CN1148005A - 使用装饰预浸胶片的纤维加固塑料装饰板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具装饰性外观的FRP板及其制造方法。该方法包括用UPE树脂组合物浸渍装饰薄片，制备装饰预浸胶片层；将抗热薄膜叠合其上，形成抗热薄膜层；将玻璃纤维垫铺于至少一部分充于模具中的SMC层上，形成玻璃垫层；将装饰预浸胶片层，和其上附有玻璃垫层的SMC一起模压成型。该简化方法杜绝了由于板表面变形或断裂，或掺入外来杂物而造成劣质产品，同时表面得到了保护，加工期间不会出现刮痕。

Description

使用装饰预浸胶片的纤维加固塑料装饰板及其制造方法
本发明涉及具装饰外观的FRP(Fiber Reinforced Plastics，纤维加固塑料)板，及其制造方法。具体说来，本发明涉及采用一种以有装饰形状或花纹的装饰薄片为基础的装饰预浸胶片，将其叠压于普通的FRP板上，赋予表面装饰效果的FRP板。此外，本发明涉及制造FRP装饰板的方法，该方法通过将装饰预浸胶片与模压胶料板(Sheet molding compound，其后称之为“SMC”)，在模压时，整体模压而有效地提供FRP装饰板。
FRP是纤维加固的塑料组合材料，因其极好的机械性能，塑料抗腐蚀性，及极好模塑性之优点，而广泛用作建筑或功能性材料。因而，对产品的装饰性需求极大提高，尤其是广泛用于建筑领域作内外表面材料的FRP板更是如此。
但是，作为模压FRP板原料的SMC，是树脂组合物，模压时属不稳定性流动物，很难与颜料相容，因此该模压料在表现颜色和图形方面受到限制。这样，为表达色彩和花纹，只好对现有产物进行刷漆或转印处理。然而，由于此种产品色彩和花纹很不均匀，并且因为需附加处理而提高生产成本，使得该分法的利用受到限制。为了提供各种色彩和图案得到理想表达的FRP装饰板，以及不存在上述问题的制造该装饰板的简单方法，正如上面所介绍的，本发明人曾公开过题为“使用预浸胶片的FRP装饰板，及其制造方法”的韩国专利申请No·94-25797。根据该前述发明的FRP板，其结构为：以表现一定图案和色彩的装饰薄片为基础的装饰预浸胶片，叠压于普通FRP板上，并且该发明的方法包括将表达色彩和图案的装饰薄片，用不饱和聚酯(Unsatuated polyester，UPE)树脂组合物浸渍，制成装饰预浸胶片；用薄膜覆盖所得的装饰预浸胶片两侧，并使其陈化；除去预浸胶片两侧之薄膜；模压时，将所述装饰预浸胶片置于模具上部，将其与SMC整体模压诸步骤。
但是上述发明中，存在FRP板表面暴露、加工中容易出现刮痕，并且模压步骤经常出现装饰片变形和断裂，使产品产生缺陷等问题。同时，该方法在加工中也出现问题，包括用薄膜覆盖装饰预浸胶片，除去薄膜等复杂步骤，还需很长时间完成这些过程；为避免产品缺陷必需严格控制模压条件；因为模压步骤仅用装饰预浸胶片和SMC在模压装置中重复，这样外来杂质很容易掺入，而往往生产出低劣产品。
本发明人对这些问题中装饰薄片变形和断裂的问题进行过分析，其结果发现，该产品问题是由于压力模制法中，施加于模具中的模压压力造成的剪切应力引起的。换言之，产品变形和断裂的主要原因是剪切应力可能引起SMC中的液体原料和固体原料无规流动，这样装饰预浸胶片的基础物质，例如纸、织物，或无纺织物等承受不了剪切应力所产生的此种流动。一种替代的解决办法是增加该装饰预浸胶片基础物质的厚度，以克服SMC的此种剪切力。但是这种解决办法并不可取，因为它引起装饰薄片印刷精度降低、由此损害产物装饰效果的另一问题。
本发明的目的是提供一种所希望的色彩和图案能可变化地表达的FRP装饰板，其中，由模压时变形、断裂、或外来杂质掺入所引起的劣质产品不存在，并且因为其表面受到防护，因而运输或加工时刮痕也很少出现。
本发明的另一目的是提供制造FRP装饰板的方法，该方法通过适当分散或阻滞加压模制所用模具中的模压压力引起的剪切应力，使装饰预浸胶片的基础物质不变形或断裂，而避免出现劣质产物，同时该方法包括制备装饰预浸胶片的简化步骤，由此降低总的生产成本。
根据本发明，为达到上述目的，将以带有色彩或图案的成型装饰薄片为基础的装饰预浸胶片与至少一部份有下述特征的SMC层叠压在一起，其中所述特征是于装饰预浸胶片层和SMC层之间，以插入方式叠压进玻璃纤维垫(glass mat)，由此提供FRP装饰板。
根据本发明的装饰FRP板，模压时下部SMC层产生的剪切应力，由玻璃纤维垫层适当分散或阻滞，这样上部的装饰预浸胶片层不致变形或断裂。因此几乎不完全产生劣质产品。
此外，为适当地保持表面，以免模压过程中装饰预浸胶片扩胀或收缩，并防止运输或加工期间产生刮痕，可以将一种模压或加工之后很容易除去的抗热薄膜层叠压在装饰预浸胶片上。
根据本发明，为达到另一目的，即提供制造FRP装饰板的方法，包括将作为基础材料的装饰薄片用不饱和聚酯(UPE)树脂组合物浸渍，制备装饰预浸胶片层；将玻璃纤维垫铺在至少一部分充在模具中的SMC层上，形成玻璃垫层将装饰预浸胶片层和其上附有玻璃纤维垫层的SMC层一起模压成型。并且，在制备装饰预浸胶片层之后，形成玻璃纤维垫层之前，可进行一附加步骤：在装饰预浸胶片层表面上，叠压抗热性薄膜，形成抗热簿膜层。
根据本发明，省去了用薄膜覆盖装饰预浸胶片两侧、陈化，模压时除去该薄膜，这些对于本发明以前的方法来说很重要，但却很复杂的步骤，从而使该过程得以简化。而且，SMC层上形成玻璃纤维垫层，可适当分散和阻滞模压期间来自下部SMC模压层的剪切应力，防止装饰预浸胶片层中装饰薄片的变形或断裂。此外，抗热性薄膜不仅可以避免模压时受热受压后装饰预浸胶片层的扩胀和收缩，而且也杜绝了反复模压步骤引起外来杂质的掺入，同时还给最终产品表面形成了保护膜。附图简要说明：
图1是根据本发明优选实施方案的装饰FRP(纤维加固塑料)板的剖视图。
图2是制造装饰预浸胶片层(本发明FRP装饰板的一部分)的设备结构简图。
以下，结合图和实施例，下面对本发明进行详细介绍。
图1是根据优选实施方案的FRP装饰板剖视图。
参考图1，玻璃纤维垫层(3)以插入方式叠压于装饰预浸胶片层(1)(表达装饰效果)和SMC层(2)(构成该板主体)之间，而抗热性薄膜层(4)叠压于装饰预浸胶片层(1)之上。
上述实施方案中，SMC层(2)几乎与普通模压法所制常规FRP板相同，而表达所需色彩和图案的装饰预浸胶片层(1)之结构这样形成：根据普通浸渍方法，用UPE树脂组合物(1b)浸渍纸，无纺布或纺织布制成的装饰薄片(1a)。
若用作装饰预浸胶片层(1)基础物的装饰薄片(1a)由纸制成，纸的主要成份是纤维素，其单位重量是30-500g/m2，优选80-120g/m2。若该装饰薄片(1a)由无纺布或纺织布制成，那么其原料可以选自聚酯，聚乙烯，聚丙烯或尼龙类，而其单位重量为50-500g/m2，优选100-300g/m2。考虑制备预浸胶片容易性，以及模压期间SMC固化热产生的、及SMC流产生的形变诸因素，则聚酯属最优选物。
上述形成玻璃纤维垫层(3)的玻璃纤维垫选自截断的绞合线垫、延展玻璃丝垫，玻璃布和纺织玻璃布等，其单位重量为50-1000g/m2。假如单位重量太高，会产生气泡，而若太低，又可引起装饰薄片变形或断裂。因此单位重量100-450g/m2最为优选。
上述形成抗热薄膜片(4)的薄膜，可用具高抗热性之膜，例如聚酯、尼龙、聚酰胺、聚乙烯醇(PVA)等，该膜层(4)厚度为12-200μm。假如膜层太厚，将由于模压期间模压压力分散而损害其光滑面，而若太薄，则模压之后该膜裂成碎片，很难撕下。因此厚度约16-35μm最优选。
根据本发明的FRP装饰板中，模压加工时源自下部SMC层(2)的剪切应力，由玻璃纤维垫层(3)适当分散或阻滞，这样上部的装饰预浸胶片层(1)，特别是装饰薄片(1a)不会变形或断裂，由此几乎不会产生劣质产品。而且，玻璃纤维垫层(3)有加固产品强度和粘合装饰预浸胶片层(1)的效果。
此外，因为抗热性薄膜层(4)叠压于装饰预浸胶片层(1)之上，可适当保护表面，这样在模压过程中，装饰预浸胶片层(1)不会扩胀或收缩，运输或产品加工时不会产生刮痕。加工之后、该抗热膜层(4)可以很容易从板上除去。
根据本发明的制造FRP装饰板的方法，包括下述步骤：将作为基础物的装饰薄片(1a)，用不饱和聚酯(UPE)树脂组合物(1b)浸渍制备装饰预浸胶片层(1)；将玻璃纤维垫放在充填于模具中的至少部份SMC层(2)之上，形成玻璃纤维垫层(3)；将装饰预浸胶片层(1)和其上附有玻璃垫层(3)的SMC层(2)一起模压。并且，在制备预浸胶片层(1)之后，形成玻璃纤维层(3)之前，进行一附加步骤，即在装饰预浸胶片层(1)表面上叠压抗热性膜，形成抗热性薄膜层(4)。
制备装饰预浸胶片层(1)步骤中，作为装饰预浸胶片层(1)基础物的装饰薄片(1a)，由纸、无纺布或纺织布上形成所需色彩和图案而制备成。
UPE树脂组合物的成份和含量示于表1(以UPE树脂重为100份计)。
表1  UPE树脂组合物的成份和含量成份          含量(重量份数)UPE树脂            100收缩抑制剂         0-100固化剂             0.3-5脱模剂             0-10增稠剂             0-5
作为UPE树脂，不仅可以使用邻苯二酸、对苯二酸、间苯二酸、双酚型树脂，也可以使用其它结构的苯二酸型树脂。最优选使用对苯二酸和间苯二酸型树脂。
作为收缩抑制剂，可用聚苯乙烯，聚乙酸乙烯酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯共聚物等等，最优选只用聚苯乙烯，或不加收缩抑制剂。其含量可以为0-100份(以树脂为100份计)，优选0-50份。
作为固化剂，可用常用的有机过氧化物。考虑模压装饰预浸胶片层(1)和SMC层(2)一般需高温条件，则优选高温使用的固化剂。其例子包括过氧化苯甲酸叔丁酯，过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化-2-7基己酸叔丁酯[tert-butylperoxy-2-ethyl hexanoate]，和1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷。其中最优选过氧化苯甲酸叔丁酯。固化剂含量为0.3-5份(以树脂为100份计)，优选0.7-2份。
作为脱模剂，可用硬脂酸锌或硬脂酸钙、更优选硬脂酸锌。脱膜剂含量为0-10份(以树脂为100份计)，优选4-6份。
作为增稠剂，可用氧化镁、氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钙等等。其中，最优选氧化镁。增稠剂量，考虑浸渍浴体积，浸渍速度，通过装饰薄片UPE树脂组合物的转移程度等因素来确定。一般是0-20份(以树脂为100份计)，优选0.5-10份。
有关用UPE树脂组合物(1b)浸渍装饰薄片(1a)的方法，可使用常规涂覆技术，例如凹槽辊涂布(gravure coating)，逆涂布(reverse coating)，刮刀涂布、点涂布(comma coating)，刮条涂布(bar coating)等等。例如，可以根据筛孔尺寸来控制浸渍量的凹槽辊涂布，适宜于在此应用。UPE树脂组合物(1b)的浸渍量，可以是10-100份重量(相对于100份重量装饰薄片(1a)来说)。如果UPE树脂组合物(1b)含量太多，那么以压力模制时，UPE树脂组合物(1b)将出现流动现象，而由于装饰板的凸缘，而使该UPE树脂组合物在此处聚集。如果含量太低，则UPE树脂组合物(1b)的表面层不可能充分形成，致使该装饰板的物理性能，例如抗刮痕，抗磨损或防水性等等受到损害。因此优选含量是30-80份重量(以装饰薄片为100份重量计)。
形成抗热薄膜层(4)的步骤，是将抗热薄膜叠压于用UPE树脂组合物(1b)浸渍的装饰薄片(1a)所制备的装饰预浸胶片层(1)表面的过程。借助此步骤，可省去用薄膜覆盖装饰预浸胶片两侧，陈化，除去薄膜等本发明人提供的现有技术中属基本的，但很复杂的步骤，使过程变得简单。
同时，抗热薄膜层也可防止加工期间表面受到污染或刮痕。而且，因为该抗热薄膜层(4)一开始就粘附于装饰预浸胶片层(1)的UPE树脂组合物(1b)上，一旦模压后UPE树脂组合物(1b)固化，便可很容易除去。因此一般是加工之后，不可能再有污染或刮痕时，再将该抗热薄膜层除去。此步骤中使用的抗热薄膜与上面描述的相同。
图2中，描述连续进行制备装饰预浸胶片层，和形成抗热薄膜层步骤的装置。
如图2所示，装饰薄片(1’a)由装饰薄片供料滚筒(11)供料，UPE树脂组合物(1’b)由浸渍滚筒(12)从浸渍浴(13)供给，由此完成UPE树脂组合物(1’b)对装饰薄片(1’a)的浸渍作用。由此获得的浸渍装饰预浸胶片(1’)粘附于粘附滚筒(15)上，该滚筒上有从供给抗热薄膜的另一滚筒(14)提供的抗热薄膜(4’)，这样与抗热薄膜(4’)叠压后的装饰预浸胶片(1’)，从卷绕滚筒(16)上以卷筒状送出。
形成玻璃纤维垫层(3)的步骤，是将玻璃纤维垫放在至少一部份充于模具中的SMC层(2)上的过程。该步骤是为适当分散或阻滞模压期间源自下部SMC层(2)的剪切应力，以免出现装饰预浸胶片层(1)变形或断裂现象。该步骤所使用的玻璃纤维垫与上面介绍的相同。
最后，模压步骤包括下述步骤：将上面叠压有抗热薄膜层(4)的装饰预浸胶片层(1)切割成预定的尺寸；将该切好的装饰预浸胶片层(1)放入模具上部，该模具中已充有与玻璃纤维垫层(3)叠合的预定的SMC层(2)；按照常规方法、将该装饰预浸胶片层(1)和SMC层(2)一起模压成型。
其模压条件如下：与抗热薄膜层(4)表面接触的上模的温度约为80-180℃，优选130-160℃，下模温度为80-165℃，优选125-160℃；模制压力约5-100kg/cm2，优选7-70kg/cm2。从上模与充于下模中的原料相接触、到施压完成的3-微分时间(3-rate time)是约0.5-9秒/mm，优选1.5-3秒/mm。施压持续时间和其它模压条件、与仅使用SMC作原料的普通FRP板模压法所用条件相同。
下面，对根据本发明几个实施例所制造的板之成型性进行检验。实施例1
用聚酯膜(厚度19μm)作抗热薄膜，用切短的玻璃绞股线垫No.225(225g/m2)作玻璃纤维垫，用普通SMC结构材料[G/F1英寸25％，对苯型UPE树脂26％，CaCO340％，其它(固化剂，脱模剂等)9％]作SMC。模压条件如下：模压压力25kg/cm2，模压温度(上/下模)145/135℃，板厚2.5mm，模压时间210秒，3-微分时间10秒/10mm。实施例2
按实施例1方法进行，只是用延展垫(continuous mat)No.300(300g/m2)作玻璃纤维垫。实施例3
按实施例1方法进行，只是用延展垫No.450(450g/m2)作玻璃纤维垫。实施例4
按实施例1方法进行，只是不用抗热薄膜。实施例5
按实施例1方法进行，只是不用玻璃纤维垫。对比实施例1
本对比例根据本发明人发明的现有技术(韩国专利申请No.94-25797)进行。按实施例1方法制作，只是既不用抗热薄膜，也不用玻璃纤维垫。
根据各实施例(也包括对比例)所进行的模压制作重复100次，对产品的成型性进行试验，其结果列入表2。
表2    成型性试验
成型性(缺陷) 例1 例2 例3 例4 例5 对比例6
装饰薄片变形 10％ 无 无 5％ 15％   40％
装饰薄片断裂 无 无 无 无 无   无
外来杂物掺入 无 无 无 5％ 无   20％
无    效 无 无 10％ 无 无   无
总计(％) 10％ 无 10％ 10％ 15％   60％
从上面所获得的成型性试验结果看来，实施例2，其中用聚酯膜(厚度19μm)作抗热薄膜，并用延展垫No.300(300g/m2)作玻璃纤维垫，表现出成型性最好。同时，也表明，根据本发明的所有实施例，其成型性均好于根据本发明的人的现有技术(韩国专利申请No.94-25797)的对比例。
如上所述，根据本发明的方法，省去了用薄膜覆盖装饰预浸胶片两侧，陈化，除去薄膜，这些本发明人的现有技术中属重要的，但却很复杂的步骤，使过程简化。此外，借助叠压的抗热薄膜，使由于模压期间施热施压造成装饰预浸胶片扩胀或收缩作用，和反复模压掺入外来杂物引起的质量低劣均可避免。而且，该薄膜起着终产品表面的保护作用。同时，通过插入玻璃纤维垫步骤，使得模压期间源自下部SMC层的剪切应力适当分散或阻滞，这样可以避免装饰薄片变形或断裂。

Claims (10)

1、一种FRP装饰板，其中，以形成色彩和图案的装饰薄片为基础的装饰预浸胶片层，与至少一部分在装饰预浸胶片层和SMC层之间的插入方式叠合有玻璃纤维垫层的SMC层叠压在一起。
2、根据权利要求1的FRP装饰板，其中所述玻璃纤维垫层的玻璃垫选自截短的绞股玻璃线垫，延展玻璃丝垫，玻璃布，及纺织玻璃布垫。
3、根据权利要求2的FRP装饰板，其中玻璃垫的单位重量为150-450g/m2。
4、一种FRP装饰板，其中，以形成色彩和图案的装饰薄片为基础的装饰预浸胶片层，和SMC层的至少一部分叠压在一起，所述装饰预浸胶片层上还叠合有抗热薄膜层。
5、根据权利要求4的FRP装饰板，其中，抗热薄膜层之膜选自聚酯膜、尼龙膜、聚酰胺膜、和聚乙烯醇膜。
6、根据权利要求5的FRP装饰板，其中，抗热薄膜是聚酯膜，其厚度为12-200μm。
7、制造FRP装饰板的方法，包括下述步骤：将作为基础物的装饰薄片，用不饱和聚酯(UPE)树脂组合物浸渍，制备装饰预浸胶片层；铺玻璃纤维垫在至少部分充于模具中的SMC层上，形成玻璃垫层；将装饰预浸胶片层，和其上附有玻璃垫层的SMC层一起模压成型。
8、制造FRP装饰板的方法，包括下述步骤：将作为基础物的装饰薄片，用不饱和聚酯(UPE)树脂组合物浸渍，制备装饰预浸胶片层；叠合抗热薄膜于装饰预浸胶片层表面，形成抗热薄膜层；将其上附有抗热薄膜层的装饰预浸胶片层与SMC层一起模压成型。
9、根据权利要求7或8的制造FRP装饰板的方法，其中制备装饰预浸胶片层步骤中，UPE树脂组合物的浸渍方法选自：凹槽辊涂布法、逆涂布法，刮片涂布法，点涂布法，和刮条涂布法。
10、根据权利要求7或8的FRP装饰板的制备方法，其中在制备装饰预浸胶片步骤中，UPE树脂的浸渍量，相对于100份重量装饰薄片来说，为10-100份重量。
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