Способ получения ламинатных композитных материалов - RU2721115C1
Код документа: RU2721115C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к способу получения ламинатных композитных материалов, а также к ламинатным композитным материалам, полученным с помощью этого способа, и к их применению. Кроме того, исходные продукты необходимые для получения ламинатных композитных материалов по настоящему изобретению пригодны также для получения других композитных материалов.
Ламинатные композитные материалы известны в течение продолжительного времени и используются во многих применениях. Современные ламинатные композитные материалы имеют слоистую конструкцию, где каждый отдельный слой имеет специальную функцию, либо механическую и/либо оптическую/тактильную функцию. Таким образом, общие свойства можно оптимизировать как функцию предполагаемой цели. В частности, таким образом, все чаще используются структуры текстильных матов, например, нетканые материалы или невязаные материалы, сформированные из армирующих материалов.
Получение нетканых материалов, в частности, нетканых материалов, полученных влажным холстоформированием, известно в течение более 50 лет и первоначально использовалось в процессах и оборудовании для производства бумаги.
Для получения нетканых материалов, полученных влажным холстоформированием, например, нетканых материалов из стекловолокна, стекловолокно диспергируют в воде, это известно, как пульпер, где доля стекловолокна составляет приблизительно 0,1-1% масс. В этой связи, нужно соблюдать осторожность, чтобы в ходе диспергирования стекловолокно повреждалось настолько мало, насколько это возможно, то есть, чтобы волокна, по существу, не разрушались. Диспергированное стекловолокно временно хранят в одном или нескольких контейнерах для хранения. Они высвобождаются через пульпораспределитель, при этом концентрация стекловолокна уменьшается в 10-20 раз. Высвобождение осуществляют на роторное механическое сито, через которое вода удаляется? и формируется полученный влажным холстоформированием нетканый материал из стекловолокна. Извлеченную воду возвращают в процесс, то есть ее рециклируют. Затем, на свежесформированный нетканый материал из стекловолокна наносят связующее, которое после сушки или отверждения консолидирует нетканый материал из стекловолокна таким образом, что его можно прокатывать или дополнительно обрабатывать.
Стекловолоконные материалы, длину стекловолокна и диаметры стекловолокна, а также базовую массу и количество связующего регулируют в зависимости от области применения.
Среди прочего, нетканые материалы из стекловолокна используют для получения слоистых прокатанных изделий или листового материала, который используют в самых разных применениях. В качестве примера, нетканые материалы этого типа в сочетании с тем, что известно, как связующие для стадии B, которые известны в течение нескольких лет, используют, среди прочего, при получении декоративных композитных материалов, например, на основе материалов из дерева.
Кроме того, нетканые материалы, в частности, стеклянные нетканые материалы для пропитки смолами для стадии B, уже известны, при этом минеральные наполнители могут присутствовать в смоле связующего для стадии B. Материалы этого типа являются пригодными для получения огнестойких ламинатов, таких как те, которые описаны в EP 2 431 173 A1.
Кроме того, это нетканые материалы с минеральными наполнителями для армирования гипсокартона или те, которые известны в качестве грунтовок для краски с минеральными покрытиями; после установки на стену они требуют дополнительной покраски.
Для использования рассмотренных выше материалов, которые используют на кораблях, на железной дороге или, в частности, в общественных и/или промышленных зданиях, из-за риска возникновения пожара, они должны быть сделаны еще безопаснее. Известны еще более строгие официальные требования относительно защиты от пожара. Эти повышенные требования все чаще включают также отдельные компоненты материалов для внутренней отделки, такие, например, как ламинаты для мебели, строительные элементы или элементы для полов. Элементы этого типа сами по себе могут иногда классифицироваться как небезопасные относительно требований защиты от пожара, или их можно изготавливать таким образом, чтобы они классифицировались как защищенные от пожара, только при больших затратах. В качестве примера, для ламинатов на основе бумаги, добавляют большие доли огнезащитных агентов, чтобы сделать горючую бумагу либо плохо горящей, либо негорючей. Использование стеклянных нетканых материалов в качестве подложек для вещества этого типа означает, что требования защиты от пожаров удовлетворить будет гораздо проще.
Следовательно, при изготовлении половых покрытий из виниловых плиток категории люкс (LVT) было бы желательно встраивать в них положительные свойства армирующих структур текстильных матов на основе стекловолокна. Материалы LVT представляют собой ламинатные композитные материалы на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), которые имеют ламинатную конструкцию сэндвич-типа.
Однако начальные поиски решения показали, что встраивание армирующей структуры текстильного мата на основе стекловолокна между двумя слоями на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC) -это непростая задача. По этой причине, до сих пор известно только армирование на основе отдельных стекловолоконных/стеклянных нитей в форме невязаных тканей в форме нитей или стеклянного ровинга. При производстве композитных материалов этого типа используют почти исключительно способы загрузочного действия.
Однако, для обнаружения полного потенциала стекловолоконного армирования, необходимо встраивание армирующих структур текстильных матов на основе стекловолокна в ламинатные композитные материалы сэндвич-типа на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC). В этой связи, должна также иметься возможность использования непрерывных способов производства.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения ламинатных композитных материалов, на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), включающему следующие стадии:
(i) изготовление, получение или доставка слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC),
(ii) нанесение структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна по меньшей мере на одну сторону слоистой структуры в соответствии со стадией (i),
(iii) изготовление, получение или доставка и нанесение второй слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), на структуру, полученную согласно стадии (ii), где вторая слоистая структура наносится на ту сторону, на которую уже нанесена структура текстильного мата на основе стекловолокна,
(iv) ламинирование структуры, полученной согласно стадии (iii), посредством приложения давления и/или температуры,
отличающемуся тем, что
(v) структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, представляет собой нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и этот волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха.
В одном из вариантов способа по настоящему изобретению, один или несколько дополнительных слоев могут необязательно наноситься на слоистую структуру или присутствовать на ней, например, декоративные и/или защитные слои, где эти дополнительные слои уже присутствуют или необязательно наносятся до или после ламинирования согласно стадии (iv). Эти дополнительные слои располагаются на той стороне первой и/или второй слоистой структуры, которая обращена в сторону от структуры текстильного мата, то есть на одну из двух наружных сторон готового ламинатного композитного материала.
В другом аспекте, настоящее изобретение относится к ламинатному композитному материалу сэндвич-типа, основанному на галогенированных полимерах, в частности, на поливинилхлориде (PVC), содержащему:
(i) первую слоистую структуру, сформированную из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC),
(ii) вторую слоистую структуру, сформированную из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC),
(iii) структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, которая располагается между первой и второй слоистой структурой,
(iv) первую слоистую структуру согласно (i), структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна согласно (ii), и вторую слоистую структуру согласно (iii), связанные вместе посредством ламинирования,
отличающемуся тем, что
(v) структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна представляет собой нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха.
В одном из вариантов настоящего изобретения, ламинатный композитный материал по настоящему изобретению может необязательно содержать один или несколько дополнительных слоев по меньшей мере на одной наружной стороне, например, декоративные и/или защитные слои. Эти дополнительные слои уже присутствуют на слоистой структуре или необязательно наносятся до или после ламинирования согласно стадии (iv) способа. Эти дополнительные слои располагаются на той стороне первой и/или второй слоистой структуры, которая обращена в сторону от структуры текстильного мата, то есть на одну из двух наружных сторон готового ламинатного композитного материала.
Полученные влажным холстоформированием структуры текстильных матов, сформированные из стекловолокна, с областями с высокой и низкой проницаемостью для воздуха, а также их получение уже известны в принципе из патента США 5462642.
Другой аспект настоящего изобретения заключается в использовании структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, где структура текстильного мата представляет собой волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, для получения ламинатных композитных материалов сэндвич-типа, на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), а также для получения стенных или потолочных панелей, в которых структура текстильного мата по настоящему изобретению на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, где структура текстильного мата представляет собой волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, формирует слой декоративного покрытия на подложке. В другом применении, структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, где структура текстильного мата представляет собой волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, используется в качестве основы коврового покрытия, где ковровые покрытия могут представлять собой тканые или нетканые ковровые покрытия.
В другом аспекте, настоящее изобретение, таким образом, предлагает композитный материал, содержащий:
(i) материал подложки, в частности, гипсокартон или волокнистый изоляционный материал;
(ii) структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, которая располагается на материале подложки,
(iii) материал подложки согласно (i) и структура текстильного мата согласно (ii) связаны вместе посредством ламинирования,
отличающийся тем, что
(iv) структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна представляет собой нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха.
Предпочтительно, рассмотренный выше композитный материал с материалом подложки представляет собой стенную или потолочную панель. Ламинирование может осуществляться с помощью связующих, в частности, химических или термопластичных связующих. Композит отличается особенно эстетичным внешним видом.
Ламинатный композитный материал по настоящему изобретению, описанный выше, и структуры текстильных матов, используемые в композитных материалах на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, где структура текстильного мата представляет собой волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, которые, в свою очередь, представляют собой ценные исходные продукты, и они также составляют аспект настоящего изобретения.
Слоистая структура, сформированная из галогенированного полимера
Слоистая структура, используемая по настоящему изобретению, сформированная из галогенированного полимера, предпочтительно основывается на поливинилхлориде (PVC). Слоистая структура может иметь форму фольги, но обычно имеет форму экструдированной или каландрированной структуры, например, плиты, и, как правило, не является субъектом каких-либо ограничений; обычно, она содержит материалы, которые уже используют при получении ламинатных композитных материалов сэндвич-типа, в частности, при производстве виниловых плиток категории люкс (LVT).
Слоистые структуры по настоящему изобретению, сформированные из галогенированного полимера, могут также сначала формироваться при прессовании ламината, то есть в ходе ламинирования. В этой связи, частицы или стружки, сформированные из галогенированного полимера, предпочтительно, сформированные из PVC, наносятся в рыхлой форме на конвейерную ленту или на структуру текстильного мата. Слоистая структура формируется посредством плавления частиц или стружек в ходе прессования или ламинирования. Это способ может преимущественно осуществляться непрерывно, поскольку при этом возможны высокие температуры прессования и соответствующие более короткие времена циклов.
В частности, при производстве виниловых плиток категории люкс (LVT), ламинатные композитные материалы сэндвич-типа по настоящему изобретению, основанные на галогенированных полимерах, в частности, на поливинилхлориде (PVC), и структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, обычно имеют общую толщину в пределах между 1 мм и 15 мм. Структура текстильного мата по настоящему изобретению на основе неорганических волокон, в частности, нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, из стекловолокна, предпочтительно имеют толщину ʺdʺ в пределах минимум 0,2 мм. Толщина структуры текстильного мата не должна превышать 20% от общей толщины ламината.
Структура текстильного мата на основе неорганических волокон
В частности, структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, используемые по настоящему изобретению, представляют собой нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, основанные на неорганических волокнах, предпочтительно, на стекловолокне.
Используемое стекловолокно представляют собой дисперсные волокна, то есть те, которые известны как крученые или резаные волокна. В дополнение к стекловолокну, можно использовать другие неорганические волокна, например, керамические волокна и/или минеральные волокна, или даже их смеси, которые заменяют по меньшей мере часть стекловолокна.
Примеры пригодных для использования минеральных и керамических волокон представляют собой алюмосиликатные, керамические, доломитные, волластонитные волокна или волокна из вулканитов, предпочтительно, из базальта, диабаза, и/или мелафировые волокна, в частности, базальтовые волокна. Диабаз и мелафиры вместе известны как палеобазальты, и диабаз часто известен как долерит.
Соответствующее стекловолокно включает материалы, которые получают из стекла A, стекла E, стекла S, стекла C, стекла T или стекла R.
Средняя длина минеральных волокон или стекловолокна обычно находится в пределах между 5 и 120 мм, предпочтительно, между 5 и 30 мм. Средний диаметр волокна минеральных волокон или стекловолокна обычно находится в пределах между 5 и 30 мкм, предпочтительно, между 6 и 22 мкм, особенно предпочтительно, между 8 и 18 мкм.
В дополнение к рассмотренным выше диаметрам, можно также использовать то, что известно, как стеклянные микроволокна. Предпочтительный средний диаметр стеклянных микроволокон здесь находится в пределах между 0,1 и 5 мкм.
Структуры текстильных матов на основе стекловолокон по настоящему изобретению, в особенности, однако, нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, на основе стекловолокна, консолидируются с помощью связующего. Связующее, которое присутствует, может полностью или частично отверждаться.
Связующее обычно наносится на свежеполученную структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, которая предпочтительно представляет собой волокнистый нетканый материал, полученный влажным холстоформированием, предпочтительно, стеклянный нетканый материал, полученный влажным холстоформированием, и он по-прежнему находится на роторном механическом сите в ходе получения.
В этой связи связующее предпочтительно наносится в форме водной системы связующих, которая содержит по меньшей мере одно органическое связующее. Доля органического связующего (связующих) в водной системе связующих обычно находится в пределах между 10 и 40% масс, предпочтительно, между 15 и 30% масс, где приведенные цифры относятся к системе связующих после завершения сушки.
Общее количество органического связующего, которое наносится, обычно находится в пределах между 10 и 40% масс, предпочтительно, между 15 и 30% масс, где цифры относятся к системе связующих после завершения сушки.
Избыток связующего может удаляться с помощью механического сита, так что связующее распределяется однородно.
Как правило, нет ограничений относительно органического связующего (связующих) в системе связующих, так что можно использовать любое известное органическое связующее, используемое для производства нетканых материалов. Из-за их последующего использования, используются связующие этого типа, то есть органические связующие и неорганические связующие, которые совместимы с галогенированным полимером, в частности, с полимером на основе поливинилхлорида (PVC).
Органические связующие представляют собой химические связующие, предпочтительно, на основе мочевина-формальдегида, фенол-формальдегида, меламин-формальдегида или их смеси, не содержащие формальдегида связующие, самоотверждающиеся связующие, которые поперечно сшиваются химически до завершения без добавления катализатора. Поперечная сшивка предпочтительно вызывается термически. Другие пригодные для использования связующие представляют собой поликарбоксилаты, в частности, полиакрилаты, или сополимеры на основе малеиновой кислоты, полимерные дисперсии, сформированные из винилацетата и этилена, или сходные совместные связующие. Мочевинные связующие являются особенно пригодными для использования. Рассмотренные выше химические связующие могут, в дополнение к этому, также содержать сахариды и/или крахмалы.
В дополнение к рассмотренным выше органическим связующим, можно также использовать неорганические связующие. Неорганические связующие этого типа могут заменять рассмотренные выше органические связующие почти полностью или по меньшей мере частично, то есть использоваться в смесях с рассмотренными выше органическими связующими. Пример пригодного для использования неорганического связующего представляет собой жидкое стекло, в частности, на основе силиката натрия. Доля неорганических связующих находится в пределах между 0-18% масс, где цифры относятся к системе связующих после завершения сушки.
Водные системы связующих применяют с использованием известных способов. Ракельные ножи, валики для нанесения, плоские фильеры или способы нанесения покрытия из завесы являются особенно пригодными для использования.
В дополнение к этому, водная система связующих может содержать известные добавки. Доля этих добавок в водной системе связующих находится в пределах между 0 и самое большее 5% масс, где цифры относятся к системе связующих после завершения сушки.
Сушку нетканого материала и отверждение связующего обычно осуществляют в сушилке при температурах в пределах между 90°C и максимум 250°C, где время пребывания в сушилке при рассмотренном выше диапазоне температур, как правило, находится в пределах между 30 и 60 секундами. Сушилка действует с отверждением или поперечной сшивкой связующих, и остаточная вода, которая присутствует, удаляется.
Сушильное оборудование, которое уже используется при современном уровне техники в волоконной технологии, используется и для сушки. Обычно, сушку осуществляют в сушилке с горячим воздухом.
Благодаря механическому ситу, которое используют специально, структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, которые предпочтительно представляют собой нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, на основе неорганических волокон, которые предпочтительно конструируются из стекловолокна, имеют области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха. Области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха предпочтительно имеют различия в проницаемости для воздуха по меньшей мере 50%, то есть проницаемость для воздуха областей с высокой проницаемостью для воздуха по меньшей мере на 50% выше, чем проницаемость для воздуха областей с низкой проницаемостью для воздуха. Особенно предпочтительно, различия в проницаемости для воздуха составляет по меньшей мере 100% или больше.
Структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, в частности, на основе стекловолокна, получаемые и используемые по настоящему изобретению, отличаются областями с высокой проницаемостью для воздуха и областями с низкой проницаемостью для воздуха; эти области получают в ходе получения поверхности текстиля с использованием способа влажного холстоформирования. В этой связи, используют специальные механические сита, в которых сито имеет области с низкой проницаемостью или без проницаемости для технологической воды (воды для пульпера), в которой диспергируются волокна. Это приводит к неоднородному осаждению волокон на механическом сите. Эти структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, с областями с высокой и низкой проницаемостью для воздуха более подробно описаны на Фигуре 1.
Структура текстильного мата на основе неорганических волокон, в частности, на основе стекловолокна, получаемая и используемая по настоящему изобретению, которая предпочтительно представляет собой нетканый материал, полученный влажным холстоформированием, на основе неорганических волокон, которая предпочтительно конструируется из стекловолокна, предпочтительно имеет среднюю базовую массу в пределах между 10 и 350 г/м2, в частности, между 20 и 200 г/м2, особенно предпочтительно, между 40 и 140 г/м2, где цифры относятся к стеклянному нетканому материалу без учета остаточной влажности, то есть после сушки. В областях с высокой проницаемостью для воздуха, базовая масса составляет максимум 70% масс от рассмотренной выше средней базовой массы. Кроме того, области с высокой проницаемостью для воздуха дополнительно отличаются геометрией, которая определяется параметрами ʺdʺ, D или L, а также L1 и L2. Кроме того, край области с высокой проницаемостью для воздуха окружается валиком; способ производства делает это необходимым. В частности, после ламинирования, области, которые окружаются валиком, образуют в структуре текстильных матов области с более высокой плотностью и обеспечивают дополнительное окружное армирование вокруг областей с высокой проницаемостью для воздуха, которое также делает ʺизносʺ монолитных поверхностей контакта более сложным.
Области с высокой проницаемостью для воздуха также в просторечии описываются как ʺотверстияʺ или ʺуглубленияʺ и определяются как области, в которых локальная толщина нетканого материала, как можно увидеть на Фигуре 1, составляет максимум 80% от средней толщины нетканого материала ʺdʺ.
На Фигуре 1, структура текстильного мата на основе неорганических волокон, получаемая и используемая по настоящему изобретению, в частности, нетканый материал из стекловолокна, полученный влажным холстоформированием, описана более подробно. Геометрия областей с высокой проницаемостью для воздуха определяется с помощью двух отрезков, то есть большего отрезка L1 и меньшего отрезка L2, который лежит перпендикулярно к L1, где L1>5 мм и отношение L1/L2 находится в пределах 1-10, предпочтительно, 1-5. Таким образом отношение L1/L2=1 описывает круговую геометрию. Кроме того, край области с высокой проницаемостью для воздуха окружается валиком. Высота валика, то есть разница Δ, образованная D-d, должна составлять максимум 20% от толщины ʺdʺ. Таким образом, соотношение представляет собой Δ=(D-d)/d <20%.
Структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, в частности, нетканые материалы из стекловолокна полученные влажным холстоформированием, предпочтительно имеют толщину ʺdʺ в пределах от 0,2 до 2 мм.
Структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, в частности, нетканые материалы из стекловолокна, полученные влажным холстоформированием, имеют проницаемость для воздуха >1500 л/м2 сек.
Области с высокой проницаемостью для воздуха распределены однородно или неоднородно по всей площади поверхности структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, в частности, нетканых материалов из стекловолокна, полученных влажным холстоформированием, и отделены друг от друга областями с низкой проницаемостью для воздуха, где расстояние между соответствующими областями с высокой проницаемостью для воздуха предпочтительно находится в пределах между 5 и 20 мм. В частности, для применений в качестве композитного материала, в частности, в качестве стенных или потолочных панелей, в которых декоративная природа является наиболее важной, структура может также изменяться и, например, может иметь форму периодической структуры.
Площадь поверхности областей с высокой проницаемостью для воздуха (монолитная область) предпочтительно находится в пределах между 5 и 90% от общей площади поверхности структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, в частности, нетканого материала из стекловолокна, полученного влажным холстоформированием.
Структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, которые предпочтительно представляют собой нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, на основе неорганических волокон, которые предпочтительно конструируются из стекловолокна, предпочтительно содержат другие волокна, сформированные из органических полимеров. В частности, эти органические полимерные волокна представляют собой термопластичные, синтетические полимеры, которые могут формироваться посредством прядения из расплава, которые совместимы с галогенированным полимером, в частности, с полимером на основе поливинилхлорида (PVC).
Кроме того, структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, которые предпочтительно представляют собой нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, на основе неорганических волокон, которые предпочтительно конструируются из стекловолокна, также содержат отделочные покрытия или клеящие вещества на волокнах, которые облегчают смачивание и/или адгезию на галогенированном полимере, включая ковалентную адгезию, в частности, на полимере на основе поливинилхлорида (PVC).
Получение структуры текстильного мата на основе неорганических волокон
Получение структур текстильных матов на основе неорганических волокон, используемых по настоящему изобретению, которые предпочтительно представляют собой нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, на основе неорганических волокон, которые предпочтительно конструируются из стекловолокна, осуществляется с использованием способов, которые сами по себе известны. Как уже рассмотрено, структуры текстильных матов, полученные влажным холстоформированием, сформированные из стекловолокна, с областями с высокой и низкой проницаемостью для воздуха, а также их получение уже известно в принципе из патента США 5462642.
Области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, при получении структуры мата, получают с использованием специальных механических сит.
Способы, описанные ниже, относятся, в качестве примера, к получению нетканых материалов из стекловолокна, однако соответствующие стадии способа являются сходными и для других волокнистых материалов, в частности, для неорганических волокон, и известны специалистам в данной области.
Как правило, волокна диспергируются в воде, что известно, как пульпер, где в случае стекловолокна, доля стекловолокна составляет приблизительно от 0,1% масс до 1% масс.
Диспергированное стекловолокно обычно временно хранится в одном или нескольких контейнерах для хранения, в которых должно предотвращаться имеющее место оседание стекловолокна. Это меры также известны для специалиста в данной области.
Высвобождение дисперсии стекловолокно/вода или высвобождение согласно стадии (ii) осуществляют с помощью пульпораспределителя, при этом концентрация стекловолокна уменьшается в 10-20 раз. Эта стадия также известна специалистам в данной области.
Другие вспомогательные материалы могут добавляться в воду, используемую для получения дисперсии стекловолокно/вода. В этой связи, они обычно представляют собой загустители и поверхностно-активные вещества. Эта стадия также известна специалистам в данной области.
Высвобождение дисперсии волокно/вода осуществляется в специальном роторном механическом сите, которое имеет переменную проницаемость для воды, которая присутствует. Таким образом, вода удаляется при разной скорости и на механическом сите формируются нетканые материалы с областями с высокой проницаемостью для воздуха и областями с низкой проницаемостью для воздуха.
Вода, которая удаляется, возвращается в способ, то есть рециклируется. Для получения стеклянного нетканого материала, полученного влажным холстоформированием, используют известные устройства, например, Voith Hydroformer® или Sandy Hill Deltaformer®, которые известны на рынке.
Нанесение связующего, а также сушка уже описаны выше, и они применимы также к способу, описанному в качестве примера.
Армирование
Структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, получаемые и используемые по настоящему изобретению, которые предпочтительно представляют собой нетканые материалы, полученные влажным холстоформированием, на основе неорганических волокон, которые предпочтительно конструируются из стекловолокна, могут дополнительно содержать другое армирование.
Как правило, слоистые армирующие материалы добавляют на верхнюю сторону роторного механического сита, на котором формируется нетканый материал из стекловолокна, полученный влажным холстоформированием.
Добавление армирующих нитей и/или пряжи осуществляют подобно случаю слоистого армирования или индивидуально, то есть сверху или сбоку, где армирующие нити и/или пряжа устанавливаются по центру в нетканом материале, который формируется, или на верхнюю и/или нижнюю стороны. Положение вставки устанавливается по точному положению подачи в области формирования нетканого материала на механическом сите. Наконец, единственные ограничения связаны с конструкцией агентов для формирования нетканого материала.
Предпочтительно, армирующие материалы представляют собой армирующие нити и/или пряжу с модулем Юнга по меньшей мере 5 ГПа, предпочтительно по меньшей мере 10 ГПа, особенно предпочтительно по меньшей мере 20 ГПа.
Армирующие нити, то есть включая монофиламенты, ровинги или также пряжу, имеют диаметр в пределах между 0,1 и 1 мм или 10-2400 текс, предпочтительно, между 0,1 и 0,5 мм, в частности, 0,1 и 0,3 мм, и имеют удлинение при разрыве от 0,5 до 100%, предпочтительно, от 1 до 60%.
Предпочтительно, в качестве армирующих материалов используют нити, в частности, мультифиламенты и/или монофиламенты на основе углерода, стекла, стекловолоконных ровингов, минеральных волокон (базальта) или проволок (монофиламентов) из металла или металлических сплавов.
По экономическим причинам, предпочтительные армирующие материалы состоят из стеклянных мультифиламентов в форме, по существу, параллельных слоев нитей или невязаных материалов. Обычно, стеклянный нетканый материал армируется только в продольном направлении с помощью по существу параллельных слоев нитей.
Армирующие нити могут располагаться в виде сеток, ячеистых материалов или невязаных материалов. Кроме того, предпочтительными являются армирующие материалы в форме тканых материалов и многоосных невязаных материалов. Особенно предпочтительно, особенно предпочтительными являются армирующие материалы с взаимно параллельными армирующими пряжами, то есть с основовязанными слоями, а также невязаные материалы или ячеистые материалы.
Толщина нити может изменяться в широких пределах, в зависимости от желаемого профиля свойств. Предпочтительно, толщина нити находится в пределах между 20 и 250 нитей на метр. Толщина нити измеряется перпендикулярно направлению хода нити. Армирующие нити предпочтительно добавляются до того, как формируется стеклянный нетканый материал, на верхней стороне роторного механического сита. Можно также добавлять нити в ходе формирования стеклянного нетканого материала, так что они становятся погруженными.
Способ получения ламинатных композитных материалов на основе галогенированных полимеров
Способ получения ламинатных композитных материалов по настоящему изобретению на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), включает следующие стадии:
(i) изготовление, получение или доставку слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC),
(ii) нанесение структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна по меньшей мере на одну сторону слоистой структуры согласно стадии (i),
(iii) изготовление, получение или доставку и нанесение второй слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), на структуру, полученную согласно стадии (ii), где вторая слоистая структура наносится на ту сторону, на которую уже нанесена структура текстильного мата на основе стекловолокна,
(iv) ламинирование структуры, полученной согласно стадии (iii), посредством приложения давления и/или температуры,
отличающийся тем, что
(v) структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, представляет собой нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха.
В одном из вариантов способа по настоящему изобретению, необязательно, один или несколько дополнительных слоев могут наноситься на слоистую структуру или присутствовать на ней, например, декоративные и/или защитные слои, где эти дополнительные слои уже присутствуют, или необязательно наноситься до или после ламинирования согласно стадии (iv). Эти дополнительные слои располагаются на той стороне первой и/или второй слоистой структуры, которая обращена в сторону от структуры текстильного мата, то есть на одну из двух наружных сторон готового ламинатного композитного материала.
Слоистые структуры, сформированные из галогенированного полимера, используемые по настоящему изобретению, в частности, основанные на поливинилхлориде (PVC), уже описаны подробно выше. В этом способе, они изготавливаются либо непосредственно (in-line) либо заранее (off-line) и получаются или доставляются. Доставка может осуществляться непрерывно, например, посредством доставки с рулонов или фактически загрузочно, например, посредством добавления предварительно изготовленных материалов. Стадии (i), (ii) и (iii) могут также осуществляться одновременно, например, посредством доставки с соответствующих рулонов.
Структура текстильного мата, доставляемая на стадии (ii), на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, обычно покрывает всю сторону слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC), а вторая слоистая структура, сформированная из галогенированного полимера, доставляемая на стадии (iii), в свою очередь, покрывает всю структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна. Слоистые структуры, используемые на стадиях (i), (ii) и (iii), сформированные из галогенированного полимера, и структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, предпочтительно имеют одинаковую степень покрытия, так что края не требуют дополнительной обработки.
В добавление к трехслойной конструкции, приведенной выше в качестве примера, например, PVC → стекло → PVC, могут также предусматриваться пятислойные конструкции, например, PVC → стекло-PVC (сердцевина) → стекло → PVC. Все эти возможные конструкции имеют общую особенность, размещение по меньшей мере одной ламинатной структуры сэндвич-типа, в которой по меньшей мере одна структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, располагается между двумя слоистыми структурами, сформированными из галогенированного полимера, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC).
Ламинирование на стадии (iv) осуществляется под действием давления и температуры с использованием валков или прессов, способом, в целом, известным. Обычно, температура в ходе ламинирования находится в пределах между 80°C и 140°C, для загрузочного способа, и 120°C-180°C, для непрерывного способа прессования. Используемые давления обычно составляют 2-4 бар.
При использовании структуры текстильного мата по настоящему изобретению с областями с высокой проницаемости для воздуха и областями с низкой проницаемости для воздуха, две обращенных друг к другу поверхности слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC), вступают в контакт через области структуры текстильного мата по настоящему изобретению с высокой проницаемостью для воздуха и монолитно связываются вместе в этих областях. Поверхность монолитного контакта двух обращенных друг к другу поверхностей слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC), предпочтительно составляет минимум 5% (% от площади поверхности) относительно общей площади поверхности структуры текстильного мата с областями с высокой проницаемости для воздуха и областями с низкой проницаемости для воздуха, которая рассматривается. Площадь поверхности монолитного контакта не должна превышать 90% (% площади поверхности) относительно общей площади поверхности структуры текстильного мата.
Ламинатные композитные материалы на основе галогенированных полимеров.
Ламинатный композитный материал сэндвич-типа по настоящему изобретению на основе галогенированных полимеров, в частности, на основе поливинилхлорида (PVC), содержит:
(i) первую слоистую структуру, сформированную из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC),
(ii) вторую слоистую структуру, сформированную из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC),
(iii) структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, которая располагается между первой и второй слоистой структурой,
(iv) первую слоистую структуру согласно (i), структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, согласно (ii) и вторую слоистую структуру согласно (iii), которые связаны вместе посредством ламинирования,
отличающийся тем, что
(v) структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, представляет собой нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха.
В одном из вариантов настоящего изобретения, ламинатный композитный материал по настоящему изобретению может необязательно содержать один или несколько дополнительных слоев по меньшей мере на одной наружной стороне, например, декоративные и/или защитные слои. Эти дополнительные слои уже присутствуют на слоистой структуре или необязательно наносятся до или после ламинирования согласно стадии (iv) способа. Эти дополнительные слои располагаются на той стороне первой и/или второй слоистой структуры, которая обращена в сторону от структуры текстильного мата, то есть на одну из двух наружных сторон готового ламинатного композитного материала.
Слоистая структура, сформированная из галогенированного полимера, используемая по настоящему изобретению, в частности, основанная на поливинилхлориде (PVC), а также структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, уже описаны подробно выше.
Толщина ламинатного композитного материала сэндвич-типа по настоящему изобретению, основанного на галогенированных полимерах, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC), обычно находится в пределах между 1 и 15 мм, предпочтительно, между 3 мм и 10 мм, где используется структура текстильного мата на основе неорганических волокон, в частности, нетканых материалов из стекловолокна, полученных влажным холстоформированием, предпочтительно имеет толщину ʺdʺ по меньшей мере 0,2 мм. Однако, возможны также более тонкие или более толстые ламинаты, в зависимости от применения. В частности, при получении виниловых плиток категории люкс (LVT), общая толщина ламината обычно находится в пределах между 1 мм и 20 мм. Толщина структуры текстильного мата не должна превышать 20% от общей толщины ламината.
Общая толщина, рассмотренная выше, предпочтительно относится к трехслойной конструкции, то есть, например, PVC → стекло → PVC, а также к пятислойной конструкции, то есть, например, PVC → стекло → PVC (сердцевина) → стекло → PVC.
Посредством использования структур текстильных матов на основе неорганических волокон по настоящему изобретению, предпочтительно, стекловолокна, которые предпочтительно представляют собой нетканый материал, в частности, нетканый материал из стекловолокна, можно получить ламинатные композитные материалы сэндвич-типа с очень однородными механическими свойствами, которые имеют почти монолитные свойства. Площадь поверхности монолитного контакта двух обращенных друг к другу поверхностей слоистой структуры, сформированной из галогенированного полимера, в частности, основанного на поливинилхлориде (PVC), предпочтительно составляет минимум 5% (% площади поверхности) относительно общей площади поверхности используемой структуры текстильного мата с областями с высокой проницаемости для воздуха и областями с низкой проницаемости для воздуха.
Кроме того, использование специальных структур текстильных матов по настоящему изобретению делает возможным более быстрое и более экономичное, а также непрерывное осуществление способа, в частности, с использованием того, что известно, как рулонные способы, в которых все необходимые материалы доставляются и обрабатываются как материалы в рулонах.
Применения
Ламинатные композитные материалы сэндвич-типа по настоящему изобретению основанные на галогенированных полимерах, в частности, основанные на поливинилхлориде (PVC), и связанные структуры текстильного мата сэндвич-типа на основе стекловолокна можно использовать для изготовления композитных материалов и ламинатов, в частности, для производства виниловых плиток категории люкс (LVT).
Способ получения композитных материалов для использования в качестве стенных или потолочных панелей
Способ получения композитных материалов для использования в качестве стенных или потолочных панелей включает стадии:
(i) изготовления, получения или доставки материала подложки, в частности, гипсокартона или волокнистого изоляционного материала;
(ii) нанесения структуры текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна по меньшей мере на одну сторону материала подложки согласно стадии (i),
(iii) ламинирования структуры, полученной согласно стадии (i), под действием давления и/или температуры, необязательно, с использованием химическим или термопластичных связующих,
отличающийся тем, что
(iv) структура текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, представляет собой нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха.
Предпочтительно, рассмотренный выше композитный материал с материалом подложки представляет собой стенную или потолочную панель. Композитный материал отличается особенно эстетичным внешним видом.
Предпочтительно, подложки, используемые согласно (i), представляют собой материалы на основе дерева, такие, например, как фанера или древесный ламинат, прессованная древесина, в частности, древесностружечная плита и OSB (ориентированные волокнистые плиты), восстановленная древесина, в частности, пористая волокнистая плита, дышащая волокнистая плита, твердая (высокой плотности) волокнистая плита (HDF) и волокнистая плита средней плотности (MDF) и арболит. Другие возможные материалы представляют собой плиты, сформированные из бумаги, пробки, картона, минеральных компонентов, и/или известные как сотовые материалы. Древесные материалы обычно представляют собой древесные материалы в форме плит или планок, которые изготавливают посредством смешивания различных форм древесных частиц с природными и/или синтетическими связующими в ходе горячего прессования.
Кроме того, подложки по настоящему изобретению содержат вещества, сформированные из древесных волокон, целлюлозных волокон, природных волокон или их смесей, и связующее, где доля связующего обычно больше 15% масс. По потребности, вещества также армируются стеклянными, базальтовыми или синтетическими волокнами.
Предпочтительно, бумага представляет собой бумагу на основе природных, синтетических, минеральных или керамических волокон, или состоит из смесей этих типов волокон.
Картон предпочтительно представляет собой картон на основе природных и/или синтетических волокон, где они могут также включать минеральные и/или керамические волокна, а также смеси этих типов волокон. Минеральные плиты предпочтительно представляют собой коммерчески доступный минеральный картон с двухсторонним покрытием картона, гипсокартон, плиты из керамических волокон, цементно-стружечную плиту или плитки из «парижского паркета». По потребности, плиты могут армироваться природными и/или синтетическими волокнами, при этом они могут также содержать минеральные и/или керамические волокна. Армирующие волокна могут иметь форму нитей, монофиламентов или крученых волокон.
В дополнение к описанным материалам, подложка может также состоять из пробки или других растительных материалов.
Волокнистые изоляционные материалы, используемые на стадии (i), представляют собой указанные волокнистые нетканые материалы на основе минеральных волокон, в частности, волокон, сформированных из стеклянной и/или минеральной шерсти, которые связаны в структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, где связывание предпочтительно осуществляют с использованием термопластичных адгезивов. Волокнистые изоляционные материалы предпочтительно являются самоподдерживающимися, то есть наносятся на пленку подложки. Волокнистые изоляционные материалы предпочтительно имеют толщину в пределах между 5 мм и 250 мм.
Базовая масса подложки, содержащаяся в композитном материале, зависит от конечного применения и не является субъектом каких-либо ограничений.
Структуры текстильных матов на основе неорганических волокон, предпочтительно, стекловолокна, используемые для получения композитного материала по настоящему изобретению, описанного выше, где структура текстильного мата представляет собой волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, и волокнистый нетканый материал, предпочтительно, нетканый материал из стекловолокна, содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, уже подробно описаны; предпочтительные варианты осуществления в этом отношении относятся также и к этому композитному материалу.
Методы измерения
Проницаемость для воздуха: проницаемость для воздуха определяют согласно DIN EN ISO 9237:1995-12. В этом отношении, она представляет собой усредненную проницаемость для воздуха (LDLtotal [L/м2сек]), то есть измерения на структуре текстильного мата с областями с высокой и низкой проницаемостью для воздуха.
Базовая масса: базовую массу определяют согласно DIN EN ISO 29073-1:1992-08. В этом отношении, она представляет собой усредненную базовую массу (FGtotal [г/кв. м]), то есть измерения на структуре текстильного мата с области с высокой и низкой проницаемостью для воздуха.
Модуль Юнга: Модуль Юнга определяют с использованием диаграмм напряжение-деформация при комнатной температуре (23°C) согласно ASTM E111-04 (2010).
Диаметр волокна: диаметр волокон определяют с помощью микроскопа.
Определение толщины нетканого материала: толщина нетканого материала определяется согласно ISO 9073-2:1995. Толщина ʺʺdʺʺ определяется на однородной структуре текстильного мата с помощью FGtotal, в то время как толщина "D" определяется на структуре текстильного мата с областями с высокой и низкой проницаемостью для воздуха (базовая масса=FGtotal).
Области с высокой проницаемостью для воздуха:
Площадь поверхности с высокой проницаемостью для воздуха определяется при помощи микроскопа.
Определение средней базовой массы для области с высокой проницаемостью для воздуха осуществляют посредством выштамповки площадей поверхности, определяемых посредством L1, L2, и определения впоследствии массы выштампованных областей поверхности, учитывая общую площадь поверхности, которую выштамповывают.
Определение проницаемости для воздуха, LDL (высокая проницаемость для воздуха (LDLhigh) по сравнению с низкой пористостью (LDLlow), осуществляют с помощью компьютера, с использованием следующего правила вычисления:
LDLtotal={(LDLlow) × (площадь поверхности [%]/100)}+{(LDLhigh) × (площадь поверхности [%]/100)}. LDLtotal представляет собой измеренную проницаемость для воздуха для структуры текстильного мата с областями с высокой и низкой проницаемостью для воздуха, в то время как LDLlowпредставляет собой проницаемость для воздуха для однородной структуры текстильного мата с толщиной "ʺdʺ" и с такой же базовой массой, как для определения LDLtotal.
Реферат
Настоящее изобретение относится к способу получения ламинатных композитных материалов, а также к ламинатным композитным материалам, полученным с помощью этого способа, и к их применению. Ламинатные композитные материалы по настоящему изобретению имеют конструкцию сэндвич-типа и основаны на галогенированных полимерах, в частности на поливинилхлориде (PVC), и содержат первую слоистую структуру, сформированную из галогенированного полимера, и вторую слоистую структуру, сформированную из галогенированного полимера, а также по меньшей мере одну структуру текстильного мата на основе неорганических волокон, которая располагается между первой и второй слоистыми структурами, причем структура текстильного мата на основе неорганических волокон содержит области с высокой проницаемостью для воздуха и области с низкой проницаемостью для воздуха, с помощью которых эти две слоистые структуры, сформированные из галогенированного полимера, монолитно соединены вместе, при этом площадь поверхности областей с высокой проницаемостью для воздуха находится в пределах между 5 и 90% от общей площади поверхности структуры текстильного мата. Изобретение обеспечивает непрерывный способ производства ламинатных композитных материалов и являются особенно пригодными для получения виниловых плиток категории люкс (LVT). 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
