CN103889677B - 材料处理系统、条纹图案产品和形成有图案产品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料处理系统（100）、有图案的产品以及制造有图案的产品的方法。该材料处理系统包括具有一个或多个搅拌器的搅拌部分（102），所述搅拌器安排和布置成将着色颗粒（110）混合为大致上均匀的分布。处理部分（104）包括接收部分（116），其安排和布置成接收着色颗粒的大致上均匀的分布，以形成具有预定图案的产品。预定图案是长纹理、条纹状或者印花纹理的彩色图案。该方法包括制造具有这样的预定图案的产品。预定图案是全图案的，从而包括在整个产品的厚度上均匀地分布的颜色和纹理。
Description
优先权
本申请要求2011年10月19日提交的美国非临时申请第13/274,868的权益，其在此通过引用将其整体并入本文。
发明的技术领域
本发明涉及材料处理系统，由材料处理系统制造的产品和制造产品的方法。更具体地，本发明涉及生产有图案产品的材料处理系统。
发明的背景
乙烯和非乙烯产品可以包括着色颗粒或碎屑的异质层。这样的地板产品被用于各种设备和应用，其性能改进来自于使颗粒或切屑在整个产品的厚度上延伸。这样可以形成全色（through-color）地板产品以具有相对短纹理的条纹图案。全色产品还用在天花板、墙壁、桌面、台面、橱柜或其它合适的应用中。还使用其它层状地板产品，其中木纹、大理石或其它天然的长纹理条纹设计图案的仿真是通过在薄膜层上印刷设计图案来实现的。
已知的制造带有长纹理条纹图案的层状乙烯地板产品遭受的缺陷是不具备所希望的特性，诸如全色和/或全图案（through-pattern）。其结果是由于随着时间磨损，图案的视觉品质不佳。
全色地板产品遭受的缺陷是具有相对较短的纹理条纹图案，其不能为使用者提供自然产生的地板材料的所希望的长纹理仿真。在生产这种地板中使用的着色颗粒或碎屑往往在进入进料斗时彼此粘附或聚集成团块。着色颗粒或碎屑不能在来自该进料斗的排放区均匀地分布。
本技术领域希望有避免一个或多个以上缺陷的材料处理系统，有图案的产品，以及制造此有图案的产品的方法。
发明的简要说明
根据本发明的一个实施例，材料处理系统包括具有一个或多个搅拌器的搅拌部分，所述搅拌器被安排和布置成以将着色颗粒混合为大致均匀的分布。处理部分包括接收部分，其被安排和布置成接收所述着色颗粒的大致均匀的分布以形成带有预定图案的产品。
根据另一个实施例，用于形成产品的方法，包括将着色颗粒混合成大致上均匀的分布，接收所述着色颗粒的大致上均匀的分布，并形成带有预定图案的产品。
根据另一个实施例，产品包括由搅拌器混合成大致上均匀分布的着色颗粒，和预定的图案。
通过对以下优选实施例和进一步详细说明，以及结合附图以示例的方式描述本发明的原理，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。
附图的简要说明
图1示出根据本发明的一个实施例的具有搅拌部分和处理部分的示例性的材料处理系统的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的具有搅拌器的示例性搅拌部分的立体图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的具有搅拌器的示例性搅拌部分的剖视图。
图4示出根据本发明的一个实施例的具有搅拌器和网格的另一个示例性搅拌部分的立体图。
图5示出根据本发明的一个实施例的具有搅拌器和网格的另一个示例性搅拌部分的剖视图。
图6A-B示出根据本发明的一个实施例的长纹理条纹图案的产品的俯视图。
图7是根据本发明的一个实施例的形成条纹图案的产品的方法的流程图。
只要可能，在整个附图中，相同的附图标记用来表示相同的部件。
发明的详细说明
本发明提供一种材料处理系统，有图案的产品，以及制造有图案的产品的方法。本发明的实施例允许制造之前不存在的有图案的产品，提供了图案大致均匀地分配，允许制造具有全纹理和全色产品，允许增加视觉品质，允许制造各类产品的通用性，并且允许在搅拌各种粘度的组合物和它们的组合的通用性。
参考图1，在一个实施例中，材料处理系统100包括搅拌部分102和被安排与布置成在搅拌部分102的下游的处理部分104。搅拌部分102是料斗或配置用于处理组合物108的其它合适的容器。搅拌部分102包括一个或多个搅拌器106，该搅拌器106被安排和布置在搅拌部分102内以混合组合物108，在一个实施例中，组合物108包括多种颜色和大小的着色颗粒110，一种或多种其它材料，如粘合剂。在一个实施例中，着色颗粒110，如着色的碎屑，被送入搅拌部分102的进口，其在搅拌器106的上游，其中着色颗粒110在进入搅拌部分102时往往彼此粘附或聚集成团或簇。搅拌器106将成簇的着色颗粒110混合，解聚和分离成在组合物108内大致均匀的分布，用于在来自搅拌器106的下游的排放区114处释放。在一个实施例中，所述组合物108仅由着色颗粒110组成。在一个实施例中，所述组合物108包括着色颗粒110和其它材料（例如，透明颗粒、液体或其它流体）。在一个实施例中，所述组合物108包括多种类型的不同组合物的材料，诸如生物基，化石燃料基或地质基材料。在一个实施例中，地质基材料包括粘土或石灰石。
在一个实施例中，着色颗粒110是最大尺寸约1/8英寸网目。在一个实施例中，着色颗粒110最大约为8号网目。在一个实施例中，着色颗粒110约为12号网目和约为8号网目之间，并且介于约1/16英寸和约1/8英寸网目尺寸之间，或其任何合适的组合或子组合。
在一个实施例中，处理部分104包括接收部分116，如辊隙（nip）。在一个实施例中，接收部分116被安排和布置成接收着色颗粒110的大致上均匀的分布，以形成带有预定图案的产品118（也参见图6A-B）。在一个实施例中，处理部分104包括任何合适的机构，诸如两个或更多的压延辊120，以形成产品118。压延辊120包括进一步的处理特性，如以不同的速度旋转和在不同的加热温度下操作，以提供产品118的预定图案。
参考图2，在一个实施例中，搅拌部分102的进口112包括两个侧壁130和两个端壁132。在一个实施例中，搅拌器106包括驱动轴134和刮板组件136。驱动轴134穿过端壁132的开口138被安装在端壁132的外部的支撑件（未示出）上，并通过各种处理应用以所要求的各种速度，由驱动系统（未示出）（例如，使用链或皮带和齿轮箱的电机）旋转。在一个实施例中，驱动轴134的旋转速度的最大值为约100rpm。在一个实施例中，驱动轴134的旋转速度最高约10rpm。在一个实施例中，旋转速度介于约10rmp和约40rmp之间，介于40rmp和100rmp之间，介于约5rmp和约50rpm之间，介于约10rmp和30rmp之间，介于约10rmp和约之间20rmp之间，介于约20rpm和约40rpm之间，或其任何合适的组合或子组合。在一个实施例中，驱动轴134的旋转方向被控制为在第一方向上运行，例如对于朝向搅拌部分102而言的顺时针方向，或第二方向，例如对于朝向搅拌部分102而言的逆时针方向，或者该旋转方向跟随使用开关装置或控制装置（未示出）的一个操作程序，从而在第一方向旋转驱动轴134第一预定的时间段，然后在第二方向反向转动第二预定的时间段。在一个实施例中，在混合周期长度中以预定的开关程序控制旋转方向的交替。在一个实施例中，驱动轴134的旋转通过速度控制器（未示出）来控制从而在第一预定时间段以第一速度操作，然后改变成在第二预定时间段以第二速度旋转，或者旋转是由可变速度驱动装置（未示出）来控制。在一个实施例中，驱动轴134的旋转以多个方向、速度和时间周期的组合被控制。
在一个实施例中，该刮板组件136包括套管140，两个或更多个臂142，其配置在套管140上并从套管140延伸，和一个或多个刮板144，其连接到臂142并由臂142支撑。套管140接合驱动轴134，从而驱动轴134的旋转使刮板组件136旋转。在一个实施例中，刮板144是布置成大致上平行于驱动轴134的伸长部件，并包括正方形的横截面，其配置成允许所述组合物108（参见图1）在混合过程中大致围绕刮板144。在一个实施例中，第一刮板144被布置在套管140的第一侧上，距驱动轴134的中心为第一预定距离，并且第二刮板144被布置在套管140的相对的第二侧上，距驱动轴134的中心为第二预定距离，和大致沿套管140的一半长度延伸的两个刮板，第三刮板144被布置在套管140的相对的第二侧上，距驱动轴134的中心为第一预定距离，第四刮板144被布置在套管140的第一侧上，距驱动轴134的中心为第二预定距离，两个刮板大致沿套管140的一半长度延伸。
在一个实施例中，刮板组件136包括适于混合着色颗粒110的多种刮板布置或者几何形状。例如，在一个实施例中，各刮板144大致沿着套管140的整个长度延伸。在一个实施例中，刮板144的纵向轴线布置成相对于所述驱动轴134的纵向轴线有一定角度，或者大致上垂直于所述驱动轴134的轴线，或以螺旋形弯曲或其它布置弯曲，或其任何合适的组合或子组合。刮板组件136能够制造来自切割碎片工艺的产品118和/或提供处理大范围的产品类型之间F型混合均匀性的能力。
在一个实施例中，刮板144包括适于混合着色颗粒110的各种刮板的横截面或几何形状。例如，在一个实施例中，刮板144的横截面是圆形、椭圆形、半圆形、大致平面或叶片状，或其任何适当的组合或子组合。
参考图3，在一个实施例中，搅拌部分102的排放区114包括两个侧壁146和两个端壁148。在一个实施例中，排放区114包括旁路装置（未示出），其安排和布置在排放区114内，以允许使用处理部分104，以产生不需要着色颗粒110（未示出）均匀分布的其它有图案的产品。在一个实施例中，排放区域114包括阀或计量装置（未示出），其安排和布置在排放区114内，以调节组合物108（未示出）的流动。
参考图7，示出在一个实施例中的一种制造产品的方法200（例如，图1和图6A-B的产品118）。该方法200包括将着色颗粒混合成大致上均匀的分布（步骤202），例如，通过旋转搅拌器106。接下来，方法200包括接收着色颗粒的大致上均匀的分布110（步骤204），例如，在辊隙或接收部分116中接收，并形成带有预定图案的产品118（步骤206），例如通过使用压延辊120。在一个实施例中，所形成的预定图案是一种长纹理，条纹状或印花纹理（jaspe-grained）的彩色图案。在另一实施例中，该方法200包括进一步分离着色颗粒110（步骤312），例如，通过搅拌器106下游的网格150。如将理解的，该方法200包括用于形成上文所描述的特征的任何其它合适的步骤。方法200允许制造具有全色和/或全图案的产品，从而当产品表面随着时间磨损时保持有图案的产品的视觉品质。
参见图4和5，在一个实施例中，搅拌部分102包括安排和布置在搅拌器106的下游的网格150。在一个实施例中，网格150包括大致平行于侧壁130的伸长构件152，和设置成大致平行于端壁132的支撑构件154。在一个实施例中，伸长构件152和支撑构件154被布置成相对于所述侧壁130和/或端壁132有一定角度。伸长构件152和支撑构件154间隔开预定距离，使得它们之间形成大致相等的多边形开口（见图4）。在一个实施例中，开口156为任何合适的尺寸，以提供用于各种产品118的各种预定图案，同时提供了冲击表面，其进一步的作用是分离、解聚并混合有色颗粒110。例如，开口156为约2.0英寸乘以2.0英寸，介于约2.5英寸和约1.0英寸之间，介于约2.5英寸和约2.0英寸之间，介于约2.0英寸和约1.5英寸之间，介于约1.5英寸和约1.0英寸之间，介于约2.0英寸和约1.5英寸之间，介于约2.0英寸和约1.0英寸之间，或其任何适当的组合或子组合。在一个实施例中，多边形开口156包括大致正方形，四边形，平行四边形和/或菱形形状的开口，并且其尺寸的测量是从所述开口156的每个相对侧的中点量取线性尺寸。
再次参考图4，在一个实施例中，网格150的上部被配置成并列于大致邻近于刮板144的最外面部分的路径。因此，支撑构件154的上部分被配置成具有弯曲半径从而与刮板144的最外面的部分的路径相并列，并且所述伸长部件152的上部被安排、布置和配置成具有弯曲半径从而与刮板144的最外层部分的路径相并列。
在一个实施例中，产品118包括乙烯基组合物。合适的乙烯基组合物包括，但不限于，聚氯乙烯（包括共聚物和/或均聚物），高级乙烯基地砖，乙烯基组合物地砖的乙烯基组合物，以及乙烯基石棉地砖（或取代石棉产品）的乙烯基组合物。在进一步的实施例中，乙烯基组合物包括一种或多种增塑剂、一种或多种稳定剂、一种或多种粘合剂，一种或多种填料和/或一种或多种颜料，例如氯化处理的颜料（例如二氧化钛）。在一个实施例中，所述增塑剂包括或者是一种非邻苯二甲酸酯增塑剂。在一个实施例中，所述粘合剂包含或者是任何合适的聚合物材料。在一个实施例中，产品118包括生物基材料（例如，具有碳-14签名识别材料作为来自非合成源的材料）、回收的材料（例如，能够被识别为来自先前使用的产品的材料），可再生材料（例如，能够被分解的材料）或其组合。
在一个实施例中，产品118包括填料，其重量百分比如下：约20％和约90％之间，约30％和约80％之间，约40％和约70％之间，约50％和约60％之间，约20％和约30％之间，约30％和约40％之间，约40％和约50％之间，约50％和约60％之间，约60％和约70％之间，约70％和约80％之间，约80％和约90℃之间，约20％，约30％，约40％，约50％，或其任何适当的组合或子组合。在一个实施例中，所述粘合剂包含或者是任何合适的聚合物材料。
参考图6A-B中，在一个实施例中，产品118的预定图案是窄的、长纹理、条纹状或印花纹理彩色图案。在一个实施例中，预定图案是杂色或大理石纹的。在一个实施例中，所述预定图案包括多数的长、细、线性的、大致平行的、杂色的颜色标记、绞合线、带或补片。在一个实施例中，颜色标记是随机分布在图案中，使得预定图案的类似大小的杂色颜色标记之间的平均距离有所变化。特征“窄”，“细”，“长”和“长纹理”是相对于颜色标记的比特性。在一个实施例中，彩色标记比特性包括：第一尺寸，例如长度，和第二尺寸，例如宽度，其中所述第一尺寸与第二尺寸的比率大约是12比1。在一个实施例中，彩色标记比特性是大约6比1。在一个实施例中，彩色标记比特性是介于约6比1至约12比1之间，或其任何适当的组合或子组合。
在一个实施例中，预定的图案被称为“酒椰（Raffia）”。在一个实施例中，酒椰图案被以VCT产品生产。在一个实施例中，酒椰图案包括第一颜色组，例如，较浅色背景，和第二颜色组，例如，较深色的杂色伸长标记，使得大部分较深色杂色标记包括约1/8英寸的平均宽度和至少约1.5英寸长的平均长度（参见图6A和图6B）。
着色颗粒110的大致均匀的分布在整个产品118的厚度上提供了预定图案，使当产品的顶层随着长时间使用而磨损时，所需的视觉图案仍然保留。在一个实施例中，预定图案被配置为仿真在有机材料（如冰川岩石、大理石或木材）中发现的自然产生的条纹图案。着色颗粒110的大致上均匀的分布提供了预定图案色彩和纹理，以大致均匀地在整个产品118的厚度上分布，使得产品118被配置为全色，全纹理，并满足或超过根据ASTM F 1066指南的全图案2级的说明标准。1995年，美国测试与测量协会（ASTM）提供了1066的2级全图案地砖的定义，即“或者地砖表面的图案和颜色在整个地砖厚度上延伸而无显著变化，或者表面上出现的颜色应当在地砖的整个厚度上延伸，虽然由这些颜色产生的图案外观会在整个厚度上会有所变化”。
在一个实施例中，产品118的预定图案由压延辊120产生。在一个实施例中，产品118的预定图案是由研磨，压制或其它附加的或替代性机构产生。在一个实施例中，产品118的乙烯基组合物的一部分或全部（例如，树脂、增塑剂和填料）被共混和混合，然后研磨和熔融加工形成产品118。熔融加工是通过压延、挤出、连续混合、成型、研磨、其它熔融工艺，或其组合。在一个实施例中，处理部分104包括适当的机构，以在压延、附加压延、随后的加热、固化、或者其任何合适的组合或子组合之前提供预加热。在一个实施例中，产品118包括背衬层和/或一个或多个表面层。在一个实施例中，初始处理后，产品118被进一步冷却，然后冲压裁切成厚、地砖或任何其它合适的产品。
如本文所用，术语“彩色绞合线或补片”是指由各种宽度的彩色微纤维组构成的绞合线或者补片。例如，在一个实施例中，微纤维是任何合适的微纤维，其悬置在材料内或通过任何合适的技术设置。如本文所用，术语“微纤维”是指具有微米级（10-6米）尺寸的任何纤维。个别地，微纤维是视觉难以察觉的。例如，在本发明的实施例中，微纤维的直径小于约1500微米，直径小于约100微米，直径小于约50微米，直径小于约10微米，直径范围为约10微米至约1500微米，直径范围为约10微米至约1000微米，直径范围为约20微米至约500微米，直径范围为约50微米至约500微米，直径范围为约100微米至约500微米，直径范围为约20微米至约400微米，直径范围为约40微米至约200微米，其直径例如通过结合电子显微镜的图像分析工具测定，中心的20%，50%，80%或者全部的微纤维被用来测定直径。另外或可选地，在本发明的实施例中，微纤维在最大的变化区域上尺寸变化小于20％，尺寸变化小于5％，或尺寸变化小于1％。
虽然本发明已参照优选的实施例，本领域技术人员将理解可作出各种改变并且可以用等同物取代其元素，而不脱离本发明的精神和范围。此外，根据本发明的教导，可以进行许多修改以适应特定的情况或材料而不偏离其大致范围。因此，其意图是，本发明并不限于将特定的实施例中所公开的作为设想用于实施本发明的最佳模式，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
Claims (12)
1.一种材料处理系统，该系统包括：
搅拌部分，其包括一个或多个搅拌器，所述搅拌器被安排和布置成将着色颗粒混合为大致上均匀的分布；
两个压延辊被安排和布置成接收所述着色颗粒的大致上均匀的分布，以形成带有预定图案的产品，其中所述预定图案是长纹理或条纹状的彩色图案；
其中，所述一个或多个搅拌器均包括驱动轴、第一刮板、第二刮板、第三刮板和第四刮板，所述驱动轴旋转地驱动所述第一刮板、所述第二刮板、第三刮板和第四刮板，所述第一刮板和所述第三刮板具有设置在距所述驱动轴的旋转轴线的第一径向距离处的第一最外边缘，所述第二刮板和所述第四刮板具有设置在距所述驱动轴的旋转轴线的第二径向距离处的第二最外边缘，所述第一径向距离大于所述第二径向距离；
其中，所述搅拌部分具有网格，该网格安排和布置在所述搅拌器的下游。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定图案包括大多数的长、细、线性的、大致平行的、杂色的颜色标记、绞合线、带或补片。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定图案包括较浅色背景和较深色的杂色标记，使得大多数较深色杂色标记包括1/8英寸的平均宽度和至少1.5英寸长的平均长度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定图案是全图案的，从而包括在整个产品的厚度上均匀地分布的颜色和纹理。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一刮板、所述第二刮板、所述第三刮板和所述第四刮板均连接到臂并且由该臂支撑。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一刮板、所述第二刮板、所述第三刮板和所述第四刮板均包括伸长构件，其安排成平行于所述驱动轴。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述伸长构件包括正方形的横截面。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述网格包括2.5英寸乘以2.5英寸至1.0英寸乘以1.0英寸之间的大致相等的开口。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述网格包括2.0英寸乘以2.0英寸的大致相等的开口。
10.根据权利要求1的系统，其中所述网格的上部被配置成并列于大致上相邻所述第一刮板、第二刮板、第三刮板和第四刮板的最外部分的路径。
11.一种用于形成产品的方法，该方法包括：
在进料斗中将着色颗粒混合并破碎成大致上均匀的分布，所述进料斗包括旋转搅拌器，所述旋转搅拌器包括驱动轴、第一刮板、第二刮板、第三刮板和第四刮板，所述驱动轴旋转地驱动所述第一刮板、所述第二刮板、所述第三刮板和所述第四刮板，所述第一刮板和所述第三刮板具有设置在距所述驱动轴的旋转轴线的第一径向距离处的第一最外边缘，所述第二刮板和所述第四刮板具有设置在距所述驱动轴的旋转轴线的第二径向距离处的第二最外边缘，所述第一径向距离大于所述第二径向距离；
接收所述着色颗粒的大致上均匀的分布；并且
使用压延辊形成带有预定图案的产品；
其中，所述预定图案是长纹理或条纹状的彩色图案。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定图案是全图案的，从而包括在整个产品的厚度上均匀地分布的颜色和纹理。
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