專利名稱：：再生型塑料在結(jié)構(gòu)建筑形式中的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用抗降解復(fù)合材料制造的新型建筑形式；由此類新型形式制造的結(jié)構(gòu)；以及制造并使用此類形式與結(jié)構(gòu)的相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
：在美國有超過50萬座木制車用橋梁是用化學(xué)處理過的木材來組裝的。據(jù)估計(jì)，其中有百分之四十需要維修或重建。用化學(xué)處理的木材有若干種類型，例如用木餾油處理的木材和加壓處理的木材。這幾種材料的制造和使用都相對便宜，而且和任何其它形式的木材一樣，都有廣泛用途，而且提高了對微生物降解、真菌降解及水的抵御能力。用化學(xué)處理的木材越來越流行，人們卻剛剛認(rèn)識到其某些負(fù)面影響?；瘜W(xué)處理木材會消耗極佳的可用、可再生、可更新的資源，并帶來毒性。例如，加壓處理或CCA處理的木材是用毒性很大的鉻化砷酸銅來處理，不易燃。如果想填埋CCA處理過的木材，考慮到有毒化學(xué)物滲濾，這種處置策略就不合適了。處置木餾油處理過的木材則需要用到特殊的焚化裝置。這些材料處置起來比使用更困難、更昂貴。但是，因?yàn)檫@些材料較長的使用壽命，用化學(xué)處理的木材的經(jīng)濟(jì)影響與環(huán)境影響才剛剛被人們感覺到。結(jié)構(gòu)再生型塑料木材代表著化學(xué)處理過木材的一種可能的替代方案。美國專利案第6，191,228號、5，951，940號、5，916，932號、5,789，477號和5，298，214號公開了結(jié)構(gòu)再生型塑料木材復(fù)合材料，該材料是用消費(fèi)后塑料和生產(chǎn)后塑料制成，其中將聚烯烴與聚苯乙烯或熱塑性塑料涂布的纖維材料(如玻璃絲)混合。這些結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為木餾油處理過的鐵路枕木及其他矩形橫截面材料的替代品，目前取得了商業(yè)上的成功。不過結(jié)構(gòu)再生型塑料木材的市場是有限的，這是因?yàn)閺陌惭b成本基礎(chǔ)上來看，盡管它使用了再生型廢棄塑料，相比處理過的木梁，成本仍然過于高昂。顯著的成本差異在橋梁結(jié)構(gòu)的施工過程中變得更加明顯，其中用結(jié)構(gòu)再生型塑料木材復(fù)合梁替代加壓處理過的木梁。雖然結(jié)構(gòu)再生型復(fù)合梁和CCA處理過的木材一樣結(jié)實(shí)，但復(fù)合梁不如后者堅(jiān)硬，容易下垂或滑坍。通過增加梁的尺寸和使用更多矩形截面梁，可以彌補(bǔ)這點(diǎn)缺陷。但是，這會讓比起處理過的木材來說本就高昂的材料成本與施工成本更高。不滑坍的結(jié)構(gòu)梁也可以用工程樹脂(如聚碳酸酯或ABS)制造。但是，這比用再生型塑料制造的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料更昂貴。相比處理過的木材，在安裝成本的基礎(chǔ)上，有成本競爭優(yōu)勢的再生型塑料制造的結(jié)構(gòu)材料仍然有一定需求。
發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將美國專利案第6,191,228號、5,951,940號、5,916,932號、5，789，477號和5，298，214號的不相混聚合物混合起來，可以形成一種結(jié)構(gòu)形態(tài)，比傳統(tǒng)的矩形再生型塑料結(jié)構(gòu)梁都要更有成本優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形態(tài)被鑄造成單獨(dú)的完整成形的物件，且包括I型梁、T型梁、C型梁等各種梁的模式，其中一個(gè)或多個(gè)水平翼緣同一個(gè)軸向體接合，軸向體在I型梁領(lǐng)域里被稱為翼板。這些模式橫截面積減少意味著材料消耗上的成本大幅節(jié)省，同時(shí)不犧牲機(jī)械性能。在應(yīng)用中通過允許的模制結(jié)構(gòu)技術(shù)能進(jìn)一步節(jié)省成本。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其具有沿著水平軸排列的翼板部件，并具有至少一個(gè)沿著水平軸排列，與翼板部件平行的翼緣部件，該翼緣部件被整體鑄造成與翼板部件的上表面或下表面接合，其中該復(fù)合材料是由(A)高密度聚烯烴和(B)熱塑性涂布的纖維材料、聚苯乙烯或其組合的混合物來構(gòu)成的。高密度聚烯烴最好是高密度聚乙烯(HDPE)。熱塑性涂布的纖維材料最好是熱塑性涂布的碳纖維或玻璃纖維(例如玻璃絲)。還提供一種模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其包括沿著水平軸排列的翼板部件，并具有至少一個(gè)沿著水平軸排列，與翼板部件平行的翼緣部件，該翼緣部件被整體鑄造成與翼板部件的上表面或下表面接合，其中該復(fù)合材料是由(A)高密度聚烯烴和(B)熱塑性涂布的纖維材料聚甲基丙烯酸甲酯或其組合的混合物來構(gòu)成的。相對于翼板部件尺寸的翼緣尺寸不能太大，以免在負(fù)荷之下翼緣部件發(fā)生彎曲。翼緣部件的垂直尺寸(厚度)最好是翼板部件垂直尺寸(不含翼緣部件)的約十分之一至約二分之一，垂直于翼緣部件水平軸測量的整個(gè)翼緣部件的寬度是垂直于翼板部件水平軸測量的寬度的約兩倍至約十倍。根據(jù)本發(fā)明的其他有效結(jié)構(gòu)形態(tài)包括舌槽形板，其構(gòu)成互鎖套件。人們發(fā)現(xiàn)，互鎖套件降低了所需板的厚度，這是因?yàn)樘准诨ユi板之間分散負(fù)荷的方式所致。同樣這也意味著材料使用上成本的重大節(jié)約，同時(shí)不犧牲機(jī)械性能。在應(yīng)用中通過允許的模制結(jié)構(gòu)技術(shù)能進(jìn)一步節(jié)省成本。所以，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種大體上平的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其具有一個(gè)槽面和一個(gè)整體鑄造的舌形面，每個(gè)面都和復(fù)合材料面相垂直，其中該復(fù)合材料是根據(jù)(A)高密度聚烯烴和(B)熱塑性涂布的纖維材料、聚苯乙烯或其組合的混合物來構(gòu)成的，其中該槽面界定了一槽，而舌形面的尺寸要使其與一槽互鎖接合，該槽的尺寸是由槽面界定的，而該槽面和舌形面的尺寸要讓多個(gè)大體上平的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可以互鎖組裝起來，以分散所有組件中的某一個(gè)所承受的負(fù)荷。根據(jù)本發(fā)明此方面的另一實(shí)施例，提供一種模制結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中用聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)替代聚苯乙烯。較佳地，用聚(甲基丙烯酸甲酯)替代至少90%聚苯乙烯，更佳地是取代全部聚苯乙烯。在一個(gè)實(shí)施例中，該復(fù)合材料包含約20至約65重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)組分，該聚(甲基丙烯酸甲酯)組分含有至少約90重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)，該復(fù)合材料還包含約40至約80重量百分比的高密度聚烯烴組分，該聚烯烴組分含有至少約75重量％的高密度聚乙烯(HDPE)。優(yōu)選的平面模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有至少一對平行相對的槽面和舌形面，在槽面和舌形面之間界定了復(fù)合材料的寬度或長度。優(yōu)選的復(fù)合材料也具有板狀的尺寸，其中長度是設(shè)計(jì)選擇的問題，而寬度是高度或厚度的約兩倍至約十倍。模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的用途包括建造承重裝備，例如橋梁。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一座橋梁，用本發(fā)明的I型梁建造，具有至少兩行平行的由橋墩支撐的較大I型主梁，和多個(gè)較小I型次梁，次梁彼此平行，且垂直固定在兩行較大I型主梁之間，其中I型次梁翼緣的上表面和下表面的尺寸要能嵌入由I型主梁上表面和下表面翼緣界定的開口之中。成行的I型主梁和成行的I型次梁之間的距離取決于各種因素，例如翼緣尺寸和翼板尺寸，該復(fù)合材料的塑料成分，及橋梁要承受的負(fù)荷。此外，I型主梁或I型次梁水平排列的軸是否沿著走行方向伸展是一個(gè)設(shè)計(jì)上的選擇問題，可能全部或部分地取決于上述的因素。因?yàn)榇瘟菏乔度胗蒊型主梁上表面和下表面翼緣界定的開口之中，I型次梁的上表面在I型主梁的的上表面下方凹入，下凹距離至少為I型主梁上翼緣的厚度。根據(jù)本發(fā)明此方面建造的橋梁因此將進(jìn)一步包括固定在I型主梁或I型次梁上的平臺表面。優(yōu)選的平臺表面的尺寸要適合成行的平行I型主梁的上翼緣之間的距離。更佳的平臺表面尺寸所選擇的厚度要為平臺表面提供一個(gè)上表面，這個(gè)上表面同成行的平行I型主梁的上表面大體上在同一個(gè)平面上。其他優(yōu)選的平臺表面用大體上平的本發(fā)明的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料構(gòu)成，其具有互鎖槽面和舌形面。本發(fā)明的模制組件允許用較少的固件來建造負(fù)荷型組裝套件，降低了最初的建橋成本，以及長期的維修費(fèi)用和更換易腐蝕組件的費(fèi)用。該塑料復(fù)合材料也比處理過的木材要用得長久，且在使用期內(nèi)比木材所需要的維護(hù)要少得多，更加有利于節(jié)約成本。本發(fā)明同樣提供一種復(fù)合建筑材料，這種材料是用高密度聚烯烴和聚(甲基丙烯酸甲酯)混合而成。這種材料可用來構(gòu)造各種不同的物件，例如鐵路枕木和結(jié)構(gòu)板。此外，盡管混合聚合物的不可預(yù)測性，人們也已發(fā)現(xiàn)，用PMMA替代聚苯乙烯，聚烯烴和聚(甲基丙烯酸甲酯)可構(gòu)成不相混的聚合物混合物。這個(gè)觀察結(jié)果令人驚訝，是因?yàn)闆]有辦法預(yù)測哪種塑料可以和聚苯乙烯構(gòu)成可接受的不相混聚合物混合物。例如，聚氯乙烯就不能和聚烯烴構(gòu)成該混合物。本發(fā)明的聚烯烴/PMMA混合物擁有意想不到的特性。舉例而言，其比聚烯烴/聚苯乙烯混合物更硬，雖然聚苯乙烯和PMMA用拉伸模量測出的各自硬度基本一樣。同樣令人驚奇的是，聚烯烴/PMMA的混合物幾乎和單獨(dú)的PMMA—樣強(qiáng)。本發(fā)明上述目標(biāo)、其他目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下述優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)實(shí)施方式及附圖說明將會更加顯而易見。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的I型梁的截面圖；圖2是圖1中I型梁的側(cè)視圖，與截面圖垂直；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的C型梁的截面圖；圖4是圖3中C型梁的側(cè)視圖，與截面圖垂直；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的T型梁的截面圖；圖6是圖5中T型梁的底視圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的舌形面板和槽形面板的截面圖；圖8所示為用本發(fā)明的I型梁組裝的根據(jù)本發(fā)明的橋梁的側(cè)視圖；圖9是圖8中橋梁的頂視剖面圖；圖IO所示為將根據(jù)本發(fā)明的小型I型梁垂直固定到根據(jù)本發(fā)明的大型I型梁上的頂視剖面圖；圖11是黏度對數(shù)值與剪切率對數(shù)值的圖示，此圖比較了具有不同PMMA百分比的擠壓復(fù)合材料；圖12是擠壓復(fù)合材料的黏度對數(shù)值與PMMA百分比的圖示；圖13a是測定擠壓復(fù)合材料初次加熱的熔點(diǎn)的熱流分析；圖13b是測定擠壓復(fù)合材料在圖13a所示的初次加熱后的熔點(diǎn)的熱流分析；圖13c是擠壓復(fù)合復(fù)合材料熔點(diǎn)作為PMMA百分比函數(shù)的圖示；圖13d是擠壓復(fù)合材料的熔解熱作為PMMA百分比函數(shù)的圖示；圖14是擠壓復(fù)合材料的應(yīng)力與張力的圖示；圖15是模量作為擠壓復(fù)合材料的PMMA百分比的函數(shù)的圖示；圖16是模量對數(shù)與擠壓復(fù)合材料的時(shí)間對數(shù)的圖示；圖17是擠壓復(fù)合材料表面結(jié)構(gòu)的一系列SEM圖像；圖18是60/40比例的P麗A/HDPE擠壓復(fù)合材料的表面結(jié)構(gòu)的一系列SEM圖像；圖19是通過噴射模塑法構(gòu)造的復(fù)合材料的峰值應(yīng)力作為PMMA百分比的函數(shù)的圖示；圖20是通過噴射模塑法構(gòu)造的復(fù)合材料在斷裂時(shí)張力作為PMMA百分比的函數(shù)的圖示；圖21是通過噴射模塑法構(gòu)造的復(fù)合材料的應(yīng)力與張力的圖示；圖22是通過噴射模塑法構(gòu)造的復(fù)合材料的模量作為P隨A百分比的函數(shù)的圖示；圖23是通過噴射模塑法構(gòu)造的復(fù)合材料的HDPE相位熔點(diǎn)作為PMMA百分比的函數(shù)的圖示。具體實(shí)施方式本發(fā)明的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是使用共同連續(xù)聚合物混合物技術(shù)制備的，該技術(shù)由美國專利案第5，298，214和6，191，228號中公開了混合高密度聚烯烴和聚苯乙烯，由美國專利案第5，916，932號公開了混合高密度聚烯烴和熱塑涂布的纖維材料。這三個(gè)專利案的公開內(nèi)容通過引用的方式并入本文中。根據(jù)美國專利案第6，191,228號所公開的，復(fù)合材料可采用含有約20至約50重量％的聚苯乙烯組分，該組分含有至少約90重量％的聚苯乙烯，及含有約50至約80重量％的高密度聚烯烴組分，該組分含有至少約75重量％的高密度聚苯乙烯(HDPE)。含有約25至約40重量％的聚苯乙烯組分的復(fù)合材料是優(yōu)選，而含有約30至約40重量％的聚苯乙烯組分的復(fù)合材料是更優(yōu)選擇。含有至少約80重量M的HDPE的聚烯烴組分是優(yōu)選，而至少約90重量％的HDPE含量是更優(yōu)選擇。美國專利案第6，191，228號公丌的混合技術(shù)也可以用于本發(fā)明，以配制包含聚(甲基丙烯酸甲酯)組分加上聚苯乙烯組分的復(fù)合材料，或者用聚(甲基丙烯酸甲酯)組分代替聚苯乙烯組分?？刹捎煤芯?甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)組分的復(fù)合材料，該組份含有至少90重量。/。的PMMA，，復(fù)合材料的余下組分是高密度聚烯烴組分，其含有至少75重量％的高密度聚苯乙烯(HDPE)。含有至少約80重量y。的HDPE的聚烯烴組分是優(yōu)選，而HDPE含量至少約90重量%是更優(yōu)選擇?；旌衔镏蠵MMA組分的最小量要能夠使熔融粘度有效地產(chǎn)生可察覺的增加。含有約O.1至約65重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)(P腦A)的復(fù)合材料是優(yōu)選。含有約10至約40重量％的PMMA的復(fù)合材料是更優(yōu)選擇，而含有約20至約35重量％的PMMA的復(fù)合材料是最優(yōu)選擇。本發(fā)明的聚烯烴/PMMA混合物擁有意想不到的特性。舉例而言，其比聚烯烴/聚苯乙烯混合物更硬，雖然聚苯乙烯和PMMA用拉伸模量測出的各自硬度基本一樣。其也比聚烯烴/聚苯乙烯混合物更有韌性。"韌性"(Toughness)的定義是形變時(shí)吸收能量而不斷裂的能力。例如，用聚烯烴/PMMA混合物制造的橋梁。同樣令人驚奇的是，聚烯烴/P醒A的混合物幾乎和單獨(dú)的PMMA—樣強(qiáng)。根據(jù)美國專利案第5,916,932號公開的方法，該復(fù)合材料可以進(jìn)一步和熱塑涂布(thermoplastic-coated)的纖維混合，熱塑涂布的纖維具有最小長度0.1毫米，所以完成品含有約10至約80重量％的熱塑涂布的纖維。美國專利案第5,916，932號公丌了含有約20至約90重量％的聚合物組分的復(fù)合材料，該聚合物組分是至少80重量％的HDPE和約10至約80重量％的熱塑涂布纖維。適用于本發(fā)明的聚烯烴-聚苯乙烯復(fù)合材料顯示出至少170000psi的抗壓模量和至少2500psi的抗壓強(qiáng)度。優(yōu)選的聚烯烴-聚苯乙烯復(fù)合材料顯示出至少185000psi的抗壓模量和至少3000psi的抗壓強(qiáng)度。更優(yōu)的聚烯烴-聚苯乙烯復(fù)合材料顯示出至少200000psi的抗壓模量和至少3500psi的抗壓強(qiáng)度。優(yōu)選的適用于本發(fā)明的聚烯烴-PMMA復(fù)合材料顯示出至少227000psi的抗壓模量和至少3900psi的抗壓強(qiáng)度。最優(yōu)的聚烯烴-PMMA復(fù)合材料顯示出至少249000psi的抗壓模量和至少4300psi的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的含有熱塑涂布纖維的復(fù)合材料顯示出至少350000psi的抗壓模量。優(yōu)選的含纖維材料的抗壓模量是至少400000psi。含有熱塑涂布纖維的復(fù)合材料顯示出至少4000psi的抗壓強(qiáng)度。優(yōu)選的含纖維材料的抗壓強(qiáng)度是至少5000psi。本發(fā)明的聚烯烴/PMMA混合物適用于復(fù)合建筑材料，例如立體木材。用這些混合物制造的木材可用于諸如托梁、支柱和橫梁。聚烯烴/PMMA木材的韌性提供進(jìn)一歩的安全性，材料在斷裂甜會先下陷，這樣就會為有可能發(fā)生的故障發(fā)出警報(bào)。含有聚烯烴/PMMA混合物的熱塑纖維也適用于鐵路枕木的制作。對于某些用途來說，例如鐵路枕木，復(fù)合建筑材料顯示出很特異的屬性是很重要的。例如，該材料必須是非水的或燃料吸收劑，抗降解和抗磨損，對鐵軌所曝露的普通范圍內(nèi)的溫度有耐受力，且是不導(dǎo)電的。此外，鐵路枕木必須符合一定的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)。例如，塑料復(fù)合材料的鐵路枕木將具備沿枕木軸向的至少約170000psi的抗壓模量。術(shù)語"枕木軸向"的意思是鐵路枕木最長的軸。更優(yōu)選擇是，可用作鐵路枕木的復(fù)合建筑材料具備沿枕木軸向的至少約200000psi和更優(yōu)選為225000psi的抗壓模量。最優(yōu)選擇是，當(dāng)用作鐵路枕木時(shí)，該塑料復(fù)合材料將具有至少約250000psi的抗壓模量。本發(fā)明特別適用于鐵路枕木，因?yàn)閺?fù)合建筑材料沿不同軸向顯示出了不同特性。因?yàn)樵诘孛娴姆较蛏?鐵路枕木的長軸)高度定向的纖維含量，枕木沿著軸向顯示出令人難以置信的強(qiáng)度和硬度。同時(shí)，在穿過纖維含量的方向的垂直軸上，該枕木相對較軟和柔韌(flexible)。因此，按照本發(fā)明用復(fù)合建筑材料制造的鐵路枕木不會使垂直鋪設(shè)在枕木上的鐵路彎曲或受壓，因?yàn)樵谠摲较蛏洗嬖谝欢ǖ膹椥?。但是，因?yàn)檠刂砟咀铋L軸上的強(qiáng)度，鋪設(shè)在上的鐵路將不會橫向移動(dòng)或分離。因?yàn)檫@個(gè)因素，本發(fā)明的鐵路枕木比起現(xiàn)在用的木制枕木或混凝土制枕木來說就優(yōu)越很多。此外，關(guān)于鐵路枕木，重要的是當(dāng)置于橫向負(fù)荷最小約24000磅下時(shí)，鋪設(shè)在枕木上面的鐵軌不能分開超過約0.3175厘米。橫向負(fù)荷是指火車輪子向鐵軌施加的向外的壓力。該復(fù)合建筑材料也應(yīng)該能承受至少約39000磅的垂直靜止負(fù)荷。這個(gè)指標(biāo)是衡量枕木對火車在其上?？慷辉斐捎谰眯孕巫兊哪褪苣芰?，或?qū)﹁F路受力進(jìn)入枕木的耐受能力。另外，聚烯烴/PMMA材料的韌性提高了材料在被釘釘時(shí)不會破裂的能力。還需要垂直動(dòng)態(tài)負(fù)荷至少140000磅的能力。這個(gè)指標(biāo)是衡量枕木經(jīng)受列車通過的能力。聚烯烴/聚苯乙烯和聚烯烴/PMMA混合物都能用來構(gòu)成本發(fā)明的裝有翼緣的結(jié)構(gòu)組件。根據(jù)本發(fā)明的I型梁10的截面圖如圖1所示，相同I型梁的測試圖如圖2所示。I型梁具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)是由中間的翼板或主體部件20、上翼緣30和下翼緣40構(gòu)成。翼緣部件包括突出部件50，其超出了翼板20的寬度。如下所述，翼板60的表面構(gòu)成一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能與其他結(jié)構(gòu)接合(如與較小的梁)。翼緣部件的寬度A明顯要比翼板部件的寬度B大。翼緣部件的高度C要比翼板部件的高度小。盡管翼緣部件的高度低且翼板部件的寬度窄，I型梁能夠支撐重型結(jié)構(gòu)，并可用于承載負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，例如橋梁類。根據(jù)本發(fā)明的C型梁12的截面圖如圖3所示，相同C型梁的側(cè)視圖如圖4所示。C型梁也具有中間翼板部件20，上翼緣30和下翼緣40。翼緣部件也包括突出部件50，其超出了翼板20的寬度。如下所述，翼板60的表面也構(gòu)成一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能與其他結(jié)構(gòu)接合(如與較小的梁)。根據(jù)本發(fā)明的T型梁15的截面圖如圖5所示，相同T型梁的底視圖如圖6所示。T型梁具有一結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)是由中間的翼板20和上翼緣30構(gòu)成，不具備下翼緣。翼緣部件也包括突出部件50，其超出了翼板20的寬度。如下所述，翼板60的表面構(gòu)成一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能與其他結(jié)構(gòu)結(jié)合(如與較小的梁)。圖7顯示了組裝的舌形-槽形面板100和150。面板100包括具有舌形組件120的端部110和界定槽140的相對端130。面板150包括具有舌形組件170的端部160和界定槽190的相對端180。用圖示出面板100的舌形組件120互鎖地與面板150的槽190接合。面板100的槽140也能夠互鎖地與另一個(gè)面板的舌形組件接合。同樣地，面板150的舌形組件170能夠與另一個(gè)面板的槽接合。面板100的平頂125和面板150的平頂175在面板被組裝入一結(jié)構(gòu)時(shí)，可用作負(fù)荷承載面或屏障。圖8和圖9分別展示了用上述建筑構(gòu)型組裝的車輛橋梁200的側(cè)視圖和一部分頂部的剖面圖。在橋梁結(jié)構(gòu)中，較大的I型梁鐵路213和214各自的端部211和212分別被樁216和217用固件(未顯示)鎖住了。I型梁的另一端220和221被類似地鎖在相應(yīng)的柱223和224上。較小的I型托梁228、229和230的端部225、226和227被固定在I型梁213的面260上，而三個(gè)較小的I型梁的相應(yīng)另一端231、232和233分別被固定在I型梁214的面261上。相似地，較小的I型托梁237、238和239的端部234、235和236被固定在I型梁214的面262上。圖10是頂視剖面圖，表示用L型卡釘243和244及固件245、246、247和248將較小I型托梁228的端部225固定到較大I型梁213的面260上。用卡釘243和固件245和246將I型梁228的端部225固定到I型梁213的面260上也在圖8中有示。圖8也顯示了用卡釘247和固件248和249將I型梁228的端部231固定到I型梁214的面261上。圖8和圖9也顯示了用互鎖面板271和272構(gòu)成的橋墩270，其中面板271的舌274互鎖地與面板272的槽275接合。面板272的舌276互鎖地與槽277接合，等等。面板271和272的相應(yīng)頂面279和280包括橋墩270的表面290。合適的固件基本上是用常用的，包括但不限于釘子、螺絲、長釘、螺栓等。美國專利案第5，298，214、5,916，932和6，191，228號公開的模塑方法可用于構(gòu)造本發(fā)明的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料形狀。但是，因?yàn)楸绕鹣惹拌T造的矩形截面的橫梁來說，形成的物件具有不規(guī)則的截面，該復(fù)合材料混合物最好在壓力下從擠出機(jī)被擠入模中，例如從約900至約1200psi被堅(jiān)實(shí)地壓入模中，并防止形成空隙。同樣地，沿著橫梁的水平軸向施力可能是必要的，例如用水平軸長度延長的液壓缸，從模中取出冷卻的模型。根據(jù)本發(fā)明的聚烯烴和聚苯乙烯的復(fù)合材料I型梁，具有61平方英尺的截面積，其顯示出900in4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。根據(jù)本發(fā)明的聚烯烴-聚苯乙烯復(fù)合材料I型梁，具有119平方英寸的截面積，顯示出4628in4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這代表了任何結(jié)構(gòu)的任何熱塑材料所產(chǎn)生的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，且比較了具有63平方英寸截面積的矩形截面木梁在257和425iW之間測量出的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，和具有48平方英寸截面積的矩形截面木梁在144和256in4之間測量出的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。最終的結(jié)果是，如果用矩形截面的復(fù)合材料制備，聚烯烴-聚苯乙烯復(fù)合材料橋梁額定負(fù)荷率為重120000磅，如果用本發(fā)明的I型梁制造，僅重30000磅。聚烯烴/聚苯乙烯和聚烯烴/PMMA混合物也可用于構(gòu)成具備較佳約1/8英寸至約1英寸厚度的結(jié)構(gòu)板。結(jié)構(gòu)板的長度和寬度的范圍最好是各自獨(dú)立地為約8英寸至約約20英尺。結(jié)構(gòu)板也具有至少200000psi的抗壓模量和至少3000psi的強(qiáng)度。"強(qiáng)度"的定義是一種材料經(jīng)受應(yīng)力而不會斷裂成多截的最高程度。本發(fā)明的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料因此代表著迄今為止制備的最有效的非降解結(jié)構(gòu)材料，其具有良好的機(jī)械性能。本發(fā)明使得制備具備額定負(fù)荷率的亞結(jié)構(gòu)成為可能，該亞結(jié)構(gòu)是來自以前不為人知的大量劣等材料。應(yīng)當(dāng)將上述優(yōu)選實(shí)施例的意圖看作是對由權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明舉例，而不是限制了其范圍。顯而易見的是，只要不悖離權(quán)利要求書中的本發(fā)明，也可以采用上述特征的許多變化和組合形式。不能將這些變化看作是違反了本發(fā)明的精神和范疇，所有這些變化都要包括在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。實(shí)例下列實(shí)例提供了根據(jù)本發(fā)明的聚烯烴/PMMA的具有代表性的制備方法。實(shí)例1-擠壓用蘭卡斯?fàn)?Randcastle)特殊混合擠壓器在180RPM和200-210。C下，將HDPE(CPChem馬勒克斯HHM-5502BN)和PMMA(阿托菲納樹脂玻璃V045100)機(jī)械攪拌并熔融混合。HDPE/P腿的組分比率是100/0、90/10、80/20、70/30、65/35、60/40、50/50、40/60、30/70、20/80、10/90和0/100。進(jìn)行流變學(xué)測試，研究擠壓過的粒狀復(fù)合材料的粘性。擠壓過的復(fù)合材料的PMMA含量朝著純PMMA的方向增加，擠壓過的復(fù)合材料的粘性也隨著增加(圖ll)。不管是高切變率還是低切變率，都觀察到黏性對PMMA濃度的非線性依賴性(圖12)。對擠壓過的復(fù)合材料進(jìn)行熱力學(xué)分析，檢查熔點(diǎn)和熔融熱(圖13a-d)?；旌衔锏娜廴跓崤c混合物中可熔化聚烯烴百分比近似地相關(guān)。進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，研究擠壓過的復(fù)合材料的機(jī)械特性。樣本直徑范圍在1.18-1.95毫米間。為了維持16:1的L:D比例，支撐跨度是20毫米或28毫米。圖14是每種擠壓過的復(fù)合材^l"的應(yīng)力與張力的圖示。表I闡明了根據(jù)組分構(gòu)成的擠壓過的復(fù)合材料的模量(彎曲形變中應(yīng)力與張力的比例)表I<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>擠壓過的復(fù)合材料的模量隨PMMA含量而增加(圖15)。圖16是模量對數(shù)作為時(shí)間對數(shù)的函數(shù)的圖示，該圖表明混合物的模量和對隨時(shí)間造成的形變的抵抗力隨PMMA含量增加而增加。取得SEM圖像，檢査擠壓過的復(fù)合材料的表面結(jié)構(gòu)(圖17)。60/40的PMMA/HDPE復(fù)合材料顯示出共同連續(xù)的形態(tài)(圖18)。已知共同連續(xù)的形態(tài)顯示出在不同的階段存在非常高的應(yīng)力轉(zhuǎn)移。實(shí)例2-噴射模塑用寶勝V55-200噴射模塑機(jī)，將HDPE(CPChem馬勒克斯HHM-5502柳)和PMMA(阿托菲納樹脂玻璃V045100)進(jìn)行機(jī)械混合和噴射模塑。復(fù)合材料進(jìn)行模塑的溫度是在392°F。HDPE/P腿的組分比率是100/0、90/10、80/20、70/30、65/35、60/40、50/50和40/60。在所有的混合物中，混合物的抗張強(qiáng)度都保持相當(dāng)大的恒定性，從純聚烯烴上升到共同連續(xù)區(qū)(含)。(圖19)。如果在聚烯烴中混入高百分比的PMMA，抗張應(yīng)變以非線性方式下降，但仍然比純PMMA高得多。(圖20)?；旌衔锏哪Ａ侩SPMMA增加而增加，但是降低張力失敗且產(chǎn)生了韌性。(圖21)。多種混合物都比單純的PMMA或聚烯烴具有更高的韌性。表II歸納了圖21的結(jié)果-表n<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>該等混合物基本都遵守模量的混合定律，這表明在該混合系統(tǒng)中的不同階段之間達(dá)到了顯著良好的應(yīng)力轉(zhuǎn)移。(圖22)。圖23提供了DSC再加熱結(jié)果。應(yīng)當(dāng)將上述實(shí)例和優(yōu)選實(shí)施例的描述看作是對由權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明舉例，而不是限制了其范圍。顯而易見的是，只要不悖離權(quán)利要求書中的本發(fā)明，也可以采用上述特征的許多變化和組合形式。不能將這些變化看作是違反了本發(fā)明的精神和范疇，所有這些變化都要包括在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其包括沿著一水平軸排列的翼板部件，以及至少一沿著一水平軸排列且與該翼板部件平行的翼緣部件，該翼緣部件被整體鑄造成與該翼板部件的上表面或下表面接合，其中所述復(fù)合材料是由(A)高密度聚烯烴和(B)熱塑涂布的纖維材料或(C)聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)中的某一種或兩種或其組合的混合物來構(gòu)成的。2.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述高密度聚烯烴是高密度聚乙烯(證E)。3.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料復(fù)合材料，其中所述熱塑涂布的纖維材料是熱塑涂布的碳素纖維或玻璃纖維。4.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料復(fù)合材料，其中該翼緣部件的垂直距離(厚度)是該翼板部件不含任何翼緣部件的垂直距離的約十分之一至約二分之一。5.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料復(fù)合材料，其中該翼緣部件的整個(gè)寬度是該翼板部件的寬度的約兩倍至約十倍，前者是垂直于該翼緣部件的水平軸測量，后者是垂直于該翼板部件的水平軸測量。6.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料復(fù)合材料，其特征為復(fù)合材料是I型梁。7.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料復(fù)合材料，其特征為復(fù)合材料是C型梁。8.根據(jù)權(quán)利要求1的模制塑料復(fù)合材料，其特征為復(fù)合材料是T型梁。9.一種大體上平的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其包括槽面和整體鑄造的舌形面，每個(gè)面都和該復(fù)合材料的面相垂直，其中該復(fù)合材料是由(A)高密度聚烯烴和(B)熱塑涂布的纖維材料或(C)聚苯乙烯或聚(甲基丙烯酸甲酯)中的一種或兩種的混合物來構(gòu)成的，其中該槽面界定一槽，而該舌形面的尺寸要使其與一槽互鎖接合，該槽的尺寸是由該槽面界定的，而該槽面和舌形面的尺寸要讓多個(gè)大體上平的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可以互鎖組裝起來，以分散所有組件中的某一個(gè)所承受的負(fù)荷。10.根據(jù)權(quán)利要求9的平的模制塑料復(fù)合材料，其包括至少一對平行相對的槽面和舌形面，兩者之間界定了該復(fù)合材料的寬度或長度。11.根據(jù)權(quán)利要求10的平的塑料復(fù)合材料，其中所述寬度是該復(fù)合材料的高度(厚度)大小的約兩倍至約十倍。12.—種用權(quán)利要求6中的I型梁建造的橋梁，其包括多個(gè)平行成行的由橋墩支撐的較大I型主梁，和多個(gè)較小的工型次梁，次梁彼此平行，且垂直固定在該等較大I型主梁的相鄰行之間，其中該等I型次梁翼緣的上表面和下表面的尺寸要能嵌入由該等I型主梁的上表面和下表面翼緣界定的開口之中。13.—種根據(jù)權(quán)利要求12的橋梁，其還包括一固定在該I型主梁或次梁上的平臺表面。14.一種根據(jù)權(quán)利要求13的橋梁，其中所述平臺表面的尺寸在該等平行成行的I型主梁的上翼緣之間要匹配。15.—種根據(jù)權(quán)利要求14的橋梁，其中所述平臺表面具有一厚度，選擇該厚度是要為該平臺表面提供一上表面，該上表面同該等平行成行的I型主梁的上表面大體上在同一個(gè)平面上。16.—種根據(jù)權(quán)利要求13的橋梁，其中所述平臺表面是用多個(gè)大體上平的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料面板構(gòu)成，該等面板包括槽面和整體鑄造的舌形面，該舌形面與該槽面平行，每個(gè)面均垂直于該復(fù)合材料面板的平面和走行方向，其中每個(gè)復(fù)合材料面板是由(A)高密度聚烯烴和(B)—熱塑涂布的纖維材料、聚(甲基丙烯酸甲酯)或其組合的混合物來構(gòu)成的；對于每個(gè)復(fù)合材料的面板來說，該槽面界定一槽，且該舌形面的尺寸要能與一槽互鎖接合，該槽具有由該槽面所界定的槽的尺寸，以至于所述多個(gè)復(fù)合材料面板構(gòu)成互鎖組件，其中相鄰面板通過舌-槽的方式結(jié)合起來；且每個(gè)面板的槽面和舌形面的尺寸要能夠讓所述多數(shù)個(gè)大體上平的模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料互鎖組裝起來，以分散所有組件中的某一個(gè)所承受的負(fù)荷。17.根據(jù)權(quán)利要求1或9的模制塑料復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括約20至約65重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)組分，該組分含有至少約90重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)，及包括約40至約80重量％的高密度聚烯烴組分，該組分含有至少約75重量％的高密度聚乙烯(證E)。18.根據(jù)權(quán)利要求1或9的模制塑料復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括約20至約90重量％的聚合物組分，及約10至約80重量％的熱塑涂布纖維，其中所述聚合物組分包括約20至約65重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)組分，該組分含有至少約90重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)，及包括約40至約80重量％的高密度聚烯烴。19.根據(jù)權(quán)利要求1或9的模制塑料復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括約20至約90重量％的聚合物組分，該組分是至少80重量％的HDPE，及包括約10至約80重量％的熱塑涂布纖維。20.根據(jù)權(quán)利要求17的模制塑料復(fù)合材料，其特征為顯示出至少170000psi的抗壓模量和至少2500psi的抗壓強(qiáng)度。21.—種復(fù)合建筑材料，其包括高密度聚烯烴和聚(甲基丙烯酸甲酯)的混合物。22.根據(jù)權(quán)利要求21的復(fù)合建筑材料，其還包括熱塑涂布的纖維材料和聚苯乙烯中的一種或兩種。23.根據(jù)權(quán)利要求21的復(fù)合建筑材料，其中所述高密度聚烯烴是高密度聚乙烯(HDPE)。24.根據(jù)權(quán)利要求22的復(fù)合建筑材料，其中所述熱塑涂布的纖維材料是熱塑涂布的碳素纖維或玻璃纖維。25.根據(jù)權(quán)利要求21的復(fù)合建筑材料，其中所述復(fù)合材料包括約20至約65重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)組分，該組分含有至少約90重量％的聚(甲基丙烯酸甲酯)，及包括約40至約80重量％的高密度聚烯烴組分，該組分含有至少約75重量％的高密度聚乙烯(HDPE)。26.根據(jù)權(quán)利要求22的復(fù)合建筑材料，其中所述復(fù)合材料包括約20至約90重量％的聚合物組分，該組分是至少80重量％的HDPE，及包括約10至約80重量％的熱塑涂布纖維。27.—種鐵路枕木，其包括根據(jù)權(quán)利要求2的模制塑料復(fù)合材料。28.—種鐵路枕木，其包括根據(jù)權(quán)利要求21的復(fù)合建筑材料。29.根據(jù)權(quán)利要求28的鐵路枕木，其沿著該鐵路枕木具有至少約250000psi的抗壓模量。30.根據(jù)權(quán)利要求29的鐵路枕木，其中相連鐵路在至少24000磅的橫向負(fù)荷下、至少39000磅的垂直靜止負(fù)荷下，或至少140000磅的動(dòng)態(tài)垂直負(fù)荷下，不會分丌超過0.3175厘米。31.—種結(jié)構(gòu)板，其包括根據(jù)權(quán)利要求21的復(fù)合建筑材料。全文摘要一種模制塑料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是由(A)高密度聚烯烴和(B)熱塑涂布的纖維材料或(C)聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)中的某一種或兩種或其組合的混合物來構(gòu)成的，所述發(fā)明還公開了復(fù)合材料為I型梁形狀以及I型梁建造的橋梁。文檔編號B29C44/02GK101258193SQ200680025420公開日2008年9月3日申請日期2006年5月19日優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日發(fā)明者湯姆斯·J·諾斯科,理查德·W·倫弗瑞(死亡),理查德·萊曼,肯尼思·凡尼斯,詹姆斯·D·艾都,詹尼弗·K·林奇申請人:魯特格斯州立大學(xué)