CN1759139A - 结构和其它复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，我们开发了具有优异性能，包括高耐压强度、高抗张强度、高切变强度和高强度重量比的结构和其它复合材料及其制造方法。本发明材料还具有易于制造以及制造成本低的附加优点。本发明材料的优异性能使得该材料适用于许多最终应用。例如，许多物质可被运用到本发明材料上而不会熔融、溶解或降解其基础结构。这有助于本发明材料与基本上任何表面或底材结合。而且，本发明材料和许多底材之间的结合特别牢固，使形成的结合制品适用于各种需要的应用。本发明材料可制成各种各样的尺寸、形状、密度，以及多层形式等等。

Description

结构和其它复合材料及其制造方法
相关申请
[0001]本发明是2003年3月12日提交的，申请号为10/388,595，现处于审查过程中的申请的部分继续申请，在此引入其全部内容作为参考。
发明领域
[0002]本发明涉及结构复合材料和其它复合材料及其制造方法。在一个具体的方面，本发明涉及建筑材料。另一方面，本发明涉及具有各种形状、尺寸和物理性质的结构复合材料和其它复合材料。又另一方面，本发明涉及所发明的结构和其它复合材料的各种应用。再一方面，本发明涉及由所发明的结构和其它复合材料制造的轻质、高强度制品。
发明背景
[0003]很长时间以来，在本领域内，聚合物材料(polymeric materials)一直被用于制造结构部件(structural elements)。在一种应用中，结构部件(structural element)可通过，例如挤出，简单地形成为由聚合材料构成的固体板。然而，按照这种方式制造的结构部件往往相当重(原因在于聚合物材料的密度)，且隔热性能差。此外，这类结构也往往相当昂贵，原因在于这类材料的形成需要相当大量的聚合材料。
[0004]本领域用于制造结构部件的另一种可选方法是采用泡沫聚合材料(foamed polymeric materials)，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氨酯。尽管得到的结构在密度上低于相当的固体结构部件，且在隔热性上有所改进，但一般来说，其生产成本相当昂贵。而且，尤其是在采用聚苯乙烯的情况下，所得到的泡沫结构的结构完整性相对比较差。
[0005]为采用典型的双组分***由泡沫聚氨酯形成结构部件，将树脂与异氰酸酯相混合，然后将混合物引入到模具中，然后关闭模具。起泡反应在模具内部进行，模具内聚合材料的体积发生增大。一旦泡沫化材料的体积变成与模具体积相等，泡沫就被挤压靠到模具上，增加了获得的部件的强度。为获得高强度的结构部件，需要发生显著量的挤压，这要求使用大量的聚氨酯，从而增加了结构部件的费用。而且，当挤压泡沫而使强度增加时，泡沫的密度随之增加，这使得所获得制品的隔热性相当差。另外，上述方法必须快速进行以确保能在起泡反应开始前将全部反应成份引入到模具中。
[0006]本领域利用泡沫聚合材料制造结构部件的另一种已知方法涉及采用膨胀的聚苯乙烯或聚丙烯微珠，将该微珠放入到模具中并进行蒸气加热而使微珠***，然后使微珠聚结形成结构部件。尽管得到的结构部件比较轻，但强度并不很高。另外，最终的泡沫产品通常具有开孔结构，因此会渗入液体或气体。而且，由于结构部件的体积随着微珠的聚结而减小，该方法也要求采用数量巨大的原材料。
[0007]利用膨胀聚乙烯微珠制造建筑材料的再一种方法在UK专利申请GB 2,298,424中有所描述，其中公开了将轻质隔热填料放置于硬质泡沫化塑料基质内。′424申请中所公开的主要隔热填料被称为“膨胀聚苯乙烯(expanded polystyrene)”，但并未详细给出在制备要求保护的产品中所使用的材料的化学和/或物理性质。类似地，′424申请中所公开的唯一的硬质泡沫化塑料基质是个别具有特殊刚性的聚氨酯，且仅仅以用于制备聚氨酯的几种成份中的一种来进行定义，即，′424申请中所使用的聚氨酯由“树脂”(仅被描述为“多羟基化合物混合物”)和异氰酸酯(仅被描述为二苯基甲烷二异氰酸酯和“聚合物组分”的混合物)制备。′424申请中使用的聚氨酯的实际组成仅能通过参照所谓的商购材料，仅根据其商品名而是可以获得的。
[0008]制造结构材料的其它方法在下列专利中有所描述：美国专利US4,714,715(涉及从硬质塑料泡沫废料制造阻燃隔热材料的方法)；美国专利US 5,055,339(涉及一种成形部件，其包括具有蜂窝状网格的软泡沫材料板和具有蜂窝状网格的软泡沫材料微粒，以及至少一种添加填料材料，其中的蜂窝状网格由限定开孔的网构成)；美国专利US 5,791,085(涉及制造用于植物繁殖的多孔固体材料的方法，该方法由下列单一步骤实现：使聚异氰酸酯和聚环氧乙烷衍生物在多孔膨胀矿石颗粒和0.5wt％或更少量的水的存在下进行反应，制得基本干燥的固体多孔性开孔泡沫化亲水性保水聚氨酯水溶胶材料基体，该材料在干燥条件下基本为刚性，并能吸收水分而在湿润状态下变得柔顺)；美国专利US5,885,693(涉及一种具有预定体积的三维形状的部件)；美国专利US 6,042,764(涉及一种制造三维形状的塑料泡沫部件的方法)；美国专利US 6,045,345(涉及一种从通过液态原料的泡沫化而相互结合的塑料泡沫微粒制造三维形状的塑料泡沫部件的装置)；美国专利US 6,265,457(涉及一种基于异氰酸酯的聚合物泡沫)；美国专利US 6,583,189(涉及一种挤出制品，其包括含有约1wt％-40wt％粉末化硅藻土的第一热塑性塑料的封闭孔泡沫，该挤出制品由湿度不超过约2wt％的硅藻土形成)；以及美国专利US 6,605,650(涉及一种生成聚氨酯泡沫的方法，该方法通过形成包括异氰酸酯和多羟基化合物反应物、催化剂和发泡剂的混合物，使该混合物进行放热性反应而生成硬质聚氨酯泡沫)。
[0009]然而，本领域中仍然需要同时兼具高强度和轻质的结构材料，优选地也相对具有耐潮湿性，同时也不需要大量的原材料来进行制造。本发明正是致力于此以及本领域中有关需求，如下述的说明书和权利要求书所述。
发明概述
[0010]根据本发明，具有优异性能，包括高抗压强度、高抗张强度、高挠曲强度、高切变强度和/或高强度重量比的结构复合材料和其它复合材料得到开发。本发明的材料同样具有高抗压、拉伸、弯曲和剪切模量。此外，本发明的材料也具有基本的耐潮湿性。本发明的材料还具有易于制造，制造成本较低的附加优点。而且，本发明的材料可在较低的温度下制造，在制造过程中通常很少要求加热或冷却。本发明的材料的优异性能使该材料适用于多种多样的最终用途。
[0011]例如，可将多种粘合剂运用到本发明的材料上，而不会熔融、溶解或降解本发明材料的基础结构。这有助于将本发明的材料与基本上任何表面或基体结合，包括使两件或多件本发明的材料相互结合而作为获得所需形状的可选方法。而且，本发明的材料和各种基体之间的结合(包括两件或多件本发明材料之间的结合)相当牢固，使得最终的结合制品适用于各种要求的应用场合。确实，可通过打磨(如机械打磨或化学蚀刻)基体的表面，然后再与本发明的材料相接触，可进一步增强本发明的材料和基体之间的附着力。
[0012]类似地，本发明的材料可通过向其上施涂液体聚酯树脂涂料、液体聚苯乙烯或其它的液体聚合物而进行改性。这类涂料可喷涂到或直接施涂到本发明的材料上，而不会溶解或危及本发明材料所提供的核心结构。
[0013]本发明的材料以多种尺寸、形状、密度被制造，以多层形式被制造，以及以类似形式被制造。
附图简要说明
[0014]图1是膨胀聚苯乙烯微珠(expanded polystyrene bead)横截面的扫描电子显微图像。
[0015]图2是膨胀聚苯乙烯微珠的扫描电子显微图像。
[0016]图3是含有多孔微珠的聚合物基体的横截面示意图，图中示出了延伸到多孔微珠内部的聚合物丝和其它凸出部分。
[0017]图4是示例性的本发明制品的横截面视图，其中多孔材料的大微珠(10)被嵌入聚合物基体(1)中。有时，在本文中，将本发明的结构和其它复合材料称作PetriFoamTM牌结构和其它复合材料。
[0018]图5是另一个示例性本发明制品的横截面视图，其中多孔材料的小微珠(11)被嵌入聚合物基体(1)中。
[0019]图6是另一个示例性本发明制品的横截面视图，其中多孔材料的大微珠和小微珠(10和11)的混合物被嵌入聚合物基体(1)中。
[0020]图7是本发明制品的横截面视图，该制品进一步包括本发明的结构材料(20)和粘附于其上的面材(30)。
[0021]图8是本发明制品的横截面视图，该制品包括本发明的结构材料(20)，还进一步包括涂覆于其上的涂料(31)。
[0022]图9是以三明治结构形式存在的本发明制品的横截面视图，该制品包括结合到加强材料(32)或嵌入加强材料(32)的PetriFoamTM牌结构材料(20)。
[0023]图10为用代表性的本发明材料进行弯曲模量测试的结果图。
[0024]图11为用代表性的本发明材料进行压缩测试的结果图。
发明详述
[0025]根据本发明的一个方面，提供了结构和其它复合材料，包括：
多孔性材料(porous material)，其中该多孔性材料的直径为约0.05mm-约60mm，而微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，典型的微珠密度范围为约1kg/m3-约100kg/m3，以及
聚合物(polymer)，其中该聚合物是由可在低于该多孔性材料熔点的温度下固化的可聚合组分制备而来，其中该聚合物包封该多孔性材料，且其中含有聚合物的丝(filaments)或其它凸出部分(otherprojections)延伸到多孔性材料的内部。正如本领域技术人员易知，聚合物材料可以以不同程度延伸到多孔性材料的内部，这取决于诸如聚合物体系的粘度、多孔性材料的孔径，以及体系承受的压力，和类似因素。
[0026]在本发明的某些具体实施方式中，聚合物由生成气体的可聚合组分如聚氨酯制备，而聚合物包括基本实心的基体。本文中所用的“基本实心的”是指材料具有充分的结构完整性，在没有任何非常规外力的情况下足以保持给定的形状。不希望受限于任何理论，据信，制备与多孔性材料紧邻的、生成气体的可聚合组分可产生这样的聚合物基体，其与缺乏此类多孔性材料的情况下制备的基体相比，实心程度明显更高，原因是多孔性材料可担当容纳所生成的一部分气体的紧邻储蓄池或接收器，否则，生成的气体可能会在基体内部形成宏观的和/或微观的气泡，从而削弱其结构完整性。如文中所预期的，可采用压力和/或其它手段进一步改进这些方法。生成结构和其它复合材料的这类方法的另一个优点是减少了制备期间所释放的挥发性有机化合物的量。由于这些技术特征的贡献，可生成本发明的结构和其它复合材料，该复合材料中的基体与在缺乏这类多孔材料的情况下制备的基体相比，实心程度(即密度)高出5-20％，20-40％，40-80％，80-120％或更多。同时如文中所述，由于多孔材料能提供被基体包封和/或渗透的轻质结构，得到的产品展现出质量较轻，同时强度较高的理想性质。也可采用局部的物理进入和/或基体与多孔性材料的结合方式，通过将基体机械地和/或化学地“锁定”到多孔性材料上，以提高复合材料的结构完整性。如下文中所述，本发明的材料易于制备，在多个强度方面以及其它的机械和/或理化或电学特性方面具有优异的性质。本文中提供了这类材料的示例，基于文中所提供的详细教导和描述，可容易地将本领域公知的各种增加和/或改变与本发明的实践相结合，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。本发明中基本实心的固体材料可从基本硬质的(即基本不能变形的)到基本软质的(即可变形的，但通常具有充分的记忆性，从而在一旦变形扰动消除之后即能恢复到初始形状)。
[0027]本发明的结构和其它复合材料通常包括一个连续相(包括聚合物)和一个非连续相(包括多孔性材料)。更详细地说，该连续相可基于各种均聚合体系、以及共-聚合体系或多-聚合体系中的任何一种，包括嵌段共聚物、接枝共聚物和类似共聚物。类似地，不连续材料可选自各种多孔性材料。
[0028]本发明的另一方面提供了结构和其它复合材料，包括：
多孔性材料，其中该多孔性材料的直径范围为约0.05mm-约60mm，而微珠密度范围为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，典型的范围为约1kg/m3-约100kg/m3，以及
聚合物，其中该聚合物由第一可聚合组份(first polymerizablecomponent)和第二可聚合组份(second polymerizable component)制备得到，该第一可聚合组份能在该多孔性材料的孔内部进行聚合，而该第二可聚合组份可直接或通过连接物与第一可聚合组份的聚合物相结合，
其中，可聚合组份，一旦固化，产生了基本实心的基体，该基体将多孔性材料包封于其中、并部分穿透到多孔性材料中。
[0029]本发明的另一方面提供了具有预定形状、优异抗压强度和模量，以及高弯曲模量的制品，该制品包括聚合物基体，该基体中含有基本均匀分布于其中的多孔性材料，其中含有聚合物的长丝或其他凸出部分至少部分延伸进入多孔性材料的内部。根据期望的具体应用，容易改变聚合物对多孔性材料的渗透程度。例如，通常可通过增加渗透程度来提高相对强度，如果需要，可通过使渗透聚合物的长丝相互结合和/或结合到多孔性材料内部的表面，从而进一步提高相对强度。可通过各种手段实现这类渗透增加，例如选择易于相互作用和渗透的聚合物和多孔性材料组合(如选择表面能特别一致的组合)，通过在聚合期间应用或施加额外的压力以驱动渗透，通过增加聚合物的粘度，通过升高温度或采用其它促进相互作用和渗透能力的动力学或热力学方式。另一种可能的方式是采用提高或促进相互作用的试剂(如表面活性剂)，该试剂可在聚合期间加入，也可用于对多孔性材料进行预处理，以使多孔性材料特别易于接受聚合物的渗透。可采用本文所述的接枝共聚物体系来获得预期程度的渗透，但同时允许聚合物基体的外部为获得其它有利性质如强度或其它期望特性而保持相对独立。将这类技术运用到本发明的复合物，可使聚合物的长丝或其它凸出部分容易地以不同程度延伸到给定的多孔性材料的内部。如此可制备本发明强度相对较高的复合物，其中，聚合物基体可以按照需要以1-10％，10-20％，20-30％，30-40％，40-50％，50-60％，60-70％，70-80％，80-90％或90-100％的程度延伸到多孔性材料的直径(或线性尺寸)中。从而可制备得到具有本文中所述强度和重量范围的结构和其它复合物，以应用于下文所述的各种应用领域中。
[0030]在一些具体实施方式中，本发明制品的抗压强度超过20磅/平方英寸(psi)，优选超过40，100，150，210，300或400psi；抗压模量超过2000psi，优选超过4000，8000，10,000，20,000，40,000或100,000psi；挠曲强度超过50psi，优选超过100，200，350-375或500psi；弯曲模量超过2000psi，优选超过4000，8000，10,000，20,000，40,000或100,000psi；切变强度超过20psi，优选超过40，100，150，210，300或400psi；以及剪切模量超过1000psi，优选超过2000，3000，4000，5000，6000，8000或10,000psi；抗张强度超过40psi，优选超过80，100，150，210，300或400psi；以及拉伸模量超过1000psi，优选超过2000，3000，4000，5000，6000，8000或10,000psi。
[0031]如文中所用，“高抗压强度(high compression strength)”例如采用ASTM 1621测定得到，是指本发明的材料经受压缩力而其基本结构不发生明显破坏的能力。与制备本发明材料的各个组分的性能相比，本发明材料的抗压强度大大超出了预期值。对ASTM标准和测试方法的描述可在ASTM International的出版物及其网站上找到(例如参见www.astm.org)。
[0032]文中所采用的“高抗张强度(high tensile strength)”如采用ASTM1623测定得到，是指本发明的材料经受纵向应变的能力，即该材料在不分离的情况下能经受的最大力。与制备本发明材料的各个组分的性能相比，本发明材料的抗张强度大大超出了预期值。
[0033]本文中所采用的“高切变强度(high shear strength)”如采用ASTM 273测定得到，是指本发明的材料受到预定应力时的抗变形能力。与制备本发明材料的各个组分的性能相比，本发明材料的切变强度大大超出了预期值。
[0034]本文中所采用的“高挠曲强度(high flexural strength)”，如采用ASTM 790测定得到，是指本发明的材料受到弯曲应力时抗变形的能力。与制备本发明材料的各个组分的性能相比，本发明材料的挠曲强度大大超出了预期值。
[0035]本文中所采用的“高强度重量比(high strength-to-weight ratio)”是指本发明的材料虽然重量较轻，但仍具有高得惊人的强度。例如，重量只为现有技术材料一小部分的本发明制品能提供与重量大得多的材料，如木材或水泥相同的或更好的性能。与制备本发明材料的各个材料分别制成的材料的强度重量比相比，例如与由聚合物如聚氨酯制得的材料的强度重量比相比，本发明材料的强度重量比也大大超出了预期值。
[0036]本发明材料的特征也在于优异的抗冲击强度、硬度或表面刚性(由测定材料抗表面压痕力的Rockwell硬度测试获得)，以及其它的性质，包括最终产品的密度，最终产品的热传导性和热膨胀性，以及每一组分材料的热传导性和热膨胀性，膨胀系数，吸收系数(即传导性)，介电强度以及体积和耐电弧性，可燃性(如由氧指数或UL可燃性等级表征)，收缩性，水和水蒸汽渗透性和吸收性，比重和其它此类的理化、机械、热学或电学性质。可容易地将本发明的材料制成抗潮湿的，原因是可将微粒材料基本包封到聚合物基体中，并可选择吸湿性和吸收性较低的聚合物(如选择较为憎水的聚合物或用较为憎水的试剂涂覆制品)。用于测试潮湿性的标准测试方法例如包括ASTM D570-98，ASTM 2842-01，BS4370：Method 8，DIN53434以及其它本领域公知的方法。例如采用ASTMD570，可根据特定应用的需要容易地制备本发明的材料，该材料在24小时后的吸水率重量百分比通常低于5，4，3，2，1，0.5，0.2，0.1，0.05，0.01或甚至更低。相反，在希望的应用中(如希望材料吸收和保持大量的液体，并可能随着时间的延续将液体释放出来的应用中)，可能制备吸水率较高的本发明材料。在后一方面，可使用促进水吸收的试剂(如聚丙烯酸钠盐等)以及控制或影响流体随时间释放的试剂。
[0037]本发明的另一方面提供了制造结构复合材料和其它复合材料的方法，该方法包括：
合并多孔性材料(porous material)和一种可聚合组分(apolymerizable component)，以及
将得到的结合物装入模具或其它容器中(可为开放的或封闭的)，使其经受适于让可聚合组分在发泡剂的任选存在下进行固化的条件，由此使所述的发泡剂和任何在多孔性材料的固化和/或压缩期间生成的气体基本被多孔性材料吸收，从而得到复合结构材料。在需要增加强度的情况中，可迫使部分可聚合组分进入到多孔性材料中，从而产生包括包封在固体聚合物基体内的多孔性材料的结构材料，其中含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到多孔性材料内部。
[0038]本发明的又一个方面，提供了制剂(formulations)，其包括：
多孔性材料(porous material)，
可聚合组分(polymerizable component)，以及
至少一种添加剂(at least one additive)，选自流动促进剂，增塑剂，固化延迟剂(cure retardant)，固化促进剂，强度增强剂，UV保护剂，染料，颜料和填料，
其中该多孔性材料的直径范围为约0.05mm-约60mm，而微珠密度范围为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，优选为约1kg/m3-100kg/m3，以及
其中该可聚合组分能在低于该多孔性材料熔点的温度时进行固化，其中该可聚合组分一旦固化产生了包封该多孔性材料的基本实心的基体，以及其中含有该聚合物的长丝或其它凸出部分延伸到该多孔性材料内部。也关注由上述制剂制备得到的结构和其它方面的复合材料。
[0039]本发明的再一方面提供了制剂，其包括：
多孔性材料，以及
可聚合组分，
其中该多孔性材料不是膨胀性聚苯乙烯(expanded polystyrene)，且其直径范围为约0.05mm-约60mm，以及微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，优选为约1kg/m3-约100kg/m3，以及
其中该可聚合组分能在低于该多孔性材料熔点的温度下进行固化，其中该可聚合组分通过固化产生了包封该多孔性材料的基本实心基体，以及其中含有该聚合物的长丝或其它凸出部分延伸到该多孔性材料内部。也关注由上述制剂制备得到的结构和其它方面的复合材料。
[0040]本发明的再一方面提供了制剂，其包括：
多孔性材料，以及
可聚合组分，
其中该多孔性材料的直径范围为约0.05mm-约60mm，而微珠密度范围为约0.1kglm3-约1000kg/m3，优选为约1kg/m3-约100kg/m3，以及
其中该可聚合组分不是聚氨酯(polyurethane)，并且能在低于该多孔性材料熔点的温度下进行固化，其中该可聚合组分通过固化产生了包封该多孔性材料的基本实心基体，以及其中含有该聚合物的长丝或其它凸出部分延伸到该多孔性材料内部。也关注由上述制剂制备得到的结构和其它方面的复合材料。
[0041]本发明的再一方面提供了制剂(formulations)，其包括：
多孔性材料(porous material)，
第一可聚合组分(first polymerizable component)，其能在该多孔性材料的孔内部进行聚合，
第二可聚合组分(second polymerizable component)，其能直接或通过连接物与第一可聚合组分的聚合物相连接，
其中该多孔性材料的直径范围为约0.05mm-约60mm，以及微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，优选为约1kg/m3-约100kg/m3，以及
其中可聚合组分通过固化产生包封并至少部分渗入该多孔性材料的基本实心基体。也关注由上述制剂制备得到的结构和其它方面的复合材料。
[0042]任选地，本发明的制剂也可含有一种或多种添加剂，选自阻燃剂，光稳定剂，抗氧化剂，抗菌剂，增塑剂，金属皂稳定剂，UV吸收剂，颜料，染料，抗静电剂，发泡剂，消泡剂，起泡剂，润滑剂，增强剂，热稳定剂，微粒填料，加工助剂，流动促进剂，纤维填料，滑爽添加剂，交联剂和活性助剂(co-agents)，固化延迟剂，固化促进剂，强度增强剂，抗冲改性剂，催化剂，等等。该材料可以防水或抗水，对紫外线(UV)稳定，抗昆虫、微生物、真菌、大气条件、潮湿、干腐等等。该材料也通常并不释放出显著量的挥发性有机化合物(volatile organic compounds(VOCs))，如管制VOCs(regulated VOCs)。
[0043]预期用于本发明实践的多孔性材料(porous materials)可以是硬质的、半硬的、软质的或可压缩的，并且可具有多种形状中的任何一种，如珠状、粒状、棒状、带状、不规则形状的微粒等。如本领域技术人员易知，也可采用其它形式的成形多孔性材料，如薄片、网格、管子、开孔型三维结构、机织织物、无纺织物、毛毡、海绵等。也参见美国专利US 5,458,963中可用于本发明的其它形状。采用本发明材料的应用场合影响对合适的微粒或成形多孔性材料的选择。例如，如果要形成大块的材料，随后再裁减成一定尺寸，则期望选择微粒多孔性材料。相反，如果材料用于制造固定尺寸的物体，则期望选择一片或独块的多孔性材料。例如，制造弹性地板砖可优选多孔性片材，或者，制造负载形状，可优选采用整片网格式多孔性材料。球形珠状多孔性材料特别优选用于本发明的某些具体实施方式中。
[0044]预期用于本发明实践的多孔性材料通常具有的颗粒尺寸(即微粒最大尺寸上的横截面直径)范围为约0.05mm-约60mm，粒度范围为约0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9或1.0mm至约5.5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，20，25，30，35，40，45，50或55mm(优选为约1mm-约5mm，更优选约1.0，1.25，1.5，1.75，2.0，2.25或2.5mm至约2.75，3.0，3.25，3.5，3.75，4.0，4.25，4.5或5.0mm)。
[0045]预期用于本发明实践的多孔性材料通常具有的微珠密度范围为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，典型的范围为约1kg/m3-约100kg/m3，微珠密度可随预期的最终用途而变化。典型地，微珠的密度范围为约1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14或15kg/m3至约75，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650，700，750，800，850，900或950kg/m3，更优选为约16，17，18或19kg/m3至约51，52，53，54，55，60，65，70，80，90，100，110，120，130，140，150，160，170，180，190或200kg/m3，最优选为约20，21，22，23，24，25，26，27，28，29或30kg/m3至约31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，60，70，80，80或100kg/m3。
[0046]预期使用的优选多孔性材料的进一步的特征在于：其孔隙率足以吸收在固化用于实施本发明的聚合物体系过程中生成气体的至少10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，95％或几乎全部。在某些优选实施方式中，多孔性材料的孔隙率为，也可使至少部分的聚合材料进入多孔性材料中(如通过被动式流动，压力驱动式流动，和/或毛细管式流动或通过其它动力学和/或热力学方法)，导致聚合物的微观或大致宏观上的卷须状、指状、长丝状或其它凸出部分穿入到多孔性材料体内。此外，多孔性材料具有的作为至少部分生成气体的接收器的能力使得聚合物基体内部捕获的气泡的数量和/或尺寸减少，从而增加了聚合物基体的强度和密度。相反，非多孔性材料不具有这样的能力，它允许用于本发明实践的、生成气体的聚合体系在固化过程中产生的大量气泡逸出。
[0047]预期用于本发明实践的多孔性材料所具有的平均孔径范围通常为约0.05微米或更小至约1,000微米或更大，优选为约0.1微米至约500微米，更优选为约1，5，10，15，20，25，30，35或40微米至约50，60，70，80，90，100，150，200，250，300，350，400或450微米。尽管优选这些平均孔径，但在某些实施方式中可优选更大或更小的孔径。类似地，通常情况下优选紧凑的孔径分布，但在某些实施方式中可接受或希望较宽的孔径分布。例如，当希望通过使更多聚合物基体进入到多孔性材料中而增加本发明结构和其它复合材料的相对强度时，可根据需要增加或减少孔的数量和深度，以促进或阻碍以毛细管方式流入到孔中。可选地，也可能通过在制备期间向材料施加提高的压力和/或温度，通过降低聚合物的粘度，通过选择聚合物何多孔性材料的组合(或对所选择的多孔性材料进行改性)以提供相似或一致的相互作用表面能，以及采用有益于聚合物基体进入多孔性材料的其它动力学和/或热力学方法，促进聚合物进入多孔性材料。
[0048]也可能采用接枝共聚物体系(graft copolymer system)，其中，第一聚合物组分(first polymer component)可优先在多孔性材料的孔内部进行聚合，也可向外伸出到多孔性材料的外部，第一聚合物组分可与第二聚合物组分相连接(直接地或通过一个或多个连接物分子)，该第二聚合物组分(second polymer component)能形成位于多孔性材料外部较为连续的基体。采用这种体系的结果是，可选择第一聚合物组分来推动按照所需程度渗入到多孔性材料中，同时可选择第二聚合物组分来促使获得基体的所需性质，如强度和其它理化、热学、电学或其它性质。得到的结构和其它复合材料具有优异的性质，原因是该复合材料包括了轻质多孔性材料，该多孔性材料基本被包封于强度大的基体材料中且被基体材料渗入。所获得的基体和多孔性材料之间的机械和/或化学互锁关系可在基本程度上使得到的结构材料具有改进的性质，例如包括抗压强度和模量，切变强度和模量，挠曲强度和模量，以及抗张强度和模量。采用两种聚合物组分的优点是使每一种组分相对独立地得到优化，从而使它们各自的功能特性最大化。
[0049]在采用接枝共聚物体系的情况下，可通过多步骤或单步骤聚合法进行制备。例如，在采用多步骤方法的情况下，可允许第一聚合物组分在多孔性材料的孔内部进行聚合，此后，带有第一聚合物的多孔性材料可进行其它的步骤，使第二聚合物组分直接地或通过连接物与第一聚合物组分相连接而形成将多孔性材料包封其中并渗入其内的基体。在一种示例性的单步骤方法中，以使第一聚合物优先被分配在多孔性材料的孔内部的方式选择或引入第一聚合物，以使第二聚合物优先被分配在多孔性材料的外部的方式选择或引入第二聚合物，以及进行聚合反应(在连接分子存在或不存在的条件下)，使第一聚合物组分和第二聚合物组分相互接枝。
[0050]预期使用的多孔性材料可进一步用其表面面积表征。通常采用的表面积范围为约0.5-约500m/g2，优选的表面积范围为约2-约100m/g2。
[0051]正如本领域技术人员易知，用于本发明实践的多孔性材料的形状和尺寸可有所不同，以获得具有不同物理性质(如不同的轻度和密度)的最终产品。通常，所采用的微粒越小，则最终产品的抗压强度、切变强度和重量越大。相反，所采用的微粒越大，则一般来说所获得的产品越柔软、刚性越小、越轻。在微粒密度方面，一般来说，所采用的微粒密度越高，则最终产品的抗压强度、切变强度和重量越大。可将多孔性材料，如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、其它聚烯烃，或者其它微珠制成各种密度，以满足具体的最终用途的需要。例如，可采用各种方式，如通过调节制备微珠前体所采用的发泡剂的数量或类型，可获得各种密度的膨胀聚苯乙烯或其它微珠。
[0052]根据本发明，多孔性(微粒或非微粒)材料通常占据最终制品体积的约50至高于99vol％。优选地，多孔性材料的体积占据上述制剂的50，60，70，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98或99vol％，优选的体积百分比取决于预期的最终用途。例如，当需要产品浮力(如用于船、冲浪板、救生设备、码头浮标等的材料)时，优选较高的微粒含量，然而，在要求高结构完整性的情况下，优选较低的微粒含量。一般来说，优选具有至少90vol％多孔性材料的材料，尤其优选多孔性材料的含量为至少约95，96，97，98或99vol％。应该注意到，如文中所述，由于材料在制备期间可能会受到压缩，放入的多孔性材料的体积可以基本高于最终材料体积的100％，该体积易于超过最终材料体积的110，120，130，140，150，160，170，180，190，200，220，240，260，280，300，400，500至高达约800vol％。
[0053]进一步在这一方面，本发明的制品还可以制品在制备期间受到的压缩百分比来描述。通过在受限制的空间(如模具)内使制剂发生理化膨胀而调节压缩率，或者通过向装在模具或其它受限空间内生成气体的或其它的聚合物体系施加外部压力而调节压缩率。在制备期间，本发明的材料受到的压缩率可小到为5-10vol％，如文中所预期的，压缩率可高达并超过80或90vol％。在需要提高强度的应用中，压缩率的范围优选为约5，10，15，20，25或30vol％至约35，40，45，50，55，60，65，70或75vol％。
[0054]关于用于制备本发明制剂的各组分的相对重量，多孔性材料通常占据制剂重量的约5wt％-约90wt％，多孔性微粒材料的重量范围依据预期的最终用途而有所不同。优选地，多孔性材料占据制剂重量的约10，12，15，18，20，25，30，35，40或45wt％至约50，55，60，65，70，75，80或85wt％。在某些具体实施方式中，本领域的技术人员认识到更高的或更低的体积百分比也可能是可接受的或希望的。
[0055]例如，当用于绝缘和加强的温泉丙烯酸类浴盆时，隔热性和抗压强度两者都是材料所需要的性质。令人满意的抗压强度能减少由所盛装的水和温泉洗浴者带来的负重而导致丙烯酸类树脂发生破裂的可能性。作为该具体实施方式的说明，多孔性材料的含量范围可以为约40-80wt.％，优选为约50-70wt.％，更优选为约60wt.％(采用5mm或更小的聚烯烃微珠的混合物(如膨胀聚苯乙烯和聚乙烯微珠)，其最终密度为约2磅/立方英尺)。或者，当用于制造冲浪板时，希望最终产品是轻质的，且强度超过甲苯二异氰酸酯(TDI)均匀聚氨酯泡沫。作为该具体实施方式的说明，多孔性材料的含量范围可为约30-70wt.％，优选为约40-60wt.％，或更优选为约50wt.％(采用1.2mm的微珠，其最终密度为约3磅/立方英尺)。作为另一种选择方式，当用于制造建筑材料时，需要具有轻质和高强度特征的材料。作为该具体实施方式的说明，多孔性材料的含量范围为约10-40wt.％，优选为约15-30wt.％，目前优选为约18wt.％(例如采用最终密度为10.5磅/立方英尺的1.2mm微珠)。
[0056]预期用于本发明实践的示例性多孔性材料包括聚烯烃(如，包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等及其混合物和/或共聚物在内的微珠)，砂砾和其它二氧化硅基材料，玻璃珠，陶瓷，蛭石，珍珠岩，粉煤灰骨料(lytag)，粉碎的飞尘，未燃碳，活性炭等，以及上述物质中任意两种或两种以上的混合物。鉴于本发明中可采用许多多孔性材料，在本发明的某些具体实施方式中考虑采用除聚苯乙烯之外的多孔性材料。
[0057]可用于本发明实践的示例性多孔性材料包括膨胀聚苯乙烯(以及其它聚烯烃)，其粒度范围很宽，为约0.4-25mm，密度范围为约0.75-60lb/ft3；膨胀聚苯乙烯的优选粒度范围为约0.75-15mm，优选密度范围为约0.75-30lb/ft3；目前优选的膨胀聚苯乙烯的粒度范围为约0.75-10mm，密度范围为约0.75-10lb/ft3。示例性的膨胀聚苯乙烯包括粒度范围为约0.4-0.7mm，密度范围为约1.25-2.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.4-0.7mm，密度范围为约1.5-3.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.7-1.1mm，密度范围为约1.0-1.5lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.7-1.1mm，密度范围为约1.5-3.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约1.1-1.6mm，密度范围为约1.0-1.2lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约1.1-1.6mm，密度范围为约1.5-3.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.4-0.65mm，密度范围违约1.25-4.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.6-0.85mm，密度范围为约1.25-4.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.75-1.2mm，密度范围为约1.25-4.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.375-0.75mm，密度范围为约1.35-2.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.65-2.0mm，密度范围为约1.15-2.0lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.4-0.8mm，密度范围为约1.35-1.8lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约0.8-1.3mm，密度范围为约0.9-1.35lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；粒度范围为约1.3-1.6mm，密度范围为约0.75-1.15lb/ft3的膨胀聚苯乙烯；类似物。
[0058]一种示例性的聚烯烃，即膨胀聚苯乙烯通常由加热结晶聚苯乙烯和发泡剂而制得，其中结晶聚苯乙烯由于具有与糖类似的外观而在商业中被称为“糖”，发泡剂如环戊烷，其在制造过程中以气泡形式存在于结晶聚苯乙烯中。控制晶体的尺寸，以获得期望模态直径的最终微珠尺寸分布。在受到控制的热和压力条件下，晶体***，发泡剂气化而形成了晶体内部的微气泡。在充分软化之后，晶体在毛细张力的作用下最终转化成球形，其内部结构包括蜂窝状半六角形的密堆积多孔结构，其孔的形状和尺寸稍微有些不规则，如图1所示。在膨胀之后，从反应容器中移出珠并存放使其固化。珠逐渐冷却，从而避免珠表面向内破裂和孔坍塌，同时夹带的发泡剂在大气压力下继续释放出气体。充分冷却之后，珠保持为球形，并不与相邻的珠聚结。珠的外观是粗糙的和不规则的，带有凹陷和***，如图2所示。膨胀聚苯乙烯微珠中存在的空气百分比通常为约90-97％。许多可用作本发明的多孔性材料的其它材料的技术特征是本领域公知的，例如可参见下文实施例中提供的参考文献。
[0059]当多孔性材料，如膨胀聚苯乙烯、聚丙烯、其它聚烯烃以及本文和本领域中描述的其它多孔性材料与生成气体的聚合物前体在受控的条件下完全混合，使每一微珠可被聚合物混合物浸湿，且开始进行聚合反应时，可迫使液体聚合物以线状或带有分枝的丝状方式通过表面缺陷或空隙而进入微珠内部结构中，所述的表面缺陷或空隙是由物质受限于封闭的模具时发生聚合化学反应而产生的气体导致。任选地，可施加额外的压力而迫使额外数量的聚合物进入多孔性材料内部，从而得到强度高，但密度更大一些的材料。在冷却和固化时，微小的长丝或其他凸出部分***而成为硬质的，同时保留在每一微珠外部的聚合物起到将成型的结构保持在更大或更小均匀性的基体中。根据所选的多孔性材料和聚合物，一些长丝或其他的凸出部分可能会在球形膨胀聚苯乙烯微珠内部相结合，而另外一些则并不结合。包含多孔性微珠的聚合物基体的横截面示意图如图3所示。微珠包括聚合物材料长丝或其他凸出部分已经渗入的部分，以及已经吸收固化中生成的气体的多孔性区域。尽管不希望受限于任何特定理论，但据信，所形成的长丝或其他凸出部分(如通过聚合反应的气体释放导致的受控液压或外部施加的受控液压，和/或毛细力或其它力)为本发明的材料带来了与传统材料相比更为优异的强度和其它性质。改变膨胀聚烯烃(如聚苯乙烯，聚乙烯等)占整个聚合物的比例，可用于制备从强度大、质量轻的材料变化到比相同密度的传统泡沫聚合物明显更重和强度更大的材料这一范围内的材料。
[0060]图4示意性地绘出了在聚合物基体(1)内嵌入大微珠(10)的本发明示例性材料。图5示意性地绘出了在聚合物基体(1)内嵌入小微珠(11)的本发明示例性材料。图6示意性地绘出了在聚合物基体(1)内嵌入大微珠(10)和小微珠(11)的混合物的本发明示例性材料。
[0061]可用于本发明实践的可聚合组分(polymerizable components)包括在其聚合时生成气体的聚合物体系(polymer systems)，或可在固化期间用一种或多种发泡剂处理的聚合物体系，以及其它体系。这类体系可进一步以多种方式表征，例如，以它们的粘度表征。本发明采用的适合可聚合组分在25℃下的粘度通常为约200-约50,000厘泊，优选为约400-约20,000厘泊，尤其优选约800-约10,000厘泊。
[0062]正如本领域技术人员易知，本领域中有许多适于本发明实践的公知聚合物体系。例如，可采用均聚物、共聚物、嵌段聚合物、接枝聚合物等。本发明中可采用的示例性聚合物包括聚乙烯、聚乙烯基树脂、聚丙烯(高密度和低密度)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚氨酯等，以及上述物质的任意两种或两种以上的组合，其中每一种都具有特定的固化前和固化后的物理性质。
[0063]在本发明的一种实施方式中，可采用聚合组分的组合来涂覆多孔性材料并形成聚合物基体(polymer matrix)。因此，一方面，可采用第一聚合物(first polymer)来涂覆多孔性材料(经常是对多孔性材料具有良好润湿能力的低密度材料，从而促进对多孔性材料的涂覆和进入多孔性材料的孔内)，此后，经过涂覆的颗粒可进一步与第二聚合物(second polymer)相接触，该第二聚合物通过固化而基本形成最终制品的基体。如果对第一和第二聚合材料的选择适当，通过每一个聚合物体系的固化，两个聚合物体系也将相互反应而进一步提高最终制品的性质。在另一方面，可在单一的接枝共聚物中结合这两个不同的聚合物体系上述的功能性特性，从而使接枝共聚物的一部分对多孔性材料具有有效的亲和力，而接枝聚合物的剩余部分将通过固化而形成高强度的基体。
[0064]一些固化过程是放热的，而一些又是吸热的。可用于本发明实践的优选聚合物体系是轻度或中度放热的，因此在本发明材料的制备中只需要稍微加热和冷却即可。中度放热的体系对本发明材料的制备特别有利，原因是不要求加热来驱动反应，也不会生成太多的热而熔化许多本发明采用的材料，如本发明结构和其它复合材料中的多孔性组分，或可能存在的添加剂。在本发明优选的方式中，在制造过程中无需外部加热或冷却，就可容易地和节省成本地制造轻质的高强度材料。然而，对于某些应用和需要快速循环的情况下，如本领域公知的一样，可以从外部加热和/或冷却以促进制造过程。
[0065]作为固化过程的一部分，一些聚合物体系生成了气体，而一些聚合物体系则要求加入具有不同物理性质的多种外来发泡剂(如戊烷、环戊烷、二氧化碳、氮等)。如本领域的技术人员所知，发泡剂可以是外部引入的，也可在本发明材料的制备期间在原位生成(如通过压缩含有陷于其中的气体的多孔性材料)。上述体系的聚合可在多种温度下进行，有时超过100℃；有时该过程也在高压如高达几个巴(bar)的压力下进行。如本文中所述，在制备本发明的结构和其它复合材料的过程中增加压力，既可压紧复合材料的组分，也可驱动额外的聚合物基体进入到多孔性材料内部，上述两个方面都有利于加强最终的产品。施加的压力量优选足以迫使聚合物部分进入多孔性材料内部，但压力量不会大到导致相当一部分多孔性材料坍塌的程度。鉴于许多生成气体的聚合物体系可用于本发明，在本发明的一些实施方式中采用除聚氨酯之外的其它生成气体的聚合物体系。或者，可采用接枝聚合物体系，从而使接枝共聚物的一部分优先处于多孔性材料内部，而另一部分的接枝共聚物处于多孔性材料的外部，并且两种共聚物组分的结合(直接结合或通过连接分子的结合)形成了被聚合物基体基本包封于其中且被聚合物基体渗入的多孔性材料核心，从而形成质量较轻且强度和结构完整性较高的结构和其它复合材料。
[0066]优选地，用于本发明实践的可聚合组分(polymerizablecomponents)在至少约为50℃的温度下是稳定的。这有利于处理这些材料，减少过早固化的发生。此外，经常也希望可用于本发明实践的可聚合组分在处于例如光、大气、氧、水等影响其稳定性和/或反应性的曝露状况时是稳定的。
[0067]如本领域人员的技术人员所知，可采用多孔性材料加可聚合体系(复数个)的多种组合来实施本发明。在选择合适的组合时，应该首先考虑两种组分的相容性，参考的因素有两种组分间的接触角、可聚合体系相对于多孔性材料的表面张力、多孔性材料的孔体积、多孔性材料中孔的毛细半径、处理所选组合的过程中施加的压力等等。如本领域技术人员所理解的一样，这些方面因素的改变可用于改变多孔性材料的“润湿能力”以及改变聚合物进入多孔性材料的相对渗入率(从而可能增加最终复合物的强度)，如文中所述。能够易于制造具有为各种特定应用而优化的性质的各种不同材料，使这一方法具有很大的优势。
[0068]本发明优选的方法采用生成气体的聚合物体系，例如基于二异氰酸酯的聚合物体系来制备聚氨酯基体。二异氰酸酯的固化具有简便的优点，在大约室温的温度下进行并生成其自身的气体(即二氧化碳)，并且在反应物异氰酸酯和多羟基化合物的聚合反应期间仅产生适中的热量。如上所述，固化期间所产生的气体可基本被多孔性材料吸收。
[0069]本发明基于优选的氨基甲酸酯基体的制剂的优点之一是这些制剂在固化过程中基本不会释放出挥发性有机化合物(VOCs)，这是与许多传统生成气体的制剂所不同的。
[0070]可用于本发明实践的优选的生成气体的可聚合组分(gas-generating polymerizable components)包括聚氨酯、取代聚氨酯等，以及上述物质中任意两种或两种以上的混合物。如本领域所公知，聚氨酯可被制备成多种形式，包括硬质泡沫、软质泡沫、实心体、粘合剂等。
[0071]如本领域技术人员所认识，可采用各种各样的二异氰酸酯和多羟基化合物原料来制备用于实施本发明的聚氨酯。例如，可采用各种各样的芳香族二异氰酸酯，例如间-亚苯基二异氰酸酯、对-亚苯基二异氰酸酯、4，4′-联苯甲烷二异氰酸酯、2，4-甲代亚苯基二异氰酸酯、3，3′-二甲基-4，4′-联苯基二异氰酸酯、杜烯二异氰酸酯、4，4′-联苯异亚丙基二异氰酸酯、4，4′-联苯基砜二异氰酸酯、4，4′-联苯基醚二异氰酸酯、亚联苯基二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯，和类似物质。
[0072]相似地，可采用各种各样的多羟基化合物原料来制备本发明的聚氨酯，包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-环己二醇、丙三醇、1，2，4-丁三醇、三羟甲基丙烷、聚(乙烯醇)、局部水解的乙酸纤维素，等等。可向多孔性材料中加入阻燃剂(如在与树脂混合之前加入)，或者可在本发明的聚合过程中或聚合之后加入阻燃剂。
[0073]本发明某些具体实施方式中采用的阻燃剂(fire retardants)包括任何阻止火势蔓延的化合物，例如丁基化的磷酸三苯酯等等。
[0074]本发明某些具体实施方式中采用的流动促进剂(flow enhancers)包括任何降低制剂的粘度和/或改进流动性的化合物，例如2，2-二甲基-1(甲乙基)-1，3-丙二基-二(2-丙酸甲酯){2，2-dimethyl-1(methylethyl)-1，3-propanediyl bis(2-methylpropanoate)}和类似物。
[0075]本发明某些具体实施方式中采用的增塑剂(plasticizers)(也称为增韧剂(flexibilizers))包括降低制剂脆性的化合物，例如降低制剂玻璃化转变温度(Tg)的支化聚链烷烃或聚硅氧烷。这类增塑剂的例子包括聚醚、聚酯、聚硫醇、聚硫化物，等等。当采用增塑剂时，增塑剂的含量通常占制剂重量的约0.5wt.％-约30wt.％。
[0076]本发明某些具体实施方式中采用的固化延迟剂(cure retardants)(也称为孔尺寸调节剂或淬火剂)包括形成低反应活性的自由基的化合物，例如硅酮表面活性剂(一般地)和类似物。
[0077]本发明某些具体实施方式中采用的固化促进剂(cureaccelerators)，包括提高基础聚合物体系固化速度的化合物，如具有催化活性的材料、水等。
[0078]本发明某些具体实施方式中采用的强度增强剂(strengthenhancers)包括加入后能够改进聚合物材料性能的化合物，例如交联剂等。
[0079]本发明某些具体实施方式中采用的UV防护剂(UV protectors)包括这样的化合物，其吸收入射的紫外线(UV)辐射，从而降低添加了防护剂的树脂或聚合物体系暴露于紫外线而带来的负面作用。示例性的UV防护剂包括癸二酸二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)酯、硅酮、粉末化的金属化合物等。
[0080]本发明某些具体实施方式中采用的染料(dyes)包括苯胺黑、Orasol蓝GN(Orasol blue GN)、酞菁，等等。当采用有机染料时，较低量(即含量低于0.2wt％)的有机染料就能形成颜色对比。
[0081]本发明某些具体实施方式中采用的颜料(pigments)包括仅仅为了赋予颜色而加入到制剂中的任何微粒材料，如炭黑、金属氧化物(如Fe2O3，氧化钛)等。在存在的情况下，颜料的典型用量占基础制剂的约0.5wt.％-约5wt.％。
[0082]本发明某些具体实施方式中也采用填料(fillers)。可将填料引入到本发明的制剂中以提高下列的一种或多种性质：抗压强度、切变强度、柔韧性、内电阻(例如用于紧固钉、螺丝钉等)、耐磨性、抗冲击强度、耐火性、防腐性，提高密度，降低密度等等。本发明某些具体实施方式中采用的填料包括金属、矿物、天然纤维、合成纤维等。这类填料可任选具有传导性(导电和/或导热的)。用于本发明某些具体实施方式中的导电填料例如包括有过渡金属(如银、镍、金、钴、铜)，铝，涂银石墨，涂镍石墨，这些金属的合金等，以及非金属如石墨，导电聚合物等，还有上述物质中任意两种或两种以上的混合物。本发明的组合物中既可采用粉末形式也可采用薄片形式的填料。优选地，薄片的厚度为约2微米或更低，平面尺寸为约20-约25微米。本发明采用的薄片的表面积优选为约0.15-5.0m2/g，堆积密度为约0.4-约5.5g/cc。在一些具体实施方式中，需要采用不同尺寸、表面积和堆积密度的薄片。优选用于实施本发明的粉末的直径为约0.5-15微米。当填料存在时，填料通常占制剂体积的约5vol.％-约95vol.％(体积百分数)，优选占制剂体积的10，15，20或25vol.％至约90vol.％(体积百分数)，更优选占制剂体积的约30，35，40，45，50，55vol.％至约60，65，70，75，80或85vol.％(体积百分数)。
[0083]本发明某些具体实施方式中采用的导热填料(thermallyconductive fillers)例如包括氮化铝、氮化硼、碳化硅、钻石、石墨、氧化铍、氧化镁、氧化硅、氧化铝等。优选地，这些填料的粒度范围为约0.1-约100微米，优选为约0.5-约10微米，最优选为约1微米。然而，在某些实施方式中可采用更大或更小的粒度。如果采用氮化铝作为填料，优选采用胶粘体保形涂层(如二氧化硅等)使其钝化。
[0084]任选地，可采用既非导电体也非传热体的填料。这类填料可用于使本发明的制剂具有另一些性质，如降低固化材料热膨胀性，降低介电常数，改进韧性，增加疏水性等。这类填料的例子包括合成材料，如全氟代烃聚合物，热塑性聚合物(如聚丙烯)，热塑性弹性体，聚-对亚苯基对苯二甲酰亚胺(paraphenylene terephthalimide)，玻璃纤维，石墨板，石墨纤维，尼龙，人造丝，再生聚合物，再生固体材料，固体废料，固体聚合材料，金属废料，重新研磨的碎片(re-ground chips)，碎片，粉末，纸，碎屑，橡胶，玻璃，中空聚合物微珠，实心聚合物微珠，中空玻璃珠，实心玻璃珠，玻璃废料，回收的组合木瓦(recycledcomposition shingles)，回收的沥青，回收的屋顶材料，回收的水泥，回收的轮胎，碳，以及各种其他的工业处理后的或消费后的塑料和其他材料，等等。填料也可包括天然存在的材料，如云母，烟化石英(fumedsilica)，熔融硅石，沙，锯屑，砂砾，石头骨料(stone aggregate)，棉，麻，稻壳，椰子壳纤维，虾壳体(shrimp carcasses)，竹纤维，纸，爆玉米花，爆玉米花集料，骨头，种子，碎稻草纤维(如来自水稻、小麦或大麦)等等，以及上述物质中任意两种或两种以上的混合物。填料可以是多孔性的，也可是相对无孔的。在采用多孔性填料的情况下，本发明材料的聚合物基体可延伸到这类填料内部和周围，从而可能进一步加强本发明材料的强度。
[0085]本发明的结构复合材料和其他复合材料，在本文中有时被称为PetriFoamTM牌结构和其他复合材料，可被制成具有很高的抗压模量(正如期望的)，抗压模量的范围为约8000psi-约10,000psi甚至更高。根据预期的应用，可制造抗压模量超过2000，4000，8000，10,000，20,000，40,000，100,000或更高的本发明材料。本发明材料除了具有很高的抗压强度之外，这些材料在断裂前还能耐受超过400，1000，4000，8000，12,000或甚至更高的压力。确实，在本发明的材料固化后，将本发明制品暴露于提高的压力下(但不发生断裂)，可制得强度提高的制品。
[0086]本发明的结构和其他复合材料也可具有优异的弹性，如以样品的弯曲模量进行度量。这类材料可用于以下详述的许多特定应用场合。典型地，本发明的材料的弯曲模量范围为约10,000psi-约14,000psi或更高。通过采用合适的填料，可以获得弯曲模量甚至更高的材料。例如，如果某些应用中需要，可通过加入柔韧性材料，如来自回收材料的软质塑料或橡胶，或其它柔韧性材料以提高柔韧性。
[0087]本发明的材料还具有的其它期望性质包括优异的绝缘性、防水性、能量吸收性质(任选包括优异的记忆效应，其中本发明的材料在受到冲击后能基本回复到其初始形状)，抗霉性，雷达吸收性，等等。
[0088]在希望最终的结构材料具有高强度特征的本发明实施方式中，优选聚合物基体包括较少的和较小的在发泡期间形成的空穴。这些实施方式中，固化期间所生成的气体的大部分，优选至少20，30，40，50，60，70，80，90，95，98％，或更优选基本全部都被多孔性材料吸收，并且优选迫使一些聚合材料进入多孔性材料体内。除了被多孔性材料占据的那些部分之外，最终的聚合物基体优选相对来说是实心的，且聚合物的长丝或其它凸出部分延伸到多孔性材料内部。尽管不希望受限于任何特殊理论，但仍相信，相对为实心的聚合物基体和延伸到多孔性材料内部的聚合物长丝或其它凸出部分的组合为本发明的材料贡献了优越的性质，包括强度、弯曲模量和压缩性能。尽管一般优选相对为实心的聚合物基体，但在强度可以降低的某些实施方式中，也可接受或甚至是希望采用具有空穴的基体，原因是可采用这类基体以较低成本制造较轻的材料。
[0089]为了制造适用于更广范围潜在应用、结构完整性更好的结构和其他复合材料，可在本发明的材料中加入一种或多种加强结构。示例性的加强材料包括天然纤维、合成纤维、二氧化硅基材料或其它结构，以及上述任意两种或多种材料的组合。这类加强材料可以为任何大小、形状、长度等。本领域的技术人员依据为材料设定的最终用途，可容易地确定任何所添加加强材料的合适尺寸。
[0090]作为在本发明的材料中加入一种或多种加强物的替换方式，或者除了加入加强物之外，可根据需要任选利用合适的粘合材料、粘结促进剂或粘结层将一种或多种面材(facing material)施加到本发明的材料上。适用于这一目的的面材是各种各样的，例如面材包括金属、聚合物、布料、植物纤维或其它天然纤维、合成纤维、玻璃、陶瓷、膨胀的金属和栅网(screen)等，以及上述物质的任意两种或两种以上的组合。本发明可采用的其它面材包括天然存在的材料(如木材)、合成的片材(如丙烯酸类片材)、天然或合成的织物材料(如Kevlar织物)，等等。尽管图7只表示结合到本发明材料的一面上，但面材可结合到本发明材料的多个面上(如本发明材料的顶面上和底面上均可覆有面材，本发明材料的所有面上都可覆有面材，以及其它对本领域技术人员来说是显而易见的变换方式)。这类面材的形式可以为实心表面、多孔性表面、可被化学蚀刻的表面、经过化学蚀刻的表面、可被物理磨蚀的表面、经过物理磨蚀的表面等，以及上述形式的任意两种或两种以上的组合。在一种尤其优选的实施方式中，在长段的竹子中填充本发明的材料，获得了例如适用于结构材料或脚手架的高强度结构部件。本发明的这一方面中适用的粘合材料包括环氧树脂、聚酯、丙烯酸类树脂、氨基甲酸酯、橡胶、氰基丙烯酸酯等，以及上述物质中任意两种或两种以上的组合。
[0091]本发明的结构和其他复合材料的优点之一在于这些材料基本不释放气体这一事实，这与许多传统的结构和其他复合材料，尤其是采用生成气体的制剂所制得的材料是不同的。
[0092]在本发明的另一种实施方式中，提供了制造抗压模量为至少约8000psi，弯曲模量范围为约10,000psi-约14,000的结构和其它复合材料的方法，该方法包括：
合并多孔性材料和可生成气体的可聚合组分，以及
将得到的结合物置于适于使可聚合组分进行聚合的条件下。在采用基本封闭的或受压的体系进行聚合的期间，基本上所有生成的气体都被多孔性材料吸收，且部分聚合材料被迫使进入到多孔性材料体内。
[0093]本发明方法采用的合并步骤可以多种方式实现。例如，可将生成气体的可聚合组分和多孔性材料(以及为特定用途设定的任何其他成分)相混合，然后使生成气体的可聚合组分进行固化。在本发明的一种具体实施方式中，将混合物引入到模具中，封闭模具，然后使生成气体的可聚合组分进行固化。在本发明的另一种实施方式中，将混合物引入到受限制的空间内，并压缩至小于原始组分的初始体积。可选地，混合物可在开放体系中制备，或者也可通过喷射或涂覆到表面上。如果需要额外的强度，可在受压的条件下进行固化，从而使生成的气体基本被多孔性材料吸收并迫使部分聚合物进入多孔性材料体内。
[0094]在本发明的制剂受到压力而减小其体积时，可采用的压力范围很广，通常为约1-约10psi，但在希望获得强度较高的复合物时也可采用更高的压力。可选地，在不涉及可能采用的压力的情况下，可使本发明的制剂在受限制的空间内固化，从而使固化制品的体积相对于原料的体积有所减小。在实施本发明中设定的体积减小的范围为约5-10％至20-40，40-60，60-80，80-90％或更高。
[0095]在本发明的另一种实施方式中，不是在模具中制造本发明的制品来获得特定形状，而是制备标准的″积木″结构，然后再结合成为预期形状的制品。这是可能做到的，原因是可采用标准的粘合材料如氨基甲酸酯、环氧树脂等使本发明的材料相互粘合。
[0096]优选地，当从多组分(如双组分)体系制备可聚合组分(如可发泡的可聚合组分)时，首先将多孔性材料仅与一种可聚合组分中混合，然后再将第二组分引入到反应容器中。一般来说，优选首先将多孔性材料和双组分体系中粘度更大的组分相混合。例如，多孔性材料的表面可基本上完全被涂上可聚合组分的前体。可选地，多孔性材料的表面可只是部分被涂上可聚合组分的前体。
[0097]可选地，可从单组分单体(如聚氨酯)制备本发明的制品，其中，聚合物的所有组分都与多孔性材料混合，并向混合物中加入水而引发聚合物的固化反应。也可采用共聚物，如嵌段共聚物，其中可将基体设计为嵌入两种或两种以上不同官能聚合物基团，和/或接枝共聚物，如上述设计为促进渗入多孔性材料的聚合物体系。
[0098]可在引入反应混合物之前先将面材和/或涂料引入到模具中，从而将面材或涂料施加到本发明的制品上。或者，可在成型之后再覆上面材和/或涂料。向模具中加入加强材料(如金属网、陶瓷或二氧化硅基材料、纺织品或其他织物、橡胶等)而制造整体加强材料也落入本发明的范围内。附有面材的本发明示例性制品的示意图如图7所示。
[0099]本发明材料可采用的面材包括天然存在的材料(如木材、竹子或其他植物源纤维)、合成片材(如丙烯酸类片材)、天然纺织材料(如棉或麻)、合成纺织材料(如KEVLAR织物，各种合成纤维织物如碳、石墨、玻璃纤维等)，等等。如本领域技术人员易知，面材可结合到本发明材料的一个或多个面上(如本发明材料的顶面和底面上均可覆有面材，本发明材料的所有面上都可覆有面材，以及其他对本领域技术人员来说是显而易见的变换方式)。
[00100]如本领域人员所易知，可涂覆到本发明材料上的涂料是多种多样的。可用于本发明材料的涂料包括Portland水泥(通常以水中的淤浆形式涂覆，或者与二氧化硅基材料一起应用，使处理后的制品获得阻燃性质)、石膏、凝胶涂层、清漆涂层、带颜色的涂层、防粘涂料、防滑涂料、粘合剂、耐擦性涂料、金属化涂料等。图8提供了覆有涂料的本发明材料的示意图。对于某些涂料，提高涂料对本发明制品的粘附能力是有利的。这可通过各种方式实现，例如采用物理和/或化学方法蚀刻这类制品的表面。因此，如文中所述，可增加制品要涂覆涂料的表面积，从而提高涂料对被处理制品的粘附能力。
[00101]欲将面材和/或涂料施加到本发明的材料上时，可对本发明材料将要施加面材和/或涂料的表面进行物理和/或化学磨蚀，以增加底材的孔隙率，并提高面材和/或涂料粘附于其上的能力。例如，本发明的材料可进行喷沙和/或化学蚀刻或磨蚀处理，从而磨蚀表层，使本发明材料的表面更易于覆盖面材和/或涂料。在本发明的一些实施方式中，可将面材和/或涂料施加到支撑物的任何一侧。这种结构的示意图参见图9。
[00102]本领域的技术人员可容易地确定适于使本发明所采用的生成气体的或其他的可聚合组分进行聚合的条件。典型地，这类条件包括一般在大约室温下向多孔性材料和生成气体的或其他可聚合组分的前体构成的混合物中加入聚合剂。这样，本发明方法对加热和冷却的要求程度是最小的，从而使该方法易于实现，例如向容器中加入聚合剂之后立即振荡装有多孔性材料、生成气体的或其它的可聚合组分前体以及聚合剂的容器而实现该方法。
[00103]在本发明的某些实施方式中，高达约25，30，35，40，45，50wt.％(重量百分比)或更多的多孔性材料中可含有如文中所述的回收的(碾碎的)结构材料。如本领域技术人员所易知，可采用更高含量的回收的本发明材料，这取决于回收的材料和预期的最终用途。
[00104]本发明的另一方面提供了根据上述方法制备的制品。
[00105]本发明的另一方面提供了由本发明的材料制造的制品。这类制品可具有预定的形状，优异的抗压强度和模量，在需要的情况下还可具有高弯曲模量。这类制品可包括软质或硬质聚合物基体，该聚合物基体中含有基本均匀分布于其中的多孔性材料。本发明的制品具有优异的工作特性，这使得它们适用于各种各样的应用场合。本发明的材料尤其适用于由其制得的结构有处于地震活动带风险的应用场合中。由于本发明的材料可具有这样的高强度和其他期望性质(包括优异的结构弹性和记忆能力)，并且质量较轻，因此当由其制得的结构受到地震力时所产生的动量非常低。因此，本发明的材料具有适用于多种建筑应用的特别理想的性质。
[00106]本文中提供了本发明制品各种应用的非穷举性列表。本发明的制品可制成适于下列用途中任意一种的形状：
飞行器/航天/国防/发电(如飞机部件，遥控引导飞行器部件，巡航导弹，太阳能飞行器，隔热罩，火箭发动机外壳，附件，军事靶机，旅行飞机(kit planes)，超轻型飞机，飞行器安全性/隐秘性部件，轻质/加强门，飞行器家具，面板，本土安全结构保护***，风力发电螺旋桨和叶片，水力发电转动轮或叶片，涡轮，太阳能发电的支承结构，机翼-地面效应飞行器(wings-in-ground-effect craft)，雷达吸收材料，飞行器引擎罩，飞行器螺旋桨叶片，飞行器襟翼，飞行器方向舵，飞行器机身，飞行器副翼，水上飞机浮筒，悬挂式滑翔机，用于火箭发动机燃料舱的绝缘体，等等)，
农业(例如，作物防护器和种植器，牲畜送食器，电栅栏柱，畜圈，等等)，
庭院/草坪/花园/宠物/园艺/花房(例如，犬舍，送食和给水器皿，掩蔽所和遮篷，狗窝，床席，动物运送笼，猫狗床，猫抓搔器，塑料家具(例如，用于草坪，门廊，花园，天井，等等)，装饰性工艺板和屏风，装饰性印花和边饰，防雪栅栏，花箱，罐，管，瓶，草坪和花园喷泉，花园装饰物，缸，等等)，
电子(例如，电信天线，电缆盘，电缆托架，电池盒，电池存放架，光电装置，蜂窝天线，电气配线轨道，等等)，
器具(例如，家庭器具，例如电冰箱，洗碗机，炉灶，微波炉，洗衣机，干衣机等等，以及用于各种器具的机架，如电视机、计算机、CRT、商用机器、微波炉、洗碗机、洗衣店用洗衣机和干衣机、压紧器(compactor)、制冷机、电冰箱、空调、除湿器、便携式加热器等等的机架)，
制冷(例如，冷库，香槟酒桶，冰桶，饮料冷却器，冷凝器滴盘，随身制冷器，冷冻的铁路运货车厢，冰仓，冷藏车，冷冻绝缘体，等等)，
商业设备和电子仪器(例如，复印机，计算机，计算机组件，计算机，电视机组件，电话，器具模制和包装，电气工具，电气箱架，等等)，
建筑和构造——得益于模塑防透材料和防蚁材料等的任何应用，如，游泳池，游泳池盖，热浴盆，热浴盆盖，冷却塔，浴盆和淋浴器，船桥甲板，桥，桥梁结构，抗震结构，公路标志，高速公路吸能屏障和消声侧壁，绝缘结构板，住宅建筑，商业建筑面板，建筑明细和正面，消声屏障，绝缘体，放水材料，混凝土成形浇注模具，结构框架***，打桩，夹层构件，高速公路照明灯，预制住宅，预制办公室，高速公路碰撞衰减屏障，赛道碰撞衰减屏障，屋顶，地板，壁板，门层压制件，木工层压制件，空间木料和面板，防灾和临时军事掩体，卫生废水处理建筑和池，医院和手术室，绝对无尘室和实验室，净化建筑，浴室，冷库，厨房，餐厅，办公室，仓库，车间和车辆维修间，计算机控制室，家具，桌子，门，飞机吊架，担架，棺材，床，垃圾桶，保温饮水罐，密封易腐食品容器，用于加热和空调装置的绝缘管道，住宅现场制品和结构，住房建筑，办公室，临时住所，建筑砖块，北极结构(arcticstructures)，用于膨胀聚苯乙烯泡沫成形室的内部结构填充，用于下平铺起落表面的绿色板的替换，工作台面，桌面，书桌面，手术台面，装饰板，框格，百叶窗，壁板，护墙板，结构性制模和装饰性制模，门，门框，窗框，绝缘结构性滑动板，拥壁，轻量可移动人行道和人行桥，桥面板(decking)，栏杆，栅栏，大门，畜栏，车棚，遮阳篷，用于重型设备的泥垫，起重机索具垫，汽车行人路障，锥形交通路标，防护栏和防护墩，警示安全标志，出租车和公共汽车站亭，农村建筑物和储藏库，可移动建筑物，活动房屋结构，预工程加固建筑物和结构，小屋，遮篷，墙板，可移动教室，绝对无尘室，围堰，用于放置水泥和混凝土的构造形式，压力机混合盘，复合空间木材，各种护墙板，工程加固木材和梁，挤压护墙板和模型，铸件壁炉架，屋顶和地板支架，绝热门，绝热屋顶***，层叠饰面板，夹层蜂窝板，噪声防护障，人行天桥，车库门，屋顶板，屋顶木瓦，公路，脚手架***，脚手架铺板，桑拿浴建筑物和浴室，门表面(door skin)，临时人行道板，二次地板(sub floors)，柜厨，等等，
工业(例如，贮藏建筑物，防弹***和***和随身携带物，护罩，餐具箱，装料横梁，滑运道，管口，衬垫，管子，电灯器具，吊扇叶片，空气扩散器，洗衣店设备(laundry hampers)，风扇罩，车轮，叶片，检修孔和盖，灭火水龙带柜，安全防护罩，调色板包装材料，邮筒，调色板(可再用和/或可循环使用的)，调色箱，高架门，停车路障，停车路边(parking curbs)，房间间隔物，座位和长凳，棚架，弹道屏，淋浴和浴室隔间，卷轴和凳子，托盘，等等)，
工业衬垫(例如，散装容器衬垫和***，有轨电车衬垫，壁橱衬套，各种涂层，鼓衬垫，护罩，灌渠衬垫，噪声抑制罩，等等)，
家具(例如，装饰的家具框架，长凳，露天看台座位(bleacherseats)，椅子，凳子，折叠纸牌桌，桌，办公室隔离物，等等)，
消费和工业包装产品(例如，垃圾容器和手提箱，食品保存容器，超轻空运容器，可再用箱和运送容器，板条箱，墓室，陵墓，可循环使用的包装件，包装件和运送容器，公墓室，纸盒，小罐，空心罐(cannons)，子弹盒和弹药箱，木桶和桶，可拆型箱和运送板条箱，远洋航行集装箱，波状塑料容器和包装，传统成型的塑料盒和架，鼓形圆桶，蛋品包装盒和箱，仪器箱，可折叠箱，硬纸盒，垃圾桶，粮箱，零售商店夹具，棚架，成型盒和箱，工作台面，家具，等等)，
标记和产品展示(例如，公告牌，可擦板，可变字母板，剪贴板，展示板，箱，出租汽车网(cab nets)，盒，夹具，面板，架台，桌子，托盘，灯箱，画框，军事目标(陆地，海洋，领空)，户外广告标记，舞台布景和道具，内部预映棚和展示，等等)，
娱乐商品(例如，运动器材，高尔夫球棍，帐篷，锻炼器材，滑雪板，冲浪板，摆动板，高尔夫球车，保龄球器材，手提箱(totes and boxes)，摩托车头盔，自行车头盔，其他运动头盔，护肘和护膝，手套，运动鞋和非运动鞋包括鞋子和靴子，滑雪橇，溜冰板，野营车，步枪，***，旋转架，前臂(forearms)，诱饵鸟，雪鞋，马鞍，雪橇，等等)，
儿童玩具/庭院玩具(例如，城堡，玩具屋，摇椅，滑梯，沙箱，玩具箱和盒，积木，字母玩具，旅行安全座椅和限制器，家具例如高脚椅子，椅子，婴儿床，书桌，床，沙箱，桌子，玩具车并玩具车上的座位(ride invehicles)，四轮马车，摇椅，装有弹簧的骑乘动物，旋转木马，摇摆木马，等等)，
抗腐蚀设备(例如，污染防治设备，废水处理产品，管件，地上和地下储藏罐，泵，容器，以及在化学处理、纸浆/纸处理和油/气产业中使用的各种设备，油气回收设备，产生动力的转轮，等等)，
电气/电子设备(例如，机架和断路器箱，电杆上线路部件，电连接和绝缘，棒和管，变电站设备，电子微波器件，电气罩和照明罩，3D板，聚酯面板，等等)，
船舶(例如，快艇，艇，喷气艇，独木舟，船坞，私人船只和系船用具，军艇，船，赛艇，商用船及部件包括船舶设备和电动机罩，利用地面效应工作的海上运输工具，指示浮标，系泊浮筒，航道，仪表化(instrumented)，科学浮筒，气象浮标，鱼网浮标，救生筏，护船，用于充气船的硬质船体，船坞存储箱，供餐船和供水船(dingy and water tender)，可漂浮的踏板和桨，水上运动玩具，潜水服，螃蟹和龙虾陷阱标记，舱口盖，复合船锚，船坞梯，游泳平台漂浮物，上船梯，浮桥船，操舵台，便携式和内置式船用冰柜，电冰箱，船用桌和橱柜，鱼清洗台，驾驶舱桌，救生工具，救生圈浮筒，用于帆船的硬质帆，人造鱼饵和诱惑物，鱼梯，可拆型船，浮桥和甲板，用于帆船的活动披水板和舵，游艇，艇体和船体，救生艇，帆板，等等)，
船坞(例如，浮动的、可折叠的、可移动的舷梯，复合船坞板和横木，天篷，盖，掩体，扶手，潜水漂浮物，用于个人船只干式贮藏的浮动存储船坞，等等)，
运输(例如，汽车部件，卡车驾驶室，汽车驾驶室和内部结构，娱乐车(RV)部件，农场设备，缓冲加强器，侧撞加强器，结构增强件，安全设备，箱，运送容器，列车部件，地铁部件，棚车，复合铁路枕木，摩托车，滑行车，汽车面板，外观附件，警车加强件，用于保护后端撞击和射击的预制撞击装置，前后缓冲器，现有车队的新产机车和备用装置，使组合车身更加坚固、在保证结构完整性的情况下使车辆能够承受更高撞击的加强的姆诺克(monocouqe)车体设计，加强的笼式设计和增强的折皱区设计，在轮缘和轮胎行驶面之间、在轮胎中具有本发明加强件的轮胎圈(在轮胎故障或爆裂之后可以使车辆安全制动，避免车辆偏斜、跨越车道和翻滚，并且不需要备用轮胎)，防晒板，方向盘，可拆型扶手，轮盖，踏板，用于防火壁的隔热和隔声物，车顶，引擎罩，门，地板，乘客车内撞击减震器，立柱，门板，车顶，仪表板，前座后背，座位框，利用本发明材料制成的衬垫后挡泥板内面板，行李箱(trunk)盖和地板，位于油箱附近、帮助阻止框架点锚定渗透破裂着火、并减小车辆后端碰撞、侧面撞击、侧面刮蹭能量的后座锚定板，车辆缓冲器，车用、商用和工业用设备，车身，地板垫，有轨电车，车档和楔块，装甲轿车卡车，定制拖车(customtrailer)，篷车，车辆，仪表板，航空器，艇，船，船孔塞盖，车船用电池盒，缆道敞车，搬运车(movingvans)，等等)，
环境/废水处理(例如，用于危险物质事故的临时便携式二次泄漏容纳***和净化材料容纳***，浮箱顶，浮式污水塘盖，模块化罐，液槽，水闸，坝闸，叠梁闸门(stoplogs)，浮式倾泻器，漏油栅(oil spill booms)，泄漏盆和盘，化粪池，蓄水池和盖，滑道，冷却槽，助消化器槽(digester tanks)，风洞，野外安装的储存池，养鱼罐，养鱼塘，用于漏油回收***的飘浮物，污水池衬垫，垃圾掩埋衬垫，漏油回收***，太阳能收集器面板，等等)，
医疗/卫生(例如，抛弃物，配件，医疗设备的包装，整形外科装置，修复，一次性夹板，器具，等等)，等等。
[00107]本发明的方法以及该方法制得的制品的优选应用包括用于制备建筑物面板，结构增强件，隔音材料，绝缘材料，防水材料，工作台面，游泳池，游泳池罩，冲浪板，热浴盆，热浴盆罩，冷却塔，浴缸，淋浴装置，储槽，汽车部件，私人船只部件等。
[00108]本发明的另一个实施方式中，根据最终用途，可采用各种方式对上述制品进行改进。例如，可在制品上覆盖防火涂料，防滑涂料，木质面材，丙烯酸层，机织织物面材等等(如参见图7，8和9)。可将制品制成预定形状，或者可对制品施加足以降低其厚度的压缩能量。可切割出和/或在制品中钻出想要的形状，可将制品碾磨成粉以进行全部回收，也可对制品进行喷沙、刨平、塑形、钻孔、压缩、凿刻处理(routed)等。
[00109]本发明的另一种具体实施方式提供了由上述任意一种方法制得的制品。
[00110]本发明的又一种实施方式提供了制造具有改进性质，包括抗压模量为至少20,000psi，弯曲模量为约10,000psi-约14,000psi的结构和其它复合材料的方法，该方法包括：
结合多孔性材料和生成气体的可聚合组分而得到预聚合混合物，
将此预聚合混合物置于使生成气体的可聚合组分进行聚合的条件下，从而制得固化的制品，以及随后
使固化的制品受到足够长时间的压缩压力作用，从而使制品获得预期的物理性质，所述压缩压力的范围为约5-10，10-40，40-80，80-100，100-400，400-800，800-1600，1600-3000，3000-5000或5000-10,000psi或更高。
[00111]本领域技术人员易于确定适于使生成气体的可聚合组分进行固化的条件。所选择的条件取决于采用的可聚合组分的类型。例如，一旦结合了聚氨酯树脂的各种组分，通常将在较温和的温度下(如在约室温(约25℃)-约70℃的范围内)引发聚氨酯固化。
[00112]本发明的另一具体实施方式提供了制造抗压模量为至少20,000psi，弯曲模量为约10,000psi-约14,000psi的结构和其它复合材料的方法，该方法包括：
将包括微粒材料，其中至少部分是多孔的发泡性可聚合成份的预聚合混合物置于适于使发泡性可聚合组分进行固化的条件下，从而制得固化制品，以及随后
使固化制品受到足够长时间的压缩压力的作用，从而使制品获得预期的物理性质，所述压缩压力的范围为约5-10，10-40，40-80，80-100，100-400，400-800，800-1600，1600-3000，3000-5000或5000-10,000psi或更高。
[00113]本发明的再一种实施方式提供了制造抗压模量为至少20,000psi，弯曲模量为约10,000psi-约14,000psi的结构和其它复合材料的方法，该方法包括：
使固化制品受到足够长时间的压缩压力的作用，从而使制品获得预期的物理性质，所述压缩压力的范围为约5-10，10-40，40-80，80-100，100-400，400-800，800-1600，1600-3000，3000-5000或5000-10,000psi或更高，
其中该固化制品的制造如下：将包括微粒材料，其中至少部分是多孔的发泡性可聚合成份的预聚合混合物置于适于使发泡性可聚合组分进行固化的条件下，从而制得固化制品。
[00114]现在将参照下列的非限定性实施例对本发明展开更为详细的描述。
                     实施例1
[00115]根据本发明，与多孔性材料相混合而制得几种聚氨酯制剂。对于每种制剂，将所有成份(每一组分的)引入到封闭的***混合罐中，然后依据批量大小以恒定的搅拌速率混合1-2小时。固化过程不要求加热。
制剂1(黑色/阻燃)
                                               范围wt.％
组分A-异氰酸酯：
二苯基甲烷二异氰酸酯(聚合MDI)                  88.5-94.5
三氯丙基磷酸酯(阻燃剂)                         5.5-11.5
组分B-多羟基化合物：
聚醚多元醇(蔗糖/乙二醇混合物)，羟基#375-400    73.1-93.4
多羟基聚醚二醇，羟基#265                       8.4-12.5
叔胺(催化剂)                                   0.1-2.50
二甲基乙醇胺(DMEA)(催化剂)                     0.35-1.2
水(发泡剂)                                     0.4-1.5
硅酮表面活性剂                                 0.08-2.2
黑色颜料(处于聚醚多元醇分散系中)               0.3-1.5
制剂2(白色)
                                         范围wt.％
组分A-异氰酸酯：
改性单体MDI                              100.00
组分B-多羟基化合物：
聚醚多元醇(蔗糖/乙二醇混合物)PO Tip，
羟基#375-400                             82.5-91.5
多羟基聚醚三醇，羟基#250                 5.5-13.5
硅酮表面活性剂                           0.08-1.5
二甲基乙醇胺(DMEA)(催化剂)               0.35-1.0
水                                       0.20-1.3
叔胺(催化剂)                             0.25-1.2
有机表面活性剂(9-10Mol)                  0.35-0.7
制剂3(自然色)
                                         范围wt.％
组分A-异氰酸酯：
二苯基甲烷二异氰酸酯(聚合MDI)            100.00
组分B-多羟基化合物：
蔗糖胺，羟基#350                         30.5-42.0
蔗糖胺，羟基#530                         45.0-60.0
氨基多羟基化合物，羟基#600               2.8-9.0
水                                       0.20-1.3
硅酮表面活性剂                           0.35-0.7
制剂4
                                         范围wt.％
组分A-异氰酸酯：
二苯基甲烷二异氰酸酯(聚合MDI)            100.00
组分B-多羟基化合物：
芳香族多羟基化合物，羟基#350                   37.0-60.0
聚醚多元醇(蔗糖/乙二醇混合物)，羟基#370        60.0-35.0
DEG(二乙二醇)                                  1.5-4.0
硅酮表面活性剂                                 0.08-1.5
二甲基乙醇胺(DMEA)(催化剂)                     0.35-1.0
245(a)HCFC(发泡剂)                             0.4-1.5
水                                             0.4-1.5
制剂5(单组分制剂)：
                                               范围wt.％
多羟基聚醚三醇，羟基#34                        42.0-50.0
二苯基甲烷二异氰酸酯(聚合MDI)                  42.0-50.0
增塑剂                                         10.0-20.0
二胺催化剂                                     0.01-0.2
                      实施例2
                      工作特性
[00116]制备用于实施本发明的几种聚合物体系，并对其工作特性进行测定，如文中所述。
[00117]实施例1所述的制剂1用于制造双组分硬质水发泡聚氨酯结构材料。对于要求坚硬或坚固表面的应用来说，这一材料提供了优异的性能，并且是木材的低成本替代物，从而可被用于诸如家具工业(如制造家具，细木家具等)以及画框行业的各种工业中。由聚氨酯材料可容易地模压出部件，否则就要进行耗费劳力的雕刻或切板制作。该固化材料的典型物理性质列入表1中。
                           表1
                       典型物理性质
  (对各个组分)   测试方法   组分A   组分B
  粘度，cps比重重量/gal.lb混合比混合比(对固化材料)   ASTM D-2393Brookfield LVF，#2锭子@12rpmASTM D-1638重量体积   100-2001.210.05250   1000-14001.048.684850
  密度，lbs./ft.3   10(也可利用其他密度)
[00118]制剂的乳白期(cream time)为约30-约60秒，并可通过调节工艺条件或采用添加剂而改变。上升时间(rise time)为约2-约4分钟，并可通过调节加工条件或通过采用添加剂而改变。在约65°F-约85°F的温度下保存材料，可使组分A(异氰酸酯)和组分B(树脂)的保存或储藏寿命最大化。保持储存容器为封紧状态，可保护材料受到湿气和外来物质的侵袭。
[00119]实施例1所述的制剂2(IPS 3001-10LV)是一种双组分硬质水发泡聚氨酯结构材料。对于要求坚硬或坚固表面的应用中，该材料也提供了优异的性能，并且可用作木材的低成本替代物。由聚氨酯材料可容易地模压出部件，否则就会要求进行耗费劳力的雕刻或切板制作。将该材料的典型物理性质列入表2中。
                             表2
                         典型物理性质
  (对各个组分)   测试方法   组分A   组分B
  粘度，cps比重   ASTM D-2393Brookfield LVF，#2锭子@12rpmASTM D-1638   200-3001.2   2400-26001.04
  重量/gal.lb混合比(对固化材料)密度，lbs./ft.3 重量35-40   10.052   8.6848
  Shore D硬度   10
[00120]混合物可采用瞬间搅拌器(直径为3″)以1,200rpm的转速进行手工混合。制剂的乳白期为约180秒，可通过调节工艺条件或使用添加剂而改变。上升时间为约60-约70分钟，可通过调节加工条件或使用添加剂而改变。在约65°F-约85°F的温度下保存材料，可使组分A(异氰酸酯)和组分B(树脂)的保存或储藏寿命最大化。保持储存容器为封紧状态，可保护材料受到湿气和外来物质的侵袭。
[00121]实施例1中所述的制剂3是一种双组分硬质水发泡聚氨酯结构材料。对于要求坚硬或坚固表面的应用，该材料也提供了优异的性能，并且可用作木材的低成本替代物。由聚氨酯材料可容易地模压出部件，否则就会要求进行耗费劳力的雕刻或切板制作。将该材料的典型物理性质列入表3中。
                                 表3
                             典型物理性质
  (对各个组分)   测试方法   组分A   组分B
  粘度，cps比重重量/gal.lb混合比混合比(对固化材料)   ASTM D-2393Brookfield LVF，#2锭子@12rpmASTM D-1638重量体积   100-2001.210.05250   1000-14001.048.684850
  密度，lbs./ft.3   10(也可利用其他密度)
[00122]制剂的乳白期为约4秒，可通过调节工艺条件或使用添加剂而改变。上升时间为约14分钟，可通过调节加工条件或使用添加剂而改变。在约65°F-约85°F的温度下保存材料，可使组分A(异氰酸酯)和组分B(树脂)的保存或储藏寿命最大化。保持储存容器为封紧状态，可保护材料受到湿气和外来物质的侵袭。可向制剂中加入阻燃剂。
                    实施例3
            制造示例性的PetriFoamTM材料
[00123]如上所述，反应混合物中各成分的比例取决于最终产品的预期物理性质，因此在未确定材料的最终应用时，不能详细说明其成分比例。
[00124]本发明的方法既可以分批方式进行，也可以连续方式进行。分批方式的实施如下：将足以超过模具容积10-20％的大量多孔微粒材料(如膨胀聚苯乙烯微珠，或聚乙烯微珠，或聚丙烯微珠，或上述物质中任意两种或两种以上的混合物)装入混合桶中。使树脂(如异氰酸酯试剂)在搅拌下与微珠混合，直到每一个单独的微珠上都涂覆了树脂。然后向树脂/微珠混合物中加入大分子乙二醇(macroglycol)(固化)试剂，继续混合，直到乙二醇均匀分布在整个混合物中。第一次加入乙二醇时即开始聚合反应。优选地，将材料迅速地转移到准备好的已涂覆合适脱模剂的模具中，，从而确保有充足的工作时间均匀地填充到模具的各个部分。填充模具之后，封闭模具，以确保在聚氨酯混合物生成气体的时候使混合物受到压缩。在约10-约30分钟之后打开模具，该时间取决于混合物的性质和所制备的制品或材料。然后重复该过程以制备其它的制品或材料。一般来说，制品在约24小时后完全固化而达到最终的物理性质。可通过向成型体(forms)或液体组分补充加热而加速固化过程。
[00125]当采用单组分制剂时，所进行的步骤基本都是一样的，直至树脂和多孔性微粒材料已经进行混合的时候。此时，将化学计量的水(引起固化)喷到搅拌的混合物中，按照前述方法将得到的混合物加入到模具中，然后在压缩条件下封闭模具。
[00126]以连续方式制备本发明材料的方法如下：提供一个或多个储存罐来盛装多孔性微粒材料，提供一个或多个罐来盛装生成气体的可聚合组分的各个组分，以及提供一个或多个罐来盛装将被加入到最终制品中的任何其它组分。称量这些组分中的每一个并将其以单一的混合步骤或分步喂入混合器挤出机中(如，聚氨酯树脂的异氰酸酯前体可与合适的多孔性微粒材料相混合，随后向其中加入多羟基化合物)。然后将混合后的各组分混合物传送到预期形成本发明材料的地点。
                     实施例4
              本发明结构材料的工作特性
[00127]对根据本发明制备的结构材料进行各种测试，以确定该材料的各种物理性质，归纳于表4中。采用直径为1.5mm的膨胀聚苯乙烯微珠和IPS氨基甲酸酯混合物(50wt.％/50wt.％)，在加入碳黑和阻燃剂的情况下制备该材料。向模具中加入过量的微珠(模具体积的115％)。这些测试按照American Society for Testing and Materials(ASTM)标准进行，以确定PetriFoamTM牌结构材料在抗压、弯曲、应变和剪切方面的强度和性能。此外，也评价PetriFoamTM牌结构材料在热传导、耐水、剥离强度、耐疲劳、抗冲击和消音方面的性质。
                        表4
  测试   标准   性质
  抗压强度(屈服)psi   ASTM 1621   175
  抗压强度(10％应变)，psi   ASTM 1621   210
  抗压模量，psi   ASTM 1621   8600
  弯曲模量，psi   ASTM 790   10,000-14,000
  挠曲强度，psi   ASTM 790   350-375
  断裂应变，％   ASTM 790   4
  剪切模量，psi   NFT 56118   3185
  泊松比   0.35
  密度(lb/ft3)   10.5
  热传导性*   根据傅立叶法则   0.037
  24小时内的％吸水率   0   0
  剥离强度*   优异
  抗疲劳性*   优异
  抗冲击性*   优异
  消音性*   优异
*用其它测试法评价
[00128]表4中所列的测试结果以及图10和图11中所示的弯曲模量和压缩测试结果表明，PetriFoamTM牌结构材料具有优异的工作特性和性质。进行的主要测试包括ASTM 1621，″硬质泡沫塑料的抗压测试″；以及ASTM 790，″对未加强的塑料的弯曲性质和电绝缘性的标准测试法″。这些测试表明PetriFoamTM牌结构材料的抗压强度和挠曲强度是大多数聚氨酯泡沫和泡沫聚苯乙烯的许多倍。典型聚氨酯泡沫的抗压强度为40psi-100psi，而典型泡沫聚苯乙烯的抗压强度为5psi-30psi。如本文中提供的数据所表明的，PetriFoamTM牌结构材料可制成确实很好的材料，该材料的强度特性比传统材料高指数量级。
                     实施例5
                   制备结构镶板
[00129]制备与支架、钢轨、槽钢和其它提供硬质框架的钢部件一起采用的结构镶板，以承载织物或其它装饰性覆面的办公室面板。传统的镶板是由木材或碎屑胶合板(particleboard)构成，且两种表面上都覆有MASONITE，该MASONITE根据样板或办公室装饰格调采用填料和织物或其它装饰性材料装饰而成。装配所有的部件是耗费劳力和耗费成本的。此外，由于最终的面板相当重，因此运输是非常昂贵的。任何浸入面板的水，如通过正常的地面擦洗浸入面板，都会导致碎屑胶合板发生膨胀和降解。由优选实施方式中的材料制备的面板表现出优异的耐水性、重量较轻，以及可通过常规的扣件***到传统的框架中。
[00130]采用1英寸花旗松胶合板作为基底，在各角落处焊接2英寸角钢作为侧面，将4片1′×2′钢板铰接在角钢的长尺寸上来制造模具的顶面，从而制造得到具有合适内部尺寸的模具。将顶面部件的空余侧面用螺栓向下连接到相反一侧的角钢上，以保持放入其中的材料混合物在聚合、膨胀和固化时受到限制。用膨胀聚苯乙烯微珠填充到该模型的顶部，然后再加入少量的微珠。接下来将微珠转移到容器中，采用坚固的搅拌机(与用于混合装饰内墙的泥浆的搅拌机类似)，将微珠与氨基甲酸酯的A部分相混合，直到微珠完全被树脂润湿。然后加入氨基甲酸酯的B部分，形成的混合物再混合2分钟。所采用的配方是占混合物重量48％的A部分和占混合物重量52％的B部分(对应于37oz微珠，100oz A和115oz B)。制造三块镶板。
                     实施例6
                 表面材料的应用
[00131]制造内部尺寸为12″×12″×2″的模型。顶部和底部都是1英寸厚，约18″平方的花旗松胶合板，侧面包括由2″×4″材料切割的2″×2″材料。采用12个具有垫圈、顶部和底部的3/8″英寸螺栓穿过底面，侧面，顶面的四个角，以及侧面的中央来固定顶面并限制膨胀的混合物。从胶合板切割12″平方的隔板，将其放入模具中以改变最终产品的厚度：2″，1″，和1/2″。采用SCJohnson糊状蜡作为脱模剂。
[00132]在加入混合物之前先将各种表面材料放入模具中。在测试的所有覆盖材料，包括丙烯酸类树脂、木材镶板，KEVLARTM以及金属网中均观察到覆材对材料体具有优异的粘附性。用浸渍的KEVLARTM涂覆的半英寸材料强度特别高，并且具有抗扭曲性。该材料也易于接受玻璃纤维型凝胶涂层，以获得涂层数目最少的美丽表面，尤其是在具有完全表皮(skinned)的样品上。
                     实施例7
            微珠尺寸和加入表面材料的影响
[00133]测试不同的微珠尺寸和改变树脂加入量对不同的样品板最终重量的影响。组分A和B保持为最佳比例。定量研究表明，微珠尺寸越小，板的强度越高。此外，在不计微珠尺寸的影响时，增加总树脂的比例使板的强度增大。
[00134]打开模具的固化时间保持相对恒定，在厚度为2英寸或更小时，由放热聚合反应产生的热量几乎不会使木质模具的外部温度升高。
                      实施例8
             微珠尺寸和加入表面材料的影响
[00135]制造9″×9″×9″的模具。该模具包括位于顶侧内部的1英寸厚的隔板，从而便于在模具内部放置110vol.％或更多的填充物，最佳量取决于微珠尺寸和随后对混合物的压缩力。材料所具有的优异绝缘特性和放热聚合反应所产生的热导致“打开时间之前的固化”进行1个小时以上或更长时间。如果打开过早，则材料是热的、海绵状的，并且尺寸不稳定。因此，应用所要求的最短尺寸上的厚度越大，则优选以越慢的速度制造材料。
[00136]为制造9″×9″×7″的材料块，将体积为110％的微珠与21oz氨基甲酸酯的A部分以及20oz氨基甲酸酯的B部分一起加入到模具中。得到的块完全具有表皮(skinned)，这导致了抗扭强度和抗压强度增大。
[00137]正如本领域技术人员在文中的详细描述和示例性实施例的基础上所理解，对文中所描述和/或举例说明、可用于实施本发明各个方面的组分可做许多公知的变换，而且常常可补充加入其它组分。有很多描述这些变换以及用于制备和/或测试这类变换的技术参考文献。例如，描述各种塑料聚合物、添加剂、复合物和相关体系和方法的参考文献包括如下：Dominick Rosato所著的Plastics Encyclopedia，1993；Jim Batchelor等所著的Physics Of Plastics：Processing，Properties andMaterials Engineering，1992；Wilson Gum等所著的Reaction ofPolymers，1992；Hans Dominghaus所著的Plastics for Engineers：Materials，Properties and Applications，1993；Warren E.Baker等所著的Reactive Polymer Blending，2001；Hans Zweifel所著的Plastics AdditivesHandbook，2001；Roger F.Jones所著的Guide to Short Fiber ReinforcedPlastics，1998；Albrecht Muller所著的Coloring of Plastics：Fundamentals，Colorants，Preparations，2003；Jurgen H.Troitzsch所著的Plastics Flammability Handbook：Principles，Testing，Regulation andApproval，2004；Discovering Polyurethane，Konrad Uhlig，1999；GunterOertel所著的Polyurethane Handbook：Chemistry，Raw Materials，Processing，Application，Properties，1994；Henri Ulrich所著的Introduction to Industrial Polymers，1993；Witold Brostow所著的Performance of Plastics，2000；Pierre J.Carreau等所著的Rheology ofPolymeric Systems，1997；Geza Gruenwald等所著的Plastics：HowStructure Determines Properties，1993；Jean-Michel Charrier等所著的Polymeric Material and Processing：Plastics，Elastomers and Composites，1990；P.K.Mallick所著的Composite Materials Technology：ProcessesandProperties，1990；Bruce Davis等所著的Compression Molding，2003；Meyer Ezrin所著的Plastics Failure Guide：Cause and Prevention，1996；Witold Brostow所著的Failure of Plastics，1986；Gunter Menning所著的Wear in Plastics Processing：How to Understand，Protect，and Avoid，1995；Richard P.Wool所著的Polymer Interfaces：Structure and Strength，1995；Richard C，Progelhof等所著的Polymer Engineering Principles，1993；Chris Rauendaal所著的Polymer Mixing，1998；Sudhin Datta等所著的Polymeric Compatibilizers：Uses and Benefits in Polymer Blends，1996；Georg Menges所著的Materials Science of Polymers for Engineers，2003；Christopher W.Makosko所著的Reaction Injection Molding，1988；John Beaumont等所著的Successful Injection Molding，2002；PaulGramann所著的Injection Molding Handbook，2001；Herbert Rees所著的Mold Engineering，2002；Gunter Menning所著的Mold MakingHandbook for the Plastics Engineer，1998；Joseph M.Gordon，Jr.所著的Total Quality Process Control for Injection Molding，1992；Alphonsus V.Pocius所著的Adhesion and Adhesives Technology，2002；Edward W.Orr所著的Performance Enhancement in Coatings，1998；Rose Ryntz所著的Plastics and Coatings，2001；Wit Grzesik所著的Advanced ProtectiveCoatings for Manufacturing and Engineering，2003；等等。
[00138]正如本领域的技术人员在文中的详述和示例性实施例的基础上所理解，前一部分中所引用的参考文献被认为特别相关，其相关程度涉及了文中所述或举例说明的组分和/或方法以及这些组分或方法的变换。
[00139]以上的说明书公开了本发明的几种方法和材料。本发明在方法和材料方面可以进行修饰，也易于在制造方法和设备方面进行改变。从所述发明的公开内容和实践出发，这些修饰对本领域技术人员是显而易见的。因此，并非将本发明限制为文中所公开的具体实施方式，而是应该涵盖落入所附权利要求书所体现的真实范围和精神内的所有修饰和变换。在此引入文中引用的所有专利、申请和其他参考文献的全文作为参考。

Claims (63)

1.一种结构材料，包括：
多孔性材料，其中所述多孔性材料的直径为约0.05mm-约60mm，而微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，和
聚合物，其中所述聚合物由能够在低于所述多孔性材料熔点的温度下固化的可聚合组分制备，其中所述聚合物包括包封所述多孔性材料的基本实心的基体，以及含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到多孔性材料的内部。
2.根据权利要求1所述的结构材料，其中，所述可聚合组分包括第一可聚合组分和第二可聚合组分，所述第一可聚合组分能在该多孔性材料的孔内进行聚合，而所述第二可聚合组分可直接地或通过连接物与第一可聚合组分的聚合物相结合，
其中所述可聚合组分，一旦固化，产生包封多孔性材料并部分穿入多孔性材料的基本实心的基体。
3.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述多孔性材料选自聚烯烃、砂砾、玻璃珠、陶瓷、蛭石、珍珠岩、粉煤灰骨料、粉碎的飞尘，未燃碳、活性炭，以及上述物质中任意两种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述多孔性材料包括聚苯乙烯。
5.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述多孔性材料包括膨胀聚苯乙烯微珠。
6.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述可聚合组分选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯基树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯，以及上述物质中任意两种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述可聚合组分为聚氨酯。
8.根据权利要求7所述的结构材料，其中所述聚氨酯由至少一种芳香族二异氰酸酯以及至少一种多羟基化合物制备得到，所述芳香族二异氰酸酯选自间-亚苯基二异氰酸酯、对-亚苯基二异氰酸酯、4，4′-联苯甲烷二异氰酸酯、2，4-甲代亚苯基二异氰酸酯、3，3′-二甲基-4，4′-联苯基二异氰酸酯、杜烯二异氰酸酯、4，4′-联苯异亚丙基二异氰酸酯、4，4′-联苯基砜二异氰酸酯、4，4′-联苯基醚二异氰酸酯、亚联苯基二异氰酸酯以及1，5-萘基二异氰酸酯，所述多羟基化合物选自乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-环己二醇、丙三醇、1，2，4-丁三醇、三羟甲基丙烷、聚(乙烯醇)以及局部水解的乙酸纤维素。
9.根据权利要求1所述的结构材料，还包括至少一种添加剂，所述添加剂选自流动促进剂、增塑剂、固化延迟剂、固化促进剂、强度增强剂、UV防护剂、染料、颜料、填料以及阻燃剂。
10.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述多孔性材料的直径为约0.4mm-约5mm。
11.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述多孔性材料占所述结构材料的约80-约99体积百分比。
12.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述多孔性材料占所述结构材料约15wt.％-约40wt.％。
13.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述结构材料的抗压模量为至少约8000psi。
14.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述结构材料的抗压模量为约8000psi-约10,000psi。
15.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述结构材料的弯曲模量为至少约10,000psi。
16.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述结构材料的弯曲模量为约10,000psi-约14,000psi。
17.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述材料每英寸厚度上的R-值至少为3。
18.根据权利要求1所述的结构材料，还包括存在于其内部的一种或多种加强结构。
19.根据权利要求18所述的结构材料，其中所述加强材料选自天然纤维、合成纤维和上述物质中任意两种或两种以上的组合。
20.根据权利要求1所述的结构材料，还包括至少一种覆于其上的面材。
21.根据权利要求20所述的结构材料，其中所述面材选自金属、聚合物、布料、玻璃、陶瓷、天然纤维、合成纤维以及上述物质中任意两种或两种以上的组合。
22.根据权利要求20所述的结构材料，其中所述面材选自固体表面、多孔性表面、可被化学蚀刻的表面、经过化学蚀刻的表面、可被物理磨蚀的表面、经过物理磨蚀的表面，以及上述形式的任意两种或两种以上的组合。
23.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述结构材料基本不释放出气体。
24.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述基体是软质的。
25.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述基体是硬质的。
26.根据权利要求1所述的结构材料，其中所述结构材料基本上具有防水性、UV稳定性、以及基本具有抵抗暴露于昆虫、真菌、潮湿和大气条件引起的降解的性质。
27.一种结构材料，包括
多孔性材料，其中所述多孔性材料的直径为约0.05mm-约60mm，以及微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，以及
软质聚合物基体，其中所述聚合物基体由能在低于该多孔性材料熔点的温度下进行固化，并生成气体的可聚合组分制备得到，所述聚合物基体包括具有三维稳定结构、包封多孔性材料的弹性、基本不可渗透型基体，且含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料的内部。
28.一种材料，其包括：
多孔性材料，和
聚合物，其中所述聚合物包括基本包封所述多孔性材料的基体，所述基体是基本实心的，且含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料的内部。
29.一种具有预定形状、优异抗压强度和高弯曲模量的制品，所述制品包括聚合物基体，所述聚合物基体中含有基本均匀分布于整个聚合物基体中的多孔性材料，其中，含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料的内部。
30.根据权利要求29所述的制品，其中所述抗压模量为至少约8000psi。
31.根据权利要求29所述的制品，其中所述结构材料的抗压模量为约8000psi-约10,000psi。
32.根据权利要求29所述的制品，其中所述弯曲模量为至少约10,000psi。
33.根据权利要求29所述的制品，其中所述基体是硬质的。
34.根据权利要求33所述的制品，其中所述制品选自建筑物护墙板、结构加强件、隔音件、绝缘件、防水件、工作台面、游泳池、游泳池罩、冲浪板、热浴盆、热浴盆罩、冷却塔、浴缸、淋浴装置、储槽、汽车部件，以及个人船只组件。
35.根据权利要求29所述的制品，其中所述基体是软质的。
36.根据权利要求35所述的制品，其中所述制品选自隔音件、绝缘件、防水件、汽车部件、家具填料，以及碰撞减震屏障。
37.一种制造结构材料的方法，所述方法包括：
合并多孔性材料和可聚合组分，以及
将得到的结合物装入模具中，置于适于使可聚合组分进行固化的条件下，从而使在固化期间生成的任何气体基本都被多孔性材料吸收，其中部分聚合材料被迫使进入多孔性材料内部，从而制得结构材料，其中所述结构材料包括包封于基本实心聚合物基体中的多孔性材料，以及其中含有聚合物的丝或其它凸出部分延伸到所述多孔性材料内部。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述得到的结合物进一步与第二可聚合组分相接触，其中第一可聚合组分基本在所述多孔性材料的内部进行聚合，而第二可聚合组分基本在多孔性材料的外部进行聚合，且第一和第二可聚合组分直接地或通过连接物相互结合。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，固化在实心聚合物基体内基本不产生泡沫的条件下进行。
40.根据权利要求37所述的方法，其中，所述结合步骤包括将可聚合组分的前体基本完全涂覆在多孔性材料的表面上。
41.根据权利要求37所述的方法，其中，适于使可聚合组分进行聚合的条件包括向多孔性材料和可聚合组分前体的混合物中加入聚合剂。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述结合步骤包括引入聚合剂之后振动多孔性材料、可聚合组分的前体，以及聚合剂。
43.根据权利要求37所述的方法，其中所述可聚合组分的粘度为约200-约50,000厘泊。
44.根据权利要求37所述的方法，其中所述可聚合组分在至少约50℃的温度下是稳定的。
45.根据权利要求37所述的方法，其中，在固化期间几乎未释放出气体。
46.根据权利要求37所述的方法，还包括在结构材料上涂覆涂料，其中所述涂料选自防火涂料、阻燃涂料、防滑涂料、木质面材，丙烯酸面材，机织织物面材。
47.根据权利要求37所述的方法，还包括将结构材料制成预定的形状。
48.根据权利要求37所述的方法，还包括使所述结构材料受到足以降低结构材料厚度的压缩能量的作用。
49.根据权利要求37所述的方法，还包括将所述结构材料切割成预定形状。
50.根据权利要求37所述的方法，还包括在所述结构材料中钻出预定形状。
51.根据权利要求37所述的方法，其中所述多孔性材料的至少一部分是回收的(粉碎的)结构材料。
52.根据权利要求37所述的方法，还包括粉碎和回收所述结构材料。
53.根据权利要求37所述的方法，还包括采用化学蚀刻和物理蚀刻中的至少一种处理所述结构材料。
54.根据权利要求37所述的方法，还包括使所述结构材料受到时间足够的压缩压力作用，使所述结构材料的抗压模量增加到至少20,000psi，以及所述结构材料的弯曲模量增加到至少约10,000psi-约14,000psi。
55.一种制造结构材料的方法，所述方法包括将多孔性材料和生成气体的可聚合组分装入到封闭的模具中，置于适于使生成气体的可聚合组分进行固化的条件下，从而在固化期间生成的气体基本被所述多孔性材料吸收，且部分可聚合组分被迫使进入到多孔性材料内部，从而制得所述结构材料，其中所述结构材料包括包封于实心聚合物基体中的多孔性材料，且含有聚合物的长丝或其它凸出部分至少部分延伸到多孔性材料内部。
56.由权利要求37-55中任一项所述方法制得的产品。
57.一种制剂，其包括：
多孔性材料，
生成气体的或其它的可聚合组分，以及
至少一种添加剂，所述添加剂选自流动促进剂、增塑剂、固化延迟剂、固化促进剂、强度增强剂、UV防护剂、染料、颜料和填料，
其中，所述多孔性材料的直径为约0.05mm-约60mm，而微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，以及
其中所述生成气体的或其它的可聚合组分能在低于所述多孔性材料熔点的温度下进行固化，其中所述生成气体的或其它的可聚合组分通过固化产生基本不具渗透性的包封多孔性材料的实心基体，且含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到该多孔性材料内部。
58.一种制剂，包括：
多孔性材料，以及
生成气体的其它的可聚合组分，
其中所述多孔性材料不是膨胀性聚苯乙烯，且其直径为约0.05mm-约60mm，而微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，以及
其中所述生成气体的或其它的可聚合组分能在低于所述多孔性材料熔点的温度下进行固化，其中所述生成气体的或其它的可聚合组分通过固化产生基本不具渗透性的包封多孔性材料的实心基体，且含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到该多孔性材料内部。
59.一种制剂，其包括：
多孔性材料，以及
生成气体的其它的可聚合组分，
其中所述多孔性材料的直径为约0.05mm-约60mm，而微珠密度为约0.1kg/m3-约1000kg/m3，以及
其中所述生成气体的或其它的可聚合组分不是聚氨酯，并能在低于所述多孔性材料熔点的温度下进行固化，其中所述生成气体的或其它的可聚合组分通过固化产生基本不具渗透性的包封多孔性材料的实心基体，且含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料内部。
60.一种对制品进行改性的方法，所述制品包括软质或硬质的聚合物基体，所述聚合物基体中含有基本均匀分布于整个聚合物基体中的多孔性材料，其中含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料内部，所述方法包括在所述制品上覆盖防火涂料、防滑涂料、木质面材、丙烯酸面材或机织织物面材。
61.一种对制品进行改性的方法，所述制品包括软质或硬质的聚合物基体，所述聚合物基体中含有基本均匀分布于整个聚合物基体中的多孔性材料，其中含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料内部，所述方法包括将制品制成预定形状。
62.一种对制品进行改性的方法，所述制品包括软质或硬质的聚合物基体，所述聚合物基体中含有基本均匀分布于整个聚合物基体中的多孔性材料，其中含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料内部，所述方法包括使该制品受到使制品厚度减小的足够压缩能量的作用。
63.一种对制品进行改性的方法，所述制品包括软质或硬质的聚合物基体，所述聚合物基体中含有基本均匀分布于整个聚合物基体中的多孔性材料，其中含有聚合物的丝或其它凸出部分至少部分延伸到所述多孔性材料内部，所述方法包括在制品中切割出和/或钻出预定的形状。
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