基于塑料制造的物品和形成工艺.pdf

本发明公开一种定向塑料合成物(OPC)成形物品和用于制造和机加工OPC成形物品的工艺，所述定向塑料合成物成形物品具有其中宽度和厚度尺寸小于长度尺寸的长度、宽度和厚度尺寸，具有可被机加工成使得所述OPC成形物品的部分沿着所述物品的所述长度的至少一部分在所述宽度或厚度尺寸上减小的至少一个表面。

1.  一种由定向聚合物合成物(OPC)贯穿其整个体积形成的物品，所述物品的宽度和厚度尺寸小于长度尺寸，其中至少一个表面已经被机加工成使得所述物品的一部分沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小，并且其中所述物品的密度介于大约0.5g/cc与l.0g/cc之间。

2.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述物品的挠曲模量介于0.50GPa与5.5GPa之间。

3.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述OPC进一步包括至少一种填料。

4.  根据权利要求3所述的物品，其特征在于，所述至少一种填料是无机填料、有机填料或两者的组合。

5.  根据权利要求3所述的物品，其特征在于，所述填料包括介于所述物品的大约25wt％与60wt％之间。

6.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述OPC包括聚乙烯、聚丙烯、再生聚乙烯或再生聚丙烯、或其组合。

7.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述收缩比是0.25或更大但小于0.8。

8.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述至少一个表面已经被机加工成使得，与所述物品的最大宽度或厚度尺寸相比，所述物品沿着所述长度尺寸的至少一部分相应地在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小至少5％。

9.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述至少一个表面已经被机加工成使得，与所述物品的最大宽度或厚度尺寸相比，所述物品的一部分沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分相应地在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小至少400微米。

10.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上的所述减小形成所述物品上的外部轮廓，所述物品能够用作在建筑应用中的内部或外部装饰部件。

11.  根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述至少一个机加工的表面没有肉眼可见的缺陷。

12.  一种包含至少一个部件的建筑结构，所述部件包括根据权利要求1所述的物品。

13.  根据权利要求12所述的建筑结构，其特征在于，所述物品设置为用于窗户、门或窗户配列开口的组件的部件。

14.  一种用于用定向聚合物合成物(OPC)制造机器成形物品的工艺，所述机器成形物品由所述OPC贯穿其整个体积形成，所述工艺包括：
(a)提供温度调节的挤压式聚合物合成物到固态拉伸模具；
(b)以小于7.0的线性拉伸比拉伸所述聚合物合成物以生产OPC工件；
(c)将所述OPC工件提供到包括一个或多个机床的机加工装置；和
(d)机加工所述OPC工件以生产通过使用机加工工具移除材料已经在厚度上减小的表面以生产OPC机器成形物品。

15.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述聚合物合成物被模具拉伸以使得所述线性拉伸比介于2.5与6.5之间。

16.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个机床中的至少一个的旋转速度介于2000RPM与12000RPM之间。

17.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，多个机床在通过所述机床一次的情况下完成对所述OPC工件的机加工。

18.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述OPC机器成形物品包括无机填料、有机填料或两者的组合。

19.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述定向聚合物合成物包括聚乙烯、聚丙烯、再生聚乙烯、再生聚丙烯或其组合。

20.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述工艺是半连续或连续工艺。

21.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，机加工所述OPC工件包括：通过使用所述一个或多个机床移除材料将所述物品的宽度尺寸或厚度尺寸中的至少一个减小到至少400微米的深度。

22.  根据权利要求15所述的工艺，进一步包括：在将所述OPC工件提供到所述机加工装置之前，修整所述OPC工件到初始横截面尺寸。

23.  根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述OPC机器成形物品没有肉眼可见的表面缺陷。

基于塑料制造的物品和形成工艺
相关申请案的交叉参考
本申请案请求2013年5月22日提出申请的第61/826,120号美国临时申请案的优先权的权益，所述美国临时申请案以全文引用的方式并入本文中。
发明领域
本发明一般来说涉及建筑产品，并且更特定来说涉及通过定向塑料合成物物品的模制、刨平(也被称为压刨)或刳刨制成的物品，以及涉及用于制造这些产品的工艺。
背景技术
作为外部建筑应用中的装饰材料的木材具有许多优秀品质。其是耐用并且牢固还略具挠性的自然存在的材料。其可使用锯、车床、刳刨机或其它普通木材机加工设备来机加工。木材表面可被装饰成给出消费者所期望的各种各样的外观。然而，其还易于抵抗曝露于阳光和湿气的影响。用于形成用于装饰件的成形物品必需的高质量木料也已经变得相对缺乏并且昂贵。
出于这些原因，塑料已经作为木材替代物用于在建筑工业中的多个应用中，特别是在外部应用中。普通大体积外部应用包含众所周知“乙烯基”(聚氯乙烯)所用于的包覆层和窗户。还知晓在门、铺板、围栏和其它应用中塑料用作木材替代物。然而，包含装饰性模制品、门侧板和类似物的可需要圆形表面、尖角、内拐角、底切和其它难以制作形状的复杂成形物品尚未易于被塑料替代，因为复杂塑料成形物品的制造尚不具成本效益。通常，复杂形状仅可通过昂贵制作方法(举例来说，注射模制、精确型材挤压、机加工或针对昂贵工程零件而设 计的其它技术)来生产。具有所有所需要的功能性的所需要的复杂形状尚未通过使用(举例来说)普通木材加工刳刨机、刨床(压刨机)、成型机和类似物的已知低成本处理方法用低成本塑料容易地并且具成本效益地生产出。
一些塑料的机加工已知晓并且可被用于生产不可使用其它手段容易地制作成塑料零件的复杂形状和尺寸公差。如2008年三月/四月在网上发布的《塑料品经销商与制作商杂志》(Plastics&FabricatorMagazine)中所总结，在塑料(例如，聚丙烯)的机加工期间通常遇到的挑战中的一些包含废弃材料在切割刀具上的重新焊接或环绕和获得所期望的表面抛光度的困难。一种用于解决这些挑战的所建议的方法包含使用产生较大屑片的机床(例如，慢螺旋工具)。另外，由于有时聚丙烯的胶状性质和在机加工期间通过切割作用产生的内热，建议不使用高速度钢刀具。增加通过机器的进给速率的试验和错误过程和针对工具的较慢的主轴速度可被用于试图达成加工物品上的可接受抛光度。
通常，给制作者(机器操作员)可能已经针对特定工程应用而设计并且填充有增强材料(举例来说，玻璃纤维)的热塑性材料。在这些状况中，热塑性材料通常被选择用于最终用途并且不必便于塑料的机加工。此外，工件通常被保持于固定位置中并且机加工工具移动以生产所期望的形状。因此，机加工过程可能会很慢并且与将通常需要用作建筑应用中的木材代替品的零件的大小相比零件较小。出于这些原因，用于这些机加工的应用的工程热塑料对作为建筑应用中的木材代替品的应用来说可能成本太高。
最近，木材填充的热塑性合成物已经被引入作为铺板、包覆层和不需要复杂形状的简单装饰应用中的木材代替品。这些合成物通常通过型材挤压来生产，并且取决于材料和生产形状的困难度，可能是昂贵的。此外，当使用可期望便宜热塑性材料时，成形物品的许多可期望形状可能并不成功地生产有所需要的尺寸一致性。在其它应用中，型材挤压可能太昂贵以至于不能提供优选地用于例如挤压式铝门槛或门坎的支撑板的应用中的具有低尺寸可变性(紧密度公差)的零件。 此外，对用于许多木材替代物应用的这些木材塑料合成物零件来说存在多个挑战，包含但不限于美学、韧性(弹性和挠曲模量)和机械加工性。
挤压的塑料合成物材料目前用作铺板和类似物。然而，作为用于复杂成形物品的原材料，这些材料还可具有缺点。由通常被称为木材塑料合成物的挤压纤维素填充的聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯制成的产品可容易地用为铺板。然而，其对湿气具有不想要的敏感性，并且在一些情形中对曝露于阳光的敏感性。当螺钉插入到挤压板的端部中时，这些中的许多可遭受“爆裂”；端部可倾向于“爆裂”(材料块脱离)，因为材料可以是易碎的。相对于木材，塑料合成物材料还可非常重并且可向应用物添加实质重量和成本。降低重量和成本的发泡的使用可制造甚至更易于“爆裂”的塑料合成物，尤其是木材塑料合成物。最终，木材具有极低热膨胀系数(CTE)，大约是典型木材塑料合成物材料的CTE的十分之一。在受到约束的一些建筑外部应用中，举例来说，在门坎支撑物中，这可导致约束件的弯曲或翘曲。
还已知晓用固态模具拉伸生产的填充式定向聚合物合成物(OPC)物品用作木材代替品。固态模具拉伸的主要挑战是复杂形状和尺寸并不容易地拉伸成最终零件。具有尖特征的内拐角、具有尖特征的通道、底切等可能非常难以借助于模具拉伸达成。因此，对于用于建筑应用的成形物品，举例来说，装饰性装饰件、穹窿、砖模制件、门侧板等，机加工(刨床/成型机/刳刨机)有必要达成可期望形状和尺寸。OPC物品的机加工或切割中遇到的另一挑战是表面纤维化，所述表面纤维化可由在对定向聚合物合成物物品的各种类型的切割操作期间定向聚合物缕的“裂缝”导致。当OPC物品如用锯切割或通过多个木材加工技术(举例来说，刳刨、模制和类似物)中的任一个机加工时，表面的纤维化可发生。“裂缝”是当在机加工过程期间小纤维或小纤维簇产生于切割或机加工表面处时，当拉动时所述小纤维或小纤维簇可剥离或“削弱”邻近对准的聚合物链，从而在表面中留下间隙。
Courval等人的第5,204,045号美国专利通过形成低定向外皮解决 了OPC中的表面纤维化。另一实例，O'Brien等人的第2009/0155534号美国公开案描述一种通过施加当切割或刮擦物品表面时导致去定向表面层和减小的纤维化的表面处理来解决表面纤维化的替代方法。表面层在厚度上是从80到400微米并且具有低于毗邻于去定向表面层的100微米厚层的定向。然而，在两种情形中，仅在距物品表面的预定深度内解决了表面纤维化。
发明内容
根据本发明的实施例，一种物品贯穿其整个体积由定向聚合物合成物(OPC)形成并且具有其中宽度和厚度尺寸小于长度尺寸的长度、宽度和厚度尺寸，其中至少一个表面已经被机加工成使得所述物品的部分沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小，并且其中所述物品的密度介于大约0.5g/cc与l.0g/cc之间。
根据另一实施例，所述物品进一步包括至少一种填料。所述至少一种填料可以是无机填料、有机填料或两者的组合并且包括所述物品的25wt％到60wt％。
所述物品的额外实施例包含以下中的一个或多个：所述物品的挠曲模量介于0.60与5.5GPa之间；所述OPC包括聚乙烯、聚丙烯、再生聚乙烯或再生聚丙烯、或其组合；并且所述收缩比是0.25或更大但小于0.8。
根据另一实施例，所述物品包括已经被机加工成使得与所述物品的最大宽度或厚度尺寸相比，所述物品沿着所述长度尺寸的至少一部分相应地在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小至少5％的至少一个表面。在另一实施例中，所述至少一个表面已经被机加工成使得与所述物品的最大宽度或厚度尺寸相比，所述物品的一部分沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分相应地在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小至少400微米。更进一步地，沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分的在宽度或厚度中的至少一个上的所述减小可在所述物品上形成外部轮廓，所述物品能够用作在建筑应用中的内 部或外部装饰部件。
在又一实施例中，至少一个机加工表面没有肉眼可见的缺陷。
根据本发明的实施例，建筑结构包含包括所述物品的至少一个部件。所述物品设置为用于窗户、门或窗户配列开口的组件的部件。
在另一实施例中，一种用于用定向聚合物合成物(OPC)制造机器成形物品的工艺，所述机器成形物品贯穿其整个体积由所述OPC形成，所述工艺包括：(a)提供温度调节的挤压式聚合物合成物到固态拉伸模具；(b)以小于7.0的线性拉伸比拉伸所述聚合物合成物以生产OPC工件；(c)提供所述OPC工件到包括一个或多个机床的机加工装置；和(d)机加工所述OPC工件以生产通过使用机加工工具移除材料而在厚度上已经减小的表面以生产OPC机器成形物品。
本发明的额外实施例包括以下中的一个或多个：所述聚合物合成物被模具拉伸成使得所述线性拉伸比介于2.5与6.5之间；所述一个或多个机床中的至少一个的所述旋转速度介于2000RPM与12000RPM之间；多个机床在通过所述机床一次的情况下完成对所述OPC工件的所述修整和机加工；所述OPC机器成形物品包括无机填料；所述工艺是半连续或连续工艺；机加工所述OPC工件包括通过使用机加工工具移除材料而将所述物品的至少一个表面在厚度上减小到至少400微米的深度；以及所述OPC机器成形物品没有肉眼可见的表面缺陷。
在另一实施例中，所述工艺进一步包括：在提供所述OPC工件到所述机加工装置之前修整所述OPC工件到初始横截面尺寸。
附图说明
当结合以下描述和附图考虑时，本领域的技术人员将变得更好地理解本发明的这些和其它特征和优点：
图1A是由根据本发明的实施例的OPC工件形成的OPC成形物品的透视图。
图1B是根据本发明的实施例的OPC成形物品的透视图。
图2A是由根据本发明的实施例的OPC工件形成的OPC成形物 品的透视图。
图2B是根据本发明的实施例的OPC成形物品的透视图。
图3A是由根据本发明的实施例的OPC工件形成的OPC成形物的透视图。
图3B是根据本发明的实施例的OPC成形物品的透视图。
图4A是由根据本发明的实施例的OPC工件形成的OPC成形物品的透视图。
图4B是根据本发明的实施例的OPC成形物品的透视图。
图5A是由根据本发明的实施例的OPC工件形成的OPC成形物品的透视图。
图5B是根据本发明的实施例的OPC成形物品的透视图。
图6图示根据本发明的实施例的用于制作定向聚合物合成物工件和成形物品的工艺。
具体实施方式
术语
“固态”指代低于聚合物(或聚合物合成物)的软化温度的聚合物(或聚合物合成物)。因此，“固态拉伸”指代拉伸低于聚合物(或聚合物合成物)的软化温度的聚合物或聚合物合成物。“固态模具拉伸”指代通过成形模具拉伸低于其软化温度的聚合物或聚合物合成物。
“聚合物合成物”包括至少一种聚合物成分并且可含有非聚合成分。“填充式”聚合物合成物包含非连续添加剂，例如无机或有机填料。
“可定向聚合物”是可通过固态变形(举例来说，固态拉伸)经历诱导的分子定向的聚合物。可定向聚合物可以是无定形或半结晶的(半结晶聚合物具有熔化温度(Tm)并且包含被称为“晶体”的那些聚合物)。可期望的可定向聚合物包含半结晶聚合物，并且特定来说，线性聚合物(其中链支化在1000个聚合物单元中发生一个以下的聚合物)。可特别期望半结晶聚合物，因为与无定形聚合物合成物 相比，其可导致强度和挠曲模量上的增加。半结晶聚合物合成物相对于无定形聚合物合成物在定向上可导致在强度和挠曲模量上大4到10倍的增加。
“可定向聚合物相”是可通过固态变形(举例来说，固态拉伸)经历所诱导的分子定向的聚合物相。通常，基于总可定向聚合物相重量，可定向聚合物相中的75wt％或更多，甚至90wt％或更多或95wt％或更多的聚合物是可定向聚合物。可定向聚合物相中的所有聚合物可以是可定向聚合物。可定向聚合物相可包括一个或一个以上类型的聚合物和一个或一个以上类型的可定向聚合物。
“定向聚合物合成物物品”、“OPC”和“定向聚合物合成物”可互换并且指代通过定向聚合物合成物的聚合物制造的物品。定向聚合物合成物包括具有高于用混合器挤压的聚合物合成物的分子定向度的分子定向度的聚合物分子。
“重量-百分比”和“wt％”可互换，并且除非另作说明，否则是相对于总聚合物重量。
针对具有仅一个或一个以上半结晶聚合物作为聚合物成分的聚合物或聚合物合成物的“软化温度”(Ts)是针对聚合物合成物中的连续相聚合物的熔化温度。
半结晶聚合物的“熔化温度”(Tm)是如通过在以特定加热速率加热结晶聚合物的差示扫描量热法(DSC)确定的晶体到熔化相改变中途的温度。针对半结晶聚合物的Tm可根据ASTM方法E794-06中的DSC程序来确定。针对聚合物的组合以及针对填充式聚合物组合的Tm也可在ASTM方法E794-06中使用相同试验条件通过DSC来确定。如果聚合物或填充式聚合物合成物的组合仅含有可混溶聚合物，并且在DSC曲线中仅一个晶体到熔化相改变是明显的，然后针对聚合物组合或填充式聚合物合成物的Tm是相改变中途的温度。如果在DSC曲线中多个晶体到熔化相改变由于不混溶聚合物的存在而明显，然后针对聚合物组合或填充式聚合物合成物的Tm是连续相聚合物的Tm。如果一个以上的聚合物是连续的，并且其不可混溶，然后针对聚合物组合或填充式聚合物合成物的Tm是连续相聚合物的最 高Tm。
针对具有仅一个或一个以上无定形聚合物作为聚合物成分的聚合物或聚合物合成物的“软化温度”(Ts)是针对聚合物合成物的连续相的玻璃转化温度。
如果半结晶和无定形聚合物相是共连续的，然后所述组合的软化温度是两个相的较低软化温度。如果聚合物合成物含有半结晶和无定形聚合物的组合，聚合物合成物的软化温度是聚合物合成物的连续相聚合物的软化温度。
针对聚合物或聚合物合成物的“玻璃转化温度”(Tg)是如根据ASTM方法D3418-03中的程序通过DSC所确定的玻璃转化相改变中途的温度。针对聚合物的组合和针对填充式聚合物合成物的Tg还可在D3418-03中的相同试验条件下通过DSC来确定。如果聚合物或填充式聚合物合成物的组合仅含有可混溶聚合物，并且在DSC曲线中仅一个玻璃转化相改变是明显的，然后聚合物组合或填充式聚合物合成物的Tg是相改变中途的温度。如果在DSC曲线中多个玻璃转化相改变由于不混溶无定形聚合物的存在而明显，然后针对聚合物组合或填充式聚合物合成物的Tg是连续相聚合物的Tg。如果一个以上无定形聚合物是连续的并且其不可混溶，然后针对聚合物合成物或填充式聚合物合成物的Tg是连续相聚合物的最高Tg。
如果聚合物合成物含有半结晶和无定形聚合物的组合，聚合物合成物的软化温度是连续相聚合物或聚合物合成物的软化温度。
“拉伸温度”指代聚合物合成物在其开始经历固态拉伸模具中的拉伸时的温度。
“线性拉伸比”是聚合物合成物在拉伸过程期间在拉伸方向(合成物被拉伸的方向)上伸长多少的测量结果。在通过在聚合物合成物上标记间隔开预定向合成物间隔的两个点并且测量在拉伸后那两个点分开多远以得到定向合成物间隔来进行处理的同时，可确定线性拉伸比。最终间隔到初始间隔的比率识别线性拉伸比。
“标称拉伸比”是聚合物合成物在其进入拉伸模具时的横截面表面积除以在其退出拉伸模具时的聚合物横截面面积。
“机加工装置”“机床”或“机加工工具”可互换地使用。“机床”是被用于切割、定形或形成材料(例如，木头)的固定电动机器，所述固定电动机器在这个事例中被用于切割、定形或形成定向聚合物合成物。“机加工”意指通过机器操作的工具的车削、定形、刨平(压刨)、模制、刳刨或铣削的成形或抛光，其中“工具”指代机器或机床中的切割或成形零件。
“机加工温度”指代定向聚合物合成物物品工件在其开始经历在机加工过程中工具执行的机加工时的温度。
“机加工速率”指代以每单位时间的长度为单位的速率，工件以所述速率移动经过对工件加工的机床。
“工件”通常被定义为在被加工或制造的过程中的或实际上已经由手工具或机器切割或成形的材料。出于本发明的目的，“工件”指代定向聚合物合成物，特定来说，在已经退出拉伸模具之后并且在其通过由本发明的工艺的机加工工具机加工而制作或“机加工”之前、期间或之后的定向聚合物合成物板。“工件毛坯”指代已经被修整成所期望的横截面但尚未使用高速度机加工工具机加工的工件。
“裂缝”是当与被切割(剪)掉正好相反表面上纤维由工具的楔子或平面提升从而导致锯齿状抛光度时被加工的纤维状表面结果。“沟”类似于外观中的裂缝，但因工具过度穿透到工件中(举例来说，因工具颤振)导致。
OPC物品的机加工的表面的环境中的“缺陷”包含但不限于：其全部皆肉眼可见的沟、裂缝和小纤维。
“肉眼可见”意指以至少1.0米或更大的观察距离的人可在不使用放大表面特征的装置的情况下区分物品的表面上的单独的特征，举例来说，纤维、沟或裂缝。
如果在其中参考类似OPC的上下文中所述的那些方面之外的所有方面中，OPC的合成物与另一OPC大致相同，那么所述OPC“类似”于另一OPC。如果合成物在工艺重现性的合理范围内相同，则所述合成物大致相同。
“ASTM”指代ASTM国际，先前为美国材料与试验协会 (AmericanSocietyforTestingandMaterials)；方法的年由方法编号中的待连字符的后缀指示或在不存在这样的指示下是在这个应用的提交日期之前最当前的年。
“每分钟转动次数”和RPM可互换并且指代旋转工具在一分钟中围绕其旋转轴旋转的次数。
“多个”意指至少两个。
“和/或”意指“和或作为替代”。
除非另作说明，否则范围包含端点。
除非另作说明，否则温度以摄氏度(缩写为“C”)给出。
收缩比通过以下步骤来测量：将成形的OPC物品切割到通常介于4英寸(10cm)与10英寸(25cm)之间的初始长度L_init；将件放置于处于180摄氏度的预热烤箱中达一个小时；从烤箱移除所述件；允许其冷却；和记录最终长度L_fin。收缩比(SR)由下面的等式(1)定义：
SR＝L_fin/L_init(等式1)
挠曲模量根据ASTM方法ASTMD-6109-05来测量。
密度根据ASTM方法ASTMD-792-00来测量。
图1A-1B、2A-2B、3A-3B和4A-4B图示根据本发明的实施例的例示性成形的OPC物品10的非限制性实例。图1A-1B、2A-2B、3A-3B和4A-4B中所图示的成形物品10是具有机加工到具有各种各样的不同初始尺寸的工件的表面中的一个或一个以上上的装饰性装饰特征(例如，圆形或弯曲形状、平坦表面)物品的实例。图5A-5B图示呈用于挤压式铝门坎的支撑板的形式的成形的OPC物品80的一个非限制性实例。
现在参考图1A，成形的OPC物品10由具有初始厚度12、宽度14和长度16的OPC工件11形成。长度16通常大于宽度14并且宽度14通常大于厚度12，但大于宽度14或与宽度14相同的厚度12也在本发明的范围内。厚度12、宽度14和长度16的初始尺寸可分别取决于用户的需要而变化。工件11可机加工成可使用典型木材加工刳刨机、模制机器或刨床(压刨机)或这些机器的组合来生产的任 何形状以提供具有最大厚度12'、最大宽度14'和最大长度16'的成形的OPC物品10。成形的OPC物品10通过机加工OPC工件11以沿着OPC工件11的长度16的至少一部分减小初始宽度14和/或厚度12来形成。OPC物品10的最终形状和尺寸可在一个或多个过程期间使用一个或多个机器来确定。
OPC工件11可被机加工成以类似于可实木完成的方式提供带有具有角、曲线和平面的任何组合的对称或不对称轮廓的成形的OPC物品10。如图1中所图示，OPC工件11已经被机加工成提供具有小于OPC工件11的原始厚度12和宽度14的厚度12'和12"和宽度14'和14"的成形的OPC物品10。OPC成形物品10的轮廓可使用一个或多个机加工过程和工具减小OPC工件11的厚度12和宽度14来形成以提供具有所期望的长度16'的所期望的OPC成形物品10，如图1B中所图示。
图2A-2B、3A-3B和4A-4B图示通过沿着OPC工件11的长度16的至少一部分减小厚度12和宽度14形成具有带角、曲线和平面的组合的对称或不对称轮廓的成形的OPC物品10的额外例示性实施例。如图1A-B到4A-B中所图示，具有呈各种各样的不同尺寸的角、曲线和平面的各种各样的不同组合的成形的OPC物品10可以类似于实木件可如何被机加工以形成成形物品的方式由具有各种各样的不同初始尺寸的OPC工件11形成。
现在参考图5A和5B，具有初始厚度84、宽度86和长度88的OPC工件82可被机加工成以类似于上文针对图1A-B到4A-B的OPC成形物品10所描述的方式提供具有最大厚度84'、宽度86'和长度88'的成形的OPC物品80。成形的OPC物品80的最大长度88'可以是如成形物品安装者所需要的任何适合长度，并且可以商业上通常使用的长度(举例来说，六英尺(1.83米)、八英尺(2.43米)、十英尺(3.05米)或甚至20英尺(6.1米)或更大)来生产，并且可被切割成所需要的大小。OPC工件82在被机加工之前的宽度86范围可小至约一或二英寸(2.5到5cm)并且通常小于6英寸(15cm)但可大到12英寸(30.5cm)。成形的OPC物品80在被机加工之前的厚度84可 介于从1/8英寸(3.18mm)到2英寸(5cm)或更大的范围内。如上文所描述，成形的OPC物品80可被机加工成可使用典型木材加工刳刨机、模制机器或刨床(压刨机)或这些机器的组合生产的任何形状。
在典型木材加工型机加工过程期间，切割的深度可在工件的厚度、宽度和/或长度上变化并且可限于工件的一个侧或多个侧。在工件的一些部分中，切割的深度可穿过工件的整个厚度或宽度，而工件的其它部分可没有任何切割或仅有小部分材料被移除。通常，在木材加工型机加工过程中，切割的深度可以是任何所期望的距离并且通常大于0.25mm、0.5mm、1mm、5mm、10mm、1cm或2cm或更大。切割的深度可大到工件的整个厚度或宽度。如本文中所使用，切割的深度指代与切割刀具在机加工过程(例如，举例来说，切割)期间穿透其以移除材料的表面正交的距离。
成形的OPC物品80具有可包括机加工和未机加工的区段的面，例如，顶面90、底面92和一对对置侧面94、96。OPC加工物品82的顶面100、底面102和对置侧面104、106中的至少一个面被机加工以生产成形的OPC物品80的曲线、角和平面。举例来说，区段120图示通过线性机加工OPC加工物品82的顶面100以在成形的OPC物品80的顶面90中形成一系列阶梯式部分而形成的区段，而区段122图示被从OPC加工物品82的顶面100机加工而成的在成形的OPC物品80的顶面90中的弯曲机加工区段。成形的OPC物品80的侧面区段94中的“底切”124图示另一例示性类型的机器切割。成形的OPC物品80的底面92和侧面96中的凹槽126和130分别图示机器切割的额外实例。成形的OPC物品80可包含一个或多个面90、92、94和96中的未机加工和机加工或切割区段的任何组合，如木材加工技术领域中已知晓。成形的OPC物品10的面90、92、94和96可相对于模具拉伸、加热、砂磨、锯切和/或修整或其它机加工操作而言是光滑的。
图6图示可用于制作成形的OPC物品(例如，成形的OPC物品10和80)的例示性工艺200。针对这个工艺和后续方法所描述的步 骤序列仅是图示性目的，并不意指以任何方式限制方法中的任何一个，因为理解的是，所述步骤可以不同逻辑次序继续进行或者可包含额外的或中间的步骤而不背离本发明。
所选择的塑料材料和添加剂作为预复合的材料或作为单独成分，或作为两者的组合，被引入到挤压机232，并且在挤压机232中处理之后，通过模具和标定器234挤压以生产通过牵引器(履带、皮带、辊子或其它装置)240移动到温度调节阶段242的挤压式材料的热坯料(挤出物)236，材料在温度调节阶段242处被冷却低于其软化温度Ts。被冷却的挤出物然后在拉伸温度下通过模具被拉伸穿过固态模具拉伸阶段244以使用牵引器248在拉伸的长度方向上对准聚合物的长链，并且借助于冷却罐246冷却到切割温度以形成OPC工件250。如本领域中已知，OPC工件250随后被使用牵引器或其它装置进给到锯252以将OPC工件250切割到所期望的长度。OPC工件250视情况在切割工位254处修整到可期望宽度和厚度以形成OPC机器毛坯256以供在机加工工位258处进一步机加工以形成成形的OPC物品260，其中作为连续工艺的一部分，OPC机器毛坯256被连续地进给到机加工工位258。可利用额外步骤来进一步制备OPC工件250以进行包含(举例来说)修整的机加工，以确保横截面尺寸沿着OPC工件250的长度彼此垂直。修整步骤可以是单独步骤或在出于与木材加工“模制机器”共同的目的而设计的具有一组切割器的多切割器机加工工位中完成。
在另一实施例中，可在切割之后或在初始修整之后并且在后续修整或模制步骤之前存储切割或锯切的OPC工件250。然后，作为半连续工艺的一部分，所存储的件可视需要随后被修整和模制或仅被模制。
机加工工位258可包括机加工装置，举例来说，刳刨机、模制机器或刨床(压刨机)或木材加工中使用的任何其它机加工装置。机加工工位258可包含可以是旋转工具的工具，所述工具可通过从OPC机器毛坯256的表面切屑移除材料。可由本领域的工程师或机械师挑选工具的数目和其相对于OPC机器毛坯256的放置、工具旋转速度 (RPM)、工具切割角度、建筑材料和类似物以生产具有所期望的表面抛光度(例如，没有肉眼可见的缺陷(例如，沟、裂缝或纤维)的表面)的所期望的成形的产品。
机床的切割刃可以是工具钢或硬质合金或金刚石加边的，如本领域已知。特定机加工操作的操作条件取决于各种各样的因素，所述因素的非限制性实例包含用于形成OPC机器毛坯256的材料、机加工工位258处所使用的工具的类型、工具刃相对于OPC机器毛坯256的切割角度，工具速度(rpm)、主轴直径(所述主轴直径影响旋转工具的线速度)和OPC机器毛坯256温度。举例来说，取决于所述因素，工具速度可低达几千rpm，例如，2000RPM，4000RPM或6000RPM或高达8000、10000、12000或甚至15000RPM或更大。然而，给工具供以动力所需要的机器的能量需求(马力要求)可随着产品的通过机器的进给速率增加以及随着做出光滑切割所需要的RPM增加而增加。因此，优选的是能够以所期望的生产速率给出可接受表面的最低RPM机加工OPC机器毛坯256。具有多个机加工头的多头机器还可被用于在通过一次的情况下机加工和/或修整。优选的多头机器可具有介于5000与12000RPM之间(通常6000到8000RPM)的工具旋转速度。生产速率可低达一或两米/分钟(m/min)或高达25、50或75或更多米/分钟。
能量需求还可随着更多材料被移除、随着切割的深度增加而增加。与OPC成形物品的最大厚度相比，机加工以生产OPC成形物品在抛光装饰性成形物品的至少一部分上通常可移除OPC机器毛坯的厚度的5％或更多、10％、20％、30％、40％、50％、并且甚至60％或更多并且多达80％或更多。
优选的是，机加工工位250处的机加工温度低于用于形成OPC机器毛坯256的聚合物合成物的软化温度，使得在机加工工位250处的机加工过程期间OPC机器毛坯256可通过机床的尖锐刃切割而非犹如由工具推动而变形。此外，对连续机加工操作来说可以优选的是，机加工的表面的特性对机加工温度相对不敏感，使得工艺的其它部分中的扰乱或改变对机加工过程和产品特性不具有或仅具有有限影响。
在例示性实施例中，OPC成形物品260可由包括一个或多个可定向聚合物的连续相的定向聚合物合成物制成。优选地，聚合物合成物中的90wt％或更多(并且更优选地，95wt％或更多)的聚合物是可定向聚合物。可替选地，聚合物合成物中的所有可聚合物是可定向的。
如上文所描述，可定向聚合物是可经历聚合物对准的聚合物。可定向聚合物可以是无定形或半结晶的。在本文中，“半结晶”和“结晶”聚合物互换地指代具有熔化温度(Tm)的聚合物。虽然不意味受任何理论限制，但相信聚烯烃与填料粒子一起经历空穴，因为聚烯烃相对非极性并且如此不良粘附到填料粒子。甚至更可期望线性聚合物(即，其中在1000单体单元中小于1个的单体单元中出现链支化的聚合物，例如，线性低密度聚乙烯)。
适合的可定向聚合物的非限制性实例包含基于聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯(举例来说，高密度、极高密度和超高密度聚乙烯)、聚氯乙烯、聚甲基戊烷、聚酰胺、聚酯(举例来说，聚对苯二甲酸乙二醇酯)和基于聚酯的聚合物、聚碳酸酯、聚氧化乙烯、聚甲醛和其组合的聚合物和共聚物。如果第一聚合物包括第二聚合物，那么第一聚合物“基于”第二聚合物。举例来说，嵌段共聚物基于包括嵌段的聚合物。优选可定向聚合物包含基于聚乙烯和聚丙烯的聚合物，所述聚合物的实例包含具有从50,000到3,000,000g/mol、尤其是从100,000到1,500,000g/mol甚至从750,000到1,500,000g/mol的Mw的线性聚乙烯。
基于聚丙烯(PP)的聚合物(即，基于PP的聚合物)是用于本发明中的特别优选的可定向聚合物的一个实例。基于PP的聚合物通常具有低于其它可定向聚烯烃聚合物的密度，并且因此，促进比其它可定向聚烯烃聚合物轻的物品。基于PP的聚合物还可提供比其它可定向聚烯烃聚合物大的热稳定性。因此，通过本领域中已知的任何手段制造的基于PP的聚合物还可形成具有比其它聚烯烃聚合物的定向物品高的热稳定性的定向物品。适合的基于PP的聚合物包含PP均聚物；PP无规共聚物(具有以单体的重量计存在从0.1到15％的乙 烯或其它α-烯烃)；PP耐冲击性共聚物。优选的是使用具有大于0.3g/10min、优选地大于1g/10min更优选地大于1.5g/10min并且甚至更优选地大于2g/10min的熔化流速而同时具有小于8g/10min、优选地小于6g/10min、更优选地小于4g/10min并且甚至更优选地小于3g/10min的熔化流速的基于PP的聚合物。还优选的是使用具有55％到70％、优选地55％到65％结晶度的基于PP的聚合物。
可使用从工业或商业再生液流获得的PP，包含填充或增强的再生PP。再生PP可介于从在可定向聚合物合成物中所使用的可定向聚合物的0到100％的范围内。
PP可以是紫外线(UV)稳定的，并且可期望地还可以是冲击改性的。特定来说，可期望PP可借助于有机稳定剂稳定。PP可包括二氧化钛或没有二氧化钛颜料。
定向聚合物合成物可进一步包括包含有机填料和无机填料的填料。有机填料可以是有纤维质的或合成的聚合物。优选地，填料是惰性无机填料。无机材料并不遭受有机填料的挑战中的一些。有机填料包含有纤维质的材料(例如，木材纤维、木粉和木屑)，并且甚至在聚合物合成物内是易受影响的，从而当曝露于太阳时颜色漂白并且当曝露于湿气时分解、生霉菌和发霉。无机填料是反应性的或惰性的。惰性填料可比反应性填料优选以便达成稳定聚合物合成物密度。然而，无机填料通常比有机填料密度大。举例来说，用于本发明的惰性无机填料通常具有至少每立方厘米两克的密度。因此，包括无机填料的聚合物合成物通常可含有比包括相同体积的有机填料的聚合物合成物多的空隙体积以便达到相同聚合物合成物密度。
惰性无机填料的非限制性实例包含滑石、粘土(举例来说，高岭土)、氢氧化镁、氢氧化铝、白云石、二氧化钛、玻璃微珠、硅石、云母、金属填料、长石、钙硅石、玻璃纤维、金属纤维、硼纤维、炭黑、纳米填料、碳酸钙和飞灰。特定来说，可期望惰性无机填料包含滑石、碳酸钙、氢氧化镁和粘土。无机填料可包括一个无机填料或一个以上无机填料的组合。更特定来说，惰性无机填料可以是任何一个惰性无机填料或一个以上惰性无机填料的任何组合。本发明的施例具 有25wt％或更多、35wt％、45wt％、50wt％、55wt％或更多、或甚至60wt％的填料。随着填料水平增加超过60wt％，被拉伸OPC工件在拉伸过程期间破裂的趋势大致增加。其中填料水平介于大约40wt％与60wt％之间的实施例是优选的，因为随着填料水平增加空穴可增加并且密度降低(空隙体积增加)。
固态模具拉伸不同于其中材料在高于材料的玻璃转化温度Tg的热可流动状态中被推动穿过模具的挤压和其中材料被推动和拉动的拉挤成型。用于制造待随后被机加工以生产OPC成形物品的OPC工件的固态模具拉伸涉及通过使用驱动辊或驱动导轨或皮带(履带)的拉伸模具在低于其熔化温度Tm的温度拉动具有软化温度Ts的材料以使得材料处于张力状态下并且模具拉伸在低于聚合物合成物软化温度Ts的拉伸温度Td发生。拉伸温度Td低于聚合物软化温度10或更多度，包含低于Ts15、20或甚至30度。通常，拉伸温度Td范围是比聚合物合成物的Ts低40℃或更小以便使用经济合理拉伸速率达成线性拉伸比。优选的是在聚合物合成物被拉伸时将聚合物合成物的温度维持于聚合物合成物的Ts与比Ts低50摄氏度之间(不包含端点)的范围内的温度。优选地，在退出拉伸模具之后在机加工之前冷却聚合物合成物。
拉伸导致材料的长聚合物链伸长(或变直)并且通常在拉伸方向上对准以产生大体对准的纤维状长链聚合物结构。个别聚合物链或聚合物链群组可多少被缠绕并且还彼此机械结合，从而给予材料可大于典型未定向塑料材料或甚至用于制作木材成形物品的一些类型的木材的强度和韧性的大强度和韧性。
填料和添加剂可并入有可定向聚合物以制造可定向聚合物合成物。这些填料在固态拉伸期间充当聚合物链对准的障碍并且随着聚合物链在其伸长期间被迫滑过粒子并且与粒子分离而具有将空穴引入到材料中的效果。这样的空穴减小合成物聚合物材料的密度，并且可影响机加工工位处对OPC机器毛坯的机加工。填料粒子可在大小、形状和选择(融合度)上变化以控制空穴的水平和特性，并且可影响OPC机器毛坯的机加工的行为和结果(所需要的力、机加工纹理速 率、外观等)。其它添加剂可包含颜料、阻燃剂和本领域中已知的其它添加剂。这些填料中的一些(例如，阻燃剂)可包括硬粒子，并且如果期望材料有空穴，那么可具有作为阻燃剂并且作为聚合物合成物的填料成分的一部分或所有的有益的双重目的。
通常，空穴的程度(即，在定向期间由于腔形成而引入空隙体积的量)与填料浓度成正比。增加无机填料的浓度增加聚合物合成物的密度，但还往往增加由定向聚合物合成物中的空穴所致的空隙体积的量。特定来说，本填充式定向聚合物合成物物品的可期望实施例具有基于总聚合物合成物体积的25体积-百分比(vol％)或更多、优选地35vol％或更多、更优选地45vol％或更多空隙体积并且甚至55vol％或更多。
虽然不希望受理论的束缚，但据信裂纹扩展位点的数目和大小影响OPC工件的机加工上所观察到的表面特性并且可取决于将填料复合或融合到热塑料中的方式。尽管具有未与聚合物完全复合(融合)的浓缩填料沉积物的袋或线的材料可以是用于成形的OPC物品的符合要求的给料，但据信，当对填料和可定向聚合物预复合可以获得的良好的融合给料可以是优选给料。
额外空隙体积可通过使用放热或吸热的发泡剂来产生。在本文中，“发泡剂”包含化学起泡剂以及自其分解的产品。发泡剂包含但不限于引入作为填料(举例来说，木屑或粘土)的一部分的湿气或在坯料挤压工艺的加热条件下分解的化学品，化学起泡剂包含所谓的“偶氮”膨胀剂、特定酰肼、半-卡巴肼和亚硝基化合物、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵和碳酸铵以及具有柠檬酸或类似酸或酸衍生物的这些中的一个或多个的混合物。另一适合类型的膨胀剂封装于聚合体外壳内。与高达20％或甚至更多的非发泡坯料相比，起泡剂可使用高达至少1.5wt％起泡剂以达成密度减小。测量起泡剂相对于总定向聚合物合成物重量的重量百分比。
根据本发明的实施例，经由起泡剂引入额外空隙体积可被用于帮助控制所机加工的成形的OPC物品的表面外观。相信与在没有起泡剂的情况下制造的等效填充的OPC相比起泡剂的添加导致具有减小 的刨槽和裂缝的表面。申请人已经发现关于成形的OPC物品的性质的OPC挤出物的线性拉伸比、OPC工件的挠曲模量与OPC工件的收缩比之间的关系。举例来说，如果定向太低，即，线性拉伸比小于2，挠曲模量小于0.60GPa或收缩比大于0.8，那么取决于其它特性，OPC工件可倾向于在横向于拉伸方向的方向上脆性失效，从而导致机加工和生产具有可接受表面特性的成形的OPC物品困难。
甚至当OPC工件具有使得OPC工件可机加工并且生产具有适合美学特性的成形的OPC物品的性质时，成形的OPC物品可能并不适合用于特定应用中。举例来说，当线性拉伸比大于7，挠曲模量大于4.0GPa或收缩比小于0.35时，即使物品可机加工，成形的OPC物品可具有对螺钉插入于截面的端部中的一些装饰应用来说不期望地低的螺钉拉出力，以使得螺钉的长度基本上与拉伸方向共线。OPC工件可形成以使得可机加工以生产具有所期望的表面特性以及适合于特定建筑应用的特性的成形的OPC物品。举例来说，OPC工件可形成并且机加工成提供具有大于100磅力(445牛顿)、更优选地大于200磅力(890牛顿)、甚至更优选地大于300磅力(1334牛顿)并且再更优选地大于400磅力(1779牛顿)并且可甚至更高的拉出力的OPC成形物品。可使用机械试验机器(即，英斯特朗张力试验仪)如下测量螺钉拉出：(a)将2¹/₂英寸#8螺钉插入到板的横截面中到1¹/₂英寸的深度；(2)以每分钟0.5英寸(0.125cm)的速率拉动螺钉并且记录在从板抽出螺钉期间测量到的最大力。
在一些应用中，在线性拉伸比、挠曲模量、收缩比和密度的范围之间可存在平衡，所述范围产生可被机加工成提供具有所期望的美学特性的成形的OPC物品的OPC工件，并且所述范围产生具有与使得成形的OPC物品适合用于特定应用中的物理特性组合的所期望的美学特性的成形的OPC物品。在例示性应用中，针对永久或暂时使用，可能期望使用插入到成形的OPC物品的端部中的与成形的OPC物品的定向方向共线的紧固件(例如，螺钉)将成形的OPC物品紧固到另一物品。如果移除紧固件所需要的力(“拉出力”)太低，那么所附接的物品可(举例来说)在运输和处理期间遇到的应力下脱开。申请 人已经发现，在这个类型的情景中，可以优选的是，提供具有足够低定向以使得聚合物链与紧固件轴不完全对准的OPC物品，从而允许紧固件更好地抓紧包括物品的材料。因此，在一些应用(例如，上文所描述的其中OPC物品使用紧固件附接到另一物品的应用)中，收缩比大于0.35、优选地大于0.40或更大或者挠曲模量小于4.0、优选地小于3.5GPa或更小可以是优选的。同时，模量大于0.6并且优选地大于1GPa以使得OPC物品可仍具有足够定向以避免物品的脆性失效还可以是优选的。在一些事例中，密度介于0.65与1.0g/cc之间以便使得更多材料可用于保持螺钉可以是优选的。
对于螺钉拉出不那么重要或紧固在垂直于定向方向的方向上完成的其它应用，具有尽可能高的挠曲模量同时仍维持可接受机械机加工性可以是优选的。高达4或甚至5.5GPa的挠曲模量可导致在机加工之后具有可接受表面特性的成形的OPC物品，并且收缩比可取决于OPC工件的其它特性而低达0.35或甚至0.30或甚至0.25，并且仍导致适合于机加工的OPC工件。在一些事例中，OPC工件的密度还可取决于OPC工件的其它特性而低达0.65g/cc、0.6g/cc或0.55g/cc或甚至0.5g/cc，并且仍导致适合于机加工的OPC工件。
虽然不意味受任何理论限制，但申请人已经发现，在固态模具拉伸工艺期间聚合物链的过度定向可导致当机加工时可具有纤维状表面或具有并不给出所期望的光滑机加工的外观的沟和“裂缝”的OPC工件。线性拉伸比和挠曲模量是与OPC工件中的聚合物链的定向相关的测量结果。因此，优选的是线性拉伸比小于7.0、优选地小于6.5、更优选地小于6.0、甚至更优选地小于5.5，并且仍更优选地小于5，并且优选的是线性拉伸比大于2、优选地大于2.5并且更优选地大于3。挠曲模量可受线性拉伸比影响，并且可以是定向聚合物合成物的定向的平均度的一个测量结果。优选的是挠曲模量大于0.50GPa、更优选地大于0.6GPa、仍更优选地大于1GPa并且甚至更优选地大于1.3GPa而同时小于5.5GPa、优选地小于4GPa、更优选地小于3.5GPa、仍更优选地小于3GPa并且甚至更优选地小于2GPa。可根据ASTMD-6109-05测量挠曲模量。
可随聚合物链的定向变化的定向产品的另一测量结果包含当加热到高于其Tm的温度时物品往回收缩到其原始长度的程度。因为对OPC工件的机加工来说优选的是定向是低的，优选的是当表达为如下文定义的收缩比(SR)时在加热后的收缩度也应是低的。收缩比当在加热时长度有极小或没有损失时是高的并且当加热时的损失高时是低的。收缩比优选地小于0.8、更优选地小于0.7、甚至更优选地小于0.6、并且优选地大于0.25、更优选地大于0.30、甚至更优选地大于0.35、并且更加优选地大于0.40。收缩比通过以下步骤来测量：将成形的OPC物品切割到通常介于4英寸(10cm)与10英寸(25cm)之间的初始长度L_init；将件放置于处于180摄氏度的预热烤箱中达一个小时；从烤箱移除所述件；允许其冷却；和记录最终长度L_fin。收缩比(SR)是：
SR＝L_fin/L_init
实例：
以下实例图示本发明的实施例并且没必要图示本发明的全部范围。在机加工之后，成形的OPC物品可由挠曲模量、密度、收缩比、螺钉拉出力和表面特性表征。
用于制备OPC工件的工艺：
根据表1中所列的配方通过以特定重量比率将作为单独成分或作为预复合合成物的组合一起进给到挤压机来制备用于实例1-7和比较性实例1的可定向聚合物合成物。用于实例1-7和比较性实例1的可定向聚合物合成物具有大约163℃的软化温度。挤压机加热并且混合可定向聚合物合成物并且然后将合成物挤压穿过模具以生产OPC合成物坯料(挤出物)，所述OPC合成物坯料继续穿过标定器和冷却工位以使坯料尺寸稳定。坯料然后被热调节到低于可定向聚合物合成物的软化温度大约20℃的拉伸温度。
OPC合成物坯料然后使用拖曳器(举例来说，履带牵引器)通过会聚固态拉伸模具连续地进给以生产OPC工件。OPC坯料被以每 分钟大约6-10英尺的拉伸速率拉伸通过会聚模具。固态拉伸模具具有会聚并且优选地连续地会聚以生产OPC工件的成形通道。
所得OPC工件具有大约10cm乘以2.25cm的横截面尺寸。这些初始可变尺寸的工件首先在机加工工位中被刨平到大约9.5cm×2cm的一致矩形尺寸。所得的OPC机器毛坯然后被进给到机加工工位(具有用于五个机加工头的工位的Profimet23E机器)并且在周围环境温度下在23ft/min(7m/min)的工件进给速率下以6000RPM的工具速度来机加工。工件处于周围环境温度。成形的OPC物品的特性和机加工步骤的结果示出于表2中。
表1：OPC配方：

因斯派尔D404聚丙烯(PP)由密歇根州米德兰的陶氏化学公司(TheDowChemicalCo)供应。
再生PP-PP1020-SC0655885具有6-10g/10min的熔流并且由美国康乃迪克州诺沃克的米尔斯泰因(Muehlstein)供应。
滑石TC100由法国巴黎的依美瑞有限公司(Imerys,SociétéAnonyme)供应。
碳酸钙等级#10白，由法国巴黎的依美瑞有限公司(Imerys,SociétéAnonyme)供应。
发泡剂是由印第安纳州埃尔克哈特的凯贝化工(KibbeChemInc)供应的F-07。
聚乙烯是来自埃克森(Exxon)的帕克森(Paxon)等级EA55-003。
单位是总配方的重量百分比，包含润滑剂(下文)。
实例1和2具有1.8wt％润滑剂，其余实例3-7和比较性实例1具有2wt％润滑剂。润滑剂是由美国俄亥俄州辛辛那提的百尔罗赫(Baerlocher)供应的BaerolubW94112Tx。比较性实例1包含来自Clariant的4wt％PH73642637色母料。
表2：拉伸和工件特性：

*挠曲模量通过ASTMD-6109-05测量。
实例1-7和比较性实例1的机加工结果：
表3将实例1-7和比较性实例1的机加工OPC机器毛坯的结果总结成类似于图5中所图示的形状的形状。两个到四个OPC机器毛坯被在每一组条件下机加工并且针对机械机加工性和表面特性评级。报告所述平均评级。针对表面外观评级(Rs)的评级五意指表面是光滑的并且表面上没有肉眼可见的缕以及切丝。Rs1指示在1米处肉眼 可见的沟和大缕。针对中级表面质量给出2与5之间的表面外观评级Rs。举例来说，Rs5、4、3或2意指分别在0.25米、0.5米、0.75米和1米观察距离处肉眼不可见的表面缺陷。机械机加工性评级(Rm)5指示极好机加工并且Rm1指示机加工困难，举例来说，“机器停滞”或导致在表面外观中的沟和类似物的困难。针对中级机械机加工性给出2与5之间的中级Rm。总体可接受性评级Ra是表面外观评级要素Rs和机械机加工性评级要素Rm的总和。
表3：机加工结果：

如表3中所图示，实例1和4具有极好的机加工性能，其(如表2中所图示)对应于具有所期望的程度的如由线性拉伸比、密度、挠曲模量和收缩比的组合表征的聚合物定向的物品。实例2-3和5-7的结果图示在如由线性拉伸比、密度、挠曲模量和收缩比的组合表征的 聚合物定向的程度变化时机加工结果可能如何变化，同时仍提供可被机加工而具有可接受结果的物品。比较性实例1图示在如由线性拉伸比、密度、挠曲模量和收缩比的组合表征的聚合物定向的程度在预定范围之外时物品的机加工结果可如何变得不可接受。如从比较性实例1可见，尽管密度和挠曲模量可能在可提供具有可接受机加工性能的物品的范围内，但线性拉伸比和收缩比在预期提供可接受机加工性能的范围之外，且因此比较性实例1的物品不适用于进行机加工，这是因为其使机器停滞且具有大的表面缺陷。
材料合成物可包含例如碳酸钙、氢氧化镁或滑石的填料，且可包含发泡剂和额外添加剂。申请人相信，在OPC工件的机加工时观察到的表面特性还可取决于发泡剂的量且取决于将填料复合或融合成热塑料的方式。添加剂的量和物理性质(例如，粒子大小)还可通过引入可更改材料表面机加工的方式的弱点、线或平面而影响表面外观的结果。举例来说，当在类似条件下进行机加工时，滑石填充的OPC工件或氢氧化镁工件可具有不同表面外观。
其它处理因素(例如，机加工温度和机加工速度)还可影响表面特性。申请人已发现，可采用以上因素(复合的程度、添加剂的类型、添加剂的量、聚合物的类型和融合度、机加工温度等)中的一者或多者来控制机加工的表面的外观。另外，可改变机器的操作的变量(例如，工具rpm、工具几何形状、OPC板通过工具作业的进给速率和类似物)以针对特定应用实现所期望的外观。
实例8a和8b遵循上文所描述的同一程序，其使用实例1的用比上文针对实例1所使用的线性拉伸比高的线性拉伸比拉伸的聚合物合成物。以7500RPM的工具速度而非上文针对实例1-7所使用的6000RPM工具速度使用具有五个机加工头的Profimet模制机器对OPC机器毛坯进行机加工。成形的OPC物品的特性和机加工步骤的结果展示于表4中。如在表4中可见，增加线性拉伸比导致OPC物品的密度和挠曲模量的增加以及收缩比的增加。实例8a和8b的机加工性能比实例1的更遭。实例1和8a和8b图示了，针对给定配方，可改变线性拉伸比且因此改变密度、挠曲模量和收缩比以提供具有所 期望的机加工性能和抛光审美的物品。尽管来自实例8a和8b的机加工性能比实例1的更糟，但结果展示仍可以7500RPM的高工具速度制成成形的OPC物品。
表4：实例8a和8b：

*通过ASTMD-6109-05测量的挠曲模量。
实例1-7和8a和8b的结果图示可提供具有在0.5g/cc与1.0g/cc之间的密度、在0.60GPa与5.5GPa之间的挠曲模量和在0.30与0.8之间的收缩比的OPC物品的合成物，上述指标可提供可经机加工而在表面上不留有大致裂缝或松散小纤维且在旋转工具周围无塑料纤维的缠绕或卷绕的OPC工件。实例1-7和8a和8b的结果图示OPC工件如何定向和纤维质与工件经机加工以生产具有申请人所指出的所期望的特性的物品的能力之间的关系。申请人已发现，与OPC工件的定向的量和在生产OPC工件时使用的线性拉伸比有关的密度范围、挠曲模量范围和收缩比范围的仅有限部分适合于借助在机加工真实木材物品中使用的工具(例如，刳刨机或刨床)进行机加工。实例1-7图示，使用在3.5到6.25的范围内的线性拉伸比形成且具有在0.53g/cc到0.77g/cc的范围内的密度、在1.03到2.04的范围内的挠曲模量和在0.320到0.595的范围内的收缩比的工件可适于以类似于真实木材的方式改变机加工的程度。实例8a和8b图示，甚至在线性拉伸比增加到高达6.5且挠曲模量增加到3.0以上时，仍可生产可机加工工件。
本文中所描述的工艺和合成物可被用于提供由定向聚合物合成物制成的成形的OPC物品，所述定向聚合物合成物可经机加工以提 供各种各样的形状且具有所期望的审美外观和机加工能力以用作木材物品的代替品，举例来说，用作装饰性或复杂成形物品或用于需要机加工木材物品的其它建筑应用中。本发明的工艺和合成物提供一种OPC物品，所述OPC物品可通过张力拉伸工艺生产且可经机加工以使用标准连续木材加工工具(例如刨床(压刨机)、刳刨机和模制机，举例来说)生产成形物品，所述成形物品可在工件的长度方向上连续地成形且在物品的经加工表面上大致无缺陷。另外，本发明工艺和合成物解决其它合成物材料遇到的数个挑战(例如，高重量、高热膨胀系数(CTE)和爆裂)。
如本文中所描述，可基于聚合物合成物、填料水平、模具设计、坯料横截面面积与拉伸模具退出横截面面积的比率、拉伸温度和用于形成OPC工件的发泡剂的量而调整OPC机器毛坯中的定向量以产生OPC机器毛坯的所期望的密度、挠曲模量和/或收缩比以便提供适合于以类似于传统木材机器毛坯的方式的方式机加工的物品。可基于材料(例如，可定向聚合物和填料的类型和相对量)视需要提供密度、挠曲模量和收缩比以影响OPC机器毛坯中的定向的量并且因此影响机器毛坯的机械机加工性。可基于用于形成OPC工件的线性拉伸比进一步影响针对给定配方的毛坯的机械机加工性。
另外，本文中所描述的工艺和合成物可提供OPC机器毛坯，所述OPC机器毛坯适合于机加工到毛坯内的任何深度和从毛坯的任何侧部机加工，并且所述OPC机器毛坯降低机加工期间表面纤维化和裂缝的出现并且还可降低在使用期间在物品的紧固期间爆裂的出现。如上文所描述，当用锯切割或通过多个木材加工技术中的任何一个机加工典型OPC物品时，表面纤维化可出现。“裂缝”是当在机加工过程期间小纤维或小纤维簇产生于切割或机加工表面处时，当拉动时所述切割或机加工表面可剥离或“削弱”邻近对准的聚合物链，从而在表面中留下间隙。“爆裂”可当螺钉插入并且材料件脱离时发生，例如，如果材料太易碎，那么可发生。
先前技术已经使用生产具有修改的表面层的物品以试图解决表面纤维化的问题的工艺。然而，这些基于表面的方法限制物品可在可 被机加工的物品的深度和/或侧部数目的方面上被机加工的程度。举例来说，这些基于层的工艺通常仅影响物品的表面到在微米的数量级(例如，80-400微米)上的深度，如O'Brien等人的第2009/0155534号美国公开案中所公开。简单来说，在处理的深度上的这个限制对待使用木材加工技术机加工的物品来说不实际，在木材加工技术中，切割可在深度上从若干毫米变化到数英寸并且高达物品的整个深度。这些方法还可导致可增加制造时间和成本的额外处理步骤。相比之下，本发明工艺和合成物提供可被机加工到物品内的任何深度并且从物品的任何侧部机加工的物品。本发明的成形的OPC物品还可以类似于实木的方式的方式设置有适合用于装饰应用中的螺钉拉力以降低在紧固期间爆裂的出现。
另外，本发明物品比试图使用表面涂层或层解决纤维化的物品更适合与通常在木材机加工过程中使用的更高速度成形工具一起使用。以更类似于与实木一起使用的处理速度的更高速度来机加工本发明OPC机器毛坯的能力可增加物料通过量，从而降低生产时间。本文中所描述的工艺和合成物进一步最小化在高速度处理期间的工具颤振和塑料纤维围绕旋转工具的卷绕，进一步促进本发明物品对实木的替代。颤振与机器或工件的振动相关并且可降低机加工操作的精度，并且还可缩短机器的寿命。所产生的噪声可导致不可接受的嘈杂工作环境，从而需要额外工人个人保护性设备。
本发明物品还提供一种物品，所述物品可以是不具有纤维素的物品以使得其将不会腐烂并且可被配制成对UV曝露的影响比木材更具抵抗性，同时具有比传统塑料材料大的强度和对挠曲或冲击失效的抵抗力。这样的物品可具有优于其它塑料的木材替代材料的其它优点：不需要导钉孔以避免当用钉或螺钉固定时裂开并且当被弯曲或冲击(铁锤的重击、人流踩踏等)时可由于材料的拉伸长缕聚合物结构的整体性而对裂开或破裂具高度抵抗性。因为物品优选地不含有纤维素(包含无纤维素填料)并且可对吸收湿气具抵抗性，材料也较不由于延长曝露于湿气而易于歪曲或发霉，并且其可进一步自我保护抵抗昆虫损坏(例如，白蚁)。另外，这样的物品可使用填料和颜料来生 产以生产在物品的整体上具有一致颜色的物品，并且还可被上色。因此，制造商或消费者可视需要更改产品的颜色。此外，聚合物材料可在制造期间预着色以显露可(举例来说)在购买时具有风化木材的外观的单色或多色(例如，杂色)的机加工的表面。
本发明物品的另一特性是在机加工之后其可随后被处理成改进或更改端部外观。举例来说，接下来的机加工可通过(举例来说)砂磨和/或刷光和/或火焰处理表面来进一步处理可含有某种程度的相对有绒毛、提升的纤维或其它瑕疵的OPC物品的机加工的表面，以便控制所得纹理并且达成所期望的外观，同时维持外部表面的样子。这个处理的另一优点可以是其用于减小其表面具有小于所期望的质量的产品上的沟(裂缝)或过量纤维的机加工的表面指示。
本文中可囊括的额外实施例包含：
用于装饰应用的建筑产品物品包括具有其中厚度小于相关联的长度或宽度尺寸的长度、宽度和厚度的成形物品，其中至少一个表面已经被工(刳刨、刨平(压刨)等)成使得OPC成形物品的一部分沿着物品的长度的至少一部分在厚度上减小，并且其中成形物品的密度介于0.5g/cc与1.0g/cc之间，并且表面没有肉眼可见的缺陷(举例来说，沟或“裂缝”或小纤维)。
成形物品的额外实施例包含以下中的一个或多个：(a)成形的OPC物品包括填料；(b)成形的OPC物品包括聚乙烯或聚丙烯；(c)成形的OPC物品的收缩比介于0.30与0.8之间(不包含端点)；(d)成形的OPC物品的螺钉拉出力大于200磅力(890牛顿)；(e)成形的OPC物品的密度大于0.5g/cc并且小于0.9g/cc；(f)成形的OPC物品的挠曲模量大于0.60GPa并且小于4.0GPa；(g)成形的OPC物品的挠曲模量大于0.60GPa并且小于3.5GPa；(h)成形的OPC物品的挠曲模量大于1.0GPa并且小于4.0GPa；(i)成形的OPC物品的挠曲模量大于1.0GPa并且小于3.5GPa；以及(j)成形的OPC物品包括包含但不限于发泡剂、稳定剂和阻燃剂的添加剂。成形物品可以是装饰性修整件，其非限制性实例包含穹窿或模制件或者功能零件，举例来说，用于挤压式铝门槛或坎的支撑板。在特别优选的实施 例中，填充式成形的OPC物品包括聚乙烯或聚丙烯和其中填料量(基于聚合物合成物重量)大于25wt％并且小于60wt％的无机填料。
在另一实施例中，本发明是生产成形的OPC物品的工艺，所述工艺包括以下步骤：(a)提供温度调节式挤压式聚合物合成物到固态拉伸模具；(b)拉伸该合成物以生产定向聚合物合成物工件；(c)提供所述OPC工件到包括一个或多个机床的机加工装置；和(d)机加工OPC工件以生产通过使用机加工工具移除材料已经在厚度上减小的表面，以便生产定向聚合物合成物成形物品；并且进一步包括可在步骤(c)之前发生的可选步骤(e)，将OPC工件修整到初始横截面。
在其它优选实施例中，所述工艺可具有以下额外特性中的一个或一个以上：(a)聚合物合成物被拉伸成使得线性拉伸比介于2.5与7之间；(b)高速度机加工装置的旋转速度介于2000RPM与12000RPM之间；(c)高速度机加工装置包括多个机加工头；(d)在通过(若干)高速度机加工头一次的情况下完成将OPC工件修整到所期望的横截面并且将OPC工件机加工成OPC成形物品；(e)OPC工件包括填料；和(f)工件到机加工装置的进给速率大于每分钟4米。
在优选实施例中，聚合物合成物被拉伸成使得线性拉伸比介于3与4.5之间或4.5与7之间。在又一些优选实施例中，工件的密度分别地取决于对成形的OPC物品的所期望的紧固方法是垂直于拉伸方向还是与拉伸方向共线性而介于0.5与0.65g/cc之间或0.65与1.0g/cc之间。
本发明的成形的OPC物品可用作建筑中的内部或外部装饰性成形物品或建筑中所使用的组件的部件，其非限制性实例包含穹窿、模制件、砖模制件、门槛、用于门坎的支撑件、门或窗线(windowlineal)、拐角修整件、或者窗户、门或其它窗户配列开口的其它部件。
在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可视需要彼此组合使用。该一个特征可能未图示于所有实施例中并非意指解释为其不可这样而是为了描述的简洁才这样做。因此，不同实施例的各种特征可视需要混合并且匹配以形成新的实施例，无论新的实施例是否明确公开。
虽然已经结合其某些特定实施例具体地描述了本发明，但应理解，这是图示而非限制方式。可在前述公开内容和附图的范围内做出合理变化和修改而不背离随附权利要求书中所定义的本发明的精神。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种由定向聚合物合成物(OPC)贯穿其整个体积形成的物品，所述物品的宽度和厚度尺寸小于长度尺寸，其中至少一个表面已经被机加工成使得所述物品的一部分沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小，并且其中所述物品的密度介于大约0.5g/cc与l.0g/cc之间。
2.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述物品的挠曲模量介于0.50GPa与5.5GPa之间。
3.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述OPC进一步包括至少一种填料。
4.根据权利要求3所述的物品，其特征在于，所述至少一种填料是无机填料、有机填料或两者的组合。
5.根据权利要求3所述的物品，其特征在于，所述填料包括介于所述物品的大约25wt％与60wt％之间。
6.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述OPC包括聚乙烯、聚丙烯、再生聚乙烯或再生聚丙烯、或其组合。
7.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述收缩比是0.25或更大但小于0.8。
8.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述至少一个表面已经被机加工成使得，与所述物品的最大宽度或厚度尺寸相比，所述物品沿着所述长度尺寸的至少一部分相应地在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小至少5％。
9.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述至少一个表面已经被机加工成使得，与所述物品的最大宽度或厚度尺寸相比，所述物品的一部分沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分相应地在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上减小至少400微米。
10.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，沿着所述物品的所述长度尺寸的至少一部分在所述宽度或厚度尺寸中的至少一个上的所述减小形成所述物品上的外部轮廓，所述物品能够用作在建筑应用中的内部或外部装饰部件。
11.根据权利要求1所述的物品，其特征在于，所述至少一个机加工的表面没有肉眼可见的缺陷。
12.一种包含至少一个部件的建筑结构，所述部件包括根据权利要求1所述的物品。
13.根据权利要求12所述的建筑结构，其特征在于，所述物品设置为用于窗户、门或窗户配列开口的组件的部件。
14.一种用于用定向聚合物合成物(OPC)制造机器成形物品的工艺，所述机器成形物品由所述OPC贯穿其整个体积形成，所述工艺包括：
(a)提供温度调节的挤压式聚合物合成物到固态拉伸模具；
(b)以小于7.0的线性拉伸比拉伸所述聚合物合成物以生产OPC工件；
(c)将所述OPC工件提供到包括一个或多个机床的机加工装置；和
(d)机加工所述OPC工件以生产通过使用机加工工具移除材料已经在厚度上减小的表面以生产OPC机器成形物品。
15.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述聚合物合成物被模具拉伸以使得所述线性拉伸比介于2.5与6.5之间。
16.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个机床中的至少一个的旋转速度介于2000RPM与12000RPM之间。
17.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，多个机床在通过所述机床一次的情况下完成对所述OPC工件的机加工。
18.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述OPC机器成形物品包括无机填料、有机填料或两者的组合。
19.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述定向聚合物合成物包括聚乙烯、聚丙烯、再生聚乙烯、再生聚丙烯或其组合。
20.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述工艺是半连续或连续工艺。
21.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，机加工所述OPC工件包括：通过使用所述一个或多个机床移除材料将所述物品的宽度尺寸或厚度尺寸中的至少一个减小到至少400微米的深度。
22.根据权利要求14所述的工艺，进一步包括：在将所述OPC工件提供到所述机加工装置之前，修整所述OPC工件到初始横截面尺寸。
23.根据权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述OPC机器成形物品没有肉眼可见的表面缺陷。