CN104527104B - 一种中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置及其应用，连续化成型装置包括：中空复合板生产装置、木塑复合材料生产装置、复合模具、真空定型装置、第一牵引装置和切割装置；中空复合板生产装置包括：机架台和沿机架台顺序设置的下膜放卷装置、一次喷雾装置、第一制毡装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置、上模放卷装置、定型装置、固化室和第二牵引装置；木塑复合材料生产装置包括顺次连接的双螺杆挤出机、过渡段、熔体泵和成型部，过渡段的长为8‑12cm；中空复合板生产装置的第二牵引装置和木塑复合材料生产装置的成型部汇合在复合模具的进口，复合模具的出口依次与真空定型装置、第一牵引装置和切割装置连接。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置及其应用。
背景技术
三维中空复合板具有轻质高强，比强度、比模量高；三维机织整体成型，抗分层、剥离；结构可设计性强；中空结构可填充、预埋和发泡；易于复合、贴膜仿形，复合效率高；保温、隔音、阻燃和透波等特点。近些年，全球森林资源日益枯竭，人们对木材的应用提出了更高的要求，为了节约资源，一种木塑复合材料就应运而生，它兼有木材和塑料的双重特性，可锯和可钉等特点，同时，它防虫，防腐，吸水性小，不易变形，不开裂，机械性能好，具有坚硬、强韧、持久、耐磨、尺寸稳定等优点。
公开号为CN103358568的中国发明专利中制备了中空复合板，其中采用辊压法使树脂含量保持均匀，在该过程中中，在一定程度上破坏了三维织物的结构，对后续成型过程会造成一定影响；在CN103722750A专利中，采用的浸胶装置，易出现团聚现象，导致中空板下表面树脂分布不均匀等缺点；公开号为CN101059021和CN102746594A的中国发明中都制备了木塑板，但是，制备的木塑比重比较大，很难应用在汽船和游艇等领域。且现有技术中还没有中空复合板和木塑结合的复合材料产品及配套的成型设备。
发明内容
本发明提供一种中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置及其应用，克服了现有技术中中空复合板结构易被破坏、浸胶不均匀且易团聚的缺陷，克服了现有技术中木塑较重的缺陷，同时也克服了现有技术中无中空复合板和木塑结合的复合材料产品及配套的成型设备的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，中空复合板生产装置、木塑复合材料生产装置、复合模具、真空定型装置、第一牵引装置和切割装置；
中空复合板生产装置包括：机架台和沿机架台顺序设置的下膜放卷装置、一次喷雾装置、第一制毡装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置、上模放卷装置、定型装置、固化室和第二牵引装置；
木塑复合材料生产装置包括顺次连接的双螺杆挤出机、过渡段、熔体泵和成型部，过渡段的长为8-12cm；
中空复合板生产装置的第二牵引装置和木塑复合材料生产装置的成型部汇合在复合模具的进口，复合模具的出口依次与真空定型装置、第一牵引装置和切割装置连接。
上述装置实现了中空复合板木塑复合材料这种新材料的连续机械化生产，所制备的中空复合板和木塑结合的复合材料产品同时具有中空复合板和木塑的特点，且克服了现有技术中中空复合板生产装置会破坏三维织物的结构，且易团聚的缺陷，同时也克服了现有木塑较重的缺陷。
当木塑复合材料经过成型部后，与中空复合板同时到达复合模具，在复合模具内设有喷胶装置，在复合模具内完成中空复合板和木塑复合材料间的施胶及复合成型，之后经过真空定型装置，实现两者的完全结合，进而制得中空复合板木塑复合材料。
上述中空复合板生产装置是为了使中空织物成型为中空复合板，喷雾装置的设置实现了中空织物的均匀浸胶提高了树脂基体的分散性；上述制毡装置的目的是为了在中空织物的上下表面均铺一层短切毡，以进一步增强中空复合板的强度。中空布放卷装置指中空织物的放卷装置。
上述木塑复合材料生产装置过渡段设置的目的之一是为了进一步保证物料的均匀性。上述复合模具主要是将中空复合板和木塑板通过胶黏剂粘接在一起。
上述第一制毡装置和中空布放卷装置之间设有第一方格布放卷装置，第二制毡装置和上模放卷装置之间设有第二方格布放卷装置。可以根据不同的需要，选择上下表面铺放短切毡或方格布，通过铺放短切毡或方格布可进一步增强中空复合板的强度。
固化室和第二牵引装置之间设有收卷装置。如果不启动复合模具，可在固化后直接储存待用。
所述的第一制毡装置和第二装置结构相同，均包括上下相接的切纱器、分散器和烘干箱，其中，切纱器位于最上方。
上述切纱器包括刀轮和衬轮，通过切纱器可以将连续无捻玻璃纤维剪切为长纤维或短纤维，之后经过分散器的分散作用，使纤维在烘箱内均匀的分散并进行烘干，之后沉降在下模上或沉降在中空织物上表面。
刀轮直径优选为95mm，沿刀轮轴向均匀分布6把切刀，切刀材质优选为W18Cr4V，硬度为RC-63-66度；衬轮的直径优选为100mm，衬轮优选为橡胶衬轮。
固化室采用电加热，固化室内装有可视化装置；一次喷雾装置和二次喷雾装置结构相同，均包括4-6个分散轮，并且分散轮呈“一”字型排布。一字型排布指分散轮横向排列呈一字型。
这样可随时监测中空复合板的成型状态。分散轮的设置可增加物料的分散性，分散轮的转速根据供料量的多少进行调节，此外，在喷雾装置运行前分散轮及喷雾装置内壁需要用脱模剂处理。
所述的熔体泵上装有PLC控制系统。这样可以随时检测物料输出量。熔体泵的设置可更加稳定地输送混合物。
定型装置包括辅助站立装置。这样保证了浸渍后中空织物的高度。
上述中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置的应用：
中空复合板的原料组分包括3D中空织物和树脂基体，树脂基体包括热固性树脂、固化剂和增强剂，其中，3D中空织物和树脂基体的质量比为1：(0.8-1.2)，热固性性树脂、固化剂和增强剂的质量比为100:(6-10):(6-8)；
所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂或不饱和树脂；3D中空织物由玻璃纤维编织而成；
木塑复合材料的原料组分包括木粉50-55份、热塑性塑料35-40份、偶联剂3-6份、钙粉5-10份和2-4份润滑剂，所述份数为质量份数；
制备一体结构的中空复合板木塑复合材料的方法，包括顺序相接的以下步骤：
(1)首先，打开下膜放卷装置，同时由输送泵将储料罐内配比好的热固性树脂、固化剂和增强剂的混合物输送到一次喷雾装置，使其形成细小的液滴均匀分散到下膜上；
(2)步骤(1)所得下膜依次经过沿机架台顺序设置的第一制毡装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置和上模放卷装置，沿着生产线前进方向，在距上模放卷装置0.8-1.2m处，有一压辊，起到压实短切纤维和使树脂浸渍的作用；
(3)当树脂浸透上下两层膜和中空织物后，进入到定型装置，通过定型装置的作用，使织物保持一定的高度；
(4)定型后的中空织物进入固化室，固化室采用电加热方式，固化室的长度为5m-10m，固化温度为90℃-100℃，中空织物从固化室出来得中空复合板，然后由第二牵引装置将中空复合板输送到复合模具；
(5)中空织物生产线运行的同时，木塑复合材料生产线同时进行，首先，将木塑复合材料的原料放人高混机内，低速混合1-3min、高速混合6-8min，将混合后的料，放入烘箱，在85-95℃的条件下，烘干1.5-2.5h，上述低速指100r/min-200r/min，高速指400r/min-600r/min；
(6)熔体泵与双螺杆挤出机通过过渡段连接，烘干的物料通过双螺杆挤出机熔融后，在螺杆挤出压力的作用进入到熔体泵内，之后，经过熔体泵的稳流作用流向成型部，从成型部流出后得木塑复合材料；
(7)成型部制备的木塑复合材料与中空复合板同时到达复合模具的进口，木塑复合材料和中空复合板经复合模具内的环氧树脂胶黏剂复合后，中空复合板和木塑复合材料组合在一起，之后经过真空定型装置，实现两者的完全结合，进而制得中空复合板木塑复合材料。
上述通过对木塑和中空板的复合克服了现有技术中木塑质重的缺陷。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置成功制备了中空复合板和木塑复合材料复合的新型的复合材料，并依靠毛细管作用，使树脂基体均匀分散，保证了三维织物的原有性能，所制备的中空复合板和木塑结合的复合材料产品同时具有中空复合板和木塑的特点，抗压性能有了明显的提升，且质轻，可用在汽船和游艇等领域。
附图说明
图1是中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置的示意图；
图2中空复合板生产装置的示意图；
图3为木塑复合材料生产装置的示意图。
其中：1-中空复合板生产装置；2-复合模具；3-木塑复合材料生产装置；4-下膜放卷装置；5-一次喷雾装置；6-制毡装置；7-第一方格布放卷装置；8-中空织物放卷装置；9-二次喷雾装置；10-第二制毡装置；11-第二方格布放卷装置；12-上膜放卷装置；13-定型装置；14-固化室；15-收卷装置；16-牵引装置；17-第一电动机；18-第二电动机；19-喂料口；20-齿轮箱体；21-喂料螺杆；22-双螺杆挤出机；23-加热装置；24-多孔板；25-过渡段；26-熔体泵；27-真空定型装置；28-牵引机；29-切割机；30-中空复合板木塑复合板材。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图所示的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，中空复合板生产装置、木塑复合材料生产装置、复合模具、真空定型装置、第一牵引装置和切割装置；
中空复合板生产装置包括：机架台和沿机架台顺序设置的下膜放卷装置、一次喷雾装置、第一制毡装置、第一方格布放卷装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置、第二方格布放卷装置、上模放卷装置、定型装置、固化室、收卷装置和第二牵引装置；
木塑复合材料生产装置包括顺次连接的双螺杆挤出机、过渡段、熔体泵和成型部，过渡段的长为10cm；
中空复合板生产装置的第二牵引装置和木塑复合材料生产装置的成型部汇合在复合模具的进口，复合模具的出口依次与真空定型装置、第一牵引装置和切割装置连接。
所述的第一制毡装置和第二装置结构相同，均包括切纱器、分散器和烘干箱。固化室采用电加热，固化室内装有可视化装置。一次喷雾装置和二次喷雾装置结构相同，均包括5个分散轮，并且分散轮呈“一”字型排布。所述的熔体泵上装有PLC控制系统。定型装置包括辅助站立装置。
上述中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置的应用：
中空复合板的原料组分包括3D中空织物和树脂基体，树脂基体包括热固性树脂、固化剂和增强剂，其中，3D中空织物和树脂基体的质量比为1：(0.8-1.2)，热固性树脂、固化剂和增强剂的质量比为100:(6-10):(6-8)；
所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂或不饱和树脂；3D中空织物由玻璃纤维编织而成；
木塑复合材料的原料组分包括木粉50-55份、热塑性塑料35-40份、偶联剂3-6份、钙粉5-10份和2-4份润滑剂，所述份数为质量份数：
制备一体结构的中空复合板木塑复合材料的方法，包括顺序相接的以下步骤：
(1)首先，打开下膜放卷装置，同时由输送泵将储料罐内配比好的热固性树脂、固化剂和增强剂的混合物输送到一次喷雾装置，使其形成细小的液滴均匀分散到下膜上；
(2)步骤(1)所得下膜依次经过沿机架台顺序设置的第一制毡装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置和上模放卷装置，沿着生产线前进方向，在距上模放卷装置0.8-1.2m处，有一压辊，起到压实短切纤维和使树脂浸渍的作用；
(3)当树脂浸透上下两层膜和中空织物后，进入到定型型装置，通过定型装置的作用，使织物保持一定的高度；
(4)定型后的织物进入固化室，固化室采用电加热方式，固化室的长度为8m，固化温度为95℃，织物从固化室出来得中空复合板，然后由第二牵引装置将中空复合板输送到复合模具；
(5)中空织物生产线运行的同时，木塑复合材料生产线同时进行，首先，将木塑复合材料的原料放人高混机内，低速混合2min、高速混合7min，将混合后的料，放入烘箱，在90℃的条件下，烘干2h，上述低速指150r/min，高速指500r/min；
(6)熔体泵与双螺杆挤出机通过过渡段连接，烘干的物料通过双螺杆挤出机熔融后，在螺杆挤出压力的作用进入到熔体泵内，之后，经过熔体泵的稳流作用流向成型部，从成型部流出后得木塑复合材料；
(7)成型部制备的木塑复合材料与中空复合板同时到达复合模具的进口，木塑复合材料和中空复合板经复合模具内的环氧树脂胶黏剂复合后，中空复合板和木塑复合材料组合在一起，之后经过真空定型装置，实现两者的完全结合，进而制得中空复合板木塑复合材料。
实施例1
将离型膜(上模放卷装置、下模放卷装置)、3mm厚由玻璃纤维编织而成的中空织物(中空布放卷装置)和连续玻璃纤维(第一、第二制毡装置)分别安放在指定位置，之后，固化室预加热至90℃并保温30min；启动下膜放卷装置和储料罐输送泵，共混酚醛树脂、固化剂和增强剂并输送到喷雾装置，使其形成细小的液滴均匀分散到下膜上，其中，酚醛树脂(酚醛树脂2130)、固化剂(NL-1酚醛树脂固化剂)和增强剂(氨基丙基四乙氧基硅烷)的质量比为100:10:6.5，3D中空织物和树脂基体的质量比为1：1；之后，当物料运行到中空织物下方时，打开放布装置；同理，当物料通过二次喷雾装置时，开启喷雾装置，进行淋胶，当上述树脂基体经过二次制毡装置时，开启该装置，然后，中空织物经过压辊和成型固化两个阶段，制备成酚醛中空复合板(中空板的厚度为3mm)，中空复合板通过第二牵引装置的输送作用进入到混合模具。同时，双螺杆挤出机和熔体泵的共同作用将混合物压进混合模具，其中双螺杆挤出机的设置温度如下：一区150℃、二区160℃、三区170℃、四区180℃、五区170℃，混合物包括：木塑原料包括木粉55份、热塑性塑料PE35份、偶联剂(硅烷偶联剂KH550)3份、钙粉5份和润滑剂(石蜡)2份，所述份数为质量份数(所得木塑比重为1.12g/cm3)。当两者都进入混合模具时，开启输胶装置，将环氧胶输送到两者之间，当复合板离开混合模具后，直接进入真空定型装置，之后打开第一牵引装置和切割装置，将中空复合板木塑复合材料切割成一定长度的片材(过程中除了第一方格布放卷装置和第二方格布放卷装置外，其它装置均开启)，厚为5mm，其中，中空复合板厚度为3mm、木塑板厚度为2mm，测试密度为0.85g/cm3。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：热固性性树脂、固化剂和增强剂的质量比为100:6:8；木粉、热塑性塑料PE、偶联剂、钙粉和润滑剂，其质量百分含量分别为木粉52％、热塑性塑料PE35％、偶联剂(硅烷偶联剂KH550)3％、钙粉7％和润滑剂(石蜡)3％(所得木塑比重为1.15g/cm3)；中空织物上下表面采用的是方格布(即实施例1没有开启第一方格布放卷装置和第二方格布放卷装置，实施例2将开启第一方格布放卷装置和第二方格布放卷装置，并停开第一制毡装置和第二制毡装置)。密度为0.89g/cm3。
Claims (9)
1.一种中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：中空复合板生产装置、木塑复合材料生产装置、复合模具、真空定型装置、第一牵引装置和切割装置；
中空复合板生产装置包括：机架台和沿机架台顺序设置的下膜放卷装置、一次喷雾装置、第一制毡装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置、上模放卷装置、定型装置、固化室和第二牵引装置；
木塑复合材料生产装置包括顺次连接的双螺杆挤出机、过渡段、熔体泵和成型部，过渡段的长为8-12cm；
中空复合板生产装置的第二牵引装置和木塑复合材料生产装置的成型部汇合在复合模具的进口，复合模具的出口依次与真空定型装置、第一牵引装置和切割装置连接。
2.如权利要求1所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：第一制毡装置和中空布放卷装置之间设有第一方格布放卷装置，第二制毡装置和上模放卷装置之间设有第二方格布放卷装置。
3.如权利要求2所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：固化室和第二牵引装置之间设有收卷装置。
4.如权利要求2-3任意一项所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：所述的第一制毡装置和第二制毡装置结构相同，均包括从上到下顺序相接的切纱器、分散器和烘干箱。
5.如权利要求1-3任意一项所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：固化室采用电加热，固化室内装有可视化装置。
6.如权利要求1-3任意一项所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：一次喷雾装置和二次喷雾装置结构相同，均包括4-6个分散轮，并且分散轮呈“一”字型排布。
7.如权利要求1-3任意一项所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：所述的熔体泵上装有PLC控制系统。
8.如权利要求1-3任意一项所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置，其特征在于：定型装置包括辅助站立装置。
9.权利要求1-8任意一项所述的中空复合板木塑复合材料的连续化成型装置的应用，其特征在于：中空复合板的原料组分包括3D中空织物和树脂基体，树脂基体包括热固性树脂、固化剂和增强剂，其中，3D中空织物和树脂基体的质量比为1：(0.8-1.2)，热固性树脂、固化剂和增强剂的质量比为100:(6-10):(6-8)；
所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂和不饱和树脂中的一种；3D中空织物由玻璃纤维编织而成；
木塑复合材料的原料组分包括木粉50-55份、热塑性塑料35-40份、偶联剂3-6份、钙粉5-10份和2-4份润滑剂，所述份数为质量份数；
制备一体结构的中空复合板木塑复合材料的方法，包括顺序相接的以下步骤：
(1)首先，打开下膜放卷装置，同时由输送泵将储料罐内配比好的热固性树脂、固化剂和增强剂的混合物输送到一次喷雾装置，使其形成细小的液滴均匀分散到下膜上；
(2)步骤(1)所得下膜依次经过沿机架台顺序设置的第一制毡装置、中空布放卷装置、二次喷雾装置、第二制毡装置和上模放卷装置，沿着生产线前进方向，在距上模放卷装置0.8-1.2m处，有一压辊，起到压实短切纤维和使树脂浸渍的作用；
(3)当树脂浸透上下两层膜和中空织物后，进入到定型装置，通过定型装置的作用，使织物保持一定的高度；
(4)定型后的织物进入固化室，固化室采用电加热方式，固化室的长度为5m-10m，固化温度为90℃-100℃，织物从固化室出来得中空复合板，然后由第二牵引装置将中空复合板输送到复合模具；
(5)中空织物生产线运行的同时，木塑复合材料生产线同时进行，首先，将木塑复合材料的原料放入高混机内，低速混合1-3min、高速混合6-8min，将混合后的料，放入烘箱，在85-95℃的条件下，烘干1.5-2.5h，上述低速指100r/min-200r/min，高速指400r/min-600r/min；
(6)熔体泵与双螺杆挤出机通过过渡段连接，烘干的物料通过双螺杆挤出机熔融后，在螺杆挤出压力的作用进入到熔体泵内，之后，经过熔体泵的稳流作用流向成型部，从成型部流出后得木塑复合材料；
(7)成型部流出的木塑复合材料与中空复合板同时到达复合模具的进口，木塑复合材料和中空复合板经复合模具内的环氧树脂胶黏剂复合后，中空复合板和木塑复合材料组合在一起，之后经过真空定型装置，实现两者的完全结合，进而制得中空复合板木塑复合材料。
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