CN108138488A - 多层层压板 - Google Patents

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佩德罗·阿曼龙
约珥·皮涅罗
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Flunetway Engineering Consulting Co
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Abstract

提供了一种多层层压板，其包括第一层石材基材料和第二层低密度的异种材料，并插入一层或多层树脂浸渍纤维。所述异种材料包括软木或软木的衍生物，并且所述石材基材料层的厚度为约2mm至约50mm。还提供了一种用于生产该板的方法。发现该板可用作各种内部和外部应用的涂层。还提供了一种包括固定装置的板和用于将固定装置粘接到该板上的方法。

Description

多层层压板
技术领域
本发明涉及多层层压板、其生产方法及其在许多应用领域的用途，所述用途包括作为用于内部和外部使用的石材涂层，例如用于建筑物中的墙壁、地板和天花板，以及家具和装饰元素。
背景技术
用石材和衍生产品制造的涂层和覆盖物行业一直在增加其对更轻、更多功能的系统的兴趣和需求，除其他方面之外，这些系统允许较少的侵入性支撑结构，并也希望为这些材料提供改进的隔热和隔音性能。另一方面，当前与这些材料的运输相关的成本(特别是考虑到大多数使用的运输工具所强制的重量限制)阻碍了世界范围内的石材利用率的提高。因此，尽管薄石块的使用在技术上已成为可行，但鉴于石材和衍生物所表现出的脆性，难以实施。目前，这一厚度减少所需的工业加工以及其应用中所固有的困难，需要耗费大量时间，而且成本太高，无法与替代材料竞争。
背景技术
目前可用的多层复合材料解决方案通常使用蜂窝夹层结构(金属或塑料)或其它塑料材料芯，以及金属界面或浸渍纤维以促进不同层之间的粘合。
Forzastone LLC US的于2014年1月28日公布的名称为“Composite StonePanels”的加拿大专利CA 02840850，公开了一种具有石材表面的夹层板，其使用两块铝板与聚乙烯芯组合。
Fabiano Fulvi的于2011年6月23日公布的名称为“Method for reinforcedstone slabs by means of a honeycomb panel including means the simultaneousconstruction of the honeycomb panel”的PCT专利申请WO 2012000893，公开了一种制造用蜂窝状物(无表皮)增强的石材板片的方法，其中表皮在增强过程中放置和固化。
Stone Panels International Limited的于1991年7月11日公布的名称为“Methods for manufacturing composite surface elements”的PCT专利申请WO9109733，公开了一种石板，该石板在两侧上用纤维织物、一层多孔隙轻质材料和外表皮增强，其通过对称平面分成两部分。
这些解决方案具有一些损害其在市场上实施的特点。石材和金属之间的不相容性损害了不同层之间的粘合，迫使使用较厚的粘合物质(这阻碍了沿表面的均匀化)并且还要求在生产过程中施加较高的压力。
更详细地说，石材或增强层表面的不均匀形貌需要较高的压缩载荷以将表面结合在一起和/或较厚的粘合层以适应该形貌错配。相反，在本文描述的板材的情况下，软木基层在更低的压缩载荷下屈服，因此有利地在其任一侧上适应任何这种表面突起。
而且，背景技术中公开的多层复合材料的高刚性和低回弹性阻碍了变形后原始几何形状的恢复。
此外，石材和衍生材料的工业加工涉及在石材层中引起相当高的应力和应变的操作(表面处理、切割、储存条件和运输)，这通常导致这些类型的已知板产品的翘曲或过早开裂。
另外，从吸收冲击能量的能力的角度来看，蜂窝结构具有缺点。具体而言，其结构大大增加了刚度，但没有吸收冲击能量的能力。类似地，来自低速冲击的牵引振动会在石材表面产生裂纹。
发明内容
本发明允许使用构造在层压复合板上的石材或石材衍生材料的薄层，其设计和制造方法提供了一种机械、热学和声学特性优于等厚度的相同石材的层(见图1)。
通常，根据应用或使用情况，目前使用的石镶板的厚度在10-50mm之间变化，例如对于通风外墙板(外部使用)为30-50mm，对于地板和墙面覆盖物(内部使用)为10-30mm。
此外，本文公开的用于石材基材料的增强技术减少了石材的浪费(该减少与典型的厚度减小操作相关)，并且为建筑应用提供了具有减小的重量/尺寸比的独立式板(见图2)。
有利地，将本发明的板切削成需要的尺寸并制造，以便：
-脆性材料(即石材或衍生材料)在使用中被机械加载时受到压应力，从而利用其更好的机械性能。
更详细地，当材料受到弯曲载荷时，材料的凹形区域处于压应力下，而材料的相对凸形区域处于拉应力下。这两个区域被称为中性轴的零应力线分开。本文公开的多层层压板的构造和尺寸设计成使得处于从外露的石材表面施加的弯曲载荷下的中性轴位于石材基层的外部(并且优选位于石材层粘接的软木基层中)，使该石材层处于压缩状态，因此强度更大。
-在各层之间确保均匀的粘合，以便提供多层板产品的均匀行为并防止石材或石材衍生材料层的突然分离，同时确保应变传递到板材的更具弹性的层(即软木或软木衍生物基层)；
-该板产品显示出足够的刚性，可用于各种结构应用；
-通过引入软木基材料层来提供石材或石材衍生材料的隔热和隔音特性的显著改进；
-在结构载荷作用下在脆性石材或衍生材料中观察到了剪切应力的减小，从而最大限度地减少由于其脆性本质造成的失效并增加其对循环应力的抵抗力。因此，本文公开的板产品满足其在各种结构应用中实施的更高的安全性要求。
本发明的第一方面提供了一种多层层压板，其特征在于，包括第一层石材基材料和第二层低密度的异种材料，并插入一层或多层树脂浸渍纤维，并配置为使得当该板被机械加载(特别是从所述第一层的外露表面加载)时，所述第一层处于压缩状态，并且被支撑在两个或多个锚固点上。所述异种材料包括软木或软木的衍生物，并且所述石材基材料层的厚度为约2mm至约50mm。
还提供一种多层层压板，其包括厚度为2mm至50mm的第一层石材基材料和第二层低密度的异种材料(包括软木或软木的衍生物)，并插入一层或多层树脂浸渍纤维。
本发明的另一方面提供一种用于生产如上所述的多层层压板的方法，其包括以下步骤：
(1)提供厚度为约2mm至约50mm的石材基材料层；
(2)提供包括软木或软木衍生物的低密度的异种材料层；以及
(3)通过插入在所述石材基材料层和异种材料层之间的树脂浸渍纤维层将所述石材基材料层粘接到所述异种材料层上。
本发明的另一个方面提供一种包括固定装置的多层层压板，其中所述板如上所述并且其中所述固定装置位于孔中，所述孔穿过所述至少一层异种材料和所述至少一层树脂浸渍纤维延伸至所述石材基材料层的表面，所述至少一层树脂浸渍纤维粘接到所述石材基材料层上，并且其中所述固定装置用树脂固定在所述孔的位置中。
更进一步的方面包括上述板作为内部或外部涂层的用途；以及选自包括上述板的墙壁、地板、天花板、门框、窗框、通风板、家具或装饰建筑元素的物品。
本发明还提供一种用于将固定装置粘接到如上定义的多层层压板上的方法，其包括：
(1)在所述板中形成孔，该孔穿过至少一层异种材料和至少一层树脂浸渍纤维延伸到石材基材料层表面，所述树脂浸渍纤维粘接到所述石材基材料层上；
(2)将固定装置放置在所述孔中；以及
(3)在步骤(2)之前或在步骤(2)之后，或者在步骤(2)之前和之后，将树脂引入所述孔中。
附图说明
图1和2示出了本发明的多层层压板。
关于单位面积质量(图3)、最大载荷和单位载荷(图4)以及最大弯曲阻力和单位弯曲阻力(图5)，图3、4和5示出了在本发明的多层层压板和石灰石板上进行的各种比较测试的结果。在这些图中，石灰石板被标识为“calc 10mm”和“calc 30mm”。多层板被标识为“Lam5mm calc”和“Lam 10mm calc”，每个分别包含5mm和10mm的石灰石层。
图6示出了本发明的板的跨中挠度相对于施加载荷的曲线。
图7示出了本发明的板的跨中挠度相对于弯曲阻力的曲线。
具体实施方式
概览
本文公开的经石材基表面处理的轻质层压板允许将用作表面处理的材料的脆性行为转化为非线性弹性行为。这种行为源于板层之间的配置和布置，以确保不同层之间的应力的均匀传递以及脆性材料中的压缩状态。
所公开的多层板包括用于表面处理的石材或衍生材料层，具有不同性能且源自软木或其衍生物的另一材料层，以及一层或多层用树脂浸渍的纤维，该树脂通常以液体形式提供，然后固化，将各层之间连接(即粘接)为单个板。
当与用于结构应用的具有足够厚度的单层石材或衍生材料(例如，对于外部应用大约30mm或对于内部应用大约10mm)相比时，由本文公开的多层复合板提供的改进性能如下：
-机械强度特性的增加：
对于相同的石材厚度(例如10mm)，已观察到弯曲强度增加至少约2倍。此外，已观察到断裂时的最大载荷相应增加至少约或超过约7倍，优选至少约或超过约10倍，最优选地约20倍或甚至更多，通常根据所用石材类型而变化。这些参数是根据ASTM C293测定的。
例如将约30mm厚的石材板坯与具有包括约10mm石材厚度和约10mm软木聚集体芯层的多层板配置相比，本文所公开的板的机械强度特性的提高也是明显的，由于观察到质量减少约三倍，但也观察到弯曲强度增加约两倍以上。
-最大单位载荷的增加：
与可比的石材板坯测定的结果相比较，多层板的最大载荷与每平方米质量的比率增加超过约2倍，优选超过约3倍，最优选约5倍，这通常根据所用石材类型而变化。例如，当将大约30mm厚度的石材板坯与根据本公开的具有约10mm石材厚度背衬为约10mm软木聚集体芯的板相比时，观察到了这种增加。根据ASTM C293进行的测定，计算了最大单位载荷。
-隔热能力的提高：
根据ASTM C1363的计算，已经发现使用软木或软木衍生物材料提高了本文公开的板的隔热能力，与标准石板相比，导热系数降低至少约50倍。已经观察到，这种对层压板的隔热能力的影响通常随着软木或衍生材料层厚度以及因此相关的热阻的增加而增加，因为石材通常具有约2至约7W/mK的导热系数，而软木和软木衍生物(例如，软木聚集体)通常具有约0.030至约0.040W/mK(例如约0.032至约0.036W/mK)的导热系数。另外，薄纤维增强树脂层有利地增加了额外的隔热能力。通常，根据ASTM C976所测定的，该多层板具有小于约5W/m2K的传热系数。
-冲击声隔音能力的提高：
已经发现，使用软木或软木衍生材料提高了本文公开的板的隔音指数(根据ISO/CD 16251-1所测定)，与标准石板相比提高了约3倍，或者最有利地，提高了约5倍。已经发现，这种效果主要取决于软木芯的绝缘性能和厚度。该板通常具有至少约10dB的隔音指数，更优选地大于约10dB，例如约15dB或更大。例如，厚度为30mm的石材板坯的隔音指数为大约3至大约5dB，相比之下，背衬为10mm软木聚集体芯的10mm石材厚度的板具有大约15dB的隔音指数。
-抗冲击性和能量吸收的提高:
根据EN 14158进行的抗冲击性和能量吸收测定揭示了，这些性能提高约3倍以上。例如，对于约30mm厚度的石材板坯，1kg自由落体质量所测得的抗冲击性在约40至约65cm的范围内，在该平面范围以上，板坯发生灾难性地破裂。相反，使用约5mm和10mm厚度的相同石材的板，每个板具有约10mm的软木聚集体背部增强物，其已经被测定为具有明显更大的抗冲击性，分别为约150-180cm和约190-220cm。
-石材或石材衍生材料的柔性的增加：
已经发现，本文公开的板表现出不断裂的非线性弹性变形。使用如下所述的视频应变测量技术已经观察到并且量化了这种行为。该板的这种弹性变形远远超过所观察到的标准板坯形式的石材和石材衍生材料的最大变形。
更详细地，本文公开的板通常具有板厚度的约两倍或两倍以上的极限挠度。极限挠度是该板发生破裂，即断裂处，挠曲或弯曲的距离。如下面更详细的描述，通过视频图像相关(VIC)使用由样品厚度和中跨点的每侧+/-5mm限定的区域(总共10mm的样品宽度)来测量挠度，该区域内的总点数在1000和1200之间。所观察到的极限挠度是弯曲测试中使用的跨长(即支撑元件之间的距离，也称为“支撑跨度”)的函数。根据通常在用于弯曲测试的ASTM标准中报道的支撑跨度，在本文报道的测试中，使用了大约250mm的支撑跨度。支撑件彼此的间距更远将允许更大的极限挠度。
更具体地，本文公开的板对于约250mm的跨长的极限挠度为板厚度的约0.2倍至约2.0倍，更优选约0.3倍至约2.0倍，甚至更优选约0.35倍至约2.0倍，例如约0.5倍至约2.0倍，或约0.8倍至约2.0倍，或约1.2倍至约2.0倍，或约1.5倍至约2.0倍，或约1.8倍至约2.0倍；最优选地极限挠度为板厚度的约2.0倍或更大。
例如，已经发现，具有约5或10mm石材层厚度并包括约10mm软木聚集体芯的板，在约250mm的跨长上展现出板总厚度的约0.35至约2倍的极限挠度。已经发现，当与具有与上述板的表面处理层相同厚度(例如，10mm)的石材板坯相比时，根据石材类型，本文所述的板的断裂挠度增加大于约10至20倍或更多。最有利地，对于高达该极限挠度的至少约90％的挠度，观察到了板的大量的形状恢复(即，恢复至少约88％的板的原始形状，更优选至少约90％，甚至更优选地至少约95％，高达约100％)。这是本文描述的板一个的特别有益的特征。
图6和图7进一步说明了本文公开的板的这种有利的弹性变形行为，其分别绘制了跨中挠度(mm)相对与载荷(N)以及跨中挠度相对于弯曲阻力(MPa；根据ASTM C293所测定的)的曲线。跨中挠度是在弯曲测试中测量的变量，其根据所施加的载荷在零和破裂载荷处观察到的极限挠度之间变化。图6和图7报道了包含约5mm海白色石灰石层和约10mm软木聚集体层(来自葡萄牙Mozelos VFR的Amorim Cork Composites的NL20)以及两层环氧树脂浸渍的玻璃纤维层(该环氧树脂是法国Eguilles的Resoltech S.A.R.L.的Resotech 1050)的板的性能。第一纤维层包括双轴玻璃织物，该双轴玻璃织物由两个位于0度和90度的单向取向的玻璃纤维的织物层组成，并且具有约600g/m2的比质量；第二纤维层包括具有约300g/m2的比质量的哔叽织物。
用于观察本文公开的板的这种弹性变形的视频应变测定技术使用视频图像相关性(VIC)。VIC是一个通过图像比较来对应变和运动都进行测定和可视化的系统。它基于数字图像相关性提供了全域、二维或三维的形状、位移和应变测定。利用该方法，测定了实际的物体运动，在样品表面的每一点上都可以得到拉格朗日应变张量。
该系统由一台或两台摄像机(分别用于2D或3D分析)以及软件组成，摄像机可在机械测试(即，板的挠曲或弯曲变形)期间捕获图像，软件则基于图像像素的映射和监测来建立相关性。利用该设备，可以通过跟踪摄像机提供的图像中的像素，非常准确地记录样品的每个点上的位移。然后使用相关软件分析如此获得的数据，从而提供关于弯曲测试期间结构中发生的情况的非常精确的信息。
根据本发明的板容易制造，因为它们的生产有利地与目前石材加工工业中可用的技术兼容。即：
-与非常广泛的石材和衍生物的相容性，其通常获得约0.1至约30μm的平均表面粗糙度(Ra)(根据标准表面形貌技术测定)，并通常呈现大于约0.01％的开孔率(根据EN1936测定)。这些特性是大多数石材和根据现有技术加工的板坯的表面粗糙度值的典型特性。
-与目前生产的板坯尺寸(例如，约3500mm的长度和宽度以及约10-50mm的厚度)的相容性，以及使用常规表面处理方法(例如，研磨和抛光)将石材或衍生材料层减薄至约2mm厚的可能性。
-与石材加工行业已知的用于背部增强和表面处理的树脂应用和固化方法的相容性。
在本文所述的多层层压板中，一个或多个石材或石材衍生物层具有约2mm至约50mm，优选约2mm至约40mm，更优选约2mm至约30mm，更优选约2mm至约20mm，甚至更优选约2mm至约15mm的厚度。石材基层的进一步优选厚度范围包括约2mm至约10mm，约5mm至约15mm和约10mm至约20mm。最优选地，该至少一个石材基层的厚度为约2mm，约5mm，约10mm或约15mm。
本文所述的板产品的整体厚度通常为约5mm至约60mm，优选约5mm至约50mm，更优选约5mm至约45mm。也可以为其他整体厚度，这取决于整体结构中包括的各个层以及板的预期应用。
该板包括一层或多层用树脂浸渍的纤维，其中每一层的厚度通常为约0.5至约5mm，例如约0.5至约2.0mm。
此外，包含在多层板中的、具有基于软木或衍生自软木的特性的一层或多层材料的厚度通常为约1mm至约50mm，更优选为约3mm至约40mm，还更优选为约5mm至约30mm，或为约5mm至约25mm，或为约5mm至约20mm，其中软木基层的厚度为约5mm至约15mm，例如特别优选为约10mm。
除了本文详述的尺寸之外，该技术可根据需要适应于其他尺寸，例如根据该板预期的特定最终应用的要求。
本发明板的上述特性主要通过各种组成部分的具体选择，以及它们在多层层压板中的布置和尺寸设计以及由制造方法影响的不同层的连接来实现。所述技术提供了新的多层层压材料，其满足或超越了目前使用天然石材或其衍生物的应用的技术要求。此外，该多层材料可以适用于不同的结构产品(例如通风外墙板)或装饰物，包括所有类型的内部和外部涂层/覆盖物、地板、地板材料、桌子和台面，以及用于例如窗户、门和砖石的框架结构。
因此，除了与轻质石板的应用相关的优点(例如，减轻重量和增加尺寸)之外，根据本发明的板具有以下独特优点：i)显著更高的机械柔性和适应弯曲并恢复到原始形状的能力；ii)增强的抗冲击性和能量吸收；和iii)由使用软木或衍生物材料引起的优异的隔热和隔音性能。
层压板的力学行为
材料的弯曲引起应力梯度，该应力梯度在材料的每个表面上的最大拉应力与最大压应力之间变化。所谓的“中性轴”定义了将拉应力与压应力分开的对应于零应力的位置。
根据弯曲梁的经典理论，对于具有用于拉应力和压应力的恒定杨氏模量的均匀材料，中性轴与中线重合。然而，在具有不同层的复合材料上，可通过调整每种材料的厚度并考虑其杨氏模量来移动中性轴。
对于本文公开的多层板，并且如已经讨论的，中性线总是位于提供石材基表面处理的材料层的外部，并且优选地位于软木基层中。它符合以下关系式：
h2＝h√γ/(1+√γ)
其中，h2为提供表面处理的材料层的最大厚度(mm)；h为层压板的总厚度(mm)；γ为拉伸杨氏模量(ET)和压缩杨氏模量(Ec)的比率，以上均根据ASTM C293测定。
在本发明的层压多层复合材料的情况下，单独测试时，用作表面处理材料的石材基材料与其对压应力的响应相比对拉应力表现出较差响应。阈值应力通常约低7至10倍。因此，优化包含在当前所述的板中的层的厚度，以使表面处理材料主要承受压应力。然而，为了产生这种期望效果，还需要考虑各层的特性如何彼此相关。因此，本发明的多层层压板提供了具有有利机械性能的优化石材基材料。
材料
最有潜力用在所公开的板中的表面处理材料是天然石材。一般来说，类岩石源材料根据它们的物理、化学和微观结构特征而表现不同。使用根据本发明的设计和制造方法，可扩展大多数材料的应用，因为基本上克服了由不良机械性能(即，拉伸强度、剪切强度或抗冲击性)引起的限制。
特别适用于多层板的天然石材类型包括通常用于石镶板应用的天然石材类型，例如石灰石、大理石、包括片麻岩和伟晶岩的花岗岩、包括板岩和石英岩的片岩以及合成石。
对于至少一层软木或软木衍生材料，可以使用天然或工业加工的材料，其密度(根据ASTM C271所测量)通常为约30至约1500kg/m3，优选为约100至约400kg/m3。特别优选的材料的密度为约110至约350kg/m3，甚至更优选约115至约300kg/m3，或约120至约250kg/m3，例如约120kg/m3、200kg/m3或250kg/m3。
优选的软木基材料具有约0.1至约1.0MPa，优选约0.2至约0.8MPa，还更优选约0.3至约0.6MPa，例如约0.3MPa、0.5MPa或0.6MPa的压缩强度(根据ASTM C365所测量)。
优选的软木基材料具有约3.0至约10.0MPa，更优选约4.0至约8.0MPa，甚至更优选约5.0至约7.0MPa，例如约5.1MPa、6.0MPa或6.9MPa的压缩模量(根据ASTM C365所测量)。
优选的软木基材料具有约0.4至约0.9MPa，更优选约0.5至约0.8MPa，还更优选约0.6至约0.7MPa，例如约0.6MPa或0.7MPa的拉伸强度(根据ASTM C297所测量)。
优选的软木基材料具有约0.7至约1.2MPa，更优选0.8至约1.1MPa，并且甚至更优选约0.9至约1.0MPa，例如约0.9MPa或1.0MPa的剪切强度(根据ASTM C273所测量)。
优选的软木基材料具有约5.7至约6.2MPa，更优选约5.8至约6.1MPa，甚至更优选约5.9至约6.0MPa，例如约5.9MPa或6.0MPa的剪切模量(根据ASTM C273所测量)。
优选的软木基材料具有约0.030至约0.040W/mK，更优选约0.031至约0.038W/mK，并且甚至更优选约0.032至约0.036W/mK，例如约0.032W/mK、0.034W/mK或0.036W/mK的热导率(根据ASTM C377所测量)。
优选的软木基材料具有大约0.020至0.070，更优选0.022至0.062，例如大约0.022、0.043或0.062的损耗因子(在1KHz处根据ASTM E756所测量)。
用于所公开的多层板中的特别优选的软木基材料具有以下性能组合中的一种：
具有以下一种或多种性能的材料：约120kg/m3的密度，约0.3MPa的压缩强度，约5.1MPa的压缩模量，约0.6MPa的拉伸强度，约0.9MPa的剪切强度，约5.9MPa的剪切模量，约0.032W/mK的热导率和约0.022的损耗因子。特别优选的材料具有所有这些性能。
具有以下一种或多种性能的材料：约200kg/m3的密度，约0.5MPa的压缩强度，约6.0MPa的压缩模量，约0.7MPa的拉伸强度，约0.9MPa的剪切强度，约5.9MPa的剪切模量，约0.032W/mK的热导率和约0.043的损耗因子。特别优选的材料具有所有这些性能。
具有以下一种或多种性能的材料：约250kg/m3的密度，约0.6MPa的压缩强度，约6.9MPa的压缩模量，约0.7MPa的拉伸强度，约1.0MPa的剪切强度，约6.0MPa的剪切模量，约0.036W/mK的热导率和约0.062的损耗因子。特别优选的材料具有所有这些性能。
合适的市售材料包括，例如可从Amorim Cork Composites，Portugal获得的Corecork NL10、NL20和NL25。优选地选择这些材料以提供最小的树脂吸收量，以确保在加工期间的浸渍(即，树脂进入软木基材料中的至少一些开放空间或孔隙)，以及促进低吸水性、抗腐性和耐火性以及冲击噪音和振动的高度衰减。
关于在板生产期间树脂的行为，注意到树脂通常被浸渍或吸入到石材基和软木基层的开孔和表面“开口”中，该树脂由含纤维增强层提供，所述含纤维增强层用于将其他层连接或粘接在一起以形成整体式板结构。结果，在本文所述的多层板中，先前观察到的由层与层之间的剥离引起的多层层压板的失效大幅度减少，并且载荷/应力的传递更有效。与普通层压板相比，这是一个显着且有利的区别，普通层压板通常包含层之间清晰且明确界定的离散界面。虽然不希望受理论束缚，但认为特定材料层的这种关键组合，特别是树脂不仅浸渍到纤维层中还浸渍到石材基和软木基层中，可以解释本文所述的多层复合材料的意想不到的机械性能，例如观察到的柔性以及弯曲和恢复形状的能力。石材和软木材料具有开放的孔隙结构促进了树脂浸渍或浸渗。
用于多层板中的合适的树脂通常以液体形式提供，并且包括例如环氧树脂，例如可从法国Eguilles的Resoltech SARL获得的Resoltech 1050和可从法国Sicomin获得的Sicomin SR1500；聚酯树脂，包括例如可从西班牙Pontevedra的Resinas Castro S.L.获得的Recapoli 955DCPD；乙烯基酯(vinylesteresters)，例如，也可从西班牙Pontevedra的Resinas Castro S.L.获得的ResicastroX590AC；以及丙烯酸树脂，例如可从英国Wellingborough的Scott Bader获得的Caterapol1250LV。
考虑到石材的微观结构(即，矿物学和孔隙结构)，通常优化所用树脂的化学结构和粘度。通常，合适的树脂(如树脂制造商所报道)的粘度范围为约100至约2000mPa.s，其主要取决于石材或衍生材料的开孔率。更优选的树脂具有约100至约1000mPa.s，更优选约100至约500mPa.s的粘度，甚至更优选树脂粘度为约300至约450mPa.s，例如约400mPa.s。通常，石材基材料的开孔率可以在约0.1％和约19％(或更高)之间变化(根据EN1936)。该数字越高，可以使用的树脂粘度越高。因此，例如，对于具有至少约0.1％的开孔率的石材基材料，可以使用具有至少约100mPa.s的粘度的树脂；而对于具有约19％或甚至更高的开孔率的石材基材料，可以使用粘度高达包括约2000mPa.s的树脂。此外，由于粘度对温度有依赖性，所以也可以调节该粘度以确保足够的加工粘度，以使树脂优化地渗入石料或衍生材料层和软木基芯层中。
关于包含在多层板中的至少一个树脂浸渍纤维层，如上所述，该板优选包括至少两层纤维，其中一层位于石材或衍生材料与软木或软木衍生物芯层之间的界面处，第二层位于软木或软木衍生物芯的外表面(见图1)。
例如，可以用来形成多层板的纤维材料可以选自通常在建筑材料中用作增强材料的材料。例如，合适的纤维材料包括梭织材料，包括例如其中纤维的经向和纬向相互成大约90°的材料。优选的梭织材料包括哔叽(serge)和塔夫绸(tafetan)等。也可以使用非织造材料，包括例如其中组成纤维是单向或双轴取向的材料，特别是由玻璃纤维制成的材料。例如，在如上所述多层板包括两个纤维层的情况下，第一纤维层优选为多轴增强织物，更优选由玻璃纤维制成，并且其优选具有每定向轴150-300g/m2的比质量，例如具有取向为0/90度的纤维并且具有约600g/m2的比质量的双轴玻璃织物。第二纤维层优选包含具有150-300g/m2的比质量的梭织织物，例如哔叽或塔夫绸织物。但是，可以更改纤维层的类型和顺序。此外，其他纤维材料(例如，碳纤维、例如等的聚合物纤维和天然纤维)和纤维布置(例如，四轴增强、针织织物和非织造织物)以及其他树脂类型(例如，油基树脂或天然来源树脂)也可用于制造多层板。
表1中给出了本文所述的多层板的示例性构造。表1中的所有层压板包括相同的增强物，具体地是10mm的软木聚集体芯(NL20，Amorim Cork Composites)，其具有两层(或“表皮”)浸渍在环氧树脂中的玻璃纤维。第一层位于石材层和软木芯之间的界面处，第二层位于芯的外表面。对于这两层，使用不同重量的不同类型的玻璃纤维，第一种是双轴玻璃织物，其由两个位于0度和90度的单向取向的玻璃纤维织物层组成，并且具有约600g/m2的比质量；第二种是比质量为约300g/m2的哔叽织物。如上所提到的，在表1中报道的多层板中使用的树脂是市售的双组分环氧树脂，特别是Resoltech 1050。
表I厚度为5mm和10mm的三种不同石材的多层板的机械性能与相同来源的厚度为10mm和30mm的石材板坯的机械性能的对比。
根据aASTM C271；bASTM C293；cASTM C293所测定。
如表1中的结果所示，与由各种不同类型的石材制成的可比较的标准石材板坯相比，本文公开的多层板具有优异的机械性能。
图3、4和5进一步说明了与等厚度的天然石材板坯相比，多层层压板的机械性能的主要改进。图3至图5中所示被选择用于比较的石材是中等孔隙率(即，根据EN1936大约为8-11％)的海白色石灰石，它可以被认为是对其基本性能要求最高的材料，由于它不仅是脆性最大的石材之一，而且借助石材加工业目前可用的技术在厚度减小的情况下(例如，5或10mm)也非常难以获得和处理。
处理和应用行为
如上所述，所使用的生产方法允许多层板自支撑，使得可以处理非常大的板(例如,3500×2500mm)，而不用担心由于其自身重量的作用而造成的损坏，因此，除其他之外便于运输。如果没有本文所述的改进，则不可能运输接近目前在市场上可获得的最大尺寸(例如，3500×2500mm)的低厚度表面处理材料的板(通常5mm)。目前工业上能够从石块生产的最小厚度的花岗岩约为8mm，最小厚度的石灰石约为12mm，即使这些厚度也只能通过尖端技术获得，而这些技术仍然是新的，在石材加工业中不常见。随着当前的发展，可以使用标准技术(例如板条锯)开始从石块生产板，并且因此获得一元件(例如，如图2所示)，该元件能够被分割以提供两个具有约为石材基材料表面处理所需的最终厚度的板。
另一方面，目前存在两种导致与石材或衍生材料的应用相关的市场上的困难的情况。第一种与舒适性(热和声)有关，通常由这些材料制成的产品不会与其他产品竞争，特别对于地板应用。第二种涉及直接和间接固定(即锚固)的方法，其目前具有与石材特性相关的剥落问题以及在产品寿命期间它们对产生的应力的承受能力。
鉴于以下原因(参考图1)，本文所述的多层板的生产方法允许更可靠地利用固定/夹紧系统(通过机械或化学方式)：
-与石材或衍生材料层(1)的单个板坯相比，多层板具有更大的总厚度；
-固定/夹紧系统可以与纤维树脂增强层(2)接触，或者更优选地嵌入纤维树脂增强层(2)中，该纤维树脂增强层与石材基层(1)接触，在石材基层(1)中引发最小的应力；
-与标准石材板坯相比，本文所述的多层板中的固定/夹紧系统的拔出阻力增加约两倍；
-附加增强层(4)可以用作附加的固定或稳定装置，因为该层通过软木聚集体芯厚度与石材或衍生材料间隔开，并且还具有不同的表面化学性质。
为了根据需要将板粘接到结构(例如，墙壁)上，适合与本文公开的板一起使用的固定或夹紧装置包括，例如通常与复合材料一起使用的固定或夹紧装置，特别是在建筑行业中。这样的装置包括由金属(例如不锈钢)制成的装置。对于标准石材板坯，需要将固定或夹紧装置直接粘接到石材上，从而使石材受到大量的应力，这可能导致板坯变弱、开裂甚至最终破裂。然而，对于本文所述的板，已经发现，固定(或夹紧)装置的特定粘接(该特定粘接使得固定或夹紧装置至少部分位于软木基层(3)中，且纤维层(2)位于软木基层(3)和石材基层(1)之间)实现了一个用于将板粘接到其他结构(例如墙壁)的非常有效的系统，其不会将石材基层置于破坏应力下。
更详细地，如本文所述的多层层压板包括固定装置，该固定装置位于孔中，该孔穿过至少一层异种材料(3)和至少一层树脂浸渍纤维(2)延伸到石材基材料层(1)的表面，至少一层树脂浸渍纤维(2)粘接到所述石材基材料层(1)上。用树脂将该固定装置保持在孔中的适当位置。可以用树脂将该固定装置粘接到位于如此形成的孔的末端的石材基材料层(1)的表面。另外，或者可选地，孔中未被固定装置占据的空间可以充满树脂。
与板一起使用的特别合适的固定装置为这样的固定装置：包括基本平坦的板片，该板片具有从其中部延伸的轴，该轴可以是中空的并且通常是圆柱形的。使用时，轴粘接到通常位于板所粘接的结构上的紧固装置上，从而将板保持在所需位置。固定装置的板片部分可以具有各种形状，例如正方形、矩形、圆形或六边形，并且其可以具有穿过其中的孔口。合适的固定装置包括可从意大利都灵的Specialinsert srl购置的名称为“Master-Plate”的装置(参见例如http://www.directindustry.com/prod/specialinsert-srl/product-58531-1428839的.html)。
这样的固定装置通过在板中形成孔而粘接到本文所述的多层层压板上，所述孔穿过至少一层异种材料(3)和至少一层树脂浸渍纤维(2)延伸至石材基材料层(1)表面，树脂浸渍纤维层(2)粘接到所述石材基材料层(1)上；将固定装置放置在孔中；并且在将固定装置放置在孔中之前或之后，或者之前和之后，将树脂引入到孔中。优选地，在将固定装置放置在孔中之前和之后，将树脂引入到孔中，使得孔中未被固定装置占据的剩余空间充满树脂。
更详细地说，将固定装置连接到板的方法通常包括：
1.提供一个孔或孔口，其穿过增强层和软木基层，延伸至与增强层粘接的石材基层的表面，但不延伸至石材基层内部。该孔的大小设置为使得固定装置可以装入其中。例如，如果使用如上所述的“板片和轴”类型的固定装置，则该孔需要能够容纳固定装置的板片，使得其位于石材基层的内表面上。该固定装置的轴因此向上延伸穿过远离板片的孔，使得当板在使用时，固定装置可被粘接到用于将板紧固到所需结构的装置。该孔可以通过任何合适的技术形成，例如从远离石材层的板侧向下铣削或钻削穿过该板到内部石材表面。
2.一旦孔已经形成，将诸如上述的固定装置放置在孔内，并且通常使用树脂固定就位。例如，如果固定装置是由金属制成的，如通常情况下，为该目的优选使用专门配制用于金属/石材相容性的树脂。这种树脂的一个例子是AKEMI 2030，它是可从德国Nürnberg的AKEMI GmbH获得的环氧树脂。
3.然后用树脂填充经清洗的孔口中的剩余空间，例如已经提到的用于制备板的纤维/树脂层的树脂。为该目的特别优选的是低粘度环氧树脂，例如可从Resoltech S.A.R.L获得的Resoltech 1050。树脂浸渍围绕孔的软木基芯层，并且优选还浸渍其他层。
4.一旦树脂组分固化或硬化，固定装置就非常可靠且有效地保持在板内。
与传统系统相比，这种特殊固定系统的核心优势是与石材层的粘合确保了对静态载荷的抵抗力，而软木芯浸渍为循环载荷提供了附加保护。具体而言，软木基层吸收振动而随后不会传递至石材基层。
制造方法
根据本发明的板包含以下材料(参照图1)：
·一层或多层赋予表面处理的石材或衍生材料(1)；
·来源于软木或其衍生物的抗剪切芯(3)；
·浸渍有树脂的一个或多个纤维层(2,4)，其赋予(1)和(3)之间的界面和/或层(3)的暴露表面机械强度，并确保组成层之间的充分连接。
也可以将根据本发明的板制造为具有对称构造(如图2所示)，其特别有利于沿产生两个板的层(1)进行后续分割，例如如图1所示。
根据本发明的多层复合板通常以如下方式制造：
1.提供通常从石材或石材衍生材料中选择的(优选干的)表面处理材料层(1)。
2.通常通过以下步骤提供树脂浸渍纤维(2)的连接层：
2A.-将树脂(优选液体)施加至石材或衍生材料层(1)；接着
2B.-在树脂的顶部施加纤维布置，例如多轴玻璃纤维材料；
2C.-随后将更多量的(优选为液体的)树脂施加到纤维组分上，以确保在步骤2B中铺设的纤维布置的充分浸渍，并为芯(即软木或软木衍生物)材料层(3)的吸收提供附加量。调整树脂与纤维的比例以确保石材或衍生材料与芯层之间的充分连接。该比例优选高于在现有夹层复合材料制造中常用的约50％-65％(基于树脂对纤维的重量比)的比例。
3.施加选自软木或软木衍生物材料(例如软木聚集体)的芯材料(3)；
4.施加通常约10至约1000Pa，优选约20至约200Pa的压力以确保上述层之间的粘合；5.如果需要用于特定的板构造，则以与步骤2所述类似的方式，施加第二树脂浸渍的纤维层(4)，其根据预期的应用可以与层(2)相同或不同，即，将液体树脂施加到芯材料层(3)上，然后铺设纤维布置并施加附加的树脂以确保纤维布置浸渍；
6.使树脂在给定的加工温度下在一段时间内达到其凝胶点，该温度是所选树脂的函数(例如，对于Resoltech 1050，在室温下约90分钟)；
7.通常在给定温度下，通常施加约1至约50kPa，优选约1.5至约30kPa的压力一段时间，以确保所选树脂的充分连接和固化(例如，对于Resoltech 1050，在室温下约12小时)；以及
8.任选地在升高的温度(例如，约60℃)下进行后固化处理一段时间(例如，约6小时)。
在树脂涂覆的表面上可以使用附加的防粘衬里，以防止在加工、处理和运输过程中与接触表面粘合。
可选的固化或后固化处理可以包括以下一种或多种方法：传导加热；微波加热；红外加热和紫外光固化。
本发明的另一个显著优点是可以利用已经存在的石材加工工业生产设备。例如，根据本发明增强的石材板坯可以制造成大尺寸(即，宽度和长度高达约3500mm)。此外，本发明提供的增强允许以经济有效的方式实施当前可用的研磨和抛光处理，并且不损坏石材或衍生材料层。此外，使用目前的石材工业技术(例如锯切和线切割)，可以从具有约20mm或更小的初始厚度的表面元件(参见图2)获得两个更薄的元件，其最终厚度取决于所使用的切割工具的磨损造成的材料损失量。

Claims (36)

1.一种多层层压板，其特征在于，其包括第一层石材基材料(1)、第二层低密度的异种材料(3)以及插入其中的一层(2)或多层(4)树脂浸渍纤维，所述多层层压板配置为使得当所述板被机械加载并且支撑在两个或更多个锚固点上时所述第一层(1)处于压缩状态；其中所述异种材料包括软木或软木衍生物，并且其中所述石材基材料层的厚度为约2mm至约50mm。
2.一种多层层压板，其包括厚度为约2mm至约50mm的第一层石材基材料(1)和第二层包括软木或软木衍生物的低密度的异种材料(3)，并插入一层(2)或多层(4)树脂浸渍纤维。
3.根据权利要求1或2所述的板，其特征在于，所述板依次包括石材基材料层(1)、异种材料层(3)、树脂浸渍纤维层(2)和粘接至所述异种材料层(3)的另一树脂浸渍纤维层(4)，其中所述树脂浸渍纤维层(2)插入所述石材基材料层(1)和所述异种材料层(3)之间并粘接至所述石材基材料层(1)和所述异种材料层(3)中的每一个。
4.根据权利要求1或2所述的板，其特征在于，所述板具有对称构造且依次包括第一层树脂浸渍纤维(4)，第一层异种材料(3)，第二层树脂浸渍纤维(2)，石材基材料层(1)，第三层树脂浸渍材料(2)，第二层异种材料(3)和第四层树脂浸渍纤维(4)，其中每一层按照所述顺序粘接至下一层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，至少一层异种材料(3)由软木或其衍生物组成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述异种材料的密度为约30至约1500kg/m3，优选为约100至约400kg/m3。
7.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述异种材料的压缩强度为约0.1至1.0MPa，优选为约0.3至0.8MPa。
8.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述异种材料的拉伸强度为约0.4至约0.9MPa，优选为约0.6至约0.7MPa。
9.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述异种材料的热导率为约0.030至约0.040W/mK，优选为约0.032至约0.036W/mK。
10.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述石材基层(1)的厚度为约2mm至约20mm，优选为约2mm至约15mm。
11.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，至少一层异种材料的厚度为约1mm至约20mm，优选为约5mm至约15mm。
12.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，包含在所述至少一层树脂浸渍纤维(2、4)中的纤维为梭织织物的形式，所述梭织织物具有彼此大约成90度的经向和纬向，并且其中所述织物的比质量范围为约50g/m2至约800g/m2。
13.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，包含在所述至少一层树脂浸渍纤维(2、4)中的纤维为单向取向或双轴取向的玻璃纤维织物的形式，并且其中所述织物具有约150g/m2的最小比质量。
14.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述石材基材料具有约0.1μm至约30μm的表面粗糙度(Ra)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述板具有大于约10dB的隔音指数和小于约5W/m2K的传热系数。
16.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述板的弯曲强度比与石材基材料层(1)厚度相同的石材板坯的弯曲强度约大两倍。
17.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，对于跨长为约250mm，所述板的极限挠度至少约为与石材基材层(1)厚度相同的石材板坯的两倍。
18.根据前述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，在承受其极限挠度的约90％的挠度之后，所述板恢复其原始形状的至少约88％。
19.一种用于生产如权利要求1至18中任一项所述的多层层压板的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供厚度为约2mm至约50mm的石材基材料层(1)；
(2)提供包括软木或软木衍生物的低密度的异种材料层(3)；以及
(3)通过插入在所述石材基材料层(1)和所述异种材料层(3)之间的树脂浸渍纤维层(2)，将所述石材基材料层(1)粘接到所述异种材料层(3)上。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
(4)将另一树脂浸渍纤维层(4)粘接到所述异种材料层(3)的相对侧上，所述第一层树脂浸渍纤维未粘接到所述相对侧。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，提供所述树脂浸渍纤维层(2、4)包括向所述石材基材料层(1)施加树脂；然后在所述树脂的顶部上施加纤维布置；然后将更多量的树脂施加到所述纤维布置上。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述树脂为液体形式且具有约100mPa.s至约2000mPa.s的粘度。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述石材基材料的开孔率为至少约0.1％。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述石材基材料的开孔率为至少约19％。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)之后，但在步骤(4)之前，如果进行：
(3a)将约10Pa至约1000Pa的压力施加至步骤(3)的层压产品中。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，在步骤(3a)和步骤(4)之后，如果进行：
(5)使所述树脂冷却至其凝胶点。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在步骤(5)之后：
(6)将约1kPa至约50kPa的压力施加至步骤(5)的层压产品中。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，在步骤(6)之后：
(7)对步骤(6)的层压产品进行后固化处理。
29.根据权利要求19至28中任一项所述的方法，其特征在于，所述板具有如权利要求4所限定的对称构造，并且所述对称板通过所述石材基材料层(1)切成两半以产生两个板产品。
30.一种包括固定装置的多层层压板，其特征在于，所述板如权利要求1至18中任一项所述，所述固定装置位于孔中，所述孔穿过所述至少一层异种材料(3)和所述至少一层树脂浸渍纤维(2)延伸至所述石材基材料层(1)的表面，所述至少一层树脂浸渍纤维(2)粘接到所述石材基材料层(1)上，并且其中用树脂将所述固定装置固定在所述孔的适当位置中。
31.根据权利要求30所述的包括固定装置的板，其特征在于，利用树脂将所述固定装置粘接到位于所述孔的末端的所述石材基材料层(1)的表面，并且其中所述孔中的剩余空间充满树脂。
32.根据权利要求1至18中任一项所述的多层层压板，或者如权利要求30或31所述的包括固定装置的多层层压板，作为内部或外部涂层的用途。
33.根据权利要求32所述的用途，其特征在于，所述用途包括在墙壁、地板、天花板、门框、窗框、通风板或家具上或者装饰性建筑元素中的用途。
34.一种墙壁、地板、天花板、门框、窗框、通风板、家具或装饰性建筑元素，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所定义的多层层压板或包括权利要求30或31所述的包括固定装置的多层层压板。
35.一种用于将固定装置粘接至权利要求1至18中任一项所述的多层层压板的方法，所述方法包括：
(1)在所述板中形成孔，所述孔穿过至少一层异种材料(3)和至少一层树脂浸渍纤维(2)延伸到石材基材料层(1)表面，所述树脂浸渍纤维层(2)粘接到所述石材基材料层上；
(2)将固定装置放置在所述孔中；以及
(3)在步骤(2)之前或在步骤(2)之后，或者在步骤(2)之前和之后，将树脂引入所述孔中。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在步骤(2)之前和之后都将树脂引入到所述孔中，使得所述孔中未被所述固定装置占据的剩余空间充满树脂。
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