CN116472255A - 增强型玻璃陶瓷制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃陶瓷制品，其包含至少一个由玻璃陶瓷材料制成的基材，如板，所述基材在其下表面上在至少一个区域中涂覆有至少一个包含树脂的纤维结构。所述玻璃陶瓷制品因此具有明显改进的抗冲击性。

Description

增强型玻璃陶瓷制品
本发明的技术领域
本发明涉及玻璃陶瓷领域。更确切地，其涉及由玻璃陶瓷制成的制品或产品，特别是旨在用作家具表面和/或烹饪表面的玻璃陶瓷板。
“玻璃陶瓷制品”是指基于由无孔玻璃陶瓷材料制成的基材(例如板)的制品，所述基材能够配备其最终用途所需的装饰性或功能性配件或附加元件，该制品能够指代单独的基材以及配有附加设备的基材(例如配有其控制面板、其加热元件等的烹饪板)。
本发明的技术背景
玻璃陶瓷最初是一种玻璃，称为前体玻璃或母玻璃或生坯玻璃，其特定化学组成使得能够通过合适的热处理(称为陶瓷化)引发受控结晶。这种特定的部分结晶结构赋予玻璃陶瓷独特的性质。
目前存在不同类型的玻璃陶瓷，每种变体是重大研究和许多试验的结果，因为很难对这些板和/或它们的获取方法做出改变而没有对所需性质造成不利影响的风险。
玻璃陶瓷板还必须具有如其使用领域中所需的足够机械强度。特别地，为了用作家用电器领域中的烹饪板或用作家具表面，玻璃陶瓷板必须具有良好的耐压性、耐冲击性(支撑和掉落的器具等)等。
传统上，玻璃陶瓷板用作烹饪板，或它们也可以在其它应用中与加热元件组合，例如以形成壁炉插件。最近，它们的用途已扩展到日常生活的其它领域：玻璃陶瓷板可用作家具表面，特别是用于形成操作台、中岛、控制台等。它们在这些新应用中占据的表面积比过去更大。
申请人名下的文献FR 2868065 A1描述了通过添加漆而增强其机械强度的玻璃陶瓷板，所述漆通过丝网印刷施加并在空气中在250℃下聚合。该层沉积在整个下表面上。
本发明旨在获得更高的机械强度。
目前，为了提高玻璃陶瓷板的冲击强度，也可能：
-增加它们的厚度；
-或对制造方法进行严格控制：限制下表面的摩擦/划痕，或在炉出口处增强缺陷的品质控制。
本发明人已经证明，通过向其下表面施加包含树脂的纤维结构，特别是如通常被称为“预浸料坯”的结构，有可能改进玻璃陶瓷板的冲击强度。
发明概述
本发明涉及一种玻璃陶瓷制品，其包含至少一个基材，如玻璃陶瓷板，所述基材在其下表面上在至少一个区域中涂覆有包含纤维和树脂基质，特别是聚合物树脂基质的纤维结构。
特别地，根据本发明的制品是进一步包含一个或多个加热元件的烹饪装置。
特别地，所述纤维结构包含选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、石英纤维、凯夫拉(kevlar)纤维及其混合物的纤维。
优选地，该纤维是玻璃纤维或碳纤维，和甚至更优选玻璃纤维。
有利地，所述纤维结构具有50至1000g/m2，优选100至800g/m2，和更优选150至600g/m2的纤维密度。
特别地，所述树脂选自热固性树脂，优选选自环氧树脂、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
该纤维结构可以包含一个或多个机织、单向或多轴结构层，优选机织结构层。
特别地，所述结构沉积在基材表面的至少40％上，优选在基材表面的至少50％，和甚至更优选至少60％上。在纤维结构中，在加热区的位置处，任选在控制条的位置处，以及在基材的边缘处，设置间隙。
特别地，所述纤维结构的膨胀系数大于玻璃陶瓷板的膨胀系数。
根据特定实施方案，基材在其表面的某些部分上还包含搪瓷涂层，其有利地沉积在基材的上表面上。
本发明的另一目的是一种制造玻璃陶瓷制品的方法，所述玻璃陶瓷制品包含至少一个由玻璃陶瓷材料制成的基材，如板，在其上施加包含纤维和树脂基质的纤维结构，然后对由此涂布的所述基材施以在压力下(在高压釜中)或在真空下的热处理。
热处理通常在100至200℃，优选120至150℃的温度下，在100至400毫巴，优选150至350毫巴的压力下进行30分钟至3小时，优选40分钟至2小时，和甚至更优选50分钟至1小时30分钟的时间。
根据本发明的玻璃陶瓷制品特别是用于烹饪的板或装置或器具或任何家具，其集成(或包含或由其形成)至少一个由玻璃陶瓷材料制成的基材(该基材最常见为板的形式，其集成或安装在该单元中和/或与其它元件组合以形成该单元)，如果适当，所述基材可能具有带有显示特征的区域(例如与发光源组合)或装饰区域或与加热元件组合。在其最常见的应用中，根据本发明的制品旨在充当烹饪板，这种板通常旨在集成到还包含加热元件，例如辐射加热器或卤素加热器或感应加热元件的炉灶面或炊具中。
当根据本发明的制品是包含加热区和控制条的炉灶时，在施加纤维结构之前，将其预切割成基材的尺寸，并在加热区处和任选在控制面板处在该结构中切割出间隙。
玻璃陶瓷基材的厚度通常为至少2毫米，特别是至少2.5毫米，有利地小于15毫米，特别是大约3至15毫米，特别是大约3至8毫米或大约3至6毫米。该基材优选为是平板或准平面板(特别具有小于板对角线的0.1％的挠度，并且优选为零量级)。
基材可以基于任何玻璃陶瓷，这种基材有利地具有零或几乎零的热膨胀系数(CTE)，特别是在20至700℃之间低于(绝对值)30.10-7K-1，特别是在20至700℃之间低于15.10-7K-1或甚至低于5.10-7K-1。
本发明对深色外观的基材特别有利，这些基材是轻微透射性且不是非常散射的，并且特别基于任何固有地具有以下性质的玻璃陶瓷：对于厚度最多6毫米的玻璃陶瓷小于40％，特别小于5％，特别是0.2至2％的光透射(light transmission)TL，和对于包括在可见光区中的625nm波长在0.5至3％之间的光学透射率(optical transmission)(以已知方式通过在给定波长下的透射强度与入射强度之间的比率测定)。
术语“固有”被理解为是指不存在任何涂层的基材本身具有这样的透射性质。根据EN 410标准进行光学测量。特别地，根据标准EN 410使用光源D65测量光透射(luminoustransmission)TL，并且是将直接透射和可能的漫透射都计入考虑的总透射(尤其是在可见域中积分并通过人眼的光谱灵敏度曲线加权)，该测量例如使用配备积分球的分光光度计(特别是由Perkin Elmer公司作为产品Lambda 950出售的分光光度计)进行。
根据一个实施方案，基材为黑色或棕色外观，以致能够与放置在下方的光源结合展示发光区或装饰，同时遮蔽任何下方元件。其可以基于在残余玻璃相中包含具有β-石英结构的晶体的黑色玻璃陶瓷，其膨胀系数的绝对值有利地小于或等于15.10-7K-1或甚至5.10-7K-1，如由Eurokera公司以Kerablack+为名销售的板的玻璃陶瓷。其可以特别是具有如专利申请EP0437228或US5070045或FR2657079中所述的组成的玻璃陶瓷，或如例如专利申请WO 2012/156444中所述的具有优选小于0.1％的砷氧化物含量的锡精制玻璃陶瓷，或如专利申请WO2008053110中所述的硫化物精制的玻璃陶瓷等。
根据一个实施方案，基材可具有酸蚀的上表面。
根据另一实施方案，基材是不透明和/或不是非常透射的，同时是散射的和足够明净的(清晰度通过亮度(1uminosity)L*给出)，如下文指定，该玻璃材料特别是本体着色的或染色的(这种着色包括白色和亮度L*大于10的所有颜色，不包括较暗的颜色，如黑色或深棕色)。
所用的玻璃陶瓷可以特别具有如以下公开号的专利申请中所述的组成：EP1300372、US6706653、WO9906334、WO2007113242、EP1840093、US2007213192、US7476633、JP2009531261、WO2012156444、WO2012001300、DE202012011811，这种玻璃陶瓷特别是铝硅酸锂玻璃陶瓷，并且也有利地包含着色剂。
例如，有利地使用包含以下成分和/或通过由具有以下组成的玻璃开始的陶瓷化获得的玻璃陶瓷，所述组成在以重量百分比表示的以下界限内：SiO2：52-75％；Al2O3：18-27％；Li2O：2.5-5.5％；K2O：0-3％；Na2O：0-3％；ZnO：0-4％；MgO：0-5％；CaO：0-2.5％；BaO：0-3.5％；SrO：0-2％；TiO2：0-5.5％；ZrO2：0-3％；P2O5：0-8％；B2O3：0-5％，并且优选地，在以重量百分比表示的以下界限内：SiO2：55-70％；Al2O3：18-24％；Li2O：2.5-4.5％；K2O：0-2.0％；Na2O：0-2.0％；ZnO：1.5-4％；MgO：0.20-5％；CaO：0-1％；BaO：0-3％；SrO：0-1.4％；TiO2：1.8-5％；ZrO2：0-2.5％；P2O5：0-8％；B2O3：0-5％，如果适当，这种组成也包含附加着色剂。
在适当的情况下，根据本发明的基材可以涂覆有具有功能效果的其它涂层或层(防溢层、不透明层等)和/或装饰性，特别是局部化的涂层或层，如基于搪瓷的常见图案(例如在上表面上以形成简单图案或徽标)或在基材的下表面上的不透明漆层，等等。特别地，基材可以涂覆有至少一个搪瓷层和/或漆层，特别为光泽类型，局部或非局部(located ornot)。
根据本发明的制品可以进一步包含与基材关联或组合的一个或多个光源和/或一个或多个加热元件(如一个或多个辐射或卤素元件和/或一个或多个常压燃气燃烧器(atmospheric gas burners)和/或一个或多个感应加热装置)，其通常安置在基材的下表面。根据本发明的制品特别具有与使用各种类型的加热相容的良好耐热性。根据本发明的产品特别在如用作烹饪板之类的应用中特别可达到的高于400℃的温度下没有经历热降解。
在适当的情况下，该方法还包括切割操作(通常在陶瓷化之前)，例如使用水射流、用划刻轮(scoring wheel)机械划刻等，随后接着成型操作(研磨、倒角等)。
附图简述
[图1]显示实施例1a、1b和1c相对于Ref 1的强度结果；
[图2]显示实施例3a、3b和3c相对于Ref 3的强度结果；
[图3]显示对比例4相对于Ref 4的结果；
详述
落球试验：
开发了用于确定玻璃陶瓷板的冲击强度的试验。其包括将玻璃陶瓷基材的样品放置在木框架上，并将500g钢球轴承从5至195cm的高度下落，以5cm的步幅递增直至样品破裂。
结果表包括：
-在最低落球高度下破裂的样品的高度；
-在最高落球高度下破裂的样品的高度；和
-所有样品的平均高度。
经得住在195cm处的冲击的样品被视为在195cm处破裂。这给出对平均下落高度的轻微低估。
实施例1
图1
参比1：对10个300X300mm2和6mm厚的类型的白色玻璃陶瓷板进行落球试验。
实施例1a)：5个300X300mm2、各6mm厚的类型的白色玻璃陶瓷的样品在它们的下表面上覆盖三层TenCatLaminate7781预浸渍织物。各层包含被环氧树脂浸渍的密度为300g/m2的玻璃纤维。
然后对样品施以高压釜处理。
实施例1b)：8个300X300mm2、各6mm厚的类型的白色玻璃陶瓷的样品在它们的下表面上覆盖一层来自Sicomin公司的CBX401预浸渍织物。该织物包含被环氧树脂(IMP503Z)浸渍的密度为400g/m2的玻璃纤维。
然后对样品施以在130℃和大气压下的热处理1小时30分钟。
实施例1C)(对比)：5个300X300mm2和6mm厚的类型的白色玻璃陶瓷的样品在它们的下表面上覆盖非纤维增强的LoctiteEA9497类型的环氧树脂。该树脂在开放空气中聚合，没有热处理。
实施例2
参比2：使用与实施例1中相同的300X300mm2和各6mm厚的类型的白色玻璃陶瓷板。在这一实施例中，将它们安放在厚度28mm的平坦层压木材支架上。
实施例2：样品在其下表面上覆盖三层TenCatLaminate7781类型的预浸渍织物。各层包含密度为300g/m2的被环氧树脂浸渍的玻璃纤维。
然后对样品施以在真空下在120℃下的热处理1小时。在试验过程中，样品也放置在厚度28mm的层压木材支架上。
实施例3
图2
参比3：使用类型的6mm厚的黑色玻璃陶瓷板。在这一实施例中，它们具有900X 600mm2的尺寸。
实施例3a：样品在其下表面上覆盖两层GG204T Sergé类型的预浸渍织物。各层包含被环氧树脂浸渍的密度为220g/m2的碳纤维。
然后对样品施以在真空下在120℃下的1小时处理。
实施例3b(对比)：样品在其下表面上覆盖两层GG204T Sergé类型的预浸渍织物。各层包含被环氧树脂浸渍的密度为220g/m2的碳纤维。
然后对样品施以在120℃下的1小时处理。
实施例3c：另一个样品在其下表面上覆盖一层被环氧树脂浸渍的玻璃纤维织物(300g/m2)。然后对样品施以在130℃下和在250毫巴下的1小时热处理。
实施例4
图3
参比4：使用与实施例3中相同的类型的6mm厚的黑色玻璃陶瓷板。在这一实施例中，它们具有300X300mm2的尺寸。
实施例4(对比)：5个样品在它们的下表面上覆盖环氧树脂胶，然后覆盖EV200类型的玻璃纤维织物(没有预先浸渍)。
该织物手工粘合，没有热处理。该树脂在开放空气中聚合。
结果
图1显示实施例1的破裂高度(平均、最小和最大)。
图2显示实施例3的破裂高度(平均、最小和最大)。
图3显示实施例4的破裂高度(平均、最小和最大)。
下表显示在落球试验过程中获得的每个示例性实施方案的破裂高度值。星号“*”表示板完好无损地经受住这一落球高度。
[表1]
碎片保留
实施例1a、1b、2、3a、3c和4能够在破裂过程中表现出玻璃陶瓷碎片的保留。参比例从未能够在基材破裂时保留碎片。实施例1c(使用无纤维的树脂)无法保留碎片。
破裂高度
实施例1a、1b、2和3a和3c在经受500g落球冲击中相对于它们各自的参比物表现出显著改进。实施例4(非浸渍的织物-在没有热处理的情况下胶合)没有表现出冲击强度的任何显著改进。
根据本发明的制品可以特别有利地用于生产炉或灶的新系列烹饪板，或新系列的操作台、控制台、餐柜、中岛等。

Claims (15)

1.一种玻璃陶瓷制品，其包含至少一个基材，如玻璃陶瓷板，所述基材在其下表面上在至少一个区域中涂覆有包含纤维和树脂基质的纤维结构。
2.根据权利要求1的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述结构包含选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、石英纤维、凯夫拉纤维及其混合物的纤维。
3.根据权利要求1和2任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述结构具有50至1000g/m2，优选100至800g/m2，和更优选150至600g/m2的纤维密度。
4.根据前述权利要求任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述树脂选自热固性树脂。
5.根据前述权利要求任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述树脂选自环氧树脂、酚醛树脂或聚酰亚胺树脂。
6.根据前述权利要求任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述纤维结构包含一个或多个机织、单向或多轴结构层。
7.根据前述权利要求任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述结构沉积在基材表面的至少40％上，优选在基材表面的至少50％，和甚至更优选至少60％上。
8.根据前述权利要求任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述纤维结构的膨胀系数大于玻璃陶瓷板的膨胀系数。
9.根据前述权利要求任一项的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述基材在其表面的某些部分上还包含搪瓷涂层。
10.根据前一权利要求的玻璃陶瓷制品，其特征在于所述搪瓷涂层布置在基材的上表面上。
11.一种制造玻璃陶瓷制品的方法，所述玻璃陶瓷制品包含至少一个由玻璃陶瓷材料制成的基材，如板，在其上施加包含纤维和树脂基质的纤维结构，然后对由此涂布的所述基材施以在压力下(在高压釜中)或在真空下的热处理。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于所述热处理在100至200℃，优选120至150℃的温度下进行。
13.根据权利要求11和12任一项的方法，其特征在于所述热处理在100至400毫巴，优选150至350毫巴的压力下进行。
14.根据权利要求11至13任一项的方法，其特征在于所述热处理进行30分钟至3小时，优选40分钟至2小时，和甚至更优选50分钟至1小时30分钟的时间。
15.根据权利要求11至14任一项的方法，其中所述制品是具有加热区和控制面板的烹饪板，所述方法的特征在于在施加纤维结构之前，将其预切割成基材的尺寸，并在加热区处和任选在控制面板处在所述结构中切割出间隙。
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