CN1969099A - 纤维增强合成材料和包括纤维增强合成材料的建筑物结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了纤维增强合成材料和包括纤维增强合成材料的用于建筑物的部件，例如门表皮。还提供了制造可用于建筑物结构中纤维增强合成材料的方法和系统。在实施例中，本发明提供了利用长纤维注入(LFI)技术生产的包括长纤维的玻璃纤维和聚氨酯的纤维增强合成材料。

Description

纤维增强合成材料和包括纤维 增强合成材料的建筑物结构

相关申请的声明

本申请基于35 USC 119(e)要求2004年4月21提交的、申请号为60/564,073题为“Fiber-Reinforced Thermoset Polymer Composites and Methodsand Systems for Making Same”的美国临时申请，2004年10月14提交的、申请号为60/618,651题为“Fiber-Reinforced Polymer Composites and Methodsand Systems for Making Same”的美国临时申请，和2005年1月12提交的、申请号为60/643,207题为“Fiber-Reinforced Polymer composites”的美国临时申请的优先权。各临时申请公开的内容结合在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及纤维增强合成材料、其制造和其在建筑物结构等中的使用。

背景技术

多年来，门、窗户、护墙板和其他类型的建筑物结构已用木材和其他基于自然纤维的材料制造。传统的木质建筑物结构例如门、护墙板和窗户虽然满足了审美，但是仍然存在一些缺点。例如，实木门在温度和湿度极端条件下会产生显著的收缩和膨胀。另外，门和门框容易在物体通过门道时被撞伤。因此，维持木质门窗的罩面漆对保持底层结构的完整性非常重要。此外，许多结构提高了的防火标准需要用更耐火的材料替换木门。

金属的建筑物结构例如金属门和窗在相对成本和绝缘效率方面可提供优于木门的优点。然而，金属建筑物结构可能出现凹痕或生锈。另外，金属建筑物结构在设计方面受到限制。例如，在金属门的外表面上可能难以增加三维造型，例如贴面或镶板。另外，金属门的表面特别是不能抵抗温度变化，从而金属门分别在温暖和寒冷环境下可能变热和变冷。为此，金属门不可能像木门一样满足审美。

发明内容

本发明提供了纤维增强合成材料。在一个方面，纤维增强合成材料包括纤维和聚合物树脂。本发明的纤维增强合成材料可克服上述缺点，并且可提供许多额外的优点。本发明还提供了用来生产纤维增强合成材料的方法和系统。

在另一个方面，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的建筑物结构。建筑物结构包括用于建筑物例如房子、公寓、办公室、商场和/或其他民用或商用结构的构件。因而，如文中所使用的，术语结构是包括多个部件的物品的一个部件或一组互连的部件。本发明的建筑物结构包括但不限于门、门表皮、墙和门的结构面板(例如，车库门面板)、门框部件、门和窗部件(例如窗部件的包层、门框、门的置入件)、木瓦、护窗板、壁板和这种结构的部件。

在另一个方面，本发明提供了生产纤维增强合成材料的方法。在附加的方面，本发明提供了用来生产纤维增强合成材料的系统。在其他方面，本发明提供了用来生产包括本发明纤维增强合成材料的建筑物结构的方法和系统。

本发明的优点包括纤维增强合成材料，其具有改善的热稳定性、改善的柔韧性和强度、减小的密度、和在制造期间减小的挥发性有机物(VOCs)的释放。

本发明的这些方面的每一个方面的进一步细节将在以下的说明书、附图和权利要求中阐述。应该理解，本发明并不将其应用限制为以下说明书、附图和权利要求阐述的细节，而是能够以各种方式实践或实施其他实施例。

附图说明

图1图示了根据本发明实施例的门表皮，图1A示出了透视图，图1B示出了门表皮的轮廓部分的剖视图；

图2A-2F图示了根据本发明可选择实施例的门表皮；

图3A和3B图示了根据本发明可选择实施例额外的门表皮，图3C示出了图3B所示门表皮轮廓部分的剖视图；

图4A-4D图示了根据本发明可选择实施例的侧窗；

图5图示了将玻璃板插入到门或侧窗中的面板，其中图5A示出了根据本发明实施例的透视图，图5B示出了剖视图；

图6图示了根据本发明实施例的合成的单个车库门的透视图；

图7图示了根据本发明可选择实施例的门框，其中图7A图示了部分门框的分解图，示出了侧门柱、门梁和底门槛的部分剖视图，图7B图示了侧门柱的剖视图；

图8示出了根据本发明可选择实施例的额外的纤维增强合成材料建筑物部件，其中图8A图示了壁板部件，图8B示出了护窗板盖，图8C图示了窗户和组成部分，图8D图示了窗户的玻璃限位件；

图9图示了根据本发明实施例的通过长纤维注入(“LFI”)制造纤维增强合成材料的制造流程图；

图10示出了用来制造根据本发明实施例的纤维增强合成材料门表皮的制造系统的示意图。

具体实施方式

在该说明书中，除非另外指明，说明书中使用的所有成分的数字表示量、反应条件等在所有情况下都应该被理解为被术语“大约”所修饰。因此，除非指明相反情况，以下说明书中阐明的数字参数都是近似值，它们可根据本发明想要得到期望的性质而变化。绝非试图限制等同于权利要求范围中的应用，各数字参数应该至少根据所报告的有效数字的数目并通过应用普通的四舍五入技术来解释。

虽然阐述了本发明广泛范围的数字范围和参数是近似值，但是特定实例中阐述的数值是尽可能精确的。然而，任何数值本身包括在其各自的测试测量中存在的标准偏差所必需导致的一定误差。此外，文中公开的所有范围应该被理解为涵盖了其中包含的任何和所有子范围。例如，提到的范围“1-10”应该被认为是包括最小值1和最大值10之间(含端值)的任何和所有子范围；即，所有开始于最小值1或更大值的子范围例如1-6.1，以及结束于最大值10或更小值的子范围，例如5.5-10。另外，任何称之为“结合在此”的参考应该被理解为以其全部内容结合在此。

应该进一步注意，说明书中使用的单数形式“a”、“an”和“the”包括复数的指示物，除非明确地和毫不含糊地限制为一个指示物。

如上所述，本发明的实施例包括纤维增强合成材料和制造纤维增强合成材料的方法和系统。本发明的实施例还包括包含有本发明纤维增强合成材料的建筑物结构，例如门、门表皮、墙和门的结构面板(例如，车库门面板)、门框部件、门和窗部件(例如窗部件的包层、窗框、门框、门的置入件)、木瓦、护窗板、壁板和其他包括纤维增强合成材料的建筑物结构。

本发明建筑物结构实施例的实例包括用来覆盖门框以提供门的外表面的门表皮。这种门表皮可以仅为几毫米(mm)厚，但是可具有几个平方英尺或更大的表面积。例如，单个车库门面板的标准门表皮可以是大约24英寸(61cm)宽乘以大约112英寸(284.5cm)长和大约1/8英寸(3.2mm)厚。本发明的薄层合成材料的其他实例包括用于建筑物部件的包层，例如门框部件(例如侧柱和顶梁)和窗户部件的包层、模制的壁板(例如，设计得看起来像木头的外壁板)、门和/或墙的面板以及木瓦。如文中所用的那样，面板包括沿一个轴比其他两个轴基本上更薄的结构。本发明的建筑物结构可包括单层纤维增强合成材料，尽管薄层合成材料可用作具有额外部件例如框架、基片或核心的结构的部件。

在一个实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括纤维和聚合物树脂。纤维成分将一般包括切碎的或以其他方式形成碎片的纤维股，从而该成分包括多个纤维片。在一个实施例中，本发明的纤维增强合成材料不包括布置成规则结构的纤维。因而，在实施例中，纤维增强合成材料的纤维包括多个布置成非结构化的基本上随机定向的碎纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不是专门彼此编织成任何一个方向。在实施例中，纤维增强合成材料可以使用长纤维注入(LFI)技术制造。

在另一实施例中，本发明包括包含纤维和聚合物树脂的纤维增强合成材料的建筑物结构。

纤维增强合成材料建筑物结构的聚合物树脂可包括热固性聚合物。在实施例中，热固性聚合物包括聚氨酯。

本发明的用于建筑物结构的纤维可包括玻璃纤维。纤维的长度范围可从大约5mm到大约100mm。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料建筑物结构不包括已经布置成规则结构的纤维。因而，在实施例中，纤维增强合成材料包括多个布置成非结构化的基本上为随机定向的碎纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不会专门彼此编织成任何一个维度。在实施例中，纤维增强合成材料建筑物结构可以采用长纤维注入(LFI)技术制造。

本发明的纤维增强合成材料建筑物结构可包括其他成分，例如催化剂、发泡剂或其他添加剂。在一个实施例中，纤维增强合成材料建筑物结构可包括非纤维填料。可选择地或额外地，纤维增强合成材料建筑物结构可包括着色剂。在另一实施例中，纤维增强合成材料建筑物结构可包括至少一种脱模剂、屏蔽性涂层或施加到至少一部分结构上的模内涂层。

本发明提供了各种包括本发明的纤维增强合成材料的建筑物结构。在一个实施例中，本发明的建筑物结构包括基本上为平面的结构。例如，纤维增强合成材料建筑物结构可包括门表皮。或者，建筑物结构可包括门板。

在另一实施例中，本发明的纤维增强合成材料建筑物结构包括基本上非平面的表面。例如，在一个实施例中，纤维增强合成材料建筑物结构可包括包层。在另一实施例中，建筑物结构可包括门框或一部分门框。或者，建筑物结构可包括窗框或一部分窗框、或窗部件，例如窗格、玻璃限位件或模拟分光(SDL)条(例如，窗格条)。在另一可选择实施例中，本发明的纤维增强合成材料建筑物结构可包括壁板、护窗板或木瓦。

在实施例中，本发明提供了一种包括纤维和聚合物树脂的纤维增强合成材料门表皮。本发明的纤维增强合成材料门表皮可用作内侧和外侧过道门、车库门、厅门和其他类型门的部件。

如本发明其他纤维合成材料建筑物结构那样，纤维增强合成材料门表皮的聚合物树脂可包括热固性聚合物。在实施例中，热固性聚合物可包括聚氨酯。

用于本发明门表皮的纤维可包括玻璃纤维。在实施例中，纤维的长度范围可从大约5mm到大约100mm。在实施例中，纤维不包括已经布置成规则结构的纤维。因而，在实施例中，纤维增强合成材料门表皮的纤维包括多个布置成非结构化的基本上为随机定向的碎纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不会专门彼此编织成任何一个维度。在实施例中，纤维增强合成材料门表皮可以采用长纤维注入(LFI)技术制造。

本发明的纤维增强合成材料门表皮可包括其他成分，例如催化剂、发泡剂和/或其他添加剂。在一个实施例中，纤维增强合成材料门表皮可包括非纤维填料。可选择地或额外地，纤维增强合成材料门表皮可包括着色剂。在另一实施例中，纤维增强合成材料门表皮可包括至少一种脱模剂、屏蔽性涂层或施加到至少一部分结构上的模内涂层。

门表皮可成型为传统地用来制造门的门表皮。例如，本发明的门表皮可包括用于半透明面板例如窗玻璃等的开口。在一个实施例中，本发明的纤维增强合成材料门表皮可包括基本上为平面的轮廓。如文中所用的那样，基本上平面的轮廓包括在门表皮的表面上不包括突起或凹痕的门表皮，例如文中讨论的造型或其他类型的装饰性修饰。在另一实施例中，门表皮可包括造型。如文中所用的，造型可包括门表皮表面上的成形，如门表皮表面上的突起或凹痕。这种造型可设置在门表皮表面上以提供如文中进一步讨论的镶板外观或其他装饰性效果。而且在实施例中，本发明的纤维增强合成材料门表皮可包括基本上光滑的表面。可选择地或额外地，本发明的纤维增强合成材料门表皮在至少一个表面上可包括纹理图案。

在又一实施例中，本发明包括门，该门包括构成为纤维增强合成材料的纤维和聚合物树脂。如本发明的其他纤维合成材料建筑物结构那样，本发明的纤维增强合成材料门的聚合物树脂可包括热固性聚合物。在实施例中，热固性聚合物可包括聚氨酯。

本发明的用于门的纤维可包括玻璃纤维。纤维的长度范围可从大约5mm到大约100mm。在一个实施例中，本发明的纤维增强合成材料门不包括已经布置成规则结构的纤维。因而，在实施例中，本发明的纤维增强合成材料门的纤维包括多个布置成非结构化的基本上为随机定向的碎纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不会专门彼此编织成任何一个维度。在实施例中，门中使用的纤维增强合成材料可以采用长纤维注入(LFI)技术制造。

本发明的纤维增强合成材料门可包括其他成分，例如催化剂、发泡剂和/或其他添加剂。在一个实施例中，纤维增强合成材料可包括非纤维填料。可选择地或额外地，本发明的门的纤维增强合成材料可包括着色剂。在另一实施例中，门的纤维增强合成材料可包括至少一种脱模剂、屏蔽性涂层或施加到至少一部分结构上的模内涂层。

本发明的纤维增强合成材料门可包括用于制造门的各种结构构件。在一个实施例中，纤维增强合成材料可包括门表皮。可选择地或额外地，纤维增强合成材料可包括门板。在又一实施例中，纤维增强合成材料可包括使用的置入结构或其他类型的造型以提供如文中更详细说明的门的装饰或其他设计方面。在又一实施例中，纤维增强合成材料可包括用于门的包层。

本发明的门可包括用于半透明面板例如窗玻璃等的开口。而且，在实施例中，门的纤维增强合成材料可包括基本上光滑的表面。可选择地或额外地，纤维增强合成材料可在至少一个表面上包括纹理图案。

在另一实施例中，本发明包括用于生产建筑物结构的方法。该方法可包括制备模具的步骤，该模具具有建筑物结构形状的内部体积。而且，该方法可包括将包括多个纤维和聚合物树脂的混合物分配到模具表面的步骤。该方法还包括使树脂在足以产生纤维增强合成材料的条件下聚合的步骤。在实施例中，纤维增强合成材料建筑物结构可利用长纤维注入(LFI)技术制造。

在实施例中，本发明的方法中使用的聚合物树脂可包括热固性聚合物。例如，热固性聚合物可包括聚氨酯。

本发明的方法中使用的纤维可包括玻璃纤维。在实施例中，纤维的长度范围可从大约5mm到大约100mm。在实施例中，纤维不包括已经布置成规则结构的纤维。因而，在实施例中，本发明方法中使用的纤维包括多个布置成非结构化的基本上为随机定向的碎纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不会专门彼此编织成任何一个维度。

在实施例中，本发明的制造纤维增强合成材料建筑物结构的方法中可使用其他成分。在一个实施例中，可添加填料以形成纤维增强合成材料建筑物结构。可选择地或额外地，可添加着色剂以形成纤维增强合成材料。在另一实施例中，制造纤维增强合成材料建筑物结构的方法可包括至少一种脱模剂、屏蔽性涂层或施加到至少一部分结构上的模内涂层。

例如，在一些实施例中，表面活性剂可施加到模具、合成材料或二者中。因而，该方法可包括将表面活性剂施加到注入模具上的至少一部分混合物的步骤。例如，施加到混合物的表面剂可包括脱模剂或屏蔽性涂层。可选择地或额外地，该方法可包括将表面活性剂施加到模具至少一个表面的步骤。例如，施加到模具的表面剂可包括脱模剂、模内涂层或屏蔽性涂层。

该模具可根据需要成型以形成所需的建筑物结构。在一个实施例中，模具成型得可形成基本上平面的合成材料。例如，模具可被成型得形成门表皮。或者，模具可被成型得形成门板。

在其他实施例中，模具可被成型得形成基本上非平面的结构。因而，在可选择实施例中，通过本发明的方法制造的所需的建筑物结构可包括包层、门框或一部分门框、壁板、护窗板或木瓦。或者，建筑物结构可包括窗框或一部分窗框、或窗部件，例如窗格、玻璃限位件或模拟分光(SDL)条(例如，窗格条)。

在一个实施例中，本发明包括用来生产门表皮的方法。生产门表皮的方法包括制备包括第一和第二模的模具，其中两个模包括至少一个基本上平面的表面。该方法可额外地包括将包括多个纤维和聚合物树脂的混合物分配到第一模的基本上平面的表面上的步骤。该方法可额外地包括使得第二模的基本上平面的表面与纤维和树脂接触的步骤。而且，该方法可包括使得树脂在足以产生门表皮形状的纤维增强合成材料的条件下聚合的步骤。

在实施例中，用于通过本发明的方法制造门表皮的聚合物树脂可包括热固性聚合物。例如，热固性聚合物可包括聚氨酯。

用于通过本发明的方法制造门表皮的纤维可包括玻璃纤维。在实施例中，纤维的长度范围可从大约5mm到大约100mm。在实施例中，纤维不包括已经布置成规则结构的纤维。因而，在实施例中，本发明的方法中使用的纤维包括多个布置成非结构化的基本上为随机定向的碎纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不会专门彼此编织成任何一个维度。在一个实施例中，制造门表皮的方法可包括使用长纤维注入(LFI)技术。

在实施例中，本发明的制造纤维增强合成材料门表皮的方法中可使用其他成分。在一个实施例中，可添加填料以形成纤维增强合成材料门表皮。可选择地或额外地，可添加着色剂以形成纤维增强合成材料门表皮。在另一实施例中，纤维增强合成材料门表皮可包括至少一种脱模剂、屏蔽性涂层或施加到至少一部分门表皮上的模内涂层。例如，在一些实施例中，表面活性剂可施加到模具或合成材料或二者上。因而，该方法可包括将表面活性剂施加到分配到模具的至少一部分混合物的步骤。例如，施加到混合物的表面剂可包括脱模剂或屏蔽性涂层。可选择地或额外地，该方法可包括将表面活性剂施加到其中一个模的至少一个表面的步骤。例如，施加到模的表面剂包括脱模剂、模内涂层或屏蔽性涂层。

模可被成型得形成“平坦的”门表皮，即，门表皮的整个表面基本上平坦。因而，在一个实施例中，与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括基本上平坦的表面，以致纤维增强合成材料门表皮包括平坦的轮廓。可选择地或额外地，模可被成型得形成在门表皮的表面上包括突起或凹痕的门表皮。因而，在一个实施例中，与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括至少一个凹槽或突起，以致纤维增强合成材料门表皮包括造型。例如，在一个实施例中，第一模包括阴模，其具有包括至少一个凹痕的表面，第二模包括阳模，其包括至少一个突起，这样，当模具闭合时，凹痕和突起彼此对齐。

模可被成型得形成具有光滑表面的门表皮。如文中所用的那样，光滑表面是一种没有可感觉到的突起或粗糙度的表面，或者其不包括用来模拟木头纹理外观的突起或凹痕。因而，在一个实施例中，与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括基本上光滑的平面，以致纤维增强合成材料门表皮包括至少一个光滑表面。可选择地或额外地，模可成型得形成一种在门表皮的至少一个表面上具有纹理图案的门表皮。因而，在实施例中，与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括纹理图案，这样纤维增强合成材料门表皮包括至少一个具有纹理图案的表面。

门表皮可包括预定的厚度。因而，当模闭合时各模可分开预定距离。例如，在实施例中，预定距离的范围从0.05英寸到1.0英寸。

在又一实施例中，本发明包括用来制造建筑物结构的系统，其包括引入设备和成型得形成建筑物结构的模具。

在实施例中，引入设备包括用来混合所需的至少两种分离的成分以形成聚合物树脂的混合器。该系统进一步包括将两种分开的树脂成分引入到混合器中的导管。另外，该系统包括将纤维添加到建筑物结构的装置。在一个实施例中，该系统包括用来将多个纤维切成预定长度的切碎机。

而且，该系统包括将多个纤维或聚合物树脂中的至少一种分配到模具表面的分配器。在实施例中，纤维包括布置成非结构化的基本上随机定向的多个碎纤维。纤维和聚合物可分配在模具的整个表面上。因而，在实施例中，系统可包括用来将分配器相对于模具定位到不同位置的自动控制器。在实施例中，纤维和树脂可利用长纤维注入(LFI)技术分配。而且，可以包括用来控制至少一部分模具温度的作为系统一个部件的装置。

在实施例中，用于本发明系统的聚合物树脂包括热固性聚合物。例如，热固性聚合物可包括聚氨酯。

用于本发明系统的纤维可包括玻璃纤维。在实施例中，纤维的长度范围可从大约5mm到大约100mm。在实施例中，纤维不包括已经布置成规则结构的纤维。例如，在实施例中，合成材料中的纤维不会专门彼此编织成任何一个维度。

在实施例中，本发明的系统可使用其他成分。在一个实施例中，可向树脂和纤维混合物添加填料。可选择地或额外地，可向树脂和纤维混合物添加着色剂。

在又一实施例中，脱模剂、屏蔽性涂层或模内涂层可施加到至少一部分模具或纤维和树脂混合物上。例如，在一些实施例中，表面活性剂可施加到模具或合成材料或二者上。因而，该系统可包括施加到分配到模上的至少一部分混合物的表面活性剂。例如，施加到混合物的表面剂可包括脱模剂或屏蔽性涂层。可选择地或额外地，该系统可包括施加到模具至少一个表面的表面活性剂。例如，施加到模具的表面剂可包括脱模剂、模内涂层或屏蔽性涂层。

该系统可用于制造各种建筑物结构。在实施例中，建筑物结构包括基本上平面的结构。例如，系统可用来制造纤维增强合成材料门表皮。当系统用来制造门表皮时，模具可包括两个成型得挤压门表皮的模。例如，模具可包括第一模和第二模，两个模中的每一个包括至少一个基本上平面的表面。在实施例中，第一模包括阴模，其具有包括至少一个凹痕的表面，第二模包括阳模，其包括至少一个突起，这样，当模具闭合时，凹痕和突起彼此对齐以形成在至少一个表面上包括凹痕或突起的门表皮。或者，模基本上为平坦的以制造平坦的门表皮。

可选择地或额外地，模可包括构造得可在门表皮的至少一个表面上提供光滑表面或纹理图案的表面。例如，两个模的至少一个模的至少一部分可抛光到光面修整。或者，两个模的至少一个模可包括蚀刻在表面上的图案，例如模拟木头纹理的图案。

利用本发明的系统制造的门表皮包括预定厚度。因而，当模闭合时，模可分开预定距离。例如，在实施例中，预定距离的范围从0.05英寸(1.3mm)到1.0英寸(25.4mm)。

在另一实施例中，该系统用来形成可选择的建筑物结构。因而，在可选择的实施例中，通过本发明系统提供的建筑物结构可包括面板、包层、门框或一部分门框、壁板、护窗板或木瓦。或者，建筑物结构可包括窗框或一部分窗框、或窗部件，例如窗格、玻璃限位件或模拟分光(SDL)条(例如，窗格条)。

因此，本发明包括纤维增强合成材料和包括这种纤维增强合成材料的建筑物结构。纤维增强合成材料的纤维成分可包括单纤维型和多纤维型。纤维可包括天然的和人造的纤维。合适的纤维包括但不限于玻璃纤维、矿物纤维、天然纤维如木头、亚麻、黄麻或剑麻纤维，和/或合成纤维如聚酰胺纤维、聚酯纤维、碳纤维或聚氨酯纤维。在实施例中，纤维是玻璃纤维。在实施例中，玻璃纤维包括E型玻璃纤维(Electronic glass)(或E-glass)。

在实施例中，用于本发明的纤维增强合成材料的纤维具有的长度大于1毫米(mm)(0.04英寸)。在可选择实施例中，纤维具有的长度范围从大约5mm到100mm(0.2-3.9英寸)。在可选择实施例中，纤维长度的范围可从大约10mm到70mm(0.4-2.8英寸)，或从30mm到50mm(1.2-2.0英寸)。

本发明的纤维增强聚合物合成材料的树脂成分可包括热固性聚合物树脂。在实施例中，树脂可包括聚氨酯。可选择地和/或额外地，可使用苯酚甲醛、间苯二酚甲醛、交联聚酯、或其他热固性聚合物。

在实施例中，树脂可以是聚氨酯。在一些实施例中，可通过使异氰酸酯和可与异氰酸酯反应的化合物如多元醇、胺和/或水进行反应来制造聚氨酯。在其他实施例中，可利用二胺和二醇混合物合成聚氨酯。在进一步的实施例中，可利用二胺混合物合成聚氨酯。

在其非反应状态，合成聚氨酯的试剂是低粘性的液体。当液体以所需比率混合时，产生发热的热固性反应，形成聚氨酯材料。因而，在存在或不存在其他成分例如但不限于催化剂、发泡剂或其他添加剂的情况下，聚氨酯可包括例如通过使聚异氰酸酯与异氰酸酯反应的多元醇或胺反应得到的聚异氰酸酯聚加合物。

该异氰酸酯包括现有技术中公知的(环，cyclo)脂肪族和/或芳香族聚异氰酸酯。在一个实施例中，适用于制备本发明成分的异氰酸酯包括芳香族二异氰酸酯，例如但不限于二苯甲烷二异氰酸酯(“MDI”)和甲苯二异氰酸酯(“TDI”)，例如2，4-甲苯二异氰酸酯和2，6-甲苯二异氰酸酯。在一些实施例中，芳香族二异氰酸酯可包括萘1，5-二异氰酸酯。

适合与异氰酸酯反应的化合物包括含有两个或多个选自OH、SH、NH、NH₂、和CH-酸基如β-diketo基的反应基的化合物。可与异氰酸酯反应的化合物的实例，见例如美国专利No.2002/0160204和No.2004/0034113的说明书。这些申请的所有公开内容通过引用在此参考。

可用来形成聚氨酯的化合物实例包括选自聚醚多元醇基、聚酯多元醇、聚硫醚多元醇、聚酰胺酯、含羟基聚缩醛和含羟基脂肪族聚碳酸酯、或至少两种这些多元醇的混合物的聚醚多胺和/或多元醇。在实施例中，可使用聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。在实施例中，可使用含至少10％初级羟基的聚醚多元醇。

在一些实施例中，可在聚氨酯的合成中使用二醇。二醇可包括例如乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、和/或p-2(2-羟基乙氧基)苯。在一些实施例中，例如，在聚氨酯的合成中可使用二胺，包括二乙基甲苯-二胺(p-苯胺)、和/或3，3’-二氯-4-4’-二胺苯基-甲烷。

额外地，在一些实施例中，聚氨酯可包括任何期望程度的交联。在一些实施例中，例如，异氰酸酯可与不同的聚氨酯链基团反应形成脲基甲酯交联。在其他实施例中，异氰酸酯可与来自不同聚氨酯链的脲基团反应形成缩二脲交联。在一些实施例中，异氰酸酯可与第一聚氨酯链上的尿烷基团和第二聚氨酯链上的脲基团反应产生脲基甲酯和缩二脲交联。在一些实施例中，异氰酸酯可三聚化以形成异氰尿酸酯，其可用作聚氨酯中的交联源。

在一些实施例中，可在本发明的纤维增强合成材料中使用发泡剂。如文中所用的那样，发泡剂包括公知的用来产生泡沫产物的化合物。在实施例中，发泡剂可包括水。物理发泡剂的其他实例是可在聚合物成型条件下蒸发的具有4-8个碳原子的惰性(环)脂肪族碳氢化合物，二氧化碳、亚硫酸氢钠或在在聚合条件下形成气泡的其他化合物。发泡剂的使用量可通过泡沫的目标密度进行选择。

通常用来形成聚合物树脂的任何数量的催化剂可用来制造本发明的纤维增强合成材料。对于聚氨酯，合适的催化剂可包括叔胺和/或有机金属化合物。可用作聚氨酯形成的催化剂的化合物实例包括以下：三乙基二胺，氨烷基-和/或氨烷基-咪唑，例如4-氯-2，5-二甲基-1-(N-甲胺基乙基)咪唑，2-氨丙基-4，5-二甲氧基-1-甲基咪唑，1-氨丙基-2，4，5-三丁基咪唑，1-氨乙基-4-己基咪唑，1-氨丁基-2，5-二甲基咪唑，1-(3-氨丙基)-2-乙基-4-甲基咪唑，1-(3-氨丙基)咪唑和/或1-(3-氨丙基)-2-甲基咪唑；有机羧酸的锡(II)盐，例如锡(II)双乙酸盐，锡(II)二辛酸盐，锡(II)二乙基己酸酯，和锡(II)二月桂酸酯；以及有机羧酸的二烷基锡(IV)盐，例如二丁基锡双乙酸盐，二丁基锡二月桂酸酯，二丁基锡顺丁烯二酸，和二辛基锡双乙酸盐。

而且，如文中更详细描述的那样，反应可包括额外的成分，例如细胞(cell)调节剂；表面活化化合物例如脱模剂、屏蔽性涂层和/或其他类型的涂层；色素或其他着色剂；阻燃剂；或去氧化的、基于湿热的、或微生物降解或老化的稳定剂。

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括填料。填料可以是涂胶的或无浆的。可改进填料以相对于聚氨酯母料具有改善的自由流动特性和黏附性。例如，填料可包括小板状的填料，例如玻璃片和/或诸如云母之类的矿物。

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括长纤维增强聚氨酯。长纤维增强聚氨酯包括的优点是与其他类型的纤维增强聚合物例如短纤维增强聚氨酯、片状成型材料(“SMC”)、或块状成型材料(“BMC”)相比提供了改进的热稳定性和强度。在使用长纤维的情况下，合成材料可通过长纤维注入(“LFT”)或长纤维技术(“LFT”)工艺或方法制造。长纤维包括具有上述维度(dimension)的纤维。

在本发明的纤维增强合成材料中可使用各种不同量的纤维，如果需要可使用填料。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括大于0％-90％重量百分比的纤维、0％-33％重量百分比的填料，剩下的为树脂。在可选择实施例中，纤维增强合成材料包括1-60％重量百分比的纤维、0-15％重量百分比的填料，剩下的为树脂。在另一可选择实施例中，纤维增强合成材料包括20-50％重量百分比的纤维、0-10％重量百分比的填料，剩下的为树脂。在又一实施例中，纤维增强合成材料包括30-45％重量百分比的纤维和0-6％重量百分比的填料。

在本发明的实施例中使用热固性树脂例如聚氨酯的一个优点是，与其他树脂例如聚酯等相比减小了制造期间的挥发性有机物(“VOCs”)水平。聚氨酯成分不会稀释到溶液中并且不含苯乙烯，因而，基本上消除了VOCs的释放。在实施例中，本发明的纤维增强聚合物合成材料包括的VOC释放小于0.1ppm。在另一实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括的VOC释放小于0.05ppm。在又一实施例中，本发明的纤维增强聚合物合成材料包括的VOC释放小于0.01ppm。

本发明的纤维增强合成材料的密度小于以前的用来制造建筑物结构的其他玻璃纤维合成材料的密度。例如，本发明的纤维增强合成材料具有的密度小于片状成型材料(“SMC”)玻璃纤维合成材料的密度。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料的密度范围从大约12磅每立方英尺(pcf)到110pcf(大约192-1762公斤每立方米(kg/m³))。在结构包括薄层结构例如门表皮、面板或包层的实施例的情况下，本发明的纤维增强合成材料的密度的范围从大约20磅每立方英尺(pcf)到110pcf(大约320-1762公斤每立方米(kg/m³))。在另一实施例中，纤维增强合成材料的密度从大约30pcf到100pcf(大约481到1602kg/m³)，或可选择地，从35pcf到95pcf(大约561到1522kg/m³)。

本发明的纤维增强合成材料具有足够低的线性热膨胀，以在暴露到温度极限(高于82℃或低于-40℃的温度)时减小膨胀和/或收缩，因此改进了合成材料的性能或外观。例如，在实施例中，纤维增强合成材料在暴露到可能在运输、存储或使用过程中可能到达的82℃以上或低于-40℃的温度时，基本上不会翘曲。

如文中所用的那样，线性热膨胀是物体响应于温度变化(dT)的长度变化(dL)。线性膨胀可表达为dL/L＝a*dT，其中线性膨胀系数(“a”)的数量级一般大约10^-6/摄氏度(“℃”)。线性膨胀可利用ASTM测试程序D696-98或其等同物确定。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料线性热膨胀系数的范围可从0.1×10^-6/℃到140×10^-6/℃。在实施例中，对于本发明的薄层纤维增强合成材料，本发明的纤维增强合成材料线性热膨胀系数的范围可从大约0.1×10^-6/℃到50×10^-6/℃。在另一实施例中，线性膨胀系数的范围可从大约0.5×10^-6/℃到25×10^-6/℃，或可选择地从大约1×10^-6/℃到15×10^-6/℃。

对于本发明的纤维增强合成材料的某些使用，柔韧性是有优势的。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料的压缩时的弹性模量的范围从大约10,000-900,000磅每平方英寸(psi)(大约703-大约63,276公斤每平方厘米(kg/cm²)。在实施例中，本发明的薄层纤维增强合成材料可能比利用SMC技术制造的纤维增强聚合物合成材料更柔韧。例如，在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括的压缩时的弹性模量的范围从大约100,000-600,000psi(大约7,032-大约42,194kg/cm²)。弹性模量可利用ASTM测试方法D-638-02或其等同物确定。

本发明的纤维增强合成材料的厚度取决于其期望的应用。厚度可以基本均匀，或可以横跨合成材料变化。因而，厚度的范围从小于0.02英寸厚到大于8英寸厚(0.5mm-20cm)。例如，可制造厚度范围从大约0.05英寸-大约6英寸(1.3mm-15cm)、或从大约0.06英寸-大约4英寸(1.5mm-10cm)或从大约0.08英寸-大约1英寸(2.0mm-2.5cm)厚的合成材料。

在某些实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括薄层结构。薄层包括足够的厚度以提供一定程度的耐冲击性同时保持柔韧性。在实施例中，纤维增强合成材料具有基本上均匀的厚度并且厚度小于0.5英寸(13mm)。在其他实施例中，纤维增强合成材料可具有基本上从大约0.05-0.25英寸(1.3mm-6.4mm)范围的厚度，或可选择地，从0.06-大约0.12英寸(1.5mm-3.1mm)的厚度。在其他实施例中，纤维增强合成材料具有从大约0.05-0.5英寸(1.3mm-13mm)范围的变化厚度。

额外地或可选择地，本发明的纤维增强合成材料具有预定的冲击强度。在实施例中，冲击强度是这样的，即纤维增强合成材料在承受预定冲击时在室温下(例如，大约22℃)不会破裂。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料具有的冲击强度使得合成材料通过根据ASTM测试程序D1037执行的从2英尺(61cm)高度的落锤冲击试验。

本发明的纤维增强合成材料已经被验证在分别暴露到非常湿或干的条件下(例如，水浸泡24小时；烘干24小时；暴露到93％的湿度72小时；和/或煮沸1小时)具有有限的膨胀和收缩。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料在暴露到水浸泡24小时之后其整体体积的变化小于1％。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料在暴露到212(100℃)下烘烤24小时之后其整体体积变化小于1％。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料在暴露到93％湿度条件下72小时之后其整体体积变化小于0.5％。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料在浸没在沸水中1小时之后其整体体积变化小于5％。

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括内部着色剂或色素以给合成材料颜色。合适的着色剂和/或色素包括但不限于二氧化钛、硫酸钙、二氧化锰和碳黑。在纤维增强合成材料的生产过程中可将颜色整合到纤维增强合成材料中。在其他实施例中，颜色可在纤维增强合成材料结构形成之后施加到纤维增强合成材料。颜色可通过本领域技术人员公知的涂漆和/或染色技术施加。例如，将其全部内容结合在此参考的美国专利No.6358614包括了无孔热固性物体染色的方法。

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括至少一个可涂漆的表面。如文中所用的那样，可涂漆的表面是在涂漆后具有高光等级的表面，这样它们具有最小量的可见的缺陷、凹痕或不平整区域。在可选择实施例中，本发明的合成材料表面在根据ASTM测试程序D714评估时具有从零到小于尺寸4的可见缺陷、或小于尺寸6的可见缺陷、或小于尺寸8的可见缺陷的表面。

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料包括能够改变合成材料表面特性的化合物(即，表面作用剂)。例如，表面作用剂可用于使得具有表面的合成材料具有限定的孔隙率、或具有与第二表面的限定量的粘性、或限定的光滑度。

在实施例中，表面作用剂包括屏蔽性涂层。如文中所用的那样，屏蔽性涂层(或涂覆层)是一种施加到模具表面的材料或与预施加到模具表面上的模内涂层(IMC)。如文中所用的那样，屏蔽性涂层是一种高树脂材料，其可通过防止气泡、纤维暴露和其他可使得最终产品的表面产生缺陷的作用而减小或消除了缺陷。屏蔽性涂层可以是着色的或中性色的。如果使用色素，屏蔽性涂层可用来替换IMC。或者，屏蔽性涂层可施加到合成材料的表面。或者，屏蔽性涂层化合物可包括在用来制造合成材料的混合物中。在实施例中，屏蔽性涂层对增强合成材料表面特性有利。例如，可使用屏蔽性涂层形成基本上没有凹坑、气泡、纤维或纤维段/端的表面，上述缺陷可能在某些工艺中形成在纤维聚氨酯混合物的表面上。屏蔽性涂层可包括弹性体、或无弹性树脂、热固性树脂、热塑性树脂等。实例包括但不限于丙烯酸树脂、聚烯烃和其他热塑性塑料、聚氨酯、苯酚甲醛和其他热固性塑料等。在某些实施例中，有利地可使用在模制或固化过程中机械地或化学地粘结到纤维聚氨酯混合物的屏蔽性涂层。屏蔽性涂层的实例包括BAYDUR树脂(BayerMaterialScience，LLC)、PLIOGRIP(Ashland Specialty Chemical)、Devocn 309Methacrylate(ITW Devcon)。

另外，其他类型的涂层，例如，但不限于，脱模剂涂层，可施加到模具或合成材料。脱模剂涂层的实例可以是硅树脂基或蜡基的脱模剂例如Axel172，35-7259(Acmos)、或聚四氟乙烯(PTFE)(Dupont Chemical Company)。

在实施例中，屏蔽性涂层、脱模剂或可选择的表面活性剂可施加到纤维增强合成材料或模具表面作为模内涂层(“IMC”)。除了通常用作屏蔽性涂层的试剂之外，IMC可包括能够提供颜色的任何试剂、或能够提供可被进一步完工的表面的试剂、或可防止聚合物成分粘结到模具表面的试剂。这些试剂包括，但不限于，脂肪族尿烷、丙烯酸树脂、醇酸树脂等。施加这些表面活性剂的方法将在下文详细说明。

本发明的纤维增强合成材料可以本领域公知的任何方式生产。可用于生产本发明的纤维增强合成材料的方法和系统包括文中描述的方法和系统。

如上所述，在一个方面，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的建筑物结构。包括本发明纤维增强合成材料的建筑物结构可包括但不限于门和其构成部件，包括门表皮、门柱、门槛、门框、门板等；窗户和其他构成部件，包括窗扇、窗框、模拟分光部件、窗套等；气窗；护窗板；造型和壁板，包括模拟砖的造型；墙；屋顶；面板，包括自立面板、模块化面板和/或其他结构的构成部件(例如，车库门面板)；天花板；隔音板；和这些结构的构成部件(例如，包层、表面板、置入件)。这些建筑物结构的每一种都具有上述的和在文中其他部分描述的本发明纤维增强合成材料的成分和特性。

例如，在一个实施例中，纤维增强合成材料可包括门或一部分门。近来，玻璃纤维合成材料门已经被消费者接受。玻璃纤维合成材料门非常耐潮湿，因而不会像木门一样收缩和膨胀。另外，玻璃纤维合成材料门一般没有像一些木门那样的裂纹和饰面剥落。另外，玻璃纤维合成材料门比木门制造便宜，并且与木门相比可提供改进的隔绝效率。玻璃纤维合成材料门可利用填充有聚合物泡沫型芯的木框架制造，在其两个表面上覆盖玻璃纤维合成材料门表皮。玻璃纤维合成材料门表皮可通过片状成型材料例如结合有添加剂的聚酯树脂和作为增强材料的玻璃纤维制造。

通过传统的用于制造纤维增强聚合物合成材料例如门表皮的方法制造玻璃纤维合成材料仍然存在一些缺点。首先，目前使用的玻璃纤维增强的聚合物树脂会释放很多数量的VOCs。而且，能够制造具有改进的热稳定性、改进的强度和减小的密度的纤维增强聚合物合成材料是有用的。另外，需要玻璃纤维合成材料的表面能够在外观上更真实地模拟木质纹理。

因而，在一个实施例中，本发明提供了一种包括本发明纤维增强合成材料的门表皮。本发明的门表皮或一对门表皮可与框架和芯材结合以形成本领域技术人员公知的门。利用本发明的纤维增强合成材料生产的门和门表皮具有相对本发明的纤维增强合成材料所述优点相似的优点。

本发明门表皮的实施例如图1所示。如图1A和1B所示，门表皮10可包括薄板20，其具有第一外表面22和第二内表面24。第一和第二表面22、24的平坦表面大致彼此平行。一般，第一表面22和第二表面24的平坦表面之间的垂直距离D₁(图1B)通常在大约0.05英寸(1.3mm)和0.130英寸(3.0mm)之间。在一个实施例中，距离D₁可在0.08英寸(2.0mm)和0.120英寸(3.0mm)之间。门表皮可包括孔26或几个孔，其足以使得门的锁闭机构的机械构件穿过门表皮。图1B所示的是散布在门表皮的聚合物树脂中的纤维7。

在一个实施例中，薄板20可包括环绕面板例如51、52和53的造型例如31、32和33(图1A)。造型可成型得或者在面板表面之上或者之下延伸，以提供木饰边的外观。在一个实施例中，造型31、32、33基本上为矩形并且环绕面板51、52和53。可选择地，如图2所示，对于面板A-F，可使用其他合适的造型34-49和面板54-69，例如，比如弓形的或曲线的造型和/或面板。在某些实施例中，可用至少部分带有半透明面板71、72、73(例如窗户)代替一个或多个面板区域(图2B、2C和2D)。在实施例中，窗户面板72可包括整个面板并且由造型49环绕(图2C)。在又一实施例中，窗户面板73可不由造型环绕，而是邻接门表皮的表面(图2B和2D)。

门表皮的表面可包括纹理图案以模拟天然木头(图3A)。纹理图案可仿效观看由单独的木质门板、木板和/或饰边制造的门的效果。例如，图3A示出了本发明的纤维增强合成材料门表皮，其包括用于一部分门表皮仿效两个垂直侧板的垂直纹理图案81、82和仿效三个水平件的水平纹理图案83、84和85。相似地，用于造型86、87、88和89的纹理可包括仿效可用于这些造型的小木质零件的图案，用于由造型91、92和93环绕的部分门表皮的纹理图案可包括仿效平坦面板的图案。

在另一实施例中，门表皮的表面可包括模拟木板等的外观。因而，如图3B所示，门表皮可包括设计成用来形成类似于以平行方式布置的多个板(例如，101、102、103、104和105)的图案的形状。为了形成该图案，门表皮表面中的凹痕(例如，110、111、112、113、114、115、116和117)可用于面板的轮廓。图3B还示出了在门表皮的表面使用的纹理图案，其可仿效水平板例如120、121和122以及垂直板124和125的布置。用来形成图3B所示部分门表皮的木板外观的凹痕的剖视图如图3C所示，并且图3C示出了分散为部分纤维增强合成材料的纤维107。

门表皮的高度12和宽度14(图1)将根据所要求的门尺寸变化。通常，对于美国、欧洲和大洋洲拉西亚市场来说，外部门的高度为6英尺5英寸到8英尺(2.01m-2.44m)，宽度为2英尺4英寸到3英尺6英寸(0.7m-1.1m)。通常的内过道门的高度为6英尺8英寸到8英尺(1.8m-2.4m)，宽度为1英尺10英寸到3英尺6英寸(0.5-1.1m)。本发明的门表皮具有相似的尺寸或可以稍微大于门的尺寸，以便可用于修整或使得门表皮至少部分覆盖在门框边和/或支架周围。

在另一实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的侧窗或部分侧窗。如文中所用的那样，侧窗包括可邻近门(即，门的侧面)定位的结构，并且提供了窗户单元。一般，侧窗提供了与门的设计相似的设计，并且因而补充了门的设计。图4A-4D示出了包括本发明的纤维增强合成材料的侧窗。与门相似，侧窗130包括造型132、134、136、138、140、142、面板152、154、156、158和半透明面板160、162、164和166。在一个实施例中，纤维增强合成材料包括薄层结构131、133、135、137，其与用来覆盖侧窗框和任何芯材的门表皮相似。例如，在实施例中，本发明的纤维增强合成材料可成型为玻璃板可插入到其中的平面板。本发明的纤维增强合成材料与木质面板相比具有增加的强度，并且因而特别适用于支撑玻璃板的重量。可选择地，纤维增强合成材料包括侧窗结构的实质部分。例如，在实施例中，纤维增强合成材料可包括除了窗户之外的整个侧窗结构。

侧窗的高度141和宽度143可变化。通常，对于美国、欧洲和大洋洲市场，侧窗的高度为6英尺7英寸到8英尺(2.0m-2.4m)，宽度为9英寸到大约1英尺6英寸(0.2m-0.5m)。

在实施例中，其中门表皮的高度为72英寸(183cm)到96英寸(244cm)，门表皮的宽度为24英寸(61cm)到42英寸(107cm)，造型(例如图1中的31、32和33)可从门表皮(例如图1B的33A)的表面升高大约0.125英寸到大约1.5英寸(3.2mm-38mm)和/或在门表面(例如图1B的33B)下面延伸大约0.125英寸到大约0.562英寸(3.2mm-14.3mm)。造型可几乎定位在门表皮表面内的任何地方。在一个实施例中，造型可定位在从门表皮的一个边缘的大约2英寸到大约10英寸(50mm到254mm)到门表皮另一个边缘的大约2英寸到大约10英寸(50mm到254mm)的范围内的任何地方。

在另一实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的面板和/或部分面板。面板可包括门板、墙板、侧窗面板或任何其他类型的可用于建筑物结构的面板。

另外，在一个实施例中，本发明提供了面板以支撑插入到包括本发明纤维增强合成材料的侧窗或门中的玻璃板。一般，门中窗板的插入可利用共同拥有的美国专利6485800中描述的支撑造型。美国专利6485800的公开内容以其全部内容结合在此。然而，由于本发明的薄层纤维增强合成材料的强度，这种支撑造型可能不需要将玻璃板插入到门板和侧窗中。例如，图5A和5B图示了薄层纤维增强合成材料170的实施例，其包括纤维增强合成材料面板171，在该面板171中已经模制了具有支撑边缘或凸缘174a、b、c和d的孔172，玻璃板可定位在该孔内。还是如图所示，在一些实施例中，纤维177在面板背侧是可见的。在实施例中，面板171的厚度175的范围从大约0.04英寸(1mm)到大约0.3英寸(7.6mm)。还是在实施例中，支撑边缘(或凸缘)的深度(即，面板表面的平面后部)176的范围从大约0.05英寸(1.2mm)到大约0.5英寸(12.7mm)以为玻璃板提供支撑。

在另一实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的用于车库门的门板。车库门面板可以是平坦的(即，“平齐的”)、或者可以包括图案。在一个实施例中，面板可如此模制以致包括的图案成为面板的一部分，或用于形成图案的门表皮。可选择地或额外地，车库门包括置入结构以形成图案。

如文中所用的那样，“置入件”包括可黏附到或机械“置入”到平面物体内或外表面上以提供抬高表面的结构。在一个实施例中，置入结构可包括装饰性饰边。置入结构可具有各种形状或形式。在一个实施例中，置入结构的厚度可以是大约1/16到2英寸(1.5mm到51mm)，并且形状为矩形。或者，置入件可包括椭圆形或圆形形状的结构。或者，可使用其他形状、尺寸或厚度的置入结构。

图6示出了可利用本发明的纤维增强合成材料制造的车库门面板。因而，所示的车库门202可包括多个在结合点222、224和226处分开的合成材料面板204、206、208和210。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料用来制造单个的车库门面板(例如204、206、208和210)。在图6中，面板206是轮廓性的以示出面板的范围。面板可以制作因此一个面板可与另一个门板互锁。例如，面板204和206之间的接缝222可在一个面板上包括可配合到相邻面板的凹槽中的突起部分或榫。2004年11月24日提交的共同拥有的美国专利申请No.10/997244公开了用来制造车库门面板的方法，其公开内容通过参考将其全部内容结合在此。

在实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的置入结构。图6示出了实施例，其中在车库门的外门表皮的表面上已经定位了多个置入件。通过在门板208的外表面上定位各种置入件，门的整体外观可能不是四个水平面板，而是两个单面板的双开门。例如，单个置入件228可横跨门的垂直长度，并且几乎在结合点222、224和225处无缝啮合，从而看起来像门表面上的单个垂直饰边。而且，对角线布置的置入件232可提供单个、统一的设计特征以形成一种印象，即门实际上是两个单面板的双开门，而不是由四个水平面板制造的卷帘门。虽然它们没有横跨不同的面板，甚至水平的置入件230提供了一种与其他置入件配合的设计，以形成一种印象即门实际上是两个单个面板的双开门(图6)。而且，用来形成车库门面板和/或置入件的纤维增强合成材料可包括模拟木质纹理图案的图案256。

置入件可以具有各种形状和尺寸，这样它们可从车库门的表面突出以提供抬高的表面或起伏。在各种可选择实施例中，置入件的厚度262的范围可从大约1/16到2英寸(1.59mm-50.8mm)、或者从大约1/8英寸到1英寸(3.2mm-25.4mm)、或从大约1/4英寸到3/4英寸(6.4mm-19.1mm)(图6)。在一个实例实施例中，置入件的厚度可以是大约3/8英寸(9.5mm)。置入件的宽度266和长度264(图6)可根据门板的尺寸和所需饰边的尺寸变化。置入件的长度也可以变化，但是一般将不会长于面板的对角线长度。而且，相同的门面上的不同置入件可具有不同的尺寸。

仍然参考图6，门板可包括插入到切入薄层纤维增强合成材料的孔中的半透明面板254(例如，窗户)。车库门面板的表面可以与窗玻璃平齐，或它可以包括饰边234以增强窗玻璃。在一个实施例中，饰边可以是纤维增强合成材料置入件。

面板本身的尺寸可确定为适配标准的车库门。在一个实施例中，面板横跨78到144英寸(2.0m到3.7m)以用作单个车库门。可选择地，面板横跨192到216英寸(4.9m-5.5m)以用作两个车库门。而且，面板的垂直轴线(即，高度)可根据需要变化。在一个实施例中，四个面板可用作车库门。可选择地，三到六个面板可用作车库门。或者，在一些情况下，车库门可包括单个面板。在一些情况下，不同尺寸的面板可用作单个门。例如，在车库门包括作为顶面板部件的窗户的情况下，更大的顶面板可与更小的下面板一起使用。在一个实施例中，高度24英寸(61cm)的顶面板可与三个20英寸(51cm)的下面板一起使用。或者，可使用四个21英寸(53cm)高的面板。例如，在窗户为16英寸(41cm)高的情况下，24英寸(61cm)高的面板是优选的。相反，13英寸(33.0cm)的窗户可配合到21英寸(53cm)高的面板。

因而，本发明可提供包括本发明纤维增强合成材料的门、门板、侧窗、或部分门、门板、侧窗(例如，置入件)。门或门板的各个面可包括纤维增强合成材料的门表皮。相同的或不同的门表皮设计可用于各个面。相似地，侧窗的各个面可包括薄层纤维增强合成材料。

本发明的门或门板可以本领域技术人员一般公知的方式构造，如共同拥有的美国专利No.6485800、No.6067699和No.5852910以及共同拥有的2002年10月11日提交的美国专利申请10/269522、2002年10月31日提交的10/284392和2003年5月22日提交的10/443627。每个专利和专利申请的公开内容通过参考将其全部内容结合在此。例如，如本领域公知的那样，门、门板或侧窗包括框架和芯。框架可包括至少两个垂直门边和两个水平轨道。合成材料门板的框架可设计用来为门提供支撑。而且，在一个实施例中，例如，门板用作车库门的情形框架可配合得使得门中的相邻门板可以互锁。例如，为了提供互锁的车库门门板，框架的轨道可被镶边(例如，利用木头或其他材料零件)以提供一种使得相邻门板互锁的装置。镶边可包括突出元件(即，榫)，或者镶边可包括凹槽。这样，一个门板端部的突出元件可插入到另一个门板端部的凹槽中，以在门板之间提供几乎无缝的互锁连接。在一个实施例中，框架利用层压板材(LVL)制造。LVL是一种将薄板层压为门板而制成的结构板材。或者，框架可由实木或拼接木、合成材料如挤压木和塑料、钢或其他金属或可接受性能和外观的其他材料制成。

门芯、门板、侧窗或置入结构可形成得至少部分填充由纤维增强合成材料层包围的框架的空白或空间中。芯可包括隔绝材料，例如合成聚合物泡沫。例如，芯可包括膨胀聚苯乙烯泡沫或聚氨酯泡沫、碎木板、石膏或其他矿物棉原料等。可选择地，层压板材(LVL)或纸板可用于至少部分填充该芯。在其他实施例中，门和/或门板基本上是中空的，这样芯包括的主要部分是空气。

芯材的密度与木头的密度相似。或者，芯材可以比木头轻很多。在一个实施例中，可使用密度从大约1.0到大约1.5磅每立方英尺(pcf)的膨胀聚苯乙烯。

而且，在纤维增强合成材料的生产过程中颜色可结合在纤维增强合成材料中。在其他实施例中，颜色可在形成纤维增强合成材料结构之后施加到纤维增强合成材料。因而，颜色可通过本领域技术人员公知的涂漆和/或着色技术施加。

本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的其他建筑物结构。例如，在一些实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的门框部件或窗框部件，或用于门框和/或窗框的包层。

如上所述，像其他建筑物结构一样，木质门框和窗框在暴露到温度和/或湿度极限条件下时由于收缩和膨胀可能会翘曲。一些减小木门和窗框的尝试包括使用镀塑料或乙烯基的木质框架元件(见，例如美国专利No.5987843、No.6295779和No.6378266)。可选择地，可发展完全合成的门框。塑料框架元件从制造角度来看具有吸引力之处在于它们可被模制以提供期望的形状，并且无需使用钉子、螺杆或其他类型的紧固件即可容纳连接配件(见，例如美国专利No.6393779)。然而，一般，塑料用来支撑门或窗单元不够坚固。而且，开发出了金属门框或具有金属包层的门框(见，例如美国专利No.6604334)。而且，金属包层不能满足某些顾客的审美要求。另外，与金属门相似，金属门框和窗框要承受环境诱发的风化之苦，例如生锈和光化学退化，并且在热和冷的环境下绝缘性差。

因而，在一些实施例中，本发明的纤维增强合成材料结构可模制成各种形状，例如但不限于垂直的门柱、门梁或门槛。在一个实施例中，门柱可以是平坦的。可选择地，门柱可以是凹凸榫的。在另一实施例中，本发明的纤维增强合成材料结构包括窗框元件。在其他实施例中，本发明的纤维增强合成材料结构包括线状造型，例如外套和砖型轮廓、混砂柱、门制止器、柱基块或圈线。在又一实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料用于这些部件的包层。如文中所用的那样，包层包括结构或材料上的覆盖层或涂覆层。

图7A和7B图示了本发明纤维增强合成材料结构体现为门框的实施例。图7A中的每个门框截面图示为部分剖视图，其示出了本发明的外纤维增强合成材料包层308和内芯310。如图7A所示，门框包括限定了门洞的上部件的门梁302、框起了门侧面的左门柱304和右门柱(未示出)、以及作为框架底部的门槛306。门槛306进一步包括倾斜部分323以方便水从门流出，和基本上平坦的部分311，其提供了门的基底。在图7A中没有示出可在示出的视图中挂在右门柱上并且可远离观察者摆动的门。如图7A所示，侧面305面对建筑物(或门口)外侧，对置侧303面对建筑物(或门口)内侧。在这种定向的情况下，表面316和318形成了构成门洞的门柱侧，表面312为邻近建筑物结构的门柱侧。

可以看出，构成门洞的门柱304的侧面包括两个不同的表面316和318，这样门柱在当门关闭时位于门外的门柱部分处较厚，在门柱内侧的门柱部分处较薄。表面319可提供止档，当门位于框架中并且关闭时，门将抵靠在该止档上。在一些情况下，造型或挡风雨条可插入到邻近面319的凹槽320中，以为关闭的门提供衬垫和隔绝面。相似地，门梁302包括邻近建筑物的表面322和324以及构成框架开口表面并且因而构成门梁外表面的表面326和328。

图7B示出了侧门柱304的剖视图，其中纤维增强合成材料308用作结构的包层。在图7B中，侧面305是面对门口或建筑物外侧的表面，表面316和318是门洞内的表面，表面303面对门口内部，表面312为连接到建筑物结构的门柱侧。造型或挡风雨条325用作门的衬垫，因此在门关闭时，它可以保持紧密密封。如图7B所示，侧门柱304包括环绕内芯310的本发明的包层308。在一个实施例中，包层308包括纤维307增强的聚合物。因而，包层308可提供暴露到门口外侧的表面或壳(例如，表面303、305、316、318和319)。在可选择实施例中，本发明的纤维增强合成材料包层可覆盖门框或窗框部件的各个和每个面，仍然如图7A所示。或者，整个框架部件，包括芯，可包括本发明的纤维增强合成材料。

在本发明的纤维增强合成材料包括用于门框部件或窗框部件的包层时，包层的厚度可根据特定应用所需来选择。在可选择实施例中，包层的厚度范围可以从大约1/64英寸到大约2英寸(0.4mm-51mm)，或从大约1/32英寸到大约3/4英寸(0.8mm-19mm)，或从大约1/16英寸到大约1/4英寸(1.5mm-6.4mm)。

本发明门框部件的芯包括与用在门上的芯相似的芯。可选择地，芯可以包括膨胀聚苯乙烯、蜂窝PVC、泡沫尿烷、木头、LVL或性能可接受的其他材料。

另外，本发明的纤维增强合成材料门框或框架部件可具有在纤维增强合成材料生产过程中结合的颜色。在其他实施例中，颜色可在形成纤维增强合成材料结构之后施加到纤维增强框架或框架部件。因而，颜色可通过本领域技术人员公知的涂漆和/或着色技术施加。

在可选择实施例中，本发明还提供了包括本发明纤维增强合成材料的壁板。例如，本发明的壁板可用来代替乙烯基、纤维水泥的和其他传统的壁板产品。本发明的纤维增强合成材料壁板可包括任何要求的长度、宽度、厚度和/或形状。在一些实施例中，例如，纤维增强合成材料壁板具有的长度范围从大约8英尺到大约18英尺(5.5m)，宽度从大约8英寸(20.3cm)(Double 4”)到大约10英寸(25.4cm)(Double 5”)。在一些实施例中，纤维增强合成材料壁板的厚度范围，例如，可从大约0.125英寸(3.2mm)到大约0.75英寸(19mm)。此外，纤维增强合成材料壁板的系统高度范围从大约0.125英寸到大约2英寸(3.2mm-51mm)。在一些实施例中，纤维增强合成材料壁板进一步包括适于将各个壁板件锁定在一起的结构，例如那些为乙烯基和铝壁板使用开发的结构。

在一些实施例中，纤维增强合成材料壁板包括各种轮廓，包括Double 4”传统搭接、Double 5”传统搭接、Double 4”Dutch搭接、Double 5”Dutch搭接、和/或垂直壁板/拱腹。纤维增强合成材料壁板可以是实心的和/或通风的。例如，用作垂直壁板/拱腹的纤维增强合成材料可以是通风的。纤维增强合成材料壁板中的通风可帮助空气循环，这有助于控制阁楼空间或其他所需区域中的温度和湿度。

在一些实施例中，本发明的纤维增强合成材料壁板进一步包括至少一层隔绝物。隔绝物可固定到纤维增强合成材料壁板的一面。例如，隔绝物可固定到纤维增强合成材料壁板的内侧面，这样挡壁板安装时，隔绝物置于结构的墙和纤维增强聚合物合成材料之间。在可选择实施例中，隔绝物包括玻璃纤维、石棉、纤维素、聚氨酯泡沫、挤压聚苯乙烯泡沫、膨胀聚苯乙烯泡沫(EPS或颗粒板)、聚苯乙烯泡沫、聚异氰脲酯泡沫、和/或其结合。

本发明的纤维增强合成材料壁板可包括纤维增强聚合物合成材料层和基底层。基底层包括纤维素基的材料例如胶合板、碎木板、定向绞股板、和/或其结合。或者，基底可包括再生木材。在一些实施例中，纤维增强聚合物合成材料层可通过至少一种粘合剂或任何本领域技术人员公知的手段固定到基底层。根据本发明一个实施例，图8A图示了包括纤维增强聚合物合成材料层401的纤维增强聚合物合成材料壁板400，所述纤维增强聚合物合成材料层401包括纤维407、基底层403和隔绝层405。

在一些实施例中，本发明的纤维增强合成材料壁板包括可用来模拟各种木头类型如橡木、松木、雪松等的木质纹理外观。在其他实施例中，纤维增强合成材料壁板包括光滑的外观。在一些实施例中，纤维增强合成材料壁板进一步包括阻燃成分。

本发明的纤维增强合成材料壁板包括任何期望的颜色。颜色可在纤维增强合成材料制造过程中结合到纤维增强合成材料壁板中。在其他实施例中，颜色可在形成壁板之后施加到纤维增强合成材料壁板。例如，颜色可通过本领域技术人员公知的涂漆和/或着色技术施加。

在其他实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的木瓦。纤维增强合成材料木瓦包括任何期望的长度、宽度、厚度和/或形状。在一些实施例中，例如，纤维增强合成材料木瓦包括的长度范围从大约12英寸(30.5cm)到大约24英寸(61cm)，宽度从大约5英寸(12.7cm)到大约12英寸(30.5cm)。在一些实施例中，例如，纤维增强合成材料木瓦的厚度范围从大约0.040英寸(大约1.0mm)到大约0.60英寸(大约15.2mm)。在实施例中，木瓦厚度的范围从大约0.04英寸(1.0mm)到大约0.12英寸(3.0mm)。也可以使用其他厚度范围从大约0.24英寸(6.0mm)到大约0.35英寸(9.0mm)的木瓦。此外，本发明的纤维增强合成材料木瓦可具有任何期望的暴露面积。例如，纤维增强合成材料木瓦具有的暴露面积范围从木瓦总面积的大约50％到70％。而且，纤维增强合成材料木瓦进一步包括设计的插钉位置，其可方便纤维增强木瓦的安装。

在一些实施例中，本发明的纤维增强合成材料木瓦可包括木质纹理外观。在其他实施例中，纤维增强合成材料木瓦包括板岩外观。纤维增强合成材料木瓦包括任何期望的颜色。在一些实施例中，颜色可在纤维增强合成材料制造过程中结合到纤维增强合成材料木瓦中。或者，颜色可在形成木瓦之后施加到纤维增强合成材料木瓦。例如，颜色可通过本领域技术人员公知的涂漆和/或着色技术施加。

在一些实施例中，本发明的纤维增强合成材料木瓦进一步包括阻燃成分。在一些实施例中，纤维增强合成材料木瓦可用于屋顶和/或壁板应用。

在其他实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的护窗板。纤维增强合成材料护窗板包括任何期望的高度、宽度、厚度和/或形状。在一些实施例中，纤维增强合成材料护窗板包括的高度范围从大约25英寸(大约64cm)到大约80英寸(大约203cm)。在一些实施例中，纤维增强合成材料护窗板包括的宽度范围从大约8英寸(大约20cm)到大约36英寸(大约92cm)。纤维增强合成材料护窗板包括各种设计，其中包括百叶窗护窗板、突起面板护窗板和/或板式和板条护窗板。

在另一实施例中，本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的飓风护窗板。本发明的纤维增强合成材料飓风护窗板包括任何期望的高度、宽度和/或厚度。在一些实施例中，纤维增强合成材料飓风护窗板满足和/或超过暴露到飓风和其他恶劣风暴的地区如南佛罗里达(例如，Dade County，Florida)的规范要求。

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料飓风护窗板包括至少一个纤维增强聚合物合成材料层和基底层。基底层包括纤维素基的材料例如胶合板、碎木板、定向绞股板、和/或其结合。在实施例中，基底可包括再生木材。纤维增强合成材料层可通过至少一种粘合剂或任何本领域技术人员公知的手段固定到基底层。

额外地或可选择地，本发明提供了用于本发明纤维增强合成材料飓风护窗板的增强盖。纤维增强合成材料可生产得具有适于覆盖现有飓风护窗板的尺寸。纤维增强合成材料飓风护窗板盖可增加现有飓风护窗板的强度和/或耐久性。在一些实施例中，用于飓风护窗板的纤维增强合成材料盖可通过钉子、螺钉、铰链等固定到飓风护窗板。额外地或可选择地，纤维增强合成材料盖通过至少一个粘合剂固定到飓风护窗板。在另一实施例中，纤维增强合成材料盖可通过摩擦配合固定到飓风护窗板。例如，图8B图示了根据本发明一个实施例的包括纤维增强合成材料盖的飓风护窗板450。在所示的实施例中，具有纤维457的纤维增强合成材料盖451适于通过摩擦配合固定到飓风护窗板453。纤维增强合成材料盖451可在飓风护窗板453上滑动而产生可靠的配合。

纤维增强合成材料护窗板、飓风护窗板或护窗板盖可包括颜色。在一些实施例中，颜色可在纤维增强合成材料制造过程中结合到纤维增强合成材料盖。在其他实施例中，颜色可在形成护窗板或盖之后施加到纤维增强合成材料，例如通过本领域技术人员公知的涂漆和/或着色技术。用于护窗板或护窗板盖的纤维增强合成材料可包括木质纹理外观。在其他实施例中，纤维增强合成材料包括光滑的外观。

如上所述，本发明还提供了窗框部件和窗部件，其包括但不限于窗槛、窗扇、玻璃限位件和模拟分光(SDL)条(例如，窗格条)。如文中所用的那样，窗框包括容纳和保持窗扇的框架和一般在框架底部为平坦部分的窗槛。本发明的纤维增强合成材料窗部件包括部件所需的任何期望的高度、宽度、厚度和/或形状。在一些实施例中，纤维增强合成材料窗部件或窗框部件具有木质纹理外观。在其他实施例中，纤维增强聚合物合成材料窗部件或窗框部件具有光滑的外观。在另一实施例中，本发明提供了用于包括本发明纤维增强合成材料的这些窗部件和/或窗框部件的包层。例如，本发明提供了用于窗槛、窗框、窗扇、玻璃限位件或窗格条的包层，其中包层包括本发明的纤维增强合成材料。

例如，如图8C所示，模拟分光窗户面板502包括由窗扇506环绕的玻璃板504。玻璃板504包括单层玻璃板或双层玻璃板，其中玻璃板填充了由窗扇环绕的区域。如文中所用的那样，窗扇包括用来将玻璃保持在窗户中的支撑件，其可在窗框洞的凹槽内上下(或左右)滑动。可选择地，玻璃板用于门中，并且由门板环绕。窗扇(或门板)由两个垂直的框条508a和508b以及两个水平的轨道510a和510b构成。水平的模拟分光(SDL)条(例如，窗格条)例如514a、514b和514c以及垂直的SDL条例如516a和516b位于窗扇506内并连接到其上。如文中所用的那样，SDL条或窗格条包括用来将透明面板分成区段的不透明带或条。可看到互锁的SDL条(例如514a、514b、514c、516a和516b)组以便组装成一网格。可以看到，SDL条显现为将玻璃板504划分成单独的四分体或区段(例如，504a、504b、504c等，取决于SDL条的数量)。而且，还定位了玻璃限位件522以盖住窗扇506和窗户504的结合处。玻璃限位件522包括四条522a、522b、522c和522d，一般显现为由与用于窗扇或门板的相同的材料制成。构成玻璃限位件的条可围绕玻璃504的外围施加并且与环绕的窗扇或门板506平齐。限位件522覆盖了玻璃板和环绕的窗扇或门板之间的结合点以及从图中可见的任何粘合剂，并且因而可围绕玻璃提供吸引人的边界。

本发明的纤维增强合成材料可用来形成窗户或窗框的任何部件。例如，对于图8C所示的窗户来说，窗扇508、510、玻璃限位件522和/或SDL条514可包括本发明的纤维增强合成材料。或者，窗框和/或窗槛可包括本发明的纤维增强合成材料。图8D示出了玻璃限位件522的实施例，玻璃限位件522包括本发明的纤维增强合成材料558，纤维增强合成材料558包括纤维557和聚合物树脂。如图8D所示，玻璃限位件包括用来限定由透明玻璃板占据的开口的内边缘523，和邻近窗扇框条或轨道的外边缘525。如其他建筑物结构那样，纤维增强合成材料包括窗部件的整个主体(图8D)或窗框部件，或者可提供放置在芯上包层的外表面。

而且，本发明的纤维增强合成材料窗部件、窗框、窗框部件可具有在纤维增强合成材料制造过程中结合的颜色。在其他实施例中，颜色可在形成纤维增强合成材料结构之后施加到纤维增强框架或框架部件。因而，颜色可通过本领域技术人员公知的涂漆和/或着色技术施加。

如上所述，在实施例中，本发明可提供包括本发明纤维增强合成材料的包层。纤维增强合成材料包层可包括任何期望的长度、宽度、厚度和/或形状。在一些实施例中，例如，纤维增强合成材料包层包括用于上述门框部件、窗户和窗框部件、雨棚系统、通风立面、山墙、屋檐、招牌板、包厢衬板、填充板、拱腹和过道衬板的包层。在一些实施例中，本发明的纤维增强合成材料包层包括颜色。如其他的包括纤维增强合成材料的结构构件那样，颜色可在纤维增强合成材料生产过程中结合到纤维增强合成材料包层中，或者可在形成包层之后施加到纤维增强合成材料包层中。

本发明提供了包括本发明纤维增强合成材料的其他建筑物结构。在实施例中，本发明的纤维增强合成材料可替代现有技术的构件，例如目前在建筑物结构中使用的面板或薄层构件或支撑结构。用来生产这些结构的方法一般对本领域技术人员来说是公知的，并且在对这些方法改进后可适用于本发明的合成材料。

在另一方面，本发明提供了生产纤维增强合成材料的方法(或工艺)。该方法可用来生产本发明的纤维增强合成材料建筑物结构。该方法还可以用来生产其他类型的合成材料或结构构件。

在实施例中，本发明的方法包括将增强纤维和聚合物树脂引入到模具中，并且在足以产生纤维增强合成材料的条件下固化所得到的树脂混合物。固化可以在模具中完成，或者可在模具中初始化然后在从模具中取出结构后完成。增强纤维和聚合物树脂可在引入模具之前混合，和/或在引入模具的步骤过程中混合。将纤维和聚合物树脂引入模具的步骤包括通过注入、喷洒、浇注和/或相似技术分散纤维和树脂。

例如，在一个实施例中，本发明包括将纤维增强合成材料成型为建筑物结构形成的生产方法，其包括以下步骤：准备具有感兴趣建筑物结构形状的内部体积的模具；将纤维和聚合物树脂的混合物分配到模具中；使得树脂在足以产生纤维增强聚合物合成材料的条件下聚合。图9图示了本发明的方法实施例，其被应用到门表皮的生产。因而，在一个实施例中，该方法可包括第一步骤602，准备成型为可形成感兴趣建筑物结构的模具。例如，为了制造门表皮，可使用包括第一半(例如下半)和第二半(例如上半)的模组。模具可以合适的速率加热到产生聚合作用所需的温度，步骤604。对于聚氨酯基的合成材料，模具可加热到大约120到190(49℃-88℃)的范围。例如，模具可借助于热水或油加热系统加热。在实施例中，模具的顶部和底部部分可一起或单独加热。而且，模具的顶部和底部部分可加热到相同的温度或不同的温度。模具可成型得以提供用于结构的造型或凹槽。而且，模具的表面可抛光到光面修整或蚀刻有纹理图案。如下文更详细说明的那样，一个或两个模具半可涂覆脱模剂、涂层和/或屏蔽性涂层，步骤606。

一旦准备好模具，增强纤维可提供到切碎机以将纤维切碎到制造合成材料所需的尺寸，步骤608。而且，用来制造聚合物的成分可混合在一起，步骤610。在实施例中，用来将纤维和树脂引入到模具上的设备包括混合头部和分配器。例如，在一个实施例中，液体的聚氨酯成分，包括异氰酸酯和可与异氰酸酯反应的化合物(例如，可与异氰酸酯反应的多元醇)，并且在必要时，还有额外的添加剂(例如，着色剂、脱模剂、催化剂、发泡剂)可在混合头部中混合在一起，步骤610。在这一点上，切碎的纤维和混合的树脂成分可分配到模具的至少一个表面上，步骤612。在一个实施例中，纤维和树脂可混合在一起，然后通过喷洒分配到模具上或浇注涂覆的纤维到模具上。或者，纤维和树脂可在分配二者到模具表面的工艺过程中混合。在又一实施例中，纤维可分配到模具表面然后添加树脂。混合头部和/或分配器可安装在机器人上，机器人可被编程在敞开的模具上移动同时以开口浇注或喷洒的方法分配长玻璃纤维和聚氨酯二者，步骤612。在一些实施例中，分配纤维和树脂耗时可从大约5秒到大约2分钟。

一旦纤维和树脂分配完，则关闭模具，步骤614。在这一点上，可使得聚合物树脂在模具中聚合或“固化”。在实施例中，合成材料在模具中部分固化。例如，在可选择实施例中，合成材料可在模具中(即，在从模具中取出之前)固化超过50％、或在模具中固化超过60％、或在模具中固化超过70％、或在模具中固化超过80％、或在模具中固化超过90％、或在模具中固化超过95％。例如，在部件完全固化之前从模具中取出部件允许部件重新模制成稍微不同的形状。一旦结构固化到期望的程度，则可打开模具并取出合成材料，步骤618。在实施例中，可搁置合成材料以最终固化，步骤620。

本发明方法中使用的增强纤维成分包括单纤维型和多纤维型。该纤维包括天然或人造纤维。合适的纤维包括但不限于玻璃纤维、矿石纤维、天然纤维如木头、亚麻纤维、黄麻纤维、或剑麻纤维，和/或合成纤维，如聚酰胺纤维、聚酯纤维、碳纤维或聚氨酯纤维。在实施例中，纤维是玻璃纤维。在实施例中，玻璃纤维包括E型玻璃纤维(或E-玻璃)。

在实施例中，长纤维用作增强纤维。如文中所用的那样，长纤维增强的树脂包括含有足够长增强纤维的树脂，这样它们一般不能利用传统的高压混合头部有效处理。长纤维通过本领域技术人员公知的LFI引入聚合物树脂。

在实施例中，纤维具有的长度大于1mm(0.04英寸)。在可选择实施例中，纤维的长度范围从大约5mm到100mm(0.2-3.9英寸)。在可选择实施例中，纤维的长度范围从大约10mm到70mm(0.4-2.8英寸)，或从30mm到50mm(1.2-2英寸)。

本发明方法中的树脂成分包括热固性聚合物树脂。在实施例中，树脂包括聚氨酯。可选择地或额外地，可使用苯酚甲醛、间苯二酚甲醛、交联聚酯或其他热固性聚合物。如上所述，聚氨酯一般包括通过使聚异氰酸酯与可与异氰酸酯反应的化合物如多元醇、胺和/或水反应得到的聚异氰酸酯聚加合物。在其他实施例中，聚氨酯可利用二胺和二醇的混合物合成。在进一步的实施例中，聚氨酯可利用二胺混合物合成。

本发明方法中使用的异氰酸酯包括(环)脂肪族和/或芳香族聚异氰酸酯。例如，可使用芳香族二异氰酸酯，例如二苯甲烷二异氰酸酯(“MDI”)和甲苯二异氰酸酯(“TDI”)，例如2，4-甲苯二异氰酸酯和2，6-甲苯二异氰酸酯。在一些实施例中，可使用芳香族二异氰酸酯，例如萘1，5-二异氰酸酯。

各种可与异氰酸酯反应的化合物可用于本发明的方法。例如，适合与异氰酸酯反应的化合物包括含有两个或多个选自OH、SH、NH、NH₂、和CH-酸基如β-二酮基的反应基的化合物。如上所述，可用于形成聚氨酯的化合物的实例包括选自聚醚多元醇基、聚酯多元醇、聚硫醚多元醇、聚酰胺酯、含羟基聚缩醛和含羟基脂肪族聚碳酸酯、或至少两种这些多元醇的混合物的聚醚多胺和/或多元醇。

在一些实施例中，二醇可用于本发明方法的聚氨酯的合成。二醇可包括例如乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、和/或p-2(2-羟基乙氧基)苯。在一些实施例中，例如，在聚氨酯的合成中可使用二胺，包括二乙基甲苯-二胺、亚甲基双(p-苯胺)、和/或3，3’-二氯-4-4’-二氨苯基-甲烷。

额外地，在一些实施例中，聚氨酯可包括任何期望程度的交联。在一些实施例中，例如，异氰酸酯可与不同的聚氨酯链基团反应形成脲基甲酯交联。在其他实施例中，异氰酸酯可与来自不同聚氨酯链的脲基团反应形成缩二脲交联。在一些实施例中，异氰酸酯可与第一聚氨酯链上的尿烷基团和第二聚氨酯链上的脲基团反应产生脲基甲酯和缩二脲交联。在一些实施例中，异氰酸酯可三聚化以形成异氰尿酸酯，其可用作聚氨酯中的交联源。

在本发明方法中使用热固性树脂例如聚氨酯的一个优点是，与其他树脂例如聚酯等制造的合成材料相比，减小了这些合成材料制造期间的挥发性有机物(“VOC”)水平。聚氨酯不含苯乙烯，因而，基本上消除了VOC的释放。在实施例中，本发明方法在制造过程中的VOC释放小于0.1ppm。在另一实施例中，本发明方法在制造过程中的VOC释放小于0.05ppm。在又一实施例中，本发明方法在制造过程中的VOC释放小于0.01ppm。

在存在或不存在发泡剂、催化剂、辅助剂或添加剂的情况下可进行反应。在实施例中，本发明的方法进一步包括将发泡剂引入模具的步骤。发泡剂、纤维和聚合物树脂可在引入模具之前、期间和/或之后混合。发泡剂的使用量可通过泡沫的目标密度进行选择。

在实施例中，该方法进一步包括将催化剂引入模具或树脂混合物。催化剂可在引入模具之前、期间和/或之后与其他成分(纤维、树脂等)混合。可使用任何数量的催化剂。对于聚氨酯成型来说，合适的实例可包括叔胺和/或有机金属化合物。可用作催化剂的化合物实例包括以下：三乙基二胺，氨烷基-和/或氨烷基-咪唑，例如4-氯-2，5-二甲基-1-(N-甲胺基乙基)咪唑，2-氨丙基-4，5-二甲氧基-1-甲基咪唑，1-氨丙基-2，4，5-三丁基咪唑，1-氨乙基-4-己基咪唑，1-氨丁基-2，5-二甲基咪唑，1-(3-氨丙基)-2-乙基-4-甲基咪唑，1-(3-氨丙基)咪唑和/或1-(3-氨丙基)-2-甲基咪唑；有机羧酸的锡(II)盐，例如锡(II)双乙酸盐，锡(II)二辛酸盐，锡(II)二乙基己酸酯，和锡(II)二月桂酸酯；以及有机羧酸的二烷基锡(IV)盐，例如二丁基锡双乙酸盐，二丁基锡二月桂酸酯，二丁基锡顺丁烯二酸，和二辛基锡双乙酸盐。

在实施例中，该方法进一步包括向模具引入额外的成分，例如细胞(cell)调节剂；表面活化化合物例如脱模剂、屏蔽性涂层和/或其他类型的涂层；色素和/或其他着色剂；和/或去氧化的、防热的、或微生物降解或老化的稳定剂。额外的成分可在引入模具之前、期间和/或之后与其他成分混合。

在实施例中，本发明方法进一步包括将填料引入模具。填料可以在引入模具之前、期间混合之后与纤维或树脂成分(或添加剂)混合。填料可以是涂胶的或无浆的。可改进填料以相对于聚氨酯母料具有改善的自由流动特性和黏附性。在实施例中，填料可包括小板状的填料，例如玻璃片和/或诸如云母之类的矿物。

而且，该方法进一步包括将着色剂引入模具。着色剂可在引入模具之前、期间混合之后与其他成分混合。合适的着色剂包括但不限于二氧化钛、硫酸钙、二氧化锰和碳黑、或文中参考本发明的纤维增强聚合物合成材料阐述的其他合适的色素。

本发明方法的固化步骤可以与模制领域的普通技术人员一般公知的方式执行。固化可在模具中初始化并且在模具中或从模具中取出之后完成。一般，树脂混合物保持在足以至少部分固化混合物并在从模具中取出之前形成自立合成材料的温度和压力。在取出之后，可进行进一步固化和/或成型。

因而，为了固化合成材料，一旦树脂和纤维分配到模具表面，就关闭模具。在另一实施例中，可使用在固化步骤过程中至少部分打开的模具。然后，可以在模具中在使得至少一部分混合物聚合的条件下进行聚合。在实施例中，允许结构保留在模具中直到聚合基本上完成并且部件被冷却。或者，部件可在峰值发热量处或紧随其后取出并且成型为不同的形状(即，例如弓形等)。

产生固化的温度和压力可根据使用的聚合物、制造的部件、产品考虑等改变。在可选择实施例中，树脂混合物可在100(38℃)到400(204℃)的温度下、20psi(1.41kg/cm²)到1500psi(106kg/cm²)的压力下固化大约15秒到600秒。在另一实施例中，树脂混合物可在120(49℃)到300(149℃)的温度下、20psi(1.41kg/cm²)到1000psi(70.3kg/cm²)的压力下固化大约25秒到300秒。或者，树脂可以在130(54.4℃)到200(93.3℃)的温度下、30psi(2.1kg/cm²)到500psi(35.1kg/cm²)的压力下固化30秒到180秒。

本发明的方法可有利地用于生产用于特定最终用途的纤维增强聚合物合成材料结构。在一个方面，本发明提供了用来生产包括纤维增强聚氨酯的用作建筑物结构的一个部件的纤维增强聚合物合成材料的方法和系统。

在实施例中，该方法包括模具，模具包括第一半和第二半，第一半用来挤压合成材料的外部尺寸适于形成感兴趣的建筑物结构的表面，第二半用来挤压合成材料的基本上与第一半具有相同外部尺寸的表面。模具的形状可根据待制造的建筑物结构而改变。

例如，模具可设计得用来制造门表皮。因而，在实施例中，该方法包括一种制造门表皮的方法，其包括以下步骤：准备包括第一模和第二模的模具，其中两个模包括至少一个基本上平面的表面；将包括多个纤维和聚合物树脂的混合物分配到其中一个模的基本上平面的表面上；使得第二模的第二基本上平面的表面与纤维和树脂接触；以及使得树脂在足以产生门表皮形状的纤维增强合成材料的条件下聚合。

在一种这样的实施例中，模具的第一半包括阴模，其具有包括至少一个凹痕的表面，模具的第二半包括阳模，其具有匹配第一模凹痕的突起，这样当模具关闭时，一个模上的突起基本上与另一个模上的凹痕对齐。或者，模表面可以是平齐的，这样在任一个模上没有突起或凹痕。在系统用来制造门表皮的情况下，在门表皮的表面上可形成图案或光滑表面。因而，在实施例中，两个模的其中一个的至少一部分可被抛光为光面修整。可选择地或额外地，两个模的其中一个的至少一部分包括蚀刻在表面上的图案。例如，在实施例中，图案可模拟木质纹理。在实施例中，第一模半和第二模半的外部尺寸足以产生具有文中所述尺寸的门表皮。一般，第一模半和第二模半的外部尺寸，长度小于大约107英寸(272cm)，宽度大约48英寸(122cm)。虽然在本发明的方法中几乎任何尺寸都是可能的，但是合成材料的尺寸可能会受到制造部件的机器的制约。

还是如文中所述，用来形成纤维增强聚合物合成材料的模表面或模具可在将纤维和树脂引入到模具之前用脱模剂喷洒或以其他方式处理。或者，脱模剂可包括为树脂的一部分。通常可用作脱模剂的化合物包括腊基或硅基的脱模剂。

或者，在将材料引入模具之前，模具可用模内涂层(IMC)处理。通常可用于IMC的药剂包括但不限于脂肪族尿烷、丙烯酸树脂、醇酸树脂等。

可选择地或额外地，在将纤维和树脂引入模具之前，可向模具表面施加屏蔽性涂层。屏蔽性涂层对于增强合成材料的表面特性是有利的。例如，屏蔽性涂层可用来形成基本上没有凹坑、气泡、纤维或纤维段/端的表面，其在某些工艺中可形成在纤维聚氨酯混合物的表面上。屏蔽性涂层可包括弹性体、或无弹性树脂、热固性树脂、热塑性树脂等。实例包括但不限于丙烯酸树脂、聚烯烃和其他热塑性塑料、聚氨酯、苯酚甲醛和其他热固性塑料等。在某些实施例中，使用在模制或固化过程中机械地或化学地粘结到纤维聚氨酯混合物的屏蔽性涂层是有利的。屏蔽性涂层的实例包括BAYDUR树脂(Bayer MaterialScience，LLC)、PLIOGRIP(Ashland Specialty Chemical)、Devocn 309 Methacrylate(ITW Devcon)。

从合适的初始材料开始的树脂(例如，聚氨酯)的聚合可通过控制反应的温度来控制。因而，在实施例中，至少其中一个模包括温度控制器，该方法进一步包括控制模具的温度。

最终的纤维增强聚合物合成材料产品的厚度和/或密度可能部分取决于聚合物在聚合时的整体膨胀和允许聚合物产生泡沫的程度。在实施例中，模具的内表面在模具关闭时分开预定的距离。例如，当该方法用来制造门表皮时，模具的内表面分开1.0-0.05英寸(25.4mm-1.27mm)。在可选择实施例中，当模关闭时，模分开的距离范围从大约0.8-0.08英寸(20.3mm-2.0)，或者当模关闭时，范围从大约0.5-0.1英寸(12.7mm-2.54mm)，或当模关闭时，范围从大约0.15-0.11英寸(3.81mm-2.79mm)。

在实施例中，本发明提供了制造非薄层结构的建筑物结构(例如，门梁、门柱、窗扇和窗槛)的方法。例如，为了制造包括本发明纤维增强聚合物的具有整体结构的门柱和窗槛或其主要部分，用来制造聚合物的成分(例如，异氰酸酯和可与异氰酸酯反应的化合物)可被混合，并且将混合物浇注到具有包括感兴趣门框部件的内部体积的模具中。或者，模具可设计成用来制造门的置入结构。或者，模具可设计成用来制造窗部件或窗框部件。或者，模具可设计成用来制造壁板、护窗板和/或木瓦。一般，本发明方法使用可用来装置感兴趣建筑物部件的标准模具。在一个实施例中，模具包括凹槽或其他装饰性形状。在包括这些额外形状时，表面上的聚合物层将包括额外的形状。

在其他方面，本发明提供了用来制造纤维增强合成材料的系统。该系统包括引入设备和模具。在实施例中，模具成型得可形成建筑物结构。引入设备包括用来混合制造聚合物树脂的至少两种成分的混合器(例如，混合头部)。设备进一步包括用来将纤维切成预定长度的切碎机。而且，引入设备包括将纤维和树脂分配到模具表面上的分配器。在一个实施例中，分配器包括喷雾器。或者，分配器包括注射器。或者，分配器可将纤维和/或树脂浇注到模具上。混合器和分配器可位于引入设备的单个构件上。引入设备进一步包括将树脂成分和/或其他添加剂提供到混合头部的导管。而且，引入设备或其部分是可移动的，从而将分配器定位到模具的不同部分附近。

本发明系统的实施例如图10所示。在实施例中，系统适于通过长纤维注入(LFI)技术制备纤维增强聚合物合成材料。因而，系统可包括敞开的模具，其包括第一半714和第二半716，模具成型得可容纳具有所需尺寸的纤维增强聚合物合成材料。在一个实施例中，在建筑物结构包括门表皮时，敞开的模具可包括具有第一模和第二模的模具组。模具可加热到聚合聚合物树脂所需的温度。例如，模具可借助于热水或油加热系统加热。在实施例中，模具的顶部部分和底部部分可独立加热。而且，与纤维树脂混合物接触的模具表面可抛光为光面修整或蚀刻有纹理图案。而且，为了方便从模具中取出结构，一个或两个模具半可涂覆有IMC 715、屏蔽性涂层717或一些其他类型的涂层(图10)。

如上所述，系统还包括用来将第一树脂成分702和第二树脂成分704混合并且将混合物注入模具的自动控制的混合头部708。在一个实施例中，第一树脂成分702包括异氰酸酯成分，第二树脂成分704包括可与异氰酸酯反应的成分。系统进一步包括用来将第一和第二树脂成分引入到混合头部的导管703和705。系统进一步包括功能性地连接到混合头部的玻璃切碎机706。系统进一步包括用来将纤维和混合树脂一起分配到一部分模具的分配器710(例如注射器或喷雾器)。在实施例中，混合头部用来将纤维与树脂成分混合。可选择地，碎纤维可在模具涂覆树脂混合物之前分布到模具表面。或者，纤维和树脂可在将它们分配到模具的步骤期间混合。分配器702和混合头部708可安装到机器人上，机器人可被编程以移动到敞开的模具714之上，同时将包括长纤维和聚合物树脂712的混合物分配到模具上。

如上所述，为了方便从模具中取出纤维增强合成材料(例如，门表皮)，可向合成材料或模具施加脱模剂。在实施例中，脱模剂可包括为树脂混合物的一部分(即，作为内部脱模剂)。对于内部脱模剂，脱模剂可包括在门表皮制造工业中使用的诸如蜡基的或硅树脂基的脱模剂之类的化合物。可选择地或额外地，模内涂层(“IMC”)715可喷洒到模具表面上。在实施例中，IMC包括例如上述的那些脱模剂、或挤压合成材料领域公知的防粘结剂，其可有效地防止聚合物合成材料粘结到模或模具表面，例如硅树脂等。或者，IMC可包括色素。在又一实施例中，IMC包括屏蔽性涂层。可选择地或额外地，屏蔽性涂层717可施加到模表面或者在施加到模具表面之前施加到IMC 715上。

一旦混合物施加到模714的第一部分(例如，底部)，模716的第二半(例如，顶部)可降低(即，关闭模具)，并且当树脂成分聚合时形成纤维增强合成材料。在树脂为聚氨酯的情况下，聚合物可经过一些发泡并膨胀以填充模具。在几分钟之后，反应基本上完成，这样打开模具并取出结构。可搁置所造成的纤维增强合成材料718(例如，门表皮)以最终固化。

模具可被成型得以形成感兴趣的建筑物结构。在一个实施例中，模具包括两个成型得可挤压门表皮的模。模具可如此成型以致门表皮包括面板。例如，在实施例中，第一模包括阴模，其具有包括至少一个凹痕719的表面，第二模包括阳模，其具有基本上与第一模的凹痕匹配的突起720，这样最终的门表皮包括图1和2所示的面板。门表皮可以是光滑的，或者它可具有设计用来模拟木质纹理的图案。为了使门表皮具有光滑表面，至少一个模被抛光为光面修整。为了使门表皮具有像木质纹理一样的表面，两个模的至少其中一个包括蚀刻在表面上的图案。

模具可包括当模具中产生聚合反应时控制聚合温度的装置。在模具包括形成门表皮的模时，至少一个模包括控制模温度的装置。

模具包括本领域商业化可用的模具标准。如文中所述，模具应该能够根据需要在产品上施加压力。模具的表面可包括钢、铝、瓷釉、特富龙、环氧树脂、或其他聚合物材料。模具表面可以例如通过硬铬镀来镀铬。在实施例中，模具的表面可以抛光。在实施例中，模具的温度被控制，因此可设定温度使得填充纤维的聚氨酯的固化和流动最大化。例如，通常形成聚氨酯的聚异氰酸酯反应在模具温度从30℃到90℃(86-194)下进行。例如，在实施例中，模具利用热水或油加热系统进行加热。

模具可设计为待制造的建筑物结构需要的那样。因而，在实施例中，当模具关闭时，模可分开预定的距离。例如，LFI技术在门表皮的应用与非常薄的结构的制造相关。因而，对于制造薄层合成材料例如面板、包层或门表皮的情况，在模关闭时，模分开的距离范围从大约1.0到0.05英寸(25.4mm-1.3mm)。在可选择实施例中，模分开的距离范围在模关闭时为从大约0.8-0.08英寸(20.3mm-2.0)、或在模关闭时从大约0.5-0.1英寸(12.7mm-2.5mm)、或在模关闭时从大约0.15-0.11英寸(3.8mm-2.8mm)。本发明的方法和本发明的系统的进一步细节将在下文参考特定实施例阐述。

因而，如文中所述，本发明的实施例包括用于建筑物结构的包括聚氨酯和玻璃纤维的纤维增强合成材料。用作纤维增强聚合物合成材料一部分的玻璃纤维已经在门制造领域进行了描述。例如，美国专利No.5074087和No.5075059描述了利用模具采用压缩模制的玻璃纤维聚酯树脂制造的门表皮做成的门，其中模具将木质纹理图案印制到门表皮的外表面。而且，美国专利公开说明书No.2003/0226383描述了通过模制的化合物制备的玻璃纤维门表皮，其中在模制时，该化合物具有预定的收缩。

而且，本领域公知的这些和其他玻璃纤维门表皮包括利用SMC或块状模制化合物(“BMC”)技术制造的聚酯玻璃纤维表皮。SMC是一种玻璃纤维增强的热固性或热水箱化合物，其制备成片状并滚成卷，在卷中夹有塑料薄膜以防止自动粘结。SMC预混合料可通过切碎到25或50mm长的玻璃丝实现，在其上施加树脂糊。在一些情况下，预混合料穿过压紧系统，该系统可保证在SMC卷成卷之前完全丝浸透。SMC垫可通过在含有碎玻璃丝或垫的聚氨酯薄膜的两个移动的片上分配混合的树脂、填料、成熟剂、催化剂和脱模剂而形成。SMC预混合料一般在将垫模制成期望的形状之前存储几天，以使得预混合料增稠到可模制的粘度。SMC需要热塑性树脂，因此可以预成型成片，然后模制成最终构形。

相反，本发明描述了使用热固性聚合物树脂例如聚氨酯制造纤维增强聚合物合成材料。例如，在实施例中，本发明包括制造用于门表皮和其他建筑物结构的薄层聚氨酯玻璃纤维合成材料。而且，如文中所述，本发明的纤维增强合成材料可用于门框部件、窗部件、壁板等。聚氨酯薄层纤维增强聚合物合成材料的优点有许多，不仅包括减小了VOC释放而且还能制造具有可控密度并且改进了线性热膨胀特性的产品。

在本发明的方法或系统的实施例中，长纤维注入(LFI)技术可用来形成包括长纤维增强纤维的聚氨酯合成材料。在实施例中，长纤维是玻璃，例如E型玻璃纤维(即，E-玻璃)等。对于LFI，玻璃切碎机可连接到用来将树脂和纤维引入模具的混合头部上。混合头部和切碎机可安装在机器人上，机器人可被编程以移动到敞开的模具上方，同时以喷洒或敞开浇注的方法分配长玻璃纤维和混合的聚氨酯成分。纤维增强聚合物合成材料的表面特性将部分决定于用来形成合成材料的模具。在喷洒或浇注结束后，可关闭模具以形成部件。

本发明的进一步细节和优点通过以下的实施例将显而易见。

实例

以下实例描述了本发明的纤维增强合成材料的特定实施例和本发明方法和系统的特定实施例。

玻璃纤维增强聚氨酯面板和门表皮

在实施例中，本发明的纤维增强合成材料是门表皮或例如可用于墙或门单元的面板。在实施例中，门表皮或面板包括唇口，其可至少部分包围在待覆盖的结构框架的周围。例如，唇口可包围在用来制造门框的支架和/或框条的周围。唇口的尺寸可确定得完全彼此交叠。可选择地，门表皮或面板可以是带有正方形边缘的平面。

具有六个面板的门表皮，例如图1所示，可用本发明的纤维增强合成材料制造。因而，如图1的门表皮所示，在实施例中，本发明的门表皮包括模制面板。例如，在实施例中，门表皮包括0-15个面板，其使用本领域公知的面板设计。门表皮的模制细节从表面上大于90度，并且可以在表面之上和/或之下。门表皮具有用于可安装在门中的光插入件(例如半透明面板或窗户)的开口，所述光插入件可安装在门中与门成整体或在门组装之后安装。

在实施例中，门表皮包括的成分为10％-60％的玻璃纤维、40％-90％的聚氨酯、0-8％的添加剂例如着色剂、UV稳定剂和阻燃剂。例如，具有40％玻璃纤维和60％聚氨酯混合物的纤维增强合成材料门表皮可利用在下文的实例2中描述的本发明方法和系统制备。

而且，脱模剂可用于本发明门表皮的制造。脱模剂可以内置到门表皮，通常的浓度为大约最高2％，或者脱模剂可以相同的浓度施加到门表皮的外表面。可用作脱模剂的化合物的实例包括文中描述的脱模剂。

可选择地或额外地，涂层可经由模内涂层(IMC)应用(即，在施加玻璃纤维和尿烷之前施加到模表面)施加到门表皮。可用作IMC的化合物实例包括着色的脂肪族尿烷、丙烯酸树脂、醇酸树脂或其他性能和外观可接受的涂层等。

可选择地或额外地，如文中所述，可向门表皮施加屏蔽性涂层。屏蔽性涂层可位于IMC和门表皮之间或者没有IMC直接位于门表皮上。屏蔽性涂层可经由喷洒、幕式淋涂或其他本领域公知的施加系统添加。屏蔽性涂层的实例包括BAYDUR树脂(Bayer MaterialScience，LLC)、PLIOGRIP(AshlandSpecialty Chemical)、Devocn 309 Methacrylate(ITW Devcon)。例如，利用实例2中所述的本发明的方法和系统制造的包括40％玻璃纤维和60％聚氨酯的门表皮还含有0.008英寸BAYTEC156(Bayer Chemical Company)的屏蔽性涂层和0.003英寸的脂肪族聚氨酯(Titan)的IMC层。

本发明的门表皮可以是薄层合成材料。一般，门表皮可以为平坦的片，其大为97英寸(2.46m)长乘以49英寸(1.24m)宽，或者小为60英寸(1.52m)长乘以9英寸(0.23m)宽。而且，门表皮的厚度一般小于0.130英寸(3.30mm)。在一些实施例中，门表皮的厚度小于0.09英寸(2.29mm)。例如，利用本发明的方法和系统制造的纤维增强门表皮具有36.25英寸乘以80.5英寸(921mm×204cm)的尺寸。而且，可利用本发明的方法和系统制造其他的尺寸，这取决于最终产品的用途。

本发明的门表皮与现有技术的纤维填充的SMC门表皮相比具有减小的密度。在实施例中，本发明门表皮的密度范围从大约20pcf到110pcf(或大约320.4-1762kg/m³)。在其他实施例中，本发明的纤维增强聚合物合成材料门表皮的密度从大约30pcf到100pcf(或大约480.6-1602kg/m³)，或可选择地，从35pcf到95pcf(或大约560.7-1522kg/m³)。例如，利用本发明的纤维增强合成材料制成的纤维增强的门表皮具有的测量密度为78pcf(1250kg/m³)。

而且，如上所述，本发明的门表皮与木质门表皮相比具有改进的热稳定性。例如，利用本发明方法制造的门表皮具有的热膨胀系数为大约15×10^-6mm/mm/℃。

另外，本发明的门表皮具有改进的弹性特性。例如，在实施例中，利用本发明的方法制造的门表皮的弹性模量为大约180Kpsi(或大约19691kg/cm)。因而，本发明的纤维增强合成材料门表皮足够硬，从而可以毫无问题的操作，但不是硬到在表皮由于温差而改变尺寸时使门扭曲。此外，在实施例中，本发明的LFI表皮在利用工业的测试标准测试时具有良好的阻抗吸水和失水性。

而且，在实施例中，本发明的玻璃纤维门表皮在分别暴露到非常湿或干的条件下(例如，水浸泡24小时；烘干24小时；暴露到93％湿度72小时；和/或煮沸1小时)与使用木基合成材料制造的门表皮相比具有膨胀和收缩水平。

借助于其特性，门表皮提供了可暴露到环境的大的表面面积。因而，制造期间的挥发性有机物(VOC)释放值得关注。因为本发明的门表皮利用聚氨酯而非聚酯和其他本领域通常使用的树脂制造，所以门表皮基本上没有苯乙烯。因而，与使用SMC树脂制造的纤维填充门表皮相比，VOC释放显著减小。

薄层纤维填充聚氨酯合成材料的生产

图10示出了通过LFI生产纤维填充聚氨酯合成材料例如薄层门表皮的LFI示意图。因而，如图10所示，可使用包括第一半714和第二半716的敞开模具或模组，其成型得可包含具有所需尺寸的纤维增强聚合物合成材料。模具借助于热水或油加热系统加热到大约120-190(49℃-88℃)的温度。在实施例中，模具的顶部和底部部分可独立加热，每一个的温度范围从大约120-190(49℃-88℃)。模具的各表面可抛光到光面修整或蚀刻有纹理图案。可选择地，一个或两个模半涂覆有脱模剂、模内涂层和/或屏蔽性涂层。将增强的玻璃纤维707提供到切碎机706以引入到模具表面上(即，下模上)。用于制造聚合物树脂的液体成分702和704可包括(A)异氰酸酯(例如702)，和(B)可与异氰酸酯反应的化合物(例如704)，例如本领域可商业化得到的公知可与异氰酸酯反应的多元醇，例如但不限于BASF(Mount Olive，NJ)的Elastoflex E130-002或Bayer的BAYDUR产品。如果必要，可包括额外的添加剂(例如，着色剂、脱模剂、催化剂、发泡剂或阻燃剂)作为树脂成分(例如，A或B)的任何其中一种的一部分，这样可在混合反应成分(例如A和B)时进行聚合反应。一旦两种树脂成分和任何的添加剂混合在一起，树脂混合物作为带有碎玻璃纤维707的流体施加到模具。在实施例中，树脂和玻璃纤维在它们引入到流体中时混合。一般，玻璃纤维切碎成大约0.5英寸或更长的长度(E型玻璃纤维；例如Owens Corning或Gibson玻璃纤维)。然后，将玻璃纤维-树脂流施加到模具。在实施例中，将LFI混合物施加到模具的工艺利用为此工艺开发的LFI-PUR单元(Krauss Maffei；U.K.)。LFI-PUR单元包括切碎玻璃纤维并且连接到混合头部708的玻璃切碎机706。混合头部安装到机器人上，机器人可被编程以移动到敞开的模具714上方，同时通过敞开浇注或喷洒方法分配长玻璃纤维和聚氨酯712。根据应用，浇注时间耗时从大约5秒到大约2分钟。

如上所述，为了便于从模具中取出门表皮，脱模剂可施加到表皮或模具。在实施例中，脱模剂包括为聚氨酯混合物的一部分(即，内脱模剂)。对于内脱模剂，脱模剂包括门表皮制造工业使用的诸如蜡基或硅树脂基的脱模剂之类的化合物。

可选择地或额外地，模内涂层(IMC)715可喷洒在模具表面上。在实施例中，模内涂层包括挤压合成材料领域公知的的防粘结剂，其可有效地防止聚合物合成材料黏附到模或模具表面，例如脂肪族尿烷等。而且，IMC包括用于为门表皮表面着色的色素。

可选择地或额外地，屏蔽性涂层717可施加到模的表面或施加到前面已经施加到模具表面的IMC 715上。屏蔽性涂层可以是改进门表皮特性和/或外观的任何材料，例如Bayer的BAYTECSPR-156D。

一旦混合物施加到底部的模半714，顶部的(例如阳)模716可降低(即，关闭模具)，通过异氰酸酯-多元醇混合物的交联形成聚氨酯/玻璃纤维合成材料。在LFI中，聚氨酯将经过一些发泡和膨胀以填充模具。在大约0.5-3分钟之后，反应基本上完成，可以打开模具并取出门表皮718。可搁置形成的纤维增强合成材料以最终固化。

形成一个门表皮的完整LFI循环可能耗时大约2-5分钟。在每个循环之后，注射头用有机溶剂、蒸气或其他溶剂清洁以防止生成无关的聚合和/或纤维。

在纤维增强合成材料通过LFI形成后，允许其固化。固化的主要部分可在模具内实现，这样一旦从模具取出，可搁置模制的合成材料以完成反应。例如，在实施例中，纤维增强聚合物合成材料可在模具中固化至少80％，剩下的固化通过将合成材料在室温下搁置大约1小时来实现。或者，在部件从模组取出之后部件可再模制，例如，在使用薄层合成材料制造门或窗部件的非平面的薄层包层的情况下。在实施例中，纤维增强聚合物合成材料可进一步进行处理。例如，在实施例中，纤维增强聚合物合成材料可在外表面上涂漆。

因此，本发明提供了涉及生产建筑物结构用的纤维填充聚氨酯合成材料的方法和合成材料。本发明的实施例提供了许多优点和特征。例如，本发明的一个优点是提供了由纤维增强聚氨酯制造的纤维增强合成材料，其包括一个或多个改进的结构特性，例如改进的抗拉强度、耐冲击性、良好的隔绝能力、抗热诱发的收缩和膨胀以及减小的密度/较轻的重量。

而且，本发明的一个优点是提供了由纤维增强聚氨酯制造的纤维增强合成材料，与现有技术以前公知的方法制造的玻璃纤维纤维增强聚合物合成材料相比，具有降低的VOC释放。因为聚氨酯/玻璃纤维合成材料没有苯乙烯，所以VOC如果不是不存在的话也是被显著地降低了。

另外，用于本发明纤维增强合成材料的LFI工艺基本上是一个步骤的工艺。因而，不需要像基于SMC技术那样将聚氨酯混合物添加到纤维垫上。而且，该工艺的封闭特性可显著地降低释放到工作环境中的玻璃纤维量。

本发明的又一优点是能够控制合成的纤维增强合成材料的密度和柔韧性。在实施例中，与使用基于SMC技术制造的门表皮相比，门表皮具有较轻的重量和降低的密度。本发明的聚氨酯基合成材料重量轻的一个原因在于空气作为发泡剂。而且，与利用SMC技术制造的门表皮相比，门表皮通过在合成材料中增加聚氨酯相对于玻璃纤维的量而具有降低的密度。可选择地，与利用SMC技术制造的门表皮相比，门表皮通过在合成材料中降低聚氨酯相对于玻璃纤维的量而具有增加的密度。相似地，合成的纤维增强合成材料的柔韧性可通过控制最终产品中的纤维的相对水平、聚氨酯的交联和发泡来调节。

另一个优点是，因为聚氨酯实际上粘结到纤维，而聚酯仅包住纤维，所以本发明能够使用各种等级的玻璃纤维。例如，用于聚酯树脂的纤维一般需要粗糙的表面以吸收到聚酯。在本发明中，这些粗糙的纤维不是必需的。

本发明的纤维增强合成材料还具有良好的机械特性。例如，在实施例中，本发明的纤维增强合成材料表现出高的阻抗热诱发的膨胀和收缩和高的阻抗热诱发的剥落和/或裂缝的能力。另外，与聚酯树脂制成的纤维增强合成材料相比，它们提供了改进的耐凹坑或弯曲性和改进的可加工能力。

而且，本发明的实施例提供了具有高耐刮擦性但是可以涂漆以提供审美表面的纤维增强合成材料。此外，有可能包括底漆或着色剂作为用来喷洒在模具上的IMC或屏蔽性涂层的一部分。以这种方法，作为模制步骤的一部分表皮可上底漆或涂漆。

另一个优点是与SMC相比降低了LFI所需设备的投资。因而，该技术可根据需要大规模或小规模地引进。

另外，使用LFI允许使用更高百分比的纤维。由于纤维比树脂便宜，所以这可导致大大节省成本和改进产品性能。

应该理解，上述的每个元件或两个或多个元件一起还可以发现在不同于所述类型的应用中的用途。虽然本发明已经作为制备纤维增强合成材料的系统和方法进行了图示和描述，但是并非意旨限制到所示的细节，因为在不脱离本发明实质的情况下可做出各种修改和替换。这样，本领域技术人员只是进行常规试验即可根据文中的公开内容做出本发明的进一步的修改和等同方案，所有这些修改和等同方案都认为是落在本发明的实质和范围内。本文件中提到的所有专利和出版的专利申请都可将其全部内容结合在此参考。

Claims (112)

1、一种纤维增强合成材料建筑物结构，包括纤维和聚合物树脂。

2、如权利要求1所述的建筑物结构，其中聚合物树脂包括热固性聚合物。

3、如权利要求2所述的建筑物结构，其中热固性聚合物包括聚氨酯。

4、如权利要求1所述的建筑物结构，其中纤维包括玻璃纤维。

5、如权利要求1所述的建筑物结构，其中玻璃纤维的长度从大约5mm到大约100mm。

6、如权利要求1所述的建筑物结构，其中纤维包括多个非结构化的基本上随机定向布置的碎纤维。

7、如权利要求1所述的建筑物结构，进一步包括非纤维填料。

8、如权利要求1所述的建筑物结构，进一步包括着色剂。

9、如权利要求1所述的建筑物结构，进一步包括施加到结构的至少一部分上的脱模剂、屏蔽性涂层或模内涂层中的至少一种。

10、如权利要求1所述的建筑物结构，进一步包括基本上平面的结构。

11、如权利要求10所述的建筑物结构，其中结构包括门表皮。

12、如权利要求10所述的建筑物结构，其中结构包括面板。

13、如权利要求1所述的建筑物结构，其中结构包括包层。

14、如权利要求1所述的建筑物结构，其中结构包括门框或一部分门框。

15、如权利要求1所述的建筑物结构，其中结构包括窗框部件或窗部件。

16、如权利要求1所述的建筑物结构，其中结构包括壁板。

17、如权利要求1所述的建筑物结构，其中结构包括护窗板。

18、如权利要求1所述的建筑物结构，其中结构包括木瓦。

19、一种纤维增强合成材料门表皮，包括纤维和聚合物树脂。

20、如权利要求19所述的门表皮，其中聚合物树脂包括热固性聚合物。

21、如权利要求20所述的门表皮，其中热固性聚合物包括聚氨酯。

22、如权利要求19所述的门表皮，其中纤维包括玻璃纤维。

23、如权利要求19所述的门表皮，其中玻璃纤维的长度范围从大约5mm到大约100mm。

24、如权利要求19所述的门表皮，其中纤维包括多个非结构化的基本上随机定向布置的碎纤维。

25、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括非纤维填料。

26、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括着色剂。

27、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括施加到结构的至少一部分上的脱模剂、屏蔽性涂层或模内涂层中的至少一种。

28、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括基本上平面的轮廓。

29、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括造型。

30、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括用于半透明面板的开口。

31、如权利要求19所述的门表皮，进一步包括基本上光滑的表面。

32、如权利要求19所述的门表皮，在至少一个表面上进一步包括纹理图案。

33、一种门，包括如权利要求19所述的门表皮。

34、一种门，包括构成为纤维增强合成材料的纤维和聚合物树脂。

35、如权利要求34所述的门，其中聚合物树脂包括热固性聚合物。

36、如权利要求34所述的门，其中热固性聚合物包括聚氨酯。

37、如权利要求34所述的门，其中纤维包括玻璃纤维。

38、如权利要求34所述的门，其中玻璃纤维的长度范围从大约5mm到大约100mm。

39、如权利要求34所述的门，其中纤维包括多个非结构化的基本上随机定向布置的碎纤维。

40、如权利要求34所述的门，进一步包括非纤维填料。

41、如权利要求34所述的门，进一步包括着色剂。

42、如权利要求34所述的门，进一步包括施加到结构的至少一部分上的脱模剂、屏蔽性涂层或模内涂层中的至少一种。

43、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料包括门表皮。

44、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料包括门板。

45、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料包括置入结构。

46、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料包括包层。

47、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料包括用于半透明面板的开口。

48、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料包括至少一个基本上光滑的表面。

49、如权利要求34所述的门，其中纤维增强合成材料在至少一个表面上包括纹理图案。

50、一种生产建筑物结构的方法，包括以下步骤：

准备模具，模具具有建筑物结构形状的内部容积；

将包括多个纤维和聚合物树脂的混合物分配到模具表面；和

使树脂在足以产生纤维增强合成材料的条件下聚合。

51、如权利要求50所述的方法，其中聚合物树脂包括热固性聚合物。

52、如权利要求51所述的方法，其中热固性聚合物包括聚氨酯。

53、如权利要求50所述的方法，其中纤维包括玻璃纤维。

54、如权利要求50所述的方法，其中玻璃纤维的长度从大约5mm到大约100mm。

55、如权利要求50所述的方法，其中纤维包括多个非结构化的基本上随机定向布置的碎纤维。

56、如权利要求50所述的方法，进一步包括将表面活性剂施加到分配在模具上的至少一部分混合物上。

57、如权利要求56所述的方法，其中表面活性剂包括脱模剂或屏蔽性涂层中的至少一种。

58、如权利要求50所述的方法，进一步包括将表面活性剂施加到模具的至少一个表面。

59、如权利要求58所述的方法，其中表面活性剂包括脱模剂、模内涂层或屏蔽性涂层中的至少一种。

60、如权利要求50所述的方法，其中模具成型得可形成基本上平面的合成材料。

61、如权利要求60所述的方法，其中建筑物结构包括门表皮。

62、如权利要求60所述的方法，其中建筑物结构包括面板。

63、如权利要求50所述的方法，其中建筑物结构包括包层。

64、如权利要求50所述的方法，其中建筑物结构包括门框或一部分门框。

65、如权利要求50所述的方法，其中建筑物结构包括窗框部件或窗部件。

66、如权利要求50所述的方法，其中建筑物结构包括壁板。

67、如权利要求50所述的方法，其中建筑物结构包括护窗板。

68、如权利要求50所述的方法，其中建筑物结构包括木瓦。

69、一种生产门表皮的方法，包括以下步骤：

准备包括第一模和第二模的模具，其中两个模包括至少一个基本上平面的表面；

将包括多个纤维和聚合物树脂的混合物分配到第一模的基本上平面的表面上；

使第二模的基本上平面的表面与纤维和树脂接触；和

使树脂在足以产生门表皮形状的纤维增强合成材料的条件下聚合。

70、如权利要求69所述的方法，其中聚合物树脂包括热固性聚合物。

71、如权利要求70所述的方法，其中热固性聚合物包括聚氨酯。

72、如权利要求69所述的方法，其中纤维包括玻璃纤维。

73、如权利要求69所述的方法，其中玻璃纤维的长度从大约5mm到大约100mm。

74、如权利要求69所述的方法，其中纤维包括多个非结构化的基本上随机定向布置的碎纤维。

75、如权利要求69所述的方法，进一步包括将表面活性剂施加到分配在模具上的至少一部分混合物上。

76、如权利要求75所述的方法，其中表面活性剂包括脱模剂或屏蔽性涂层。

77、如权利要求69所述的方法，进一步包括将表面活性剂施加到模具的至少一个表面。

78、如权利要求77所述的方法，其中表面活性剂包括脱模剂、模内涂层或屏蔽性涂层中的至少一种。

79、如权利要求69所述的方法，其中与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括基本上平坦的表面，这样纤维增强合成材料门表皮包括平坦的轮廓。

80、如权利要求69所述的方法，其中与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括至少一个凹槽或突起，这样纤维增强合成材料门表皮包括造型。

81、如权利要求69所述的方法，其中与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括基本上光滑的表面，这样纤维增强合成材料门表皮包括至少一个光滑表面。

82、如权利要求69所述的方法，其中与纤维和聚合物树脂接触的至少一个模表面包括纹理图案，这样纤维增强合成材料门表皮包括至少一个具有纹理图案的表面。

83、如权利要求69所述的方法，其中第一模包括阴模，其表面包括至少一个凹痕，第二模包括阳模，其包括至少一个突起，这样当模具关闭时，凹痕和突起彼此对齐。

84、如权利要求69所述的方法，其中当模具关闭时，模分开预定的距离。

85、如权利要求84所述的方法，其中预定距离范围从0.05英寸到1.0英寸。

86、一种制造建筑物结构的系统，包括引入设备和成型得形成建筑物结构的模具。

87、如权利要求86所述的系统，其中引入设备包括用来混合所需的至少两种分开的成分以形成聚合物树脂的混合器。

88、如权利要求86所述的系统，进一步包括用来将两种分开的树脂成分引入混合器的至少两个导管。

89、如权利要求86所述的系统，进一步包括将多个纤维切碎到预定长度的切碎机。

90、如权利要求86所述的系统，进一步包括将至少一种纤维或聚合物树脂分配到模具表面的分配器。

91、如权利要求86所述的系统，其中纤维包括多个非结构化的基本上随机定向布置的碎纤维。

92、如权利要求90所述的系统，进一步包括将分配器定位到相对模具不同位置的自动化控制器。

93、如权利要求86所述的系统，进一步包括用于控制至少一部分模具的温度的装置。

94、如权利要求86所述的系统，其中聚合物树脂包括热固性聚合物。

95、如权利要求94所述的系统，其中热固性聚合物包括聚氨酯。

96、如权利要求86所述的系统，其中纤维包括玻璃纤维。

97、如权利要求96所述的系统，其中玻璃纤维的长度范围从大约5mm到大约100mm。

98、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括基本上平面的表面。

99、如权利要求98所述的系统，其中建筑物结构包括门表皮。

100、如权利要求99所述的系统，其中模具包括两个成型得挤压门表皮的模。

101、如权利要求100所述的系统，其中第一模包括阴模，其表面包括至少一个凹痕，第二模包括阳模，其包括至少一个突起，这样当模具关闭时，凹痕和突起彼此对齐。

102、如权利要求100所述的系统，其中两个模的至少一个模的至少一部分被抛光到光面修整。

103、如权利要求100所述的系统，其中两个模的至少一个模的至少一部分包括蚀刻在表面上的图案。

104、如权利要求100所述的系统，其中当模具关闭时，模分开预定的距离。

105、如权利要求100所述的系统，其中预定距离范围从0.05英寸到1.0英寸。

106、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括面板。

107、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括包层。

108、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括门框或一部分门框。

109、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括窗框或一部分窗。

110、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括壁板。

111、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括护窗板。

112、如权利要求86所述的系统，其中建筑物结构包括木瓦。

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