專利名稱：作為擠壓產(chǎn)品的增強體的濕用短切玻璃原絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及熱塑性復(fù)合材料的制備，更具體地涉及擠壓工藝中使用濕用短切玻璃原絲(wet use chopped strand glass，WUCS)。
背景技術(shù)：
通常，制備玻璃纖維是經(jīng)過拉絲漏板或孔板將熔融玻璃拉成細(xì)絲。一般地，接著將浸潤劑加入拉制的細(xì)絲中，浸潤劑含有潤滑劑、偶聯(lián)劑和成膜粘結(jié)劑樹脂。含水浸潤劑對纖維提供保護從而防止絲間相互磨損，并促進(jìn)玻璃纖維與玻璃纖維作為增強體加入的任何基體之間的相容性。在加入浸潤劑之后，可以將纖維聚集成一束或多束并纏繞成卷裝，或者也可以將纖維切短(通常在加濕的同時)并收集。然后可以將收集的短切原絲干燥和固化形成干用短切玻璃原絲(DUCS)，或者可以將其包裝在其濕條件下作為濕用短切玻璃原絲(WUCS)。這些干短切玻璃纖維原絲通常用于熱塑性制品的增強材料，濕短切原絲用于制造濕鋪氈片。玻璃纖維增強聚合物復(fù)合材料，與不增強聚合物相比，其具有較高力學(xué)性能，這是本領(lǐng)域中公知的。因此，利用玻璃纖維增強復(fù)合材料可以實現(xiàn)較高的尺寸穩(wěn)定性、拉伸強度和模量、撓曲強度和模量、抗沖擊性和抗蠕變性。
玻璃纖維在很多技術(shù)中得到應(yīng)用。例如，玻璃纖維通常在聚合物基體中作為增強體，形成玻璃纖維增強塑料或復(fù)合材料。玻璃纖維用于增強聚合物的應(yīng)用方式有連續(xù)或短切纖維、原絲、粗紗、機織物、非織造布、網(wǎng)和稀松布。干短切玻璃原絲(DUCS)通常在增強復(fù)合材料中作為增強材料(DUCS可以按上述的短切形式提供，或者粗紗短切用于增強復(fù)合材料中)。
在一種傳統(tǒng)方法中，將干短切原絲段與聚合物樹脂混合，并供應(yīng)到加壓成型機或注塑成型機，制成玻璃纖維增強復(fù)合材料。這里，干短切原絲段在擠壓機中與熱塑性聚合物樹脂的粉末、二次粉碎料或顆?；旌稀＠?，將粉末、二次粉碎料或顆粒輸送到雙螺桿擠壓機的第一口，將干短切玻璃纖維與熔化的聚合物一起輸送到擠壓機的第二口，形成干纖維/樹脂混合物。另外，可以將聚合物樹脂和干短切原絲段干混合并一起輸送到單螺桿擠壓機，樹脂在此熔化，干玻璃纖維原絲的完整性在此被破壞，干纖維原絲分散在整個熔融樹脂中形成纖維/樹脂混合物。具有或不具有二次粉碎料的干纖維/樹脂混合物可以直接輸送到注塑成型機，或者可以將干纖維/樹脂混合物脫氣并制成顆粒。接著將干纖維原絲/樹脂分散顆粒輸送到成型機并制成成型的復(fù)合材料制品，從而在整個復(fù)合材料制品中具有基本均勻分布的干玻璃纖維原絲。
在另一種傳統(tǒng)方法中，如圖1所示，將熱塑性聚合物樹脂(未圖示)與干短切玻璃原絲(未圖示)在料斗30中預(yù)混合并輸送到擠壓機32。擠壓機32包括料筒33以及至少一個螺桿34，螺桿34基本沿料筒33的長度延伸。螺桿34可以由電機(未圖示)驅(qū)動。螺桿34產(chǎn)生的機械作用和摩擦熔化聚合物樹脂，并將樹脂與干纖維混合成基本均勻的混合物。料筒33上可以安裝加熱器37，以便于聚合物樹脂的熔化。發(fā)泡劑(未圖示)可以從發(fā)泡劑罐或貯存器38通過管道39供應(yīng)到擠壓機32。發(fā)泡劑在其進(jìn)入擠壓機32時與熔化的聚合物/干纖維混合物混合。擠壓機32內(nèi)的熱量導(dǎo)致發(fā)泡劑溶解并發(fā)泡。聚合物/干纖維/發(fā)泡劑混合物被推入具有所需最終產(chǎn)品形狀的成型模具31中。
利用與上述方法類似的擠壓方法制成乙烯基壁板，但沒有玻璃增強體并且沒有發(fā)泡劑。例如，氯乙烯樹脂，諸如聚氯乙烯(PVC)，已經(jīng)用于制造壁板產(chǎn)品。但不幸的是，由諸如PVC等聚合物樹脂制成的玻璃增強乙烯基壁板產(chǎn)品制造成本太高，主要因為干用短切玻璃原絲(DUCS)在用于這些擠壓工藝之前需要將玻璃成形、短切、干燥和固化，每個步驟都引入制造成本。
傳統(tǒng)PVC基壁板產(chǎn)品通常含有便宜的無機填料，例如碳酸鈣(CaCO3)。這些填料增大壁板產(chǎn)品的模量或剛性，并且可以減小隨壁板溫度變化而出現(xiàn)的位移量。但是，傳統(tǒng)PVC壁板產(chǎn)品由于抗沖擊性(ASTM D3679所要求的)和加工條件而限制于含有這些填料，結(jié)果通常含有較少的無機填料。因此，傳統(tǒng)壁板產(chǎn)品一般在約140出現(xiàn)熱變形。
因此，本領(lǐng)域需求具有較高的耐熱變形性、較高的耐裂紋性和耐沖擊性以及制造成本低的壁板產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在擠壓工藝中利用濕用短切原絲(WUCS)玻璃纖維制成增強的擠壓熱塑性產(chǎn)品。在至少一個代表性實施例中，將諸如聚氯乙烯(PVC)的聚合物樹脂在聚合物喂入?yún)^(qū)輸入螺桿擠壓機的料筒，并輸送到使聚合物樹脂至少部分熔化的第一加壓區(qū)。聚合物樹脂可以是片、小粒、小球和/或粉末的形式。發(fā)泡劑可以預(yù)先混合在樹脂中并與聚合物樹脂一起輸送到擠壓機。其它添加劑，例如熱穩(wěn)定劑、UV穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、填料、相容劑、熔體強度增強劑、增粘劑，以及增強體，可以加入擠壓機中，或與樹脂預(yù)先復(fù)合。在擠壓機的料筒上可以安裝加熱器，有助于聚合物樹脂的熔化和/或保持樹脂熔融狀態(tài)。在聚合物喂入?yún)^(qū)，螺桿的螺紋具有所需螺距。熔融樹脂向下游輸送到高容量區(qū)，濕用短切原絲玻璃纖維在此處進(jìn)入擠壓機料筒并與熔融聚合物樹脂混合。高容量區(qū)的螺桿螺紋，具有比聚合物喂入?yún)^(qū)和第一加壓區(qū)的螺紋大的螺距和/或大的深度。此大的螺距和/或大的深度增大高容量區(qū)的通過量，并使?jié)裼枚糖性z玻璃纖維與熔融樹脂混合形成熔融樹脂/纖維混合物。在濕用短切原絲玻璃纖維加入料筒之前可以使用打開器，使?jié)裼枚糖性z玻璃纖維束至少部分打開。另外，在濕用短切原絲玻璃纖維進(jìn)入擠壓機料筒之前可以將其至少部分干燥。
接著，熔融樹脂/纖維混合物可以進(jìn)入第二加壓區(qū)，樹脂和濕玻璃纖維在此復(fù)合形成基本均勻的狀態(tài)。第二加壓區(qū)的螺桿螺紋，與前一區(qū)的螺紋相比，可以具有較小的角度，較近的螺距，較淺的深度以及離料筒較近的間隙。料筒與螺紋之間的摩擦產(chǎn)生的剪切力以及螺紋內(nèi)增大的剪切，使?jié)裼枚糖性z玻璃纖維束打開和分離。
接著，熔融樹脂/纖維混合物經(jīng)過低壓區(qū)。當(dāng)熔融樹脂/纖維混合物經(jīng)過料筒時的過程產(chǎn)生的熱量，使?jié)窭w維束內(nèi)保持的水分蒸發(fā)。低壓區(qū)的螺紋，優(yōu)選地，其螺距和/或深度大于第一和第二加壓區(qū)的螺紋。位于高容量區(qū)的孔使水蒸汽和其它揮發(fā)物流出擠壓機的料筒。一旦水蒸汽釋放，熔融樹脂/纖維混合物即可經(jīng)過加壓/模具喂入?yún)^(qū)，進(jìn)一步使樹脂和玻璃纖維混合和/或復(fù)合。接著，樹脂/纖維混合物流出擠壓機并進(jìn)入成型模具，將樹脂/纖維混合物成型為所需形狀。在至少一個優(yōu)選實施例中，成型模具將樹脂/纖維混合物成型為基本平整的板或片，可以用于制成包覆產(chǎn)品。
在至少一個其它典型實施例中，將聚合物樹脂和濕用短切原絲玻璃纖維經(jīng)過樹脂/纖維喂入喉基本同時輸送到擠壓機的料筒中。樹脂/纖維喂入喉可以包括擋板或其它混合/輸送裝置，在WUCS纖維和聚合物樹脂進(jìn)入擠壓機之前將其混合。聚合物樹脂和濕用短切原絲玻璃纖維在聚合物喂入?yún)^(qū)進(jìn)入擠壓機，并輸送到加壓區(qū)，樹脂在此與濕增強纖維基本混合均勻。在樹脂/纖維混合物向擠壓機料筒下游輸送時由螺桿的混合和輸送作用產(chǎn)生的剪切力，使WUCS玻璃纖維束絲化(filamentize)。當(dāng)向下游推動熔融樹脂/纖維物料時，旋轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的熱量使WUCS纖維中的水分蒸發(fā)。接著，熔融樹脂/纖維混合物經(jīng)過低壓區(qū)，低壓區(qū)的螺桿螺紋的螺距、深度和/或間隙，優(yōu)選地大于加壓區(qū)的螺紋。位于低壓區(qū)的孔將水蒸汽釋放到空氣中。接著，粘稠的樹脂/纖維混合物流出低壓區(qū)并進(jìn)入加壓/模具喂入?yún)^(qū)，使樹脂和玻璃纖維進(jìn)一步混合和/或復(fù)合。最后，熔融樹脂/纖維混合物流出擠壓機并進(jìn)入成型模具，在此處成型為所需的形狀(例如，壁板產(chǎn)品)。
本發(fā)明的優(yōu)點是，用WUCS玻璃纖維增強的擠壓壁板產(chǎn)品具有提高的操作性，提高的耐風(fēng)性，以及能夠經(jīng)受長期的高溫、日光曝曬和熱循環(huán)。
從下面的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將在下面變得更加清楚。但應(yīng)該特別理解的是，附圖是為了解釋的目的，并不能認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。


圖1是擠壓泡沫產(chǎn)品的現(xiàn)有技術(shù)傳統(tǒng)擠壓機設(shè)備的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明至少一個典型實施例的螺桿擠壓機設(shè)備的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明至少一個典型實施例的雙螺桿擠壓機設(shè)備的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明至少一個典型實施例的螺桿擠壓機設(shè)備的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個方面的擠壓生產(chǎn)線的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明至少一個典型實施例的、包括共同擠壓capstock的第二擠壓機的擠壓生產(chǎn)線的示意圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明至少另一個典型實施例的、包括共同擠壓capstock的第二擠壓機的擠壓生產(chǎn)線的示意圖。
具體實施例方式
除非特別說明，這里使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員的通常理解具有相同含義。雖然在實踐和檢驗本發(fā)明時可以使用與這里所述類似或等價的任何方法和材料，但這里描述優(yōu)選的方法和材料。這里引用的所有參考文獻(xiàn)，包括公開的或相應(yīng)的美國或國外專利申請、授權(quán)的美國和國外專利或者任何其它參考文獻(xiàn)，每一個都通過整體引用結(jié)合在此，包括在引用參考文獻(xiàn)中出現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)、表格、圖和文字。需要注意的是，在所有附圖中的相同數(shù)字表示相同的部分。
本發(fā)明涉及將濕增強纖維，如濕用短切原絲(WUCS)玻璃纖維應(yīng)用于傳統(tǒng)上使用干用短切玻璃原絲的用途中。因此，本發(fā)明提出使用WUCS代替干用短切玻璃原絲應(yīng)用于，例如，擠壓、注塑成型、壓縮模塑、旋轉(zhuǎn)成型、澆注成型、片狀模塑、樹脂轉(zhuǎn)移成型(RTM)，以及干鋪工藝，如Enamul Haque的美國專利公開2005/0082721中所述的，以及傳統(tǒng)上使用DUCS的其它公知產(chǎn)品和工藝。在一些例子中，濕增強纖維聚集成為包、卷或單纖維束的形式，結(jié)果需要在所需應(yīng)用或工藝使用之前需要首先進(jìn)行打開和/或絲化纖維。在其它情況下，濕增強纖維應(yīng)用于所需的應(yīng)用或工藝中而不需要任何起始的分離或絲化。在這種情況下，在本身的工藝過程中可以分離增強原絲。
與干短切玻璃不同，濕短切玻璃含有水分，水分必須在將濕纖維加入工藝裝備之前或者在本身的工藝過程中從纖維中去除。對工藝裝備的某些修改，例如對現(xiàn)有裝備增加通風(fēng)裝置，可以用于使蒸汽和水分從濕增強纖維排到空氣中。在注塑或擠壓工藝中，螺桿可以設(shè)計有低壓區(qū)，用于在具有或沒有抽氣幫助下排出水分。在壓縮模塑中，將包括濕纖維的裝入料加入加熱的模具中，接著部分封閉使裝入料散開和加熱，從而在完全封閉模具之前使水分逸出。此外，可以使用反應(yīng)性或無水的填料，例如硅酸鹽水泥、CaO、Na2CO3或CaSO4，用于結(jié)合在應(yīng)用工藝過程中釋放的水分。
在濕增強纖維加入現(xiàn)有裝備之前從其中去除水分的一種方法是，在纖維進(jìn)入加工裝備之前使?jié)窭w維經(jīng)過加熱室，可以選擇結(jié)合使用熱空氣，和/或作為部分輸送設(shè)備應(yīng)用于特殊裝備中。從濕增強纖維中去除水分的另一種方法是使?jié)裨鰪娎w維經(jīng)過具有或沒有流動空氣的微波室，在應(yīng)用于設(shè)備之前至少部分干燥纖維。從濕增強纖維中去除水分的另一種方法是將濕纖維經(jīng)過具有或沒有流動空氣的冷凝室，在應(yīng)用于設(shè)備之前至少部分干燥纖維。
在干用短切原絲玻璃纖維(DUCS)中，存在于玻璃纖維上的潤滑劑在形成DUCS玻璃纖維的干燥工藝過程中與水分一起從玻璃原絲遷移到成型包外部。但是，在傳統(tǒng)上使用干玻璃纖維的工藝中使用濕用短切原絲玻璃纖維得到的一個優(yōu)點是，使用濕用短切原絲玻璃纖維，可以利用較高數(shù)量的纖維潤滑劑。較高的潤滑劑含量可以幫助纖維分散以及減小樹脂和纖維界面的粘度，與用DUCS玻璃纖維制成的產(chǎn)品相比，可以得到較長的纖維以及優(yōu)異的性能(例如，撓曲拉伸強度和沖擊強度)。另外，通過為被加工的樹脂選擇恰當(dāng)?shù)臐櫥瑒?，并結(jié)合利用WUCS達(dá)到的較高潤滑劑含量，潤滑劑將補充和減少復(fù)合、擠壓和成型過程中潤滑和加工樹脂所需的樹脂潤滑劑量。此外，系統(tǒng)中存在的水分可以用于補充和減少發(fā)泡產(chǎn)品所需的高成本發(fā)泡劑的數(shù)量，從而降低成本。并且，在預(yù)混合的物料中，玻璃纖維的表面潮濕性吸引和粘附聚合物粉末，從而降低玻璃纖維在貯存和處理過程中分離的趨向。
濕增強纖維的制造比干纖維便宜，因為干纖維在短切之前通常在單獨的步驟中干燥和包裝。因此，在傳統(tǒng)上使用干用短切玻璃纖維的工藝中使用濕用短切原絲玻璃纖維，使該工藝以及由此制成的產(chǎn)品成本低。但是，如上所述，在一些情況下，濕短切玻璃纖維不可以簡單地替代干短切玻璃纖維。需要對現(xiàn)有工藝和/或裝備進(jìn)行一些修改，以便體現(xiàn)利用濕用短切玻璃原絲產(chǎn)生的成本效益。
使用濕增強纖維代替干纖維的一個特殊例子是擠壓工藝。因此，在一個方面，本發(fā)明涉及一種在螺桿擠壓工藝中使用濕增強纖維制造熱塑性復(fù)合材料的擠壓工藝和設(shè)備，例如使用濕用短切原絲(WUCS)玻璃纖維。本發(fā)明中使用的螺桿擠壓機在圖2中一般標(biāo)記為參考數(shù)字100。雖然本發(fā)明中使用的螺桿擠壓機可以等同地使用單螺桿或雙螺桿擠壓機，但這里參考單螺桿擠壓機說明。
擠壓機100具有螺桿102，螺桿102具有沿箭頭90方向旋轉(zhuǎn)的螺桿螺紋108。螺桿102基本沿料筒104的縱向延伸。螺紋與料筒104的圓柱內(nèi)表面配合，形成樹脂和增強纖維經(jīng)過料筒104的前進(jìn)通道。在雙螺桿擠壓機實施例中，如圖3所示，擠壓機100具有基本沿料筒104縱向延伸的螺桿102和雙螺桿111。電機(M)用于驅(qū)動螺桿102，如果存在，也驅(qū)動雙螺桿111。
再返回到圖2，樹脂喂入料斗105和濕增強纖維喂入料斗110位于擠壓機100上與擠壓模具120相反的末端。在圖2所示的典型實施例中，濕增強體喂入料斗110位于樹脂喂入料斗105的下游，但可以選擇與樹脂預(yù)混合或者輸送到相同料斗中或順序顛倒。這里使用的術(shù)語“下游”是指樹脂和纖維流過料筒104的方向。喂入喉101和103分別連接樹脂喂入料斗105和濕增強纖維喂入料斗110。在濕增強纖維喂入料斗110下游具有孔109，例如通風(fēng)孔，并處于濕增強纖維喂入料斗110與擠壓模具120之間。
操作時，將聚合物樹脂從樹脂喂入料斗105經(jīng)過喂入喉101喂入螺桿擠壓機100的料筒104，并進(jìn)入聚合物喂入?yún)^(qū)106。聚合物喂入?yún)^(qū)106的螺紋108可以定位在所需螺距上，螺距取決于進(jìn)入料筒102的物料的物理和化學(xué)性能。聚合物樹脂可以通過計量裝置(未圖示)計量后進(jìn)入料筒104。聚合物樹脂可以是片狀、小粒、小球和/或粉末的形式。如果樹脂是粉末或片狀形式，則計量裝置可以是螺旋推進(jìn)器或填料器(未圖示)，從而迫使樹脂克服螺桿102的旋轉(zhuǎn)作用進(jìn)入料筒104。適合的聚合物樹脂包括，但不限于聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、ASA(丙烯酸/苯乙烯/丙烯腈三聚體)、聚砜、聚氨酯、聚亞苯硫醚、聚甲醛樹脂、聚酰胺、聚芳酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚酯彈性體、丙烯酸酯、乙烯和丙烯共聚物、苯乙烯和丁二烯共聚物、醋酸乙烯和乙烯共聚物，以及其混合物。
聚合物樹脂從聚合物喂入?yún)^(qū)106輸送到第一加壓區(qū)113，在此處由螺桿102旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機構(gòu)作用和摩擦使樹脂至少部分熔化。可選擇的是，可以在料筒104上的任何位置設(shè)置加熱器(未圖示)，有助于聚合物樹脂熔化和/或保持樹脂的熔化狀態(tài)。擠壓機100可以在擠壓工藝過程中根據(jù)所用的樹脂可以達(dá)到100-600的溫度范圍。
發(fā)泡劑可以與聚合物樹脂預(yù)先混合，并與聚合物樹脂一起通過濕增強纖維喂入料斗105輸入擠壓機100。如果需要低密度產(chǎn)品可以加入發(fā)泡劑。典型的化學(xué)發(fā)泡劑(例如，經(jīng)過分解反應(yīng)產(chǎn)生氣體的物質(zhì))包括放熱和吸熱發(fā)泡劑。適合應(yīng)用于本發(fā)明的放熱化學(xué)發(fā)泡劑的例子包括，但不限于偶氮碳酸鹽、p，p-氧雙苯磺酰肼、p-雙甲苯磺酰肼、p-雙甲苯磺酰氨基脲、二亞硝基五甲基四胺和5-苯基四唑。適合的吸熱化學(xué)發(fā)泡劑的非限制性例子包括碳酸氫鈉和硼氫化鈉。其它適合的化學(xué)發(fā)泡劑包括那些在所需發(fā)泡溫度下經(jīng)歷狀態(tài)變化的化合物，例如，但不限于氫氟化合物。在擠壓機100的最后減壓區(qū)之后，例如低壓區(qū)115，還可以加入超臨界氣體作為發(fā)泡劑。
在本發(fā)明的一個典型實施例中，70-90％發(fā)泡劑與聚合物樹脂預(yù)先混合。其余10-30％發(fā)泡劑可以通過與喂入喉101直接相通的入口118或通過與料筒104直接相通的入口或?qū)Ч?未圖示)加入。通過由入口118加入部分發(fā)泡劑，加入聚合物樹脂并最終進(jìn)入最終產(chǎn)品的發(fā)泡劑數(shù)量，在擠壓工藝過程中根據(jù)需要可以準(zhǔn)確監(jiān)測和調(diào)節(jié)。另外，所有發(fā)泡劑可以通過入口118或者與料筒104直接相通的入口或?qū)Ч?未圖示)加入，而不與聚合物樹脂預(yù)先混合。一旦發(fā)泡劑加入料筒104中，料筒和內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱量使發(fā)泡劑至少部分分解。在另一個實施例中不加入發(fā)泡劑。
另外，其它添加劑和加工助劑，例如，熱穩(wěn)定劑、UV穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、填料、相容劑、熔體強度增強劑和/或增粘劑，可以與樹脂預(yù)先混合并加入擠壓機100的料筒104中。添加劑和加工助劑也可以通過入口118或其它與料筒104直接相通的喂入喉或入口(未圖示)加入料筒104。彩色顆?？梢詮牟噬w粒料斗(未圖示)輸入擠壓機100，為最終產(chǎn)品提供所需的顏色和外觀。
濕增強纖維從濕增強纖維喂入料斗110經(jīng)過喂入喉103輸入擠壓機100的料筒104，在其中的高容量區(qū)107與熔融聚合物樹脂混合。通過將濕增強纖維結(jié)合到熔融樹脂中，對擠壓機100的料筒104和螺桿102的磨損和破損小。在高容量區(qū)107，螺桿102的螺紋108比聚合物喂入?yún)^(qū)106和/或第一加壓區(qū)113的螺紋108的螺距大和/或深度大。另外，高容量區(qū)107的各個螺紋108可以比聚合物喂入?yún)^(qū)106和/或第一加壓區(qū)113的螺紋108間隙大。高容量區(qū)107中的螺紋108的較大螺距和/或較大深度增大此區(qū)的輸出量，并使?jié)裨鰪娎w維進(jìn)入擠壓機100的料筒104，與熔融樹脂混合，形成熔融樹脂/纖維混合物。在一個或多個典型實施例中，高容量區(qū)107的螺紋108可以具有與聚合物喂入?yún)^(qū)106的螺紋108基本相同的螺距和/或深度。濕增強纖維可以通過計量裝置計量后進(jìn)入料筒104，計量裝置可以是振動裝置或螺桿(未圖示)或填塞送料器(未圖示)，可以選擇安裝在喂入喉103內(nèi)。
適合的增強纖維包括，但不限于濕用短切原絲玻璃纖維。濕增強纖維，諸如本發(fā)明中使用的，通常聚集成包、卷裝或單根纖維的束的形式。這里使用的術(shù)語“束”是指任何類型的濕增強纖維聚合，是容易被本領(lǐng)域一般技術(shù)人員識別和理解的。任何類型的玻璃纖維，例如A型玻璃纖維、C型玻璃纖維、E型玻璃纖維、S型玻璃纖維、AR型玻璃纖維或其變化，可以用作濕短切原絲玻璃纖維。
在一個優(yōu)選實施例中，增強纖維是濕用短切原絲玻璃纖維。作為增強纖維的濕用短切原絲玻璃纖維，可以通過本領(lǐng)域中公知的傳統(tǒng)工藝制造。濕用短切原絲玻璃纖維可以含有1-30％的水分，優(yōu)選的水分含量是5-15％。短切原絲玻璃纖維的長度可以是6-75mm(根據(jù)所用的工藝，可以更長)。在優(yōu)選實施例中，玻璃纖維的長度為6-12mm。玻璃纖維的直徑可以是9-25微米，優(yōu)選的范圍是12-16微米。
另外，增強纖維材料可以是一種或多種合成聚合物的原絲，例如聚酯、聚酰胺、芳族聚酸胺及其混合物。聚合物原絲可以作為增強纖維材料單獨使用，或者與諸如上述的濕玻璃原絲一起使用。碳或聚酰胺纖維也可以用作濕增強纖維材料。在另一個可選的實施例中，天然纖維，例如大麻、黃麻、亞麻、洋麻、鋸末或任何其它公知天然纖維，可以單獨使用，或者與玻璃和/或聚合物纖維結(jié)合使用。
在一個典型實施例中，濕增強纖維在其加入濕增強纖維喂入料斗105之前輸送到打開器(未圖示)，用于至少部分打開和/或絲化(例如，成為單根)濕增強纖維。然后，打開器可以將濕增強纖維分配或輸送到蒸發(fā)器(未圖示)，在此從濕纖維中去除至少一部分水。在典型實施例中，去除多于70％的自由水，例如，在增強纖維外部的水。但是，優(yōu)選地，利用蒸發(fā)器去除基本所有的水。應(yīng)該注意到，像這里使用的短語“基本所有的水”，是指去除所有的或幾乎所有的自由水。可選擇的，可以使用第二打開器(未圖示)進(jìn)一步絲化或單根化濕增強纖維，和/或額外的蒸發(fā)器和/或加熱器。這些實施例應(yīng)認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，濕玻璃中的一些水或所有水可以保持在混合物內(nèi)，而不是如上所述蒸發(fā)掉幾乎所有的水。在此實施例中，根據(jù)水分含量，需要蒸發(fā)一部分水。在這些實施例中，水作為發(fā)泡劑，或者與化學(xué)發(fā)泡劑一起使用，從而提供所需的密度；或者按照類似于USP6355698中所述的方式，使用干燥劑捕集多余的水，形成所需的單元結(jié)構(gòu)和密度。
打開器可以是適于打開濕增強纖維束的任何類型的打開器。打開器的設(shè)計取決于被打開的纖維的類型和物理性能。本發(fā)明使用的適合的打開器包括具有或沒有稱重裝置的任何傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)類型包打開器(bale opener)。包打開器可以具有不同的精細(xì)打開器，并可以選擇性含有一個或多個licker-in鼓或鋸齒鼓。包打開器可以具有喂入輥或喂入輥和壓尺的組合。蒸發(fā)器可以是任何公知的干燥裝置或本領(lǐng)域內(nèi)公知的水去除裝置，例如，但不限于空氣干燥器、烤箱、滾筒、抽吸泵、加熱鼓干燥器、紅外加熱源、熱空氣鼓風(fēng)機和微波發(fā)射源。
再看圖2，螺桿102將熔融樹脂/纖維混合物沿筒104內(nèi)部從高容量區(qū)107朝下游推動到第二加壓區(qū)112，熔融的熱塑性樹脂和增強纖維材料在此處混合，并密切復(fù)合形成基本均勻的物料。此區(qū)的螺桿102的螺紋108，與位于聚合物喂入?yún)^(qū)106、第一加壓區(qū)113和高容量區(qū)107的螺紋108相比，可以具有較小的角度、較小的螺距、較淺的深度、較窄的間距和/或離料筒102較小的公差。結(jié)果，熔融樹脂/纖維混合物緊緊填充螺紋108之間的空間。當(dāng)迫使樹脂/纖維混合物向料筒104下游運動時，與料筒104之間的摩擦產(chǎn)生的剪切力以及螺紋108內(nèi)增強的剪切，導(dǎo)致增強纖維束打開和分離(例如，絲化)。另外，當(dāng)熔融樹脂/纖維混合物向下游輸送時，由螺桿102旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦(熱量)，使保持在束內(nèi)的水分蒸發(fā)。
為了減少主要來自纖維蒸發(fā)水分積累的蒸汽，熔融樹脂/纖維混合物優(yōu)選地經(jīng)過低壓區(qū)115，低壓區(qū)115所具有的螺紋108，優(yōu)選地其螺距和/或深度和/或間距大于聚合物喂入?yún)^(qū)106、高容量區(qū)107和第一和第二加壓區(qū)113、112的螺紋。優(yōu)選地，低壓區(qū)115的螺紋108比第一加壓區(qū)112的螺紋108具有較大螺距并分開較大間距。也可以想到高容量區(qū)107的螺紋108和低壓區(qū)115的螺紋具有大致相等的螺距和/或深度。
在低壓區(qū)115具有孔109，例如通風(fēng)孔，可以使纖維、添加劑和/或加工助劑釋放出來的水蒸汽和/或其它揮發(fā)物逸出到空氣中。排出水蒸汽有助于減少或防止聚合物樹脂降解以及在最終產(chǎn)品中出現(xiàn)空洞。將樹脂/纖維混合物的幾乎所有水分蒸發(fā)掉是需要的，以便獲得均勻一致的發(fā)泡材料和/或控制發(fā)泡作用。在經(jīng)過低壓區(qū)115之后殘余在樹脂/纖維混合物中的任何水分，可以用于得到所需的發(fā)泡作用，降低產(chǎn)品密度，或增大最終產(chǎn)品的絕熱或絕緣值。
然后，粘性的樹脂/纖維混合物流出低壓區(qū)115并輸送到加壓/模具喂入?yún)^(qū)116，使樹脂和玻璃纖維進(jìn)一步混合和/或復(fù)合。加壓/模具喂入?yún)^(qū)116的螺紋108，其螺距和/或深度等于或小于聚合物喂入?yún)^(qū)106和高容量區(qū)107的螺紋。樹脂/纖維混合物從擠壓機100作為發(fā)泡擠出料輸送到成型模具120，將擠出料成型為所需形狀。斷開板、篩網(wǎng)或適配器(未圖示)可以用于將擠出料從擠壓機100轉(zhuǎn)移到成型模具120。在適配器中，在擠出料流出擠壓機100時將其收集并重新成型，從而作為固體和連續(xù)塊輸送到模具120中。成型模具120可以是任何形狀，例如矩形、薄片或正方形。成型模具120也可以設(shè)計為，例如，使用窗戶或門的外形。在至少一個優(yōu)選實施例中，模具120將擠出料成型為基本平的板或薄片，可用于制成壁板產(chǎn)品；模具可以包括Celuka模具。優(yōu)選地，薄片的厚度為30-50mil。為了形成中空產(chǎn)品，模具120可以包括芯棒(未圖示)。另外，包括一個或多個串聯(lián)排列的模具實現(xiàn)所需形狀，也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
在至少一個典型實施例中，如圖4所示，聚合物樹脂和濕增強纖維經(jīng)過樹脂/纖維喂入喉130基本同時喂入擠壓機100的料筒104。如同這里使用的，術(shù)語“基本同時喂入”是指樹脂和濕增強纖維同時或幾乎同時輸入料筒104。擠壓機100具有至少一根螺桿102，螺桿102具有沿箭頭131方向旋轉(zhuǎn)的螺紋108。如圖4所示，濕增強纖維喂入料斗110可以通過濕纖維喂入喉132連接到樹脂/纖維喂入喉130?？蛇x擇的是，濕纖維喂入喉132可以具有振動裝置(未圖示)或螺桿134，幫助將濕增強纖維從濕增強纖維喂入料斗110輸送到樹脂/纖維喂入喉130。
在濕增強纖維束加入濕增強纖維喂入料斗110之前，可以使用打開器(未圖示)將其至少部分打開。在濕增強纖維進(jìn)入打開器或濕增強纖維喂入料斗110之前，也可以將濕增強纖維至少部分干燥，例如通過將濕增強纖維經(jīng)過加熱室或微波室。另外，樹脂/纖維喂入喉130可以包括擋板(未圖示)或其它混合/喂入裝置，在濕增強纖維和聚合物樹脂進(jìn)入擠壓機100之前將其進(jìn)一步混合。通過單個料斗(未圖示)將樹脂和濕增強纖維預(yù)先混合并輸入擠壓機的實施例，也被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在圖4中，樹脂/纖維混合物在聚合物喂入?yún)^(qū)133進(jìn)入擠壓機100的料筒104。接著將樹脂/纖維混合物向下游輸送到加壓區(qū)136，在此處聚合物樹脂由于螺桿102旋轉(zhuǎn)動作產(chǎn)生的機械作用和摩擦而熔化，并與濕增強纖維基本混合均勻。加壓區(qū)136的螺紋108，其螺距和/或深度和/或間距小于聚合物喂入?yún)^(qū)133的螺紋108。當(dāng)樹脂/纖維混合物向下游輸送到擠壓機料筒時，螺桿的混合和輸送作用產(chǎn)生的剪切力造成增強纖維束絲化(例如，打開和分離)。在料筒104的任何位置上可以安裝加熱器(未圖示)，在樹脂/纖維混合物輸送經(jīng)過擠壓機100時有助于熔化聚合物樹脂和/或保持樹脂的熔融狀態(tài)。
當(dāng)螺桿102將熔融樹脂/纖維物料沿料筒104內(nèi)部向下游推動時，擠壓過程產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致濕增強纖維中的水分蒸發(fā)。為了釋放蒸汽壓力，樹脂/纖維混合物經(jīng)過低壓區(qū)137，低壓區(qū)137的螺紋108具有比聚合物喂入?yún)^(qū)133和加壓區(qū)136的螺紋108大的螺距、深度和/或間距。在低壓區(qū)137具有孔109，用于將加壓區(qū)136中釋放的水蒸汽或其它揮發(fā)物排出擠壓機100并排到空氣中。粘性的樹脂/纖維混合物從低壓區(qū)137輸送到加壓/模具喂入?yún)^(qū)138。加壓/模具喂入?yún)^(qū)的螺紋108具有比低壓區(qū)137的螺紋108小的螺距、深度和/或間距，以及與聚合物喂入?yún)^(qū)的螺紋108相等或比其小的螺距、深度和/或間距。最終，樹脂/纖維混合物作為擠出料從擠壓機100輸送到成型模具120，在此成型為所需的形狀。為實現(xiàn)所需的形狀可以將一個或多個模具(未圖示)串聯(lián)排列。
應(yīng)該認(rèn)識到，這里對本發(fā)明不同實施例中擠壓機螺桿各區(qū)的螺紋和深度的說明是一般性描述，僅僅是為了解釋的目的。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，各個區(qū)可以具有不同的特定螺距和間距，并且仍提供特殊區(qū)的功能，從而給出本發(fā)明操作的效果。還應(yīng)該理解的是，不同區(qū)的這些不同螺距和間距也可以取決于特定的樹脂選擇。所有這些可以選擇的實施例都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明的典型擠壓生產(chǎn)線的示意圖。當(dāng)擠出料流出成型模具120時，其被拉動裝置145以基本恒定的速度拉入校準(zhǔn)器140。拉動裝置145可以包括多個動力驅(qū)動的上和下輥147、148，用于抓持并拉動擠出料從成型模具120出來并經(jīng)過至少一個校準(zhǔn)器140和冷卻罐150。適合的拉動裝置的另一個例子是軌道拉動器(未圖示)，軌道拉動器(未圖示)在擠出料上方和下方具有橡膠軌道，用于抓持并向擠壓生產(chǎn)線下游拉動擠出料。
流出成型模具120的熔融擠出料具有發(fā)泡壓力，在校準(zhǔn)器140中持續(xù)累積。當(dāng)形成發(fā)泡壓力時，熔融擠出料被迫接觸固定的冷卻內(nèi)表面，將擠出料調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)到所需形狀。另外，冷卻的內(nèi)表面將發(fā)泡擠出料的表面冷卻形成高密度表皮。優(yōu)選地，具有足夠密度和厚度的表皮防止心部的熔融擠出料在退出校準(zhǔn)器時經(jīng)過表皮膨脹或爆裂。校準(zhǔn)器140的冷卻內(nèi)表面可以是水冷或空氣冷卻通道142。還可以使用真空(未圖示)將熔融擠出料的外表面拉到校準(zhǔn)器140的冷卻通道142的冷卻表面，并校準(zhǔn)擠出料。
為了進(jìn)一步冷卻成型的擠出料，可以將其經(jīng)過至少一個冷卻罐150，冷卻罐150的長度足以冷卻擠出料，并將其固定在成型的形狀。優(yōu)選地，冷卻罐150冷卻擠出料，對擠出料產(chǎn)生最小的應(yīng)力。在至少一個實施例中，冷卻罐150具有噴水器155，將水噴霧到成型的擠出料上。在本發(fā)明的另一個實施例中，冷卻罐具有水槽(未圖示)，擠出料經(jīng)過它時冷卻并定型擠出料。
冷卻的成型擠出料可以經(jīng)過壓花機160，為成型的擠出料賦予所需的面飾。壓花機可以是雙輥裝置，其中至少一個輥具有花紋設(shè)計?；y設(shè)計可以雕刻或蝕刻在輥上。第二輥與第一輥相對，從而可以利用壓力將花紋設(shè)計應(yīng)用到成型的擠出料上。輥可以保持在控制的溫度下，這有助于壓花過程。
在退出壓花機160后，擠出料可以經(jīng)過切斷和修剪裝置170。這里，可以將擠出料切成所需長度和/或尺寸，并修剪側(cè)邊緣。切斷鋸可以裝在運動小車上，與擠出料一起運動，在所需角度產(chǎn)生光滑的直線切口。切斷裝置是電控的從而產(chǎn)生具有所需長度的切片，也是需要的。
可以選擇的是，聚合物/纖維混合物與cap stock一起共同擠壓，例如聚氯乙烯、丙烯酸cap stock、ASA(丙烯酸/苯乙烯/丙烯腈三聚體)或其它適合的cap材料。如圖6所示，cap擠壓機135可以裝在擠壓生產(chǎn)線中，其安裝位置使cap stock制成的cap以及擠出料制成的底板一起退出成型模具120。cap stock在cap擠壓機135中的共同擠壓方式是熱塑擠壓領(lǐng)域中一般技術(shù)人員公知的。cap可以是2-14mil厚，可以是或不可以是發(fā)泡的。另外，可以在擠出料表面使用薄膜。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明另一個典型擠壓生產(chǎn)線的示意圖。來自濕增強纖維喂入料斗110的濕增強纖維，例如WUCS玻璃纖維，與來自樹脂喂入料斗105的聚合物樹脂經(jīng)過樹脂/纖維喂入喉130基本同時輸入擠壓機100。需要注意的是，這里使用的短語“基本同時”是指濕增強纖維和聚合物樹脂在相同時刻或幾乎相同時刻輸入擠壓機100。彩色顆粒也可以通過彩色顆粒料斗(未圖示)輸入擠壓機100，彩色顆粒料斗經(jīng)過導(dǎo)管(未圖示)與樹脂/纖維喂入喉130相互連接，從而為最終產(chǎn)品賦予所需色彩外觀。
退出模具120的擠出料被拉動裝置145以基本恒定的速度拉動并經(jīng)過壓花輥172，為擠出料賦予花紋設(shè)計，從而如此制成的最終產(chǎn)品具有非常美觀的表面。一個或多個壓花輥172可以包括花紋設(shè)計。接著，擠出料經(jīng)過冷卻輥174并進(jìn)入校準(zhǔn)器140，將擠出料調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)到所需形狀。在校準(zhǔn)擠出料之后，通過將擠出料經(jīng)過冷卻罐150而進(jìn)一步冷卻成型的擠出料。
接著，擠出料經(jīng)過穿孔器176，用于對擠出的材料沖孔或鉆孔，作為通風(fēng)孔、排水孔、滴水孔和/或釘槽。在退出穿孔器176之后，切斷和修剪裝置170將擠出料切成離散的片段形成最終產(chǎn)品，例如乙烯壁板產(chǎn)品(未圖示)。最終產(chǎn)品可以堆放在包裝臺175上，以便包裝和隨后運輸。
可以選擇的是，cap擠壓機135可以裝在擠壓生產(chǎn)線上共同擠壓cap。如圖7所示，cap stock(未圖示)可以從cap stock喂入料斗180經(jīng)過喂入喉181輸送并進(jìn)入cap擠壓機135。彩色顆?？梢詮牟噬w粒料斗182經(jīng)過喂入喉183輸入cap擠壓機135，為cap賦予所需色彩或外觀。接著將退出擠壓機135的熔融cap stock混合物(未圖示)輸送到模具120。為了共同擠壓cap，由cap stock制成的cap以及由擠壓機100的聚合物樹脂/纖維混合物制成的底板基本同時退出模具120。
需要注意的是，雖然上面分開描述了具有不同特征的多個實施例，但多個實施例的各個特征可以按任何方式組合，這些其它的實施例也認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
由諸如這里所述擠壓工藝制造的乙烯壁板產(chǎn)品常常含有填料，用于增大壁板產(chǎn)品的模量或剛性，并減小由于壁板溫度變化而出現(xiàn)的移動量。當(dāng)諸如WUCS的濕增強纖維用于增強乙烯壁板產(chǎn)品時，像本發(fā)明一樣，壁板產(chǎn)品中可以包含較高數(shù)量填料。因此，用WUCS玻璃纖維增強的乙烯壁板產(chǎn)品表現(xiàn)出熱變形減小。例如，WUCS增強壁板產(chǎn)品在160溫度下沒有熱變形?？梢源嬖谟谝蚁┍诎瀹a(chǎn)品中的適合的填料例子包括，但不限于碳酸鈣滑石、二氧化鈦、氫氧化鋁、粘土、硅酸鈣、高嶺土、氧化鎂、二硫化鉬、二氧化硅、板巖粉、鋅鹽、沸石、硫酸鈣、鋇鹽、硅酸鹽水泥、CaO、Na2CO3和/或CaSO4。
雖然已經(jīng)一般性描述了本發(fā)明，但通過參考下面給出的某些具體例子能達(dá)到進(jìn)一步理解，這些例子僅是為了解釋的目的給出的，除非特別指出，否則不能認(rèn)為是所有都包括在內(nèi)或者是限制性的。
實施例實施例1將PVC硬擠壓化合物以2200lb/hr速率計量輸入130mm雙螺桿擠壓機的喂入喉。同時，將具有12％水分的WUCS玻璃纖維以33lb/hr的速率經(jīng)過側(cè)安裝振動加料器計量輸入擠壓機的喂入喉，達(dá)到玻璃成分為5％(重量百分?jǐn)?shù))。位于擠壓機料筒長度約60％以下的低壓區(qū)用于去除玻璃填充化合物中的水分。擠壓機裝有薄片模具，用于生產(chǎn)48mil厚的產(chǎn)品。此產(chǎn)品是在諸如圖6所示的擠壓生產(chǎn)線上生產(chǎn)的。產(chǎn)品經(jīng)檢測符合ASTM D3679的要求。
實施例2將混有2％馬來酸酐改性聚丙烯的聚丙烯加入單螺桿60mm擠壓機的喂入喉。大約向下游16英寸，通過喂入喉將濕用短切原絲玻璃纖維加入高容量區(qū)(例如，第一低壓區(qū))。料筒再向下游約16英寸是第二低壓區(qū)，第二低壓區(qū)裝有設(shè)定為15英寸汞柱真空的真空系統(tǒng)，用于去除擠壓機中的化合物的水分。擠壓機裝有擠壓125mil厚產(chǎn)品的薄片模具。
實施例3將由聚氯乙烯(PVC)樹脂、沖擊和加工改性劑、錫基穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑以及諸如碳酸鈣的無機填料構(gòu)成的化合物與15％WUCS玻璃纖維預(yù)先混合，其中WUCS玻璃纖維含有12％水分，然后輸入88mm雙螺桿擠壓機的喂入喉。將發(fā)泡的擠出料制成板。
實施例4將上面實施例3中所述的化合物與含有12％水分的WUCS玻璃纖維同時輸入88mm雙螺桿擠壓機的喂入喉，WUCS玻璃纖維的加入速率足以使發(fā)泡擠出料具有15％玻璃纖維。將發(fā)泡的擠出料制成板。
實施例5將上面實施例3中所述的化合物輸入88mm雙螺桿擠壓機的喂入喉。將含有12％水分的濕用短切原絲玻璃纖維加到沿擠壓機料筒在聚合物喂入?yún)^(qū)和初始加壓/混合區(qū)之后的一個單獨位置。將發(fā)泡的擠出料制成板。
上面具體實施例的描述完全揭示本發(fā)明的基本性質(zhì)，從而其它人在應(yīng)用本領(lǐng)域技藝范圍內(nèi)的知識(包括這里引用的參考文獻(xiàn)的內(nèi)容)，在不偏離本發(fā)明基本概念的情況下，在沒有不合理實驗的條件下，可以容易地為各種應(yīng)用而修改和/或改變這些具體實施例。因此，這些改變和修改，根據(jù)這里給出的原理和指導(dǎo)，將在所給出的實施例的等價內(nèi)容的含義和范圍內(nèi)。應(yīng)該理解的是，這里的短語和術(shù)語是為了說明的目的，而不是限制，因此本說明書的術(shù)語和短語能被熟練技術(shù)工人在考慮這里給出的原理和指導(dǎo)并結(jié)合本領(lǐng)域一般技術(shù)人員的知識的情況下進(jìn)行解釋。此外，如上所述，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以將這些原理應(yīng)用于擠壓以外的工藝。
上面概括地并參考具體實施例描述了本發(fā)明申請。雖然按照相信是本發(fā)明優(yōu)選的實施例說明了本發(fā)明，但在總的內(nèi)容范圍內(nèi)可以選擇為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員公知的很多可供選擇的例子。除了給出的權(quán)利要求的內(nèi)容，本發(fā)明沒有其它限制。
權(quán)利要求
1.一種制備增強擠壓熱塑產(chǎn)品的方法，包括以下步驟將聚合物樹脂在擠壓機(100)料筒(104)的第一加壓區(qū)(113)至少部分熔化，所述料筒包圍至少一根可旋轉(zhuǎn)螺桿(102)，螺桿(102)具有螺紋(108)并基本沿所述料筒長度方向延伸；將濕增強纖維輸入所述料筒的高容量區(qū)(107)，所述高容量區(qū)的所述螺紋具有比所述第一加壓區(qū)的所述螺紋大的螺距，從而便于所述濕增強纖維進(jìn)入所述料筒，所述濕增強纖維與所述熔融樹脂混合形成熔融樹脂/纖維混合物；將所述樹脂/纖維混合物沿所述至少一根螺桿向下游輸送到低壓區(qū)(115)，在所述低壓區(qū)從所述濕增強纖維釋放出的水蒸汽通過所述料筒中的孔(109)排出所述料筒；以及使所述樹脂/纖維混合物經(jīng)過擠壓模具(120)形成所述的擠壓熱塑產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述濕增強纖維是濕用短切原絲玻璃纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括使所述樹脂/纖維混合物經(jīng)過第二加壓區(qū)(112)的步驟，在所述第二加壓區(qū)使所述濕用短切原絲玻璃纖維在所述輸送步驟之前至少部分絲化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二加壓區(qū)的所述螺紋螺距小于所述聚合物喂入?yún)^(qū)、所述低壓區(qū)和所述高容量區(qū)的所述螺紋螺距。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括將所述聚合物樹脂在所述熔化步驟之前加入所述料筒的聚合物喂入?yún)^(qū)(106)的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括使所述樹脂/纖維混合物經(jīng)過加壓/模具喂入?yún)^(qū)(116)的步驟，從而使所述樹脂和所述濕用短切原絲玻璃纖維在進(jìn)入所述擠壓模具之前進(jìn)一步混合和復(fù)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括將發(fā)泡劑加入所述料筒的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在所述樹脂加入所述料筒之前將發(fā)泡劑與所述樹脂預(yù)先混合的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在將所述濕用短切原絲玻璃纖維輸入所述料筒之前至少部分打開所述濕用短切原絲玻璃纖維的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在將所述濕用短切原絲玻璃纖維輸入所述料筒之前去除所述濕用短切原絲玻璃纖維中所含的至少一部分水分的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述擠壓熱塑產(chǎn)品壓花的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將cap stock(135)共同擠壓到所述擠壓熱塑產(chǎn)品上的步驟。
13.一種擠壓增強熱塑產(chǎn)品的設(shè)備，包括具有出口的細(xì)長料筒(104)；容納聚合物樹脂的聚合物樹脂喂入料斗(105)；容納濕增強纖維的濕增強纖維喂入料斗(110)；在所述料筒中在所述濕增強纖維喂入料斗下游的孔(109)，用于排出從所述濕增強纖維釋放的水分；以及置于所述料筒內(nèi)并基本沿所述料筒長度方向延伸的至少一根可旋轉(zhuǎn)螺桿(102)，所述至少一根螺桿的螺紋(108)與所述料筒內(nèi)表面配合，形成將所述樹脂和所述濕增強纖維向下游輸送經(jīng)過所述料筒到達(dá)所述出口的通道，所述至少一根螺桿包括使所述聚合物樹脂進(jìn)入所述料筒的聚合物喂入?yún)^(qū)(106)；在所述聚合物喂入?yún)^(qū)下游的高容量區(qū)(107)，所述螺紋在所述高容量區(qū)的螺距足以促進(jìn)所述濕增強纖維輸入所述料筒；使所述樹脂與濕增強纖維復(fù)合并且所述濕增強纖維至少部分絲化的第一加壓區(qū)(113)；以及在所述高容量區(qū)下游的低壓區(qū)(115)，所述低壓區(qū)的螺紋螺距大于所述第一加壓區(qū)的所述螺紋螺距。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于所述濕增強纖維是濕用短切原絲玻璃纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括相互連接所述聚合物樹脂喂入料斗與所述料筒的第一喂入喉(101)；以及相互連接所述濕增強纖維喂入料斗與所述料筒的第二喂入喉(103)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括在所述第一喂入喉內(nèi)的計量機構(gòu)，用于使所述聚合物樹脂輸入所述料筒。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括與所述第一喂入喉直接連通的入口(118)，用于將從以下物質(zhì)中選擇的至少一種物質(zhì)供應(yīng)到所述第一喂入喉發(fā)泡劑、熱穩(wěn)定劑、UV穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、填料、相容劑、熔體強度增強劑和增粘劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括連接到所述濕增強纖維喂入料斗的打開器，用于至少部分絲化所述濕增強纖維。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括相互連接所述打開器和所述增強纖維喂入料斗的冷凝器，用于至少部分干燥所述至少部分絲化的濕增強纖維。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于所述至少一根螺桿還包括位于所述聚合物喂入?yún)^(qū)下游的第二加壓區(qū)(112)，所述聚合物樹脂在此處至少部分熔化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于所述至少一根螺桿還包括與所述出口相鄰的加壓/模具喂入?yún)^(qū)(116)，所述加壓/模具喂入?yún)^(qū)的所述螺紋螺距等于或小于所述聚合物喂入?yún)^(qū)、所述第一加壓區(qū)、所述高容量區(qū)和所述低壓區(qū)的所述螺紋螺距。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于所述高容量區(qū)的所述螺紋螺距大于所述第一和第二加壓區(qū)的所述螺紋螺距。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于所述第一加壓區(qū)的所述螺紋螺距小于所述聚合物喂入?yún)^(qū)、所述高容量區(qū)和所述低壓區(qū)的螺距。
24.一種擠壓增強熱塑產(chǎn)品的設(shè)備，包括具有出口的細(xì)長料筒(104)；容納聚合物樹脂的聚合物樹脂喂入料斗(105)；相互連接所述聚合物樹脂喂入料斗和所述料筒的樹脂/纖維喂入喉(101)；連接所述樹脂/纖維喂入喉并容納濕增強纖維的濕增強纖維喂入料斗(110)；在所述料筒中在所述聚合物樹脂喂入料斗和所述濕增強纖維喂入料斗下游的孔(109)，用于排出從所述濕增強纖維釋放的水分；以及置于所述料筒內(nèi)并基本沿所述料筒長度方向延伸的至少一根可旋轉(zhuǎn)螺桿(102)，所述至少一根螺桿的螺紋與所述料筒內(nèi)表面配合，形成將所述樹脂和所述濕增強纖維向下游輸送經(jīng)過所述料筒到達(dá)所述出口的通道，所述至少一根螺桿包括使所述聚合物樹脂進(jìn)入所述料筒的聚合物喂入?yún)^(qū)(106)；在所述聚合物喂入?yún)^(qū)下游的加壓區(qū)(113)，所述聚合物樹脂在此處至少部分熔化；低壓區(qū)(115)，所述低壓區(qū)的螺紋螺距大于所述加壓區(qū)的所述螺紋螺距；以及與所述出口相鄰的加壓/模具喂入?yún)^(qū)(116)，所述加壓/模具喂入?yún)^(qū)的所述螺紋螺距等于或小于所述聚合物喂入?yún)^(qū)、所述加壓區(qū)和所述低壓區(qū)的所述螺紋螺距。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于所述濕增強纖維是濕用短切原絲玻璃纖維。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括從一個或多個擋板、填塞器(crammer)和振動螺桿構(gòu)成的組中選擇的裝置，所述裝置安裝在所述樹脂/纖維喂入喉，用于混合所述樹脂和所述濕增強纖維。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括相互連接所述濕增強纖維喂入料斗和所述樹脂/纖維喂入喉的濕纖維喂入喉(132)，所述濕纖維喂入喉包括振動螺桿(134)。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括連接到所述濕增強纖維喂入料斗的打開器，用于至少部分絲化所述濕用短切原絲玻璃纖維。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，還包括相互連接所述打開器和所述增強纖維喂入料斗的冷凝器，至少部分干燥所述絲化的濕用短切原絲玻璃纖維。
30.一種制備增強擠壓熱塑產(chǎn)品的方法，包括以下步驟將預(yù)混合物加入擠壓機(100)的料筒(104)的聚合物喂入?yún)^(qū)(133)，所述料筒包圍至少一根可旋轉(zhuǎn)螺桿(102)，所述螺桿具有螺紋并且基本沿所述料筒的長度延伸；在加壓區(qū)(136)至少部分熔化所述預(yù)混合物，形成熔融樹脂/纖維混合物；將所述熔融樹脂/纖維混合物沿所述至少一根螺桿向下游輸送到低壓區(qū)(137)，在所述低壓區(qū)隨著所述樹脂/纖維混合物沿所述至少一根螺桿輸送時從所述濕增強纖維中釋放的水蒸汽，通過所述料筒中的孔(109)從所述料筒逸出；以及使所述熔融樹脂/纖維混合物經(jīng)過擠壓模具(120)，制成所述擠壓熱塑產(chǎn)品。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于所述濕增強纖維是濕用短切原絲玻璃纖維。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括在使所述樹脂/纖維混合物經(jīng)過所述模具之前使所述熔融樹脂/纖維混合物經(jīng)過加壓/模具喂入?yún)^(qū)(138)的步驟，所述模具喂入?yún)^(qū)的所述螺紋螺距不大于所述聚合物喂入?yún)^(qū)的所述螺紋螺距。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，還包括將聚合物樹脂與濕增強纖維混合形成所述樹脂/纖維預(yù)混合物的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括從以下物質(zhì)中選擇一種物質(zhì)加入所述料筒發(fā)泡劑、熱穩(wěn)定劑、UV穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、填料、相容劑、熔體強度增強劑和增粘劑。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括以下步驟在混合所述濕用短切玻璃纖維和所述樹脂之前至少部分打開所述濕用短切原絲玻璃纖維；以及在至少部分打開所述濕用短切原絲玻璃纖維之后，去除所述濕用短切原絲玻璃纖維中的至少一部分水。
36.一種制備增強擠壓熱塑產(chǎn)品的方法，包括以下步驟將聚合物樹脂和濕增強纖維輸入擠壓機的料筒；至少部分熔化料筒中的聚合物樹脂；混合所述纖維和所述熔融樹脂形成熔融樹脂/纖維混合物；將所述樹脂/纖維混合物沿所述至少一根螺桿向下游輸送到使所述濕增強纖維釋放的水蒸汽經(jīng)過所述料筒中的孔排出所述料筒的區(qū)域；以及使所述樹脂/纖維混合物經(jīng)過擠壓模具制成所述擠壓熱塑產(chǎn)品。
37.一種制備增強擠壓熱塑產(chǎn)品的方法，包括以下步驟將聚合物樹脂和濕增強纖維輸入擠壓機(100)的料筒(104)；至少部分熔化料筒中的聚合物樹脂；混合所述熔融樹脂形成熔融樹脂/纖維混合物；將所述樹脂/纖維混合物沿所述至少一根螺桿(102)向下游輸送到使所述濕增強纖維釋放的至少一部分水蒸汽作為所述樹脂的發(fā)泡劑的區(qū)域；以及使所述樹脂/纖維混合物經(jīng)過擠壓模具(120)制成所述擠壓熱塑產(chǎn)品。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括將所述樹脂/纖維混合物沿所述至少一根螺桿向下游輸送到使所述濕增強纖維釋放的至少一部分水蒸汽從所述料筒中去除的區(qū)域的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括將活性或無水填料加入所述混合物的步驟，從而吸收所述工藝過程中釋放的水分。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括將發(fā)泡劑加入所述料筒的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在螺桿擠壓工藝中使用濕用短切玻璃原絲(WUCS)的方法。聚合物樹脂加入擠壓機(100)的聚合物喂入?yún)^(qū)(106)，并輸送到第一加壓區(qū)(113)，在此處樹脂被至少部分熔化。熔融樹脂輸送到高容量區(qū)(107)，在此處加入WUCS纖維。在高容量區(qū)，螺桿的螺紋可以具有較大的螺距，以便于WUCS進(jìn)入擠壓機。熔融樹脂/纖維混合物輸送到第二加壓區(qū)(112)，在此處樹脂和纖維緊密復(fù)合。接著，熔融樹脂/纖維物料輸送到低壓區(qū)(115)，在此處通過孔(109)排出從纖維中蒸發(fā)的水分。然后輸送樹脂/纖維混合物經(jīng)過加壓/模具喂入?yún)^(qū)(116)，進(jìn)一步復(fù)合和混合樹脂和纖維。
文檔編號B29C47/76GK101068672SQ200580039337
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者F·C·奧布賴恩－伯尼尼, D·R·弗米利恩, S·W·施韋格爾, B·J·古赫德, W·D·格雷厄姆, G·A·沃爾拉思, L·A·莫里斯 申請人:歐文斯-康寧玻璃纖維技術(shù)公司