具有硅材料的热塑性塑料挤出制品的利记博彩app

专利名称：具有硅材料的热塑性塑料挤出制品的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及改性的热塑性塑料挤出制品，特别涉及一种添加有多孔硅材料实现增强结构的热塑性塑料挤出制品，其是一种可替代木制品用于建材及装饰用品的热塑性塑料制品。
US6,083,601(Prince)(申请人为共同发明人)公开了由干燥木材副产品(纤维素或木粉)形成的活动百叶窗条。这种百叶窗条采用纤维素粉与发泡的热塑性树脂为原料挤出形成芯体，其中含有1-40％的粉末纤维素，经共挤出形成至少部分围绕发泡芯体的保护贴面。这种产品虽为大多数消费者选择，但是纤维素粉的制备要求耗时和昂贵的干燥手段，导致产品制造困难并且造价昂贵。
CN 92112890公开了一种可用于汽车顶饰和建筑装饰的无机复合材料，其是以棉麻纱形成上下网络骨架层，中间压入以珍珠岩或硅藻土等无机保温材料为基料的混合料层，该混合料层中还使用了两种填料及两种高分子粘合剂，该材料的制造从使用的原料种类到制造工艺都较繁琐。
本发明的目的之一是提供一种挤出制品，其至少包括一种含有多孔硅材料的第一热塑性塑料混合物，使所述制品具有优于常规热塑性塑料挤出品的结构强度，在一些场合可替代木制品，而价格却远低于同样的木制品。
本发明的另一个目的是提供一种挤出制品，其具有被其重量、强度和刚度相当于类似尺寸的木制产品的保护贴面围绕且至少部分封闭的闭孔热塑性泡沫芯或实心体。
本发明的再一个目的是提供形成上述挤出产品的方法，还包括形成具有被保护贴面围绕且至少部分封闭的泡沫芯或实心体的挤出制品的方法，所述保护贴面特征在于具有可与类似尺寸的木制产品相比的半刚性或接近刚性的挠曲强度特性。
本发明的另一目的是提供形成具有被保护贴面围绕且至少部分封闭的泡沫芯的挤出产品的方法，其中泡沫芯包括基本上含有至少70％二氧化硅的多孔硅材料，如粉末硅藻土。
本发明的另一目的是提供利用上述方法和材料形成的具有基本上热塑性芯的挤出产品，例如窗户遮盖产品如百叶窗条，和百叶窗部件如百叶窗遮板、百叶窗窗挺和百叶窗框等。
本发明的再一目的是提供形成一种其中包括基本上含有至少70％二氧化硅含量的多孔硅材料(如粉末硅藻土)的模塑热塑性产品。
简而言之，本发明提供了一种挤出制品，其特征在于，其至少包括一种含有多孔硅材料的第一热塑性塑料混合物，所述多孔硅材料的含量为该第一热塑性塑料混合物重量的1-70％。在一个优选的实施方案中，挤出制品包括含约1至40wt％粉末硅藻土的第一热塑性塑料闭孔泡沫。这种制品由含水分的不超过约2wt％的硅藻土形成。
该制品可被第二热塑性塑料的共挤出保护贴面至少部分包围，第一和第二热塑性塑料可以相同或不同，但优选必需相互相容，这样它们可以共挤出。该制品优选含足够量的硅藻土以使制品的挠曲强度和挠曲模量各自大于另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲强度和挠曲模量。该制品优选含足够量的硅藻土，以使其挠曲强度比另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲强度提高至少约50％；该制品优选含足够量的硅藻土，以使其挠曲模量比另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲模量度提高至少约50％；该制品更优选含足够量的硅藻土，以使其挠曲强度和挠曲模量比另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲强度和挠曲模量度提高至少约100％；最优选提高至少约200％，该制品优选具有表观密度低于1.0gm/cu.cm，更优选低于约0.8gm/cu.cm，和最优选低于约0.65gm/cu.cm，但不低于约0.3gm/cu.cm。优选地，当第一热塑性塑料挤出过程发泡时，膨胀至少约50％，更优选至少约75％，进一步更优选至少约100％，最优选至少约150％，但通常不超过约400％。优选该热塑性泡沫的形成中至少部分使用了回收塑料；更优选回收塑料回收自以前通过本发明方法制备的制品或产品。本发明制品可用于制备窗户遮盖物，并可为用于制备百叶窗的百叶窗条、部件和部分，如遮板、窗挺和框架以及模制品。
作为第一优选实施方案的继续，用于形成制品的硅藻土优选可具有尺寸约50-700美国筛目，更优选200-400美国筛目，最优选其中至少约90％的硅藻土小于300美国筛目。该制品优选包括约1％至约40wt％，更优选约1％至约30％，和最优选约10％至约25％的硅藻土。将硅藻土优选通过在高达足以造成基于纤维素的材料降解、但基本上低于硅藻土煅烧温度的温度下干燥；优选将硅藻土加热至高于230°F(110℃)，更优选高于300°F(约149℃)，进一步更优选加热至约350°F-约400°F(约177-约204℃)。硅藻土优选含低于约0.5％水分，最优选低于约0.05％水分。第一热塑性塑料在挤出前优选含不超过约2wt％的水分。
在另一优选实施方案中，可将保护层去掉，而其它描述与上面相同。
特别是当制品不与保护贴面共挤出时，可将UV保护剂如二氧化钛加入热塑性塑料中，二氧化钛的加入量为约1％至约10wt％，更优选约4％至约7wt％，最优选约5％至约6wt％二氧化钛粉末。
在另一优选实施方案中，挤出的基本上固体制品包括含约1％至70wt％硅藻土的第一热塑性塑料，该制品的形成使用含水分不超过约2重量％的硅藻土；硅藻土更优选为约5％至约55，最优选约10％至约40％硅藻土。上述有关由硅藻土增强热塑性塑料形成的制品的其它信息也是适用的。
在一个其它优选的实施方案中，硅藻土增强的热塑性制品或产品通过如下方法形成，(a)将第一热塑性材料与粉末硅藻土混合，由此使硅藻土的含量为约1％至约40wt％；和(b)将所得混合物挤出形成具有至少约50％(体积)膨胀的热塑性闭孔泡沫，如此形成产品。该方法还包括将硅藻土干燥至低于约2％水分的步骤，该步骤更优选通过在硅藻土与第一热塑性塑料混合前将其预干燥至低于约2％水分，进一步更优选低于约0.5％水分，最优选低于约0.1％水分的方式进行。优选通过将硅藻土加热至高达足以造成基于纤维素的材料降解、但基本上低于硅藻土煅烧温度的温度使其干燥；优选将硅藻土加热至高于230°F(110℃)，更优选高于300°F(约149℃)，进一步更优选加热至约350°F-约400°F(约177-约204℃)。该方法进一步包括在挤出产品前将第一热塑性材料干燥至低于约2％水分水分的步骤。混合物中的硅藻土含量优选为约1％至约40wt％，更优选约5％至约30wt％，最优选约10％至约25wt％。用于形成发泡制品的优选方法中的硅藻土将具有尺寸约50-700美国筛目，更优选200-400美国筛目，最优选其中至少约90％的硅藻土小于300美国筛目。
作为制造硅藻土增强塑料泡沫的优选方法的继续，可进一步包括用第二热塑性材料的共挤出保护贴面至少部分地覆盖制品表面的步骤。第一和第二热塑性材料可以相同或不同，但优选这两种材料相容以便共挤出。该方法优选使用足够量的硅藻土以使制品具有的挠曲强度和挠曲模量各自大于另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲强度和挠曲模量，该制品优选含足够量的硅藻土，以使其挠曲强度比另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲强度提高至少约50％；该制品优选含足够量的硅藻土，以使其挠曲模量比另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲模量提高至少约50％；该制品更优选含足够量的硅藻土，以使其挠曲强度和挠曲模量比另一基本相同的无硅藻土制品的挠曲强度和挠曲模量度提高至少约100％；最优选提高至少约200％。该方法优选使用回收的塑料作为至少部分第一热塑性材料；更优选第一热塑性材料为进一步加工在前由本发明方法制备的产品而得到的回收碎片和切屑。
在优选方法的另一实施方案中，基本上实心的硅藻土增强热塑性制品或产品通过如下方法制备，(a)将第一热塑性材料与粉末硅藻土混合，以使硅藻土含量为约1％至约70wt％；(b)将所得混合物挤出形成基本上实心的产品。硅藻土含量更优选为约5％至约55wt％，最优选约10％至约40％。上述有关由硅藻土增强热塑性塑料形成的制品的其它信息也是适用的。
由这些优选方法形成的制品也是本发明的一部分。
优选该方法涉及将粉末硅藻土在温度高于可与木材一起使用的温度下干燥，然后将已干燥的硅藻土与热塑性树脂、偶联剂和脂肪酸混合，得到第一混合物。将该第一混合物压制、加热并挤出形成粒料且可挤出的配料。在加工期间将水分在一点或多点从硅藻土和热塑性树脂中抽出，以确保粒料配料的最终水分含量低于约2％，更优选低于约0.2％，进一步更优选低于约0.1％，和最优选低于约0.05％。热塑性保护贴面可围绕可挤出混合物同轴挤出，由此形成具有被保护贴面完全封闭的硅藻土增强芯的伸长产品。该芯可为发泡热塑性塑料，或基本上实心的未发泡热塑性塑料。
在另一优选实施方案中，在上述热塑性芯上无保护贴面。
在另一优选实施方案中，发泡和基本上实心的热塑性制品可通过如下方法形成在无配混步骤下，将干燥的硅藻土粉末和热塑性材料直接加入用于形成最终产品的挤出机中。


图1A表示无贴面的泡沫芯的挤出产品的透视图，该泡沫芯已用花式整理物装饰。
图2图示说明与实施涉及产品配混阶段的本发明初始步骤相关的结构。
图3图示说明与实施涉及挤出具有保护贴面的最终产品的本发明后续步骤相关的结构。
图3A图示说明与实施涉及挤出无保护贴面的最终产品的本发明后续步骤相关的结构。
图4表示用于挤出围绕可挤出混合物芯的热塑性保护贴面的共挤出模头的截面图。
图5表示图4中说明的共挤出模头沿截面线5--5的截面图。
图6表示图4中说明的共挤出模头沿截面线6--6的截面图。
图7表示图4中说明的共挤出模头沿截面线7--7的截面图。
图8表示具有被图4说明的保护贴面围绕且完全封闭的硅藻土增强塑料芯沿截面线8--8的挤出产品的截面图。
图9表示具有被保护贴面围绕且完全封闭的基本上实塑料芯的挤出产品的部分剖面图。
图10表示无保护贴面的基本上实塑料芯的挤出产品的部分剖面图。
发明详细描述为更好地说明本发明的优点和其对现有技术的贡献，下面稍详细地描述本发明的优选具体实施方案，其中是以硅藻土为例加以说明的，但是本发明的实施不仅限于使用硅藻土，可以是任何含硅多孔材料，尤其是含二氧化硅至少70％的硅材料。
本发明方法可使用任何可模塑塑料材料。这里和权利要求中使用的术语“塑料”将包括可用热和/或压力模式成型为所需最终形状的任何天然和合成材料。这些材料的例子是ABS树脂、ASA树脂、离聚物、尼龙、聚芳醚、聚烯烃、苯乙烯聚合物和共聚物如苯乙烯/丁二烯、乙烯基聚合物和共聚物如聚氯乙烯、偏二氯乙烯/氯乙烯共聚物等，包括共混物，以及回收的不纯塑料。
这里和权利要求中使用的术语“模塑”、“模塑的”、“可模塑”和“正在模塑”将包括任何模塑方法如挤出、流延或压延成膜，吹塑，注塑，挤塑，真空成型，压力成型，压塑，压铸等。
硅藻土硅藻土通常以颗粒形式出售，并由软质的、易碎的、土质的、极细研磨的、硅沉积岩石硅藻土形成，该硅藻土通常为浅色的(若为纯的，则为白色；一般为暗黄色至灰色)。它具有非常细的孔、相对低的密度且基本上对很多液体和气体呈化学惰性。它还具有低的导热性和相当高的熔化点。硅藻土为常用名称，但某些时候用于未聚集或低岩化沉积物。这些沉积物或沉积岩石来自在海水或淡水中累积的死硅藻(为微细的单细胞水生有机物(藻类))细胞壁的无定形二氧化硅(非必要地SiO2·nH2O)。变成化石的骨架保留-一对synmetrical壳(硅藻细胞壳)-其尺寸为低于1微米至大于1毫米，但通常为10至200微米，并具有各种精巧的、花边状的穿孔形状从圆片和球到梯状物、羽毛和针(Antonides，L.E.，1998，DiatomiteU.S.Geological Survey Mineral Commodity Summaries，1998)。
总而言之，在很多工业操作中，分析烘干的粗矿石块通常显示80-90％(某些时候95％)的二氧化硅(SiO2)加上氧化铝(2％至4％(大部分属于粘土矿)和赤铁矿(0.5％至2％)，其中分析燃烧损失4％至6％。在适当位置，矿石含10％至高达65％水(2％至10％在乳色玻璃结构中)。干燥的粉状天然岩石可具有表观密度80至250g/l，取决于材料的高多孔度。
“表观密度”是指制品或材料的总体密度，若该制品或材料中具有空隙并因此不为实心的，则表观密度会低于恰好是实心部分的该制品或材料的实际密度。
硅藻土的比重为约2；例如可为约2.2或2.3。
市购硅藻土产品提供具有大表面积和高液体吸收性能的细尺寸的、不规则形状的多孔颗粒，这些颗粒非常化学惰性、具有低导热性和相当高的熔点。市购的硅藻土产品等级受各种类型的硅藻细胞壳的形状、总体排列和比例，以及二氧化硅和各种不纯物如某些矿物和化学物质(特别是铁形式，杂质)、粘土、砂子和有机物的含量影响。有另外的专用说明如亮度、白度、吸收性能和磨蚀性。游离结晶二氧化硅含量，尽管一般很低，但也是受某些环境法规(特别是对于煅烧产品)要求的规格。
二氧化硅(无定形或结晶的)具有熔点约2678至约3110°F(约1470-1710℃)。将天然硅藻土在约1800°F(约982℃)下煅烧以除去不纯物。为用作过滤介质，将纯化的产品在温度约2000°F(约1093℃)小烧结以形成更均匀的颗粒尺寸。任何一种方法都不能达到矿物的熔化温度。
对硅藻土等级的主要影响是加工程度，即自然碾磨并干燥，或煅烧(至1000℃)或熔融煅烧(至1200℃，其中加入至多10％钠化合物如苏打灰、盐或氢氧化钠)。煅烧是在氧化或还原环境中并在温度低于二氧化硅熔点下加热硅藻土——目的是除去不纯物。有利之处是煅烧除去有机物、降低颗粒表面积(将微细结构熔化)并将其转化为小簇、增加颗粒硬度，和使铁氧化(将粗原料的颜色变为粉红)；但不利之处是生成了游离二氧化硅。熔融煅烧还影响物理和化学性能并产生白色产品，煅烧出很多过滤器等级。
已发现，在热塑性塑料中加入干燥的多孔硅材料如硅藻土，明显改进所得共混物的挠曲强度和相应特征。这对于闭孔热塑性泡沫和实心热塑性塑料都是正确的。
塑料的挠曲强度测试材料在荷载下耐形变的能力为其挠曲模量。对于不断裂的材料，将通常在外表面5％形变/应变下测量的屈服荷载称为挠曲强度或挠曲屈服强度。测试杆在凹面处于压缩应力下和在凸面处于拉伸应力下。
使用的一个测试是ASTM D 790将1/8″×1/2″×5″试样置于两个支撑物上并在中心施加荷载。屈服荷载为材料的挠曲强度。在ISO体系中测量挠曲强度的类似测试是ISO 178。在ASTM D790和ISO 178中给出的值通常不明显变化。这些测试还给出测量材料的挠曲模量的步骤(挠曲形变中应力与应变之比)。
挠曲模量为用于计算弯曲的常数，等于材料的杨氏模量乘以惯性力矩(垂直于弯曲平面的横截面的旋转半径的平方)。
这些值为劲度测量值。
塑料通常为发泡的或基本上实心的。在通过挤出形成的发泡热塑性塑料中，发泡剂在挤出机温度下产生气体，这些气体接着在塑料中造成空隙，由此形成从挤出机头卸出的泡沫。“基本上”实心塑料是指不发泡的塑料。在挤出的基本上实心热塑性塑料制品中，由于挤出时不使用发泡剂，因此得到的制品为基本上实心的。若加入多孔填料，则在产品内将存在隔断的很小空隙，但至少与发泡塑料相比制品仍然为基本上实心的。
已发现，通过将细筛目多孔硅材料如硅藻土加入热塑性塑料中，塑料的挠曲强度和挠曲模量可明显提高。这对于闭孔热塑性泡沫和实心热塑性塑料的影响相同。对于闭孔热塑性泡沫产品，特别是伸长的挤出制品，导致的对挠曲特性的改进可产生更大的热塑性塑料膨胀比，同时保持可接受的劲度，如此获得木材的轻质替代物。术语“伸长”是指制品的三维中的至少一维比其它两维中的至少一维长10倍以上；“三维”是指挤出制品的三个正交维测量值，其中至少一维沿制品的纵轴。通过硅藻土增强补偿了热塑性塑料发泡或体积膨胀时的劲度降低。
测量由硅藻土增强的热塑性塑料形成的制品或产品的劲度的一种方式是将该制品的挠曲强度或挠曲模量与无硅藻土的另一基本上相同制品的挠曲强度或挠曲模量对比。然后用标准测试方法对比两种制备的挠曲强度和挠曲模量，如上面公开的。“基本上无硅藻土的相同制品”是指具有相同尺寸和形状并在相同条件下(其中若塑料发泡，则百分膨胀相同等等)形成的制品，不同的是在塑料中不加入硅藻土。对于发泡塑料，百分膨胀将仅考虑热塑性塑料的百分膨胀，因为预期造成塑料膨胀的发泡剂不会引起硅藻土膨胀；即50％体积膨胀(不计算硅藻土)的硅藻土增强塑料制品可与50％体积膨胀的无硅藻土增强的塑料制品相比，等等。对于具有共挤出保护贴面的制品，“无硅藻土的基本上相同制品”还具有相同的贴面，但同样在塑料芯中不加入硅藻土。
已发现，挤出混合物中的水分影响挤出性能。越干燥越好。在挤出机头处出现的蒸汽喷出可在挤出的实心热塑性塑料中造成空穴和表面缺陷，并且会对发泡制品的发泡性能带来不利影响。
材料，特别是粉末或颗粒材料，如粉末硅藻土和塑料树脂(基料或配混的)水分含量可通过“干燥损失”型水分分析仪如Mark 2水分分析仪(由Omnimark Instrument Corporation of Tempe，Arizona制造)方便地测量。
由于硅藻土具有相当高的熔化点(高于1000℃或1832°F)。因此可将其加热至高温以快速干燥。例如，当在温度高于220°F(约104.5℃)下暴露更长时间时，基于木粉或其它纤维素的产品开始破裂或降解。然而，可将硅藻土加热至高于300°F-350°F(约149-177℃)或甚至400°F(约204℃)，而不会造成不利影响。在这些较高温度下，木材变质相当快并且改变颜色，同时还会失去其它所需性能。从硅藻土中快速和完全除去水分(可以降至低于0.1％)比使用基于木材的填料时更容易。已发现，通过这种水分的有效降低，可以使用非常低成本的单螺杆挤出机，以使这些硅藻土增强的热塑性塑料形成发泡和基本上实心的挤出产品(在挤出机上都施加或不施加真空)。这样可大大降低成本。
图1说明作为被热塑性保护贴面14围绕和完全封闭的具有闭孔泡沫芯12的挤出产品的百叶窗框架型材。
图2、3和3A图示说明用于实施本发明方法的优选结构部件。
在一个优选实施方案中，挤出闭孔泡沫热塑性制品。合适的是，与在热塑性塑料中不加入硅藻土增强剂的基本上相同制品相比，所得制品具有很高的耐冲击(impact)和劲度(stiffness)，且轻质、高挠曲强度和高挠曲模量。
该方法从采购相当小颗粒尺寸的粉末硅藻土开始。World Mineral和Eagle Pitcher(都在Fernley，Nevada)提供包括粉末的各种形式的硅藻土。尽管最佳结果通过具有细的小颗粒尺寸的硅藻土获得，但较大的颗粒尺寸可与该方法完全相容，只要最大的颗粒尺寸低于挤出产品的最小尺寸即可。为实施最高性能的实施方案，优选非常细的颗粒尺寸以最大限度地实现泡沫芯元件的均匀性，产生可与木制产品相比的外观(当沿泡沫芯12的横截面观察时)。使用很小颗粒尺寸的粉末硅藻土明显有助于在方法的各个阶段降低硅藻土的水分含量。硅藻土的颗粒尺寸优选为20目(U.S.标准)至500目，更优选小于300目，例如其中至少90％通过300目筛(U.S.标准)；200-400目材料也是合适的。
粉末硅藻土成份的水分含量代表一个最重要的参数。优选将粉末硅藻土的水分含量尽可能降至低于约2％，优选低于约0.1％，最优选低于0.05％。泡沫性能随硅藻土中的水含量降低而改进。在较高含水量下，将产生蒸汽汽泡并会破坏产品的美观。
可使用多种方法降低硅藻土的水分含量。优选可购买具有水分含量低于5至7％的粉末硅藻土组分。当粉末硅藻土初始含更高或更低的水分含量时本发明实施也是非常可接受的，但当粉末硅藻土组分的水含量不超过5至7％时，本发明方法可最有效且最经济地实施。
在图2中，首先将粉末硅藻土材料16放在螺带式掺混机18内，该螺带式掺混机18被加热元件20围绕并且还包括马达驱动混合器12，用于混合和循环硅藻土16以提高加热均匀性并有助于除去水分。
在本发明方法的一个实施方式中，设置加热器以使硅藻土的温度升至木材基材料降解并变色的温度，通常高于约230°F(约110℃)，优选高于约300°F(约149℃)，更优选高于约400°F(约204℃)。将掺混机18运转足够的时间以使粉末硅藻土16的水分含量降至低于约2％，优选低于约0.5％，更优选低于约0.1％，最优选低于约0.05％。
根据使用的树脂类型，如图2所示首先必需在配混阶段加热和干燥树脂。为进行干燥，可加热热塑性塑料的温度将取决于塑料类型的热软化特性。若树脂为ABS，使用干燥剂干燥器(使用在干燥剂床上吹过的循环热空气)在200°F(约93℃)下的4小时干燥可能是足够的。通常树脂粒料要求如上描述的预干燥，而粉末塑料则不需要。如图2所示，必要时，将热塑性树脂1放置在干燥剂干燥器3的入口内。此外，若热塑性塑料材料相当干燥(低于1％水分)或若其为粉末形式，则预干燥步骤可省略。若使用预干燥步骤，则优选设定干燥器的温度低于塑料的软化温度，这样颗粒不相互粘附或附聚。
如图2所示，将仍然很热的干燥粉末硅藻土16从掺混机18转移至混合器24中。还加入必要时预干燥的热塑性树脂1。混合器24不需要加热。该混合器优选可为水平螺带式掺混器，但其它类型的工业混合器也是足够的。在混合器24中，将各种其它化学组分通过入口26加入，以使这些组分掺混为相当均匀的混合物。
依据本发明制造的制品的挠曲强度和挠曲模量可以与用ABS和木料作填加料的材料制成的制品的挠曲强度和挠曲模量相媲美。
制备这两类制品的样品，依据ASTM D790协议测试。下列测试结果证明用硅藻土增强的制品，在刚性方面与用木料增强的制品完全可以媲美。
样品1是依据本发明采用硅藻土为添加料制备的，该样品的组方为641磅(290.7576千克)的SAN(一种热塑性塑料)，140磅(63.504千克)抗冲击改善剂，200磅(90.72千克)藻土，15磅(6.804千克)的耦合剂，2磅(0.9072千克)的脂肪酸和2磅(0.9072千克)的抗氧化剂，总重量达到1000磅(453.6千克)。
样品2是用下述组合物制备的。该组合物包括140磅(63.504千克)抗冲击改善剂，150磅(68.04千克)的木质填料，15磅(6.804千克)的耦合剂，2磅(0.9072千克)的脂肪酸和2磅(0.9072千克)的抗氧化剂，总重量达到1000磅(453.6千克)。
上述样品按下述方法制备在注模之前，先在1800(约982℃)下预干燥2-3小时；按ASTM D3641规定的方法注模；按ASTM D618规定的方法在标准实验室环境下预处理40小时。然后采用ASTM D790规定的方法确定样品1和样品2的挠曲特性。
(0.11″/分测试速度--4″开点[point open])样品1和样品2的挠曲强度和挠曲模量的测试结果如下

样品1的挠曲强度的平均值为7,871Psi或54MPa．样品1的挠曲模量的平均值为356,280Psi或2,456MPa.样品2的挠曲强度的平均值为9,735Psi或67MPa.样品2的挠曲模量的平均值为385,100Psi或2,469MPa.
下表1给出在混合器24内一起掺混的各种组分、其典型的浓度范围、优选配方的说明并给出具体优选的组分表1

按需要达到100％。
粉末硅藻土优选为具有低于约5％水分(干燥前)的细筛目(300目)硅藻土。
热塑性树脂优选为ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)偶联剂组分起到增加硅藻土和树脂组分的相容性的作用，以增强最终产品的均匀性。优选的组合物为脂肪酸、金属皂、酰胺和乙基双马来酰胺的共混物。
脂肪酸组分通常采用硬脂酸形式，尽管任何相当的脂肪酸或动物脂(通常称为牛脂)可容易取代脂肪酸。尽管脂肪酸在存在时有助于硅藻土与塑料组分共混，但是脂肪酸组分也可完全不需要。
将这些偶联剂、脂肪酸和非必要的另外的氧化剂用于配混挤出热塑性塑料是本领域公知的，并且很多配料可市购。
热塑性树脂组分还可选自聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)。ABS目前是优选的。其它工程热塑性塑料或塑料共混物也是合适的。例子可包括聚碳酸酯，尼龙，ABS-PVC、ABS-聚碳酸酯、ABS-聚氨酯共混物。基础树脂可为粉末或颗粒形式，或为两种形式的混合物。特别的物理形式通常基于最低费用选取，因为观察到这些形式之间无明显的性能差。根据其它组分的重量百分比浓度确定热塑性塑料材料的重量百分比浓度。这样总配料构成100wt％浓度。
另一优选的热塑性塑料材料选择可为回收的塑料。在通常回收的塑料材料中，由于潜在的污染物(如纸、胶或其它塑料)可产生不可预期的挤出性能，因此其使用不是有利的。然而，已发现在目前的应用中，例如将硅藻土增强的塑料用于窗户遮盖物，回收塑料或新旧塑料的共混物都是满意的，并提供明显的节约成本特点。通过硅藻土带来的附加劲度和其它有利挠曲特性，允许使用低成本的回收塑料，由此达到具有所需性能特征的最终窗户遮盖物产品。更具体地，使用回收的塑料(为来自进一步加工在前按上述方法制备的最终挤出产品的碎片或切屑)是非常有吸引力的。这种安排允许成本回收，和再使用来自工厂生产或操作场地的切削和碎片材料。例如，挤出产品(这些产品可为百叶窗的框架元件或百叶窗和窗挺，或百叶窗条)装配在最终窗户遮盖产品如百叶窗和窗帘中后，通常需要丢弃的剩余切削和碎片，在它们被适当的清洁和粉碎后可回收作为在图2中给出的方法的原料。回收的碎片也可与新的塑料共混，例如30(回收的)/70(新的或未使用的材料)共混物，以实现有效节约费用。
图2进一步说明将来自混合器24的共混排出物转移至配混挤出机28中。在优选实施方案中将在挤出机28内的挤出段和模头段加热至温度约370°F(约188℃)。混合器24的排出物流速按本领域熟练技术人员公知的方式与挤出机28的运转速度匹配。
非必要地，真空口30通常在约23至25英寸(约584.2至6 35毫米)汞的真空量下操作，并起到从压缩的、加热和挤出混合物中抽出另外的水分的作用。真空口30有助于将混合物的的水分含量降至2％的最大明白水分含量。实际上通过真空出口30抽出的水分量随处理速度而变化。处理速度越低，控制程度和达到最终所需产品含水量的能力越大。
将来自挤出机28的排出物加入常规造粒机32中。已发现购自GalaIndustries，Inc.，of Eagle Rock，Virginia的Gala水下造粒机对此目的是有效的。卸入粒料贮存容器36的粒料34(为用于产品挤出的配混粒料)具有直径约1/8英寸(约3.175毫米)和长度约1/4英寸(约6.35毫米)，其中优选的含水量低于0.5wt％，更优选低于0.2wt％，最优选低于0.15wt％。
配混的粒料可直接用于挤出阶段，如图3和图3A所示，或它们可贮存备用。通常，已发现在此配混后，粒料将只吸收表面的水分，这些水分可相当容易通过加热，如通过使用干燥剂干燥器除去。
如图3和3A所示，若粒料贮存容器36的排出物转移至优选温度保持在约200°F(约93℃)下的加热器38(可为干燥剂干燥器)中，则在挤出最终产品之前在200°F(约93℃)下4小时通常足以使配混粒料干燥。
发泡剂，以计量至少约0.05％但低于3％(按加入挤出机44的总料计)，也通过入口42或类似口加入。发泡剂起到使加热的挤出材料发泡同时保持于加热状态下以充分占据预定的所需产品型材的重要作用。优选的发泡剂是Foamazal 91或XO 130或这两种的共混物，都购自BergenInternational of Rochelle Park，New Jersey。Foamazal 91为吸热物质和XO130为放热物质。发泡剂的浓度和吸热与放热组分的共混物可以按照制造商的建议进行合适地变化，以获得所需的泡沫挤出型材。与上面对用于制造多种百叶窗条的发泡ABS给出的例子很好起作用的共混物的一个例子是Foamazal 91(20％)和XO 130(80％)的20/80共混物，其计料量为总原料的约0.5％。
在实施优选方法中，已发现若配混粒料34的水分含量保持低于0.2％，更优选低于0.15％，申请人在将低成本圆锥形单螺杆挤出机44用于产品挤出中时不存在问题。水分同样可用“干燥损失”型水分分析仪，如上述Mark 2水分分析仪测量。挤出机44还可非必要地设置常规真空口46(在虚线中给出)，如上所述尽管若配混粒料的水分足够低，不需要真空。真空口46可在约23至25英寸(584.2至635毫米)汞的真空量下操作，并有助于将挤出产品的水分含量保持在所需的低水平。
在产品的单料筒挤出机中，可以有3或4个料筒段，在3料筒段排列中，各段(1段、2段和3段)中的温度可为约300°F(149℃)、330°F(166℃)和350°F(177℃)。在4料筒段排列中，各段中的温度可为约290°F(143℃)、310°F(278℃)、330°F(166℃)和350°F(177℃)(1段至4段)。这些温度可根据挤出的体积和环境温度在10％内变化。
正如我在前的专利US6,083,601中记载的，使用填充木粉的热塑性塑料，需要使用带真空的双螺杆挤出机，其费用比无真空的单螺杆挤出机多数倍。因此用本发明方法带来的成本节约是非常明显的。
如图3所示，当在挤出制品的表面上需要具有保护贴面时，可使用共挤出机48。热塑性塑料的共挤出是本领域公知的，并且可满意地使用常规共挤出方法，如在我的在前专利US6,083,601中记载的。其它用于热塑性塑料泡沫和基本上实心的热塑性塑料的常规共挤出方法也是合适的。
共挤出机48包括挤出机如Davis标准单螺杆挤出机和挤出机模头，如图4中说明的共挤模头50。图4-8说明共挤出方法的第一和优选的实施方案，其中将由挤出机44提供的可挤出混合物与合适的热塑性贴面或涂布材料共挤出。硅藻土增强塑料的原料52通过共挤出机模头50的第一挤出元件54成型为所需的几何构型。在模头50的第二挤出元件56和第三挤出元件58中，将热塑性贴面层围绕所得泡沫芯共挤出。
在本发明的优选实施方案中，将共挤出模头元件54、56和58的平均温度保持在温度约350°F(约177℃)下。
参考图4-8，共挤出模头50包括第一挤出元件54、第二挤出元件56和第三挤出元件58。在第一挤出元件54中，将从挤出机44接受的挤出泡沫芯材料52通过圆柱形通道62(如图5所示)，并且通常从圆柱形横截面构型(如图5所示)转化为所需的型材或构型(如图6中说明的)，如挤出泡沫芯53。第二挤出元件56在其面向第三挤出元件58的表面上具有一常规圆形通道66，通道66与元件58的挤出孔环形空间相隔。第三挤出元件58具有一其表面与第二挤出元件56相邻的环形平凹陷67(该凹陷可浅至约0.020in-0.050in(约0.508-1.27毫米))；该凹陷到达第三挤出元件58的挤出孔的外侧共同伸展。通道66和凹陷67相互配合在挤出元件56与58之间形成环形腔68。该环形腔68接受、贮存并围绕挤出芯53的整个周边共挤出热塑性材料(参见图7)。在本实施例中提及的这些“环”通常可使挤出机孔的形状(在本实施例中为矩形)坚固，因此不需要圆形。
来自第三挤出元件58的排出物具有所需的最终产品构型，在此情况下矩形挤出产品可适合用作百叶窗框的元件。将来自共挤出模头50的连续产品按消费者的要求切割为合适的长度。当然，可根据消费者生产其它型材或形状。这些产品可包括，例如窗户遮盖产品如百叶窗条、构成百叶窗的元件和部件如百叶窗遮板、窗挺和框架，以及其它伸长制品。
可将自环形腔68共挤出的热塑性材料配制为在长时间暴露于阳光下时紫外线(UV)稳定的，而无需随后喷涂防止变黄或变色。在某些应用中，需要将颜料加入热塑性材料中以避免必须喷涂热塑性材料的暴露表面。其它应用可能需要喷涂，并可进行合适的配方变化。各种热塑性材料适合用作贴面材料14，包括PVC、ABS和聚碳酸酯。基本上可使用与挤出芯的基础树脂材料相容的任何热塑性塑料。很多替代热塑性材料是本领域熟练技术人员公知的。还可将以商标GELOY塑料购自General Electric的高等级材料用作高等级外塑料贴面材料。
贴面的厚度可按各种方式控制，包括改变共挤出压力和改变材料经共挤出模头50的通过速度。更快的通行速率导致更薄的贴面材料，同时更低的通行速率得到更厚的贴面材料。
由于发泡剂作用的结果，可挤出混合物从共挤出模头50的出口卸出后继续膨胀并基本上在约3至4英寸(约76.2至101.6毫米)内完成。作为时间和距离的函数，该可挤出材料将基于此点膨胀至所需构型。在所需膨胀点，百叶窗框架元件10进入常规真空冷却和定型或形状校准机(未给出)并通过常规校准外形拉伸以使百叶窗框架元件10的横截面形状与所需的最终产品构型一致。在校准装置内，施加约16至18英寸(约406.4至457.2毫米)汞柱的真空，同时将制品通过淋浴或温度保持约68°F(约20℃)的水冷却。当在校准装置内完成定型和冷却操作后，将连续长度的条切割为消费者所需的合适长度，并用于进一步制造步骤(不是本发明的主题)中。在另一优选的实施方案中，可将来自进一步制造步骤的切削和碎片清洁、研磨并再用作上述方法的原料，以部分或全部取代热塑性树脂。
图3A涉及本发明的另一优选实施方案，其中在挤出芯上无保护贴面。结构38a、42a、44a和46a在功能上相当于图3中的标号38、42、44和46。如图3A所示，挤出产品直接从挤出机44a出来，无共挤出机。采用除共挤出外的上述步骤。作为装饰工艺的一部分，可将无贴面的泡沫型材非必要地通过本领域公知的常规压花机，以在制品上形成所需的表面花纹如木纹。图1A给出这种无贴面的制品，其中在表面上压制木纹。对于这种无贴面的发泡制品，通常需要在造粒前的配混阶段将例如抗UV性能增强剂如颜料等级的细粉末二氧化钛加入塑料中。浓度优选为约1％至约40％，更优选约4％至约7％，最优选约5％至约6％。加入太多增加产品的成本和重量。
还可将上述压花和纹理装饰用于具有保护贴面的制品上。
由强劲度泡沫形成的制品的优点是明显的。通过控制热塑性塑料的体积百分膨胀，可使最终产品或制品的表观密度比木材的表观密度低。例如，可生产具有表观密度低达约0.8gm/cu.cm、0.65gm/cu.cm或甚至更低的百叶窗条。
尽管上面的描述涉及闭孔泡沫，但相同的方法可用于实心塑料。主要差别是在产品挤出机中不使用发泡剂。因此，所得的未发泡产品或制品基本上是实心的。此外，对于实心塑料挤出，在挤出产品中的硅藻土含量可相当高，并可为约1％至约70％，优选约5至55％，更优选约10-40％。已发现，通过将非常低水分含量的硅藻土用作增强剂，热塑性塑料保持可挤出，并且可大大增强实心的未发泡热塑性塑料的劲度和挠曲特性。对于这些改性(例如在硅藻土的重量百分比的范围内，和通过替换此描述，这样挤出芯不发泡，但由基本上实心的热塑性塑料形成)，上面涉及闭孔泡沫的描述也适用，因此这里不重复。
基本上实心的热塑性挤出产品也可为贴面和无贴面形式。图9给出由含细粉末硅藻土挤出的基本上实心热塑性芯和基本上完全贴面在共挤出保护热塑性贴面中形成的百叶窗元件10，都按照上述对挤出热塑性泡沫制品的一般描述，图10给出无贴面和未用任何附加表面纹理压花的百叶窗元件10。
图2、3和3A说明能够实施本发明方法的一个结构实施方案。尽管已描述螺带式掺混机18作为适合可控制降低粉末硅藻土16的水分含量的一个装置，但桨式掺混机或转鼓式干燥机能够取代掺混机18完成相同的目的。在另一实施方案中，可完全排除混合器18，将硅藻土和基础树脂的干燥原料直接加入配混挤出机中。
尽管单螺杆挤出机在上面作为例子给出，但也可使用双螺杆挤出机，如购自Cincinnati Milacron的圆锥形双螺杆挤出机。
作为另一优选的实施方案，尽管在挤出中通常使用配混，但还可以除去配混步骤并将混合组分(自混合器24出口)直接加入挤出机44的入口42。
此外，尽管公开了硅藻土作为优选的增强剂，但据信其它多孔轻质硅材料也可取代硅藻土。
尽管上面的描述在文字上大量涉及挤出塑料，但本发明方法可采用任何可模塑塑料材料，并且应理解本发明的术语“挤出”可被更宽范畴的术语“模塑”取代。这里和权利要求中使用的术语“模塑”、“模塑的”、“可模塑”和“正在模塑”将包括任何模塑方法如挤出、流延或压延成膜，吹塑，注塑，挤塑，真空成型，压力成型，压塑，压铸等。
这里和权利要求中使用的术语“塑料”将包括可用热和/或压力模式为所需最终形状的任何天然或合成材料。这些材料的例子是ABS树脂、ASA树脂、离聚物、尼龙、聚芳醚、聚烯烃、苯乙烯聚合物和共聚物如苯乙烯/丁二烯、乙烯基聚合物和共聚物如聚氯乙烯、偏二氯乙烯/氯乙烯共聚物等，包括共混物，以及回收的不纯塑料。
尽管上面的说明书主要描述了窗户遮盖材料，但本发明方法可用于模塑或形成任何其它可模塑产品，因此本发明覆盖所有这些产品。此外，本发明方法可用于其中可有利地使用木材或木材产品的很多应用中，包括但不限于窗户遮盖产品、窗户框架、图画框架、装饰模制品、地板、地板材料、盖板、片材、装饰钮扣等。
本领域熟练技术人员显而易见的是，公开的热塑性塑料中加硅藻土挤出产品和方法可按多种其它方式改性，并可假定除上面具体给出和描述的优选形式外的很多实施方案。因此，拟通过所附的权利要求覆盖落入本发明的实质精神和范围内的对本发明的所有改变。
权利要求
1.一种挤出制品，其特征在于，其至少包括一种含有多孔硅材料的第一热塑性塑料混合物，所述多孔硅材料的含量为该第一热塑性塑料混合物重量的1-70％。
2.权利要求1所述的制品，其中，所述第一热塑性塑料是至少为部分闭孔的泡沫体，其中的多孔硅材料含量约为1-40％。
3.权利要求2所述的制品，其中的多孔硅材料含量约为5-30％。
4.权利要求3所述的制品，其中的多孔硅材料含量约为10-25％
5.权利要求1所述的挤出制品，所述第一热塑性塑料基本是实心的，其中的多孔硅材料含量约1-70％。
6.权利要求5所述的制品，其中的多孔硅材料含量约为5-55％。
7.权利要求6所述的制品，其中的多孔硅材料含量约为10-40％。
8.权利要求1至7中任一项所述的挤出制品，其特征在于，该制品还具有被第二热塑性塑料的经共挤出形成的保护贴面，该保护贴面至少形成部分围绕。
9.权利要求1至7中任一项所述的挤出制品，其中，所述多孔硅材料是二氧化硅含量至少70％的多孔硅材料。
10.权利要求9所述的挤出制品，所述多孔硅材料是硅藻土。
11.权利要求10所述的挤出制品，其中至少约90％的硅藻土小于300标准U.S筛目。
12.权利要求10所述的挤出制品，其中，硅藻土的尺寸为约50-700标准U.S筛目。
13.权利要求12所述的挤出制品，其中，硅藻土的尺寸为约200-400标准U.S筛目。
14.权利要求1至7任一项所述的挤出制品，其中，所述第一热塑性塑料中还含有UV保护剂，其含量占挤出原料重量的约1-10％。
15.权利要求14所述的挤出制品，其中所述保护剂的含量占挤出原料重量的约4-7％。
16.权利要求14或15所述的挤出制品，所述UV保护剂是粉末二氧化钛。
17.权利要求2所述的挤出制品，其中，第一热塑性塑料泡沫至少膨胀了50％。
18.权利要求17所述的挤出制品，其中，第一热塑性塑料泡沫至少膨胀了75％。
19.权利要求18所述的挤出制品，其中，第一热塑性塑料泡沫至少膨胀了100％。
20.权利要求19所述的挤出制品，其中，第一热塑性塑料泡沫至少膨胀了150％。
21.权利要求2或17所述的挤出制品，该制品的表观密度低于约0.8gm/cu.cm。
22.权利要求21所述的挤出制品，该制品的表观密度约0.65-0.3gm/cu.cm。
23.权利要求8所述的挤出制品，其中，所述第一和第二热塑性塑料可以相同或不相同。
24.权利要求1-7所述的挤出制品，其中，所述第一热塑性塑料是回收塑料。
25.权利要求1所述的挤出制品，所述多孔硅材料的含量足以使该挤出制品具有比不添加填料所得到的基本相同的制品提高至少约50％的挠曲强度和/或提高至少约50％的挠曲模量。
26.权利要求25所述的挤出制品，所述多孔硅材料的含量足以使该挤出制品具有比不添加填料所得到的基本相同的制品提高至少约100％的挠曲强度和/或提高至少约100％的挠曲模量。
27.权利要求1或5所述的挤出制品，其中该制品为百叶窗条。
28.权利要求1或5所述的挤出制品，其中该制品为百叶窗遮板。
29.权利要求1或5所述的挤出制品，其中该制品为百叶窗窗挺。
30.权利要求1或5所述的挤出制品，其中该制品为百叶窗框架部分。
31.权利要求1所述挤出制品的制造方法，其包括将第一热塑性塑料与多孔硅材料混合后挤出成型的步骤，其中，所用多孔硅材料的水分含量低于约2％。
32.权利要求31所述的制造方法，还包括将多孔硅材料预干燥至水分含量低于约2％的步骤。
33.权利要求32所述的制造方法，其中，所述干燥步骤是将硅材料加热至高达足以造成纤维素基材的降解、但基本上低于硅材料煅烧温度的温度干燥。
34.权利要求32所述的制造方法，其中，所述硅材料被加热至高于110℃的温度进行干燥。
35.权利要求31所述的制造方法，还包括将第一热塑性塑料预干燥至水分含量低于约2％的步骤。
36.权利要求31-35所述的制造方法，其包括将第一热塑性塑料与多孔硅材料混合，使硅材料的含量为约1-40％，将混合物挤出形成热膨胀至少约50％的至少为部分闭孔的热塑性泡沫。
37.权利要求36所述的制造方法，其中的多孔硅材料含量约为5-30％。
38.权利要求37所述的制品，其中的多孔硅材料含量约为10-25％。
39.权利要求31-35所述的制造方法，其包括将第一热塑性塑料与多孔硅材料混合，使硅材料的含量为约1-70％，将混合物挤出形成基本上实心的制品。
40.权利要求39所述的制造方法，其中的多孔硅材料含量约为5-55％。
41.权利要求40所述的制品，其中的多孔硅材料含量约为10-40％。
42.权利要求31-35所述的制造方法，其还包括用第二热塑性材料的共挤出至少部分覆盖制品表面的保护贴面的步骤。
43.权利要求42所述的制造方法，其中，该第一和第二热塑性材料可以相同或不同。
44.权利要求31-35所述的制造方法，其中，所述多孔硅材料是二氧化硅含量高于70％的多孔硅材料。
45.权利要求44所述的制造方法，其中，多孔硅材料是硅藻土粉末。
46.权利要求45所述的制造方法，其中，至少约90％的硅藻土小于300标准U.S筛目。
47.权利要求45所述的制造方法，其中，硅藻土的尺寸为约50-700标准U.S筛目。
48.权利要求47所述的制造方法，其中，硅藻土的尺寸为约200-400标准U.S筛目。
49.权利要求31所述的制造方法，其中，原料混合物中还含有UV保护剂，其含量占挤出原料重量的约1-10％。
50.权利要求49所述的制造方法，其中UV保护剂的含量占挤出原料重量的约4-7％。
51.权利要求49或50所述的制造方法，其中，所述UV保护剂是粉末二氧化钛。
52.权利要求42所述的制造方法，其中第一热塑性材料为回收塑料。
53.权利要求52的方法，其中至少一些第一热塑性材料为来自进一步加工通过权利要求34制备的产品的回收碎片。
54.权利要求31-53所述的制造方法，其还包括将挤出或共挤出产品按需要加工成百叶窗条。
55.权利要求31-53所述的制造方法，其还包括将挤出或共挤出产品按需要加工成百叶窗遮板。
56.权利要求31-53所述的制造方法，其还包括将挤出或共挤出产品按需要加工成百叶窗窗挺。
57.权利要求31-53所述的制造方法，其还包括将挤出或共挤出产品按需要加工成百叶窗框架部分。
全文摘要
本发明提供了一种热塑性制品和其制备方法。该制品中含有多孔硅材料与热塑性塑料树脂混合挤出，尤其可替代木材制品用作百叶窗条、百叶窗遮板等。
文档编号C08J9/00GK1456429SQ02143390
公开日2003年11月19日 申请日期2002年9月27日 优先权日2002年5月7日
发明者戈登·L·金 申请人:亿丰综合工业股份有限公司