(57)【要約】粉砕及び／又は破壊充填材料、主に木材チップ及びパーティクル、と熱硬化性樹脂とを含む複合材料から製造された、特に管状ビームの形態の、閉断面ビーム要素が与えられる。当該ビーム要素は一般に長手形状を有し、任意の多角形形状又は円若しくは長円形状の及び／又は任意の不規則形状の外形であって、好ましくは前記ビーム要素の外表面にわたって配列された凸部及び／又は凹部の断面を有し、付加的に当該ビーム要素は、好ましくは円断面の、内部貫通チャネルを形成する中心貫通開口を有し、当該内部貫通チャネルの表面には、当該ビーム要素の中心軸に対する、及びその中心軸に沿って好ましくは当該内部チャネルのその中心軸に沿った全長にわたって延びる、少なくとも一つのスクリュー又はらせん線の連続する輪郭が設けられる。当該複合材料から前記閉形状ビーム要素を製造する方法及び押し出しデバイスも与えられる。
2013522085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの充填材料及び少なくとも一つの結合物質を含む複合材料の閉断面ビーム要素、特に管状ビーム、を製造する方法であって、
前記充填材料は、天然由来のパーティクル及び／又はファイバ、好ましくは廃木材由来の粉砕及び／又は破壊木質材料、を含み、少なくとも一つの結合物質は熱硬化性樹脂を含み、
前記方法は、押し出しデバイス、例えば形成チャネル（６）及び回転スクリューシャフト（２）が中に配列されたスクリュー押し出し機、による調製複合材料の連続的な押し出しを含み、
前記方法は、連続的に互いに追従して行われる複数の処理段階、例えば、
前記スクリュー押し出し機のローディング領域（Ａ）において行われるローディングフェーズと、
前記複合材料が所定密度に締め固められて所望形状に形成される緻密化を受ける、前記締め固め領域（Ｂ）において行われる段階である前記複合材料の締め固め及び形成フェーズと、
前記ビーム要素の前記形成された形状及びサイズが固定されて前記ビーム要素に硬度が与えられる、前記スクリュー押し出し機の熱処理領域（Ｃ）において行われる段階である硬化及びアニーリングフェーズと
を含み、
前記複合材料は、前記ローディング領域（Ａ）における前記押し出し機にローディングされた後に前記押し出し機の前記形成チャネル（６）に沿って移動されて、前記締め固め領域（Ｂ）において、前記スクリューシャフト（２）上に設けられた一スクリュー線の複数スレッド（７）間に画定された前記チャネル空間の体積を低減することによって、及び／又は、前記スクリューシャフト（２）の表面と前記形成チャネル（６）の表面との間に画定された空間の体積を低減することによって、締め固めによる緻密化を受ける方法。
【請求項２】
複合材料における結合物質として使用される尿素ホルムアルデヒド樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素メラミンホルムアルデヒド樹脂、及び／又はポリエーテル樹脂を含む群から選択される、前記少なくとも一つの熱硬化性樹脂の含有物は、本質的に約４重量％から３０重量％の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結合物質の少なくとも一つは、充填材料の中に、前記充填材料のパーティクルの表面全体にわたって液滴の形態で分散することによる、好ましくは液滴の形態でスプレイすることによる、液滴法を使用して導入される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記複合材料は約４重量％から３０重量％の熱硬化性樹脂と前記充填材料としてのゆるい材料とを含み、前記複合材料のローディングステップの間、重力供給法が使用される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記充填材料は、植物由来の木材パーティクル及び／又はチップ及び／又は短いファイバ材料、好ましくはセルロースファイバ及び／又は天然ファイバ及び又は天然鉱物から得られるファイバ、好ましくは玄武岩又はガラスファイバ、からなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
触媒、疎水性添加物、無菌性添加物、減摩添加剤、及び／又は難燃剤から選択される少なくとも一以上の追加物質が、オプションとして前記複合材料に添加される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記複合材料は前記締め固め領域（Ｂ）において約６０℃から１００℃の範囲にある温度まで加熱され、前記熱処理領域（Ｃ）において前記複合材料は約１００℃から２００℃の範囲にある温度まで加熱される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記形成チャネル（６）の前記締め固め領域（Ｂ）において行われる前記複合材料の締め固めによる前記緻密化は、押し出し中の前記複合材料の移動方向に対する短手方向において、及びオプションとして前記押し出し機の前記スクリューシャフトの長手軸に平行であって押し出し中の前記複合材料の移動方向に一致する長手方向において行われる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
短手方向における及び長手方向における前記締め固めは、前記締め固め領域（Ｂ）の同じセグメントにおいて少なくとも部分的に同時に行われる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記複合材料は長手方向において、約３０から６０℃の範囲にある温度まで加熱されている間に、前記締め固めセクション（Ｂ）の入口における前記複合材料の初期密度の約１．５から２．５の範囲にある締め固め比で締め固められ、前記複合材料は短手方向において、１００℃を超えない温度まで加熱されている間に、初期密度の約２から４の範囲にある締め固め比で締め固められる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
粉砕及び／又は破壊充填材料、主に木材チップ及びパーティクル、と熱硬化性樹脂とを含む前記複合材料の請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法により製造された、特に管状ビームの形態の、閉断面ビーム要素であって、
前記ビーム要素（１０）は一般に長手形状を有し、並びに、任意の多角形形状又は円若しくは長円形状の及び／又は任意の不規則形状の外形であって、好ましくは前記ビーム要素の外表面にわたって配列された凸部及び／又は凹部の断面を有し、並びに、付加的に前記ビーム要素は、好ましくは円断面の、内部貫通チャネルを形成する中心貫通開口（２０）を有し、
前記内部貫通チャネルの表面には、前記ビーム要素の中心軸に対する少なくとも一つの、好ましくは前記内部チャネルのその中心軸に沿った全長にわたって延びるスクリュー又はらせん線（４０）の輪郭の形態で連続エッジが設けられるビーム要素。
【請求項１２】
前記内部貫通開口の断面積は、前記ビーム要素の全断面積の約３０％から約８０％である、請求項１１に記載のビーム要素。
【請求項１３】
天然由来の粉砕及び／又は破壊材料、特に木質チップ及びパーティクル及び／又は短いファイバ材料、を含む少なくとも一つの結合物質及び充填材料を含む複合材料の閉形状ビーム要素、特に管状ビーム、を製造する押し出しデバイスであって、
前記デバイスには、外部本体（３）により囲まれた長手内部形成チャネル（６）が配列されたハウジングが設けられ、前記チャネルの内側には、前記形成チャネル（６）の中心軸に沿って回転支持されかつ中心に配列された回転スクリューシャフト（２）が設けられ、前記スクリューシャフト（２）には、その外表面上に少なくとも一つのスクリュー線に沿って配列された複数スクリュースレッドが設けられ、前記スクリューシャフトは、その一端がパワーユニット（１）に接続され、さらには加熱手段（４）が前記デバイスの本体に配置され、
前記押し出しデバイスは、連続的に配置された複数の処理領域であって、ローディング領域（Ａ）、締め固め領域（Ｂ）、及び熱処理領域（Ｃ）を含み、前記締め固め領域（Ｂ）の少なくとも所定セグメントにおいて、前記スクリューシャフト（２）のスクリュー線の前記複数スレッド（７）間に画定された前記形成チャネルの空間が低減し、及び／又は、前記スクリューシャフト（２）の表面と前記形成チャネル（６）の表面との間に限られた空間の体積が低減し、さらには前記デバイスには、前記ローディング領域（Ａ）に複合材料を送る少なくとも２つ以上のフィーダ（５）が設けられるデバイス。
【請求項１４】
前記形成チャネル（６）は、前記締め固め領域（Ｂ）の延長の少なくとも一部において、押し出し中の複合材料の移動方向において連続的に低減する断面積を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記締め固め領域（Ｂ）における前記形成チャネル（６）の前記表面が、頂点が前記押し出し中の複合材料の移動方向に向かう円錐台又は四角錐台の形状を画定する、請求項１３又は１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記形成チャネル（６）の前記表面には、前記形成チャネル（６）の長さに沿って延びる少なくとも一以上のエッジが設けられる、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記スクリューシャフト（２）は、前記締め固め領域（Ｂ）の少なくとも前記締め固め領域の延長の少なくとも一部において、押し出し中の前記複合材料の移動方向において連続的に低減する断面の可変直径を有する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記形成チャネル（６）は、前記締め固め領域の前記締め固め領域（Ｂ）の延長の少なくとも一部において、押し出し中の前記複合材料の移動方向において前記断面積が連続的に低減する一方、前記スクリューシャフト（２）は、前記締め固め領域の前記一部の所定セグメントにおいて、押し出し中の前記複合材料の移動方向においてその断面積の直径が連続的に低減する、請求項１３から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記スクリューシャフト（２）は、前記熱処理領域（Ｃ）において、その断面が一定の直径である、請求項１３から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記形成チャネル（６）は、前記熱処理領域（Ｃ）において、その断面が一定の形状及びサイズである、請求項１３から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記スクリューシャフト（２）の複数スレッドの一スクリュー線の前記ピッチは、前記ローディング領域（Ａ）の延長及び／又は締め固め領域（Ｂ）の延長の少なくとも所定セグメントにおいて可変であり、好ましくは押し出し中の前記複合材料の移動方向において連続的に低減する、請求項１３から２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記スクリューシャフト（２）の複数スレッドの前記スクリュー線は、一のスレッド、二重のスレッド、三重のスレッド、四重のスレッドとして、又はこれらより多くのスレッドを有して設計される、請求項１３から２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記スクリューシャフト（２）には冷却手段及び／又は加熱手段（４）が設けられる、請求項１３から２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は閉断面ビーム要素、特に、好ましくは天然産のパーティクル又はファイバ材料である充填材料を含む複合材料の管状ビームのような中空ビームを、連続押し出し法を使用して製造する方法に関する。当該充填材料は、木材チップ及び／又は粉砕若しくは破壊材料に基づく材料を含む。本発明はまた、当該方法、及び特に当該連続押し出し法による製造のための押し出しデバイス、により製造される閉断面ビーム要素に関する。複合材料の前記閉断面ビーム要素は、天然産のパーティクル又はファイバ材料を含み、好ましくは木材粉砕及び／又は破壊材料を含む。本発明に係る方法を使用して製造されたビーム要素は、パッケージング、家具を製造するための又は建築工学における建築要素として適用できる。これは、例えば、数階建ての建物を建設している間と仕上げ及び修理作業の間との双方における、建設業のための支持構造物を含む。
【背景技術】
【０００２】
建築工学及び建設業において、異なるサイズの削りくず、チップ、及び木片又はパーティクル、さらには木材加工若しくは木材処理由来の又は家具、仕上げ板、羽目板等のような木製品製造由来の廃材であることが通常の木材粉塵の形態である、粉砕及び／又は破壊木材のような木材を使用して異なるタイプの要素を製造することは業界周知である。削りくず、チップ等の木廃材から作られた要素の周知な産業製造物は一般に平坦形状であり、パーティクルボード、ファイバボード、合板、ＯＳＢ若しくはＬＳＬボード、及びこれらからなる要素のような板状の形態であるのが通常である。これらは、ベニヤの平坦片を、接着剤を使用して層状に貼り合わせて製造されるビームも含む。
【０００３】
木材チップ又はパーティクルのような廃木材の形状要素を含む運搬パレットを製造する方法が一般に業界周知である。通常は板又はパレットである平坦な形状要素は産業上の慣行において、成形押し出し又はプレス成形のような方法により製造される。例えば、特許文献１において、５１から７０重量％の木材パーティクル、通常は植物由来の削りくず、チップ等の細かなパーティクル及びファイバ並びに木材粉塵、が５から１５重量％のタルク粉と、オプションとしての１から５重量％以下の他の添加物と、結合剤としての２０から４５重量％の合成樹脂と混合された組成材料が押し出される方法が開示されている。当該複合材料が鋳型に射出され、スタンピングダイによりプレスされる。他の周知のソリューションによれば、平坦な形状要素が、木材パーティクルの形態の廃木材及び熱硬化性結合剤からなる材料から成形押し出しされる。当該平坦な形状要素は例えば、特許文献２によれば、運搬パレットのための形状要素である。このソリューションでは、複合材料が、開いた平坦な鋳型に射出充填された後、異なるプレス圧力のもとで締め固められて押し出し板の表面に突出リブがもたらされる。この後、当該押し出し製品は硬化処理を受ける。また、特許文献３からは、例えばＩビーム形状の態様の形状要素を圧縮成形する製造方法が周知である。
【０００４】
業界周知の上記製造方法のいずれも、閉断面又は閉形状の３Ｄビーム要素、すなわち、例えば中空管状ビームのような、当該要素の中心においてその全軸長にわたって延びる中心開口／チャネルが設けられた要素、の製造をもたらさない。
【０００５】
通常は異なるサイズの削りくず及びパーティクルである破壊又は粉砕木廃材の中空閉断面要素を製造する試みはあった。例えば、円中心貫通開口を備える外形が異なる形状、円、又は多角形を有する長手管状ビームである。しかしながら、当該試みは実験的な開発段階で終わっていた。試みは、適切な構造を有するスクリュー押し出し機を使用して、この種の管状ビームを連続押し出しすることによって製造することに関連していたが、製造されたビームの品質及び強度と製造工程の滑らかさ及び有効性とのいずれの点でも満足のいくものではなかった。したがって、前記ソリューションのいずれもこれまでのところ、実験フェーズを抜け出ていない。また、当該種類の管状ビームの製造工程に関する産業製造技術は開発されていない。当該周知の実験的ソリューションは、例えば、旧ソ連の第ＳＵ２８１８１１、ＳＵ１１１００６１Ａ、ＳＵ１５６２１４７Ａ１、ＳＵ９１４３２１、ＳＵ４１５１６９、ＳＵ９１２５３６、ＳＵ１１７２７１６Ａ、ＳＵ５７７１３６、ＳＵ１１２１３２３７Ａ号特許公報に記載されていた。熱硬化性結合剤と混合された、異なる形状及びサイズの削りくずを含む複合材料がスクリュー押し出し機を使用して押し出しされる。前記複合材料は、当該スクリュー押し出し機の押し出しチャネルに送り込まれる。当該チャネルにおいて、回転可能押し出しスクリューシャフトが中心に配置される。当該スクリューシャフトは、当該押し出しチャネルの全長にわたって一定の直径を有し、その外表面全体にわたって配列されたスクリュー線の複数スレッドを有する。前記複合材料はまず、押し出し方向に収束する壁を有する押し出しチャネル領域における、すなわち当該領域におけるチャネル断面が低減されるチャネル領域における、高温かつ高圧の条件下での圧縮により締め固め及び緻密化を受けることにより押し出される。その後、成形された複合材料が、不変断面を有する押し出しチャネル領域において硬化温度まで加熱することにより硬化される。
【０００６】
上述の特許公報において、押し出された複合材料は、ホッパに送った後に異なる構造の分配デバイスによって分配されることで、当該押し出し機のローディング領域まで送られる。また、回転円板形態の分配デバイスと協働する一の供給スクリューにより一側から送られる。押し出し機本体において、押し出しチャネルの近くに加熱ユニットが配置される。当該押し出された複合材料の適切な密度への緻密化又は締め固めの適切な比を得るべく、締め固め領域において、押し出しチャネルの収束する断面の後ろに他の手段が設けられる。例えば、押し出し機のセグメントであって、押し出し方向において低減する締め固め領域の当該セグメントにおいて断面積は一定であるがスクリュースレッド線のピッチが変化するセグメントが設けられる。さらなる実施例において、付加的には、スクリュー線の複数スレッドの高さが押し出し方向において低減される。上述のように、開示のソリューションのいずれも、満足な結果の達成をもたらさず、製造の実施が実現されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５５２８０号公報
【特許文献２】米国特許第４，５５９，１９５号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第３３２１３０７（Ａ）号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明により解決される技術的課題は、産業上適用可能な、閉断面ビーム要素の製造方法を与えることにある。当該閉断面ビーム要素は、例えば構造要素であって、粉砕及び／又は破壊木材を含む複合材料の、スクリュー押し出しデバイスを使用した連続押し出しによって最小限可能な材料消費で製造される。均一な外表面を有し、良好な機械的強度及び安定した物理的特性を有するビーム要素を得ることができる。同時に、製品の産業製造雰囲気の条件下において、当該製造方法の良好な経済的効率及び有効性を与えることが保証される。
【０００９】
本発明の他の目的は、形状閉断面ビーム要素を連続的に製造する押し出しデバイスを与えることにある。当該デバイスは、産業製造雰囲気の条件下において適切に機能する。また、中心軸貫通開口を伴う任意の多角形管又は円管として成形された外形の、外表面及び断面が任意の所望形状である閉断面形状ビーム要素を与える。
【００１０】
一側面では本発明は、少なくとも一つの充填材料及び少なくとも一つの結合物質を含む複合材料の閉断面ビーム要素、特に管状ビーム、を製造する方法を与える。当該充填材料は、天然由来のパーティクル及び／又はファイバ、好ましくは廃木材由来の粉砕及び／又は破壊木質材料、を含み、少なくとも一つの結合物質は熱硬化性樹脂を含む。前記方法は、押し出しデバイス、例えば形成チャネル及び回転スクリューシャフトが中に配列されたスクリュー押し出し機、による調製複合材料の連続的な押し出しを含む。前記方法は、連続的に互いに追従して行われる複数の処理段階、例えば、前記スクリュー押し出し機のローディング領域（Ａ）において行われるローディングフェーズと、前記複合材料が所定密度に締め固められて所望形状に形成される緻密化を受ける、前記締め固め領域において行われる段階である前記複合材料の締め固め及び形成フェーズと、前記ビーム要素の前記形成された形状及びサイズが固定されて前記ビーム要素に所望硬度が与えられる、前記スクリュー押し出し機の熱処理領域において行われる段階である硬化及びアニーリングフェーズとを含む。前記複合材料は、前記ローディング領域における当該押し出し機にローディングされた後に前記押し出し機の前記形成チャネルに沿って移動されて、前記締め固め領域において、前記スクリューシャフト上に設けられた一スクリュー線の複数スレッド間に画定された前記チャネル空間の体積を低減することによって、及び／又は、前記スクリューシャフトの表面と前記形成チャネルの表面との間に画定された空間の体積を低減することによって、締め固めによる緻密化を受ける。
【００１１】
本発明の他側面は、上述の方法により製造されて、粉砕及び／又は破壊充填材料、主に木材チップ及びパーティクル、と熱硬化性樹脂とを含む、特に管状ビームの形態の、閉断面ビーム要素に関する。前記ビーム要素は一般に長手形状を有し、並びに、任意の多角形形状又は円若しくは長円形状の及び／又は任意の不規則形状の外形であって、好ましくは前記ビーム要素の外表面にわたって配列された凸部及び／又は凹部の断面を有し、並びに、付加的に前記ビーム要素は、好ましくは円断面の、内部貫通チャネルを形成する中心貫通開口を有し、当該内部貫通チャネルの表面には、少なくとも一つのスクリュー又はらせん線の輪郭の形態で連続エッジが設けられる。
【００１２】
本発明のさらなる他の側面では、少なくとも一つの結合物質及び充填材料を含む複合材料の前記閉断面ビーム要素を製造する押し出しデバイスが与えられる。当該充填材料は、天然由来のパーティクル、特に木材チップ及び／又は短いファイバ、を含む。当該デバイスにはハウジングが設けられる。当該ハウジング内では、長手内部形成チャネルが配列され及び外部本体により囲まれる。前記チャネルの内側には、当該形成チャネルの中心軸に沿って回転支持されかつ中心に配列された回転スクリューシャフトが設けられる。当該スクリューシャフトには、その外表面上に少なくとも一つのスクリュー線に沿って配列された複数スクリュースレッドが設けられる。前記スクリューシャフトは、その一端が駆動ユニットに接続され、さらには加熱手段が当該デバイスの本体に配置される。前記押し出しデバイスは、連続的に配置された複数の処理領域、すなわちローディング領域、締め固め領域、及び熱処理領域を含む。前記締め固め領域の少なくとも所定セグメントにおいて、前記スクリューシャフトの一つのスクリュー線の前記複数スレッド間に画定された前記形成チャネル空間の体積が低減し、及び／又は、前記スクリューシャフトの表面と前記形成チャネルの表面との間に限られた空間の体積が低減する。さらに前記デバイスには、複合材料を前記ローディング領域に送る少なくとも２以上のフィーダが設けられる。
【００１３】
以下の詳細な説明及び図面により、本発明のさらなる側面及び実施例が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
複数の実施例に表される本発明が、添付図面を参照してさらに図示及び記載される。
【００１５】
【図１】本発明に係るビーム要素の、一部が断面の側面図を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【図３】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図４】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図５】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図６】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図７】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図８】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図９】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図１０】本発明の異なる実施例に係るビーム要素の断面平面図である。
【図１１】本発明に係る押し出しデバイスの変形例の一つにおける実施例の概略図である。
【図１１ａ】本発明の一実施例の例示的なスクリューシャフトの一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施例の一つに係る図１及び２に例示的に表される閉断面ビーム要素１０を製造する方法は特に、ビーム要素１０の長手軸沿いに延びる中心開口２０を有する、管状ビームの形態の閉形状を有する要素の製造に関する。前記開口が一般に円断面である一方、当該ビーム要素の外形は、多角形、円、回転体等の可能な形状のような任意の適切な形状の断面を有する。図３から１０に示す本発明に係る閉断面ビーム要素１０は特に、その外形の断面が矩形、正方形、六角形、八角形等の多角形の形状であり得る。前記外形の輪郭は、当該ビーム要素の中心長手軸に沿って一般に延び、かつ、その外表面の全体又は少なくとも一部に延びる長手凹部及び／又は凸部を含み得る。当該凸部及び／又は凹部は例えば、前記ビーム要素の外壁の対角線において対称又は非対称に配列され得る。本発明に係る前記ビーム要素１０は、複数の四分円が取り除かれた「星のかけらタイプ」ビーム又は一の「さねはぎ」タイプ若しくは複数の「さねはぎ」タイプの形状をとり得る。凸部及び凹部は角に、側部に、及び／又は対応する側面の中心に配列することができ、さらには相補的パターンの形態で、すなわち、凸部が一側面に配列され及び対応形状の凹部が対向側面に配列された状態で（図６、図１０）配列することができる。本発明の一実施例に係るビーム要素１０は、特に本質的に円断面の長さ方向中心開口２０を含む。その表面には、一スクリュー線の複数スレッド４０の形態の凸部３０が設けられる。前記凸部は当該開口の長手軸沿いに延びる。スクリュー線が、一つに、二重に、又はこれより多くつけられている複数の実施例が存在する。前記内部貫通開口２０の断面積は、前記ビーム要素の全断面積の約３０％から約８０％の範囲にある。
【００１７】
本発明に係る閉断面の、すなわち閉形状を有する、ビーム要素の製造方法は、鉱物又は植物原料及び結合物質、特に熱硬化性結合物質、を含む天然由来の複合材料からの、スクリュー押し出しデバイスによる連続押し出し工程を使用した管状ビームの形態でのビーム要素１０、好ましくは特定の設計のスクリュー押し出し機の押し出しステップを含む。本発明に係る前記押し出し工程は、当該押し出しデバイスの適切な領域において実行される以下のステップを直接的に逐次含む。すなわち、調製された複合材料を当該押し出しデバイスの中にローディングするステップ、締め固め又は圧縮による緻密化及び当該複合材料の形成段階、並びに熱処理及び加圧浸漬ステップ、すなわち形成されたビーム要素１０の硬化及びアニーリングをするステップである。
【００１８】
押し出し複合材料を調製する基本材料は充填材料である。当該充填材料は、鉱物原料からのチップ、パーティクル、若しくはファイバ、及び／又は、植物由来のファイバ化若しくは粉砕された及び／又は破壊された材料を含むが、特に、木材又は木製材料のチップ、断片、及びパーティクルを含む。例えば、木材産業の製造若しくは処理工程からの破壊廃材、又は市場向きでない木材、及び他のセルロースパーティクル又はファイバ、並びに、植物の幹等の部分からのファイバ破壊廃材である。鉱物原料に基づく前記充填材料は、ファイバ要素、ガラスファイバ、スラグウール、及び類似のファイバ又はパーティクルを含み得る。化学的に不活性な選択された鉱物材料を、充填材料の一成分として使用することができる。例えばアスベスト材料である。本発明によれば、充填材料は、上述のパーティクル材料の一種、又は、上述のパーティクル若しくはファイバ材料から選択された２つ以上の材料を含む、鉱物由来及び植物由来双方の混合物であり得る。
【００１９】
セメント又は石膏添加物を加えることもできる。これらは、閉形状製品、有利にはビーム、に対して特定の機能及び特徴を与える結合物質としての付加的な機能を有し得る。
【００２０】
充填材料としての原料のコスト及び入手容易性の観点から特に好ましく有利な本発明の方法の一実施例においては、粉砕及び／又は破壊木材が使用される。これらは、燃料木材、産業チップ、製材所及び木材処理工場からの、又は、木製材料を含む家具及び家具要素、合板、並びに異なる種類の板のような産業製造木質製品からの廃木材を含み、及び、例えば粗い廃材片若しくは細かいパーティクル廃材の形態の削りくず、チップ、おがくず、板の切りくず、ストリップ若しくはストリップ切りくずのような木の伐採からのパーティクル材料の形態の廃木材も含む。
【００２１】
さらなる一実施例においては通常、チップ及び／又は削りくずに破壊された木材が基本的種類の原料として使用される。しかしながら、使用される削りくずの形状及びタイプは、製造されたビーム要素の品質、並びに、表面粗さ、機械的強度、流体特に水、蒸気、及び結合物質の浸透性、及び膨張能力のような機械的特徴にかなりの影響を与える。
【００２２】
トウヒ、マツ、モミ、カラマツ、ヒマラヤスギ、ブナ、オーク、トネリコ、ライム、ハンノキ、カエデ、カバノキ、アスペン、ポプラ等のような異なる種類の硬木及び軟木を、本発明の閉断面ビーム要素１０の製造に使用することができるが、一種の使用済み木材タイプは、製造された要素の品質並びに機械的及び物理的特性にかなりの影響を与える。例えば、マツ木材を含む充填材料から製造されたビーム要素が高い強度を有する一方、ブナ木材を含む充填材料のビームは低い強度を有する。マツ木材を含む材料から製造された要素が高い膨張能力を有する一方、ブナ木材を含む材料から製造された要素は低い膨張能力を有する。
【００２３】
充填材料として使用される粉砕木材を構成する削りくずの種類及び品質もまた、製造されたビーム要素の品質、特に機械的強度、に影響を与える。ビームの前記品質は、製造工程においてできる限り滑らかかつ均一な表面を有するチップ及び削りくずが使用される場合に相当高くなる。パーティクル／削りくずの表面粗さが木材による結合物質の吸着（吸収）を増大させるからである。粗い削りくず及びパーティクルに対しては結合度が低いので、接着／結合ジョイントの強度が減少し、得られる製品は構造の層間剥離を受けやすい。これにより、機械的強度が弱くなる。
【００２４】
木材タイプに関して、粉砕木材から製造されたビーム要素の品質に影響を与える付加的な因子の一つは、所定の木材タイプの流体特に流体結合物質に対する親水特性及び浸透性、すなわち異なる流体が材料を通って流れる能力、である。木質材料の流体に対する浸透性が高ければ高いほど、多くの物質が吸収される。流体に対する浸透性レベルの増大に関する主な木材タイプは以下のとおりである。心材を有する軟木、例えばカラマツ、ヒマラヤスギ、マツ；心材を有する硬木、例えばオーク、トネリコ、ポプラ；心材を有しない軟木、例えばモミ、トウヒ；及び心材を有しない硬木、例えばブナ、ライム；辺材を有する硬木、例えばハンノキ、カエデ、カバノキである。流体に対する浸透性の観点から本発明に係るビーム要素を製造するのに最も適切な木材タイプはマツ及びヒマラヤスギであるが、ポプラ木材及び軟木、主にマツ木材及びトウヒ木材、が充填材料としては特に好ましい。
【００２５】
さらに、本発明に係るビーム要素の製造工程の観点からは、充填材料を構成するパーティクルの酸性度すなわちｐＨ値も重要である。製造工程中、予め決定される固定された時間の間に結合物質が適切に硬化するように、使用される結合物質の量が、木材のｐＨのタイプを考慮して決定される。結合物質の硬化／樹脂硬化の時間を決定すること及び当該時間の制御を決定することは、充填材料として、それぞれが異なるｐＨ値を有する異なる木材タイプのパーティクル木材混合物が使用される場合に特に困難となる。したがって、本発明に係る方法の好ましい実施例においては、一種類の木材又は固定された一定組成を有する異なるタイプの木材混合物が使用される。
【００２６】
本発明により製造されたビーム要素の機械的特性もまた、使用される充填材料の品質により、特に前記木質材料に含まれる樹皮及び腐食物の量により、影響を受ける。これは特に、製造工程からの廃材及び製材所からの廃材に関連する。前記木質材料に大量の腐食物が存在する場合、製造工程に送られる前に除去する必要がある。
【００２７】
さらに、ビーム要素の機械的強度に対し、並びに押し出しの及び本発明のビーム要素製造中のプレス工程全体のパラメータに対し、使用される木質材料の湿分が影響を有する。例えば、木工からの廃材の湿分が４０から６０％となり得る一方、水路により送られる製材所木材の場合は、湿分が１２０％にも達し得る。家具製造からの廃材の場合は、湿分が約１２％となり得る。木材の湿分が高いと、製造されたビーム要素の構造に対し、要素内に気泡生成がもたらされるという負の影響が与えられる。しかしながら、多孔性細管体のような削りくずの不十分な湿分は、結合物質の著しく増大した吸収をもたらす。その結果、結合及び接着工程に関与する結合物質の、チップ及び削りくずの外表面に残る量が著しく低下し、充填材料の結合力及びひいては製造されたビーム要素の機械的強度に負の影響が与えられる。低湿分での充填材料の締め固めは困難となり、高い圧縮圧力が必要となる。これは、増大した電力消費を伴う。加えて、充填材料における湿分分布の不均一性は、製造されたビーム要素の厚さ及び密度の不均一性をもたらす。
【００２８】
本発明において上記を考慮すると、本発明のビーム要素の製造工程において使用されるチップ及び削りくずの湿分は、チップ及び削りくずの総重量の２から５重量％の範囲である場合が特に好ましいが、押し出しのために設計された複合材料は１８重量％までの湿分を有し得る。加えられる熱硬化性物質はおよそ５０％の接着乾燥物及び５０％の水を含むことが仮定される。
【００２９】
本発明に係る方法において、充填材料として適用される基本原料は、チップ、削りくず、及び細かいパーティクルの形態の粉砕木材である。これらのパーティクル及び／又は削りくずの形状及びサイズは、製造されたビーム要素の、例えば長手及び短手のローディングのための機械的強度のような強度特性に重大な影響を与える。また、表面粗さ並びに構造及び色の分布の均一性に重大な影響を与える。一般に平坦な長手形状かつ滑らかな表面を有する削りくず又はチップが最も好ましい。最高の機械的強度を有するビーム要素の製造が得られるからである。短くかつ３次元的にねじれた削りくずを使用すると、低い機械的強度の製造ビーム要素が得られる。低い機械的強度はまた、粗い削りくずを使用する場合にも得られる。削りくずの厚さが大きいとビーム表面の粗さが大きくなる。しかしながら、削りくずの厚さが小さいとその脆性が高くなり粉塵がもたらされるので、ビーム要素の機械的強度が低減する。一般に、ビーム要素の機械的強度は、適用される削りくずの長さが増大するにつれて増大し、削りくずの幅が増大するにつれて低減する。さらなる実施例によれば、短い長手ファイバ材料又は一般に針構造を有するファイバが使用される。
【００３０】
本発明のさらなる他実施例によれば、異なるタイプの削りくず、ファイバパーティクル、並びに、おがくず並びに処理木質粉末及び研磨粉末を、本発明のビーム要素の製造方法のもとで適用することができる。当該削りくずは、厚さ０．１５から０．４５ｍｍ、幅０．２５から１２ｍｍ、及び長さ０．２５から４０ｍｍの寸法を有する平坦削りくず、厚さ０．１５から０．４５ｍｍ、幅０．２５から２ｍｍ、及び長さ０．２５から４０ｍｍの寸法を有する針形状削りくず、厚さ０．１０から０．２５ｍｍ、幅０．２５から２ｍｍ、及び長さ２から８ｍｍの寸法を有する細かい削りくずを含む。当該ファイバパーティクルは０．２５ｍｍまでの厚さ、０．２５までの幅、及び６ｍｍまでの長さを有する。本発明に係る方法において使用される木質パーティクル及び削りくずの好ましい寸法は以下の範囲にある。すなわち、厚さ０．２から０．５ｍｍ、幅０．５から５ｍｍ、及び長さ５から２０ｍｍである。相対的に小量のおがくず及び木質粉末の添加は、充填材料の乾燥物質に対して２０重量％を超えることがないのが許容可能である。
【００３１】
本発明に係る方法において、押し出しのための複合材料を調製するべく、少なくとも一つの結合剤及び／又は物質が、削りくず、粉砕木パーティクル、及び木質粉塵、並びにこれらの混合物により構成される充填材料に添加される。当該一以上の結合剤又は結合物質は、削りくず、チップ、及び木質パーティクルの表面に適用され、その工程は削りくずのターリングと称する。本発明の好ましい実施例において、結合物質／剤が、充填材料の削りくず及びパーティクルの全表面にわたってスプレイされる。
【００３２】
本発明によれば、押し出しのための複合材料を製造するべく、通常は樹脂が結合物質／剤として適用される。すなわち、当該樹脂とは、熱及び圧力の影響下で、木質パーティクル及び削りくずを含む充填材料のパーティクルを、安定した態様でともにつなぎ、結合し、又は接着することができる樹脂である。特に、熱硬化性樹脂が好ましい。これは、加熱した場合に液体から始まり懸濁状態まで至った後、不可逆的に固体状態まで通過する。当該熱硬化性樹脂は、尿素ホルムアルデヒド樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、及び尿素メラミンホルムアルデヒド樹脂、並びにポリエーテル樹脂を含む群から選択される。上述の熱硬化性樹脂に基づく結合物質を使用して充填材料パーティクルを結合することにより、良好なジョイントが達成される。ビーム要素は高い剛性及び機械的強度を実証する。大気条件に対する、特に水及び温度の変化に対する、高い耐性を有するビーム要素を製造するには、フェノールホルムアルデヒド樹脂が最も適切である。これは加えて、生物学的薬剤、菌類、かび、虫等の影響に対して耐性があるが、尿素ホルムアルデヒド樹脂よりコストがかかる。また、長いプレス時間が必要であり、増大した製造コストにつながる。上述に関連し、例えば建築工学における特定用途のためのビーム要素を製造する場合、フェノールホルムアルデヒド樹脂及び尿素メラミンホルムアルデヒド樹脂の適用が好ましい。しかしながら、尿素ホルムアルデヒド樹脂は、これを使用して製造されたビーム要素に対して相対的に劣る動作パラメータを与えながらも、製造が安価かつ一層効率的である。
【００３３】
オプションとして、充填材料及び結合物質からなる上述の基本組成物に係る押し出しのための組成材料に対し、その用途に関連する要求に応じて添加物質を加えることができる。例えば、反応を加速する触媒、製造されたビーム要素に特定の特性を与える潤滑剤等の添加物である。複合材料は一以上の添加物を含み得る。例えば、当該添加物は、パラフィン、セレシン、ペトロラタム、又はワックスのような疎水性添加物を含む群から選択し得る。これらは、製造工程中において、溶融若しくは乳濁液の態様で又は樹脂の一成分の形態で削りくず／チップに添加される。オプションとして、ペンタクロロフェノールのような無菌性添加物を充填材料の乾燥物質の１から２重量％の量で、又はフッ化ナトリウム及びフルオロケイ酸ナトリウム並びにフルオロケイ酸ナトリウムと硫酸銅（ＩＩ）５水和物若しくは塩化亜鉛との混合物を、並びに押し出し中の摩擦を低減するさらなる添加物を添加し得る。耐火性に関連する特定の用途及び要求の場合、耐火性を増大させる添加物を結合物質に添加し得る。特に、オルトホウ酸、オルトリン酸、又はこれらの塩及び混合物のようなアンチピレンを、他の物質とともに、例えば塩化亜鉛とともに添加し得る。押し出しのための複合材料は所定量の硬化剤も含み得る。
【００３４】
充填材料とともに使用かつ混合される結合物質の量、及びその充填材料に適用する方法は、製造されるビーム要素の品質と機械的及び物理的特性との双方に並びに製造コストに重大な影響を与える。本発明の方法において、重要な因子の一つは、充填材料パーティクル、特にチップ及び削りくず、の表面にわたって結合物質／剤の均一分散を与える態様での、複合材料の完全かつ正確な混合である。これを得るには困難を伴う。というのは、結合物質／剤の体積が、充填材料パーティクルの体積及び特に外表面と比較して相対的に小さいからである。
【００３５】
パーティクル及び削りくずを結合物質、好ましくは接着物質、の連続層で覆うには、削りくず及びパーティクルの表面の凹凸を当該物質で充填する必要がある。これにより、相対的に高価な結合物質の消費が増大することとなり、製造コストが高くなる結果ともなる。結合物質の消費すなわち結合物質の必要量を低減し、かつ、製造コストを低減するべく、結合物質を液滴法により充填材料パーティクルの表面にわたって分散させる。すなわち、連続的なコーティングを適用する代わりに液滴の形態が使用される。その結果、パーティクル及び削りくずの接着が、これらの表面にわたって分散するスポット接着部位において達成される。一実施例において、液滴形態の少なくとも一つの結合物質／剤が、スプレイ法により充填材料パーティクルの表面にわたって添加される。液滴での当該適用方法により、複合材料の等しく有効かつ十分に機械的な強度の接着を、低減されたコストで得ることができる。これは、結合物質がパーティクル及び削りくずの表面にわたって非常に精密に分散される場合、したがって充填材料及び結合物質からなる複合材料の適切な混合が技術的要求及び技術に応じて確実となり得る場合である。本発明において、湿分に応じて、好ましくは、完全に乾燥した充填材料の質量に対して２重量％から１５重量％の量の樹脂乾燥物質への変換後において、好ましくは完全に乾燥した削りくず、製造されたビーム要素のタイプ及び指定に応じて、複合材料は一般に、上述のタイプの樹脂からなる約４重量％から３０重量％の結合物質含有量を有する。複合材料における結合物質含有量の当該比率により、充填材料パーティクルの適用は、湿分が１８％よりも高くない削りくずの形態においてが好ましい。
【００３６】
閉断面ビーム要素、すなわち本発明に係る閉形状を有するビーム要素、の製造方法において本工程の最も責任あるステップは、上述の態様で調製された複合材料が、締め固め（プレス）による緻密化を受けて最終製品に形成される押し出し動作にある。さらなる段階において硬化及びアニーリングがビーム要素にもたらされる応力を解放するべく行われた後に、サイズのトリミングが行われる。本工程の当該段階は、製造された製品の品質及び生産性双方に重大な影響を与える。上述の成分を使用して、好ましくは粉砕及び／又は破壊木質材料である充填材料と、オプションとしての添加物及び所定量の空気及び水を伴う結合物質とからなる混合物の形態で調製された複合材料が、通常は特定の構造を有するスクリュー押し出し機である押し出しデバイス１のローディング領域Ａに供給される。当該空気及び水の存在は、複合材料の混合成分及びその混合工程の性質からもたらされる。複合材料の供給は通常、少なくとも一つのフィーダ５により実現される。フィーダ５は例えば、ベルトフィーダ、スクレーパフィーダ、スクリューフィーダ、バケットフィーダ、振動フィーダから選択される。好ましい実施例においては、少なくとも２つのスクリューフィーダ５が存在する。スクリューフィーダ５は、ローディング領域Ａの互いに対向する側部に配列されるが、４つ以上のスクリューフィーダも可能である。同様に、複合材料をローディング領域に供給する他の方法も使用できる。ゆるい材料である充填材料の場合、複合材料の重力による供給を使用することもできる。これは、複合材料における結合物質の量が、約３重量％から３０重量％の範囲の相対的に少ない場合に特に有利である。当該段階中、本発明の実施例において複合材料はオプションとして、正しいプレスの前に約４０から６０℃の温度まで予熱される。
【００３７】
その後、通常は、押し出しチャネル６の本体の中に、及び付加的に、オプションとしてはスクリューシャフト２の内部チャネルの中に配列された加熱ユニット４により、外側から送られる加熱及び加圧の同時作用のもと、複合材料は、締め固めすなわちプレス及び押し出しデバイスの締め固め領域Ｂにおける形成（成形）による緻密化を受ける。これにより、締め固め中、複合材料の湿分、空気量、及び体積が低減され、結合物質により覆われた充填材料の複数のパーティクルは、材料の体積内でランダムな配向を達成し、互いの及びこれらの間に配列された結合物質の液滴との接触がもたらされる。締め固め領域Ｂ内の圧力が増大するにつれて、複数の木質パーティクルは変形されかつ互いに交差し、これらの間の接触表面も増加する。これにより、結合表面、有利には接着表面、の増大がもたらされる。接触表面の増大は分子接触力の増大と関連し、双方の因子が、充填材料におけるパーティクルの結合（接着）強度の増大に、及びひいては製造されたビーム要素の高い強度に、影響を与える。圧力値は、プレスされる充填材料、すなわち異なるパーティクル並びに削りくず及び可能であればファイバの混合物、の物理的特徴及びさらにはプレス条件を考慮して選択される。
【００３８】
充填材料が粗い削りくずの多くの含有量を含む場合、大きな圧縮力が要求されるので、粗い削りくずの大部分の弾性及び剛性を克服するべく、並びに、押し出しチャネルを出た後におけるプレス圧力の低減又は完全な解放のもとでの、形成されたビームの以前の形状への再変形（部分的な戻り）を防止するべく、高いプレス圧力が必要とされる。複合材料が例えば、カバノキ木材の多くの含有量の削りくずを含む場合は、相対的に低いプレス圧力を使用することができる。というのは、当該削りくずがプレス中に及ぼす接線方向及び径方向の抵抗力が小さい一方、軟木の削りくずが短手方向（ファイバを横切る方向）の圧縮中に及ぼす抵抗力は大きく、これにより、締め固め中に大きなプレス圧力が要求されるからである。プレス圧力値はまた、削りくずの湿分に依存する。湿分が高ければ高いほど、要求される圧力は低くなる。プレス圧力の必要値はまた、押し出しデバイスの押し出しチャネルの壁温度が増大すると、低減する。これは、削りくず混合物の可塑性が増大することによって、及び高温においては内部応力が低減することによって、説明可能である。結合剤と削りくず及び／又は木質パーティクルとの混合物からなる複合材料を最初に締め固めること及び形成された複合材料の適切な形状を得ること、すなわち削りくず／チップの予備変形を得ること、の後に当該形状が維持される。温度及びプレス時間のその後の進展により、複合材料を締め固める最初のフェーズの間にもたらされた応力の緩和、すなわち内部応力の解放が生じる一方、形成された複合材料はウォームアップかつ乾燥され、ひいては弾性圧縮が塑性圧縮（プレス）段階に変化する。この間に、形成された複合材料は、所定の最終形状、構造、及び密度になる。締め固め領域Ｂにおいて、複合材料は１００℃を超えない温度、好ましくは６０から１００℃、まで加熱されて当該レベルに維持される一方、押し出される複合材料の密度及び最終ビーム要素の所望強度に応じてプレス圧力が２ＭＰａから１０ＭＰａの範囲に維持される。
【００３９】
本発明の実施例において、ローディング領域Ａに供給された複合材料は、押し出しデバイスの形成押し出しチャネル６に沿って送られ、締め固め領域Ｂにおいて、スクリューシャフト２上に配列された一スクリュー線の複数スクリュースレッド７間の形成チャネル６の低減している体積によって、並びに、スクリューシャフト２の外表面及び形成チャネル６の壁表面により画定される形成チャネル６空間の低減している体積によって、締め固め及び圧縮による緻密化を受ける。複合材料の締め固めは、本発明の一実施例において、押し出しデバイスの形成チャネル６における材料を送る軸に対する、すなわち当該押し出し機の長手中心軸に対する、短手方向及び長手（軸）方向双方で行うことができる。締め固めは、連続的に低減する断面を有する押し出し機チャネルを設計することによって、すなわち前記押し出し方向に収束する押し出し機チャネル６の壁を与えることによって、行うことができる（短手方向締め固めステップ）。当該場合において、形成チャネル６の外表面は、頂点が押し出し中に複合材料が移動する方向に向いた円錐台又は四角錐台の形状を有し得る。当該締め固めはまた、前記押し出し機のスクリューシャフト２上に配列された一スクリュー線の複数スレッド７の、押し出し方向に低減する可変ピッチを使用することによっても行うことができる（長手方向締め固めステップ）。本発明の一実施例において、形成チャネル６の断面が低減する領域は、当該押し出し機におけるスクリューシャフト２の複数スクリュースレッドのピッチが低減する領域に一致する。当該場合において、プレスチャネルの壁が収束し、かつ、スクリューシャフト２上にあるスクリュー線の複数スレッドのピッチが低減する、締め固め領域Ｂにおける、短手方向及び長手方向の同時締め固めが行われる。これらの領域が部分的にのみ一致する構造を許容することもできる。例えば、複合材料の締め固めの初期段階では、押し出しチャネルの一定断面においてであるが一スクリュー線の複数スレッドの低減ピッチにおける長手方向締め固めが行われる。その後、短手方向の付加的な締め固めが行われる。すなわち、この間において少なくともいくつかのセグメントでは複数スクリュースレッドのピッチが一定に維持されるか又は可変であり得る収束壁を有する押し出しチャネルの低減断面を使用して行われる。本発明の方法のさらなる一実施例によれば、複合材料は、３０から６０℃の範囲にある温度までの加熱の間に、当該押し出し機の形成チャネルにおける複合材料の移動方向に一致する長手方向において、複合材料の初期密度、すなわち締め固めセクションＢの入口における密度、に対して１．５から２．５の範囲にある密度締め固め比に締め固められる。また、複合材料は、１００℃を超えない温度まで加熱される間に、初期密度の２から４の範囲にある密度締め固め比に短手方向において締め固められる。当該段階、すなわち締め固め領域Ｂにおける締め固め（プレス）及び形成の段階、を終えると、形成された複合材料は、形成チャネル６内のスクリューシャフト２の複数スレッドにより輸送されて、押し出しデバイスの次の領域に、すなわち熱処理及びアニーリング領域Ｃに、渡される。ここでは、複合材料に含まれる結合物質が硬化及び凝縮される結果、結合物質と充填材料のパーティクル、好ましい実施例では木質パーティクル、との間に、耐久性かつ不可逆性の結合すなわち接着が形成される。また、結合物質の複数パーティクルが一緒になる（凝集）耐久性結合（接合）も形成される。結合物質の当該硬化又は凝縮は、押し出しチャネルの加熱壁に配列され又は付加的にスクリューシャフト２の中の内部チャネルを通る加熱ユニット４により熱が複合材料に送られる間、締め固め領域Ｂにおけるプレス温度よりも高い所定温度で送られた熱の影響下で行われる。硬化及びアニーリングの後、所望の外形、及び約６００ｋｇ／ｍ３から１１００ｋｇ／ｍ３、有利には８００ｋｇ／ｍ３から１０００ｋｇ／ｍ３の範囲にある壁の所望の密度を有する完成した閉断面ビーム要素が与えられる。前記形状要素全体の好ましい密度は、当該壁の密度及び内部貫通開口のサイズに応じて３００から５５０ｋｇ／ｍ３の範囲にある。硬化段階の間、複合材料は、当該押し出し機の熱処理領域Ｃにおける結合物質の含有物、硬化剤の種類等に応じて約１００℃から２５０℃、オプションとして１００℃から１５０℃、の温度まで加熱される。
【００４０】
押し出し工程の熱処理及びアニーリング段階に引き続き、要求された所定形状及び密度等の物理的パラメータを有する完成したビーム要素は、熱い状態にあるか又はオプションとして冷却後にあって当該形成チャネルを出る準備ができる。当該ビーム要素は、押し出し機を出た直後、適切な長手サイズに切断され、その後冷却空気の自然又は強制循環による冷却を受ける。当該冷却空気は、要素の外側を流れるのみではなく、その内部開口を通っても流れて内側から冷却する。
【００４１】
上述の方法により閉断面ビーム要素１０、特に管状ビーム、を製造するための本発明の押し出しデバイスは一般にハウジングを含む。当該ハウジング内には、内部長手形成チャネル６が配置される。前記チャネルは外部本体３により囲まれる。当該チャネルの内側には、チャネル６の中心軸沿いを中心に延びる回転スクリューシャフト２が配列される。前記形成チャネル６の表面の外形は、所望の製造ビーム要素の形状に応じて、オプションとして例えば、多角形又は円であり得る。さらに、チャネル６の表面には一実施例において、チャネル６の軸長に沿って延びるエッジが設けられる。スクリューシャフト２は円断面を有し、その外表面には、スクリュー線の輪郭を有する複数スクリュースレッド７の少なくとも一つのカット線が設けられる。前記シャフトはその一端が、パワー伝達ユニットにより駆動デバイス、好ましくはモータ、に結合される。スクリューシャフト２の内側には、例えば、加熱若しくは冷却手段又は加熱若しくは冷却媒体を循環させる手段を収容するための、中心内部貫通チャネルが配列される。押し出しデバイスは一般に３つのセクションすなわち処理領域を有する。これらは、連続的に互いに追従する。本発明によれば、前記形成セクションは、硬化及びアニーリングセクションの前に、すなわち業界周知の通常のプラスチック用押し出し機とは正反対に、配列される。本発明の押し出し機において、パワー伝達ユニットに面するデバイス側から始まって、押し出し機のローディング領域Ａが配列され、次に、複合材料の締め固め及びプレス並びに形成の工程が行われる締め固め領域Ｂが配置され、その後、形成チャネル６の出口側において、複合材料の形成された要素を硬化及びアニーリングするための熱処理領域Ｃが配列される。形成チャネル６を囲む本体３には、加熱ユニット４の加熱要素４及びオプションとして冷却ユニットが配列される。一実施例において、スクリューシャフト２には、付加的な加熱手段及びオプションとして付加的な冷却手段もまた設けられる。前記加熱ユニット４及び冷却手段は周知の任意のタイプでよい。例えば、加熱流体の循環手段、例えば加熱流体（液体又は気体）の循環を伴うパイプ若しくはパネル熱交換器、又は、熱い気体を吹きかけるヒータ及び／又は電気加熱要素、例えば抵抗若しくは誘導加熱要素、である。冷却ユニット又は手段は、例えば、冷却流体の循環及び／又は冷却気体、好ましくは空気、の吹きかけを伴う熱交換器を含む。
【００４２】
押し出し機の内部チャネル断面積が好ましくは最も大きいローディングセクションＡは、形成チャネル６の対向側部において互いに対向して配置された少なくとも２以上の、例えば４つの、ローディング開口を有する。形成チャネル６の中には、押し出し複合材料を送るための例示的なスクリューフィーダのようなフィーダ５が設けられる。一実施例において、２つより多いローディング開口及び２つより多いスクリューフィーダ、好ましくは４つ以上のローディング開口及びスクリューフィーダを設けることができる。しかしながら、本発明に係るフィーダは任意のタイプであり得る。例えば、ベルトフィーダ、バケットフィーダ、スクレーパフィーダ、振動フィーダ等である。ローディングセクションＡにおいて、押し出し機のスクリューシャフト２は通常その断面が一定の直径であり、スクリューの複数スクリュースレッドの一線は、ピッチが一定であるだけでなく、オプションとしての好ましい実施例では、ローディングセクションＡの少なくとも一部の長さにおいてスクリュー線の複数スレッドのピッチは可変であり、主に、押し出し複合材料の押し出し中の移送方向において、すなわち締め固めセクションＢに向かう方向において、主に連続的に低減し得る。スクリューシャフト２のスクリュー線の複数スレッドの高さは、当該押し出しデバイスのローディングセクションＡの全延長にわたり一定であり得るが、オプションとして、当該押し出し機の残りのセクション、例えば締め固めセクションＢ及び硬化セクションＣ、よりも大きくてよい。しかし、当該高さは可変でも、他のセクションの高さと等しくてもよい。
【００４３】
ローディングセクションにおけるスクリューシャフト６上に設けられる複数スクリュースレッドのスクリュー線の輪郭は、一実施例において、鋭い外部エッジを有する一方、押し出しデバイスの締め固め及び形成セクションにおいては、複数スレッド７のスクリュー線の外部エッジは好ましくは輪郭がそれほど鋭い先端とはなっておらず、オプションとして平らに又は丸められ得る。好ましい一実施例では、締め固め及び形成セクションＢの少なくとも所定のセグメントにおいて、スクリューシャフト２のスクリュー線の複数スレッド７間に画定される押し出し形成チャネル６空間の体積が低減され、及び／又は、スクリューシャフト２の表面と形成チャネル６の表面との間に画定される空間の体積が低減される。一実施例において、締め固め領域Ｂは、形成チャネル６の断面がその延長の少なくとも一部において、好ましくは当該セクションの全長において、連続的に低減される一方、形成チャネル６の外壁は、押し出し複合材料の移動方向において収束する形状とされる。締め固め領域Ｂにおける前記形成チャネル６の表面の外形が、すなわち本発明のさらなる実施例における締め固め領域内の形成チャネル６の表面が、円錐台又は四角錐台の形状を決定する。これらの頂点は、押し出し工程中の押し出し複合材料の移動方向に向かう。オプションとして、締め固めセクションＢの延長の少なくとも一部において、スクリューシャフト２上に配列されたスクリュー線の複数スレッド７のピッチが、複合材料の移動方向において連続的に低減している。
【００４４】
一つのスクリュー線の複数スレッド７の高さは、オプションとして一定又は可変であり、特に低減し得る。本発明の前記押し出しデバイスの一実施例では、締め固め領域Ｂにおける当該押し出し機のスクリューシャフト２は、当該領域の延長の少なくとも一部において及び好ましくは当該領域全体において、可変の断面を有する。スクリューシャフト２の断面の前記直径は、押し出し中の複合材料の輸送及び移動方向において連続的に低減する。好ましい実施例によれば、形成チャネル６の低減する断面積を有する締め固め領域のセグメントと、スクリューシャフト２の断面の低減する直径を有する締め固め領域のセグメントとは互いに、少なくとも一部が一致し、好ましくは当該領域Ｂの延長全体において一致する。加えて、本発明の一実施例では、これらのセグメントは、スクリューシャフト６のスクリュー線の複数スレッドの高さ及び複数スレッドのピッチが低減する前記締め固め領域のセグメントとも少なくとも一部が一致してよい。締め固め及び形成セクションＢの他の複数実施例も可能である。低減する断面積を有する形成チャネル６とスクリューシャフト６の断面が収束する壁の一部とは、少なくとも所定セグメントにおいて一定のままである。締め固め及び形成セクションＢにおける複数スクリュースレッドの一スクリュー線の輪郭は、一定ピッチの複数スレッドによって、又はオプションとして可変ピッチの複数スレッドによって構成することができる。前記ピッチは、押し出し処理中の押し出し複合材料の輸送方向において低減する。さらなる実施例では、スクリューシャフト６のスクリュー線の複数スレッドのピッチは、締め固めセクションＢの当該一部において一定のままである。形成チャネル６の断面は可変であるが、すなわち連続的に低減するが、オプションとして当該一部において可変であってもよい。しかしながら、スクリューシャフト２のスクリュー線の可変ピッチは、一定の断面を有し及び／又は可変の断面もまた有する前記スクリューシャフトの当該一部において設けることができる。これは、形成チャネル６の一定又は可変の断面セグメントの中を延びる。一実施例では、収束壁及び連続的に低減する断面を有する形成チャネル６のセグメントにおいて、スクリューシャフト２の断面積及びスクリュー線の複数スレッドのピッチ双方は、押し出し中の複合材料の移動方向において低減する。オプションとして、複数スレッドの高さは可変にできる。好ましくは低減することができる。
【００４５】
本発明の押し出しデバイスの締め固め及び形成セクションＢの構造に関して上述した形態及び実施例は、当該デバイスに送られた複合材料の、押し出しチャネル６のスクリューシャフト２の中心軸に対する長手方向及び短手方向双方の締め固め及び緻密化を確実にする。
【００４６】
熱処理セクションＣにおいて、すなわち本発明の押し出しデバイスの硬化及びアニーリングセクションにおいて、形成チャネル６の断面及びスクリューシャフト２の断面双方が一定のままである。同様に、スクリューシャフト２のスクリュー線の複数スレッドは通常、ピッチが当該セクションの延長全体にわたり一定である。加えて、複数スレッドのスクリュー線の外部エッジは平らな先端にできるか又は丸めることができる。さらに、複数スクリュースレッドのスクリュー線は、一つのスレッド巻線を形成することができるが、スクリューシャフトの表面に配列された複数スレッドの２つのスクリュー線を伴う二重スレッド巻線、複数スレッドの３つのスクリュー線を伴う三重スレッド巻線、及び、複数スレッドの４つのスクリュー線を伴う四重スレッド巻線を使用することもできる。
【００４７】
熱処理セクションＣにおける形成チャネル６の外形は、得られる製造ビーム要素の形状に対応する。その結果、多角形、例えば矩形、正方形、六角形、八角形等の多角形、又は、円、楕円、若しくは長円の形として成形することができる。加えて、凸部又は凹部を含むことができる。例えば、「星」タイプ形状又は「さねはぎ」タイプ若しくは複数の「さねはぎ」タイプを有することができ、角に凹部又は面取りを設けることができ、及び、通常は形成チャネルの軸に沿った任意の位置における形成チャネル表面の周囲に配列された一つの凹部又は凸部を設けることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１ａ】
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【国際調査報告】
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