DE112014001304T5

DE112014001304T5 - Glaspartikel- und Faser- Polymerkomposit bzw. -gemisch

Info

Publication number: DE112014001304T5
Application number: DE112014001304.8T
Authority: DE
Inventors: Kurt E. Heikkila; John S. Kroll
Original assignee: Tundra Composites LLC
Current assignee: Tundra Composites LLC
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-01-07
Also published as: GB2528599A; CA2903076C; US11161984B2; US11891520B2; US20220112379A1; CA2903076A1; US20190194462A1; US10752777B2; GB2528599B; US10227490B2; WO2014160362A1; US20160002468A1; US20210054212A1; GB201517862D0

Abstract

Hierin aufgeführte Ausgestaltungen nehmen Bezug auf ein Kompositmaterial mit ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist. Das Kompositmaterial weist ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa auf. In verschiedenen Ausgestaltungen sind strukturelle Bauteile, die aus dem Komposit hergestellt sind, sowie auch aus dem Komposit hergestellte additive Fertigungskomponenten enthalten. Weitere Ausgestaltungen sind hierin ebenfalls enthalten.

Description

Diese Anmeldung ist bzw. war am 13 März 2014 im Namen der Tundra Composites, LLC, einer US-amerikanischen National Corporation, die Anmelderin für die Benennung aller Länder ist, und im Namen von Kurt E. Heikkila, US-Bürger und John S. Kroll, US-Bürger, die Erfinder für die Benennung aller Länder sind, als eine internationale PCT-Patentanmeldung eingereicht worden, wobei der Inhalt von Ansprüche in Priorität bzw. im Prioritätszeitraum der genehmigten US Patentanmeldung 61 782 516, die am 14. März 2013 eingereicht wurde, und hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit enthalten ist.
Gebiet der Erfindung
Ausgestaltungen hierin beziehen sich auf Komposite bzw. Mischungen, die eine Polymerphase und eine dispergierte, bzw. dispergiert gemischte Partikel- bzw. Partikulatphase umfassen, die ein gemischtes Partikulat aufweist.
Hintergrund
Es wurde eine erhebliche Aufmerksamkeit der Entwicklung von Kompositmaterialien mit einzigartigen Eigenschaften entgegen gebracht. In dieser Materialklasse einbezogen sind Materialien mit verbesserten viskoelastischen Eigenschaften, variierenden Dichten, variierenden Oberflächeneigenschaften und anderen Eigenschaften, die genutzt werden können, um ein Komposit mit verbesserten Eigenschaften herzustellen. In der Vergangenheit wurden Kompositmaterialien generell durch Verbinden von zwei unähnlichen Komponenten hergestellt, um bevorzugte Eigenschaften beider Komponenten zu erhalten. Ein wahrer bzw. echter Komposit ist einzigartig, da die Interaktion und entwickelte Kombination der Komponenten die besten Eigenschaften und Charakteristiken beider Komponenten bereitstellt.
Viele Arten von Kompositmaterialien sind bekannt. Generell ist im Stand der Technik eine Kombination von Metallen verschiedener Art und Herkunft, um eine Legierung zu bilden, die einzigartige Eigenschaften als Metall/Metall Legierung im Gegensatz zu den Metallen selbst aufweist, bekannt. Metall/Keramik Komposite wurden typischerweise hergestellt, indem Metallpulver oder -fasern mit Ton- bzw. Lehmmaterialien verbunden wurden, und die in ein Metall/Keramik-Komposit gesintert werden konnten.
Üblicherweise führt die Kombination einer thermoplastischen oder duroplastischen Polymerphase mit einem Verstärkungspulver oder einer Faser zu einer Vielzahl an gefüllten bzw. Füllstoff aufweisenden Materialien, und kann unter den richtigen Prozess- bzw. Verfahrensbedingungen einen echten Polymerkomposit formen bzw. bilden. Im Gegensatz kann ein gefülltes bzw. Füllstoff aufweisendes Polymer, das Additive als Füllstoffe umfasst, keine Kompositeigenschaften aufweisen. Ein Füllmaterial weist üblicherweise anorganische Materialien auf, die entweder als Pigmente oder Ersatz der Polymerkomponente fungieren. Füllstoffe sind oft ein Ersatz für eine teurere Komponente in der Komposition. Eine große Vielfalt von faserverstärkten Kompositen wurden typischerweise hergestellt, um faserverstärkte Eigenschaften, die ausschließlich genutzt wurden, um die mechanischen Eigenschaften des Polymers in einem speziellen Komposit zu modifizieren, zu erhalten.
Polymermaterialien wurden mit Cellulosefasern verbunden um extrudierte Materialien herzustellen. Jedoch wurden diese Materialien nicht erfolgreich in Form von Bauteilen verwendet, die eine direkte Ersetzung von Holz und anderen Materialien, wie bspw. Aluminium und Beton, in temporären Strukturen, die nützlich in Militär-, gewerblichen- oder Baumaterialanwendungen sind, darstellen. Diese Materialien können die Form bzw. Gestalt eines dekorativen oder strukturellen Materials oder Bauteils aufweisen. Übliche extrudierte thermoplastische Kompositmaterialien können keine thermischen und strukturellen Eigenschaften, die ähnlich zu Holz oder anderen Baustoffen bzw. strukturellen Materialien sind, aufweisen. Diese extrudierten Materialien versagen in Bezug auf ausreichende Module, Kompressions- bzw. Druckfestigkeit und thermische Ausdehnungskoeffizienten, die mit holz vergleichbar sind bzw. übereinstimmen und einen direkte Ersetzung ermöglichen würden. Darüberhinaus müssen viele aus dem Stand der Technik bekannte extrudierte Komposite nach der Extrusion, zu einer abschließenden und verwendbaren Form gefräst werden. Eine Klasse von Komponenten, ein Polyvinylchlorid/Holzmehl-Material, besitzt das zusätzliche Problem, dass Holzstaub, der sich während der Herstellung ansammeln kann, ab einer gewissen Konzentration von sehr feinen, durch die Luft übertragenen Holzstaub oder -pulver, zu Explosionen neigt.
Viele dieser Materialien, die ein Polymer und Partikulat aufweisen, sind Beimischungen von separaten Komponenten und keine echten Komposite. Beimischungen sind relativ leicht in ihre Bestandteile zu trennen, und die Komponenten zeigen ihre individuellen Komponenteneigenschaften, sobald diese getrennt sind. Ein wahres Komposit widersteht Separation bzw. Trennung und zeigt verbesserte und oft unterschiedliche Eigenschaften zu den Eingangsmaterialien, wobei die individuellen Eingangsmaterialien oft diese verbesserten Eigenschaften nicht aufweisen. Ein wahres Komposit zeigt nicht die Eigenschaften der individuellen Komponenten, sondern zeigt die einzigartigen Eigenschaften des Komposits als Ganzes.
Zusammenfassung
Hierin ausgeführte Ausgestaltungen nehmen Bezug auf Komposite, die eine Polymerphase und eine dispergierte, bzw. dispergiert gemischte Partikulatphase mit einem gemischten Partikulat bzw. Mischpartikulat umfassen. Das Mischpartikulat kann einen Anteil einer Verstärkungsfaser (mit, aber nicht beschränkt auf Cellulose- oder Holzfasern) und einen Anteil an Partikeln, wie bspw., aber nicht beschränkt auf, hohle Glasmikrokugeln bzw. Hohlglasmikrokugeln, Glaspartikel, mineralisches oder keramisches Partikulat, aufweisen. Die Ausgestaltungen hierin umfassen auch Verfahren zur Herstellung und Anwendung des Komposits als auch Anwendung der Materialien.
Verschiedene Ausgestaltungen umfassen ein Kompositmaterial. Das Kompositmaterial, das ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist. Das gemischte Partikulat kann einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfassen. Das Kompositmaterial kann ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweisen.
In einigen Ausgestaltungen kann das erfindungsgemäße Material durch eine Auswahl nichtmetallischer Partikelspezies, Partikelgrößen-(P_s)Verteilungen, Molekulargewicht, viskoelastischen Eigenschaften und Prozessbedingungen bereitgestellt werden. Die Partikel können eine spezifische und neue Partikelmorphologie, die mit den Komponenten der Erfindung zusammenwirkt, um die benötigten Eigenschaften dem Komposit bereitzustellen, aufweisen. Die Materialien können anpassbare chemische/physische Eigenschaften durch Partikel und Polymer Auswahl aufweisen. Die resultierenden Kompositmaterialien können die heutigen Komposite in Bezug auf viele Eigenschaften, wie bspw. Dichte, Oberflächencharakter, geringere Toxizität, verbesserte Formbarkeit, verbesserte Duktilität, verbesserte viskoelastische Eigenschaften (wie bspw. ein Zugmodul, Speichermodul, Elastischplastische-Deformation u.a.) Schwingung oder Klang, Gestaltfestigkeit und/oder maschinelle Formungseigenschaften übertreffen. In verschiedenen Ausgestaltungen können die Packung bzw. das Packen der ausgewählten Partikelgrößen (P_s, P_s ¹, etc.), Verteilung des Partikelbestands und die Auswahl des Partikulats oder gemischten nicht-metallischen, anorganischen, keramischen oder mineralischen Partikulats verwendet werden, um verbesserte Eigenschaften zu erhalten. Die Materialien der Erfindung sind für viele Anwendungen gut geeignet, die die Herstellung von dekorativen und strukturellen Elementen bzw. Bauteilen, die in Bauanwendungen als auch in zusätzlichen Herstellungssystemen als Filament oder eine andere Art von Einsatz verwendet werden, umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Diese Zusammenfassung ist ein Überblick von einigen Lehren der vorliegenden Applikation, und ist nicht dazu gedacht, eine exklusive oder vollständige Behandlung des vorliegenden Gegenstands bzw. der vorliegenden Erfindung darzustellen. Weitere Details finden sich in der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen. Andere Aspekte werden für einen Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung und Betrachten der Zeichnungen, die ein Teil davon bilden, und von denen jede nicht als limitierend bzw. abschließend zu verstehen ist, offensichtlich sein. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Rechtsgrundlage definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Der Erfindung kann in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden:
1A und 1B zeigen eine Bauplatte bzw. -paneel gemäß verschiedenen Ausgestaltungen.
2A–2C zeigen eine zweite Ausgestaltung einer Bauplatte der Erfindung, die das Kompositmaterial mit einer Feder-und-Nut-Verbindung verwendet.
3A–3B zeigen eine Querschnittsansicht der Verkleidungselemente bzw. -bauteile, die unter Verwendung eines Komposits gemäß verschiedener Ausgestaltungen hergestellt sind.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausgestaltung des Verkleidungselements.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausgestaltung des Verkleidungselements.
6 bis 8 zeigen weitere Ausgestaltung von Verkleidungselementen mit alternativen Profilen.
9 und 10 zeigen Hohlprofilbauteile mit dem Kompositmaterial.
11 zeigt ein festes dimensionales Bauteil mit dem Kompositmaterial.
12 zeigt eine Einfassung, die mit Bauteilen geformt bzw. gebildet ist, die das Kompositmaterial verwenden.
13 zeigt ein Detail einer Ansicht eines Abschnitts einer Wand der Einfassung aus 12.
Während die Erfindung offen für verschiedene Modifikationen und alternative Formen ist, wurden Spezifikationen hiervon durch Beispiele und Zeichnungen gezeigt und im Detail beschrieben. Jedoch sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf spezielle bzw. jeweilig beschriebene Ausgestaltungen beschränkt ist. Es ist im Gegensatz eine Bestrebung, Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Rahmen der Erfindung fallen, abzudecken.
Detaillierte Beschreibung
Die hierin beschriebenen Ausgestaltungen sind nicht dazu bestimmt, vollständig zu sein, oder die Erfindung auf die genauen Ausführungen der folgenden detaillierten Beschreibung zu beschränken. Die Ausgestaltungen sind vielmehr so gewählt und beschrieben, dass ein Fachmann die Prinzipien und Anwendungen einsehen und verstehen kann.
Es ist wünschenswert ein Material zur Verfügung zu haben, dass eine oder mehrere bevorzugte Eigenschaften einschließlich einer einstellbaren Dichte, geringerer Toxizität, verbesserte Verformung bei thermischer und mechanischer Belastung, verbesserte Duktilität, verbesserte viskoelastische Eigenschaften (wie bspw. ein Zugmodul, Speichermodul, Elastisch-plastische-Deformation u.a.) elektrische/magnetische Eigenschaften, strukturelle Eigenschaften und/oder maschinelle Formungseigenschaften mit einem wesentlich reduzierten Verschleiß der Verfahrensbauteile bzw. -ausrüstung aufweist.
Wie oben beschrieben wurden Polymermaterialien mit Cellulosefasern kombiniert, um extrudierte Materialien herzustellen. Jedoch waren diese Materialien keine echten Komposite, und stellen daher nicht die vorteilhaften Eigenschaften eines wahren Komposits bereit. Obwohl generell eine erhebliche Menge an Arbeit im Bereich von Kompositmaterialien geleistet wurde, wurde die Verwendung einer dispergierten Faser mit nichtmetallischen Partikeln (wie bspw. Glaspartikel, Hohlglaspartikel, Glasmikroblasen oder mineralische Partikel) in einer Polymerphase, um ein wahres Kompositmaterial herzustellen, zuvor nicht bereitgestellt.
Ausgestaltungen hierin beziehen sich auf neue Komposite, die durch Kombination einer Polymerphase und einer gemischten dispergierten Partikulatphase, die eine Verstärkungsfaser (wie bspw. eine Cellulose- oder Holzfaser), ein Partikulat bzw. Partikulate (wie bspw. eine Hohlglasmikrokugel, ein Glaspartikel, ein Mineral oder eine Keramik) und einen Zwischenschichtmodifizierer umfasst, hergestellt wurden. In einer Ausgestaltung stellen diese Komposite ein strukturelles Komposit mit verbesserten und neuen Eigenschaften bereit, bspw. für bauliche Anforderungen permanenter als auch temporärer Gebäude, und um neue physikalische bzw. physisch-elektrische Oberflächen und viskoelastische Eigenschaften zu erreichen. Die neuen Komposite können weiter als Filament, Einsatz, zu Weiterverarbeitungs-(AM)Lösungen, üblicherweise mit 3-D oder 3 dimensionalem Druck bezeichnet, der für die Erzeugung von Teilen, die in dem Verfahren des Designs und der Herstellung von Produkten und für die direkte Herstellung von Endverbraucherteilen verwendet werden, genutzt werden. In einem Punkt bzw. Aspekt verwenden AM-Systeme Fused Deposition Modeling (FDM) und Tintenstrahldruck-basierte Technologien, wie bspw. PolyJet, um die Herstellung von Prototypen und Geräten, die die Herstellung und Waren, die direkt von den dreidimensionalen (3D) CAD Dateien oder anderen 3D Inhalten hergestellt werden, ermöglichen. Desktop 3D Drucker, wie bspw. ein MAKERBOT REPLICATOR 2 oder andere ähnliche Druckerarten, zur Idee- und Designentwicklung, und eine Reihe von Systemen zur schnellen Prototypherstellung, und Produktionssysteme zur direkten digitalen Herstellung unter den uPrint, Mojo, Objet, Dimension Fortus und Soliscape Marken für größere Arten von Druckern zur zusätzlichen Verarbeitung bzw. Weiterverarbeitung. AM oder 3-D Printlösungen werden in der Luft- und Raumfahrt, Bekleidungsindustrie, Architektur, Autoindustrie, Büromaschinenherstellung, Konsumentenbereich, Rüstungsindustrie, Dentalindustrie, Elektroindustrie, Lehreinrichtungen, Schwerindustrie, Schmuckindustrie, Medizintechnik und Spielzeugindustrie verwendet.
In einer Ausgestaltung verwendet das Kompositmaterial einen Anteil an Cellulosefaser in der gemischten dispergierten Partikulatphase. Die Cellulosefaser umfasst üblicherweise Fasern mit einem hohen Aspekt- bzw. Seitenverhältnis von Zellen mit Zellwänden aus Cellulose. In einem Punkt bzw. Aspekt kann das Seitenverhältnis in einem Bereich von 1:100 der Mischungen, der viele Seitenverhältnisse von 1:1, 1:1,5, 1:10, 1:50 und/oder 1:100 umfassen kann, wobei jegliches dieser Verhältnisse die ober oder untere Grenze des Bereichs, der das Seitenverhältnis beschreibt, bilden kann. Während des Kompositformprozesses der Ausgestaltung werden die Zellwände, Lumen und Cellulosefaser nicht erheblich komprimiert, und Zwischenschichtmodifizierer, aber keine Polymere, werden in das innere Zwischen- bzw. Hohlvolumen der Zelluloseholzfaserzellen eingebracht. In einigen Ausgestaltungen kann die Viskosität des Zwischenschichtmodifizierers relativ gering sein, was ein Eindringen in die Lumen der Cellulosefasern ermöglicht. Es wird angenommen, dass Beschichten des Lumeninneren der Cellulosefaser die Reibung der inneren Oberfläche der Faser reduziert, was es kleineren Glaskugeln oder kleineren Hohlglaskugeln gestattet, sich in die Lumen der Faser einzubetten. Dieser Aspekt der Kompositformierung wird als Gegensatz zum Stand der Technik angenommen, bei dem das Polymermaterial sich an die innere Holzfaserstruktur, wie bspw. das Lumen, anlagerte und in diese erheblich eindrang.
Das Cellulosematerial des Faserpartikulatanteils des Kompositmaterials kann aus einer Vielzahl an Quellen gewonnen werden, die Hart-, Weichholzprodukte und Neben- bzw. Abfallprodukte, Zuckerrohr, Baumwolle, Flachs bzw. Leinen und andere bekannte Quellen von Cellulosematerialien umfassen. In einer anderen Ausgestaltung ist Ahorn eine Quelle für ein Cellulosematerial. Mischungen des Cellulosematerials, wie bspw. Hart- oder Weichholzverschnitte, oder eine Holzfaser mit einer anderen Faser, wie bspw. Baumwolle oder Flachs, zur Faserproduktion für ein Komposit werden als sinnvolle Ausgestaltungen betrachtet.
Eine Quelle für Cellulosefasern umfasst Holzfasern, die ein Produkt oder Nebenprodukt der Herstellung von Bauholz oder anderen Holzprodukten sein können.
Ein Teil des runden Hohlglasmikrokugelpartikulats, mit einer Partikelgröße von ca. 10 Mikrometer bis ca. 1500 Mikrometer, kann in der dispergierten Partikulatphase des Kompositmaterials verwendet werden. Andere sinnvolle Größen der Hohlglasmikrokugeln sind 10 bis 100 µ, 10 bis 75 µ, 10 bis 50 µ oder 10 bis 25 µ. Die kleineren Hohlglasmikrokugeln können in die Lumen der Cellulosefaser eindringen und wandern. Die maximale Größe ist erreicht, wenn die Partikelgröße (P_s) des Partikels weniger als 20% entweder der geringsten Dimension bzw. des Abmaßes oder des dünnsten Teils unter Belastung in einem geformten Gegenstand aufweist. Diese Partikel können im Wesentlichen hohl und sphärisch bzw. rund sein.
Thermoplastische als auch duroplastische Harze bzw. Kunststoffe können in verschiedenen Ausgestaltungen verwendet werden. Im Falle eines thermoplastischen Harzes werden die Komposite speziell durch Verschneiden bzw. Blenden des Partikulats mit einem Zwischenschichtmodifizierer vor dem Mischen mit dem thermoplastischen Polymer gebildet, und dann wird das Material in ein fertiges Komposit geformt, wie bspw. ein Pellet, das eine mit Zwischenschichtmodifizierer beschichtete Holzfaseroberfläche und eine mit dem Zwischenschichtmodifizierer beschichtete Glaspartikeloberfläche aufweist, die mit dem Polymer verbunden sind, aber keine kovalente Bindung bzw. Verbindung aufweisen. Duroplastische Polymere werden durch Beschichtung des Partikulats mit einem Zwischenschichtmodifizierer mit einem nicht-gehärteten Material hergestellt, und dann wird das Material in ein fertiges Kompositmaterial, wie bspw. ein Pellet, ausgehärtet.
Die bzw. das Faser- und Partikulatmaterial bzw. -materialien kann bzw. können mit einer chemischen Zwischenschichtoberflächenbehandlung beschichtet werden, die die schlussendlichen Eigenschaften des Komposits unterstützen oder verbessern. Die Zwischenschichtmodifiziererbeschichtung stellt eine neue Oberfläche auf dem Holzfaserpartikulat und einem anderen Partikulat, wie bspw. eine Hohlglasmikrokugel, eine Glaskugel, ein anorganisches Mineral, ein Metall oder keramisches Material, bereit. Diese neue Oberfläche auf dem Partikulat besitzt eine ausgebildete Minimalinteraktion oder -reaktivität mit dem Polymer oder Polymeren der Polymerphase des Komposits, und diese Oberfläche, die durch den Zwischenschichtmodifizierer bereitgestellt wird, ermöglicht in einer Ausgestaltung den Faser- und Partikulatanteilen in der Polymerphase nicht-mischbar zu werden. Der Zwischenschichtmodifizierer auf der Oberfläche des Partikulats ermöglicht dem Partikulat-Bulk, mit dem Polymer und anderen Partikulatanteilen ausschließlich an den Zwischenschichten des Partikulats und des Polymers zu interagieren. In einem Aspekt können die einzelnen Glas- und Cellulosepartikulate an der Zwischenschicht aneinander vorbeigleiten bzw. -rutschen. In einem anderen Aspekt können die einzelnen Partikulate sich selbst anordnen, um eine sehr hohe Packungsdichte in der Polymerphase zu erreichen. In einem anderen Aspekt können die Partikulatanteile in die Lumen der Cellulosefaser wandern und sich selbst anordnen. Partikulat im Inneren der Lumen der Cellulosefaser ermöglicht der Faser, die Vorteile ihrer Faserstruktur zu erhalten, und stellt dem Kompositmaterial Eigenschaften, wie bspw. Prallkraft, einzigartige akustische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, wie bspw. Isolierung, Aufpralleigenschaften, etc., als Ganzes bzw. Einheit bereit. Diese Eigenschaft bzw. dieser Einfluss der zwischenschichtmodifizierten Oberfläche auf das Partikulat und die Holzfaserphasen ermöglicht dem Komposit, darauf abgestimmt oder modifiziert zu sein, um spezifische Eigenschaften von entweder dem Partikulat, der Holzfaser oder dem Polymer, abhängig von der letztendlichen Anwendung oder Verwendung des Kompositmaterials, aufzuweisen.
Ein Komposit ist mehr als eine einfache Mischung von verschiedenen Materialarten. Ein Komposit ist als eine Kombination von zwei oder mehreren Substanzen, die zu verschiedenen Anteilen der Komposition vermischt sind, wobei jede Komponente der Komposition zu Eigenschaften führt, die zusätzlich oder besser zu den Eigenschaften der separaten Bestandteile des Komposits sind, definiert. In einer einfachen Mischung weist das gemischte Material wenig Interaktion und Verbesserung der Eigenschaften auf. Zum Beispiel kann in einem Komposit eines der Materialien ausgewählt werden, um die Steifheit zu erhöhen oder zu verringern, die Faser zu verstärken, oder die Dichte des resultierenden Kompositmaterials zu verstärken oder zu variieren.
Atome und Moleküle können unter Verwendung einer Anzahl an Mechanismen Bindungen mit anderen Atomen oder Molekülen formen. Solch eine Bindung kann zwischen der Elektronenwolke eines Atoms oder Moleküloberflächen auftreten, einschließlich Molekül-Molekül-Wechselwirkungen, Atom-Molekül-Wechselwirkungen und Atom-Atom-Wechselwirkungen. Sogar bei Molekularen Wechselwirkungen beinhaltet jeder Bindungsmechanismus charakteristische Kräfte und Dimensionen bzw. Abstände zwischen Atomzentren bzw. -kernen. Der wichtige Aspekte von solch einer Bindungskraft ist die Stärke und die Variation der Bindungsstärke über Distanz und Ausrichtung. Die Hauptkräfte in solch einer Bindung schließen ionische Bindungen, kovalente Bindungen und die van der Waals' (VDW) Bindungstypen ein.
Ionenradien und Bindung treten in ionischen Spezies, wie bspw. Na⁺Cl^–, Li⁺F^–, auf. Diese ionischen Spezies bilden ionische Bindungen zwischen den Atomkernen aus. Solch eine Bindung ist wesentlich, oft erheblich größer als 100 kJ·mol^–1 und oft größer als 250 kJ·mol^–1. Der Abstand zwischen den ionischen Atomradien ist tendenziell gering und in einer Größenordnung von 1–3 Å.
Kovalente Bindungen resultieren aus einem Überlappen von Elektronenwolken, die die Atome umgeben, und bildet eine direkte bzw. gerichtete kovalente Bindung zwischen den Atomkernen aus. Die kovalenten Bindungsstärken sind wesentlich und ungefähr vergleichbar zu einer ionischen Bindung, und tendieren, kleinere Distanzen zwischen den Atomen auszubilden.

Die verschiedenen Arten von van der Waals' Kräften sind unterschiedlich zu kovalenten und ionischen Bindungen. Diese van der Waals' Kräfte tendieren dazu, Kräfte zwischen den Molekülen und nicht zwischen Atomkernen zu sein bzw. auszubilden. Die van der Waals' Kräfte sind üblicherweise in drei Arten von Kräfte, die Dipol-Dipol-Kräfte, Dispersionskräfte und Wasserstoffbindung bzw. Waserstoffbrückenbindungen umfassen, unterteilt. Tabelle 1 Zusammenfassung der chemischen Kräfte und Wechselwirkungen

Art von Wechselwirkung	Stärke	Bindungscharakter bzw. -natur	Stärke proportional zu
Kovalente Bindung	Sehr stark	Vergleichbar langer Abstand bzw. Reichweite	r^–1
Ionische Bindung	Sehr stark	Vergleichbar langer Abstand	r^–1
Ionen-Dipol	Stark	Kurzer Abstand	r^–2
VDW Dipol-Dipol	Gemäßigt stark	Kurzer Abstand	r^–3
VDW Ioneninduzierter Dipol	Schwach	Sehr kurzer Abstand	r^–4
VDW Dipolinduzierter Dipol	Sehr schwach	Extrem kurzer Abstand	r^–6
VDW-Londonsche Dispersionskraft	Sehr schwach^a	Extrem kurzer Abstand	r^–6

^a Da die VDW-Londonschen Kräfte mit zunehmender Größe zunehmen, und es keine Begrenzung zu der Größe der Moleküle gibt, können diese Kräfte ziemlich groß werden. Jedoch sind diese generell sehr schwach.

Dipol-Dipol Kräfte entstehen durch Ladungstrennung eines Moleküls, die ein generell oder teilweise positives Ende und ein generell oder teilweise negatives, entgegengesetztes Ende verursacht. Die Kräfte entstehen aus elektrostatischer Wechselwirkung zwischen negativen und positiven Regionen des Moleküls. Wasserstoffbrückenbindung ist eine Dipol-Dipol Wechselwirkung zwischen einem Wasserstoffatom und einer elektronegativen Region in einem Molekül, die typischerweise ein Sauerstoff, Fluor, Stickstoff oder andere relativ elektronegative Seite (im Vergleich zu H) aufweist. Diese Atome erlangen eine negative Dipolladung, die eine Dipol-Dipol Wechselwirkung mit einem Wasserstoffatom, das eine positive Ladung aufweist, anzieht. Eine Dispersionskraft ist die van der Waals' Kraft, die zwischen im Wesentlichen nicht-polaren, ungeladenen Molekülen auftritt. Obwohl die Kraft in nicht-geladenen Molekülen auftritt, resultiert die Kraft aus der Bewegung von Elektronen inmitten des Moleküls. Wegen der Schnelligkeit der Bewegung inmitten der Elektronenwolke erlangt das nicht-polare Molekül eine kleine aber bedeutende kurzweilige Ladung, da die Elektronenbewegung einen temporären Wechsel der Polarisierung des Moleküls verursacht. Diese geringen Fluktuationen bzw. Wechsel in der Ladung resultieren in dem Dispersionsanteil der van der Waals' Kraft.
Die VDW Kräfte tendieren aufgrund der Natur des Dipols oder der wechselnden Polarisation des Moleküls zu kleinen Bindungsstärken, normalerweise 50 kJ·mol^–1 oder weniger. Darüberhinaus ist der Abstand bzw. die Reichweite bei dem die Kraft anziehend wird auch wesentlich größer als bei ionischen oder kovalenten Bindungen, und tendiert dazu, ca. 3–10 Å zu betragen.
In einer Ausgestaltung haben wir herausgefunden, dass die einzigartige Kombination von Holzfaserpartikulat, die variierende, aber kontrollierte Holzfaser- und Partikelgröße inmitten der Partikel- und Faserkomponente der Partikulatphase, und die Modifikation der Wechselwirkung zwischen Holzfaser, der Partikulatphase und der Polymerphase in der Kreation einer einzigartigen van der Waals' Bindung resultiert. Die van der Waals' Kräfte entstehen zwischen Partikulat-Atomen/Kristallen in dem Partikulat/Faser Gemisch, und die Polymere werden durch eine Kombination aus Partikelgröße, Polymer und Zwischenschichtmodifizierern in dem Komposit erzeugt.
Materialien, die in der Vergangenheit als "Komposit" bezeichnet wurden, haben lediglich ein Polymer, das mit Füllstoffen gefüllt war, mit weniger oder keiner van der Waals' Interaktion zwischen dem Partikulatfüllmaterial aufgewiesen. In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird angenommen, dass die Wechselwirkung zwischen der Auswahl der Holzfasergröße, anorganischen Partikelgrößenverteilung mit zwischenschichtmodifiziertem Partikulat und zwischenschichtmodifiziertem Holzfaserpartikulat der Holzfaser und der Partikulatphase ermöglicht, einen intermolekularen Abstand, der eine erhebliche van der Waals' Bindungsstärke aufbaut, zu erreichen. Die Materialien des Stands der Technik, mit wenig bis gar keinen viskoelastischen Eigenschaften, erreichen keine wahre Kompositstruktur. Dies führt zu unserer Folgerung, dass dieser intermolekulare Abstand in dem Stand der Technik nicht erreicht wird. In der oberen Diskussion kann die Bezeichnung "Molekül" dazu verwendet werden, um sich auf einen Partikel oder Partikulat, einen Partikel mit einem nicht-metallischen Kristall, eine Glaskugel, eine Glasmikrokugel, eine Hohlglasmikrokugel, eine Holzfaser oder ein amorpher Zustand, neben anderen Molekülen, Atomeinheiten oder Untereinheiten von Fasern, nicht-metallischen oder anorganischen Mischungen zu beziehen. In den Kompositen der Ausgestaltungen treten die van der Waals' Kräfte zwischen einer Kollektion von Atomen, die als "Moleküle" in Form von mineralischen, anorganischen, celluloseaufweisenden oder nicht-metallischen Atomzuständen auf.
Das Kompositmaterial kann durch einen Komposit, der zwischenmolekulare Kräfte zwischen Partikeln von ca. 30 kJ·mol^–1 und einem Bindungsabstand von 3–10 Å aufweist, charakterisiert werden. Das Partikulat in dem Kompositmaterial der Ausgestaltung weist einen Bereich von Partikelgrößen auf, sodass ca. wenigstens 5 Gew.% des Partikulats in dem Bereich von ca. 10–500 Mikrometer und ca. wenigstens 5 Gew.% des Partikulats in dem Bereich von ca. 10–250 Mikrometer sind, und ein Polymer, das Komposit weist eine van der Waals' Dispersionsbindungsstärke zwischen Molekülen in benachbarten Partikeln von weniger als 4 kJ·mol^–1 und eine Bindungslänge von 1,4 bis 1,9 Å auf, oder weniger als ca. 2 kJ·mol^–1 und die van der Waals' Bindungslänge beträgt ca. 1,5 bis 1,8 Å.
In einer Ausgestaltung ist die dispergierte gemischte Partikulatphase, mit wenigstens einem Anteil eines Glaspartikulats und einem Anteil eines Faserpartikulats, gewöhnlich viel stärker und steifer als die Polymermatrix. Die dispergierte gemischte Partikulatphase gibt dem Kompositmaterial seine guten Eigenschaften, wie bspw. Vertärkungs- und Struktureigenschaften. Die Polymermatrix hält das Verstärkungspartikulat in einer geordneten Struktur mit hoher Dichte. Weil die Verstärkungspartikulate üblicherweise diskontinuierlich sind, hilft die Matrix, auch Last zwischen den Partikeln zu transferieren. Das Verstärkungspartikulat, wie bspw. Fasern und Partikel, können in einer breiten Vielzahl geformter Gegenstände aus Kompositmaterial, wie bspw. Baupaneele bzw. -platten, verwendet werden. In einer Ausgestaltung kann das Kompositmaterial in Ersatzstrukturen oder Verstärkungskomponenten für andere Materialien, wie bspw. Bauholz, Metall oder Beton, geformt werden. Die Verarbeitung kann das Mischen des Verstärkungspartikulats unterstützen. Die dispergierte gemischte Partikulatphase kann mehr als ca. 10 Gew.%, mehr als ca. 15 Gew.%, mehr als ca. 20 Gew.% oder ca. 15 Gew.%–65 Gew.% des Komposits umfassen. Zur Unterstützung bei der Mischung kann ein Zwischenschichtmodifizierer helfen, die Kräfte, die die Matrix daran hindern, eine im Wesentlichen kontinuierliche Kompositphase zu bilden, zu überwinden.
In einer Ausgestaltung kann die dispergierte gemischte Partikulatphase in einem Bereich von ca. 15,0 bis 90,0 Gew.%, von ca. 15,0 bis 80,0 Gew.% und von ca. 15,0 bis 70,0 Gew.% des Komposits liegen. In einer Ausgestaltung ist die dispergierte gemischte Partikulatphase wenigstens ca. 40 Vol.%, wenigstens ca. 50 Vol.% und wenigstens ca. 60 Vol.%. In einer Ausgestaltung kann das Hohlglasmikrokugelpartikulat oder feste Glasmikrokugelpartikulat in einem Bereich von ca. 80,0 bis 20,0 Vol.% des Komposits liegen, und das Holzfaserpartikulats in einem Bereich von 80,0 bis 20,0 Vol.%. In einer Ausgestaltung kann das Hohlglasmikrokugelpartikulat bzw. Hohlglasmikrokügelchenpartikulat oder feste Glasmikrokugelpartikulat bzw. Glasmikrokügelchenpartikulat in einem Bereich von ca. 5,0 bis 90,0 Vol.% der Partikulatphase inmitten der gemischten Partikulatphase liegen, und das Holzfaserpartikulats in einem Bereich von 95,0 bis 10,0 Vol.%.
In einer Ausgestaltung mit einer Partikelphase mit hohem Volumenanteil und am oberen Ende der Partikelbeladung und -dichte, wie bspw. 85 Vol.% des Polymers und davon 90 Vol.% feste Glaskugelpartikel, könnte ein Partikelanteil, der so hoch wie 92 Gew.% ist, auftreten.
In einer Ausgestaltung mit einer Partikelphase mit geringem Volumenanteil und am unteren Ende der Partikelbeladung und -dichte, wie bspw. 40 Vol.% des Polymers und davon 90 Vol.% Hohlglasmikrokugeln mit einer geringen Dichte von 0,2 g/cc, könnte ein Partikelanteil, der so gering wie 15 Gew.% ist, auftreten.
Die Eigenschaften des Komposits entstehen durch die enge Verbindung des Polymers und des Partikulats, die durch Verwendung einer vorsichtigen Verarbeitung und Herstellung erreicht werden. Ein Zwischenschichtmodifizierer ist ein organisches Material, in einigen Beispielen ein organo-metallisches Material, das eine äußere Beschichtung auf dem Partikulat, um eine Oberfläche bereitzustellen, die sich mit dem Polymer verbinden kann, und die nahe Verbindung von Polymer und Partikulat unterstützt, aber keine reaktive Bindung, wie bspw. eine kovalente Bindung zwischen einem Polymer zu einem Partikulat, einem Partikulat, wie bspw. einer Faser, zu einem anderen Partikulat, wie bspw. ein Glaspartikel oder eine Glasblase, aufweist. In einer Ausgestaltung bedeckt die Beschichtung des Zwischenschichtmodifizierers wenigstens teilweise die Oberfläche des Partikulats. In einer Ausgestaltung bedeckt die Beschichtung des Zwischenschichtmodifizierers kontinuierlich und einheitlich die Oberfläche des Partikulats in bzw. mit einer kontinuierlichen Beschichtungsphasenschicht. Es können geringe Mengen des Modifizierers, einschließlich ca. 0,005 bis 8 Gew.%, ca. 0,02 bis 6,0 Gew.%, ca. 0,02 bis 3,0 Gew.%, ca. 0,02 bis 4,0 Gew.% oder ca. 0,02 bis 5,0 Gew.% verwendet werden.
In dieser Anwendung verwendete Zwischenschichtmodifizierer fallen in die breite Kategorie, die einschließlich bspw. Stearinsäurederivaten, Titanat-Komponenten, Zirkonat-Komponenten, Hafnium-Komponenten, Samarium-Komponenten, Strontium-Komponenten, Neodymium-Komponenten, Yttrium-Komponenten, Phosphonat-Komponenten, Aluminat-Komponenten aufweist. Aluminate, Phosphonate, Titanate und Zirkonate weisen nützlicherweise ca. ein bis drei Liganden auf, die Hydrocarbylphosphatester und/oder Hydrocarbylsulfonateester und ca. ein bis drei Hydrocarbylliganden aufweisen, die weiter ungesättigt sein können und Heteroatome, wie bspw. Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel, enthalten können. Vorzugsweise enthalten die Titanate und Zirkonate ca. zwei bis drei Liganden, die Hydrocarbylphosphatester und/oder Hydrocarbylsulfonatester, vorzugsweise drei dieser Liganden und ca. ein bis zwei Hydrocarbylliganden, bevorzugt ein Hydrocarbylligand, umfassen.
In einer Ausgestaltung ist der verwendete Zwischenschichtmodifizierer ein Art von organo-metallischem Material, wie bspw. eine organische Cobalt-, Eisen-, Nickel-, Titanat-, Aluminat-, Strontium-, Neodymium-, Yttrium- oder Zirkonatverbindung. Die spezifische Art der organischen Eisen-, Aluminat-, Strontium-, Neodymium-, Yttrium- oder Zirkonatverbindung, die verwendet und als organo-metallische Komponenten bezeichnet werden können, werden durch das Vorhandensein wenigstens einer hydrolysierbaren Gruppe und wenigstens eines organischen Teils bzw. Rests unterschieden. Mischungen der organo-metallischen Materialien können verwendet werden. Die Mischung des Zwischenschichtmodifizierers können inter- oder intrapartikulär verwendet werden, was bedeutet, dass wenigstens ein Partikel mehr als eine Zwischenschichtmodifiziererbeschichtung, die die Oberfläche beschichtet (intra), aufweist, oder mehr als eine Zwischenschichtmodifiziererbeschichtung für verschiedene Partikel oder Partikelgrößenverteilungen (inter) verwendet werden kann. Diese Art von Komponenten kann durch die folgende generelle Formel definiert werden: M (R₁)_n(R₂)_m wobei M ein Zentralatom ausgewählt aus Ti, Al, und Zr ist; R₁ ist eine hydrolysierbare Gruppe; R₂ ist eine Gruppe mit organischem Rest; wobei die Summe aus m+n gleich der Koordinationszahl des Zentralatoms sein muss, und wobei n eine ganze Zahl ≥ 1 und m eine ganze Zahl ≥ 1 ist.
Insbesondere ist R₁ eine Alkoxygruppe mit weniger als 12 C-Atomen. Andere nützliche Gruppen sind diejenigen Alxoxygruppen, die weniger als 6 C-Atome aufweisen und Alkoxygruppen mit 1–3 C-Atomen. R₂ ist eine organische Gruppe, die zwischen 6–30, vorzugsweise 10–24 Kohlenstoffatome umfasst, und optional ein oder mehrere Heteroatome umfasst, die aus einer Gruppe bestehend aus N, O, S und P ausgewählt sind. R₂ ist eine Gruppe bestehend aus einem organischen Rest, der nicht leicht hydrolysiert werden kann und oft lipophil ist, und kann eine Kette eines Alkyls, Ethers, Esters, Phosphoalkyls, Phospholipids, oder Phosphoamins sein. Der Phosphor kann als Phosphat, Pyrophosphat oder Phosphit-Gruppe vorliegen.
Zum Zweck dieser Offenbarung kann eine Holzfaser, in Bezug auf Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit, entweder von Weichhölzern, Evergreens oder von Hartholz, üblicherweise bekannt als Laubbäume, wie in der US 5 441 801 beschrieben, die hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit einbezogen ist, stammen. Hartholz oder Weichholz sind in der Ausgestaltung brauchbar bzw. verwendbar. Weichholz ist durch Fasern charakterisiert, die länger sind; einen hohen Prozentanteil an Lignin und einen geringeren Prozentanteil an Hemicellulose als Hartholz aufweisen. Während Weichholz eine Faserquelle aufweist, können zusätzlich Faserzusammenstellungen aus einer Anzahl an zweiten oder faserverstärkenden Quellen, einschließlich Bambus, Reis, Zuckerrohr und wiederverwendete Fasern aus Zeitungen, Kisten, Computerausdrücken, etc. stammen.
Die Hauptquelle für Holzfasern umfasst jedoch das Holzfasernebenprodukt von Sägen oder Fräsen von Weichholz, wie bspw. Sägemehl oder Fräsfäden. Solch eine Holzfaser besitzt eine regulär reproduzierbare Form und Seitenverhältnis. Die Fasern, basierend auf einer zufälligen Auswahl von ca. 100 Fasern sind gewöhnlich wenigstens 3 mm lang, 1 mm dick und haben üblicherweise ein Seitenverhältnis im Bereich von 1:3 bis 1:8 oder mehr. Vorzugsweise sind die Fasern 1 bis 10 mm lang, 0,3 bis 1,5 mm dick und besitzen ein Seitenverhältnis zwischen 2 und 7, und bevorzugt 2,5 bis 6,0. In einer anderen Ausgestaltung kann die Größe bzw. Länge der Holzfasern wenigstens 75, 106, 150 oder 425 Mikrometer betragen. Der Feuchtigkeitsgehalt der Holzfaser ist abhängig von der Spezies und im Bereich von 4 %, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11% oder 12%. Die Bulkdichte ist abhängig von der Spezies und im Bereich von 0,128, 0,160, 0,192, 0,224, 0,256 und 0,288 bis 0,320 g/cm³.
Die Fasern stammen von Prozessen, die üblich in der Herstellung von Holzprodukten sind, wie bspw. Fenster und Türen. Holzelemente werden üblicherweise in einer zur Maserung entgegengesetzten Richtung geschnitten oder gesägt, um diese auf geeignete Längen und Breiten der Holzmaterialien zu bringen. Das Nebenprodukt von Sägeprozessen ist eine wesentliche Menge an Sägemehl. Um ein natürlich geformtes Stück Holz auf eine geeignete, gefräste Form zu bringen, wird Holz üblicherweise durch Maschinen befördert, die selektiv Holz entfernen, und somit die gewünschte Form erreichen. Wenn zuletzt die aus geformten Materialien zurechtgeschnittene und gewinkelte Verbindungsstücke, Endstücke bzw. -verbindungsstücke, überlappende Verbindungsstücke, Zapfen- bzw. Nutverbindungsstücke und Verzapfungsverbindungsstücke von vorgeformten Holzelementen bzw. -stücken hergestellt werden, wird ein wesentlicher Schnittabfall bzw. Abfall produziert. Diese großen, zugeschnittenen Stücke werden üblicherweise geschnitten und maschinell verarbeitet, um größere Objekte in Holzfasern mit Abmaßen bzw. Dimensionen, die ungefähr den Abmaßen von Sägemehl oder Fräsfasern entsprechen, umzuwandeln. Die Holzfaser kann unabhängig von der Partikelgröße verschnitten und verwendet werden, um das Komposit herzustellen. Der Faserstrom kann eine vorbestimmte Größe eines Bereichs aufweisen, oder kann nach dem Verschneiden klassifiziert werden. Weiter kann die Faser bereits in Form eines Pellets vorliegen, bevor sie in der Kompositherstellung verwendet wird.
Solch ein Sägemehlmaterial kann einen wesentlichen Anteil an Abfallstrom-Nebenprodukten umfassen. Diese Nebenprodukte umfassen ausschüssiges Polyvinylchlorid oder andere Polymermaterialien, die als Beschichtung, Verkleidung oder Hülle von Holzelementen verwendet wurden; wiederverwendete Bauteile aus thermoplastischen Materialien; Polymermaterialien aus Beschichtungen; adhäsive Komponenten bzw. Klebekomponenten in Gestalt von heissen, flüssigen Klebstoffen, lösungsmittelbasierten Klebstoffen, pulverförmigen Klebstoffen, etc.; Farben bzw. Lacke, einschließlich auf Wasser basierenden Farben, Alkydfarben, Epoxyfarben, etc.; Konservierungsstoffe, anti-mykotische Substanzen, antibakterielle Substanzen, Insektizide, etc. und andere Abfallströme, die üblich in der Herstellung von Türen und Fenstern aus Holz sind.
Der gesamte Abfallstromgehalt des Holzfasermaterials ist üblicherweise geringer als 25 Gew.% des gesamten Holzfasereinsatzes des Holzfaserkompositmaterials. Ca. 10 Gew.% der gesamten Abfallwiederverwertung können ein Vinylpolymer, das üblicherweise Polyvinylchlorid ist, aufweisen. Üblicherweise befindet sich die angedachte Wiederverwertung in einem Bereich von ca. 1 bis 25 Gew.%, vorzugsweise ca. 2 bis 20 Gew.% oder von ca. 3 bis 15 Gew.% der auf Sägemehl bezogenen Kontaminierung. Das Sägemehl weist vorzugsweise eine Dichte von 0,15 gm/cc +/– 0,30 gm/cc auf.
Andere Fasern, wie bspw. aus Glas, Bor, Kohlenstoff, Aramid, Metall, Polyester Nylon, etc., werden als Additive angesehen, um dem Holzfaser- und Glasblasenkomposit andere Eigenschaften bereitzustellen. Diese Fasern können entweder zusätzlich, als zusätzliche Verstärkungsfasern, oder als Ersatzfasern für die Holzfaser- und Glasblasenkomponenten des Kompositmaterials verwendet werden. Diese Fasern können mit einem Zwischenschichtmodifizierer beschichtet werden. Diese anderen Fasern können eine zusätzliche strukturelle Unterstützung oder andere funktionelle Aspekte bereitstellen, um spezifische Verwendungen zu unterstützen. Beispiele anderer Verwendung bzw. Anwendung sind zum Gebäudeschutz bzw. zur Gebäudesicherung, wie bspw. aus der Umwelt (bspw. Wind, Regen, Schnee, Temperatur, Hitze, etc.) oder von Belastungen (bspw. Erdbeben, elektromagnetische Strahlung, Projektile bzw. Geschosse, etc.). Optional können einige dieser Fasern, abhängig von der letztendlichen Verwendung des geformten Gegenstands oder Kompositmaterials, mit Zwischenschichtmodifizierern beschichtet sein.
Für den Zweck dieser Offenbarung bezieht sich die "dispergierte gemischte Partikulatphase" des Kompositmaterials auf eine Faser und einen Partikel, der im Kompositmaterial vorliegt. Die gewünschte bzw. benötigte Funktion der dispergierten gemischten Partikulatphase bestimmt den Anteil der Faser und den Anteil der anorganischen Partikel. Der Faseranteil ist wenigstens 10%, 20%, 30%, 40% oder 50% des Volumen- oder Gewichtsanteils der dispergierten gemischten Partikulatphase, und der Anteil des anorganischen Partikels ist wenigstens 5%, 10%, 20%, 30% oder 40%. Die gewünschte Funktion bestimmt die Anteile der Faser und des anorganischen Partikulats in den dispergierten gemischten Partikulaten in einer Ausgestaltung eines strukturellen Komposits.
In Bezug auf das Partikulatmaterial deutet der Begriff "Mehrheit des Partikulats" darauf hin, dass obwohl das Partikulat eine kleine Menge kleiner Feinanteile und einige Partikel, die in Bezug auf den rezitierten Bereich groß sind, umfassen kann, die Mehrheit (mehr als 95%, 90%, 85%, etc.) in den genannten bzw. rezitierten Bereich fällt und zu den physischen Eigenschaften des Komposits beiträgt.
Ein Glaspartikulat, wie in der veröffentlichten US Patentanmeldung US 2010 0279100 beschrieben ist, üblicherweise im Besitz des Bevollmächtigten, und hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit enthalten, kann mit einem zweiten Partikulat kombiniert werden, sodass der zweite Partikel sich von dem Glas um wenigstens +/–5 Mikrometer unterscheidet, oder eine Partikelgröße aufweist, sodass gemäß der Formel P_S ≥ 2 P_S ¹ oder P_S ≤ 0.5 P_S ¹ ist, wobei P_s die Partikelgröße der Hohlglasmikrokugel und P_s ¹ die Partikelgröße des Partikulats ist.
Zum Zweck dieser Offenbarung ist der Begriff "Seitenverhältnis" als Länge/Durchmesser, oder L/D, einer Faser definiert.
Zum Zweck dieser Offenbarung ist der Begriff "anorganisch" auf ein Material bezogen, dass im Wesentlichen frei an Kohlenstoff in Form von organischem Kohlenstoff oder kovalent gebundenen bzw. verbundenen Kohlenstoffkomponenten ist. Demgemäß sind Komponenten wie Calciumcarbonat oder Natriumbicarbonat als anorganische Materialien verstanden, während die meisten organischen Komponenten kleine Moleküle umfassen, bspw. werden Methan, Ethan, Ethylen, Propylen, verwandte Polymerspezies, etc. üblicherweise als organische Materialien betrachtet.
Zum Zweck dieser Offenbarung sind die Begriffe "Partikel" und "Partikulat" weitestgehend synonym, und beziehen sich auf ein Material, das erheblich von der Polymerphase verschieden ist. "Partikel" und "Partikulat" werden in dieser Veröffentlichung verwendet, um eine Faser (Holz, synthetisch, Metall oder natürlich) und Materialien, wie bspw. Metalle, Mineralien, Keramiken, synthetische Kugeln oder synthetische Hohlglaskugeln oder Hohlglasmikrokugeln zu bezeichnen. In einem gepackten Zustand besitzt dieses Partikulat ein ausgeschlossenes bzw. ausgenommenes Volumen von mehr als ca. 13 bis 61 Vol.% oder ca. 30 bis 75 Vol.%. Alternativ kann das Partikulat mehr als 30 vol.%, mehr als 40 vol.% oder ca. 40 bis 70 Vol.% Partikelbeladung aufweisen. In den Ausgestaltungen kann das Partikulat zwei, drei oder mehrere Partikulatquellen, als ein Verschnitt von Materialien mit verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen. Diese Materialien können einen Größenbereich von 10 bis 4000 Mikrometer aufweisen, und in Kombination mit dem Holzfaserpartikulat verwendet werden.
Zum Zweck dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff "Profil" auf eine Form bzw. Gestalt einer dekorativen oder strukturellen Komponente, die durch Extrusion des Kompositmaterials durch eine Pressform bzw. Blende, die eine Öffnung in Form des "Profils" aufweist, oder durch Einspritzgießen des Kompositmaterials die "Profil"-Form erlangt bzw. aufweist.
Zum Zweck dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff "Fenestration" bzw. "Befensterung" auf jegliche Öffnung in einem von Menschen bewohnbaren Gebäude, die als Fenster oder Tür, oder als Installation für ein Fenster oder Tür verwendet werden kann.
Zum Zweck dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff "Paneel bzw. Platte" auf eine generell planare Komponente einer Struktur, die von dem Komposit stammt, und die als eine strukturelle oder dekorative Komponente verwendet werden kann. Diese Paneele können als dekorative Verkleidung oder als lasttragende Bauteile verwendet werden.
Partikelmorphologieindex
Die Zwischenschichtmodifiziertechnologie hängt von der Möglichkeit bzw. Fähigkeit ab, den Partikel oder das Partikulat von der kontinuierlichen Polymerphase zu isolieren. Die Isolierung des Partikulats erfordert das Platzieren einer kontinuierlichen molekularen Schicht bzw. Schichten von Zwischenschichtmodifizierer, der über die Partikeloberflächen verteilt werden muss. In einer Ausgestaltung würde der Zwischenschichtmodifizierer über alle Teile der Oberfläche der Holzfaser und der Oberfläche einer festen oder hohlen Glasmikrokugel verteilt werden. Sobald diese Schicht aufgetragen ist, bestimmt das Verhalten an der Zwischenschicht des Zwischenschichtmodifizierers und des Polymers die physikalischen Eigenschaften des Komposits (bspw. Zug, Rheologie, Viskosität und Ausdehnungsverhalten), während die Natur des Bulks bzw. des oberflächennahen Bereichs bzw. die Natur an der Oberfläche des Partikels die Eigenschaften des Bulk-Materials des Komposits (bspw. Dichte, thermische Leitfähigkeit, Druckfestigkeit, Gestaltfestigkeit) bestimmt. Die Korrelation von Partikulat-Bulk-Eigenschaften verglichen mit denen des letztendlichen Komposits ist, wegen der hohen prozentualen Volumenbeladungen an Partikulatphase durch die Methode, besonders stark.
Es gibt zwei Schlüsselattribute der Partikeloberfläche, die die Möglichkeit vorgeben, eine erfolgreiche Zwischenschichtmodifizierung zu bewerkstelligen: 1) Die gesamte Oberfläche des Partikels in einem großen Maßstab; ein großer Maßstab ist definiert als ca. 100× oder mehr verglichen zu der molekularen Größe des Zwischenschichtmodifizierers, und, dass 2) Partikeloberflächeneigenschaften, die in der Größenordnung der Größe, Charakteristiken und Eigenschaften des Zwischenschichtmodifizierers liegen, verwendet werden.
Die folgenden Partikelmorphologieattribute tragen speziell zu der Fähigkeit bei, den Partikel effizient mit einer Zwischenschicht zu modifizieren. Durch Verbinden der verschiedenen Partikelattribute haben wir einen Partikelmorphologieindex hergeleitet. Eine Diskussion wird aufzeigen, dass wesentlich unterschiedliche Partikelarten, von groß, glatt, rund und undurchlässig Oberflächentypen (kleiner Partikelmorphologieindex) hinzu klein, rau, unregelmäßig und porös (großer Partikelmorphologieindex), effizient modifiziert werden können.
Partikelgröße (P_s)
Ein breiter Bereich von Glas bzw. Gläsern (bspw. Kügelchen, Kugeln, Hohlglasblasen, bzw. hohle Glasblasen, etc.) oder anderen Partikeln (bspw. eine Keramik oder ein Mineral) kann effektiv durch einen Zwischenschichtmodifizierer modifiziert werden. Eine erfolgreiche Modifizierung wurde mit Partikeln mit einer größten Abmessung bzw. Hauptabmessung von nur einer –635 US-Maschenweite (<20 µ) bis zu Partikeln einer Größe von einer –40 US-Maschenweite (–425 µ) abgeschlossen. Unzweifelhaft können größere Partikelgrößen effizient modifiziert werden (1500 µ oder größer). Die absolute Größe des zu modifizierenden Partikels ist nicht entscheidend; die relative Größe der Hauptabmessung des größten Partikels zu der kleinsten kritischen Abmessung des letzten bzw. kleinsten Gegenstands ist wichtiger. Unsere Kompositerfahrung führt uns dahin, dass die Hauptabmessung des größten Partikels nicht mehr als ein fünftel (20%) der kleinsten kritischen Abmessung des letzten Gegenstands sein sollte. Wenn die Partikel kleiner werden, erhöht sich die Oberfläche des Partikulats. Bei glatten Kugeln einer konstanten Dichte und gleicher Masse weisen Kugeln mit einem Durchmesser von 15 µm eine 28fach höhere Oberfläche als Kugeln mit einem Durchmesser von 425 µm auf. Partikel mit einem Durchmesser von 15 µm haben eine 100fache Oberfläche verglichen mit Partikeln mit einem Durchmesser von 1500 µm.
Die Dosierungsstufe von Zwischenschichtmodifizierern wurde effektiv angepasst, um Änderungen in der Oberfläche aufgrund von Partikelgrößenänderungen zu kompensieren.
Partikelform / Partikelseitenverhältnis (P_sh)
Der Vorteil von Zwischenschichtmodifizierung ist unabhägig von der generellen Partikelform. Partikel mit einem Seitenverhältnis von 1 (Hohlglasblasen aus iM30K und kermaische G200 Mikrokugeln von 3M, feste Glaskugeln 2429A, 3000A oder 5000a von Potters) bis 10 (einige besonders unregelmäßig geformte Garnet) wurden bevorzugt zwischenschichtmodifiziert. In anderen Ausgestaltungen kann das Seitenverhältnis des Partikulats in einem Bereich von 1:100 liegen, bei Mischungen mit vielen Seitenverhältnissen von 1:1, 1:1,5, 1:3, 1:10, 1:50 und/oder 1:100 umfassen, wobei jegliche dieser Verhältnisse die Obergrenze oder die Untergrenze dieses Bereichs, der das Seitenverhältnis beschreibt, bilden kann. In einer Ausgestaltung kann Partikulat, das Hohlglasblasen, keramische Mikrokugeln oder feste Glaskugeln/partikel aufweist, im Bereich von 1 bis 12 µ, 7 bis 10 µ, 9 bis 30 µ, 30 bis 50 µ, oder 70 bis 100 µ, abhängig von der Quelle und Größenverteilung des Partikulats, liegen. Die vorliegende Obergrenze ist mit der Herausforderung, die Fasern mit Vermischungsgeräten aus dem Labor erfolgreich zu dispergieren, ohne das Seitenverhältnis der Faser signifikant zu schädigen, verbunden. Darüberhinaus sind inherente rheologische Herausforderungen mit einem großen Seitenverhältnis der Fasern verbunden. Mit geeignetem Engineering bzw. geeigneter Ingenieurwissenschaft ist die Möglichkeit, zwischenschichtmodifizierte Fasern, die Faserfragmente mit Seitenverhältnissen von über 1:100 aufweisen, erfolgreich zu mischen und herzustellen, durchaus zu vergegenwärtigen.
Bei einem gegebenen geringen bzw. geringfügigem Ausmaß bzw. Minor Dimension der Partikelachse ist das Verhältnis des Partikelseitenverhältnisses zur Oberfläche durch die Verwendung eines zwei-dimensionalen Profils bestimmt, gegeben durch: Kugel = πD²; und ARobjekt = πD² (r_a + 0,5); wobei D der Partikelgröße (P_s) oder -durchmesser und r_a das Seitenverhältnis ist.
Bei einem gegebenen geringen Ausmaß weist die Oberfläche eines Partikels mit einem Seitenverhältnis von 10 eine 10,5 fache Oberfläche im Vergleich zu einem runden bzw. sphärischem Partikel auf. Die Dosierungsstufen des Zwischenschichtmodifizierers können angepasst werden, um die Abweichung der Oberfläche aufgrund von Formeffekten zu kompensieren.
Partikelrauigkeit (P_r)
Makroskopische Partikelrauigkeit (hier definiert als das 100 × des Durchmessers des Zwischenschichtmodifizierers) kann durch die Zirkularität der Partikel definiert sein. Es wurde gezeigt, dass zwischenschichtmodifizierte Oberflächen von Holzfasern, Mineralien oder anorganischem Partikulat mit rauen und im Wesentlichen nicht-sphärischen bzw. nicht-runden Formen, ähnliche, vorteilhafte rheologische und physikalische Eigenschaften aufzeigen wie regelmäßig bzw. regulär geformte Partikel. Die Zirkularität bzw. Rauigkeit des Partikels kann durch mikroskopische Überprüfung des Partikels gemessen werden, wobei eine automatisierte oder manuelle Messung der Rauigkeit erfolgt. In solch einer Messung wird der Umfang einer repräsentativen Auswahl des Partikulats ausgewählt, und die Fläche des Partikelquerschnitts wird auch vermessen. Die Zirkularität des Partikels wird mit folgender Formel berechnet: Zirkularität = (Umfang)²/Fläche
Diese Materialien, wie bspw. Hohlglasblasen oder feste Glaskugeln, weisen eine Zirkularität von 4π (für glatte sphärische Partikel) bis 50 (glatte Partikel mit einem Seitenverhältnis von 10) auf. Viele Holzfasern, anorganisches und mineralisches Partikulat weisen ein Langformat, Mehrfachzentrität bzw. mehrfache Zentrität, eine raue, nicht-regelmäßige Form oder Verhältnis auf. Diese Materialien weisen eine Zirkularität von ca. 13 bis 40, ca. 13,6 bis 40, ca. 13 bis 35 oder ca. 13 bis 30 auf, und besitzen die verbesserten viskoelastischen Eigenschaften des Kompositmaterials. Unter Verwendung geeigneter optischer und bildverarbeitender Analysetechniken kann unter geeigneter Vergrößerung die Oberflächenrauheit und das Seitenverhältnis entkoppelt werden, um im Großmaßstab Partikelrauigkeit zu bestimmen. Der Verstärker für die Herleitung des Partikelmorphologieindex kann für das Seitenverhältnis des Partikels angepasst werden.
Eine Alternative zu optischen Verfahren besteht in der Verwendung von einer BET-Analyse, um die spezifische Oberfläche der Partikulatphase zu bestimmen. Die spezifische Oberfläche nimmt sowohl die makroskopische Partikelrauigkeit als auch die Partikelporosität, die untenstehend für Partikel einer spezifischen Partikelgröße und Formverteilung diskutiert wird, auf.
Partikelporosität (PP)
Die Moleküle des Zwischenschichtmodifizierers sind ziemlich lang, in einer Größenordnung einer Molekularmasse von wenigen hundert bis wenigen tausend. In einer Komponentenklasse ist der effektive Durchmesser des Modifizierermoleküls proportional zu dem Molekulargewicht. Der vorhergesagte Durchmesser des NZ-12 Zirkonatmodifizierers ist 2260 Pikometer mit einem Molekulargewicht von 2616 g/mol. Die minimale Größe des Modifizierermoleküls würde ca. 400 Pikometer betragen (ein Molekulargewicht von 460 g/mol angenommen). Die Größe des Titanatmodifizieres würde ein wenig geringer sein als die Größe des korrespondierenden Zirkonats bei einer korrespondierenden Organophosphatstruktur.
Eine Literaturrecherche der BET-Oberflächenanalyse zeigt einen großen Unterschied der Partikeloberfläche von Partikeln, wie bspw. Glas, Keramik und mineralische Partikel (0.1 bis > 100 m² – gm^–1). Eine erfolgreiche Zwischenschichtmodifikation der Partikulate ist über Änderungen in der Modifiziererbeladung möglich. Es ist wichtig, zu beachten, dass eine geforderte Zunahme in der Dosierung nicht direkt proportional zu den BET-Oberflächenmessungen ist. Die durch das BET-Probengas zugängliche Porengröße ist wesentlich geringer (bspw. 20,5 A² für Krypton) als die des Zwischenschichtmodifizierers. Silika-Sand hat eine Porengröße von 0,90 nm, die durch BET-Analyse bestimmt ist, und das Zwischenschichtmodifizierermolekül kann die Porenöffnung verbrücken. Es wird möglich sein, erfolgreich poröse Adsorbentien Zwischenschicht zu modifizieren, sodass die Partikelkompositrheologie verbessert ist, während die Absorbenteigenschaften des Partikulats, aufgrund der relativen Größenunterschiede des Zwischenschichtmodifizierers (groß), der verbrückten Porengröße (klein) und der Größe des adsorbierenden Moleküls (Stickstoff, Argon, Wasser, etc.), die durch den Zwischenschichtmodifizierer in das Absorbentpartikulat diffundieren, beibehalten werden.
Der Partikelmorphologieindex ist definiert als: PMI = (P_s)(P_sh)(P_r)(P_p)
Der Partikelmorphologieindex ist für große, sphärische bzw. runde, glatte, nicht-poröse Partikel = 1 bis 200. Für kleine, raue, poröse Partikel mit einem Seitenverhältnis von 10 ist der maximale Partikelmorphologieindex = 100 × 10.5 × 100/0.1 = 10⁶. Bei bestimmten Partikeln in einem Bereich der Partikelgröße (P_s) oder Durchmessern und Seitenverhältnissen, einer gewissen Rauigkeit und Porosität, kann der Partikelmorphologieindex im Bereich von 4200 bis 10 liegen. Andere Partikel mit einem aufgeweiteten Bereich von Größe oder Durchmesser und Seitenverhältnis, einer erheblichen Rauigkeit und erhöhten Porosität können im Bereich von 2 × 10⁴ bis 10⁶ liegen. Die Menge an Zwischenschichtmodifizierer erhöht sich mit dem Partikelmorphologieindex.
Das Ergebnis der obigen Partikelattribute (Partikelgröße und Verteilung, Partikelform und Rauigkeit) resultieren in einem spezifischen Partikelpackverhalten. Das Verhältnis von diesen Variablen führt zu einer sich ergebenden Packfraktion. Die Packfraktion ist definiert als: P_f = P_d/d_pync wobei P_f = Packfraktion; P_d = Packdichte und d_pync = Pyknometriedichte.
Das Verhältnis von diesen Variablen auf das Partikelpackverhalten ist gut charakterisiert, und wird in der Forschung zur pulverisierten Metallurgie verwendet.
Es wird für den Fall sphärischer Partikel angenommen, dass die Partikelpackung sich erhöht, wenn der Größenunterschied zwischen großen und kleinen Partikeln sich erhöht. Mit einem Größenverhältnis von 73 Gewichtsteilen großer Partikel zu 27 Teilen kleiner, mono-dispergierter Kugeln, mit einem Größenverhältnis von 7:1, können die kleinen Partikel in Zwischenräume der großen Partikel passen, was zu einer Packstufe bzw. -level von ca. 86 Volumenprozent führt. In der Praxis ist es nicht möglich, mono-dispergierte Kugeln zu erlangen. Wir haben herausgefunden, dass die Verwendung von Partikeln mit einer breiten Partikelgrößenverteilung, die bis zu einer Zwischengröße aufweist, zu einer erhöhten Packung führt. In Fällen wie diesen, konnten wir Packungsdichten finden, die sich an 80 Vol.% annähern.
Für Komposite mit hohen volumetrischen Beladungen an sphärischen Partikeln hängt das rheologische Verhalten der stark gepackten Komposite von den Eigenschaften der Kontaktpunkte zwischen den Partikeln, und der Distanz zwischen den Partikeln ab. Bei der Bildung der Komposite mit Polymervolumen, die ca. ähnlich zu den ausgeschlossenen Volumen der Partikulatphase sind, dominiert eine inter-partikuläre Interaktion das Materialverhalten. Partikelkontakt untereinander und die Kombination der Interaktion von scharfen Kanten und weichen Oberflächen (resultiert in Fugen) und Reibung zwischen Oberflächen verhindert weiter eine optimale Packung.
Zwischenschichtmodifizierchemie kann die Oberfläche des Partikulats durch koordinative Bindung, van der Waals Kräfte, kovalente Bindung, oder eine Kombination der drei verändern. Die Oberfläche des zwischenschichtmodifizierten Partikels verhält sich wie ein Partikel des Zwischenschichtmodifizierers. Die zwischenschichtmodifizierte Oberfläche des Partikels und die Oberfläche der Faser in der Partikulatphase ist das, mit dem die Polymerphase des Kompositmaterials interagiert, und nicht der Bulk-Aspekt, oder topographische Aspekt des Partikels oder der Faser selbst. Auf diesem Weg können die Polymereigenschaften, wie bspw. viskoelastische Eigenschaften, wie bspw. Zugdehnung, Schmelzfluss, Extrusionsdruck, Biegeeigenschaften oder das Youngsche Modul, mehr oder weniger funktionell sein, abhängig von den zwischenschichtmodifizierten beschichteten Partikelbeladungen und den zwischenschichtmodifizierten beschichteten Faserpartikelbeladungen des Kompositmaterials. Diese zwischenschichtmodifizierte Chemie reduziert die Reibung zwischen Partikeln von sowohl dem anorganischen Partikel als auch der Faser, und verhindert Fugenbildung bzw. Gouging zwischen den Partikeloberflächen und ermöglicht eine größere Bewegungsfreiheit zwischen den Partikeln. Unter einem anderen Aspekt können zwischenschichtmodifizierte Glaspartikel, hohl oder fest, in das Lumen einer Cellulosefaser eindringen, und in das Innere der Cellulosefaserstruktur wandern. Dieser Aspekt kann der Faserstruktur eine Verstärkung leihen. Unter einem anderen Aspekt kann eine hohle Glaskugel bzw. -sphäre zu groß sein, um in das Lumen einzutreten. Unter diesem Aspekt kann die Glaskugel, aufgrund dass sie mit dem Polymer nicht-verbunden bzw. gebunden ist, zusätzliche rheologische Eigenschaften (bspw. Scherung oder Viskosität) dem Kompositmaterial, unter Berücksichtigung von Temperatur und Druck, bereitstellen. Die Vorteile der Nutzung von Partikeln in dem oben erwähnten akzeptablen Partikelmorphologieindexbereich werden nicht erkennbar, bis eine Packung, eines gewissen Anteils der maximalen Packungsfraktion mit der Polymerphase, ein kritisches Level bzw. Stufe erreicht. Diese Packungsfraktion ist eine Funktion der verschiedenen Packungsbereiche, wie bspw. sowohl aus Cellulose und Glas, im Verhältnis zu der Polymerphase. Dieser Packungsfraktionswert ist üblicherweise größer als ca. 20, 30 oder 40 Vol.%.
Die räumlichen Eigenschaften der anorganischen Partikel, wie bspw. Glaskugeln oder Glasblasen und Fasern der Ausgestaltung, können über die Zirkularität des Partikels und über das Seitenverhältnis definiert sein. Eine überraschender Aspekt ist, dass ein Partikel der von einer glatten sphärischen Partikelform herrührt und nicht sphärisch ist, oder eine Faser, die eine erhebliches Seitenverhältnis aufweist, effektiv in das Kompositmaterial gepackt werden können. Mineralische oder anorganische Partikulate mit amorphen, rauen und im Wesentlichen nichtsphärischen Formen erreichen die gleiche vorteilhafte Rheologie wie regulär geformte Partikel, wie bspw. Glaskugeln oder Glasmikrokugeln. Das Seitenverhältnis der mehr regelmäßigen Fasern kann weniger als 1:10, 1:5 und oft weniger als 1:1,5 sein. Die Fasern mit einem Seitenverhältnis von weniger als 10 oder ca. 1:5 zeigen auch die Vorteile der Komposite der Ausgestaltung.
Wir haben herausgefunden, dass die Verwendung des Zwischenschichtmodifizierers zu einer nahen Verbindung von sowohl sphärischen und auch im Wesentlichen asphärischen Partikeln an der Zwischenschichtoberfläche des Partikels führt, sodass effektive Komposite sogar mit Partikeln, die von dem idealen sphärischen Partikel abweichen, hergestellt werden können. Viele anorganische oder mineralische Partikel können, abhängig von der Quelle und Verarbeitung, eine enge Partikelgrößenverteilung, eine sehr regelmäßige Oberfläche, ein geringes Seitenverhältnis und erhebliche Zirkularität aufweisen, obwohl andere dieser Partikel eine sehr amorphe, unregelmäßige Geometrie und Oberflächencharakteristik aufweisen. Es wurde gleichsam und überraschend entdeckt, dass Fasern mit Seitenverhältnissen von ca. 1,5:15,0, bis ca. 1,5:10,0, und bis ca. 1,5 zu 5,0 bevorzugt sowohl mit sphärischen als auch nicht-sphärischen Partikeln interagieren. Das Kompositmaterial weist verbesserte Eigenschaften, wie bspw. Schmelzverarbeitung, wie durch den Schmelzfluss erläutert, ein großes Youngsches Modul und andere Eigenschaften, auf. In einer Ausgestaltung für strukturelle Anwendungen beträgt das Youngsche Modul mehr als 700 MPA, oder mehr als 1000 MPA, oder mehr als 2000 MPA, oder mehr als 3000 MPA, oder mehr als 5000 6MPA, oder zwischen 5000 bis 2,0 × 10 MP. Die durch Verwendung der Zwischenschichtmodifiziererbeschichtung hergestellten Kompositmaterialien können vorteilhafte Eigenschaften von den hierin offenbarten Partikelspezies enthalten.
In den Kompositen der Ausgestaltung treten die van der Waals' Kräfte zwischen Partikeln aus Hohlglasmikrokugeln, die als "Moleküle" in der Form von Kristallen fungieren, oder anderen mineralischen Partikel Aggregaten auf. In verschiedenen Ausgestaltungen ist das Kompositmaterial ein Komposit mit intermolekularen Kräften zwischen Holzfasern, Glasmikrokugeln, nichtmetallischen, anorganischen oder mineralischen Partikulaten, die in dem Bereich der van der Waals' Stärke sind, d.h. bei entsprechenden Bereichen und Definitionen.
In einer Ausgestaltung des Komposits sind die Partikel von den Hohlglasmikrokugeln und der Holzfaser üblicherweise viel stärker und steifer als die Polymerphase, und geben dem Komposit seine bestimmten Eigenschaften. Die Polymerphase hält die dispergierte gemischte Partikulatphase der Hohlglasmikrokugeln und Holzfaser in einem geordneten, hoch-dichten Muster bzw. Anordnung. Weil die Hohlglasmikrokugeln und Holzfaser gewöhnlich diskontinuierlich sind, hilft die Matrix auch Last zwischen der Holzfaser und der den Hohlglasmikrokugeln zu transferieren.
Die Verarbeitung kann beim Mischen und Füllen der Partikel der Hohlglasmikrokugeln und der Holzfaser in den Komposit hinein unterstützen. Beobachtungen haben unerwartet gezeigt, dass wenigstens ein Teil der Holzlumenstruktur durch die Verarbeitungsschritte mit dem Polymer und dem zwischenschichtmodifizierten Partikulat, wie bspw. Hohlglasmikrokugeln, erhalten wird. Wir können wenigstens 10%, 20%, 30%, 40% oder 50% offene Zellstruktur, wie bspw. Lumen Ray, Gefäße in der Holzfaser, aufgrund der Interaktion zwischen den Oberflächen, die durch den Zwischenschichtmodifizierer auf dem Partikel, wie bspw. sphärische Hohlglaspartikel und die Holzfaser in der Partikulatphase, bereitgestellt wurden, erhalten.
Wenn die Dichte eine funktionelle bzw. funktionale Anwendung des Kompositmaterials ist, kann die Dichte durch Einschluss eines geeigneten mineralischen Partikulats oder metallischen Partikulats in die dispergierte gemischte Partikulatphase eingestellt werden. Die Dichte des Kompositmaterials kann weniger als ca. 10,0 g·cm^–3, weniger als ca. 8,0 g·cm^–3, weniger als ca. 7,0 g·cm^–3, weniger als ca. 6,0 g·cm^–3, weniger als ca. 4,0 g·cm^–3, weniger als ca. 3,0 g·cm^–3, weniger als ca. 1,0 g·cm^–3, weniger als ca. 0,50 g·cm^–3 sein. Die Dichte des Materials kann sich generell im Bereich von 0,5 bis 10 g·cm^–3 befinden, die Dichte von hochstarken Materialien mit geringer Dichte ist im Bereich von 0,5 bis 3,0 g·cm^–3.
Zur Unterstützung der Mischung kann ein oberflächenchemisches Reagenz helfen, die Kräfte, die die Matrix daran hindern eine im Wesentlichen kontinuierliche Kompositphase zu bilden, zu überwinden. Die einstellbaren Eigenschaften des Komposits entstehen durch die enge Verbindung, die durch Verwendung einer vorsichtigen Verarbeitung und Herstellung erreicht werden. Der Zwischenschichtmodifizierer, wie bspw. organometallische Kompositionen, der eine Beschichtung auf dem Partikulat bereitstellt, unterstützt die enge Verbindung von Polymer, Partikulat und Faser, ohne kovalente Bindung zwischen diesen kompositionalen Komponenten des Kompositmaterial. Konzeptionell sind das Partikulat und die Faser in der Polymerphase, wegen dem Mangel an kovalenter Bindung zwischen der kompositionalen Komponete des Kompositmaterials, nicht mischbar.
Differente bzw. differentielle Mengen, in anderen Worten verschiedene Arten, Mengen oder Volumen des Zwischenschichtmodifizierers, werden nicht für eine separate Beschichtungsanwendung des Partikulats und der Faser benötigt. Somit können die Schritte, um das zwischenschichtmodifizierte Partikulat und die zwischenschichtmodifizierte Faser herzustellen und zu beschichten, auf einen Schritt reduziert werden. Für spezielle Komposite können jedoch differentielle Selektionen bzw. eine verschiedene Auswahl von Zwischenschichtmodifizierern für verschiedene Partikelanwendungen wünschenswert sein. In einer Ausgestaltung kann der Zwischenschichtmodifizierer verschieden sein, und die mit dem Zwischenschichtmodifizierer beschichteten Partikel können gleich oder verschieden sein. Größere Mengen des Zwischenschichtmodifizierers können verwendet werden, um Materialien mit gesteigerter Morphologie zu beschichten.
Hohlglaskugeln (einschließlich sowohl hohl als auch fest) sind nützliche nicht-metallische oder anorganische Partikel. Diese Kugeln sind stark genug, damit sie nicht durch eine Weiterverarbeitung des Polymergemischs, wie bspw. Hochdruckversprühung, Kneten, Extrusion oder Spritzgießen, zerquetscht oder gebrochen werden. In vielen Fällen weisen diese Kugeln Dichten, die mehr oder weniger in der Nähe des Polymergemischs, in das sie gegeben werden, sind, auf, damit sie nach Eingabe und Vermischung homogen inmitten der Mischung verteilt sind. Weiter ist es wünschenswert, dass diese Kugeln resistent gegen Leaching bzw. Auswaschen oder anderen chemischen Wechselwirkungen bzw. Interaktionen mit ihrem assoziierten Polymergemisch sind. Das Verfahren der Ausweitung von festen Glaspartikeln zu Hohlglaskugeln durch Erhitzen ist ausreichend bekannt. Siehe bspw. die Patentanmeldung US 3 365 315 , die hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit enthalten ist. Glas wird in Partikulatform gemahlen und dann erhitzt, um dazu zu führen, dass die Partikel plastisch werden und gasförmige Materialien in dem Glas als Treibmittel fungieren und die Partikel expandieren. Während des Heizens und der Expansion bzw. Ausdehnung verbleiben die Partikel, entweder durch direkte Gasströme unter ihnen oder durch freien Fall durch einen Heizzone, in einem suspendierten Zustand. Nützliche Hohlglasblasen können als iM30K von 3M (St. Paul, MN) oder als feste Glaspartikel 2429A, 3000A oder 5000a von Potters, LLC (Valley, Forge, PA) erhalten werden.
Eine Anzahl von Faktoren beeinflusst die Dichte, Größe, Stärke, chemische Haltbarkeit und Ausbeute (der Prozentsatz nach Gewicht oder Volumen der geheizten Partikel die hohl werden) der Hohlglasblasen. Diese Faktoren umfassen die chemische Zusammensetzung des Glases, die Partikelgröße, die in den Ofen eingespeist wird, die Temperatur und Heizhaltezeit der Partikel; und die chemische Umgebung (bspw. oxidierend oder reduzierend) der die Partikel während des Heizens ausgesetzt sind. Der Prozentsatz an Silika (SiO₂) im Glas, um die Hohlglaskugeln herzustellen, kann zwischen 60 und 85 Gew.% sein, und ein Gewichtsprozentsatz von SiO₂ unter 60–65 % würde die Ausbeute der Hohlglaskugeln dramatisch reduzieren.
Sinnvolle bzw. nützliche Hohlglaskugeln mit einer durchschnittlichen Dichte von ca. 0,1 g·cm^–3 bis ca. 0,7 g·cm^–3 oder 0,125 g·cm^–3 bis 0,6 g·cm^–3 werden durch Erwärmen bzw. Heizen fester Glaspartikel hergestellt.
Für ein Produkt von Hohlglaskugeln mit einer bestimmten, gewünschten durchschnittlichen Dichte gibt es einen optimalen Formbereich von Partikelgrößen, der das Produkt mit der maximalen Stärke zusammensetzt. Eine Kombination von größeren und kleineren Hohlglaskugeln, wobei diese ca. 0,1 bis 25 Gew.% der kleineren Kugeln und ca. 99,9 bis 75 Gew.% der größeren Kugeln umfasst, kann verwendet werden, wenn das Verhältnis der Partikelgröße (P_s) der größeren Partikel zu dem Verhältnis der kleineren Partikel ca. 2–7:1 beträgt.
Kommerziell-verwendete Hohlglaskugeln können sowohl feste Glaskugeln und Hohlglaskugeln umfassen. Alle im Ofen geheizte Partikel dehnen sich nicht aus, und die meisten Hohlglaskugelprodukte werden ohne Trennung der hohlen von den festen Kugeln verkauft.
Nützliche Hohlglaskugeln sind hohle Kugeln mit relativ dünnen Wänden. Diese Kugeln umfassen üblicherweise ein Silika-Kalk-Erz, ein Aluminiumsilikat-Hohlglas und erscheinen in Bulk-Form bzw. Pulverform als ein weises, pulverförmige Partikulat. Die Dichte der hohlen, sphärischen bzw. kugelförmigen Materialien tendiert dazu, sich in einem Bereich von ca. 0,1 bis 0,8 g/cc zu befinden, und diese kugelförmigen Materialien sind im Wesentlichen wasserlöslich und weisen eine durchschnittliche Partikelgröße (P_s), die sich in einem Bereich von ca. 10 bis 250 Mikrometer befindet, auf. In dem Kompositmaterialformprozess werden zwischenschichtmodifizierte Hohlglasmikrokugeln nicht erheblich gebrochen. In einer Ausgestaltung werden weniger als 10 % der Hohlglaskugeln während des Kompositmaterialformprozesses gebrochen. In einer anderen Ausgestaltung werden weniger als 1 %, 2 %, 3%, 4% oder 5 % der Hohlglaskugeln während des Kompositmaterialformprozesses gebrochen.
In einer Ausgestaltung kann die Faser eine Hartholz- oder Weichholzfaser sein, die ein Produkt der Herstellung von Bauholz oder eines anderen Holzes, oder auf Cellulose basierendes Produkt generell sein kann. Eine Holzfaser ist ein Beispiel eines auf Cellulose basierenden Produkts oder Celluloseprodukts. Die Weichholzfasern sind relativ lang und weisen hohe Prozentanteile an Lignin und, verglichen zu Harthölzern, geringe Prozentanteile an Hemicellulose auf. Hartholz- oder Weichholzpartikulat wird relativ zu der Verwendung des Kompositmaterials der Ausgestaltung ausgewählt. Beispielsweise ist die Verwendung von Hartholzfasern in Kompositen für bauliche Verwendung nützlich. Jedoch können nützliche Cellulosefasern auch von anderen Faserarten stammen, einschließlich Flachs, Jute, Hanf, Baumwollfasern, Weichholzfasern, Bambus, Reis, Zuckerrohr und wiederverwendete oder regenerierte Fasern, die aus Zeitungen, Kisten, Computerausdrücken, etc. stammen.
Vorzugsweise umfasst der Komposit mit dem Kompositmaterial eine Cellulosefaser. Die Cellulosefaser weist üblicherweise Fasern mit einem großen Seitenverhältnis auf, die aus Zellen mit Zellwänden aus Cellulose hergestellt sind. Während des Prozesses der Kompositformierung wird ein Anteil der Cellulose- oder Holzfaserstruktur, wie bspw. Zellwände, Lumen, Gefäßzellen und andere physischen Zellmorphologien, nicht komprimiert oder zerstört. In einer Ausgestaltung stellt diese Charakteristik dem cellulosehaltigen Glasblasenkomposit sowohl Gestaltfestigkeit als auch Leichtigkeit bereit. Nützliche Gestaltungen, die aus dem Kompositmaterial geformt werden können, umfassen dimensionale bzw. flächige Bauholzersetzungen, dekorative Gebäudeverkleidungen, Baupaneele bzw. -platten, Dachpaneele, Bodenbeläge, Fundamentpaneele, Abzäunungen bzw. Zäune, Geländer, Paneele für die Automobilfertigung, akustische und wärmedämmende Paneele. Ein Polymer wird nicht in das innere Hohlvolumen der Zellen bei hohen Temperaturen und Druck eingebracht. In anderen Ausgestaltungen kann die Faser eine Hartholzfaser aufweisen, aber Weichholzfasern sind auch nützlich. Das Komposit kann in jede nützliche Form, wie bspw. ein Pellet oder ein Element bzw. Bauteil, geformt werden. Der Komposit und Elemente des Komposits umfassen eine Faser, aber können auch andere Arten bzw. Formen von Fasern, bspw. Stoff in Form von gewebtem oder nicht-gewebtem Stoff, beinhalten. Solche Stoffe können als Stoffanteile mit einer Oberfläche von mehr als 5 mm² hinzugegeben werden, und als coextrudierte Faser während der Extrusion coextrudiert werden, oder zu dem Komposit nach der Extrusion oder einer anderen Formation hinzugegeben werden.
In Kompositionen der Ausgestaltungen erhalten die Kompositmaterialien eine effektive Kompositformation für Beladungen von mehr als 20 Vol.%, aber erhalten auch eine erhebliche Viskoelastizität und Polymereigenschaften bei Faser und Partikulatbeladungen, die im Bereich von mehr als 25 vol.%, mehr als 35 Vol.% und mehr als 40 Vol.% sind, und können im Bereich von ca. 40 Vol.% bis zu ca. 95 Vol.% sein. In diesen Bereichen der Partikulatbeladung erhalten die Komposite in der Anwendung die viskoelastischen Eigenschaften des Polymers in der Polymerphase. Als solche weisen Polymere im Bereich dieser Polymerbeladungen eine vorteilhafte Verlängerung bei dem Brauch auf, wobei die Verlängerungen im Übermaß von 5 %, im Übermaß von 10 %, im Übermaß von 20 % und im Bereich der Verlängerung bei einem Bruch von 20 bis 500 % sein önnen. Weiter kann die Streckgrenze wesentlich die Materialien aus dem Stand der Technik übertreffen und kann in einem Bereich einer Verlängerung von 5 bis 10 % sein.
In Kompositionen der Ausgestaltungen erhalten die Kompositmaterialien eine effektive Kompositformation bei Beladungen von mehr als 20 Vol.%, aber erhalten auch wesentliche Biegeeigenschaftcharakteristiken bei Faser- und Partikulatbeladungen, die in einem Bereich von mehr als 25 Vol.%, mehr als 35 Vol.%, mehr als 40 Vol.% und in einem Bereich von ca. 40 Vol.% bis zu 80 Vol.% sind. In diesen Bereichen der Partikulatbeladung erhalten die Komposite in der Anwendung bzw. Anmeldung Biegeeigenschaften von mehr als 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2500, 2700, 2900, 3200, 3300, 3500, 3700, 3900, 4100, 4300, 4500, oder 4700 MPa, wie durch ASTMD790 mit geeigneter Modifikation gemessen wurde. Es ist schwierig, die genauen Eigenschaften aufgrund der Variabilität der Polymertypen oder -verschnitte, und deren Effekt in Bezug auf Module oder Biegebelastung vorherzusagen. In Ausgestaltungen wird eine Schmelzflussanalyse (MFA) des Kompositmaterials, die mit einem Modell 50 Mini-Jector von Miniature Plastics Molding (MPM) (Solon, OH) durchgeführt wurde, eine verbesserter Schmelzfluss im Vergleich zu Kompositmaterialien, die mit einem nicht mit Zwischenschichtmodifizierer beschichteten Partikulat hergestellt wurden, zeigen. Beispielhalber wird der MFA eines Kompositmaterials, in Übereinstimmung mit hierin aufgeführten Ausgestaltungen, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, oder 90% weniger als andererseits identische Kompositionen, die mit einem nicht mit Zwischenschichtmodifizierer beschichteten Partikulat hergestellt wurden, aufweisen. Ähnliche bevorzugte Eigenschaften des Kompositmaterials können in dem Extrusionsdruck und den Biegeeigenschaften erkannt werden.
Üblicherweise werden die Kompositmaterialien hierin unter Verwendung von flüssiger Verarbeitung bzw. Schmelzverarbeitung hergestellt, und werden in Produktformierung mit flüssiger Verarbeitung verwendet. In einer Ausgestaltung wird ein thermoplastisches Polymer mit dem Partikulatanteil und dem Cellulosefaseranteil, wie bspw. Holzfasern, kombiniert und verarbeitet, bis das Material Kompositeigenschaften, wie bspw. eine einheitliche Dichte (falls die Dichte die als Determinante verwendete Eigenschaft ist), erhält. Sobald das Material eine ausreichende Eigenschaft erhält, wie bspw. die Dichte, kann das Material in ein Produkt oder in ein Rohmaterial in Form eines Pellets, Chips, Wafers, Vorform oder anderes, mit üblichen Prozesswerkzeugen leicht zu verarbeitendes Material, extrudiert werden. Repräsentative physikalische Eigenschaften des Kompositmaterials, das einheitlich mit einem Zwischenschichtmodifizierer beschichtet ist, sind untenstehend zusammengefasst.

Der Wertebereich der Eigenschaften hängt primär von den Anteilen des dispergierten gemischten Partikulats in der Polymerphase ab, und kann wie folgt sein:

Eigenschaft	Polymer/Holzfaser/Glas-Blasen-Komposit	Testprotokoll
Spezifische Schwerkraft bzw. Gravität	0,87–1,17–1,47 g/cc	Puckdichte oder wie beschriebene Gaspyknometrie
Flammenbeständigkeit	0	UL 94
Wasserdampfaufnahme	0,22–1,22–2,22%
Wasseraufnahme (flüssig)	0,75–1,75–2,75%	ASTM D570
Schlagfestigkeit	8–13,0 – j/cm	ASTM D5420
Biegemodul	2500–2900–3300 MPa	ASTM D790
Biegefestigkeit bei Streckung bzw. Yield	18–23–28 Pa	ASTM D790
Biegefestigkeit bei Bruch	35–45–55 Pa	ASTM D790
Zugmodul	500–700–900 MPa	ASTM D638
Zugfestigkeit bei Streckung bzw. Yield	12–15–18 MPa	ASTM D638
Zugfestigkeit bei Bruch	12–17–22 MPa	ASTM D638
k-Wert (thermische Leitfähigkeit)	0,10–0,31 W/m-°k	Lee’s Disk-Anlage

In der Herstellung von nützlichen Produkten mit den Kompositen der Ausgestaltung, können die hergestellten geformten Gegenstände bzw. Formkörper aus dem Kompositmaterial in geeigneten Mengen erhalten werden, üblicherweise in einem Extruder oder Spritzgießgerät Wärme und Druck ausgesetzt werden, und in eine geeignete Form geeigneter physikalischer Konfiguration gebracht werden.
In der geeigneten Produktausgestaltung kann während der Kompositherstellung oder der Produktverarbeitung ein Pigment oder ein Farbmaterial zu den Prozessgerätschaften hinzugegeben werden. Ein Vorteil dieses Materials ist, dass eine anorganische Farbe oder Pigment mitverarbeitet werden kann, was in einem Material resultiert, das keinen äußeren Anstrich oder Beschichtung benötigt, um eine anziehende, funktionale oder dekorative Erscheinung aufzuweisen. Die Pigmente können in dem Polymerverschnitt inkludiert werden, können einheitlich durch das Material verteilt werden, und können zu einer Oberfläche führen, die nicht abplatzen, reißen oder ihre dekorative Erscheinung verlieren kann. Ein besonders wichtiges Pigmentmaterial umfasst Titaniumoxid (TiO₂). Dieses Material ist nicht giftig, ein strahlendweises Partikulat, das leicht mit entweder nicht-metallischen, anorganischen oder mineralischen Partikulaten und/oder Polymerkompositen, um die neuen Eigenschaften des Kompositmaterials zu verstärken und einen weißen Farbton dem ultimativen Kompositmaterial bereitzustellen, kombiniert werden kann.
In einer anderen Ausgestaltung, ist der Einsatz für additive Verarbeitungssysteme (AM) aus dem Glas- und Holz-Polymer-Kompositmaterial, und wird durch extrusionsbasierte AM-Systeme zur Herstellung von 3D-Modellen eingespeist. Zusätzliche Verarbeitungssysteme, oder ein 3D-Druck, ist ein Verarbeitungsprozess zur Herstellung eines drei-dimensionalen festen Gegenstands von praktisch jeder Form eines digitalen Modells. 3D Druck wird durch Verwendung eines zusätzlichen Prozesses erreicht, wobei aufeinanderfolgende Materialschichten in verschiedenen Formen abgelegt werden. 3D-Druck wird als von traditionellen Maschinentechniken, welche auf der Entfernung von Material durch Verfahren wie Schneiden oder drehen (abtragende Prozesse) basieren, als unterscheidbar angesehen. Ein Drucker von Materialien führt üblicherweise AM-Systemverfahren mit bzw. über digitale Technologie durch. Die Technologie wird für die Herstellung von Prototypen und verteilte Herstellung mit Anwendungen in der Architektur, Bauwesen bzw. Konstruktion (AEC), Industriedesign, Automobilherstellung, Luft- und Raumfahrt, Militär, Ingenieurwesen, Bauingenieurwesen, Dental- und Medizinindustrie, Biotechnologie (Ersatz von menschlichem Gewebe), Mode, Schuhe, Schmuck, Brillen, Unterricht, geographischen Informationssystemen, Lebensmittelbereich und vielen anderen Bereichen verwendet.
AM-Systemprozesse bzw. -verfahren leisten virtuelle Blaupausen bzw. Blueprints von computerunterstützten Entwicklungen (CAD), und "schneiden" diese in digitale Querschnitte für das Gerät bzw. die Maschine zur erfolgreichen Verwendung als eine Richtlinie zum Drucken. Abhängig von der verwendeten Maschine bzw. Gerät wird Material bzw. Klebematerial bzw. Klebstoff auf dem hergestellten Fundament bzw. Build Bed oder Aufbau abgelagert, bis das Material/Kleber-Schicht vollständig ist, und das letztendliche 3D Modell gedruckt wurde. Es handelt sich um eine WYSIWYG (was du siehst ist was du bekommst) Verfahren, bei dem das virtuelle Modell und das physikalische Modell beinahe identisch sind.
Um einen Druck durchzuführen, liest die Maschine das Design von einer Computerdatei ein, und legt aufeinanderfolgende Schichten des Kompositmaterials ab, um das Modell aus einer Reihe von Querschnitten aufzubauen. In den Ausgestaltungen dieser Anmeldung sind die viskoelastischen Kompositmaterialien, die eine zwischenschichtmodifizierte Holzfaser, Glaspartikel und optional andere Partikel, wie bspw. Keramik, anorganische Mineralien, Metalpartikel und Kugeln umfassen, speziell für AM-Systemverfahren geeignet. Diese Schichten, die den virtuellen Querschnitten des CAD Modells entsprechen, sind verbunden oder werden automatisch geschmolzen, um die letztendliche Form zu erschaffen. Der primäre Vorteil dieser Technik ist ihre Möglichkeit fast jede Form oder geometrische Eigenschaft im 3dimensionalen Raum, oder xyz-Raum, zu erschaffen. AM-Systemlösungen beschreiben Schichtdicken und X-Y Auflösung in dpi (Punkte pro Zoll) oder Mikrometern. Typische Schichtdicken sind ca. 16 bis 100 Mikrometer (µm). Die Konstruktion eines Modells mit temporären Methoden kann irgendwo zwischen Stunden und Tagen betragen, abhängig von der verwendeten Methode und der Größe und Komplexität des Modells. Zusätzliche Verarbeitungssysteme können üblicherweise die Zeit auf ein paar Stunden reduzieren, obwohl es stark von der Art des verwendeten Geräts und der Größe und Anzahl an Modellen, die gleichzeitig produziert werden, abhängt.
Solche Systeme sind kommerziell von Stratasys, Inc. Eden Prairie Minn., als auch von anderen Herstellern größerer zusätzlicher Verarbeitungssysteme, wie bspw. Siemens oder General Electric, erhältlich. Nach dem Sintern kann das Objekt oder die Form bearbeitet, erwärmt bzw. beheizt, poliert, bemalt, oder auf andere Weise in neue letztendliche Formen und Strukturen gebracht werden.
Der Filamentdraht oder Einsatz ist eine kompositionale Komponente, die durch das zusätzliche Verarbeitungssystem (Drucker) mit einem Extruderschema eingespeist wird, und einen Formkörper in Schichten, die von dem Filament abgelagert werden, ausbildet. Beispielsweise wird das Filament oder der Draht in die Extrusionszone (heißes Ende) durch einen Extrusionsschrittmotor, der an einem Extrusionsrad ausgebildet ist, gedrängt. Das Extruderrad drückt das benötigte Volumen des Filaments zu der Extrusionszone. Abhängig von dem Druckersystem kann das Filament einen kreisförmigen oder runden Querschnitt aufweisen. In einer Ausgestaltung kann der Durchmesser des Filaments in einem Bereich von 1,20 bis 3,8 mm, 1,2 bis 3,00 mm, 1,50 bis 2,50 mm, 1,50 bis 1,80 mm oder 1,50 bis 1,75 mm eines kreisförmigen oder runden Querschnitts liegen. Die Toleranz des Filaments sollte in einer Toleranz von +/–0,03 mm liegen. Inkonsistente oder unregelmäßige Filamentdurchmesser können zu vielen Problemen führen. In einem Beispiel führt ein inkonsistenter Filamentdurchmesser zu einem variablen Volumen und Schichtablagerung aufgrund eines unsachgemäßen Filamentvolumens, das in der Extrusionszone erhitzt wurde. In anderen Ausgestaltungen werden eckige oder pyramidenförmige Querschnittsformen, die nützlich für Drucksysteme sind, für die Filamente bereitgestellt. Andere Querschnittsformen des Filaments sind auch möglich.
Das Filament wird mit dem Extrusionsschrittmotor in die Extrusionszone eingespeist. In einer Ausgestaltung kann die Temperatur des Filaments 150 C bis 300 C, 150 C bis 280 C, 170 C bis 300 C oder 170 C bis 250 C sein.
In einer Ausgestaltung, in Gew.%, kann ein Filament, das in der zusätzlichen Verarbeitung bzw. Additivverarbeitung verwendbar ist, die Proportionen von Kompositmaterialien wie hierin diskutiert umfassen. Als ein spezifisches nicht-limitierendes Beispiel, kann solch ein Filament umfassen:

1) 0,05 bis 6,0 Gew.% des Zwischenschichtmodifizierers,
2) 10 bis 70 Gew.% eines Polymers,
3) 20 bis 90 Gew.% eines gemischten dispergierten Partikulats, wobei das gemischte Partikulat aufweist: i) 20 bis 80 Gew.% eines Holzfaserpartikulats, und ii) 80 bis 20 Gew.% eines anorganischen Partikels.

In einer Ausgestaltung, in Vol.%, als ein nicht-limitierendes Beispiel, weist ein Filament, das in der zusätzlichen Verarbeitung verwendet werden kann, auf:

1) 0,05 bis 6,0 Vol.% des Zwischenschichtmodifizierers,
2) 10 bis 70 Vol.% eines Polymers,
3) 20 bis 90 Vol.% eines gemischten dispergierten Partikulats, wobei das gemischte Partikulat umfasst: i) 20 bis 80 Vol.% eines Holzfaserpartikulats, und ii) 80 bis 20 Vol.% eines anorganischen Partikels.

Wir haben weiter herausgefunden, dass ein Verschnitt bzw. eine Mischung von zwei, drei oder mehr Nicht-Metallen, anorganischen Substanzen oder Mineralien, insbesondere zusätzlich zu Holzfasern oder einem alternativen Fasermaterial, wie bspw. Glas, Bor, Kohlenstoff, Aramid, Metall, Cellulose, Polyester, Nylon, wichtige Kompositeigenschaften von allen Komponenten in einer Polymerkompositstruktur erhalten kann. Diese Kompositverfahren bzw. -prozesse und Materialien haben eine einzigartige Kapazität und Eigenschaft, sodass das Kompositmaterial als ein Verschnittkomposit, der aufgrund des Schmelzpunkts und anderer Verfahrensschwierigkeiten, nicht ohne Kompositherstellungsverfahren als Verschnitt der Eigenschaften hergestellt werden hätte können, agiert.
Polymere
Eine große Vielfalt von Polymermaterialien kann in den Kompositmaterialien verwendet werden. Für den Zweck dieser Anmeldung ist ein Polymer ein genereller Begriff, der entweder einen Duroplast oder einen Thermoplast umfasst. Wir haben herausgefunden, dass nützliche Polymermaterialien sowohl Kondensationspolymermaterialien als auch Additions- oder Vinylpolymermaterialien umfassen. Umfasst sind sowohl Vinyl- und Kondensationspolymere und Polymerlegierungen bzw. -verschnitte hiervon. Das Polymer weist eine Dichte von wenigstens 0,85 g·cm^–3 auf, jedoch sind Polymer mit einer Dichter von mehr als 0,96 verwendbar um die generelle Produktdichte zu erhöhen. Eine Dichte kann oft bis zu 1,7, bis zu 2 gm·cm^–3, bis zu 1,90 gm·cm^–3, 0,9 bis 1,90gm·cm^–3, oder ca. 1,5 bis 1,95 gm·cm^–3 sein. Die Polymerphase kann in dem Kompositmaterial mit ca. 10,0 bis 70,0 Gew.%, mit ca. 10,0 bis 60,0 Gew.% oder mit ca. 10,0 bis 50,0 Gew.% vorliegen. Die Polymerphase in dem Kompositmaterial kann eine kontinuierliche Polymerphase, wie sie im Stand der Polymertechnik bekannt ist, sein.
Vinylpolymere umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybutylen-Copolymere, Polyacetyl-Harze, Polyacryl-Harze, Homopolymere oder Copolymere, die Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Fluorkohlenstoff-Copolymer, etc. umfassen. Kondensationspolymere umfassen Nylon, Phenoxyl-Harze, Polyarylether, wie bspw. Polyphenylether, Polyphenylsulfid-Materialien; Polycarbonat-Materialien, chlorierte Polyether-Harze, Polyethersulfon-Harze, Polyphenylenoxid-Harze, Polysulfon-Harze, Polyimid-Harze, thermoplastische Urethan-Elastomere und viele andere Harz-Materialien.
Kondensationspolymere umfassen Polyamide, Polyamid-Imid-Polymere, Polyarylsulfone, Polycarbonat, Poly(Milchsäure) oder Polylactid (PLA), Polybutylenterephthalat, Polybutylenenaphthalat, Polyetherimide, Polyethersulfone, Polyethylenterephthalat, thermoplastische Polyamide, Polyphenylenether-Verschnitte, Polyphenylensulfid, Polysulfone, thermoplastische Polyurethane und andere. Praktische kondensationstechnische bzw. -engineering Polymere umfassen Polycarbonat-Materialien, Polyphenyleneoxid-Materialien, und Polyester-Materialien, die Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und Polybutylennaphthalat-Materialien umfassen.
Polycarbonat aufweisende technische Polymere sind amorphe technische Hochleistungs-Thermoplaste mit großer Schlagfestigkeit, Reinheit, Wärmebeständigkeit und dimensionaler Stablität. Polycarbonate sind generell als Polyester oder Kohlensäure mit organischen Hydroxylkomponenten eingeordnet bzw. klassifiziert. Die üblichen Polycarbonate basieren auf Phenol A als Hydroxylkomponente, die mit Kohlensäure copolymersiert ist. Polycarbonate werden oft als vielseitige Verschnittmaterialien verwendet, als eine Komponente mit anderen kommerziellen Polymeren in der Herstellung von Verschnitten bzw. Legierungen bzw. Alloys. Polycarbonate können mit Polyethylenterephtalat-Acrylnitril-Butadien-Styrol, Styrol-Maleinanhydrid und anderen kombiniert werden. Nützliche Verschnitte beinhalten ein Styrol-Copolymer und ein Polycarbonat. Nützliche Polycarbonat-Materialien sollten einen Schmelzindex zwischen 0,5 und 7, vorzugsweise zwischen 1 und 5 g^–10min^–1 aufweisen.
Eine Vielfalt an Polyester-Kondensations-Polymer-Materialien einschließlich Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polybutylenenaphthalat, etc. kann verwendet werden. Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat sind Hochleistungs-Kondensations-Polymer-Materialien. Polyethylennaphthalat und Polybutylenenaphthalat-Materialien können durch Copolymerisation, wie oben beschrieben, unter Verwendung einer Säurequelle und einer Naphthalendicarboxyl-Säure, hergestellt werden. Die Naphthalatthermoplasten habe eine höhere Tg und höhere Stabilität bei höheren Temperaturen verglichen zu den Terephthalat-Materialien. Trotzdem sind diese Polyester-Materialien in den Kompositmaterialien verwendbar bzw. nützlich. Diese Materialien haben ein verwendbares bzw. nützliches Molekulargewicht, was durch die Schmelzflusseigenschaften charakterisiert ist. Verwendbare Polyester-Materialien weisen bei 265 °C eine Viskosität von ca. 500–2000 cP, vorzugsweise ca. 800–1300 cP auf.
Polyphenylenoxid-Materialien sind technische Thermoplaste, die in Temperaturbereichen bis 330 °C verwendbar sind. Polyphenylenoxid weist herausragende mechanische Eigenschaften, dimensionale Stabilität, und dielektrische Charakteristiken auf. Üblicherweise werden Phenylenoxide als Polymerlegierungen bzw. -verschnitte, in Kombination mit anderen Polymeren oder Fasern, hergestellt und verkauft. Polyphenylenoxid umfasst üblicherweise ein Homopolymer aus 2,6-Dimethyl-1-Phenol. Das Polymer ist allgemein bekannt als Poly(Oxy-(2,6-Dimethyl-1,4-Phenylen)). Polyphenylen wird oft als eine Legierung oder Verschnitt mit Polyamid verwendet, üblicherweise Nylon 6-6, Verschnitte mit Polystyrol oder schlagfestem Styrol und anderen. Ein Schmelzindex (ASTM 1238) für die Polyphenylenoxid-Materialien kann einen Bereich von 1 bis 20, vorzugsweise ca. 5 bis 10 gm/10 min aufweisen. Die Schmelzviskosität ist ca. 1000 cP bei 265 °C.
Eine andere Klasse von Thermoplasten umfasst Styrolpolymere. Der Begriff Styrolpolymer gibt an, dass Styrol mit einem zweiten Vinylmonomer copolymerisiert wird, was zu einem Vinylpolymer führt. Diese Materialien beinhalten wenigstens ca. 5 mol % Styrol und der Ausgleich beträgt ein oder weniger andere Vinylmonomere. Eine wichtige Klasse dieser Materialien bilden Styrol-Acrylnitril(SAN)-Polymere. SAN-Polymere sind wahllose, amorphe, lineare Copolymere, die durch Copolymerisation von Styrol-Acrylnitril und optional anderen Monomeren hergestellt werden. Polymerisationstechniken, basierend auf Emulsion, Suspension und kontinuierlicher Masse wurden verwendet. SAN Copolymere weisen Transparenz, hervorragende thermische Eigenschaften, gute chemische Widerstandsfähigkeit und Härte auf. Diese Polymere sind auch durch ihre Rigidität, dimensionale Stabilität und lasttragende Kapazität charakterisiert. Olefin modifizierte SANs (OSA Polymermaterialien) und Acryl-Styrol-Acrylnitril (ASA Polymermaterial) sind bekannt. Diese Materialien sind ein wenig weicher als unmodifizierte SANs und sind formbare, undurchsichtige und zweiphasige Terpolymere, die eine überraschanderweise verbesserte Wetterstabilität aufweisen.
ASA Polymere sind wahllose, amorphe, Terpolymere, die entweder durch Massen-Copolymerisation oder Pfropf-Copolymerisation hergestellt werden. Diese Materialien können auch mit einer Vielzahl an anderen Polymeren, einschließlich Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und anderen verschnitten oder legiert werden. Eine wichtige Klasse von Styrol-Copolymeren umfasst Acrylnitril-Butadien-Styrol-Monomere (ABS). Diese Polymere sind eine sehr vielseitige Familie technischer Thermoplasten, die durch Copolymerisation der drei Monomere hergestellt werden. Jedes Monomer stellt dem letztendlichen Terpolymer eine wichtige Eigenschaft bereit. Das letztendliche Material weist eine hervorragende Wärmebeständigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit und Oberflächenhärte in Verbindung mit Verarbeitbarkeit, Rigidität und Stärke auf. Die Polymere sind auch hart und schlagfest. Die Styrol-Copolymer-Familie der Polymere weisen einen Schmelzindex im Bereich von 0,5 bis 25, vorzugsweise ca. 0,5 bis 20 auf.
Eine wichtige Klasse technischer Polymere, die in dem Kompositmaterial verwendet werden können, umfasst Acrylpolymere. Acryle bzw. Akryle umfassen ein breites Feld an Polymeren und Copolymeren, in denen die Haupt-Monomer-Bestandteile ein Esteracrylat oder Methacrylat aufweisen. Diese Polymere werden oft in Form von harten, durchsichtigen Platten bzw. Folien oder Pellets bereitgestellt. Nützliche bzw. verwendbare Acrylpolymermaterialien weisen einen Schmelzindex im Bereich von ca. 0,5 bis 50, vorzugsweise ca. 1 bis 30 gm/10 min auf.
Vinylpolymer-Polymere umfassen ein Acrylnitril; Polymer aus Alpha-Olefin, wie bspw. Ethylen, Propylen, etc.; chlorierte Monomere, wie bspw. Vinylchlorid, Vinylidendichlorid, Acrylat-Monomere, wie bspw. Acrylsäure, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Acrylamid, Hydroxyethylacrylat und andere; Styrol-Monomere, wie bspw. Styrol, Alphamethylstyrol, Vinyltoluol, etc.; Vinylacetat; und andere üblich erhältliche ethylenisch ungesättigte Monomerkompositionen.
Thermoplasten umfassen Polyvinylchlorid, Polyphenylensulfit, Acrylhomopolymere, Maleinanhydrid mit Polymeren, Acrylmaterialien, Vinylacetat-Polymere, Dien mit Copolymeren, wie bspw. 1,3-Butadien, 1,4-Pentadien, ein Halogen oder Chlorosulfonyl modifizierte Polymere oder andere Polymere, und sind in dem Kompositmaterial dieser Erfindung verwendbar. Kondensationspolymer-Thermoplasten einschließlich Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Polysulfone und ähnliche Polymermaterialien können, durch Reaktion von Endgruppen mit Silanen, die Aminoalkyl, Chloralkyl, Isocyanat oder ähnliche funktionelle Gruppen aufweisen, verwendet werden.
Polyvinylchlorid ist ein gebräuchliches thermoplastisches Polymer. Ein Vinylchlorid-Monomer wird aus einer Vielzahl verschiedener Prozesse hergestellt, wie bspw. der Reaktion von Acetylen und Hydrogenchlorid und der direkten Chlorierung von Ethylen. Polyvinylchlorid wird typischer Weise durch die freie radikalische Polymerisation von Vinylchlorid hergestellt, die in einem nützlichen thermoplastischen Polymer resultiert. Nach der Polymerisation wird Polyvinylchlorid üblicherweise mit thermischen Stabilisatoren, Schmiermitteln, Weichmachern, organischen und anorganischen Pigmenten, Füllstoffen, Bioziden bzw. Pestiziden, Verarbeitungshilfsstoffen, Flammschutzmittel und anderen kommerziell erhältlichen Additiven kombiniert. Ein in einer Ausgestaltung verwendbares bzw. vorteilhaftes Polyvinylchlorid ist 87180 von PolyOne (Avon Lake, OH)
Polyvinylchlorid kann auch mit anderen Vinylmonomeren in der Herstellung von Polyvinylchloridcopolymeren verwendet werden. Diese Copolymere können lineare Copolymere, verzweigte Copolymere, Pfropf-Copolymere, wahllose bzw. ungeordnete Copolymere, sich regelmäßig wiederholende Copolymere, Block-Copolymere, etc. sein. Mit Vinylchlorid kombinierbare Monomere, um Vinylchloridcopolymere zu bilden, umfassen ein Acrylnitril; Alpha-Olefine, wie bspw. Ethylen, Propylen, etc.; chlorierte Monomere, wie bspw. Vinylidenedichlorid; Acrylatmonomere, wie bspw. Acrylsäure, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Acrylamid, Hydroxyethyl acrylat und andere; Styrolmonomere, wie bspw. Styrol, Alphamethylstyrol, Vinyltoluol, etc.; Vinylacetat; und andere kommerziell erhältliche ethylenische ungesättigte Monomerkompositionen. Diese Monomere können in Mengen von bis zu ca. 50 mol-% verwendet werden, wobei Vinylchlorid den Ausgleich bildet. In einer Ausgestaltung weist der Komposit ca. 20,0 Gew.% bis 50,0 Gew.%, ca. 20,0 Gew.% bis 60,0 Gew. %, ca. 20,0 Gew.% bis 70,0 Gew.%, ca. 20,0 Gew.% bis 80,0 Gew. % oder ca. 20,0 Gew.% bis 90,0 Gew.% Polyvinylchlorid auf.
Polymerverschnitte bzw. -mischungen oder -legierungen können in der Herstellung des Pellets oder des linearen Extrudats des Kompositmaterials verwendet werden. Diese Legierungen weisen üblicherweise zwei mischbare Polymere, die verschnitten werden, um eine einheitliche Komposition zu formen, auf. Eine Polymerlegierung bei Equilibrium umfasst eine Mischung aus zwei amorphen Polymeren, die als eine Einzelphase von eng vermischten Segmenten der zwei makromolekularen Komponenten vorliegen. Mischbare amorphe Polymere bilden Gläser bzw. einen glasförmigen Zustand bei ausreichender Abkühlung bzw. Kühlung aus, und ein homogener oder mischbarer Polymerverschnitt zeigt eine einzige, kompositionsabhängige Glasübergangstemperatur (Tg). Nicht-mischbare oder unlegierte Polymerverschnitte zeigen üblicherweise zwei oder mehrere Glasübergangstemperaturen, die durch nicht-mischbare Polymerphasen bedingt sind. In den einfachsten Fällen spiegeln die Eigenschaften der Polymerlegierungen die Eigenschaften der Komponenten, die jeweils nach deren Gewichtsanteil zusammengestzt sind, auf. Jedoch variieren die Eigenschaften generell auf eine komplexe Art, die von den besonderen Eigenschaften, der Natur der Komponenten (gläsern, gummiartig oder semi-kristallin), dem thermodynamischen Zustand des Verschnitts, und deren mechanischen Zustand, d.h. ob Moleküle und Phasen eine Orientierung zeigen, abhängen.
Die primäre Voraussetzung für das wesentliche thermoplastische technische Polymermaterial ist, dass es ausreichende thermoplastische Eigenschaften beibehält, wie bspw. Viskosität und Stabilität, um ein Schmelzverschneiden mit einem Partikulat zu ermöglichen, die Formierung von linearen Extrudatpellets zu ermöglichen, und dem Kompositmaterial oder Pellet ermöglicht, in einem thermoplastischen Verfahren extrudiert oder spritzvergossen zu werden, und das nützliche Produkt zu formen. Technische Polymere und Polymerlegierungen sind von einer Vielzahl an Herstellern, einschließlich Dyneon LLC, B.F. Goodrich, G.E., DOW und duPont, erhältlich.
Phenolpolymere können auch in der Herstellung von Bauteilen des Kompositmaterials verwendet werden. Phenolpolymere umfassen üblicherweise ein Phenol-Formaldehyd-Polymer. Diese Polymere sind von Natur aus flammenbeständig, wärmebeständig und kostengünstig.
Die in dem Kompositmaterial verwendbaren Fluor-Kohlenstoff-Polymere sind vorfluoriert und teilweise fluorierte Polymere, die mit Monomeren, die ein oder mehrere Fluoratome beinhalten, oder Copolymere aus zwei oder mehreren solche Monomere, hergestellt wurden. Übliche Beispiele von fluorinierten Monomeren, die in diesen Polymeren oder Copolymeren verwendet werden können, umfassen Tetrafluorethylen (TFE), Hexafluoropropylen (HFP), Vinylidenfluorid (VDF), Perfluoroalkylvinylether, wie bspw. Perfluor-(n-Propyl-Vinyl)ether (PPVE) oder Perfluormethylvinylether (PMVE). Andere copolymerisierbare Olefinmonomere, einschließlich nicht-fluorierten Monomeren, können auch vorliegen.
Besonders nützliche bzw. vorteilhafte Materialien für die Fluor-Kohlenstoff-Polymere sind TFE-HFP-VDF Terpolymere (Schmelztemperatur von ca. 100 bis 260 °C.; Schmelzflussindex bei 265 °C unter einer 5 kg Last ist ca. 1–30 g-10 min^–1.), Hexafluorpropylen-Tetrafluorethylen-Ethylen (HTE) Terpolymere (Schmelztemperatur ca. 150 bis 280 °C.; Schmelzflussindex bei 297 °C unter einer 5 kg Last von ca. 1–30 g-10 min^–1.), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) Copolymere (Schmelztemperatur ca. 250 bis 275 °C.; Schmelzflussindex bei 297 °C unter einer 5 kg Last von ca. 1–30 g-10 min^–1.), Hexafluorpropylen-Tetrafluorethylen (FEP) Copolymere (Schmelztemperatur ca. 250 bis 275°C.; Schmelzflussindex bei 297 °C unter einer 5 kg Last von ca. 1–30 g-10 min^–1.), und Tetrafluorethylen-Perfluor(alkoxyalkan) (PFA) Copolymere (Schmelztemperatur ca. 300 bis 320 °C.; Schmelzflussindex bei 372 °C unter einer 5 kg Last von ca. 1–30 g-10 min^–1.). Jedes dieser Fluorpolymere ist kommerziell von Dyneon LLC, Oakdale, Minn erhältlich. Die TFE-HFP-VDF Terpolymere werden unter der Bezeichnung "THV" vertrieben.
Ebenso sind Vinylidenfluorid-Polymere verwendbar, die primär aus Monomeren aus Vinylidenfluorid, einschließlich Homopolymere und Copolymere, hergestellt werden. Diese Copolymere umfassen diejenigen mit wenigstens 50 mol% an Vinylidenfluorid, das mit wenigstens einem Comonomer, ausgewählt aus einer Gruppe aus Tetrafluorethylen, Trifluorethylen, Chlortrifluorethylen, Hexafluorpropen, Vinylfluorid, Pentafluorpropen, und jedes andere Monomer, das bereitwillig mit Vinylidenfluorid copolymerisert, copolymerisiert wird. Diese Materialien sind weiter in der US 4 569 978 (Barber) beschrieben, die hierin als Referenz aufgenommen ist. Diese Materialien sind kommerziell unter der KYNAR Handelsmarke von der Arkema Group aus King of Prussia, PA, oder unter der DYNEON Handelsmarke von der Dyneon LLC aus Oakdale, MN, verfügbar.
Fluor-Kohlenstoff-Elastomer-Materialien können auch in den Kompositmaterialien verwendet werden. Fluor-Kohlenstoff-Elastomere beinhalten VF₂- und HFP-Monomere und optional TFE, und weisen eine Dichte von mehr als 1,8 gm-cm^–3 auf. Diese Polymere zeigen gute Widerstandsfähigkeit gegenüber den meisten Ölen, Chemikalien, Lösungsmittel, und halogenierten Kohlenwasserstoffen, und eine herausragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Ozon, Sauerstoff, und Verwitterung. Ihre verwendbare Anwendungstemperatur ist im Bereich von –40 °C bis 300 °C. Beispiele von Fluor-Kohlenstoff-Elastomere umfassen diejenigen, die in den Patentschriften von Lentz, US 4 257 699 , Eddy et al., US 5 017 432 , und Ferguson et al., US 5 061 965 , beschrieben sind. Die Offenbarungen von jedem dieser Patente sind gesamtheitlich als Referenz hierin enthalten.
Latex-Fluorkohlenstoff-Polymere sind in der Form der Polymere erhältlich, die die PFA, FEP, ETFE, HTE, THV und PVDF Monomere aufweisen. Fluorierte Poly(meth)acrylate können generell durch freie radikalische Polymerisation, entweder pur oder in Lösungsmittel, hergestellt werden, wobei radikalische Initiatoren verwendet werden, die aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind. Andere Monomere, die mit diesen fluorierten (Meth)acrylat-Monomeren polymerisiert werden können, umfassen Alkyl(meth)acrylate, substituierte Alkyl(meth)acrylate, (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylamide, Styrole, Vinylhalogenide und Vinylester. Die Fluorkohlenstoffpolymere können polare Bestandteile aufweisen. Solche polare Grupen oder eine polare Gruppe aufweisende Monomere können anionisch, nicht-ionisch, kationisch oder amphoter sein. Die Latex-Fluorkohlenstoffpolymere, die hierin beschrieben sind, sind üblicherweise in wässriger Phase dispergierte Feststoffe, aber Lösungsmittel können verwendet werden. Das Fluorkohlenstoff-Polymer kann mit verschiedenen Lösungsmitteln kombiniert werden, um eine Emulsion, Lösung oder Dispersion in flüssiger Form auszubilden. Dispersionen von Fluorpolymeren können unter Verwendung von konventionellen Emulsionspolymerisationstechniken, wie bspw. in der US 4 418 186 ; 5 214 106 ; 5 639 838 ; 5 696 216 oder Modern Fluoropolymers, Edited by John Scheirs, 1997 (besonders die Seiten 71–101 und 597–614) als auch in der noch nicht erteilten Patentanmeldung des Anmelders mit der Patenanmeldungsnummer 01/03195, eingereicht am 31, Januar 2001, beschrieben, hergestellt werden.
Die flüssigen Formen bzw. Flüssigkeiten können weiter verdünnt werden, um die gewünschte Konzentration bereitzustellen. Obwohl wässrige Emulsionen, Lösungen und Dispersionen verwendbar sind, kann ein zusätzliches bzw. weiteres Lösungsmittel, wie bspw. Methanol, Isopropanol oder Methylperfluorbutylether, hinzugegeben werden. Vorzugsweise weisen die wässrigen Emulsionen, Lösungen und Dispersionen weniger als ca. 30% des zusätzlichen Lösungsmittels auf, weiter vorzugsweise weniger als 10% des zusätzlichen Lösungsmittels, und vorzugsweise weisen die wässrige Emulsionen, Lösungen und Dispersionen im Wesentlichen kein zusätzliches Lösungsmittel auf.
Zwischenschichtmodifizierer
Zwischenschichtmodifizierer stellen die enge Verbindung des Partikels mit dem Polymer bereit. Zwischenschichtmodifizierer, die in der nicht-reaktiven oder nicht-vernetzenden Anwendung, um nicht-reaktive Oberflächen auf Partikulaten herzustellen, verwendet werden, fallen in eine breite Kategorie, die bspw. Stearinsäurederivate, Titanat-Komponenten, Zirkonat-Komponenten, Phosphonat-Komponenten und Aluminat-Komponenten umfasst.
Aluminate, Phosphonate, Titanate und Zirkonate weisen nützlicherweise ca. ein bis drei Liganden auf, die Hydrocarbylphosphatester und/oder Hydrocarbylsulfonateester und ca. ein bis drei Hydrocarbylliganden aufweisen, die weiter ungesättigt sein können und Heteroatome, wie bspw. Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel, enthalten können. Vorzugsweise enthalten die Titanate und Zirkonate ca. zwei bis drei Liganden, die Hydrocarbylphosphatester und/oder Hydrocarbylsulfonatester, vorzugsweise drei dieser Liganden und ca. ein bis zwei Hydrocarbylliganden, bevorzugt ein Hydrocarbylligand, umfassen.
Die Wahl des Zwischenschichtmodifizierers ist durch die Faser, das Partikulat, das Polymer und die Anwendung zweckbestimmt bzw. festgelegt. Die Holzfaser und das Partikulat werden beschichtet, sogar wenn sie eine erhebliche Morphologie aufweisen. Bspw. ist die maximale Dichte eines Komposits eine Funktion der Dichten der Komponenten und deren jeweiligen Volumenanteilen. Komposite mit höherer Dichte werden durch Maximierung des Volumenanteils der Komponente mit der größten Dichte erreicht. Wenn Komposite mit Polymervolumen, die ca. gleich des ausgenommenen Volumens der Faser und der Partikulate sind, geformt bzw. gebildet werden, dominiert die Interaktion zwischen Partikel und Faser das Verhalten des Materials. Partikel und Fasern kontaktieren bzw. berühren sich gegenseitig über entgegengesetzte Oberflächen und die Kombination von interagierenden scharfen bzw. spitzen Kanten, weichen Oberflächen und der Reibung zwischen den Oberflächen, verhindert weiteres oder optimales Packen. Daher ist die Maximierung von Partikeleigenschaften eine Funktion der Weichheit der Oberfläche, Härte der Kanten, der Punktgröße des Punktes (Schärfe), der Oberflächenreibungskraft und dem Druck auf das Material, Zirkularität, Seitenverhältnis und die übliche Form-Größenverteilung. Wegen der Reibung zwischen Partikel und Faser wird sich der Formdruck mit Abstand der angewandten Kraft exponentiell verringern.
Die Chemie der Zwischenschichtmodifizierung kann Oberflächen der Fasern und Partikel durch koordinative Bindung, van der Waals Kräfte, kovalente Bindung oder eine Kombination der drei modifizieren. Die Oberfläche des Partikels und der Faser verhalten sich wie ein Partikel des Zwischenschichtmodifizierers. Diese organischen Materialien des Zwischenschichtmodifizierers reduzieren die Reibung zwischen Partikeln und Fasern und verhindern Fugen bzw. Fugenbildung und ermöglichen eine größere Bewegungsfreiheit zwischen Partikeln und Fasern. Die Phänomene ermöglichen der angewandten Formkraft tiefer in die Form einzudringen, was in einem einheitlicheren und in vielen Instanzen geringeren Druckgradienten während der Extrusion oder des Einspritzgießens resultiert.
Nützliche Titanate und Zirkonate umfassen Isopropyl tri(dioctyl)pyrophosphat-Titanat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Bezeichnung KR38S), Neopentyl(diallyl)oxy, Tri(dodecyl)benzene-sulfonyl-Titanat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Handelsmarke und Bezeichnung LICA 09), Neopentyl(diallyl)oxy, Ttrioctylphosphat-Titanat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Handelsmarke und Bezeichnung LICA 12), Neopentyl(diallyl)oxy, Tri(dodecyl)benzol-sulfonyl-Zirkonat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Bezeichnung NZ 09), Neopentyl(diallyl)oxy, tri(dioctyl)phosphat-Zirkonat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Bezeichnung NZ 12), und Neopentyl(diallyl)oxy, Tri(dioctyl)pyro-phosphat-Zirkonat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Bezeichnung NZ 38). Ein nützliches Titanat ist Tri(dodecyl)benzol-sulfonyl-Titanat (erhältlich von Kenrich Chemicals unter der Bezeichnung LICA 09). Der Zwischenschichtmodifizierer modifiziert das Partikulat in dem Kompositmaterial durch die Bildung einer Schicht auf einer Schicht der Oberfläche des Partikels, die die intermolekularen Kräfte reduziert, und die Tendenz des Polymers, mit dem Partikel zu mischen, verbessert, das Mischen und Packen der Partikel verbessert, und in einem Komposit mit viskoelastischen Eigenschaften resultiert. In einer Ausgestaltung ist die Dichte für das Kompositmaterial minimiert. Andere Kompositeigenschaften können, wie in der zuvor gezeigten Tabelle offenbart, eingestellt werden.
Duroplastische Polymere können in ungehärteter Form verwendet werden, um Komposite mit Zwischenschichtmodifizierern herzustellen. Sobald der Komposit gebildet ist, können die reaktiven Materialien chemisch die Polymerphase binden, falls ein duroplastisches Polymer ausgewählt ist. Die reaktiven Gruppen in den Duroplasten können Methacrylyl, Styryl, oder andere ungesättigte oder organische Materialien umfassen.
Pelletherstellung
Die Herstellung des Partikulats und Faserkompositmaterials hängt von einer guten Herstellungstechnik ab. Oft wird das Partikulat und die Faser anfänglich behandelt, um eine einheitliche Partikulatbeschichtung sicherzustellen.
Der Zwischenschichtmodifizierer kann auch zu den Partikeln und Fasern mit einer Beschichtungsanwendung in Bulk-Verschnitt-Vorgängen bzw. Bulk-Blending-Vorgängen mit Blendern hoher Intensität hinzugegeben werden. Alternativ können Zwei-Kegel-Vermischer bzw. Twin-Cone-Mixer von einer Trocknung oder direkter Addition bzw. Zugabe zu einem Schraubenvermischungsgerät gefolgt sein. Zwischenschichtmodifizierer können auch mit dem Partikulat und einer Faser in einem Lösungsmittel, wie bspw. Isopropylalkohol, Toluol, Tetrahydrofuran, mineralischen Spirituosen bzw. Spirits oder andere bekannte Lösungsmittel reagieren bzw. reagiert werden.
Das Partikulat und die Faser können in die Polymerphase zwischenschicht-kombiniert sein, abhängig von der Natur der Polymerphase, der Faser, der Partikulatoberflächenchemie und jeglicher Pigmentprozesshilfe oder jeglichem Additiv, das in dem Kompositmaterial vorliegt. Generell umfasst der Mechanismus, der verwendet wird, um das Partikulat und die Faser zu dem Polymer verbinden, Lösung, Chelatbildung, koordinative Bindung (Ligandformierung), etc. Jedoch werden üblicherweise kovalente Bindungen, die die Faser, den Partikel, den Zwischenschichtmodifizierer und das Polymer verbinden oder verkuppeln, nicht gebildet. Titanat-, Phosphonat- oder Zirkonatstoffe werden verwendet. Diese Stoffe weisen die folgende Formel auf: (RO)_m-Ti-(O-X-R’-Y)_n (RO)_m-Zr-(O-X-R’-Y)_n (RO)_m-P-(O-X-R’-Y)_n wobei R und R’ unabhängig ein Hydrocarbyl, C1-C12 Alkylgruppe oder ein C7-20 Alkyl- oder eine Alkarylgruppe, wobei die Alkyloder Alkarylgruppe optional ein oder mehrere Sauerstoffatome oder Ungesättigtheit enthalten können, sind; X ist eine Sulfat oder Phosphat; Y ist ein H oder jeglicher üblicher Substituent für Alkyl- oder Arylgruppen; m und n sind eins bis drei. Titanate stellen antioxidative Eigenschaften bereit und können die Chemie der Aushärtung modifizieren oder kontrollieren. Zirkonat stellt eine hervorragende Bindungsstärke bereit, aber maximiert die Härtung, und reduziert die Bildung von Off Color in formulierten thermoplastischen Materialien. Ein nützliches Zirkonatmaterial ist Neopentyl(diallyl)oxy-tri(dioctyl)phosphatzirkonat.
Die Kompositmaterialien mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften können wie folgt hergestellt werden. In einer Ausgestaltung wird die Oberfläche des Partikulats und der Faser gleich vorbereitet bzw. zubereitet, der Zwischenschichtmodifizierer wird aufgetragen, und das resultierende Produkt wird isoliert und dann mit der kontinuierlichen Polymerphase kombiniert, um eine Zwischenschichtverbindung zwischen Partikulat, Faser und dem Polymer zu erlangen. Sobald das Kompositmaterial zubereitet ist, wird es in die gewünschte Form des letzendlich verwendeten Materials gebracht. Lösungsverarbeitung bzw. Solution-Processing ist eine Alternative, die eine Lösungsmittelrückgewinnung während der Materialverarbeitung bereitstellt.
Die Materialien können auch ohne Lösungsmittel Trocken-Verschnitten bzw. Trocken-Gemischt bzw. Dry-Blended werden. Blendsysteme bzw. Mischsysteme, wie bspw. Bandschneckenmischer bzw. Ribbonmischer, die durch Drais Systems bezogen wurden, hochdichte Driveblender bzw. Driveblender für hohe Dichten, erhältlich durch Littleford Brothers und Henschel, sind möglich. Weiter ist ein Schmelzmischen mit einem Banberry veferraller Einzelschrauben oder Doppelschrauben Mischer bzw. Compounders verwendbar. Wenn die Materialien als ein Plastisol oder Organsol mit dem Lösungsmittel verarbeitet werden, werden generell zuerst flüssige Inhaltsstoffe in eine Prozess- bzw. Verfahrenseinheit gegeben, gefolgt von Polymer, Partikulat und Faser und schnellen Rührens. Sobald alle Materialien hinzugefügt wurden, kann ein Vakuum angelegt werden, um rückständige Luft und Lösungsmittel abzuziehen, und das Vermischen wird weitergeführt, bis das Kompositmaterial des Produkts einheitlich ist.
Trocken-Mischen ist generell aufgrund der Kostenvorteile vorzuziehen. Jedoch können gewisse Ausgestaltungen kompositional aufgrund von Unterschieden in der Holzfaser und Partikelgröße instabil sein. Bei Trocken-Misch-Prozessen kann das Kompositmaterial zuerst durch Zugabe des Polymers, Kombinieren der Polymerstabilisatoren mit dem Polymer, wenn nötig bei einer Temperatur von ca. Raumtemperatur bis ca. 60 °C, Verschneiden eines Partikulats und einer Faser mit dem stabilisierten Polymer, Verschneiden anderer Hilfsstoffe, Zwischenschichtmodifizierer, Farben, Indikatoren oder Schmiermittel, gefolgt von Mischen in einer geheizten Mischung, Überführen in einen Speicher, Verpacken oder Endverbrauchsfertigung, hergestellt werden.
Zwischenschichtmodifizierte Faser und Partikulatmaterialien können mit Lösungsmitteltechniken, die eine effektive Menge eines Lösungsmittels verwenden, um die Bildung bzw. Formierung eines Komposits zu initialisieren, hergestellt werden. Es sollte darauf geachtet werden, die Beibehaltung der Lumen der Holzfazer zu maximieren. Während der Schritte der Partikelzubereitung, des Vermischens bzw. Compounding und der Extrusion ist es leicht, die Fasern zu beschädigen. Wenn die Zwischenschichtbehandlung im Wesentlichen abgeschlossen ist, kann das Lösungsmittel abgestrippt bzw. abgetrennt werden. Diese Lösungsmittelprozesse werden wie folgt durchgeführt:

1) Lösen bzw. Auflösen des Zwischenschichtmodifizierers oder Polymers oder beide;
2) Mischen bzw. Vermischen des Partikulats und der Faser in eine Bulk-Phase oder eine Polymervormischung: und
3) Entgasen der Komposition in Gegenwart von Wärme & Vakuum über der Tg des Polymers.

Beim Vermischen mit Doppelschnecken-Vermischern bzw. -Compoundern oder Extrudern kann ein nützlicher Prozess verwendet werden, der Doppelschnecken-Vermischer wie folgt ersetzt.

1. Hinzugabe von Partikulat und Faser, und Erhöhen der Temperatur, um Oberflächenwasser (Fass 1 bzw. Barrel 1) zu entfernen.
2. Hinzugabe von Zwischenschichtmodifizierer und der Faser, um bei Erreichen der Temperatur mit einer Doppelschnecke (Fass 3 bzw. Barrel 3) zu mischen.
3. Dispergieren/Verteilen der chemischen Oberflächenbehandlung auf der Faser und dem Partikulat.
4. Halten der Temperatur bis zur Fertigstellung.
5. Entlüften der Nebenprodukte (Fass 6 bzw. Barrel 6).
6. Hinzugabe eines Polymerbinders.
7. Verdichten/Schmelzen des Polymerbinders.
8. Dispergieren/Verteilen des Polymerbinders in der Faser und dem Partikulat.
9. Kombinieren des modifizierten Partikulats und Faser mit dem Polymerbinder.
10. Vakuumentgasung der restlichen Produkte (Fass 9 bzw. Barrel 9).
11. Komprimieren bzw. Verdichten des restlichen Komposits.
12. Gestaltung der gewünschten Form, bspw. eines Pellets, Lineals, Rohrs, Einspritzguß-Gegenstand, etc., durch eine Pressform oder einen Schritt nach der Fertigung.

Alternativ in Formulierungen bzw. Rezepten mit kleinen Volumen der kontinuierlichen Phase:

1. Hinzugabe von Polymerbinder.
2. Hinzugabe von Zwischenschichtmodifizierer, um bei Erreichen der Temperatur mit einer Doppelschnecke zu mischen.
3. Dispergieren/Verteilen des Zwischenschichtmodifizierers in dem Polymerbinder.
4. Hinzugabe des Füllstoffes und Dispergieren/Verteilen des Partikulats und der Faser.
5. Erhöhen der Temperatur.
6. Halten der Temperatur bis zur Fertigstellung.
7. Komprimieren bzw. Verdichten des restlichen Komposits.
8. Gestaltung der gewünschten Form, bspw. eines Pellets, Lineals, Rohrs, Einspritzguß-Gegenstand, etc., durch eine Pressform oder einen Schritt nach der Fertigung.

In einer Ausgestaltung der Pellet-Komposition weist das Partikulat, das Holzfasern und Partikulat mit hohlen Mikrokugeln aufweist, davon wenigstens ca. 40 Vol.%, wenigstens ca. 45 Vol.% oder wenigstens ca. 50 Vol.% auf. Das Pellet kann eine Vielfalt an Querschnittsformen, einschließlich einer dreieckigen, einer viereckigen, rechteckigen, ovalen Querschnittsform, etc., aufweisen.
Eine nützliches Pellet ist ein Zylinder, und der bevorzugte Radius des Zylinders ist wenigstens 1,5 mm mit einer Länge von wenigstens 1 mm. Vorzugsweise weist das Pellet einen Radius von 2,3 bis 2,6 mm, eine Länge von 2,4 bis 4,7 mm und eine Bulk-Dichte von ca. 0,2 bis ca. 0,8 gm/mm³ auf.
Nachdem die Pellets geformt sind, werden die Paneele oder andere Objekte vorzugsweise in der gewünschten Querschnittsform als Profil extrudiert. Jedoch ist es auch möglich, dass die Paneele geschmolzen, unter Vakuum gebildet, gebogen oder von einem Schichtmaterial rollgebogen werden. Die Paneele können in vorspezifizierten Längen für die jeweilig gewünschte Anwendung hergestellt werden, oder können in Standardlängen ausgebildet bzw. geformt sein, und am Einsatzort zurechtgeschnitten werden.
Die Kontrolle der Feuchtigkeit in dem Polymer, Partikel und des Faserkomposits ist wichtig, um ein konsistentes, hochqualitatives Kompositmaterial und dimensionale Stabilität zu erhalten. Das Entfernen eines wesentlichen Anteils des Wassers in der Faser wird vorausgesetzt, um ein optimales Pellet für die Verarbeitung zu erhalten. Vorzugsweise wird Wasser auf eine Stufe von weniger als ca. 12 Gew.%, von weniger als ca. 10 Gew.%, von weniger als ca. 8 Gew.%, von weniger als ca. 5 Gew.% in dem Pellet, basierend auf dem Gewicht des Pellets kontrolliert bzw. geregelt, falls die Prozessbedingungen bereitstellen, dass die Gerätschaften zur gelüfteten Extrusion das Material vor die letztendliche Ausformung jeglicher Form des Gegenstands trocknen können.
In einer Ausgestaltung kann das Kompositmaterial verwendet werden, um ein strukturelles Komposit herzustellen, das nützlich bzw. verwendbar, zur Herstellung von Paneelen für Verkleidung, eines Bodenbelag, einer Bedachung, eines Dachs, eines Geländers, zum Bau von Hütten oder temporären Gebäuden, Bauteilen oder Einheitsmodulen ist. Das Kompositmaterial zur Herstellung der Bauteile bzw. strukturellen Materialien umfasst Polyvinylchlorid, ein zwischenschichtmodifiziertes Partikulat und eine zwischenschichtmodifizierte Holzfaser, wobei die spezifische Gravität bzw. Schwerkraft des Pellets, das verwendet wurde, um das strukturelle Material herzustellen, ca. 1,17 Gramm pro Kubikzentimeter ist, zum Zweck von verbesserten thermischen Eigenschaften, strukturellen Eigenschaften, eines Moduls, einer Druckfestigkeit, etc..
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Polymer-Faser-Partikulat-Kompositmaterials ist ein vernünftiger Kompromiss zwischen longitudinalem bzw. längslaufendem Wärmeausdehnungskoeffizient von PVC, der üblicherweise ca. 4 × 10^–5 Zoll/Zoll/Grad F ist, und der Wärmeausdehnung von Holz in der transversen bzw. querlaufenden Richtung, die üblicherweise ca. 0,2 × 10^–5 Zoll/Zoll/Grad F ist. Abhängig von den Eigenschaften der Kompositmaterialien und dem Grad zu dem die Komponenten des Polymers, zwischenschichtmodifizierten Partikulats und zwischenschichtmodifizierter Faser verschnitten bzw. vermischt bzw. blended und einheitlich sind, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials in einem Bereich von ca. 1,5 bis 3,0 × 10^–5 und vorzugsweise von ca. 1,6 bis 1,8 × 10^–5 Zoll/Zoll/Grad F liegen.
Die Kompositmaterialien zeigen ein Youngsches Modul von wenigstens 700 MPa, oder in einem Bereich zwischen 5500 und 14000 MPA.
Figuren
Die 1A und 1B zeigen eine isometrische Ansicht und Seitenansicht einer Bauplatte bzw. eines Baupaneels 100. Das Verbund- bzw. Kompositmaterial 101 ist zwischen Deck- bzw. Beschichtungsschichten 102 und 103 angeordnet. Das Baupaneel ist mit Verbindungsstücken 104 und 105 ausgebildet, die, um die Platten zu fixieren, zusammenwirken. Das Baupaneel ist auch mit Verstärkungselementen 106 und 107 ausgebildet. Diese Verstärkungselemente (größeres Element 106, kleineres Element 107) stellen auch ein dekoratives Detail des Paneels dar. Eine Feder 109 wird in einer Nut 108 zu Verbindungsstücken ausgebildet, um die Paneele in einer Wand oder einer anderen Struktur auszurichten.
In einer Ausführungsform weist das Verbundmaterial eine darauf abgelagerte Beschichtung auf. Zum Beispiel kann das Kompositmaterial mit einer wetterbeständigen Deckschicht bzw. Beschichtung 35, die gegenüber ultravioletter Licht-Degradation resistent ist, koextrudiert werden. Ein Beispiel eines solchen Materials ist eine Polyvinylidendifluorid-Komposition. Die Beschichtung bietet eine wünschenswerte Oberflächengüte, die gewünschte Härte und Kratzfestigkeit, und besitzt die Fähigkeit, durch die Verwendung von leicht verfügbaren Farbstoffen eingefärbt zu werden. Vorzugsweise ist die gemessene Dicke der abdeckenden Beschichtung etwa 0,001–0,100 Zoll über der Verkleidungsoberfläche, und ist vorzugsweise ungefähr 0,02 Zoll über der Verkleidungsoberfläche. Die Beschichtung 35 ist koextensiv bzw. flächengleich mit wenigstens den freiliegenden Flächen des Verkleidungseinheitsträgers ausgebildet, und fest damit verbunden.
Eine geeignete Beschichtungsart ist ein DURACAP Polymer, das von The Geon Company hergestellt, und in der US 4 183 777 und US 4 100 325 beschrieben ist. Zusätzlich kann ein AES-Typ-Polymer (bspw. wetterbeständige Polymere von ROVEL, die durch The Dow Chemical Company hergestellt werden) oder ein ASA-Typ-Polymer verwendet werden (bspw. Geloy- und Centrex-Polymere, die jeweils von der General Electric und Monsanto hergestellt werden). Die Beschichtung kann entweder mit dem Träger koextrudiert oder auf dem Träger laminiert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Beschichtungsstoff koextrudiert. Die Koextrusion des Beschichtungspolymers wird mit einem Dual-Extrusionsverfahren durchgeführt, sodass die Beschichtung und der Träger als eine einzige integrale Einheit ausgebildet bzw. geformt sind. Da die Beschichtung Farbstoffe und Pigmente enthalten kann, ist keine zusätzliche Deckbeschichtung notwendig oder in den resultierenden Strukturen erforderlich. Dennoch kann eine Beschichtung mit Farbe oder einem anderen Material verwendet werden, wenn dies gewünscht ist.
Neben einer Beschichtung könnte die äußere Schicht 102 oder 103 ein Furnier, ein Holzmaserungsbelag, eine pigmentierte Abdeckung oder eine andere Art von koextrudierter Schicht aufweisen. In einer Ausgestaltung ist die äußere Oberfläche 103 des Bauteils oder Platte bzw. Paneels 100 glatt. Jedoch könnte die Verkleidung dekorative Vertiefungen bzw. Einkerbungen auf der äußeren Oberfläche aufweisen, um bspw. dem Aussehen von Holz zu ähneln. Die Textur kann durch die Verwendung einer Prägescheibe, welche die Verkleidung nach dem Extrusionsverfahren durchläuft, hergestellt werden.
Die 2A–2C zeigen Bauplatten- bzw. Baupaneelstrukturen 200 einschließlich des Verbundmaterials 201, und einer Verbindung in der Form von Feder- und Nut-Elementen 203 und 204. Das Baupaneel beinhaltet auch Hohlräume 202, die sich entlang der Länge des Paneels erstrecken, und einen Isolationswert bzw. Isolation und eine Gewichtsreduktion ermöglichen.
Die 3 und 4 zeigen dritte und vierte Ausgestaltungen 350, 351 der Verkleidungselemente, die aus dem Kompositmaterial hergestellt wurden. Jede Verkleidungseinheit 350, 351 weist drei Teile auf: ein zentrales Strukturelement bzw. Bauteil, das horizontal oder vertikal eingesetzt werden kann, einen Hauptteil 352 mit einer exponierten bzw. freiliegenden Vorderfläche 360; einen oberen Flansch 355, 356; und einen unteren Abschnitt 356 mit einer Aussparung 354. Der Unterschied zwischen den Ausgestaltungen der 3 und 4 ist der Aufbau des oberen Flansches 355, 356. Der obere Flansch 355 in 3 ist in Massivbauweise hergestellt, wohingegen der obere Flansch 356 in 4 eine dünnere Wand und Verstärkungsrippen 357 aufweist. Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist der Hauptkörperteil bzw. -abschnitt 352, der eine Netzwerk- bzw. Stegstruktur mit drei Öffnungen 358 aufweist, hohl.
Die Art von Elementen bzw. Bauteilen 350, 351, die in den 3 und 4 dargestellt sind, können entweder horizontal oder vertikal eingesetzt werden. Mit diesem Design sind die Nägel 359 nicht sichtgeschützt. Vielmehr verläuft jeder Nagel 359 durch die untere Stegöffnung des Hauptkörperabschnitts 352 der Verkleidung 350, 351.
Vorzugsweise stellt die Aussparung 354 eine Überlappung von ungefähr einem halben Zoll zwischen den benachbarten Verkleidungseinheiten bereit. Die Unterkante 361 von einem Abschnitt bzw. Course der Vorderseite 360 wird über dem oberen Rand bzw. Kante 362 des nächsten unteren Abschnitts angeordnet, und bilden eine Nut 363 zwischen benachbarten Abschnitten von Verkleidungen. Diese Nut 363 kann verschiedene Abmessungen aufweisen, aber ist in einigen Ausgestaltungen ungefähr ein Zoll breit.
4 zeigt eine vierte Ausgestaltung 465 der Verkleidung. Diese Art von Verkleidung 465 kann auch sowohl horizontal als auch vertikal angewendet bzw. verwendet werden. Die Verkleidung 465 hat drei Abschnitte, einen Haupt- bzw. Zentralkörperabschnitt 466, einen obere Aussparungsabschnitt 467 und einen einen unteren Aussparungsabschnitt 468. Der Hauptkörperabschnitt 466 weist bevorzugt eine Stegstruktur mit einer Vielzahl von Öffnungen, (bspw.) insgesamt fünf Öffnungen, mit (bspw.) drei relativ großen Öffnungen 469 und zwei relativ kleinen Öffnungen 470, auf. Jede der Öffnungen 470 nimmt einen Nagel 471 auf. In der gezeigten Ausgestaltung werden in jedem Abschnitt der Verkleidung 465 zwei Nägel bereitgestellt. Die oberen und unteren Aussparungen 467, 468 sind ausgelegt und konfiguriert, sodass die angrenzenden Abschnitte von Verkleidungen 465 überlappen. Vorzugsweise weist jede untere Aussparung einen gewinkelten Abschnitt 472, der gegen einen gewinkelten Abschnitt 473 in dem oberen Steg des Hauptkörperabschnitts stößt. Diese gewinkelten Abschnitte 472, 473 bilden eine V-förmige Nut 474. Das Kompositmaterial weist eine gleiche Anwendbarkeit bzw. Verwendung für Verkleidungssysteme, in denen die Paneele vertikal installiert oder positioniert sind, auf. Wie oben beschrieben können die Ausgestaltungen von den 3–4 auf vertikale Weise installiert werden. Zusätzlich können die vertikalen Verkleidungseinheiten, die aus dem erfinderischen Komposit hergestellt sind, als ein Überfälzung- oder Feder-und-Nut-Typ ausgebildet sein, oder es können einfache Platten des Kompositmaterials auf mehrere Arten verwendet werden, so wie Platte bzw. Brett und Leiste, Platte und Platte; und Leiste und Platte in baulichen und nicht-baulichen Anwendungen.
5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung, in der feste Bauteile in einer Platte-und-Leiste-Konstruktion verwendet werden. Die Verkleidung 576 weist eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Platten 577 und eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Leisten 578 auf. Das Kompositmaterial wird für sowohl die Platten- 577 als auch die Leisten- 578 Komponenten der Verkleidung 576 verwendet. Nägel 579 treten durch die Platten 577 und die Leisten 578 hindurch. In der gezeigten Ausgestaltung sind Platte und Leiste aus einer festen Länge des Kompositmaterials hergestellt. Trotzdem könnten die Platte und/oder die Leiste aus einer hohlen, vernetzten Struktur bzw. Netzwerkstruktur hergestellt sein, wie durch die anderen Ausgestaltungen gezeigt wird.
Die 6–8 zeigen alternative Verkleidungsprofile 610, 720, d.h. die siebte, achte und neunte Ausgestaltung der Verkleidungseinheit. Diese Designs haben eine nicht-gebogene, eher rechteckige, aber ansprechende Erscheinung bzw. Erscheinungsform. Die Profile 610, 720 haben jeweils einen einzigartigen Verspannungsmechanismus zur Verbindung von benachbarten Verkleidungseinheiten. Die Ausgestaltungen der 6–8 sind für vertikale Verkleidungsinstallationen geeignet.
In der 6 greift eine Feder 611 in eine Einsparung 612, die durch einem Hakenabschnitt 613 bezeichnet bzw. definiert ist, ein. In diesem Fall sind benachbarte Abschnitte der Verkleidung 610 verbunden und in Position gehalten. Vorzugsweise weist der Flansch 614 neben dem Haken 613 eine Anzahl von (nicht gezeigten) Aussparungen, durch die Nägel 615 durchdringen, um in die Stützstruktur bzw. unterstützende Struktur des Gebäudes einzugreifen (nicht gezeigt), auf. Weil der Flansch 614 hinter dem benachbarten Abschnitt der Verkleidung 610 angebracht ist, sind die Nägel in dem Flansch 614 sichtgeschützt. Bei der Installation der Verkleidung 610 wird zuerst ein erster Abschnitt installiert und an dem Gebäude mit Nägeln 615 befestigt. Der nächste Abschnitt wird durch Einsetzen einer Feder 611 in eine Aussparung 612 begonnen, was durch einen Haken 613 festgelegt ist. Der nächste abschnitt wird durch Verwendung eines Nagels 615 befestigt und das Verfahren wird für weitere vertikale Abschnitte wiederholt. In der Verkleidungseinheit 510 ist der Flansch 614 in Massivbauweise hergestellt, wohingegen der Hauptteil 618 der Einheit 610 eine Hohlstruktur aufweist. Der Hauptkörperabschnitt 618 weist hohle Abschnitte 616, die eine Steg- bzw. Netzwerkstruktur definieren bzw. aufweisen, auf. Die Verkleidungseinheit hat einen äußeren Frontabschnitt 619a und einen inneren Frontabschnitt 619. Die inneren Wände der Stege 617, 617a stellen eine Struktur und Stabilität der Einheit bereit.
7 zeigt eine überlappende Installation der Verkleidungseinheit 720 über benachbarte Verkleidungseinheiten 720. Eine überlappende Verbindung 722 ist zwischen den benachbarten Verkleidungseinheiten 720 ausgebildet. Bei der Installation der Verkleidungseinheit 720 wird eine erste Verkleidungseinheit 720 an ein Gebäudeoberfläche angebracht, und unter Verwendung von Nägeln 723, die durch Öffnungen 724 gelenkt werden, in Position genagelt. Dann wird der zweite abschnitt der Verkleidungseinheit 720 so angebracht, dass er den ersten Abschnitt überlappt. Ein Anschlag bzw. Anschlagstück 721 stößt gegen den oberen Abschnitt 725 der nächst unteren Einheit, um einen angebrachten bzw. passenden Überhang zwischen den benachbarten Verkleidungseinheiten bereitzustellen. Die Einheit 720 weist eine hohle Profilstruktur auf.
8 zeigt ein alternatives Platten-und-Leisten-Schema. Die Platten 830 sind mit Nägeln 832, die durch Löcher 833 gerichtet sind, an einer Gebäudeoberfläche verbunden. Nach der Installation der ersten Platte können andere Platten installiert werden, die einen Abstand bzw. Lücke 836 zwischen den Abschnitten der Platten hinterlassen. Die Lücken 836 zwischen den Platten 830 sind mit Leisten 831 bedeckt. Die Leisten 831 sind mit Nägeln 834, die durch Löcher 835 in den Leisten gerichtet sind, an dem Verkleidungssystem befestigt. In einem Installationsschema werden alle Platten 830 an der Gebäudeoberfläche angebracht, bevor irgendeine Leiste 831 installiert wurde. In einem anderen Installationsschema werden zwei Abschnitte an Platten 830, die von einem Leistenabschnitt 831 gefolgt sind, an der Gebäudeoberfläche angebracht. Ein weiterer Plattenabschnitt 830 wird, gefolgt von der Installation der passenden Leiste 831, angebracht. Die in der 8 gezeigten Verkleidungseinheiten sind weitestgehend rechteckige Profile, die durch Verwendung der Extrusions-Netzwerk-Technik hergestellt sind. In jeglichen dieser Ausgestaltungen, können die mit einem Netzwerk versehenen hohlen Abschnitte eingeschlossene Luft bzw. "Dead Air" enthalten, oder die hohlen Abschnitte sind mit einem geeigneten Schaummaterial gefüllt.
Die 9–11 zeigen ein Bauteil 1100 mit dem Kompositmaterial 1101. Das Bauteil ist mit einem hohlen oder leeren Innenraum bzw. Interieur 1102 dargestellt. Solch ein Innenraum trägt zu einem geringeren Gewicht und verbessertem Isolationswert bei. Das Element 1100 kann als dimensionales Strukturelement bzw. Bauteil verwendet werden. Das Bauteil bzw. Element kann als Einrahmung, Veredelung, Überdachung, Fußboden, Fensteröffnungen oder in anderen Gebäudeapplikationen verwendet werden. Das Element kann eine beliebige Breite, Dicke und Länge aufweisen. Es kann eine Dicke von wenigstens 0,5 Zoll bis bspw. 4 Zoll verwendet werden. Bspw. können Breite von 1 bis 18 Zoll verwendet werden. Übliche Längen von Baumaterialien sind geeignet, und können im Bereich von 1 bis 12 Fuß liegen. Gleichermaßen zeigt die 10 ein Bauteil 1200 mit Hohlräumen 1201, 1202 und 1203. Letztlich zeigt 11 ein festes Bauteil 1300 aus Komposit.
12 zeigt eine Hütte oder Einfassung, die aus Bauteilen und Kompositpaneelen, die aus dem Kompositmaterial geformt sind, hergestellt ist. Die Einfassung 1400 ist mit einem Dach 1401 und einer Basis bzw. Grundfläche 1402 ausgeführt. Das Dach und die Grundfläche kann aus den Paneelen hergestellt werden, wobei die in den 1–13 gezeigte Elemente konventionell mit Befestigungsmitteln oder Klebstoffen [nicht gezeigt] verbunden werden können. Die Einfassung 1400 ist aus einem Ecken- bzw. Winkelpaneel 1403 und einem Seitenpaneel 1404, die mit gewöhnlichen Befestigungsmitteln oder Klebstoffen zusammengesetzt sind, aufgebaut. Die Einfassung 1400 kann solche Fenestrationseinrichtungen wie eine Türöffnung 1405 oder ein Fenster 1406 umfassen.
13 zeigt ein Detail von einer Ansicht eines Wandabschnitts von der Umschließung aus der 12. 13 zeigt die Gruppe bzw. den Zusammenbau 1501, der die Grundfläche 1502 mit den vertikalen Paneelen 1503 kombiniert, wobei das vertikale Paneel aus einzelnen Paneelen aufgebaut ist. Das vertikale Paneel 1503 ist wiederum aus einzelnen Paneelen zusammengesetzt die an den Gelenken 1504a und 1504b verbunden sind. Die Grundfläche 1502 ist eine L-förmige Stütz- bzw. Support-Struktur, auf der sich das Paneel 1503 befindet. Das Paneel 1503 umfasst ein Interieur bzw. Innenraum 1506 aus dem Kompositmaterial mit einer inneren und äußeren Beschichtung bzw. Deckschicht 1507a und 1507b zum Zweck der Dekoration. Das Paneel kann Verbindungsverstärkungen 1508, innenliegende Paneelverstärkungen 1509a oder 1509b und Grundflächenverstärkungen 1510 beinhalten.
Beispiele
Experimentalteil
Der in den folgenden Experimenten verwendete Zwischenschichtmodifizierer war Titaniumtriisostearylisopropoxid (KRTTS), CAS Nr. 61417-49-0, oder ein Zirkonatmaterial, CAS Nr. 117101-65-2 Neopentyl(diallyl)oxy-tri(dioctyl)phosphatozirkonat(NZ-12) (Kenrich Petrochemicals, Bayonne, NJ). Andere Zwischenschichtmodifizierer von KenRich und anderen Lieferanten bzw. Anbietern können auch verwendet werden, um Holzfaserkomposite mit Glasblasen, Glaspartikeln oder einem anderen Partikulat herzustellen.
Methoden und Verfahren
Holzfaser- und Partikelcharakterisierung
Holzfaser- und Partikelcharakterisierung wurden absolviert bzw. fertiggestellt um ein Pack- bzw. Packungsverhalten der Materialien zu bestimmen. Eine Pack- bzw. Packungsfraktion wurde bestimmt durch Dividieren der Pack- bzw. Packungsdichte der Faser und des Partikels durch die wahre Dichte, die durch Helium Pyknometrie bestimmt wurde.
Die Packfraktion wurde bzw. ist definiert als: P_f = P_d/d_pync wobei P_f = Packfraktion; P_d = Packdichte und d_pync = Pyknometer-Dichte ist.
Die Packdichte wurde durch Messen der Bulk-Faser und/oder des Partikelgewichts in einem Volumen bestimmt. Die Packdichte wurde gewöhnlich durch Platzieren der Faser und/oder des Partikels in eine metallurgische Presse bestimmt. Der Pressaufbau war von Buehler International (Lake Bluff, IL) erhältlich. Für zerbrechliche Materialien wurde der Druck auf ein angemessenes Level reduziert, um einen Bruch der Partikel zu reduzieren, und dadurch künstlich hohe Packdichten zu verhindern. Für sehr zerbrechliche Materialien wurde eine Klopfdichte bzw. Tap-Dichte verwendet. Die Pyknometer-Dichte wurde durch Helium-Gas-Pyknometrie bestimmt (AccuPync 1330 hergestellt von Micromeritics Corporation – Norcross, GA).
Compoundierung bzw. Mischung
Das Polymer, die modifizierte Holzfaser und Partikel wurden unter Verwendung von K-tron K20 "gravimetric weight loss feeders" in angemessenen Verhältnissen eingespeist. Die Holzfaser und Partikel wurden zusammen in einem 19 mm B&P Doppelschneckenmischer bzw. -Compounder verschmolzen bzw. geschmolzen. Zylinderbereichtemperaturen (5), Schnecken- bzw. Schraubengeschwindigkeit, volumetrischer Durchsatz und die Pressformcharakteristik (Anzahl an Öffnungen und Öffnungsdurchmesser) wurden abhängig von der Fasernatur, Partikeln und den zu compoundierenden bzw. mischenden Polymeren variiert. Gewöhnlich wurden Resonanzen bzw. Signale von einem Drehmoment, Druck und Schmelztemperatur kontrolliert. Als nützlicher Weg bzw. Schritt, um das richtige Verhältnis von Polymer und Partikulat(en) sicherzustellen, wurden hergestellte Pellets in die geheizte metallurgische Presse platziert und formten einen "Puck", dessen Dichte als "Puck-Dichte" bekannt ist.
Extrusion
Die gemischten Produkte wurden mit 1" Durchmesser Extrudern (Al-Be Industries, Fullerton, CA) extrudiert. Die Temperaturen und der volumetrischer Durchsatz ändern sich abhängig von dem Rheologieverhalten von den zu extrudierenden Materialien. Gewöhnlich wurden Signale der Motor-Ampere-Belastung und Extrusionsdrücke kontrolliert, und verwendet, um die Leichtigkeit der Extrudierbarkeit abzuschätzen. Für Proben, die eine Charakterisierung der Festigkeitseigenschaften unter Zugspannung erfordern, wurden die Materialien durch eine 19 mm × 3 mm rechteckige Pressformplatte auf einem bewegten Band extrudiert, um ein Extrudat-Draw-Down zu minimieren.
Die folgenden Beispiele und Daten wurden entwickelt, um weiter die Ausgestaltungen, die obenstehend im Detail beschrieben wurden, zu veranschaulichen. Die Informationen veranschaulichen beispielhaft die Produktionsbedingungen und Zusammensetzung bzw. Komposition fur ein Pellet und ein Bauteil oder Paneel der Ausgestaltung.
Die Komponenten der Komposition wurden, um ein Kompositmaterial mit einer Dichte von 1,17 g/cc herzustellen, in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die Holzfaser und Partikel wurden mit einer Beschichtung des Zwischenschichtmodifizierers, unter Verwendung des in der US Patentanmeldung 2010/0279100 beschriebenen Verfahrens, vorbehandelt, um eine homogene und einheitliche äußere Beschichtung auf dem Partikulat herzustellen. Wie zuvor angegeben wurden KRITTS oder NZ-12 (Kenrich Petrochemicals, Bayonne, NJ) als der Zwischenschichtmodifizierer verwendet. Die Glaspartikel der Glaskugeln, Potters 300A, wurden von Potter Industries (Valley Forge, PA) bezogen. Die Weichholzfaser wurde von verschiedenen lokalen Schreinereien in Minnesota bezogen. Die Hartholzfaser Maple 4010 wurde von American Wood Fiber (Schofield, WI) bezogen. Die verwendeten Polyvinylchlorid- und Polymilchsäure-Polymere wurde jeweils von PolyOne (Avon Lake, OH) und NatureWorks (Minnetonka, MN) bezogen.

Das ganze Partikulat, die Holzfaser und mit Glas vermischtes dispergiertes Partikulat wurden einheitlich mit dem Zwischenschichtmodifizierer beschichtet. Das beschichtete Partikulat wurde mit dem Polyvinylchlorid-Polymer in einem B&P gleichsinnig drehenden 19 mm Doppelschnecken-Compounder mit einer Partikeleinspeiserate von 17,38 g/min und einer Polymereinspeiserate mit einem resultierenden Partikel zu Masse Verhältnis von 1,96 ge- bzw. vermischt. Das nicht mit dem Zwischenschichtmodifizierer beschichtete Partikulat, das in der Tabelle 1 mit "nein" beschriftet ist, war in Bezug auf die anderen Komponenten der Komposition, so wie Holzfaserbeladung und -identität, Glaskugelbeladung und -identität und Polymerbeladung und -identität, identisch. Beispiel 1–4B Tabelle 1

Beispiele	Polymertyp	Polymer V(f)	IM Typ auf Partikeln	IM Beanspruchungsstufe auf Partikeln (pph)	Partikel-1 Typ	Partikel-1 V(f)	Partikel-2 Typ	Partikel-2 V(f)
Komparativ 1	PVC	50%	Nein	0.00	Weichholz – 80er Maschenweite	50.0%	Nein	Nein
1A	PVC	50%	Zirkonat	5.00	Weichholz – 80er Maschenweite	50.0%	Nein	Nein
1B	PVC	50%	Titanat	5.00	Weichholz – 80er Maschenweite	50.0%	Nein	Nein
Komparativ 2	PVC	50%	Nein	0.00	Weichholz – 80er Maschenweite	42.5%	SGB	7.5%
2A	PVC	50%	Zirkonat	4.16	Weichholz – 80er Maschenweite	42.5%	SGB	7.5%
2B	PVC	50%	Titanat	4.16	Weichholz – 80er Maschenweite	42.5%	SGB	7.5%
Komparativ 3	PLA	45%	Nein	0.00	Weichholz – 80er Maschenweite	46.8%	SGB	8.3%
3A	PLA	45%	Titanat	4.16	Weichholz – 80er Maschenweite	46.8%	SGB	8.3%
Komparativ 4	PLA	55%	Nein	0.00	Weichholz – 80er Maschenweite	45.0%	Nein	Nein
Komparativ 4A	PLA	55%	Titanat	5.00	Weichholz – 80er Maschenweite	45.0%	Nein	Nein
Komparativ 4B	PLA	55%	Zirkonat	5.00	Weichholz – 80er Maschenweite	45.0%	Nein	Nein

Polymertyp – PVC – 87180 von PolyOne (Avon Lake, OH), PLA – Biopolymer 4043D von NatureWorks (Minnetonka, MN).
IM-Typ – Ein Organisches Titanat-Material KRTTS Titaniumtriisostearylisopropoxid, ein anorganisches Zirkonat-Material, Neopentyl(diallyl)oxy-tri(dioctyl)phosphato-zirkonat – NZ-12 (Kenrich Petrochemicals, Bayonne, NJ).
Cellulosepartikel (Partikel 1) – Weichholz – 80er Maschenweite von verschiedenen lokalen Schreinereien in Minnesota; die Hartholzfaser 40er Maschenweite Maple 4010, American Wood Fiber (Schofield, WI).
SGB Feste Glas Kugeln (Partikel 2) – Potters 3000A, Potter Industries (Valley Forge, PA) Tabelle 2

Beispiele	Compounding bzw. Vermischung % Drehmoment		Extrusion			Biegeeigenschaften
Beispiele	Niedrig	Hoch	Druck (psig)	Motorbelastung (Ampere)	MFA (sec/10 cc)	Biegemodul (MPa)	Biegebelastung bei Bruch	Belastung bei Maximallast (MPa)
Komparativ 1	25	35	1360	3,7	135,3	5759,4	X	51,688
1A	20	30	530	2,8	32,3	4210,8	1,15X	42,416
1B	20	30	820	3,0	23,5	3452,2	1,3X	34,062
Komparativ 2	30	40	1250	4,3	121,0	5491,6	X	47,772
2A	20	30	670	3,5	56,3	3892,8	1,4X	37,808
2B	20	25	485	3,5	44,8	3185,6	1,4X	32,442
Komparativ 3	55	65	1085	3,6	22,9	NR	NR	NR
3A	45	55	835	3,4	5,6	NR	NR	NR
Komparativ 4	45	50	350	3,2	10,3	NR	NR	NR
Komparativ 4A	50	60	NR	NR	46,8	NR	NR	NR
Komparativ 4B	50	60	360	3,2	11,2	NR	NR	NR

Das Kompositmaterial aus Tabelle 2 wurde mit den folgenden Modifikationen zu ASTDM D790-10 auf Biegeeigenschaften getestet. Die extrudierte Breite aller Proben wurde in einem Bereich von 18,80 mm bis 19,20 mm mit einer Tiefe von 3,25 bis 3,45 mm getestet. Gemäß des Standards war die Testprobe dicker als 3,2 mm (was hier der Fall ist), die Breite soll nicht ein viertel des Stützabstand überschreiten, was aber geschah. Der Stützabstand = 16 × Dicke = 16 × 3,45 = 55,2 mm während die Probe im Durchschnitt 19 mm: 19/55,2 = 34,4% des Abstands, der 9,4% breiter war als 25% der Maximalbreite gemäß des Standards, betrug. Diese Modifikation wurde durchgeführt, da der Kanten- bzw. Randeffekt einer schmaler geschnittenen Probe mit großer Wahrscheinlichkeit die gesammelten Informationen verzerrt hätte. Alle Proben wiesen einen vergleichbaren Querschnitt und schöne Kanten von dem Extrudieren durch die Pressform auf.
Die zweite Modifizierung war in der insgesamten Verschiebung bzw. Displacement der Probe während des Tests. D790 spezifiziert, dass der Test nach 5% Maximalbelastung der äußeren Faseroberfläche abgeschlossen bzw. beendet ist. Solch ein Abschluss würde bedeuten, dass der Test nach 0,05·3,45 = 0,17 mm beendet ist. Die Nachgiebigkeit unserer Materialien verlangte, dass wir über die maximale, in dem Test festgelegte Verschiebung hinaus testen, da unsere Unterscheidung bzw. Differenzierung erst ab viel höheren Verschiebungen und Lastniveaus bzw. -level auftrat.
Eine Schmelzflussanalyse (MFA) des Kompositmaterials wurde mit einem Modell 50 Mini-Jector von Miniature Plastics Molding (MPM) (Solon, OH) durchgeführt. Die Anlage wurde mit einem Sensor bzw Sensoren modifiziert, um eine Vielfalt der Mini-Jector Konditionen, so wie Hydraulikfluiddruck, Hydraulikkolbenverschiebung, Stempel- bzw. Kolbenkraft und Zeit, zu beobachten.
Die Schmelzflussanalyse und Messung des Kompositmaterials sind voraussagend bzw. prädiktiv für die Flusscharakteristiken von sehr gefüllten und/oder verstärkten Polymermaterialien. Schmelzflussanalysemessungen werden unter bekannten Temperaturen und angewandten Drücken/Kräften ausgeführt, die verursachen, dass das getestete Material über das MPM Spritzgerät hinaus, durch die Kammern der Düsenspitze und dann, aus der nicht-tropfenden Düse des MPM Mini-Jector, zu Atmosphärendruck in den Spülaufsatz fließen. Die Masse des Materials, das durch den Mini-Jector pro Zeiteinheit fließt, ist eine direkte Messung der Rheologie-Eigenschaften des getesteten Materials unter Bedingungen, die ähnlich zu einer Einspritzformung oder Prozessextrusion sind. Unter Verwendung einer Vielfalt an Dichtemessungen des analysierten Materials können die Schmelzflussanalysedaten auch in Zeit/Volumen Einheiten umgewandelt werden.
Die Daten in Tabelle 2 zeigen, dass Zwischenschichtmodifizierungschemie, die auf eine Faser oder einen Partikel angewandt wird, zeigt bzw. offenbart 1) bevorzugte Rheologie-Eigenschaften, wie durch die Compoundierung bzw. Mischung gesehen, Extrusion, und 2) die MFA-Messungen mit zunehmender Auflösung und Differenzierung von dem Compoundieren durch Extrusion. Einige der verbesserten viskoelastischen Eigenschaften und Unmischbarkeit zwischen Polymer, Partikel und Faser sind gekennzeichnet durch 1) geringere Belastung bei Maximallast, 2) ein reduziertes Biegemodul, und 3) zunehmende Biegeverschiebung bzw. Biege-Displacement beim Bruch.
In einer Ausgestaltung wird das Biegemodul des Kompositmaterials, wie durch ASTM D790 bestimmt, im Vergleich zu Kompositmaterialien, die mit Partikulat hergestellt sind, das nicht mit einem Zwischenschichtmodifizierer beschichtet ist, ein verbessertes Biegemodul aufweisen. Beispielhalber wird das Biegemodul für ein Kompositmaterial in Übereinstimmung mit der Ausgestaltung hierin 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% oder 90% geringer als andererseits identische Kompositionen, die mit Partikulat, das nicht mit dem Zwischenschichtmodifizierer beschichtet ist, hergestellt sind. Ähnliche Eigenschaften für das Kompositmaterial können im Extrusionsdruck gesehen werden.
Um die Unterschiede effizient zu erfassen, wurde ein Verhältnis bzw. Kontrollverhältnis von Biegeverschiebung für das modifizierte Material im Vergleich zu der Biegeverschiebung des unmodifizierten Materials generiert, und für jedes Szenario berechnet.

Pellets des Kompositmaterials wurden für das Beispiel 5 hergestellt. Das Kompositmaterial wies die folgenden Eigenschaften, die in Tabelle 3 und Tabelle 4 gelistet sind, auf. Table 3

Komponente		Vol. %	Gew. %
Polymer	PVC 87180 (PolyOne); Dichte 1,420 g/cc	60,03	66,26
Partikulat
Holz	75 Gew. % der Partikulatkomponente	20,9	24,10
Glasblasen	25 Gew. % der Partikulatkomponente	15,9	8,03
Zwischenschichtmodifizierer	5 pph der Partikulatkomponente	3,2	1,61

Table 4

Eigenschaft	Polymer/Holz Faser/Glas Blasen Komposit	Testprotokoll	Beobachtungen
Spezifische Gravitation	1,17 g/cc	Puckdichte oder Gaspyknometrie wie beschrieben Gas pyknometrie wie beschrieben
Flammenbeständigkeit	0	UL 94	Widerstand nicht der Flamme
Wasserdampfaufnahme	1,22%		% Gewichtszunahme pro 72 h
Aufnahme von flüssigem Wasser	1,75%	ASTM D570	% Gewichtszunahme pro 72 h
Schlagfestigkeit bzw. -zähigkeit	13,0 j/cm	ASTM D5420
Biegemodul	2900 MPa	ASTM D790	Unterstütze flache Probe bzw. Flachprobe
Biegefestigkeit bei Nachgeben bzw. Yield	23 Pa	ASTM D790
Biegefestigkeit bei Bruch	45 Pa	ASTM D790
Zugmodul	700 MPa	ASTM D638
Zugfestigkeit bei Nachgeben bzw. Yield	15 MPa	ASTM D638
Zugfestigkeit bei Bruch	17 MPa	ASTM D638
k-Wert	0,20 W/m-k	Lee’s Disk-Gerät

Beispiel 5A – Youngsches Modul Testergebnisse
Das Youngsche Modul wurde mit einem Llloyd's instrument (AMETEK, Largo, Fl) softwareautomatisierten Materialtestsystem und einem ASTM Verfahren D-638 gemessen. Proben wurden gemäß des Tests hergestellt.
Das Pellet des Kompositmaterials zeigt ein Youngsches Modul von wenigstens 700 MPa und fällt gewöhnlich in den Bereich zwischen 600 und 5000 MPa. Das Youngsche Modul für das Polyvinylchloridgemisch bzw -Compound, das vergleichbar zu dem Kompositmaterial gemessen wurde, war 3000 MPa.
Längen des Bauteils oder Paneels wurden hergestellt und für Koeffizienten von thermischer Expansion bzw. Ausdehnung, thermische Leitfähigkeit bzw. Konduktivität, Zersetzung, Korrosion, Wärmeformbeständigkeitstemperatur, Wasserabsorption, Quellung und Kompressionsbelastung getestet. Für viele dieser Eigenschaften bzw. Charakteristiken wurde das Kompositbauteil oder Paneel mit Verkleidungen bzw. Siding, die aus konventionellen Verkleidungsmaterialien hergestellt wurden, verglichen.
Die folgenden Tabellen zeigen die Testdaten, die in diesen Experimenten entwickelt und von öffentlichen Quellen bezogen wurden. Das Material der Verkleidungseinheit wurde mit der Kennzeichnung "Faser/Glas-Blase-Komposit" in den untenstehenden Beispielen bezeichnet. Dieses "Faser/Glas-Blase-Komposit" Kompositmaterial wurde aus 66 Gew.% Polyvinylchlorid und 24 Gew.% zwischenschichtmodifizierter, beschichteter Faser aus einem Hartoder Weichholz hergestellt, wie in der Tabelle 3 gezeigt.
Unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung und Extrudieren des Pellets wird ein Bauteil oder Paneel, wie in den 1–11 dargestellt, mittels einer geeigneten Extruderpressform hergestellt. Die Schmelztemperatur des Einsatzes der Maschine ist zwischen 390–420 °F. Es wird ein Vakuum auf die geschmolzene Masse von nicht weniger als drei Zoll Quecksilber gezogen. Die Gesamtbreite der Einheit ist ca. 2 Zoll. Die Wanddicke von jedem der Extrudatelemente ist ca. 0,1 Zoll.
Mehrere verschiedene Verkleidungsmaterialien wurden getestet und/oder analysiert, wie in den untenstehenden Tabellen gezeigt. Die Daten der fünf Arten von Verkleidungsmaterialien wurden, im Gegensatz zu dem Kompositmaterial, von öffentlichen Quellen bezogen. Die Daten für Aluminium wurden von dem Metals Handbook, Vol. 2, 9th Ed., American Society for Metals, 1990 bezogen. Die Daten für PVC wurden von der Spezifizierungs- und Produktliteratur für PVC Verkleidungen, die durch die Reynolds Metals Company of Richmond, Va hergestellt wurden, bezogen. Die Daten für Zedernholz wurden von Forest Products and Wood Science, J.G. Haygreen und J.L. Bowyer, The Iowa State University Press, 1982 bezogen. Die Daten für MASONITE wurden von der Spezifizierungs- und Produktliteratur für MASONITE-Verkleidung, das von der MASONITE Corporation of Chicago, Ill erhalten wurde, bezogen. (Das MASONITE-Material ist ein Faserplattenmaterial, das aus Hartholzfasern und Zementbindern bzw. -bindemitteln hergestellt wird.) Die Daten für Stahl wurden von dem Metals Handbook, Vol. 1, 9th Ed., American Society for Metals, 1990 bezogen.
Beispiel 5B – Koeffizienten von thermischen Expansionstests
Die Dehnung bzw. Formänderung aufgrund einer 1° Temperaturänderung war bzw. ist als thermischer Ausdehnungskoeffizient (COTE) bekannt. Die Deformierung pro Längeneinheit in jegliche Richtung oder Dimension wurde als Formänderung bezeichnet.

Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung wurde für die Kompositverkleidung und für die PVC-Verkleidung durch das ASTM Testverfahren D696 gemessen. Die Daten der anderen Materialien wurden von den obenstehenden veröffentlichen Quellen bezogen.

Material	COTE (Zoll /Zoll / °F)
Faser/Glas-Blase-Polymer-Komposit	3,69 × 10^–6
Aluminium	12,1 × 10^–6
PVC	36 × 10^–6
Zedernholz	3 to 5 × 10^–6
MASONITE	< 3 × 10^–6
Stahl	12 × 10^–6

Die obige Tabelle zeigt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient von Kompositmaterialien für die Bauteile oder Paneele wesentlich geringer als der thermische Ausdehnungskoeffizient von PVC Verkleidungen, Aluminium und Stahl war. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Komposits war vergleichbar zu dem von Zedernholz- und MASONITE-Verkleidungen.
Beispiel 5C – Thermischer Leitfähigkeitstest
Thermische Leitfähigkeit war bzw. ist das Verhältnis von dem stationären Wärmefluss bzw. -strom (Wärmeübergang pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit) entlang der Stange bzw. des Stabs zu dem Temperaturgradienten entlang des Stabs. Thermische Leitfähigkeit gibt die Fähigkeit eines Materials an, Wärme von einer Oberfläche zu einer anderen zu transferieren.
Die Thermische Leitfähigkeit der Kompositverkleidung und des PVC wurden mit dem ASTM Testverfahren F433 getestet. Die Daten der anderen Materialien wurden von den obenstehenden veröffentlichen Quellen bezogen.

Material (W/mK) Thermische Leitfähigkeit

Faser/Glas-Blase-Polymer-Komposit 0,17

Aluminium 0,173

PVC 0,11

Zedernholz 0,09

MASONITE N/A

Stahl 59,5
Die Tabelle oben zeigt, dass die thermische Leitfähigkeit des Kompositmaterials geringfähig größer war als die thermische Leitfähigkeit der PVC Verkleidung, ca. die gleiche als Aluminium und wesentlich geringer als Stahl. (Die thermische Leitfähigkeit von MASONITE wurde nicht getestet.)
Beispiel 5D – Wärmeformbeständigkeitstests
Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur war bzw. ist der Punkt, an dem das Material beginnt sich zu verziehen bzw. zu krümmen oder auszudehnen. Die Komposit- und PVC-Verkleidung wurden gemäß zu dem ASTM Testverfahren D648 getestet. Weil die anderen Materialien sich erst bei Erreichen extrem hoher Temperaturen deformieren, wurden keine Daten für die Metalle angegeben. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Kompositmaterials war größer als die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PVC. (Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur wurde nicht für diese Materialien mit einem "N/A Wert" gemessen.)
Beispiel 5E – Testergebnisse der Feuchtigkeitsexpansion und Wasserabsorption

Die Materialien wurden beurteilt in Hinsicht zu ihrer Neigung sich auszudehnen, wenn Sie Wasser ausgesetzt sind. Die Komposit- und PVC-Verkleidung wurde für Feuchtigkeitsabsorption gemäß dem ASTM Testverfahren D570-84 getestet. Die Metallmaterialien wurden mit "Nein" bezeichnet, da die Metalle kein Wasser absorbieren. Zedernholz wurde mit "Ja" bezeichnet, weil es Wasser absorbiert und eine Tendenz hat, zu expandieren. PVC wurde mit "N/A" bezeichnet, weil die Wasserabsorption von PVC zu gering war, um messbar zu sein.

Material	Feuchtigkeitsexpansion Wasserabsorption
Faser/Glas-Blase-	N/A
1,1%
Polymer-Komposit
Aluminium	Nein
Nein
PVC	Nein
N/A
Zedernholz	Ja
>100%
MASONITE	Ja
12%
Stahl	Nein
Nein

Die Tabelle oben zeigt, dass das Kompositmaterial eine geringere Wasserabsorption aufweist als Zedernholz und MASONITE.
Beispiel 5F – Testresultate der Zersetzung und Korrosion
Die Materialien, Faser/Glas-Blase-Polymer-Komposit, PVC, Aluminium, Zedernholz, MASONITE und Stahl wurden in Bezug auf Ihre Neigung, Zersetzung und Korrosion zu zeigen, untersucht. Keines der Materialien zeigt eine Zersetzung, und das Faser/Glas-Blase-Polymer-Komposit war in dem Korrosionsverhalten äquivalent zu Aluminium und Stahl.
Beispiel 5G – Aufpralltest
Die Bestimmung des Aufprallwiderstands des Hauptprofils durch eine fallende Masse wird über folgendes Verfahren bestimmt. Dieses Verfahren ist eine Modifizierung des Gardner Drop Dart Protokolls – ASTM 5420.
Nach dem Testen werden die Profile visuell auf Versagen bzw. Schäden, die an dem Aufprall- bzw. Aufschlagpunkt auftreten, untersucht. Das Hauptprofil bezieht sich üblicherweise auf ein extrudiertes Stück mit lasttragenden Funktionen in einem Gebäude, wie zum Beispiel ein Fenster oder eine Tür. Die Testoberfläche, die Sichtoberfläche oder Frontoberfläche des Profils, ist eine Oberfläche, die freigelegt ist, wenn das Fenster geschlossen ist. Das Fallgewicht, der Pfeil, trifft auf der Frontoberfläche, Sichtoberfläche oder freigelegten Oberfläche auf. Ein Steg bezeichnet üblicherweise eine Membran, die starr oder nicht-starr zwei Wände des Hauptprofils verbindet.
Ein oder mehrere Teststücke sind durch Sägen einer geeigneten Länge von typischen Profilextrusionsstücken aus einer Kompositmaterialproduktion hergestellt. Die Teststücke sind bei einer Temperatur von ca. 21,1 +/– 0,02°C für wenigstens eine Stunde vor dem Testen konditioniert. Jedes Teststück wird innerhalb von 10 Sekunden nach Entfernen aus der Koniditionierungskammer getestet, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Stückes sich nicht substantiell geändert hat.
Das Profil ist dem Aufprall der fallenden Pfeilmasse auf der Sichtoberfläche, Frontoberfläche oder freigelegten Oberfläche des Profils ausgesetzt. Solch eine Oberfläche ist die Oberfläche, die ausgebildet ist, um Wetter ausgesetzt zu sein. Die fallende Masse wird direkt auf die Sichtoberfläche, an einem Punkt auf halbem Weg zwischen den Verstärkungsmembranen, fallen gelassen. Das Profil sollte hinsichtlich der fallenden Masse ausgerichtet sein, sodass die fallende Masse in eine Richtung, die normal zu der Oberfläche der Testseite verläuft, auftrifft.
Die Ergebnisse der Tests sind durch tabellieren der Anzahl von getesteten Teststücken, der Anzahl von gebrochenen oder nicht-gebrochenen Stücken und der Tiefe von jeglichem Defekt, der in dem Profil durch die Testmasse verursacht wurde, gezeigt.
Der Widerstand des Kompositmaterials gegenüber Einkerbungen bzw. Beulen ist besser als jedes der fünf getesteten Materialien außer MASONITE. Die Beulsteifigkeit des Kompositmaterials ist signifikant besser als von Aluminium und PVC. (Wegen Bruch des Aluminiumprofils konnte keine Auswertung von der Aluminiumprobe erfolgen.)
Beispiel 6
Das Hartholz- oder Weichholzpartikulat von American Wood Fiber und Glaspartikulat von Potters, das dispergierte gemischte Partikulat, werden bzw. wird zuerst mit einem Zwischenschichtmodifizierer, wie bspw. NZ12, behandelt. Dies wird durch Auflösen der gewünschten Menge des Zwischenschichtmodifizierers in einem 250 ml Becher, der 50 ml eines Lösungsmittels (gewöhnlich Isopropanol oder ein anderer Alkohol) beinhaltet, und durch Zugabe von 100g an gemischtem Partikulat in den Becher durchgeführt. Das resultierende Slurry wird dann auf eine geeignete Temperatur, wie bspw. 100 °C, geheizt und für solange geheizt, bis die Mischung nicht mehr gerührt werden kann, und das meiste Lösungsmittel verdampft wurde. Der Becher, der das gemischte Partikulat mit dem Zwischenschichtmodifizierer enthält, wird dann in einen Umluftofen bzw. Ofen mit Luftzirkulation zum Trocknen über eine bestimmte Zeit und Temperatur gestellt, wie bspw. für 30 Minuten bei 100 °C. Das behandelte gemischte Partikulat wird dann zu einem 100 ml Becher, der eine Lösung von in Aceton gelöstem THV220A enthält, hinzugegeben. THV220A ist ein Polymer aus Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid, das von 3M (St. Paul, MN) erhältlich ist. Die Mischung wird dann auf eine Temperatur von bspw. 30 °C erhitzt und kontinuierlich gerührt, bis das meiste des Acetons verdampft ist. Das Kompositmaterial wird dann in einen Umluftofen für eine Zeit von bspw. 30 Minuten bei 100 °C gestellt.
Nach dem Trocknen wird das Kompositmaterial vorbereitet und wird auf Eigenschaften wie in den vorherigen Beispielen getestet. Extrusion, Aufprall, Flammenbeständigkeit, k-Wert, Wasseraufnahme, Festigkeitseigenschaften unter Zugspannung und Biegeeigenschaften sind Eigenschaften, die von unbeschichteten oder nicht-IM beschichteten Partikeln gemessen werden.
Beispiel 7
Die Glasfaser von bspw. Pittsburgh Plate Glass (Pittsburgh, PA) und Glaspartikulat von Potters, das dispergierte Glaspartikulat, wird bzw. werden zuerst mit einem Zwischenschichtmodifizierer, wie bspw. NZ12, behandelt. Dies wird durch Lösen der gewünschten Menge an Zwischenschichtmodifizierer in einem 250 ml Becher, der 50 ml Lösungsmittel (gewöhnlich Isopropanol oder ein anderer Alkohol) enthält, und dann durch Zugabe von 100 Gramm des Glaspartikulats in den Becher ausgeführt. Das resultierende Slurry wird dann auf eine geeignete Temperatur, wie bspw. 100 °C, geheizt und für solange geheizt, bis die Mischung nicht mehr gerührt werden kann, und das meiste Lösungsmittel verdampft wurde. Der Becher, der das gemischte Partikulat mit dem Zwischenschichtmodifizierer enthält, wird dann in einen Umluftofen bzw. Ofen mit Luftzirkulation zum Trocknen über eine bestimmte Zeit und Temperatur gestellt, wie bspw. für 30 Minuten bei 100 °C. Das behandelte gemischte Partikulat wird dann zu einem 100 ml Becher, der eine Lösung von in Aceton gelöstem THV220A enthält, hinzugegeben. THV220A ist ein Polymer aus Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid, das von 3M (St. Paul, MN) erhältlich ist. Andere Polymere, wie bspw. PLA und PVC, können auch, abhängig von der Funktion und Struktur des finalen Artikels oder der Form, brauchbar bzw. nützlich sein. Die Mischung wird dann auf eine Temperatur von bspw. 30 °C erhitzt und kontinuierlich gerührt, bis das meiste des Acetons verdampft ist. Das Kompositmaterial wird dann in einen Umluftofen für eine Zeit von bspw. 30 Minuten bei 100 °C gestellt.
Nach dem Trocknen wird das Kompositmaterial vorbereitet und wird auf Eigenschaften wie in den vorherigen Beispielen getestet. Extrusion, Aufprall, Flammenbeständigkeit, k-Wert, Wasseraufnahme, Festigkeitseigenschaften unter Zugspannung und Biegeeigenschaften sind Eigenschaften, die von unbeschichteten oder nicht-IM beschichteten Partikeln gemessen werden.
Während die obengenannte Ausgestaltung eine Offenbarung des Kompositmaterials zeigt, können andere Ausgestaltungen gefertigt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend ist die Erfindung anhand der folgenden Ansprüche ausgeführt.
Es ist festzuhalten, dass die Singularform "ein/eine" und "der/die/das", wie sie in der Ausgestaltung und den angehängten bzw. beiliegenden Ansprüchen verwendet wurde, eine Mehrzahl von Referenten umfassen, es sei denn der Inhalt zeigt deutlich das Gegenteil auf. Somit beinhaltet bspw. eine Komposition mit "einem Gemisch" eine Mischung von zwei oder mehreren Komponenten. Es sollte auch erwähnt werden, dass der Begriff "oder" generell in seiner Bedeutung als "und/oder" verwendet wird, es sei denn der Inhalt zeigt deutlich das Gegenteil auf.
Es ist auch festzuhalten, dass die Formulierung "konfiguriert", wie sie in der Ausgestaltung und den angehängten bzw. beiliegenden Ansprüchen verwendet wurde, ein System, Gerät bzw. Anlage oder andere Struktur, die ausgebildet oder konfiguriert ist, eine gewisse Aufgabe zu Erfüllen oder eine bestimmte Konfiguration anzunehmen, beschreibt. Die Formulierung "konfiguriert" kann untereinander auswechselbar mit anderen ähnlichen Formulierungen, wie zum Beispiel angeordnet oder konfiguriert, ausgebildet und angeordnet, ausgebildet, hergestellt und angeordnet, u.ä., verwendet werden.
Alle Veröffentlichungen und Patentanmeldungen in dieser Ausgestaltung sind bezeichnend für ein Niveau gewöhnlicher Fertigkeit in dem Fach, zu dem die Erfindung zählt. Alle Veröffentlichungen und Patentanmeldungen sind hierbei durch einen Verweis zu einem gleichen Gehalt einbezogen, als ob die jeweilige Publikation oder Patentanmeldung eigens und einzeln durch eine Referenz angezeigt würde.

Claims

Kompositmaterial mit: ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase bzw. Mischpartikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat bzw. gemischte Partikel und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Kompositmaterial ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei der Partikel eine Zirkularität von ca. 13,6 bis 40 aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Dichte des Kompositmaterials weniger als 1,0 g·m^–2 ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Youngsche Modul größer ist als bei einem ansonsten identischen Kompositmaterial ohne den Zwischenschichtmodifizierer.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei der Partikel einen sphärischen bzw. kugelförmigen Partikel umfasst.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase 0,2 bis 6 Gew.% an Zwischenschichtmodifizierer aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfasern ein Seitenverhältnis von 1:1,5 oder mehr aufweisen.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das Kompositmaterial ein strukturelles Komposit ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Polymerphase eine kontinuierliche Phase in dem Kompositmaterial ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die gemischte Partikulatphase ca. 20 bis 80 Gew.% der Faser und ca. 80 bis 20 Gew.% des Partikels aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das Polymer Polyvinylchlorid aufweist, und das gemischte Partikulat ca. 80 bis 20 Gew.% einer Cellulosefaser und ca. 20 bis 80 Gew.% einer Hohlglaskugel umfasst.
Kompositmaterial nach Anspruch 11, wobei die Faser eine Cellulosefaser mit einem Seitenverhältnis im Bereich von 1:1,5 bis 1:15,0 umfasst.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das Kompositmaterial eine Dichte von ca. 0,8 bis 1,3 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei der Partikel eine Dichte von weniger als 7,0 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei der Partikel eine Dichte von ca. 0,3 bis 9 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Polymer eine Dichte von ca. 0,9 bis 1,9 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Faser eine Holzfaser umfasst.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Faser eine Glasfaser umfasst.
Kompositmaterial nach Anspruch 17, wobei die Holzfaser einen Faserdurchmesser von ca. 2,0 bis 40 Mikrometer und eine Faserlänge von ca. 3000 Mikrometer aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfaser eine Holzfaser mit einer offenen Zellcharakteristik umfasst.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfaser eine Dichte von ca. 1,3 bis 1,5 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das Polymer Polyvinylchlorid aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei der Partikel eine Hohlglaskugel ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 23, wobei die Dichte der Hohlglaskugel weniger als 0,7 g·m^–2 ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 23, wobei die Hohlglaskugeln in dem Komposit ca. 100 Gew.% bis 15 Gew.% an intakten Kugeln und ca. 0 Gew.% bis 85 Gew.% an gebrochenen bzw. zerbrochenen Kugeln aufweisen.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Wasserabsorption des Komposits weniger als ca. 8 % ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei die Schlag- bzw. Stoßfestigkeit des Komposits größer als 10 Joules/cm ist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das ein extrudiertes Pellet bzw. Pressling formt.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das ein extrudiertes Bauteil formt.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das ein extrudiertes Paneel formt.
Kompositmaterial nach Anspruch 30, wobei das Paneel eine Verstärkungskomponente bildet.
Kompositmaterial nach Anspruch 31, wobei die Verstärkungskomponente ein Oberflächenmerkmal aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 31, wobei die Verstärkungskomponente eine interne Komponente aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das einen Behälter bzw. Container bildet.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das ein Gehäuse bzw. Abdeckung bildet.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das ein Wohnmodul bildet.
Kompositmaterial nach Anspruch 36, wobei das Wohnmodul zusätzlich Fensteröffnungen aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das einen Bodenbelagbzw. Decking-Bauteil formt.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das ein Zaun- bzw. Zaunpfahl-Bauteil aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 1, das wenigstens zwei extrudierte Paneele und Verbindungsmerkmale formt.
Kompositmaterial nach Anspruch 40, das weiter Verstärkungskomponenten aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 40, das eine Fensteröffnung aufweist.
Kompositmaterial nach Anspruch 40, das ein Fensterrahmenbauteil und dekorative Paneele aufweist.
Kompositmaterial, das zur Verwendung in einem Additiv-Fertigungssystem bzw. additiven Fertigungssystem eingerichtet ist, mit: ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase bzw. Mischpartikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat bzw. gemischte Partikel und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Filament ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials mit bzw. wobei: (a) einer Kombination von ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase mit ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase, um eine Mischung zu formen; (i) die Polymerphase ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als 1,9 g·m^–2 aufweist; (ii) die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist; und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels aufweist; und (b) Extrudieren der Mischung, um ein Kompositmaterial zu formen.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit: Extrudieren eines Kompositmaterials, um das Bauteil zu formen, wobei das Kompositmaterial aufweist: ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Kompositmaterial ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das Bauteil aus einer Gruppe bestehend aus einem Bodenbelag-, Zaun-, dimensionalem Holzersatz-, dekorativem Gebäudeaußenverkleidungs-, Gebäudepaneel-, Überdachungspaneel-, Fußbodenpaneel, Fundamentpaneel, Automobilpaneel, akustischen und wärmeisolierten -Bauteil ausgewählt ist bzw. wird.
Verfahren zur Verwendung eines Additiv-Fertigungssystems bzw. additiven Fertigungssystems mit: Ablagern von Anteilen eines Kompositmaterials von bzw. durch einen Applikator in einer kontrollierten x-y Ebene mit subsequenter bzw. anschließender z-Richtung, wobei das Kompositmaterial ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2, und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, umfasst, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Kompositmaterial ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Kompositmaterial mit: ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Filament ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49 und 51–91, wobei der Partikel eine Zirkularität von ca. 13,6 bis 40 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–50 und 52–91, wobei die Dichte des Kompositmaterials weniger als ca. 1,0 g·m^–2 ist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–51 und 53–91, bei dem das Youngsche Modul größer ist als bei einem ansonsten identischen Kompositmaterial ohne den Zwischenschichtmodifizierer
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–52 und 54–91, wobei der Partikel einen sphärischen Partikel umfasst.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–53 und 55–91, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase 0,2 bis 6 Gew.% an Zwischenschichtmodifizierer aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–54 und 56–91, wobei die Verstärkungsfasern ein Seitenverhältnis von 1:1,5 oder mehr aufweisen.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–55 und 57–91, wobei das Kompositmaterial ein strukturelles Komposit ist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–56 und 58–91, wobei die Polymerphase eine kontinuierliche Phase in dem Kompositmaterial ist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–57 und 59–91, wobei die gemischte Partikulatphase ca. 20 bis 80 Gew.% der Faser und ca. 80 bis 20 Gew.% des Partikels aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–58 und 60–91, wobei das Polymer Polyvinylchlorid aufweist, und das gemischte Partikulat ca. 80 bis 20 Gew.% einer Cellulosefaser und ca. 20 bis 80 Gew.% einer Hohlglaskugel umfasst.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–59 und 61–91, wobei die Faser eine Cellulosefaser mit einem Seitenverhältnis im Bereich von 1:1,5 bis 1:15,0 umfasst.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–60 und 62–91, wobei das Kompositmaterial eine Dichte von ca. 0,8 bis 1,3 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–61 und 63–91, wobei der Partikel eine Dichte von weniger als 7,0 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–62 und 64–91, wobei der Partikel eine Dichte von ca. 0,3 bis 9 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–63 und 65–91, wobei das thermoplastische Polymer eine Dichte von ca. 0,9 bis 1,9 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–64 und 66–91, wobei die Faser eine Holzfaser umfasst.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–65 und 67–91, wobei die Faser eine Glasfaser umfasst.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–66 und 68–91, wobei die Holzfaser einen Faserdurchmesser von ca. 2,0 bis 40 Mikrometer und eine Faserlänge von ca. 3000 Mikrometer aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–67 und 69–91, wobei die Verstärkungsfaser eine Holzfaser mit einer offenen Zellcharakteristik umfasst.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–68 und 70–91, wobei die Verstärkungsfaser eine Dichte von ca. 1,3 bis 1,5 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–69 und 71–91, wobei das Polymer Polyvinylchlorid aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–70 und 72–91, wobei der Partikel eine Hohlglaskugel ist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–71 und 73–91, wobei die Dichte der Hohlglaskugel weniger als 0,7 g·m^–2 aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–72 und 74–91, wobei die Hohlglaskugel in dem Komposit ca. 100 Gew.% bis 15 Gew.% an intakten Kugeln und ca. 0 Gew.% bis 85 Gew.% an gebrochenen bzw. zerbrochenen Kugeln aufweisen.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–73 und 75–91, wobei die Wasserabsorption des Komposits weniger als ca. 8 % ist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–74 und 76–91, wobei die Schlag- bzw. Stoßfestigkeit des Komposits größer als 10 Joules/cm ist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–75 und 77–91, das ein extrudiertes Pellet bzw. Pressling formt.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–76 und 78–91, das ein extrudiertes Bauteil formt.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–77 und 79–91, das ein extrudiertes Paneel formt.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–78 und 80–91, wobei das Paneel eine Verstärkungskomponente formt.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–79 und 81–91, wobei die Verstärkungskomponente ein Oberflächenmerkmal aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–80 und 82–91, wobei die Verstärkungskomponente eine interne Komponente aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–81 und 83–91, das einen Behälter bzw. Container bildet.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–82 und 84–91, das ein Gehäuse bzw. Abdeckung bildet.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–83 und 85–91, das ein Wohnmodul bildet.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–84 und 86–91, wobei das Wohnmodul zusätzlich Fensteröffnungen aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–85 und 87–91, das einen Bodenbelag- bzw. Decking-Bauteil bildet.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–86 und 88–91, das ein Zaun- bzw. Zaunpfahl-Bauteil aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–87 und 89–91, das wenigstens zwei extrudierte Paneele und Verbindungsmerkmale bildet.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–88 und 90–91, das weiter Verstärkungskomponenten aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–89 und 91, das eine Fensteröffnung aufweist.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 49–90, das ein Fensterrahmenbauteil und dekorative Paneele aufweist.
Filament, das zur Verwendung in einem Additiv-Fertigungssystem bzw. additiven Fertigungssystem geeignet ist, mit: ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat bzw. einen gemischten Partikel und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Filament ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials mit: (a) Kombination von ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase mit ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase, um eine Mischung zu formen; (i) wobei die Polymerphase ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als 1,9 g·m^–2 aufweist; (ii) wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist; wobei das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels auf weist; und (b) Extrudieren der Mischung, um ein Kompositmaterial zu formen.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit: Extrudieren eines Kompositmaterials, um das Bauteil zu formen, wobei das Kompositmaterial aufweist: ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Kompositmaterial ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 94, wobei das Bauteil aus einer Gruppe bestehend aus einem Bodenbelag-, Zaun-, dimensionalem Holzersatz-, dekorativem Gebäudeaußenverkleidungs-, Gebäudepaneel-, Überdachungspaneel-, Fußbodenpaneel, Fundamentpaneel, Automobilpaneel, akustischen und wärmeisolierten -Bauteil ausgewählt ist bzw. wird.
Verfahren zur Verwendung eines Additiv-Fertigungssystems bzw. additiven Fertigungssystems mit: Ablagern von Anteilen eines Kompositmaterials von bzw. durch einen Applikator in einer kontrollierten x-y Ebene mit subsequenter z-Richtung, wobei das Kompositmaterial ca. 10 bis 80 Gew.% einer Polymerphase, die ein thermoplastisches Polymer mit einer Dichte von weniger als ca. 1,9 g·m^–2 und ca. 20 bis 90 Gew.% einer dispergierten gemischten Partikulatphase aufweist, umfasst, wobei die dispergierte gemischte Partikulatphase ein gemischtes Partikulat und ca. 0,005 bis 8 Gew.% einer Beschichtung wenigstens eines Zwischenschichtmodifizierers aufweist, und das gemischte Partikulat einen Anteil einer Verstärkungsfaser und einen Anteil eines Partikels umfasst, wobei das Kompositmaterial ein Youngsches Modul von mehr als 700 MPa aufweist.