CN101022936A - 可成型热塑性层压板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
层压板材料的制备方法,该层压板材料包括含有间苯二酚芳基化物聚酯链节的第一表面层和适合与基材结合的第二表面层,该方法包括将聚合的第一表面层材料和聚合的第二表面层材料通过模头共挤出到砑光辊组的第一辊隙中,该辊组包括限定第一辊隙的第一表面辊和第二表面辊,以形成层压板材料。可在层压板上通过第一辊隙施加大于或等于约400N/cm的辊隙负荷,且层压板材料可从辊组收集。第一辊和第二辊可各具有小于或等于约5微米的表面平滑度和约40℃-约150℃的温度。
Description
技术领域
本发明涉及对基材,特别是泡沫基材有良好粘合性的多层热塑性层压板的制造方法。
背景技术
许多汽车部件和车体板都由诸如热固性聚合物组合物的热成型组合物成型。然而,汽车工业一般要求消费者能看见的所有表面都具有“A级”表面质量。这些表面至少必须是光滑、有光泽和耐候的。由热成型组合物制成的部件往往需要多方面的表面准备,并施加可固化涂层,以获得质量和外观都可接受的表面。制备这种表面所需要的步骤会很昂贵和费时,并可能影响热固化材料的机械性能。
尽管热成型部件的成型表面质量(没有另外加工)已不断得到改进,但由于裸露的玻璃纤维、玻璃纤维毛刺(read-throught)等的表面缺陷经常出现。这些表面缺陷会进一步导致该表面上施加的涂层中的缺陷。热成型组合物表面中和热成型组合物表面上施加的已固化涂层中的缺陷会表现为漆爆裂、高的长期和短期波纹扫描值(wave scanvalues)、桔皮皱纹、或光泽差异等。
已经提出了几种技术来提供外观和质量可接受的热成型表面。例如,薄的预成型漆膜的重叠注塑(overmolding)可提供期望的A级表面。然而,这种重叠注塑往往只能用于无需任何二次表面制备操作就能提供新鲜成型表面的那些组合物。虽然“成型且未经后续加工的”表面质量已得到改进,但部件的成型且未经后续加工的表面仍需要砂磨,尤其是在边沿部位,然后在喷漆前封闭和上底漆。模内涂覆法可省略这些操作,但仅以极大提高循环时间和造价为代价。这种方法采用昂贵的涂料体系,该体系可在重新略微打开模具时涂覆在部分表面上,然后关闭以分配并固化涂料。
通过加入低分布型添加剂也能改善表面。所述添加剂通过由于高应力而产生微小的内部孔隙以减少表面的毛刺并提供更光滑的表面。然而,如果孔隙发生在表面上,就会在罩面漆中产生缺陷。孔隙还起到应力集中点的作用,从而可能在额外应力下导致早期失效,或在通常的砂磨期间出现在表面上,并留下喷漆处理不能掩盖的凹坑。
热成型多层层压板在车辆领域公知的,当施加到各种汽车部件上时提供可接受的表面制备,而不破坏底层表面或基材的质量。然而,现有技术的层压板已公知表现出层间或层内分离,包括从与层压板粘合的基材上分离。此外,多层层压板组合物的各种层可以在相互之间和/或与它们施加的表面或基材之间的粘合不均匀。这样会在最终汽车部件中导致不可接受的表面质量。
多层层压板通常用各种方法形成,包括共注塑成型、重叠注塑、多点注塑成型、片料成型、共挤出、和在基材层表面敷设涂料层材料膜等。共挤出方法尤其理想。通过共挤出形成的多层层压板有良好的经济性,一般在和构成多层层压板的各种层相关的内聚力和粘合力方面得到改善。然而,一些多层层压板组合物很难通过共挤出形成。因此,很难提供如下可成形的多层层压板,它在与基材的粘合方面的性质和表面质量方面的性质之间实现了理想平衡,但也能够共挤出。
因此,仍然需要能更有效地粘合到基材上并提供期望的表面质量的热成型多层层压板组合物的制造方法。
发明内容
本申请公开了层压材料的制备方法,该层压材料包括含有间苯二酚芳基化物聚酯链节(chain member)的第一表面层和适合与基材结合的第二表面层。在一个实施方案中,该方法包括通过模头将聚合物第一表面层材料和聚合物第二表面层材料共挤出到包括第一表面辊和第二表面辊的砑光辊组的第一辊隙(nip)中,形成层压材料,并从辊组收集层压材料,其中第一表面层包括在层压板的第一表面层中产生每平方英寸小于或等于约190个颗粒(每平米约2050个颗粒)的洁净水平的材料,缺陷的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量)小于或等于约350μm,且其中第一辊和第二辊各具有小于或等于约5微米(200微英寸)的表面平滑度和约40℃-约150℃(约100-约300)的温度,并在第一辊隙上施加大于或等于约400N/cm(约230lbf/英寸)的辊隙负荷。
本发明的上述及其他特征将通过以下附图和详细描述进行举例说明。
附图简述
现在参见作为列举实施方案的附图,其中相同元件的标号相同。
图1是所公开的多层层压板的一个实施方案的剖面图。
图2是包括与基材结合的图1的多层层压板的成型制品的一个实施方案的剖面图。
图3是形成该多层层压板的共挤出原理的一个实施方案的示意图。
图4至6是说明待成型多层层压板的顺序剖面图。
详细描述
本申请公开的方法可用于制备包括限定层压板的两个相对表面,即第一表面层和第二表面层的至少两层材料的层压板。该层压板可用于为可以应用该层压板的基材提供所期望的表面。该方法可任选地用于提供在第二表面层和第一表面层间包含一个或多个中间层的层压板。本申请中的术语“第一”和“第二”等不表示任何数量、次序或重要性,只是用于将一个部件与另一部件区分开,而本申请中的术语“某个”也不表示数量限制,只表示存在至少一个所指部件。另外,本申请公开的所有范围都包含端点值且可组合(例如“高达约25%(重量),希望是约5%(重量)-约20%(重量)”就包括端点值和“约5%(重量)-约20%(重量)”范围内的所有中间值,等等)。
第一表面层可提供优异质量的表面,即在基材上热成型层压板前和成型后,该表面都具有比根据其他方法制备的层压板更少的细条纹、模头纹或任何其他纹路,和/或更少的诸如针孔、气孔、胶滞体、黑斑等点缺陷。第二表面层提供了将与基材结合的表面,可称为“衔接层”。在一个实施方案中,本申请描述的方法可用于制备给基材提供“A”级表面的层压板。本申请中所用术语“A级表面”指基本上没有诸如毛细纹和针孔等的可见缺陷的表面。在一个实施方案中,A级表面可提供在约20度或约60度处约100单位或以上的光泽度,小于或等于约5单位的波纹扫描值(长的以及短的),以及大于或等于约95单位的图像清晰度(DOI)。BYK Corp.制造的波纹扫描装置广泛用于进行这些测量的领域。
应用在基材上后,该多层层压板保持了基材的表面质量,并提供了具有所希望的表面外观和质量的制品。在一个实施方案中,该层压板包括每平米(每37平方英尺)层压板小于或等于约500个表面缺陷(即颗粒、针孔、气孔、胶滞体、黑斑等),其中缺陷的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量)小于或等于约2毫米(mm)。在一个实施方案中,该层压板具有每平米层压板小于或等于约400个表面缺陷,其中缺陷具有小于或等于0.3mm的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量),和任选地,每平米层压板小于或等于约54个表面缺陷,其中缺陷具有约0.3-约2mm的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量),或更具体地说,没有平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量)大于2mm的表面缺陷。最理想的是,第一层可以没有细条纹、模头纹和/或任何其他纹路,和/或可以没有点缺陷。
该方法可作为共挤出方法进行,其中该层压板的至少两层通过片状或膜状模头槽口同时挤出,该槽口可以是单岐管或多岐管设计。当备层仍处于熔融状态时,将这些层叠放在一起,然后通过穿过砑光辊组中辊对的辊隙,将它们一起压成膜。辊组可以是双辊或三辊构造,而且可构构成L形、垂直或倾斜的辊组以提供一个、两个或多个辊隙。用于将熔融的膜压在第一辊上的装置(例如气刀、真空盒或空气喷嘴)可连接在辊组上。任选的是,使该膜从压延机送入掩模施加站,以及收集该层压膜的整理站。如果第二表面层不与其他层共挤出,就在层压板通过整理站前的二次操作中将其层压到其他层上。整理站可任选地包括纵切机、铡断机、剪切机、电晕处理和/或火焰处理,以及膜传送机构。
一般而言,并服从本申请提供的更宽泛的描述,第一表面层和任选的第二表面层的一些实施方案包括聚碳酸酯或包含间苯二酚芳基化物聚酯链节的聚碳酸酯共聚物或掺合物,而且可任选地包含间-对苯二酸(iso-terephthalic acid)间苯二酚/聚碳酸酯共聚物。
作为选择,第二表面层可包含聚碳酸酯、与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物(例如丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)和/或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS))掺合的聚碳酸酯;和/或丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的两种或多种的掺合物,或本申请另外描述的其他材料。
任选地,可在第一和第二表面层之间挤出一个或多个中间层。任选的中间层(一层或多层)的厚度和组成可根据其起到一种或多种作用的能力任选,所述作用例如将第二表面层结合到第一表面层上(或结合到第一和第二表面层之一上和/或另一个中间层上);给层压板提供期望的机械性能,例如挺度;起颜料载体作用;和/或给层压板提供图像深度外观。中间层可包含聚碳酸酯或可包括可用于第一层的一种或多种材料,和/或本申请在别处公开的一种或几种其他材料的聚碳酸酯掺合物。
任选地,层压板中至少一层是着色的。在具体实施方案中,第一表面层既可以是清澈的(未着色的),也可以是用金属颜料着色的;其他层,特别是包含聚碳酸酯的层,可任选地含有金属或非金属颜料。
现在来看图1,表示根据本方法的一个实施方案制备的三层层压板10的剖面图。该三层层压板10包括第一表面层2、与第一表面层2相对的第二表面层6,和位于第一表面层2和第二表面层6之间并与它们都接触的中间层4。
在一个实例实施方案中,第一表面层2可含有间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物。第一表面层2可具有在后续加工时足以保持其整体性,例如当将层压板成型到基材上时能避免裂纹或形成沟槽,的厚度。例如,第一表面层2可具有约0.08mm-约0.51mm(约0.003英寸-约0.02英寸),任选地约0.1mm-约0.25mm(约0.004英寸-约0.010英寸),例如0.175mm(0.0069英寸)的厚度。(本申请公开的所有范围都包含端点值且可组合(例如,约0.08mm-约0.51mm和约0.1mm-约0.25mm的公开包括约0.08mm-约0.25mm和约0.1mm-约0.51mm的范围),等等。同样可应用于厚度、温度、压力等的范围)。在一个实施方案中,第一表面层中间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物的重均分子量可为约19000g/mol-约30000g/mol。第一表面层材料的熔体流动指数可为约20立方厘米/10分钟(cm3/10min)-约2cm3/10min(在300℃/1.2kg下测量)。
如图2和图6所示,第二表面层6将多层层压板10和基材8粘合在一起。在一个代表性实施方案中,第二表面层6包括聚碳酸酯与丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)的掺合物。这些材料可从Washington,WV的GE先进材料公司(General Electric AdvancedMaterials)以商品名GELOYTM聚碳酸酯/ASA商购。在第二个代表性实施方案中,第二表面层6包括聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)的掺合物、苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)的掺合物。这种材料可从MtVernon,IN的GE先进材料公司以商品名CYCOLOYTM商购。
第二表面层6具有足以将层压板结合到基材的厚度。在一个实施方案中,第二表面层6一般约0.08mm-约0.8mm(约3密耳-约30密耳)厚,而在另一个实施方案中,第二表面层6将为约0.08mm-0.3mm(约3密耳-12密耳)厚。在另一个实施方案中,第二表面层6约0.08mm-约0.15mm(约3密耳-约6密耳)厚,而在另一个实施方案中,该厚度将为约0.23mm-约0.3mm(约9密耳-约12密耳)厚。在又一个实施方案中,该厚度可以是约0.13mm-约0.8mm(约0.005英寸-约0.03英寸)。
在一个实例实施方案中,任选的中间层4可包括诸如从GE先进材料公司商购的LEXAN聚碳酸酯的聚碳酸酯材料。中间层4可具有约0.25毫米(mm)-约1mm(约0.01英寸-约0.04英寸)的厚度。在作为选择的实施方案中,中间层4可包括聚碳酸酯材料与诸如例如聚邻苯二甲酸酯碳酸酯(PPC)的聚酯的掺合物。
适合多层层压板的挤出加工的聚碳酸酯组合物包括重均分子量约20,000克/摩尔(g/mol)-约36,000g/mol的那些。
例如,用于第二表面层6中的聚碳酸酯可具有约21,000g/mol-约31,000g/mol的重均分子量。第二表面层材料的熔体流动指数可为约2cm3/10min-约50cm3/10min(在260℃/5kg下,根据ISO 1133或ASTMD1238测量),而在另一个实施方案中,熔体流动指数可为约3cm3/10min-约40cm3/10min。在另一个实施方案中,第二表面层树脂的熔体流动指数可为约3cm3/10min-约30cm3/10min,或任选的约4cm3/10min-约12cm3/10min(在260℃/5kg下,根据ISO 1133或ASTMD1238测量)。
在某些示例性实施方案中,合适的碳酸酯聚合物组合物将具有约3cm3/10min-约30cm3/10min的熔体流动粘度(在300℃/1.2kg下测量),而在其他实施方案中,碳酸酯聚合物组合物将具有约3cm3/10min-约26cm3/10min的熔体流动粘度。
共挤出的聚合物的熔体流动指数可以为约2g/10min-约20g/10min(在1.2kgf/300℃下测量),例如约4g/10min-约15g/10min。平均熔化温度可以为约200℃-约290℃(约400-约550),例如约200℃-约260℃(约400-约500)。
如上所述,可用两个、三个、四个、五个或更多挤出机将材料挤压到模头43中。在用熔体管将树脂从挤出机输送到模头中的情况下,优选熔体管长度越短越好。树脂在熔体管中的停留时间可从不到1分钟至约20分钟,优选停留时间较短。
如图3所示,多层层压板10可通过共挤出层压分别来自包括进料斗/挤出机32/38、34/40和36/42的挤出机构30的2、4和6层形成(图1)。挤出机构30包括第一进料斗32、第二进料斗34和第三进料斗36,它们分别将材料输送到相应的第一挤出机38、第二挤出机40和第三挤出机42中。每个进料斗和每台挤出机可用于加工不同挤出温度和粘度的组合物。挤出机可排气或不排气,可以是单螺杆或双螺杆设计。挤出机螺杆可具有单级或双级设计,或任选的,单螺纹、阻挡层螺纹(barrier flight)、三重波纹和Maddock混合机设计的任何结合。用所谓的“主动”挤出机螺杆(例如三重波纹螺杆)不会提高最终产品的表面质量,但更简单的螺杆能制备具有A级表面的层压板。例如,具有阻挡区段的单螺纹螺杆可制备可接受的第一表面层。具有排气口的单螺纹、双级螺杆可用于第二表面层材料,以允许排出第二表面层材料的橡胶部分中的挥发性成分。
在一个具体的两层实施方案中,第一表面层含有间-对苯二酸间苯二酚/双酚-A-聚碳酸酯共聚物,而第二表面层含有聚碳酸酯。
在具体的三层实施方案中,第一表面层可含有间-对苯二酸间苯二酚/双酚-A-聚碳酸酯,中间层可含有聚碳酸酯/聚酯掺合物,该掺合物可含有以掺合物重量计为20%(重量)-60%(重量)的聚邻苯二甲酸酯碳酸酯(PPC),而第二表面层可含有GELOYTM聚碳酸酯/ASA掺合物或CYCOLOYTM聚碳酸酯/ABS掺合物。一种可用于层压板的合适的PPC材料具有约27500-29500克/摩尔的重均分子量。
挤出机构30可挤出层叠不同熔化温度的材料层的三层层压板10。在一个示例实施方案中,机构30挤出熔化温度约200℃-约290℃(约400-约550),或更具体地约200℃-约225℃(约440-约510),甚至更具体地约230℃-约260℃(约450-约500)的第一表面层材料的间苯二酚芳基化物聚酯。熔融挤出的第一表面层材料可以是清澈的,即没有颜料的,或可含有颜料和/或染料添加剂和/或金属添加剂,且应具有在挤出的整张膜的第一表面层中产生每平方英尺少于或等于约190个颗粒(每平米少于或等于约2050个颗粒)的洁净度水平(通过带式计数挤出机测量),以使第一表面的点缺陷最少,这些缺陷具有沿每个缺陷主轴方向测量小于或等于约350微米(μm)的平均尺寸。
在一个实施方案中,第二挤出机40用于在熔化温度约200℃-约290℃(约400-约550),或更具体地约215℃-约275℃(约420-约530),甚至更具体地约221℃-约260℃(约430-约500)加工中间层的包含聚碳酸酯组合物的热塑性聚合物。
用于第二表面层的挤出机,在这种情况下是第三挤出机42,用于挤出熔化温度约200℃-约275℃(约400-约530),或约215℃-约260℃(约420-约500),或任选地约225℃-约250℃(约440-约480)的用于第二表面层的材料。聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物的掺合物可具有约225℃-约260℃(约440-约500)的熔化温度。如图3所示,层压板的顶层包括第二表面层,而层压板的底层包括第一表面材料。
模头43可包括带有选择器罩的多岐管或单岐管模头,需要的时候还有供料头(feed-block),是否需要取决于膜的构造。为了减少对所制备的膜的表面质量带来负面影响的摩擦和污损,可用硅氧烷基或作为选择的化学涂料涂覆模头的部分或全部部件和通道。模头43形成了许多片形的树脂层。模头供料头温度曲线可以一般约255℃-约290℃(约490-约550)。任选地,模头43的第一表面层侧的温度高于或等于约260℃(约500),以促使A级表面的获得,或更具体地,低于或等于约290℃(约550)。当第二表面层包含聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物的掺合物时,在模头一侧上提供的温度可高于或等于约260℃(约500),因为已发现这种温度可促进第二表面层与聚氨酯基材的粘合。
已发现均匀的模头计量轮廓(gauge profile)能制备宽度均匀的层压板。当第一表面层在层压板底部上时,皱面轮廓可减少最终层压板表面中的点缺陷。模唇开口一般大于或等于约0.8mm(约0.03英寸)宽。对于厚度约1.3mm(约0.05英寸)的层压板,模唇开口可为约0.8mm-约3mm(约0.03-约0.12英寸)宽。
层叠的挤出物材料的层压板10从模头43通过砑光辊组44进行压缩。模头可在一个或两个相互垂直的方向和从砑光辊组的第一辊隙间隔一定距离。“线入口/出口距离”是从模唇沿着第一方向,即垂直于包含两个第一辊纵向轴的平面的方向,到第一砑光辊隙的距离。线入口/出口距离任选地小于或等于约10英寸,可以是约5-约25cm(约2-约10英寸),任选地约5-约13cm(约2-约5英寸)。“线高度”是在第二方向上的距离,第二方向与包含两个第一辊的纵轴的平面平行并垂直于第一方向。线高度是在第二方向上从模唇到沿着第一方向延伸通过该辊隙的平面间的距离。任选地,线高度可为约1.3cm-约5cm(约0.5英寸-约2英寸)。模头可任选地处于线高度处以使它的位置和上部辊(即,第一辊)相一致,此时层压板的第一表面层位于底部(即使第一表面层与第二(下部的)辊接触),以减少第一表面层与第二辊在层压板进入辊隙前的接触。
层压板的各层通过砑光辊组44压缩成像多层层压板10那样的合适形式。在示例性实施方案中,辊组44是三辊的L形辊组,能提供两个砑光辊隙。与层压板的第一表面层接触的第一辊隙的辊在这里称为“第一表面辊”。如图3所示,第一表面辊是第一辊隙的两个辊中较低的那个。与第二表面层接触的第一辊隙的辊是第二表面辊(图3中上部的辊)。
第一砑光辊隙可通过金属辊或软辊的任何组合确定,第二砑光辊隙也可通过金属辊或软辊的任何组合确定。当采用金属辊时,它们可以是抛光辊或无光泽钢辊,可任选地镀铬并任选地具有小于约0.013微米-约5微米(约0.5微英寸-约200微英寸)的表面平滑度。钢辊可得到具有A级表面的层压板,而较软的辊往往不能。当使用软胶辊时,它可由表面平滑度小于或等于约5微米(约200微英寸),例如约0.013微米-约5微米(约0.5微英寸-约200微英寸)的比钢软的各种材料(例如硅橡胶)制成。
辊组44的辊可以是中部凸起的(crowned),以补偿由于它们的重量和负荷引起的挠曲,也可以是平的。平辊对于制备厚度约1.3mm(约0.05英寸)或更厚的层压板是可接受的;中凸辊优选用于更薄的层压板。一般而言,中部凸起可提供最多约1.3mm(约0.05英寸)的辊挠曲补偿;典型的是辊中部凸起约0.05mm-约0.25mm(约0.002英寸-约0.01英寸)。形成辊隙的辊可以互相之间的中部凸起程度不同。例如,对于厚度约0.8mm(约0.03英寸)的层压板,第一辊可具有约1mm(约0.04英寸)的中部凸起挠曲,而第二中部凸起可具有约0.25mm(约0.01英寸)的中部凸起挠曲。
通过第一砑光辊隙的辊施加在层压板上的压力(即辊隙负荷)可为约400牛顿/厘米(N/cm)-约2600N/cm(约230磅力每英寸(lbf/in)-约1500lbf/in),而第二砑光辊隙上的线压可为0N/cm(打开的辊隙)-约2600N/cm(约0lbf/in-约1500lbf/in)。我们吃惊地发现,第一辊隙中的辊隙负荷对层压板的表面质量有显著影响。为了获得A级表面,需要约875N/cm-约1750N/cm(约500lbf/in-约1000lbf/in)的负荷。在具体实施方案中,辊隙负荷可为约875N/cm-1050N/cm(约500lbf/in-约600lbf/in)。如果用第三辊提供第二辊隙,第二辊隙上的辊隙负荷可为0(打开的辊隙)-约2600N/cm(约1500lbf/in)。
在一个实施方案中,第二表面辊(即最上面的辊,参见图3)可具有约30cm(约12英寸)的直径;第一表面辊(即与第二表面辊一起限定第一辊隙的辊)可具有约40cm(约16英寸)的直径。线速度可为约1米每分钟(m/min)-约3.5m/min(约3英尺每分钟(ft/min)-约11ft/min),任选的约1m/min-约1.5m/min(约3ft/min-约5ft/min),挤出物流速约300磅/小时-约1000磅/小时(约110kg/h-约375kg/h),任选的约400磅/小时-约600磅/小时(约150kg/h-约225kg/h)。在一个实施方案中,厚度约1.3mm(约0.05英寸)的层压板可以约1.2m/min(约4ft/min)的线速度和约450磅/小时(179kg/h)的挤出物流速制备。
辊组可任选地以1∶1-1.2∶1,任选的1.03∶1-1.06∶1的相对速度比运行。当辊速度不同时,任一个可以是较快的辊;或更具体地第二表面辊可以是较快的辊。这种速度差提高了第一表面的光泽和A级质量。在三辊组中,第三辊可自由滚动,借助卷材滚动或由马达驱动。
从辊组拉出层压板时的卷材拉伸可基于相对于第一辊隙中较慢的辊而言约0.9∶1的牵引速度比,以容纳层压板离开辊组时在层压板中的收缩,因为这样可减少后热成型部分中的细条纹。在一个实施方案中,在砑光辊组出口可安装一个或多个红外(IR)加热器,以使层压板膜退火并释放膜应力,否则会导致热成型后出现模头纹和细条纹,以及导致板材翘曲。一种合适的加热器是能给层压板提供高达约8700焦耳每平米的IR加热器。在一个实施方案中,可在离层压板约3-约7英寸(约7.6-约17.8cm)处安装额定输出240瓦的红外加热器,并以其额定输出的约10%-约70%的加热器负荷工作。
一般而言,多层层压板10的总厚度约0.5mm-约5mm(约20-约200密耳)。在一个典型实施方案中,多层层压板10约0.8mm-约1.4mm(约30-约55密耳)厚。
辊组44中的辊温度可为约40℃-约150℃(约100-约300)。在具体实施方案中,第一表面辊的温度可低于第一表面层材料的玻璃转变温度(Tg),例如低于第一表面层中间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物的Tg。例如,第一表面辊可具有低于或等于约130℃(约265),任选地低于或等于约115℃(约240)的温度。
第二表面辊与第二表面层接触,并任选地具有低于或等于约90℃(约200)的温度,如果高于此温度,当层压板施加在基材上时,就会在层压板中出现细条纹并产生其他缺陷。因此第二表面辊比现有技术中已经采用的温度更低。
并不寄望任何具体理论的支持,可认为如果第一辊隙中的辊是热的,即高于其所接触材料的玻璃转变温度,在向卷材施加张力前层压板就得不到冷却。当牵拉热层压板时,其中的分子就被迫形成有序构型,例如薄片、缨状微束、局部结晶区等,这些构型可在冷却后保持。此后,在层压板施加到基材上但不进行卷材拉伸时,层压板被加热,层压板中的有序区松驰,从而会在第一表面层中或透过该表面层产生可见的表面缺陷。然而,通过使至少一个辊的温度低于其所接触材料的玻璃转变温度,在卷材拉伸能迫使分子成为基本上更有序的状态之前至少部分第二表面层材料以更松驰的分子构型快速冷却,并至少部分保持所述松弛结构,而不论层压板是否与后续更热的辊接触,以及卷材离开辊组时是否加热等。因此,当层压板后来施加到基材上时,层压板材料就不会松弛到会产生表面缺陷的程度。
在一个实施方案中,任选的第三辊可具有约115℃-约165℃(约240-约330),例如低于或等于约150℃(约300)的温度。任选地,第三辊可具有约105℃-约130℃(约220-约260)的温度。在一个实施方案中,第三辊包括橡胶辊,这种辊可避免像金属辊那样向层压板传热。
离开砑光辊组44后,层压板通过任选的掩模站。任选地,在掩模站46入口可安装加热器,有助于均匀掩模膜的施用和粘合。一种合适的加热器是能给层压板提供高达约8700焦耳每平米的红外加热器。在一个实施方案中,可在离层压板约3-约7英寸(约7.6-约17.8cm)处安装额定输出240瓦的红外加热器,并以其额定输出的约10%-约70%的加热器负荷工作。掩模站46施加无胶滞体、无条纹单元和均匀计量的掩模材料,使后热成型的部分上保持A级表面。在一个实施方案中,掩模材料可含有聚烯烃材料,例如聚乙烯和/或茂金属聚合的聚乙烯的单层或多层层压板。如图3所示,层压板10通过牵引辊48从辊组和掩模站46拉过。在该方法的最后步骤中,通过将层压板从牵引辊48输送到整理站50来收集层压板,整理站50可包括剪切装置,以将层压板切成所选尺寸的段或“片”。整理站可任选地包含在该处堆积层压板段的堆垛盘52。
在作为选择的实施方案中,第一表面层可作为层压板的顶层挤出。在这种情况下,图3的压延机组的“第一表面辊”就是最上面的辊。
现已发现,根据本发明制备的层压板可以是吸湿的,且当层压板与基材粘合时,吸收的水会产生表面缺陷。因此,收集的层压板可用合适的防水材料,例如气密的、含金属箔的层压包装材料密封。例如,可通过将一捆层压板的片放在箔-层压板防水包装材料和约5密耳(约1mm)的低密度聚乙烯LDPE板材的外保护板(“多层包装”)上,有效包装该捆层压板的片。将这捆层压板的四周用几层拉伸包装材料包裹,其中放入干燥剂包。然后将防水层折叠在这捆板上并真空密封。然后用保护性LDPE密封防水层。这种包装能使层压板的含水量有效保持在低于或等于层压板加上水分的约1重量百分比(%(重量)),或更具体地,小于或等于约0.5%(重量),甚至更具体地,小于或等于约0.2%(重量)。
现在参考图2,可见成型制品20的剖面图。成型制品20包括与基材8粘附或结合的多层层压板10。第二表面层6粘附在基材8上,同时给多层层压板10的中间层4提供了良好的粘合。
采用的基材8可以是各种合适的组合物,包括但不限于热固性材料、热塑性材料、发泡材料、增强材料,以及它们的结合。说明性实例包括诸如聚氨酯泡沫和纤维增强聚氨酯的聚氨酯组合物、诸如纤维增强聚丙烯的聚丙烯、和聚碳酸酯/PBT掺合物等。增强纤维包括碳纤维、和玻璃纤维等。
在各种实施方案中,基材8可包含增强热塑性聚氨酯、发泡热塑性聚氨酯、玻璃纤维增强聚氨酯、碳纤维增强聚氨酯、发泡热塑性聚氨酯,以及包含上述至少一种的结合。
第二表面层6与基材8的结合可通过模塑、粘结、化学结合、机械结合等,以及这些方法的结合来实现。在一个示例性实施方案中,第二表面层6与基材8的结合可通过将基材8直接注塑成型在第二表面层6上来实现。
在各种实施方案中,根据本发明制备的热成型多层层压板10可制成各种构造,例如图1的多层层压板10可制成层压板60,以符合模具62。多层层压板10可通过包括但不限于热成型、压缩成型、和真空成型等的任何一种方法制成成形的多层层压板60。
如上所述制造的层压板可用于形成具有该层压板提供的表面质量的制品。参考图5和6,这可通过提供公开的多层层压板10;将该多层层压板10放入模具62中,以使在多层层压板10的第二表面层6后面或背面形成凹槽64;和将基材8放入多层层压板10后面的凹槽64中,其中多层层压板10的第二表面层6粘结或结合在基材8上,以得到成形制品20。
本申请公开的方法可进一步包括冷却所形成的制品和/或从模具62中取出所形成的制品20。在一个实施方案中,所形成的制品20被冷却,随后从模具中取出。任选地,从制品20上脱去模具,并在将制品与基材结合前脱去制品表面的颜料。
将基材8放入凹槽64中可通过各种方式进行,包括注塑成型、反应注塑成型、和长纤维增强注塑成型等。在一个实施方案中,基材8通过反应注塑成型注入凹槽64中。在一个实施方案中,基材8以液体形态注入,然后成型,以形成半固体或固体基材8。
模塑制品20尤其可应用于包括但不限于诸如车门板、车顶板、和车壳板等的外部汽车板的汽车部件。
如本申请其他地方提到的,本申请公开的方法并不限于制造参考本申请的附图描述的具体层压板,且在每个层压板层中可采用各种材料。层压板的第一表面层一般包含间苯二酚芳基化物聚酯链节,且可任选地包含聚碳酸酯间苯二酚芳基化物聚酯链节的掺合物。
这里所用的“间苯二酚芳基化物聚酯链节”指包含与至少一个芳族二羧酸残基结合的至少一个芳族二酚残基的链节。通式(I)所示二酚残基可衍生自1,3-二羟基苯部分,在整个本说明书中常称为间苯二酚或间苯二酚部分。这里所用的间苯二酚或间苯二酚部分除另有说明外,应理解为包括未取代的1,3-二羟基苯和取代的1,3-二羟基苯。
其中R是C1-C12烷基或卤素的至少一种,n是0-3。
合适的二羧酸残基包括衍生自单环部分(例如间苯二酸、对苯二酸或它们的混合物),和/或衍生自多环部分(包括二苯基二羧酸、二苯基醚二羧酸,诸如萘-2,6-二羧酸的萘二羧酸,以及诸如morphthalene-2,6-二羧酸的morphthalene二羧酸)的芳族二羧酸残基。在一个实施方案中,所用二羧酸残基是1,4-环己烷二羧酸残基。
在一个实施方案中,芳族二羧酸残基衍生自间苯二酸和/或对苯二酸的混合物,如通式(II)所描述的:
在另一个实施方案中,第一表面层可含有通式(III)所示聚合物,其中R和n的定义如上所述:
在另一个实施方案中,第一表面层可含有具有基本上不含酐键的间苯二酚芳基化物聚酯链节的聚合物,如通式(IV)所描述的:
在又一个实施方案中,第一表面层可包含含有间苯二酚芳基化物聚酯链节的聚合物,所述聚合物通过一种界面方法制备,所述方法包括将至少一种间苯二酚部分与至少一种催化剂在水与至少一种与水基本上不混溶的有机溶剂的混合物中结合的第一步。合适的间苯二酚部分包含通式(V)的单元:
其中R是C1-C12烷基或卤素的至少一种,n是0-3。如果存在烷基的话,烷基可以是直链或支链烷基,且基本上处于两个氧原子的邻位,但也考虑了其他环位置。合适的C1-C12烷基包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、壬基、癸基,以及芳基取代的烷基,包括苄基,其中甲基更合适。合适的卤素基是溴、氯和氟基。n的值可为0-3,或更具体的0-2,甚至更具体的0-1。间苯二酚部分可以是2-甲基间苯二酚,或更具体地,可以是其中n为0的未取代的间苯二酚部分。
在一个示例性实施方案中,至少一种催化剂将与界面聚合方法中所用的反应混合物结合。所述催化剂的总含量为以酰基氯基团的总摩尔数计约0.1-约10摩尔百分比(mol%),或更具体地约0.2mol%-约6mol%。合适的催化剂包括叔胺、季铵盐、季盐、六烷基胍盐,以及包含以上至少一种的混合物。合适的叔胺包括三乙胺、二甲基丁胺、二异丙基乙胺、2,2,6,6-四甲基哌啶及其混合物。其他可尝试的叔胺包括诸如N-乙基吡咯烷的N-C1-C6-烷基吡咯烷类;诸如N-乙基哌啶、N-甲基哌啶和N-异丙基哌啶的N-C1-C6-哌啶类;诸如N-乙基吗啉和N-异丙基吗啉的N-C1-C6-吗啉类;N-C1-C6-二氢吲哚类;N-C1-C6-二氢异吲哚类;N-C1-C6-四氢喹啉类;N-C1-C6-四氢异喹啉类;N-C1-C6-苯并吗啉类;1-氮杂二环-[3.3.0]-辛烷、奎宁环、N-C1-C6烷基-2-氮杂二环-[2.2.1]-辛烷类、N-C1-C6烷基-2-氮杂二环-[3.3.1]-壬烷类,以及N-C1-C6烷基-3-氮杂二环-[3.3.1]-壬烷类;N,N,N’,N’-四烷基亚烷基二胺类,包括N,N,N’,N’-四乙基-1,6-己二胺。尤其合适的叔胺是三乙胺和N-乙基哌啶。
合适的二羧酸二氯包含衍生自单环部分的芳族二羧酸二氯,例如间苯二酰二氯、对苯二酰二氯,或间苯二酰二氯与对苯二酰二氯的混合物,或衍生自多环部分的芳族二羧酸二氯,包括二苯基二羧酸二氯、二苯基醚二羧酸二氯,以及萘二羧酸二氯,例如萘-2,6-二羧酸二氯;或衍生自单环和多环芳族二羧酸二氯的芳族二羧酸二氯。二羧酸二氯可含有如一般用通式(VI)描述的间苯二酰二氯和/或对苯二酰二氯的混合物:
间苯二酰二氯和对苯二酰二氯之一或二者可用于制备第一表面层2中包含的聚合物。在一个实施方案中,二羧酸二氯包含间苯二酰二氯和对苯二酰二氯的混合物,间苯二酰二氯与对苯二酰二氯的摩尔比约0.25-约4.0∶1,在另一个实施方案中为约0.4-约2.5∶1,而在又一个实施方案中为约0.67-约1.5∶1。
包含间苯二酚芳基化物聚酯链节的聚合物还含有二嵌段、三嵌段和多嵌段共聚酯碳酸酯。包含间苯二酚芳化链节的嵌段与包含有机碳酸酯链节的嵌段间的化学键可含有至少一个(a)芳族化的部分的合适的二羧酸残基与有机碳酸酯部分的-O-R5-O-部分间的酯键,例如一般用通式(XII)描述的,其中R如前所定义:
和(b)间苯二酚芳基化物部分的二酚残基与通式(XIII)中所示有机碳酸酯部分之间的碳酸酯键,
其中R和n的定义如上所述。
显著比例的类型(a)的酯键的存在会导致在共聚酯碳酸酯中形成讨厌的颜色。虽然本发明在理论上并没有限制,但例如当通式(XII)中的R5是双酚A,且通式(XII)的部分在后续处理和/或光照期间进行弗利斯(Fries)重排时,相信会产生颜色。在一个实施方案中,共聚酯碳酸酯基本由在间苯二酚芳基化物块和有机碳酸酯块之间具有碳酸酯键的二嵌段共聚物构成。在另一个实施方案中,共聚酯碳酸酯基本上由在间苯二酚芳基化物块和有机碳酸酯末端块之间具有碳酸酯键的三嵌段碳酸酯-酯-碳酸酯共聚物构成。
在一个具体实施方案中,包含间苯二酚芳基化物聚酯链节的材料含有间-对苯二酸间苯二酚(间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物)/双酚A共聚物。
适用于任选的中间层中的材料包括可以构成第一表面层的任何材料。作为选择,或此外还有的是,中间层可含有共聚酯碳酸酯;聚碳酸酯;聚芳基碳酸酯;一种或多种聚酯,诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚环亚己基二亚甲基对苯二甲酸酯(PCT)、聚(1,4-环亚己基二亚甲基-1,4-环己烷二羧酸酯)(PCCD)、聚对苯二甲酸乙二酯二醇(PETG)、PCTG和PETG[聚(1,4-环己烷二甲醇-共-乙二醇)对苯二甲酸酯](注:PETG含超过50%的乙二醇,而PCTG含有超过50%的1,4-环己烷二甲醇)等;包含聚碳酸酯和含有一种或多种可以是丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝聚合物(ASA)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)的丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物的其他材料的热塑性聚合物掺合物;聚酰胺类;诸如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯等的丙烯酸酯类;聚邻苯二甲酸酯碳酸酯(PPC);聚碳酸酯酯(PCE);和/或包含上述任何一种或几种的掺合物。任选地,聚碳酸酯与一种或几种此类其他材料的掺合物可包含大于或等于约50%(重量)的其他材料(一种或多种)(基于中间层4的热塑性掺合物的总重计)。一般而言,聚碳酸酯掺合物含有大于或等于约5%(重量)的其他材料,例如,约5-约50%(重量),任选地约10-约40%(重量)的其他材料。
PPC和PCE的示例性实例是聚碳酸酯、双酚A间苯二酸酯和双酚A对苯二酸酯的三元共聚物,具有如下式子:
其中a是芳香酯,其含量为共聚物总重的约60-约80%(重量),b是BPA碳酸酯,其含量为共聚物总重的约20-约40%(重量)。
在一个具体实施方案中,构成中间层4的热塑性掺合物含有PPC和由双酚-A与碳酰氯前体制备的聚碳酸酯均聚物。例如,PPC的含量可大于或等于中间层4的热塑性掺合物总重的约5%(重量)。在另一个实施方案中,PPC的含量为中间层4的热塑性掺合物总重的约5%-约40%(重量),而在一个示例性实施方案中,PPC的含量为中间层4的热塑性掺合物总重的约20%-约30%(重量)。
在一个实施方案中,聚碳酸酯或碳酸酯聚合物含有芳族聚碳酸酯及其混合物。一般而言,芳族聚碳酸酯具有式(I)的重复结构单元:
其中A是聚合物反应中采用的二羟基化合物的二价芳族基。通过熔体聚合反应制备的聚碳酸酯往往含有弗利斯产物。弗利斯产物是弗利斯反应的产物。这里采用的术语“弗利斯反应”和“弗利斯重排”可互换,均指以分支点测量的侧链分支的数量。弗利斯重排是用熔体方法制备聚碳酸酯期间发生的讨厌的副反应。所得弗利斯产物起到聚碳酸酯链分支位点的作用,影响聚碳酸酯的流动和其他性能。虽然在聚碳酸酯中可忍受低含量的弗利斯产物,但高含量弗利斯产物的存在会对诸如聚碳酸酯的韧性和模塑加工性的性能特征产生负面影响。弗利斯产物的含量可通过甲醇分解,然后通过高压液相色谱(HPLC)测量分支点测定。
在通过聚缩合反应制备聚碳酸酯中采用的反应物一般是二羟基化合物和碳酸二酯。可采用的二羟基化合物的类型没有具体限制。例如,可采用由以下通式(II)表示的双酚化合物:
其中Ra和Rb可以相同或不同,各代表卤原子或一价烃基,p和q各独立的是0-4的整数。X可代表通式(III)的其中一个基:
其中Rc和Rd各独立代表氢原子或一价直链或环状烃基,Rc是二价烃基。可由通式(II)表示的双酚化合物的类型的实例包括诸如1,1-双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(或双酚-A)、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基苯基)辛烷、1,1-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)正丁烷、双(4-羟基苯基)苯基甲烷、2,2-双(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基叔丁基苯基)丙烷、和2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷等的双(羟基芳基)链烷烃系列;诸如1,1-双(4-羟基苯基)环戊烷、和1,1-双(4-羟基苯基)环己烷等的双(羟基芳基)环烷烃系列等;以及包含至少一种上述双酚化合物的组合。
在某个具体实施方案中,双酚化合物是双酚A。另外,共聚物聚碳酸酯可通过至少两种或多种双酚化合物与碳酸二酯反应制造。
可用于制备聚碳酸酯的碳酸二酯的实例是碳酸二苯酯、双(2,4-二氯苯基)碳酸酯、双(2,4,6-三氯苯基)碳酸酯、双(2-氰基苯基)碳酸酯、双(邻硝基苯基)碳酸酯、二甲苯基碳酸酯、间甲苯基碳酸酯、二萘基碳酸酯、双(二苯基)碳酸酯、二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯、二丁基碳酸酯、二环己基碳酸酯等,以及包含至少一种上述碳酸二酯的组合。尤其合适的碳酸二酯是碳酸二苯酯。
合适的二羧酸或酯的另一种实例是脂环二羧酸或酯。这里所用的术语“脂环”和“环脂族基”的含义相同,均指包含环状而不是芳族状的原子阵列的基,至少为一价。该阵列可包括诸如氮、硫和氧的杂原子或仅由碳和氢组成。环脂族基的实例包括环丙基、环戊基、环己基、和四氢呋喃基等。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)接枝共聚物含有两种或多种不同组成的聚合物部分,它们通过化学键连接。接枝共聚物可首先通过将诸如丁二烯或另一种共轭二烯的共轭二烯与诸如苯乙烯的可与其共聚的单体进行聚合,以提供聚合物骨架来制备。形成聚合物骨架后,使至少一种接枝单体,或更具体地两种接枝单体在聚合物骨架存在下聚合,获得接枝共聚物。
例如,ABS可通过一种或几种乳液或溶液聚合方法、本体、悬浮和/或乳液-悬浮方法途径制备。此外,出于制造经济性或产品性能或这两方面的原因,ABS材料可通过诸如间断、半间断和连续聚合的其他处理技术制备。
聚合物骨架可以是诸如聚丁二烯、聚异戊二烯的共轭二烯聚合物,或诸如丁二烯-苯乙烯或丁二烯-丙烯腈等的共聚物。
制备接枝共聚物的聚合物骨架中常用的共轭二烯单体通过以下式子(XIII)描述:
其中Xb是氢、C1-C5烷基、氯或溴等。可采用的共轭二烯单体的实例是丁二烯、异戊二烯、1,3-庚二烯、甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-戊二烯;1,3-和2,4-己二烯;诸如二氯丁二烯、溴丁二烯、二溴丁二烯的氯和溴取代的丁二烯;包含至少一种上述共轭二烯单体的混合物等。特别合适的共轭二烯单体是丁二烯。
可在聚合物骨架存在下聚合的一种单体或单体组是一乙烯基芳烃。可采用的一乙烯基芳族单体通过以下式子(XIV)描述:
其中Xc是氢、C1-C12烷基(包括环烷基)、C6-C12芳基、C7-C12芳烷基、C7-C12烷芳基、C1-C12烷氧基、C6-C12芳氧基、氯或溴等。一乙烯基芳族单体的实例包括苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯和包含至少一种以上化合物的混合物等。特别地,一乙烯基芳族单体可以是苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯。
可在聚合物骨架存在下聚合的第二组单体是诸如丙烯腈、取代的丙烯腈和/或丙烯酸酯的丙烯酸单体,例如丙烯腈,以及诸如甲基丙烯酸甲酯的C1-C7丙烯酸烷基酯,等等。
丙烯腈、取代的丙烯腈或丙烯酸酯通过以下式子(XV)描述:
其中Xb的定义如上,Y2是氰基或C1-C12烷氧基羰基等。这种单体的实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯代丙烯腈、β-氯代丙烯腈、α-溴代丙烯腈、β-溴代丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯和包括至少一种上述单体的混合物等。特别合适的单体包括丙烯腈、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯。
任选的是,聚合物骨架可以是丙烯酸酯橡胶,例如丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯的共轭二烯的聚合产物,以及包含上述至少一种的混合物等等。另外,可在丙烯酸酯橡胶骨架中共聚少量二烯,以改善与基质聚合物的接枝。
苯乙烯丁二烯橡胶或玻璃转变温度低于0℃的丁二烯橡胶的共聚物特别合适。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)接枝共聚物是本领域公知的,许多是可商购的,包括例如作为BLENDEX级131、336、338、360和415从GE公司获得的高橡胶丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂。
与基材结合的第二表面层可包含可构成第一表面层的任何材料。作为选择,或任选地与此结合,第二表面层可包含聚碳酸酯、与诸如丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物的其他材料(例如丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)和/或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS))掺合的聚碳酸酯;和/或丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的两种或多种的掺合物;聚氨酯以及聚丙烯酸酯与聚氨酯的掺合物。
在某些实施方案中,第二表面层6的热塑性掺合物可包含一种或几种诸如从GE Plastics以商品名CYCOLOY商购的ABS聚合物或树脂。在一个示例实施方案中,ABS聚合物是CYCOLOYC1000HF、C1200、MC8800、MC8002、EXCY0076的一种或几种,其中尤其示例性的实施方案中采用CYCOLOY级的C1000HF、EXCY0076和MC8002,而特别示例性的实施方案中采用EXCY0076。
ASA聚合物一般是丙烯酸酯、苯乙烯和丙烯腈的三聚物,一般含有接枝的交联烷基丙烯酸酯橡胶相。大部分ASA产品由分散在苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的玻璃态连续基质中的丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈接枝弹性三聚物的两相体系构成。该接枝体一般由聚烷基丙烯酸酯橡胶核和接枝的SAN壳组成,少量苯乙烯和丙烯腈接枝在橡胶颗粒上以使这两相相容。
ASA一般通过三步聚合反应制备。首先,在水基乳液或在溶液聚合方法中制备弹性组分,一般是聚丙烯酸烷基酯橡胶或聚烷基丙烯酸烷基酯橡胶。在第二阶段中,苯乙烯和丙烯腈任选地与其他单体共聚,并接枝到弹性相上,以获得期望的相容性。这一阶段可在乳液聚合、本体聚合中,或借助悬浮聚合和/或乳液-悬浮聚合方法途径进行。在第三阶段中,苯乙烯和丙烯腈(和任选的其他单体)与第二(接枝)阶段同时共聚,或在独立的操作中分开共聚,以形成刚性基质。同样,这一阶段可涉及一种或多种以下方法:乳液聚合、本体聚合或悬浮聚合。另外,ASA材料可出于制造经济性或产品性能或这两方面的因素,通过诸如间断、半间断和连续聚合的其他加工技术制备。
在一个实施方案中,合适的ASA聚合物由基于聚(丙烯酸烷基酯)橡胶的ASA接枝相与乙烯基芳族/乙烯基氰/乙烯基羧酸酯基质相制备。在一个示例性实施方案中,ASA聚合物是两相体系。该两相体系包含附着了苯乙烯-丙烯腈(SAN)的superstrate(或接枝)共聚物的丙烯酸酯橡胶基材,例如聚(丙烯酸丁酯)橡胶。该相往往称为“橡胶接枝相”,因为SAN通过化学反应物理连接或接枝到橡胶上。
在一个具体实施方案中,利用MMASAN(甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯、丙烯腈的三聚物)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的“刚性基质相”或连续相。橡胶接枝相(或分散相)分散在整个PMMA/MMASAN基质相中,所述基质相形成聚合物连续相。橡胶界面是形成接枝相与基质相间边界的表面。接枝的SAN起到橡胶与基质相PMMA/MMASAN在该界面处的相容剂的作用,并避免这两个否则将不混溶相的分离。
在另一实施方案中,ASA聚合物含有约10%(重量)-约40%(重量)聚(丙烯酸丁酯)橡胶。在第二实施方案中,约15%(重量)-约30%(重量)。在第三实施方案中,约15%(重量)-约25%(重量)橡胶。
在又一个实施方案中,橡胶接枝相包含约20%(重量)-约70%(重量)聚(丙烯酸丁酯)。在具体实施方案中,橡胶接枝相含有约45%(重量)聚(丙烯酸丁酯)橡胶和约55%(重量)SAN,其中接枝相的SAN部分包含约65%(重量)苯乙烯和约35%(重量)丙烯腈至约75%(重量)苯乙烯和约25%(重量)丙烯腈。在又一个实施方案中,SAN部分包含约70%(重量)-约75%(重量)苯乙烯和约25%(重量)-约30%(重量)丙烯腈。
在又一个实施方案中,MMASAN包含80%(重量)MMA、15%(重量)苯乙烯和5%(重量)丙烯腈,而在另一个实施方案中为约60%(重量)MMA、30%(重量)苯乙烯和10%(重量)丙烯腈。在又一个实施方案中,MMASAN包含约45%(重量)甲基丙烯酸甲酯、40%(重量)苯乙烯和15%(重量)丙烯腈。在一个实施方案中,基质相共聚物中的PMMA/MMASAN重量比可以为约20/80-约80/20;而在另一个实施方案中约25/75-约75/25,包括50/50。
在一个实施方案中,ASA聚合物含有的接枝相与基质相的重量比为约15/85-约75/25,而在另一个实施方案中为约45%(重量)接枝相和约55%(重量)基质相。接枝共聚物相可通过本领域公知的各种掺合方法与基质相均聚物、共聚物和/或三聚物混凝、掺合和胶体化,以形成ASA聚合物掺合物。
在具体实施方案中,第二表面层6的热塑性掺合物是含有碳酸酯聚合物、ASA接枝共聚物和SAN共聚物的商购的热塑性组合物。合适的商购热塑性组合物是从Washington,WV的General ElectricPlastics获得的GELOYTM商标的热塑性组合物。在一个实施方案中,第二表面层6是GELOYTM HRA 150、HRA 170、XP 7550及其混合物的至少一种。在一个特别典型的实施方案中,第二表面层6含有GELOYTM HRA150。
合适的SAN一般具有约60000g/mol-约200000g/mol的重均分子量,在一个实施方案中为约90000g/mol-约190000g/mol。丙烯腈(AN)含量约15%-约40%(重量)(基于SAN共聚物的重量)的SAN共聚物特别合适,另一个实施方案中采用了含有约20%(重量)-约35%(重量)AN的SAN共聚物。
在一个实施方案中,第二表面层6的热塑性聚合物将含有约25%-约80%(重量)聚碳酸酯、约10%-约35%(重量)ASA或ABS和约10%-约40%(重量)的SAN(基于第二表面层的总重量)。在另一个实施方案中,第二表面层6的热塑性聚合物含有约40%-约80%(重量)聚碳酸酯、约10%-约30%(重量)ASA或ABS和约10%-约30%(重量)SAN(基于第二表面层的总重量)。在一个实例性实施方案中,第二表面层6的热塑性聚合物含有约40%-约75%(重量)聚碳酸酯、约12%-约30%(重量)ASA或ABS和约12%-约30%(重量)SAN(基于第二表面层的总重量)。
在一个具体实施方案中,第二表面层6将含有包含聚碳酸酯聚合物、ABS接枝共聚物、SAN共聚物和SEENOX稳定剂的热塑性聚合物。这种热塑性聚合物掺合物可从GE Plastics作为CYCOLOYEXCY0076获得。
在另一个实施方案中,第二表面层可包含含有例如约5%(重量)-15%(重量)聚丙烯酸酯(基于掺合物重量)的聚丙烯酸酯与聚氨酯的掺合物。在具体实施方案中,该掺合物可含有约10%(重量)聚丙烯酸酯。
任何一个或多个层压板层可任选地含有其它组分,比如本领域公知的添加剂,诸如包括但不限于稳定剂、颜色稳定剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线遮蔽剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、防流挂剂、助流剂、增塑剂、酯交换抑制剂、防静电剂、脱模剂、填料、诸如金属薄片、玻璃薄片和玻璃微珠、陶瓷颗粒、其他聚合物颗粒、有机、无机或有机金属染料和颜料。
在一个可能的实施方案中,第二表面层的热塑性聚合物含有稳定剂或稳定剂体系。在一个理想的实施方案中,稳定剂包含烷基硫代酸酯。任选地,稳定剂可包括含季戊四醇四(β-月桂基硫代丙酸酯)的稳定剂和/或含季戊四醇四(十二烷基硫代丙酸酯)的稳定剂。合适的基于烷基硫酯或含有烷基硫酯的稳定剂的示例性、可商购的实例是SEENOXTM稳定剂,从Shipro Kasei Kashi Ltd.商购。
以下实施例将说明本发明公开的实施方案和制造方法。
实施例
实施例1
在生产线上制备一系列三层层压板。所述层压板具有常用的层压板组合物,但在不同加工条件下制备。每块层压板都包括包含间-对苯二酸间苯二酚/双酚A共聚物的第一表面层、包含聚碳酸酯的中间层和包含GELOYTM聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)和苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的掺合物的第二表面层。该层压板在260℃-约277℃(约500-约530)的温度下挤压到约12.7mm(约0.5英寸)的膜厚。第一表面材料在层压板底部,与第二砑光辊接触;第二表面材料与第一砑光辊接触。
为便于比较而改变辊组第一辊隙中的辊隙负荷、砑光辊温度、线高度,模头高度和模头相对于该辊隙的位置;下表提出了这些参数的值。在每种情况下,生产线速度为4.1ft/min。在表中,辊隙负荷项表示施加在长52英寸(132cm)的第一辊隙中的辊每端的力。例如,在试验#1中,在辊每端施加6000lbf(26700N),共12000lbf(53400N),得到约230lbf/英寸(约404N/cm)。
表 | |||||||
试验1# | 辊隙负荷(lbf,52”辊) | N/cm(=(lbf/in)×(4.45N/lbf)/2.54cm/in))=lbf/in×1.752N-in/lbf-cm) | 辊1温度℃() | 辊2温度℃() | 辊3温度℃() | 线高度 | 线进料/出料位置 |
#1 | 2×6000 | 404 | 82℃(180) | 110℃(230) | 130℃(265) | 辊组中心线以上4.6cm(=113/16”) | 11.7cm(=距辊组中心线45/8”)(相当于73/4”) |
#2 | 2×14000 | 943 | 82℃(180) | 110℃(230) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#3 | 2×14000 | 943 | 127℃(260) | 110℃(230) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#4 | 2×6000 | 404 | 127℃(260) | 110℃(230) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#5 | 2×14000 | 943 | 82℃(180) | 121℃(250) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#6 | 2×6000 | 404 | 82℃(180) | 121℃(250) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#7 | 2×14000 | 943 | 127℃(260) | 121℃(250) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#8 | 2×6000 | 404 | 127℃(260) | 121℃(250) | 130℃(265) | 4.6cm | 11.7cm |
#9 | 2×15000 | 1011 | 82℃(180) | 116℃(240) | 116℃(240) | 4.6cm | 11.7cm |
#10 | 2×15000 | 1011 | 82℃(180) | 116℃(240) | 116℃(240) | 3cm | 20cm(=77/8英寸) |
上表所示试验结果表明,试验1、3、4、6-8和10获得了ITR-PC表面上的表面质量不可接受的层压板。试验2、5和9的结果是可接受的,其中试验9的结果最好并提供了A级表面。
对试验1、4、6和8与试验2、5和9的比较表明,辊隙负荷不合适会阻碍在层压板上形成可接受的表面质量。比较试验3和7与试验2、5和9表明,辊温度过高会降低层压板的表面质量,而比较试验10与试验9表明,模头与辊隙的相对位置也会影响层压板表面的质量。
这些数据还表明,在具体实施方案中,第二表面辊(这种情况下是辊组中的第一辊)的温度应低于130℃(226),任选地低于约90℃(约200),例如第二表面辊的温度可为约80℃(约180),例如约82℃。然而,第一表面辊(这种情况下是辊组中的第二辊)的温度可高于90℃(高于约200),任选地约110℃-约120℃(约230-约250),例如约115℃(约240),但仍低于或等于约130℃。这些数据还表明,在某些实施方案中,任选的第三辊的温度可低于150℃,例如约120℃(约250),例如任选地约115℃-约130℃(约240-约265)。这些数据还表明,辊隙负荷可大于或等于约400N/cm(约230lbf/in),任选地大于或等于约940N/cm(约538lbf/in)。
还制备了其他试样并进行了以上试验,不同的是第二表面层包含CYCOLOYTM聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯酯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的掺合物。结果与上文相一致。
实施例2
在与实施例1的试验类似的另一组试验中,每种情况下的辊隙负荷不超过约400N/cm(约2×6000lbf/52in),辊1的温度约55℃-约80℃(约135-约175),辊2和辊3约90℃-约118℃(约200-约245),且线高度和线出料口位置与实施例1的试验相同。该组试验中没有一个试验制备了表面质量可接受的层压板。
上述方法可用于制备具有这样的第一表面层的层压板,所述第一表面层可提供比根据现有技术制备的层压板优异的质量的表面,即在将该层压板热成型到基材上之前和之后,几乎没有,或更具体地说没有细条纹、模头纹或任何其他纹路,且几乎没有,或更具体地说没有诸如针孔、气孔、胶滞体、黑斑等的点缺陷的表面。在一个实施方案中,本发明可用于制备给基材提供“A”级表面的层压板。任选地,该方法可用于提供包含一个或多个在第二表面层和第一表面层之间的中间层的层压板。
虽然本发明已参考优选实施方案描述,但本领域普通技术人员应该明白,可作出各种变化,并用等价物取代本发明的要素,而不超出本发明的范围。另外,可根据本发明的教导进行许多修改,以适应具体情况或材料,而不超出本发明的实质性范围。因此,本发明并不限于作为实施本发明的最佳方式公开的具体实施方案,且本发明将包括所附权利要求范围内的所有实施方案。
Claims (37)
1.层压板材料的制备方法,该层压板材料包括含有间苯二酚芳基化物聚酯链节的第一表面层和适合与基材结合的第二表面层,该方法包括:
将聚合的第一表面层材料和聚合的第二表面层材料通过模头共挤出到砑光辊组的第一辊隙以形成所述层压板材料,其中所述辊组包括限定第一辊隙的第一表面辊和第二表面辊;
在第一辊隙施加大于或等于约400N/cm的辊隙负荷到层压板上;和
从砑光辊组收集层压板材料;
其中第一表面层包括在层压板的第一表面层中产生每平米少于或等于约2050个颗粒的洁净水平的材料,其中缺陷的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量)小于或等于约350μm;
其中第一辊和第二辊各具有小于或等于约5微米的表面平滑度和约40℃-约150℃的温度。
2.权利要求1的方法,其中第一表面层材料包含聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物或包含以上一种或多种的掺合物,第二表面层包含聚碳酸酯;与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物掺合的聚碳酸酯;和/或包含丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的一种或多种的掺合物。
3.权利要求1的方法,其中第二表面辊的温度低于或等于约90℃。
4.权利要求1的方法,包括在第一辊隙中施加约400N/cm-约2600N/cm的辊隙负荷。
5.权利要求4的方法,其中第一辊隙中的辊隙负荷约876N/cm-约1752N/cm。
6.权利要求1的方法,其中第一表面层材料具有约235℃-约260℃的平均熔化温度,第二表面层材料具有约225℃-约260℃的平均熔化温度。
7.权利要求1的方法,包括在第一表面层与第二表面层之间挤出中间层,该中间层包含至少一种选自间苯二酚芳基化物聚酯链节、聚碳酸酯、与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物掺合的聚碳酸酯、以及丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的两种或多种的掺合物、聚芳基碳酸酯和聚酯的材料;且
其中中间层材料具有约200℃-约260℃的平均熔化温度。
8.权利要求1的方法,包括通过模头反馈温度曲线为约255℃-约290℃的挤出模头共挤出聚合的第一表面层材料和聚合的第二表面层材料。
9.权利要求8的方法,其中第二表面层包括丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的掺合物,且其中模头在第二表面层一侧的温度高于约260℃。
10.权利要求1的方法,包括设定挤出模头线高度约1.3厘米(cm)-约5cm。
11.权利要求1的方法,其中限定第一辊隙的砑光辊各具有约0.013微米-约5微米的表面平滑度。
12.权利要求1的方法,其中砑光辊组包括限定了在层压板上施加0-约2600N/cm辊隙负荷的第二辊隙的第三辊。
13.权利要求12的方法,其中第一表面辊的温度低于或等于约130℃,第三辊的温度低于或等于约150℃。
14.权利要求1的方法,其中第一表面辊的温度低于第一表面层材料的玻璃转变温度。
15.权利要求1的方法,还包括当层压板通过砑光辊组拉伸时加热层压板。
16.权利要求1的方法,还包括使层压板通过掩模站并在第一表面层上施加掩模,其中掩模包含聚烯烃材料。
17.权利要求16的方法,还包括在施加掩模前加热层压板。
18.权利要求1的方法,包括第一表面辊和第二表面辊以约1∶1-约1.2∶1的相对辊速度运行。
19.权利要求17的方法,包括第一表面辊和第二表面辊以约1.03∶1-约1.06∶1的相对辊速度运行。
20.层压板材料的制备方法,包括:
将包含聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物或包含以上一种或多种的掺合物的聚合的第一表面层材料,与包含聚碳酸酯、与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物掺合的聚碳酸酯,和/或包含丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的一种或多种的掺合物的第二表面层材料,通过模头共挤出到包括至少第一表面辊和第二表面辊的砑光辊组的第一辊隙中,以形成层压板,以及第一表面层材料与第二表面层材料之间的中间层材料,其中第一表面层材料具有在层压板中提供每平米少于或等于约2050个颗粒的洁净水平,缺陷的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量)小于或等于约350μm;
其中砑光辊组中的砑光辊具有约40℃-约150℃的温度,并具有小于或等于约5微米的表面平滑度;
在第一辊隙中施加大于或等于约400N/cm的辊隙负荷;和
从砑光辊组收集层压板材料。
21.权利要求20的方法,其中第二表面层包含聚碳酸酯;与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物掺合的聚碳酸酯;和/或丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的两种或多种的掺合物。
22.权利要求20的方法,其中中间层包含间苯二酚芳基化物聚酯链节;聚碳酸酯;聚芳基碳酸酯;聚酯;和/或丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的两种或多种的掺合物。
23.权利要求20的方法,包括在第一辊隙中施加约876N/cm-约1752N/cm的辊隙负荷。
24.权利要求20的方法,其中第一表面层材料的平均熔化温度约235℃-约260℃,第二表面层材料的平均熔化温度约225℃-约260℃,且其中中间层材料的平均熔化温度约200℃-约260℃。
25.权利要求20的方法,其中模头温度约255℃-约290℃。
26.权利要求20的方法,其中第二表面层包括丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的掺合物,且其中模头在第二表面层一侧的温度高于约260℃(约500)。
27.权利要求20的方法,包括设定挤出模头线高度为约1.3厘米(cm)-约5cm。
28.权利要求20的方法,其中第二表面辊的温度低于或等于约90℃。
29.权利要求28的方法,其中第一表面辊的温度低于或等于约130℃,第三辊的温度低于或等于约140℃。
30.权利要求20的方法,其中第一表面辊的辊温度低于第一表面层材料的玻璃转变温度。
31.权利要求20的方法,还包括当层压板通过辊组拉伸时加热层压板。
32.权利要求20的方法,还包括使层压板通过掩模站,在第一表面层上施加掩模,以及在施加掩模前加热层压板,其中掩模包含聚烯烃层。
33.权利要求20的方法,包括第一表面辊和第二表面辊以约1∶1-约1.2∶1的相对辊速度运行。
34.权利要求33的方法,包括第一表面辊和第二表面辊以约1.03∶1-约1.06∶1的相对辊速度运行。
35.层压板材料的制备方法,包括:
将包含间苯二酚芳基化物聚酯链节的聚合的第一表面层材料和适合与基材结合的聚合的第二表面层材料,通过模头共挤出到包括第一表面辊和第二表面辊的砑光辊组的第一辊隙中,以形成包含第一表面层和第二表面层的层压板材料;和
在第一辊隙中施加约400N/cm或更大的辊隙负荷;
其中第一表面层包含具有在层压板的第一表面层中产生每平米少于或等于约2050个颗粒的洁净水平的材料,其中缺陷具有小于或等于约350μm的平均尺寸(沿每个缺陷的主轴测量);
其中在辊组中限定第一辊隙的辊各自具有小于或等于约5微米的表面平滑度;
从辊组拉伸层压板并在层压板离开辊组时加热层压板;
使层压板通过掩模站,在层压板上施加掩模,制备带掩模的层压板,其中掩模包含聚烯烃层;和
将带掩模的层压板切成段。
36.权利要求35的方法,其中第一表面层材料包含聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、间-对苯二酸间苯二酚/聚碳酸酯共聚物或包含以上一种或多种的掺合物,第二表面层包含聚碳酸酯;与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物掺合的聚碳酸酯;和/或包含丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的一种或多种的掺合物。
37.权利要求36的方法,包括在第一层和第二层之间共挤出中间层,中间层包含选自间苯二酚芳基化物聚酯链节、聚碳酸酯、与丙烯腈-苯乙烯接枝共聚物掺合的聚碳酸酯、以及丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物的两种或多种的掺合物、聚芳基碳酸酯和聚酯的至少一种材料。
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