以由DSC，或優(yōu)選
TMDSC測試得到熱固性材料的固化度。(TM)DSC表示(溫度調(diào)制)差示 掃描量熱術(shù)的公知技術(shù)。對已知的熱固性材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉 TMDSC曲線中的峰可歸于固化。對所述的熱固性材料，發(fā)生成形步驟的 溫度也是已知的。作為參照，測定非固化態(tài)的熱固性材料的TMDSC曲 線。從這條曲線上，測定可歸于固化的峰；然后從這個峰，計算直到發(fā)生 成形的溫度的固化焓(AH)。這樣測定的AH值被定義為0%固化度。完 全固化的熱固性材料直到成形溫度將沒有可歸于固化的峰，因而AH值為 0;這被定義為100%固化度。中間AH很容易換算成(并因而被定義為) 中間固化百分率。優(yōu)選的是，當(dāng)熱固性材料開始進行根據(jù)本發(fā)明的方法 時，其至少固化40%或50%;更優(yōu)的是，熱固性材料至少固化60%或 70%;最優(yōu)的是熱固性材料至少固化80%或90%。確保熱固性材料沒有 100%固化是有益的，但更確切的說是僅僅98%，或優(yōu)選的是僅僅95%; 這樣的優(yōu)點在于，熱固性材料可以在根據(jù)本發(fā)明的成形步驟期間形成更極 端的形狀。
在根據(jù)本發(fā)明方法的輻射步驟中，熱固性材料被暴露于很大程度上在 近紅外范圍內(nèi)的輻射下。在本發(fā)明的方案中的"很大程度上"意味著近紅 外輻射是指向該熱固性材料的電磁輻射中最強的、第二強的或第三強的部 分(以單位表面面積的能量計)。在近紅外范圍內(nèi)的輻射指波長在0.8/mi 和1.5/mi之間的輻射。這種類型的輻射通常引起加熱但不是光固化(即由 于通過光子直接打斷原子鍵而固化)。優(yōu)選的是，至少10%指向熱固性材 料的電磁輻射(以單位表面面積的能量計)在近紅外范圍內(nèi)。更優(yōu)選的是，至少15%或20%指向熱固性材料的電磁輻射在近紅外范圍內(nèi)。這樣的
優(yōu)點在于，由于采用根據(jù)木發(fā)明的方法得到的速率，所以例如起泡的不希
望的副作用幾乎沒有機會發(fā)生。甚至更優(yōu)的是至少30%或40%，特別優(yōu)選 的是至少45%或50%和最優(yōu)的是至少55%、 60%或甚至至少70%或75%指 向熱固性材料的電磁輻射在近紅外范圍內(nèi)。為了確保快速加熱到希望的溫 度，優(yōu)選將至少lkW/n^或5kW/m2，或甚至10kW/m2的電磁輻射指向熱 固性材料。這樣還有一個優(yōu)點，即作為快速加熱的結(jié)果，形成了較寬的最 佳加工范圍該熱固性材料可以在比已知的工藝更寬的溫度范圍內(nèi)加熱， 而不會發(fā)生太多不希望的副作用。更優(yōu)選的是，至少30kW/ir^或 50kW/m2，特別優(yōu)選的是至少100kW/m2或200kW/m2，并且最優(yōu)的是至少 400kW/m2或800kW/m2的電磁輻射指向熱固性材料。由于在根據(jù)本發(fā)明的 方法中的近紅外輻射的高效性，因而優(yōu)選的是最多10000kW/n^或 9000kW/m2，更優(yōu)的是最多8000kW/n^或6000kW/m2，和最優(yōu)的是最多 5000kW/m2的電磁輻射指向熱固性材料。
作為暴露到近紅外輻射的結(jié)果，熱固性材料被加熱了。在根據(jù)本發(fā)明 的方法中，該熱固性材料的溫度達到4(TC和40(TC之間。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于 近紅外輻射穿透很深進入熱固性材料，所以通過近紅外輻射加熱熱固性材 料是非常有效的。結(jié)果，此處提及的溫度可以采用與在已知方法中涉及的 相同方式測定，換句話說，借助表面測量，但是在相同表面溫度下，根據(jù) 本發(fā)明的方法中的熱固性材料的平均溫度比當(dāng)采用已知加熱技術(shù)的平均溫 度要高。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，與采用例如標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射的已知 加熱技術(shù)相比，該熱固性材料的加熱更均勻。通常至少4(TC的溫度對能夠 將根據(jù)本發(fā)明的成形步驟應(yīng)用于熱固性材料是必要的。隨著溫度的增加， 應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的成形步驟變得越來越容易。采用近紅外輻射將熱固性材 料加熱到高于4(TC的溫度的另一優(yōu)點還可能是，還可以引發(fā)任何進一步固 化或殘余固化。將熱固性材料加熱到的最優(yōu)溫度部分依賴于材料的具體組 成；這些溫度通常是已知的或通過簡單實驗可以測定。如果將熱固性材料 加熱到非常高的溫度，那么可能發(fā)生例如降解的不希望的效應(yīng)。具體的 說，由于熱固性材料發(fā)生很快的降解，所以不推薦400。C以上的溫度。優(yōu)選的是，將熱固性材料加熱到至少IO(TC或140°C，更優(yōu)的是到至少15(TC 或17(TC，最優(yōu)的是到至少18(TC或甚至190°C。優(yōu)選的是，將熱固性材料 加熱到最多350'C或300°C，更優(yōu)的是到最多250°C，最優(yōu)的是到最多220 °C。如果熱固性材料的Tg是已知的，那么推薦將熱固性材料加熱到高于 Tg至少l(TC或20°C，優(yōu)選的是高于Tg至少30"C或甚至50°C，更優(yōu)的是 高于Tg至少75。C或100°C，同時溫度保持在40(TC或以下。如果熱固性材 料包括氨基塑料樹脂，那么通常要將溫度加熱到IO(TC和22(TC之間，優(yōu) 選的是160。C和190。C之間。由于用在根據(jù)本發(fā)明的方法中的近紅外輻射的穿透深度大，所以熱固 性材料可以具有大厚度，而與采用例如標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射的已知加熱技術(shù)相比 在整個厚度上加熱明顯更均勻地進行。優(yōu)選的是，熱固性材料的厚度最多 30或25mm，更優(yōu)的是最多20mm或10mm，還要優(yōu)選的是最多8mm，特 別優(yōu)選的是最多6mm，最優(yōu)的是最多5mm。對于相對厚的熱固性材料， 例如厚度為6mm到25或30mm，在輻射步驟中從數(shù)個側(cè)面輻射該熱固性 材料可以是有利的；例如，如果熱固性材料是平的或幾乎是平的，那么從 頂部和下側(cè)輻射。從一個側(cè)面輻射同時設(shè)置一種例如金屬的反射近紅外輻 射的材料也可以是有利的，其中，采用未吸收的輻射被反射使得經(jīng)反射的 輻射再次穿透熱固性材料的方法來設(shè)置反射近紅外輻射的材料。在特別優(yōu) 選的實施方案中，熱固性材料由至少兩層組成，其特點在于至少一層是反 射層；這意味著反射層包括反射近紅外輻射的材料。因而本發(fā)明還涉及一 種包含一種反射材料的熱固性材料。這種反射材料的實例是金屬，例如 鋁。在反射層中該反射材料可以作為連續(xù)相存在；該反射材料也可以以分 散反射粒子的形式存在。該反射材料可以是在熱固性材料一側(cè)的表面層， 而電磁輻射從例如另一側(cè)指向熱固性材料。優(yōu)選的是，熱固性材料包括至 少3層，反射層不在熱固性材料表面上；更優(yōu)選的是熱固性材料包括至少 4層，反射層基本上或完全在熱固性材料中間。這樣的優(yōu)點在于，如果從 數(shù)個側(cè)面輻射熱固性材料，那么加熱均勻地進行；也可以在輻射步驟有效 地處理相對厚的熱固性材料，該熱固性材料的總厚度為例如15mm或 20mm或更厚。通常熱固性材料的厚度至少25/mi，優(yōu)選的是至少O.lmm，更優(yōu)的是 至少0.5mm。如果用在根據(jù)本發(fā)明的方法中的熱固性材料是層壓板形式 的，那么通常厚度在0.6mm和1.2mm之間，因為實際中通常出現(xiàn)這樣的 厚度。由于近紅外輻射的有效的、深地穿透加熱效應(yīng)，通常輻射步驟可以比 已知輻射步驟更快地完成。優(yōu)選的是，輻射熱固性材料0.01到60秒；更 優(yōu)的是0.1到30秒；甚至更優(yōu)的是0.5到20秒，最優(yōu)的是1到10秒。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案中，以高頻率測量熱固性材料的 溫度，例如每秒幾十次或者甚至數(shù)百次到數(shù)千次。在這個實施方案中，通 過反饋電路可以測定輻射步驟的持續(xù)時間以這種方式，可能在達到預(yù)設(shè) 溫度時，終止輻射步驟，該預(yù)設(shè)溫度是前述的熱固性材料必須加熱到的溫 度。優(yōu)選的是，借助所述的溫度測量和反饋電路，這個實施方案是自動操 作。在根據(jù)本發(fā)明的方法中的輻射步驟的完成期間或完成時，實施成形步 驟，其中使經(jīng)輻射的熱固性材料形成希望的形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知這 種成形步驟本身。這種成形可以沿著一個軸向進行，也被稱為2D成形。 成形也可以沿著兩條交叉的軸向進行，也被稱為3D成形。成形度依賴于 最終產(chǎn)品的希望的形狀，同時依賴于該熱固性材料所允許的可能成形最大 量。在成形方法中，通常重要的是防止熱固性材料龜裂或破裂。如果熱固 性材料過度變形，也就是說，變形成具有過小直徑的圓周弧，那么可能發(fā) 生龜裂和破裂。就此而言， 一般認(rèn)為完成3D成形更困難，這意味著3D成 形比2D成形更快導(dǎo)致形成龜裂或破裂。通常認(rèn)為更高的熱固性材料溫 度，具體的說，高于Tg的溫度使得在成形步驟期間成形度可以更高。根 據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，由于快速加熱熱固性材料使得可以加熱到比 當(dāng)使用已知加熱方法例如標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射的更高的溫度，因而部分或完全避 免了例如氣泡的不希望的副作用，所以成形度與采用已知方法的相比可以 更高。在根據(jù)本發(fā)明的方法中和在用于此材料的最優(yōu)溫度下，通常該熱固 性材料可以成形為具有半徑最多為3cm的圓周弧，優(yōu)選的是最多2cm，更 優(yōu)的是最多l(xiāng)cm或1.8cm，最優(yōu)的是最多0.6cm或甚至0.4cm，而熱固性材料沒有龜裂形成或破裂。此處還認(rèn)為，待完成的最大成形度必須被視為 熱固性材料厚度的函數(shù)，其中通常認(rèn)為材料越厚，成形可能性越受限制。 作為指示，可以實行根據(jù)本發(fā)明的成形步驟以形成具有半徑是熱固性材料厚度的10倍或更多倍，優(yōu)選的是8倍或更多倍，更優(yōu)的是6倍或更多倍， 最優(yōu)的是5倍或更多倍的圓周弧。在完成輻射步驟時，可以實施根據(jù)本發(fā)明的成形步驟。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案中，在輻射步驟期間至少部分進行該成形步驟這 樣加熱或進一步加熱該熱固性材料同時該材料形成所希望的形狀。通過近 紅外輻射的快速和全面充分的加熱效應(yīng)使這個方法的進行成為可能。這個 實施方案的優(yōu)點在于，與先后進行輻射步驟和變形步驟時相比，根據(jù)本發(fā) 明的方法可以更快地實施；根據(jù)本發(fā)明的這個實施方案的另一優(yōu)點在于，可以給予更精確的輻射量，即當(dāng)需要輻射時，僅僅是所需的輻射量，因而可以實現(xiàn)確保在熱固性材料中發(fā)生的不希望的副作用甚至進一步減?。贿@ 個實施方案的另一優(yōu)點在于，熱固性材料的任何固化或進一步固化被盡可 能推遲到實施成形步驟以后，因為當(dāng)進行加熱時進行成形步驟。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，在成形步驟期間施加確定量的作用力(變 形力)以實現(xiàn)最終的結(jié)果，即，使熱固性材料形成預(yù)期希望的形狀。對于 熱固性材料來說，通常所述的變形力隨著熱固性材料溫度的增加而降低。 所述的變形力應(yīng)該保持在某一界限內(nèi)非常高的變形力表示向不利的變形機制的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致熱固性材料龜裂或破裂。另一方面，非常低的變形力表 示熱固性材料的溫度比必要的溫度要高，因而導(dǎo)致能源的浪費并且促進不 希望的副作用。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，精確的界限依賴于比如熱固 性材料本身的厚度和性質(zhì)之類的參數(shù)，其中此界限之外的變形力應(yīng)該被認(rèn)為過高或過低；作為近似值，這些界限可以被認(rèn)為與對經(jīng)預(yù)熱的熱固性材 料進行變形步驟的情況相同，不論根據(jù)本發(fā)明是否進行所述的預(yù)熱。在任 何情況下，通常在熱固性材料中伴隨著龜裂形成的變形力被認(rèn)為過高；另 一方面，通常伴隨著例如降解的不希望的副作用的變形力被認(rèn)為過低。優(yōu)選的是，以提供所述變形力的指示或測量的方式來裝配該裝置，在 所述裝置中，在輻射步驟期間至少部分進行成形步驟。如果指示或測量顯示所需以完成預(yù)定的所希望的形變的變形力過高，那么熱固性材料暴露于 其的近紅外輻射的量應(yīng)該增加。另一方面，如果指示或測量顯示所需變形 力過低，那么通過同一原理，熱固性材料暴露于其的近紅外輻射的量應(yīng)該 降低。優(yōu)選的是，測量變形力和隨后的調(diào)節(jié)輻射量是自動操作。如果該熱固性材料是在基材上的一層，那么僅僅對于熱固性材料實施 成形步驟以確保該熱固性材料與基材的形狀相符是有利或必要的。可以對熱固性材料整體實施輻射步驟。這樣是有利的，因為采用已知方法加熱例如0.5到2m2的大面積表面而沒有不希望的副作用發(fā)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)更 加困難。因而，根據(jù)本發(fā)明的方法使熱固性材料的大型模制制品，例如椅 子或其他家具，能夠3D成形。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實施方案中，僅僅對熱固性材料的一 部分應(yīng)用輻射步驟，即僅僅在成形步驟中將被成形的部分。這樣的優(yōu)點在 于，在未經(jīng)輻射的部分沒有例如起泡或降解的不希望的負(fù)面的熱效應(yīng)發(fā) 生。優(yōu)選的實施方案的另一優(yōu)點在于，由于熱量可以擴散到未經(jīng)加熱的部 分，所以成形步驟以后，熱固性材料的經(jīng)輻射的部分將更快地冷卻下來， 這進一步降低了在經(jīng)輻射部分不希望的負(fù)面熱效應(yīng)發(fā)生的可能性。僅僅輻 射熱固性材料的一部分可以通過本身是已知的技術(shù)來完成；例如可以在近紅外源和熱固性材料之間設(shè)置一個掩膜，該掩膜是由一種例如金屬的屏蔽 或反射電磁輻射的材料制得。如果在未固化或部分固化的熱固性材料上進行根據(jù)本發(fā)明的方法，那么作為有益的副作用，將熱固性材料加熱到40。C和400。C之間的溫度可以 導(dǎo)致該熱固性材料部分或甚至完全固化。然而如果沒有固化或部分固化， 那么在成型步驟后實施后固化步驟可能是有利的，在后固化步驟中，熱固 性材料以使經(jīng)輻射的熱固性材料的溫度達到或保持在4(TC和40(TC之間的 溫度的方式暴露于很大程度上在近紅外范圍內(nèi)的電磁輻射下。后固化熱固 性材料的優(yōu)點在于，更高的固化度通常導(dǎo)致熱固性材料的例如耐熱性、耐 化學(xué)性和機械性能之類的性能改善。在完成根據(jù)本發(fā)明的成形步驟或后固化步驟期間和/或以后，可以實施 冷卻步驟。冷卻步驟的目的在于快速冷卻熱固性材料；這樣的優(yōu)點在于進一步限制了上述不希望的副作用。該冷卻步驟可以通過本身是本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的方法來實施，例如通過強迫通風(fēng)冷卻或通過冷卻元件與熱固性 材料之間的直接接觸。本發(fā)明還涉及一種用以成形熱固性材料的裝置。根據(jù)本發(fā)明的裝置適 于實施上述方法。該裝置包括本身是已知的用以成形熱固性材料的設(shè)備。 該裝置還包括采用很大程度上在近紅外范圍內(nèi)的電磁輻射來輻射熱固性材 料的設(shè)備。這些設(shè)備雖然用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，但是其本身是本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以是基于從歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN438-2 (1991)可知的且 在該標(biāo)準(zhǔn)的第21章"Formability (Process B)"和圖22中描述的裝置， 因此，在上述標(biāo)準(zhǔn)中描述的輻射源必須由發(fā)射很大程度上在近紅外范圍內(nèi) 的輻射的輻射源代替；這種輻射源本身是已知的且由例如AdPho^生產(chǎn)。 優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括在熱固性材料成形期間輻射該材料的設(shè) 備，所述的輻射采用很大程度上在近紅外范圍內(nèi)的電磁輻射進行。采用此 裝置，可以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方案，其中成形步驟與輻射步驟 部分或完全同時實施。優(yōu)選的是，所述裝置包括用于測量變形力的部 件，所述變形力施加在熱固性材料上以得到希望的成形度；和用于調(diào)節(jié)作 為變形力的函數(shù)的在成形期間熱固性材料暴露于其的輻射量的設(shè)備。除了適于實施所述輻射步驟和成形步驟的裝置以外，本發(fā)明還涉及最 優(yōu)化用以加熱和/或成形熱固性材料的現(xiàn)有裝置，其中該最優(yōu)化包括添加發(fā) 射很大程度上在近紅外范圍內(nèi)的電磁輻射的輻射源。添加該近紅外輻射源 使得本發(fā)明的優(yōu)點得以實現(xiàn)而不需要制造完整的新裝置，其中所述優(yōu)點例 如是加速和/或局部加熱并且在熱固性材料中達到更高的溫度。將通過實施例和對比試驗解釋本發(fā)明。實施例1由核心層和表面層組成的平板HPL (高壓層壓板)通過輻射來加熱。 選擇的層壓板適于所謂的后成形，即制備HPL后進行成形步驟；這表明該 層壓板是未完全固化的。核心層由浸漬了商業(yè)可得的苯酚甲醛樹脂的泡堿牛皮紙組成。表面層由浸漬了商業(yè)可得的三聚氰胺甲醛樹脂的白紙組成。 正如所知，實際中使用的苯酚-甲醛樹脂和三聚氰胺-甲醛樹脂包括添加 劑。層壓板總厚度為0.8mm。輻射源是近紅外(NIR)燈(供應(yīng)商 AdPhos);其約50%的輻射落在NIR范圍內(nèi)。采用強度250kW/m2 (總強 度)在4秒內(nèi)將層壓板從室溫加熱到16(TC和190。C之間的溫度，這就是 用于這種類型的層壓板的后成形步驟的最佳加工范圍。加熱后，該層壓板 可以成功地2-D成形。進行具有8mm半徑的圓周弧的成形。沒觀察到龜 裂或降解。對比實驗A將與實施例1中相同的HPL層壓板從室溫加熱到16(TC和190'C之間 的溫度；然而，使用發(fā)射一般紅外輻射的燈。該輻射步驟進行30秒；只 有到此時才可以成形層壓板。使具有與實施例1中相同結(jié)構(gòu)但總厚度為4mm的HPL層壓板進行與 實施例1相同的輻射步驟。照常測量表面溫度。另外，也測量層壓板核心 內(nèi)的溫度；這可以通過在制備HPL過程中在層壓板內(nèi)部插入熱電耦來完 成。18秒后，該核心達到16(TC的后成形溫度；同時，表面溫度是180 °C。加熱后，該層壓板可以成功地2-D成形。進行具有40mm半徑的圓周 弧的成形。沒觀察到龜裂或降解。對比實驗B將與實施例2中相同的4mm HPL層壓板加熱；然而，使用發(fā)射一般 紅外輻射的燈。該輻射步驟進行3分鐘；只有到此時核心達到160°C。然 而，此時表面發(fā)生嚴(yán)重降解。這導(dǎo)致該層壓板不適于進一步使用。停止該 實驗。實施例3采用8mm厚的HPL層壓板重復(fù)實施例2。在此實驗中，近紅外輻射 不是連續(xù)的而是脈沖的以避免表面過熱。2分鐘后，核心從室溫達到160 。C，表面溫度在190'C-20(TC之間。 對比實驗C將與實施例3中相同的8mmHPL層壓板加熱，目的是將溫度從室溫增 加到16(TC和19(TC之間的溫度；然而，使用發(fā)射一般紅外輻射的燈。4.5 分鐘后，核心達到150°C;延長輻射，然而沒有導(dǎo)致核心溫度增加到160 "C或以上。因此停止該實驗。從實施例1-3和對比實驗A-C清楚地得出，使用近紅外輻射允許比一 般紅外輻射更快并且更深入地加熱層壓板，由此可以允許更快和更好的成 形方法，即使在常規(guī)加熱源不能成功地加熱所述層壓板時(例如在更高的 厚度下)。實施例4-7;對比實驗D采用NIR燈(供應(yīng)商AdPhos)通過輻射使實施例1的HPL層壓板 進行后固化步驟；其約50%的輻射落在NIR范圍內(nèi)。采用強度250kW/m2 (總強度)加熱層壓板。通過TMDSC測量，測定作為輻射時間的函數(shù)的 在核心層和表面層內(nèi)的額外固化度。TMDSC表示溫度調(diào)制差示掃描量熱 術(shù)的已知技術(shù)；此技術(shù)使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠辨別可逆過程(例如可歸于 Tg轉(zhuǎn)變)和例如熱固性材料的固化的不可逆過程。因為已知這種類型的層 壓板固化發(fā)生在約12(TC和約180。C之間的溫度，所以可以進一步確切地 分辨可歸于固化的峰。在此實施例的測量中，將樣品放置在密閉高壓可重 復(fù)使用的不銹鋼樣品容器內(nèi)以防在固化期間產(chǎn)生的任何水蒸氣的損失。加 熱速率為2.5T:每分鐘；溫度調(diào)制幅度為0.5°C，周期為90秒。對于沒有 經(jīng)過任何后固化步驟的樣品(對比實驗D)，額外固化度定義為0%。如 果TMDSC曲線未顯示可歸于固化的峰，那么額外固化度為100%。通過 先測量實施例中的固化焓(AH)，以對比實驗D的固化焓的百分率來表 示，并且從100%中減去所述百分率，得到中間值。結(jié)果總結(jié)在表中實施例/輻射時間額外固化度(％)-核額外固化度(％)-表實驗(秒)心面D00040.5207751278562.58210074100100實施例4-7清晰地示出了通過使用近紅外輻射可以成功地進行后固化 步驟。核心和表面百分率的不同主要歸因于已知的原因，即在核心中的樹 脂苯酚樹脂固化速率比在表面中的三聚氰胺-甲醛樹脂的要慢。
權(quán)利要求
1.用于成形熱固性材料的裝置，包括采用電磁輻射輻射所述熱固性材料的設(shè)備，其中指向所述熱固性材料的至少10％的所述電磁輻射以單位表面面積的能量計為波長在0.8μm和1.5μm之間的近紅外輻射；和成形所述熱固性材料的設(shè)備。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中指向所述熱固性材料的所述電磁輻 射的強度在100和8000kW/n^之間。
3. 如權(quán)利要求1至2中任意一項所述的裝置，包括使所述熱固性材料 從數(shù)個側(cè)面暴露于所述電磁輻射下的設(shè)備。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中存在當(dāng)所述熱固性材料的所述溫度 達到所希望的溫度時，終止所述輻射步驟的設(shè)備，所述終止借助于對所述 熱固性材料的溫度測量和反饋電路來自動操作。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中存在在所述成形步驟期間以2D或 3D成形所述熱固性材料的設(shè)備。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中存在使所述熱固性材料成形為具有 半徑最多為3cm的圓周弧的設(shè)備。
7. 如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的裝置，還包括用于測量施加在 所述熱固性材料上的所述變形力的設(shè)備。
8. 如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的裝置，還包括用于調(diào)節(jié)作為所 述變形力函數(shù)的輻射量的設(shè)備。
9. 用于最優(yōu)化用以加熱和/或成形熱固性材料的現(xiàn)有裝置的方法，其特 征在于，添加發(fā)射電磁輻射的輻射源，其中指向所述熱固性材料的至少 10%的所述電磁輻射以單位表面面積的能量計為波長在0.8/mi和1.5/mi之 間的近紅外輻射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于成形固化、部分固化或未固化的熱固性材料的方法，所述方法包括輻射步驟，其中所述熱固性材料以使經(jīng)輻射的熱固性材料的溫度達到40℃到400℃之間的方式暴露于很大程度上在近紅外范圍內(nèi)的電磁輻射下；和成形步驟，其中使所述經(jīng)輻射的熱固性材料形成希望的形狀，由此在輻射步驟期間和/或以后實施成形步驟。本發(fā)明還涉及一種用于實施所述方法的裝置和一種熱固性材料。
文檔編號B29B13/02GK101318364SQ20081012656
公開日2008年12月10日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者胡柏特斯·馬里亞·克里斯蒂娜·史提農(nóng), 詹·雅各布·亨德里克·努西德, 班塞 魯?shù)婪颉ぐ矕|尼厄斯·桑朵斯·瑪麗亞·凡 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司