專利名稱：纖維聚合物復(fù)合材料(fpc)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本領(lǐng)域廣為人知的復(fù)合材料——纖維聚合物復(fù)合材料[FPC，也稱作纖維素聚合物材料(CPC)]，其中一組重要的復(fù)合材料稱作木質(zhì)聚合物復(fù)合材料(WPC)。更具體地，本發(fā)明涉及制造FPC材料的方法，該方法為所述材料提供了所需的著色外觀；本發(fā)明涉及著色FPC材料。
背景技術(shù)：
FPC材料包含特定的有機(jī)纖維組分，如木材鋸末組分，它分散并包埋在由固化聚合物組分形成的基質(zhì)中。這種FPC材料通常這樣制備對包含顆粒狀纖維組分和顆粒狀聚合物組分的顆粒狀可流動預(yù)混物進(jìn)行混合，得到可流動的受熱糊劑，然后一般通過擠塑將其制成人造制品(artefact)，并通過干預(yù)使其固化或令其自然固化，得到固化人造制品形式的產(chǎn)品，所述人造制品包含固化聚合物基質(zhì)，纖維有機(jī)組分顆粒分散在其中，作為纖維增強(qiáng)劑和填充劑。
本發(fā)明人注意到，這種FPC材料過去是通過向可流動預(yù)混物中加入顆粒狀或粉末狀的顏料母粒進(jìn)行著色的，顏料母粒顆粒在混合過程中分散在可流動受熱糊劑的聚合物組分中，因而當(dāng)糊劑固化形成人工制品時，它們與纖維組分顆粒一起分散在由固化聚合物組分形成的基質(zhì)中，其作用是在聚合物組分固化之后為人造產(chǎn)品著色。
現(xiàn)有的這種方法的缺點(diǎn)是，纖維組分的纖維狀顆粒基本上沒有著色，其原因是沒有纖維狀顆粒借助聚合物組分或任何顏料顆粒分散在聚合物組分中，因而纖維狀顆粒和基質(zhì)通常具有明顯不同的顏色。這使固化產(chǎn)品在外觀上有斑點(diǎn)，產(chǎn)品的斑點(diǎn)是由位于或靠近基質(zhì)表面的顆粒形成。此外，基質(zhì)中通常位于或靠近其表面的纖維狀顆粒在氣候因素侵蝕下容易發(fā)生漂白，特別是在受到陽光中的紫外線作用時，因而加重了不需要的斑駁外觀。
FPC材料的主要用途之一(如果不是最主要的話)是擠塑形成板材，用于人行道、地板，尤其是甲板，在這種情況下擠塑出的板材上通常帶有花紋，賦予它們防滑特性，這在它們被潤濕的情況下特別有用。在使用中，這種板材常常因步行者而受到磨損，這會磨掉位于纖維顆粒上面的基質(zhì)表面層，因而不能保護(hù)顆粒的纖維材料免受UV侵蝕。這種侵蝕作用通常會加重不希望的斑駁外觀，使其加速惡化，因?yàn)樗鲱w粒的顏色往往在開始時就比基質(zhì)的顏色淺，受侵蝕后通常進(jìn)一步變白。
不難理解，當(dāng)人造產(chǎn)品是按照特定的顏色型號或顏色規(guī)格銷售的時候，斑駁的外觀，尤其是外觀的任何變化，會給用舊或受損的人造產(chǎn)品的更換帶來麻煩。因此，舉例來說，如果用于人行道、地板或甲板的板材在陽光作用下風(fēng)化，因而需要更換新的板材，那么會進(jìn)一步造成不想要的打補(bǔ)丁的樣子，因?yàn)樾聯(lián)Q的板材沒有受到侵蝕，其整體顏色和斑駁外觀不同于余下的板材，這種差異是非常突兀的。
本發(fā)明準(zhǔn)備解決，至少減輕上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供了制造纖維聚合物復(fù)合材料(FPC)的方法，具體是通過混合顆粒狀有機(jī)纖維組分與可模塑的聚合物組分，得到經(jīng)加熱的可流動糊劑，將該糊劑成形為人造制品，并使其固化或讓其自然固化，得到分散有纖維組分的顆粒的固體基質(zhì)，該方法包括在固化聚合物組分形成基質(zhì)之前，通過用著色材料浸漬纖維顆粒對所述纖維顆粒進(jìn)行著色的步驟。
雖然原則上可以在混合期間對顆粒狀纖維組分和聚合物組分進(jìn)行混合，成為或多或少是連續(xù)的，且至少部分軟化而呈可流動的糊狀或熔融形式，但混合纖維組分和聚合物組分以得到經(jīng)加熱的可流動糊劑的步驟，可通過混合顆粒狀纖維組分和顆粒狀聚合物組分的顆粒預(yù)混物更加方便地進(jìn)行，其中預(yù)混物包含纖維組分顆粒和聚合物組分顆粒。
此外，雖然原則上可以在混合過程中以及使糊劑固化成人造制品之前對纖維顆粒著色，但預(yù)期通常在混合之前對纖維顆粒著色，例如在形成顆粒預(yù)混物之前或期間，也就是將纖維顆粒分散在可流動糊狀熱塑性組分中之前。
本發(fā)明考慮在浸漬到纖維顆粒時采用所謂染色牢固的著色材料或顏料，因?yàn)榧词固幱趷毫拥臍夂颦h(huán)境下，如暴露于陽光、水(如海水)或其組合等時，浸漬的氣流的顏色很難變化或褪色，優(yōu)選基本上不變化或褪色。
對纖維顆粒進(jìn)行浸漬時，可以使它們與著色液接觸，使著色液或讓著色液經(jīng)由顆粒表面上的表面孔，進(jìn)入纖維顆粒內(nèi)部的互連孔穴和/或通道。在此情況下，纖維顆粒與著色液的接觸可通過將著色液噴淋在纖維顆粒表面上實(shí)現(xiàn)。自然地，根據(jù)液體著色材料的性質(zhì)，它也可以用來對聚合物組分著色，尤其是在混合期間與纖維顆粒接觸的時候。
用于噴淋的著色材料或顏料呈液態(tài)，以便于其通過噴淋來浸漬和分散到纖維顆粒中，噴淋操作可借助霧化方便地進(jìn)行，因而在纖維顆粒表面噴淋的著色材料為類似于蒸汽的薄霧狀細(xì)小噴霧。如上所述，在混合之前，例如在形成顆粒預(yù)混物之前或期間對纖維顆粒進(jìn)行著色時，可以在纖維顆粒滾動的過程中將噴霧、蒸汽或薄霧導(dǎo)向纖維顆粒，其中纖維顆?？梢詥为?dú)存在或作為預(yù)混物的一部分。滾動操作可以通過旋轉(zhuǎn)混合器、帶式攪拌機(jī)或高速混合器實(shí)現(xiàn)。
在浸漬著色液之前，可以將纖維顆粒置于不足1個大氣壓的壓力或真空壓力下，通過表面孔從纖維顆粒內(nèi)部的互連孔穴和/或通道抽出氣體、蒸汽和/或液體，以利于在后面用著色液浸漬。顆粒所處的不足1個大氣壓的壓力可以在30-70千帕，通常為40-50千帕的絕對壓力范圍內(nèi)，相當(dāng)于軟真空；在浸漬著色液之前，顆?？梢蕴幱诓蛔?個大氣壓的壓力下30-60秒，以促進(jìn)從纖維顆粒中充分抽出氣體、蒸汽和/或液體。
可以對纖維顆粒進(jìn)行干燥，以補(bǔ)償在浸漬著色液時進(jìn)入纖維顆粒的不需要的液體。關(guān)于這一點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)記住的是，一方面在不足1個大氣壓的壓力下從顆粒中抽出的氣體、蒸汽和/或液體通常包含空氣的氣態(tài)和蒸氣組分以及液態(tài)水，干燥通常所起的作用也類似地是從纖維顆粒中除去液態(tài)水或水蒸汽，另一方面所用的任何著色液通常都是含水的或水基的。
浸漬著色材料的纖維顆粒在浸漬之前，其含濕(水)量最多為5質(zhì)量％，這在本領(lǐng)域被看作或多或少是干燥的。在此情況下，該方法可包括預(yù)干燥步驟，用來將纖維顆粒中的含濕(水)量降低到所需數(shù)值，例如最多20質(zhì)量％，通常為2-20％，優(yōu)選5-15％。作為替代步驟或補(bǔ)充步驟，可以對包含浸漬著色液的顆粒進(jìn)行干燥，其目的同樣是為了達(dá)到所需的含濕(水)量，例如最多20質(zhì)量％，通常為2-20％，優(yōu)選5-15％。但是，如果需要，原則上在本領(lǐng)域看來或多或少濕潤的纖維顆粒上，例如含濕(水)量在20-40質(zhì)量％的纖維顆粒上，也可以對著色材料進(jìn)行浸漬。
著色材料可以浸漬到纖維顆粒表面下至少5微米的深度，通常為5-10微米。當(dāng)然，除非單個顆粒太小，以至于它們被完全浸漬了著色材料而達(dá)到飽和。關(guān)于這一點(diǎn)，本申請人發(fā)現(xiàn)，如果著色材料的用量達(dá)到纖維組分的至少1質(zhì)量％，例如纖維組分∶著色材料的干質(zhì)量比最多為200∶1，優(yōu)選30∶1-150∶1，通常為100∶1，那么著色材料可以滲透到纖維顆粒的足夠深度。
纖維顆?？梢允穷w粒形式，其形狀可近似為立方形或球形，或者可以是近似拉長的，呈纖維或線狀。當(dāng)然也可以采用所述顆粒形狀組合的纖維顆粒；纖維顆?？梢允峭枇Ｐ?，通過對諸如鋸末這樣的顆粒纖維原料進(jìn)行造粒而形成的。不管采用何種形式的纖維組分，它都具有纖維狀的多孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含經(jīng)由顆粒表面的孔與顆粒表面相通的內(nèi)部互連孔穴和/或通道。
纖維組分與聚合物組分的混合可以通過同時擠出纖維組分和聚合物組分進(jìn)行。同時擠出可以通過利用雙螺桿擠出機(jī)共擠出來進(jìn)行，所述擠出機(jī)為混合提供所需剪切力。相反，同時擠出也可以通過利用單螺桿擠出機(jī)擠出纖維組分和聚合物組分的可流動顆粒預(yù)混物來進(jìn)行。在每種情況下，如果擠出和混合所提供的剪切作用不足以將聚合物組分加熱到充分呈糊狀的稠度，可以在需要的情況下補(bǔ)充加熱。
通常按照先擠出人造制品，然后使擠出物冷卻并固化，或者令其自然冷卻并固化。來形成人造制品。但是，本發(fā)明原則上擴(kuò)展到以下方法，可以通過在模具或模頭中澆鑄或模塑，例如注射模塑來形成人造制品，或者通過對冷卻并混合的混合物的固化體或團(tuán)塊進(jìn)行機(jī)加工來形成人造制品。雖然與有機(jī)纖維組分混合的可模塑聚合物組分通常具有熱塑性，本發(fā)明原則上可以擴(kuò)展到具有熱固性的聚合物組分。當(dāng)它們?yōu)闊崴苄詴r，可以簡單地使聚合物組分通過冷卻固化或自然狀態(tài)下冷卻固化；而當(dāng)它們?yōu)闊峁绦詴r，形成人造制品后可以繼續(xù)加熱，以使其固化。兩種可能性都在本發(fā)明方法的考慮范圍之內(nèi)。
纖維組分顆?？梢允呛w維素的顆粒，選自亞麻、稻殼、藤條、黃麻、大麻、劍麻、椰子、洋麻、木材(例如來自木漿)、廢紙和它們的合適混合物。纖維組分通常包含木質(zhì)纖維，例如鋸末顆粒。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，纖維組分包含鋸末顆粒，特別是松樹鋸末。如果需要，纖維組分也可包含一種或多種無機(jī)纖維，如玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維和它們當(dāng)中兩種或多種的合適混合物。
聚合物組分可選自聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍(聚酰胺)、聚酯、聚苯乙烯和它們當(dāng)中兩種或多種的合適混合物。聚合物組分除了前面熱塑性的，也可以是熱固性的，例如甲醛樹脂。
所述方法包括在固化糊劑形成基質(zhì)之前對聚合物組分著色。對纖維顆粒和聚合物組分進(jìn)行著色時，可以選用匹配的顏色，以減少或消除固化人造制品中的任何斑駁外觀，所述斑駁外觀源自纖維顆粒與基質(zhì)的色差，而選擇的匹配顏色具有相同的色調(diào)、相同的反射率和相同的飽和度。對聚合物組分著色的步驟可包括在混煉之前，先摻混顆粒顏料和聚合物組分，例如摻混顆粒顏料母料與包含纖維顆粒和聚合物組分顆粒的預(yù)混物。對顆粒顏料和預(yù)混物進(jìn)行混合可包括在形成預(yù)混物之前，用涂料涂敷聚合物組分顆粒，所述涂料是包含分散在基質(zhì)中的顆粒顏料的著色材料，所述基質(zhì)在混合過程中與聚合物組分材料混溶。
實(shí)際上，如果需要，纖維顆?？梢源笾孪嗤姆绞街唧w是在混合之前涂敷著色涂料，所述涂料在混合過程中充分液化，以便涂料中的著色材料浸入并滲透到纖維顆粒的多孔內(nèi)部?？梢韵鄳?yīng)地選擇涂料，使其在混合溫度下有足夠低的粘度，以達(dá)到上述目的。在每種情況下，經(jīng)過涂敷的顆粒形成所謂的有色珠，所述涂料通常是包含顏料顆粒的蠟基涂料。一方面，可以選擇涂敷聚合物顆粒的涂料，作為對聚合物基質(zhì)著色的母粒；另一方面，可選擇另一種涂料對纖維顆粒進(jìn)行涂敷，所述涂料在混合溫度能形成著色液，用于浸漬纖維顆粒。在所有情況下，可在形成纖維顆粒和聚合物顆粒的預(yù)混物之前施涂涂料。
一般而言，用來對聚合物組分和纖維組分著色的著色材料或顏料可以相同，也可以不同。顏料或著色材料可以是有機(jī)物、無機(jī)物或它們的組合。此外，如果需要，所用任何著色材料，特別是液體材料，可以用作向可流動糊劑引入添加劑的運(yùn)載體，如UV抑制劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑、阻煙劑、擠出助劑(如潤滑劑)、偶聯(lián)劑、粘合劑等。當(dāng)采用擠出方法形成人造制品時，聚合物組分可包含一種或多種常見潤滑劑，其比例為本領(lǐng)域常用比例，以促進(jìn)有效擠出。這種潤滑劑可選自聚合物蠟，例如硬脂酸鋅或亞乙基雙硬脂酰胺或它們的混合物。例如，潤滑劑可以是硬脂酸鋅/亞乙基雙硬脂酰胺的混合物，潤滑劑混合物可占流動糊劑的2-6質(zhì)量％，優(yōu)選3-5質(zhì)量％。本申請人成功用作潤滑劑/偶聯(lián)劑的專利產(chǎn)品在南非可以商品名“Sasolwax H1”、“Sasolwax A28”、“Sasolwax B29”和“Sasolwax Enhance”購自Sasol有限公司。
從前面的敘述可以理解，根據(jù)本發(fā)明方法對纖維組分著色存在許多可能性，實(shí)際上也能對聚合物組分著色。因此，經(jīng)過涂敷的顏料顆粒可以作為著色材料加入纖維顆粒中，或者加入纖維顆粒與聚合物組分的預(yù)混物中，其中聚合物組分也可以是顆粒形式。顏料顆粒上涂有一種材料的涂料，所述材料在混合溫度下熔化成粘度足夠低的流體，以滲入纖維顆粒，并將顏料顆粒帶入纖維顆粒的多孔內(nèi)部。顏料顆粒任選同時與經(jīng)加熱的可流動糊劑混合，從而對聚合物組分著色。因此，這里提出了通過一個著色步驟同時對纖維組分和聚合物組分著色的方法，特別是當(dāng)用合適的涂料來涂敷顏料顆粒時，其中所述涂料可以是蠟或蠟狀材料。
應(yīng)當(dāng)注意，所述方法可以根據(jù)需要連續(xù)地或分批地進(jìn)行；混合操作可以在帶有加熱夾套的混合器中進(jìn)行，加熱夾套通過諸如空氣、水或油這樣的加熱流體進(jìn)行加熱，或者通過電熱元件或紅外加熱元件加熱。當(dāng)然，當(dāng)該方法以連續(xù)方式進(jìn)行時，可將著色材料加入混合步驟，加入速率與向混合步驟加入纖維組分和聚合物組分的速率相匹配。
還可預(yù)期，當(dāng)所述方法以分批方式進(jìn)行時，高速混合器可用于該混合步驟，而與用著色液體還是經(jīng)過涂敷的顏料顆粒來對纖維組分著色無關(guān)。這種高速混合器產(chǎn)生的熱量有助于顏料顆粒的涂層熔化并降低其粘度，所述顏料顆粒如上所述用蠟狀涂料等涂敷。這種高速混合器也可用來對纖維顆粒著色，著色時采用其涂層已在混合步驟之前熔化的經(jīng)涂敷的顏料顆粒。
當(dāng)在著色過程中對纖維顆粒進(jìn)行干燥，以補(bǔ)償浸漬到其中的不需要的液體時，應(yīng)當(dāng)避免著色后過度干燥，因?yàn)檫@樣會對最終的顆粒顏色造成不利影響。因此，如果必要的話，在著色過程中應(yīng)當(dāng)小心地將纖維顆粒含濕量的增加限制在(例如)0.5-2質(zhì)量％，這樣就可以避免在后續(xù)步驟中需要過分干燥。當(dāng)然，當(dāng)纖維顆粒在混合步驟當(dāng)中而不是之前著色時，混合步驟產(chǎn)生的熱量或加入該步驟的熱量可用來從糊劑中以蒸氣或蒸汽的形式驅(qū)除不需要的過量濕氣，然后使糊劑固化，得到聚合物基質(zhì)。
本發(fā)明另一方面提供了纖維聚合物復(fù)合材料(FPC)，它包含顆粒形式的有機(jī)纖維組分，所述有機(jī)纖維組分分散在基質(zhì)形式的固化聚合物組分中，所述纖維顆粒通過浸漬在其中的著色材料進(jìn)行著色。
有機(jī)纖維組分和聚合物組分在FPC材料中的質(zhì)量比是纖維組分∶聚合物組分在1∶9-4∶1之間。纖維組分和聚合物組分可分別選自上面在有關(guān)方法的段落中提到的可能物質(zhì)。通常，根據(jù)天然來源和制造廠所在國家的流行方式，普遍的組合是高密度或低密度聚乙烯與木質(zhì)纖維，高密度或低密度聚丙烯與木質(zhì)纖維，以及聚氯乙烯與木質(zhì)纖維，所述木質(zhì)纖維如松樹鋸末，這是本申請人成功使用過的。
因此，纖維組分尤其可以呈木質(zhì)顆粒形式，而聚合物組分是聚氯乙烯(PVC)。聚合物組分可源自天然或者可循環(huán)利用，取決于用來形成人造制品的方法，人造制品材料的密度通常在1.1-1.4克/厘米3的范圍內(nèi)，但若在混合步驟選用發(fā)泡劑，此密度可減小，因而人造產(chǎn)品的基質(zhì)是一定膨脹度的發(fā)泡材料，包含所需比例的少許空氣——或者具有所需尺寸和/或尺寸分布的氣泡或氣袋。
基質(zhì)可通過在其中分散著色材料而著色；可選擇浸漬在纖維顆粒中的著色材料和分散在基質(zhì)中的著色材料，以便為顆粒和基質(zhì)提供基本相同的顏色，而且顏色具有基本相同的色調(diào)、反射率和飽和度，從而進(jìn)一步消除產(chǎn)品外觀上的任何補(bǔ)丁相或斑點(diǎn)。更具體地，在基質(zhì)中分散的著色材料可以是和在纖維顆粒中浸漬的相同的著色材料，這樣FPC材料在其風(fēng)化之前，基本上沒有因基質(zhì)中存在的顆粒而產(chǎn)生的斑駁外觀。
雖然FPC材料可以做成丸粒的形式，例如做成丸粒的材料或經(jīng)過壓制的顆粒材料，目的是銷售給用它做各種人造制品的下游制造商，但它可以方便地直接做成人造制品形式，用來銷售給終端用戶。這種人造制品可以具有擠出輪廓，特別是可以具有擠出空心板材的形式。所述板材的至少一個面上可以具有花紋，它為板材提供了一個防滑表面，其中化紋是通過(例如)縱向延伸的肋或脊，以及將它們分開的縱向延伸的槽或溝形成的。板材具有空心內(nèi)部，其中含有至少一個縱向延伸的成形結(jié)構(gòu)，與擠出物的剩余部分成為一個整體。這種加固成形結(jié)構(gòu)通常是肋或隔離結(jié)構(gòu)，它們將板材的空心內(nèi)部分成多個室，用來增強(qiáng)板材，并提高其抗彎曲的能力。
如上面介紹方法的段落所指出的，所述產(chǎn)品可包含各種添加劑，這些添加劑可根據(jù)其用途以常規(guī)比例存在，或者存在于最終產(chǎn)品中，或者用在其制造過程中。
雖然上面強(qiáng)調(diào)了空心板材，但所述復(fù)合材料可用于選自下面的一種或多種用途中實(shí)心板材、裝飾性模制品或擠出物、窗框、門框、窗臺、地板或甲板、容器及容器底板、貨盤、建筑物側(cè)壁的包覆物、水槽、招牌、兒童游戲場地設(shè)備、戶外家具、狗窩等。
可利用本領(lǐng)域熟知的各種染色方法，用諸如媒染劑的化學(xué)試劑和/或其他活性化學(xué)試劑使著色材料更深地滲入纖維顆粒。
應(yīng)當(dāng)注意，關(guān)于本發(fā)明的方法和FPC材料，纖維顆粒的實(shí)際尺寸不是關(guān)鍵的，可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化，可以大于或小于FPC材料領(lǐng)域的常規(guī)粒徑。這些顆粒的粒徑可小到5微米或更小，大到6毫米或更大，通常在5微米-6毫米的粒徑范圍內(nèi)變化。然而，通過篩分纖維原料或篩分再磨的丸粒形纖維材料，可使顆粒粒徑相當(dāng)均勻。一方面，可以采用粒徑范圍為0.1-3毫米的粗顆粒，如粗鋸末或再磨的丸粒形鋸末，另一方面，也可以采用粒徑范圍為5-100微米的細(xì)顆粒，如木粉。
本申請人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將同樣的著色液噴淋在篩分的細(xì)顆粒上或使著色液與所述顆粒接觸時，與同樣的著色液噴淋在篩分的較粗顆粒上或著色液與所述粗顆粒接觸相比，前者所得著色顆粒的顏色比后者所得著色顆粒的顏色淡一些，沒有那么強(qiáng)烈，而且在著色到相同程度的情況下，細(xì)顆粒比粗顆粒需要更多的著色液。為了克解決這個問題，本申請人成功地采用了如下方法先將顆粒顏料或粉末顏料與細(xì)顆?；旌?，得到干摻混物，然后使摻混物與為著色材料的懸浮液或溶液形式的著色液接觸，著色材料按其性質(zhì)可以是有機(jī)物和/或無機(jī)物。在這種情況下，實(shí)際上也是在一般情況下，所謂supplicant(表面活性劑或洗滌劑)可用來減小著色液的表面張力，促進(jìn)顆粒對著色液的良好吸收或高吸收。關(guān)于這一點(diǎn)，本申請人為此目的而成功使用的表面活性劑可以商品名“Woodsperse50”購自Liquid Colours(Proprietary)有限公司(Modderfontein，South Africa)。
下面通過非限制性示例的方式，結(jié)合下面做過的實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行說明。
實(shí)施例1采用有機(jī)纖維組分，它包含直徑為6毫米、長度在5-30毫米之間的木質(zhì)纖維丸粒。所述木質(zhì)纖維丸粒由含濕量達(dá)到40質(zhì)量％的松樹鋸末制成，所述鋸末在熱空氣干燥器中干燥，直到含濕量為8-9質(zhì)量％。
在造粒之前，向鋸末中加入2-3質(zhì)量％的水，使其含濕量達(dá)到10-12質(zhì)量％，對鋸末進(jìn)行調(diào)理。然后通過造粒使鋸末致密化，使調(diào)理的鋸末通過旋轉(zhuǎn)造粒模具來進(jìn)行造粒。造粒過程中產(chǎn)生的熱量將纖維丸粒的含濕量減少到7-8質(zhì)量％。然后直接加工鋸末丸粒，或者將其再研磨成粒徑為0.8-2.1毫米的顆粒。顆粒鋸末的含濕量始終保持在10質(zhì)量％以下，在某些情況，進(jìn)一步降低到1-2質(zhì)量％。
根據(jù)具體情況，在各種情況下將鋸末丸?；蛟倌サ匿從┓诺叫D(zhuǎn)混合器的混合室中。然后密封該旋轉(zhuǎn)混合器并進(jìn)行操作，使鋸末丸?；蛟倌サ匿從┰诨旌鲜抑蟹D(zhuǎn)。
在混合室中加入深棕色液體顏料，其為染色牢固的顏料溶液形式，由紅色、黑色和黃色顏料的混合物組成，這些顏料可以商品名“Multisperse”購自LiquidColours(Proprietary)有限公司(69 Brunton Circle，F(xiàn)ounderview，Modderfontein，Gauteng Province，Republic of South Africa)。將顏料溶液的薄噴霧噴射到翻轉(zhuǎn)中的纖維丸?；蜾從┥希鶕?jù)具體情況可以在旋轉(zhuǎn)混合器中，通過從混合器壁伸入混合室的受控的薄霧噴嘴進(jìn)行噴射。根據(jù)具體情況，可以將6升液體顏料噴射在300千克的纖維丸粒或鋸末上。為按需要將顏料浸漬到鋸末中，根據(jù)具體情況，在總共15分鐘的時間內(nèi)將顏料加入鋸末，即每10千克纖維丸粒或鋸末需要1分鐘。在將顏料浸漬到纖維丸粒或鋸末的過程中，含濕量增加了2-4質(zhì)量％。在各種情況下，不管是鋸末丸粒還是再磨的鋸末形式，都要噴射足夠的顏料以達(dá)到有效飽和，并浸漬到丸?；蝾w粒表面以下至少10微米的深度，除非整個顆粒達(dá)到飽和。每千克丸粒或鋸末消耗約100克“Multisperse”顏料。
然后在料斗中，將粒徑為1-3微米的顆粒形式的聚氯乙烯(PVC)的熱塑性聚合物組分與顏色牢固的顏料顆粒丸?；蜾從┗旌希纬深伾喂痰匿從┗w維組分顆粒與聚氯乙烯聚合物組分顆粒的預(yù)混物。然后使預(yù)混物與常規(guī)潤滑劑和其他擠出增強(qiáng)化學(xué)試劑一起通過雙螺桿擠出機(jī)。擠出操作在140-190℃的高溫下進(jìn)行，使得纖維組分進(jìn)一步干燥，其含濕量進(jìn)一步降低。將纖維組分失去的水分排放掉，以防形成蒸汽并進(jìn)入擠出模具。
合適的擠出模具根據(jù)要制造的復(fù)合材料人造制品所需的輪廓進(jìn)行選擇。所選模具決定了人造制品輪廓的形狀。成形物從模具出來后，穿過模具下游端的冷卻區(qū)，然后進(jìn)入校準(zhǔn)設(shè)備，成形物在此冷卻，所選冷卻方式要避免尺寸變形，隨后在水浴中進(jìn)行最終冷卻。如果需要，接下來可將成形物切割成一定長度，特別是對于擠出的空心板材形式的人造制品，它們在擠出時，通常表面上有防滑花紋，內(nèi)有增強(qiáng)肋。
作為本實(shí)施例的一個變化形式，提出讓著色的預(yù)混物通過造粒模具，擠出直徑為2-6毫米、長度為3-6毫米的丸粒，作為原料銷售給下游用戶，由它們擠出成形人造制品。
實(shí)施例2在實(shí)施例1所述方法的一個發(fā)展形式或變化形式中，重復(fù)實(shí)施例1，不同之處是，將松樹鋸末原料干燥到7-8質(zhì)量％的含濕量后，對其篩分，得到1-6毫米范圍內(nèi)的均勻粒徑，然后造粒。類似地，根據(jù)具體情況，造粒之后或再磨丸粒之后，并在將顏料溶液噴射到其上之前，對纖維組分再次篩分。如果是丸粒，則得到0.5-3毫米之間均勻長度的丸粒；如果是再磨材料，則得到0.25-2毫米之間均勻粒徑的材料。
另外，除了如實(shí)施例1所述對纖維組分著色外，還要對PVC丸粒著色，具體是將其與顏料粉末的顏料母?；旌?。顏料粉末由Polymer Colour Systems(Proprietary)有限公司(69 Brunton Circle，F(xiàn)ounderview，Modderfontein，GautengProvince，Republic of South Africa)以商品名“Masterbatch VC Range”提供，其用量為3千克顏料粉末/150千克PVC。PVC和顏料粉末在一起均勻混合，然后將著色纖維丸粒與它們混合，形成最終的均勻混合物，接著在雙螺桿擠出機(jī)中塑煉將所得混合物進(jìn)行混煉，并在擠出之前進(jìn)行加熱除去水分。在實(shí)施例1中，諸如擠出用潤滑劑、紫外線抑制劑、抗氧化劑和抗沖改性劑的合適的常規(guī)添加劑是在該混煉之前加入混合物的。
所得結(jié)果類似于實(shí)施例1，不同之處在于，產(chǎn)品外觀上的斑點(diǎn)減少，為此目的對顏料噴霧和母料粉末的顏色進(jìn)行了選擇。
如實(shí)施例所述為本發(fā)明復(fù)合材料著色的方法，能夠提供多少有一定色牢度的復(fù)合材料擠出物，該擠出物可在較長時間內(nèi)保持其有色外觀，哪怕它受到陽光和惡劣氣候條件或者諸如水這樣的環(huán)境影響。因此，本發(fā)明復(fù)合產(chǎn)品的色牢性可為產(chǎn)品提供耐久的美觀外表。
權(quán)利要求
1.制造纖維聚合物復(fù)合材料(FPC)的方法，該方法是通過混合顆粒狀有機(jī)纖維組分和可模塑聚合物組分，得到經(jīng)加熱的可流動糊劑，將該糊劑制成人造制品，并通過使其固化或讓其自然固化，得到分散有纖維組分顆粒的固體基質(zhì)，該方法的特征在于，它包括在固化聚合物組分形成基質(zhì)之前，通過用著色材料浸漬纖維顆粒來對纖維顆粒著色的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對纖維顆粒進(jìn)行浸漬是通過使纖維顆粒與著色液接觸，并迫使著色液通過顆粒表面上的表面孔進(jìn)入纖維顆粒內(nèi)部的互連孔穴和/或通道，或者使著色液自然進(jìn)入所述互連孔穴和/或通道而進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，纖維顆粒與著色液的接觸是通過將著色液噴射在纖維顆粒表面上而進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在用著色液進(jìn)行浸漬之前，可以將纖維顆粒置于不足1個大氣壓的壓力或真空壓力下，以通過表面孔從纖維顆粒內(nèi)部的互連孔穴和/或通道抽出氣體、蒸汽和/或液體，以利于此后用著色液進(jìn)行浸漬。
5.如權(quán)利要求2-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對纖維顆粒進(jìn)行干燥，以補(bǔ)償在用著色液浸漬纖維顆粒時進(jìn)入纖維顆粒的不需要的液體。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，著色材料可以浸漬到纖維顆粒表面下至少5微米的深度。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法包括在糊劑固化形成基質(zhì)之前對聚合物組分著色。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對纖維顆粒和聚合物組分著色時，選用匹配的顏色進(jìn)行著色，以減少或消除固化的人造制品中的任何斑駁外觀，所述斑駁外觀源自纖維顆粒與基質(zhì)間的色差，而選擇的匹配顏色具有相同的色調(diào)、相同的反射率和相同的飽和度。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，對為聚合物組分著色的步驟包括在混煉之前，混合顆粒顏料和預(yù)混物。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，混合顆粒顏料和預(yù)混物包括，在形成預(yù)混物之前，用涂料涂布聚合物組分顆粒，所述涂料是包含分散在基質(zhì)中的顆粒顏料的著色材料，所述基質(zhì)在混煉過程中與聚合物組分的材料混溶。
11.纖維聚合物復(fù)合材料(FPC)，它包含顆粒形式的有機(jī)纖維組分，所述有機(jī)纖維組分分散在基質(zhì)形式的固化聚合物組分中，所述FPC材料的特征在于，所述纖維顆粒通過浸漬在其中的著色材料進(jìn)行著色。
12.如權(quán)利要求11所述的FPC材料，其特征在于，有機(jī)纖維組分和聚合物組分在FPC材料中的質(zhì)量比是纖維組分∶聚合物組分在1∶9-4∶1之間。
13.如權(quán)利要求11或12所述的FPC材料，其特征在于，纖維組分是木質(zhì)顆粒形式，而聚合物組分是聚氯乙烯(PVC)。
14.如權(quán)利要求11-13中任意一項(xiàng)所述的FPC材料，其特征在于，基質(zhì)由分散在其中的著色材料著色。
15.如權(quán)利要求14所述的FPC材料，其特征在于，對浸入纖維顆粒中的著色材料和分散在基質(zhì)中的著色材料進(jìn)行選擇，以便為顆粒和基質(zhì)提供基本相同的顏色，所述顏色具有基本上相同的色調(diào)、反射率和飽和度。
16.如權(quán)利要求15所述的FPC材料，其特征在于，分散于基質(zhì)中的著色材料和浸入纖維顆粒中的著色材料是同一種著色材料，使FPC材料在風(fēng)化之前，基本上沒有因基質(zhì)中存在的顆粒而引起的斑駁外觀。
17.如權(quán)利要求11-16中任意一項(xiàng)所述的FPC材料，其特征在于，所述FPC料被制成丸粒的形式。
18.如權(quán)利要求11-16中任意一項(xiàng)所述的FPC材料，其特征在于，所述FPC材料被制成人造制品的形式。
19.如權(quán)利要求18所述的FPC材料，其特征在于，所述人造制品具有擠出的輪廓。
20.如權(quán)利要求19所述的FPC材料，其特征在于，所述FPC材料是擠出的空心板材的形式。
21.如權(quán)利要求20所述的FPC材料，其特征在于，所述板材的至少一個面上具有花紋，為板材提供了防滑表面，板材具有空心內(nèi)部，其中含有至少一個縱向延伸的成形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與擠出物的其余部分聯(lián)成一個整體。
全文摘要
制造纖維聚合物復(fù)合材料的方法，具體是通過混合顆粒狀有機(jī)纖維組分和可模塑聚合物組分，得到經(jīng)加熱的可流動糊劑。將所述糊劑制成人造制品，并通過使其固化或令其自然固化，得到其中分散有纖維組分顆粒的固體基質(zhì)。該方法包括在固化聚合物組分形成基質(zhì)之前，通過用著色材料浸漬纖維顆粒來對纖維顆粒著色的步驟。本發(fā)明還提供了纖維聚合物復(fù)合材料，它包含顆粒形式的有機(jī)纖維組分，所述有機(jī)纖維組分分散在基質(zhì)形式的固化聚合物組分中。所述纖維顆粒通過浸入其中的著色材料進(jìn)行著色。
文檔編號B27N3/08GK1997492SQ200580017040
公開日2007年7月11日 申請日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者R·貝克 申請人:培萊－派克(控股)有限公司