[发明专利]用于木材增强的基于聚酯的带状复合材料

说明书

本发明通常涉及通常为单向带形式的预浸料复合材料，其包含至少一种增强纤维和热塑性聚酯基质。可将该预浸料复合材料热粘合到含木材材料上，从而改进该材料的结构性能，而无需粘合剂。本发明的预浸料复合材料可以应用于宽范围的木材基底，包括不同的硬木、软木和工程木材复合材料。

发明背景

1.发明领域

本发明通常涉及包含热塑性聚合物的预浸料复合材料和这样的复合材料在含木材的基底上的应用。更具体的，本发明通常涉及包含热塑性聚酯的单向带和这样的带在含木材材料上的应用。

2.相关领域说明

复合材料过去在不同应用中用于增强木材。通常，这些复合材料可以包含增强纤维例如玻璃或者碳，其已经用于增加木材的强度、延展性和硬度。这样的复合材料能够增强木材的强度-重量比或者硬度，由此实现木材更长的跨度，在负荷下更小的挠曲，和较少的下陷。

或者，金属增强物例如铝板和条缆也已经用于提高木材的强度和硬度。但是，这些金属材料没有获得广泛的成功，这归因于它们对于木材基底相对差的粘附性，它们的施用需要昂贵的粘合剂，以及金属和木材之间的热膨胀系数不匹配。

近来，对于作为增强木材基底的一种手段的纤维增强聚合物(“FRP”)给予了特别的关注。FRP通常是通过用热固性聚合物基质浸渍增强纤维来生产的。热固性FRP在不同的应用中用于增强木材，因为它们可以通过使用粘合剂而有效粘合到不同的木材基底上，并且能够增加木材的强度。典型的用于将FRP粘合到木材上的粘合剂包括环氧树脂、苯酚间苯二酚、甲醛间苯二酚、三聚氰胺或者交联的三聚氰胺、聚乙酸乙烯酯(“PVA”)或者交联的PVA、异氰酸酯、聚氨酯和脲基粘合剂。

虽然热固性FRP用于产生表现出提高的强度的增强木材，但是它们表现出诸多不足。首先，生产基于热固性的FRP的方法是非常缓慢的，并且不能满足木材制造商和经销商的生产需求。使用热固性FRP的第二个缺点是它们缺乏尺寸灵活性，并且在应用之前必须制备成具体的尺寸。使用热固性FRP的另一缺点是它们需要使用粘合剂来将它们粘合到木材基底上，这增加了生产增强材料的成本和制造复杂性。在许多情况中，粘合剂要求木材和FRP事先进行机械整饰以确保恰当的粘合。因此，这也增加了制造复杂性和时间线。

因此，需要用于生产增强木材的木材增强系统，其可以解决现有系统的不足。

发明内容

本发明的一种或多种实施方案涉及一种增强的含木材材料，其包含粘合到该增强的含木材材料的选定表面上的预浸料复合材料。该预浸料复合材料包含至少一种热塑性聚酯和至少一种增强纤维。该热塑性聚酯在30-250℃下的熔融相粘度是10³-10⁷Pa-s。通常，该预浸料复合材料可以包括单向带。

本发明的一种或多种实施方案涉及一种制备增强的含木材材料的方法。该方法通常包括将预浸料复合材料直接施用到该含木材材料的选定表面上，由此形成增强的含木材材料。该施用在预浸料复合材料和选定表面之间形成直接粘合，其中该粘合的块剪切强度是至少约2N/mm²，其是根据ASTM D905测量的。该预浸料复合材料包含至少一种热塑性聚酯和至少一种增强纤维。该热塑性聚酯在30-250℃下的熔融相粘度是10³-10⁷Pa-s。通常，该预浸料复合材料可以包括单向带。

本发明的一种或多种实施方案涉及一种预浸料复合材料，其包含至少一种热塑性聚酯和至少一种增强纤维。该热塑性聚酯包含二羧酸组分和二醇组分。通常，该二醇组分包括二乙二醇，2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇(“TMCD”)，1,4-环己烷二甲醇(“CHDM”)，新戊二醇或者其两种或更多种的组合。但是，在二醇组分包括CHDM的实施方案中，该CHDM占二醇组分的至少40mol％。此外，该热塑性聚酯在30-250℃下的熔融相粘度是10³-10⁷Pa-s。通常，该预浸料复合材料可以包括单向带。

附图说明