专利名称：制造挤压合成木材的模具及其相关方法
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勻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、使用具有非均勻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、不均勻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。在此描述的另一个改进模具包括过渡模具，其包括前孔口、后孔口以及将前孔口连接到后孔口并且具有内表面的通道，其中所述通道包括锥形区域，该区域在剖面面积方面从前孔口到后孔口逐渐减小。过渡模具可以与分股模具形成为一体以调节挤压物通过系统的流动。在此描述的另一个改进模具包括成型模具，其包括前孔口、后孔口以及将前孔口连接到后孔口的通道，其中前孔口的剖面面积与后孔口的剖面面积的比例限定压缩比，并且压缩比大于大约1.5 1。成型模具可以与分股模具和/或过渡模具形成一体以调节挤压物通过系统的流动。本发明还涉及一种挤压纤维素塑料复合物挤压物的方法，包括使挤压物顺序穿过适配模具、过渡模具、分股模具以及成型模具，其中在此描述的改进模具的其中一个可以使用在所述挤压方法中。本发明另外涉及一种测量和调节在挤压系统中的挤压物流速的方法。该方法包括如下步骤测量在挤压模具的剖面轮廓的不同部分处的初始挤压物流速并且据此产生流速图，其中利用部分-特有的初始流速将剖面轮廓的每个部分表示在流速图上；根据表示在流速图上的每个部分-特有的初始流速计算初始压力下降值；计算使剖面轮廓的每个部分实现期望流速所需要的压力下降值的变化；以及调节分股通道的长度和/或剖面面积以获得压力下降值方面的上述变化，其中实现了剖面轮廓的每个部分内的期望流速。在其它变形中，设置在分股通道上侧的歧管被与分股通道的长度和/或剖面面积协调地调节以获得在压力下降值方面所需变化。在测量和调节方法的其他变形中，沿着一条线将流速图平分以产生至少第一半部和第二半部，其中第一半部和第二半部对称，并且在第一半部内的每个部分-特有的流速具有在第二半部内的对应的部分-特有的流速；将在第一半部内的部分-特有的流速与在第二半部内的对应的部分-特有的流速进行平均。这个流速图可以沿着多于一条的线平分，包括但不限于，二、三或四条线。允许用户在挤压系统中选择在此描述的特别的模具提供了多个优点。本发明提供的一个优点是它拓宽能够利用挤压模具系统处理的复合物的范围。挤压系统通过在复合物流上施加阻力促进了挤压产品中的一致性。在Laver的方法中，这个通过在挤压系统内结合分股模具来实现。分股模具通过增加由系统施加在复合物上的壁剪切力的量来增加系统对复合物流动的阻力。因此，对复合物流动的阻力主要取决于在分股模具内的分股通道的尺寸。在所要通过的复合物的粘性相对较低的情况中，或在需要提高复合物流速的应用中，期望模具系统对复合物流动的阻力水平具有灵活性。由分股模具施加的阻力是分股通道的长度和剖面面积的函数。Laver确定地规定了 1. 5英寸的分股通道长度。然而，Laver描述的单一长度限制了系统可以有效处理的复合物流速。本发明通过提供带具有变化长度的分股通道的分股模具来改进Laver。这个灵活性显著拓宽了复合物流速的范围以及挤压机系统传统上能够成功处理的黏稠度的范围。本发明相似地提供带具有变化剖面面积的分股通道的分股模具。当改变长度不可行时，修改分股通道剖面面积来改变系统对复合物流动的阻力是有利的。本发明还能够增加回收材料的量，可以通过提供用于增加挤压物所承受的热量的装置来处理该回收材料。在挤压过程中可以使用的两种类型回收材料包括消费后的回收塑料和制造后的回收塑料。消费后的回收塑料一般包括污染物，例如具有更高熔点的相似塑料或难于在复合物中分散的不相容塑料。制造后的回收材料一般包括阻挡层或具有不同混合物的塑料，如在多层膜内找到的。存在于这些回收材料的每一个中的各种不同的塑料通常具有不同的处理要求。包含任意类型的回收材料的复合物在制造的挤压步骤期间需要额外的热量和混合，以便最终产品具有的同质性将与在由一致的原始材料制造的复合物中所见到的程度相同。复合物挤压物所经受的热的量是温度、时间以及摩擦发热的函数，其中后者是由挤压机对复合物的混合和传送产生的。为了增加受热，必须增加这些因素的至少一个。增加处理温度不是优选的，因为它会导致在挤压处理期间纤维素纤维的退化。增加处理时间要求较慢的处理速率(每单位时间较少的材料输出)或较长的停留时间(在每单位时间相同输出量情况下材料停留在挤压机内更长时间)。较慢的处理速率不是优选的，因为它限制了生产率。因此，增加受热的优选方法是通过增加复合物的停留时间。这样不会导致较低的生产速率，并且具有附加的优点，即通过增加混合时间而增加对复合物施加的摩擦热的量。增加停留时间可以通过限制经过适配模具的流动来实现。然而，仅在这个点上限制流动将导致流动通过剩余模具的小的、高速材料流。提高的速度增加了由与模具腔的外围的接触而引起的在外周处的材料之间的摩擦。这样导致了在整个流动流的剖面轮廓上的流动的不均衡，轮廓中部比边缘流动更快。流动的不均衡导致最终挤压产品的边缘撕裂、表面粗糙、和/或轮廓形状的扭曲。本发明通过整合了适配模具、过渡模具以及分股模具的设计的设计处理均衡材料的流动来克服这个问题。本发明的另一个优点是它提供了挤压产品更宽泛的各种尺寸。作为实例，Laver将成型模具描述为从它的入口孔到出口孔的测量大约为1.5英寸，其中入口孔与过渡模具的出口孔具有相似的形状，并且出口孔与产品具有相同的形状。如在此将要描述的，成型模具的长度与最终产品的强度和产品尺寸相关。Laver中的成型模具的长度是有限的，因为标准适配、过渡、及分股模具对在不牺牲强度的情况下所能生产出的产品的尺寸施加了限制。本发明通过提供了用于制造者改变成型模具的长度和复合物流动的角度同时保持最终产品的强度的装置来克服这些限制。这导致当生产更大产品时，成型模具施加在复合物上的压缩量及其他特征最大化。本发明的又另一个优点是它允许挤压型材的制造者对于型材的具体最终使用最优化该型材的一个或以上机械特性。Laver的分股模具产生了从分股模具流出的流动流阵列。这个流动流阵列是紧压在一起的并且各个流结合在一起。本发明改进了在关键区域的股之间的粘接。在此提供的改进模具解决了现有技术，包括Laver，没有认识到的问题。根据下面联系附图详细描述的本发明的优选实施例，本发明的目的和优点将更加
完全清楚。
图IA描述了根据颁给Laver的US专利No. 5，516，472的现有技术适配模具的正视图。图IB描述了在图IA中示出的沿着线1B-1B剖开的现有技术适配模具的剖视图。图IC描述了在图IA中示出的沿着线1C-1C剖开的现有技术适配模具的剖视图。图2A描述了本发明的适配模具的前面正视图。；
图2B描述了在图2A中示出的沿着线2B-2B剖开的适配模具的剖视图。图2C描述了在图2A中示出的沿着线2C-2C剖开的适配模具的剖视图。图3描述了本发明的挤压机和适配模具的剖面侧面正视图。图4描述了十字头挤压装置的俯视平面图5描述了本发明用于与十字头挤压装置一起使用的过渡模具和分股模具的剖面侧面正视图。图6描述了本发明用于与十字头挤压装置一起使用的过渡模具通道和相应分股通道组的特写。图7为表示针对本发明的具有互相协调的歧管锥度和分股通道长度的过渡模具和分股模具计算的压力下降的表。图8为表示针对现有技术具有相等长度的分股通道的过渡模具和分股模具计算的压力下降的表。图9为表示针对具有非互相协调的歧管锥度和分股通道长度的过渡模具和分股模具计算的压力下降的表。
图10表示在较低生产速率下从分股模具开始的以cm3/秒为单位的挤压物流速的剖面图。图11表示在中等生产速率下从分股模具开始的以cm3/秒为单位的挤压物流速的剖面图。图12表示在较高生产速率下从分股模具开始的以cm3/秒为单位的挤压物流速的剖面图。图13表示从图12的流速得出的以cm3/秒为单位的平均挤压物流速的剖面图。图14表示从图13的平均流速得出的相对挤压物流速的剖面图。图15表示由图14的相对流速计算的相对压力下降分布的剖面图。图16A表示具有分股通道的分股模具的正视图，分股通道具有不同剖面面积并且在每个分股通道的中心线之间具有相等的距离。图16B表示具有分股通道的分股模具的正视图，分股通道具有不同剖面面积并且在每个分股通道的中心线之间具有不相等的距离以使分股通道之间的距离最小。图17A表示在成型模具内的成型通道，其将挤压物压缩为具有1.0英寸厚度的型材。图17B表示在成型模具内的成型通道，其将挤压物压缩为具有2.0英寸厚度的型材。图18为示出定向平面的分股通道的正视图。图19A为表示沿着图18示出的线A-A测试的甲板样本的剪切力强度的表。图19B为表示沿着图18示出的线B-B测试的甲板样本的剪切力强度的表。图20表示包含改进分股通道的分股通道组的正视图。图21A为表示根据图18的分股设计准备的甲板的弯曲特性的表。图21B为表示根据图20的分股设计准备的甲板的弯曲特性的表。图22A为表示根据图18的分股设计准备的并且沿着线B-B测试的甲板的剪切力强度的表。图22B为表示根据图20的分股设计准备的并且沿着线B-B测试的甲板的剪切力强度的表。
具体实施例方式本发明的一方面提供用于通过限制经过适配模具的流动来增加复合物停留时间的挤压系统。图1A、1B和IC描述了来自Laver的典型现有技术适配模具10。适配模具10包括前孔口 12、后孔口 14、适配通道16及螺栓孔18。前孔口 12被限定用来容纳挤压机，例如图 3示出的挤压机32，其供应复合物材料通过前孔口 12进入适配模具10的适配通道16。后孔口 14被限定用于将穿过适配模具10的适配通道16的复合物材料供应到过渡模具。现有技术适配模具的后孔口 14在形状方面大体上是圆形的并且在直径方面范围从50mm到 300mm。现有技术适配模具一般仅用来将挤压机连接到模具系统的其它模具。为此，适配通道16被限定为从前孔口 12的剖面面积到后孔口 14的剖面面积均勻地且逐渐地改变剖面面积。这个示出在图IB和IC中，其中适配模具均勻地且持续地降低适配通道16的剖面面积以便它从前孔口 12的剖面面积减少到后孔口 14的剖面面积。适配通道16不减少到比后孔口的剖面面积小的剖面面积。螺栓孔18构造和定位在适配模具10上以将适配模具10 固定到挤压机。图2A、2B及2C描述了本发明的适配模具20。与现有技术适配模具10相似，本发明的适配模具20包括前孔口 12、后孔口 14、适配通道16及螺栓孔18。然而，不是均勻地使剖面面积从前孔口 12的剖面面积变化到后孔口 14的剖面面积，本发明的适配模具20的适配通道16包含受限区域26。受限区域沈是适配通道16的一部分，其中其剖面面积小于后孔口 14的剖面面积。在改进适配模具的一个变形中，后孔口 14的剖面面积是大约1257mm2， 并且受限区域沈的剖面面积范围从大约175mm2到大约900mm2，并且可以是大约645mm2。具有带各种不同的剖面面积的受限区域26的适配模具20可以根据期望的受限程度来使用。 后孔口的剖面面积与受限区域26的剖面面积的比例可以等于或大于大约1 1、1.01 1、 1.05 1,1. 1 1、1.2 1,1. 5 1,2. 1 1、7 1、或 10 1。可以接受的比例范围包括大约1.1 1到大约10 1，并且优选地是大约1.5 1到大约8 1。最优选的比例根据复合物的组成、使用的树脂、以及回收材料的量而变化。将受限区域沈结合到适配模具20增加了在处理期间挤压物的受热量。这视使材料通过适配模具20的受限区域沈所需要压力的增大和所产生的效果而定。纤维素塑料复合物在熔化时是可压缩的。增大的压力在挤压系统内的受限区域沈的上游压缩纤维素塑料复合物。例如，在如图3所示的具有在适配模具20上游的挤压机32的挤压系统中，受限区域沈在任何时候都导致更多的复合物材料34停留在挤压机32内。这样进而增加了复合物材料34保持在挤压机32内的时间量，在那里复合物材料受到机械搅动、混合，并且受热。具有受限区域26的改进适配模具20因此增加了挤压物的受热，而不降低输出产品速率。在停留时间、机械搅动、混合、以及受热方面的增加通过彻底地在复合物基体中分散组成成分而有利于产生更均勻的复合物。当使用回收材料时这样是尤其有利的，由于其中包含的杂质，回收材料要求更高的处理温度和混合。由于这些原因，具有受限区域沈的改进适配模具20当使用在其他传统挤压系统中时也可以是有利的。然而，如下面将要讨论的，当改进适配模具20与改进的过渡、分股及成型模具整合为一体时实现最佳的结果。包括受限区域沈的适配模具20可能往往在模具通道的整个剖面面积上产生不一致的流动。为了这个应用之目的，“不一致的流动”定义为挤压物的剖面轮廓的一部分的以厘米7秒为单位的体积流率的增加是与挤压物的剖面轮廓的另一部分相关的体积流率的 ι. ο倍。根据最终产品的期望特性，“不一致的流动”可以是挤压物的剖面轮廓的一部分相对于剖面轮廓的另一部分的大约1. 10倍、大约1. 50倍、大约2. 00倍、大约4. 00倍、或大约 8. 00倍体积流率的增加。“一致的流动”定义为在整个挤压物的剖面轮廓上没有不一致的流动。具有受限区域26的适配模具20导致的不一致的流动起源于在挤压物穿过受限区域 26时挤压物流速方面的增加。但是，挤压物流速非一致地增加，由于挤压物和适配通道16 的内表面之间的摩擦，流动在中心比在适配通道16的外周增加得更多。尽管从受限区域沈到后孔口 14剖面面积增加，但是纤维素塑料复合物通常所呈现的“流动记忆”在挤压物离开适配模具20的后孔口 14时，导致了非一致流动的延续。非一致的流动通常也是由于通过增加经过系统的整体流速而增加生产速率导致的。挤压物通过流动通道的流动受到挤压物与流动通道的壁之间的摩擦力(壁剪切力)的阻碍。当流动的整体速度增加时，表面阻力也增加。在标准挤压系统中，例如由Laver描述的系统中，流动非一致地增加，其中流动在中心处比在通道表面处增加更多，在通道表面处流动受到摩擦阻碍。这种不均衡在生产速率增加时恶化。无论非一致的流动是由于使用具有受限区域沈的改进适配模具20导致的或由于生产速率的整体增加导致的，流动中的不均衡通过导致最终挤压产品的边缘撕裂、表面粗糙和/或轮廓形状的扭曲而导致最终产品的不一致。本发明的改进模具通过在高局部速度的区域内产生更多的流动阻力来给非一致的流动的问题提供了解决方案。这通过增加各个分股通道的阻力而在分股模具内完成，如下面实施例所示。可以通过流体力学为各个分股通道计算预定速度下的流动阻力。然而， 在适配、过渡及成型模具的不同区域内的流速难以确定。本发明通过整合各个模具的设计使得当这些模具被结合时轮廓剖面的所有区域中的流动阻力都相等来改进流动一致性。促进流动一致性的改进模具将首先显示为用于十字头挤压装置40，如图4所示。 当使用这种十字头挤压装置40时，非一致流动尤其成问题。在十字头挤压中，在分股模具上游通过系统的流动方向相对于在分股模具60内的材料流动方向成一定角度。十字头挤压系统在分股模具上游的流动方向相对于在分股模具内的流动方向之间具有任何大于0° 的角度。在图4示出的特定十字头挤压装置中，在挤压机内并进入过渡模具50的流动方向相对于在分股模具60内的流动方向为直角(90° )。在图4内的这个十字头挤压装置设计用于将纤维素塑料复合物34块挤压在芯材料44的顶部和底部上。芯材料44以典型的方法挤压，在该典型的方法中该材料以直线从挤压机流动通过用于形成芯的各个不同的模具。相反，纤维素塑料复合物34以相对于芯材料成直角的方式被挤压因此当块形成在芯的上面和下面时必须旋转90°。这种类型挤压具有的问题是，由于沿着最短路径的阻力最小， 所以流体往往沿着最短路径流动。这种在流动中的不均衡在流动速度增加时恶化。图5表示用于使用在十字头挤压系统中的过渡模具50和分股模具60，其被协调地设计来在挤压型材的所有区域内提供一致的压力下降和一致的流动。如图所示的过渡模具50具有两个过渡通道，一个52用于顶部块并且另一个M用于底部块。分股模具60具有对应的两个分股通道组62、64。图6表示过渡通道52和它的相应分股通道组62的特写。(如下所述，对M、64被相似地构造)。过渡模具50包括过渡通道52和后孔口 51 (过渡模具50的前孔口未示出)。 过渡通道52是锥形的以便它的剖面面积从前孔口到后孔口 51逐渐减小。在图6中的分股模具60包括前孔口 61 (分股模具60的后孔口未示出)和构成分股通道组62的各个分股通道63。在分股通道组62内的各个分股通道63根据它们相对于来自过渡通道52的复合物材料34源的位置而具有不同的长度。当距离复合物材料34源的距离增加时在分股模具50内的分股通道63在长度方面减小得越多。最靠近复合物材料 34源(更靠近图6的左侧的那些)的分股通道63具有最大的分股通道长度；最远离复合物材料34源(更靠近图6的右侧的那些)的分股通道63具有最小的分股通道长度；而中间的分股通道63在这两个长度之间逐步地变化。在分股模具60内的分股通道长度方面的逐步下降限定了在分股通道组62入口处的倾斜多孔表面66。这进而限定在过渡通道52的内表面阳与倾斜表面66之间的歧管65。过渡通道52的锥度和由分股通道63的变化的长度产生的倾斜表面63限定剖面逐渐减小的流动通道。离开过渡通道52的材料首先接触在分股通道组62近侧处的倾斜表面，并且必须垂直地流过倾斜表面66以到达分股通道组62的远侧。如图6所示，当材料从表面66的一侧流到另一侧时，一部分材料将进入每个分股通道 63。计算过渡通道52的锥度和由分股通道63限定的表面66的斜度来补偿当材料离开过渡模具50通过连续的一排排分股通道63时发生的流动减少。 图7表示以图6所示的方式协调地整合过渡模具设计和分股模具设计的结果。表的每行表示歧管和分股通道的一段。歧管的一段是位于每个分股通道63正上方的区域。分股通道的一段是由每个分股通道限定的区域。图7的列1 (第一列)列出段号。列2表示每个歧管段的宽度。列3表示每个段的高度，取该段的开始处和终止处的高度的平均值。段的高度由于过渡模具孔的锥度而逐渐下降。列4表示通过每段的流速。在段1的流动供应给后续段内的和分股通道第1排内的流动，以此类推。列5表示以在第4列所示的流速从歧管入口移动材料到每段需要的压力下降。列6和7是形状因子a和b，用来根据由Kozicki 研发的方法(Kozicki, W. , Chou, C. H.和 Tiu, C.的 “Non-Newtonian flow in ducts
of arbitrary cross section,，，Chemical Engineering Science, 1966 年，第 21 卷，
方程权利要求
1.一种用在挤压系统中的适配模具，其包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述通道包括具有比所述后孔口的剖面面积小的剖面面积的受限区域。
2.如权利要求1所述的适配模具，其中所述后孔口的剖面面积与所述受限区域的剖面面积的比例大于大约1.5:1。
3.如权利要求1所述的适配模具，其中所述后孔口的剖面面积是大约1257mm2，并且所述受限区域的剖面面积的范围从大约175mm2到900mm2。
4.如权利要求3所述的适配模具，其中所述受限区域的剖面面积是大约645mm2。
5.一种装置，包括用在挤压系统中的分股模具，该分股模具的构造和尺寸被设计为用于调节挤压物从其通过的流速和/或提高挤压复合物的坚实度或强度，其包括前穿孔表面；后穿孔表面；以及从所述前穿孔表面延伸到所述后穿孔表面的多个非一致的通道。
6.如权利要求5所述的装置，其中分股模具的构造和尺寸设计为用于调节从其通过的挤压物的流动并且多个非一致的通道包括具有不同长度和/或不同剖面面积的通道。
7.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道在长度方面的范围借助至少为 1.01的因子从最小长度到最大长度。
8.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道在剖面面积方面的范围借助至少为1. 01的因子从最窄通道到最宽通道。
9.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道包括具有在中心线之间有一致的距离的中心线的通道。
10.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道包括具有在中心线之间有变化距离的中心线的通道。
11.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道在分股模具的前穿孔表面上限定具有一致斜度的倾斜穿孔表面。
12.如权利要求5所述的装置，还包括相对于分股模具构造的挤压机，以便在挤压机内的挤压物的流动方向相对于在分股模具内的挤压物的流动方向成一定角度。
13.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道在分股模具的前穿孔表面上限定具有可变斜度的倾斜穿孔表面。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述可变斜度限定在所述分股模具的前穿孔表面上的凸穿孔表面，其中所述凸穿孔表面的中心部分比所述凸穿孔表面的外周部分进一步地朝向挤压物流的源延伸。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述可变斜度限定在所述分股模具的前穿孔表面上的凹穿孔表面，其中所述凹穿孔表面的中心部分比所述凹穿孔表面的外周部分进一步远离挤压物流的源地缩回。
16.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道的中部具有比在多个非一致的通道的外周内的通道剖面面积更大的通道。
17.如权利要求5所述的装置，其中多个非一致的通道的外周具有比在多个非一致的通道的中部内的通道剖面面积更大的通道。
18.如权利要求5所述的装置，还包括构造和尺寸设计为用于连接到所述分股模具的过渡模具，所述过渡模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口并且具有内表面的通道，其中所述通道包括锥形区域，该锥形区域在剖面面积方面从所述前孔口的剖面面积减小到所述后孔口的剖面面积， 所述通道还包括在所述锥形区域的内表面与所述分股模具的前穿孔表面之间的空间，所述空间限定了歧管，并且所述歧管的构造和尺寸与所述分股模具中的多个非一致的通道中的通道的长度和/或剖面面积协调地设计，以相对于具有相等长度和剖面面积的通道的分股模具增加挤压物流速的一致性。
19.如权利要求18所述的装置，其中构造所述过渡和分股模具以便挤压物进入所述过渡模具的流动方向相对于挤压物进入所述分股模具的流动方向成一定角度。
20.如权利要求18所述的装置，其中所述过渡模具和所述分股模具包括在直挤压机系统中，并且所述锥形区域限定环形锥。
21.如权利要求18所述的装置，还包括适配模具，所述适配模具的尺寸和构造设计为用于连接到过渡模具，其包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述通道包括受限区域。
22.如权利要求5所述的装置，还包括成型模具，所述成型模具的尺寸和构造设计为用于连接到所述分股模具，所述成型模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述前孔口的剖面面积与所述后孔口的剖面面积的比例定义为压缩率，并且所述压缩率大于大约1. 5:1。
23.如权利要求5所述的装置，还包括过渡模具，其构造和尺寸设计为用于连接到所述分股模具，所述过渡模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口并且具有内表面的通道，其中所述通道包括锥形区域，该锥形区域在剖面面积方面从所述前孔口的剖面面积减小到所述后孔口的剖面面积， 所述通道还包括在所述锥形区域的内表面与所述分股模具的前穿孔表面之间的空间，所述空间限定了歧管，并且所述歧管的构造和尺寸与所述分股模具中的多个非一致的通道中的通道的长度和/或剖面面积协调地设计，以相对于所述挤压物的剖面轮廓的外周增加挤压物的剖面轮廓的中心的挤压物流速；以及成型模具，其尺寸和构造设计为用于连接到所述分股模具，所述成型模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述前孔口的剖面面积与所述后孔口的剖面面积的比例定义为压缩率，并且所述压缩率大于大约1. 5:1。
24.如权利要求5所述的装置，还包括适配模具，其包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述通道包括具有比所述后孔口的剖面面积小的剖面面积的受限区域，其中在所述分股模具内的多个非一致的通道的尺寸和构造设计为用于相对于具有相等长度和剖面面积的通道的分股模具增加挤压物流动的一致性。
25.如权利要求5所述的装置，其中所述多个非一致的通道包括在剖面方面基本上为圆形的通道和在剖面方面基本上非圆形的通道，其中在剖面方面基本上非圆形的通道中断由在剖面方面基本上为圆形的通道的通道排限定的平面。
26.一种挤压纤维素塑料复合物挤压物的方法，包括顺序将所述挤压物通过适配模具、 过渡模具、分股模具、以及成型模具，其中所述适配模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述通道包括具有比所述后孔口的剖面面积小的剖面面积的受限区域。
27.如权利要求沈所述的方法，其中所述后孔口的剖面面积与所述受限区域的剖面面积的比例大于大约1.5:1。
28.如权利要求沈所述的方法，其中所述后孔口的剖面面积是大约1257mm2，并且所述受限区域的剖面面积的范围从大约175mm2到900mm2。
29.如权利要求沈所述的方法，其中所述受限区域的剖面面积是大约645mm2。
30.一种挤压纤维素塑料复合物挤压物的方法，包括顺序将所述挤压物通过适配模具、 过渡模具、分股模具、以及成型模具，其中所述分股模具的构造和尺寸被设计为用于调节挤压物从其通过的流速和/或提高挤压物的坚实度或强度，所述分股模具包括前穿孔表面；后穿孔表面；以及从所述前穿孔表面延伸到所述后穿孔表面的多个非一致的通道。
31.如权利要求30所述的方法，其中分股模具的构造和尺寸设计为用于调节从其通过的挤压物的流动并且多个非一致的通道包括具有不同长度和/或不同剖面面积的通道。
32.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道在长度方面的范围借助至少为 1. 01的因子从最小长度到最大长度。
33.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道在剖面面积方面的范围借助至少为1.01的因子从最窄通道到最宽通道。
34.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道包括具有在中心线之间有一致的距离的中心线的通道。
35.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道包括具有在中心线之间有变化距离的中心线的通道。
36.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道在分股模具的前穿孔表面上限定具有一致斜度的倾斜穿孔表面。
37.如权利要求30所述的方法，其中所述过渡模具和分股模具被构造为使得挤压物进入所述过渡模具的流动方向相对于挤压物进入分股模具的流动方向成一定角度。
38.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道在分股模具的前穿孔表面上限定具有可变斜度的倾斜穿孔表面。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述可变斜度限定在前穿孔表面上的凸穿孔表面，其中所述凸穿孔表面的中心部分比所述凸穿孔表面的外周部分进一步地朝向挤压物流的源延伸。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述可变斜度限定在所述分股模具的前穿孔表面上的凹穿孔表面，其中所述凹穿孔表面的中心部分比所述凹穿孔表面的外周部分进一步远离挤压物流的源地缩回。
41.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道的中部具有比在多个非一致的通道的外周内的通道剖面面积更大的通道。
42.如权利要求30所述的方法，其中多个非一致的通道的外周具有比在多个非一致的通道的中部内的通道剖面面积更大的通道。
43.如权利要求30所述的方法，其中所述过渡模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口并且具有内表面的通道，其中所述通道包括锥形区域，该锥形区域在剖面面积方面从所述前孔口的剖面面积减小到所述后孔口的剖面面积， 所述通道还包括在所述锥形区域的内表面与所述分股模具的前穿孔表面之间的空间，所述空间限定了歧管，并且所述歧管的构造和尺寸与所述分股模具中的多个非一致的通道中的各个通道的长度和/或剖面面积协调地设计，以相对于具有相等长度和剖面面积的通道的分股模具增加挤压物流速的一致性。
44.如权利要求43所述的方法，其中构造所述过渡和分股模具以便挤压物进入所述过渡模具的流动方向相对于挤压物进入所述分股模具的流动方向成一定角度。
45.如权利要求43所述的方法，其中所述过渡模具和所述分股模具包括在直挤压机系统中，并且所述锥形区域限定环形锥。
46.如权利要求43所述的方法，其中所述适配模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述通道包括受限区域。
47.如权利要求30所述的方法，其中所述成型模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述前孔口的剖面面积与所述后孔口的剖面面积的比例定义为压缩率，并且所述压缩率大于大约1. 5:1。
48.如权利要求30所述的方法，其中所述过渡模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口并且具有内表面的通道，其中所述通道包括锥形区域，该锥形区域在剖面面积方面从所述前孔口的剖面面积减小到所述后孔口的剖面面积， 所述通道还包括在所述锥形区域的内表面与所述分股模具的前穿孔表面之间的空间，所述空间限定了歧管，并且所述歧管的构造和尺寸与所述分股模具中的多个非一致的通道中的通道的长度和/或剖面面积协调地设计，以相对于所述挤压物的剖面轮廓的外周增加挤压物的剖面轮廓的中心的挤压物流速；以及其中所述成型模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述前孔口的剖面面积与所述后孔口的剖面面积的比例定义为压缩率，并且所述压缩率大于大约1. 5:1。
49.如权利要求30所述的方法，其中所述适配模具包括前孔口 ；后孔口 ；以及将所述前孔口连接到所述后孔口的通道，其中所述通道包括具有比所述后孔口的剖面面积小的剖面面积的受限区域，其中在所述分股模具内的多个非一致的通道的尺寸和构造设计为用于产生从分股模具的后穿孔表面的一致的挤压物流。
50.如权利要求30所述的方法，其中所述多个非一致的通道包括在剖面方面基本上为圆形的通道和在剖面方面基本上非圆形的通道，其中在剖面方面基本上非圆形的通道中断由在剖面方面基本上为圆形的通道的通道排限定的平面。
51.一种测量和调节在挤压系统中的挤压物流速的方法，所述挤压系统具有分股模具， 分股模具具有多个分股通道，其中所述分股通道每一个都具有长度和剖面面积，所述方法包括a.在挤压模具的剖面轮廓的不同部分测量初始挤压物流速，并且据此产生流速图，其中所述剖面轮廓的每个部分都通过部分-特有的初始流速表示在所述流速图上；b.从表示在所述流速图上的每个部分-特有的初始流速计算初始压力下降值；c.计算实现所述剖面轮廓的每个部分的期望流速所需要的压力下降值的变化；以及d.调节所述分股通道的长度和/或剖面面积以获得所述压力下降值的变化，其中实现了在剖面轮廓的每个部分中的期望流速。
52.如权利要求51所述的方法，在步骤(a)和(b)之间还包括e.沿着一条线平分所述流速图以产生至少第一半部和第二半部，其中所述第一半部和所述第二半部对称，并且在所述第一半部内的每个部分-特有的流速具有在所述第二半部内的对应的部分-特有的流速；以及f.对在所述第一半部内的部分-特有的流速和在所述第二半部内的对应的部分-特有的流速取平均。
53.如权利要求51所述的方法，在步骤(a)和(b)之间还包括g.沿着两条线平分所述流速图以产生第一、第二、第三和第四象限，其中所述第一、第二、第三和第四象限互相对称，并且在所述第一象限内的每个部分-特有的流速具有在所述第二、第三和第四象限内的对应的部分-特有的流速；以及h.对在所述第一象限内的部分-特有的流速和在所述第二、第三和第四象限内的对应的部分-特有的流速取平均。
54.如权利要求51所述的方法，其中所述挤压系统还包括过渡模具、所述过渡模具和所述分股模具一起限定具有一定构造的歧管，所述方法在步骤(d)中包括i.与所述分股通道的长度和/或剖面面积协调地调节所述歧管的构造以获得在压力下降值方面所需要的变化，其中实现了所述剖面轮廓的每个部分的期望流速。
全文摘要
本发明涉及用于挤压合成木材的挤压模具及其相关方法。所述模具包括适配模具、过渡模具、分股模具以及成型模具。所述适配模具包括具有受限横截面积的通道。所述分股模具包括多个非一致的通道，其在长度方面、剖面面积方面、剖面形状方面、或上述各项的组合方面不同。所述过渡模具与所述分股模具协调地构造来调节挤压物的流速。成型模具的上侧模具的特定构造允许在成型模具中有比先前可用的更高的压缩率。在此描述的每个模具都可以单独地与现有技术已知的分股模具一起使用。可替代地，所述模具可以组合地形成一体单元。在此描述的模具允许以比先前可能的更高输出率制造更牢固、更一致的合成木材。
文档编号B29C47/70GK102333636SQ200980147520
公开日2012年1月25日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年9月29日
发明者B. 恩格兰 A., D. 克勒 B., F. 多斯塔尔 D. 申请人:斯特兰德克斯公司