工程复合材料和由其生产的产品

申请号 CN201380003756.5 申请日 2013-10-24 公开(公告)号 CN103917146B 公开(公告)日 2017-03-15
申请人 科勒公司; 发明人 M·W·斯基布尔; J·A·托伊贝特;
摘要 复合材料 包括 聚合物 基质材料和包括玻璃瓷的填料材料。复合材料具有小于约百分之一的吸 水 率。这样的复合材料可以用于生产制品,例如水槽、浴缸、淋浴底盆,和可以受益于低吸水率性质的其他制品。
权利要求

1.一种复合材料,包括:
聚合物基质材料;和
填料材料,其包括玻璃瓷;
其中所述复合材料具有小于百分之一的吸率。
2.根据权利要求1所述的复合材料,其中所述填料材料包括具有在1和2000微米之间的范围内的尺寸的颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中所述复合材料包括按重量计在10%和70%之间的聚合物基质材料和按重量计在30%和90%之间的填料材料。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中所述填料材料还包括砂。
5.根据权利要求4所述的复合材料,其中所述砂是回收的芯型砂
6.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中所述聚合物基质材料包括聚合物树脂材料或聚合物树脂材料的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中所述玻璃瓷包括:
按重量计在50%和80%之间的SiO2,
按重量计在10%和30%之间的Al2O3,
按重量计在0%和4%之间的Na2O3,
按重量计在0%和4%之间的K2O,
按重量计在0%和3%之间的TiO2,和
按重量计在0%和5%之间的MgO。
8.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中所述复合材料具有在莫氏硬度表上在4和9之间的硬度。
9.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中所述填料材料具有小于百分之一的吸水率。
10.一种制品,包括前述权利要求中任一项所述的复合材料,其中所述制品具有小于百分之一的吸水率。
11.根据权利要求10所述的制品,其中所述制品是水槽。
12.根据权利要求10所述的制品,其中所述制品是淋浴底盆、浴缸、工作台面、或集成的顶部和碗状物单一结构。
13.一种制备权利要求10-12中任一项所述的制品的方法,所述方法包括:
混合所述填料材料和所述聚合物基质材料以产生所述复合材料;
将所述复合材料引入具有所需形状的模具;和
从所述模具除去具有所述所需形状的所述制品。
14.根据权利要求13所述的方法,还包括在所述混合之前碾磨、粉碎破碎前体材料以产生所述填料材料中的至少一种。
15.根据权利要求13或14所述的方法,还包括在250°F和350°F之间的温度热处理所述制品,持续在1和3小时之间的时间段。
16.根据权利要求13所述的方法,还包括在所述混合之前着色所述填料材料。
17.根据权利要求13所述的方法,还包括以多至按重量计20%的量混合另外的填料或添加剂与所述填料材料和聚合物基质材料。

说明书全文

工程复合材料和由其生产的产品

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年10月25日提交的美国临时专利申请第61/718,514号的权益和优先权,该美国临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

[0003] 本申请涉及用于生产可以受益于具有硬的、非多孔的表面外观和感觉且尤其是可以在厨房和沐浴产品中找到实用性的产品的材料,厨房和沐浴产品例如厨房槽、洗手间水槽、工作台面、浴缸、淋浴底盆和类似物。更特别地,本公开内容涉及用于生产这样的产品的工程复合材料。
[0004] 在许多应用中,期望具有硬的、通常非多孔的表面。例如,消费者可能偏好厨房工作台面和类似物具有这样的表面以抵抗由于由每日使用引起的磨损造成的染色和破坏。天然石(例如,花岗岩、石灰石等)常常用于这样的应用中,但受各种材料性质限制。例如,石可能在材料中具有许多天然缺陷,这可以导致脆性材料倾向于在制造和安装过程期间破裂或断裂。材料的脆性可以导致材料在冲击时碎裂或破裂(例如,冲击石厨房柜台的盘或碟)。天然石还通常具有相对高的孔隙率和吸水率,这从实际观点来看,意味着这样的材料必需经常被密封,这导致显著的另外的维持成本和努。另外,已知机器加工产品的困难,以及石的有限可用性,石是使用昂贵的材料。天然石还具有其他局限性,包括在没有显著的努力的情况下石不能容易地形成复杂的形状。例如,如果期望生产由天然石材料制成的水槽,则在机械加工过程中将浪费相对大量的材料,因为制造将以大的石开始且显著量的石将在形成工艺中被除去以产生所需的形状。
[0005] 已知在家庭应用中使用天然石的许多缺点,对工程复合材料存在需求,工程复合材料可以用于这些应用中且具有意图抵抗染色和提供增加的防沾污性、耐磨性、耐化学性和减少的脆性的增强的材料性质。这样的材料将理想地是生产相对简单的和有效的,且可以结合可容易得到的材料。发明内容
[0006] 示例性的实施方案涉及包括聚合物基质材料和包括玻璃瓷的填料材料的复合材料。复合材料具有小于约百分之一的吸水率。
[0007] 另一个示例性的实施方案涉及包括组合物的制品,组合物包括聚合物基质材料和包括玻璃瓷的填料材料。制品具有小于约百分之一的吸水率。
[0008] 另一个示例性的实施方案涉及制造制品的方法,该方法包括混合填料材料和聚合物基质材料以产生复合材料,将通过混合产生的复合材料引入所需形状的模具,和从模具除去具有所需形状的制品。所得到的制品具有小于约百分之一的吸水率,且填料材料包括玻璃瓷。
[0009] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,填料材料可以包括具有在1和2000微米之间的范围内的尺寸的颗粒。
[0010] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,复合材料可以包括按重量计在10%和70%之间的聚合物基质材料和按重量计在30%和90%之间的填料材料。
[0011] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,填料材料还可以包括砂。
[0012] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,砂可以是回收的芯型砂
[0013] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,聚合物基质材料可以包括聚合物树脂材料或聚合物树脂材料的混合物。
[0014] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,玻璃瓷可以包括按重量计在50%和80%之间的SiO2,按重量计在10%和30%之间的Al2O3,按重量计在0%和4%之间的Na2O3,按重量计在0%和4%之间的K2O,按重量计在0%和3%之间的TiO2,和按重量计在0%和5%之间的MgO。
[0015] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,复合材料可以具有在莫氏硬度表上在4和9之间的硬度。
[0016] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,填料材料可以具有小于百分之一的吸水率。
[0017] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,复合材料和由其生产的任何制品可以具有小于百分之一的吸水率。
[0018] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,复合材料可以用于形成水槽、淋浴底盆、浴缸、工作台面、或集成的顶部和碗状物单一结构。
[0019] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,制备制品的方法例如本文描述的方法可以包括混合填料材料和聚合物基质材料以产生复合材料,将复合材料引入所需形状的模具,和从模具除去具有所需形状的制品。
[0020] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,生产制品的方法可以包括在混合之前碾磨、粉碎破碎前体材料以产生填料材料中的至少一种。
[0021] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,生产制品的方法可以包括在250°F和350°F之间的温度热处理制品,持续在1和3小时之间的时间段。
[0022] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,生产制品的方法可以包括在混合之前着色填料材料。
[0023] 根据本申请中所描述的前述示例性的实施方案或其他实施方案中的任一个,生产制品的方法可以包括以按重量计多至约20%的量混合另外的填料或添加剂与填料材料和聚合物基质材料。附图说明
[0024] 图1是阐明根据示例性的实施方案生产的复合材料的样品的照片。
[0025] 图2-8阐释可以根据各种其他示例性的实施方案使用本文描述的复合材料来生产的各种水槽设计。
[0026] 图9和10阐释可以根据各种其他示例性的实施方案使用本文描述的复合材料来生产的各种淋浴底盆设计。
[0027] 图11和12阐释可以根据各种其他示例性的实施方案使用本文描述的复合材料来生产的各种浴缸设计。
[0028] 图13是详述根据示例性的实施方案制备复合材料的制造工艺的步骤的流程图
[0029] 图14是详述根据示例性的实施方案制备复合材料的制造工艺的步骤的流程图。

具体实施方式

[0030] 本发明的示例性的实施方案涉及将无机填料材料例如回收的玻璃瓷或砂结合在聚合物基质中以提供具有通常硬的、非多孔的表面的产品的复合材料。复合材料可以用于制备构件或结构例如洗手间水槽、厨房水槽、工作台面、集成的顶部和碗状物水槽、淋浴底盆、淋浴设备围绕物、浴缸、或将期望硬的、非多孔的表面特性的其他产品。
[0031] 本发明的另一个示例性的实施方案涉及提供复合材料的方法,结合无机填料材料,提供待用作填料的陶瓷材料的原始源,将材料的原始源碾磨成颗粒,混合陶瓷颗粒与聚合物树脂基质和将混合物模制成各种形状。
[0032] 根据示例性的实施方案,构件或结构例如洗手间水槽、厨房水槽、工作台面(或,例如,和集成的工作台面和水槽)、淋浴底盆或基部、浴缸或类似物使用包括聚合物基材或基质材料(例如,环树脂)和在聚合物基质中的无机填料材料(例如,来自模制工艺中使用的砂芯的回收的玻璃瓷或砂)的复合材料来制造,以提供具有硬的、通常非多孔的表面特性的产品。在一些但不是所有的示例性的实施方案中,材料可以具有天然石的外观(例如,材料可以被制成类似于传统上在制造水槽或工作台面中利用的许多不同的天然石(例如花岗岩,大理石、缟玛瑙或石灰华))。
[0033] 根据示例性的实施方案,复合材料利用在卫生器具例如厕所和洗手间中通常使用的收回的/回收的玻璃瓷。这样的材料的一个有利的特征是与传统的陶瓷或瓷器产品相比,玻璃瓷具有显著更低的孔隙率和吸水率水平。例如,传统的陶瓷可以具有在约10和20百分数之间的孔隙率水平。比较起来,由玻璃瓷制成的卫生器具产品通常具有更低的孔隙率,通常大约小于百分之一。在卫生器具产品中,该孔隙率可以有利地允许高的防沾污性和较低的吸水率;这些相同的性质还可以有利地允许相比于现今可得到的其他复合材料和天然石产品,由收回的压碎的或粉碎的玻璃瓷制成的复合材料展示改进的孔隙率和防沾污性。
[0034] 玻璃陶瓷介质(例如,玻璃瓷)是在一些情况下可能已经用瓷釉上釉的陶瓷材料。玻璃陶瓷介质具有紧凑的和均一的结构,其被燃烧直到基本上所有的开室消失。在玻璃化工艺期间,构成基础材料的颗粒在点火期间被熔融成玻璃相,且玻璃相在高温下被流化,填充在未融化的颗粒之间形成的缝隙。玻璃瓷通常是粘土(例如高岭土)和其他材料例如二氧化、氧化锆等的混合物。玻璃瓷通常通过由材料形成不同的物体和然后应用玻璃粉,然后将其加热至足以使基材和玻璃表面玻璃化的温度来制备。玻璃化工艺导致具有相对低的吸水率的材料,这又提供具有相对高的防沾污性的材料。
[0035] 根据示例性的实施方案,复合材料包括聚合物基质和优选地从其他应用收回或回收的无机填料材料(例如,先前在卫生器具制造中使用的玻璃瓷材料或从模制操作中使用的废砂回收的砂)。在这样的实施方案中,填料材料作为增强材料被引入聚合物树脂材料中。根据示例性的实施方案,复合材料可以包括按重量计在约百分之10和百分之70之间的聚合物树脂材料和在约百分之30和百分之90之间的填料材料(例如玻璃瓷或砂),取决于所得到的复合材料的所需的特征。复合材料还可以包括其中的其他填料,例如以纤维、芳族聚酰胺纤维、聚丙烯纤维和类似物的形式的纤维状的加强材料,以及在约百分之0和百分之20之间的水平的其他构成成分(例如,颜料、催化剂、脱模剂、UV稳定剂、增稠剂,用于控制材料收缩率,用于促进交联等)或如由本领域技术人员认识的与本公开内容一致的其他材料。
聚合物树脂可以是单一聚合物树脂材料(例如,甲酸乙酯、环氧树脂、乙烯基酯等)或可以是多于一种聚合物树脂材料的混合物或组合。
[0036] 根据示例性的实施方案,无机填料材料具有以下组成:包括在约重量百分之10和重量百分之30之间的高岭土、在约重量百分之20和重量百分之40之间的球粘土、和在约重量百分之35和重量百分之55之间的非塑料。这样的材料的一个示例性的实施方案可以包括在约重量百分之50和重量百分之80之间的SiO2、在约重量百分之10和重量百分之30之间的Al2O3、在约重量百分之0和重量百分之4之间的Na2O3、在约重量百分之0和重量百分之4之间的K2O、在约重量百分之0和重量百分之3之间的TiO2、和在约重量百分之0和重量百分之5之间的MgO。根据其他示例性的实施方案,无机填料材料可以具有不同的组成。任何玻璃瓷材料可以根据各种其他示例性的实施方案来使用。
[0037] 根据示例性的实施方案,无机填料材料是陶瓷材料。在一个示例性的实施方案中,陶瓷是玻璃瓷。在另一个示例性的实施方案中,陶瓷是耐火粘土。无机填料材料可以由如由本领域技术人员认识的与本公开内容一致的其他材料组成。在一些示例性的实施方案中,材料可以是用于形成产品例如厕所、坐浴盆、水槽和其他卫生器具的收回的或回收的材料(例如,其可以是从产品制造工艺剩下的过量材料和/或通过破裂卫生器具例如前述产品而形成的压碎的或粉碎的材料)。这样的材料可能已经经历玻璃化工艺以除去材料中形成的孔。
[0038] 在一个示例性的实施方案中,无机填料材料可以从先前经加工的材料提供。先前经加工的材料可以是从当前生产线过剩的(例如,在卫生器具生产线中生产的多余或其他未使用的材料)。先前经加工的材料可以是不能用于不同生产线的有缺陷的材料(例如,用于制备厕所、水槽、坐浴盆等的材料)。在另一个示例性的实施方案中,无机填料材料可以从当前现有的产品提供,当前现有的产品被收回和压碎或粉碎以产生无机填料材料。这些当前现有的产品可以使用具有对于用作无机填料材料有利的性质(例如,低的吸水率、最小的孔隙率、高的硬度)的材料来制造。在一个示例性的实施方案中,利用的现有的产品将是卫生器具产品。这些现有的产品可来自不同的制造线,其中生产过量的产品或有缺陷的产品(例如,被破坏的厕所、被破坏的水槽、过量的水槽、过量的厕所等)。
[0039] 无机填料材料可以使用破碎或粉碎工艺来加工以减小粒度大小以便对于用在本文描述的复合材料中是可接受的。例如,根据示例性的实施方案,无机填料材料的原始源可以是以板材或块的形式。根据另一个示例性的实施方案,无机填料材料的原始源可以是以卫生器具产品的形式,例如厕所、洗手间水槽、浴缸或类似物。这些实施方案代表无机填料材料的源且不意图将源限于仅仅所提供的这些实例。无机填料材料的原始源将被碾碎以产生可以作为增强材料被引入熔融的聚合物树脂基质中的颗粒。无机填料材料可以使用打磨机器、砂轮或其他类型的碾磨机器来碾碎。
[0040] 无机填料材料的原始源可以被碾碎、压碎或粉碎以提供所需的粒度范围。颗粒的尺寸范围可以在碾磨过程期间被控制。因此,所需要的尺寸范围可以在材料的原始源被碾碎之前确定。粒度范围可以是小的或大的范围,取决于将使用填料的产品的类型。根据示例性的实施方案,填料的粒度在约1至约2,000微米的范围。在其他实施方案中,填料的粒度在约1至约1,000微米或约1至约400微米的范围。在一个示例性的实施方案中,粒度的范围可以改变以实现不同的美学品质。在另一个示例性的实施方案中,粒度的范围可以关于提供复合材料中的一致性来确定。为了提供某些美学品质或一致性,在一个示例性的实施方案中,填料粒度的范围可以具有不同的具体的粒度范围。在一个示例性的实施方案中,小的粒度可以采用来增强填料材料在聚合物基质中的悬浮。在另一个示例性的实施方案中,大的粒度可以采用来改进复合材料的硬度和耐擦伤性。在一个示例性的实施方案中,粒度的混合(例如,双峰或多峰粒度分布)可以采用来提供增加的充填效率,除了改进的硬度、耐擦伤性和填料材料在聚合物基质中的增强的悬浮之外。
[0041] 根据示例性的实施方案,无机填料材料可以是或包括砂材料。砂材料可以是海滩砂或从砂铸造工艺回收的芯型砂。在一个示例性的实施方案中,无机填料材料的原始源可以是包括粘合剂材料的芯型砂。原始源材料可以被处理以除去粘合剂材料。在一个示例性的实施方案中,原始源材料可以被热处理以烧尽粘合剂材料。在另一个实施方案中,原始源材料可以用磁来处理以除去不期望的磁性污染物。原始源材料中提供的砂颗粒可以具有适合于引入到聚合物基质材料中的范围内的粒度和吸水率,如先前所描述的。
[0042] 根据另一个示例性的实施方案,无机填料材料可以是玻璃瓷和砂的混合物。在一个示例性的实施方案中,无机填料可以是按重量计约50%玻璃瓷和约50%砂。适当的话,其他混合物比率可以被采用。根据其他示例性的实施方案,比率可以在100%玻璃瓷至100%砂,以及在它们之间的任何比率之间改变。如同粒度分布一样,玻璃瓷和砂的百分数可以被调节以提供期望的混合物,提供最终产品的特定的性能和/或美观性。
[0043] 一旦无机填料材料已经被碾碎成颗粒,填料材料可以被引入聚合物基质中。在一个示例性的实施方案中,聚合物基质将是环氧树脂材料。在混合填料材料和聚合物基质之后,混合物可以被模制成不同的形状。在一个示例性的实施方案中,混合物可以被模制成厨房水槽。在另一个示例性的实施方案中,混合物可以被模制成洗手间水槽。在另一个示例性的实施方案中,混合物可以被模制成工作台面。在另一个示例性的实施方案中,混合物可以被模制成集成的顶部和碗状物单一结构(例如,包括一个整体形成的单元中的工作台面和水槽碗状物两者的组件)。在又一个示例性的实施方案中,混合物可以被模制成淋浴底盆。在另一个示例性的实施方案中,混合物可以被模制成浴缸。不同生产线(例如水槽生产线、工作台面生产线、淋浴底盆生产线、浴缸生产线)中使用的模具可以用于将混合物模制成各种形状。
[0044] 根据另一个示例性的实施方案,除了无机填料材料之外,碾碎的或压碎的玻璃材料例如基于二氧化硅(SiO2)的材料可以被引入聚合物基质中。例如,从回收的浴室、窗和其他源收回的玻璃可以被压碎以产生细颗粒。使用除了玻璃瓷之外的这样的玻璃材料的一个有利的特征是玻璃材料可以帮助将玻璃瓷颗粒保持在悬浮液中。根据示例性的实施方案,复合材料可以包括为约重量百分之90玻璃瓷和重量百分之10玻璃的填料,但这些比例可以根据其他示例性的实施方案改变,取决于所得到的复合材料的所需特征。除了如本文描述的其他填料材料,例如以碳纤维、芳族聚酰胺纤维、聚丙烯纤维和类似物的形式的纤维状的加强材料,以及约百分之0至百分之20的其他构成成分(例如颜料、催化剂、脱模剂、UV稳定剂、增稠剂,用于控制材料收缩率,用于促进交联等)或如由本领域技术人员认识的与本公开内容一致的其他材料之外,可以使用该玻璃瓷和玻璃填料材料。再次,聚合物树脂可以是单一聚合物树脂材料(例如,氨基甲酸乙酯、环氧树脂、乙烯基酯等)或可以是多于一种聚合物树脂材料的混合物或组合。
[0045] 根据示例性的实施方案,填料和整体复合材料各自具有小于约百分之一的吸水率(例如,通过在浸没在水中之前和之后称量复合材料以确定在浸没之后复合材料内的水的重量百分数来计算)。材料的吸水率可以取决于使用的填料材料的吸水率。吸水率可以取决于产品意图用于的应用而变化。吸水率通过使用具有不同的吸水率值的填料材料而变化。材料的吸水率将取决于原始源材料在其用作填料材料之前经历了什么制备工艺。在一些示例性的实施方案中,无机填料材料可能已经经历玻璃化工艺,这将显著地减小无机填料材料中的孔的尺寸。厨房应用例如工作台面需要具有低吸水率的材料。工作台面将可能与可以永久地染色由多孔材料制成的工作台面的食物或液体接触。具有非常低的吸水率的复合材料可以用于这些厨房应用中以极大地减少可能在日常使用中出现的染色。浴室应用例如洗手间水槽还需要具有低吸水率的材料。水槽将可能与日用品和化学品(例如牙膏、洗手皂等)接触,日用品和化学品可以永久地染色由多孔材料制成的水槽。有非常低的吸水率的复合材料可以用于浴室应用中以极大地减少可能在日常使用中出现的染色。
[0046] 根据示例性的实施方案,复合材料的硬度将在莫氏硬度表上的4至9的范围内。材料的硬度可以与通常用于厨房和洗手间应用的天然石产品的硬度标称值可比较。例如,花岗岩,通常用于工作台面,具有莫氏硬度表上7的硬度,而大理石,通常用于水槽,具有莫氏硬度表上3的硬度。复合材料的硬度可以取决于材料将用于的应用而变化。厨房应用需要具有高耐磨性的材料。高耐磨性需要硬的材料被用于制造厨房应用。用作填料的陶瓷材料是固有地硬的材料,使得其非常适合于厨房应用。材料的硬度可以通过改变材料的组成来调节(例如,增加陶瓷填料的百分数)。材料的硬度还可以通过在复合材料中使用添加剂来调节。添加剂例如氧化还可以用于增加材料的硬度。
[0047] 根据示例性的实施方案,当相比于相似的复合材料时,复合材料和由其生产的产品的抗冲击性和强度将展示至少约25%的改进。在一个示例性的实施方案中,复合材料使得其经受得住从至少约36英寸的高度落下的五磅标枪的冲击。
[0048] 根据示例性的实施方案,所得到的产品可以是各种颜色中的任一种。例如,复合材料可以具有暗黑色或暗褐色的外观,或根据其他示例性的实施方案,可以具有其他颜色或颜色组合。
[0049] 根据示例性的实施方案,基材材料中的无机填料材料的颗粒可以在引入聚合物基质中之前经历着色过程。使颗粒着色的一个有利的特征是来自各种源的陶瓷材料可以用于复合材料,而不管它们的初始的颜色变化。例如,各种颜色或色调的水槽可以被打破以形成颗粒,且所有的颗粒可以使用相同的着色剂来着色以获得颗粒的一致颜色。根据其他示例性的实施方案,具有各种颜色的颗粒可以用于提供具有所需的颜色美学的复合材料(例如,复合材料可以使用在基质内的白色、绿色和蓝色的颗粒以提供多色表面外观)。
[0050] 着色剂可以应用到陶瓷颗粒,使得形成化学键,这可以有利地减少或防止颜色退色或漂白,且还可以允许包括在复合材料中的颗粒的更一致的外观。另外,着色剂与陶瓷颗粒的化学键合允许复合材料维持其表面上的颜色。在其他示例性的实施方案中,颗粒可以使用干回火色、干砂浆、染料、颜料、油漆或如由本领域技术人员认识到的与本公开内容一致的其他材料中的一种或多种来着色。在一个示例性的实施方案中,颗粒可以基本上使用着色剂来涂布以提供一致性。根据其他示例性的实施方案,颗粒可以基本上使用着色剂来涂布以提供所需的美学效果。不同的着色剂可以应用到颗粒的不同位置以实现变化的颜色或效果。着色剂可以应用到陶瓷颗粒以提供类似于天然石的材料。在其他示例性的实施方案中,不同的着色剂可以应用到颗粒,使得其匹配构件或结构(例如,洗手间水槽、厨房水槽)的外部颜色。匹配构件或结构的外部的着色剂可以极大地减少对构件或结构的任何擦痕或缺陷的察觉。
[0051] 根据示例性的实施方案,陶瓷颗粒可以与添加剂混合。添加剂可以包括木灰、母、石颗粒、玻璃颗粒、或如由本领域技术人员认识的与本公开内容一致的其他材料中的一种或多种。在一个示例性的实施方案中,添加剂可以与颗粒混合以提供一致性。在另一个示例性的实施方案中,添加剂可以与颗粒混合以提供所需的美学效果。添加剂的组合可以与颗粒混合以提供所需的美学效果。不同的添加剂可以与颗粒的不同部分混合以实现变化的颜色或效果。
[0052] 现在转向附图,图1阐明由根据示例性的实施方案的包括环氧树脂基质和玻璃瓷填料的复合材料制成的样品。如阐明的,样品具有黑石样外观。样品的颜色可以取决于各种其他示例性的实施方案而不同,取决于与颗粒和/或聚合物基质材料一起使用的着色剂的类型。
[0053] 图2-8阐释可以使用本文描述的复合材料形成的许多可能的水槽设计。这些水槽设计意图是说明性的且决不意图是限制性的。根据其他示例性的实施方案,各种不同的水槽设计中的任一种可以使用这样的复合材料来产生。根据还其他示例性的实施方案,复合材料可以用于形成工作台面、集成的水槽和工作台面产品、浴缸、淋浴间和围绕物,和可能期望工程石样表面的各种其他类型的产品中的任一种。
[0054] 图9和10阐释可以使用本文描述的复合材料形成的一对可能的淋浴底盆设计。这些淋浴底盆设计意图是说明性的且决不意图是限制性的。根据其他示例性的实施方案,各种不同的淋浴底盆设计中的任一种可以使用这样的复合材料来产生。
[0055] 图11和12阐释可以使用本文描述的复合材料形成的一对可能的浴缸设计。这些浴缸设计意图是说明性的且决不意图是限制性的。根据其他示例性的实施方案,各种不同的浴缸设计中的任一种可以使用这样的复合材料来产生。
[0056] 图13是阐明根据示例性的实施方案的用于生产复合材料和来自其的产品的工艺100的流程图。
[0057] 在步骤110,获得陶瓷填料材料的源。例如,源可以是现有的卫生器具产品例如水槽、厕所和类似物。在另一个实例,源可以是来自卫生器具或其他类型的产品的生产的过量材料。源材料优选地是具有如本文描述的组成和吸水率的玻璃化陶瓷材料。
[0058] 在步骤120,源材料被加工以生产用于复合材料中的具有所需的尺寸和/或形状特征的颗粒。根据各种其他示例性的实施方案,源材料可以经历破碎、粉碎和/或碾磨操作以减小颗粒的尺寸和以获得所需的粒度分布。这样的操作可以使用任何合适的设备来进行,无论是现在已知的或之后被开发的。应注意,尽管工艺100涵盖该加工步骤可以结合制造工艺进行,但根据其他示例性的实施方案,预加工的颗粒可以从第三方源例如材料供应商获得(即,产品的最终生产者不需要压碎填料的源材料,但可以代替地从供应商获得该材料;如果期望的话,供应商还可以在交付它们之前对颗粒着色)。
[0059] 在任选的步骤130,经加工的颗粒可以被着色,如本文描述的。根据一个示例性的实施方案,产品中使用的所有颗粒可以具有相同的颜色,但根据其他示例性的实施方案,可以利用各种颜色。在一个示例性的实施方案中,可以利用具有基本上相似的颜色(例如,白色、浅黄褐色、浅褐色等)的颗粒。如阅读本公开内容的技术人员所理解的,用于基质的聚合物(例如,环氧树脂)还可以被着色以匹配或以对比或补充将被用于产品中的颗粒。在一个示例性的实施方案中,用于基质的聚合物可以是不透明的且包覆颗粒,使得颗粒看起来具有均一的颜色。
[0060] 在步骤140,使用任何可接受的方法将颗粒和任何添加剂加入到聚合物树脂材料。颗粒可以与其他添加剂同时加入或待被加入的成分可以根据任何所需的加工顺序以分阶段的方式加入。聚合物基质材料的任选的着色可以以该步骤完成或可以在加入颗粒和/或添加剂材料之前或之后进行。
[0061] 在步骤150,步骤140中形成的复合材料然后可以被加入具有所需形状的模具以生产最终产品。引入模具可以通过任何所需的方法来完成,且根据各种示例性的实施方案,可以使用各种模具设计、形状和/或尺寸中的任一种。
[0062] 在将复合材料引入模具之后,允许复合材料在步骤160硬化以形成产品。在从模具除去产品之后,任选的模制后修整工艺可以在步骤170进行,且可以包括例如将保护涂层应用至所得到的产品,抛光,除去产品的多余或其他不期望的组分,和类似的。在一个示例性的实施方案中,模制后修整步骤170可以是热处理步骤,其包括将模制的产品保持在约250°F和350°F之间的温度下,持续在约1和3小时之间的时间段。在另一个示例性的实施方案中,模制后修整步骤170可以是热处理步骤,其包括将模制的产品保持在约300°F的温度下,持续约2小时的时间段。模制后热处理可以有利地允许聚合物链的交联和产品的完全硬化。
[0063] 图14是阐明根据另一个示例性的实施方案的用于生产复合材料和来自其的产品的工艺200的流程图。
[0064] 在步骤210,获得无机填料材料的源。例如,源可以是海滩砂、从砂铸造工艺回收的芯型砂和类似物。源材料优选地是具有如本文描述的组成和吸水率的芯型砂材料。
[0065] 在任选的步骤220,可以加工源材料以除去污染物。在一个示例性的实施方案中,粘合剂可以例如通过热处理从源材料被除去,以产生不含粘合剂的填料材料。在另一个实施方案中,磁性污染物可以被除去,例如通过磁性分离。这样的操作可以使用任何合适的设备来进行,无论是现在已知的或之后被开发的。应注意,尽管工艺200涵盖该加工步骤可以结合制造工艺进行,但根据其他示例性的实施方案,预加工的颗粒可以从第三方源例如材料供应商获得(即,产品的最终生产者不需要从源材料除去粘合剂,但可以代替地从供应商获得该材料;如果期望的话,供应商还可以在交付它们之前对颗粒着色)。
[0066] 在任选的步骤230,经加工的颗粒可以被着色,如本文描述的。根据一个示例性的实施方案,产品中使用的所有颗粒可以具有相同的颜色,但根据其他示例性的实施方案,可以利用各种颜色。在一个示例性的实施方案中,可以利用具有基本上相似的颜色(例如,白色、浅黄褐色、浅褐色等)的颗粒。如阅读本公开内容的技术人员所理解的,用于基质的聚合物(例如,环氧树脂)还可以被着色以匹配或以对比或补充将被用于产品中的颗粒。在一个示例性的实施方案中,用于基质的聚合物可以是不透明的且包覆颗粒,使得颗粒看起来具有均一的颜色。
[0067] 在步骤240,使用任何可接受的方法将颗粒和任何添加剂加入到聚合物树脂材料。颗粒可以与其他添加剂同时加入或待被加入的成分可以根据任何所需的加工顺序以分阶段的方式加入。聚合物基质材料的任选的着色可以以该步骤完成或可以在加入颗粒和/或添加剂材料之前或之后进行。
[0068] 在步骤250,步骤240中形成的复合材料然后可以被加入具有所需形状的模具以生产最终产品。引入模具可以通过任何所需的方法来完成,且根据各种示例性的实施方案,可以使用各种模具设计、形状和/或尺寸中的任一种。
[0069] 在将复合材料引入模具之后,允许复合材料在步骤260硬化以形成产品。在从模具除去产品之后,任选的模制后修整工艺可以在步骤270进行,且可以包括例如将保护涂层应用至所得到的产品,抛光,除去产品的多余或其他不期望的组分,和类似的。在一个示例性的实施方案中,模制后修整步骤270可以是热处理步骤,其包括将模制的产品保持在约250°F和350°F之间的温度下,持续在约1和3小时之间的时间段。在另一个示例性的实施方案中,模制后修整步骤270可以是热处理步骤,其包括将模制的产品保持在约300°F的温度下,持续约2小时的时间段。模制后热处理可以有利地允许聚合物链的交联和产品的完全硬化。
[0070] 如本文利用的,术语“大约”、“约”、“基本上”和相似的术语意图具有与本公开内容的主题所属的领域的普通技术人员的普通的和认可的用法一致的宽泛意思。阅读本公开内容的技术人员应理解,这些术语意图允许所描述的和要求的某些特征的描述,而不将这些特征的范围限于所提供的精确数值范围。因此,这些术语应被解释为指示所描述的和要求的主题的无实质的或无关紧要的修改或改变被认为在如所附的权利要求书中所陈述的本发明的范围内。
[0071] 应注意,如本文用来描述各种实施方案的术语“示例性的”意图表示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的实例、表示和/或说明(且这样的术语不意图意味着这样的实施方案必定是特别的或最佳的实例)。
[0072] 重要的是注意到各种示例性的实施方案的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开内容中仅详细描述了少数实施方案,但阅读本公开内容的本领域技术人员将容易地明白,许多修改是可能的(例如,各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例,参数值、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等),而在本质上不偏离本文描述的主题的新的教导和优点。例如,示出为整体形成的元件可以由多个部件或元件构成,元件的位置可以倒转或以其他方式变化,且分离的元件的性质或数量、或位置可以改变或变化。根据可选择的实施方案,任何工艺或方法步骤的顺序或次列可以变化或重新排序。各种示例性的实施方案的设计、操作条件和布置中还可以进行其他替换、修改、变化和省略,而不偏离本发明的范围。
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