CN107429065A - 用于制造用聚合物渗入硬化的泡沫片材的系统 - Google Patents

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Abstract

硬质聚合物多孔材料片材通过以下来产生：将包含超细聚氯乙烯颗粒、非邻苯二甲酸酯增塑剂、起泡剂和热稳定剂、聚合物小片、填充剂以及耐火化学品的聚合物混合物的浆料进料到加热的模具中，以及用高外加压力压制混合物。模具的温度是低于190℃，以使聚合物混合物软化并且使起泡剂分解，形成了具有封闭的空气室的具有10％至40％密度的封闭室聚氯乙烯泡沫。硬质聚合物多孔片材的耐热性和声音衰减性质被明显地改进。硬质聚合物多孔片材可以以锐角弯曲，而没有裂缝形成，有助于其用作墙板。产生的片材可以被压花或模制，以产生具有装饰性特征的装饰板、广告牌、橱柜门以及家具。产生的片材还可以在航空应用中被用作声、热绝缘系统。

Description

用于制造用聚合物渗入硬化的泡沫片材的系统
本申请要求2015年6月11日提交的、题为“SYSTEM FOR MANUFACTURE OF FOAMSHEETS RIGIDIZED WITH POLYMER INFILTRATION”的临时申请第62/174,462号的权益，该临时申请又要求2015年6月6日提交的、题为“SYSTEM FOR MANUFACTURE OF FOAM SHEETSRIGIDIZED WITH POLYMER INFILTRATION”的临时申请第62172059号的权益，该临时申请又要求2015年3月20日提交的、题为“SYSTEM FOR MANUFACTURE OF FOAM SHEETS RIGIDIZEDWITH POLYMER INFILTRATION”的临时申请第62/177,656号的权益，这些临时申请的公开内容据此通过引用以其整体并入至此。
1.发明领域
本发明涉及具有应用的硬质泡沫工业片材(rigid foam industrial sheet)的制造，所述应用不限于建筑材料，例如墙板(wall board)、瓷砖、木料(lumber)、各种木质产品和木质有关的产品及类似应用；并且更特别地涉及系统，该系统通过形成并入聚合物添加剂的聚氯乙烯聚合物泡沫的高温高压模制工艺，形成无装饰的或装饰性低密度高强度高模量硬质片材。
2.现有技术描述
目前市场上可用的装饰板包括，例如，木质板(wooden board)、颗粒板、定向刨花板(“OSB板”)、胶合板、密度板、纤维复合板、PVC起泡板以及防火板(fireproof board)。木质板、OSB板、颗粒板、密度板和纤维复合板呈现非常低的阻燃性能和耐火性能。它们不是防水的或防潮的，并且因此享有稍微有限的应用。防火板通常是具有3个层的夹心板(sandwich board)。金属板(铝板、不锈钢板、有色的铁板、钛锌板、钛板、铜板等)包括金属表面和底层，以及包含中间层的无卤素的、阻燃无机组合物。此热压的复合板呈现良好的阻燃性能和耐火性能，但其是重的、昂贵的且不防水的。
许多现有技术专利和公开涉及从聚合物泡沫形成片材材料。特定地，这些聚合物泡沫不被渗入有聚合物，以产生用于结构性或装饰性建筑材料和其他应用的无装饰的或装饰性硬质片材。
Tidmarsh等人的美国专利第4,284,681号公开了复合片材材料。该复合材料包括高度塑化的聚氯乙烯的层、纤维衬料(fibrous backing)以及在聚氯乙烯层和衬料之间的聚合物材料的中间层，所述高度塑化的聚氯乙烯的层包含按重量计15％至45％的聚氯乙烯和55％至85％的增塑剂。可以使用各种粘合剂来将复合材料粘至基底例如墙、天花板以及地板。如果中间层对于在高度塑化的层中的增塑剂不是完全不渗透的，那么粘合剂应当优选地抵抗增塑剂迁移。此复合材料是在结构物体上的涂层，但自身不是结构材料。
Takeuchi等人的美国专利第4,510,201号公开了聚氯乙烯树脂模制的片材产品。包含诸如Silus Balloon和珠光体的蜂窝状填充剂和模制的产品的聚氯乙烯树脂组合物通过使组合物经受在增加的压力下的加热来制备。模制的产品可以与芯层例如无纺布和维多利亚上等细布(victria lawn)、起泡的层例如PVC糊料树脂泡沫(paste resinous foam)以及表面层例如不起泡的合成树脂组合，并且模制成层压的片材产品。这些片材产品被制得更轻并且在隔音和绝热效果、弯曲强度、干触感(dry touchness)、耐水性、尺寸稳定性、耐冷性以及类似性质方面更优越。该片材产品可用作地板覆盖物和其他应用。这是多层PVC模制的片材，并且不是低密度单层PVC泡沫。
Dahl等人的美国专利第5,300,533号公开了用于产生交联的泡沫塑料的方法。此方法产生起泡的、含交联的氯乙烯的聚合物，其中发泡剂被添加至通过使包含氯乙烯和含缩水甘油基的单体的单体组合物共聚合产生的共聚物。共聚物的起泡通过发泡剂的分解产物或从化学上反应性的偶氮二甲酰胺发泡剂与共聚物的环氧基团的反应的分解产物而发生。含缩水甘油基的单体是丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯或丁基丙烯酸缩水甘油酯。通过添加经由共聚物引入的环氧基团使起泡的氯乙烯聚合物交联是可能的。交联通过来自发泡剂的分解产物的帮助而发生。这需要通过悬浮聚合、微悬浮聚合、乳液聚合或本体聚合来形成将产生的氯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物。
Kelch等人的美国专利第5,695,870号公开了增强的强度的层压泡沫绝缘板。此层压绝缘泡沫板包括面板(panel)，所述面板包括约1/4英寸至约1英寸的塑料泡沫材料厚度；以及第一热塑性面膜(first thermoplastic facer film)和第二热塑性面膜，其各自粘附至面板的主要的、相对的表面，面膜是双轴定向的，面膜各自具有约0.35密耳至约10.0密耳的厚度。产生的板在机器方向和横向方向两者上具有小于200％的极限伸长率，并且在机器方向和横向方向两者上具有至少7000磅每平方英寸的屈服抗拉强度(yield tensilestrength)，以及在机器方向和横向方向两者上具有至少200,000磅每平方英寸的1％正割模量。层压泡沫绝缘是挤出的聚苯乙烯塑料泡沫材料的面板，而不是聚氯乙烯泡沫。
Kjellqvist等人的美国专利第6,254,956号公开了地板覆盖物、墙覆盖物或天花板覆盖物。此地板覆盖物、墙覆盖物或天花板覆盖物包含一种或更多种大体上无规互聚物，所述一种或更多种大体上无规互聚物通过使一种或更多种α-烯烃单体与一种或更多种亚乙烯基芳香族单体和/或一种或更多种受阻脂肪族或脂环族亚乙烯基单体聚合，并且任选与其他可聚合的烯属不饱和单体(ethylenically unsaturated monomer)聚合来制备。该地板覆盖物、墙覆盖物或天花板覆盖物具有良好的性质平衡，例如有效应用至地板、墙或天花板的对于不均匀的或波状外形的表面的足够的柔性和顺应性(conformability)、足够的耐划痕性、足够的耐压痕性、压痕复原和/或足够的耐磨性。该地板覆盖物、墙覆盖物或天花板覆盖物通过使一种或更多种聚合物聚合来制备。地板覆盖物、墙覆盖物或天花板覆盖物不是通过热压浆料组合物制备的聚氯乙烯泡沫产品。
Rosthauser的美国专利第8,097,658号公开了用于用减少的模型时间产生具有良好的耐火性质的中密度装饰模制泡沫的工艺、通过此工艺产生的耐火组合物和泡沫。此耐火的、中密度模制的聚氨酯泡沫据称以比先前可能的显著更短的时间从模具中移出。这些减少的脱模时间(de-mold time)通过将固体阻燃组合物包含在形成组合物的聚氨酯泡沫中来实现。此固体阻燃组合物包含三聚氰胺涂覆的多磷酸铵和硼酸锌。该工艺使用形成反应性混合物的聚氨酯泡沫，并且未被指示为低密度聚氯乙烯起泡的结构材料。
美国专利申请第20060264523号公开了聚氯乙烯泡沫。该聚氯乙烯泡沫呈现改进的机械强度和不燃性。具有封闭室结构(closed cell structure)的微孔聚氯乙烯泡沫(microcellular polyvinyl chloride foam)具有高的起泡效率，即使具有小量的起泡剂。聚氯乙烯泡沫包含氯乙烯树脂层状硅酸盐纳米复合材料，其中所述层状硅酸盐被分散到包含起泡剂的氯乙烯树脂上。组合物的起泡通过二氧化碳注射的机械作用来实现，并且形成的泡沫的比重是非常高的，大于1克/cc。
美国专利申请第20130310471号公开了环己烷甲酸二(异壬基)酯(DINCH)在可膨胀的PVC制剂中的用途。本发明涉及可起泡组合物，所述可起泡组合物包含选自由以下组成的组的至少一种聚合物：聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丁酸乙烯酯、聚(甲基)丙烯酸烷基酯及其共聚物。使用的增塑剂是1,2-环己烷二甲酸二异壬酯(DINCH)，并且邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)是具有化学危害的增塑剂，如美国消费品安全委员会(U.S.Consumer ProductSafety Commission)在https://www.cpsc.gov/PageFiles/98260/dinp.pdf处所指示的。偶氮二甲酰胺的泡沫形成物。泡沫稳定剂是ZnO，ZnO充当偶氮二甲酰胺的分解的催化剂(kicker)。聚合物组合物形成低粘度增塑溶胶，并且在过硫化(over curing)期间必须被应用至支撑体。因此，‘471申请不产生独立式的低密度PVC片材。
Hou Yu Hung Yi-Drain的中国专利申请第CN103265776A号公开了生态木材(eco-wood)及其制备方法。生态木材提供不包含甲醛、甲苯以及其他有害物质的防水的、防潮的材料。生态木材是阻燃性的，具有少量的烟，并且具有延展性、韧性、良好的耐冲击性以及耐酸腐蚀性。长寿命的生态木材的制备方法包括按重量计的以下组分：氯醋共聚树脂(chlorine vinegar copolymer resin)：60至70，冲击改性剂(丁腈橡胶)：9-11，植物纤维：20至30，偶联剂(钛酸盐)：1至3，烟抑制剂：10-20，活性粘土：5-15，润滑剂(聚乙烯蜡)：从0.5至1.5，活化剂(ZnO)：4-6，绿色阻燃剂(磷酸铵)：8-10，热稳定剂(Ca和Zn化合物)：4-8，无气味交联剂(odorless crosslinking agent)：0.5至1.5，起泡剂(AC-3000，其是偶氮二酰胺)：1至5，去氨加压素剂：1至5。制备方法包括植物纤维预处理、捏合混合器、开炼机浸泡(open mill soak)、膜机器膜、封闭室泡沫模具、冷却稳定的模式。生态木材的组成包含植物纤维，并且依赖于聚氯乙烯树脂的韧性，所述聚乙烯氯树脂包含聚乙酸乙烯酯及其他，而不使用增塑剂例如邻苯二甲酸酯。共聚物添加的量没有指定，因此生态木材的柔性是不清楚的。
在https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/42108/ McGrane2.pdf？sequence＝1&isAllowed＝y处的网页公开了泡沫夹心复合材料的真空辅助树脂传递成型(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)。此方法涉及干碳预成形体(dry carbon preform)与聚甲基丙烯酰亚胺泡沫芯的树脂传递成型以产生复合夹心结构。本公开内容不产生热压的聚合物片材以产生硬质无装饰的或装饰性结构片材。
出版物“Effect of additives on flexible PVC foam formation”在Journalof Materials Processing Technology 2007.04.123中讨论了硬脂酸Ca/Zn和有机锡热稳定剂以及沸石、CaCO3、纤维素和丝瓜面粉填充剂(luffa flours filler)及其浓度(按重量计2.5％、5％、10％以及20％)对于通过化学发泡剂产生柔性PVC泡沫的效果。研究了偶氮二甲酰胺。稳定剂将偶氮二甲酰胺的分解温度从200℃降低至160℃至190℃的PVC加工温度。
https://en.wikipedia.org/wiki/1,2-Cyclohexane_dicarboxylic_acid_ diisononyl_ester 1,2-环己烷二甲酸二异壬酯是用于在灵敏的应用领域例如玩具、医疗装置以及食品包装中制造柔性塑料物品的增塑剂。从化学的观点来看，其属于脂肪族酯的组。在2002年，BASF开始以Hexamoll DINCH的商品名销售1,2-环己烷二甲酸二异壬酯，作为邻苯二甲酸酯增塑剂的可选物。[3]
http://www.sustainableproduction.org/downloads/PhthalateAlternatives-January2011.pdf
表2可选择的增塑剂DOS：癸二酸二辛酯，TXIB：2,2,4-三甲基1,3-戊二醇二异丁酸酯，TEHPA：磷酸三(2-乙基己基)酯，DEHPA：磷酸二(2-乙基己基)酯，Eastman 168：双(2-乙基己基)-1,4-苯二甲酸酯，TETM：偏苯三酸三-2-乙基己酯，ESBO：环氧化大豆油，DOTP：对苯二甲酸二辛酯。DINCH：环己烷-1,2-二甲酸二异壬酯。
基于前述，在本领域中对于用于制造呈无装饰的或装饰性硬质结构片材的形式的建筑材料的易于使用的方法存在需求，所述无装饰的或装饰性结构片材呈现耐燃性、增强的绝缘性质和无模具性质。
发明概述
本发明提供基于硬质聚氯乙烯的泡沫片材，所述基于硬质聚氯乙烯的泡沫片材特别良好地适合于但不限于建筑构造(building construction)。该片材具有在从0.12克/cc至0.66克/cc的范围内的密度，该密度是固体柔性PVC(其通常呈现1.1克/cc至1.35克/cc的密度)的约10％至40％。根据本发明形成的片材具有尺寸上在从10微米至70微米的范围内的很大量的封闭的微室(closed microcell)。室具有基于聚氯乙烯的聚合物的室壁。这些片材还具有空气袋(air pocket)的非常小尺寸的均匀分布的封闭室，这增强热绝缘性质并且提供声音衰减特性。产生的片材的密度取决于PVC树脂的组成、模具填充量以及在片材形成期间应用的压力和温度。还提供了用于制造硬质聚合物多孔材料片材的方法。
基于聚氯乙烯的片材的生产方法使用通过悬浮聚合、微悬浮聚合、乳液聚合或本体聚合合成的原始聚氯乙烯的超细颗粒。在阶段I中的这些PVC颗粒是约4纳米，在阶段II中聚集成1微米-2微米的微粒，并且许多微粒在阶段III中聚集成尺寸上通常在100微米至150微米的范围内的颗粒。这些超细的聚氯乙烯的均聚物和聚氯乙烯与聚乙酸乙烯酯的共聚物是自由流动的，并且它们成为用于制备用于形成根据本发明的片材的浆料的原材料。使用的PVC聚合物的K值具有大于65的值，该值代表大于60,000的分子量。存在于共聚物中的聚乙酸乙烯酯的量对增加产生的最终产品的柔性具有强的影响，因为聚乙酸乙烯酯降低最终片材产品的硬度、强度和模量，并且被保持在共聚物的2％至30％的范围内。
为了形成的最终PVC片材具有适当的柔性，增塑剂需要在片材形成工艺期间并入。增塑剂是化学物质，其溶解到PVC组合物链中并且通过筛选或铰链机制(hinge mechanism)以分子水平促进挠曲。许多增塑剂是已知的，例如邻苯二甲酸的衍生物例如邻苯二甲酸二异癸酯、磷酸的衍生物例如磷酸三甲苯酯、己二酸的衍生物例如己二酸二辛酯和己二酸二异癸酯、壬二酸的衍生物例如壬二酸二辛酯、苯甲酸的衍生物例如二苯甲酸二甘醇酯、环氧增塑剂、柠檬酸的衍生物例如柠檬酸三丁酯、癸二酸的衍生物例如癸二酸二辛酯、偏苯三酸的衍生物例如偏苯三酸三辛酯；磺酸的衍生物、脂肪酸酯、甘油衍生物、氯化石蜡、氯化联苯、均苯四酸的衍生物以及聚酯增塑剂。由于最近发现的邻苯二甲酸酯的生物危害，本发明使用无邻苯二甲酸酯的增塑剂，例如1,2-环己烷二甲酸二异壬酯(DINCH)。其他无邻苯二甲酸酯的增塑剂是DOS：癸二酸二辛酯，TXIB：2,2,4-三甲基1,3-戊二醇二异丁酸酯，TEHPA：磷酸三(2-乙基己基)酯，DEHPA：磷酸二(2-乙基己基)酯，Eastman 168：双(2-乙基己基)-1,4-苯二甲酸酯，TETM：偏苯三酸三-2-乙基己酯，ESBO：环氧化大豆油，DOTP：对苯二甲酸二辛酯。增塑剂并入的随后还原将导致片材的增加的刚性。
起泡的产品的形成需要起泡剂，所述起泡剂关于基于模制的PVC的片材产生细孔。起泡剂在分解温度分解，产生大量气态反应产物。用于起泡的PVC产生的许多起泡剂是已知的，并且它们包括例如偶氮二甲酰胺、二亚硝基五亚甲基四胺(dinitrosopentamethylenetetramine)、对甲苯磺酰肼以及4,4'-氧基双(苯磺酰肼)。优选的起泡剂是偶氮二甲酰胺，因为其具有约215℃至219℃的分解温度。此分解温度略微高于PVC组合物的软化温度，PVC组合物的软化温度通常在170℃至190℃的范围内。可以使用催化剂化合物例如ZnO以将偶氮二甲酰胺的分解温度带至使用的PVC树脂的软化温度范围。
在100微米至150微米范围内的PVC颗粒并入所有添加剂，所述添加剂包括增塑剂和起泡剂，并且被由阴离子型表面活性剂帮助的水或形成浆料的异丙醇湿润。此浆料被加载到模具中并且当浆料在两个板之间处于压力下时被加热。由于表面张力，浆料的干燥促使PVC组合物颗粒彼此紧密接触，并且在PVC组合物的软化点时，PVC组合物颗粒连接在一起并且同时起泡剂分解并且释放大量气体，产生低密度PVC泡沫。在模制的PVC片材中的孔隙率的分布由起泡剂的粒径及其在浆料中的分布来控制。
形成的空气室必须被稳定，使得其保持直到聚氯乙烯聚合物固化。稳定物(stabile)通常是有机或无机的化合物，例如钡/锌稳定剂、钙/锌稳定剂或有机锡稳定剂。
本发明产生两种类型的PVC片材。第一种类型仍然使用PVC的均聚物，并且不具有任何的邻苯二甲酸酯的生物危害，所述PVC的均聚物使用足够的1,2-环己烷二甲酸二异壬酯(DINCH)增塑剂来压实，产生柔性产品。第二种类型的PVC使用PVC与2％至30％的聚氯乙烯的共聚物。由于包含聚乙酸乙烯酯的PVC组合物的增强的柔性，需要较少量的1,2-环己烷二甲酸二异壬酯(DINCH)增塑剂。
本发明的应用还预期在航空技术中的用途，包括噪音消除航空绝缘系统(noisecancelling aviation insulating system)。这些系统包含绝缘材料，同时还独特地提供增强的声学性质使来自飞行器的外部的舱室声音最小化。由于主题材料的物理性质，其对于用作飞行器热/声绝缘材料是理想的。在客机上需要热绝缘和声绝缘两者。历史上，两种功能已经通过相同的材料系统来提供，所述材料系统已经主要是封装在塑料枕套覆盖物中的玻璃纤维棉絮。覆盖塑料已经主要是PET(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯，通常由DuPont以商品名Mylar销售)以及较少量的聚氟乙烯(PVF)(通常由DuPont以商品名Tedlar销售)，并且已经使用聚酰亚胺膜(通常由DuPont以商品名Kapton销售)。使用本发明的材料提供替代当前关于最内层片材所使用的材料中的至少某些(如果不是全部)的能力，从而增加热性质，同时还改进在飞机舱室中的声学。更重要的是，使用主题材料导致成本节约以及重量的略微降低，不被理论所束缚，这又降低燃料成本。
通常，飞机外的热环境产生从当在飞行高度飞行时的约-60F至当在沙漠中的直射阳光中停放时的+160F的机身表面温度(fuselage skin temperature)。对于空气调节/加热系统经济地产生舒适的舱室温度所需的绝缘的量随着飞机类型和位置而变化。然而，除了几个地方，例如在后部客舱上的顶部区域和在乘客地板下面的下半机身区域，声学要求占主导。因此，除了那些地方，存在的绝缘的量超过热需求所需的量。
关于声学，外面噪音由航空动力学和发动机产生。绝缘用于使外面噪音衰减以允许客舱和驾驶舱内合理水平的舒适和语言交流。所需的声学衰减从飞机至飞机而变化，但通常是大量的，并且使用具有非常高的声学效率的绝缘材料以使所需的量(重量、体积)最小化。使用非常小的纤维直径的玻璃纤维棉絮是高度有效的声学衰减器。
当前，使用玻璃纤维棉絮的绝缘将在较低强度的热环境中抵抗火穿透。载货间需要具有为防火屏障的衬里。在某些载货间内，用作机身衬里的热绝缘提供防火屏障。对于这些区域，要求包括玻璃纤维棉絮容易地通过的本生灯测试。FAA已经在新闻报道中发布了信息，FFA计划提议以下要求：绝缘对在强烈的热环境如燃料供给的火的环境中的烧穿(burnthrough)是抗性的。所有绝缘材料系统将必须重新设计以满足此要求。
因此，本发明的新颖的材料提供改进的声学功能、热学功能和防火屏障功能，同时提供成本节约。如上文指出的，本发明的材料的实施提供替代当前关于接近舱室的内部的最内层片材所使用的玻璃纤维材料中的至少某些(如果不是全部)的能力。这增加热性质，同时还改进飞机舱室内的声学，并且改进耐火作用。这样改进的声学产生了具有噪音偏转属性(noise deflection attribute)的声学防护喷层(acoustic cocoon)。任何新的绝缘材料系统不能显著超过现有系统的重量，现有系统的重量平均是约0.1lb/平方英尺。玻璃棉絮从0.34lb/立方英尺至约1.5lb/立方英尺而变化，较轻的重量占主导。棉絮厚度在顶部区域是约5英寸，沿着侧面是3英寸，并且在乘客地板下面是1英寸。覆盖材料从0.5oz/平方码至约1.5oz/平方码而变化，其中0.5oz/平方码和0.9oz/平方码占主导。产生成本节约以及重量的略微降低，不被理论所束缚，这又降低燃料成本。
本发明的材料不仅呈现最优的热学性质、声学性质和耐火性质，而且不另外吸收大量的水，不引起或促进对飞机的铝机身结构的腐蚀，也不是导电的或干扰检查机身结构的腐蚀、裂缝等。事实上，使用该材料作为片材提供比当前使用的塑料装袋的玻璃纤维(plastic bagged fiber glass)和其他材料更易于观察机身，同时所述材料全部提供更清洁的、更安全的安装与环境无害性质。
硬质聚合物多孔材料或复合材料、片材的产生以填充有基于聚氯乙烯的聚合物材料与增塑剂、起泡剂以及其他填充剂成分的浆料的模具开始，所述浆料与具有阴离子型表面活性剂的水溶液或异丙醇混合。浆料压实，液体部分排出并且干燥，使聚氯乙烯细颗粒彼此紧密接触，形成膜。模具的内容物在足以使聚氯乙烯组合物软化或熔化的高外加压力和加热温度下被压制，而同时使起泡剂分解，在模具内释放大量气态分解产物。此排出步骤可以是不必要的，因为加热步骤使浆料的液体部分自动挥发。压制的片材具有在从15％至35％的范围内的典型的密度，并且包含细尺寸的空气袋或空气室。模具尺寸可以是任何尺寸、形状或曲率；但通常大到1220mm×2440mm以及60mm的模具深度。取决于倾入到模具中的浆料的量，产生的片材的厚度变化。例如，10千克的浆料可以生产厚度为40mm(1.57英寸)的片材。如果使用120mm(4.72英寸)模具来产生80mm(3.15英寸)板，那么将两倍量(20千克)的原浆料添加至模具。然后，当在外加压力下时，模具被加热。改变模具尺寸将改变产生的板的最终尺寸。在此工艺中，对于产生的片材的尺寸不存在限制，因为片材的尺寸仅取决于模具的尺寸。模具和顶板(top plate)可以具有在产生装饰性建筑材料片材的成品片材产品中复制的压花结构。
用于硬质聚合物多孔片材材料的浆料的聚合物混合物具有PVC(聚氯乙烯)聚合物和聚乙酸乙烯酯聚合物中的一种或更多种，并且在某些情况下是复合片材，此外还包含木屑和耐火化学品。这些聚合物在190℃以下熔化。
在一个实施方案中，聚合物多孔片材浆料包含聚合物颗粒与添加剂如填充剂和耐火化学品。具有浆料的模具任选地被排出液体成分，并且当在外加压力下时，模具被加热至低于190℃。压力和热的应用使浆料固体成分固结，产生片材，所述片材是具有气孔的多孔性的，所述气孔具有小的尺寸，并且片材产品的整体密度是固体聚氯乙烯片材的约10％至40％，取决于应用的压力和热。封闭室空气袋的存在增强片材材料的耐热性质，并且呈现高的R值，该R值比对于基于典型的石膏的建筑片材、胶合板、木料、OSB、纤维板、颗粒板及类似材料可得到的R值大得多。通过本发明的工艺制备的片材或木料产生提供对围护结构的改进的保暖性的墙板、墙装配系统及其他建筑产品，这通过消除或大大地降低被称为热桥(thermal bridging)的现象而明显地改进家庭建筑(home building)或商业建筑的热效率，热桥部分地通过被称为成框因数(framing factor)的现象发生。模具可以具有装饰性特征，该装饰性特征被复制在硬质聚合物多孔材料片材的表面上。在模制步骤期间可以使用不渗透的装饰性片材例如胶木片材(Formica sheet)、铝箔以及不锈钢片材来覆盖硬质聚合物多孔材料片材。
在第二实施方案中，聚合物浆料混合物可以以类似于树脂传递成型的方式被注射到模具中，并且被加热至加工温度。
在优选的实施方案中，本发明的硬质聚合物多孔材料片材包括：
1)尺寸加大的模具，其具有正常的片材的长度和宽度，但通常具有意图的片材的厚度两倍的高度；
2)所述模具注射有浆料聚合物混合物并且排出浆料的液体成分，并且在使聚合物混合物中的聚合物熔化的温度加热；
3)当模具被加压时，所述模具被加热至低于190℃的温度，这将模具中的聚合物混合物压实成在从10％至40％的范围内的密度，并且空气袋的封闭的室存在于形成的片材内；
4)所述模具具有装饰性标记物，该装饰性标记物被传递至模制的硬质聚合物多孔材料片材；
由此，形成具有封闭的空气室的片材的聚合物混合物的压实赋予了片材耐热性和声音衰减性质，使得片材可以在建筑构造以及装饰应用中使用。
附图简述
当对本发明的优选的实施方案的以下详述和附图做出参考时，将更充分地理解本发明并且另外的优点将变得明显，在附图中：
图1图示在制造硬质聚合物多孔材料片材中的工艺步骤；
图2是硬质聚合物多孔材料片材的显微照片；以及
图3图示耐热性或R值测量程序；
图4图示硬质聚合物多孔片材的硬度测量；
图5图示硬质聚合物多孔片材的弯曲试验测量；
图6a图示热桥(thermal bridge)；
图6b图示通过壁骨损失的能量；
图7a图示成框因数概念；
图7b图示成框因数概念与IR图像；
图8图示其中在航空声热绝缘系统中使用硬质聚合物多孔材料片材的本发明的实施方案；以及
图9图示其中已经消除1/8”的湿度膨胀间隙(humidity expansion gap)的框架结构。
发明详述
用于本发明的聚氯乙烯是呈通过悬浮聚合或乳液聚合产生的100微米至150微米颗粒的形式。聚氯乙烯均聚物或与聚乙酸乙烯酯的共聚物的K值具有大于65的K值，该K值代表60,000的分子量，如下文由W.V.Titow的PVC Plastics中复制的图中示出的。50的K值是低分子量软质PVC，而80的K值是高分子量强PVC。
图3.1菲肯切尔K值(DIN 53726-1983)
和PVC聚合物的分子量之间的关系
当增塑剂被添加至基于聚氯乙烯的树脂的细粉末时，增塑剂在原子水平进入树脂分子，这在聚合物链之间产生筛网或在聚合物链之间产生铰链位置，促进聚合物柔性。由于产生的聚氯乙烯泡沫具有围绕空气室的非常薄的聚合物层，因此其需要大量的柔性以防止裂缝传播和断裂。根据美国消费品安全委员会在https://www.cpsc.gov/PageFiles/ 98260/dinp.pdf，常规的邻苯二甲酸酯增塑剂已被确定为生物危害。因此，本发明仅使用非邻苯二甲酸酯增塑剂，例如DINCH。
需要起泡剂以允许形成多个微米尺寸的空气室，以产生低密度聚氯乙烯聚合物片材。当聚合物组合物在模具中被加热时，聚合物在特定的温度软化。如果在聚氯乙烯树脂软化的同时，起泡剂释放大量的气态分解产物，那么形成封闭室的微孔结构。虽然许多起泡剂是可用的，但其分解温度不匹配聚氯乙烯树脂的软化点，聚氯乙烯树脂的软化点在170℃至190℃的范围内。具体地，偶氮二甲酰胺起泡剂具有215℃至219℃的分解温度，但使用ZnO催化剂，其分解温度可以降低。使用此组合，微细室在低密度聚氯乙烯片材中形成。
对于在起泡步骤期间形成微孔片材的另一个要求是要求聚氯乙烯颗粒的超细颗粒彼此接触，因为在片材中的聚氯乙烯的量是相当小的。这通过使聚氯乙烯超细颗粒连同添加剂与异丙醇的阴离子水溶液混合、形成浆料来实现。在浆料的干燥期间，表面张力促使聚氯乙烯颗粒彼此靠近，形成膜。
形成的空气室必须被稳定，使得其保持直到聚氯乙烯聚合物固化。稳定物通常是有机或无机的化合物，例如钡/锌稳定剂、钙/锌稳定剂或有机锡稳定剂。
本发明使用两种明显不同的低密度聚氯乙烯片材。第一实施方案使用与较高量的DINCH非邻苯二甲酸酯增塑剂组合的聚氯乙烯均聚物的细颗粒。在模具中使用的聚合物浆料的典型的实例在下文被示出。
下文示出的第二实例使用聚氯乙烯共聚物并且使用较少量的DINCH增塑剂。
本发明涉及用于生产基于硬质聚合物多孔聚氯乙烯的片材材料或复合材料、片材的模制工艺。聚合物粉末与添加剂和填充剂以及耐火材料的浆料被进料至尺寸加大的模具，所述尺寸加大的模具的高度是期望的片材厚度的约两倍，而模具的宽度和长度接近期望的片材尺寸的宽度和长度。浆料的液体部分任选地首先被排出并且干燥，并且当模具通过成套冲模(die set)被加压时，模具被加热至低于190℉的温度。此压力和温度的应用形成了具有固体聚氯乙烯片材的在从约5％至98％，并且优选地在从约10％至约40％的范围内的密度的片材，并且封闭的空气室细分布在该片材内。封闭的空气室的存在增强片材产品的耐热性以及提供声音吸收特性。冲模可以具有滚花的装饰(milled decoration)，该滚花的装饰在最终产品中被复制。
硬质聚合物多孔片材等级的产品具有低密度，并且水不渗透产品。使用的聚合物浆料混合物包含PVC(聚氯乙烯)和聚乙酸乙烯酯聚合物连同木屑和阻燃剂添加剂，这取决于最终产品的应用。可以使用套管外片材(external casing sheet)来在加热和压力应用步骤期间覆盖硬质聚合物多孔片材，以将该包入片材(encasing sheet)结合于此。由于在聚合物渗入组合物中使用PVC以释放氯并且驱逐火焰附近的氧气，从而使火焰熄灭，所以硬质聚合物多孔复合片材固有地是耐火的。
本发明的目的是产生可以被涂漆并且可用作建筑材料的耐久性硬质聚合物多孔片材。本文使用的工艺是非常可再现的并且产生具有非凡性质的片材。当弯曲90度或更大时，所述片材不破裂，并且是极其减震的，即使其是硬质的。因此，硬质聚合物多孔片材良好地适合于墙板、木料以及墙装配系统。
硬质聚合物填充的泡沫复合材料是如本文详述的开发的最新的建筑材料。硬质聚合物多孔复合片材材是阻燃的、防火的、防潮的、防腐蚀的、防白蚁的、无甲醛的。其呈现低量的烟，并且对火焰穿透是高度抗性的。片材的表面可以通过喷涂来处理，并且可以粘附至许多种类的材料。组合地，这些特征已经使得硬质聚合物填充的泡沫复合材料为优良的生态绿色建筑材料。
硬质聚合物多孔片材可以用作木质板的替代物，从而减少采伐森林，并且保护环境。同时，其是防水的、防潮的、隔音的、减震的、对酸和碱抗性的、对气候老化抗性的、阻燃的以及防火的。在这些方面中，硬质聚合物填充的泡沫材料片材优于所有其他建筑材料。
对于不同的目的，不同种类的材料被添加到硬质聚合物填充的泡沫材料片材中：
1.对于木框架构造(wood frame construction)、墙、地板和天花板组件、家庭装饰和家具应用，添加大量的植物纤维(例如木屑、稻壳等)，以增加硬度和握钉力(nailholding ability)；
2.对于在汽车、游艇和船舶、飞行器和高速列车中的应用、以及作为压花材料、保温材料的应用，添加丁腈橡胶(NBR)以大大改进其成形、韧性以及耐冲击性的性能，并且使得其更易于热压、压花、弯曲以及雕刻；
3.添加烟抑制剂、硬脂酸钙粉末和阻燃剂，以增加其防火和耐冲击性的性能，来降低烟的密度，并且使得其更环保。
4.此硬质聚合物多孔片材显然是最新的无甲醛的、生态绿色的、阻燃性的以及防火的建筑材料。
硬质聚合物填充的泡沫材料片材的特征和用途
1.由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的轻的重量、大的密度和柔性范围、硬的主体以及易于安装，其可以在建筑材料工业中用作木质材料和工程木质材料的合适的生态绿色替代物，所述木质材料和工程木质材料例如但不限于成框木料、胶合板、颗粒板、A型定向刨花板(OSB)、B型定向刨花板、C型定向刨花板、中密度纤维板(MDF)、高密度纤维板(HDF)、层板胶合木(胶合层积材)、单板层积材(LVL)、硬木、交叉层压木材(CLT)、结构复合木料(SCL)、层压刨花木料(LSL)、平行刨花木料(PSL)610、木材(Timber)、指接材、高密度贴面胶合板和中密度贴面胶合板(HDO和MDO)。在此类应用中，例如但不限于底层地板、地板、墙面板和屋面板、天花板和甲板覆层、木料、木材、椽、外墙壁骨、檩、顶梁、车库门顶梁、门阻塞物(door jam)、门、顶部装饰线(crown molding)、板条装饰线(batten molding)、框边板(rim board)、壁骨、柱、混凝土形成、壁板(siding)、夹层甲板和家具；此外，在运输工业中，例如对于飞行器作为航空热声绝缘系统、作为船舶、汽车、卡车以及火车的屋顶层、主体层以及芯层。许多种类的材料可以很容易地粘附至其表面。
2.由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的良好的耐火和自熄灭的性能，其可以被用作用于家庭用途、以及用于商业建筑、酒店和其他公共区域中的防火门、防火门填充芯、工字形托梁(I Joist)(梁腹和翼缘)、屋顶桁架、脊梁、地板梁、木料、护板(sheathingboard)、蒸汽浴室木料(sauna timber)、地板以及家具。其还可以被用于成框结构以及用作仿古建筑和寺庙的主要主体。
3.由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的良好的防水和防潮的性能，其可以被制成厨房橱柜、浴室固定装置、柜台面(counter top)以及浴室装饰材料。硬质聚合物填充的泡沫材料片材对于户外工程、海滨设施、道路和桥梁工程以及用于建筑工程的样板也是良好的选择。
4.由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的良好的防腐蚀和防白蚁的性能，其对于工业防腐蚀工程、工业容器、工业储罐、高速公路面板(highway panel)以及仿古建筑修复工程是良好的选择。由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的高的R值和防水特性，其还是作为用于家庭用途的地板或底层地板、壁板、墙装配系统以及屋顶的良好的选择。
5.由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的表面可以在喷雾处理之前，并且由于其非常低的热传递和良好的保温性，其可以用于步入式/独立式冷却器、冷储存绝缘板、冷藏厢式卡车车体、冷藏式半挂牵引拖车、冷冻箱，并且用作酒店及其他建筑的内墙和外墙。
6.由于硬质聚合物填充的泡沫材料片材的优良的绝缘性质和柔性性质，其可以用作热绝缘木料(thermal insulation lumber)、热绝缘片材、热绝缘板、结构绝缘面板、砖或石头绝缘面板、外部绝缘块、作为电器用品的主体、户外变压器的主体以及电路绝缘板等。
7.硬质聚合物填充的泡沫材料片材通过首先热压随后冷压来产生，并且其被容易地雕刻；因此良好地适合于用于三聚氰胺板、三聚氰胺地板、三聚氰胺柜板、多板层压板(polyboard laminate)、橱柜、墙和天花板装饰板、有浮雕图案的墙和天花板装饰板、天花板瓷砖、天花板圆雕饰(ceiling medallion)、织物单板吸声板面板(cloth veneeracoustic soft pack panel)、织物单板隔音硬包吸声板(cloth veneer soundproof hardpack acoustic panel)、广告板、办公家具、娱乐中心、用于电视墙背景屏幕的压花的皮革板以及医院家具。
图1总体上以100图示在硬质聚合物填充的泡沫材料片材的产生中包括的工艺步骤。聚氨酯或橡胶泡沫具有多个孔，所述孔在工艺期间将填充有聚合物，如下文描述的，从而产生硬质聚合物填充的泡沫材料片材。在第一步中，将泡沫切割成根据期望的产品尺寸的形状。在第二步中，使包含ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)聚合物、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)聚合物和PVC(聚氯乙烯)聚合物中的一种或更多种的聚合物的混合物与溶剂混合以产生浆料。另外的成分可以包括木屑、耐火材料例如硅酸钙。泡沫完全被浆料覆盖，并且在一个实施方案中被允许干燥。在下一步中，将聚合物覆盖的泡沫置于加热和压制机器的冲模中。如果存在，将任何溶剂快速地蒸发。ABS在约105℃熔化，PMMA在约165℃熔化，并且PVC在约160℃熔化。当模具被加热至低于170℃的温度时，所有的聚合物成分被软化。因此，在加热过程中，聚合物浆料组合物致密化成多孔片材结构。当在选择的处理时间之后，致密化完成时，硬质聚合物多孔材料片材可以从模具中移出。
PVC具有大量的氯，并且当硬质聚合物填充的泡沫材料片材暴露于火焰时，PVC的降解释放使火焰熄灭的大量的氯，并且从而向硬质聚合物填充的泡沫材料片材提供耐火性质。
图2总体上以200图示硬质聚合物多孔材料片材的显微照片。毫米标记在该图中被示出。多孔聚合物片材的单独的空气室被清楚地看到。此样品是样品A，其具有25cm长度、13cm宽度和1.2cm厚度的尺寸，以及390cc的体积并且称重为77克。因此，此样品A的密度是0.197gm/cc。
图3总体上以300图示用于测量片材导热率的方法。对于不同的工业、和不同的工业最终用途和应用，主题片材可以被制成不同的硬度。配方可以被调整以几乎适合于任何工业应用或最终用途。根据ASTM C518的热流计测试在具有变化的厚度的.145gm/cc和.165gm/cc密度样本上进行，产生R值(见下文)。小室301和小室302被保持在不同的温度，并且测量热流。
ASTM数据结果
发现本发明的样品具有优于玻璃纤维的每英寸R值绝缘性质。另外，还呈现大大不同的材料性质和属性。*测试结果ASTM C518-10(上文)
与其他通常可用的建筑材料相比，不同厚度样本的测量的热性质和R值作为比较基础被示出。
具有相同厚度的本发明相对于普通建筑材料的R值比较
在所有情况下，与可商购的建筑材料的任一种相比，本发明的片材提供较好的R值。本发明的片材还是防火的、防水(吸水率0.81％)的、防白蚁的、隔音的、防酸的，并且是包含100％无甲醛组分的、下一代技术发展水平的生态绿色建筑材料。
声音/声学性质在下文被陈述：
声学性能测试报告：密度.145gm/cc和.165gm/cc
管直径：57mm
阻抗管测试在密度.145gm/cc和.165gm/cc样品上进行。对于每次测试提供三个测试样本。根据ASTM E1050-12，使用管、两个麦克风和数字频率分析系统的用于声学材料的阻抗和吸收的标准测试方法进行测试方法。使用的仪器在下文被陈述。
仪器：
*-注解：此仪器的校准频率是根据制造商建议的每两年
信号处理参数
频率分辨率 1600线
频率跨度 3200赫兹
求平均类型 RMS
平均数 25
开窗函数 汉宁窗
重叠 66.70％
N/A-不适用
将每个样本与样本保持器的开口端平齐安装。在样本和保持器之间存在的任何间隙用石油膏密封。将保持器安装到阻抗管的开口端上。在管中产生随机噪音，并且进行50次测量并且求平均。在测试测量期间监测并且记录空气温度条件、相对湿度条件以及大气压力条件。将样本的结果求平均。计算r/pc、x/pc、gpc、bpc以及法向入射声音吸收系数。
密度.145gm/cc：
样本 描述 厚度(cm) 重量(g)
A 泡沫板 1.875 7.529
B 泡沫板 1.920 7.560
C 泡沫板 1.915 7.560
密度.165gm/cc：
样本 描述 厚度(cm) 重量(g)
A 泡沫板 2.013 24.012
B 泡沫板 2.019 24.591
C 泡沫板 2.019 24.560
密度.145gm/cc：
N/A指示该频率对于相应的管直径是不适用的
密度.165gm/cc
N/A指示该频率对于相应的管直径是不适用的
确定样品的物理性质，如下文的.145gm/cc密度所陈述的：
主题起泡板可以被制造成标准建筑板尺寸，以及任何标准木料尺寸规格。例如，形成起泡板的模具和机器通常以1220mm×2440mm(48英寸×96英寸)的标准尺寸是可用的。因此，变量是模具的厚度，模具的厚度又产生不同厚度的板坯(slab)。在成品板坯已经从模具中移出之后，根据需要和应用，板可以被切割成建筑板尺寸或木料尺寸。
图4以400图示根据ASTM C 36的具有.145gm/cc密度的硬质聚合物多孔片材的硬度测量。该图示出测试设置和压痕。硬度测试在五个4英寸×4英寸样本上进行。使用Instron通用测试机(ICN：005741)以0.10in/min的速率通过2英寸直径的球，将压缩负载应用至每个样本，直到产生0.250英寸的样品穿入。
硬度结果
.145克/cc密度 厚度(英寸) 硬度(lbf)
平均值 0.7542 281
ASTM C 367-进行横向强度测试。将具有.145克/cc的密度的五个3英寸×14英寸×0.750英寸样本从提交的面板中在机器方向上切割，并且将另五个在交叉方向上切割。使用12英寸(×0.001英寸)数字卡尺(ICN：004722)来测量测试样本尺寸。将样本固定在使用三点弯曲负载设置的Instron型号3369通用测试机(ICN：005740)中。将测试样本以12英寸的跨度支撑。加载鼻状物(loading nose)和支撑棒(support rod)的直径是1.25英寸。将样本以0.50in/min的速率加载，直到实现峰值负载或达到3.5英寸的偏转。如由图5图示的，样本呈现超过110°的优良的柔性。在加载过程期间，使用测试机器的十字头运动连续地记录中跨度偏转。
横向强度结果
ASTM C 367-进行脆性测试。使用Mettler Toledo分析天平(ICN：003449)称量十二个1英寸×1英寸×0.750英寸样本，并且连同二十四个3/4”橡木立方体置于橡木脆性转鼓(oak friability tumbler)中。将转鼓封闭以防止测试材料喷射出并且将转鼓围绕其轴以60rpm的速率旋转持续10分钟。然后，将样品组从转鼓中移出并且为了质量损失而称重。然后，将它们再插入到转鼓中，先前的碎片不移出，并且该机械装置操作持续另外的10分钟。在第二个10分钟结束时，将样品移出并且再称重，产生最终的质量损失。
脆性测试结果
图5以500图示硬质聚合物多孔片材的弯曲。将样品可倒转地(reversibly)弯曲至110°，而没有裂缝。其代表可以挠曲至超过120度的角度并且然后恢复至其原始形状而没有其外观或刚性的任何破裂、断裂或外部裂纹的、用于干墙或墙装配护板的仅有的建筑板。
标记为样品B的其他测试样品具有25cm长度、15cm宽度和2cm厚度的尺寸，以及750cc的体积并且称重为275克。因此，此样品B的密度是0.367gm/cc。第三样品，样品C具有24.5cm长度、12cm宽度和0.5cm厚度的尺寸，以及147cc的体积并且称重为275克。因此，此样品C的密度是0.558gm/cc。清楚地，硬质聚合物多孔片材制造工艺，例如在片材的模制期间添加的浆料的量、模具的温度以及应用的压力，确定密度。此外，在片材上的装饰性结构的存在增加形成的片材的硬度和密度两者。
墙装配系统-本发明的起泡板复合材料墙装配系统和起泡板有关的产品消除或大大地降低墙装配的“热桥”和“成框因数”，并且贯穿全部墙装配系统和围护结构实现114.33％的R值增加(使用加利福尼亚能源委员会(California Energy Commission)的25％成框因数)，产生热突变区(thermal break)和耐热性的均匀的增加。
热桥，还称为冷桥，是绕开围护结构的主绝缘的不想要的热流的路径。热桥是热传递的基础，其中通过高度传导性的或非绝缘的材料对绝缘层的穿透在建筑装配(还称为建筑外壳、围护结构或热封套(thermal envelope))的内部环境(或调节的空间(conditionedspace))和外部环境之间的间隔发生。将良好的导体与良好的绝缘平行地放置常被称为“热桥”，因为其提供绕开主要绝缘的热流的路径。
围护结构内的能量损失通过两种力传导(force conduction)和对流发生。传导是通过固体材料的热的传递，这是绝缘被设计要防止的，并且是在普通家庭(average home)中的热或冷却损失的60％的原因。对流是通过在家庭的墙和屋顶中的间隙的空气的传递。外面的空气泄漏到家庭中或空气渗入，是在普通家庭中的热或冷却损失的40％的原因。
木质框架家庭依赖于以规律的间隔的被称为壁骨的空间木料(dimensionallumber)以提供结构支撑。木料是非常差的绝缘体，并且形成热可以通过传导通过的、从家庭外部到家庭内部的热桥。门框、钢壁骨和木质或金属窗框也是常见的热桥。
热桥周围的绝缘在防止由于热桥引起的热损失或增益几乎没有帮助；桥接必须被消除，用减小的横截面或用具有更好的绝缘性质的材料，或用安装在金属部件之间的具有低的导热性的一段材料改造，以阻滞通过墙装配或窗装配的热的通过，被称为热突变区。
图6a和6b图示通过壁骨的热桥和能量损失。图7a和7b图示成框因数概念。
包含本发明材料的起泡板复合材料墙装配系统和起泡板有关的产品在发生于围护结构的墙装配中的热桥中产生热突变区，导致墙装配系统和围护结构的R值114.33％增加。(见下文墙装配R值)。
计算墙装配R值*(标准2x4墙装配)
*此实例仅用于木质框架构造。钢壁骨是更复杂的计算
式：装配R值＝1/(装配U-值)＝1/(U-壁骨x％+U-空腔x％)
(加利福尼亚能源部25％框架因数)
*使用本发明材料的起泡板墙装配系统导致总墙装配R-值从12.07增加到25.87，这是114.33％的增加。
本发明的起泡板复合材料墙装配系统和起泡板有关的产品通过应用其具有优越的行业领先的R-值的复合材料，将围护结构中的热桥和成框因数消除或减小至可测量的不明显的分数，以贯穿全部墙装配系统实现均匀的耐热性。
术语“成框因数”被广泛地用于表示由框架构件占据的总墙面积的百分比。墙、屋顶或地板的框架降低其绝缘的R-值的程度被称为其“成框因数”。其仅仅是当热桥发生并且热流通过传导通过围护结构的木质框架或钢框架产生时R-值降低的百分比。墙结构中的框架构件越多，成框因数越高。钢壁骨组件通常具有50％及以上的成框因数，而木质框架通常更接近25％。例如，具有R-20绝缘和25％的成框因数的墙将具有R-15的总绝缘值。
根据2002年报告，可以发现在2001年加利福尼亚的住宅墙中高达27％的成框因数。在2003年，ASHRAE的研究发现对于美国家庭25％成框因数的平均值。这些研究的结果证明在住宅墙的某些配置中对成框因数和绝缘缺陷的明显的灵敏度。
与加利福尼亚能源委员会的能源模态工程报告(Energy modal Engineeringreport)一致，在此报告中的所有墙组件具有约27％的成框因数(1)。熟知的是，框架构件(如木质型材(wood profile)或钢型材)的存在降低墙系统的R-值。此效果的量度被称为墙的成框因数系数“F”，该成框因数系数使用包含清楚的墙R-值(clear-wall R-Value)Rcw以及空腔中心R-值(center-of-cavity R-Value)Rn的以下简单表达来计算：f＝[1-Rcw/Rn]*100。
本发明密度.145gm/cc是可以挠曲至超过130度的角度并且然后恢复至其原始形状而没有其外观或刚性的任何破裂、断裂或外部裂纹的仅有的建筑板。(.145gm/cc密度)某些混凝土柔性水泥板在市场上是可得的。然而，柔性水泥板仅可以挠曲约20度，并且不是热绝缘体。本发明的起泡板是具有多种应用和在建筑材料行业中无可匹敌的柔性的领先的绝缘体。
鹰式美国成框系统(Eagle America Framing System)-普通木质和工程木料特别地易于湿度诱导的吸水，这导致当没有分配湿度膨胀的空间时，产生面板和地板的起皱(Buckling)、隆起面(Crowning)以及翘成杯形(Cupping)。使用“平台框架(platformframing)”和标准化的空间木料的轻框架构造(light-frame construction)已经成为北美的主要构造方法。此类轻框架结构通常从硬质面板(胶合板和其他胶合板样复合材料例如定向刨花板(OSB))获得强度。然而，由于普通木材和工程木材的湿度溶胀性质，当在框架结构中安装底层地板、地板、墙、天花板以及屋顶时，必须在面板之间插入“用于木材溶胀的1/8”安装间隙余量”。
以145.28kg/m3密度，根据ASTM C 367湿度测试，将本发明在32℃和90％相对湿度调节持续17小时，并且然后是在23℃和50％的相对湿度的6小时“湿”回收时间段。导致在90％湿度每英寸0.033的偏转，并且当降低至50％相对湿度时，每英寸0.037的恢复。
本发明的最小吸水率与普通的和工程的木质建筑材料属性直接相对(directopposition)，并且当在框架结构中安装底层地板、地板、墙、天花板以及屋顶时，消除在面板之间的用于木材溶胀的“1/8”安装间隙余量，并且消除接着发生的与湿度膨胀相关的建筑缺点。
“1/8”间隙的消除产生了框架结构的全新的方法，并且被称为“鹰式美国成框系统”。
本发明的“鹰式美国成框系统”通过消除用于木材溶胀的1/8”间隙余量，区分自身与普通建筑材料和标准“平台”框架结构。当根据本发明装配时，所述面板可以彼此平齐对接，这增加总结构稳定性。此外，由于(i)1/8”间隙的消除，以及(ii)呈片材或木料形式的本发明相对于普通木质建筑材料以及木质有关的建筑材料的增加的热绝缘性质，该系统有效地将结构密封而不受潮湿、空气渗透以及自然通风，消除害虫通路，增加框架结构的总强度，并且将来自热桥的能量损失消除或降低至可测量的不明显分数。
在已经以相当全面的细节如此描述本发明的情况下，将理解的是，这样的细节不需要严格地遵守，而是另外的改变和修改可以被本领域技术人员想到，所有这些改变和修改落在由所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (30)

1.一种基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，包括：
a)基于聚氯乙烯的超细颗粒的组合物、非邻苯二甲酸酯增塑剂、具有非常接近聚氯乙烯的超细颗粒的软化点的分解温度的起泡剂、热稳定剂的聚合物混合物浆料，并且所述浆料被进料至具有产生的片材的期望的厚度的约两倍的高度的模具；
b)所述模具是无装饰的或具有装饰性结构；
c)所述模具被加热并且经受高压以允许将所述聚合物混合物浆料压实为具有约0.16克/cc至0.66克/cc或10％至40％的固体PVC的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔片材；
d)从所述模具中移出所述硬质聚合物多孔片材；
由此，所述聚合物混合物浆料的所述压实产生具有封闭的空气室的硬质聚合物多孔片材，所述硬质聚合物多孔片材提供增强的耐热性和声音衰减性质，用于建筑构造、航空或其他工业以及装饰应用。
2.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述基于聚氯乙烯的超细颗粒的组合物包含在从2％至30％的范围内的量的聚乙酸乙烯酯。
3.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述非邻苯二甲酸酯增塑剂是1,2-环己烷二甲酸二异壬酯(DINCH)。
4.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述起泡剂是偶氮二甲酰胺。
5.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述浆料具有使所述超细颗粒润湿的丙醇。
6.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述浆料具有在使所述超细颗粒润湿的水介质中的阴离子型表面活性剂。
7.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述聚合物混合物另外包含木屑和耐火化学品。
8.如权利要求3所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，其中所述耐火化学品是硅酸钙。
9.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，由于所述片材的增加的热绝缘性质和弯曲性质，所述片材适合于用作墙板、护板、室内装修板、底层地板、地板、墙面板和屋面板、天花板和甲板覆层、木料、木材、椽、外墙体壁骨、檩、顶梁、脊梁、地板梁、车库门顶梁、工字形托梁(梁腹和翼缘)、屋顶桁架、门阻塞物、门、顶部装饰线、板条装饰线、框边板、壁骨、柱、混凝土形成、壁板、蒸汽浴室木料、家具、办公家具、娱乐中心、夹层甲板、三聚氰胺板、三聚氰胺地板、三聚氰胺柜板、多板层压板、橱柜、家具、天花板瓷砖、天花板圆雕饰、织物单板软包吸声板、织物单板隔音硬包吸声板、墙和天花板装饰板、有浮雕图案的墙和天花板装饰板、浴室固定装置、柜台面、防火门填充芯、用于电视墙背景屏幕的压花的皮革面板、海运和船应用、汽车和火车应用、工业容器、工业储罐、冷藏厢式卡车车体、冷藏式牵引拖车、航空热声绝缘系统、成框结构以及用于墙装配系统。
10.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，由于所述片材的增加的热绝缘性质，所述片材适合于用作地板材料、热绝缘木料、热绝缘片材、热绝缘板、砖或石头绝缘面板、外部绝缘块、结构绝缘面板、步入式/独立式冷却器、冷储存绝缘板以及壁板。
11.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，由于所述片材的增加的强度、弯曲能力和热绝缘性质，所述片材适合于用作建筑板或木料。
12.如权利要求1所述的基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材，由于所述片材的增加的强度、弯曲能力、可涂漆性和热绝缘性质，所述片材适合于用作门、高速公路面板以及用于窗和门的框架。
13.一种用于形成基于硬质聚氯乙烯的聚合物多孔材料片材的方法，包括以下步骤：
a)选择模具，所述模具具有与所述期望的片材相同的长度和宽度，但具有相比于硬质聚合物多孔片材的期望的厚度的两倍的高度；
b)将聚合物浆料混合物进料至所述模具，所述聚合物浆料混合物包含通过促使聚氯乙烯的超细颗粒通过表面张力接触的溶液被润湿的聚氯乙烯的超细颗粒、增塑剂、起泡剂以及热稳定剂；
c)在低于190℃在压力下加热所述模具，由此所述聚合物浆料混合物被压实以形成具有在从约85％至约98％的范围内的密度的硬质聚合物多孔片材；以及
d)从所述模具中移出所述硬质聚合物多孔片材；
由此在所述硬质聚合物多孔片材中的封闭的空气室的存在提供增强的热绝缘性质和声音衰减性质。
14.如权利要求9所述的形成硬质聚合物多孔材料片材的方法，其中在被进料至所述模具之后并且在热和压力的应用之前，所述聚合物浆料被干燥。
15.一种墙装配系统，包含权利要求1所述的硬质聚合物多孔材料片材。
16.一种墙装配系统，包含由权利要求9所述的方法形成的所述硬质聚合物多孔木料。
17.一种墙装配系统，包含如权利要求1所述的硬质聚合物多孔材料片材，其中所述片材具有在1/2”-11/2”之间的范围的厚度和在1.96至6.05之间的范围的R-值。
18.一种成框系统，其中所有的护板片材、天花板片材、屋顶片材和地板片材相对于彼此平齐对接，从而消除对于用于湿度溶胀的1/8”膨胀间隙余量的需要。
19.一种墙装配系统，包含如权利要求1所述的硬质聚合物多孔材料片材，其中所述片材用于航空声热绝缘系统。
20.一种墙系统，所述墙系统包含硬质聚合物多孔材料片材，所述墙系统包括：
a)聚合物小片和添加剂的聚合物混合物浆料，其进料至具有产生的片材的期望的厚度的约两倍的高度的模具；
b)所述模具是无装饰的或具有装饰性结构；
c)所述模具被加热并且经受高压以允许将所述聚合物混合物浆料压实为具有约10％至40％的固体PVC的硬质聚合物多孔片材；
d)从所述模具中移出所述硬质聚合物多孔片材；
由此，所述聚合物混合物的所述压实产生具有封闭的空气室的硬质聚合物多孔片材，所述硬质聚合物多孔片材提供增强的耐热性和声音衰减性质，用于形成所述墙系统并且具有用于建筑构造、航空学以及装饰应用的应用。
21.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材具有高的挠曲范围。
22.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材能够以超过130度的角度挠曲而在其外观或刚性方面没有任何破裂、断裂或外部裂纹。
23.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材具有在1/2”-11/2”之间的范围的厚度和在1.96至6.05之间的范围的R-值。
24.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材具有在从0.03-0.17(250Hz-2000Hz)的范围内的声吸收。
25.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材是耐火的。
26.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材是耐碱的。
27.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材是耐害虫的。
28.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材具有小于1％的吸水率。
29.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材呈现固体聚氯乙烯片材的5％至98％的密度变化。
30.如权利要求20所述的墙系统，其中所述片材是木质建筑材料、工程木质建筑材料和木质有关的产品的合适的生态绿色替代物，所述木质建筑材料、工程木质建筑材料和木质有关的产品包括成框木料、胶合板、颗粒板、A型定向刨花板(OSB)、B型定向刨花板、C型定向刨花板、中密度纤维板(MDF)、高密度纤维板(HDF)、层板胶合木(胶合层积材)、单板层积材(LVL)、硬木、交叉层压木材(CLT)、结构复合木料(SCL)、层压刨花木料(LSL)、平行刨花木料(PSL)、木材、指接材、高密度贴面胶合板和中密度贴面胶合板(HDO和MDO)。
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