制备聚乙烯层压复合材料的方法

发明领域

本发明涉及复合材料的领域，和特别地涉及制备层压聚乙烯复合 材料的改进方法。

相关技术的描述

由于它们的强度，轻质，和对使它们适于特殊应用的设计变化的 适应性，复合材料在各种应用中获得较大的重要性.特别地，纤维增 强的复合材料通常用于如下物质的制造：盖屋膜，重负荷帘材料，用 于向横梁和柱子提供结构支撑的包装带，和用于池，池塘等的保护性 衬里。典型地，这些材料由嵌入保护性聚合物涂层中的增强材料芯组 成，增强材料通常为织物或其它网。

用于制造多层复合材料的所有现有技术工艺涉及如下步骤：使用 粘合剂或其它反应性组分，或通过熔融外层和引起它们渗透和引入芯 材料而将一个或多个外层粘合到内芯上.例如，U.S.专利No.6,054,178 描述了采用热塑性材料外层增强织物网的方法.将织物芯拉伸到在膜 挤出机辊筒之间的间隙，同时将熔融热塑性材料沉积在织物每一侧上 和以熔融形式通过辊筒。辊筒强制熔融材料通过织物的开放网眼，因 此引起热塑性组分在内芯网周围熔化和形成整体结构.

使用化学粘合剂或热量以在内芯上施加外层的需要，已经增加层 压复合材料制造的成本和复杂性.此外，化学粘合剂的使用以及加热 热塑性材料以使它流体化和在开放网眼周围形成它的工艺，典型地伴 有有害蒸气的释放。因此，常规制造方法的简化是本领域的所需进步， 特别是如果降低现有技术工艺的非所需方面。在由夹层在两个聚乙烯 层之间的织物网组成的复合材料的特殊情况下，本发明达到这样的结 果。

发明概述

本发明的主要目的是制造层压复合材料的方法，该方法并不要求 使用化学品或热量以粘合外层到内网芯上。

另一个目的是适于采用各种芯材料，包括天然有机纤维、合成纤 维和金属纤维制造复合材料的方法。

最终目的是适于采用已经用于复合材料制造的设备而实施的方 法。

因此，根据这些和其它目的，本发明由如下操作组成：在室温下， 将夹层在两个聚乙烯材料片材之间的织物网内芯通过常规成套高压辊 筒。由辊筒在聚乙烯材料上施加的压力引起它的流体化，使得每个聚 乙烯层渗透通过芯材料的开放网眼，粘合到其它层上和引入芯纤维以 形成层压复合材料。必须精确调节与辊筒间隙和速度相关的聚乙烯层 厚度，使得施加到材料上的压力足以在环境温度下流体化聚乙烯片材。 由于不将热量施加到系统中，当它通过辊筒时层压复合材料快速冷却 和不要求另外的成形或加工。

从在以下说明书中的描述和从特别在所附权利要求书中指出的新 颖特征，本发明的各种其它目的和优点是显然的。因此，为了上述目 的的完成，本发明由以下在附图中说明的，在优选实施方案详细描述 中完全描述的和特别在权利要求书中指出的特征组成。然而，这样的 附图和描述仅仅公开了其中可以实施本发明的各种方式的一种。

附图简述

图1是使用熔融材料和冷却元件，用于制造织物增强的整体热塑 性膜的现有技术装置的概要说明。

图2是用于进行本发明方法的设备的概要说明。

图3以横截面形式说明由本发明方法生产的三层层压复合材料。

图4是在本发明实施中涉及的步骤的框图。

图5以部分剖面图说明适于使用金属网和聚乙烯制造的射频 (RF)屏和RF帘，以生产根据本发明层压复合材料的材料。

本发明优选实施方案的描述

本发明的核心在于如下情况的实现：可以在室温下简单地通过压 力的施加而流体化聚乙烯，而所有其它已知热塑性材料在相似条件下 开裂，本领域已知为“破裂”的现象.因此，有利地利用此性能以简 化制备层压复合材料的方法.

参考附图，其中同样的部分全文中由同样的数字和符号表示，图 1概要说明用于使用热塑性材料制备层压复合材料的现有技术工艺的 设备(公开于U.S.专利No.6,054,178)。常规膜挤出机用于在两个热塑性 材料层12，14之间夹层和粘合织物-网内芯10.当将芯通过两个辊筒 22，24之间的间隙20拉动时，将优选由聚丙烯基材料组成的此材料 熔融和从在芯10每一侧上的两个喷嘴16，18挤出.因此，将熔融热 塑性材料从芯10的两侧强制通过开放网眼，因此引起两个层12，14 熔合在一起，包覆芯10，和产生层压复合材料26.将底部辊筒24采 用水冷却，使得当它通过辊筒时，复合材料26的底侧开始冷却.在通 过曝露于空气的产物最终冷却和在卷取辊34上卷绕用于运输和贮存 之前，复合材料的顶侧30由第三辊筒32冷却。

如图2中所示，通过消除加热和冷却热塑性材料的步骤，本发明 简化了现有技术工艺和装置.这通过使用聚乙烯而完成，聚乙烯对本 发明是关键的.尽管发现所有形式的聚乙烯(高，低和中密度，如这些 术语通常用于本领域那样)对于在压力下的流体化是可接受的，实际 上，除了它在进行玻璃化转变时避免了开裂的能力外，由于它的高耐 磨性，高密度聚乙烯得到更好的产物.因此，高密度聚乙烯最适合和 优选用于实施本发明。

因此，可以简单地将由织物网或其它网材料组成的，夹层在两个 聚乙烯层42，44之间的内芯40通过常规辊筒48和50的间隙46，制 造聚乙烯/织物-网层压复合材料.优选使用放置在辊筒48，50喉部附 近的两个定位辊筒56，58，将聚乙烯层沉积在芯40的每一侧52，54 上，以形成对准的三层结构.提供辊筒56，58以从在内芯40和外聚 乙烯层42，44之间的界面除去空气袋和将所有的层与辊筒48，50对 准。因此，当它们转向将材料向前移动和由窄间隙46压挤聚乙烯层时， 三个层40，42，44容易由辊筒48，50的喉部啮合。关于聚乙烯和芯 层的厚度，间隙46必须足够小以提供足够高以引起聚乙烯材料进行玻 璃化转变。对于大多数高密度聚乙烯，此压力为约2137.4kPa(310psi)， 但作为用于聚乙烯制造的增塑剂数量的函数，更低的压力可能足够。 对于更低密度聚乙烯，更低压力是同样足够的。例如，低密度聚乙烯 在约620.5kPa(90psi)下达到玻璃化转变。此压力引起每个外层42， 46在环境条件下熔融和在辊筒48，50之前形成流体化聚乙烯的池62， 64。此半熔融材料从每一侧渗透通过芯40的开放网眼和与聚乙烯材料 在另一侧上熔化，正如如果加热热塑性材料所发生的那样。在室温下 操作，足够固化当材料通过辊筒时产生的所得层压复合材料66以不要 求进一步的处理。因此，可以将复合材料66缠绕到卷取辊筒(未示出) 上用于进一步的沉积。

图3以横截面形式说明由本发明方法生产的三层层压复合材料。 图4是在本发明实施中涉及的步骤的框图。尽管适于实施本发明的唯 一层压材料是聚乙烯，理解内芯40可以由如下物质组成：能够被流体 化材料渗透和包覆的任何织物或纤维。因此，任何常规网材料，从天 然或合成织物到金属网，可以同等的方式使用。

显著地，可以使用本发明的方法容易而便宜地包覆金属-网材料。 金属网通常用于形成向电子设备和向组装线提供RF屏蔽的金属法拉 第笼和金属帘。这些应用典型地采用金属结构，该结构相对制造昂贵 以达到要求的刚性和耐磨性。通过采用层压复合材料替代用于RF屏蔽 和RF帘的金属网，本发明提供便宜和耐用替代方案，如在此所述，采 用由聚乙烯层压在两侧的金属-网芯制造的层压复合材料，金属-网芯可 以为更低和更便宜的质量。这样的RF屏蔽笼和/或帘复合材料70在图5 中说明，其中金属-网屏蔽72显示为层压在相对的聚乙烯层40，42之中。

相似地，凯芙拉可用作本发明的芯40以制造防弹复合材料，该复 合材料不能容易地由缓慢稳定的刺穿物体(如刀)刺入。凯芙拉自身由 于它的大强度而是公知的，和采用它制备的织物可防止由高速度发射 体的刺入，但也已知相对容易由刀子刺穿。两个聚乙烯外层的加入， 聚乙烯是高密度和高耐磨材料，会提供用于在应用如防弹屏蔽和背心 中完全保护的优异复合材料。

因此，本发明提供制造特定类别层压复合材料的简化方案.已经 展示由聚乙烯层压的内芯网组成的任何三层复合材料，可以在环境条 件下生产而不使用挤出，加热或冷却。

在此处说明和在所附权利要求书中定义的本发明原则和范围内， 可以由本领域技术人员进行已经描述的详细情况，步骤和组分中的各 种变化.因此，尽管在此已经在相信是最实际和优选的实施方案的情 况中显示和描述了本发明，应理解可以从其在本发明范围内进行背离， 它不限制到在此公开的详细情况而是满足权利要求书的完全范围，包 括任何和所有的同等工艺和产品。