CN1246142C - 连续生产预制板的方法和预制品及其用途 - Google Patents

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Abstract

占总重量50～90%的纤维、特别是木纤维或纤维素或木材制成的颗粒与10～50%重量的热固性树脂混合，除采用单种树脂外，还可采用两种或两种以上的树脂的混合物。该混合物经捏合和均匀后送到具有多个加热区的挤压机中对混合物加热。必须注意在挤压机出口的最高温度不超过120℃，因为高于该温度树脂开始固化。未完全固化的混合物挤压成均匀的复合物并送入压延机生产线，在该生产线上对复合物加压使其形成预制板并稳定其形状，然后取出以作进一步加工或储存。

Description

连续生产预制板的方法和预制品及其用途
本发明关于连续生产板的方法，该板是板式预制品，由纤维和/或纤维素或木材制的颗粒和至少热固性树脂组成的混合物制成，本发明还关于一种预制品及其用途。
US-A 5082605公开了生产复合材料的方法，该复合材料包括不连续的纤维素纤维连接并封装在连续的聚合物内，该聚合物主要是聚乙烯。纤维素纤维的长度与直径之比为2～2，它们与聚合物混合，混合温度增大到封胶点。封胶后的材料固定在封胶区内，同时颗粒尺寸减小了。然后在温度控制在封胶范围内的情况下挤压该材料。在到达加热的模子之前纤维基本定向在流动方向。纤维素纤维和聚合物混合的重量比在40％的聚合物和60％的纤维、以及60％的聚合物和40％的纤维之间，混合物的表面温度在143～177℃之间，或更高一些。这里的表面温度取决于所用的聚合材料。然后将混合物分为最大尺寸为3.8cm的多个部分，然后挤压这些部分，温度保持在封胶温度范围内。在挤压期间，封胶的纤维基本定向在流动方向。聚合物主要是低密度的聚乙烯，当然也具有少量的高密度聚乙烯。在聚合物中还可具有少量的聚丙烯。由复合材料制成的产品的例子包括：屋顶、地板、板材、门窗用的挡板或框架，以及家用或花园用的物品。
US-A 4228116描述了一种可成形的板材，它是由重量占40％-60％的热塑性树脂、最好是聚丙烯和重量占40％-60％的有机物、特别是纤维素、木材颗粒等的填料形成的部分聚集的混合物经塑化和挤压而成。在固化前，挤压材料滚压成一个条带。这些挤压、滚压的条带切成板通过将温度升高的板进行加压或其它成形方法，将这些板用于制造如车辆的仪器代表板或其它元件、或用于制造家具或家具部件，这对热塑性材料的加工来说，均是已知技术。另外，这些板还可用于原木或胶合板使用的场合。
WO 91/19754公开了一种浸渍塑料的板，它包括环氧基和酚醛清漆硬化剂无溶剂塑料，如果需要的话，还具有加速剂。挥发物质的比例占重量的0.5％。为生产这种板，无溶剂环氧-酚醛清漆加热到60～140℃的温度，在此温度上，树脂混合物的粘度为5～50Pa·S，预热的环氧-酚醛清漆混合物在压延机中连续地渗入纤维薄片中。用这种方法生产的板具有良好的收藏稳定性，并宜用于生产良好的抗化学物质和耐热的热压、全固化的塑料构件，其中一个例子是玻璃纤维板。
本发明的目的在于提供一种方法，该方法中可通过普通的方法挤压出有机纤维含量达重量的90％的预制品，混合物不会分解。该目的还延伸到提供一种稳定储存的预制品，它可用于模制完全固化的板、或具有基本光滑表面、合适情况下具有简单的结构表面的板。
达到上述目的的方法包括：
(a)将50％～90％重量的堆积密度为50～300kg/m3的纤维和/或堆积密度为400～500kg/m3的颗粒与10％～50％重量的热固性树脂混合，这里每个重量百分比是基于混合物的总重量而得出的，
(b)捏合并均匀由纤维和/或由破碎而得到纤维的颗粒、和至少一种热固性树脂制成的混合物，将该混合物送到挤压机上，
(c)加热挤压机中的混合物，加热到出口温度达到树脂开始固化的温度，
(d)挤压该混合物，混合物没有完全固化，它作为一种均匀的复合物配置到压延机的生产线内，
(e)在压延机生产线上对均匀的复合物加压，一直加到使该板成为预制品；和
(f)取下预制品并稳定它的所要求的形状。
达到该目的的另一种程序是：
(a’)将50％～90％重量的纤维和/或破碎后以得到纤维的颗粒、和10％～50％重量热固性树脂在挤压机中混合，
(b’)改变在挤压机中由纤维和一种或多种热固性树脂制成的混合物的加热程度，
(c’)加热挤压机中的混合物，加热到挤压机出口温度达到树脂开始固化的温度，
(d’)挤压该混合物，混合物没有完全固化，它作为一种均匀的复合物配置在压延机的生产线上，
(e’)在压延机的生产线上对均匀的复合物加压，一直加到使板成为预制品；和
(f’)取出预制品，并稳定它的所要求的形状。
本方法所用的纤维是木纤维，它的湿度占木纤维总重量的2～50％，特别值为10～20％。在挤压前，该混合物干燥到使它的湿度量级为混合物重量的2～5％。在混合机中捏合该混合物是有用的，然后放到挤压机中，在没有任何回压力加在挤压机螺杆上的情况下挤压混合物。本方法所用的热固性树脂包括不同冷凝程度、不同类型的混合物、或两种或多种这类树脂的混合物将一种、两种或多种的具有不同密度的和不同的纤维长度对直径比的纤维和/或颗粒送入混合器。将纤维和/或颗粒与树脂分开引入混合器是有利的。该挤压机包括不同温度的区域，温度控制成使混合物在挤压机出口处的温度不高于120℃。在该温度上树脂开始固化，然而还不足以使树脂和纤维制成的混合物或树脂完全固化。在本方法的一个实施例中，热固性树脂从下组中选出：酚醛树脂、蜜胺树脂和环氧树脂。
热处理后的、由纤维和至少一种热固性树脂制成的复合材料的板的预制品包括50％～90％重量的纤维和10％～50％重量的至少一种热固性树脂，重量的百分比是基于复合材料的总重量，这里预制品的树脂还未完全固化。
这些预制品用于一种初始材料，通过将这些材料的一块或多块插入一个模子并由该热压模来使材料完全固化而制成热压的、完全固化的板。
下面用附图来更详细地描述本发明：
图1是进行本发明方法的第一种方法的各步骤的流程图；
图2是进行本发明方法的第二种方法的各步骤的流程图；
图3是实施图2所示的本发明方法的第二种方法的设备，
图4是实施图2所示方法的另一些设备。
本发明的方法中采用的一种重要的原料是如木纤维、木颗粒、木片和/或木条那样的木材颗粒，这些木材颗粒的较小长度和直径使板类的预制品具有光滑的表面，并可使预制品达到高密度。在本方法中所用的木材颗粒通常具有的直径或宽度小于和/或等于3mm，其长度从小于或等于6mm到小于和/或等于60mm，因此其长/宽比为2～20。如果木片的长对宽的比为20，所生产出的预制品可具有很光滑的表面。如果木材颗粒的宽度比一般长度小、或如果宽度不变而长度增大，长对宽的比可在21～40的范围内变化，所生产出的预制品的表面的光滑度比较厚或较短的木材颗粒制成的预制品表面要差一些。对于要求表面是粗糙表面结构的某些板来说，可以采用细长木材颗粒或木纤维制成的预制品。
这里的纤维可以理解为纤维素纤维和/或木纤维，颗粒也可是木材颗粒和纤维素颗粒。这里的颗粒主要用于混合物的堆集密度大于采用松散纤维得到的密度时的情况。
纤维通常预先干燥，使之湿度含量为纤维总重量的2％～50％，特殊情况下为10～20％。当然，如果可以得到干燥过程中的较便宜的能量的话，树脂和纤维也应在挤压前干燥到湿度含量低于其重量的10％，特别情况下为5％-2％。纤维太湿对本方法的第二种重要成分、即热固性树脂或至少一种树脂制成的混合物的粘结有负面影响。湿度过量会增加加工时间和为减少纤维湿度所要求的能量成本。如果初始湿度不是高到纤维重量的20％，就不必进行预干燥，这时因为在挤压机中产生的高温下一定程度地相互离开的纤维的表面积比较大，在它们离开挤压机时，大量的水份蒸发，因此预制品的湿度含量低于该预制品重量的10％，在大多数情况下低于7％。这就可避免在预制品上出现砂眼或凹坑。热固性树脂从下组中选出：酚醛树脂、蜜胺树脂和环氧树脂，树脂的粘度至少为0.05Pa·s，树脂的粘度范围可以0.05到100Pa·s。如果可能树脂最好不含有水和/或溶剂。如果树脂中含有水或溶剂，可以在挤压期间或含一种或多种热固性树脂和纤维组成的复合材料压延后用适当的已知的方法除去树脂的这些成份。在挤压前适当预干燥纤维和树脂可大大减少无用的废水，因为不会有废水出现。
如果需要，在由纤维和/或颗粒和热固性树脂制成的混合物中加入下列成分组成的添加剂：矿物颗粒、辐射稳定剂、催化剂和着色颜料。
在本发明的一种优选方法中，用50％～90％重量的纤维和/或颗粒与10％～50％重量的一种或多种热固性树脂混合，每个重量百分比均基于混合物的总重量。纤维和/或颗粒和树脂的相对百分比值是可变的，它取决于各种参数：如纤维和/或颗粒的类型和尺寸、以及它们的湿度量级，还有树脂的粘度率。通过变换这些重量的百分比，可以按需要来调节生产出预制品的混合物的物理性能。
正如图1所示，热固性树脂2和纤维和/或颗粒3分开来引到混合器1。这里可送入两种类型的纤维和/或颗粒，作为树脂，也可采用两种或两种以上热固性树脂的混合物送入混合器1。还可以将两种或两种以上具有不同密度和不同的长度对直径比的纤维和/或颗粒送入混合器。采用纤维素或木材而不是松散纤维的颗粒可大大增加堆积密度，可高达100％。采用颗粒而不是纤维简化了送入程序。按所要求的堆积密度不同，可选择仅用纤维、仅用颗粒、或纤维和颗粒的组合。
混合器1包括捏合设备，使纤维和/或颗粒3均匀地与热固性树脂2结合，这里必须注意的是，均匀混合物的温度不能超过树脂完全固化的温度120℃，这里可采用具有不同类型和各种冷凝程度的热固性树脂2。纤维的堆积密度为50～300kg/m3，特殊情况下为130～150kg/m2和250～270kg/m3。作为一个例子，该混合器包括多个隔间，其有效长度为40D，这里D是混合器螺杆的直径。纤维3内捏合设备均匀地结合到热固性树脂2中。测定容量的树脂由活塞泵送到混合器的第一隔室、堆积密度为50kg/m3的纤维和堆积密度为250～270kg/m3、最好为256kg/m3的另一种纤维一起测出，这里低堆积密度的纤维以体积测出，而高堆积密度的纤维以重量测出，这些测出的材料送入混合器的第三和第五隔室。还能送入在密度和纤维长度对直径之比相互不同的多于两种不同类型的纤维。
在另一种程序中，仅将一种类型的纤维、即堆积密度为250～270kg/m3、特别是256kg/m3的纤维送入第三和第五隔室。在另外一个例子中，一种类型的堆积密度为130～150kg/m3、特别是140kg/m3的纤维以测定重量的方法通过第三和第五隔室送入树脂中。
除了纤维外，还可采用由纤维素或木材制成的颗粒。该颗粒是由木材或纤维素的压缩纤维制成的，在压缩时不采用任何粘结物。颗粒还可由木板条、A和B类纤维、或其它类型的纤维用压缩方法获得。颗粒的堆积密度在400和500kg/m3之间，与颗粒的大小成反比。这里还可采用不同类型的纤维和颗粒的组合、或仅由颗粒构成的组合。任何特殊组合的选择取决于生产出的预制品所要求的密度。
下表给出了一些预制品的混合技术条件的数据。这种预制品的湿度含量低于重量的10％，该湿度含量可达约为重量的2～5％。
  预制品号   木纤维类型(重量％)   堆积密度(kg/m3)   树脂类型(重量％)   产量(公斤/小时)   温度(℃)
1 A(70) 256   酚醛树脂(30) 100 60
2 A(70) 256 ”(”) 100 60
  3   B(70)   140   ”(”)   100   100
  4   C(42)+A(28)   50+256   ”(”)   100   100
  5   C(42)+A(28)   50+256   ”(”)   100   60
  6   B(70)   140   ”(”)   100   60
  7   B(70)   140   ”(”)   100   120
所有混合工作均可在混合器中在没有困难的情况下进行，实际上仅有困难是称量特殊类型的木材纤维、即会搭接的B型纤维。如果采用颗粒而不是纤维就可简单地消除这个困难，采用这个方法，表中给出的产量可高达100％。在混合器中较大的摩擦力使颗粒分解成纤维，由树脂包围。在温度为60～120℃，基本上所有的木纤维都均匀地结合到树脂中。
均匀的混合物从混合器1送入挤压机4，它的螺杆构形宜用于挤压纤维和树脂形成的混合物，此时的纤维被树脂包围。
可以冷却挤压机的压缩区，从而确保挤压机的任何区域的混合物温度不超出树脂完全固化的120℃，开始迅速完成挤压。如果采用短纤维，在挤压机的压缩区的摩擦力小，因此需要加热而不是冷却。
从挤压机4排放出的由树脂和纤维形成的均匀的混合物送入压延机5，它的辊隙设定为0.4～10mm。均匀的复合物或混合物由压延机5的压辊压展成宽度为100-4000mm的板，然后由如传送带那样的传送设备6送到精整设备7。在精整设备7上，预制品的长度切成所需要的预制品，然后再进一步加工成板或放在中间产品储存处。
图2表示可配置在生产预制品过程中的混合器。称量后的树脂2和两种不同类型的纤维3送入具捏合设备的双螺杆挤压机8，捏合设备安置在纤维3入口的下游。该捏合设备是用以得到完全混合程度而采用的不可反转的构件。这里不能采用可反转的构件，因为它可使纤维和树脂形成的混合物过度地压在螺杆上，造成堵塞。在挤压机中由于摩擦而引起的温度上升可由端部敞开的挤压机来限制，即挤压机的一端没有模子，因此防止在挤压机中升起回压。这种布局还使捏合构件改进了混合性能。因此挤压机的温度调节和控制成在整个挤压机内或挤压机出口处不超过120℃，在120℃的温度上树脂开始完全固化。材料在挤压机8中的加热程度通常使它不必采用额外的，即来自挤压机外部的加热。
如在图1中一样，挤压后的混合物送到压延机5，再由传送设备6从压延机5送到精整设备7。
图3是实施图2方法的设备。与图2的挤压机8相对应的挤压机9上升到加压区，该加压区的温度分别为27/25℃、50/60℃到106/115℃但在挤压机的出口处不超过120℃。树脂2或由两种或多种可固化的树脂形成的树脂混合物首先引入挤压机，接着再送入各种纤维3。可以通过在挤压机9中减压脱去挥发成分来除去树脂和纤维中的湿度。还能在挤压机捏合构件的下游除去湿度，它是采用挤压机的圆柱体敞开，经常产生的100～120℃的温度使湿气蒸发出去。混合物11从挤压机9连续地挤压到倾斜的供给装置10上，供给装置10再供给例如有3个压延辊12、13、14的压延机上。该压延机还可具有4～6个压延辊。供给装置10通常是一条传送带，它在两个压延辊12和13之间的第一辊隙中的混合物11的宽度上作可调节的往复移动，用于混合物在传送带往复移动的终点比在压延机辊12、13的中部拉出的要多，所以传送带在终点处要暂停一段时间。传送带的带速、和传送移动的范围和速度象终点的暂停时间一样，是可调节的。除了传送带外，还可采用其它的能将混合物11送到压延机辊的传送设备。该供给装置10可用于加工相当长的纤维。在挤压机9将材料供到槽形模子的情况下，待加工的纤维的预调也是相当小的，供给装置及在某些情况下的压延机也能将从槽形模子直接引出的复合物19配置到传送带上。由压延机辊加到混合物11上的压力在压延机辊13和14之间的辊隙上模制成合适的板，板的宽度为100～4000mm。在离开压延机后，预制品板送到带式传送器15、16上，它们使预制品板稳定。这种带式传送器的一个例子是由两根环形传送带组成，它们绕辊子运行，它们在预制品板上的作用类似于加工连续的压力，辊子形成预制品通过的间隙。
通过将压延机辊13、14加热到低于120℃或冷却到室温或低于室温、或者由传送带15、16冷却到室温，由于这些冷却预制品的步骤均低于120℃，因此预制品中树脂混合物或树脂的固化停止通过调节混合物11的温度，可以将制品的密度控制到相当高的密度。该密度范围为250～1250kg/m3，还可采用较短纤维控制在该范围内的较高密度上。
图4是实施图2方法的另一种设备的示图。挤压机17具有高达10个的加热区，它们的温度范围分别是27/35℃、50/60℃～106/115℃；在挤压机的出口处不大于120℃。首先将树脂2或由两种或两种以上的可固化的树脂制成的树脂混合物引入挤压机17，然后再引入各种纤维3或颗粒、或者各种纤维和颗粒。该混合物被继续地挤压到倾斜的供给装置18上，也再供给传送带19。这里为了避免重复，可参照图3描述的供给装置10及其功能。供给装置18将板延展在传送带19上，两个辊子20、21压实该板，使板24的宽度达到100～4000mm。如果需要，可以冷却辊20、21中的任何一个，从而冷却热的延展的板，如果来自挤压机的混合物需要部分固化而必须升温，可以进行加热。该合适的板24穿过带式传送器22、23的传送带之间的间隙，该传送器在板24上的作用类似于连续加压，它可稳定该板，从而得到成品的预制品。
本发明所产生的优点在于：可生产不同宽度的预制品。并可采用不同长度和宽度的纤维，可以采用不同冷凝程度的树脂、或相互混合各种树脂，而这些材料通常是不宜用于发泡生产线上的树脂。在纤维和树脂制成的混合物中，两种或多种树脂可与纤维混合，这里的挤压机能将这些树脂单独引入混合器，这就能使用可获得所需要的预制品的表面性质和质量的树脂混合物。如果在由预制品生产的板上不采用装饰层或覆盖层，如果将如矿物颗粒、辐射稳定剂、催化剂或颜料等添加剂加到纤维和热固性树脂的混合物中，就可获得较大的尺寸稳定性或某种特殊设计的外观。添加剂的量约为预制品重量的1～20％。这种预制品用作生产热压的、完全固化的部件或板，未完全固化的预制品在热压期间完全固化。这里的预制品可单层热压、或按板厚要求也可用两层或多层预制品与装饰层或其它层一起热压。在热压期间，总是要求预制品的树脂或树脂混合物完全固化。这时预制品的树脂的粘度为0.05Pa·s-100Pa·s。不同类型的纤维在预制品的密度上有很大的差异，纤维的堆积密度越高，预制品的密度就越大。人们已经发现，当采用如表中所列的木纤维A，其堆积密度约为260kg/m3，则预制品的密度在温度范围60～100℃时与温度无关。相反地采用堆积密度约140kg/m3的B型木纤维的预制品密度在温度范围60～120℃时对温度有依赖性，密度随着温度的升高而增大，在60℃时密度为450kg/m3，而在120℃时则为550kg/m3。采用这种类型的木纤维，在温度范围为60～120℃时通过在压延机中增大压力和提高温度，预制品密度可达500～700kg/m3。基本为立方形的A型木纤维，通过增加温度基本不能进一步地压缩，它在温度为60～120℃时，即使压力增大，其密度为差不多在590～660kg/m3之间的常数。而采用B型木纤维，可以生产出具有非常光滑的表面的预制品。在木纤维的堆积密度低于140kg/m3时，所得出的预制品的表面结构稍微有点粗糙。

Claims (21)

1.一种连续生产预制板的方法，该预制板是由纤维和/或颗粒、和一种或多种热固性树脂组成的混合物制成，其中颗粒是由破碎后以得到纤维的纤维素或木材制成，该方法包括下列步骤：
(a)将50～90％重量的堆积密度为50～300Kg/m3的纤维和/或堆积密度为400～500Kg/m3的颗粒与10～50％重量的热固性树脂混合，其中重量的百分比是基于混合物的总重量得出的；
(b)捏合和均匀该混合物，将该混合物送到挤压机上；
(c)加热在挤压机中的混合物，加热到出口温度达到树脂开始固化的温度；
(d)挤压该混合物，混合物没有完全固化，它作为一种均匀的复合物配置到压延机的生产线内；
(e)在压延机的生产线上对均匀的复合物加压，一直加到使该板成为预制品；和
(f)取出预制品并稳定它的所要求的形状。
2.按照权利要求1的方法，其中步骤(a)和(b)变成步骤(a′)和(b′)，其中(a′)将50～90％重量的纤维和/或破碎成纤维的颗粒与10～50％重量的热固性树脂在挤压机中混合和捏合，(b′)改变挤压机中由纤维和至少一种热固性树脂制成的混合物的加热程度。
3.按照权利要求1的方法，其中纤维是木纤维，其湿度范围为木纤维总重量的2～50％。
4.按照权利要求1的方法，其中在挤压前，该混合物干燥到使它的湿度量级为混合物重量的2～5％。
5.按照权利要求1的方法，其中混合物在混合器中捏合，然后送到挤压机上，在没有任何回压加在挤压机螺杆上的情况下挤压该混合物。
6.按照权利要求1的方法，其中采用不同冷凝程度的、或不同类型、或两种或两种以上的树脂的混合物的热固性树脂。
7.按照权利要求1的方法，其中将一种、两种或多种的具有不同密度的和不同的纤维长度对直径比的纤维和/或颗粒送入混合器。
8.按照权利要求6的方法，其中将树脂引入混合器是与引入纤维和/或颗粒分开的。
9.按照权利要求1的方法，其中在挤压机的出口上的混合物升高的最高温度不超过120℃。
10.按照权利要求1的方法，其中热固性树脂从下组中选出：酚醛树脂、蜜胺树脂、和环氧树脂。
11.按照权利要求10的方法，其中热固性树脂的粘度至少为0.05Pa·s。
12.按照权利要求11的方法，其中树脂的粘度在0.05～100Pa·s的范围内。
13.按照权利要求11的方法，其中树脂是无水和/或无溶剂的。
14.按照权利要求11的方法，其中树脂包含水或溶剂，它们在挤压期间或压延后除去。
15.按照权利要求1的方法，其中混合物中加入从下组中选出的添加剂：矿物颗粒、辐射稳定剂、催化剂或颜料。
16.按照权利要求1的方法，其中树脂的固化程序通过冷却压延区和/或带式传送器而终止。
17.按照权利要求1的方法，其中当开始传送预制板时，在预制品上加压以稳定其形状。
18.按照权利要求1的方法，其中加到由纤维和热固性树脂制成的混合物上、以形成预制板的温度和压力选择成能使最终的预制品的密度达250～1250kg/m3。
19.按照权利要求1的方法，其中预制品板的宽度范围为100～4000mm。
20.按照权利要求1的方法，其中木材颗粒的长度/宽度之比为2～20。
21.按照权利要求1的方法，其中木材颗粒的长度/宽度之比为21～40。
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