CN100519123C - 有纹饰表面的复合材料物品的形成方法 - Google Patents

有纹饰表面的复合材料物品的形成方法 Download PDF

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Abstract

复合材料物品(12)是以一种开模成形工艺、有利地用一种由聚合物材料制成的模型制造的。将涂层(20)施用到模型表面(18)上，并使之物理形变，以在完全固化之前提供一种与该模型脱离的纹饰表面(22)。然后，将一种复合材料施用到该纹饰涂层表面上，使得与纹饰涂层表面相邻的复合材料实质上与纹饰涂层表面的形状相一致。该复合材料物品可以是一种胶衣材料(14)，该涂层在脱模之后从该材料上取下，以揭示该胶衣上的纹饰表面层。

Description

有纹饰表面的复合材料物品的形成方法
技术领域
[0001]本发明一般地涉及纹饰复合材料物品的生产方法。更具体地说，本发明涉及一种通过使用可脱除纹饰涂层而在复合材料物品上产生纹饰表面的方法，该涂层施用到随后用来形成该物品的模型上，然后在该模型中物理形变，从而在该复合材料物品上产生一种纹饰表面。
背景技术
[0002]开模成形是一种以低体积生产相对低成本复合材料板的工艺。虽然钢模往往用于其它成形作业，但开模成形工艺的发展使得能使用不太昂贵的单面环氧或聚酯模型来生产各种产品，例如，有模内涂饰的娱乐车辆(RV)复合材料板。在这种工艺中，将模型表面清洁、打蜡，然后施用一层胶衣，然后部分地固化。然后将一种层压体施用到该胶衣层上，使该层压体和胶衣固化，形成一种有一个由该固化胶衣界定的表面的单一部件。这种方法可以产生有A类涂饰的成形部件，该涂饰带有原来由该胶衣携带的任何所希望的颜色。
[0003]虽然低成本环氧或聚酯模型的使用，与用来产生复合材料物品的其它成形方法相比，提供了显著的成本优势，但有聚合物模型引起的某些局限性。一个这样的实例是板材例如汽车内饰板的成形，该板材的纹理装饰例如革纹理外观是所希望的。过去最典型的是，塑料纹饰板是通过使用钢模的要么注塑成形要么压塑成形制作的。纹理花纹是在模型制造过程期间在钢模表面上形成的。然后，使纹理花纹表面转移到成形部件的表面上，产生一种纹理表面涂饰。由于钢模的硬度，该纹饰表面能在多年生产中保持其外观。成鲜明对照的是，聚合物模型没有相同的硬度水平，因而在聚合物模型上产生的纹理表面迅速磨蚀掉。纹理聚合物模型的重直壁特别容易在脱模期间损坏，其结果是只有少数部件成形之后产生了均匀的表面涂饰。因此，聚合物开放式模型一般局限于有光滑、光泽表面的成形物品。
[0004]替而代之，通过一种使用一个界面层将该模型表面与用该模型产生的复合材料物品的表面隔离开的成形工艺，可以给该复合材料物品以一种纹理装饰。按照该思路，可以将一种溶液喷涂到该模型表面上以形成该界面层，其与该表面相对的表面在该喷涂过程期间形成纹理。然后，将该界面层的纹理转移到用该模型生产的复合材料物品的表面上。脱模后，去除该物品上的界面层，以使下面的该物品纹理表面裸露出来。虽然这种思路很管用，但该喷涂界面层的纹理表面也必须密切地加以控制，才能在该物品上产生高品质表面装饰。此外，图案的可得性可能受到喷涂工艺限制。这样一个实例可以参阅2000年6月5日提交的、题为“有纹饰表面的复合材料物品的形成方法”的、共同指定美国专利申请序号09/587,393。
[00051鉴于以上所述，如果有一种方法可用于以一种能提供种类繁多的纹理表面设计的简化思路来生产有纹理装饰的复合材理物品，则会是人们所希望的。
发明内容
[0006]在本发明的一种实施方案中，有纹饰表面的复合材料物品的成形方法一般需要在该模型上喷涂一种涂层，使该涂层远离模型的那个表面物理形变而形成一种纹饰表面，并将一种复合材料施用到有纹饰的涂层表面上，使得毗邻该纹饰涂层的复合材料实质上顺应该纹饰涂层表面的形状而形成一种有纹饰的物品表面。按照本发明的一种实施方案，该复合材料是一种胶衣材料，脱模后可以除去该材料上的涂层以揭示复合材料物品的纹饰表面层。较好，按照本发明，该涂层是在该胶衣层施用之前由某种物理形变手工形成纹饰的。该涂层可以用任何一种物理操作或形变来手工形成纹饰，这可以要么用手要么借助于机器，例如，辊轧有图案的刷子，在该涂层上压一种有图案的表面，轻模压该涂层，用一种其上有图案的大型机械化辊筒碾轧，用海绵轻敲，施用任何一种符号、图案和或图画，刷，用片材或其它物体压，锤琢等。
[0007]按照本发明的其它较好方面，该涂层是用聚乙酸乙烯酯水溶液形成的，涂层是约5～10密耳厚。
[0008]在该复合材料物品从模型中取出之后，使该涂层充分固化，使得随后可以将其从复合材料物品上取下，或留在该物品上作为装运或搬动期间的临时保护涂层，而稍后在该物品安装或与其它部件一起装配之前或之后去除。
[0009]鉴于以上所述，本发明的显著优点是，可以制作一种有光滑模型表面的开放式工具模型，其手工纹饰涂层是在用该模型生产的物品上产生纹饰表面的手段。作为结果，从较低成本且较不耐用的材料、尤其环氧和聚酯等聚合物形成的模型可以用来生产有纹饰表面的物品，而不会迅速损害或磨坏该模型表面。此外，手工操作涂层的使用也为纹饰涂层表面、从而最终纹饰物品表面的风格化提供了更多的灵活性和选择。
[0010]从以下的详细描述将更好地了解本发明的其它目的和优点。
附图说明
[0011]从详细说明和附图，将会更充分地理解本发明，其中：
[0012]图1代表按照本发明用来生产有纹饰表面的复合材料物品的开放式工具模型的剖视图；
[0013]图2代表一幅剖视图，显示从纹饰物品表面拉下来的、有涂层的完整复合材料物品；
[0014]图3代表一种按照本发明的替代实施方案用于生产复合材料物品的开放式工具模型的断裂剖视图，其中该物品实质上并不是平的；
[0015]图4显示一种按照本发明的替代实施方案用于生产复合材料物品的开放式工具模型的剖视图，其中该复合材料物品由胶衣层组成；和
[0016]图5显示按照本发明制造的样品物品112的照片，并显示去掉了涂层的物品的最终有纹饰胶衣层。
具体实施方式
[0017]以下的本发明较好实施方案描述只是举例说明性的，无论如何无意限制本发明、其应用、或使用。
[0018]图1中说明的是复合材料物品12处于浇铸过程中的开放式工具模型10的部分剖面。如同业内典型的一样，物品12是通过沉积一个胶衣层14形成的，在其上施用了一种纤维增强层压体16。在模型10中完全固化之后，胶衣层14和层压体16形成单一物品12，其外表面11是由固化的胶衣层14界定的。按照本发明有利地是，将一个有纹饰涂层表面22的涂层20形成到模型表面18上，如同以下进一步描述的那样。如图2中所示，固化的胶衣层14获得了纹饰涂层表面22的形状，并提供了物品12的外纹饰物品表面11，较好提供一种无需为胶衣层14的装饰进一步加工或涂漆的纹饰物品表面。这样一种装饰会是汽车内饰板和外饰板、莲蓬头和浴室应用、海洋与娱乐车船应用等可以采用这种工艺的适用外观表面。
[0019]胶衣层14和层压体16可以采用各种组合物。由于胶衣层14界定了脱模后物品12的纹饰物品表面11，因而胶衣层14和层压体16的材料必须是可兼容的。在一种达到了特别理想的加工和润湿性能的实施方案中，层压体16是由一英寸(约25mm)长玻璃纤维和一种树脂的混合物形成的，其化学成分为：
[0020]100份可以商品名H834购自Alpha/Owens-Corning公司的、苯乙烯单体含量为约32％的不饱和聚酯。该树脂是用二聚环戊二烯改性的马来酸酐系不饱和聚酯，并含有触变胶和2-乙基己酸钴作为促进剂，后者能与过氧化甲乙酮(MEKP)反应以便利在室温固化。该树脂的比重约1.100g/cc，用RVF粘度计和#3心轴以20rpm测定的Brookfield粘度为约670cps。
[0021]0.81份润湿和分散添加剂，其比重为约1.010g/cc，可以商品名W-972购自BYK公司。
[0022]0.23份润湿和分散添加剂，其比重为约0.930g/cc，可以商品名R-605购自BYK公司。
[0023]0.23份无硅空气释放添加剂，以减少发泡，可以商品名A-555购自BYK公司。
[0024]23份碳酸钙(CaCO3)粉末，其粒度为约5μm。
[0025]1.23份火成法二氧化硅触变胶，其比重为约0.050g/cc，可以商品名TR-720购自Cab-O-Sil公司。
[0026]1.50份过氧化甲乙酮(MEKP)，其比重为约1.084g/cc，可以商品名DDM-9购自Elf Atochem NA公司。
[0027]胶衣层14是一种聚酯系材料，因而化学上可与层压体16兼容。胶衣层14和层压体16的适用厚度分别为约0.5mm和约3mm，尽管可预见到的是可以使用各种厚度。由于物品12的外纹饰表面11是由固化的胶衣层14界定的，因而往往理想的是胶衣层14含有颜料，以产生物品12所希望的特定颜色。
[0028]如图1中所示，涂层20是喷涂、辊压、灌塑、或者沉积在模型表面18上的。如图1中所示，该涂层最终配置于模型表面18与物品12之间。模型10的表面18较好是光滑的，而涂层20与模型10相反的裸露涂层表面22是如以下进一步描述的那样用物理操作形成纹饰的。因此，涂层20的纹饰涂层表面22界定了物品12的成形表面，因而模型10的表面18在从模型10中取出物品12的过程中不会受到损害和磨蚀。因此，本发明的一个独有特色是模型10可以从耐久性和耐磨蚀性远不如钢材的材料包括环氧和聚酯等聚合物形成。然而，可预见的是，本发明的优点可以用其它类型的模型工具及其它模型材料实现。
[0029]将涂层20喷涂、浇铸、辊压、灌塑或以其它方式施用到模型10上，然后，必要时使之部分干燥或固化，以达到可以容易地用手工以物理方式操纵它或使其形变的物理状态，而提供纹饰表面22.较好，涂层20是在胶衣层14施用之前用手工通过某种物理操纵或形变形成纹饰的。涂层20可以用手工方式通过要么用手要么借助于机器的物理操纵或形变形成纹饰，例如辊压有图案的刷子、将一个有图案的表面压到该涂层上、轻模压该涂层、用一种其上有图案的大型机械化辊筒碾轧、用海绵轻敲、施用任何一种符号、图案或图画、刷、用片材或其它物体压、锤琢等。在一种实施方案中，该涂层可以例如通过使用一种能导致有物理形变的涂层的施用技术，在一个单一步骤中，施用并完成物理形变。例如，可以使用有预设计纹饰的专用辊筒和海绵，从而在施用时使该纹饰转移到涂层上。有利地是，本工艺可以施用的物理形变类型和纹饰表面的风格或图案是几乎没有限制的。也有利地是，该涂层20可以在进行了充分干燥之后、但太干以致不能容易地物理操纵之前一个约30～50分钟的相当大时间窗口内进行物理操纵。
[0030]涂层20可以通过施用一种典型地含有聚合物成分的成膜涂料组合物来制造。在这样的成膜组合物中，膜一般是在施用之后、在溶剂或分散介质蒸发时形成的。例如，随着分散介质蒸发，聚合物微粒越来越紧密地聚在一起，胶乳组合物便发生凝聚。如果该胶乳的聚合物微粒足够软，则这些微粒就可以凝聚而形成薄膜。一般来说，可以使用业内众所周知的任何成膜涂料体系。非限定性实例包括油和松香树脂粘结剂、苯酚树脂、醇酸树脂、聚酯、氨基树脂、脂肪聚酰胺、氨酯聚合物、硅酮树脂、纤维素酯和醚、氯乙烯和乙酸乙烯酯聚合物、和丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯聚合物。
[0031]包括水在内的、种类繁多的溶剂可以用于该成膜组合物。由于环境关注和健康关注，较好的是使用水作为该成膜组合物的溶剂相或分散相。该液体的至少约80％是水的涂料组合物分类为水性体系。可以用来实施本发明的水性含水体系包括其粘结剂可溶于水的那些、其粘结剂胶体状分散的那些、以及其粘结剂以胶乳形式乳化的那些。溶液是单相材料，而胶体状分散液和乳状液由至少两相组成。溶液与成膜组合物的另外两种形式的进一步区别在于在贮存期间不沉降出来这一事实，而胶体状分散液和乳状液倾向于因重力而沉降。典型的水溶性粘结剂有约5000～约10000范围内的分子量。可以胶体状分散而形成水中乳状液的聚合物典型地有约10000～约50000量级的分子量范围。胶乳系统一般是用乳液聚合制备的。聚合物和一种或多种胶乳的分子量范围可以高达一百万或更高。
[0032]该成膜组合物是众所周知的，而且是商业上可得的。该成膜组合物通常以聚合物粘结剂和溶剂的形式施用，一般不需要进一步的添加剂。尽管可以添加额外的添加剂例如抗氧剂或其它稳定剂，但这些一般是不需要的，因为该涂层只是本发明复合材料上的一个临时层。
[0033]尽管该涂料组合物可以选自种类繁多的材料，但较好的是选择那些对涂层施用到模型上之后要施用的胶衣层有低量或小量涂层间粘合力的材料。如果该涂层与胶衣层之间的粘合力高得不可接受，则可以在该胶衣层施用之前在模型中的涂层上施用一层脱模剂。较好的组合物是一般类别的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物。这些可以以用乳液聚合生产的胶乳的形式提供，也可以通过将本体聚合物分散于水性介质中来产生。丙烯酸胶乳和乳状液在涂料业内是众所周知的。
[0034]按照本发明的一种实施方案，涂层20是通过施用一薄层聚乙酸乙烯酯水溶液(含有例如约20wt％聚乙酸乙烯酯)制作的。可以使用其它适用的成膜溶液和乳状液，例如丙烯酸树脂乳状液。干燥涂层的较好厚度是约5～10密耳(约0.0125～0.025cm)。虽然这个厚度并不重要，但涂层20应当有足以耐受该物理操纵和从物品12上脱除期间的任何操作的厚度，还应当薄得足以顺应模型10的形状和迅速干燥以施用胶衣层14.
[0035]按照图1的复合材料物品12的生产中一般需要的步骤是先清洁模型10的表面18，然后任选地在该表面上沉积一种适用脱模剂。然后，以任何适用方式将涂层20沉积到模型表面18上，然后部分地干燥。在随后的大约30～50分钟内，可以通过任何适用的机械或手工操纵例如刷、辊压、模压、机压等使涂层20物理形变，从而在模型表面18对过形成一个纹饰涂层表面22.
[0036]任选地，可以在形成胶衣层之前向涂层20的纹饰涂层表面22上施用第二层适用脱模剂，以期便利后来涂层20从物品12上的去除。然后，以一种适用方式例如喷涂，将胶衣层14沉积在涂层20的纹饰涂层22上。随着胶衣层14固化，它顺应并获得了纹饰涂层表面22的形状，从而产生外纹饰物品表面11.在层压体16施用之前，胶衣层14较好可以是部分固化的。然后，在脱模之前，使涂层20、胶衣层14和层压体16充分固化，得到了有以胶衣层14界定的并覆盖了涂层20的纹饰物品表面11的物品12.
[0037]涂层20在外纹饰物品表面上提供一个保护涂层，该涂层可以在脱模时立即去除，也可以在物品12到达一个不再希望有保护涂层20的目的地之后去除。
[0038]要知道的是，涂层20较好覆盖模型表面18的一个实质性部分，从而当固化过程完成时物品表面11的一个实质性部分就会有纹饰。有利地是，物品12全都可以容易地使用这种工艺形成纹饰。然而，预期可能有这样的情况：其中，整个模型表面18不会有涂层20覆盖，例如，在非常大物品或只希望有局部纹饰的物品的情况下。
[0039]有利地是，趁涂层20在模型10中就使其物理形变，要知道，可以形成有选择性纹饰和光滑表面区域或者有不同纹饰表面的物品12，这取决于为胶衣层14在其上形成而提供的纹饰涂层表面22的区域轮廓。
[0040]如图2中所示，物品12较好是一种总体上平的复合材料物品12，例如作为汽车板材使用所希望的。然而，如同图3的替代实施方案中所示，要知道的是，按照本发明，物品12′也可以是一种弯曲物品12′。物品12′可以获得很多形状，只要涂层20′可以均匀地沉积到模型表面18′上并能在模型10内物理操纵即可。例如，压模、压机、或刷子可以制成配合形状，以顺应用于施用纹饰22′所需要的物理形变的涂层20′的轮廓。
[0041]要知道的是，该复合材料物品可以有额外层，或者该胶衣层可以是构成该复合材料物品的唯一层。例如，图4显示一种有如上所述类似参考数字并有类似描述的复合材料物品。然而，胶衣层14″是复合材料物品12″的唯一层。这种工艺可以用于不需要层压体强度的装饰应用，且增厚的胶衣层14″可以提供结构强度。例如，可以给胶衣层14″以约0.5mm～约5mm的厚度。
[0042]参照图5，显示了用上述方法制作的样品物品112，显示该物品去除了涂层的最终纹饰胶衣层114。
[0043]从上述可以看出，本发明的显著优点是，可以采用一种可去除纹饰涂层作为在用开模成形工艺生产的复合材料物品的表面上产生纹饰的一种替代手段。结果，本发明克服了先有技术对使用昂贵纹饰钢模生产纹饰复合材料物品的要求。替而代之，可以使用不太耐久的模型材料来形成无纹饰(即光滑)模型表面的模型，然后给该模型涂布本发明的纹饰界面层以赋予该复合材料物品以所希望的纹饰表面。也有利地是，本发明可以容易地应用于各种形状和尺寸的模型，而且可以形成图案种类繁多的纹饰。
[0044]虽然以上描述了本发明的某些实施方案，但本发明无意受其限制，而是意在在以下权利要求的范围与精神之内广泛解读。
[0045]本发明的描述只是举例说明性的，因此，不背离本发明主旨的变异均意在纳入本发明范围内。这样的变异不要视为对本发明的精神和范围的背离。

Claims (26)

1.有纹饰表面的复合材料物品的生产方法，该方法包含下列步骤：
提供一种有模型表面的模型；
在该模型表面上沉积一个涂层；
使对着该模型表面的涂层物理形变，形成一种对着该模型表面的纹饰涂层表面；和
在该纹饰涂层表面上施用一种复合材料，使得毗邻该纹饰涂层表面的复合材料与该纹饰涂层表面的形状共形并取得该形状、形成一种纹饰物品表面。
2.按照权利要求1的方法，其中，该涂层是用一种选自下列组成的一组的方法物理形变的：刷、辊压、模压、机压、锤琢和用海绵轻敲。
3.按照权利要求1的方法，包含在该涂层物理形变之前使该涂层部分固化。
4.按照权利要求1的方法，其中，该涂层的沉积包含将一种丙烯酸类聚合物胶乳施用到该模型表面上。
5.按照权利要求1的方法，其中，该涂层的沉积包含将一种聚乙酸乙烯酯溶液施用到该模型表面上。
6.按照权利要求1的方法，其中，该模型是一种开放式工具模型。
7.按照权利要求6的方法，其中，该开放式工具模型是从一种聚合物材料形成的。
8.按照权利要求1的方法，其中，施用该复合材料包含将一种胶衣施用到该纹饰涂层上，和将一种纤维增强层压体层施用到该胶衣上。
9.按照权利要求8的方法，包含在施用该层压体之前使该胶衣部分固化。
10.按照权利要求1的方法，其中，该复合材料在从该模型中取出之前就完全固化。
11.按照权利要求1的方法，其中，该复合材料物品是一种汽车板材。
12.通过在一种由聚合物材料制成的模型中开模成形制造一种复合材料物品的方法，包含：
在该模型表面上沉积一个涂层；
使对着该模型表面的涂层物理形变，形成一种对着该模型表面的纹饰涂层表面；
将一种胶衣施用到该纹饰涂层表面上，使得毗邻该纹饰涂层表面的胶衣与该纹饰涂层表面的形状共形并取得该形状；和
将一个层压体层施用到该胶衣上。
13.按照权利要求12的方法，其中，该胶衣施用到0.5mm～5mm的厚度。
14.按照权利要求12的方法，其中，该胶衣包含一种颜料。
15.按照权利要求12的方法，其中，该层压体层包含玻璃纤维和不饱和聚酯树脂。
16.按照权利要求15的方法，其中，该胶衣包含一种聚酯树脂。
17.按照权利要求12的方法，其中，该涂层的沉积包含将一种丙烯酸聚合物胶乳施用到模型表面上。
18.按照权利要求12的方法，其中，该涂层的沉积包含将一种聚乙酸乙烯酯水溶液喷涂到该模型表面上。
19.按照权利要求12的方法，其中，该复合材料物品是一种汽车板材。
20.根据权利要求1-18任一项的方法制备的复合材料物品，包含一个层压体层、一个与该层压体层接触的胶衣层、和一个与该胶衣层接触并与该胶衣层形成一个界面的涂层，其中，该界面包含该涂层中的一个以图案装饰的纹饰涂层表面和一个与该以图案装饰的纹饰涂层表面共形的胶衣表面。
21.按照权利要求20的物品，其中，该物品有一个由该胶衣层界定并被该涂层覆盖的纹饰表面。
22.按照权利要求20的物品，其中，该涂层起着保护层的作用而且可以去除。
23.按照权利要求20的物品，其中，该胶衣和层压体层包含聚酯树脂。
24.按照权利要求20的物品，其中，该涂层是从一种聚乙酸乙烯酯溶液形成的。
25.按照权利要求20的复合材料物品，其中该复合材料物品是一种汽车板材。
26.按照权利要求20的物品，其中，该胶衣包含一种颜料。
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