阅读说明：本技术 一种制造具有聚合物粘合剂基质的部件的方法 (Method for manufacturing a component with a polymer adhesive matrix ) 是由 鲁多夫·帕特诺斯特 沃纳·芬兹尔 于 2018-10-26 设计创作，主要内容包括：一种制造具有聚合物粘合剂基质的部件的方法,其中由丙烯酸树脂与至少一种混合的颗粒填料制成的聚合物粘合剂基质片材是通过机械加工在一个表面上加工成平面,使得所述表面由经处理的粘合剂基质和所述平面加工的填料颗粒形成,其中随后将所述片材加热至高于所述粘合剂的软化温度,使得所述粘合剂基质松弛并且表面上的所述填料颗粒倾斜,继而产生纹理表面,然后将所述部件冷却至低于所述软化温度。(A method of manufacturing a part having a polymeric adhesive matrix, wherein a sheet of polymeric adhesive matrix made of an acrylic resin and at least one mixed particulate filler is processed by machining into a plane on one surface such that the surface is formed by the treated adhesive matrix and the plane processed filler particles, wherein the sheet is subsequently heated above the softening temperature of the adhesive such that the adhesive matrix relaxes and the filler particles on the surface tilt, thereby creating a textured surface, and the part is then cooled below the softening temperature.)

一种制造具有聚合物粘合剂基质的部件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造具有聚合物粘合剂基质的部件的方法。

背景技术

在许多私人和公共区域，例如私人游泳池和公共游泳池、小厨房和商用厨房、工业厂房或其他人们经常光顾且地面有时出现潮湿的地方，对耐磨性以及防滑性都提出了较高的要求，以防止人们滑倒。为了满足这些要求，使用具有足够稳定的材料结构和相应的表面粗糙度或表面纹理的地板覆盖物。一个例子是瓷砖，其中通过将非熔化的砂粒散布到瓷砖上釉中来增强防滑性，其中砂粒在上釉后从光滑表面突出，但仍然牢固地锚固在釉中。

在对美观性和易清洁性提出高要求的情况下，优选具有均匀研磨和抛光表面的地板区域，其通常由诸如天然石材、精细石器或“工程石”材等矿物材料组成，其中“工程类的石”材是人造石，其主要由结合在有机粘合剂基质中的石英颗粒组成。抛光表面的防滑性自然非常低。

不仅地板覆盖物要求相应的耐磨性和防滑性，而且例如浴缸或淋浴盆或淋浴基座中也要求相应的耐磨性和防滑性。除了由陶瓷制成的实施例之外，这种桶或基座也由漆包钢板或深拉丙烯酸板制成，这些板受其制造方法的影响通常具有光滑或光亮的表面，因此不具有任何很好的防滑性。

通常仅通过随后施加垫或粘附的防滑条来改进这类材料的防滑性。

制造淋浴盆的另外的常用解决方案是由单块天然石材或人造石加工而成，其中天然石材或人造石表面经过研磨和抛光，都是高价值产品，因此也以高价出售。

通过随后对部件表面进行机械加工，例如通过形成相应的凹槽或波纹，在这些产品上形成在防滑性方面得到改善的表面。尽管所述宏观的、机械形成的凹槽改善了防滑性，但是如果对部件的平坦度(例如在淋浴盆或浴缸中)的需求增加，则这些凹槽会带来不便，因为污垢颗粒可能沉积在凹槽或波纹中，从而降低了可清洁性。

因此，本发明的目的是提供一种用于制造具有聚合物粘合剂基质的部件的改进方法。

发明内容

为了实现该目的，提供了一种制造本发明所述的具有聚合物粘合剂基质的部件的方法，这种方法的特征在于，由丙烯酸树脂与至少一种混合的颗粒填料制成的聚合物粘合剂基质片材是通过机械加工在表面上加工成平面，使得表面由经处理的粘合剂基质和平面加工的填料颗粒形成，其中随后将该片材加热至高于粘合剂的软化温度，使得粘合剂基质松弛并且表面上的填料颗粒倾斜，继而产生纹理表面，然后将部件冷却至低于软化温度。

令人惊奇的是，通过本发明所述的方法可以生产具有防滑的、浮雕状纹理表面的部件，其中所述纹理表面不是通过机械加工制造以形成凹槽或波纹等，而是通过表面的机械处理使其平坦化以及随后的热处理或回火。

用于本发明的方法的原材料是由丙烯酸树脂制成的一片聚合物粘合剂基质，即树脂基质，树脂基质例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或PMMA与甲基丙烯酸甲酯(MMA)的共混物制成。将填料颗粒引入所述树脂基质中，所述树脂基质在很大程度上均匀地分布在横截面上，即分布在片材的厚度上。现在通过机械装置将所述片材加工成平面，即，使用机械加工使其尽可能平坦。可以通过用非常细的研磨料研磨片材表面，同时如果需要的话，可以通过额外的刷涂或抛光将其加工成平面。所得到的平坦或平面表面分别由平面加工的粘合剂基质以及暴露在表面上且也分别加工成平坦或平面的填料颗粒形成。因此，从视觉上看，表面显示由平坦或平面机械加工的粘合剂形成的区域以及由粘合剂基质包围的平坦或平面机加工的填料颗粒形成的区域。

在下一步骤中，将所述平面加工的片材加热至高于粘合剂的软化温度，即，在片材制造过程中分别已经固化或聚合的热塑性粘合剂现在再次软化。这让粘合剂基质变得松弛。令人惊讶的是，发现已经聚合的粘合剂基质中存在一些由铸造和聚合过程产生的内在张力。随着片材被加热超过软化温度，粘合剂基质从固化状态变为稍微软化的状态，并且粘合剂基质内的张力被释放。粘合剂分别松弛或收缩，这导致表面纹理分别由于张力或松弛过程的释放而改变。先前平面的粘合剂表面局部地改变其平面性，即，局部地由于释放的张力而略微下沉。与粘合剂基质所具有的柔软性相结合，这同时导致表面上的平面填料颗粒被松弛或收缩的粘合剂基质部分地拉伸，从而稍微从其平面倾斜，这意味着平坦的平面填料颗粒表面不再在共同平面中彼此平行地延伸，而是相对于彼此倾斜进而相对于部件表面的平面倾斜。分别由于粘合剂基质内的松弛或下沉过程，以及由于填料颗粒的倾斜，形成纹理表面，即，由于这些方法，先前的平面加工表面明显变得三维纹理化。

在相应的停留时间(停留时间的长短取决于加热过程中片材的实际温度)之后，停留时间越短，实际温度越高，片材冷却到软化温度以下，使粘合剂基质再次固化并且表面纹理以及倾斜的填料颗粒被固定。除非在温度处理过程中三维地重新形成，否则冷却的部件或片材分别仍然是同样的最初形状，这将在下面进行讨论。在任何情况下，该部件具有相应的浮雕状或纹理表面，其仅由粘合剂基质的松弛过程和随后的填料颗粒的倾斜产生，而不必采用机械加工来形成凹槽和类似物以实现粗糙度。

优选的是填料含量为至少65wt％且至多95wt％，优选75‐90wt％的片材。这意味着使用相应高的填料含量来确保在待加工的表面上存在足够高的颗粒含量。

此外，优选使用其中具有≥0.4mm的颗粒大小的至少10wt％，优选大于30wt％，特别优选大于50wt％的填料颗粒的片材。优选使用优选高比例的较大填料颗粒，甚至可以使用多至1毫米和更大的颗粒大小。

填料颗粒本身应具有大于5，优选大于6，优选大约7的莫氏硬度。石英砂优选用作填料，其优选用于颗粒大小小于0.4mm的精细部分和颗粒大小例如为0.4‐2.5mm的较粗的部分，较粗的部分的比例优选高于精细部分的比例。

优选使用其中聚合物粘合剂基质由甲基丙烯酸甲酯(MMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的共混物制成的片材。因此，使用单体和聚合物来制备基质共混物。聚合物(即PMMA)与单体(即MMA)的重量比例应在1：1.75至1：6之间，特别在1：2至1：5之间，优选约1：4。这意味着有过量的单体。

由单体和聚合物组成的可聚合体积(即甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯)占粘合剂基质总体积的比例应为10‐40wt％，特别为15‐30wt％，优选约为20wt％。

除聚合物组分外，粘合剂基质还含有通常添加和必需的聚集体，例如固化剂，一种或多种可能的添加剂或引发剂/过氧化物。

还可以想到的是，使用具有嵌入粘合剂基质中的彩色颜料的片材。这意味着使用彩色片材，产生具有相应的彩色表面的成品部件。

如上所述，片材的表面优选通过研磨或刷涂机械加工以使其变得平坦，其中在研磨或刷涂过程中使用极细的研磨料或刷涂装置使表面尽可能平坦。还可以想到的是，随后用更精细的介质抛光表面以使其尽可能平坦。

如上所述，可以想到仅加热形成原材料的片材并随后再次将其冷却，这意味着片材的形状不会改变。然而，本发明的特别有利的改进方案是在加热过程中进行机械再成形以形成三维部件。因此规定，片材在加热到软化温度以上之后，还通过诸如压模或类似物的成形工具机械地重新成形，以便将实际上二维的片材重新成形为三维部件。片材优选地被重新成形以便形成桶，特别是淋浴盆。

除了方法本身之外，本发明还涉及由聚合物粘合剂基质制成的部件，该聚合物粘合剂基质由丙烯酸树脂组成，所述丙烯酸树脂包含至少一种根据上述方法制备的混合的颗粒填料。

该部件本身具有至少65wt％且至多95wt％，优选75‐90wt％的填料含量。至少10wt％，优选大于30wt％，特别大于50wt％的填料颗粒的颗粒大小≥0.4mm，并且优选莫氏硬度大于5，优选大于6，特别优选约7。

聚合物粘合剂基质优选由甲基丙烯酸甲酯(MMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的共混物制成，PMMA的比例优选为10‐40wt％，特别为15‐30wt％，优选约20wt％。聚合物与单体(即PMMA与MMA)的重量比例应在1：1.75和1：6之间，特别在1：2和1：5之间，优选在约1：4。

除了任何已着色的填料颗粒之外，可以将另外的有色颜料添加到粘合剂基质中。这使得可以为部件提供所需的着色。

部件本身可以是片材，例如墙壁或地板。

或者，该部件可以是桶，优选淋浴盆或淋浴底座。

附图说明

通过以下示例性实施例的描述以及附图，本发明的其他优点和细节将变得显而易见：

图1示出了本发明的用于产生纹理表面的热处理之前的片材的横截面的示意图。

图2示出了在进行本发明的热处理和冷却处理之后图1的片材的示意图。

图3示出了用于解释本发明的方法的示意图。

具体实施方式

图1描绘了片材1的横截面图，如图2所示，片材1用作制造本发明的部件2的原材料。片材1包括由丙烯酸树脂制成的聚合物粘合剂基质3，其中优选使用丙烯酸类单体即甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸类聚合物即聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的共混物。除了常用的固化剂、添加剂以及引发剂或过氧化物，以及可能的着色颜料，片材1包含嵌入粘合剂基质3中的填料颗粒4，填料颗粒可以是例如不同大小的石英砂颗粒。造粒可以由<0.4mm的较小颗粒部分和≥0.4mm，达至2mm或更多的较粗颗粒部分组成。填料颗粒4的填料含量应为至少65wt％，至多95wt％，优选75‐90wt％范围内。

使用作为填料的石英砂仅是一个例子。可以使用其他填料颗粒，例如金刚砂或类似物，其具有大于5，优选大于6的足够高的莫氏硬度值。

片材1固化，这意味着粘合剂基质3完全聚合并且填料颗粒4牢固地嵌入粘合剂基质中。

作为片材1的可见侧或随后制造的部件2的可见侧的一个表面5在该图中已经经过机械处理，优选经过研磨，为此使用了合适的工具和尽可能细的研磨料。这导致表面5除了具有由处理引起的非常小的微结构外还分别是平坦的或平面的。表面5也可以被抛光，使得其比例如在研磨之后变得更平坦。

因此，表面5由平面部分或表面6限定，平面部分或表面6分别由粘合剂或粘合剂基质3形成，以及由位于同样也是平面的表面处的填料颗粒部分或表面7形成。总的来说，这导致分别具有足够大的片材平面或片材表面，其由粘合剂表面6以及填料颗粒表面7形成。

另外的填料颗粒4嵌入粘合剂基质3内，基于根据图1的示意图，其位于与表面处的填料颗粒4相对应的距离“a”处。

根据本发明，所述平面加工片材1至少被加热以制造部件，这将在后面进行描述。所述片材的温度升高到粘合剂的软化温度Tg以上，这意味着粘合剂基质3由于加热处理而***。由于片材1的制造过程，其中由粘合剂与混合填料颗粒、彩色颜料等组成的可聚合化合物被倒入模具中并聚合或固化，如图1的片材1中存在固有应力。当加热时，固化的粘合剂基质3松弛，这意味着固有应力消退。从图3中可以看出，这导致粘合剂表面6失去其平坦的平面形状；所述的区域或多或少地塌陷，也就是说，它们呈现波纹状、浮雕状的纹理。如图2清楚所示，由于下沉和松弛或轻微收缩，靠近表面并形成表面5的填料颗粒4也倾斜。与此平面一致，平坦的填料颗粒表面7倾斜，这意味着填料颗粒表面7分别从其先前的水平或表面平行位置倾斜，使得填料颗粒表面由于倾斜而以角度α放置，其中所述角度α当然根据不同的填料颗粒4而变化，这取决于相对于先前平坦平面的倾斜量。由于在加热处理和应力或松弛分别下降之后，并且在升高的温度下等待足够长的停留时间，片材1或几乎完成的部件2分别再次冷却至低于软化温度Tg的温度，通常低于室温，就像粘合剂表面6的浮雕状粗糙结构被冷冻一样，倾斜的填料颗粒4再次牢固地嵌入固化的粘合剂基质3中。

如图2所示，这产生了三维的，粗糙的表面结构，一方面由于浮雕状，凹陷或粗糙或结构化的粘合剂表面6，另一方面由于倾斜并因此倾斜配置的填料颗粒表面7。在触觉上可感受到所述表面纹理。

图3描绘了显示本发明的方法的过程的图。在步骤a)中，选择待加工的片材1，然后在步骤b)中用合适的工具8对其表面进行机械处理，其中可以使用不同的工具8，例如研磨工具和随后的抛光工具。片材1的表面5在步骤b)中机械平整，使得它尽可能平坦并且仅显示最轻微的微结构。

在步骤c)中，然后将处理过的片材1放入加热设备9中，例如对流烘箱或红外加热设备。在该设备中，片材1被加热到高于粘合剂基质3的软化温度Tg，这意味着T大于Tg。由于粘合剂基质3由丙烯酸树脂，优选MMA和PMMA的共混物组成，因此软化温度约为100℃，这意味着将片材加热至高于100℃的温度。加热温度可以优选在120℃‐170℃的范围内。然而，加热温度越高，应力消退越快，从而形成三维纹理表面5越快。

在步骤c)中仅进行片材1的加热，这意味着片材1保持片材的形状并且不再成形。在停留时间之后，在步骤d)中将加热的片材1从加热设备9移除。将温度降低至软化温度Tg以下，即，最终将片材1冷却至室温。如在步骤d)中示意性地指示的，片材1现在具有浮雕状的三维纹理表面5，其表现出相应的粗糙度，从而是防滑的。

然而，步骤c)以虚线表示在加热处理中机械地使片材1再成形的可选可能性，例如以产生淋浴盆或淋浴器底座。为此，片材1被机械地再成形，例如在相应的模具或类似物上深拉，这是可能的，因为粘合剂基质3已经软化。在所述机械再成形和停留时间到期之后，将再成形部件2从加热设备9移除，以允许应力消退并形成三维纹理表面5。在这种情况下，温度也降低到温度T低于软化温度Tg，优选当然低至室温，使得呈淋浴盆形式的成品部件2具有浮雕状的防滑表面5。

作为形成粗糙，足够防滑表面的证据，制造了三种不同的片材，其在所用粘合剂的量和所用填料颗粒的量和大小方面不同。该组合物如下：

实施例1：

所有数量均以克表示，这意味着使用重量测量。

通过混合相应的添加剂制备相应的可聚合化合物，每种添加剂用于在相应的模具中浇铸尺寸为500×1000mm且厚度为8mm的片材。通过研磨和随后的抛光机械加工三种不同的测试片材，以使每个片材具有平坦表面。

然后分析每个机械加工的片材的不同粗糙度参数，即，在本发明的温度处理之前测量每个片材的表面轮廓。用HOMMEL Etamic W5型测量仪器记录表面轮廓，每个片材的测试路径为1.5cm。

测量每个片材的Rmax[my]，Rt[my]，Rz[my]以及防滑角[°]。

根据DIN 4768，Rmax是峰值和相邻谷值之间的最大高度差。

根据DIN 4762/1，Rt是参考路径中最低谷值和最高峰值之间的高度差。

根据DIN EN ISO 4287，Rz是连续单个测量路径的单个峰谷高度Rzi的算术平均值。

为了分别确定防滑性或防滑角，根据DIN 51097进行测试。根据所述标准，将水施加到斜面上，斜面与水平面之间的角度是可调节的。所述斜面由待测试的片材的表面形成。然后，测试人员赤脚踏上斜面，并确定测试人员可以安全站立的角度。因此，高防滑角值对应于高防滑性。

然后对每个片材进行温度处理。

将实施例1的片材加热至160℃的温度并在该温度下保持30分钟。

将实施例2的片材加热至160℃的温度并在该温度下保持30分钟。

以相同的方式，将实施例3的片材加热至160℃的温度并在该温度下保持30分钟。

在停留时间结束后，将放入对流烘箱中加热的片材从烘箱中取出并冷却至室温。

然后使用HOMMEL测量仪器测量每个片材的上述参数，并进行防滑角度测试。

各个测量的结果在以下三个表中有所说明。除了所述参数之外，还存在与视觉检查和触觉测试有关的数据。所述为本发明的没有回火的每个片材的测量值(“w/o温度”栏)和在本发明的回火过程之后的每个片材的测量值(“℃/min”栏)。

实施例1

测试
				w/o温度	160℃/30分钟
触觉/视觉	光滑/光亮	粗糙,发光
			Rmax[my]	8.14	12.0
Rt[my]	8.4	13.12
			Rz[my]	4.35	9.19
防滑角度[°]	11.7	13.6

实施例2

测试	样本
				w/o温度	160℃/30分钟
触觉/视觉	光滑/光亮	有点粗糙，无光泽
			Rmax[my]	4.3	14.5
Rt[my]	4.56	15.3
			Rz[my]	3.55	10.2
防滑角度[°]	11.1	13.7

实施例3

测试	样本
				w/o温度	160℃/30分钟
触觉/视觉	光滑/光亮	非常粗糙，发光
			Rmax[my]	8.48	16.53
Rt[my]	8.5	17.9
			Rz[my]	4.75	12.2
防滑角度[°]	13.5	16.2

具有比例为48wt％的0.4‐1.2mm的较粗石英砂的实施例1的片材在视觉/触觉测试中在研磨后显示出光亮，光滑的表面。由于平面研磨和抛光，片材具有相对低的粗糙度参数。没有先前的温度处理，片材也只有11.7的小防滑角度。

然而，在进行热处理之后，即在160℃下回火30分钟后，参数发生显著变化。触觉/视觉测试表明存在粗糙的，即触觉上明显的表面纹理，并且形成表面的研磨填料颗粒表面赋予其闪闪发光的外观。

就Rmax，Rt和Rz而言，粗糙度参数显著增加。

然而，特别重要的是防滑角度，在所示的示例中，防滑角度增加到13.6°。

实施例2的片材的结果类似。加入显著减小的量的颗粒大小为0.4‐0.6mm的较粗石英砂，即32wt％，还加入了差不多大的含量为30wt％的颗粒大小为0.4mm的细石英砂。

对经过研磨但没有回火的片材进行肉眼检查，发现该片材有光泽并且触觉测试则感觉到非常光滑的表面。粗糙度参数略低于实施例1的片材的粗糙度参数，其由显著更小的石英颗粒引起。在这种情况下，防滑角度也是11.1°。

在这种情况下，片材也在160℃的温度下回火30分钟。

视觉或触觉测试分别表明片材具有无光泽外观并且再次注意到触觉上可感知的粗糙度。相应的参数Rmax，Rt和Rz也在增加。防滑角度也增加到13.7°。

这意味着在这种情况下也可以产生相应的三维纹理和粗糙表面，尽管有明显更细的石英砂混合物，其具有与实施例1中的片材大致相同的粗糙度。

与实施例3中的片材的情况略有不同。添加了高比例，即51.6wt％的颗粒大小为0.4‐2.5mm的粗石英砂，其量与实施例1的量相当，但其具有明显粗糙的石英砂。

视觉或触觉测试分别表明，经过研磨而非回火的片材具有光亮的外观并且表面感觉非常光滑。粗糙度参数主要对应于实施例1中的粗糙度参数。然而，防滑角度在这种情况下已经是13.5°。

然后将来自样品配方3的所述片材1在160℃下回火30分钟，这在该实施例中也分别导致视觉或触觉评估以及测量参数的显著变化。

该片材显示出闪亮的外观，但在触觉评估中感觉非常粗糙。

这也反映在相应的测量值中。所述测量值Rmax，Rt和Rz高于实施例1中的Rmax，Rt和Rz的值。

特别值得注意的是防滑角度的增加，在这种情况下防滑角度为16.2°。

这意味着实施例3的片材从研磨和抛光的片材开始，在进行本发明的回火处理之后，显示出更大的粗糙度或防滑性。这是使用足够大量的粗粒石英砂所产生的结果。

所述示例性实施方案含有石英砂作为填料。当然可以想到混合其他矿物填料，例如碳化硅、碳化铝(金刚砂)或类似物。

总之，应该注意的是，通过本发明的方法，即平面加工和随后的回火，可以生产合成模制品或合成部件，该合成模制品或合成部件除了显示出它们的部件特定的高强度之外，还显示出优异的防滑特性，其中防滑性随着粗粒填料比例的增加而增强。