用于制造截面闭合的梁元件的方法和挤出设备 |
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| 申请号 | CN201080065522.X | 申请日 | 2010-03-16 | 公开(公告)号 | CN102802913B | 公开(公告)日 | 2015-07-29 |
| 申请人 | 帕夫洛·塞蒙尼伍斯基; 阿纳托利·塞蒙诺伍斯基; 伊戈尔·迪登科; 亚历山大·塞蒙诺伍斯基; | 发明人 | 帕夫洛·塞蒙尼伍斯基; 阿纳托利·塞蒙诺伍斯基; 伊戈尔·迪登科; 亚历山大·塞蒙诺伍斯基; | ||||
| 摘要 | 提供了一种用 复合材料 制造的截面闭合的梁元件，尤其是一种管状梁，复合材料包含 粉碎 的和/或分解的填充材料以及热固性 树脂 ，填充材料主要是木质的薄片和颗粒，其中所述梁元件一般具有纵向形状，并且其外部轮廓具有任何多边形的、或者圆形的、或者卵形的和/或任何不规则形状的横截面，优选带有设置在所述梁元件外表面上的凸起和/或凹槽，另外，所述梁元件具有形成内部通道的中心通孔，其横截面优选为圆形，其中内部通道的表面相对于所述梁元件的中 心轴 线设有至少一条优选沿内部通道的整个长度、沿其中心轴线延伸的螺旋或者螺旋线的连续轮廓。还提供了一种用所述复合材料制造所述轮廓闭合的梁元件的方法及挤出设备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用复合材料制造横截面的外部轮廓为多边形的管状梁元件的方法，复合材料包括至少一种填充材料和至少一种结合物，其中填充材料包括植物来源的颗粒和/或纤维，并且其中至少一种结合物包含热固性树脂，所述方法包括借助螺旋挤出机连续挤出制备好的复合材料，该螺旋挤出机设有成形通道(6)和设置于其中的旋转的螺旋轴(2)，该方法包括一个接一个连续进行的如下处理阶段， |
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| 说明书全文 | 用于制造截面闭合的梁元件的方法和挤出设备技术领域[0001] 本发明涉及用连续挤出方法用复合材料制造截面闭合的梁元件、尤其是管状梁之类的空心梁的方法，复合材料包括填充材料，优选自然出现的颗粒或者纤维材料，包括以木片和/或粉碎的或者分解的材料为基础的材料。本发明还涉及用这种方法和挤出装置、尤其是用连续挤出方法制造的截面闭合的梁元件，复合材料的所述截面闭合的梁元件包括自然出现的颗粒或者纤维材料，优选木质的粉碎的或者分解的材料。用本发明的方法生产的梁元件适合用作结构元件，用于制造包装、家具或者用在建筑工程中，包括建筑工业的支承结构，例如既用在低层建筑的构造中，又用在精整和修理工作中。 背景技术[0002] 使用木质材料制造用在建筑工程和建筑工业中的不同类型的元件在所属领域是已知的，所述木质材料例如有粉碎的和/或分解的木材材料，形式如不同尺寸的刨花、木片和木块或者颗粒、以及锯木屑，它们一般是来自木材加工或者木材处理的废料，或者来自制造例如家具、修整板、衬板等等的木制品的废料。用刨花、木片和其他废木料制造的元件的已知工业产品一般具有平面形状，且一般为板材的形式，例如颗粒板、纤维板、胶合板、OSB或者LSL板、以及由它们组成的元件，包括用粘合剂结合薄板各层中的片状颗粒形成的梁。 [0003] 制造运输货盘的方法在所属领域通常是已知的，运输货盘包括例如木片或者颗粒之类的废木料的仿形元件。扁平的仿形元件，一般是板或者货盘，在工业生产中用模压挤出或者压模之类的方法生产。例如，在JP2008255280A号专利中，公开了一种方法，借助该方法挤出一种组合材料，该组合材料包括按重量计51-70％的木质颗粒，一般为刨花、木片或者其他微粒以及植物来源的纤维和锯木屑，它们与按重量计5-15％的滑石粉、以及可选择的按重量计不超过1-5％的其他添加剂、还有按重量计20-45％的作结合剂的合成树脂混合。这种复合材料被喷射到模型里，并且用冲压模压制。根据其他已知的方案，扁平的仿形元件用由木头微粒形式的废木料和热固性结合剂组成的材料模塑挤出，根据美国专利No.4,559,195，例如用作运输货盘的仿形元件。在该方案中，复合材料通过注射被填充到扁平的开口模型里，然后在不同的压制压力下被压紧，从而在挤出板的表面上形成凸出的肋。之后，挤出的制品受到硬化处理。根据德国专利文献DE3321307A，还知道一种形状的仿形元件(例如I形梁)的压力成型制造方法。 [0004] 上述生产方法中没有所属领域已知的方法用于制造截面闭合的或者轮廊闭合的三维梁元件，即带有沿元件的整个轴长在中心延伸的中心孔/通道的元件，例如空心管状梁。 [0005] 打算用分解的或者粉碎的废木料，一般为不同尺寸的刨花和颗粒，制造截面闭合的空心元件，例如纵向的管状梁，它具有不同的外部轮廓形状，圆形或者多边形，带有圆形中心通孔。但是，那些打算在实验发展阶段就结束了。这些打算涉及借助具有合适结构的螺线挤出机通过连续挤出制造这种管状梁，但无论是就所生产的梁的质量和强度而言，还是就制造工艺的平稳性和效益而言，结果都令人不满意。因此所述方案中到目前为止还没有能超越实验阶段的，并且还没有开发这种管状梁的制造工艺的工业生产技术。那些已知的实验方案已被公开在例如专利公布SU281811、SU1110061A、SU1562147A1、SU914321、SU415169、SU912536、SU1172716A、SU577136、SU11213237A中。包括形状和尺寸不同的刨花且混有热固性结合剂的复合材料用螺旋挤出机挤出，所述复合材料被输送到螺旋挤出机的挤出通道。可旋转的挤出螺旋轴位于该通道的中心，该螺旋轴沿挤出通道的整个长度具有恒定的直径，且螺旋线的螺纹布置在整个外表面上。所述复合材料的挤出要先经受压紧或者压实，然后形成的复合材料通过在挤出通道的横截面恒定不变的区域中被加热到硬化温度而硬化，压紧或压实是在高温和压力条件下在挤出通道的壁面向挤出方向汇合的区域中进行压缩，在该区域中通道的横截面减小。 [0006] 在上述专利公布中，将挤出的复合材料输送到斗仓，然后借助不同结构的布料装置布料，从而将其输送到挤出机的加载区域。也可以用单个螺旋进料器从一侧输送，该螺旋进料器与转盘形式的布料装置配合。加热单元位于挤出机主体中，接近挤出通道。为了获得将挤出的复合材料压实或压紧到合适密度的合适的压实或者压紧比，在压紧区域中在挤出通道的汇合横截面的后面设有其他装置，例如提供一段横截面恒定的挤出通道，但在该段压紧区域中螺纹线的间距有变化，沿挤出方向减小。在其他实施方式中，螺纹线的高度也沿挤出方向减小。由于公开的上述任一方案既不能实现令人满意的成果，又不能在实际制造中实施。 [0007] 在US4,797,242中，公开了用于模制热固性树脂管的方法和设备，在该方法中，热固性树脂及包含纤维填充物的填料在挤出机的前段螺旋的光滑区域中被模制到这样的程度，即在从料筒中挤出之后树脂能保持自己的形状，其中填料的含量为最终模制产品的20-80％。 [0008] 根据US3,392,086，熔融挤出机是已知的，其中螺旋轴通过提供通路使材料、尤其是热塑性树脂移动，该通路允许熔融材料在挤出机通道节流阀中反流，在挤出机的该中间节流部分中，螺旋和料筒都是锥形的，其中捏合过的熔融材料从挤出出口被挤出。 [0009] 在专利AU18,580/70中，多种用途的挤出产品的形式有例如管、棒、板、薄片、块、等等，以及制造它们的方法。这些产品借助挤出机用如下材料挤出，挤出机具有保持加热的料筒，并且设有模部件，所述材料包括至少一种废料，例如木片、锯末、竹片、废纸和其他天然来源的废料，它们与一种或几种合适的充当连接剂的合成树脂混合，尤其是热塑性树脂，其含量按体积计在10-50％的范围内。 [0010] 专利US3,613,162公开了一种螺旋塑料管成型装置，其中塑性树脂越过模具组件中的螺旋心轴被挤出，模具组件设置在挤出机料筒的上方，其中模具镶套(bushing)环绕心轴的末端，该模具镶套与心轴同步沿与螺旋传递挤出物的方向相反的方向旋转，螺旋分别设置在心轴和模具镶套上。 [0011] 根据日本公开JP61041521，一种在模制品表面提供图案的方法，在该方法中，树脂出口的前端部设有向挤出机轴线延伸的凸起。熔融状态的热固性树脂材料被螺旋的螺纹尖端螺旋向前推到螺旋的平滑部，其中熔融树脂被如此成形，即在挤出之后，当背压施加装置施加合适的背压时，它可以保持其形状不变。 发明内容[0012] 本发明要解决的技术问题是提供用于制造截面闭合的梁元件、例如结构元件的合适的工业方法，它以可能最小的材料耗用、借助复合材料的连续挤出、使用螺旋挤出设备来制造，复合材料包括粉碎的和/或分解的木质材料，其中可以获得具有均匀外表面的梁元件，以及梁元件具有良好的机械强度和稳定的物理性能。同时确保这种制造方法在产品的工业生产条件下能提供良好的经济效率和效益。 [0013] 本发明的其他目的在于提供用于连续制造轮廓截面闭合的梁元件的挤出设备，该设备适合在工业生产条件下工作，以及提供轮廓截面闭合的梁元件，该元件具有任何所需的外表面形状和外部轮廓横截面，形状为任何多边形或者圆形管，带有中心轴向通孔。 [0014] 在本发明的一个方面中，提供了一种用复合材料制造截面闭合的梁元件、尤其是管状梁的方法，复合材料包括至少一种填充材料和至少一种结合物，其中填充材料包括天然来源的颗粒和/或纤维，优选源自废木材的粉碎的和/或分解的木质材料，并且至少一种结合物包含热固性树脂，所述方法包括借助诸如螺旋挤出机之类的挤出设备连续挤出制备好的复合材料，挤出设备设有成形通道，其中设置有旋转的螺旋轴，所述方法包括一个接一个连续进行的处理阶段，例如加载阶段；所述复合材料的压紧和成形阶段，在该阶段，所述复合材料通过被压紧到预定的密度而被压实，并被成形为所需的形状；以及硬化和退火阶段，在该阶段，所述梁元件的所述成形的形状和尺寸被固定，并且所需的硬度被赋予所述梁元件。在被加载到挤出机的所述加载区域中之后，所述复合材料沿着所述挤出机的所述成形通道移动，并且通过在所述压紧区域中被压紧而被压实，压紧借助减小限定在所述螺旋轴上设置的螺线的螺纹之间的所述通道空间的体积和/或借助减小限定在所述螺旋轴的表面和所述成形通道的表面之间的空间的体积而实现。 [0015] 本发明的另一方面涉及一种用上述方法制造的截面闭合的梁元件，尤其是管状梁，它包含粉碎的和/或分解的填充材料以及热固性树脂，填充材料主要是木质的薄片和颗粒，所述梁元件一般具有纵向形状，并且其外部轮廓具有任何多边形的、或者圆形的、或者卵形的和/或任何不规则形状的横截面，优选带有设置在所述梁元件外表面上的凸起和/或凹槽，另外，所述梁元件具有形成内部通道的中心通孔，其横截面优选为圆形，其中内部通道的表面设有一条连续的棱，其形式为至少一条螺旋或者螺旋线的轮廓。 [0016] 在本发明的另一方面中，提供了一种用复合材料制造所述截面闭合的梁元件的挤出设备，复合材料包括至少一种结合物和填充材料，填充材料包括天然来源的颗粒，尤其是木片和/或短的纤维材料，该设备设有外壳，外壳中设有由外部主体围绕的纵向内部成形通道，所述通道内设有旋转螺旋轴，该轴沿着成形通道的中心轴线被可旋转地支撑和设置在中心位置，该螺旋轴的外表面上沿着至少一条螺线设有螺纹，所述螺旋轴的一端连接到驱动单元，此外，加热装置设置在设备主体内。所述挤出设备包括位置连续的处理区域：加载区域、压紧区域和热处理区域。在所述压紧区域中，至少在一些段，限定在所述螺旋轴的螺线的所述螺纹之间的所述成形通道空间的体积减小和/或限定在所述螺旋轴的表面和所述成形通道的表面之间的空间的体积减小。此外，所述设备设有至少两个或多个送料器，将复合材料输送到所述加载区域。 附图说明[0018] 下面将参照附图进一步展示和描述以实施方式出现的本发明，其中： [0019] 图1是根据本发明的梁元件的局部剖开的侧视图； [0020] 图2是沿图1中的A-A线剖开的剖视图； [0021] 图3-10是根据本发明不同实施方式的梁元件的顶部剖视图；而 [0022] 图11和11a是根据本发明的挤出设备的一个变体中的实施方式的示意图，其中图11a展示了本发明的一个实施方式的典型螺旋轴的一部分。 具体实施方式[0023] 用于制造截面闭合的梁元件10的方法特别涉及制造具有闭合外形且形如管状梁的元件，根据本发明的一个优选实施方式，图1和2示范性地呈现了这些梁元件，它们具有沿梁元件10的纵轴线延伸的中心孔20，所述孔通常具有圆形横截面，而梁元件的外部轮廓具有任何合适形状的横截面，例如，多边形的，圆形的，回转体或者任何其他可能的形状。如图3-10所示，根据本发明的截面闭合的梁元件10的外部轮廓的横截面可以特别呈矩形、正方形、六边形、八边形和别的多边形，所述外部轮廓可以包括通常沿梁元件的纵向中心轴线延伸的纵向凹槽和/或凸起，遍及其整个或者至少部分外表面，例如，这些凸起和/或凹槽可以对称或者不对称地设置在所述梁元件的外壁的沿直径相对的表面上。根据本发明，所述梁元件10的形状可以是缺失四分之一的″星形块″式、或者″榫槽″式梁、或者多″榫槽″式梁。凸起和凹槽可以设置在相应侧面的拐角处、侧面上和/或中心中，还可以设置成图案互补的形式，即凸起设置在一个侧面，而对应形状的凹槽设置在相对的侧面(图6，图10)。根据本发明的一个实施方式，梁元件10包括长度方向的中心孔20，特别是横截面大体上呈圆形，它的一个表面设有形如螺线的螺纹40的凸起30，所述凸起沿孔的纵轴线延伸。 还提供了多个实施方式，其中螺线是单螺纹的、双螺纹的或多螺纹的。所述内部通孔20的横截面积从所述梁元件的整个横截面积的约30％到约80％。 [0024] 本发明的用于制造截面闭合、即具有轮廓闭合的梁元件的方法包括如下步骤：使用连续挤出工艺、借助螺旋挤出设备(优选专门设计的螺旋挤压机)、用包含矿物或者植物原料的天然复合材料和结合物(特别是热固性结合物)，挤出梁元件10(特别是管状梁形式的梁元件)。根据本发明，所述挤出工艺包括一个紧接一个的如下步骤，即：将准备好的复合材料加载到挤出设备里的加载步骤，通过压紧或者压缩而压实，复合材料的成形阶段，以及加热处理和作旧(distressing)均热步骤，即成形梁元件10的硬化和退火，这些步骤在挤出设备的适当区域内进行。 [0025] 用于制备挤出复合材料的基本材料是填充材料，它可以包括如下原料：来自矿物原料和/或纤维状或者粉碎的和/或分解的植物原料的薄片、颗粒或者纤维，但特别是木材或者木基材料的薄片、碎片和颗粒，例如来自木材工业中生产或者加工过程的典型的分解废料或者不好销售的木材，以及其他纤维素颗粒和纤维，以及来自植物茎干和其他部位的纤维。以矿物原料为基础的所述填充材料可以包含纤维成分、玻璃纤维、渣棉以及类似的纤维或者颗粒。选择的矿物材料在化学性质上是惰性的，可以用作填充材料的组分，例如石棉材料。根据本发明，填充材料可以是上述颗粒材料中的一种，或者包括两种或多种选自于上述颗粒或者纤维材料的材料的混合物，既有矿物原料又有植物原料。 [0027] 在本发明的方法的一个实施方式中，从原料成本和可及性的角度来说，作为填充材料，特别优选并且最好使用粉碎的和/或分解的木材材料，包括来自锯木厂和木材加工厂或者来自工业生产的木质产品(例如家具和家具部件、胶合板以及包含木基材料的各种板)的燃材、工业薄片、废木材，以及来自伐木业的颗粒材料形式的废木材，例如粗的块状废料或者细粒状废料形式的刨花、薄片、锯屑、板屑、长条或者条状屑。 [0028] 在另一个实施方式中，被分解成薄片和/或刨花的木材一般被用作原料的基料，但是，使用的刨花的形状和型号对生产的梁元件的质量和机械性能有很大的影响，例如，诸如表面粗糙度、机械强度、流体(尤其是水、蒸汽和结合物)透过性、以及润胀能力之类的性能。 [0029] 木材来自各种硬木和软木，例如云杉，松树，冷杉，落叶松，雪松，山毛榉，橡树，白蜡树，椴树，赤杨，枫树，桦木，白杨，杨树(poplar)，等等，可以用作制造本发明的截面闭合的梁元件10，但使用的木材的种类对生产的元件的质量以及机械和物理性能有很大的影响。例如，用包含松木的填充材料生产的梁元件具有最高的强度，但用包含山毛榉木的填充材料生产的梁具有最低的强度。用包含松木的材料生产的元件具有最高的润胀能力，但用包含山毛榉木的材料生产的元件具有最低的润胀能力。 [0030] 构成粉碎的木材材料并且用作填充材料的刨花的种类和质量还影响制造的梁元件的质量，特别是机械强度。当制造工艺中使用具有尽可能光滑和均匀表面的薄片和刨花时，梁的所述质量更高，因为颗粒/刨花的表面粗糙度会增加木材对结合物的吸附(吸收)。对于粗糙的刨花和颗粒，结合度较差，因此粘合/结合接头的强度会下降，并且所得的产品更易于结构分层，这会导致机械强度减弱。 [0031] 影响用粉碎的木材材料制造的梁元件的质量的其他因素与木材类型有关，其中一个因素是给定木材类型的吸湿性和流体(特别是流体结合物)透过性，即不同流体流过材料的能力。木质材料的流体透过性越高，被它吸附的结合物就越多。主要木材类型就其流体透过性水平而言，按如下顺序增加：带有心材的软木，例如落叶松，雪松，松树；带有心材的硬木，例如：橡树，白蜡树，杨树；没有心材的软木，例如：冷杉，云杉；以及没有心材的硬木，例如：山毛榉，椴树；带有边材的硬木，例如：赤杨，枫树，桦木。根据本发明，从其流体透过性的角度来说，最适合制造梁元件的木材类型是松树和雪松，但杨木和软木，主要是松树木材和云杉木，可以特别优选作填充材料。 [0032] 另外，根据本发明，从梁元件制造工艺的角度来说，构成填充材料的颗粒木材的酸性即pH值同样重要。在制造过程中，确定结合物的用量要考虑那种木材的pH值，以便在固定的时限内结合物适当变硬，所述时限被预先确定。如果使用不同木材类型的颗粒木材材料的混合物作填充材料，并且每一种都具有不同的pH值，那么结合物的硬化/熟化时间的确定以及硬化时间的控制就特别困难。因此，在根据本发明的方法的优选实施方式中，使用一种木材或者具有固定组成的不同类型木材的混合物。 [0033] 本发明制造的梁元件的机械性能还受所用填充材料质量的影响，特别是在所述木质材料中包含大量树皮和腐朽材料时，这特别涉及来自生产过程的废料或者来自锯木厂的废料。万一在所述木质材料中含有大量腐朽材料时，在输送到制造工序之前应该将其除去。 [0034] 另外，在本发明的梁元件的制造过程中，所用木质材料的水分含量对梁元件的机械强度以及挤出参数和整个压制过程都有影响。例如，来自木材加工的废料的水分含量可以为40-60％，而对于锯木厂的木材，它通过水槽输送，水分含量甚至可以达到120％，当废料来自家具生产时，水分含量可以为约12％。较高的木材水分含量对所制造的梁元件的结构有不利影响，会导致梁中产生气泡。但是，作为多孔毛细管物体，刨花的水分含量不足，这导致结合物的吸收显著增加，因此保持在薄片和刨花外表面上参与结合和粘合过程的结合物的量显著较少，反过来，这又对填充材料的结合力乃至所制造的梁元件的机械强度有不利影响。在水分含量低时，填充材料的压紧更困难，并且需要更高的压缩压力，这必然会增加功耗。另外，填充材料中的水分含量分布不均匀也会导致所制造的梁元件的厚度和密度不均匀。 [0035] 考虑本发明中的上述内容，特别优选在本发明的梁元件的制造工序中使用的薄片和刨花的水分含量按其重量占薄片和刨花总重量的比例计算处于2-5％的范围内，但是设计用于挤出的复合材料按重量计可以有高达18％的水分含量，其中假定添加的热固性物质包括约50％的胶水干物质和50％的水。 [0036] 因为在根据本发明的方法中，作为填充材料使用的基本原材料是形如薄片、刨花和微粒的粉碎的木材材料，这些颗粒和/或刨花的形状和大小对所制造的梁元件的强度性能(例如纵向和横向加载的机械强度)以及表面粗糙度、结构均匀性和颜色分布有决定性的影响。主要优选通常具有扁平的纵向形状和光滑表面的刨花或者薄片，因为它们制造的梁元件有更高的机械强度。使用短而三维扭曲的刨花，所制造的梁的机械强度较低。使用较粗的刨花获得的机械强度也较低，刨花越厚导致梁表面越粗糙。但是，刨花的厚度越低，它们的脆性越高，会导致产生灰尘，从而降低梁元件的机械强度。通常，梁元件的机械强度会随所用刨花长度的增加而增加，并且会随刨花宽度的增加而降低。根据其他实施方式，使用的纤维材料包括短的纵向纤维或者具有针状结构的普通纤维。 [0037] 根据本发明的另一个实施方式，根据发明的梁元件的制造方法，也可以使用不同类型的刨花，包括具有如下尺寸的扁平刨花：厚0.15-0.45毫米，宽度从0.25到12毫米和长度从0.25到40毫米；具有如下尺寸的针状刨花：厚0.15-0.45毫米，宽度从0.25到2毫米和长度从0.25到40毫米；具有如下尺寸的细小刨花：厚0.10-0.25毫米，宽度从0.25到2毫米和长度从2到8毫米；具有厚度达0.25毫米、宽度达0.25和长度达6毫米的纤维颗粒；以及锯屑和加工的木粉和磨制木粉。根据本发明的方法中使用的木质颗粒和刨花的优选尺寸在以下范围内：厚0.2-0.5毫米，宽度0.5-5毫米和长度5-20毫米。增加相对少量的、相对于填充材料的干物质按重量计不超过20％的锯屑和木粉也是可以接受的。 [0038] 在根据本发明的方法中，为了制备用于挤出的复合材料，至少一种结合剂和/或物质被添加到由刨花、粉碎的木材颗粒和木尘组成的填充材料中，并混于其中。一种或多种这样的结合剂或者结合物被施加在刨花、薄片和木材颗粒的表面，该过程也被称为刨花涂焦油。在本发明的一个优选实施方式中，结合物/剂被喷涂到填充材料的刨花和颗粒的整个表面。 [0039] 根据本发明，为了制造用于挤出的复合材料，一般用树脂作结合物/剂，即这些树脂在热量和压力的影响下能将填充材料的颗粒，包括木质颗粒和刨花，稳定地连接、结合或者胶合在一起。特别优选热固性树脂，当加热时，它从最初的液体变成悬浮状态，然后不可逆转地变成固态，热固性树脂选自于包括脲醛树脂、苯酚甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和脲-三聚氰胺-甲醛树脂以及聚醚树脂在内的组。通过以上述热固性树脂为基础的结合物结合填充材料颗粒，实现了好的结合，并且梁元件显现出高的硬度和机械强度。为了制造大气条件尤其是水和温度改变时具有较高电阻的梁元件，苯酚甲醛树脂最合适，它还能抵抗生物制剂、真菌、霉菌、昆虫、等等的影响，但是它比脲醛树脂昂贵，且它需要更长的加压时间，这反过来又与生产成本的增加有关。结合上述内容，当制造专门应用在例如建筑工程中的梁元件时，优选使用苯酚甲醛树脂以及脲-三聚氰胺-甲醛树脂。但是脲醛树脂更便宜且在产生时更加有效，它赋予使用它制造的梁元件相对更坏的工作参数。 [0040] 根据与梁元件的应用相关的需求，选择性的添加物可以被添加到包括填充材料和结合物在内的上述基本组分的用于挤出的复合材料中，例如加速反应的催化剂、润滑剂和其他添加剂，它们赋予所制造的梁元件特殊的性质，其中复合材料可以包括一种或多种添加剂。例如，这些添加剂可以选自于包括诸如石蜡、地蜡、矿脂或者蜡之类的疏水性添加剂的组，在制造过程中，它们以熔液或者乳剂的形式或者以树脂组分的形式被添加到刨花/薄片中。选择性地，也可以施加防腐剂，例如按填充材料的干物质的重量计算总计占1-2％的五氯苯酚，或者氟化钠和氟硅酸钠和氟硅酸钠与五水硫酸铜或者氯化锌的混合物，以及用于在挤出过程中降低摩擦力的其他添加剂。假设有与防火有关的专门应用和需求，增加耐火性的添加剂可以被施加到结合物中，尤其是安替比林，例如硼酸、正磷酸或者它们的盐和混合物，也可以与别的物质，例如与氯化锌一起。用于挤出的复合材料也可以包括一定量的硬化剂。 [0041] 使用的且与填充材料混合的结合物的量以及它施加到填充材料中的方式对所生产的梁元件的质量以及机械和物理性质以及对生产成本都有决定性的影响。在本发明的方法中，重要因素之一是复合材料以提供结合物/剂在填充材料颗粒(特别是薄片和刨花)表面上的均匀分布的方式彻底而精确地混合，但是因为结合物/剂的体积与填充材料颗粒的体积尤其是外表面相比相对较小，所以难以获得这种均匀分布。 [0042] 为了用结合物(优选胶粘物)的连续层覆盖颗粒和刨花，必须用这样的物质填满刨花和颗粒表面的凹凸不平，这导致相对昂贵的结合物的消耗增加，也导致生产成本更高。为了降低结合物的消耗，即必需的结合物的量，以降低生产成本，结合物通过小滴法被分布在填充材料颗粒的表面上。即，使用的是液滴的形式，而非连续涂敷施加，因此颗粒和刨花得以粘合在分布在它们的表面上的点状胶合位置。在其中一个实施方式中，至少一种结合物/剂通过喷涂法以液滴的形式被添加到填充材料颗粒的表面上。假如结合物非常精确地分布在颗粒和刨花的表面上，这种滴状施加方式会以低成本获得复合材料的同样有效且充分机械牢固的粘合，因此根据技术要求和技术，可以确保由填充材料和结合物组成的复合材料适当混合。在本发明中，根据所制造的梁元件类型和牌号，复合材料一般具有按重量计算从约4％到30％不等的结合物含量，结合物由上述类型的树脂组成，根据水分含量，优选在转换成树脂干物质之后，相对于绝干填充材料，优选绝干刨花，按重量计算总计占2％到 15％。由于结合物含量在复合材料中的这种比例，优选使用水分含量不高于18％的刨花形式的填充材料颗粒。 [0043] 根据本发明，在截面闭合(即具有闭合轮廓)的梁元件的制造方法中，最可靠的工艺步骤是挤出操作，在此操作过程中，按上述方式制备的复合材料通过压紧(压制)受到压实，并且形成成品，在另一个阶段，对成品进行硬化和退火，以释放在挤出的梁元件中产生的应力，之后进行尺寸修整。这一工艺阶段对工业制品的质量和生产能力都有决定性的影响。用由填充材料和结合物组成的混合物形式的上述组分制备的复合材料被供应到挤出设备1的加载区域A，挤出设备一般为具有特殊结构的螺旋挤出机，其中填充材料优选是粉碎的和/或分解的木质材料，结合物带有任选的添加剂以及一定量的空气和水，其存在是由复合材料的混合组分的性质及其混合工艺引起的。复合材料的供应一般借助至少一台送料器5来实现，送料器5例如选自于：带式送料器，刮板式送料器，螺旋送料器，斗式送料器，振动送料器。在优选的实施方式中，有至少两个螺旋送料器5安装在加载区域A的相对的两侧，但是也可以是四个或更多的螺旋送料器，也可以用别的方式将复合材料馈送到加载区域。如果填充材料是松散材料，也可以使用重力供应复合材料，即如果复合材料中的结合物的量相对较低，按重量计从约3％到30％，这种方式特别有利。在此阶段，在本发明的实施方式中，复合材料在正常压制之前选择性地被预热到温度高达约40-60℃。 [0044] 之后，在加热和压力的同时作用下，复合材料通过压紧(换言之即压制)而受到压实，并在挤出设备的压紧区域B成形(成型)，加热和压力来自外界，一般借助于安装在挤出通道6主体中的加热单元4进行，另外，加热单元4也可选择安装在螺旋轴2的内部通道中。因此，在压紧过程中，水分含量、空气的量以及复合材料的体积减小，并且覆盖有结合物的填充材料颗粒在大量材料中实现随机定向，并相互接触，并且与位于它们之间的结合物液滴接触。当压紧区域B中的压力上升时，木质颗粒变形并交叉在一起，并且它们之间的接触表面增加，这导致结合表面，有利的是胶合表面，增加。接触表面的增加与分子附着力的增加有关，并且这两个因素都对填充材料中颗粒的结合(胶合)强度的增加有影响，从而对所制造的梁元件的较高强度有影响。压力值的选择要考虑受压的填充材料(即不同的颗粒和刨花、可能还有纤维的混合物)的物理性质以及压制条件。 [0045] 如果填充材料包括含量较多的粗刨花，就需要较大的压缩力，因此需要较高的压制压力来克服大部分粗刨花的回弹力和硬度，以防止成形的梁在出了挤出通道之后在压制压力减小或者完全解除时再变形(局部恢复)到以前的形状。如果复合材料包括例如含量相当大的桦木刨花，可以使用相对较小的压制压力，因为在压制过程中它们沿切向和径向施加的阻力较小，而软木刨花在压缩过程中沿横向(横跨纤维)施加的阻力较大，因此它们在压紧过程中需要较大的压制压力。压制压力值也取决于刨花的水分含量；水分含量越高，需要的压力越低。如果挤出设备的挤出通道的壁面温度增加，所需的压制压力值也会降低，这可以用刨花混合物的可塑性增加和高温下内应力减小来解释。由结合剂和刨花和/或木质颗粒的混合物组成的复合材料在初步压紧并获得成形复合材料的合适形状，即获得刨花/薄片的预变形之后，该形状被保持，并且随着温度和加压时间的增加，出现应力松弛，即在复合材料的初始压紧阶段产生的内应力被释放，因此所成形的合成物被加热和干燥，从而弹性压缩转变为塑性压缩(压制)阶段，在此过程中，所成形的复合材料获取预定的最终形状、结构和密度。在压紧区域B，复合材料被加热到温度不超过100℃，优选60-100℃，并保持在这一水平，而根据挤出的复合材料的密度和成品梁元件的预期强度，压制压力被保持在从2MPa到10MPa的范围内。 [0046] 在本发明的实施方式中，被馈送到加载区域A的复合材料沿着挤出设备的成形挤出通道6被输送，并且在压紧区域B借助减小设置在螺旋轴2上的螺线的螺纹7之间的成形通道6的体积并借助减小由螺旋轴2的外表面和成形通道6的壁面确定的成形通道6的空间体积而被压紧和压缩，从而被压实。在本发明的一个实施方式中，相对于复合材料在挤出设备的成形通道6中的轴向传递方向，即相对于挤出机的纵向中心轴线，复合材料的压紧既可以沿横向又可以沿纵向(轴向)进行。可以通过将挤出机通道设计成具有不断减小的横截面，即通过让挤出机通道6的壁汇合在所述挤出方向上，来进行压紧(横向压紧步骤)。在此情况下，成形通道6的外表面的形状可以呈截顶圆锥形或者截顶棱锥形，其顶端朝向复合材料在挤出过程中的运动方向。压紧也可以通过改变所述挤出机的螺旋轴2上的螺线的螺纹7的螺距使其沿挤出方向减小来进行(纵向压紧步骤)。在本发明的一个实施方式中，成形通道6的横截面减小区域与挤出机中螺旋轴2的螺纹螺距减小区域重合。在此情况下，在压制通道的壁汇合且螺旋轴2上的螺线螺纹的螺距减小的压紧区域B中，同时进行横向和纵向压紧。也可以接受那些区域仅部分重合的结构，例如，在合成物的初始压紧阶段进行纵向压紧，此时挤出通道的横截面恒定但螺线的螺距递减，随后进行横向压紧，即使用通道壁汇合、横截面减小的挤出通道，在此过程中，螺距可以保持不变也可以改变，至少是在某些段。根据本发明的方法的另一个实施方式，复合材料在挤出机的成形通道中沿纵向即与复合材料的运动方向一致的方向被压紧，相对于复合材料的初始密度，即压紧截面B入口处的密度，密度压紧比从1.5-2.5不等，此时加热到30-60℃的温度范围，此外，复合材料也沿横向被压紧，密度压紧比为初始密度的2-4，此时被加热到温度不超过100℃。在结束压紧区域B中的压紧(压制)和成形阶段之后，成形的复合材料借助成形通道6中的螺旋轴2的螺纹被传递、输送到挤出设备的下一个区域，即热处理和退火区域C，在该区域，包含在复合材料中的结合物硬化和凝结，从而在结合物和填充材料颗粒(优选的实施方式中为木质颗粒)之间形成坚固的、不可逆转的结合，即粘合，并且结合物颗粒一起(粘接)形成牢固的结合(接合)。在热量的影响之下，结合物发生硬化或者凝结，热量以预定的温度传递，该温度高于压紧区域B中的压制温度，而热量借助安装在挤出通道的加热壁中的加热单元4，另外也可以通过螺旋轴2内的内部通道被传递到复合材料。在硬化和退火之后，形成最终的截面闭合的梁元件，它具有所需的外部形状和所需的壁面密度，密度范围从约3 3 3 3 600kg/m-1100kg/m，最好从800kg/m-1000kg/m，根据壁面的密度和内部通孔的大小，整 3 个仿形元件的所述优选密度从300到550kg/m。在硬化阶段，根据结合物的含量、硬化剂的种类、等等，复合材料在挤出机的热处理区域C中被加热到从约100℃到250℃的温度，可选地从100℃到150℃。 [0047] 在挤出工艺的热处理和退火阶段之后，具有所需的预定形状和密度以及其他物理参数的精整过的梁元件就准备以热的状态或者选择在冷却之后退出成形通道，并且在退出挤出机之后，直接被切割成合适的纵向尺寸，然后通过天然的或者压力循环的冷却空气进行冷却，冷却空气不仅在元件的外面流动，而且还流过其内孔，从内部对其进行冷却。 [0048] 本发明的通过上述方法制造截面闭合的梁元件10、尤其是管状梁的挤出设备一般包括外壳，外壳中设有内部纵向成形通道6，所述通道被外部主体3封闭，其中在通道内部设有沿通道6的中心轴线延伸的旋转螺旋轴2。所述成形通道6的表面的外部轮廓可以任选，例如为多边形或者圆形，对应于所制造的梁元件的所需形状，此外，在其中一个实施方式中，通道6的表面设有沿通道6的轴向长度延伸的棱。螺旋轴2具有圆形横截面，并且其外表面设有螺纹7的至少一条割线，螺纹7具有螺线的轮廓，所述轴的一端借助电力传输单元与驱动装置1、优选马达结合。螺旋轴2的内部可以设置中心内部贯通通道，例如用于容纳加热或冷却装置，或者加热或者冷却介质循环装置。挤出设备一般具有三段一个接一个地设置的处理区域，其中所述成形段根据本发明位于硬化和退火段之前，即与所属领域已知的普通塑料挤出机相反。在本发明的挤出设备中，从设备的面对电力传输单元的一侧开始，设置的是挤出机的加载区域A，接下来是压紧区域B，复合材料的压紧、压制和成形工艺在该区域进行，然后在成形通道6的出口侧，设置的是对复合材料的成形元件进行硬化和退火的热处理区域C。在封闭成形通道6的主体3中，设置有加热单元4的加热元件4，可选的还有冷却单元。在其中一个实施方式中，在螺旋轴2中设置有辅助加热装置，可选的还有辅助冷却装置，所述加热单元4和冷却装置可以任何已知类型，像加热流体的循环装置，例如带有加热流体(液体或气体)循环的管式或者板条换热器或者带有热气吹风和/或电热元件(例如电阻或者感应加热元件)的加热器。冷却单元或者装置可以包括，例如带有冷却流体循环和/或冷却气(优选空气)吹风的换热器。 [0049] 在加载区域A中，挤出机的内部通道的横截面优选最大，加载区域A具有至少两个或者多个(例如4个)加载孔，它们彼此相对，位于成形通道6的相对侧，成形通道6中设有送料器5，例如典型的螺旋送料器，用于输送挤出的复合材料。在一个实施方式中，可以提供两个以上的加载孔和两个以上的螺旋送料器，优选4个或者更多的加载孔和螺旋送料器。但是根据本发明的送料器可以是其他任何类型，例如带式送料器、斗式送料器、刮板式送料器、振动送料器或者其他送料器。在加载部分A，挤出机的螺旋轴2一般具有直径恒定的横截面，而螺旋的螺纹的螺线不仅可以有恒定的螺距，而且在任选的优选实施方式中，至少在加载部分A的一部分长度上，螺线的螺纹的螺距可以改变，主要是沿挤出的复合材料在挤出过程中的传输方向、即朝着压紧部分B的方向连续减小。螺旋轴2的螺线的螺纹高度在挤出设备的加载部分A的整个延长线可以是恒定的，但优选在挤出机的其他部分(例如压紧部分B和硬化部分C)它可以较高，但该高度也可以是变化的，也可以与其他部分中的高度相等。 [0050] 在一个实施方式中，在加载部分中设置在螺旋轴6上的螺纹的螺线的轮廓可以具有尖锐的外棱，而在挤出设备的压紧和成形部分，螺纹7的螺线的外棱的轮廓优选端部不太尖锐，也可以选择它是平的或者圆的。在一个实施方式中，在压紧和成形部分B，至少在一些段上，限定在螺旋轴2的螺线的螺纹7之间的挤出成形通道6的空间体积减小，和/或限定在螺旋轴2的表面和成形通道6的表面之间的空间的体积至少在一些段也减小。在一个实施方式中，压紧区域B，至少在它的延长线的一部分上，优选在该部分的整个长度上，成形通道6的横截面不断减小，而成形通道6的外壁成型为沿挤出的复合材料的移动方向收敛。在本发明的另一个实施方式中，所述成形通道6在压紧区域B中的表面的外部轮廓，即成形通道6在压紧区域的表面，确定了截顶圆锥形或者截顶棱锥形，其顶点面向挤出的复合材料在挤出过程中的移动方向。可选地，在压紧部分B中，在其延长线的至少一部分上，设置在螺旋轴2上的螺线的螺纹7的螺距沿复合材料的移动方向不断减小。 [0051] 螺线的螺纹7的高度可以选择是恒定的或者可变的，特别的是它可以减小。在本发明的所述挤出设备的一个实施方式中，至少在压紧区域的延长线的一部分上，优选在整个区域上，挤出机的在压紧区域B中的螺旋轴2具有可变的横截面，螺旋轴2的横截面的所述直径朝着复合材料在挤出过程中的传输和移动方向不断减小。借助优选的实施方式，压紧区域的成形通道的横截面积减小的段与螺旋轴2的横截面直径减小的段至少部分彼此重合，优选在该区域B的整个延长线上都重合。另外，在本发明的一个实施方式中，那些段也可以与所述压紧区域的螺纹高度和螺旋轴6的螺线的螺距都减小的段至少部分重合。压紧和成形部分B也可以有其他实施方式，其中在成形通道6的横截面积减小且螺旋轴6的横截面的壁汇合的一部分中，至少在一些段中，保持不变。压紧和成形部分B中的螺纹的螺线的轮廓可以配置成等螺距，或者选择可变螺距，所述螺距沿挤出的复合材料在挤出处理过程中的传输方向减小。在另一个实施方式中，螺旋轴6的螺线的螺距在压紧部分B的一部分保持恒定，但也可以选择它在该部分是可变的，在该部分中，成形通道6的横截面是可变的，即不断减小。但是，在所述螺旋轴的横截面恒定和/或横截面变化的部分上，螺旋轴2的螺线的螺距也可以改变，并且它在成形通道6的横截面恒定或者可变的段上延伸。在一个实施方式中，在成形通道6的具有汇合壁和不断减小的横截面的段上，螺旋轴2的横截面积和螺线的螺距沿复合材料在挤出过程中移动方向都减小。螺纹高度可以选择是可变的，优选它可以减小。 [0052] 就本发明的挤出设备的压紧和成形部分B的结构而言，如上所述的形式和实施方式确保输送到该设备的复合材料相对于挤出通道6的螺旋轴2的中心轴线沿纵向和横向被压紧和压实。 [0053] 在热处理部分C，即在本发明的挤出设备的硬化和退火部分，成形通道6的横截面和螺旋轴2的横截面都保持不变，同样，螺旋轴2的螺线的螺距在该部分的整个延长线上一般保持恒定。另外，螺纹的螺线的外棱的端部可以是平的，或者也可以是圆的。此外，螺纹的螺线可以形成一个螺纹绕组，但也可以是使用两条螺纹螺线的双螺纹绕组，使用三条螺纹螺线的三螺纹绕组，以及使用四条螺纹螺线的四螺纹绕组，它们设置在螺旋轴的表面上。 [0054] 成形通道6在热处理部分C中的外形与所制造的将要获得的梁元件的外形符合，因此它可以形成多边形，例如矩形、正方形、六边形、八边形或者其他多边形，或者圆形、椭圆形或者卵形，另外，它还可以包括凸起和凹槽，例如，它可以具有星形的形状或者“榫槽”形或者多“榫槽”形，它在拐角处可以设置凹槽或者倒角，以及一般沿着成形通道的轴线设置在任何位置处的成形通道表面的圆周上的单个凹槽或者凸起。 |
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