CN104890329A - 高孔隙塑料轻质型材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高孔隙塑料轻质型材及其制造方法，包括具有网状立体孔洞结构的型材中间芯部，型材中间芯部的外表面上设置有实体表皮；制造方法包括：步骤一，准备原材料，分别获得表皮材料粉末和芯部材料颗粒碎片；步骤二，将芯部材料颗粒碎片加入模具型腔内，保持其松散状态，合模，加热，芯部材料颗粒碎片间在成型助剂的作用下，自然熔融塑化链接形成网状立体孔洞结构，获得型材中间芯部；步骤三，成型实体表皮；芯部材料颗粒碎片放入模具型腔中不压密实，碎片间留有间隙孔洞，芯部材料颗粒碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构，成型后的产品性能指标同比较常规法类产品有很大提高，不仅型材的实体表皮光滑，同时提高了型材强度。

Description

高孔隙塑料轻质型材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种塑料板材及其成型技术，尤其涉及一种高孔隙且轻质的塑料型材及其制造方法。

背景技术

热塑性塑料型材是塑料产品的一大类，大体分为实体型材和发泡型材，广泛应用于建筑、化工、装饰、广告等行业。发泡型材根据成型方法分为化学发泡和物理发泡法，其常规生产一般采用挤出、压延工艺，对原材料的要求纯度高，选择范围窄，其设备精密投资费用高，产品更换规格难度极大，尤其是对于回收塑料的材料成分复杂(比如城市生活垃圾，造纸厂产生的塑料覆膜书皮等)，其常用的生产工艺难以满足，无法实现废弃塑料的再利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高孔隙塑料轻质型材，本产品具有重量轻、环保、价廉、保温、隔音、吃钉效果好、防水、防潮、防腐、防霉变、防虫蛀、不变形等特点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高孔隙塑料轻质型材，包括板材或异型材，所述板材或异型材包括具有网状立体孔洞结构的型材中间芯部，所述型材中间芯部的外表面上设置有光滑的实体表皮。

作为一种优选的技术方案，所述实体表皮的厚度为2mm～4mm。

由于采用了上述技术方案，高孔隙塑料轻质型材，包括板材或异型材，所述板材或异型材包括具有网状立体孔洞结构的型材中间芯部，所述型材中间芯部的外表面上设置有光滑的实体表皮；型材中间芯部的网状立体孔洞结构在保证型材强度的基础上，减轻了型材的重量，利于型材的运输和使用；型材具有光滑的实体表皮，可以在实体表皮上设计雕刻或印刷花纹与图案，更加美观实用。

本发明所要解决的技术问题是提供一种高孔隙塑料轻质型材制造方法，本方法生产的产品具有重量轻、环保、价廉、保温、隔音、吃钉效果好、防水、防潮、防腐、防霉变、防虫蛀、不变形等特点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高孔隙塑料轻质型材制造方法，包括下述步骤：

步骤一，准备原材料，将同类相溶性塑料材料进行破碎处理，加入复配成型助剂后进行捏合处理，分别获得表皮材料粉末和芯部材料颗粒碎片；

步骤二，芯部成型，将芯部材料颗粒碎片加入模具型腔内，保持芯部材料颗粒碎片的松散状态，合模，对模具进行加热，芯部材料颗粒碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构，通过冷却介质对模具迅速冷却，模具冷却后，开模，取出成品，获得型材中间芯部；

步骤三，在型材中间芯部的外表面上成型实体表皮。

作为一种优选的技术方案，在所述步骤二中，所述模具加热方式采用阶梯式渐加热，加热源包括电能、导热油、燃气、饱和蒸汽，加热结构包括辐射加热或嵌入式加热；模具冷却包括风冷或喷淋水冷却。

作为一种优选的技术方案，所述芯部材料颗粒碎片加入模具前进行预热工艺处理，通过热辐射、高速机械搅拌或热风方式进行预塑化，达到临界熔融状态时加入模具型腔内整平。

作为一种优选的技术方案，所述型材中间芯部和所述实体表皮之间敷设增强网，所述增强网包括金属网、尼龙网和玻纤网。。

作为一种优选的技术方案，所述实体表皮的成型方式包括下述五种：①、模内一步法成型，先在模具型腔内敷设表皮材料粉末，再定量加入芯部材料颗粒碎片，然后在芯部材料颗粒碎片上面敷设表皮材料粉末，合模后加热塑化成型；②、模内二步法成型，先对模具加热，然后敷设表皮材料粉末，塑化，再定量加入芯部材料颗粒碎片，合模加热塑化成型；③、模内挤出法成型，在模具型腔内采用挤出法敷设致密实体表皮，然后定量加入芯部材料颗粒碎片，合模后加热塑化成型；④、模内预置法成型，在模具型腔内预置片状的制造实体表皮的表层板，然后定量加入芯部材料颗粒碎片，合模后加热塑化成型；⑤、二次成型方法，在型材中间芯部成型后再通过挤出成型覆合板材获得致密实体表皮。

作为一种优选的技术方案，所述表皮材料粉末中添加石英砂改性材料。

作为一种优选的技术方案，在所述实体表皮上加工花纹和/或图案，所述花纹和图案的加工方式包括热转印、曲面披覆和UV光固。

作为一种优选的技术方案，所述表皮材料粉末和所述芯部材料颗粒碎片内添加有阻燃剂。

由于采用了上述技术方案，高孔隙塑料轻质型材制造方法，包括下述步骤：步骤一，准备原材料，将同类相溶性塑料材料进行破碎处理，加入复配成型助剂后进行捏合处理，分别获得表皮材料粉末和芯部材料颗粒碎片；步骤二，芯部成型，将芯部材料颗粒碎片加入模具型腔内，保持芯部材料颗粒碎片的松散状态，合模，对模具进行加热，芯部材料颗粒碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构，通过冷却介质对模具迅速冷却，模具冷却后，开模，取出成品，获得型材中间芯部；步骤三，在型材中间芯部的外表面上成型实体表皮；芯部材料颗粒碎片放入模具型腔中不压密实，直接对模具进行加热，芯部材料颗粒碎片间留有间隙孔洞，经模具的热传导，在成型助剂的作用下，芯部材料颗粒碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构，由于网状开孔立体结构的不规则性，成型后的产品性能指标同比较常规法类产品有很大提高，调整芯部材料颗粒碎片大小及模具内芯部材料颗粒碎片的加入量，就可以得到开孔率、比重不同的板材芯部多孔结构；本发明制造的产品不仅型材的实体表皮光滑，同时提高了型材强度。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的产品结构示意图；

图2是本发明实施例实体表皮的模内一步法成型原理框图；

图3是本发明实施例实体表皮的模内二步法成型原理框图；

图4是本发明实施例实体表皮的模内挤出法成型原理框图；

图5是本发明实施例实体表皮的模内预置法成型原理框图；

图6是本发明实施例实体表皮的二次法成型法原理框图；

图中：1-型材中间芯部；2-实体表皮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，高孔隙塑料轻质型材，包括板材或异型材，所述板材或异型材包括具有网状立体孔洞结构的型材中间芯部1，所述型材中间芯部1的外表面上设置有光滑的实体表皮2，所述实体表皮2的厚度为2mm～4mm。

型材中间芯部1的网状立体孔洞结构在保证型材强度的基础上，减轻了型材的重量，利于型材的运输和使用；型材具有光滑的实体表皮2，可以在实体表皮2上设计雕刻或印刷花纹与图案，更加美观实用。高孔隙塑料轻质型材具有重量轻、环保、价廉、保温、隔音、吃钉效果好、防水、防潮、防腐、防霉变、防虫蛀、不变形等特点。

高孔隙塑料轻质型材应用于建筑行业(建筑模板、地板、装饰材料)材料，家具行业(家具板材)，城市户外的景观(户外地(铺)板、栅栏、护栏、凉亭廊架、花箱座椅)，仓储物流(托盘、物流包装)等。

高孔隙塑料轻质型材制造方法，包括下述步骤：

步骤一，准备原材料，将同类相溶性塑料材料进行破碎处理，加入复配成型助剂后进行捏合处理，分别获得表皮材料粉末和芯部材料颗粒碎片；

步骤二，芯部成型，将芯部材料颗粒碎片加入模具型腔内，保持芯部材料颗粒碎片的松散状态，合模，对模具进行加热，芯部材料颗粒碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构；加热塑化完成后，通过冷却介质对模具迅速冷却，以便迅速形成致密表层，模具冷却后，开模，取出成品，获得型材中间芯部1；所述模具加热方式采用阶梯式渐加热，加热源包括电能、导热油、燃气、饱和蒸汽，加热结构包括辐射加热或嵌入式加热；模具冷却包括风冷或喷淋水冷却；

步骤三，在型材中间芯部1的外表面上成型实体表皮2。

步骤一中，对原材料进行分选，选用同类相溶性材料，尽量去除泥土等杂质，块状塑料直接破碎，片状塑料经团粒后再进行破碎。成型用材料分为两种：表皮材料和芯部材料，表皮材料精选纯度高，无杂质，经破碎后表皮材料目数高于50目以上，便于成型致密层形成光滑的板材表面；芯部用材料碎片颗粒度大，破碎后形成的不规则形状，留有尖角和不规则面，以达到成型后自然形成的孔洞要求。

破碎后的表皮材料粉末和芯部材料颗粒碎片分别进行捏合，捏合过程中加入成型助剂，因为废旧塑料材料含有一定量的泥土等杂物，根据原材料不同及产品性能要求，添加不同配方的复配多元融联助剂，含有链接剂、表面活性剂等成分，在成型时助剂起到助融、胶合链接作用，捏合后的材料就可以转入型材成型工序。

为了缩短成型时间，提高产量,降低了生产成本，在所述步骤二中，所述芯部材料颗粒碎片加入模具前进行预热工艺处理，通过热辐射、高速机械搅拌或热风方式进行预塑化，达到临界熔融状态时加入模具型腔内整平。

如对型材有强度要求时，在所述型材中间芯部1和所述实体表皮2之间敷设增强网，增强网的材料包括金属网、尼龙网和/或玻纤网。根据产品性能要求可单面、双面或多层层压增强网；网孔目数和线径的大小也决定了型材的弯曲强度。

当型材对表面有耐磨性要求时，可以通过在表皮材料粉末中增加石英砂改性材料实现。成品如作为装饰材料，可以在所述实体表皮2上可以加工花纹和/或图案，所述花纹和图案的加工方式包括热转印、曲面披覆和UV光固。可以在所述表皮材料粉末和所述芯部材料颗粒碎片内添加有阻燃剂获得具有阻燃性的型材。对于型材有颜色要求时，通过添加着色剂达到产品要求；型材成品废弃后可以多次重复加工，循环利用。

所述实体表皮2的成型方式包括下述五种：①、模内一步法成型，先在模具型腔内敷设表皮材料粉末，再定量加入芯部材料颗粒碎片，然后在芯部材料颗粒碎片上面敷设表皮材料粉末，合模后加热塑化成型；②、模内二步法成型，先对模具加热，然后敷设表皮材料粉末，塑化，再定量加入芯部材料颗粒碎片，合模加热塑化成型；③、模内挤出法成型，在模具型腔内采用挤出法敷设致密实体表皮2，然后定量加入芯部材料颗粒碎片，合模后加热塑化成型；④、模内预置法成型，在模具型腔内预置片状的制造实体表皮2的表层板，然后定量加入芯部颗粒状材料碎片，合模后加热塑化成型；⑤、二次成型方法，在型材中间芯部1成型后再通过挤出成型覆合板材获得致密实体表皮2。

①、模内一步法成型：

如图2所示，将表皮材料粉末(高目数、纯度高)定量敷设于模具型腔底部整平，敷设量决定型材表皮层的厚度，再将捏合好的芯部材料颗粒碎片定量加入模具型腔内整平，加入量可根据型材开孔率调整控制，然后在芯部材料颗粒碎片上面定量敷设表皮粉状材料，加料完成后将模具闭合，材料在模腔中不压密实，芯部材料颗粒碎片间留有间隙孔洞。闭合后的模具进行阶梯式逐渐加热，由于塑料材料是不良导热体，型材在一定厚度下，热传导是一个缓慢过程，随时间和温度的逐步提升，以达到整个成型材料的均匀加热，每个塑料碎片间均匀达到塑化温度，在专用助剂的作用下，塑料碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构，调整颗粒碎片大小及模具内塑料的加入量，决定了型材的开孔率和比重。经过30～40分钟加热塑化，加热时间可根据板材厚度、材料敷设密度进行调整，塑化完成后迅速对模具进行冷却，冷却方式可采用风冷和喷淋水冷，待模具冷却型材定型后打开模具，顶取出型材成品。

②、模内二步法成型：

如图3所示，首先对模具进行加热，其温度达到塑料熔融温度，将表皮材料粉末(高目数、纯度高)敷设于模具型腔成形面，表皮材料粉末在模具温度的作用下，首先将其熔融塑化成致密的表面层，形成光滑的型材表面，表面层的厚度通过材料的敷设量控制。在表皮层塑化成型后定量加入芯部材料颗粒碎片并整平，加料完成后将模具闭合，闭合后的模具进行阶梯式逐渐加热，经过30～40分钟加热塑化，加热时间可根据板材厚度、材料敷设密度进行调整，塑化完成后迅速对模具进行冷却，模具冷却型材定型后打开模具，顶取出型材成品。

③、模内挤出法成型：

如图4所示，首先对模具加热，由挤出机通过片型口模挤出熔融板(片)，即片状实体表皮2，敷设于模具型腔成形表面，片材口模间隙决定型材表皮层的厚度，然后定量加入芯部材料颗粒碎片整平，再挤出熔融板(片)敷设于芯部材料颗粒碎片之上，完成后将模具闭合，闭合后的模具进行阶梯式逐渐加热，经过30～40分钟加热塑化，加热时间可根据板材厚度、材料敷设密度进行调整，塑化完成后迅速对模具进行冷却，模具冷却型材定型后打开模具，顶取出型材成品。

④、模内预置法成型：

在模具型腔内预置实体表皮2的表层板(片)，然后定量加入芯部材料颗粒碎片并整平，加料完成后将模具闭合，闭合后的模具进行阶梯式逐渐加热，经过30～40分钟加热塑化，加热时间可根据板材厚度、材料敷设密度进行调整，塑化完成后迅速对模具进行冷却，模具冷却型材定型后打开模具，顶取出型材成品。

⑤、采用二次成型方法：

采用一步法成型表面粗糙的多孔型材，然后采用挤出法成型型材致密表层，挤出机成型模具为板材包覆口模结构，对进入口模前的型材表面进行加热，然后型材进入挤出口模进行表皮层包覆，经多辊压光、冷却定型、修边。

高孔隙塑料轻质型材的生产所需原材料选择范围广，涵盖了聚烯烃，苯烯烃，聚氯乙烯及工程塑料等热塑性材料，可以在同一套设备实现生产，在成型设备方面的投资远远低于现有的成型设备，在生产过程中不会产生有害气体污染环境，其在工艺实现和产品规格更换方面的便利性，异型板材快速制造(设备、模具投资少，开发周期短)等方面所具有的优势，以及成型的型材成品具有的高孔隙率，比重轻(可达0.5比重)，强度高，制造成本低的特点，尤其是在解决废旧塑料给环境造成污染方面，实现废旧塑料的循环再利用，具有独特的优势，最突出的应用实际例是建筑模板，具有重量轻、强度高、寿命长、重复使用次数是木制板材的三倍以上，使用成本大大低于木材及其他类产品，其性能指标达到和超过相关国家标准，并且可回收循环利用，节约大量木材，保护森林资源，符合可持续发展的国策，造福社会，是塑料型材制造工艺的重大创新，该项发明技术具有重大的社会意义，势将得到广泛推广应用。

高孔隙塑料轻质型材制造方法，不同于常规的型材成型方法，不采用挤出工艺、压延工艺，其型材的孔洞不是由化学发泡剂和物理法形成，不同于现有发泡工艺所形成的闭孔或开孔的泡孔结构。

高孔隙塑料轻质型材制造方法选用常用的热塑性塑料，材料品种涵盖范围广，资源丰富，随着社会经济的发展，常用的聚烯烃、苯烯烃类材料因为作为生活垃圾，已经给环境带来了很大的影响，所以“废物利用”是该发明技术的核心价值。

下面简单介绍一下高孔隙塑料轻质型材制造方法所使用的成型设备及模具：

成型设备采用流水生产线结构，由加料系统、成型模具、合模系统，加热系统，冷却系统，开模系统、制品顶取出系统、轨道系统、液压气动系统及控制系统组成。

加料系统：包括料斗，输送装置，储料仓，计量装置，加料机构、整平机构等组成，其功能是将原材料定量加入至成型模具腔内。

工作原理：原材料经破碎、捏合、添加成型助剂后，进入料斗，再经输送装置送入储料仓，储料仓设有料位控制装置以保持料位，计量装置是自动计量产品的用料量，计量好的原料由加料机构将其加入模腔内，然后由整平机构对模腔内的原料进行整平。

成型模具：为模压塑化成型模具结构，由上模(凸模)、下模(凹模)、导向机构、顶出机构、锁模机构等组成。

上、下模主体选用铝合金、铜等导热性好的金属材料，模具型腔(成型产品部位)进行阳极化处理或镀铬，以提高硬度、光洁度和使用寿命。顶出机构由多个顶杆(板)组成，安装在模具下模。锁模机构的功能是模具完成加料后合模，脱离合模系统后对模具上、下模的锁紧，以保持型腔压力。

合模系统：包括上下固定模板、移动模板、合模油缸和安全机构组成。作用是实现模具的闭合，并对加入模具内的原料施压。

开模系统：包括上下固定模板、移动模板、开模驱动机构、模具锁紧机构开启装置组成。作用是实现模具的开启，工作顺序是先开启模具的锁模机构，然后再开启模具。

加热系统：根据成型工艺，模具的温升需要一个缓慢的过程，由于产品量产的需求，采用多模、多工位连续成型工艺，加热系统为隧道阶梯式逐渐温控加热结构，自动温度控制，模具的加热源为电加热、导热油、燃气、饱和蒸汽等，加热结构包括辐射加热、嵌入式加热。

冷却系统：采用风冷或喷淋水冷方式，冷却水为闭环式循环结构，通过冷却塔对冷却水降温。

制品顶取出装置：模具开模后，顶出装置采用机械液压结构驱动，作用于模具顶杆，将冷却定型后的成品顶出模腔，然后由吸盘式机械手将成品移出叠放。

轨道系统：由工艺轨道、模具定位装置、模具快速回位轨道、模具换向机构及驱动装置组成，轨道系统为环形结构。

工艺轨道分为三段，第一段设有加料、合模工位，第二段设有加热、冷却工位，第三段设有开模、顶取产品工位，

模具快速回位轨道，分为上模回位轨道和下模回位轨道。作用是模具开模制品取出后快速回到待加料工位，

液压气动系统：主要由各液压元件、气动元件和辅助元件所组成，作用是实现生产线按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足生产线各部分所需压力、速度等的要求。

电器控制系统：采用PLC程序控制，人机界面，与液压气动系统配合，可实现生产线工艺过程要求(压力、温度、速度、时间、距离)和各种程序动作。主要由电器、电子元件、仪表、传感器等组成。控制方式可以采用手动、半自动或全自动。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.高孔隙塑料轻质型材，包括板材或异型材，其特征在于，所述板材或异型材包括具有网状立体孔洞结构的型材中间芯部，所述型材中间芯部的外表面上设置有光滑的实体表皮。

2.如权利要求1所述的高孔隙塑料轻质型材，其特征在于，所述实体表皮的厚度为2mm～4mm。

3.高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一，准备原材料，将同类相溶性塑料材料进行破碎处理，加入复配成型助剂后进行捏合处理，分别获得表皮材料粉末和芯部材料颗粒碎片；

步骤二，芯部成型，将芯部材料颗粒碎片加入模具型腔内，保持芯部材料颗粒碎片的松散状态，合模，对模具进行加热，芯部材料颗粒碎片间自然熔融塑化链接后形成网状立体孔洞结构，通过冷却介质对模具迅速冷却，模具冷却后，开模，取出成品，获得型材中间芯部；

步骤三，在型材中间芯部的外表面上成型实体表皮。

4.如权利要求3所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述模具加热方式采用阶梯式渐加热，加热源包括电能、导热油、燃气、饱和蒸汽，加热结构包括辐射加热或嵌入式加热；模具冷却包括风冷或喷淋水冷却。

5.如权利要求3所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述芯部材料颗粒碎片加入模具前进行预热工艺处理，通过热辐射、高速机械搅拌或热风方式进行预塑化，达到临界熔融状态时加入模具型腔内整平。

6.如权利要求3所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，所述型材中间芯部和所述实体表皮之间敷设增强网，所述增强网包括金属网、尼龙网和玻纤网。

7.如权利要求3所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，所述实体表皮的成型方式包括下述五种：①、模内一步法成型，先在模具型腔内敷设表皮材料粉末，再定量加入芯部材料颗粒碎片，然后在芯部材料颗粒碎片上面敷设表皮材料粉末，合模后加热塑化成型；②、模内二步法成型，先对模具加热，然后敷设表皮材料粉末，塑化，再定量加入芯部材料颗粒碎片，合模加热塑化成型；③、模内挤出法成型，在模具型腔内采用挤出法敷设致密实体表皮，然后定量加入芯部材料颗粒碎片，合模后加热塑化成型；④、模内预置法成型，在模具型腔内预置片状的制造实体表皮的表层板，然后定量加入芯部材料颗粒碎片，合模后加热塑化成型；⑤、二次成型方法，在型材中间芯部成型后再通过挤出成型覆合板材获得致密实体表皮。

8.如权利要求3所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，所述表皮材料粉末中添加石英砂改性材料。

9.如权利要求3所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，在所述实体表皮上加工花纹和/或图案，所述花纹和图案的加工方式包括热转印、曲面披覆和UV光固。

10.如权利要求3至8任一权利要求所述的高孔隙塑料轻质型材制造方法，其特征在于，所述表皮材料粉末和所述芯部材料颗粒碎片内添加有阻燃剂。