[发明专利]发泡热塑性聚合物和木纤维型材和构件

说明书

本发明涉及制造安装在住宅及商用建筑中作为建筑组合件的结构构件或装饰件以及门窗单元的材料。更具体地说，本发明涉及一种具有优良性能、能直接替代木材和金属材料用于门窗、结构件或建筑领域的改进的型材或结构构件。本发明的结构构件可包括净规格木材替代品，具有复杂功能形状的结构部件如木门的横档、竖框、窗框、窗台、滑轨、档板和窗框以及各种各样的装饰件。此外，本发明还涉及用于制造商用和住宅建筑的门窗单元的结构部件。

该结构部件是由挤塑、复合的聚合物泡沫材料制造的。本发明的结构部件在建筑用组合件中能形成高强度连接。这种材料可利用常规紧固件和技术方便地进行安装、调整、填隙和修饰。这种部件具有好的耐热性能和机械性能，因而具有耐用性而且还易于制造和安装。

一般的工业、商用和住宅建筑通常涉及在常用单元组合件中采用结构部件和非结构部件。这种部件常由混凝土、石材、木材、玻璃或金属制造。这些材料是众所周知的，并且在建筑上的适用范围也是很熟悉的。

木材已用来加工成为各种形状的结构部件如净规格木料、装饰件、柱和梁，并已用来形成能与玻璃组装成门和窗单元的结构部件。木材、净规格木料、装饰件、柱、梁及包含木料的组合单元显然是有实用性的，并能很好地适用于许多住宅或商用设施中的多种用途。然而，在某些情况下，在这些用途中使用木材可能会产生一些问题。由于受真菌和昆虫的侵袭，木材会发生腐朽。此外，采用木材构件还会面临与用于建筑上木材的可获得性有关的价格问题，而且，木质构件还需要包括油漆或着色的大量维修费用。

金属(通常为铝或钢材)部件也是工业、商用和住宅建筑中常用的部件。金属部件会发生锈蚀或腐蚀问题，因而各自需要专门的施工技术和专门维护规范。乙烯基聚合材料也已经用于制造结构构件和窗及门组合件的型材。这类乙烯基聚合物材料通常包含作为主体材料的乙烯基聚合物和各种添加材料。已能将填充的和未填充的(以添加材料如纤维、无机物、染料等充填的)刚性的和柔性的热塑性材料挤塑或注塑成各种结构材料和密封材料。许多年来，Andersen Corporation已经将热塑性聚氯乙烯与木质构件复合制成了PERMASHIELD^商标窗扇。这种聚氯乙烯贴面技术已公开在Zaninni的美国专利2926729和3432885中。这些在专利中公开的技术涉及通过挤塑或注塑沿木质结构件周围松散地形成一薄的聚氯乙烯贴面层或包封层。

聚氯乙烯热塑性材料也可与木产品结合用以制造挤塑材料。经初步的努力，制成了能直接挤塑形成模量一般为约500000或较低的构件。但这类构件没有足够的抗压强度，合适的热膨胀系数、弹性系数、足够的紧固件保持性或缺乏许多建筑用途所需的其它适用性能。

最近，已转让给Andersen Corporation的美国专利5486553、5539027、5406768、5497594、5441801和5518677公开了采用热塑性塑料(如聚氯乙烯)和木纤维，按FIBREX^商标材料制造技术制成了高强度复合材料。这种复合材料适用于制造结构构件如可用于窗和门制造的中空型材。这些材料具有高弹性模量(800000磅/英寸²或更高)并且易于制造、组装和安装。这些具有极高强度的材料已很成功地用于窗和门的制造。

PERMASHIELD^商标制造技术和FIBREX^商标材料制造技术都具有显著的实用性并在许多应用领域中获得了很大的成功。热塑性聚合物技术的应用可进一步扩展到其它需要获得具有高性能材料的领域中。

我们已经发现，优质结构发泡材料可用来替代石材、木材、玻璃和金属制造构件。该构件是由一种热塑性聚合物与一种木纤维混合的发泡复合物构成的热塑性泡沫体。木纤维可以由软木或常绿树木制得，或由通常称为阔叶落叶性树木的硬木制得。一般说来，由于由软木制成的纤维较长，其中木素含量高且半纤维素含量较硬木低，因此对于木纤维制造来说，软木是优选的。其它的纤维来源包括竹子、稻草、甘蔗以及来自新闻纸、纸盒、计算机打印纸等的回收纤维在内的众多二次或纤维回收源。本发明的一种优选的木纤维来源是木纤维产品或是软木经锯或磨木加工的木纤维产物或副产品。一种优质的纤维可经磨木而制成，通称为锯末或磨渣的碾磨副产品也是可采用的。