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      擠出多孔泡沫纖維質(zhì)纖維-聚合物復(fù)合物的模系統(tǒng)和方法

      文檔序號(hào):4431901閱讀:209來(lái)源:國(guó)知局

      專(zhuān)利名稱(chēng)::擠出多孔泡沫纖維質(zhì)纖維-聚合物復(fù)合物的模系統(tǒng)和方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      :本發(fā)明涉及適于替代天然木料使用的擠出式木料-聚合物復(fù)合材料,并涉及用于制造所述復(fù)合材料的模、機(jī)器和方法。
      背景技術(shù)
      :在此以參見(jiàn)方式引入Laver的美國(guó)專(zhuān)利5,516,472。Laver教示了在主要包括熱塑性材料和纖維質(zhì)填料的合成木料的擠出過(guò)程中使用分股模。分股模產(chǎn)生多股,并之后在模制模具中壓縮和融合到一起。被壓縮體然后通過(guò)成形模板,在此實(shí)現(xiàn)最終構(gòu)型形狀。這種排布不允許構(gòu)型在排出成形模板之后膨脹,因而不能提供所希望的在多孔復(fù)合物中的密度降低。多孔(即泡沫)的木料塑性復(fù)合物的擠出取決于復(fù)合物基體內(nèi)氣泡或空穴的形成。如果氣體可在壓力下引入,則其應(yīng)在基體中被更均勻地分散,以形成具有更多數(shù)量空穴的更均勻的空穴結(jié)構(gòu)。這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)作為更希望的結(jié)構(gòu)被接受。壓力在擠出過(guò)程中的變化是因?qū)D出物流的限制所致。所遇到的笫一個(gè)問(wèn)題是,適當(dāng)變化壓力,而同時(shí)產(chǎn)生具有足夠大可用截面的構(gòu)型。顯然,大的構(gòu)型比小的構(gòu)型需要包括更小程度的擠出物流限制。當(dāng)擠出大的構(gòu)型時(shí),可以通過(guò)使所述流分別進(jìn)入多個(gè)通道而增加限制量。一種分流方法在Wiley等人的美國(guó)專(zhuān)利3,573,152中呈現(xiàn)。Wiley等人教示了在模中使用多個(gè)口,其目的在于,當(dāng)模開(kāi)口對(duì)于產(chǎn)生發(fā)泡過(guò)程所需壓力過(guò)大時(shí),升高包含泡沫劑的熔化塑料體的壓力。這些口分開(kāi)而使得,當(dāng)熔化塑料流由于存在通過(guò)發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣泡而膨脹并占據(jù)所述口之間的空間時(shí),將發(fā)生所希望程度的膨脹。模的在所述口的下游的部分口包含膨脹的流,從而使其順應(yīng)某些所希望的形狀但不遲滯所述膨脹。通過(guò)這種過(guò)程形成極低密度的泡沫。使所述流分別進(jìn)入多個(gè)通道導(dǎo)致第二個(gè)問(wèn)題。分開(kāi)的流必須再次融合回到一起以形成粘性結(jié)構(gòu)。在擠出由Wiley等人描述的無(wú)填料聚合物泡沫的過(guò)程中,膨脹流易于相互粘合。將木料和/或其它填料添加到聚合物中產(chǎn)生了困難。結(jié)果形成的復(fù)合物流將在沒(méi)有額外壓縮的情況下不能充分粘合,這是因?yàn)樵诒砻嫔系木酆衔锪恳呀?jīng)由于添加的填料而減少。通過(guò)由Wiley等人提出的方法而生產(chǎn)的聚合物流過(guò)寬地分開(kāi),而不能產(chǎn)生制造均一結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合物構(gòu)型所必要的粘著體。需要在所述口之后壓縮所述股或流。由Laver提出的分股板將通過(guò)分開(kāi)擠出物流而產(chǎn)生流限制,但口尺寸必須適于產(chǎn)生用于形成空穴的最優(yōu)條件。由Laver呈現(xiàn)的模制模具也必須適于產(chǎn)生在不升高擠出物溫度的情況下形成粘著體所必要的壓縮量。本發(fā)明的目的在于提供一種形成足夠擠出物流限制的方式,以促成在擠出大構(gòu)型時(shí)有效形成空穴所必要的壓力升高,而且同時(shí)提供一種產(chǎn)生具有粘性結(jié)構(gòu)的構(gòu)型的方式。
      發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)在參見(jiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的附圖,本發(fā)明涉及一種用于從擠出機(jī)12中擠出多孔泡沫擠出物的模系統(tǒng)14,所述擠出機(jī)12包括排出開(kāi)口13,并通過(guò)有機(jī)纖維材料與熱塑性材料的混合物形成具有大致均勻空穴結(jié)構(gòu)的復(fù)合物模制擠出物產(chǎn)品,所述模系統(tǒng)14包括以下板a.適配器模板20,其被可移除地連接到所述擠出機(jī)12,用于接收來(lái)自所述擠出機(jī)12的排出開(kāi)口13的擠出物,所述適配器模板20包括前開(kāi)口22、后開(kāi)口23、和將前開(kāi)口22連接到后開(kāi)口23的流動(dòng)通道26;b.至少一個(gè)過(guò)渡模板30,其鄰近于所述適配器模板20,所述過(guò)渡模板30包括前開(kāi)口31、后開(kāi)口33、和將前開(kāi)口31連接到后開(kāi)口33的流動(dòng)通道32;c.流動(dòng)限制模板60,其鄰近于所述過(guò)渡模板30,所述流動(dòng)限制模板60具有前開(kāi)口65、后開(kāi)口67、和將前開(kāi)口65連接到后開(kāi)口67的流動(dòng)通道63,其中,所述流動(dòng)通道63包括多個(gè)分股通道68以分開(kāi)擠出物流,其中,所述分股通道68具有直徑和長(zhǎng)度以向所述擠出物流提供足夠的阻力壓力,使得進(jìn)入所述適配器模板20的擠出物的阻力壓力增加,其中,阻力壓力的增加改變了進(jìn)入所述適配器模板20的擠出物,使得進(jìn)入所述適配器模板20的擠出物具有更均勻空穴結(jié)構(gòu)和更低密度的特征,其中,所述過(guò)渡模板30的流動(dòng)通道32成形為使得流到所述流動(dòng)限制模板60的擠出物確保等量的擠出物被傳輸?shù)剿龇止赏ǖ?8;d.壓縮模板70,其鄰近于所述流動(dòng)限制模板60并包括前開(kāi)口72、后開(kāi)口74和流動(dòng)通道76,其中,所述壓縮模板的前開(kāi)口72鄰近于所述流動(dòng)限制模板的后開(kāi)口67,其中,所述壓縮模板的流動(dòng)通道76成形為將所述擠出物重組為單一的擠出物流,其中,進(jìn)一步地,所述壓縮模板的流動(dòng)通道76成形為將擠出物的熔化壓力保持在一定水平而防止擠出物材料中的空穴過(guò)早形成;e.成形模板80,其鄰近于所述壓縮模板70并包括前開(kāi)口82、后開(kāi)口84和流動(dòng)通道86,其中,所述成形模板的前開(kāi)口82鄰近于所述壓縮模板的后開(kāi)口74,其中,所述成形模板的流動(dòng)通道86成形為接近最終擠出產(chǎn)品16的所希望構(gòu)型的形狀并控制空穴形成和膨脹的速率而產(chǎn)生大量均勻空穴。其中,所述過(guò)渡模板30、40和/或50的流動(dòng)通道32、46和/或56的容量與所述成形模板80的容量的比率在105:1至345:1的范圍。本發(fā)明還涉及一種用于通過(guò)擠出機(jī)12形成多孔泡沫擠出物的方法,擠出機(jī)12包括排出開(kāi)口13,并通過(guò)有機(jī)纖維材料與熱塑性材料的混合物形成具有大致均勻空穴結(jié)構(gòu)的復(fù)合物模制擠出物產(chǎn)品16,所述方法包括以下步驟a.在料斗10中混合纖維質(zhì)材料和熱塑性材料;b.將混合后的材料運(yùn)送到擠出機(jī)12以形成擠出物;c.將所述擠出物傳送通過(guò)適配器模板20,所述適配器模板20被可移除地連接到所述擠出機(jī)12以接收來(lái)自所述擠出機(jī)12的排出開(kāi)口13的擠出物,所述適配器模板20包括前開(kāi)口22、后開(kāi)口23和將前開(kāi)口22連接到后開(kāi)口23的流動(dòng)通道26;d.將所述擠出物傳送通過(guò)鄰近于適配器模板20的至少一個(gè)過(guò)渡模板30,所述至少一個(gè)過(guò)渡模板30包括前開(kāi)口31、后開(kāi)口33和將前開(kāi)口31連接到后開(kāi)口33的流動(dòng)通道32,其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道32具有的形狀被設(shè)計(jì)為將從所述適配器模板20的流動(dòng)通道26排放的擠出材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭傮w上更接近最終擠出產(chǎn)品形狀的形狀;e.將被擠出的材料傳送通過(guò)鄰近于所述過(guò)渡模板30的流動(dòng)限制模板60,所述流動(dòng)限制模板60具有前開(kāi)口65、后開(kāi)口67和將前開(kāi)口65連接到后開(kāi)口67的流動(dòng)通道63,其中,所述流動(dòng)通道63包括多個(gè)相鄰分股通道68以分開(kāi)擠出物流,其中,所述分股通道68具有的直徑和長(zhǎng)度被設(shè)計(jì)為增大對(duì)所述擠出物的阻力壓力,其中,阻力壓力的增加改變了進(jìn)入所述適配器模板20的擠出物,使得進(jìn)入所述適配器模板20的擠出物具有更均勻空穴結(jié)構(gòu)和更低密度的特征,其中,所述過(guò)渡模板30的流動(dòng)通道32成形為使得流到所述流動(dòng)限制模板60的擠出物確保等量的擠出物被傳輸?shù)剿龇止赏ǖ?8;f.將被擠出的材料傳送通過(guò)鄰近于所述流動(dòng)限制模板60的壓縮模板70,所述壓縮模板70包括前開(kāi)口72、后開(kāi)口74和流動(dòng)通道76,其中,所述壓縮模板的前開(kāi)口72鄰近于所述流動(dòng)限制模板的后開(kāi)口67,其中,壓縮模板70的流動(dòng)通道76的前面72具有的構(gòu)型等于流動(dòng)限制模板60中的流動(dòng)通道63內(nèi)的所有通道68的區(qū)域加上共同限定構(gòu)成流動(dòng)限制模板60的流動(dòng)通道63的多個(gè)通道68之間的區(qū)域的金屬區(qū)域的構(gòu)型,其中,所述壓縮模板的流動(dòng)通道63成形為將所述擠出物重組為單一的擠出物流,其中,進(jìn)一步地,所述壓縮模板的流動(dòng)通道76成形為將熔化壓力保持在一定水平而防止材料中的空穴過(guò)早形成;g.將被擠出的材料傳送到成形模板80,所述成形模板80鄰近于所述壓縮模板70并包括前開(kāi)口82、后開(kāi)口84和流動(dòng)通道86,其中,所述成形模板的前開(kāi)口82鄰近于所述壓縮模板的后開(kāi)口74,其中,所述成形模板的流動(dòng)通道86成形為接近最終擠出產(chǎn)品16的所希望構(gòu)型的形狀并控制空穴形成和膨脹的速率而產(chǎn)生大量均勻空穴;和h.在冷卻箱18中冷卻被擠出的產(chǎn)品材料。本發(fā)明還涉及一種具有大致均勻空穴結(jié)構(gòu)的復(fù)合物模制產(chǎn)品,其通過(guò)纖維質(zhì)材料和熱塑性材料的混合物形成,其具有以下特性a.密度從050gm/cc至090gm/cc,b.彈性彎曲模量在100ksi至250ksi的范圍,c.線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)為245x10—6in/in-。F至320x106in/in』F,和d.填料與樹(shù)脂的比率從075:l至l:1。這種方法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于,最終模制產(chǎn)品在其離開(kāi)模制模具之后幾乎沒(méi)有膨脹。這是由于在擠出機(jī)和模系統(tǒng)以及具有獨(dú)特設(shè)計(jì)的板中的低溫處理所致。本發(fā)明的獨(dú)特模系統(tǒng)允許組合的起始材料結(jié)合為成形均勻產(chǎn)品,其中,通過(guò)形成足夠的擠出物流限制而促成在擠出大的擠出物構(gòu)型時(shí)有效形成空穴所必要的壓力升高,最終擠出產(chǎn)品具有所希望的空穴密度降低,本發(fā)明還提供一種產(chǎn)生具有粘性結(jié)構(gòu)的構(gòu)型的方式。通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述,本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將被更全面地顯示。圖l是例示出本發(fā)明方法的流程圖。圖2是例示出每種模板的本發(fā)明的模系統(tǒng)的分解透視圖。圖3是例示出每種模板的本發(fā)明的模系統(tǒng)的剖視圖。圖4A是圖3所示適配器模板20沿圖4D所示線4A-4A所取的剖視圖。圖4B是圖4A所示適配器模板20的前立視圖。圖4C是圖4A所示適配器模板20沿圖4D所示線4C-4C所取的剖視圖。圖4D是圖4A所示適配器模板的透視圖。圖5A是本發(fā)明的過(guò)渡模板30沿圖5D所示線5A-5A所取的剖視圖。圖5B是圖5A所示過(guò)渡模板30的前立視圖。圖5C是圖5A所示過(guò)渡模板30沿圖5D所示線5C-5C所取的剖視圖。圖5D是圖5A所示過(guò)渡模板30的透視圖。圖6A是本發(fā)明的過(guò)渡模板40沿圖6D所示線6A-6A所取的剖視圖。圖6B是圖6A所示過(guò)渡模板40的前立視圖。圖6C是圖6A所示過(guò)渡模板40沿圖6D所示線6C-6C所取的剖視圖。圖6D是圖6A所示過(guò)渡模板40的透視圖。圖7A是本發(fā)明的過(guò)渡模板50沿圖7D所示線7A-7A所取的剖視圖。圖7B是圖7A所示過(guò)渡模板50的前立視圖。圖7C是圖7A所示過(guò)渡模板50沿圖7D所示線7C-7C所取的剖視圖。圖7D是圖7A所示過(guò)渡模板50的透視圖。圖8A是本發(fā)明的流動(dòng)限制模板60沿圖8D所示線8A-8A所取的剖視圖。圖8B是圖8A所示流動(dòng)限制模板60的前立視圖。圖8C是圖8A所示流動(dòng)限制模板60沿圖8D所示線8C-8C所取的剖視圖。圖8D是圖8A所示流動(dòng)限制模板60的透視圖。圖9A是本發(fā)明的壓縮模板70沿圖9D所示線9A-9A所取的剖視圖。圖9B是圖9A所示壓縮模板70的前立視圖。圖9C是圖9A所示壓縮模板70沿圖9D所示線9C-9C所取的剖視圖。圖9D是圖9A所示壓縮模板70的透視圖。圖IOA是本發(fā)明的成形模板80沿圖IOD所示線10A-IOA所取的剖視圖。圖10B是圖10A所示成形模板80的前立視圖。圖IOC是圖10A所示成形模板80沿圖IOD所示線10C-IOC所取的剖視圖。圖IOD是圖10A所示成形模板80的透視圖。具體實(shí)施例方式參照Laver的文獻(xiàn)用于說(shuō)明復(fù)合木料擠出技術(shù)的常規(guī)方式。不同之處在于本發(fā)明的實(shí)際的多孔復(fù)合物擠出模,而且,在此引入Laver的文獻(xiàn)以描述標(biāo)準(zhǔn)的擠出方式,除非另行說(shuō)明。本發(fā)明涉及木料-聚合物復(fù)合物產(chǎn)品、以及制造這種產(chǎn)品的方法和機(jī)器。本發(fā)明特別地涉及低溫?cái)D出機(jī)與模系統(tǒng)的組合。纖維質(zhì)材料本發(fā)明的纖維質(zhì)纖維-聚合物復(fù)合材料的特征在于,其具有比現(xiàn)有技術(shù)中通常公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)更高的纖維質(zhì)纖維含量。現(xiàn)有技術(shù)通常要求包含大約50%纖維與50%熱塑性材料的材料含量,不過(guò)本發(fā)明的材料優(yōu)選地具有更高的纖維含量,所述材料通過(guò)采用本發(fā)明的連續(xù)低溫?cái)D出方法和起始材料的適當(dāng)混合而可具有高至接近1:0的纖維/熱塑性含量?;痉椒ㄒ蠡旌习ɡw維質(zhì)纖維和熱塑性材料的基本類(lèi)型的原材料。交聯(lián)劑和過(guò)程潤(rùn)滑劑也可包括在基本混合物中。本發(fā)明的一種優(yōu)點(diǎn)在于,其可加入幾乎任何種類(lèi)的廢棄纖維質(zhì)纖維,從鋸屑至塘泥和報(bào)紙。如前所述,任何纖維質(zhì)材料可被用作原材料,包括舊報(bào)紙,苜蓿,麥草漿,木屑,木顆粒,木粉,木薄片,木纖維,碎木,木膠合板,木層壓板,洋麻,紙,紙板,稻草,以及其它纖維質(zhì)纖維材料。纖維質(zhì)纖維材料也可以包括精細(xì)纖維素,例如棉或粘膠;和植物纖維,例如洋麻、竹或棕櫚纖維、稻草;或者任何其它的纖維質(zhì)纖維材料。在與其它起始材料結(jié)合之前,纖維質(zhì)材料應(yīng)被干燥至具有大約1%至9%之間的含濕量。優(yōu)選的含濕量不超過(guò)2%。干燥技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。適合的示例是由PremierPneumatics公司(AllentownPa)制造的除濕干燥器。熱塑性材料熱塑性材料主要用作過(guò)程流化劑??梢允褂么蠖鄶?shù)類(lèi)型的熱塑性材料,其示例包括多層膜;純熱塑性塑料,例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)、低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物;和來(lái)自其它工業(yè)的廢棄塑料鋸屑以及其它可再循環(huán)的聚合物材料。雖然熱塑性材料在制備起始材料時(shí)是優(yōu)選材料,但其不是必要的。只要起始材料包括足夠量的交聯(lián)劑和潤(rùn)滑劑"塑化"擠出機(jī)中的混合物,則起始材料不必要求使用熱塑性材料。纖維質(zhì)纖維與熱塑性材料的比率因而在大約4:1至1:0之間。優(yōu)選地,纖維質(zhì)纖維與熱塑性材料之間的比率大約為1:1。交聯(lián)劑交聯(lián)劑用于加強(qiáng)在多股纖維質(zhì)纖維之間的結(jié)合而形成最終的均勻產(chǎn)品。交聯(lián)劑在纖維素分子鏈上的懸垂羥基基團(tuán)上結(jié)合。交聯(lián)劑必須具有在相對(duì)較低的溫度下形成強(qiáng)結(jié)合的特性。交聯(lián)劑的示例包括諸如異氰酸酯之類(lèi)的聚氨酯,酚醛樹(shù)脂,不飽和聚酯,和環(huán)氧樹(shù)脂,以及它們的組合。酚醛樹(shù)脂可為任何一級(jí)或二級(jí)樹(shù)脂,且優(yōu)選地具有低己烷含量。雖然起始材料可包括交聯(lián)劑以加強(qiáng)纖維質(zhì)纖維股之間的結(jié)合,但交聯(lián)劑不需要形成本發(fā)明方法揭示的最終產(chǎn)品,只要熱塑性材料和纖維質(zhì)材料包括在起始材料中即可。潤(rùn)滑劑在現(xiàn)有塑料處理技術(shù)中已知的生產(chǎn)銷(xiāo)售的常用潤(rùn)滑劑用作過(guò)程助劑。典型潤(rùn)滑劑的示例包括作為內(nèi)部潤(rùn)滑劑的硬脂酸鋅和作為外部潤(rùn)滑劑的石蠟類(lèi)蠟。其它材料其它可加入的材料在現(xiàn)有擠出技術(shù)中是已知的,并包括加速劑、抑制劑、增強(qiáng)劑、增容劑和發(fā)泡劑。加速劑、抑制劑、增強(qiáng)劑和增容劑是控制交聯(lián)劑工作速度的制劑。加速劑被加入以增加交聯(lián)劑反應(yīng)的速度。加速劑的示例包括胺催化劑,例如,DabcoRTMBDO(AirProducts公司,Allentown,Pa)和DEH40RTM(道氏化學(xué)公司)。抑制劑被加入以遲滯交聯(lián)劑反應(yīng)的速度。已知抑制劑的示例包括有機(jī)酸,例如檸檬酸。增強(qiáng)劑用于增加組分之間的反應(yīng)性。增強(qiáng)劑的示例包括鈷衍生物。增容劑用于在纖維質(zhì)材料與熱塑性塑料之間形成更有效的結(jié)合。增容劑的示例包括乙烯-馬來(lái)酐共聚物。發(fā)泡劑被加入以降低密度。發(fā)泡劑的示例為CELOGENRTMTSH(UniroyalChemical公司)。存在許多可制備起始材料的形式配方。下表包括四種示例(以磅表示材料)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>木粉被干燥至具有2%或更低的含濕量。聚乙烯(HDPE)和聚氨酯在螺帶式摻混機(jī)中混合直到被吸收,大約為5分鐘。其余成分被加入混合物中并被摻混大約3分鐘或者被摻混直到在現(xiàn)有技術(shù)中已知的條件下被均勻混合?,F(xiàn)在參見(jiàn)附圖,其中,相同的附圖標(biāo)記在圖中始終涉及相同或相似的特征,圖1例示出本發(fā)明方法的流出示意圖。料斗在第一步驟中,根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的已知方法,纖維質(zhì)纖維和熱塑性原材料首先被破碎,并在摻混器8中與交聯(lián)劑和過(guò)程潤(rùn)滑劑物理混合,且隨后被置于進(jìn)給料斗10中。纖維質(zhì)材料通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的傳統(tǒng)顆粒細(xì)化設(shè)備被粉碎。這些設(shè)備可包括研磨機(jī),球磨機(jī),切碎機(jī),或能夠?qū)⒗w維細(xì)化至具有顯著不同的顆粒尺寸或尺寸范圍的粉末的其它設(shè)備。40目的粉末顯示為具有最佳形式,不過(guò)已經(jīng)通過(guò)較粗和較細(xì)材料均獲得良好結(jié)果。在加載擠出機(jī)12之前對(duì)材料的混合可通過(guò)任何簡(jiǎn)單的混合裝置實(shí)現(xiàn)。在混合過(guò)程中不需要加熱,而僅需要不同組分的均勻分布。轉(zhuǎn)鼓可用于少量或較大批量類(lèi)型的混合器,例如,可使用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的螺帶式摻混機(jī)。用于這一過(guò)程中的典型進(jìn)給料斗可為重力進(jìn)給、低速進(jìn)給、或強(qiáng)制進(jìn)給(其也已知為"填料器,,)的料斗,這取決于具體化合物的流體特性。擠出機(jī)12:這種原材料的混合物然后傳輸?shù)奖患訜岬臄D出機(jī)12。擠出機(jī)12采用低溫混合和擠出。這是獨(dú)特的,因?yàn)榇蠖鄶?shù)的塑料混合過(guò)程要求在相當(dāng)高的塑化溫度下混合。本發(fā)明的混合溫度顯著較低,優(yōu)選地大約為180°F(82°C)。通過(guò)擠出才幾的材料形成大約185-200°F(85-93°C)的特定溫度的均勻材料體,這取決于具體化合物。本發(fā)明可通過(guò)任何容量的擠出機(jī)進(jìn)行處理。在優(yōu)選實(shí)施例中,可使用由CincinnatiMilacron制造的反向旋轉(zhuǎn)相互嚙合的雙螺紋高壓擠出機(jī)(CM-55-HP)。優(yōu)選地,本方法通過(guò)雙螺紋擠出機(jī)實(shí)現(xiàn),其中,該擠出機(jī)被加熱到足以在低溫下將產(chǎn)品摻混到一起以形成均勻混合物的處理溫度。溫度在低溫高壓擠出機(jī)12中,材料被摻混、加熱并之后被壓入模系統(tǒng)中。本發(fā)明的擠出機(jī)12僅要求產(chǎn)品被置于低于塑化溫度的摻混或均勻化溫度。擠出機(jī)12的溫度受控于擠出速度、擠出機(jī)外部加熱器、剪切動(dòng)作和在模系統(tǒng)中的加熱器,并通過(guò)熱電偶和其它監(jiān)控電路監(jiān)控。熱電偶的目的是監(jiān)控每一位置的加熱。整體溫度例如為大約150-200°F(66-93。C),并顯著低于熱塑性流化劑的"真正熔化溫度"。流動(dòng)速率擠出機(jī)l2的流動(dòng)速率可在大約100至2500磅/小時(shí)之間。在優(yōu)選實(shí)施例中,流動(dòng)速率在大約180。F(82。C)的溫度下大約為600磅/小時(shí)。離開(kāi)擠出機(jī)12的產(chǎn)品實(shí)質(zhì)上是無(wú)限制的圓塊??梢允褂貌煌叽绲臄D出機(jī)口,其范圍從25毫米(mm)至72mm。在優(yōu)選實(shí)施例中,使用38mm的口。模系統(tǒng)14:材料被摻混、加熱并之后被擠出至模系統(tǒng)14中。模系統(tǒng)14由一系列模板構(gòu)成,這些模板將在下文中參照?qǐng)D2-IO說(shuō)明。獨(dú)特的模系統(tǒng)14允許起始材料結(jié)合并形成形狀均勻的產(chǎn)品。每種所述板可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的材料制成以實(shí)現(xiàn)必要的目的。典型的材料包括鑄鐵和不銹鋼。被允許進(jìn)入模系統(tǒng)14中的擠出物的量受控于如圖4A-4D中詳細(xì)例示的適配器模板20,并進(jìn)一步受控于如圖5A-5D至圖7A-7D中分別例示的過(guò)渡模板30、40和50、如圖8A-8D中例示的流動(dòng)限制模板60、如圖9A-9D中例示的壓縮模板70和如圖10A-10D中例示的成形模板80的形狀。流動(dòng)限制模板60是本發(fā)明的基本部分。其余的模板被設(shè)計(jì)為提供所需的材料流動(dòng),從而使流動(dòng)限制模板60生效。適配器模板20被擠出的材料經(jīng)由適配器模板20而進(jìn)入多孔復(fù)合物擠出模系統(tǒng)14。適配器模板20用作使材料從擠出機(jī)12通至過(guò)渡模板30、40和50的導(dǎo)管。適配器模板20將模系統(tǒng)14連接到擠出機(jī)12的排出開(kāi)口13。如圖4A-4D中所示,適配器模板20包括前面24、后面25和流動(dòng)通道26。流動(dòng)通道26在直徑上從前面24向后面25變窄。穿過(guò)適配器模板20的流動(dòng)通道26被設(shè)計(jì)為將材料流均等地引導(dǎo)到過(guò)渡模板30、40和50的所有區(qū)域。通常,流動(dòng)通道26可使用的尺寸在50mm至300mm的范圍內(nèi)。圖4B顯示出適配器模板20的前立視圖。適配器模板20的前面24包括在流動(dòng)通道26最接近擠出機(jī)12的端部的筒形前開(kāi)口22,前開(kāi)口22可適應(yīng)于雙螺紋擠出機(jī)12;和橢圓形后開(kāi)口23。在適配器模板20的前面24的邊緣的鄰近處包含螺釘孔29,用于將適配器模板20緊固到擠出機(jī)12。圖4D以透視圖方式顯示出適配器模板20。適配器模板20的后面25包括橢圓形口27,橢圓形口27位于流動(dòng)通道26的最接近于過(guò)渡模板30的端部處。適配器模板20的后面25進(jìn)一步包括延伸部分28,延伸部分28被設(shè)計(jì)為套置在淺流動(dòng)通道32內(nèi),其中淺流動(dòng)通道32包括過(guò)渡模板30的一部分。第二組螺釘孔34包含在過(guò)渡模板30內(nèi)以與適配器模板20的后面25的延伸部分28中的螺釘孔29嚙合,用于將過(guò)渡模板30緊固到適配器模板20。過(guò)渡模板如圖5-7中所示,過(guò)渡模板30、40和50被設(shè)計(jì)用于過(guò)渡并將被擠出的材料流以均勻速率引導(dǎo)到流動(dòng)限制模板60的所有區(qū)域。雖然在圖中例示出三個(gè)過(guò)渡模板30、40和50,但在本發(fā)明的范圍內(nèi),可在模系統(tǒng)14中使用一個(gè)或兩個(gè)過(guò)渡模板。如果使用一個(gè)或兩個(gè)過(guò)渡模板,則所述板的寬度將通常更厚。將過(guò)渡模板分為三個(gè)分立的模板30、40和50允許更容易地加工在此過(guò)渡模板中所需的復(fù)雜形狀。而且重要的是,在適配器模板20或過(guò)渡模板30、40、50的任何區(qū)段中的材料流中不形成文氏管效應(yīng),因?yàn)檫@將會(huì)導(dǎo)致局部的壓力下降,從而可導(dǎo)致空穴過(guò)早形成。過(guò)渡模板30:被擠出的材料被重新成形并在過(guò)渡模板30中略微膨脹,如圖5A-5D中所示。通常,過(guò)渡模板30是圓形金屬板,大約15英寸厚,并且具有前面31、后面33和螺釘孔34。螺釘孔34從前面31延伸穿過(guò)模板至后面33。螺釘孔用于將所有不同模板組裝為模系統(tǒng)14并可位于每種模板上的相同位置。如圖2中所示,螺釘15適于穿過(guò)各相應(yīng)模板中的螺釘孔以將各模板緊固到一起。過(guò)渡模板30還包括之前參照適配器模板20描述的長(zhǎng)形流動(dòng)通道32。通道32的開(kāi)口35的形狀與適配器模板20的后開(kāi)口23的形狀基本相同,這允許當(dāng)模板20和30相鄰就位時(shí)擠出物從適配器模板20連續(xù)流動(dòng)穿過(guò)過(guò)渡模板30。流動(dòng)通道32將從適配器模板20的流動(dòng)通道26排放的擠出物轉(zhuǎn)變?yōu)榭傮w上更近似完成產(chǎn)品16的形狀的形狀,如圖2中所示。類(lèi)似地,過(guò)渡模板40和50的功能是將被擠出的材料轉(zhuǎn)變?yōu)橥瓿僧a(chǎn)品的形狀,并使被擠出材料的外邊緣的流速與被擠出材料中心的流速相等。過(guò)渡模板40:現(xiàn)在參見(jiàn)圖6A-6D,過(guò)渡模板40類(lèi)似于所示過(guò)渡模板30,并包括具有開(kāi)口44的前面42,開(kāi)口44的尺度和形狀與過(guò)渡模板30的后開(kāi)口36大致相同,從而使被擠出材料連續(xù)流動(dòng)。長(zhǎng)形流動(dòng)通道46在尺寸上略微擴(kuò)張,使得后開(kāi)口48的尺寸大于前開(kāi)口44的尺寸。類(lèi)似于過(guò)渡模板30,過(guò)渡模板40設(shè)置有螺釘孔41,用于將過(guò)渡模板40接合到模系統(tǒng)14的其余部分。過(guò)渡模板50:現(xiàn)在參見(jiàn)圖7A-7D,過(guò)渡模板50類(lèi)似于所示過(guò)渡模板30和40,過(guò)渡模板50包括具有開(kāi)口54的前面52,開(kāi)口54的尺度和形狀與過(guò)渡模板40的后開(kāi)口48大致相同,從而使被擠出材料連續(xù)流動(dòng)。長(zhǎng)形流動(dòng)通道56在尺寸上略微擴(kuò)張,使得在后面53的后開(kāi)口58的尺寸大于前開(kāi)口54的尺寸。類(lèi)似于過(guò)渡模板30和40,過(guò)渡模板50設(shè)置有螺釘孔51,用于將過(guò)渡模板50接合到模系統(tǒng)14的其余部分。流動(dòng)限制模板60:現(xiàn)在參見(jiàn)圖8A-8D,流動(dòng)限制模板60包括平板62,平板62具有前面64、后面66和流動(dòng)通道63,流動(dòng)通道63包括可采用筒、縫、或其它形狀的形式的多個(gè)平行設(shè)置的開(kāi)口或通道68。被擠出材料被分為通過(guò)流動(dòng)通道63的分立細(xì)流。這增大了材料流的阻力,這是因?yàn)椋瑢?duì)于任何給定量,分立細(xì)流比一股粗流具有更大量的表面積。對(duì)于經(jīng)過(guò)多通道68的材料流的阻力導(dǎo)致材料上游內(nèi)的壓力升高。圖8A-8D顯示出長(zhǎng)形區(qū)域內(nèi)包含的多個(gè)孔68,其中孔68的形狀類(lèi)似于過(guò)渡模板50的后開(kāi)口58的形狀。所有的孔68可大致為圓形,相鄰地穿過(guò)材料,并相互大致平行,且從前面64至后面67保持不變的形狀。流動(dòng)限制模板60的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包含直徑大約為1/8英寸的孔68。單獨(dú)股的孔面積可在一部分保持不變或者可在特定部分的位置變化以指示所希望的密度或體積要求。在流動(dòng)限制模板60中的開(kāi)口68的數(shù)量、尺寸和長(zhǎng)度適應(yīng)于每一單獨(dú)泡沫的構(gòu)型,并可被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生針對(duì)特定范圍體積流速的最優(yōu)壓力升高。這種壓力升高是生產(chǎn)多孔復(fù)合材料的基本部分。材料流克服這種阻力也產(chǎn)生熱量。當(dāng)材料流在多個(gè)開(kāi)口68之間均等分開(kāi)而使得所產(chǎn)生熱量均勻分布時(shí),流動(dòng)限制模板60的效率最高。適配器模板20和過(guò)渡模板30、40、50被設(shè)計(jì)為向流動(dòng)限制模板60提供均勻材料流。與其它的板類(lèi)似,流動(dòng)限制模板60包括用于組裝的螺釘孔69。流動(dòng)限制模板60在擠出機(jī)12內(nèi)形成壓力,這不僅使形成空穴的氣體或水汽分散而使空穴結(jié)構(gòu)均勻,而且使木粉更好地并入熱塑性基體中。這種更好的并入為擠出物提供了有價(jià)值的性能。在筒形流動(dòng)通道68中的壓力降低可通過(guò)以下關(guān)系描述其中L是筒形的長(zhǎng)度,M是材料流動(dòng)通過(guò)筒形的稠度(稠度與基于粘性流動(dòng)冪律的粘度相關(guān),即,M為冪律常數(shù)),R是筒形的半徑,Q是體積流速(例如,立方厘米/秒),丌=314159,和n是冪律指數(shù)。術(shù)語(yǔ)"壓力降低"是指在流動(dòng)通道的入口與出口之間的壓力差。根據(jù)更簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ),這意味著1、當(dāng)流動(dòng)通道的長(zhǎng)度和流體的稠度(即粘度)增大或當(dāng)流動(dòng)通道的尺寸(即半徑)減小時(shí),筒形流動(dòng)通道中的壓力降低增大。2、筒形流動(dòng)通道中的壓力降低隨著流速增大而增大。不過(guò),這種關(guān)系受到描述流體的冪律指數(shù)的影響。冪律指數(shù)是對(duì)于流體在其流動(dòng)得較快或較慢時(shí)的情況的測(cè)度。例如,水具有的冪律指數(shù)為1。水的粘度不受其運(yùn)動(dòng)速度的影響。聚合物,即,可用于本發(fā)明中的塑料,是剪切變稀流體。這意味著,聚合物流動(dòng)越快,則其粘度越小?;蛘哒f(shuō),聚合物流動(dòng)越快,則其越稀。在這種情況下,所述指數(shù)小于l。本發(fā)明的多孔復(fù)合材料的冪律指數(shù)通常大約為024。3、筒形流動(dòng)通道中的壓力降低以流動(dòng)通道的半徑的立方而減小。不過(guò),這種關(guān)系也受到冪律指數(shù)的影響。這樣,當(dāng)擠出物進(jìn)入流動(dòng)限制模板60中時(shí),擠出物的壓力受到以下因素影響1)來(lái)自擠出機(jī)12并通過(guò)多個(gè)流動(dòng)通道68分開(kāi)且進(jìn)入流動(dòng)限制模板60中的材料的量,即體積流速;這是通過(guò)單獨(dú)通道68的流速,其中上述公式描述了壓力降低;2)單獨(dú)流動(dòng)通道68的長(zhǎng)度;3)單獨(dú)流動(dòng)通道68的半徑;和4)流體自身的特性。因此,當(dāng)流動(dòng)通道68的長(zhǎng)度增大時(shí),壓力也增大。進(jìn)一步地,當(dāng)流動(dòng)通道68的半徑增大時(shí),壓力增大。當(dāng)更多流動(dòng)通道68加入流動(dòng)限制模板60時(shí),通過(guò)每一流動(dòng)通道68的流速減小,且壓力減小。相反地,當(dāng)流動(dòng)通道68的數(shù)量減小時(shí),通過(guò)每一流動(dòng)通道68的流速增大,這使得流動(dòng)壓力增大。壓力是重要因素,這是因?yàn)槊糠N氣體在給定溫度下具有特定壓力,在此溫度下,氣體可溶解即溶化在與其混合的流體中。在本發(fā)明中,優(yōu)選的是,基于兩個(gè)原因而使得將形成本發(fā)明的復(fù)合物多孔結(jié)構(gòu)的氣體溶于復(fù)合物擠出物中。第一,空穴被更完全地分散。第二,當(dāng)空穴溶解時(shí),當(dāng)氣體從溶液中逸出時(shí)形成的空穴將更多,且因而更小。對(duì)于矩形流動(dòng)通道68也可保持類(lèi)似的關(guān)系。在這種情況下,通道68的高度類(lèi)似于筒形流動(dòng)通道的半徑。當(dāng)通道68的高度增大時(shí),壓力減小。長(zhǎng)度、流速、稠度和冪律指數(shù)的影響與其在筒形流動(dòng)通道的情況下的影響相同。由于流體流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)通道所產(chǎn)生的熱量是另一重要考慮因素。熱量是重要因素,這是因?yàn)槎嗫讖?fù)合物包括大量的空穴或氣泡??昭ㄐ纬芍钡狡浔谧兊帽≈疗屏???昭善屏讯B通到外部,或者其可破裂而與相鄰空穴連通結(jié)合,即,已知為合并的過(guò)程??昭◤?fù)合物中的空穴壁的強(qiáng)度與復(fù)合物溫度直接相關(guān)。溫度越高,則空穴壁越弱。流動(dòng)通過(guò)筒形通道68的流體的溫度與流動(dòng)通道68的長(zhǎng)度、流體的稠度、和流體的速率直接相關(guān),即,流速越高,則速率越高。溫度與流動(dòng)通道68的半徑反比相關(guān)。這意味著,較多流動(dòng)通道68,即,每一通道中的較少流量,與較大的流動(dòng)通道68相比導(dǎo)致較大的溫度升高。較長(zhǎng)的通道68導(dǎo)致較大的溫度升高。這樣,相同的因素導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)有害的溫度升高,但導(dǎo)致有益的壓力升高。這樣,在基于通道68數(shù)量的流速與通道68的長(zhǎng)度和半徑之間必須實(shí)現(xiàn)平衡,使得壓力足夠高以溶解用于產(chǎn)生空穴的氣體并保持溫度足夠低以保持空穴無(wú)損。過(guò)渡模板30、40和/或50的容量與可用于流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)限制模板60的任何給定通道68的擠出物材料的量相關(guān)??捎糜诹鲃?dòng)通過(guò)任何給定通道68的材料的量取決于通道68的數(shù)量、將擠出物材料擠壓通過(guò)過(guò)渡模板30、40和/或50的壓力、以及在材料試圖找到流動(dòng)路徑時(shí)設(shè)置在材料上的限制。如果過(guò)渡模板30、40和/或50的容量過(guò)小,則擠出物將被迫以高速流動(dòng)并將易于沖過(guò)流動(dòng)限制模板60的中心。流動(dòng)通過(guò)中心中的通道68的材料將快于流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)限制模板60的外部分的材料,導(dǎo)致在中心的材料過(guò)熱。如果過(guò)渡模板30、40和/或50的容量過(guò)大,則擠出物將在一些區(qū)域中變得遲滯,從而減少了流動(dòng)限制模板60的有效區(qū)域并導(dǎo)致在不遲滯區(qū)域中的材料流動(dòng)快于必要速率,從而仍然導(dǎo)致過(guò)熱。在這兩種情況下,完成的構(gòu)型將由于空穴破裂而包含大孔隙和氣腔。這樣,如果過(guò)渡模板30、40和/或50的容量對(duì)于流動(dòng)通道68的數(shù)量和復(fù)合物流的壓力而言過(guò)小,則流動(dòng)將更多地朝向流動(dòng)限制模板60的中心而不是朝向側(cè)部。這將增多在復(fù)合物流的中心中產(chǎn)生的熱量。如果過(guò)渡模板30、40和/或50的容量過(guò)大,則材料將易于處于過(guò)渡模板30、40和/或50的外部分中并且流動(dòng)快于在中心中的必要速率。通過(guò)以給定的時(shí)間間隔平衡過(guò)渡模板30、40和/或50的容量與通過(guò)過(guò)渡模板的材料的量,通過(guò)所有通道68的流量可實(shí)現(xiàn)均衡。這將使得在每一流動(dòng)通道68中的溫度升高更均等,從而使每一單獨(dú)通道68不太可能過(guò)熱。壓縮模板70如圖9A-9D中所示,壓縮模板70包括前面72、后面74、和具有前開(kāi)口78和后開(kāi)口79的流動(dòng)通道76。壓縮模板70被設(shè)計(jì)為將從流動(dòng)限制模板60的單獨(dú)流動(dòng)通道68中通過(guò)的被擠出材料模制回單塊被擠出材料,并且在流動(dòng)限制模板60的后開(kāi)口67與成形模板80之間形成線性壓力降低。在流動(dòng)限制模板60的后開(kāi)口67與模系統(tǒng)14的出口之間的一些部位,被擠出材料被保持的壓力將降低至空穴開(kāi)始在材料中形成的水平。如前所述,多孔(即泡沫)的木料塑性復(fù)合物的擠出取決于復(fù)合物基體內(nèi)氣泡或空穴的形成。如果氣體可在壓力下被引入,則氣體將在整個(gè)基體中更均勻地分散,從而導(dǎo)致具有更多空穴數(shù)量的更均勻的空穴結(jié)構(gòu)。這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)是所希望的。在擠出過(guò)程中的壓力變化是由于對(duì)擠出物流的限制所致。壓縮模板80用于將從流動(dòng)限制模板60的孔68中排出的分立細(xì)流融合為單一的材料流,并使熔化壓力保持在一定水平而防止材料中的空穴過(guò)早形成。各股在壓縮模板70中被壓縮和成形。每個(gè)股的被加熱的外表面用于使各股一起退火。此外,由于單獨(dú)的股相對(duì)彼此被壓縮,因而在每個(gè)股的外表面上的局部高溫導(dǎo)致熱固性材料結(jié)合到纖維素分子鏈上的懸垂羥基單元。如果交聯(lián)劑被包括在起始材料中,則交聯(lián)劑用于在每個(gè)股的外表面上形成放熱反應(yīng),從而有利于使熱固性材料結(jié)合到纖維素分子鏈上的懸垂羥基單元。類(lèi)似于其它的板,壓縮模板70包括用于組裝的螺釘孔71。壓縮模板70的流動(dòng)通道76的前開(kāi)口72具有大的構(gòu)型,其等于流動(dòng)限制模板60中的流動(dòng)通道63內(nèi)所有通道68的區(qū)域加上限定共同構(gòu)成流動(dòng)限制模板60的流動(dòng)通道63的多個(gè)通道68之間的區(qū)域的金屬區(qū)域。所述構(gòu)型快速漸縮(即變小)至與成形模板80的前面82的尺寸相等的尺寸。隨著擠出物行進(jìn)通過(guò)此漸縮流動(dòng)通道76,等量的材料必須行進(jìn)通過(guò)壓縮模板70的逐漸變小的后開(kāi)口79。為此,擠出物材料必須更快地運(yùn)動(dòng)。這是外延流并導(dǎo)致壓縮模板70中的壓力升高。由于材料速度增加,將產(chǎn)生更多的熱。壓縮模板70的流動(dòng)通道76應(yīng)以單位長(zhǎng)度15%至30%之間的比率漸縮。如果漸縮量小于15%,則壓縮模板70中的壓力將較低,通過(guò)流動(dòng)限制模板60的單獨(dú)流動(dòng)通道68的材料將不會(huì)融合在一起,而且孔隙將出現(xiàn)在最終產(chǎn)品16中。如果漸縮大于30%,則加速將過(guò)大,從而導(dǎo)致熱量積累,這將導(dǎo)致空穴破裂并再次在材料中形成孔隙。成形模板80如圖10A-10D中所示,成形模板80包括前面82、后面84、和具有前開(kāi)口85和后開(kāi)口87的流動(dòng)通道86。初始空穴形成應(yīng)發(fā)生在成形模板80的前面82處。由于復(fù)合物的高粘度和低熔化強(qiáng)度,有利的是,以極低速率初始膨脹。這有助于使形成空穴的氣體分散并防止在被擠出構(gòu)型內(nèi)突然形成大的氣腔。這通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)在接近于前面82的通道86處或成形模板80的入口處初始形成空穴,并控制成形模板80內(nèi)的膨脹速率,使得當(dāng)材料排出成形模板80的后面84時(shí),多個(gè)空穴已經(jīng)初始形成。這也是多孔復(fù)合物模系統(tǒng)14的外出口。復(fù)合材料將在排出模系統(tǒng)14之后繼續(xù)膨脹一些時(shí)間。膨脹量并不在各方向上相等,但與從構(gòu)型質(zhì)心至膨脹部位的距離相關(guān)。成形模板80在后面84的出口被設(shè)計(jì)為使材料以一定方式成形為使得完全膨脹后的材料將接近所希望的構(gòu)型形狀。類(lèi)似于其它模板,成形模板包括用于組裝的螺釘孔81。在本發(fā)明中,過(guò)渡模板30、40和/或50的流動(dòng)通道32、46和/或56的容量與成形模板80的容量相關(guān)。2:1的比率(過(guò)渡模板容量成形模板容量)是最優(yōu)的。所述比率可在105:1至345:1的范圍內(nèi)。在小于105:1的比率下,容量過(guò)小,將發(fā)生中心流加熱。在大于345:l的比率下,過(guò)渡模的容量過(guò)大,將發(fā)生遲滯。這種方法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于,模制產(chǎn)品在其離開(kāi)模制模具之后幾乎沒(méi)有膨脹。這是由于在擠出機(jī)和模系統(tǒng)中的低溫處理所致。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可設(shè)想任何形狀的成形模板80,包括裝飾性家用模制品,例如,冠狀模制品,壁裝防護(hù)條,護(hù)壁板,門(mén)模制品,等等;畫(huà)框;家具飾面;以及其它在此應(yīng)用中提及的產(chǎn)品。在成形模板80中,保持最終形狀。如果交聯(lián)劑被包括在起始材料中,則交聯(lián)劑在成形模板80中繼續(xù)反應(yīng),從而將各股結(jié)合到一起。冷卻箱18:模制產(chǎn)品16在離開(kāi)成形模板80之后進(jìn)給到通風(fēng)冷卻箱18,冷卻箱18是用于將材料傳送經(jīng)過(guò)冷卻處理的傳送器系統(tǒng)(在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的),冷卻處理可在負(fù)壓下進(jìn)行,特別是當(dāng)產(chǎn)品具有中空芯時(shí)。代表性的傳送器或冷卻箱類(lèi)型由CincinnatiMilacron生產(chǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中,冷卻箱18可包括真空水浴。模制產(chǎn)品16的長(zhǎng)度由冷卻箱的長(zhǎng)度確定。因此,模制產(chǎn)品16的另一優(yōu)點(diǎn)在于,由于可從系統(tǒng)中連續(xù)擠出而可能具有無(wú)限的長(zhǎng)度。模制產(chǎn)品16在通風(fēng)冷卻箱18中冷卻并通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的牽引機(jī)構(gòu)(未示出)在滾子(未示出)上傳輸。被冷卻的模制產(chǎn)品16然后使用傳統(tǒng)方式被切制為所希望的長(zhǎng)度。模制產(chǎn)品16然后可被覆蓋以乙烯樹(shù)脂材料、塑料層、涂料或在現(xiàn)有技術(shù)中已知的適合涂層。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的直進(jìn)十字頭擠出??砂惭b到牽引器下游,以施加已知化合物的胎面膠作為最終外部處理。纖維素塑料復(fù)合物由于所設(shè)計(jì)的流動(dòng)特性,模系統(tǒng)14形成使被擠出復(fù)合材料具有最少摩擦熱的流動(dòng)限制。流動(dòng)限制模板60在擠出機(jī)12內(nèi)形成壓力,這種壓力不僅使形成空穴的氣體或水汽分散而使空穴機(jī)構(gòu)均勻,而且使木粉更好地并入熱塑性基體中。這種更好的并入為復(fù)合物提供了有價(jià)值的性能。通過(guò)多孔復(fù)合物擠出模14生產(chǎn)的纖維素塑料復(fù)合物擠出物具有以下獨(dú)特性能。這秤復(fù)合材料可基于通常未被分為工程樹(shù)脂的熱塑性樹(shù)脂。聚乙烯是一個(gè)示例。根據(jù)本發(fā)明的由聚乙烯生產(chǎn)的復(fù)合材料可具有的密度從050gm/cc至090gm/cc,優(yōu)選地從065gm/cc至075gm/cc,與此相比,樹(shù)脂自身的密度為095gm/cc。這種復(fù)合材料的彈性彎曲模量在100千磅/平方英寸(ksi)至250ksi的范圍內(nèi),與此相比,樹(shù)脂自身的彎曲模量為150ksi。所生產(chǎn)的多孔材料在密度上低于傳統(tǒng)的復(fù)合材料,例如STRA臓X材料(StrandexCorporation,Madison,WI)。傳統(tǒng)的材料具有112至118克/立方厘米的密度。較低的密度使得多孔材料更易于固定、切制和成形。使用本發(fā)明生產(chǎn)的基于聚乙烯的復(fù)合物具有的線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)為245x10"in/in-。F至320x10—6in/in-。F,而與此相比,樹(shù)脂自身的CLTE為70x10—6in/in-。F。這種復(fù)合材料包含比率(填料與樹(shù)脂之比)為075:1至1:1的低成本填料。將木粉并入聚乙烯復(fù)合物中允許以與木料相同的方式切制、平整、機(jī)加工和固定復(fù)合物,而同時(shí)可抗白蟻和真菌腐蝕并具有低密度。通過(guò)本發(fā)明生產(chǎn)的基于聚乙烯的復(fù)合物與其它纖維素塑料復(fù)合物相比具有更好的抗沖擊性。由于攝入濕氣所致的腫脹在這種復(fù)合物中(浸泡24小時(shí)之后為093%,)小于在木料中(對(duì)于西黃松為26%)或在高密度復(fù)合物(對(duì)于STRANDEX復(fù)合物為115%)中。這種在基于聚乙烯的多孔塑性復(fù)合物中的性能組合是獨(dú)特的。示例現(xiàn)在參照以下示例。包含100份/百份樹(shù)脂(phr)高密度聚乙烯和67phr木粉的配方具有等于2815Pa-sec的粘度(冪律常數(shù))和等于036的冪律指數(shù)。這些值可通過(guò)用于確定表現(xiàn)為冪律流體的聚合物擠出物的流變特性的任何標(biāo)準(zhǔn)方法確定。這些值一旦已知,則可用于計(jì)算在擠出物流動(dòng)通過(guò)各種尺寸和形狀的通道時(shí)所產(chǎn)生的壓力。描述在冪律流體流動(dòng)通過(guò)一些簡(jiǎn)單截面通道時(shí)所產(chǎn)生的壓力的通常公式由Kozicki提出(Kozicki,W,etal,"Non—Newtonianflowinductsofarbitrarycrosssection",ChemicalEngineeringScience,1966,vo121,pp665—679):認(rèn)凡其中AP-在通道入口與通道出口之間的壓力降低,L-通道長(zhǎng)度,M-擠出物的冪律常數(shù),Rh-通道截面的液壓半徑(面積/周長(zhǎng)),Q-體積流速,a和b是取決于通道截面的幾何形狀的形狀因子,n-擠出物的冪律指數(shù)。如果希望具有標(biāo)稱(chēng)尺度1x4(075英寸x35英寸)的多孔復(fù)合物,而且所希望的生產(chǎn)率和構(gòu)型密度分別為6英尺/分鐘和09克/立方厘米,則根據(jù)本發(fā)明的這種構(gòu)型的生產(chǎn)系統(tǒng)可通過(guò)以下方式設(shè)計(jì)。通過(guò)給定配方所制成的擠出物的密度將大約為112克/立方厘米。所希望的生產(chǎn)率給定為每分鐘189立方英寸的密度為09g/cc的構(gòu)型(075英寸x35英寸x6英尺/分鐘x12英寸/1英尺)。這等同于每分鐘3097立方厘米的密度為09g/cc的構(gòu)型。生產(chǎn)此構(gòu)型量所需的密度112g/cm3的擠出物的量為2489立方厘米/分鐘或415立方厘米/秒。這是所希望的體積流速。所希望的從112g/cn^到09g/cn^的密度變化將會(huì)導(dǎo)致三維膨脹。密度為09g/cm3的1cn^材料源自密度為112g/cm3的08036cm3的材料的膨脹。08036cm3是0930cm的立方量。因此,成形模的截面應(yīng)為(075英寸x093=070英寸)x(35英寸x093=326英寸)。這等同于177cmx827cm。假定已經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定,在1000kPa的壓力下所使用的氣體將開(kāi)始逸出并形核(氣泡初始形成),且形核應(yīng)在成形模的入口處發(fā)生,則可使用前述公式計(jì)算出成形模的長(zhǎng)度為10cm,其中,形狀因子a-03358且b=08428(a和b可使用由Kozicki提出的方法計(jì)算出)。如果氣體溶于擠出物中所需的壓力為12000kPa,則在流動(dòng)限制模中必須發(fā)生的壓力降低大約為10000kPa。這種壓力降低可通過(guò)使用15個(gè)矩形流動(dòng)通道而獲得,流動(dòng)通道測(cè)量為254cmx05cm(a=03441且b=08531)且長(zhǎng)度為76cm。流動(dòng)通道將排布為使其縱向尺度平行并通過(guò)02cm的壁隔開(kāi)。流動(dòng)通道整個(gè)區(qū)域的尺度于是將為高254cm,寬103cm。模制模具的入口將順應(yīng)流動(dòng)通道區(qū)域的尺度。此截面的面積將為2616cm2。模制模具的出口順應(yīng)成形模的尺度,截面積為177cmx827cm=1464cm2。按照優(yōu)選方式,單位長(zhǎng)度的模制模具的量減少15%至30%,則模制模具的長(zhǎng)度將在29cm至15cm之間。過(guò)渡模的開(kāi)口容量與成形模的開(kāi)口容量的優(yōu)選比率為21:1。過(guò)渡模的入口順應(yīng)適配器模的出口尺度,而其出口則順應(yīng)流動(dòng)限制模的流動(dòng)通道區(qū)域的尺度。最簡(jiǎn)單的形狀以直線連接這兩種截面。這種形狀可被構(gòu)造,且結(jié)果形成的量通過(guò)使用電腦輔助繪圖(CAD)程序而進(jìn)行分析。這樣的程序?qū)τ谀TO(shè)計(jì)者和機(jī)械師而言是公知的。過(guò)渡模的長(zhǎng)度可通過(guò)試驗(yàn)和誤差處理而確定。應(yīng)理解的是,本發(fā)明不僅限于在此例示和描述的部件的具體結(jié)構(gòu)和排布,而是包括處于所附權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的各種修改形式。權(quán)利要求1、一種用于從擠出機(jī)中擠出多孔泡沫擠出物的模系統(tǒng),所述擠出機(jī)包括排出開(kāi)口,并通過(guò)纖維質(zhì)纖維-聚合物復(fù)合材料形成具有大致均勻空穴結(jié)構(gòu)的模制擠出物產(chǎn)品,所述模系統(tǒng)包括a.適配器模板,其被可移除地連接到所述擠出機(jī),用于接收來(lái)自所述擠出機(jī)的排出開(kāi)口的擠出物,所述適配器模板包括前開(kāi)口、后開(kāi)口、和將前開(kāi)口連接到后開(kāi)口的流動(dòng)通道;b.至少一個(gè)過(guò)渡模板,其鄰近于所述適配器模板,所述過(guò)渡模板包括前開(kāi)口、后開(kāi)口、和將前開(kāi)口連接到后開(kāi)口的流動(dòng)通道;c.流動(dòng)限制模板,其鄰近于所述過(guò)渡模板,所述流動(dòng)限制模板具有前開(kāi)口、后開(kāi)口、和將前開(kāi)口連接到后開(kāi)口的流動(dòng)通道,其中,所述流動(dòng)通道包括多個(gè)分股通道以分開(kāi)擠出物流,其中,所述分股通道具有直徑和長(zhǎng)度以向所述擠出物流提供足夠的阻力壓力,使得進(jìn)入所述適配器模板的擠出物的阻力壓力增加,其中,阻力壓力的增加改變了進(jìn)入所述適配器模板的擠出物,使得進(jìn)入所述適配器模板的擠出物具有更均勻空穴結(jié)構(gòu)和更低密度的特征,其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道成形為使得流到所述流動(dòng)限制模板的擠出物確保等量的擠出物被傳輸?shù)剿龇止赏ǖ?;d.壓縮模板,其鄰近于所述流動(dòng)限制模板并包括前開(kāi)口、后開(kāi)口和流動(dòng)通道,其中,所述壓縮模板的前開(kāi)口鄰近于所述流動(dòng)限制模板的后開(kāi)口,其中,所述壓縮模板的流動(dòng)通道成形為將所述擠出物重組為單一的擠出物流,其中,進(jìn)一步地,所述壓縮模板的流動(dòng)通道成形為將熔化壓力保持在一定水平而防止材料中的空穴過(guò)早形成;e.成形模板,其鄰近于所述壓縮模板并包括前開(kāi)口、后開(kāi)口和流動(dòng)通道,其中,所述成形模板的前開(kāi)口鄰近于所述壓縮模板的后開(kāi)口,其中,所述成形模板的流動(dòng)通道成形為接近最終擠出產(chǎn)品的所希望構(gòu)型的形狀并控制空穴形成和膨脹的速率而產(chǎn)生大量均勻空穴。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模系統(tǒng),其中,所述纖維質(zhì)纖維-聚合物復(fù)合材料所具有的纖維質(zhì)纖維與熱塑性材料的比率在大約4:1至1:0之間。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模系統(tǒng),其中,進(jìn)入所述適配器模板的復(fù)合材料具有的密度從050gm/cc至090gm/cc。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模系統(tǒng),其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道的容量與所述成形模板的容量的比率在105:1至345:1的范圍。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模系統(tǒng),其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道的容量與所述成形模板的容量的比率為2:1。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模系統(tǒng),其中,所述壓縮模板的流動(dòng)通道以每單位長(zhǎng)度15%至30%之間的比率漸縮。7、一種通過(guò)纖維質(zhì)纖維-聚合物復(fù)合材料形成具有大致均勻空穴結(jié)構(gòu)的多孔泡沫擠出物的方法,所述方法包括a.在料斗中混合復(fù)合材料;b.將混合后的復(fù)合材料運(yùn)送到擠出機(jī)以形成擠出物;c.將所述擠出物傳送通過(guò)適配器模板,所述適配器模板被可移除地連接到所述擠出機(jī)以接收來(lái)自所述擠出機(jī)的排出開(kāi)口的擠出物,所述適配器模板包括前開(kāi)口、后開(kāi)口和將前開(kāi)口連接到后開(kāi)口的流動(dòng)通道;d.將所述擠出物傳送通過(guò)鄰近于適配器模板的至少一個(gè)過(guò)渡模板,所述至少一個(gè)過(guò)渡模板包括前開(kāi)口、后開(kāi)口和將前開(kāi)口連接到后開(kāi)口的流動(dòng)通道,其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道具有的形狀被設(shè)計(jì)為將從所述適配器模板的流動(dòng)通道排放的擠出材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭傮w上更接近最終擠出產(chǎn)品形狀的形狀;e.將被擠出的材料傳送通過(guò)鄰近于所述過(guò)渡模板的流動(dòng)限制模板,所述流動(dòng)限制模板具有前開(kāi)口、后開(kāi)口和將前開(kāi)口連接到后開(kāi)口的流動(dòng)通道,其中,所述流動(dòng)通道包括多個(gè)相鄰分股通道以分開(kāi)擠出物流,其中,所述分股通道具有的直徑和長(zhǎng)度被設(shè)計(jì)為增大對(duì)所述擠出物的阻力壓力,其中,阻力壓力的增加改變了進(jìn)入所述適配器模板的擠出物,使得進(jìn)入所述適配器模板的擠出物具有更均勻空穴結(jié)構(gòu)和更低密度的特征,其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道成形為使得流到所述流動(dòng)限制模板的擠出物確保等量的擠出物被傳輸?shù)剿龇止赏ǖ?;f.將被擠出的材料傳送通過(guò)鄰近于所述流動(dòng)限制模板的壓縮模板,所述壓縮模板包括前開(kāi)口、后開(kāi)口和流動(dòng)通道,其中,所述壓縮模板的前開(kāi)口鄰近于所述流動(dòng)限制模板的后開(kāi)口,其中,所述壓縮模板的流動(dòng)通道成形為將所述擠出物重組為單一的擠出物流,其中,進(jìn)一步地,所述壓縮模板的流動(dòng)通道成形為將熔化壓力保持在一定水平而防止材料中的空穴過(guò)早形成;g.將被擠出的材料傳送到成形模板,所述成形模板鄰近于所述壓縮模板并包括前開(kāi)口、后開(kāi)口和流動(dòng)通道,其中,所述成形模板的前開(kāi)口鄰近于所述壓縮模板的后開(kāi)口,其中,所述成形模板的流動(dòng)通道成形為接近最終擠出產(chǎn)品的所希望構(gòu)型的形狀并控制空穴形成和膨脹的速率而產(chǎn)生大量均勻空穴;和h.冷卻被擠出的產(chǎn)品材料。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,進(jìn)入所述適配器模板的復(fù)合材料具有的密度從050gm/cc至090gm/cc。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述擠出機(jī)在150°-200°F的溫度和大約100-2500磅/小時(shí)的流速下操作。10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述適配器模板的流動(dòng)通道具有的直徑在50mm至300mm之間。11、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,包括至少三個(gè)過(guò)渡模板,用于將復(fù)合物轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K形狀并使被擠出材料的外邊緣處的流速與被擠出材料的中心處的流速相等。12、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,在所述流動(dòng)限制模板中的分股通道的數(shù)量和尺寸被設(shè)計(jì)為對(duì)于特定范圍的體積流速產(chǎn)生最優(yōu)壓力增大。13、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述分股通道采用筒或縫的形式。14、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道的容量與所述成形模板的容量的比率在105:1至345:1的范圍。15、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述過(guò)渡模板的流動(dòng)通道的容量與所述成形模板的容量的比率為2:1。16、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述壓縮模板的流動(dòng)通道以每單位長(zhǎng)度15%至30%之間的比率漸縮。17、一種具有大致均勻空穴結(jié)構(gòu)的復(fù)合物模制產(chǎn)品,其通過(guò)纖維質(zhì)材料和熱塑性材料的復(fù)合混合物形成,其具有以下特性a.密度從050gm/cc至090gm/cc,b.彈性彎曲模量在100ksi至250ksi的范圍,c.線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)為245xl(T6in/in-。F至320x106in/in-。F,和d.纖維質(zhì)材料與熱塑性材料的比率從075:1至1:1。18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合物,其中,所述熱塑性材料是聚乙烯。19、根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合物,其中,所述纖維質(zhì)材料與熱塑性材料的比率為1:1。20、根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合物,其中,所述纖維質(zhì)材料具有的含濕量在大約1%至9%之間。全文摘要本發(fā)明涉及生產(chǎn)多孔木料塑性復(fù)合材料的裝置,包括將復(fù)合材料從擠出機(jī)(12)的適配器傳到過(guò)渡模板(30)的口,使均勻材料流到過(guò)渡模板;過(guò)渡模板,將材料流引到流動(dòng)限制模板(60),確保等量的材料傳輸?shù)搅鲃?dòng)限制模板的所有區(qū)域;流動(dòng)限制模板,向材料流提供足夠阻力以增大流動(dòng)限制模板上游的材料部分的熔化壓力,并增強(qiáng)控制由于將所述流分為多個(gè)適合尺寸和形狀的細(xì)流的限制所致的溫度升高;壓縮模板(70),將從流動(dòng)限制模板排出的分立流融合為單一材料流,并將熔化壓力保持為防止材料中的空穴過(guò)早形成;成形模板(80),設(shè)計(jì)為使材料成形為使得完全膨脹的材料接近所希望構(gòu)型的形狀,并控制空穴形成和膨脹的速率而產(chǎn)生大量均勻空穴。文檔編號(hào)B29C47/08GK101541506SQ200780034130公開(kāi)日2009年9月23日申請(qǐng)日期2007年9月17日優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日發(fā)明者A·B·恩格蘭,B·D·凱勒,D·F·多斯塔爾,T·C·拉弗申請(qǐng)人:斯特蘭德克斯公司
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