CN1487878A - 含有沥青的复合组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有以下层结构的复合组件：(i)2到20毫米的金属、塑料或木材，(ii)10到300毫米的含沥青混合物，(iii)2到20毫米的金属、塑料或木材。

Description

含有沥青的复合组件
本发明涉及具有以下层结构的复合组件：
(i)2到20毫米，优选3到10毫米，特别优选5到10毫米的金属、木材或塑料例如聚乙烯、聚丙烯、ABS、热塑性聚氨基甲酸酯、ASA或PVC，优选金属，
(ii)10到300毫米，优选10到100毫米含沥青的混合物，
(iii)2到20毫米，优选3到10毫米，特别优选5到10毫米的金属、木材或塑料例如聚乙烯、聚丙烯、ABS、热塑性聚氨基甲酸酯、ASA或PVC，优选金属。
本发明更进一步涉及制备这些复合组件的方法及它们的用途。
用于船舶设计如船体和货舱盖，或桥梁、顶板或多层建筑物设计中的结构部件，必须能够抵抗来自外力的相当大应力。由于这些要求，这类结构部件通常由采用适当的几何形状或适合的支柱加强的金属板或金属支架组成。由于安全标准的提高，所以油罐船船体通常是由一个内壳和一个外壳组成，每种壳是由15毫米厚钢板制造而成，通过长约2米的钢支柱相互连接。因为这些钢板要承受相当大的力，外部和内部的钢壳都采用焊接上加固部件的方法来加固。这种常规的结构部件的缺陷首先在于需要相当大数量的钢材，并且其次是需要耗费时间的劳动密集的方法制造。而且这类结构部件具有相当大的重量，降低了船舶的吨位并增加了燃料消耗。此外，这种基于钢材的结构部件也需要大量维护，这是由于外表面及外部与内部壳体之间的钢部件的表面都必须进行定期的防腐保护。
基于钢材设计的已知替代物是SPS组件(夹层板体系)，其包括由金属和塑料制成的复合体，通常为聚异氰酸酯加聚产物。将塑料粘附到两金属层上得到的复合组件比基于钢材设计的已知组件具有显著优势。US 6 050 208，US 5 778 813，DE-A 198 25 083，DE-A 198 25 085，DE-A198 25 084，DE-A 198 25 087和DE-A 198 35 727公开了这类SPS组件。
SPS中合成弹性聚合物的重要特性是它的高温特性以及其加工性能和成本效益。
所以，本发明的一个目的是开发新的复合组件，其具有良好的耐热性，易于使用和安装，并且也可以廉价制造。
我们已经发现这一目的可以通过在开始所描述的复合组件来实现。
为达到本发明的目的，沥青是由原油处理得到的低挥发性混合物，并且含有各种有机物质，具有随温度改变的粘弹性能。沥青的其它定义记载在Rmpp Chemie Lexikon，第9修订版，Georg Thieme Verlag，Stuttgart，纽约，特别是在DIN 55 946第一部分中，在其中可见其确切的定义。沥青是众所周知的，沥青的各种类型可以从商业途径获得。涉及沥青、各种类型、添加剂、加工和处理方法信息的实例公开在“ShellBitumen für den Straβenbau und andere Anwendungsgebiete”，第7版，1994年，Deutsche Shell Aktiengesellschaft，Hamburg和“The ShellBitumen Industrial Handbook”，由Shell Bitumen出版，Chertsey，Surrey，UK，1995年(ISBN-0-95 16625-1-1)中。
原则上，在本发明的复合组件中可以使用任何类型的沥青。考虑复合组件的各种应用和可能的生产加工方法，有利的是选择已知的和已经描述的那些沥青制成的那些在软化点、使用温度下的粘度、对层(i)和(iii)的粘附力和弹性特性等方面有利的产物。沥青或沥青混合物的选择性或可能的匹配是本领域技术人员熟知的。例如对于抵抗特别高的热应力的复合组件，使用具有高软化点的沥青是有利的。
优选使用按照DIN 55 946第一部分具有按照DIN 52010针入度为0.1到80毫米的沥青作为(ii)。
此外，优选复合组件包含具有按照DIN 52011软化点至少为50℃的沥青，优选至少80℃。
并且优选复合组件包含具有沥青质含量为8-30％重量的沥青。
并且优选含有氧化沥青的复合组件。通过已知方法可以制备氧化沥青并且可以从商业途径获得。
复合组件优选含有沥青作为在层(i)的(iii)之间的层(ii)，这种沥青是含有无机填料和/或塑料的沥青混合物。适用于沥青混合物性能的适当添加剂的优点是众所周知的并且已经广泛描述。所以，利用混合物的已知性能，技术工人可以利用有利的混合，进而实现复合组件的广泛应用，例如适用于机械或热应力的复合组件。
作为(ii)优选使用的物质是沥青与以下物质的混合物，所述物质包括SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)，SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)，SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)，BPDM(乙烯-丙稀-二烯橡胶)，乙烯-丙烯酸丁酯，乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)，乙烯-丙烯酸甲酯，和/或聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物。含有这些塑料的沥青混合物已有广泛描述并且通常为技术人员所熟知。适合作为添加剂的塑料可以购自E1enacGmbH，德国，例如商标为Lucobit。塑料，特别是聚烯烃，优选具有数均摩尔量为20,000-1,000,000克/摩尔。基于(ii)的总重量，沥青混合物中塑料含量通常为0-30％重量，优选为0-13％重量。
为达到本发明目的，无机填料的例子是石膏、硫酸钡、沙子、水泥和/或岩粉。这些无机添加剂已经广泛描述并且作为沥青添加剂是众所周知的。它们的颗粒尺寸通常为1-75μm，或者在沙子的情况下通常为0.08到2毫米。但是，如果适当也可以使用较大颗粒，例如，已知为此目的使用的颗粒尺寸至少为4毫米，优选4-10毫米的碎屑也是可用的。基于(ii)的总重量，含有沥青的混合物中无机填料的含量通常为0-90％重量，优选为0-50％重量。
除了所述沥青添加剂之外，为达到本发明目的也可以使用众所周知的填料，例如玻璃纤维、纤维素和/或岩石纤维，和/或另外已知的添加剂，例如染料、油类、蜡或脂肪。
在DE-A 199 03 314，EP-A 1 008 630和US 6 133 350中记载了可能的添加剂以及它们与沥青一起使用的实例。
沥青通常在140-240℃下与所述可能的其它组分混合，温度的选择有利的是依所用沥青和所需添加剂而定。取决于添加剂，通过众所周知方法可以进行混合。
含有所述添加剂的沥青混合物已经广泛描述并且各种各样的沥青混合物可以从商业途径获得。
优选复合组件具有以下层结构：
(i)2到20毫米，优选3到10毫米，特别优选5到10毫米的金属，
(ii)10到300毫米，优选10到100毫米的沥青，
(iii)2到20毫米，优选从3到10毫米，特别优选5到10毫米的金属。
在上述优选的方案中，术语“沥青”也包括含有沥青和其它众所周知的组分的沥青混合物，例如含有在上文中所描述的添加剂。
制备本发明复合组件的一种方法是在层(i)和(iii)之间引入含有沥青的混合物，通常是软化的或熔化的沥青，优选在140-240℃的沥青温度下进行。为了防止任何不需要的过早冷却，使得在(i)和(iii)之间所有空间被填充之前沥青在(i)和(iii)之间出现硬化，在引入沥青之前和/或在进行填充期间加热层(i)和(iii)是有利的，优选使其达到40-240℃，特别优选达到60-150℃。当层(i)和(iii)由金属组成时，特别适用，因为金属具有高热能力，当冷却时可以快速冷却热的沥青。
制备复合组件的一个实例是在封闭式模具中进行，也就是说在用(ii)填充之前，(i)和(iii)位于模具中，一旦完成引入(ii)之后封闭模具。当(ii)硬化之后，将复合组件从模具中取出。
在一个实施例中，以适当的排列将(i)和(iii)固定，例如相互平行。其间距的选择通常使(i)与(iii)之间的空间厚度为10到300毫米。一种固定(i)和(iii)方法的实施例是采用间隔物。中间部分的边缘优选被密封从而可使得在(i)和(iii)之间的空间填满(ii)，又可防止这些组分流出。可以使用通常的塑料膜或金属箔和/或金属板进行密封，并且这些材料同时也可以用作间隔物。
(i)和(iii)可以是垂直或水平方向，用(ii)填充(i)和(iii)之间的空间。
可以使用传输或浇注热沥青的常用设备，优选连续加料，用(ii)填充(i)和(iii)之间的空间。在填充过程中，取决于(ii)的粘度，(ii)可以简单浇注或在压力下注射。优选在(ii)的硬化之前全部完成填充(i)和(iii)之间的空间。
另外一种生产复合组件的方法是在(i)的表面应用熔化或软化的(ii)，然后将(iii)固定在熔化或软化的(ii)上。例如，含有熔化或软化沥青的混合物可以被压延、用刀涂抹或涂覆在(i)上。然后将层(iii)与(ii)接触，优选在(ii)硬化前固定在所需位置。当(ii)应用到(i)上时，均匀的厚度层(ii)是可能的并且是优选目标，厚度取决于所需复合组件的尺寸。在边缘处或在(i)和/或(iii)的特别处理过的开孔处过剩沥青会流出或被挤压出。
另一种替代的方式是预制层(ii)，当它成为固体时，将层(ii)粘接到(i)和(iii)上。在这种将(ii)粘接到(i)和(iii)上的方法中，可以使用已知用于这种材料的粘合剂进行。技术工人通过使用简单常规的实验可以选择适当的粘合剂。
复合组件制成后与(ii)粘附的(i)和/或(iii)的那些表面优选事先采用砂或钢砂进行喷砂处理。可以使用常规方法进行这种喷砂处理。例如，可在高压下使用普通的砂对表面进行喷砂处理，这样，例如可以使表面清洁和粗糙化。适于这种处理的设备可通过商业途径获得。
与(ii)接触的(i)和(iii)的表面的这种处理在(a)与(b)反应之后可以显著改进(ii)与(i)和(iii)的粘附性。喷砂处理优选在将制备(ii)的组分引入到(i)和(iii)之间的空间之前立即进行。与(ii)粘附的(i)和(iii)的表面优选不含降低粘附力的无机和/或有机物质，例如油类或脂肪，或通常已知作为脱膜剂的任何物质。
所用的层(i)和(iii)通常是板且可以优选是常规的金属，如铁，常规的钢，任何类型的精制钢，铝和/或铜。
在用于制备本发明的复合组件前，可以涂覆(i)或(iii)，例如涂覆底漆，喷漆，和/或用常规塑料涂覆。优选(i)和(iii)以未涂覆的形式被采用，特别优选在使用前清洁过的，例如采用常规喷砂处理的方法。
本发明的复合组件主要用于需要可承受大的外力的结构部件的领域，例如在造船业中作为结构部件，例如用于船壳如具有外壁和内壁的双层船壳，或货舱盖或货舱隔板或装货舷门或土木工程工件中例如桥梁，或用作建筑物，特别是多层建筑物中的结构部件。
在沥青的合适耐热性方面，在操作的简单性方面，包括在复合组件的安装和在成本效益的生产方面，均发现本发明的复合组件比相同用途的已知复合组件具有优势。

Claims (11)

1.一种复合组件，其包括以下层结构：
(i)2到20毫米的金属、塑料或木材，
(ii)10到300毫米的含沥青混合物，
(iii)2到20毫米的金属、塑料或木材。
2.如权利要求1所述的复合组件，作为(ii)，包括与无机填料和/或塑料混合的沥青。
3.如权利要求1所述的复合组件，作为(ii)，包括与SBS、SBR、SIS、EPDM、聚烯烃、乙烯-丙烯酸丁酯、乙烯-乙酸乙烯酯和/或乙烯-丙烯酸甲酯混合的沥青。
4.如权利要求1所述的复合组件，包括按照DIN 55 946第一部分的具有按照DIN 52010的针入度为0.1到80毫米的沥青。
5.如权利要求4所述的复合组件，包括具有按照DIN 52011的软化点至少为50℃的沥青。
6.如权利要求1所述的复合组件，包括沥青质的含量为8-30％的沥青。
7.如权利要求1所述的复合组件，包括氧化沥青。
8.制备如权利要求1所述的复合组件的方法，其中包括将含有熔化或软化的沥青混合物引入到层(i)和(iii)之间。
9.制备如权利要求1所述的复合组件的方法，其中包括将熔化或软化的(ii)应用到(i)的表面上，然后将(iii)固定在熔化或软化的(ii)上。
10.制备如权利要求1所述的复合组件的方法，其包括将(ii)粘接到(i)和(iii)上。
11.含有如权利要求1-7中任何一项所述的复合组件的船舶或市政工程设施。
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