基于塑料制造的物品和形成工艺的制作方法_5

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有大约163°C的软化温度。挤压机 加热并且混合可定向聚合物合成物并且然后将合成物挤压穿过模具以生产0PC合成物坯 料(挤出物),所述0PC合成物坯料继续穿过标定器和冷却工位以使坯料尺寸稳定。坯料然 后被热调节到低于可定向聚合物合成物的软化温度大约20°C的拉伸温度。
[0106] 0PC合成物坯料然后使用拖曳器(举例来说,履带牵引器)通过会聚固态拉伸模具 连续地进给以生产0PC工件。0PC坯料被以每分钟大约6-10英尺的拉伸速率拉伸通过会聚 模具。固态拉伸模具具有会聚并且优选地连续地会聚以生产0PC工件的成形通道。
[0107] 所得0PC工件具有大约10cm乘以2. 25cm的横截面尺寸。这些初始可变尺寸的工 件首先在机加工工位中被刨平到大约9. 5cmX 2cm的一致矩形尺寸。所得的0PC机器毛坯 然后被进给到机加工工位(具有用于五个机加工头的工位的Profimet 23E机器)并且在 周围环境温度下在23ft/min (7m/min)的工件进给速率下以6000RPM的工具速度来机加工。 工件处于周围环境温度。成形的0PC物品的特性和机加工步骤的结果示出于表2中。
[0108] 表 1 :0PC 配方:
[0110] 因斯派尔D404聚丙烯(PP)由密歇根州米德兰的陶氏化学公司(The Dow Chemical Co)供应。
[0111] 再生PP-PP 1020-SC0655885具有6-10g/10min的熔流并且由美国康乃迪克州诺 沃克的米尔斯泰因(Muehlstein)供应。
[0112] 滑石TC100由法国巴黎的依美瑞有限公司(Imerys, Soci6t6Anonyme)供应。
[0113] 碳酸f丐等级#10白,由法国巴黎的依美瑞有限公司(Imerys, Soci6t6Anonyme)供 应。
[0114] 发泡剂是由印第安纳州埃尔克哈特的凯贝化工(KibbeChem Inc)供应的F-07。
[0115] 聚乙稀是来自埃克森(Exxon)的帕克森(Paxon)等级EA55-003。
[0116] 单位是总配方的重量百分比,包含润滑剂(下文)。
[0117] 实例1和2具有1. 8wt%润滑剂,其余实例3-7和比较性实例1具有2wt%润滑剂。 润滑剂是由美国俄亥俄州辛辛那提的百尔罗赫(Baerlocher)供应的Baerolub W94112TX。 比较性实例1包含来自Clariant的4wt% PH73642637色母料。
[0118] 表2 :柃伸和工件特件:
[0120] *挠曲模量通过ASTM D-6109-05测量。
[0121] 实例1-7和比较件实例1的机加工结果:
[0122] 表3将实例1-7和比较性实例1的机加工0PC机器毛坯的结果总结成类似于图5 中所图示的形状的形状。两个到四个0PC机器毛坯被在每一组条件下机加工并且针对机械 机加工性和表面特性评级。报告所述平均评级。针对表面外观评级(Rs)的评级五意指表 面是光滑的并且表面上没有肉眼可见的缕以及切丝。Rsl指示在1米处肉眼可见的沟和大 缕。针对中级表面质量给出2与5之间的表面外观评级Rs。举例来说,Rs 5、4、3或2意指 分别在0. 25米、0. 5米、0. 75米和1米观察距离处肉眼不可见的表面缺陷。机械机加工性 评级(Rm) 5指示极好机加工并且Rml指示机加工困难,举例来说,"机器停滞"或导致在表面 外观中的沟和类似物的困难。针对中级机械机加工性给出2与5之间的中级Rm。总体可接 受性评级Ra是表面外观评级要素 Rs和机械机加工性评级要素 Rm的总和。
[0123] 表3 :机加工结果:
[0124]
[0125] 如表3中所图示,实例1和4具有极好的机加工性能,其(如表2中所图示)对应 于具有所期望的程度的如由线性拉伸比、密度、挠曲模量和收缩比的组合表征的聚合物定 向的物品。实例2-3和5-7的结果图示在如由线性拉伸比、密度、挠曲模量和收缩比的组合 表征的聚合物定向的程度变化时机加工结果可能如何变化,同时仍提供可被机加工而具有 可接受结果的物品。比较性实例1图示在如由线性拉伸比、密度、挠曲模量和收缩比的组合 表征的聚合物定向的程度在预定范围之外时物品的机加工结果可如何变得不可接受。如从 比较性实例1可见,尽管密度和挠曲模量可能在可提供具有可接受机加工性能的物品的范 围内,但线性拉伸比和收缩比在预期提供可接受机加工性能的范围之外,且因此比较性实 例1的物品不适用于进行机加工,这是因为其使机器停滞且具有大的表面缺陷。
[0126] 材料合成物可包含例如碳酸钙、氢氧化镁或滑石的填料,且可包含发泡剂和额外 添加剂。申请人相信,在0PC工件的机加工时观察到的表面特性还可取决于发泡剂的量且 取决于将填料复合或融合成热塑料的方式。添加剂的量和物理性质(例如,粒子大小)还 可通过引入可更改材料表面机加工的方式的弱点、线或平面而影响表面外观的结果。举例 来说,当在类似条件下进行机加工时,滑石填充的0PC工件或氢氧化镁工件可具有不同表 面外观。
[0127] 其它处理因素(例如,机加工温度和机加工速度)还可影响表面特性。申请人已 发现,可采用以上因素(复合的程度、添加剂的类型、添加剂的量、聚合物的类型和融合度、 机加工温度等)中的一者或多者来控制机加工的表面的外观。另外,可改变机器的操作的 变量(例如,工具rpm、工具几何形状、0PC板通过工具作业的进给速率和类似物)以针对特 定应用实现所期望的外观。
[0128] 实例8a和8b遵循上文所描述的同一程序,其使用实例1的用比上文针对实例1所 使用的线性拉伸比高的线性拉伸比拉伸的聚合物合成物。以7500RPM的工具速度而非上文 针对实例1-7所使用的6000RPM工具速度使用具有五个机加工头的Profimet模制机器对 0PC机器毛坯进行机加工。成形的0PC物品的特性和机加工步骤的结果展示于表4中。如 在表4中可见,增加线性拉伸比导致0PC物品的密度和挠曲模量的增加以及收缩比的增加。 实例8a和8b的机加工性能比实例1的更遭。实例1和8a和8b图示了,针对给定配方,可 改变线性拉伸比且因此改变密度、挠曲模量和收缩比以提供具有所期望的机加工性能和抛 光审美的物品。尽管来自实例8a和8b的机加工性能比实例1的更糟,但结果展示仍可以 7500RPM的高工具速度制成成形的0PC物品。
[0129] 表 4 :实例 8a 和 8b :
[0131] *通过ASTM D-6109-05测量的挠曲模量。
[0132] 实例1-7和8a和8b的结果图示可提供具有在0. 5g/cc与1. Og/cc之间的密度、 在0. 60GPa与5. 5GPa之间的挠曲模量和在0. 30与0. 8之间的收缩比的0PC物品的合成 物,上述指标可提供可经机加工而在表面上不留有大致裂缝或松散小纤维且在旋转工具周 围无塑料纤维的缠绕或卷绕的0PC工件。实例1-7和8a和8b的结果图示0PC工件如何定 向和纤维质与工件经机加工以生产具有申请人所指出的所期望的特性的物品的能力之间 的关系。申请人已发现,与0PC工件的定向的量和在生产0PC工件时使用的线性拉伸比有关 的密度范围、挠曲模量范围和收缩比范围的仅有限部分适合于借助在机加工真实木材物品 中使用的工具(例如,刳刨机或刨床)进行机加工。实例1-7图示,使用在3. 5到6. 25的 范围内的线性拉伸比形成且具有在〇. 53g/cc到0. 77g/cc的范围内的密度、在1. 03到2. 04 的范围内的挠曲模量和在0. 320到0. 595的范围内的收缩比的工件可适于以类似于真实木 材的方式改变机加工的程度。实例8a和8b图示,甚至在线性拉伸比增加到高达6. 5且挠 曲模量增加到3. 0以上时,仍可生产可机加工工件。
[0133] 本文中所描述的工艺和合成物可被用于提供由定向聚合物合成物制成的成形的 0PC物品,所述定向聚合物合成物可经机加工以提供各种各样的形状且具有所期望的审美 外观和机加工能力以用作木材物品的代替品,举例来说,用作装饰性或复杂成形物品或用 于需要机加工木材物品的其它建筑应用中。本发明的工艺和合成物提供一种0PC物品,所 述0PC物品可通过张力拉伸工艺生产且可经机加工以使用标准连续木材加工工具(例如刨 床(压刨机)、刳刨机和模制机,举例来说)生产成形物品,所述成形物品可在工件的长度方 向上连续地成形且在物品的经加工表面上大致无缺陷。另外,本发明工艺和合成物解决其 它合成物材料遇到的数个挑战(例如,高重量、高热膨胀系数(CTE)和爆裂)。
[0134] 如本文中所描述,可基于聚合物合成物、填料水平、模具设计、坯料横截面面积与 拉伸模具退出横截面面积的比率、拉伸温度和用于形成0PC工件的发泡剂的量而调整0PC 机器毛坯中的定向量以产生0PC机器毛坯的所期望的密度、挠曲模量和/或收缩比以便提 供适合于以类似于传统木材机器毛坯的方式的方式机加工的物品。可基于材料(例如,可 定向聚合物和填料的类型和相对量)视需要提供密度、挠曲模量和收缩比以影响0PC机器 毛坯中的定向的量并且因此影响机器毛坯的机械机加工性。可基于用于形成0PC工件的线 性拉伸比进一步影响针对给定配方的毛还的机械机加工性。
[0135] 另外,本文中所描述的工艺和合成物可提供0PC机器毛坯,所述0PC机器毛坯适合 于机加工到毛坯内的任何深度和从毛坯的任何侧部机加工,并且所述0PC机器毛坯降低机 加工期间表面纤维化和裂缝的出现并且还可降低在使用期间在物品的紧固期间爆裂的出 现。如上文所描述,当用锯切割或通过多个木材加工技术中的任何一个机加工典型0PC物 品时,表面纤维化可出现。"裂缝"是当在机加工过程期间小纤维或小纤维簇产生于切割或 机加工表面处时,当拉动时所述切割或机加工表面可剥离或"削弱"邻近对准的聚合物链, 从而在表面中留下间隙。"爆裂"可当螺钉插入并且材料件脱离时发生,例如,如果材料太易 碎,那么可发生。
[0136] 先前技术已经使用生产具有修改的表面层的物品以试图解决表面纤维化的问题 的工艺。然而,这些基于表面的方法限制物品可在可被机加工的物品的深度和/或侧部数 目的方面上被机加工的程度。举例来说,这些基于层的工艺通常仅影响物品的表面到在微 米的数量级(例如,80-400微米)上的深度,如0' Brien等人的第2009/0155534号美国公 开案中所公开。简单来说,在处理的深度上的这个限制对待使用木材加工技术机加工的物 品来说不实际,在木材加工技术中,切割可在深度上从若干毫米变化到数英寸并且高达物 品的整个深度。这些方法还可导致可增加制造时间和成本的额外处理步骤。相比之下,本 发明工艺和合成物提供可被机加工到物品内的任何深度并且从物品的任何侧部机加工的 物品。本发明的成形的0PC物品还可以类似于实木的方式的方式设置有适合用于装饰应用 中的螺钉拉力以降低在紧固期间爆裂的出现。
[0137] 另外,本发明物品比试图使用表面涂层或层解决纤维化的物品更适合与通常在木
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