CN102248571A - 一种聚合木板材成型设备与成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚合木材料加工成型设备与成型方法，利用回收的混杂废旧塑料经过塑化与粉碎木质纤维类材料及加工助剂捏合然后模压形成共连续相结构，得到高强度、高硬度、低成本的新型复合材料的一种聚合木材料的加工成型设备与成型方法。生产设备包括捏合机(5)、轨道(2)、液压机(11)、脱模机构(14)和相应的控制台。首先将捏合机油缸预热到预定温度，之后将废旧塑料与木质纤维材料及加工助剂加入捏合机进行塑化混合，然后将充分混合的原料加入下方轨道上的模压工作台，由轨道运输至液压机处进行模压，最后将工作台移至脱模机构处进行脱模处理。本发明实现了一种使用模压工艺制备大尺寸高强度厚壁聚合木建筑板材，其厚度可达100mm以上，有效解决了传统挤出成型方法不适宜制备大尺寸厚壁聚合木板材的技术缺陷，实现整个生产线的自动化、流水线式作业，同时可采用增强材料植入法进一步提高其性能，拓宽了其应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合木材料加工成型设备与成型方法，特别涉及大尺寸厚壁聚合木建筑板材的成型设备与成型方法。
背景技术
聚合木是一种既可以代替塑料，又可以代替木材、钢材、铝材、水泥等使用的全循环、高环保、节约型的新型材料。聚合木是使用不分类的混杂废旧塑料添加无机材料、木质纤维类材料以及多元嵌段共聚物、交联剂增塑剂等原料，用反应引发剂引发化学反应，促使塑料材料塑化并重新聚合、复合后，用塑料加工方法制造出来的一种强度远高于木材，质感最接近木材的新型材料。是至今唯一充分利用了塑料材料的所有成分，不排放废弃物完全不含甲醛等有毒物质的材料。通常情况下，聚合木材料的制备主要是靠挤出、注塑的方法，制品的截面尺寸相对比较小，不适宜制备大截面尺寸的聚合木制品。公开号为CN1445285A的中国专利申请公开了一种改性木塑复合材料的制备方法，主要通过挤出成型工艺制备不同截面形状的制品。目前，国内鲜有厚度可达到100mm以上的大尺寸聚合木板材的成熟的制备加工技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效地使用混杂塑料工业化制备大尺寸厚壁聚合木板材的成型方法，有效解决利用传统成型方法不适宜制备大尺寸厚壁聚合木板材的技术缺陷，拓展大尺寸厚壁聚合木板材在建筑领域如木方、建筑框架柱材、高强度楼板等的应用。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
聚合木板材成型设备，其特征在于：该设备包括沿模具的传送方向依次设置的捏合机5、轨道2、模具13、液压机11、脱模机构14；捏合机5由捏合机电控柜7控制，捏合机油缸9为捏合机5提供热源，物料在捏合机5混合后，由捏合机5下方的出料口3送至轨道2上的模具13中，轨道辊轴带动模具13进入液压机11内，液压机11通过下模板的4个柱塞油缸18控制其运动，原料在液压机11内模压成型后，通过脱模机构14的6个顶出缸16的将制品顶出，实现脱模。模具13规格为4600mm×1300mm(长×宽)，制备出的聚合木板材厚度为100mm以上。
所述液压机11的公称合模力36000KN，工作间距1000mm，工作层数为1，最大液压力为20-40MPa，其活塞行程为500mm。液压机为框式结构，上模板固定在顶梁板上，上下模板中通水冷却，液压机设计有8对进出水口。
本发明的另一方面，根据上述成型设备成型聚合木板材的方法，所用物料包括回收混杂废旧塑料、粉碎的木质纤维类材料、三元嵌段共聚物、交联剂、增塑剂和增强填料，该方法包括以下步骤：
1)捏合阶段
首先开启捏合机油缸控制柜8给捏合机油缸9通电预热循环油至210-250℃左右，使废旧塑料和木质纤维材料、加工助剂能进行充分捏合。
2)送料阶段
在捏合机5内捏合0.8-1.5小时使原料充分混合之后，原料有捏合机5下方的出料口3送至轨道2上的模具13中，之后由轨道2上的辊轴带动模具13进入液压机11内。
3)模压阶段
模具13进入液压机11达到液压机限位阀17后，液压机主机辊轮失去动力使模具13停在预定位置内，通过按下液压机电控柜10的按钮后，液压机油泵给主缸下腔供油，活动横梁空程上升。当活动横梁上升压制到物料之后开始加压，待压力上升至预定压力后，发出讯号三个低压泵停止，高压油泵根据需要供油，再一次上升到预定高压后，高压油泵停止。同时计时，到预定时间之后，打开液压阀，主缸腔的油回到油箱使模具回到轨道上，至此一次模压过程全部结束。液压机提供的模压力为20-40MPa。
4)脱模阶段
当模具再一次回到轨道2时重新接触限位阀17，使主机内辊轮转动，将模具带出液压机11，当模具前端接触到脱模机构限位阀15之后，托架辊轮停止转动，同时托架下方的6个脱模缸16通电，把模具内压制的成品推出模具，这时再由两个侧缸通电顶出将模具推到托架旁边的小推车上。至此一次生产结束。
其中，捏合机温度设定为220℃，混合时间为1小时，液压机温度设定为220℃，压力设定为30MPa。
其中，所述回收混杂废旧塑料为选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或几种。
其中，所述三元嵌段共聚物为选自苯乙烯-异戊二烯、丁二烯-苯乙烯和聚乙二醇-脂肪族聚酯-聚氨基酸中的一种或几种。
其中，所述交联剂为选自氯化聚乙烯和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或几种。
其中，所述增塑剂为选自邻苯二甲酸二辛脂、聚己二酸二丁酯和聚辛二酸二丁酯中的一种或几种。
其中，所述增强填料为选自金属、玻璃纤维毡、纳米碳酸钙和晶须硅中的一种或几种。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1)本发明通过模压成型有效克服利用传统成型方法不适宜制备大尺寸厚壁聚合木板材的技术缺陷。利用模压成型可制备厚度达100mm以上的厚壁聚合木板材，而且在生产过程中可以使用增强材料植入法，使产品局部强度成倍提高，植入的材料可以是金属、木材、竹坯、增强纤维，进一步增强聚合木板材的强度使之能够完全达到建筑领域制品强度要求从而取代传统的建筑材料降低建筑成本，满足市场需要。
2)本发明的模压成型工艺大大降低了对原材料料的要求，提供了一种木塑异性混容的方法，其异性混容机理是大量的木粉和废旧塑料在高温高压下通过添加特殊增容剂等通过捏合机和高压固相成型设备形成共连续相结构的新型复合材料的成型机理。该工艺使原材料的应用范围更加宽广，直接使用城市垃圾塑料和农作物秸秆类材料，有利于解决塑料污染和废弃木材再利用等资源环境问题。
3)本发明通过轨道的辊轴运动，实现模具和捏合机与液压机之间的自动化连接，并通过脱模机构实现模具的自动脱模，从而实现整个生产线的自动化、流水线式作业。
4)本发明开发的成型用液压机公称合模力大，能使不相容的混杂塑料之间通过高温高压使分子间紧密结合，生产的制品韧性、弹性模量等主要性能指标均大幅提高，弯曲模量可达到4500-5000Mpa，静曲强度可达30-40Mpa。
附图说明
图1本发明所设计的大尺寸厚壁聚合木板材的生产设备结构示意正视图
图2本发明聚合木材料的生产工艺流程图
图中：1、轨道支架，2、轨道，3、捏合机出料口，4、捏合机电机，5、捏合机，6、捏合机顶盖，7、捏合机电控柜，8、捏合机油缸电控柜，9、捏合机油缸，10、液压机电控柜，11、框式液压机主机，12、脱模机电控，13、模具，14、脱模机构，15、脱模限位阀，16、脱模顶出缸，17、液压机限位阀，18、液压机柱塞缸。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
实施实例1
本发明的一种大尺寸厚壁聚合木板材生产设备，其结构如图1所示，该设备包括沿模具的传送方向依次设置的捏合机5、轨道2、模具13、液压机11、脱模机构14；捏合机5由捏合机电控柜7控制，捏合机油缸9为捏合机5提供热源，物料在捏合机5内混合后，由捏合机5下方的出料口3送至轨道2上的模具13中，轨道辊轴带动模具13进入液压机11内，液压机11通过下模板的4个柱塞油缸18控制其运动，原料在液压机11内模压成型后，通过脱模机构14的6个顶出缸16的将制品顶出，实现脱模。
该实施实例模具13的规格为4600mm×1300mm(长×宽)，制备的聚合木板材厚度为120mm。
液压机11的公称合模力36000KN，工作间距1000mm，工作层数为1，最大液压力为30MPa，其活塞行程为500mm。液压机11包括框式下顶式结构，主机由框板、上横梁、活动平台、油缸组。油缸组为柱塞式结构，有四个直径是750cm的柱塞安装在框板内。机器工作时，柱塞自下向上运动合模，压制成型，并有自动补压功能，能确保制品质量。同时，液压机设有8对进出水口。
脱模机构15包括6个脱模缸15，工作时开始6个脱模缸同时得电将制品顶出，之后，2个侧缸得电将模具推到旁边的小车上完成脱模。
轨道2中间有链条带动辊轮运转从而带动模具运动。
该实施实例所用物料为，回收的废旧聚丙烯和聚氯乙烯、粉碎木屑、三元嵌段共聚物苯乙烯-异戊二烯、交联剂氯化聚乙烯、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、增强填料玻璃纤维毡。
首先开启捏合机油缸控制柜8给捏合机油缸9通电预热循环油至220℃，在气温较低的冬季适当增长预热时间以便循环油能够尽可能达到220℃，当油温适当之后打开捏合机顶盖6将准备好的废旧塑料和秸秆装入捏合机5进行捏合，捏合机温度设定为220℃。
在捏合机5内捏合1小时使原料充分混合之后，原料有捏合机5下方的出料口3至轨道2上的模具13中，之后由轨道2上的辊轴带动模具13进入液压机11内。
模具13进入液压机11达到液压机限位阀17后，液压机主机辊轮失去动力使模具13停在预定位置内，通过按下液压机电控柜10的按钮后，液压机油泵的给主缸下腔供油，活动横梁空程上升。当上升压制到压制品之后加压，待压力上升至预定压力后，发出讯号三个低压泵停止，高压油泵据需供油，再一次上升到预定高压后，高压油泵停止。同时计时，到预定时间之后，打开液压阀，主缸腔的油回到油箱使模具回到轨道上，至此一次模压过程全部结束。其中，液压机温度设定为220℃，压力设定为30MPa。
当模具再一次回到轨道式重新碰触限位阀17，使主机内辊轮转动，将模具带出液压机11，当模具前端碰触到脱模机构限位阀15之后，托架辊轮停止转动，同时托架下方的6个脱模缸16同时顶出，把模具内压制的成品推出模具，这时再由两个侧缸顶出将模具推到托架旁边的小推车上。所制备的聚合木性能测试结果为：比重：0.99g/cm3(测试标准：GB1033)、线性膨胀系数：2.1×10-5mm/mm/℃(测试标准GB1036)、缺口冲击强度：5KJ/m2(测试标准GB/T1043-1993)、弯曲模量：4700MPa(测试标准GB/T9341-2000)、弯曲强度：33MPa(测试标准GB/T9341-2000)。
实施实例2
成型设备同实施实例1。该实施实例模具13的规格为4600mm×1300mm(长×宽)，制备的聚合木板材厚度为150mm。
该实施实例所用物料为，回收的废旧聚丙烯和聚乙烯及聚氯乙烯、粉碎木屑、三元嵌段共聚物聚乙二醇-脂肪族聚酯-聚氨基酸、交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、增塑剂聚己二酸二丁酯、增强填料晶须硅。
首先开启捏合机油缸控制柜8给捏合机油缸9通电预热循环油至220℃，在气温较低的冬季适当增长预热时间以便循环油能够尽可能达到220℃，当油温适当之后打开捏合机顶盖6将准备好的废旧塑料和秸秆装入捏合机5进行捏合，捏合机温度设定为220℃。
在捏合机5内捏合1.5小时使原料充分混合之后，原料有捏合机5下方的出料口3至轨道2上的模具13中，之后由轨道2上的辊轴带动模具13进入液压机11内。
模具13进入液压机11达到液压机限位阀17后，液压机主机辊轮失去动力使模具13停在预定位置内，通过按下液压机电控柜10的按钮后，液压机油泵的给主缸下腔供油，活动横梁空程上升。当上升压制到压制品之后加压，待压力上升至预定压力后，发出讯号三个低压泵停止，高压油泵据需供油，再一次上升到预定高压后，高压油泵停止。同时计时，到预定时间之后，打开液压阀，主缸腔的油回到油箱使模具回到轨道上，至此一次模压过程全部结束。其中，液压机温度设定为220℃，压力设定为35MPa。
当模具再一次回到轨道式重新碰触限位阀17，使主机内辊轮转动，将模具带出液压机11，当模具前端碰触到脱模机构限位阀15之后，托架辊轮停止转动，同时托架下方的6个脱模缸16同时顶出，把模具内压制的成品推出模具，这时再由两个侧缸顶出将模具推到托架旁边的小推车上。所制备的聚合木性能测试结果为：比重：1.1g/cm3(测试标准：GB1033)、线性膨胀系数：2.7×10-5mm/mm/℃(测试标准GB1036)、缺口冲击强度：6.5KJ/m2(测试标准GB/T1043-1993)、弯曲模量：4800MPa(测试标准GB/T9341-2000)、弯曲强度：34MPa(测试标准GB/T9341-2000)。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，与本发明的权利要求书相当的含有和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (9)
1.一种聚合木板材成型设备，其特征在于：该设备包括沿模具的传送方向依次设置的捏合机(5)、轨道(2)、模具(13)、液压机(11)、脱模机构(14)；捏合机(5)由捏合机电控柜(7)控制，捏合机油缸(9)为捏合机(5)提供热源，物料在捏合机(5)内混合后，由捏合机(5)下方的出料口(3)送至轨道(2)上的模具(13)中，轨道辊轴带动模具(13)进入液压机(11)内，液压机(11)通过下模板的4个柱塞油缸(18)控制其运动，原料在液压机(11)内模压成型后，通过脱模机构(14)的6个顶出缸(16)将制品顶出，实现脱模，模具(13)规格为4600mm×1300mm(长×宽)，制备的聚合木板材厚度为100mm以上。
2.如权利要求1所述的聚合木板材成型设备，其特征在于：液压机(11)的公称合模力36000KN，工作间距1000mm，工作层数为1，最大液压力为20-40MPa，其活塞行程为500mm，液压机为框式结构，上模板固定在顶梁板上，上下模板中通水冷却，液压机设有8对进出水口。
3.一种根据权利要求1-2之一所述的成型设备成型聚合木板材的方法，其特征在于：所用物料包括回收混杂废旧塑料、粉碎的木质纤维类材料、三元嵌段共聚物、交联剂、增塑剂和增强填料，该方法包括以下步骤：
1)捏合阶段
首先开启捏合机油缸控制柜(8)给捏合机油缸(9)通电预热循环油至210-250℃，使废旧塑料、木质纤维材料和加工助剂能进行充分捏合；
2)送料阶段
在捏合机(5)内捏合0.8-1.5小时使原料充分混合之后，原料由捏合机(5)下方的出料口(3)送至轨道(2)上的模具(13)中，之后由轨道(2)上的辊轴带动模具(13)进入液压机(11)内；
3)模压阶段
模具(13)进入液压机(11)达到液压机限位阀(17)后，液压机主机辊轮失去动力使模具(13)停在预定位置内，通过按下液压机电控柜(10)的按钮后，液压机油泵给主缸下腔供油，活动横梁空程上升，当活动横梁上升压制到物料之后开始加压，待压力上升至预定压力后，发出讯号三个低压泵停止，高压油泵根据需要供油，再一次上升到预定高压后，高压油泵停止，同时计时，到预定时间之后，打开液压阀，主缸腔的油回到油箱使模具回到轨道上，至此一次模压过程全部结束，液压机提供的模压力为20-40MPa；
4)脱模阶段
当模具再一次回到轨道(2)时重新接触限位阀(17)，使主机内辊轮转动，将模具带出液压机(11)，当模具前端接触到脱模机构限位阀(15)之后，托架辊轮停止转动，同时托架下方的6个脱模缸(16)通电，把模具内压制的成品推出模具，这时再由两个侧缸通电顶出将模具推到托架旁边的小推车上，至此一次生产结束。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：捏合机温度设定为220℃，混合时间为1小时，液压机温度设定为220℃，模压力设定为30MPa。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述回收混杂废旧塑料为选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或几种。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述三元嵌段共聚物为选自苯乙烯-异戊二烯、丁二烯-苯乙烯和聚乙二醇-脂肪族聚酯-聚氨基酸中的一种或几种。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述交联剂为选自氯化聚乙烯和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或几种。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述增塑剂为选自邻苯二甲酸二辛脂、聚己二酸二丁酯和聚辛二酸二丁酯中的一种或几种。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述增强填料为选自金属、玻璃纤维毡、纳米碳酸钙和晶须硅中的一种或几种。
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