CN1010843B - 轻质挤出结构型材的制造 - Google Patents

Abstract

在制造由紧密压实的颗粒状填料和树脂粘结的芯部所构成的轻质挤压成形型材时，利用真空方法将松散的填料充进一挤出成型模内，填料是在玻璃粗纱12的包覆套内被压实的。当包覆套和被压实的填料继续向前抽拉并通过挤出成型模时，引入了液态的粘结树脂，同时渗入到被压实的填料和包覆套。此填料由粗颗粒状的无机泡沫骨架材料组成，而附加填料则是颗粒相对细小，并能自由流动的材料(例如空心的硅酸盐微珠)，它是用以充满已被压实的泡沫填料的间隙。

Description

本发明涉及轻质加压挤出结构型材的制造。特别要说明的是，本发明不仅适用于建筑业或细木工行业，可取代木材的轻质型材的制造;如制造门、窗的框架和类似的构件;而且也适用于制造地板、托梁、椽子以及其它的建筑材料。

在国际专利说明书WO81/00588中，介绍了一种用带芯的加压挤出塑料型材制造门、窗框架的方法。其中，芯部材料可以用优质的层压板或其它适宜的材料（例如，水泥粘结的纤维材料，诸如水泥粘结的粗纸板或水泥粘结的玻璃纤维），外面用塑料材料（如聚氯乙烯）作为包覆层。

对于这类框架，要求芯部材料具有很高的尺寸及形状的稳定性;同时还要求芯部材料有足够大的强度，以便使框架在各种气候条件下都能承受所加的负荷。再者，作为木材的代用品，还期望芯部材料具有良好的承受螺钉拧紧力的性能。

在英国专利说明书№.2028406B中公开了一种条状结构型材挤出成型的制造方法，这种型材适用于制造窗户框架和类似的构件。这种挤出成型的条状结构型材包括一个由热塑性塑料（特别是PVC）组成的管状部份。其内部充填有异丁烯酸甲酯（硬有机玻璃）作为基质材料，并添加空心的硅酸盐小球作为填料。如上所述，为增加强度还可在条状结构型材的基料里加进沿长度方向延伸的纤维（如玻璃粗纱）。在条形结构型材制造过程中，通过第一个挤出机的压挤形成了中空的塑料包覆套，并且将添加含有硅酸盐小球的异丁稀酸甲酯塑料基料（通过第二个挤出机）挤压填满此包覆套内。上述的塑料基料是在冷状态下挤压进入仍处于热状态的中空包覆套内的。在挤出期间通过某种尚未公开的方法将玻璃粗纱加入到塑料基料中去。当条材送入具有相当长度的精加工的管道时，基料就得到固化。很明显，在基料中必须包含有相当大比例的树脂（异丁烯酸甲酯），从而才能使基料在一定压力下自由流动以充满中空部分。

还有，在国际专利说明书№WO82/03243中介绍了一种制造类似结构型材的方法。该方法包括：（ⅰ）将硅酸盐填料和附加的无机填料加到未饱和的聚酯树脂中，经充分混合而紧密结合，在通过一个型模挤出时构成了一个芯部;（ⅱ）再通过挤压使塑料在围绕此芯部构成一个包覆套;（ⅲ）用加热的方法来处理已包上了包覆套的芯部使其固化。这样既实现了芯部的固化，同时也实现了芯部和包覆套之间 的交叉连接。对于所介绍的这一过程，最佳硅酸盐填料的形状为轻质空心微珠。并且对于塑料包复套材料而言，最好选聚丙烯涂料。

按照在专利说明书№WO82/03243中介绍的生产工艺可将所选填料压得很紧密，从而大大减少了所需树脂的数量。而且可以期望，所需树脂含量还可以进一步减少。此外，还有一个有利的方面是可以使用某些易于制造的材料，以降低对市场上供应填料的依赖，至少对于这种结构型材芯部所用的主填料是这样。

人们知道，在欧洲专利说明书№.0096489（A1）的描述中，有一种具有蜂窝状结构的硬无机泡沫材料，它包含有一种或多种作为骨架材料的无机物（Layer    mineals）;（即为无机泡沫骨架材料）。“无机骨架材料”这个术语包括：蛭石、高岑石、含高岑石的粘土（如球状粘土、白粘土、耐火粘土），胶岭石（高岭石）和海泡石。在生产泡沫过程中可能使用无机骨架材料的混合物，也可能使用一种或多种无机骨架材料与其它的一种或多种材料的混合物。在泡沫材料的组成中粘土占主要成份时（以后称之为粘土泡沫），则可以通过烧结使其获得更大的强度和更好的耐水稳定性。

这样的硬泡沫材料已被推荐用于多种场合，其中包括用于隔热和基座材料的防火层。虽然这种泡沫材料经常制成挤压板或板坯形式，但也可以做成挤压成型的粗颗粒状（称为颗粒球）。这种颗粒球由泡沫材料压挤出的短细条制成。利用易于获得的材料和较简单的机器设备就可以生产这样的泡沫材料。

现在已经发现，这种硬泡沫材料可能在轻质挤出成形型材的制造方法中，得到最有效和最有利的使用。在此方法中，通过挤出工艺，形成含有紧密压实并粘结在一起的颗粒状填料的芯部，而这种填料是由呈粗颗粒状的无机泡沫骨架材料制成。

已研制出一种技术，其目的是将松散的颗粒无机泡沫骨架材料（即预先没有与液体树脂进行混合），以有效的方式引入到一个挤出成型模内，利用所加的真空就可把它吸入并压实上述填料。在制造轻质挤出成形型材中，在与其它的填料相结合使用时，这种技术就能得到更广泛的应用。本发明就是这些应用的一个方面。其特征在于利用真空将松散颗粒状的填料压进一个挤出成型模内，并且通过此型模把压紧的填料粘结而形成芯部。

这样一种真空挤压成形技术，对于填料是由相对粗的主填料（即无机泡沫骨架材料颗粒）和相对细的能自由流动的附加填料（即中空的硅酸盐微粒）组成的情况下，可能得到特别高的紧密度，附加的填料是单独地收入以充满已压实的主填料的空隙。

为了能应用真空，在型模的壁上具有抽气通路并可从型模的内部导出。吸气通路可以与一个或几个压力较低的抽气支路相通，这样空气（或其他气体）就被吸入到型模内，因此填料也就被吸入到型模内，同时被压实。还要设置一个合适的过滤器，以阻止填料的颗粒进入或阻塞型模壁内的抽气通路。

对某些产品而言，可能希望芯部填料的外围的比重大于芯部中间部分的比重。为了达到这个目的可以首先利用真空抽吸将较重的填料压紧到型模的壁上，而后（还要借助于真空）将较轻的填料压入到芯部中间部分。

很容易理解这里对这一提到的挤出概念的引用（如挤出成型模的引用、被挤出的芯部和型材的引用）都广泛地理解为适用于一种拉挤过程（pultrusion    procss）。在此拉挤过程中可能发生的情况是，仅仅只有拉力作用、使型材缓慢移动经过型模成型。

类似于英国专利说明书№.2143768A中介绍的那种拉挤过程应用于本方法中是有利的。这就是说，玻璃纤维粗纱或它的等效材料被加入，并被夹挤在压实的填料本体的外表面和挤出成型模的模壁之间，同时当型材挤出时，玻璃纤维粗纱和压实的填料一起通过型模拉出。使用玻璃纤维粗纱特别有利，它使挤出过程容易进行。使由于设备长期使用磨损而在型模中产生的阻力降低，并且尽可能地减少由于阻力过大而导致填料的破损。这些纤维可以为芯部提供一个完整的粘结树脂的包覆套。如果需要，还可以再次参考专利说明书№.2143768A，在以玻璃纤维粗纱包覆的芯部的外面再加上一层塑料涂层。当然采用合适的树脂和颜料，也就不必再用加塑料涂层的办法来获得完全满意的光滑表面的型材。

在一个最佳的方法中，在挤出成型模内用真空压实了松散的填料，让粘结树脂渗入到被压实的填料的间隙中去（如果周围存在纤维包覆套，则也要渗透到）。在此之后，在引入粘结树脂时，填料的表面处于高温状态时让树脂固化或硬化，至少从这点来说对固化有利。

最好在利用真空方法进行初步填实之后再使压 实的填料穿过挤出成型模的逐渐缩小的部分以实现被压紧的填料的进一步压实。将粘结树脂引入到被压实填料中去的最佳时间是当此填料穿过成型模的渐缩部分。

本发明的另一特征是制造挤出成型的轻质结构型材的方法。该方法即是在挤出过程中形成了一个包含有紧密结实并粘结在一起颗粒状填料的芯部，而此填料由呈粗颗粒状的无机泡沫骨架材料构成。

粗颗粒状无机泡沫骨架材料可以很方便地形成短的挤压细条形状。并可加入颗粒较细些的附加填料;最佳的这种附加填料可以是由呈中空微珠形状的硅酸盐填料组成。

无机泡沫骨架材料的密度和强度可能在很宽的范围内变化，但很容易得到控制。使用按照本发明的无机泡沫骨架材料，再辅以经过仔细选择的适当附加填料，按此法制得的结构型材，它优良性质在许多方面有相当广泛的应用。

下面参照附图详尽地描述制造轻质挤出成形型材的方法，即用实例来说明本发明的各个方面。

在附图中，图1是生产挤压成形型材的拉挤设备的压实部分的示意图;图2是沿图1所示设备中的Ⅱ-Ⅱ线的剖面图;图3是该设备的整体示意图。

轻质挤压成形结构型材包括一个由紧紧压实的、树脂粘结的、颗粒状填料制成的芯部。该芯部是在一个树脂粘结的增强纤维的包覆套内。在这类结构型材的制造过程中，呈玻璃粗纱状的增强纤维12贴着挤出成型模10的内壁连续喂入，它在型模的一端和由导管14供给的松散颗粒填料一起受压，当粗纱连续不断地从型模中拉出时（图1箭头E的方向）就压实了。关于用这种拉挤方法制造并由纤维包覆的芯部组成的挤出型材的其它实例，可以参照英国专利说明书№2143768A。

导管14的前端部16伸入到型模10的入口部分18导管前端部16的形状与型模10内部的横断面相近似，目的是在前端部16的周边形成一个适当的间隙，以便控制玻璃粗纱12引导到型模空腔20的内壁表面，玻璃粗纱通过供料卷筒21（见图3）连续不断地喂入。在全部型模的内壁表面上形成了基本均匀的空腔20。

通常呈环形分布的空气通路是由型模10的壁24内许多个径向小孔22所组成的，通过这些小孔把型模空腔20与低压支路26连接起来。低压支路26连到一个真空泵27上，由此就可以把空气从低压支路抽出以减少型模空腔内部的空气压力。通过这种办法就可以把喂料装置供给并通过导管14进入型模空腔的颗粒状填料抽到空腔的填实区28中（位于空气通路环形分布区的内部），并且在这个区域内，玻璃粗纱12在包覆套中被填实。玻璃粗纱包覆套本身在某种程度上起到了过滤器的作用，它能够防止填料颗粒进入或阻塞空气通路22。但是也可以单设一个附加的过滤设备（图中未画出）来防止细小的填料颗粒通过。

在图1或图2所示的结构中，树脂喂料装置的一根树脂喂料管30沿纵向经过导管14和型模空腔20，大体上延伸到填实区28的最远端（这就是说，它延伸到型模10并分布有孔22的那个区域的最远端，或者再稍微远一点）。另一种有所变动的情况是（如图3所示），树脂可通过一个穿过型模模壁的供料管31，然后引入到喂料通道33上。喂料通道33位于型模的内壁并且在型模空腔周围扩展成一个环形槽。

在操作开始时，将一个栓塞32（见图1）直接放置在压缩区28之外的位置上，以填满型模空腔20。栓塞32的形状类似于型模在该区域的内壁横截面，它和型模内壁表面形成一个适当的间隙，用来调整并容纳玻璃粗纱12，实际上，栓塞32起了部分芯部的替代物的作用，它与围绕它的玻璃粗纱包覆套结合在一起堵塞了型模，以便能实现填料的最初真空填实。一.填料进入填实区28受到了真空的压实后，就可以按挤出的正常速度抽出栓塞32（向前方向），这样就可以开始连续不断地挤出型材。栓塞32由可压缩的泡沫材料构成，从而可以使栓塞能穿过逐渐变小的型模被抽出来。栓塞从型模抽出的方式与随后的型材从型模抽出的方式是类似的，这就是说，在挤出的方向上向作用在栓塞或者芯部的玻璃粗纱12上所施加的力都是拉力（与上面引证过的英国专利说明书№.2143268A介绍的方式相似）。液态树脂由喂料管30或31喂入，以渗入到被压紧的填料和玻璃粗纱12中去，然而，树脂即行固化，以提供具有预定的截面、并有包覆套的，由树脂粘结的填料所组成的挤出型材。

几乎紧挨着填实区28之后，型模10的内部还有一个压缩区34，在这个区域内，由于型模截面逐渐收缩引起压缩，并且当芯部通过型模的最后成形区36时，还要进一步的固化。

下面专门参阅图3。给挤出成型模10提供颗粒 状填料的喂料装置有两个喂料斗38和40，它们都通向喂料导管14里，每一个料斗都是由阀门控制的，能根据需要将经过计量的填料输送到导管14里。运行中的真空泵27通过导管14抽出空气，同时在导管14的入口部分内的加热装置42能够根据需要将空气加热。用供料泵44给树脂喂料管30或31供应树脂。通过监测在树脂喂料管内的压力来控制树脂的供应。型材抽料设备46（在拉挤技术领域里一种众所周知的设备）的作用是连续抽拉通过挤出成型模10的玻璃粗纱12（以及型材的芯部）。

以粗颗粒形式出现的，由无机骨架材料构成的颗粒状填料是主填加剂。适当的粘土泡沫颗粒（如挤压细条）在英国被帝国化学工业（PLC）称之为“K4无机泡沫”。例如，颗粒的平均挤压长度为5mm左右，其直径为2mm左右，它们的比重可以（可随意选择）在0.1至0.6这一较宽的范围内，在以树脂粘结的产品中，填料的比例（按重量计算）可以变化，比如说，在25%和80%之间（这也取决于所用树脂的类型）。

虽然用颗粒状无机泡沫骨架材料可以单独构成填料，但通常最好还是再加进一种合适的附加填料。这种附加填料应该是一种颗粒相对细的填料。同时为了有效地结合真空压紧技术，该附加填料又应该是一种能够自由流动的材料。最佳的第二填料是由空心微珠形的硅酸盐材料（至少应是主要成分）组成，这种硅酸盐材料被广泛地用作填料，这种材料既可以从电站废物中回收，也可以从制造“玻璃泡”填料时得到，因而在市场上可以买到。

除了泡沫粘土和空心的硅酸盐填料外，还可以加入切碎的玻璃纤维。由于使用了真空压紧技术（见上述），就可以把主填料和第二填料按各自规定的比例分别引入到挤出成型模中去。用第一个喂料斗38供应主填料（颗粒球），用第二个喂料斗40供应第二填料（中空微珠），按规定量的两种填料交替地供入。因此，一部分主填料首先从第一喂料斗38中释放出来，并通过真空被抽吸进入挤出成型模的填实区28内。随后一部分第二填料从第二喂料斗40中释放出来，也被抽吸进入填实区28并进入压实的主填料的间隙中去。经过适当时间，下一份定量的主填料又可以从第一喂料斗38中释出。要记住，压实是连续发生的，同时借助于型材抽拉设备46，通过型模10抽拉玻璃粗纱12也是连续的。

当芯部材料向前穿过型模10的压缩区34时，原先已用真空填实的主填料和第二填料再次得以压紧。借助于图3所示的树脂喂料装置，通过喂料管31将粘结树脂在距型模压缩区末端很近的位置处引入。引入的树脂（不论树脂是从图1和图2中的喂料管30引入到被压实的填料的中心，还是从图3中的喂料管31引入到填料的周围），由于材料移动通过型模时产生的压力增加效应和毛细吸引作用，树脂都会渗透到已填实的填料（以及玻璃纤维粗纱12）的剩余间隙中去。已经成功使用的一种非泡沫酚醛树脂系列，在英国的BP化学用品商店可以买到，其商标是cellobond    J25/425L树脂和phencatlo催化剂。典型的情况是，在使用那种树脂系列时，大约使用了5%的催化剂，并在引入树脂时就（立即将树脂和催化剂混合起来），用加热装置42使泡沫粘土填料的表面温度达到70℃左右，而挤出成型模10本身的温度范围为：在型模入口处的温度不超过90℃，而出口处的温度为130℃左右。

在光洁的型材中，各组份的比例（按体积计算）可能的变动范围是：

无机泡沫骨架材料的颗粒（主填料）：50%～60%

空心的硅酸盐填料（附加填料）：28%-32.5%

树脂：12%-17.5%。

典型的光洁包覆套厚度可从0.5mm到0.7mm。

Claims (11)

1、一种制造轻质结构型材的方法，其中由紧密压实并粘结在一起的颗粒材料组成的一个芯部是在通过一个成型模的过程中成型的，这种方法的特征在于它包括以下步骤：借助真空把松散的颗粒状填料填入成型模，把填入的填料拉过成型模，使粘结树脂透过成型模以便粘结填入的填料从而形成所述的芯部。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粘结树脂是在填入填料之后被引入以便透入填入的填料的。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述粘结树脂是在填料具有较高的表面温度时透入填入的填料的。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：借助真空把填料进行初步填装后，使填入的填料向前通过成型模的逐渐缩小的部分以实现填料的进一步填实固化。

5、按照权利要求4所述的方法，其特征在于：当填入的填料向前通过成型模的逐渐缩小的部分时，引入粘结树脂以透入填入的填料，然后使树脂固化或硬化。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：借助真空把主填料和附加填料相继地引入成型模，附加填料是一种颗粒较细的，自由流动的填料，抽吸进附加填料以便占据主填料装入后的间隙。

7、按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于：填料包括呈粗颗粒状的无机泡沫骨架材料。

8、按照权利要求6所述的方法，其特征在于：主填料是呈粗颗粒状的无机泡沫骨架材料，附加填料是空心微珠形的硅酸盐填料。

9、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：填料是填入成型模内的一个增强纤维包覆套内的，包覆套和填入的填料一起被拉过成型模。

10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述增强纤维是由玻璃制成的。

11、按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于：使所述粘结树脂透过所述纤维包覆套。

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