專利名稱：形成熱活化粘合劑復(fù)合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
兩種主要的熱活化粘合劑是熱固性和熱塑性化合物。這樣，從熱活化粘合劑和填料組分來形成復(fù)合物產(chǎn)品的領(lǐng)域可根據(jù)使用的粘合劑的特性，即熱塑性的或熱固性，來劃分成兩個主要的分支。
在制備重新組成的纖維素產(chǎn)物中使用了熱固性聚合物。例如。為了從重新組成的木材，如薄木板或中密度纖維板中制成平板，需將熱固性聚合物粘合劑與木纖維或顆?；旌弦孕纬梢r墊。襯墊然后放在壓板之間并壓制。在壓制時，給襯墊加熱使其軟化，從而使襯墊易于壓縮，也易于固化熱固性聚合物粘合劑。壓制/加熱粘合劑到使其軟化并最終固化所化費(fèi)的時間使復(fù)合板的生產(chǎn)減慢，并且在很大程度上該時間依賴于用來給襯墊加熱的熱傳遞的機(jī)理。使形成產(chǎn)品所需的壓制時間最小是很需要的。這里需說明一下，在大規(guī)模碎料板裝置中一次壓制循環(huán)減少一秒，就可使年銷售額增加約$35,000。
在重新組成木板的常規(guī)壓制中，熱從加熱的壓板表面?zhèn)鲗?dǎo)到襯墊上。由于纖維素和熱固性聚合物組成物的熱傳導(dǎo)不良，該方法要求襯墊在壓機(jī)中保持相當(dāng)?shù)臅r間以讓襯墊的核心溫度上升到足以使熱固性聚合物粘合劑固化并完成平板形成程度。這對于厚襯墊是個難題，因為，壓制時間隨著襯墊的厚度明顯增加。
人們試圖通過升高壓板的溫度來減少傳導(dǎo)壓制中的壓制時間。但是，只能稍稍減少壓制時間，并且增加壓板的溫度會燒或損壞平板。
減少壓制時間的常規(guī)措施也包括使用蒸汽通過對流給襯墊傳熱，從而利用了襯墊的天然孔隙。使用對流進(jìn)行熱傳遞的一個公知方法是“蒸汽震動”或“蒸汽噴氣”技術(shù)，其中具有表面潮氣的襯墊與蒸發(fā)水的熱壓板接觸。所產(chǎn)生的蒸汽迅速向襯墊中心移動，從而升高了核心溫度。更多的水可用來增加所得的核心溫度。
但是，這類蒸汽方法也有缺陷，因為需要更多的壓制時間來擺脫襯墊過量的潮氣。平板表面也常常會由于蒸汽熱而起泡。用其它的蒸汽方法，如通過穿孔壓板給襯墊直接施加蒸汽的系統(tǒng)，已經(jīng)觀察到相似的混合結(jié)果。
不管所用的方法，核心溫度必須為150-350°F以使大多數(shù)熱固性化合物進(jìn)行有效的固化。一般來說，在較低溫度下固化的熱固性化合物是優(yōu)選的，因為其所需的總的循環(huán)時間少。
從對熱固性粘合劑的關(guān)注轉(zhuǎn)移到熱塑性粘合劑的關(guān)注，總的思想是使呈粉末化或非粉末化的填料顆粒與熱塑性化合物。目前，至少有兩個使熱塑性化合物與粉末化填料顆?；旌系囊阎椒?。在一個方法中，固體熱塑性小球和粉末化填料顆粒被預(yù)混合，然后通過加熱的擠出機(jī)來熔融成粒料。該粒料和顆粒然后通過機(jī)械裝置混合并從擠出機(jī)中射出。在另一個方法中，用熱和極度高壓以迫使熱塑性粒料和粉末化的填料顆粒通過模頭并進(jìn)入鑄模。
工業(yè)上形成熱塑性聚合物和粉末化填料復(fù)合物的方法的一個例子適合目前的塑料擠出機(jī)技術(shù)。在擠出機(jī)中加工鋸屑和聚乙烯膜的混合物。但是，該技術(shù)有嚴(yán)格限制。首先在螺桿擠出機(jī)的公差只允許使用鋸屑大小的纖維素顆粒。這顯然降低了材料的強(qiáng)度和剛度，因為纖維長度和取向?qū)?fù)合材料的機(jī)械性能有相當(dāng)大的影響。由于擠出機(jī)的熔融/流動限制，該方法也限制了約50/50熱塑性-纖維素的混合物。大于50％的纖維素得到了不合格的產(chǎn)物。由于纖維素主要是降低成本和最終產(chǎn)品的重量，故該限制有不利的經(jīng)濟(jì)后果。
至少有三個將熱塑性聚合物與非粉末化填料混合的常規(guī)方法。一個方法是，將填料顆粒單個浸在熱粘稠的熱塑性塑料浴中，冷卻后將浸漬涂覆的填料顆粒紡成織物狀的形狀。接著，所得的織物狀材料被放在具有另外的熱塑性材料的模具中。然后加熱使熱塑性塑料熔融入織物狀材料的內(nèi)部或周圍以填充浸漬涂覆步驟未覆蓋的干燥點(diǎn)。
第二個方法涉及極度高壓下將熱塑性材料噴入鑄模以涂覆填料顆粒。但是，只有某些類型的填料可用該技術(shù)。
另外，已知可通過使熱塑性粒料和填料材料在模具中成層、然后加熱模具可制得較薄的復(fù)合材料。
美國專利5,088,910提出了將熱塑性聚合物和非粉末化填料混合的再一個例子。該方法適合常規(guī)壓板壓機(jī)和塑料壓制鑄模技術(shù)以形成熱塑性復(fù)合物。在該方法中，機(jī)器使線狀的纖維素纖維，如稻草和聚丙烯繩摻合成松散的編織襯墊。然后將襯墊放在常規(guī)的壓板壓機(jī)中用已加熱的或冷的壓板進(jìn)行壓制。所得的材料可用來制備汽車內(nèi)裝飾部件，由于纖維素纖維的長度和它們的取向，所制得的材料很牢固。與塑料部件比較，其成本更低并更輕。但是，由于每個壓制循環(huán)中整個平板必須加熱或冷卻，該方法的能量耗費(fèi)大。它也限于較薄的部分，這是因為塑料的熱特性，在試圖從表面上使厚的部分加熱時必然會增加循環(huán)時間。
一般來說，與制備熱固性復(fù)合物的常規(guī)方法相比，制備熱塑性復(fù)合物的常規(guī)方法是高成本的且有限制。這種差別的關(guān)鍵原因是與熱塑性性材料的較高的粘度有關(guān)，高粘度使熱塑性性材料難于得到生產(chǎn)出均勻、粘合的最終產(chǎn)品所需的填料顆粒濕潤，熱塑性塑料一般也有較高的熔點(diǎn)，因此需要高的溫度來形成液態(tài)粘合劑。形成熱塑性復(fù)合物所需的核心溫度(約380°F)因此也比固化熱固性復(fù)合物所需的溫度(約200-350°F)高得多。另外，熱塑性塑料的導(dǎo)熱系數(shù)很低，這表明當(dāng)熱僅施加在表面上時(如用常規(guī)的壓板壓機(jī))需化很長的時間來熔化厚襯墊中心的塑料。例如，使用常規(guī)的具有熱壓板的壓板壓機(jī)，需要約20分鐘熔化熱塑性塑料以形成1/2英寸厚度的熱塑性復(fù)合板。
也可使用微波或射頻輻照給復(fù)合物加熱。雖然可用兩種方法加熱，但它們很昂貴，若纖維素組分中的水分含量改變時這些方法是極不可靠的。
盡管有上述的加工困難，但用熱塑性聚合物形成復(fù)合產(chǎn)品也有很多有利之處。首先，近來增加再循環(huán)和保護(hù)環(huán)境資源的趨勢迫切需要有再使用的熱塑性塑料方法。家庭廢物的重要部分有熱塑性聚合物，它們可作為形成復(fù)合產(chǎn)品的熱塑性塑料來源。EPA統(tǒng)計表明塑料占美國總廢物的約7.3％，其中只有約1％被再循環(huán)。到2000年預(yù)計美國的塑料產(chǎn)量可達(dá)760億磅。這樣，可使該廢物的任何部分利用的方法會有顯著的社會效益。
熱塑性塑料由于比熱固性聚合物便宜，故也是需要的。與固化后若熔融不可再使用的熱固性聚合物相反，它們可通過再熔融而被重復(fù)使用，故它們可被再利用。在有些情況下，復(fù)合物所需的性能可能要求使用熱塑性聚合物而不是熱固性聚合物。
因此本發(fā)明的一個目的是提供用熱活化粘合劑和大量的填料顆粒形成復(fù)合產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供用廢棄熱塑性塑料形成熱塑性產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供用已被顏色和外部物質(zhì)，如標(biāo)簽、膠水和殘留的有機(jī)物質(zhì)污染的廢棄的熱塑性塑料形成熱塑性產(chǎn)品的方法和裝置。
本發(fā)明的再一個目的是用連續(xù)增強(qiáng)材料形成熱活化粘合劑復(fù)合產(chǎn)品。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是能通過分區(qū)來改變熱活化粘合劑復(fù)合物的性質(zhì)。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的使能量有效使用的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供在用其它工業(yè)過程中的廢能量給形成產(chǎn)品提供所需熱量的情況下用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的方法，所述的產(chǎn)品可用來形成深拉成形部件。
本發(fā)明的另一個目的是提供用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的方法，所述的產(chǎn)品可用來形成片材產(chǎn)品。
本發(fā)明的再一個目的是提供用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的方法，所述的產(chǎn)品可用來形成擠出產(chǎn)品。
本發(fā)明的再一個目的是提供用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的方法，其循環(huán)時間比現(xiàn)有技術(shù)更快，產(chǎn)率比現(xiàn)有技術(shù)更大。
本發(fā)明的另一個目的是提供不需要高成本機(jī)器的制備熱塑性性部件的方法。
本發(fā)明的一個目的也在于提供用加熱步驟然后用冷固化步驟形成熱活化粘合劑復(fù)合產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供用有未加熱壓板的壓板壓機(jī)用熱活化粘合劑形成產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供適合將熱氣體噴入壓機(jī)料中的壓機(jī)壓板。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有絕緣表面的與壓機(jī)料接觸的壓機(jī)壓板。
本發(fā)明的再一個目的是提供適合于用熱氣體作為熱源來形成熱活化粘合劑復(fù)合產(chǎn)物的壓機(jī)。
本發(fā)明的另一個目的是提供在噴入熱氣體和壓機(jī)料時含有松散的原材料的壓機(jī)料的容器外殼。
本發(fā)明的再一個目的是提供用熱塑性粘合劑和1/4和6英寸長度的填料顆粒形成復(fù)合產(chǎn)品的方法。
發(fā)明綜述通過將熱空氣噴入、灌注或吹入熱活化粘合劑片和填料顆粒松散混合物的基底材料中給形成熱活化粘合劑/填料復(fù)合產(chǎn)物供熱的方法來達(dá)到本發(fā)明的目的。噴入的熱空氣有效地加熱和活化了粘合劑組分-對于熱塑性粘合劑是熔融，對于熱固性粘合劑是加速了固化。熱空氣有效地升高了粘合劑的溫度，結(jié)果不必再通過壓板提供另外的熱量。
本發(fā)明也包括用來制備平板或深度拉伸(多于兩英寸)成型部件(即厚度32-英寸的部件)的壓板壓機(jī)，及其使用方法。壓機(jī)包括上部和下部壓板，在每個壓板的表面上分布多個熱空氣噴入噴嘴。壓板相互間隔，其每面圍繞著透氣的容器外殼結(jié)構(gòu)，這樣形成了放置要被壓制的基底材料的壓縮室。一旦基底材料被放置在壓縮室內(nèi)，將熱空氣噴入其中，并將壓板匯集在一起。然后停止噴入熱空氣，將基底材料稍壓制成預(yù)形成部件。所得的預(yù)形成部件從熱空氣壓機(jī)中取出，在固結(jié)壓機(jī)內(nèi)被壓制成最終的形狀。
本發(fā)明也包括適合本文所述的各種方法的新穎的壓板結(jié)構(gòu)。特別提供了具有基本絕緣性質(zhì)的壓板，結(jié)果使熱空氣噴入后對來自熱空氣或活化粘合劑/填料混合物的熱吸收最小。壓板結(jié)構(gòu)的其它特征使進(jìn)入基底材料的熱空氣流的分布最佳。
本文所用的術(shù)語熱活化粘合劑是指能通過加熱被活化成作為粘合劑的任何化合物。兩個主要的例子是熱固性化合物和熱塑性化合物。由于熱塑性化合物加熱時會熔融，它們可通過在填料顆粒周圍流動并冷卻時將它們粘合在一起來作為粘合劑。對于熱固性化合物可在加熱誘導(dǎo)固化時交聯(lián)聚合產(chǎn)生粘合。雖然熱固性和熱塑性化合物是熱活化粘合劑的主要例子，可起熱活化粘合劑作用的任何其它物質(zhì)都適合用于本發(fā)明。本發(fā)明也能從100％粘合劑中形成產(chǎn)品，此時粘合劑只是本身粘合，不必再加入填料組分。
重要的是使熱活化粘合劑和填料完全混合。若使用不連續(xù)的熱活化粘合劑片和填料顆粒，通常它們最好應(yīng)有相同的大小和重量。這有助于在混合物中的片和顆粒達(dá)到均勻內(nèi)部懸浮，并容易真正濕潤填料顆粒。若液體熱固性樹脂被用作熱活化粘合劑，可將其噴灑在填料上來達(dá)到相同的效果。類似地，粉末的熱活化粘合劑可被施加在填料顆粒上以制得所需的分散物。需要時，可在粉末化粘合劑分散前將增粘劑，如Eastman G0003蠟噴在填料上，以確保粘合劑粘附在填料上。
為了在最終產(chǎn)品中得到所需的物理性能，加工時將偶合劑加到復(fù)合物中是有利的。偶合劑可噴灑在顆粒上以增加熱塑性粘合劑和纖維素纖維之間的結(jié)合，從而增加最終產(chǎn)品的強(qiáng)度。也可加入阻燃劑以使最終的產(chǎn)品具有另外的阻燃性。
顆粒形式或粒料形式的熱活化粘合劑也可在本發(fā)明中起作用，但由于難以與填料得到充分的混合物和懸浮，故不優(yōu)選，另外具有較大尺寸的熱活化粘合劑構(gòu)型的加熱慢得多，這樣就延長循環(huán)時間和降低產(chǎn)率。本發(fā)明也已成功地從粉塵狀大小的熱活化片和填料顆粒中形成復(fù)合產(chǎn)品。對于較小的片和顆粒，保證合適的氣體滲透是關(guān)鍵的。
本文的熱塑性塑料是指在加熱時軟化并成為可流動的或膠粘的，在冷卻到室溫時恢復(fù)到原來的狀況的聚合物。本發(fā)明使用的熱塑性材料可為任何可模具或可擠出的塑料材料。合適的聚合物材料例子包括，但不限于，聚酰胺，如己內(nèi)酰胺(尼龍6)、聚六亞甲基己二酰二胺(尼龍66)及其共聚物；聚烯烴和聚烯烴的共聚物，如聚乙烯(低、中和高密度)、聚丙烯、聚丁烯-1，聚-4-甲基戊烯-1，和這些與其它烯烴共聚單體(如氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸)的共聚物；聚苯乙烯和聚苯乙烯與其它共聚單體的共聚物(如苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁烯-1-丙烯腈共聚物)；聚碳酸酯、聚砜、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和偏氯乙烯與其它共聚單體，如乙烯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙酯和其它共聚單體的共聚物。
最好是，本發(fā)明的熱塑性性組分由熱塑性性松散物組成，熱塑性性松散物被定義為熱塑性塑料和填料的混合物，或只是熱塑性塑料，其密度低于或等于15磅/英尺3。這可包括未經(jīng)壓制的碎的聚乙烯雜物袋、牛奶硬紙盒或嬰兒尿布的聚丙烯部分。特別合適的組合物可根據(jù)美國專利5,155,146和5,356,278以及本發(fā)明人的美國專利申請08/131,204的內(nèi)容制備，這些專利和申請被結(jié)合入本文供參考。但是，一般來說，具有讓熱氣體流入和流到熱活化粘合劑周圍以提供必須熱量的、足夠不緊密、松散或透的任何構(gòu)型的熱活化組合物都適合用于本發(fā)明。
可選擇填料的特征來得到最終產(chǎn)物的所需性能。例如，可以用防腐劑處理填料顆粒以防止最終產(chǎn)物腐爛。通過研磨預(yù)處理和可能再循環(huán)的如用作鐵路連接件的材料可得到相同的效果。也可選擇拉伸強(qiáng)度和其它相似的性能以使產(chǎn)物具有所需的物理特性。
所用的術(shù)語熱固性塑料是指加熱時能固化或不可逆地定形的化合物，一般是聚合物。例子可包括酚醛塑料、醇酸樹脂、氨基樹脂、聚酯、環(huán)氧化物、聚硅氧烷以及另外需要如有機(jī)過氧化物的一些添加劑固化的化合物。
本文使用的術(shù)語干燥氣體是指，氣體中水不是主要組分。這表示不排除空氣，例如，水蒸汽可少量存在的空氣。特別是，水蒸汽量最好不應(yīng)明顯地超過室溫下氣體的飽和點(diǎn)，從而保證在物體冷卻時或在冷壓制部件上水不會冷凝。
術(shù)語非冷凝氣體是指在環(huán)境條件下仍為氣相的元素或化合物，其例子包括空氣、氮?dú)狻⒍趸嫉?。蒸汽是可冷凝氣體的例子，即蒸汽在室溫和常壓下冷凝成液體。本發(fā)明的優(yōu)選的非冷凝氣體是空氣。
使用非冷凝氣體氣體的益處之一是可自由控制氣體的壓力和溫度。對于蒸汽，需保持高壓來得到高溫。使用非冷凝氣體時，可制造高溫并即使在相對低的氣體壓力下也能保持。簡而言之，本發(fā)明的干燥氣體或非冷凝氣體一般是指空氣或熱空氣，因為空氣是優(yōu)選的氣體。術(shù)語干燥氣體或非冷凝氣體不受術(shù)語熱空氣或空氣的限制。
一般來說，熱活化粘合劑具有活化溫度，在該溫度下它成為有效的粘合劑。對于熱塑性塑料，該溫度是使熱塑性塑料可流動、粘稠或熔融到足以濕潤填料并形成粘合產(chǎn)品的溫度。該熔融過渡態(tài)隨著溫度的變化逐漸發(fā)生。因此不可能精確地定義出熱空氣必須將熱塑性塑料加熱。到的活化溫度而是，活化溫度被定義為熱塑性塑料成為足以不粘地濕潤填料組分、并在冷卻或結(jié)合形成粘合的固體的最低溫度。根據(jù)填料顆粒的性質(zhì)，粘度必須有不同的下降以濕潤和粘合填料顆粒來形成粘合的最終產(chǎn)品。對于粗糙或不規(guī)則的填料顆粒，需要熱塑性組分能很好地流動。另一方面，若不使用填料顆粒，熱塑性塑料可在相當(dāng)粘稠時，即在較低的溫度下形成粘合產(chǎn)品。因此，對于某些類型的熱塑性塑料，熱氣體的溫度僅需250°F，但更一般的是400-600°F。
熱固性化合物的活化涉及固化過程。由于熱固性聚合物的固化速率常隨著溫度的增加而增加，而不是在一明確的溫度下被引發(fā)，故沒有明確的活化溫度。這樣，熱固性化合物的活化溫度被定為產(chǎn)生最快的固化但不引發(fā)局部不均勻固化的溫度。對于一些熱固性復(fù)合物，100-200°F的熱空氣可促進(jìn)以所需的速率固化，但其它的熱固性復(fù)合物所需的溫度會更高些。
假設(shè)熱活化粘合劑必須加熱到某個活化溫度T活化，用來加熱熱活化粘合劑的噴入的空氣量必須能提供足夠的能量，將粘合劑從原始的溫度T起始上升到最終的溫度T活化。由氣體提供給粘合劑的最大的熱量H＝m氣體c氣體(T氣體-T粘合劑)。類似地，根據(jù)等式H＝m粘合劑c粘合劑(DT粘合劑)，熱量H會使粘合劑的溫度上升到最大。使這兩個等式相等并從起始的粘合劑溫度T粘合劑積分到最終的溫度T活化，下列等式給出的將粘合劑加熱到T活化所需的氣體的最小量
其中m氣體＝噴入氣體的質(zhì)量，m粘合劑＝熱活化粘合劑組分的質(zhì)量，c粘合劑＝熱活化粘合劑組分的比熱，c氣體＝氣體的比熱，T活化＝熱活化粘合劑的活化溫度，
T粘合劑＝熱活化粘合劑的起始溫度，和T氣體＝氣體噴入時的溫度。
若補(bǔ)充的熱量Hs來自另外的能源，如加熱的壓板時，設(shè)定噴入氣體的較低質(zhì)量下限的等式還包括抵銷補(bǔ)充的熱量項，其計算式如下
從能量效率來看，當(dāng)然需要降低噴入的氣體以盡可能地使上述等式的絕對熱最小。
附圖簡述

圖1a-g顯示本發(fā)明壓板的三個可采用的實施方案。
圖2顯示了適合使用圖1a-f所示類型的壓板并將熱空氣噴入壓機(jī)料處的壓板壓機(jī)。
圖3a-b顯示了圖2壓板壓機(jī)的變型的側(cè)視圖和端視圖。
圖4a-c顯示了用圖2、3a和3b壓板壓機(jī)進(jìn)行固結(jié)壓制的三個可采用的實施方案。
圖5a-b顯示了用于圖2、3a和3b壓機(jī)的兩個容器外殼。
圖6a-i顯示了根據(jù)本發(fā)明，形成平板形式的熱活化粘合劑復(fù)合產(chǎn)物的方法。
圖7a-c顯示了適合用來形成塊體產(chǎn)品的本發(fā)明方法6一種變化。
圖8顯示了一個板，它具有圖1e-g的壓板并可選擇壓板上有效的空氣噴嘴圖案。
圖9a-c圖示了用圖8的板可選擇的有效空氣噴嘴的各種圖案。
圖10a-f顯示了將壓機(jī)料從圖3a-b的壓機(jī)傳送至圖4c的壓機(jī)的自動化過程。
實施例詳述壓板根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例制成的壓板10示于圖1a。壓板10設(shè)計成在壓機(jī)上壓制并傳熱給壓機(jī)料。壓板10包括支持壓模14的支承框架12。壓模14的一個表面形成內(nèi)表面16與壓機(jī)料接觸。內(nèi)表面16可制成平板狀或有凸起18和/或凹陷20，使如圖1b的所示的壓制產(chǎn)品成形壓模用高溫(600°F)RTV橡膠，如Dow Chemical 3120 RTV Rubber通過鑄模制成。凸起18和凹陷20可在鑄模過程中直接加入壓模14中。
壓板10還包括多個位于壓模14內(nèi)的空氣噴射口22和到內(nèi)表面16上的開孔?？諝鈬娮?2提供了熱空氣噴入壓機(jī)料的噴入點(diǎn)。空氣分布歧管24鑄入壓模14內(nèi)并將熱空氣從兩根進(jìn)氣管道26分散至空氣噴嘴22。歧管24包括兩根相同的次歧管28，它們每一根都由大的(7.5英寸直徑)循環(huán)導(dǎo)管30，小的(4.5英寸直徑)的循環(huán)導(dǎo)管32，四根大的(6.5英寸×2英寸)L型導(dǎo)管34，和四根小的(4.5英寸×2英寸)的L型導(dǎo)管36組成。八根L型導(dǎo)管34，36的較短的腳在進(jìn)氣管道26內(nèi)捆在一起。循環(huán)導(dǎo)管30，32互相共軸放置在入進(jìn)氣管道26周圍，并連接到從進(jìn)氣管道26徑向伸出的L型導(dǎo)管34，36上。導(dǎo)管30-36和空氣噴嘴22是由外徑1/4英寸水管制成。
將空氣噴嘴22焊接到歧管24的導(dǎo)管30-36上。在壓模14鑄模時在每個空氣噴嘴22末端放置一個釘子以防止RTV橡膠進(jìn)入并有助于在壓模14形成后對空氣噴嘴22定位。空氣噴嘴22的長度可防止空氣將壓模14和歧管24分離?？諝鈬娮?2位于壓模14內(nèi)，以提供通過壓機(jī)料的均勻的空氣循環(huán)，這對制成一個有粘合性的但無未連接的穴或區(qū)域的最終產(chǎn)品是很關(guān)鍵的。與壓機(jī)料為較大的片狀碎片和顆粒相比，較小的粉末化碎片和顆粒的壓機(jī)料需要較大量的空氣噴嘴22。
上述的壓板的另一個實施方案通常以圖1c-d的10′表示。壓板10′在結(jié)構(gòu)上與壓板10非常類似，它包括一個支持有內(nèi)表面16′的RTV壓模14′的支承框架12′。壓板10′和壓板10一樣也包括一個空氣分布歧管24′把來自進(jìn)氣管道26′的空氣分配給多個空氣噴嘴22′。與壓板10相反，壓板10′內(nèi)的空氣噴嘴不直接與空氣分布歧管連接。而是，空氣噴嘴22′將熱空氣從充氣箱27′抽入空氣分配歧管24′射入熱空氣處。
充氣箱的作用是使提供給每個空氣噴嘴的壓力的均勻效果比單用空氣歧管更好。為使這個效果最大化，空氣分布歧管24′通過開口29′將空氣噴入充氣箱27′，開口29′面對充氣箱27′與空氣噴嘴22′相對的一側(cè)。均衡的壓力對有效加熱熱活化粘合劑，消除最后產(chǎn)品中冷的或未結(jié)合的區(qū)域非常重要。充氣箱也使噴嘴更均勻地分布在壓機(jī)料表面上方。
一些支承31′被用來穩(wěn)定充氣箱27′內(nèi)的空氣分布歧管24′。分布在充氣箱27′外表面上的定位器33′可將RTV材料固定在充氣箱上。此外，在充氣箱27′相對面之間設(shè)置了支持物35′以防止充氣箱在壓力下噴入熱空氣時膨脹。
第二種上述壓板可采用實施方案的通常用圖1e-f的10”表示。總體來說，壓板10”實際上較大，但壓板10”在結(jié)構(gòu)上與壓板10’相似，并包括一個支持有內(nèi)表面16”的RTV壓模14”的支承框架12”。壓板10”與壓板10′一樣包括一個空氣分布歧管24”把來自進(jìn)氣管通26”的空氣分配給充氣箱27”內(nèi)的多個空氣噴嘴22”。歧管24”包括附加的延伸至轉(zhuǎn)角的導(dǎo)管來更均勻地在充氣箱內(nèi)傳遞熱空氣，熱空氣通過管道背側(cè)的氣孔29”排出。
壓板10”也包括一些支承31”來穩(wěn)定充氣箱內(nèi)的歧管。圍繞充氣箱27”的RTV通過多個分布在靠近內(nèi)表面16”的充氣箱外表面上的定位器來固定在其上。充氣箱27”通過充氣箱相對表面間伸出的支持物35”將它們卡在一起來防止其膨脹。
壓板10′和壓板10”間主要的差別是壓板10”能改變內(nèi)表面16”上的空氣噴嘴22”的圖案。內(nèi)表面16”上的噴嘴22”以多行37”形式來排列。見圖9a。在每一行內(nèi)噴嘴相隔2英寸，行間相隔1英寸。此外，相鄰行的噴嘴沿著行的長度方向偏移1英寸。
如圖1f所示，滑動控制板39”位于充氣箱27”內(nèi)，剛好在內(nèi)表面16”后。板39”沿壓板10的長軸前后滑動來交替地封閉和打開各種圖案的噴嘴22”。在充氣箱每個側(cè)向邊緣固定有一個支持軌道41”，它使板39”固定靠在充氣箱表面上。一對嚙合在板39”的中心隔斷器45”邊緣的內(nèi)支承軌道43”進(jìn)一步固定了板。
板39”設(shè)計成在內(nèi)表面16”后面具有三個位置，并包括如圖8所示的孔47”圖案。該板處于這種種位置中的每一種位置就封閉和打開各種噴嘴。在第一個位置處，板39”內(nèi)的孔位于內(nèi)表面16”的每一個噴嘴后。見圖9a。這是完全開孔的位置，板39”對有效的空氣噴嘴的分布沒有影響。在第二個位置，每一邊緣的第二和第四行被封閉，從而減少了靠近邊緣的空氣流速。見圖9b。同樣，在第三個位置處，每一個邊緣的第二，第四，第六和第八行被封閉，從而進(jìn)一步減少靠近邊緣的空氣流動。見圖9c。
在壓板邊緣噴入的熱空氣往往會逸散，而不將熱量傳給壓機(jī)料。因此需要減少壓板邊緣的空氣流動以提高壓制過程的效率。用板39”調(diào)節(jié)壓板邊緣的空氣流動可按需調(diào)節(jié)空氣流動以獲得最優(yōu)的熱傳遞和效率。
在較佳實施例中RTV橡膠用來制成壓模是因為它有低的導(dǎo)熱系數(shù)。在壓模中用RTV橡膠而提供的熱絕緣是較佳的，這是由于在空氣噴射和壓縮時傳遞到壓板上的熱量減少。例如金屬壓?？赡苄枰A(yù)熱否則它們會從壓機(jī)料和熱空氣中吸收大量的熱量，因此減少了過程的能效，增加了加熱壓機(jī)料所需的時間。此外，如果壓模吸收了過多的熱量，則它們需要在下一步壓制生產(chǎn)周期前冷卻，這也進(jìn)一步延長了生產(chǎn)周期。用RTV橡膠也減少了來自歧管的熱傳遞，因而熱傳遞至壓板的熱空氣提高了離開噴嘴的空氣溫度。因此，本發(fā)明較佳的實施例用絕緣材料可形成高能效的系統(tǒng)來制成有熱活化粘合劑的組合物產(chǎn)品，因為提供的最優(yōu)量的能量可加熱壓機(jī)料。另外一個優(yōu)點(diǎn)是，它更容易將RTV橡膠從壓機(jī)料上分離下來，與將RTV橡膠從金屬模具上分離相比。
盡管RTV橡膠是較佳的，但可預(yù)計許多其它材料可制成合適的形狀。特別是，任何導(dǎo)熱系數(shù)低的和可在空氣噴嘴上成形的材料應(yīng)是可接受的。有較高熔化溫度的熱固性性塑料和熱塑性塑料以及陶瓷或甚至混凝土是有效的。如上所述，希望產(chǎn)品可很容易從壓板的表面上分離下來。某些有其它所需物理性能用于模具但不易從壓機(jī)料上分離下來的材料，如果對其提供一個涂層如特氟隆或Mylar，則可能有效，以便于產(chǎn)品和模具的分離。
本發(fā)明和已有技術(shù)的壓機(jī)間的一個區(qū)別是在壓制步驟中消除了壓板需要加熱的必要性。如上所述，在以前已知的形成復(fù)合物制品如碎料板或薄片板的方法中，與壓機(jī)料接觸的壓板表面總要加熱。甚至是在用蒸汽來對壓機(jī)料提供熱量的壓機(jī)中，壓板也必須仍然被加熱來避免過量熱吸收和蒸汽在壓板上冷凝。本發(fā)明的方法和裝置用一種絕熱材料與壓機(jī)料接觸來避免過量的熱吸收。如本發(fā)明中用干的或非冷凝的氣體來提供熱，則冷凝也不成為問題。
壓板壓機(jī)本發(fā)明的熱空氣壓機(jī)通常以圖2中的50表示。壓機(jī)50包括框架52和上下壓板54，56。壓板通常根據(jù)上述描述來制備。較低的壓板56是靜止地固定在框架52的底部。上壓板54是可移動的，其在框架52中置于下壓板56之上。
固定上壓板54的承載部件58定位在組成框架52的一部分的四根桿60上。桿60一端與框架52在靠近下壓板56處連接，另一端與上構(gòu)件62連接。液壓缸64在上構(gòu)件62和承載部件58之間伸展，使上壓板54在壓制過程中向下朝下壓板56運(yùn)動。液壓缸64在壓制過程結(jié)束后也提升壓板54。
壓縮室66的上下端分別與上下壓板54，56連接。壓縮室66通過一個容器狀殼68固定在一側(cè)。見圖如5a。容器外殼68與下壓板56框架嚙合并可卸下地固定在其上，并向上延伸至緊密包圍上壓板54周圍。上壓板54可在容器外殼68中上下滑動，它可以由有多個1/32英寸和1/16英寸孔70的薄金屬孔板制成?？梢灶A(yù)料容器外殼68最好由一些低導(dǎo)熱系數(shù)材料構(gòu)成以減少從熱空氣和壓機(jī)料吸熱?？赡艿牟牧习?但不局限于)那些上述的用于制成模具的材料和用一些絕熱材料涂布的穿孔金屬板。由于容器外殼最好可提供熱空氣的逸散路徑，因此它應(yīng)由本來是多孔材料或有多個穿孔的材料制成。
容器外殼68可沿垂直面裂成第一部分72和第二部分74以便于卸下。每個部分72，74包括接近上端的一個向外突出的開口76，通過它可將材料噴入壓縮室66中。第一部分72還包括垂直取向的透明入口78，通過它可觀察壓制過程的進(jìn)展情況。
由于壓機(jī)料的相當(dāng)?shù)偷钠鹗济芏群驼澈闲?，因此容器外?8在本發(fā)明中是有利的。需要用大體積的材料來制成少量的成品。在壓制過程中一般的體積壓縮比例為約30∶1。首先由于壓制料非常稠，因此最好用一些封閉形式來防止其溢出壓板54，56邊緣。
可以預(yù)料，在一個工業(yè)實施例中，大概全將制成壓機(jī)料的材料吹入壓縮室66或通過如下所述的螺旋輸送機(jī)或傳輸帶送入，而不是通過開口76倒入。
熱空氣循環(huán)加熱器80正好在將熱空氣噴入壓縮室66前加熱熱空氣，盡管也可用其它工業(yè)過程中的廢熱量。熱空氣由隔熱管道82從加熱器80輸送至壓板54，56上的空氣入口。由于加熱器和空氣噴嘴之間流動縮頸，因此，空氣噴嘴的熱空氣壓力一般比空氣循環(huán)加熱器中的壓力要低一些。
另一種壓板壓機(jī)通常圖3a-b的50″顯示了本發(fā)明另一種熱空氣壓機(jī)的實施方案。壓機(jī)”50″包括框架52”和上下壓板54″和56″。上下壓板54″，56″是圖1e-g中的10”所示的類型。上壓板56″安裝在由液壓缸64″來上下驅(qū)動的承載部件58″上。壓縮室66”的頂部和底部受壓板54”和56″約束，并且其邊緣被容器外68”所包圍。
容器外殼68″與壓機(jī)50″一起使用，以含有壓機(jī)料。外殼68″是一個有四面的箱子，它的大小接近上壓板54″，但可使得上壓板在殼中上下移動。見圖5b。外殼68″的側(cè)壁用1/8英寸厚的有大量1/8英寸孔70″的特氟隆孔板制成。在附圖中，孔的相對大小被夸大，而孔的數(shù)量比圖示的要多得多。金屬板71″的外殼固定在特氟隆板69″的外側(cè)上。板金屬71″包括疊加在特氟隆板上的孔上的1/16英寸的孔。板金屬上的較小的孔用來防止小顆粒在在噴入熱空氣時從壓縮室中吹出。理想的是，盡管孔的最大可接受尺寸是由壓機(jī)料中所用的顆粒大小來決定，但是特氟隆板上的孔也應(yīng)該較小。容器外殼68″還包括位于長側(cè)邊緣的視窗78，使得壓機(jī)操作者可觀察壓制過程的進(jìn)展。
每個壓板內(nèi)的空氣用一個獨(dú)立的空氣循環(huán)加熱器80″來加熱。上壓板54″的加熱器80″安裝在承載部件58″上，這樣它可隨壓板上下移動。這就消除了用如熱空氣壓機(jī)50所示的撓性管的必要。由于撓性管經(jīng)受高溫和高壓，這些撓性管在彎曲時很容易失效。通過將加熱器以固定形式安裝在壓板上，撓性管只需用來輸送冷的空氣。
壓機(jī)50″可用兩種方法中的一種來加負(fù)荷。為準(zhǔn)備加負(fù)荷，上壓板56″升高至容器外殼68″頂部以上6至8英寸處。然后，在第一種方法中，可用簡單的真空/鼓風(fēng)機(jī)來吸入材料形成壓機(jī)料并將其吹入壓縮室66″中?；蛘撸捎幂斔推?3″來傳送材料。見圖10a。輸送器83″從一側(cè)到另一側(cè)來回移動通過壓縮室將材料平穩(wěn)裝入其中。
為使壓機(jī)料的取出自動化，熱空氣壓機(jī)50″還包括一個延伸通過下壓板54″的內(nèi)表面的開孔網(wǎng)式輸送帶84″。帶84″如下所述直至第一壓制階段完成才影響壓機(jī)50″的運(yùn)行。由于帶84″是開孔網(wǎng)，因此通過下壓板54″噴嘴的熱空氣繼續(xù)無防礙通過帶84″。然而，當(dāng)?shù)谝粔褐齐A段結(jié)束時，容器外殼68″被液壓缸86″稍稍抬起，帶84用于將壓機(jī)料輸送出壓機(jī)。
固結(jié)壓機(jī)在較佳實施方案中，如圖4a所示的固結(jié)壓機(jī)100與熱空氣壓機(jī)50合用。在壓機(jī)料102已被加熱并在熱空氣壓機(jī)中預(yù)成形后，固結(jié)壓機(jī)100進(jìn)一步壓制壓機(jī)料形成最終產(chǎn)品。固結(jié)壓機(jī)100包括一個框架104，和上下壓板106，108。下壓板108固定在框架104上，上壓板106位于下壓板108上方，并通過一對液壓缸110與框架的上部連接。液壓缸110將上壓板106向下朝下壓板108推動。通常固結(jié)壓機(jī)100和熱空氣壓機(jī)50在結(jié)構(gòu)上相同，但是比它有更笨重以適應(yīng)所需的更高的壓力。
固結(jié)壓機(jī)100用于生產(chǎn)平的板狀產(chǎn)品。另一種固結(jié)壓機(jī)100′用于從壓機(jī)料102′來生產(chǎn)塊狀而不是平板狀產(chǎn)品。見圖4b。如果需要成形的部件，可對壓機(jī)100或100′內(nèi)的壓板提供凸起和空隙來使部件按需成形。固結(jié)壓機(jī)100′和固結(jié)壓機(jī)100一樣，包括框架104′，和上下壓板106′，108′。下壓板108′固定在框架104′上，上壓板106′位于下壓板108′的上方并通過液壓缸110′與框架上部連接。液壓缸110′將上壓板106′向下朝下壓板108′推動。來自熱空氣壓機(jī)的壓機(jī)料相對是平的，板狀的。在固結(jié)壓機(jī)100中，壓機(jī)料沿相同的平面被壓制成平板。相反，在固結(jié)壓機(jī)100′中，壓機(jī)料102′立著放在下壓板108′內(nèi)，該壓板的表面積比相應(yīng)的熱空氣壓板的表面積要小數(shù)倍。因此當(dāng)壓機(jī)料102′在固結(jié)壓機(jī)100′中壓制時，結(jié)果形成窄的厚塊而不是寬的薄板。
圖4c顯示了本發(fā)明的另外第二種固結(jié)壓機(jī)100”的實施方案。固結(jié)壓機(jī)100”設(shè)計成與熱空氣壓機(jī)50”合用，這樣壓機(jī)料102”可在壓機(jī)間自動輸送。固結(jié)壓機(jī)100”與壓機(jī)100相同，它包括上下壓板106”和108”。壓板106”和108”包括多個內(nèi)部開槽，冷凍液體流經(jīng)那些開槽可有效地來冷卻。最好液體冷凍至約20°F，它由水與某類抗冷凍劑混合組成。
除了壓板，固結(jié)壓機(jī)100和固結(jié)壓機(jī)100”間的主要的差別是采用了相連的輸送器120”來裝載預(yù)成形的壓機(jī)料102”和從固結(jié)壓機(jī)上卸載成品。見圖10c。輸送器120”包括一個標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)動循環(huán)帶將壓機(jī)料移動至輸送器。附加的輸送器120”是鉸接的，這樣它可整個移入和移出固結(jié)壓機(jī)100”。
圖10a-10f示意表示壓機(jī)料的制成和從熱空氣壓機(jī)50”傳遞至固結(jié)壓機(jī)100”的步驟。如圖10a所示，通過裝載輸送器83”將一個基底材料150”加入壓縮室中。如上所述，裝載輸送器從一側(cè)到另一側(cè)來回移動均勻分配基低材料來形成壓機(jī)料102”。壓機(jī)料102”在壓縮室66″中預(yù)成形后，如圖10b所示，將容器外殼68″稍稍抬高形成空間使壓機(jī)料滑出熱空氣壓機(jī)。通過輸送器120”的的游末端和輸送器84″的下游末端相連及輸送帶在兩個輸送器上輸送，預(yù)成形的壓機(jī)料被運(yùn)出熱空氣壓機(jī)送至輸送器120″。見圖10c。如果需要，可用一個爐子來保持壓機(jī)之間的壓機(jī)料的溫度。一旦壓機(jī)料置于輸送器120”上，輸送器就移入固結(jié)壓機(jī)100”的壓板之間。見圖10d-e。當(dāng)輸送器移動到固結(jié)壓機(jī)100”后，引導(dǎo)邊緣就與前一個完成其生產(chǎn)周期的平板嚙合并將其推出。當(dāng)輸送器120”置于壓板間之后，輸送帶重新啟動，預(yù)成形的壓機(jī)料102”被輸送出輸送器120”的末端。見圖10f。同時，輸送器120”被拉回到壓機(jī)外僅使壓機(jī)料留在壓板間。
盡管不是所需的，但是本發(fā)明中兩步壓制過程由于幾個原因是較佳的，至少對于熱塑性性粘合劑來說是這樣。首先，周期時間減少，因為下一個壓機(jī)料可在前一個壓機(jī)料在固結(jié)壓機(jī)中冷卻時被加熱。第二，對于由可流動的材料或在加熱時變成可流動的材料制成的壓機(jī)料來說，在熱空氣壓機(jī)50中用高壓可使材料流入并阻塞空氣噴嘴。此外，兩步過程比等效的單步過程節(jié)省了能量，因為在熱空氣壓機(jī)中不需要按制成熱塑性性復(fù)合物一般所需的那樣對壓板加熱和冷卻。
與用于熱塑性性粘合劑的較佳的方法相反，對于熱固性性粘合劑，可預(yù)計較佳的方法只用有加熱的壓板單個壓機(jī)。對于熱固性性粘合劑，不必在取出前冷卻壓機(jī)料，因為粘合劑在冷卻前就已固化，即聚合。相反，熱塑性性塑料直至被冷卻時才會固化。
應(yīng)注意的是，盡管在兩步壓制過程中干燥的或非冷凝的氣體是較佳的，但是并不局限于這些氣體，也可用水蒸氣來作為傳熱介質(zhì)。
另一個重要的考慮因素是熱空氣壓板與固結(jié)壓機(jī)的壓板的所要求的熱導(dǎo)性的不同。在熱空氣階段，壓極不從熱空氣或基底材料中吸熱是非常重要的。在冷卻階段，相反地，卻希望從壓機(jī)料到壓板有最大的熱傳遞，這樣壓機(jī)料可迅速冷卻。因此在固結(jié)壓機(jī)中希望有導(dǎo)熱的壓板而在熱空氣壓機(jī)中有隔熱壓板。
在大量生產(chǎn)的實施方案中，固結(jié)壓機(jī)壓板最好進(jìn)行加熱和冷卻。當(dāng)部件首先進(jìn)入時，固結(jié)壓機(jī)的壓板的面最好預(yù)熱以使外加的熱塑性性塑料接近表面，從而制成光滑的成品。由于只是與物體接觸的壓板表面需要加熱，且只需暫時加熱，因此可以預(yù)計某類薄的可用來快速加熱和冷卻的電阻加熱器可置于壓板表面以提供必需的短暫加熱。這種電阻加熱器可掛在稍微離開壓板其余部分的彈簧上，在壓板和加熱器間形成瞬間的閉塞空間。這使得加熱器只對壓機(jī)料的表面提供一些熱量，而不對整個壓板加熱。然后，當(dāng)彈簧彈出時，加熱器將關(guān)閉，熱從壓機(jī)料傳遞至整塊壓板。也可用壓機(jī)料102來對兩個插入固結(jié)壓機(jī)100的薄金屬板預(yù)熱。預(yù)熱的板獲得與電阻加熱器相同的效果，然后使熱有效地傳導(dǎo)離開壓機(jī)料。固結(jié)壓機(jī)中的壓板最好根據(jù)強(qiáng)度用金屬制成，它可以包括凸起和空隙按需成形制成最后產(chǎn)品。
在大量生產(chǎn)實施方案中，為減少壓制生產(chǎn)周期時間，壓板也可有效冷卻以迅速將產(chǎn)品固定成其最后形狀，至少對于熱塑性粘合劑復(fù)合物來說要將它們充分冷卻到使上述粘合劑組合物固化其形狀才會穩(wěn)定。
操作方法的描述適于如上所述的以熱塑性性塑料松散形式的熱塑性性粘合劑。然而，作為基本的因素，壓機(jī)的壓力，氣體的溫度和每步的時間將根據(jù)所用的熱活化粘合劑的類型和物理尺寸而不同。
壓制周期，示意圖見圖6a-g，一開始將基底材料150加入熱空氣壓機(jī)50的壓縮室66以制成壓機(jī)料152。然后上壓板54降低，如圖6b所示將壓機(jī)料152壓成特定密度。通過可得到的空氣流速，噴嘴相應(yīng)的壓力和熱活化粘合劑片和填充劑顆粒的大小和類型以及其它考慮因素來確定確切的密度。
空氣或其它熱氣體通常用常規(guī)空氣壓縮機(jī)來壓縮，最好以5至80psi的壓力提供給進(jìn)入循環(huán)加熱器80的入口，但是在一些場合下需要甚至更高的壓力。所選的確切壓力與所需的流速等價，而流速與熱活化粘合劑片的大小，基底材料的總體滲透性和空氣壓縮機(jī)容量有關(guān)。每個基底材料組成有最優(yōu)的壓力/流速對應(yīng)關(guān)系，該關(guān)系是由所需的周期時間，粘合劑片的物理形態(tài)，和混合物在空氣壓力下的穩(wěn)定性來控制的。因此對于粉塵大小的粘合劑片/填充劑顆?；旌衔?，空氣以較低壓力噴入。如果用較高的壓力和較高流速，粉塵大小的顆粒將在噴入的空氣逸散時通過容器外殼68中的孔被吹出壓縮室66。小的顆粒也將被容器外殼68的孔捕獲，從而阻礙了適當(dāng)?shù)目諝饬鲃印Ｏ喾矗?/8英寸厚的填充劑顆粒和碎牛奶瓶熱塑性性粘合劑的混合物需要較高的氣體流速，以有可接受的周期時間，且其不會被吹出壓縮室。
在最初壓縮后，熱空氣如圖6c所示噴入壓縮室66中并滲入壓機(jī)料152中為熱活化粘合劑組分提供熱量。熱空氣通過容器外殼68離開。循環(huán)加熱器一般將空氣溫度提高到400-500°F。由于加熱器80和壓縮室66間有熱損失，因此進(jìn)入壓縮室的空氣的溫度較低。對于用1/16英寸熱塑性性片和相同大小的填充劑顆粒組成的熱塑性松散物來說，在循環(huán)加熱器80的入氣口的空氣壓力為約30psi。在導(dǎo)致約150CFM空氣流速的溫度下，使熱空氣壓制部分形成1/2英寸板的整個周期需要約3分鐘。
提高熱空氣流速可減少活化粘合劑所需的時間?；罨瘯r間由較小顆粒接受空氣而不吹入吹出壓縮室的容許限量和空氣至粘合劑片的最大熱傳遞速率來限定。對于粉塵大小的顆粒，例如壓力通常在5-10psi范圍內(nèi)。對于更一般的密度為1-3磅/立方英呎(pcf)的松散物，所用壓力為30-80psi。范圍為5-15pcf的較高密度的混合物，則需要更高的壓力和流速。
周期時間和整個能效可通過對熱活化粘合劑組分預(yù)熱來減少。通過在將粘合劑組分加入壓縮室前先對其預(yù)熱，則需要更少的熱空氣來將它升高至活化溫度。同樣，在使粘合劑組分與任何填充劑組分混合前先對粘合劑組合物加熱可減少填充劑吸收的能量。填充劑吸收的能量是浪費(fèi)的且增加了對熱塑性性粘合劑情況很重要的冷卻最終產(chǎn)品所需的時間。例如，熱塑性性塑料可在其與填充劑顆?；旌锨袄妙A(yù)熱至250-300°F來減少周期時間。
為減輕壓機(jī)料垂直中心處即來自上下壓板的熱空氣相遇處的冷點(diǎn)的形成，需要脈動壓板內(nèi)的空氣壓力。壓板內(nèi)的壓力應(yīng)異相脈沖，這樣上壓板內(nèi)的噴嘴處的壓力達(dá)到最大，而相應(yīng)的下壓板的壓力達(dá)到最小。這使得兩股氣流相遇的的冷點(diǎn)在壓機(jī)料內(nèi)上下移動。壓板間的壓力變化約20％看來足以解決這個情況。
當(dāng)熱塑性性塑料開始熔化和壓機(jī)料152開始下沉?xí)r，放下上壓板54使壓板和壓機(jī)料的上表面保持接觸。見圖6c-e。壓機(jī)料152的下沉可通過透明的入口78觀察，使得操作者可以適當(dāng)?shù)乃俾氏陆瞪蠅喊?4以保持壓板和壓機(jī)料間所需的接觸。這保證了熱空氣是通過壓機(jī)料152，而不是通過容器外殼68直接離開。對于一般的輕松散物(1-5pcf)基底材料和三分鐘的周期時間，閉合的速率為約5英寸/分鐘，施加的壓板壓力通常小于20psi。當(dāng)熱塑性性組分塊已熔化時，用上壓板54施加壓力稍稍壓縮壓機(jī)料152。見圖6e。
壓機(jī)料152在熱空氣壓機(jī)中只是稍稍壓制成最終產(chǎn)品的大致形狀。這減少了流動的熱塑性性塑料封閉空氣噴嘴的可能性。此外，壓板內(nèi)的RTV壓模并無足夠剛性來抵抗完成壓縮產(chǎn)品所需的高壓。由于足夠量的空氣被稍稍壓制的壓機(jī)料125內(nèi)的小穴截留，因此如果迫使空氣排出，它就不可能很快地冷卻。
根據(jù)本發(fā)明上述描述部分，可作許多變化來減少空氣量和完成熱空氣階段壓制所需的時間。首先，噴入壓機(jī)料的熱空氣的溫度可在首先施加空氣時得到提高。將最初空氣溫度提高到580°F可顯著地減少周期時間。盡管空氣溫度可能瞬間超過了纖維素的燃燒點(diǎn)溫度，但是其不會發(fā)生燃燒，因為纖維素在很短的提高溫度時間內(nèi)不能吸收過多的熱量。
在熱空氣壓機(jī)上加熱后，將熱的壓機(jī)料152傳遞至固結(jié)壓機(jī)上。見圖6f-g。當(dāng)壓機(jī)料152被輸送至固結(jié)壓機(jī)100上時，它仍是柔韌的，且比最終產(chǎn)品厚數(shù)倍。固結(jié)壓機(jī)100還將壓機(jī)料152壓縮成最后所需的尺寸以形成最終平板狀的產(chǎn)品154。見圖6g-I。
如上所述，可以在最后壓制階段將壓機(jī)料制成平板狀或制成厚塊狀。圖7a-b圖示了用固結(jié)壓機(jī)100′來形成塊狀156的最終產(chǎn)品。將壓機(jī)料立著放在固結(jié)壓機(jī)100′內(nèi)并在壓縮成塊狀156時重新成形。見圖7c。在大量生產(chǎn)較厚的產(chǎn)品如塊狀156的實施方案中，壓機(jī)料的厚度將增加以為最后產(chǎn)品提供附加厚度，而不是在如所示的固結(jié)壓機(jī)從一個末端或一側(cè)壓制。
固結(jié)壓機(jī)100內(nèi)施加于壓機(jī)料的表面壓力在100-1000psi范圍內(nèi)，典型的為500psi。通過在固結(jié)壓機(jī)內(nèi)選擇一個合適的壓力，可以制成有非常寬的密度的產(chǎn)品。用低壓力和相當(dāng)大的填充劑顆粒導(dǎo)致了適于用作門芯或其它類似用途的低密度填充物。較高的壓力和較小的顆粒形成可一種在密度和外觀上與碎塊板非常相似的復(fù)合物產(chǎn)品。
固結(jié)壓機(jī)100內(nèi)的壓力一直維持到部件充分冷卻，以保持其形狀，此時可取出部件完成加工。見圖6i。如果部件在中心固化前就被從固結(jié)壓機(jī)100取出，則內(nèi)應(yīng)力將使物品脹開和裂開。如果需要，最后產(chǎn)品可在固結(jié)壓機(jī)上塑出模擬的木紋或其它樣式。此外，固結(jié)壓機(jī)上可施加紙，乙烯基或其它材料的表面層。
下表例舉了具體的熱塑性性塑料/纖維素復(fù)合物產(chǎn)品的各種參數(shù)的實際數(shù)值。
表1纖維素片的特性厚度 ＝0.035英寸長度 ＝1.5-2.5英寸種類 ＝剛松水分含量 ＝14％堆密度 ＝4.5pcf熱塑性塑料特性類型 ＝發(fā)泡型聚乙烯壓縮的厚度 ＝0.030英寸堆密度 ＝2pcf基底材料特性纖維素重量 ＝1.41b塑料重量 ＝1.41b未壓縮堆密度 ＝2.75pcf未壓縮厚度 ＝8英寸預(yù)壓縮堆密度*＝6.3/pcf預(yù)壓縮厚度*＝4英寸*在空氣噴入時熱空氣壓機(jī)室溫 ＝68°充氣箱的空氣溫度 ＝450°充氣箱的空氣壓力 ＝10psi空氣流速 ＝150cfm壓制時間 ＝114秒壓板壓力 ＝最后厚度 ＝1.25最后密度 ＝固結(jié)壓機(jī)時間 ＝180秒最初壓板溫度 ＝78°F壓板應(yīng)力 ＝350psi表面壓力最后壓板溫度 ＝118°F成品密度 ＝44.2pcf厚度 ＝0.6英寸大小 ＝9.5×19英寸表1例舉的實施例用熱空氣壓機(jī)如壓機(jī)50和壓板如壓板10′來制成。共固步驟用固結(jié)壓機(jī)如壓機(jī)100來進(jìn)行。
可以預(yù)計本發(fā)明的方法和裝置適用于制成下表2中列出的熱活化粘合劑組合物產(chǎn)品。
表21.板壁(互搭板壁，平板壁，條板料)2.拱腹底板3.托板4.外部和內(nèi)部裝飾花邊5.紅木等價路溝料6.蓋板(四方形板，T&C等)7.郵政和鐵路木材8.外部和內(nèi)部臺階9.頂棚蓋屋板10. 屋頂板，特別是厚邊屋頂板11. 齊平式平面外部門(護(hù)欄，門挺，芯，復(fù)合物等)12. 窗臺和窗框13. 外部/內(nèi)部門框14. 內(nèi)部嵌條/細(xì)木工成形15. 濕和干襯墊16. 反向頂部料17. 門檻板木材18. 內(nèi)部平面門芯(20-25磅密度)19. 園林木料20. 護(hù)欄和鐵路基墊(四方形或人工劈開形狀)21. 外部和內(nèi)部非結(jié)構(gòu)平板(狗屋，存儲室等)22. 內(nèi)部地板，濕的或干的區(qū)域(鋪板，方板，拼花地板等)23. 小箱24. 運(yùn)貨車蓋板25. 擱板料和桌頂部料26. 玩具27. 成形背墊/擋板28. 椅子底部29. 農(nóng)用箱子的筐30. 預(yù)成形墻板現(xiàn)在很清楚本發(fā)明已提供了該領(lǐng)域的改進(jìn)，它可實現(xiàn)前面提出的目的。盡管本發(fā)明是以且較佳形式來公開，但應(yīng)理解這里公開和圖示的具體的實施方案并不具有限制性，在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)還可作其它變化或改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種形成熱活化粘合劑復(fù)合物產(chǎn)品的方法，它包括下列步驟選擇對包括熱活化粘合劑組分的透氣的基底材料；將基本干燥的熱氣體噴入基底材料，其中氣體的溫度大于基底材料的熱活化粘合劑的活化溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，它進(jìn)一步包括壓制基底材料的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，它進(jìn)一步包括分段定時噴入和壓制步驟，這樣在壓制基底材料時在至少一部分時間內(nèi)噴入氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇空氣作為基本干燥的熱氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，它進(jìn)一步包括從熱塑性片和纖維素顆粒中形成基底材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇的纖維素顆粒的最大直徑大于1/8英寸的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇的纖維素顆粒的最大直徑為1/4英寸到6英寸的步驟。
8.一種形成熱塑性復(fù)合產(chǎn)品的方法，包括下列步驟提供包括熱塑性松散物的基底材料；將熱非冷凝氣體噴入基底材料；將基底材料壓制成第一密度，其中噴入步驟至少部分與壓制步驟重疊；以及使壓制的基底材料固結(jié)以壓制成第二密度并形成復(fù)合物產(chǎn)品，其中第二密度大于第一密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，它進(jìn)一步包括在第一壓制中進(jìn)行噴入和壓制的步驟，在第二壓制中進(jìn)行固結(jié)的步驟，以及在壓制和固結(jié)步驟期間將基底材料從第一壓機(jī)轉(zhuǎn)移到第二壓機(jī)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇具有冷的壓板的第二壓機(jī)步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇包含填料顆粒的基底材料的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇線狀的填料顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，它進(jìn)一步包括從包括鋸屑、碎紙、木片、木削、花生殼、玻璃纖維、硼纖維或Kevlar纖維的組中選擇填料顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，它進(jìn)一步包括在基底材料的熱塑性部分與填料顆?；旌锨斑M(jìn)行預(yù)熱。
15.一種形成熱活化粘合劑復(fù)合物產(chǎn)品的方法，它包括下列步驟提供包括熱活化粘合劑組分的基底材料；提供具有一對對置壓板的壓板壓機(jī)以壓制來自基底材料的壓機(jī)料；選擇有絕緣內(nèi)壁的壓板用于接觸壓機(jī)料；將熱干燥氣體噴入壓機(jī)料；以及壓制壓機(jī)料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇熱空氣作為噴入步驟中的熱氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，它進(jìn)一步包括在噴入步驟前將熱空氣加熱到400-600°F。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，它進(jìn)一步包括選擇熱塑性性松散物作為熱活化粘合劑。
全文摘要
一種形成熱活化粘合劑復(fù)合產(chǎn)品的方法,它通過噴入干熱氣體活化熱活化粘合劑來進(jìn)行。在較好的實施方案中,干熱氣體是空氣。該方法特別可用來形成熱塑性復(fù)合產(chǎn)品,尤其是熱塑性塑料/纖維素復(fù)合物。本發(fā)明有一部分是兩步壓制方法,在第一階段噴入熱氣體,且壓機(jī)料被預(yù)壓制。然后將壓機(jī)料放在第二固結(jié)壓機(jī)中,使其固結(jié)并冷卻,在該壓機(jī)中不再噴入熱氣體。實施該方法的機(jī)械包括具有上下壓板的壓機(jī)和固結(jié)壓機(jī)。并公開了壓機(jī)的構(gòu)造。
文檔編號D04H1/64GK1187225SQ96194664
公開日1998年7月8日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者W·R·里茲 申請人:工程復(fù)合材料公司