复合结构材料及其制造方法

摘要

本发明公开一种复合结构材料适于作为例如木质板、片或柱的替代品。所述复合结构材料包括尺寸稳定的芯材料，所述芯材料大体上被连接在所述芯材料上的尺寸稳定的层状覆盖层所包围。所述层状覆盖层包括至少一条基本平行的增强纱线带，所述的增强纱线带与至少一层尺寸稳定的底基材料连接在一起，所述的底基材料选自硬化纸或硬化布。优选的，增强纱线带夹在两层硬化纸和布之间。所述芯材料可以是，例如，带有或不带有填料的泡沫合成树脂。本发明还公开了一种制造该材料的连续过程。

权利要求

1.一种货运托盘，其包括多个纵梁板或块，和多个固定于所述纵梁板或块的复合材料的上部盖板，所述复合材料的上部盖板包括两个外缘板，所述的外缘板位于多个内部板的侧面，并且每个所述复合材料的上部盖板都包括尺寸稳定的芯材料，所述芯材料被与连结在所述芯材料上的尺寸稳定的覆盖层包围，其中每个内部板的所述芯材料与位于这些内部板侧面的每个外缘板相比，具有较小的抗压扁强度和较低的密度。

2.如权利要求1所述的货运托盘，其中所述上部盖板的每个外缘板具有至少750psi的抗压扁强度。

3

3.如权利要求2所述的货运托盘，其中所述上部盖板的每个内部板具有20-45lb/ft的密度。

4.如权利要求3所述的货运托盘，其中所述上部盖板的每个内部板的芯材料包括占其体积至少20％的、分散在泡沫热固性树脂基体中的浮石。

5.如权利要求4所述的货运托盘，其中所述上部盖板的每个外缘板的芯材料包括占其体积至少15％的、分散在泡沫热固性树脂基体中的橡胶轮胎颗粒。

6.如权利要求5所述的货运托盘，其中所述上部盖板的每个内部板的芯材料包含占其体积不超过10％的橡胶轮胎颗粒。

7.如权利要求6所述的货运托盘，其中在每个上部盖板中的所述泡沫热固性树脂基体是聚氨酯树脂。

8.如权利要求7所述的货运托盘，其中所述上部盖板的内部板的所述芯材料中的所述3

泡沫聚氨酯树脂具有12-17lb/ft 的模制密度。

9.如权利要求8所述的货运托盘，其中所述上部盖板的外缘板的所述芯材料中的所述3

泡沫聚氨酯树脂具有14-34lb/ft 的模制密度。

10.如权利要求9所述的货运托盘，其中浮石占上部盖板的每个内部板的芯材料体积的40-60％，并且橡胶轮胎颗粒占上部盖板的每个外缘板的芯材料体积的25-35％。

说明书

复合结构材料及其制造方法

背景技术

[0001] 现有许多不同的结构材料，其至少部分地由合成树脂制成，并且意图用于取代木材。在设计这样的材料时一个难以达到的目标是：同时达到合理的成本和相对高的强度和刚度。因而，例如通过废木纤维和循环使用的热塑性材料如聚乙烯的混合物的热熔挤出而制成的合成木材，可以以足够低的成本被生产出来且适于用作盖板。但是这样的合成木材，对于需要经受较高的弯曲和压缩载荷、需要增强的静态强度和刚度、和/或需要较大的抗震性和抗冲击性的使用情况，通常被认为是不适合的。因而，它不适合用作主结构承载元件，如货运托盘(shipping pallet)的支柱、托梁、横梁、纵梁。对于这些类型的用途，与聚合物和木材颗粒的热熔挤出物相比，材料必须具有较高的破裂弯曲模量，抗悬臂梁式冲击性、抗压极限强度、杨氏模量、和/或抗加速负载性。

发明内容

[0002] 本发明的复合结构材料包括一个尺寸稳定的芯，所述的芯至少部分地被粘接于芯上的尺寸稳定的层状覆盖层包围。该芯可以包括任意尺寸稳定的固体，且优选包括一种树脂状基体，且所述基体中埋入一种或多种填料固体的树脂状基体。该层状覆盖层包括至少一层增强层，所述的增强层与至少一层尺寸稳定的底基(web)材料相粘接。

附图说明

[0003] 图1是本发明的板状复合材料的优选实施方式的截面图，其中横 截面是垂直于复合材料的纵向截取的。

[0004] 图2是本发明的片状复合材料的优选实施方式的截面图，其中横截面是垂直于复合材料平面截取的。

[0005] 图3是本发明的板状复合材料的另一个优选实施方式的截面图，其中横截面是垂直于复合材料纵向截取的。

[0006] 图4是本发明的板状复合材料的制造方法的示意图。

[0007] 图5和6A-6E是本发明的片状复合材料的制造方法的示意图。

[0008] 图7A和7B是本发明柱状复合材料的一个优选实施方式的截面图，其中每个横截面都是垂直于复合材料的轴向截取的。

[0009] 图8是本发明的复合材料板的托盘构造的一个优选实施方式的透视图。

[0010] 图9是本发明的最外面的托盘纵梁(pallet stringer)的透视图。

[0011] 图10是本发明复合材料板的托盘构造的另一个优选实施方式的透视图。 [0012] 图11是本发明复合材料板的另一个优选实施方式的透视图。

[0013] 图12是本发明片状复合材料的一个可替换的制造方法的示意图。

[0014] 图13是本发明另一个最外面的托盘纵梁的透视图。

[0015] 图14是本发明板状复合材料的一个可替换的实施方式的截面图，其中横截面是垂直于复合材料纵向截取的。

具体实施方式

[0016] A.复合结构材料

[0017] 如图1的截面图所示，复合结构材料2包括尺寸稳定的芯4，所述的芯4至少部分的被粘接在芯上的、尺寸稳定的层状覆盖层6包围。

[0018] 1.芯

[0019] 芯可以包括任何尺寸稳定的固体。硬的和半硬的固体都可以使用 (这里“硬的”意思是至少基本上是硬的)。作为硬的固体的实例，木材本身就可以被用作芯材料，也可以是石膏和普通水泥的组合物，如与纤维素纤维混和(稀释)的水泥。属于半硬的种类的是弹性体，如天然或合成橡胶。优选芯具有充分的抗压扁性(crushresistance)，即其可以将复合材料一个表面上的载荷(压力)传递到相对的表面上。例如，如果顶面被置于压缩载荷下，底面将会由于芯的抗压扁性而处于张紧力之下。

[0020] 无论是硬的还是半硬的，芯优选包括树脂。对于某些应用，芯4优选包括一些埋入树脂状基体10的填料固体8的片，如图1所示。(这里用到的术语“树脂状基体”，倾向于包括有填料的和无填料的树脂)

[0021] a.树脂状基体

[0022] 当芯包含树脂状基体时，优选是热固性树脂。合适的热固性树脂的实例包括环氧树脂、脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树酯、酚醛树脂、聚酯树脂、和聚氨酯树脂(聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯)。任选的，树脂状基体可以是泡沫热塑性树脂，如泡沫聚苯乙烯。 [0023] 当结构材料具有尽可能低的比重是重要的时，优选树脂状基体是泡沫合成树脂，最优选是硬的或半硬的聚氨酯或酚醛泡沫体。聚氨酯树脂通过使多元醇与聚异氰酸酯反应而制得。反应是放热的。聚氨酯分子的交联或接枝，可以通过使反应混合物中包括一些多元醇分子和/或具有至少三个官能团的异氰酸酯分子、以及通过相应地调节反应物比率而达到。通过充分的交联，得到了硬的或半硬的热固性聚合物。硬度可以通过例如，选择使用的多元醇来控制，这是本领域技术人员所公知的。

[0024] 为了制造硬的或半硬的聚氨酯泡沫，要由多官能异氰酸酯、多元醇、发泡剂、催化剂、通常还有孔眼尺寸调节剂(如表面活性剂)形 成混合物。一旦各成分化合，氨甲酸乙酯形成反应就开始了。温升产生了，且当物质膨胀和固化时，一种或多种发泡剂使闭孔在聚合物中形成。温升典型地达到至少约150℉的峰值温度。异氰酸酯和多元醇反应物包括足够具有三个或更多官能团的分子，以至于交联度或分枝度足以生产生至少半硬的泡沫。 [0025] 在制造硬的或半硬的泡沫时，通常使用芳族聚异氰酸酯。一些实例是甲苯二异氰酸脂(TDI)和聚异氰酸酯(PMDI)，聚异氰酸酯(PMDI)是由苯胺与甲醛缩和得到的。 [0026] 可使用的多元醇包括聚醚多元醇和聚酯多元醇。多官能羟基化合物或胺的环氧丙烷的加合物是一种类型的可使用的聚醚多元醇。有时也应用聚酯多元醇与聚醚多元醇的混合物。

[0027] 卤代烃，如氯氟代烃和氟代烃，可以被用作发泡剂。也可使用低级烷烃如丁烷、戊烷、和环戊烷。可使用液态的二氧化碳。也可以使用水，因为它将与异氰酸酯反应在原位形成二氧化碳。有时水或碳化二亚胺催化剂作为共发泡剂被用来生成二氧化碳。通常情况下，与催化剂和孔眼尺寸控制剂一起，一种或多种发泡剂与多元醇发生预混合，其中孔眼尺寸控制剂通常是表面活性剂。

[0028] 这些都是本领域普通技术人员所公知的，并且在例如，Kirk-OthmerEncyclopedia of Chemical Technology，4th Ed.(1997)，vol.24，pp.695-715中有所描述，在这里通过引用合并入。

[0029] 术语“聚氨酯体系”可以用来指一种由异氰酸酯、多元醇、催化剂、发泡剂、和孔眼尺寸控制剂组成的特殊组合物，其可以发生反应形成聚氨酯泡沫。帮助识别和区分聚氨酯体系的特性是，当各组分在开式容器中混合时，特殊体系将会形成的泡沫的密度(“自由起发密度”)。考虑到的是，能够产生大约3或4磅/立方英尺(pcf)到大约50-60pcf的自由起发密度的聚氨酯体系，通常是优选用于本发明的。

[0030] 聚氨酯体系可以通过在密闭的或部分密闭的模具中限制聚氨酯的自由起发密度来模制为较高的密度。当起发限制在模中时，生成的聚氨酯具有比聚氨酯体系的额定自由起发密度更高的密度(“模制密度”)。

[0031] 在由纵梁、前缘板和内部盖板(interior deck board)构成的、由本发明复合结构材料形成的托盘中，纵梁优选使用得到模制密度为32-34pcf的聚氨酯体系。内部盖板优选使用得到模制密度为12-17pcf的聚氨酯体系。前缘板优选使用产生模制密度为约14-20pcf的聚氨酯体系。

[0032] 一些用于本发明的聚氨酯体系中可使用的市售异氰酸酯/多元醇的配对实例，如下所示：

[0033]

[0034] 在上表中，Rubinate和Rimline反应物可由Huntsman Chemicals得到，Baydur反应物由Bayer Corporation得到，而B-1000、A-1000、和A-1001反应物可由Copps Industries，Ins得到。

[0035] 酚醛泡沫体可由，例如，可熔酚醛树脂制得，所述的可溶酚醛树脂例如由甲醛的摩尔过量制得的苯酚甲醛树脂。这样的泡沫的制备在例如，美国专利US5653923中有描述，在此通过引用合并入。

[0036] b.填充物

[0037] 填料固体，在使用时，优选包括一种或多种下述物质的片：木质纤维材料、纤维素材料、玻璃质材料、粘性材料、含碳材料、塑料、橡胶和砂。虽然这些是优选的实施例，但是填料固体实际上可以是任意物质，甚至包括碾碎的循环使用的根据本发明的复合板。 [0038] 优选的，填料固体片在整个树脂状基体中是均匀分布的，并且基本上每个填料颗粒的整个表面都是和树脂相接触的，或者说是被树脂“润湿的”，这样以致于填料与填料之间直接的接触是最小的或通常是被避免的。优选的，有至少约70％是润湿的，意思就是所有填料颗粒的全部表面区域的至少约70％是被润湿的。更优选的，达到至少大约90-100％是润湿的。

[0039] 填料颗粒可以是任意形状，如，纤维、薄片、或粒状的(包括球形的，如，硅酸盐小球体和空心聚合物小球体，包括聚合物微球)。

[0040] 至于芯中使用的填料片尺寸，优选它们的最长直径将不超过复合结构材料厚度的约50％。因而，例如，如果复合结构材料是一英寸厚的板，基本上所有的填料固体片将优选具有不超过约1/2英寸的最长直径。

[0041] 优选基体树脂的性质、填料颗粒的性质和数量(如果有的话)、和基体树脂的发泡程度(如果有的话)都应当加以选择，以使芯材料具有至少约200磅/平方英寸(psi)或更大的抗压扁强度，如，在大约200-2500psi范围内(这指的是减小芯材料10％的厚度需要的压力的量)。如果基体材料是发泡的，这样的抗压扁强度可以，例如，通过名称为“硬质泡沫塑料的压缩性能”的ASTMD 1621-94来加以测量。

[0042] 硬质固体的抗压扁强度通常直接与其密度相关联，因此也和材料的保持钉子的能力相关联(硬质固体越密实，通常其保持钉子的能力越强)。本发明尤其适用于为货运托盘提供木板替代品。对于货运托盘的盖板，其不需要保持钉子，并且通常期望其具有最低的可行比重 (以减轻负荷)，低到约200psi的抗压扁强度(以及伴随的低密度)通常可以被应用，虽然至少约1100psi的抗压扁强度是优选的。对于货运托盘的纵梁，其通常必须保持钉子，通常情况下，抗压扁强度应当至少约为1800psi，其最优选至少约2200psi。 [0043] 对于很多应用情况，优选基体树脂和填料颗粒(如果有的话)的组成和数量满足-5以下条件：使结构材料具有小于约3.0×10 英寸/℉的线性热膨胀系数，更优选小于约-5
0.3×10 英寸/℉。

[0044] i.纤维素的和木质纤维的填料

[0045] 合适的木质纤维材料包括木材，如木粉、木片、和废木纤维，以及来自木本植物的纤维。合适的纤维素材料包括，例如，植物材料如竹子、棕榈纤维、甘蔗渣、稻草、稻壳、麦秆壳、大麻纤维、剑麻、玉米穗轴、和种子壳如胡桃壳。如果使用木质纤维或纤维素材料，优选是它纤维状的。

[0046] ii.玻璃质填料

[0047] 合适的玻璃质材料包括玻璃(包括火山玻璃)、粉煤灰、和陶瓷颗粒。可以使用玻璃质的球体，如，玻璃或陶瓷微球，其中占其重量大多数的微球具有约5-225微米的直径。为了减轻重量，这样的微球可以是空心的。具体实例包括Z-Light 陶瓷微球，其产自3M公司，其具有约0.7g/cc的堆密度和约2000-3500psi的抗压碎强度。这来自不同的方案。
一种被认为可能是尤其适用的方案是Z-Light W-1020微球，占其重量大多数的微球具有约
10-120微米范围内的直径和约3500psi的抗压碎强度。

[0048] 可使用的各种空心玻璃微球，是Scotchlite 玻璃泡，也是产自3M公司，如，Scotchlite 538，其具有约0.38g/cc的堆密度、约4000psi的抗压碎强度、和大多数处于约8-88微米的粒径(通过重 量、而不是通过微球数量测得)。

[0049] 在可以使用具有相对高的比重的填料的情况下，例如，在节省原料成本比控制复合材料重量更为优先时，相对廉价的实心玻璃微球就可使用。

[0050] 在使用时，玻璃微球可以构成最终的材料的芯体积的，例如，约2-90％。 [0051] 都属于火山玻璃形式的浮石和珍珠岩，通常优选作为玻璃质填料。优选的，珍珠岩膨胀形成轻重量的骨料。优选的，浮石或膨胀珍珠岩颗粒的平均尺寸是大约1/4英寸或更小(#8筛)。在使用时，浮石或膨胀珍珠岩可以构成最终的材料的芯体积的，例如，约10-80％，更优选占芯体积的约30-60％。

[0052] 玻璃或陶瓷增强纤维也可以使用。

[0053] iii.粘性填料

[0054] 作为合适的粘性材料可以提到，例如，普通水泥、石膏、高炉水泥、硅石水泥和高铝水泥。

[0055] iv.碳质填料

[0056] 作为合适的碳质材料可以提到，例如，碳黑和石墨，以及碳纤维。

[0057] v.塑料填料

[0058] 关于塑料材料，热固性和热塑性树脂都可以被应用。作为合适的塑料可以提到，例如，加聚物(如，烯键式不饱和单体的聚合物)、聚酯、聚氨酯、芳族聚酰胺树脂、缩醛树脂、苯酚甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、和脲甲醛树脂。均聚物和共聚物可以使用。合适的共聚物包括互聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物。

[0059] 作为合适的加聚物可提到的有：聚烯烃、聚苯乙烯、和乙烯基聚 合物。合适的聚烯烃包括，例如由具有2-10个碳原子的烯单体制得的那些，例如，乙烯、丙烯、丁烯、和二环戊二烯。聚(氯乙烯)和丙烯腈聚合物可以被应用。可以使用废塑料颗粒，如消费后的废塑料，比如用过的塑料袋和容器。实例包括由高密度聚乙烯制成的瓶子和聚乙烯食品袋。 [0060] 作为合适的聚酯可以提到的有：由一种或多种多羧酸与一种或多种多羟基化合物进行缩合反应所得到的聚合物，所述的多羟基化合物如烷撑二醇或聚醚醇。聚对苯二甲酸乙二醇酯是一个合适的聚酯树脂的实例。将用过的聚酯容器剁碎后，可作为这样的填料颗粒的来源。

[0061] 合适的塑料也包括合成纤维——如，来自废地毯的回收纤维，比如尼龙、聚烯烃、或聚酯地毯纤维。

[0062] 合适的聚氨酯包括，例如，聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯。

[0063] 在各种塑料填料中可以用于芯内的是可膨胀的聚合物珠。在这里我们对“珠”解释为任何几何形状的颗粒，如，球形的、圆柱形的、或块状的。可膨胀的聚合物珠是可膨胀聚合物的多孔状颗粒，经常被用于形成质量轻的模制体。被成型为大约的颗粒形式后，并且在颗粒中含有发泡剂，典型的通过加热到其软化点以上的、通常为约165℃-185℃范围的温度，珠被预发泡、或“预膨胀”，直到发泡到得出理想的堆密度的松散集料为止。保持其多孔结构的预发泡颗粒，随后可以置于模具中或其它的空腔中并用流通蒸汽加热，使它们结块并凝聚在一起，形成质量轻的多孔状固体，其尺寸规格与模具空腔的尺寸相对应。当充分膨胀时，珠的直径通常为未膨胀的或说“生的”珠直径的约2到4倍。

[0064] 根据硬质芯的制作方式，珠可以被加热到这样的高温：在该温度下珠被芯的树脂状基体包围的过程中会发生结块。如果这样，至少大体上的一部分基体的珠会丧失其多孔结构，在泡沫中形成不同尺寸的充气穴，其沿着形成多孔结构的聚合物排列。已经表现出：孤立的球 形珠产生相应的球形穴。这些坚固的、聚合的小球会降低芯的密度而不会显著的降低它的抗压扁强度。事实上表现出：它们甚至可以提高抗压扁性。

[0065] 使珠结块所必须的热源可以是，生成埋入微球的基体树脂的放热反应。所以，例如，基体树脂可以通过以下方式形成：混合必须的反应物以产生峰值温度约为185-285℉的温升。

[0066] 主要的可膨胀聚合物珠是可膨胀的聚苯乙烯(EPS)珠和可膨胀的聚烯烃(EPO)珠。

[0067] 制造可膨胀的聚苯乙烯珠的方法是公知的。例如就像在专利号为3,991,020、4,287,258、4,369,227、5,110,835、5,115,066、和5,985,943的美国专利中所公开的，所有的都被整体引入这里作为参考，EPS珠可以通过在有一种或多种发泡剂存在下、在水性悬浮液中聚合苯乙烯来制造，所述的发泡剂在聚合反应的开始、当中或最后加入。任选的，它们可以通过向精细再分的聚苯乙烯颗粒的水性悬浮液中加入发泡剂来制备。

[0068] 发泡剂，也叫“起泡剂”，是气体或液体，该液体不能溶解苯乙烯聚合物，且它在低于聚合物软化点温度沸腾。合适的发泡剂的实例包括低级烷烃和卤代低级烷烃，如，丙烷、丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、二氯二氟甲烷、和三氟氯甲烷。通常珠包含占聚合物重量约3-15％的发泡剂。优选的，发泡剂占大约3-7％。

[0069] “聚苯乙烯”在这里意为苯乙烯均聚物或共聚物，其包含50重量％或更多、优选80重量％的苯乙烯。合适的共聚单体是α-甲基苯乙烯、环-卤代苯乙烯、环-烷基化苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸或甲基丙烯酸与具有1到8个碳原子的醇形成的酯、N-乙烯基咔唑和马来酸或酸酐。较小数量的链支化剂也可以被包括在聚合物中。合适的这样的链支化剂是含有至少两种α，β-烯键式不饱和取代基，比如二乙烯基苯、丁二烯、和丁二醇二丙烯酸酯。支化剂的使用量通常占苯乙烯的约 0.005-0.05摩尔％。

[0070] EPS珠中的聚苯乙烯通常具有约130,000到约300,000的重均分子量。

[0071] EPS珠来自不同尺寸的未膨胀的颗粒。通常的，在重均基准上，珠的最长尺寸(如，它的直径)处于约0.1-6mm的范围，经常是约0.4到3mm。认为处在约0.4-1.6mm范围内的未膨胀的颗粒尺寸对于本发明的珠是优选的。

[0072] 未膨胀的聚合物珠随着它们的膨胀能力变化，即，当被加热到膨胀温度时它们可以变为多大。部分地，这是它们可以包含多少发泡剂的功能。聚合物珠的膨胀能力可以根据，在珠充分膨胀时，珠将形成的松散骨料的堆密度(“充分膨胀密度”)来报告。这里“充分膨胀”意为由美国专利号5115066的实施例2公开的“双程(two pass)”膨胀过程产生的膨胀。这需要应用Tri Manufacturing Model 502膨胀器(或相当仪器)，处在入口蒸汽温度为约210℉且入口蒸汽流速为约74磅/小时。初次通过速率为大约208磅/小时。喷出环境空气的流化床干燥器，用来冷却得到的预膨胀体(prepuff)。在环境温度和湿度下熟化3个小时后，预膨胀体再一次通过膨胀器，且除通过速率为大约217磅/小时以外，其它的操作条件与前面相同。

[0073] 认为具有达到充分膨胀密度的能力的EPS珠优选用于本发明，所述的充分膨胀密度为约0.5-4.5pcf，如，大约1-3pcf。一些可用于本发明的市售的EPS珠的实例是Huntsman Chemical生产的3371、5371、和7371型，和BASF Corporation生产的BFL 322、BFL 422、BF 322、BF 422、和P 240型。

[0074] 作为可膨胀的聚烯烃珠的实例可以提到的是：可膨胀聚乙烯(EPE)、可膨胀聚丙烯(EPP)、可膨胀聚丁烯(EPB)、和乙烯、丙烯、丁烯、1，3-丁二烯和其它烯烃单体的共聚物，尤其是具有5-18个碳原子的α-烯烃单体、和/或环烯烃单体如环己烯、环戊烯、环己二烯、 和降冰片烯。丙烯/乙烯共聚物和丙烯/丁烯共聚物是优选的。

[0075] 制造可膨胀聚烯烃珠的方法在，例如，美国专利号6,020,388、5,496,864、5,468,781、5,459,169、5,071,883、4,769,393、和4,675,939中公开，在通过引用此全部引入。

[0076] 可膨胀聚合物珠可以包含其它的添加剂以赋予珠或膨胀产物以特殊的性质。这包括，例如，阻燃剂、防火剂、成核剂、可分解的有机染料、润滑剂、填料、和抗凝聚添加剂。如同在美国专利号6271272中所公开的，在此通过引用引入，珠也可以包括添加剂，例如，一定的石油蜡，它可以当珠被加热到膨胀温度时加速膨胀。根据预期效果，添加剂可以均匀的分散在珠中或作为表面涂层存在。

[0077] 如果可膨胀的聚合物珠用作制造本发明的芯材料的填料固体，它们可以与基体树脂预混合物混合，所述的基体树脂预混合物可以是未膨胀的、部分膨胀的、或充分膨胀的状态。优选的，虽然，在基体树脂固化的时候，聚合物珠应当已经受至少部分的膨胀，以及结块，以生成被容留在基体中的聚合小球。这在由本发明的发明者之一ArthurJ.Roth提出的美国专利号6,727,290中得到更详细的描述。这篇专利在此通过引用引入。

[0078] vi.橡胶填料

[0079] 天然或合成橡胶也可以用作填料固体，例如，由苯乙烯-丁二烯树脂、聚丁二烯或聚异戊二烯制得的橡胶。优选的橡胶来源是用过的和废旧的轮胎，所述的用过的和废旧的轮胎可以是充气轮胎或非充气轮胎。

[0080] 旧轮胎是优选的，这是因为它们通常具有较小的挥发性和较小的弹性。虽然轿车轮胎和市售轮胎的碎橡胶也都可以用在本发明中，但是载重汽车轮胎比轿车轮胎更为优选，因为它们具有更大的刚度。优选的，任何来自金属带轮胎中的金属总计不超过橡胶的约3重量％， 最优选1％或更少，尤其如果复合结构材料是用于形成货运托盘。理由有很多。
金属含量越多，托盘重量就越大，这会增加运输成本。同时，金属的存在会在用于制造复合结构材料的设备上造成额外的磨损和撕裂，所述的设备如：螺旋输送机、挤出机、和注射头。
同时，如果允许其存留在用作填料固体的轮胎碎片中，那么当复合材料处在压力下的时候，金属线、碎片、或碎屑就会从薄层状的覆盖层中突出来，并且会对托盘上的负荷造成损害或对材料装卸人员造成安全危害。

[0081] 碾碎的用过的轮胎橡胶可以购得并且具有不同的粒度。假定优选用于本发明的橡胶具有最长尺寸为约1/4英寸或更小，优选轮胎帘线(指的是“微毛”)未除去。黑的或白的轮胎碎屑都可以使用。

[0082] 在使用时，成粒的轮胎橡胶可以构成，例如，成品材料芯体积的约10-90％。 [0083] 废胎橡胶是以体积为基准价格相对低廉的填料。但是如果在复合结构材料的比重处于或低于一个确定值变得很重要的情况下，它有点重，可使用的轮胎橡胶的数量可以相应的加以限制。因而，例如，如果复合结构材料是用作合成板用以生产货运托盘，比重(即，成品托盘的重量)会是一个关键。如果这样，橡胶的含量也许应当不超过芯体积的约60％。 [0084] 另一方面，如果结构材料是应用于不太需要注意比重的场合，比如，作为围栏、静止的支撑板、或公路护栏公告板或支撑物，这样的复合材料可以具有更高的比重。这通常允许橡胶的含量上升到占芯的量的80-90％。

[0085] 2.层状的覆盖层

[0086] 层状的覆盖层6包括连接到至少一层尺寸稳定的底基材料14上的至少一层增强层12，所述的增强层12例如大体平行的增强绳的带和/或纤维垫。因为层状的覆盖层是尺寸稳定的，因此它的作用更像是 本发明复合结构材料的外壳。

[0087] 层状的覆盖层6可以完全将芯4包围，如图1所示，或可以提供比芯的所有边小的覆盖层。在图2所示的片状的复合材料中，例如，层状的覆盖层6是只提供在芯4的对边上。

[0088] 层状的覆盖层6本身也可折叠，如图3所示。在这种实施方式中，层状的覆盖层的功能更像是一个工字梁，从而允许在芯4中使用不太致密的材料。

[0089] 任选的，如图14所示，纵向的凹槽(由壁15、16和17限定)可以形成在复合材料上。

[0090] 当复合材料将被用作地板板材时，图3和14的结构被认为是尤其适用的。在每个实施方式中，当复合材料沿其长度上具有均匀的、非正方形的、矩形横截面，结构材料的一个宽边具有底基材料的纵向凹槽，这样以致于，在所述的肋中，具有相对的锯齿状底基材料的壁部分。因为底基材料是硬的，这加强了结构材料。优选锯凹槽肋深入结构材料一段距离，该距离至少为结构材料厚度的三分之一，最优选至少是厚度的二分之一。锯齿状底基材料的相对壁部分可以是彼此平行的，如图3所示，或者可以是向着结构材料内部的方向彼此成角度的，如图14所示。如果所述部分是彼此平行的，优选它们结合在一起。 [0091] 层状的覆盖层可以由位于单一的增强层外部的单独一层底基材料构成，如图1-3中所示。作为选择地，可使用其一或两者的多层。优选的，覆盖层包括至少一个连接到增强层外部的底基层的增强层结合。尤其优选该结合包括以下，其中Pi代表最里面的纸层(紧挨着芯)，Pm代表里层的纸层，Po代表最外层的纸层(距离芯最远)，且RL代表增强层： [0092] Pi-RL-Po

[0093] RL-Pm-RL-Po

[0094] Pi-RL-RL-Po

[0095] Pi-RL-Pm-RL-Po

[0096] Pi-RL-RL-Pm-Po

[0097] Pi-RL-Pm-RL-Pm-Po

[0098] 复合材料的性能会根据其外观比而改变，外观比即在特定的横截面方向，复合材料的层状覆盖层(或带)的厚度Tf与复合材料整个厚度T的比值。因而，例如，被1/8英寸厚的带包围的1×4英寸的板状复合材料具有0.25的厚度外观(thickness aspect)(Tf＝2×1/8英寸＝1/4英寸；T＝1英寸)且具有0.062的宽度外观(width aspect)(Tf＝2×1/8英寸＝1/4英寸；T＝4英寸)。通常优选的是，在至少一个横截面方向，复合材料具有至少0.1的外观比。

[0099] 不同厚度的带可以用在复合材料的不同的边，甚至是在对边上。因而，例如，在复合材料是经受最小的横向载荷但是广泛的纵向载荷的板的情况下，人们通过在边上使用比在顶部和底部更薄的带，可以节省费用。在板将会承受剧烈震动的情况下，在顶部使用比底部更厚的壁是预期的。

[0100] 如果所有增强和底基层的最外层是底基层，那么通常可以达到更大的表面光洁度。在结构材料必须保持卫生的情况下这是有利的。例如，如果结构材料将要用作货运托盘的板(如，作为或是纵梁或是盖板)，当托盘是于食品制造或加工领域，那么它必须是经过灭菌的。这可能需要蒸汽处理和/或用含有杀菌剂的消毒剂清洗，所述的杀菌剂如含氯试剂。本发明的复合结构材料，尤其是当在其外表面具有树脂加固的底基材料时，清洁起来要比真正的木材板更为容易，这是由于其具有较少的供微生物用的、且可能漏热或与消毒剂接触的裂纹、缝隙，和孔隙。

[0101] a.底基材料

[0102] 层状的覆盖层中的底基材料优选是硬化的纸或硬化的布。

[0103] 合适的用作底基材料的布的实例包括由天然或合成纤维制成的织物或无纺布，所述的纤维可以是金属的或非金属的。因而，例如，织物如金属线编制物和玻璃纤维布都可以使用。不同纤维的混合物也可以使用。

[0104] 因为比布廉价，纸通常是优选的。当使用纸时，优选其厚度在约10-30密耳范围内。所述的纸可以是不同纤维的织物，所述的纤维如，选自纤维素、玻璃、碳、金属、和合成树脂中的一种或多种。合适的合成树脂纤维的实例包括聚酰胺纤维和聚酯纤维。最优选纤维在纸中是定向的，如，纤维在纸中按加工方向或经向，有时也叫作“滚轧方向”定向排列。 [0105] 由于经济原因，认为至少主要是由例如来自木浆的纤维素纤维制成的纸是优选使用的。优选的纤维素纸是牛皮纸挂面纸板纸，例如具有每msf(千平方英尺)至少约20lbs，更优选约40到100lbs的纸张定量(或“等级码”)。

[0106] 通常，优选纸含有至少约20重量％，最优选至少约30重量％的再生材料。一种合适的纸是100％的具有约69lbs的纸张定量的再生的标准挂面纸板纸。这样的纸已经由例如Gaylord ContainerCorporation制造出来。其它合适的纸是25％的具有约90lbs的纸张定量的再生的牛皮纸挂面纸板。这样的纸可以由例如华盛顿州朗维由市的朗维由纤维公司的5204号得到(Longview Fibre Company，ofLongview，Washington，under Specification No.5204)。还有其它合适的纸是33％的具有约42lbs的纸张定量的再生的牛皮纸挂面纸板。当然，也可以使用未用过的纸，但是其倾向于比再生纸具有更低的表面活性，由于这个原因，它是优选的。

[0107] 当泡沫聚氨酯被用作芯的基体树脂时，通常优选相邻的硬化纸或布具有约5重量％或更小的含水量。如果在纸或布中具有较高的含水量，聚氨酯-前体化学品会倾向于与水反应，并在芯和底基材料的界 面比芯内部生成更多的泡沫。这会导致形成一层与底基材料邻接的、相对低密度的泡沫。当这种情况发生时，芯与底基材料之间的连接就变得容易损坏。

[0108] 某些纸具有相对较高的吸水性，并且如果放置在潮湿空气中，就会充分的吸收空气中的水分而导致含水量达到5％以上。为了调节这种情况，在本发明的过程当中，可以在将底基材料放置聚氨酯树脂前体混合物上之前，先使其通过除湿区。可以使用任何种类的除湿区，包括干燥炉，如对流加热炉。如果使用对流加热炉，它应当处于约250℉到500℉的温度。优选对底基材料的除湿在对材料应用粘接/固定树脂之前进行。优选底基材料在含水量约为4％或更少时如在约1-4重量％的范围内离开除湿区。

[0109] 为了避免粘合剂通过外底基的迁移至层合材料的外表面上，或使其最小化，外表面可以用无孔的、合成树脂(如聚丙烯)涂覆或预浸渍，以减少或消除树脂状粘合剂在生产设备表面的堆积。树脂可以应用液态的或者可以是预成型的、自支撑的膜。当使用这样的膜时，优选膜厚度在约1-5密耳范围内，最优选约2-3密耳。树脂可以是带颜色的，以使成品复合材料美观或容易识别，从而消除出售复合材料或由其生产的物品所需要进行的后期制作着色的工作量，或使其最小化。如果，相反的，人们不使用树脂涂层，而试图通过在生产复合材料时，用一个带颜色的底基材料作为最外层而使复合材料着色，然后该硬化树脂，尤其是如果它是环氧树脂，会对颜色产生不良影响。如果树脂是作为预成型膜应用，则该膜可以用任何期望的图案或文字进行预印花，以对成品复合材料进行装饰或区分。

[0110] 就像已经提出的，以及这里随后更详细的介绍的，优选树脂被用来将增强层连接到底基材料上并且浸渍和加固底基材料。在这样一种实施方式中，如果底基材料(如纸)的最外层包括一层用来防止树脂从底基材料中渗出的阻挡层时，它是有用的。阻挡层可以由例如树脂 如聚乙烯醇组成，其可以有效地阻挡环氧和聚酯树脂通过底基材料厚度的迁移。通过利用这个特征，如果底基材料的最外层具有可渗透树脂的芯-面对层，和一层在所述具有可渗透树脂的芯-面对层外边的阻止树脂迁移的层，那么在加固底基材料的时候，树脂将不会从复合材料的外表面渗出。

[0111] 如果希望，在复合材料从模具中移出的时候，层状的纸外层可以用外表面处理进行涂覆(或，喷涂)，以赋予复合材料的外表面以期望的物理和/或化学性质。这样的多层纸的实例是来自朗维由纤维公司的型号6228。

[0112] 另一种选择是在含有阻挡层的纸的外层中集中添加防火剂，所述的外层是防火剂最为有效的地方。如果纸包括两层外部多孔层(一边一层)和一层夹在两多孔层之间的阻挡层，这是最好的完成方式。

[0113] 然而在一些实例中，允许树脂完全的渗透底基材料的最外层是优选的，这样做可以消除对外部表面处理或装饰的需求。例如，如果最外面的纸层具有相对低的纸张定量，如小于约50lbs，那么用于将增强层连接到纸上的树脂通常将能够完全地浸透最外面的纸层。如果纸是有色的和/或用水基的装饰图案或标识预先印刷的，那么，显然的，就不再需要对成品材料进行装饰。

[0114] b.增强层

[0115] 如上文所述，增强层可以包括，例如，基本平行的增强纱线的带和/或纤维毯片。 [0116] 当使用楞条织物(cording)且复合材料是细长的时，通常在纵向排列楞条织物是优选的。任选的，楞条织物可以与复合材料的纵向垂直或斜对的延伸。例如，如果细长的复合材料具有圆形的横截面，楞条织物可以螺旋的环绕着芯卷起，优选用均匀的楞条织物层包围芯。当螺旋卷绕的复合材料用作，例如，支撑公路护栏的柱子，合适的覆 盖层可以由两层纸和一聚酯楞条织物层构成，所述的聚酯楞条织物层是网格布(scrim)的形式并夹在两纸层之间。对于片状的材料，该片状材料可能被从任意几个不同方向施加压力，那么包括一层或多层增强层也许是有利的，所述的增强层具有自由定向纤维或沿多个方向延伸的平行纱线。

[0117] 优选的，用于层状的覆盖层的楞条织物中的每根纱线具有约5-18lbs范围内，最优选约16lbs的抗拉强度。楞条织物优选具有约0.67-1.10gf/TEX最优选是约0.85gf/TEX的断裂强度。

[0118] 楞条织物(cording)可以由连续的丝线(filament)或短纤维制成。单丝的楞条织物可以使用，但是由多根连续丝制成的楞条织物(所谓的“复丝”楞条织物)是优选的。优选复丝楞条织物是由约40-70根丝组成的。如果使用复丝楞条织物，丝可以是有捻的或无捻的。如果是有捻的，优选绳子在每英寸具有不超过3.25捻(twist)。

[0119] 对于断裂伸长率，优选楞条织物的断裂伸长率在约10-50％的范围内，如，大约20％或25％到约45％或50％。对于单丝楞条织物最优选其断裂伸长率是大约30％到40％，如大约35％。对于复丝楞条织物最优选其断裂伸长率是大约15％到20％，如约17％。 [0120] 楞条织物可以整体或部分由天然或合成纤维或丝制成，所述的纤维或丝包括合成树脂、玻璃、碳、或金属的纤维/丝。合成树脂纤维/丝是优选的，如，聚酯、聚酰胺(如尼龙和聚对苯二甲酰对苯二胺)、或聚烯烃的纤维或丝。玻璃纤维/丝通常在复合结构材料中提供更强有力的刚度。对于某些应用，例如，围栏板，具有较好的弯曲性能是优选的；在这种情况下，聚酯纤维/丝通常比玻璃纤维更好。

[0121] 如果楞条织物由可收缩的纤维/丝制成，优选在用在构成本发明的复合结构材料之前，先对其进行热稳定。

[0122] 当由单丝制成时，楞条织物优选具有大约8-15密耳(即，约0.008-0.015英寸)，最优选约10-12密耳的直径。当由复丝制成时， 楞条织物优选具有约600-1000旦尼尔，最优选约900的纤度。

[0123] 对于带中的平行纱线的密度，即，带宽度上每英寸的纱线数——优选的程度与楞条织物的直径或纤度逆相关；楞条织物越厚，优选的密度越低。通常，密度优选在带宽上每英寸(“横向英寸”)有至少约5根纱线，并且通常每横向英寸不超过35根纱线。更优选的，每横向英寸有约8到14根纱线。

[0124] 平行的增强纱线可以是彼此不相连的，或它们可以是，如，通过分绞线(cross-cording)或平常的基体如毯片而横向连接的。横向连接的纱线在层状的覆盖层形成期间，可以更容易的约束在其位置上。

[0125] 一种提供连接形式的纱线的方法是，使用一布条，其中的纵向纱线构成经线，即，在布的加工方向的“纱线”、“纤维”、或“丝线”。布可以是，例如，编织布或交叉铺置的网格布。后一种是无纺网布，它是由以下过程形成的：在经线方向铺置平行的连续纱线或丝线行，然后在该层之上、与之前方向成90度的方向铺置平行交叉纱线或丝线，并且在纱线的相交处将两层连接在一起，如，或者通过热连接或利用胶粘剂。当使用交叉铺置的网格布时，经纱边可以从外边面或从内部对着复合材料。优选的，虽然，其从外部对着并且邻接底基材料层。

[0126] 通常优选使用的任何布都具有处在约90-200磅/横向英寸(pli)范围内，最优选约155-185pli的经向抗拉强度。其意思是，沿经向扯开1英寸宽的布带所必须的纵向应力的数量。

[0127] 如果布包括任意可收缩的纤维/丝，优选布在形成本发明的复合材料之前，先对其进行热稳定。

[0128] 当使用分绞线时，在加工方向上较高的弹性模量是期望的，优选分绞线(即，布的纬线，有时也叫或“纬纱”)具有比经线更小的直径和/或更小的密度(在每英寸布上具有较少的纱线)。因此，例如，经线的直径或纤度可以是纬线的大约1.8-2.5倍，且经向纱线的密度 (即布的每横向英寸上的纱线数)可以是纬线密度(即布的每纵向英寸上的纱线数)的约1.5-3倍。

[0129] 当使用由在经向的10-12密耳单丝制得的编制布时，优选经线密度至少是布的每横向英寸为约20根纱线，如，在布的每横向英寸上约20-35根纱线的范围内。这样的布中的纬线优选具有处于约4-8密耳范围内的密度，最优选约6-8密耳。这样的布中的纬线密度，例如，布的每纵向英寸上有大约10-18根纱线。

[0130] 在编织布中，可以十分有效的提供增强纱线的，是那些由约8-12密耳聚酯单丝作为经线且约6-8密耳聚酯单丝作为纬线的编制布。有利的，这样的聚酯布在经向具有约20-30根纱线且在纬向具有约10-15根纱线。Minneapolis，Minnesota的Industrial FabricsCorporation制造的原型织物XF368080号，是满足这些技术条件的聚酯编织布。其经纱具有约10密耳的直径，每根纱线具有约5.2lbs的抗拉强度，且具有约46％的断裂伸长率。经纱的密度为大约每横向英寸27-29根纱线。纬纱具有约8密耳的直径。预计每一英寸宽的布带在经向的抗拉强度为大约95-105lbs且断裂伸长约46％。

[0131] 刚描述过的相同聚酯纺织布同样适合，但是其具有每横向英寸24根纱线的经线密度。其同样可由Industrial Fabrics Corporation得到。该织物具有约91pli的经向抗拉强度和约46％的断裂伸长率。

[0132] 合适的交叉铺置的网格布的一个实例，是Minneapolis，Minnesota的Conwed Plastics，Inc.生产的连接TM网格布(Connect TM scrim)。在一种实施方式中，其具有由无捻聚酯复丝纱线(每根纱线60根丝)构成的经线，所述的复丝纱线具有约1000的纤度。经纱具有每横向英寸12根纱线的纱线密度，经纱具有纱线每股约17.5lbs的抗拉强度。1英寸宽经线方向的网格布带具有约185lbs的抗拉强度，24％的断裂伸长率，以及约0.92gf/TEX的断裂强度。

[0133] 合适的增强层的另一实施例是产自Fresno，California的Scrimco，Inc.产品，其名称为1812P2/0.9GA。该产品包括一层无纺玻璃纤维毡，该毡上附有玻璃粗纱(每磅1800根纱)和聚酯纱(1000丹尼尔)。该具有自由取向玻璃纤维的毡片，每100平方英尺重0.9lbs。玻璃粗纱和聚酯纱沿经向延伸，并且利用聚乙烯醇只与毡的一侧粘接。在每横向英寸上，具有约12根玻璃粗纱和约2股聚酯纱。该产品，包括毡和纱线，每千平方英尺重约42.7磅，且抗拉强度至少为约300pli。

[0134] 可选择地，在1812P2/0.96A产品中所用的同样的玻璃粗纱和/或聚酯纱，可以在没有玻璃纤维毡的情况下使用。为了在生产过程中使纱线保持在原位，它们可以直接被粘结在基体材料的一侧或双侧。

[0135] 在无任何纱线的情况下使用1812P2/0.9GA玻璃纤维毡还有其它的目的。这样的实施方式不会提供与包括玻璃粗纱和聚酯纱的板一样大的抗拉强度，但是可以证实在某些低负载应用中是有用的。

[0136] 优选层状的覆盖层将包括平行纱线的带子(详细的说，可以是布条、粘结在毡或类似物上的纱线、或单独纱线)，所述的带子覆盖在结构材料的至少一侧之上。例如，材料的横截面周缘的至少约25％被一条或更多的平行纱线带所覆盖。如果材料的横截面是矩形，最优选至少两相对侧被纱线带所覆盖。最优选的，结构材料的所有侧都被纱线带所覆盖。如果横截面是伸长的矩形且材料将用作货运托盘的盖板，如代以1×4英寸或1×6英寸的木材，优选板的至少两侧被纱线带所覆盖。

[0137] 然而对于其它的应用，如果只有两侧被纱线带所覆盖，其可以优选是较窄侧。因此，例如，在货运盖板中，纵梁通常是2×4S或3×4S的木质料且竖直放置。如果本发明的结构材料用于代替这样的木质板，那么优选至少两狭窄侧被纱线带所覆盖。

[0138] 最优选对于货运托盘，虽然，是盖板和纵梁的所有的四个面都用 平行纱线带增强。这样，不但托盘可以承受很大的载荷，它也可以抵抗，如，由叉车的叉齿撞击而引起的沿板垂直面的损坏。

[0139] 当板状复合材料的所有面都被纱线带覆盖，四条带不需要总是构造为相同的。因此，例如，一对相对的表面可以比其他两面需要更低的抗拉强度。

[0140] 如果楞条织物通过网格布提供或被粘结在毡上，且希望使用不同纱线带(例如，具有不同的抗拉强度)或在结构材料不同面上使用更多或更少的纱线，人们可以使用多区(multi-zone)网格布或毡，它们是足够宽的以卷绕板芯。如果其是四区网格布或毡，每个区应当是(并且应当记为)板四个面之一的宽度。不同的经线和/或不同的纱线密度可以被用在四个不同的区，而纬向(如果有的话)的纱线和纱线密度保持均匀。

[0141] 与尺寸相关的，本发明非常适合用于构成厚度约为1/2英寸-8英寸且宽度约为2-60英寸的板状复合材料或片状复合材料，和直径在2-18英寸范围内的柱状复合材料，但是它显然并不局限于这样的材料。如果希望的话，这样的复合材料的长度可以在几英寸向上到50英尺之间改变。

[0142] 任选的，在层状覆盖层中的增强纱线可以在预张紧状态与底基材料相连。但是，只要在加工过程中存在充分的张力以保持增强层的紧绷，就不需要进行预张紧。张力，如果有的话，其大小可以根据有多少根纱线被拉伸而得出。因而，每根纱线都具有断裂伸长值，在这里，该断裂伸长值是由纱线在断裂前因拉伸而增加长度的多少而得出的。拉伸的越多，纱线上的张力就越大。在本发明中，预计在通常情况下，优选纱线不会被拉伸(即伸长)到超过其拉伸能力约85％的范围。因而，如果它的断裂伸长率是30％，那么，优选纱线不要被张力拉长到大于其初始长度的125.5％。

[0143] 如果纱线被预张紧，优选每根纱线被拉伸到其拉伸能力的至少约 10％，最优选至少是其拉伸能力的约20％、30％、或40％。通常最优选的范围是其拉伸能力的约50％或60％至约80％。通常，优选当布用作平行纱线的来源时，其在经向被至少约10pli，最优选至少约50pli，例如，至少约75或100pli的力预张紧。

[0144] c.粘合和加固树脂

[0145] 增强层优选通过树脂与底基材料相连，所述树脂最优选是选自：环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、腈类树脂、丁基树脂、烯丙基树脂、尿素-三聚氰胺树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、硅酮树脂和氰基丙烯酸树脂。热固性树脂，如，热固性乙烯基酯树脂或热固性环氧树脂，是最优选的。如果芯包含基体树脂，那么粘接树脂优选是与基体树脂相容的，即，可以粘接在其上。在这点上，某些聚氨酯树脂和环氧树脂是公知的相容的，还有某些酚醛树脂和乙烯基酯树脂。

[0146] 为了使层状的覆盖层尺寸稳定，优选底基材料用定形树脂浸渍，最优选是固化的热固性树脂。同样，使用与任意的粘接树脂和基体树脂的相容性是所期望的。优选用于连接增强层和底基材料的相同的粘接树脂同样用于浸渍和加固底基材料。

[0147] 可选择地，两种或更多不同但相容的树脂可以被用于将层状的覆盖层的不同层之间的、与芯的、和/或与层状覆盖层外部表面层的浸渍和连接。例如，底基材料的最里层可以用树脂浸渍，该树脂可以与芯材料尤其良好地粘接，而底基材料的最外层可以被树脂浸渍，而该树脂可以与金属箔表面层良好的粘接，例如或者给成品复合材料赋予需要的表面特性(如，抗紫外性、阻燃性、特性摩擦系数)。这样的性质可以是树脂自身固有的或者通过加入公知的添加剂，例如，硬化剂、增韧剂、染料或颜料、和类似物而赋予树脂的。 [0148] 优选的，底基材料每层的树脂渗透性范围是100％，虽然完全的渗透并不是绝对必须的。通常，层状覆盖层的最里层将会被层状覆盖 层中的树脂和芯中所用的树脂共同渗透。

[0149] 任选的，粘接/加固树脂可以包括一种或多种颗粒状固体填料材料。尤其适用的是中空的微球体，如，由玻璃、陶瓷材料、聚合物材料、或矿物材料制得的中空的微球体，实际上形成一种“气泡粘合剂”。当层状覆盖层的各层在粘接树脂混合物仍然湿润时被压在一起，填料颗粒倾向于集中在平行纱线之间的空间中。而这稍稍降低了最后外壳的耐久性，而这种损失通过节省了所需的树脂量而得到了补偿。通过使用中空球作为填料，产品的重量被最小化。当填料被用在粘接树脂中时，优选至少50体积％的填料具有125微米或更小的粒径。最优选是比重小于约0.5g/cc的微球。通常，在平行纱线层中相邻纱线间的区域越大，可用在粘接树脂混合物中的填料的浓度越大。通常填料占粘接树脂和填料的混合物体积的至少约10％或25％。

[0150] 环氧树脂是尤其优选的加固树脂和粘接树脂。需要升温固化的单组分环氧树脂体系和可以室温固化的双组分环氧树脂体系都可以使用。双组分体系具有独立的树脂和硬化剂组分。

[0151] 至于粘度，体系可以足够稀薄以至于是可以喷射的，或是十分粘稠以至于它们必须与浴辊(bath roller)或“针”辊共同使用。一种可喷射型的实例是来自Copps Industries，Inc.的R 88-14B/H 88-14E，当以一份硬化剂4.2份树脂的重量比率混合时，它是粘度(混合后立即测量的)为约1480cP的双组分体系。它在77℉下通过ASTM D 2471测得的胶凝时间约为24分钟。一个也可使用的体系实例是同样来自Copps的R 88-14A/H-14D，但是该体系过于粘稠以至于无法有效的喷射，当以一份硬化剂配以3.1份树脂的重量比率混合时，它是粘度约为3000cP的双组分体系，且在77℉下的胶凝时间约为42分钟。 [0152] R 88-14B/H 88-14E体系被设计成用来粘接层状结构并且与在其它材料中的纤维素纸、玻璃纤维网、聚氨酯泡沫、和再生橡胶可以很好的粘接。R 88-14A/H 88-14D也设计为用来粘接很宽范围的相同或 不同材料。

[0153] 其他合适的热固性环氧树脂体系是同样来自Copps的A-900/B-900。当以一份硬化剂配以约4.4份树脂的重量比率混合、或者以一份硬化剂配以约4.2份树脂的体积比率混合时，该双组分体系通过ASTM D 2196测得的粘度(混合后立即测量)小于约5000cP，如，大约2900-3300Cp。100g混合环氧树脂通过ASTM D 2471测得的在77℉下的胶凝时间是至少约1分钟，例如，大约6-10分钟。当允许在77℉下整夜固化、并增加150℉下4小时和212℉下2小时的固化，通过ASTM D 638测得，环氧树脂具有至少约3000psi，例如大约4500-5500psi的抗拉强度，并具有至少约100,000psi，例如大约200,000-350,000psi的拉伸模量；通过ASTM D 695测得，具有至少约5000psi，如，大约8000-9000psi的抗压强度；以及通过ASTM D790测得，具有至少约7000psi，如，大约8500-11000psi的弯曲强度。 [0154] 3.外部表面处理

[0155] 层状覆盖层的外表面可以任选地施以适合复合材料应用的外部表面处理。 [0156] 例如，用作公路护栏支柱的复合材料，其上的最外层涂层可以包含一种化学制品，该化学制品可以驱除攀缘植物，比如常春藤。

[0157] 其它包含在层状覆盖层中的可任选的化学添加剂是防火剂或阻燃剂。类似的，反射颗粒可以加入最外面的涂层中，例如，用在公路安全标志内的反射颗粒。为了装饰或识别的目的，也可以包括颜料和/或染料。同时，也可以包括防腐蚀化学制剂，例如，当预计复合材料可能会接触化学制品，该化学制品可以与层状覆盖层反应并使之降解时，就应当使用所述的防腐蚀制剂。从而，例如，在运输装有腐蚀性化学制品的圆筒时，用于构成货运托盘的板状复合材料可以在其最 外面的涂层内含有一种成分，如果发生泄漏的话，该成分可以使复合材料具有抵抗所述化学制品腐蚀的性能。

[0158] 为了某些目的，使复合材料的一侧或更多侧的外表面具有限定范围内的摩擦系数，这可能是非常重要的。所以，例如，货运托盘的盖板顶面应当具有足够高的摩擦系数以确保在运输期间的负载转移不会成为问题，但是摩擦系数也不能太高而使装货或卸货时的滑行成为困难。为了得到期望的摩擦系数，层状覆盖层的外涂层可以具有从表面突出的用于增加摩擦的凸起物。这样的凸起物可以通过使用与小卡车车斗防滑相同技术来提供，例如，通过在涂层中混入沙砾材料如沙子，通过已非光滑形式形成聚合物涂层，或者通过使用树脂液滴在表面留下的冲击点刻表面。

[0159] 为了装饰或其它目的，层状覆盖层的最外层可以任选的是薄木片，如，具有至少约4密耳的厚度。如果厚度是大约20密耳或更大，这样的饰片的功能通常是作为结构薄膜——即，它可以增加复合材料的强度。一些非限定性的、可以涂覆复合材料的其它材料的实例包括金属箔、乙烯基树脂、PVC、高密度聚乙烯、和市售的热熔挤出物，例如Trex 装饰材料。

[0160] 4.不同的嵌入体

[0161] 层状覆盖层可以任选地含有不同于芯和覆盖层材料的嵌入体，并且其物理性质可以由距离计算，例如，电感性质、反射率、厚度、密度、或二维形状，这些都可以作为复合材料或包括该复合材料的制品的识别要素。所述材料可以由，例如，金属、硫酸盐、氯化物、或石墨构成。合适的金属的实例包括铝、铜、金、镍、镉、锌、青铜、铬、钴、钾、铬合金、铅、锡、和银。例如，可以使用被设置在基体上的金属层。

[0162] 嵌入体可以是与增强层和/或底基材料共端点的(coterminus)， 或者它也可以是一个较小的零件。嵌入体的物理性质可以通过以下方式检测，例如，利用外部电磁辐射源，如X光或无线电波的衍射或折射技术。嵌入物甚至可以包括电路，例如无线电频率识别装置(RFID)，它可以在接触电磁场时发出信号。

[0163] 通过利用这样的嵌入体特性，可以为复合材料(或由其制成的物品，例如货运托盘)提供标记装置，例如，用来指示：形成复合材料或其制品的一种或多种成分的性质、或生产的地点和/或时间、或其属于谁。

[0164] B.制造复合结构材料的方法

[0165] 1.制造包含一层层状覆盖层的板状复合材料

[0166] 图4示意性地图示了制造包含一层层状覆盖层的板状复合材料的优选方法。可选地，复合材料板也可以制备具有多层层状覆盖层，例如国际公开号WO 03/089238中所公开的，在此通过引用引入。

[0167] 在图4中，连续的多孔底基材料带100，例如牛皮纸，离开给进辊102并送入接合器和压花辊(festoon roller)组件104，组件104可以在初始辊102上的带用光时，使底基材料的备用辊106的前缘与初始辊102的后缘接合在一起，而不用中断流水作业。

[0168] 任选的，提供一个密封剂涂覆区108，给底基材料100的下侧应用一密封剂的薄涂层，优选的厚度为约0.0005英寸，该涂层将作为层状覆盖层的外表面。如果使用密封剂的话，其目的是防止后应用的树脂渗透底基材料的外表面。可以在密封剂涂覆区108的下游提供干燥器110，用以干燥密封剂。在某些实施方式中，优选后应用的树脂充分渗透底基材料的最外层，在这种情况下，密封剂涂覆区和干燥器可以省略掉。

[0169] 底基材料100的带随后通过底基压摺机112，在这里它被沿折线(未示出)折叠，从而形成成品板的四条纵向边。

[0170] 同时，增强层连续带114离开给进辊116并经过导辊到达临近底基材料100的位置。增强层可以是，例如，上文提到的产品Scrimco1812P2/0.9GA。可以提供增强层的备用辊118和接合器以及压花辊组件120，用以在初始给进辊116上的带用光的时候，维持增强层的连续供应。

[0171] 底基材料和增强层的带可以是足够宽的，以完全容纳芯，优选带有一些重叠。例如，如果制造一个2英寸宽×3.5英寸高的四边板，扁平层优选是11.5英寸宽，且包括0.5英寸的重叠接头。

[0172] 褶皱的底基材料100和增强层114(共同指扁平层124)随后通过浸湿区122，该区使计量量的热固性树脂前体混合物(如，环氧树脂)附着在扁平层上。优选的，将树脂前体混合物预热到约120℉。一种刀片-平板的组合(未显示)可以被采用，以使树脂前体混合物均匀平坦的涂敷在扁平层的表面上。可作为选择地，根据树脂前体混合物的粘度，浸湿可以通过以下方式来完成：在扁平层(layflat)上喷洒混合物、将混合物图案凹版印刷在扁平层上、或使扁平层穿过混合物浸槽。虽然图4示出了用以涂覆底基材料100和增强层114的、相同的浸湿区122，层状覆盖层的每一层都可以单独地涂覆，也许还可以用不同的树脂前体混合物单独地涂覆。

[0173] 在所有这些工序进行过程中，应用了一个大体上相似的过程(在图4中通过相应的200-系列附图标记来指明)来形成第二树脂涂覆的扁平层224。组成第二扁平层224的材料可以、但不必须是，与用来形成第一扁平层124相同的材料。

[0174] 离开相应的浸湿区122和222后，扁平层124和224向下经过砑光辊400，形成一个不固定的层结构402。底基的层和增强层是充分多孔的，以至于树脂前体混合物可被砑光辊400推入每一层中。优选的，在砑光辊400之间的间隙大小被设定为底基各自层厚度与增强层厚度的总和。任选的，砑光辊400之间的间隙大小可以被设定为向层 状结构提供高达18,000psi压力。如果提供大于1000psi的压力，例如，在约10,000到18,000psi范围内，优选将前述微球并入树脂前体混合物。

[0175] 如同所描述的，形成依次包括：底基材料、增强层、增强层、和底基材料的四层结构的层状覆盖层。任选地，如果希望具有底基材料中间层，可以将第三带300送入处于第一扁平层124和第二扁平层224之间的砑光辊400。(与底基材料300的第三带相关的零件，在图4中通过相应的300-级附图标记来指明。)具有两层或三层或多于五层结构的层状覆盖层可以通过减少或增加相应的装置来制造。

[0176] 任选的，通过砑光辊400后，软质层合材料402可以从压花辊组(未示出)上面或下面通过。在较高压花辊对和较低压花辊对之间的空间可以通过计算机设定，这样使得层合材料完成经过压花辊组的行程所需的时间允许树脂前体混合物部分固化，但是不会硬化。

[0177] 在特定的环境下不使用压花辊的一个原因是，如果在多层层合材料被部分固化的加固树脂浸渍期间，多层层合材料绕着辊弯曲，相邻层会被迫在横向分离，从而弱化层间的粘接。所以在某些时候优选，一旦多层层合材料达到加固树脂开始固化的阶段，层合材料此后就不会被迫以任何大角度绕着辊弯曲。

[0178] 无论是否提供压花辊，层合材料402都可以在加工过程的这个阶段被加热，以加速树脂前体混合物的固化。当使用42lb牛皮纸挂面纸板的最外层、90lb牛皮纸挂面纸板的最里层、Scrimco1812P2/0.9GA和Copps A-900/B-900环氧树脂的两中间层时，发明人发现在210℉下固化需要大约100秒，在230℉下固化需要大约50秒，在250℉下固化需要大约25秒。所以，所用的材料、不同加工区的组合、两个加工区之间的距离、和整个生产线运转的速度，如果都有的话，都被作为在生产过程中何地以及何时对层合材料进行加热的决定因素。在树脂前体混合物固化时，将层合材料402的不同层机 械地夹持在一起，这是有利的。

[0179] 层合材料402接下来通过折叠区404，在这里它通过数个辊、一个旋转支撑杆(turning bar)，并且通过一个成型模(forming block)，它们逐渐将层合材料沿折线弯曲为通常闭合、但不密封的结构，所述的折线由底基折叠器112、212、和312预先给出。 [0180] 接着，折叠的层合材料406穿过芯灌料区408，在这里基体树脂前体混合物组分和填料固体(未示出)被置入折叠的层合材料的芯空间。(在到达芯灌料区408之前，折叠的层合材料的上部薄片可以被撑开以允许混合物装入芯空间。)混合物优选由填料固体和将会反应形成热固性聚氨酯泡沫的液体混合物组分组成。已知的装置例如装有夹层的、重力供应填料的(未示出)可以被用来将混合物填置在移动着的层合材料的芯空间中。其它合适的混合器在US5,332,309中公开，在此通过引用引入。被填置于芯空间中的基体树脂前体混合物和填料固体的数量未发泡时是不足以填满芯空间的。

[0181] 基体树脂前体组分的混合物和填料固体可以被预成型并且成为均一的混合物通过供料器管道被泵送进入芯空间。作为选择地，混合物组分可以保持独立为两条或更多的独立的液体流，并且这些液体流可以汇合进混合喷嘴，或者甚至是汇合进在它们相应的供料器管道出口孔和将会放置各组分的层表面之间的空间。通过这种方式，可以使任何一条物流都不能单独固化；相反的还需要两条或更多的液体流在混合物固化前汇合。因此，方法可以被预先设计为更像反应性注压模塑法(叫做“RIM”模塑法)，在该方法中将必需的固化催化剂和/或交联剂在一条液体流中输送到模腔的进料口，这时将需要与催化剂和/或交联剂混合以提供一种可固化混合物的单体或预聚体在一条单独的液体流中输送。为了使液体流在每个供料器管道出口外的空间汇合，它们可以被泵送通过喷嘴，其目的在于使液体流在空气中产生碰触。作为选择地，液体流可以在混合头中混合。

[0182] 在所有必须的成分从供料器喷嘴中进入或出来后再形成可固化的混合物，这样做的优点在于，如果生产过程不得不中断，在供料容器中不会有由于过短的储存有效期而报废的预混合树脂。

[0183] 填料固体(如果有的话)在被加入到基体树脂前体混合物中之前，可以预加热到一定温度，该温度等于或高于基体树脂前体组分的温度(例如，至少约180℉)。相信这样可以避免或限制“起皮”的发生，由此基体树脂的密度立即远远高于芯中填料颗粒附近的其它部位。

[0184] 带有混合物的层合材料412接着通过闭合区410，该闭合区可以包括卷边胶合层布贴合机(bead glue laminator)(未示出)，该卷边胶合层布贴合机可将一高强度的、热定型的、快速固化的粘合剂薄层应用到折叠层合材料的重叠片和/或上部薄片的下侧。上部薄片随后就与重叠片压和在一起以密封复合材料。优选的，应用到重叠片和/或上部薄片下侧的粘合剂总厚度大约是0.03英寸。

[0185] 密封的复合材料414接下来在如下的条件下保持其闭合构造，该条件可以有助于下列树脂的固化：(i)芯空间的基体树脂，(ii)多孔的底基材料中的热固性树脂，(iii)增强层中的热固性树脂，并且保持一段时间，在该时间内足以使所有三种树脂时间达到使复合材料稳定的固化程度，也就是说如果不受限制的移动复合材料，它不会扯开或变型。这可以通过以下工序来完成：例如，牵拉密封的复合材料414通过保持合适温度的模制区416，以使芯中的基体树脂和层状覆盖层中的热固性树脂成型和固化。

[0186] 模制区416可以包括，例如，至少一个牵引模418，它有时指的是“无接头柔性带模(endless flexible belt mold)”的一种类型。这种类型的模中，共同作用的半模段沿相对的卵形输送轨迹旋转，以将轴运动的、连续的、线性的喂进材料的横截面夹持在它们之间并且夹持一段时间，而这时材料和对峙的半模段继续向前运行。半模段与相同的半模段在其之后或之前相连，这很像履带板连接。每一对协同 作用形成一外部模，该外部模在材料固化时将喂进材料的横截面保持为期望的形状。半模段可以装配有温度控制设备，以使喂进材料中的合成树脂变得固化直到半模段到达其前方运转的终点。在那里相对的半模段分开，释放喂进材料的横截面，且每段循环返回起点以夹紧喂进材料另一部分。同时，喂进材料的插入长度部分已经被另一对半模段夹持和处理。这种类型移动模的一个实例在US5700495中得到公开，在此引入作为参考。可以使用的较佳的市售的牵引模是ConQuip，Inc.的牵引输送模844-25号。

[0187] 牵引模的运转轨迹优选是足够长的，以至于到复合材料从模中排出的时候，浸渍树脂和基体树脂已经都成型并固化。但是如果必要的话，密封的层合材料可以通过两个或更多牵引模的组、或一个或更多牵引模与一个或更多不太重要的连续模段420的组合，以保持材料为希望的形状直到其中的材料完全固化。

[0188] 牵引模418优选是足够牢固的，以承受在芯中正在发泡的基体树脂形成的、高达约20psi的内部套筒压力，这期间，树脂的发泡会填满芯空间。发泡可以通过在树脂前体混合物中释放、膨胀、或产生一种或多种气体来引发，例如选自二氧化碳、氮气、氟代烃(如HFC 245SA和HFC 134A)、含氯氟烃、和低级链烷烃如戊烷。用于生成泡沫热固性树脂的树脂体系是本领域公知的，并且包括，例如，前述的聚氨酯树脂体系。

[0189] 优选的，接触基体树脂前体组合物的层是多孔底基材料层，优选是没有树脂阻挡层的纸。利用底基材料而不是楞条织物例如作为最里层，表现出可以在芯基体树脂固化期间提供更均匀的压力分布，并且由此可以得到插入芯材料的更加均匀的组合物。 [0190] 牵引模418可以提供所有必须的力，以将多孔底基材料和增强层带扯离它们相应的供料辊并且穿过前述的加工区，优选处于33-200英尺/分钟的恒定速度，此外，或者作为选择地，压花辊400可以用 来推进流程的运转。

[0191] 在牵引模418之前和/或之后，密封的复合材料可以穿过一个或多个不太重要的连续模段420，其目的在于，在树脂固化期间保持复合材料为希望的矩形形状。鉴于牵引模418可以承受高达约20psi的发泡压力，连续模段420可以例如只需要承受约6或7psi的发泡压力。因此，连续模段420可以是带型连续模或从动辊和片材的组合，而不是更为精巧的牵引模。如果在复合材料经过连续模420时希望对其进行加热，任何合适的热源都可以使用，包括例如，射频加热、微波加热和感应加热。

[0192] 虽然在图4中所示的连续模段420已经显示其位于牵引模418的下游，但是一个或更多的模段也可以位于牵引模的上游或牵引模的上游和下游。事实上，优选牵引模是易于移动的，如，在轨道上，这样它就可以沿线移动以在发泡压力最大的地方锁住复合材料。 [0193] 在模制区416之后，得到的硬质复合材料穿过切割区422，将复合材料切割为期望长度的段。复合材料中的树脂在切割步骤前不需要完全固化；它们只需要充分固化，这样切割压力将不会使复合材料充分变型。如果希望进行进一步加热以完成固化过程，切割长度的复合材料可以被置于炉中，例如对流加热炉，直到它们不再湿润。

[0194] 在生产过程中树脂固化阶段的模制期间，复合材料芯中不受限制的气压，会导致芯材料与层状覆盖层之间树脂粘接的破裂，从而引起外表面出现泡疤和/或复合材料的弱化。因此，在芯中的基体树脂呈乳液状、起发和固化期间，层状覆盖层的温度优选不允许升得太高从而导致气压到达一个水平，在该水平会导致泡疤的形成或芯与层状覆盖层之间的任何其他类型的粘接断裂。

[0195] 如果期望在树脂已经充分固化之前且复合材料还是热的时，将复合材料从模具中移出以抑制内部气压，可以刺穿层状覆盖层形成气体释放孔。这可以在热的复合材料从模中出来后立即进行，例如通过利 用针轮刺穿覆盖层。作为选择地，可以在最后接合的牵引模内进行刺穿，在该牵引模内针从模段的壁中延伸出来。

[0196] 如果期望，可以在涂覆区424中利用外部表面处理对复合材料进行涂覆，所述的涂覆区优选位于切割区422的下游，但是它也可以位于切割区之前。每一块板的切割端优选被橡胶状密封剂涂覆。2.制造片状复合材料

[0197] 本发明的复合材料也可以成形为片材，该片材只是在芯的对侧具有层状覆盖层，如图2所示。图5、和6A-6E、和12A-12E示意性地图示了制造这样的片状复合材料的优选方法。

[0198] 与参考图4的上述方法相似，这种方法包括形成第一扁平层524和第二扁平层624。每条扁平层包括底基材料500和600的树脂浸渍带和增强层514和614。在图5中，与制备第一扁平层524和第二扁平层624有关的组件和设备由与图4中100-级的附图标记相对应的500和600级的附图标记表示。

[0199] 但是与图4的方法不同，在这种实施方式中每条扁平层穿过不同的两对砑光辊526和626，相应的形成下部和上部层合材料528和628。下部层合材料528穿过胶带区
726，在这里沿层合材料的每条边粘接连续的胶带732，如图6A的层合材料横截面所示。作为选择地，连续的粘性片734可以被应用到层合材料的一侧，并且粘性片的边延伸出层合材料的边之外，如图12A的层合材料横截面所示。

[0200] 接着，胶带折叠区728将胶带732或粘性片734的边向上折叠，以在层合材料528的上部表面形成一个槽，如图6B和12B所示。

[0201] 芯填充区708，参考上述图4，将基体树脂前体组分混合物10和填料固体8填入槽中，如图6C和12C所示。作为选择地，填料固体可以省去，基体树脂前体组分10可以直接置于层合材料内表面上。通常，当泡沫树脂具有相对较低的模制密度，例如，具有约7-8pcf 范围内的模制密度聚氨酯或者具有约5-6pcf范围内的模制密度的泡沫聚乙烯用作芯中的基体树脂时，包括填料固体是不太重要的。

[0202] 同时，将上部层合材料628送至带有混合物的层合材料528之上的位置，如图6D和12D所示，并且胶带732或粘性片734的边通过密封区730被折叠并粘合到层合材料628的上部，如图6E和12E所示。

[0203] 与图4中所示的方法相似，复合材料随后通过模制区716、切割区722，并任选地通过涂覆区724。模制区716可以任何的顺序包括牵引模718和一个或多个连续的模段720。 [0204] 不需要在模制区716之前提供密封区730，相反，它可以位于模制区之后或合并为模制区的一部分。

[0205] 根据本发明制造的片状复合材料可有很多不同的应用。它可以用于，例如，作为运输容器底板、作为保温屋顶盖板、作为外部结构盖板、保温地板或者作为墙板。在每个这些应用中，优选芯基体树脂发泡。利用泡沫树脂的优势在于较大的隔热值。当制造墙板时，为了使成本下降，聚乙烯泡沫通常是优选的。同时，墙板一侧的外层优选分为两层的纸，其带有一层内部膜以阻挡粘接/加固树脂的渗出，所述的树脂用于加固纸并将其粘接到下一层上。为了使成本降低，当作为墙板时，层状覆盖层中的加固树脂可以是聚酯树脂。墙板仍然将会是结构的，而通常的石膏墙板却不是。且如果墙板完全没有填料，它可以比通常的石膏墙板的重量更轻，却更加坚固。

[0206] 当用作运输容器底板时，本发明的片状复合材料可以有利的使用上述与制造托盘纵梁有关的任何层状覆盖层和树脂芯。

[0207] 由本复合材料制成的保温屋顶盖板可以代替定向刨花板用在屋顶托梁上。如果使用泡沫树脂芯，比如聚氨酯，盖板将会比波纹状硬板屋顶盖板提供更好的保温值。 [0208] 当本发明的片状复合材料用作保温屋顶盖板，优选芯由基本没有 填料的聚氨酯泡沫制成。通常说，填料越少，聚氨酯泡沫的保温值越大。聚氨酯泡沫优选具有约3-10pcf，最优选约4-6pcf的模制密度。层合材料的构造优选是纸/玻璃纤维网格布/纸。优选的粘接/加固树脂是添加了玻璃微球的聚酯树脂。优选玻璃微球占粘接树脂和玻璃微球混合物体积的约10-50％，最优选约30-40体积％。网格布优选每线性英寸包含约4-10根纱线，最优选每线性英寸约5-7根纱线。至于所涉及的纸，优选它具有约42-90lbs，例如，大约50-58lb的纸张定量。

[0209] 3.制造柱状复合材料

[0210] 设计几种不同的方法制造柱状复合材料。

[0211] 为了制造如图7A所示的柱状复合材料，例如，层状覆盖层6可以形成在管形结构内，与制造箱板纸卷的方法相类似，在这之后芯材料可以从开口端注入到管内的空腔中。 [0212] 还构思了螺旋卷绕的柱状复合材料的形成，例如图7B所示。该复合材料可以先利用图5的方法形成片状复合材料，然后在复合材料还有韧性时按任何期望的直径将其卷起来形成。一旦固化，螺旋中相邻圈的粘接/加固树脂接合在一起。这样的螺旋卷绕的复合材料可以更好的承受外壳外层的刺穿，这归功于在片状复合材料外部厚度之下的额外的复合材料厚度。这使螺旋卷绕的柱状芯更适用于电话电杆或类似物，在那里工人必须穿着高花纹鞋(cleated shoe)爬上柱子。

[0213] C.货运托盘实施例

[0214] 如上所述，本发明理想地适用于制造用在货运托盘结构中的复合材料板。任何类型的由木质板或块制成的货运托盘可以用一块或更多的本发明复合材料板或块制成。如在本领域公知的，这样的托盘典型的具有盖板(水平的排列)和在盖板顶层垂直排列的纵梁(有时也叫 做“转子(runner)”或“柱子”)。使用底板是任选的。纵梁托盘典型的包含边纵梁和中心纵梁。有时使用单独的中心纵梁，但是其他情况下会使用两根中心纵梁，例如，或者是与另一根相碰触或者是远离另一根约6-20英寸，以均匀地分布载荷。

[0215] 一些托盘包括块体或连接板以代替纵梁，顶部或底部盖板被固定在其上。 [0216] 所有的板都可以是不同宽度、长度、和厚度的。但是典型的，盖板是1×4s或1×6s的。纵梁典型的是2×4s或3×4s的。典型的块体托盘可以包括6个外部块体、3个中心块体、3个连接块、4个约1×4×40英寸的顶盖板、5个约1×6×40英寸的顶盖板、3个约1×6×37英寸的底盖板、和2个约1×6×40英寸的底盖板。

[0217] 纵梁托盘可以构造为双向托盘(two-way pallet)，其中纵梁只允许叉车叉齿从两个相对方向进入。作为选择的，托盘可以构造为四面铲叉口托盘，其中纵梁是锯齿状的，或者是切割过的，允许叉车叉齿从所有的四个方向进入。

[0218] 纵梁托盘中的盖板或底板可以与外部纵梁的外部边平齐，制成“平齐托盘”，或者盖板和/或底板可以延伸到外部纵梁外部边之外，制成“单翼”或“双翼”托盘。底板也可以完全被省略，制成“单板”或“滑动”托盘。

[0219] 如果期望，盖板和底板可以成型为使它们的数量、尺寸和位置都是相同的，顶和底相同，制成“可翻转使用的”托盘。

[0220] 托盘可以完全或部分由根据本发明的复合材料板和/或块构成。本发明的复合材料板和/或块可以并入常规的木质托盘中，也许可以作为已经失效的板或块的替代品，或者作为可能失效的板和/或块的升级品。作为一种实施例，频繁受到叉车叉齿损坏的上部和最外部的托盘，可以由复合结构材料制成，而板和/或块的剩余部分可由木材制成。 [0221] 图8图示了由纵梁802、标准盖板804、和由本发明的复合结构材料制成的前缘板806构成的双向托盘800。标准盖板是内部板。前缘板是在内部板两侧的外缘板。前缘板
806，是托盘的上部和最外部盖板，优选具有比标准板804更致密的芯，并且，因此倾向于比标准托盘更为耐久和结实。

[0222] 标准盖板804(顶和底)和前缘板806被纵梁802固定，所述的纵梁802是Halstead gun nails的产品HOT 30131号和/或Halsteadbulk nails的产品BOT 30131号，它们都具有高抓紧性、环形螺栓(rink shank)/传动螺钉驱动螺钉的组合具有以下特性：

[0223] ·圆形的、0.295-0.305英寸直径的钉头

[0224] ·钉头的厚度为0.065-0.070英寸

[0225] ·130°的埋头孔角

[0226] ·长度为2.9375-3.0625英寸

[0227] ·环形的螺栓体宽度为0.130-0.132英寸

[0228] ·由0.120英寸直径的拉伸低碳钢丝制成

[0229] ·42°角的金刚石头

[0230] ·最小抗拉强度(弯曲产生)100,000psi

[0231] ·由热塑性树脂(干燥的胶乳粘合剂)涂覆

[0232] 优选的，托盘由来自Viking Inc.的Turbo 505自动化托盘装配系统装配。 [0233] 1.纵梁

[0234] 在这个优选的实施方式中的每根纵梁802的尺寸为约2英寸宽、约3.5英寸高、约48英寸长。预计也可以使用宽度小于约2英寸，如约1.5或1.75英寸的纵梁。

[0235] 纵梁芯包括约60-80体积％的橡胶，余量为聚氨酯泡沫。芯优选具有约43-48pcf的密度。

[0236] 优选橡胶是1/4英寸的碎屑或更小，由市售或轿车胎得到。橡胶可以包括绒毛，但是优选基本没有金属成分。橡胶的运输密度是约27pcf，且它的含水量不超过1.5重量％。 [0237] 优选的用于形成树脂芯基体的聚氨酯体系是Copps B-1000/A-1001体系，该体系产生约32-34pcf的自由起发密度。聚氨酯泡沫优选具有至少约200lbs的拔钉阻力。 [0238] 纵梁的层状覆盖层优选包括五层——两层增强层，它们分别被夹在成对的纸层中间。由芯侧开始，层的顺序是Pi-RL-Pm-RL-Po。

[0239] 最外部的纸层优选是33％再生的未漂白的牛皮纸挂面纸板，其具有约42lbs的纸张定量、约10.2密耳的厚度、约114psi的顶破强力(burst strength)，小于约260的Sheffield参数、和少于约8重量％的含水量。

[0240] 每层内部纸层优选是20％的再生的未漂白牛皮纸挂面纸板，其具有约90lbs的纸张定量、约24.4密耳的厚度、约176psi的顶破强力，小于约260的Sheffield参数、和少于约8重量％的含水量。

[0241] 作为选择的，所有的纸层可以包括具有相同纸张定量的纸，例如，90lbs。 [0242] 每一层增强层都是上面提到过的来自Scrimco，Inc.的产品1812P2/0.9GA。 [0243] 纸和增强层优选由Copps A-900/B-900环氧树脂体系浸渍并与其层叠在一起，所述的环氧树脂体系按1重量份硬化剂、约4.4重量份树脂的比率混合，或者是1体积份硬化剂、约4.2体积份树脂的比率混合。在层状覆盖层中的环氧树脂含量优选约为0.25-0.30lbs/每平方英尺，更优选约0.28lbs/每平方英尺。

[0244] 层状覆盖层的总厚度优选不超过单独的纸层和增强层的和。

[0245] 任选的，可以为纵梁施加外部表面处理，如上文所述，尤其是如果环氧树脂没有完全渗透过最外层的纸层，更应进行外部表面处理。 任选的，应用到最外层纸层的环氧树脂可以包括一种或多种添加剂，以赋予树脂浸渍纸任何期望的性质。无论在哪种情况下，优选为每条纵梁的切割端提供约3-4密耳厚的橡胶状密封涂层，以防止水分透进芯中。 [0246] 纵梁优选具有约50-97pcf的密度、至少约725psi的抗压扁强度；至少1550psi的6 6
抗压强度；约4000-7900psi的断裂模量，如5000-6000psi；约0.90×10-1.3×10 的弹性
6 6
模量，例如约0.95×10-1.05×10 ；2,000,000个周期后占原始强度至少约60％的疲劳强-5
度；和小于约0.3×10 英寸/°F线性热膨胀系数。

[0247] 2.标准盖板

[0248] 在这个优选的实施方式中，每个标准盖板804具有约0.7英寸的厚度、约3.5英寸的宽度、约40英寸的长度。

[0249] 标准盖板芯优选包含占其体积至少约20％，如约40-60％的浮石；余量为泡沫热固性树脂，优选是聚氨酯泡沫。芯优选具有约11-15pcf的密度。

[0250] 浮石优选是约1/4英寸(#8筛)的尺寸并且具有约4.5-5.0pcf的疏松密度。 [0251] 因为盖板通常不需要足够致密以紧紧的保持住钉子，也可以制成盖板的芯而不包含任何的填料固体。例如，可以将它们制备为带有完全由聚氨酯泡沫构成的芯。为了保持它们的低重量，优选它们包含不超过10体积％的橡胶轮胎颗粒。

[0252] 用于形成树脂芯基体的优选的聚氨酯体系是CoppsB-1000/A-1000体系，该体系可以产生约14-17pcf的自由起发密度。聚氨酯泡沫优选具有至少约25lbs的拔钉阻力。 [0253] 标准盖板的层状覆盖层优选包括四层——两层相邻的增强层，处于两层纸层中间。由芯侧开始，层的顺序是Pi-RL-RL-Po。任选的， 层状覆盖层可以包括单一的增强层，其夹在两层纸层中间。层状覆盖层优选具有根据ASTM D 638测得的至少约800pli，例如，约1200-1400psi的抗拉强度。

[0254] 最外层纸层优选是与上述纵梁最外层纸层相同的，且内部纸层优选是与上述纵梁内部纸层相同的。增强层和环氧树脂粘合剂优选也是与上述纵梁相同。层状覆盖层中环氧树脂的含量约为0.20-0.25lb/平方英尺，更优选约0.21-0.231b/平方英尺。

[0255] 标准盖板优选具有约45pcf或更少，例如，约20-45pcf的密度；至少约650psi的抗压扁强度；约1200-1550psi的抗压强度；约2400-5700psi的断裂模量，
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如4300-4700psi；约0.75×10-1.1×10 的弹性模量，例如约0.90×10-1.0×10 ；
-5
2,000,000个周期后占原始强度至少约60％的疲劳强度；和小于约0.3×10 英寸/°F线性热膨胀系数。优选在板芯中的基体树脂是泡沫的聚氨酯，并且具有约12-17pcf的模制密度，例如，约13-15pcf。

[0256] 3.前缘板

[0257] 在这个优选实施方式中的前缘板806是与上述标准盖板基本相同的，除了前缘板是5.5英寸宽并且具有不同的芯含量。它的芯优选包含0-40体积％的碎橡胶和0-30体积％的浮石，余量为聚氨酯泡沫。优选橡胶含量是占其体积至少约15％，例如，在占其体积约25-35％的范围内，且浮石的含量是不超过约10体积％。优选聚氨酯泡沫具有约14-34pcf的模制密度，例如约18-32pcf。前缘板优选具有约18-32pcf的总体密度。因此，例如，芯可以包含约30体积％的橡胶，余量是具有约30pcf模制密度的聚氨酯泡沫。 [0258] 前缘板优选具有约38-55pcf的密度；至少约750psi的抗压扁强度；约
1400-1700psi的 抗 压 强 度；约 2400-7900psi的 断 裂 模 量，如4800-5000psi；约
6 6 6 6
0.75×10-1.3×10 的弹性模量，例如约0.95× 10-1.1×10 ；2,000,000个周期后占原始-5
强度至少约60％的疲劳强度；和小于约0.3×10 英寸/℉线性热膨胀系数。

[0259] 4.进一步的任选特征

[0260] 在四向托盘中，必须在最外部的纵梁中提供槽口或孔口以容纳叉车叉齿。但是在上述纵梁中简单的切割槽口，会损害槽口附近的层状覆盖层的强度。一种途径是制造分为两部分的纵梁：两个2英寸×1075英寸的纵梁板802a和802b，并通过胶或类似物固定在一起，如图9所示。下部板802b上切割有两个槽口812以容纳叉车叉齿。任选的，如图13所示，顶板802a可以被粘接到三块料块813、814、和815上。另一种途径是在其侧放置一个标准2″×3.5″上部纵梁802(与其边相反)并在纵梁上间隔粘接2″×3.5″块808，如图10所示。为了增加稳定性，盖板816可以固定在块料808的每一行下侧。在所有这些实施方式中，板和块都可以由本发明的复合材料制成。

[0261] 每个下部和最外部的盖板任选的可以沿其上部边包括四个12英寸斜槽810，如图11所示。斜槽优选倾斜约35-45度，并且位于板下部边的上面约0.25英寸处。斜槽可以通过以下方式形成，例如，在复合材料完全硬化之前形成挤压，或者利用铣刀或类似物在成品板上切割斜槽。

[0262] D.复合结构材料的进一步应用

[0263] 本发明的复合结构材料通常适合作为木材的替代品应用在很多不同场合中，其非限定性的实施例将在下文中提到。复合结构材料通常比木头具有更好的耐久性、保温性、防水性和更好的保持钉子的能力。

[0264] 复合结构材料的一些潜在的应用包括，仅举几个例子，用作：包括垂直墙和隔音墙的墙板、屋顶、底板、盖板、护栏柱、电话电杆、 标志杆、围栏(range fencing)、装饰栅栏、围场、电缆轴、托盘、容器底板、牵引挂车底板、脚手架板、海上桩材(marine pilling)、铁路枕木、操场设备和避难所。

[0265] 复合结构材料的一个优点在于，它可以定制以满足不同的规格。例如，根据本发明的公路护栏支柱可以设计成，如公路安全管理标准所规定的那样，如果受到预定力撞击就产生屈服。

[0266] 虽然本发明的特定实施方式已经在上文中详细描述，但应当理解这种说明仅仅是示例说明的目的。相应于上述优选实施方式所公开方面的各种改变和相当的结构，可以在不脱离本发明宗旨的情况下，由本领域的技术人员制造出来。