CN103722765A - 木质纤维再生型材成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木质纤维再生型材成型装置，包括对再生型材进行加工的挤出成型机构和对该挤出成型机构进行驱动的驱动机构；该挤出成型机构包括具有内腔的机筒，该机筒上设置有加热器，机筒的侧壁上设置有透气通槽，该透气通槽与该机筒的内腔相通。本发明木质纤维再生型材成型装置能将大量木质纤维的农林废弃物生产为可用型材使其得到有效、充分利用，结构简单，对原料适应范围广，能耗低，效率高，生产的再生型材综合性能好，可进行大规模工业生产。

Description

木质纤维再生型材成型装置

技术领域

本发明涉及再生型材成型技术领域，特别是涉及一种木质纤维再生型材成型装置。

背景技术

近年来，焚烧农林废弃物引起的环境问题受到人们越来越多的关注，农林废弃物主要来自于农林作物在收获和加工过程中产生的废弃物，我国每年产生的各种农林废弃物总量达15亿吨，除一部分用于造纸、发电、农村生活能源等，其中绝大部分都未能得到有效、充分的利用，如能将这些宝贵的生物质资源转化为材料，其经济、社会效益将是十分显著的。

目前我国对含有大量木质纤维的农林废弃物的利用主要是将长条的木质纤维做切断和烘干处理后，通过压辊式颗粒成型机、活塞冲压式成型机和螺旋式成型机等制成生物质致密成型燃料，但由于含有大量木质纤维的农林废弃物的含水量一般比较高，需要花费大量的人力和物力将其烘干并切断处理后才能进行生产。其次，其生成生物质致密成型燃料做燃烧之用，含有大量木质纤维的农林废弃物亦未能得到有效、充分的利用。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术缺陷，提供一种能将大量木质纤维的农林废弃物生产为可用型材使其得到有效、充分利用，结构简单，对原料适应范围广，能耗低，效率高，生产的再生型材综合性能好，可进行大规模工业生产的木质纤维再生型材成型装置。

其技术方案如下。

一种木质纤维再生型材成型装置，包括对再生型材进行加工的挤出成型机构和对该挤出成型机构进行驱动的驱动机构；该挤出成型机构包括具有内腔的机筒，该机筒上设置有加热器，机筒的侧壁上设置有透气通槽，该透气通槽与该机筒的内腔相通。

本技术方案木质纤维再生型材成型装置是在生物质压缩成型基础理论的基础上提出来的，挤出成型机构在压缩初期，较低的压力传递至纤维中，使松散堆积的纤维排列结构开始改变，纤维内部空隙率减少。同时机筒保持一定的温度，当在机筒内堆积的物料增多，压力增大，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合。同时，纤维固有组分木质素是最好的内在粘结剂，当温度为70～110℃时软化具有黏性，140℃～180℃时塑化且粘结力增加，到200～300℃时软化程度加剧，黏性增高，施加一定压力，可使其与纤维素紧密粘结，机筒在各个不同的部位都设置有加热器，在加热型材将多余水分从透气通槽排出以使得型材适合成型制作的同时，还可根据木质素的特性进行温度调节，以配合挤出成型机构对型材进行处理。此外，纤维中的水分流动于纤维团间，在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用，还可降低木质素的玻璃化转变温度的作用，使纤维在较低加热温度下成型，冷却后即形成具有一定形状、密度、表面紧密且无裂纹、挺直、密度均匀、具有连续式木质纤维的型材。

在其中一个实施例中，所述机筒包括相互连接的料筒和口模筒；料筒为内部设有挤压腔的中空结构，挤压腔内设置有螺杆组，料筒还设置有与挤压腔相通的进料口和出料口，螺杆组沿挤压腔内朝向出料口的方向布置，螺杆组包括至少两根相互啮合并异向旋转工作的螺杆。采用相互啮合并异向旋转工作的双螺杆输送物料，主要特点是稳定的挤出成型，双螺杆正位移输送能力强，可输送纤维长度较长的木质纤维材料，物料停留时间分布较窄，而且物料受到剪切、摩擦、揉搓而混合更充分、热传递更好；自洁效果好，减少物料局部过热降解碳化。

在其中一个实施例中，所述螺杆的螺纹导程、螺槽深度沿加料口朝向出料口的方向上逐渐变小。螺杆在于加料口对应段的螺槽容积大，易加入较大体积的蓬松物料，在压缩初期，较低的压力传递至纤维中，使松散堆积的纤维排列结构开始改变，纤维内部空隙率减少；随着螺槽容积沿输送方向逐渐减小，采用连续渐变的压缩比，保证物料连续平稳地输送，同时当在机筒内堆积的物料增多，压力增大，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合。

在其中一个实施例中，所述口模筒为内部设有成型腔的中空结构，该口模筒具有与成型腔相通的进口和出口，口模筒的进口与料筒的出料口相通，该成型腔沿进口朝向出口的方向上依次设置有锥形段和直筒段，该锥形段的内径沿进口朝向出口的方向上收缩，所述出口处的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐变大。口模筒的尺寸可根据物料种类和产品需求调整，其采用系列化设计，增加了装置对原料的适用性，同时增加产品的种类。同时，出口处的直径有少许变大，使得型材有一定的应力恢复，当型材出来时不会因为水汽而膨化。

在其中一个实施例中，所述口模筒的内侧壁上设置有耐磨衬套，该耐磨衬套设置有透气缝隙，所述透气缝隙与所述透气通槽相通，所述加热器设置于口模筒上，所述口模筒上还设置有温度传感器。当物料进入口模筒时，其压力和密度达到最大，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合，同时在加热器设置于口模筒上，耐磨衬套上开有透气缝隙，透气缝隙与透气通槽相通，使得高水分的原料因螺杆和加热器的作用所产生的高温高压的水汽释放出来。同时高温也使得纤维固有组分木质素软化程度加剧，黏性增高，施加一定压力，可使其与纤维素紧密粘结。

在其中一个实施例中，所述螺杆包括相互连接的螺杆体和螺杆头，所述螺杆头伸进所述直通段内；所述螺杆头包括与螺杆体相连接的截锥部，所述截锥部的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐减少。螺杆头采用耐磨材料制作或进行表面热处理、涂层及渗层等技术以提高耐磨性，缓解由于螺杆与物料高速摩擦导致(高温200～340℃、高压50～100MPa)螺纹的磨损严重的问题。同时，螺杆头伸进所述直通段内，故制出的型材是中空的，气体在加热和压制过程中也可以从中心孔排出。

在其中一个实施例中，木质纤维再生型材成型装置还包括控制器，所述加热器和温度传感器均与所述控制器电连接。控制器根据不同的物料的不同特性，对温度和螺杆转速进行控制。

在其中一个实施例中，木质纤维再生型材成型装置还包括切割机构，该切割机构与所述口模筒的出口相连接。由于木质纤维再生型材是连续生产的，需要对型材进行自动切割，实现流水线作业，效率高，得到端面整齐、光洁且定长的型材。

在其中一个实施例中，所述螺杆组包括相互所述驱动机构包括相互啮合并异向旋转工作的第一螺杆和第二螺杆；所述驱动机构包括电机、传动带、飞轮和动力分配箱，电机通过传动带与飞轮相连接，该动力分配箱内设置有动力输入主轴、第一输出副轴和第二输出副轴，该第一输出副轴、第二输出副轴均与动力输入主轴相啮合，动力输入主轴与飞轮相连接，第一输出副轴连接至第一螺杆，第二输出副轴连接至第二螺杆。飞轮具有较大转动惯量，用来减少设备运转过程中的速度波动。动力分配箱对电动机进行减速后输出，使轴在相同电机功率条件下获得更大扭矩，避免卡死。

在其中一个实施例中，所述动力输入主轴、第一输出副轴和第二输出副轴均为斜齿圆柱齿轮。该分配箱内齿轮使用斜齿圆柱齿轮，可在轴向承受一定的力，并且传动平稳可靠、噪声小。

下面对本发明实施例的优点或原理进行说明。

本技术方案木质纤维再生型材成型装置是在生物质压缩成型基础理论的基础上提出来的，挤出成型机构在压缩初期，较低的压力传递至纤维中，使松散堆积的纤维排列结构开始改变，纤维内部空隙率减少。同时口模筒保持一定的温度，当在机筒内堆积的物料增多，压力增大，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合。同时，纤维固有组分木质素是最好的内在粘结剂，当温度为70～110℃时软化具有黏性，140℃～180℃时塑化且粘结力增加，到200～300℃时软化程度加剧，黏性增高，施加一定压力，可使其与纤维素紧密粘结，机筒在各个不同的部位都设置有加热器，在加热型材将多余水分从透气通槽排出以使得型材适合成型制作的同时，还可根据木质素的特性进行温度调节，以配合挤出成型机构对型材进行处理。此外，纤维中的水分流动于纤维团间，在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用，还可降低木质素的玻璃化转变温度的作用，使纤维在较低加热温度下成型，冷却后即形成具有一定形状、密度、表面紧密且无裂纹、挺直、密度均匀、具有连续式木质纤维的型材。

附图说明

图1为本发明实施例所述木质纤维再生型材成型装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述木质纤维再生型材成型装置的俯视图；

附图标记说明：

10、驱动机构，110、机架，120、电机，130、皮带轮，140、传动带，150、飞轮，160、动力分配箱，170、安全罩，20、挤出成型机构，210、机筒，220、料筒，230、螺杆组，240、进料口，250、出料口，260、螺杆体，270、螺杆头，30、口模筒，310、耐磨衬套，320、加热器，330、温度传感器，340、挡环，40、切割机构，410、通风口，420、斜坡滑道，430、平台部分，50、控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细的说明。

请参详图1至2。木质纤维再生型材成型装置包括驱动机构10、挤出成型机构20和切割机构40。驱动机构包括电机120、传动带140、飞轮150和动力分配箱160，电动机固定在机架110上，电机120通过皮带轮130、传动带140与飞轮150相连接，该动力分配箱160内设置有动力输入主轴、第一输出副轴和第二输出副轴，该第一输出副轴、第二输出副轴均与动力输入主轴相啮合，动力输入主轴与飞轮150相连接，第一输出副轴连接至第一螺杆，第二输出副轴连接至第二螺杆，将输入的动力平均传递给第一输出副轴和第二输出副轴。飞轮150外部装有安全罩170以确保人员的安全。在本实施例中，所述动力输入主轴、第一输出副轴和第二输出副轴均为斜齿圆柱齿轮。

挤出成型机构20该挤出成型机构20包括具有内腔的机筒210，该机筒210上设置有加热器320，机筒210的侧壁上设置有透气通槽，该透气通槽与该机筒210的内腔相通。所述机筒210包括相互连接的料筒220和口模筒30。料筒220为内部设有挤压腔的中空结构，挤压腔内设置有螺杆组230，料筒220还设置有与挤压腔相通的进料口240和出料口250，螺杆组230沿挤压腔内朝向出料口250的方向布置，螺杆组230包括至少两根相互啮合并异向旋转工作的螺杆。在本实施例中，螺杆组230具有两个两根相互啮合并异向旋转工作的螺杆，分别为第一螺杆和第二螺杆，第一输出副轴连接至第一螺杆，第二输出副轴连接至第二螺杆。第一螺杆和第二螺杆的螺纹导程、螺槽深度沿加料口朝向出料口250的方向上逐渐变小。即螺杆对物料施加的压力沿着物料的传输方向上增大。

口模筒30为内部设有成型腔的中空结构，该口模筒30具有与成型腔相通的进口和出口，口模筒30的进口与料筒220的出料口250相通。成型腔沿进口朝向出口的方向上依次设置有锥形段和直筒段，该锥形段的内径沿进口朝向出口的方向上收缩，出口处的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐变大。

在本实施中，透气通槽设置在口模筒30的侧壁上，而且具有三个加热器320，分别缠绕在口模筒30的外侧壁上，加热口模筒30和物料至一定的温度，使得型材的成型得以顺利进行。口模筒的内侧壁上设置有耐磨衬套310，该耐磨衬套310设置有透气缝隙，所述透气缝隙与所述透气通槽相通，所述加热器320设置于口模筒上，所述口模筒上还设置有温度传感器330。螺钉将挡环340固定在口模筒30上，挡环340作用是将耐磨衬套310固定在口模筒30内，这样设计便于拆卸，更换耐磨衬套310。

螺杆包括相互连接的螺杆体260和螺杆头270，所述螺杆头270伸进所述直通段内在成型时在型材的中心部位形成中心孔。所述螺杆头270包括与螺杆体260相连接的截锥部，所述截锥部的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐减少。

本实施例木质纤维再生型材成型装置还包括有控制器50，加热器320、温度传感器330和湿度传感器均与控制器50电连接，由控制器50进行调温、调速控制，采用可编程控制(PLC)实现机电自动控制。本实施例木质纤维再生型材成型装置还包括切割机构40，该切割机构40与所述口模筒的出口相连接。切割机构40具有通风口410，可与抽风排气设备相连，将切割时产生的大量烟雾排走，减少对人身体的危害。切割机构40具有斜坡滑道420，切割好的型材从滑道滚落到斜坡滑道420末端的平台部分430，方便取走型材。切割机构40的机架和机架110通过螺栓链接成为一体。

下面对本发明实施例的优点或原理进行说明。

1、本实施例木质纤维再生型材成型装置是在生物质压缩成型基础理论的基础上提出来的，挤出成型机构20由于螺杆对物料施加的压力沿着物料的传输方向上增大，在进料压缩的初期，较低的压力传递至纤维中，使松散堆积的纤维排列结构开始改变，纤维内部空隙率减少。当压缩的物料压力达到最大时其到达口模筒30内，同时口模筒30保持一定的温度，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合。同时，纤维固有组分木质素是最好的内在粘结剂，当温度为70～110℃时软化具有黏性，140℃～180℃时塑化且粘结力增加，到200～300℃时软化程度加剧，黏性增高，施加一定压力，可使其与纤维素紧密粘结，机筒210在各个不同的部位都设置有加热器320，在加热型材将多余水分从透气通槽排出以使得型材适合成型制作的同时，还可根据木质素的特性进行温度调节，以配合挤出成型机构20对型材进行处理。此外，纤维中的水分流动于纤维团间，在压力作用下，与果胶质或糖类混合形成胶体，起粘结剂的作用，还可降低木质素的玻璃化转变温度的作用，使纤维在较低加热温度下成型，冷却后即形成具有一定形状、密度、表面紧密且无裂纹、挺直、密度均匀、具有连续式木质纤维的型材。

2、采用相互啮合并异向旋转工作的双螺杆输送物料，主要特点是稳定的挤出成型，双螺杆正位移输送能力强，物料停留时间分布较窄，而且物料受到剪切、摩擦、揉搓而混合更充分、热传递更好；自洁效果好，减少物料局部过热降解碳化。

3、螺杆在于加料口对应段的螺槽容积大，易加入较大体积的蓬松物料，在压缩初期，较低的压力传递至纤维中，使松散堆积的纤维排列结构开始改变，纤维内部空隙率减少；随着螺槽容积沿输送方向逐渐减小，采用连续渐变的压缩比，保证物料连续平稳地输送，同时当在机筒210内堆积的物料增多，压力增大，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合。

4、口模筒30的尺寸可根据物料种类和产品需求调整，其采用系列化设计，增加了装置对原料的适用性，同时增加产品的种类。同时，出口处的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐变大，使得型材有一定的应力恢复，当型材出来时不会因为水汽而膨化。

5、当物料进入口模筒30时，其压力和密度达到最大，纤维团在压力作用下破裂，变成更加细小的纤维，并发生变形或塑性流动，充填空隙，纤维间更加紧密地接触而互相啮合，同时在加热器320设置于口模筒上，耐磨衬套310上开有透气缝隙，透气缝隙与透气通槽相通，使得高水分的原料因螺杆和加热器320的作用所产生的高温高压的水汽释放出来。同时高温也使得纤维固有组分木质素软化程度加剧，黏性增高，施加一定压力，可使其与纤维素紧密粘结。

6、螺杆头270采用耐磨材料制作或进行表面热处理、涂层及渗层等技术以提高耐磨性，缓解由于螺杆与物料高速摩擦导致(高温200～340℃、高压50～100MPa)螺纹的磨损严重的问题。同时，螺杆头270伸进所述直通段内，故制出的型材是中空的，气体在加热和压制过程中也可以从中心孔排出。

7、木质纤维再生型材成型装置还包括控制器50，所述加热器320和温度传感器330均与所述控制器50电连接。控制器50根据不同的物料的不同特性，对温度进行控制。

8、由于木质纤维再生型材是连续生产的，需要对型材进行自动切割，实现流水线作业，效率高，得到端面整齐、光洁且定长的型材。

9、飞轮150具有较大转动惯量，用来减少设备运转过程中的速度波动。动力分配箱160对电动机进行减速后输出，使轴在相同电机120功率条件下获得更大扭矩，避免卡死。

10、该分配箱内齿轮使用斜齿圆柱齿轮，可在轴向承受一定的力，并且传动平稳可靠、噪声小。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，包括对再生型材进行加工的挤出成型机构和对该挤出成型机构进行驱动的驱动机构；该挤出成型机构包括具有内腔的机筒，该机筒上设置有加热器，机筒的侧壁上设置有透气通槽，该透气通槽与该机筒的内腔相通。

2.根据权利要求1所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，所述机筒包括相互连接的料筒和口模筒；料筒为内部设有挤压腔的中空结构，挤压腔内设置有螺杆组，料筒还设置有与挤压腔相通的进料口和出料口，螺杆组沿挤压腔内朝向出料口的方向布置，螺杆组包括至少两根相互啮合并异向旋转工作的螺杆。

3.根据权利要求2所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，所述螺杆的螺纹导程、螺槽深度沿加料口朝向出料口的方向上逐渐变小。

4.根据权利要求2所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，所述口模筒为内部设有成型腔的中空结构，该口模筒具有与成型腔相通的进口和出口，口模筒的进口与料筒的出料口相通，该成型腔沿进口朝向出口的方向上依次设置有锥形段和直筒段，该锥形段的内径沿进口朝向出口的方向上收缩，所述出口处的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐变大。

5.根据权利要求4所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，所述口模筒的内侧壁上设置有耐磨衬套，该耐磨衬套设置有透气缝隙，所述透气缝隙与所述透气通槽相通，所述加热器设置于口模筒上，所述口模筒上还设置有温度传感器。

6.根据权利要求5所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，所述螺杆包括相互连接的螺杆体和螺杆头，所述螺杆头伸进所述直通段内；所述螺杆头包括与螺杆体相连接的截锥部，所述截锥部的直径沿进口朝向出口的方向上逐渐减少。

7.根据权利要求5所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，还包括控制器，所述加热器和温度传感器均与所述控制器电连接。

8.根据权利要求5所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，还包括切割机构，该切割机构与所述口模筒的出口相连接。

9.根据权利要求2至8任一项所述的木质纤维再生型材成型装置，其特征在于，所述螺杆组包括相互啮合并异向旋转工作的第一螺杆和第二螺杆；所述驱动机构包括电机、传动带、飞轮和动力分配箱，电机通过传动带与飞轮相连接，该动力分配箱内设置有动力输入主轴、第一输出副轴和第二输出副轴，该第一输出副轴、第二输出副轴均与动力输入主轴相啮合，动力输入主轴与飞轮相连接，第一输出副轴连接至第一螺杆，第二输出副轴连接至第二螺杆。

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