專利名稱：聚合物覆蓋的改進的聚合物/木材復合結構構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及住宅和商業(yè)建筑中所用的聚合物膜覆蓋的結構構件的制造，并且所說的結構構件優(yōu)選在制造門窗中使用，本發(fā)明還涉及這種構件所用的材料。更具體說，本發(fā)明涉及一種具有出眾性能的改進的復合結構構件，它們可以用作木制或金屬制結構組件的直接替換件并且可以被接合來形成牢固的結構。本發(fā)明的結構構件可以包括膜覆蓋的膠料(sized)涂敷的木材替換件和具有復合形狀的結構組件，例如欄桿、側柱、窗梃、門檻、軌道、暗接鋸框和裝璜元件如格柵拱、凸圓線腳、四開圓。發(fā)明背景常規(guī)的窗戶和門制造使用通常由硬質和軟質木材構件、擠壓熱塑材料和擠壓金屬(一般為鋁)組件制作的結構構件。住宅門窗常常是由許多銑成特定形狀的木制品和玻璃板組裝制造的，制成典型的吊窗或普通玻璃窗以及滑動門或樞紐門單元。木制窗和門即使在結構上完全和適當順應很多住宅的安裝使用，也需要涂漆和其它例行維護，并且在某些環(huán)境下可能具有因蟲或霉菌侵蝕和因木頭組件腐爛變質造成的問題。木制窗還存在與購買獲得建筑用合適木材有關的費用問題。無節(jié)疤的木材和相關的木制產品變得越來越難得，且費用隨需求增加而增長得很快。
市場上早已引入金屬門和窗。這種金屬門窗常常是由擠壓的鋁件和玻璃、橡膠和熱塑性可固化密封劑材料結合制成實用組件。金屬窗戶一般存在的缺點是它們是能量無效的，并且趨于將外熱的熱量基本上轉移到冷環(huán)境中。
門窗組件的制造中使用了擠壓熱塑材料。一般來說，非結構性密封、邊緣、柵欄和涂層是由填充和非填充的熱塑材料制造。此外，Andersen公司制造的PERMASHIELD牌窗戶很多年來在制造中是將熱塑聚氯乙烯材料和木制結構構件結合使用的。PERMASHIELD牌窗戶的成形技術公開在Zanini的US專利2,926,726和3,432,883中。在PERMASHIELD牌窗戶的制造中，隨著木制構件經(jīng)過擠壓模而在其周圍擠出聚氯乙烯包層或涂層。這種覆蓋的構件通常用作制造窗框或吊式或普通窗扇單元的結構構件。在典型的Zanini結構中，包層不和內部的構件粘合。結構的整體性是通過90°角焊接乙烯基包層來保持的。
可在各種基材上形成層壓膜，例如Schock的US專利3,544,669公開了通過讓木制構件經(jīng)過擠出口模并且擠出第一粘合涂層接著擠出熱塑性膜涂層(該涂層粘附在木制構件上)來在木制芯上形成熱塑層壓件。Cooley等的US專利4,295,910講述了乙烯基膜/纖維素材料層壓件，如膜涂敷的刨花板。膜和刨花板粘附性粘合。最后，Hewitt的US專利4,481,701講述了一種具有外部層壓涂層或鍍層的塑料型板。
在住宅和工業(yè)門窗用的片狀器件、結構構件和中空型材的制造中結合使用聚合物樹脂如聚氯乙烯和木質纖維材料，對制品和工藝是有明顯優(yōu)點的。US專利5,406,768、5,441,801、5,486,553、5,497,594和5,539,027公開了各種方面的改進技術，涉及結合使用聚氯乙烯和木質纖維來制作門窗結構構件用的復合材料。這些材料達到可以基本上超過500,000psi的實質楊氏模量，具有匹配于很多木制組件的顯著的拉伸強度、壓縮強度、熱膨脹系數(shù)，具有耐蟲侵蝕、腐蝕、腐爛性，并且容易加工、成型和可以用作木制材料的直接替換件。附圖簡述

圖1是本發(fā)明結構構件的等角部件分解圖，本發(fā)明的結構構件包括線性構件的兩個端部分(顯示其一)和粘附的膜包層。該圖顯示了結構構件一個端的一部分，其中包括用乙烯基熱塑性包層覆蓋的線形構件，所說的包層粘附性粘合到結構構件上。顯示了一個端部分位于便于使用粘合劑接合到結構構件上的位置。
圖2和3是擠壓裝置的示意圖，該裝置具有擠出口模和用來將熱熔的熱固性粘合劑材料涂敷到結構構件上的導向器。這種粘合劑可以用來將熱塑性包層粘附在結構構件上，以便將包層均勻固定在結構構件上。發(fā)明概述我們發(fā)現(xiàn)以復合構件的形式可以制造出改進的結構構件，其中所說的復合構件由包容在熱塑性包層內的材料的組合制成。這種構件包括具有第一端和第二端的線形構件。在第一和第二端處形成由不同于線形構件的材料制成的端部分，并且所說的端部分接合到線形構件上。端部分一般包括熱塑性材料組合物，所說的組合物包含樹脂組合物或含樹脂組合物和纖維增強材料的熱塑性復合物。端部分一般是粘附性地或者機械性地接合到線形構件上。包括線形構件以及和其接合的端部分的結構構件上覆蓋有與構件粘附的熱塑材料層或膜的包層。本發(fā)明的結構構件可以制成端部分完全被包層覆蓋的方式。包層優(yōu)選覆蓋結構構件的整長(即外側部分)，包括線形構件和端部分的外側部分，但一般留下每個端部分的末端或終點不覆蓋(見圖1)。包層一般包括含熱塑性樹脂的擠出熱塑性膜組合物，并且優(yōu)選與線形構件和結構構件的每個端部分相粘附性接合。普通來說，線形構件常用在窗戶和門的制造中，并且包括銑木部件、擠壓鋁件、乙烯基結構擠壓件等。發(fā)明詳述本發(fā)明形成結構構件的優(yōu)選方法包括，首先通過制備復合構件、將木制構件銑成或將鋁件擠壓成所需的型材形狀來獲得線形構件，或者購得這樣的構件來充當線形構件。一種有用的構件在Heikkila的US專利5,585,155中有所顯示。然后將這種構件制備成使熱塑性材料端部分和木制構件的每個端接合。優(yōu)選，熱塑性材料復合端部分接合在線形構件的每個端?？梢酝ㄟ^首先將木制構件的連接端銑成一定形狀來將線形構件制備成相對于端部分的接頭，其中所說的一定形狀為順應其上形成的或銑成端部分的順從或匹配的形狀。這種形狀可以是任何普通的接頭，包括指接、鳩尾接、榫槽接、企接頭、端接等。端部分可以由熱塑性復合物制造，例如熱塑性聚合物和補強的(如)木質纖維，并且可以和接頭表面的輪廓相符合。端部分可以是以基本上固態(tài)形式按匹配于共接合制品中線形構件外表面的外形形狀進行擠壓，以便達到構件表面光滑?；蛘撸梢糟姵鰧⒁雍暇€形構件的表面，形成與線形構件上的接頭表面相對應或順應的形狀。接頭表面的端部分的相對端可以是任何隨意的形狀。可以是端接、可以是90度角斜削接頭、企口接頭等的形狀。然后使用機械接頭或粘合技術或者兩者將端部分連接到線形構件上。對端部分和線形構件進行標引(index)以確保所得的最終結構構件的外側表面對準，并且表面光滑流動過材料之間的接合部分，形成不破裂的線形表面以致可以容易用交聯(lián)固化或熱固化粘合劑以及熱塑性包層覆蓋。
構件的寬度和深度由最終用途的所需外形形狀所決定，并且可以是約3-30cm。復合結構構件的長度以及每個端部分和線形結構的長度可以根據(jù)最終用途作隨意選擇。端部分的長度可以是約5厘米到幾米(10米以上)。線形構件也可以是任何有用的長度(即小于10cm)到10-15米長。優(yōu)選，整個復合結構構件的長度為約10-20厘米到10-15米長。一般，端部分的長度選擇為允許結構構件在組裝操作中容易裝配，同時切削或修整操作中損失最小，所說的組裝操作是將這種復合結構構件轉化成有用的采光開關產品，如窗戶和門單元。端部分必須具有足夠的質量、長度和強度來允許在將復合結構構件組裝成采光開關單元的制造步驟中對端部分進行處理、切削、細木工活加工和安裝。
一般來說，本發(fā)明的復合膜覆蓋的結構構件是通過使用斜削接頭或使用粘附性或機械性連接到每個端部分導致機械穩(wěn)定接合的接頭結構來連接到采光開關單元中的。這種接頭結構可以使用邊角件，包括可以擰螺旋或粘附連接或熱焊到每個端表面形成機械穩(wěn)定接合的木質、金屬或熱塑件。在這種接合中，通常將端部分銑成與邊角件的順應或偶配表面。在所說的銑操作中，或者將邊角件連接到端部分表面中形成的凹陷處，形成和端部分表面的嵌入連接。此外，內部空間可以銑成能夠接受邊角件的端部分?？梢允褂媒饘倬o固零件或粘合連接技術將邊角件固定在位。此外，在形成這種連接中，可以將端部分斜接到可以通過使用熱焊、粘合劑接頭或機械接頭形成技術連接的偶配表面。
本發(fā)明的組合物和工藝提供了一種在本發(fā)明結構構件上形成熱塑性包層組合物的方法，所說的本發(fā)明的結構構件包括線形結構和連接到線形構件每個端的端部分。本發(fā)明通過將包層擠出到本發(fā)明線形結構和結構端部分上來提供這種熱塑性包層的形成方法。使用擠出技術形成的包層一般來說是沿結構構件和端部分的表面密切聯(lián)合的，牢固粘合而在包層材料中不形成氣泡或其它瑕疵。此外，粘合到結構構件上的包層將形成結構構件的一個完整結構部分，從而成為很好適合門窗制造用的完全成型的整體單元。具有用包層材料覆蓋的熱塑性或熱塑性復合端部分的結構構件密封了內部線形構件使其免受環(huán)境影響。很多木質復合物或其它水敏材料制作的線形構件在儲藏或者使用期間可以從環(huán)境中吸收水分。通過使用包層材料和端部分之間的協(xié)作，密封線形結構免受環(huán)境影響確保了沒有水分可以和水敏性線形結構接觸，防止了水分吸收和保持了整個結構構件的結構和尺寸完整性。本發(fā)明熱塑性包層覆蓋的結構構件通過以下方法獲得讓具有熱塑性材料端部分或封端的大概成型的結構構件經(jīng)過擠壓模具，給一部分或全部的結構構件外部涂敷一層熱固性粘合劑。然后將包層填充或者擠出在熱塑性粘合劑覆蓋的結構構件上，粘附于結構構件。包層粘附于構件，形成整體制品。熱塑性自身固化粘合劑在層件和熱塑性包層之間形成牢固的結構性粘合。
可以用于形成本發(fā)明結構構件的粘合劑一般是熱固性粘合劑。交聯(lián)或熱固性粘合劑在本發(fā)明的結構構件中具有使用價值是因為它們不含在形成粘合之前需要蒸發(fā)掉的溶劑。術語“熱固性”傳統(tǒng)是用來指通過使用交聯(lián)化學反應來形成鍵合的交聯(lián)組合物，所說的化學反應是交聯(lián)粘合材料中形成的不同分子。交聯(lián)粘合劑可以涉及兩種或多種化學性質不同的中間體的反應。交聯(lián)粘合劑的實例包括可以和苯酚或間苯二酚縮合的甲醛、和脲或蜜胺縮合的甲醛。其它粘合劑是可以和多元醇反應形成聚氨酯的異氰酸酯基的化合物。環(huán)氧粘合劑涉及環(huán)氧基、伯胺或聚酰胺-胺類等之間的反應。交聯(lián)還可以發(fā)生在同一類分子之間，例如通過叔胺等催化形成聚環(huán)氧化物。大部分的室溫下交聯(lián)的粘合劑包裝在兩個容器中，使用前才混合。優(yōu)選的粘合劑、濕固化性聚氨酯粘合劑一般包裝在單個包裝中，并且當與環(huán)境濕氣完全密封時具有長保質期。這種粘合劑，當暴置于濕氣源時(此時濕氣包括木材或來自環(huán)境大氣的濕氣)，一般使用聚氨酯系統(tǒng)反應和交聯(lián)。優(yōu)選濕固化系統(tǒng)包括含通過芳族或脂族二異氰酸酯和聚醚多元醇反應制得的異氰酸酯預聚物的系統(tǒng)。這些原料和木制構件中的濕氣反應，產生聚氨酯-脲，以及形成副產物二氧化碳氣體。這種粘合劑還可以包含木材防腐劑、抗真菌劑等。同樣，濕固化性有機硅、濕固化性不飽和聚酯、濕固化性氰基丙烯酸酯原料以及濕固化性環(huán)氧樹脂可以在本發(fā)明的粘合劑中使用。這些原料全都是可通常購得的并且可以從粘合劑制造商如H.B.Fuller公司、國家淀粉和化學品公司(National Starch and ChemicalCompany)、Findley公司等處獲得。這些粘合劑還可以用來將端部分與構件和端部分之間接合處的第一層構件相連接。
適用于擠出粘合劑層和在粘合劑層上擠出熱塑材料的裝置是工業(yè)上普通常用的(見圖2和3)。這種裝置需要擠出口模，所說的擠出口模的大小和構型允許受控流動和在線形構件上形成恒定的可控制尺寸或厚度的熱固化粘合劑，接著形成控制厚度和外形的熱塑材料。這種模具的大小、流速、模具溫度、模具出口位置和其它擠出工藝參數(shù)可以是粘合劑和熱塑擠出領域的普通技術人員通過簡單試驗便可以設定的。
我們發(fā)現(xiàn)通過使用粘合劑作為填充材料來為粘合結構構件復合物中的包層材料提供光滑均勻表面，線形構件和端部分的寬度和深度可以設計成有實質的變化幅度。在制造工藝中，線形構件的寬度或深度隨其長度可以有實質的變化幅度。此外，在線形構件和端部分之間的接觸面，寬度和深度不同可以產生表面缺陷。另外，線形構件或端部分可以具有可以通過使用填料來修補的這里或那里的表面缺陷。沿端部分和線形構件的外側部分擠出熱熔的粘合劑可以得到基本上均勻的粘合劑表面。提供均勻表面的粘合劑表面可以為包層材料的附著連接提供粘合劑基質，從而使包層具有光滑均勻的外部表觀。端部分或線形構件的外側尺寸(寬度或深度)的可變幅度可以為±0.020英寸，但更典型為約0.010英寸或更小。使用粘合劑來改進端部分和線形改進的表面均勻度可以導致最終組件具有小于約±0.005英寸的尺寸變化。附圖詳述圖1是復合構件的部件分解透視圖，復合構件10具有乙烯基包層11，包層11包含粘合劑層12，通過使用濕固化聚氨酯粘合劑材料12粘附于木制構件或芯13，木制構件或芯具有復合的端部分17(顯示了其一)。顯示了端部分17的終點或末端9。木制構件13具有帶有表面凹陷14的銑制表面。乙烯基包層11的內部順應粘合劑12涂敷的帶凹陷14的木制構件13。木制構件13的每個銑制的(如)企口部分端16(顯示其一)順應熱塑端部分17中類似成型或形成的凹槽端18。具有凹槽18的端部分17附著在木制構件12上，在企口接頭16處顯示了可有可無的粘合劑層19。木制構件13和端部分17的外側部分被粘合劑12和乙烯基包層11覆蓋。留下終點9未覆蓋。
圖2是擠出機模頭的等角示意圖，所說的擠出機模頭用來在結構構件上形成濕固化粘合劑層，接著將從常規(guī)乙烯基擠壓機(未顯示)來的熱塑膜擠出形成乙烯基層(未顯示)。圖2中，顯示了擠出機模頭20具有帶粘合劑涂層12的結構構件10。擠出機模頭具有上面部分21a和下面部分21b。這兩部分用螺栓接合器22連接。連接起來的部分21a和21b形成一經(jīng)過擠出機模具的通道23，便于經(jīng)過構件10通過。變得21a和21b還形成一槽或縫24，用來形成一致平均的熱熔濕固化粘合劑層。在使用中，粘合劑在常規(guī)的粘合劑熔化器(未顯示)中熔化，并且通過常規(guī)的加熱管線(未顯示)直接從粘合劑熔化器到熔融粘合劑入口25中。熱熔的粘合劑從入口25經(jīng)過通道26和縫24在結構構件10周圍成為經(jīng)過計量的涂敷層27。通過仔細選擇模具尺寸和仔細控制粘合劑的粘度(溫度)、粘合劑壓力和結構構件10經(jīng)過模具20的速度來在結構構件10上形成粘合劑的控制層12。位于擠出頭20內的涂敷區(qū)域27的尺寸一般約為0.25英寸寬和約0.010英寸深。粘合劑層一般為約0.005英寸深并且覆蓋結構構件10的整個外表面。
圖3是圖2中粘合劑擠出機模頭20沿線3的橫斷面圖。圖3中，結構構件10經(jīng)過由部分21a和21b形成的涂敷模具20。顯示了經(jīng)過結構構件10的經(jīng)過方向。熔融的粘合劑通過入口25和模具通道26進入模具達到涂敷器部分27。通過控制粘合劑粘度(溫度)、涂敷器表面的尺寸和木制構件經(jīng)過模具的速度來控制粘合劑涂敷的速率。圖3中顯示了粘合劑層12的厚度為約0.005英寸。
本發(fā)明包括具有線形構件的結構構件，所說的線形構件包括接合到線形構件第一和第二端的端構件或部分。依次，線形構件和每個端構件或部分被包層覆蓋。包層優(yōu)選是和結構構件和端部分粘附性接合。端部分可以機械性或粘附性連接線形構件。包層可以覆蓋結構構件的整個外表面并且可以通過覆蓋整個構件表面的粘合劑層附著在構件上。這種線形構件可以加工和包括在窗戶和門結構的制造中，無論是住宅還是商業(yè)房地產。線形構件線形構件一般包括由結構用材料如木材、金屬或工程樹脂制造的構件。優(yōu)選的構件是由銑制或成型木材以及銑制或擠壓鋁材制造的。制造本發(fā)明線形構件的普通木頭包括從松木、紅杉、雪松、橡木等中獲得的各種木材。線形構件可以由已知組成和形狀的擠壓鋁異型材構件來制造。本發(fā)明中，術語“線形構件”意味著具有特定橫截面外形在門窗制造中具有已知用途的構件。一般來說，線形構件的長度是線形構件橫截面寬度的至少三倍，優(yōu)選四倍或更多倍。一般來說，使用普通的接合技術、粘合劑粘合或機械緊固零件來將這種線形構件引入結構構件中。
線形構件的每個端改制為和端部分接合，所說的端部分優(yōu)選由不同于線形構件的材料制成。端部分一般包括如下所說的熱塑樹脂或熱塑性材料復合物。端部分可以機械性或粘附性接合到線形結構上。機械接頭可以包括在每個構件中形成孔，結合使用銷子來將線形構件和端部分連接。其它接合技術可以包括企口接合、榫眼和凸榫、鳩尾接合、指接等等。端部分還可以是通過使用粘附性粘合端接或可以涂敷到機械接頭技術的粘合劑(如上所述)來粘附性接合到線形構件上。此外，可以使用的機械接合技術包括使用螺桿或釘子或者其它這樣的緊固零件，來達到機械性可靠連接。包層線形構件及其接合的端蓋部分可以用包層材料覆蓋。這種包層基本上覆蓋了線形構件和端蓋部分的外表面或外部部分，并且可以選擇性覆蓋組裝結構構件中的每個端蓋部分的末端。包層可以預先形成，或者可以通過擠出連續(xù)形成，并且可以在結構構件被引入到和經(jīng)過擠出裝置或模具時在結構構件的合適位置上擠出。用來形成包層的熱塑原料可以是如下所述的任何熱塑樹脂或工程樹脂。優(yōu)選的包層材料包括一層或多層聚氯乙烯樹脂組合物、聚氯乙烯復合物或含一層或多層附加層(包括面層、木紋涂層、顏料涂層或其它共擠出層)的聚氯乙烯包層。
將包層材料擠出具有符合結構構件外形的橫截面外形形狀，并且厚度為約0.001-0.100英寸。包層一般是在具有擠出口模的擠出裝置中形成，所述的擠出口模為使熱塑材料順從為符合結構構件的特定橫截面外形形狀。模具可以改制成實際上的任何形狀，并且可以使包層材料順應一般引入成型木制構件或擠壓鋁材部件的外形形狀。封端部分或端部分可以包括熱塑樹脂、工程樹脂、熱塑性聚合物、其其聚物或聚合物合金或復合物很多種工程樹脂可以用于本發(fā)明的包層和復合端部分材料。本申請中，工程樹脂是通用術語，包括了可能包含或可能不包含填料或補強原料的熱塑材料，其中所說的補強材料是具有適合用作結構組件、機器組件和化學加工裝置組件的化學和熱性能。我們發(fā)現(xiàn)有用于本發(fā)明的工程樹脂包括縮合聚合原料和乙烯基聚合原料。包括乙烯基聚合物樹脂和縮合聚合物樹脂，及其合金。乙烯基聚合物一般通過將具有烯屬不飽和烯烴基團的單體聚合而獲得。縮合聚合物樹脂一般通過縮合聚合反應來制備，一般認為這種縮合聚合反應是逐步的化學反應，其中將兩種或多種分子結合，但常常不必進行分離水或一些其它簡單的典型揮發(fā)物質的附加步驟。如果形成聚合物，則該過程稱為聚縮反應。乙烯基樹脂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚丁烯樹脂；聚乙酰樹脂；聚丙烯酸樹脂；含氯乙烯、偏二氯乙烯的均聚物或共聚物；碳氟化合物樹脂等。縮合聚合物包括尼龍；苯氧基樹脂；聚芳醚如聚苯基醚、聚苯基硫醚原料；聚碳酸酯原料；氯化聚醚樹脂；聚醚砜樹脂；聚苯醚樹脂；聚砜樹脂；聚酰亞胺樹脂；熱塑性聚氨酯彈性體和很多其它樹脂原料。
不是每一個工程樹脂在所公開的復合材料中都是有用的。復合材料一般包括聚合物相和復合物相，復合物相包括纖維、填料或其它固形物。首先，工程樹脂必須具有致使原料和復合物組分相容的表面能量。和纖維、填料或復合物固體不相容的樹脂不足以潤濕復合物固體使其緊密粘合，且不足以滲透復合物固體獲得足夠的工程性能。本發(fā)明中，表面能量或表面潤濕能力按照ASTMD724-89進行定義，并且按照Owens等的文章“聚合物表面自由能判定”“應用聚合物科學雜志(Journal o fApplied Polymers Science)”VOl.13，pp1741-1747(1969)進行修訂和解釋。該方法是定量分析表面能的標準方法。我們發(fā)現(xiàn)適宜的表面能為大于約40達因/平方厘米。我們還發(fā)現(xiàn)工程樹脂必須具有在基本上小于木質纖維分解溫度的加工溫度下的足夠粘度。因此，熱塑材料的加工溫度必須基本上小于約450°F(340℃)，優(yōu)選180-240℃。此外，我們發(fā)現(xiàn)本發(fā)明復合物中使用的工程樹脂必須具有很小或沒有濕敏性。換句話說，當在熱塑溫度下加工時，樹脂在存在水分造成不穩(wěn)定的情況下，其分子量或熔融指數(shù)基本上不變化。分子量或熔融指數(shù)的實際變化是分子量減少50％或熔融指數(shù)增倍。最后，在通過將熱塑工程樹脂和木質纖維合并制造出熱塑材料之后，所得的復合物的模量大于約500,00psi。另外，復合材料的兩小時吸水率ASTM D-57-81應當小于2％，優(yōu)選小于1％，首選小于0.6％。
可在本發(fā)明復合材料中使用的縮合聚合物樹脂包括聚酰胺；聚酰胺-酰亞胺聚合物；聚芳砜；聚碳酸酯；聚對苯二甲酸丁二酯；聚萘二甲酸丁二酯；聚醚酰亞胺；聚醚砜；聚對苯二甲酸乙二酯；熱塑性聚酰亞胺；聚苯醚共混物；聚苯硫醚；聚砜；熱塑性聚氨酯等。優(yōu)選的縮合工程樹脂包括聚碳酸酯原料；聚苯醚原料；以及聚酯原料包括聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸丁二酯原料。
聚碳酸酯工程樹脂是高性能、無定形工程熱塑材料，具有高沖擊強度、透明度、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。聚碳酸酯可通常歸類為碳酸和有機羥基化合物的聚酯。最常見的聚碳酸酯是以酚A為基礎的，即和碳酸共聚的羥基化合物。該原料通常是通過雙酚A和碳酰氯(COCl2)反應制備的。聚碳酸酯可以通過用引入到聚合擠出機的鄰苯二甲酸酯單體來制備，以便改進諸如耐熱性等性能，其它三官能原料也可以用來提高擠壓吹塑原料的熔體強度。聚碳酸酯可經(jīng)常用作通用性共混材料作為在合金制造中和其它市售聚合物共混的組分。聚碳酸酯可以和聚對苯二甲酸乙二酯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、苯乙烯馬來酸酐樹脂等結合。優(yōu)選的合金包括苯乙烯共聚物和聚碳酸酯。聚碳酸酯原料的優(yōu)選的熔融指數(shù)應當為0.5-7，優(yōu)選1-5gms/10min。
各種聚酯縮合聚合物原料，包括聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸丁二酯原料等，在本發(fā)明的工程樹脂木質纖維熱塑復合物中是可以適用的。聚對苯二甲酸乙二酯和聚對苯二甲酸丁二酯是高性能的縮合聚合物原料。這些聚合物經(jīng)常是通過二醇(乙二醇、1，4-丁二醇)和對苯二甲酸二甲酯之間的共聚制備的。在原料的聚合中，將聚合混合物加熱至高溫，導致酯交換反應，釋放出甲醇并導致產生工程塑料。同樣，聚萘二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸丁二酯原料可以通過使用萘二羧酸作為酸源如上進行共聚來制備。萘二甲酸熱塑原料與對苯二甲酸酯原料相比具有較高的Tg和較高的高溫穩(wěn)定性。然而，所有這些聚酯原料在本發(fā)明的復合結構材料中是有用的。這些原料具有通過熔體流動性能為特征的優(yōu)選的分子量。有用的聚酯原料的265℃粘度為500-2000cP，優(yōu)選約800-1300cP。
聚苯醚原料是在高到330℃的溫度范圍下有用的工程熱塑原料。聚苯醚具有杰出的機械性能、尺寸穩(wěn)定性和介電性質。通常來說，苯醚是作為和其它聚合物或纖維結合的聚合物合金或共混物制造和出售的。聚苯醚一般包括2，6-二甲基-1-苯酚的均聚物。該聚合物通常已知為聚(氧-(2，6-二甲基-1，4-亞苯基))。聚苯醚經(jīng)常用作和聚酰胺(一般為尼龍6-6)的合金或共混物、和聚苯乙烯或高抗沖苯乙烯等的合金。在本發(fā)明中有用的聚苯醚原料的優(yōu)選熔融指數(shù)(ASTM1238)一般為約1-20、優(yōu)選約5-10g/10min。265℃下的熔體粘度為約1000。乙烯基聚合物很多種可以在復合材料中使用的乙烯基聚合物原料都可以在本發(fā)明的復合材料中使用。
然而，優(yōu)選種類的熱塑性原料包括苯乙烯的共聚物，術語“苯乙烯的共聚物”是指將苯乙烯和第二種乙烯基單體共聚得到乙烯基聚合物。這種原料包含至少5mol％苯乙烯，且其余是一種或多種其它乙烯基單體。這些原料中的重要的一類是苯乙烯丙烯腈(SAN)聚合物。SAN聚合物是通過將苯乙烯丙烯腈和選擇性的其它單體共聚而生產得到的無規(guī)不定形線性共聚物。使用乳液、懸浮液和連續(xù)本體聚合技術。SAN共聚物具有透明性、杰出的熱性能、良好的耐化學性和硬度。這些聚合物的特征還在于它們的剛性、尺寸穩(wěn)定性和承載能力。烯烴改性的SAN聚合物(OSA聚合物原料)以及丙烯酸苯乙烯丙烯腈(ASA聚合物原料)為已知的。這些原料多少比未改性的SAN聚合物軟，并且是延性的、不透明的、耐候性得到出人意料改進的兩相三元共聚物。
ASA樹脂是通過本體共聚或通過接枝共聚生產的無規(guī)不定形三元共聚物。在本體共聚中，將丙烯酸單體苯乙烯和丙烯腈結合，形成雜三元共聚物。在另一種制備技術中，可以將苯乙烯丙烯腈低聚物和單體接枝到丙烯酸彈性體的主鏈。這些原料的特征在于戶外耐候性和耐UV性產品，該產品提供了杰出適應室外暴置的顏色穩(wěn)定性、特性保留和性能穩(wěn)定性。這些原料還可以和各種其它的聚合物共混或摻合，包括聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。一類重要的苯乙烯共聚物包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯單體。這類樹脂是通過共聚三種單體生產的極通用性工程熱塑原料。每個單體都給最終的三元共聚物原料提供了重要的特性。最終原料具有杰出的耐熱性、耐化學性和表面硬度同時具有可加工性、剛性和強度。聚合物還是韌性的和抗沖擊性的。苯乙烯共聚物類的樹脂的熔融指數(shù)為約0.5-25優(yōu)選約0.5-20。
可用于本發(fā)明復合物的一類重要的工程樹脂包括丙烯酸樹脂。丙烯酸樹脂包括一大批聚合物和共聚物，其中主要的單體成分是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。這些樹脂經(jīng)常是得到硬的透明片狀或粒狀的形式。通過自由基過程聚合丙烯酸單體一般是由過氧化物、偶氮化物或放射能引發(fā)的。市售提供的聚合物配方中經(jīng)常包含各種添加劑，這些添加劑在聚合過程中用來作為改進劑以便提供用于某些用途的特定的特性。為樹脂級用途制造的粒狀物一般是通過本體聚合(連續(xù)溶液聚合)接著擠出和造粒，或者繼續(xù)在擠出機中聚合，其中未轉化的單體在減壓條件下除去并且回收循環(huán)使用。丙烯酸塑料通常通過使用丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸高級烷基酯和其它可共聚的乙烯基單體來制造。在本發(fā)明復合物中有用的優(yōu)選丙烯酸樹脂原料的熔融指數(shù)為約0.5-50優(yōu)選約1-30gm/10min。
乙烯基聚合物樹脂包括丙烯腈；α烯烴如乙烯、丙烯等；氯化的單體如氯乙烯、偏二氯乙烯；丙烯酸單體如丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羥基乙酯等；苯乙烯基的單體如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯等；乙酸乙烯酯；以及其它常見的烯屬不飽和單體組合物。
在制造本發(fā)明的粒狀物或擠出線材中可以使用聚合物的共混物或聚合物合金。這種合金包括共混的兩種相容的聚合物，形成均勻的組合物。聚合物共混物領域的科學及商業(yè)進步帶來了不用通過發(fā)展新的聚合物原料而只通過形成相容的聚合物共混物或合金便可以作到重要物理性質的改進。平衡的聚合物合金包含兩種無定形聚合物的混合物，該混合物以兩種大分子組分的均質混合片段的單相存在。相容的無定形聚合物當足夠冷卻時形成玻璃態(tài)，并且均相或相容的聚合物共混物表現(xiàn)出單一、組成依賴性的玻璃化轉變溫度(Tg)。不相容或非合金的聚合物共混物一般表現(xiàn)出兩個或更多個與不相容聚合物相有關的玻璃化轉變溫度。在最簡單的情況中，聚合物合金的性質反映出組分所具有的性質的組成加權平均。但是通常來說，性質對組成的依賴性是有所變化的，其根據(jù)和特定性質的復合方式、組分的本性(玻璃狀、橡膠狀或半結晶狀)、共混物的熱力學狀態(tài)及其力學狀態(tài)，不論分子和相是否取向而不同。
對基本上熱塑性的工程樹脂原料來說首要的是它保持足夠的熱塑性，以便能夠和復合纖維熔體共混、能夠形成擠出線材粒料、并且組合物原料或粒料能夠用熱塑工藝進行擠出或注塑，形成剛性結構的構件。工程樹脂和樹脂合金可從許多制造商家購得，包括B.F.Goodrich、G.E.、Dow、和杜邦。優(yōu)選的工程樹脂的熱塑性參數(shù)
纖維補強材料復合物一般通過將熱塑性的連續(xù)相和給熱塑原料提供卓越或附加特性的第二原料結合來形成。所說的特性包括增加強度、硬挺性、疲勞壽命、斷裂韌性、耐環(huán)境性和減輕重量。最常見的復合物形式是纖維補強的塑料材料，其中每個層中的纖維或者是順序取向或者是無規(guī)取向?？梢允褂酶鞣N補強纖維，包括玻璃、硼、碳、芳族聚酰胺、金屬、纖維素纖維、聚酯、尼龍等?？梢允褂脧秃侠w維，其形式為無規(guī)取向的短纖維、相對大的切斷排列的纖維、織物或單向長纖維。用于本發(fā)明的一種優(yōu)選的纖維是木質纖維。在制造本發(fā)明的末端切削材料中，一般是將聚合物和纖維結合，形成復合物。然后通過加熱和加壓使復合物成型為用于形成端部分的所需外形形狀。這種外形符合線形構件的外形，以致端部分從線形構件經(jīng)過未封蓋件形成連續(xù)的外形輪廓。
另一種制造工藝可以包括將熱塑原料和纖維結合成粒料。然后可以將粒料放入機器中將其加工形成有用的外形形狀。這種中間的顆粒形狀提供了對產品的實質處理，并且可以實際增加聚合物和纖維之間的相互作用，結果改進了復合材料。
木質纖維是優(yōu)選的復合纖維。充裕和適宜的木質纖維可以是來自軟質木材或常綠樹或者來自硬質木材，通常已知為闊葉的每年落葉樹。對纖維制造來說軟質木材通常是優(yōu)選的，因為相比硬質木材所得的纖維較長、木質素占的百分比較高而半纖維素占的百分比較低。盡管軟質木材是本發(fā)明纖維的主要來源，其它纖維成分可以來自很多次要的或纖維回收來源、包括竹子、稻子、甘蔗、和報紙、箱盒、計算機打印輸出等中回收的纖維。
然而，本發(fā)明的木質纖維的主要來源包括鋸或銑軟質木材的木材纖維副產物，通常已知為鋸屑或銑削尾料。這種木質纖維具有規(guī)則的可再生形狀和長寬比。隨意選擇約100根纖維，纖維通常是至少0.1mm長、最多1mm厚并且通常具有至少1.5的長寬比。優(yōu)選，纖維是0.1-5mm長，長寬比2-15、優(yōu)選2.5-10。用于本發(fā)明的優(yōu)選的纖維是來自普通制造門窗過程中的纖維。通常將木制構件沿紋理方向劈或鋸成一定的大小，形成合適長度和寬度的木材原料。這種鋸制操作的副產物是大量的鋸屑。在將規(guī)則成型的木制部件加工成有用的銑制形狀中，通常是讓木材經(jīng)過機器，選擇除去部件的木頭留下有用的形狀。這種銑制操作產生大量的鋸屑或銑削尾料副產物。最后，當將成型的材料切削成一定大小，并且從預成型的木制構件中制造出對接斜削接頭、端接、搭接、榫接時，產生大量的廢修整料。通常將這些大的修整料部分進行切削和機器加工，使較大的對象轉變成其尺寸接近于鋸屑或銑制尾料尺寸的木質纖維?？梢詫⒈景l(fā)明的木質纖維源混合，不管其顆粒大小，并用于制造復合物。纖維物料流可以預先定大小，定制成優(yōu)選的范圍，或者可以在混合之后定大小。另外，可以在用于制造復合物之前將纖維預先造粒。
這種鋸屑原料中可以包含相當比例的廢料流副產物。所說的副產物包括用作木質構件涂層、鍍層或包層的廢的聚氯乙烯或其它聚合物原料；由熱塑材料制作的回收結構構件；來自涂層的聚合材料；以熱熔粘合劑、含溶劑粘合劑、粉狀粘合劑等形式的粘合劑組分；油漆，包括水基油漆、醇酸樹脂油漆、環(huán)氧樹脂油漆等；防腐劑、抗真菌劑、抗菌劑、殺蟲劑等；以及制造木質門窗中常有的其它廢料流。木質纖維原料中總的廢料流含量通常為復合產品總木質纖維投入量的不足25wt％。在全部回收的廢料中，大約10wt％包含熱塑材料。通常來說，鋸屑中有意回收利用的范圍為約1-約25wt％、優(yōu)選約2-約20wt％、首選約3-約15wt％的污染物。
在本發(fā)明的樹脂/纖維復合組合物和粒狀物的制造中，制造和工藝需要兩個重要的步驟。第一是混合步驟，第二是造粒步驟。然后將所得的粒狀物熱塑轉化成最終的部件。
在混合步驟中，通過高剪切混合組分和回收的原料，將工程樹脂和纖維均質混合，形成聚合物纖維復合物，其中聚合物混合物構成連續(xù)有機相，且復合物固體和回收的原料形成懸浮或分散在聚合物相中的不連續(xù)相。在連續(xù)聚合物相中包含分散纖維相的制造中，需要大量的機械投入。所說的投入可以通過使用各種混合方式來實現(xiàn)，包括優(yōu)選的擠出機機械攪拌，其中原料在高剪切速率下混合直至達到適宜的潤濕程度和均質接觸。在原料完全混合之后，可以在除水點控制含水量。將加熱的復合物在大氣壓力或減壓條件下升溫足夠的時間除去水分，達到約8wt％或更小的最終含水量。最后，將聚合物纖維排列好并且擠壓成有用的形式。
用來混合和擠出本發(fā)明組合物和木質粒狀物的優(yōu)選的設備是工業(yè)用擠出機設備。這種擠出機可以從很多制造商家獲得，包括Cincinnati Millicron公司等。
送入擠出機的原料可以包含約30-70wt％復合物固體(優(yōu)選纖維，包括回收的雜質)，其余是工程樹脂組合物。優(yōu)選，將約35-65wt％木質纖維或鋸屑和65-35wt％的樹脂結合。進料的樹脂通常為可以采用薄片、粒狀、粉末等形式的小顆粒粒度。任何聚合物樹脂形式均可以使用，以便聚合物可以和鋸屑干混，形成基本上均勻的預混物。投入的纖維可以是來自很多源的纖維。優(yōu)選的木質纖維可以是來自工廠，包括劈或沿紋理鋸、銑木質產品所得的鋸屑、或從廢的木頭殘余物中有意變換或纖維制造。這種原料可以直接用來作木質纖維副產物，或者可以將副產物混合形成混合產物。另外，可以將任何單獨的或和其它木質纖維原料結合在一起的木質纖維原料、與上述制造木制門窗中得到的廢料流副產物混合。木質纖維或鋸屑可以和其它纖維合并，并且在可普通獲得的顆粒處理設備中回收使用。
然后在引入混合設備之前將樹脂和纖維按適宜的比例干混。這些混合步驟可以是在單獨的粉末處理設備中進行或者可以將聚合物纖維物料流以適宜的進料比例同時引入混合設備中，以確保適宜的產品組成。
在優(yōu)選的方式中，纖維組分放在料斗中，通過重量或體積進行控制，以便將纖維按比例送入混合器中。樹脂引入類似的樹脂輸入系統(tǒng)中。調整樹脂和纖維的量保證復合物材料包含適宜的比例(以重量或者體積計)。將纖維引入擠出裝置中優(yōu)選雙螺桿擠出裝置。擠出裝置具有混合部分、傳送部分和熔化部分。各部分均具有為獲得有用產品的所需熱分布。將原料以每小時約600-約1000磅原料的速度引入擠出機，并且最初加熱至可以保持樹脂進行有效熔體流動的溫度。使用分布加工溫度的多級裝置來有效地結合樹脂和纖維。擠出的最后階段包括加熱部分。加熱部分可以包括10-500個或更多、優(yōu)選20-250個孔的圓形分布(6-8”直徑)，所說的孔的橫截面形狀將導致產生常規(guī)的圓柱形粒料。當原料從擠出頭被擠出時，被雙頭刀葉片以約100-400rpm的旋轉速度切削，形成所需的丸粒長度。熱塑材料/纖維復合物參數(shù)
以下實施例將對以上解釋的本發(fā)明的復合物進一步舉例說明。以下的信息舉例說明了典型的生產條件和組合物、以及由粒狀物制造的結構構件的拉伸模量。以下實施例和數(shù)據(jù)包含最好的方式。樣品制備使用實驗室規(guī)模的雙螺桿Brabender擠出機制備工程樹脂-木質纖維復合物的樣品。使用以下樹脂
*通過ASTM 1238測定熔融指數(shù)/熔體流動速率。
將聚合物-鋸屑混合物用定容進料器送入擠出機中。進料速度調整為達到原料平穩(wěn)流動。擠出機的運行條件如下
調整溫度、進料速率和螺桿速度以適應不同聚合物的改變流動性能。擠出之后，留下一約4英尺長的條狀物進行物理性質測試。
前述詳細說明和表格的信息提供了理解制造本發(fā)明包層結構構件中使用的組合物和工藝步驟的基礎。下面的實施例和數(shù)據(jù)顯示了產品組件的制造、提供了最好方式以及表示原料某些優(yōu)點的實驗數(shù)據(jù)。對比實施例1出于測定熱性能和包層對木質構件的粘附性(剝離強度)目的，制造乙烯基覆蓋的木質芯構件，其中用濕固化聚氨酯粘合劑覆蓋以便將乙烯基包層粘附在芯構件上。為生產測試單元，將用抗菌劑、抗蟲劑、抗真菌劑涂料處理的松木銑成框架外形。在如圖2和3所示的擠出設備中，將松木框架和粘合劑共擠壓，并且順應乙烯基包層。乙烯基包層形成在粘合劑上。包層組合物包含約100份聚氯乙烯樹脂(固有粘度為0.92)、12份二氧化鈦、3份碳酸鈣、7.5份抗沖改進劑、1.5份硬脂酸鈣、2份酰胺蠟、1.5份硫醇化錫熱穩(wěn)定劑和0.41份顏料。所用的粘合劑在接下來的內容中敘述。實施例1用將乙烯基包層粘合到結構構件上的熱熔粘合劑制造輔助框架部件的結構構件，其中具有木質芯和兩個連接到木質芯構件上的PVC/木質纖維端部分。PVC/木質纖維端部分是60％聚氯乙烯(100份PVC(固有粘度0.92)2.5份酰胺蠟、1.5份硬脂酸鈣、1.0份硫醇化錫)和40％木質纖維的復合材料。木質纖維符合-30/+80US篩目。使用企口接頭將復合物端蓋和木質構件接合(參見圖1)。然后如上將端封的木質構件用粘合劑(0.005英寸厚)和包層(0.037-0.047英寸厚)覆蓋。剝離實驗該實驗比較液體涂敷的粘合劑與新結構復合物工藝中使用的熱熔型聚氨酯粘合劑的粘性。測試產品粘合劑剝離實驗部件在擠出模具內，通過給木質芯涂敷固態(tài)熱熔濕固化的熱固性粘合劑制備結構構件(參見圖2和3)，基本上與對比實施例1相同。當前檢查粘合劑在室溫下為固態(tài)，但在提升溫度和壓力下液化。當粘合劑被加熱時，將其泵送經(jīng)過粘合劑涂敷器模具送到木芯上。然后將乙烯基擠出到木芯上，并且將部件冷卻至室溫。當部件冷卻至室溫時，粘合劑固化并且在木芯和乙烯基覆層之間形成粘接。該過程中，將粘合劑于暴露于大氣濕度和來自于木材的濕氣中，并且通過和水反應開始粘合劑固化過程。
在本發(fā)明的加工過程中，輔助框架的外形是使用以下粘合劑將乙烯基粘附在木芯上，在周圍環(huán)境下給木芯涂敷約5密耳厚的粘合劑。1)3M EC5298濕固化液體聚氨酯粘合劑2)National Starch34-9026熱熔溫固化聚氨酯粘合劑(固體熱熔粘合劑)。實驗數(shù)據(jù)
結果總結和討論液體粘合劑樣品的剝離值遠遠低于固體粘合劑和涂敷所獲得的剝離值。當用液體聚氨酯制備樣品并測試時，很多乙烯基條離開木芯破裂，即使是將樣品放入試驗夾具中。由于這些過早的斷裂，該樣品組收集到的是較低的數(shù)據(jù)點。檢查過樣品和粘合線之后，確定粘合劑在固化過程中沒有和木芯緊密接觸。這可能是這種樣品組的粘合性和剝離性能差的原因。對乙烯基的粘合劑斷裂在所有用液體聚氨酯粘合劑制備的樣品中均有記錄。
固體聚氨酯粘合劑的剝離值是可接受的。在將部件放入Instron實驗機之前，許多樣品沒有檢測出在粘合線上針對乙烯基的斷裂。所有樣品在測試過程中均表現(xiàn)出木質纖維撕裂。
在現(xiàn)有的實驗擠出工藝中，使用液體聚氨酯粘合劑裝配的部件表現(xiàn)的性能與用熱涂敷粘合劑的部件不同。當乙烯基接觸到的是液體粘合劑時，乙烯基和木芯可自由移動。當乙烯基接觸到的是熱涂敷的粘合劑時，乙烯基牢固地粘合在木芯上。在將部件從擠出線上脫離下之后，當使用的是熱涂敷的粘合劑時，將乙烯基從木芯上除去是非常困難的。實驗方法描述范圍本方法建立測試乙烯基與木頭的粘合劑粘合性的過程。實驗標準總匯實驗目的本實驗的目的是評價乙烯基和木頭之間的粘合劑粘性在特定環(huán)境條件下的剝離強度。本實驗產生的數(shù)據(jù)將顯示環(huán)境條件、剝離強度、斷裂方式以及樣品的組配/條件。樣品制備原料從生產型材(參見圖1)中切出約1”×18”大小的樣品，來測定生產方法和粘合劑系統(tǒng)的性能。使用標準乙烯基共混物來制作乙烯基底物。將已經(jīng)用標準處理溶液處理過的指接木芯用來作木芯型材(參見圖1)。粘合劑是本實驗要評價的原料。
測試的粘合劑是3M EC5298液體聚氨酯粘合劑和NationalStarch34-9026熱熔聚氨酯粘合劑。
設備Instron測試機剝離實驗夾具(參見圖4)所需尺寸的金屬絲纏涂布桿樣品組配木材基質應當用當前的生產工藝處理和干燥。處理后的樣品在使用前應當放置不超過30天。
使用粘合劑模具給木芯表面涂敷5密耳厚的粘合劑膜。然后將包含粘合劑的木芯引入擠出工藝，并且涂敷外層乙烯基包層。之后將部件冷卻至室溫并且完全固化粘合劑，從該擠出部件中切出粘合劑測試樣品。
樣品調節(jié)然后讓樣品在室溫條件下(70°F±5°F)固化最少一周或按照制造商的建議。
實驗條件周圍環(huán)境-樣品在固化后測試但不再經(jīng)進一步調節(jié)。實驗過程選擇100 lb.的載荷傳感器和5”/分鐘的滑動橫梁速度。
將樣品安裝在Universal實驗機中。
從木材上剝離下來約2”的搭接的乙烯基。
將乙烯基送入剝離夾具的輥子之間，并且垂直固定到Instron底座處的夾子中。
在首先剝離8英寸、最后留2英寸不剝離之后對剝離強度值進行平均。熱循環(huán)實驗部件A與對比實施例1相似的含乙烯基包層的輔助框架部件，其中用的是普通液體濕固化聚氨酯粘合劑。乙烯基包層的厚度為約0.031英寸且在約17ft./min的線速度下制造。
部件B基本上與實施例1相同的具有PVC/木質纖維端蓋部分(含熱熔粘合劑)的輔助框架部件。復合物PVC/木質纖維端蓋部分以及相配合的木質構件具有大約3/8”×1-1/4”×1-5/16”尺寸的企口接頭。粘合劑涂層在結構構件的外部約5密耳厚。材料在約5.2ft./min的線速度下制造。
部件C基本上與實施例1相似的輔助框架部件，其中在乙烯基和木質芯之間不涂敷粘合劑。乙烯基包層厚度為0.031英寸且乙烯基包層在8.3ft./min的線速度下制造。
部件D用熱熔濕固化聚氨酯粘合劑生產基本上與對比實施例1相似的輔助框架部件(沒有端蓋部分)。粘合劑涂敷的厚度為約5密耳。乙烯基包層厚度為約0.031英寸且框架在4.0、6.2或8.3ft./min的線速度下制造。
熱循環(huán)實驗-記錄下這些樣品中表面形變的情況，來測定部件在暴露至30次完全熱循環(huán)后其外部件表面上發(fā)生乙烯基包層變形的量。
將該過程運用于擠壓PVC、CPVC、端封材料和粘合PVC的木材。水浴法和鼓風烘烤法均予使用。這個實驗標準的目的是建立一個測定擠壓乙烯基包層中加熱收縮量的定位標準。由本實驗產生的數(shù)據(jù)將以加熱收縮百分率的形式。樣品制備所用的材料包括10英寸劃線器、一組測徑規(guī)、永久記號筆，并且一組12英寸測徑規(guī)能夠測量到0.002英寸的精確度。
設備需求能夠保持水溫85℃±3℃的水浴。
鼓風烘箱，恒溫控制且能夠保持85℃±3℃。
樣品組配水浴從樣品型材中切下12英寸長的測試件。
鼓風烘箱從樣品型材中切下10英寸長的測試件。
樣品調節(jié)將所有的測試件調節(jié)足夠量的時間，使它們在開始測試之前回到室溫。
水浴法用10英寸劃線器給樣品作記號。將整個樣品浸泡在85℃水浴中30分鐘。取出樣品并且讓其冷卻至室溫。用10英寸劃線器給部件作記號。用常規(guī)算術方法計算百分加熱收縮率。
鼓風烘烤法使用永久記號筆，在測試件的兩端、大約型材的中央并且垂直于擠出方向留下記號。使用記號作為對測徑規(guī)的定向，在室溫下測定每個測試件的整個長度。將烘箱溫度設定為85℃。將測試件水平放于烘箱中。烘箱中一次不要放4個以上的測試件。當烘箱達到85℃時開始實驗計時。在85℃中放置1小時±5分鐘之后從烘箱中取出測試件。讓測試件在空氣中冷卻至室溫，按4.2.2測定每個測試件的整個長度。
鼓風烘烤法的測定結果對每個測試件的兩個觀察表面，使用以下等式計算加熱皺縮率R＝(ΔL/L0)*100，其中ΔL＝L0-L1；L0是加熱前兩記號之間的距離(英寸)，L1是加熱后兩記號之間的距離(英寸)。表1a乙烯基包層收縮數(shù)據(jù)用液體粘合劑的乙烯基覆蓋木制品
表1b用固體熱熔聚氨酯粘合劑的乙烯基覆蓋木制品
表1c沒有粘合劑的乙烯基覆蓋木芯
使用液體粘合劑的木芯部件實驗說明全部平均收縮率為約0.035％。用固體熱熔濕固化聚氨酯粘合劑制造的木芯部件實驗證明基本上沒有乙烯基收縮。沒有使用粘合劑制造的復合部件證明約2.18％的收縮率。角焊接強度在本實驗中，測試通過焊接端部分材料所制造的結構的焊接強度，并且比較焊接的乙烯基覆蓋的木制構件。將通過焊接典型木制芯型材(除沒有端部分外，基本上類似對比實施例1所示用PVC包層覆蓋的型材)制成的接合的角強度，與使用泡沫聚氯乙烯芯的結構和使用泡沫PVC/木質纖維芯的類似結構(基本上類似于實施例1所示的結構)進行比較。泡沫聚氯乙烯材料可從Geon公司(Geon 87019)獲得，具有約0.7的比重。泡沫PVC/木質纖維復合物包含60％聚氯乙烯和40％木質纖維，其中使用了0.5％AZRV Cellogen發(fā)泡劑(使用了Rohm and Haas K415丙烯酸改進劑)發(fā)泡。發(fā)泡前，復合物的比重為1.38-1.4，泡沫復合物的最終比重為約1.0。
本實驗所用的是使用如表2所示擠出機操作條件的典型條件擠壓的部件。乙烯基包層粘附在各種芯材料上。在各個芯進入擠出模頭以形成乙烯基包層之前將粘合劑涂敷在芯的表面。粘合劑涂敷器與圖2和3所示的設計類似。粘合劑模具設計成用泵將粘合劑送到芯的所有四個表面。粘合劑模具的邊緣在部件進入乙烯基擠出模頭之前距木芯約0.005英寸。從而給木芯涂敷至少0.005英寸厚的粘合劑膜。使用木質部件生產中所用的銑頭將芯材料PVC木質纖維復合物和泡沫復合物樣品銑成適宜的形狀(見圖1的芯)。使用Urban單點焊機焊接角樣品。焊接溫度設為280℃，由于熱塑材料液化以及和焊連接接觸，有三毫米的尺寸損失。允許熱塑材料熔化18秒和36秒以使形成焊接接頭。表2擠出機操作條件
表3輔助框架型材-木芯
表4輔助框架型材-泡沫PVC/木質纖維復合芯
表5輔助框架型材-泡沫PVC芯
結果泡沫PVC/木質纖維樣品的平均角焊接強度為約704.23 lb.-英寸(標準偏差＝51.94)。泡沫PVC樣品的平均角焊接強度為583.16lb.-英寸(標準偏差＝69.04)。常規(guī)PVC/木質芯樣品的平均角焊接強度為165.37 lb.-英寸。乙烯基收縮實驗將某些聚乙烯涂敷的木制和復合產品暴露于熱循環(huán)實驗中，測定乙烯基包層的收縮量。與對比實施例1類似，輔助框架包括用抗菌殺蟲抗真菌性水基涂料處理過的松木芯，其中用粘合劑覆蓋約0.005英寸厚接下來在粘合劑上形成乙烯基包層(0.031英寸)。使用液體粘合劑以及熱熔濕固化粘合劑；來制造木芯部件。還制備不含粘合劑的乙烯基覆蓋的木制品，基本上與對比實施例1所示的相同。熱循環(huán)實驗結果對照樣品中有乙烯基變形的記錄。乙烯基收縮實驗結果1)具有液體聚氨酯粘合劑-生產材料的輔助框架部件-7/32”的收縮記錄。2)具有熱熔粘合劑和PVC/木質纖維端部分的輔助框架部件-沒有收縮記錄。3)不含粘合劑的輔助框架部件-3/4”的乙烯基收縮記錄。4)具有熱熔粘合劑的輔助框架部件-沒有皺縮記錄。吸水性實驗完成熱循環(huán)實驗后，測試所得部件的吸水性。除了不含粘合劑的木芯乙烯基包覆材料外，還使用具有液體粘合劑的木芯乙烯基包覆材料、基本上如實施例1的結構構件。在進行本實驗中，構造一容器以便在水浸泡實驗期間盛裝部件。在浸泡前將樣品稱重并且記錄下重量。環(huán)境條件下將部件放在容器中的水里浸泡1小時。從容器中取出樣品。除去表面水分并且再稱重結構。然后記錄下最終的結果。實驗結果記錄在表6a、6b和6c中。在表6a中，用乙烯基覆蓋的不含粘合劑的木芯基本重量增加平均約34.64g。在表6b中，用粘合劑粘附乙烯基覆蓋層的木芯結構(使用液體聚氨酯)實驗證明平均重量增加為約10.10g。在表6c中，測試了具有端部分的復合結構構件。復合端蓋部分保護著木芯并且減少了水分吸收，實質上達到平均吸水量為約0.04g。表6a
表6b
表6c
以上實施例和試驗數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明的結構部件可用于形成滿意的能用于門窗材料的接頭角焊接組件，該結構包括一種芯材和乙烯基包層，涂敷封端PVC材料、乙烯基包層涂敷PVC/木質纖維復合物封端材料或類似的發(fā)泡材料。而且該數(shù)據(jù)表明覆蓋有乙烯基包層的復合材料具有足夠的耐水性和尺寸穩(wěn)定性(抗收縮)，而使該材料可以是可用于制成有用的門窗組件的穩(wěn)定不翹曲無改變部件。
以上說明書、表格、實施例、數(shù)據(jù)和附圖提供了理解本發(fā)明的基礎。但不偏離本發(fā)明的主題可進行多種本發(fā)明的實施方案，本發(fā)明有賴于下文所附權利要求書予以定義。
權利要求
1.結構構件，包括(a)具有第一端和第二端的線性構件；(b)具有順應線性構件外形的端部分，連接到線性構件第一端和第二端的每個端，每個端部分包含熱塑性組合物，所說的熱塑性組合物包含樹脂；和(c)覆蓋并且粘合到線性構件和每個端部分上的包層，包層包含擠壓熱塑性組合物，所說的組合物包含樹脂。
2.權利要求1的結構構件，其中線性構件包括木構件，并且所說的包層覆蓋和粘附在線性構件或端部分的外表面。
3.權利要求1的結構構件，其中線性構件包括復合物，所說的復合物具有熱塑材料芯和纖維補強的熱固化樹脂外層。
4.權利要求1的結構構件，其中線性構件包括復合物，所說的復合物具有熱塑材料/纖維復合芯和玻璃纖維補強的熱固性樹脂外層。
5.權利要求4的構件，其中端部分包括熱塑材料復合物，所說的復合物包含熱塑性樹脂和纖維的混合物。
6.權利要求5的構件，其中包層是通過使用粘合劑粘合到線性構件上的，所說的粘合劑包含粘合劑組分和選自木材防腐劑、抗真菌劑、抗菌劑、殺蟲劑或其混合物的穩(wěn)定組分。
7.權利要求5的構件，其中復合物包含約40-約80wt％的聚氯乙烯和約60-20wt％的木質纖維。
8.權利要求1的構件，其中包層包含聚氯乙烯組合物。
9.權利要求8的包層，還包含外層面膠層。
10.權利要求1的構件，其中端部分包括泡沫熱塑材料。
11.權利要求1的構件，其中包層沿著包層、線性結構和每個端部分之間的整個接觸面粘合在線性構件和每個端部分上的。
12.權利要求8的構件，其中包層是粘附性粘合的。
13.權利要求1的結構構件，其中端部分以適宜形成90度角和第二結構構件斜削接合。
14.適合用于制造窗戶的結構構件，所說的結構構件包括(a)具有第一成型端和第二成型端的木制線性構件；(b)具有成型端的端部分，連接到線性木制構件第一成型端和第二成型端的每個端，在端封的成型端和線性構件的成型端之間形成接頭，每個端部分包含熱塑性復合材料，所說的熱塑性復合材料包含聚氯乙烯和纖維；和(c)覆蓋到線性構件和每個端部分上的含聚氯乙烯的包層，包層粘合到每個端部分和木制線性構件上，使用熱固化粘合劑組合物使包層遍布每個端部分和線性構件之間的接觸面相粘合。
15.權利要求14的構件，其中復合物包含約40-80wt％的聚氯乙烯和約60-約20wt％的木質纖維。
16.權利要求14的包層，還包含外層面膠層。
17.權利要求14的構件，其中至少一個端部分是用成型的接頭連接到線性構件上。
全文摘要
本發(fā)明的復合結構構件(10)包括具有第一端和第二端的線性構件(13),所說的端作為端部分或端蓋結構(17)接合到線性構件的每個端。覆蓋復合構件(10)的是熱塑性材料包層(11),優(yōu)選粘附接合在復合構件(10)上。端蓋或端部分(17)優(yōu)選是熱塑性材料,一般是包含熱塑性樹脂和纖維的熱塑性復合物。這種構件(10)是環(huán)境穩(wěn)定的,耐水分吸收,形成牢固的斜削接合并且可以用于組裝商業(yè)和住宅房地產的門窗產品。
文檔編號E06B3/96GK1246908SQ98802333
公開日2000年3月8日 申請日期1998年2月5日 優(yōu)先權日1997年2月5日
發(fā)明者S·M·瑟瑞諾, A·L·加羅法勞, M·N·格瑟, M·J·狄納 申請人:安德森公司