[发明专利]制造挤压合成木材的模具及其相关方法

说明书

相关申请的参考

这是2007年9月17日提交的、在 Keller等人名下的US专利申请序列号11/856,431的部分续案，并且要求2008年9月29日提交的US临时专利申请序列号61/194,626的优先权，这两个在此以它们的整体通过参考并入本发明。

技术领域

本发明总体上涉及用于制造复合材料的挤压模具系统。本发明尤其涉及将包含在挤压系统中的改进的挤压模具，其允许用户通过独立地操作系统的可互换的嵌套模具来精确控制复合物的混合、流动和成形。

背景技术

US专利No.5,516,472（Laver），其在此以它的整体通过参考并入本发明，公开了一种纤维素塑料复合物以及将该复合物加工成最终产品的方法。在Laver中公开的方法包括将材料穿过由一系列嵌套模具组成的模具挤压系统。在该系统中包括的这些类型的模具是适配模具、过渡模具、分股模具、成型模具以及定型模具。每个类型的模具是包含许多通道的平坦板。每个通道的尺寸、数量和形状由每个模具的特定功能确定。

在Laver中处理纤维素塑料复合物的方法利用均匀颗粒大小和品质一致（在各种不同的原材料的纯度及物理和化学性质方面）的原材料以中等挤压速率（大约600磅/小时）运转良好，并且用于产生相对较小的产品尺寸。然而，当挤压速率增加超过中等值、使用具有非均匀颗粒大小或总体质量较差的原材料、或挤压的产品提高到超过最小尺寸时，缺陷出现在挤压的最终产品中。缺陷包括粗糙的表面、不均匀分布的成分以及下降的强度。

发明内容

本发明涉及一种用于纤维素塑料复合物的制造的挤压模具系统。该系统包括适配模具、过渡模具、分股模具、成型模具以及定型模具。本发明提供改进的模具设计、使用改进的模具设计的方法、以及在更广泛各种情况下的用途中使用改进的模具设计生产产品的方法。在这里改进的模具的特性中包括模具的厚度、以及它们的通道的数量、方向、形状以及剖面面积。每个改善类型的改进模具可以与标准非改进的模具一起使用。可替代地，每个改善的模具可以与其他改善的改进模具一起使用来形成一体系统。使用在任何具体应用中的模具的具体组合依赖于该应用的条件和目标。本发明允许用户仅利用最适合于处理特定复合物的模具来建立模具系统。更特别地，本发明提供使用在具有用于更广泛范围的黏稠度、纯度水平、挤压速率以及产品尺寸能力的挤压模具系统中的改进模具。

每种类型模具的角色和本文所改进的参数描述如下。

适配模具将模具系统连接到挤压机，后者推动复合材料通过模具系统。在用作挤压机与剩余模具系统之间的接口时，适配模具控制复合物进入模具系统的流动速率。本文描述的改进适配模具包含一个通道，该通道在它的形状、剖面面积、以及长度（由模具的厚度确定）方面变化。

过渡模具从适配模具接收复合材料并且重新成形以及以其它方式准备该复合材料以将该复合材料输送到分股模具。和适配模具一样，过渡模具通常也包括单个通道。通道的形状在从模具的前面到后面的范围内变化。过渡模具的前面与适配模具的后孔口的形状相似，并且过渡模具的后面与最终产品的形状相似。如在此讨论的，过渡模具通道的尺寸可以影响输送到分股模具的材料的性质，其影响最终产品的结构质量和美观质量。

分股模具将从过渡模具接收的材料分离成一个一个的股。分股模具包含以与产品的最终形式相似的方式设置的多个分股通道。在此描述的分股模具在模具厚度、分股通道数量、剖面面积以及形状、以及由在每个分股通道的中心线之间的距离表征的分股通道的相对间距方面变化。

成型模具将分股后的复合物压缩成与它最终形状相似的形状并且促进各个股的相互焊接。这个过程要求在成型模具的入口处的孔口的剖面面积大于在出口处的孔口的剖面面积。在成型模具前面和后面处的孔口的剖面面积的不同决定了模具施加在复合物上的压缩量。影响最终产品的其他参数包括在成型模具的后面处的孔口的尺寸，该尺寸决定了最终产品的尺寸，以及发生压缩的距离，即模具的厚度。在此描述的模具允许成型模具的上述参数的更大可变性。

在此描述的改进模具的一个类型包括适配模具，该适配模具包括前孔口、后孔口以及将前孔口连接到后孔口的通道，其中所述通道包括具有比后孔口的剖面面积小的剖面面积的受限区域。

在此描述的另一个改进模具包括分股模具，该分股模具包括前穿孔表面、后穿孔表面、以及从前穿孔表面延伸到后穿孔表面的多个非一致的通道。在多个非一致的通道中的各个通道可以在长度、剖面面积、剖面形状或上述各项的组合方面不同。多个非一致的通道可以构造来调节挤压物通过系统的流动。