[发明专利]复合材料制品

说明书

本发明涉及一种其基体或母体由增强材料加强或增强的复合材料、构件(structure)和/或铸件(artifact)的生产方法。本发明也涉及这些复合材料、构件和/或铸件，特别是利用所述方法进行生产的。

根据本发明第一个方面，提供了一种生产复合材料、构件或铸件的方法，这些材料、构件或铸件含有通过粘结增强材料使之加强或增强的粘结性基体或母体，通过使增强组分与处于可凝固状态的粘结性基体部分接触，使基体部分与增强组分接触着进行凝固；由此使增强组分粘结到基体部分上；还提供了提高基体部分与增强组分粘结性能的方法，该方法包括在各部分彼此接触之前将增强组分表面氟化的步骤。

根据本发明第二个方面，提供了含有通过粘结增强材料使之加强或增强的粘结性基体或母体的复合材料、构件和/或铸件，该基体或母体含有与包含所述增强材料的增强组分接触着凝固的并粘结到其上的可凝固的粘结性基体部分。增强组分具有基体部分粘结到那里的氟化表面。

粘结性母体可以具有相对低的抗张强度和/或低断裂韧度，而增强组分却可以具有相对高的抗张强度。特别是母体可以是粘结材料，如水泥、混凝土、水泥砂浆或类似的含水泥的可浇铸或可凝固的材料。

增强组分的材料在室温下是固体，可以选自：

(i)脂肪族聚烯烃，例如，聚乙烯，和聚丙烯，以及其它聚合物如聚对苯二甲酸乙酯(polyethene terephthalate)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethene terephthalate glycol)，聚碳酸酯，和聚氯乙烯；

(ii)聚合共轭二烯和共聚物或嵌段共聚物，组成它们的单体每个分子典型地含4—12个碳原子，优选为4—8个碳原子，如1，3—丁二烯，异戊二烯，2，3—二甲基—1，3—丁二烯，1，3—戊二烯，3—丁基—1，3—辛二烯，苯基—1，3—丁二烯；

(iii)聚合的乙烯基和取代的芳香化合物，其组成的单体如苯乙烯，1—乙烯基—萘，2—乙烯基—萘，和它们的烷基，环烷基，芳基，烷芳基，和芳烷基衍生物，其中结合的取代基的碳原子总数不超过12，如3—甲基苯乙烯，4—正—丙基苯乙烯，4—环己基苯乙烯，4—十二烷基苯乙烯，2—乙基—4—苄基苯乙烯，4—对甲苯基苯乙烯和4—(4—苯基—正—丁基)苯乙烯；

(iv)芳香族聚酰胺如KEVLAR(商标名)；

(v)碳如石墨；和

(vi)玻璃。

申请人不希望被理论所局限，而认为表面氟化涉及到通过用氟和其它基团替代某些化学官能团以改善增强组分的光滑表面，即使增强组分表面官能化。用这种方法，表面的疏水性被改变并具有了负电性。这就增加了增强组分的可加工性，从而提高了凝结性母体的物理粘结作用。然而，还认为表面氟化是以得到与凝结性母体的化学键这样的方式改善凝结性母体的表面。据信，通过表面氟化活化了表面和在表面形成了游离基。这些游离基与混凝土中存在的氧反应形成凝结性基体与增强组分之间的化学键。形成的典型的游离基为—CF，酰基氟等。它们与凝结性基体的反应缓慢，可用酸解或水解特别是无机酸解来加快反应。因此，可将纤维与稀无机酸溶液，例如盐酸溶液，接触如浸没。

在本发明的一个实施方案中，增强组分可以含增强材料微粒例如颗粒或纤维。特别是该增强组分可以是纤维形式。这种纤维长度可以是3—600mm特别是10—50mm，宽度可以是5—1000μm。纤维在基体或母体中的比例可以在很宽的范围内变化，但是期望通常为2—85％体积。典型地，这种纤维被制作成截面规则的连续单丝，如圆形，然后被切割成不连续的短纤维，或者是制作成细纤维化的薄膜或带。聚丙烯纤维以其在粘结性基体的碱性环境中的抗碱性能以及相对高的熔点和相对低的价格而被认为特别合适。

复合材料、构件或铸件可以通过将纤维与母体材料或凝结性基体部分混合来形成。当基体部分为可浇铸、可挤塑或可流动形式，如粉沫、稀浆、糊或液体形式时，便可成形为如构件或铸件这样的产品，如通过浇铸或模压方式。在此之后，母体材料逐渐凝固，并将自己牢固地粘结在纤维上。因此，复合材料、构件或铸件可以已知的方式成形，如预混合拌法、喷涂法、喷浆混凝法制浆方法，手工敷设法和连续生产方法，将纤维均匀但随机地分布在复合材料、构件或铸件中。