CN105729702A - 一种生产大尺寸木塑复合板材的设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种生产大尺寸木塑复合板材的设备，属于高分子材料成型加工技术领域，包括送料装置和模压装置，所述模压装置包括模压机和安装在模压机上的热压模具，模压装置设有1~3个进料口，进料口的滑道内滑动嵌有滑块，滑块的外端连接有驱动设备；每个进料口上连接有一套送料装置；所述送料装置包括挤出装置和储料桶，储料桶内设有柱塞式活塞，活塞顶部连接有双级油缸，储料桶底部设有出料口闭合系统，储料桶的出料口与模压装置的进料口相连通。本发明将挤出装置、储料装置、模压装置结合起来，实现了连续化生产；另外可根据生产板材尺寸大小需要，设定多台挤出机和储料桶同时为模压装置提供木塑熔体，生产大尺寸木塑复合板材，满足规模化生产使用要求。

Description

一种生产大尺寸木塑复合板材的设备及方法

技术领域

本发明属于高分子材料成型加工技术领域，具体涉及一种生产大尺寸木塑复合板材的设备及方法。

背景技术

木塑复合材料是以木质材料和热塑性塑料为主要原料制备的复合材料，具有使用寿命长、美观、造价低、防虫、防腐、可喷涂、可与木材一样进行加工、粘接和固定等优点，特别是在采用废旧塑料与木材加工剩余物或秸秆作为主要原料时，还具有资源循环利用和环境保护方面的突出优势。因此，木塑复合材料在许多领域都有着广泛的应用，例如门窗、地板、墙壁的建筑材料、舰船材料、栅栏材料、家具材料和汽车材料等。

目前，木塑复合材料制品普遍采用挤出成型和模压成型。挤出成型的加工周期短、工艺简单，但是挤出成型压力小，产品受压时间短，产品密实度低，产品容易出现回弹。模压成型是将木塑混合物料放入模具型腔中，然后闭模加热、加压，让物料在模具中熔融、冷却、定型，再经脱模得到制品。由于木粉或其他生物材料表面粗糙（摩擦力大），与高分子基相容性差，同时木粉或其他生物材料流动性差，因此现有的模压成型技术不能生产大尺寸木塑制品，并且制得的木塑复合板材密度大、力学性能差、易翘曲变形，特别是用在建筑模板等高承载力条件下，更不能满足材料的使用要求。因此，急需研发出可以生产大尺寸木塑复合板材的设备来满足市场需求。同时，模压成型大尺寸板材时一次性需要熔融的木塑材料数量较多，目前的塑料加工设备还无法将十几公斤的木塑材料一次性快速熔融塑化，从而导致无法连续性生产大尺寸木塑复合板材。

中国专利CN201559242U公开了一种木塑板材生产设备，主要包括：热压机升降装置和热压机推拉装置、热压机、冷压机、出板升降器和出板推拉器，其特点在于出板升降器的出板侧设活动拉板器，活动拉板器的伸缩梁和出板器在吊梁上滑动。可以实现板材脱模后立即转移至冷压机下进行冷却定型，解决了因脱模板材温度高无法手工转移的问题，有助于连续化生产。仍会面临木塑物料挤出熔融速度慢，无法将大尺寸板材所需物料一次性熔融的问题。

公开了一种木塑制品的制造方法，其方法是：（1）将木塑材料混合并挤出造粒；（2）将粒料在注塑机中进行加热，同时对模具入料口加热；（3）加木塑熔体注入模具中；（4）冷却定型后开模。由于木塑复合材料的熔体流动性差，注塑加工设备自身尺寸的限制，其仍将面临无法生产大尺寸木塑制品的问题。同时，熔融物料进入储料装置后表面会快速降温和混入空气，会影响制品的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产大尺寸木塑复合板材的设备，提供相应的生产大尺寸木塑复合板材的方法则是本发明的另一个目的。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种生产大尺寸木塑复合板材的设备，包括送料装置和模压装置，所述模压装置包括模压机和安装在模压机上的热压模具，模压装置设有1~3个进料口，进料口的滑道内滑动嵌有滑块，滑块的外端连接有驱动设备，滑道整体为十字型，滑道的上半部分为阶梯设置，滑块为十字型，滑道与滑块配合能实现良好的导向和密封作用，滑块的一端嵌合在滑道内，另一端（外端）伸出上模板并连接有进料油缸，滑道与滑块配合能够有效实现进料口的闭合与开启；每个进料口上连接有一套送料装置；所述送料装置包括挤出装置和储料桶，储料桶内设有柱塞式活塞，活塞顶部连接有双级油缸，储料桶底部设有出料口闭合系统，储料桶的出料口与模压装置的进料口相连通。

进一步地，所述热压模具包括上模体和下模体，上模体安装在模压机的静模板上，下模体安装在模压机的动模板上，上模体与下模体之间通过导柱连接。上模体包括上模板底板和可拆卸连接在上模板底板下侧的上模板，滑道设在上模板内，。下模体包括下模板底板和通过支撑板固定在下模板底板上方的下模板。

进一步地，所述下模体上部（下模板）通过卡槽连接有凹槽板，凹槽板上表面设有网格式凹槽或设有呈蜂窝状排布的凸起。

进一步地，采用网格式凹槽可以使木塑复合板材表面形成加强筋，此时一般采用顶杆式顶出设备。顶杆式顶出设备包括脱模油缸和固定在脱模油缸上部的顶板，顶板上方设有顶杆，顶杆上端与凹槽上的通孔滑动配合，顶杆均匀分布在板材上，能保证脱模时受力均匀，避免因顶出受力不均导致产品翘曲变形，脱模油缸的缸体固定在油缸固定板上，油缸固定螺栓依次穿过油缸固定板、顶板后固定在下模板底部，油缸固定板和下模板与油缸固定螺栓螺纹连接，顶板可沿着油缸固定螺栓上下移动；顶板上设有阶梯状导向孔，导向螺栓穿过导向孔后与下模板螺纹连接。

采用设有呈蜂窝状排布的凸起的凹槽板时，一般采用顶板式顶出设备。顶板式顶出设备包括顶板、固定在顶板下部的顶杆和脱模油缸，顶板设于下模板上方，顶板上设有通孔，通孔与凹槽板的凸起滑动配合，脱模时，蜂窝的凸起还起到导向顶板的作用。顶杆下端固定在顶杆固定板上，顶杆固定板设于下模板下方，脱模油缸顶部固定在顶杆固定板下方，脱模油缸通过螺栓固定在下模板底板上。

进一步地，所述挤出装置为设有两个加料口的异向锥形双螺杆挤出机。

进一步地，所述储料桶外壁上设有加热保温装置，储料桶的下端面为圆锥面，圆锥面上设有1~3个进料口；所述柱塞式活塞的下端面为圆锥形，与储料桶的下端面紧密贴合，双级油缸上设有限位装置。

进一步地，所述上模体与下模体上设有油道，通过流经油道的导热油控制模具温度。

利用上述设备生产大尺寸木塑复合板材的方法，包括以下步骤：

1）将35~45份木粉、35~45份聚丙烯、1~2份钛白粉、2份稳定剂、1~2份抗氧剂在高速混料机中混合5~10min；

2）将步骤1）中所得的混合料在挤出装置中熔融共混后，再加入5份玻璃纤维熔融共混；采用聚丙烯为原料时，熔融共混温度为185～200℃；采用聚氯乙烯为原料时，熔融共混温度为140～160℃；

3）挤出装置将塑化过的木塑熔体挤入储料桶，木塑熔体与柱塞的圆锥面接触后，活塞在木塑熔体反压力作用下向上移动，同时，双级油缸对木塑熔体也施加一定压力，使其始终处于压实状态；在加热保温装置的作用下，采用聚丙烯为原料时，储料桶内的温度保持195～200℃，采用聚氯乙烯为原料时，储料桶内的温度保持145～150℃；待木塑熔体达到所需体积时，触动限位装置，储料桶的出料口闭合系统和模压装置进料口的滑块打开，1~3个储料桶同时将木塑熔体快速注入热压模具型腔；

4）待注料完毕，关闭储料桶的出料口闭合系统，驱动设备推动滑块移动，关闭模压装置的进料口，木塑熔体在热压模具中进行冷却定型，模具温度60~90℃，压力3~10Mpa，保压，5~10min，同时，挤出装置开始向储料桶内挤入塑化过的木塑熔体，冷却定型完成后将板材顶出模具并移至冷却装置进行冷却，即得木塑复合板材。

进一步地，步骤1）中还加入20份增塑剂。

进一步地，在混合料熔融共混过程中加入5份玻璃纤维，玻璃纤维为增强材料，可提高产品的冲击强度，减少变形。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明将挤出装置、储料装置、模压装置结合起来，实现了连续化生产；另外可根据生产板材尺寸大小需要，设定多台挤出机和储料桶同时为模压装置提供木塑熔体，生产1200*2400*15以上的大尺寸木塑复合板材，满足规模化生产使用要求。

（2）本发明提供的模压设备通过驱动设备前后运动，推拉滑块控制进料口的开合，从而实现进料口的自动开闭，节约空间、时间，提高熔接痕强度；同时，滑道整体为十字型，滑道的上半部分为阶梯设置，滑块为十字型，滑道与滑块配合能实现良好的导向和密封作用。

（3）本发明通过卡槽将凹槽板连接在下模体上，方便根据需要更换不同形状的模具，生产不同形状的木塑复合板材，例如带加强筋的木塑复合板材或者生产半蜂窝状的木塑复合板材。

综上所述，利用本发明提供的设备和方法生产的木塑复合板材具有抗冲击性高、吸水性低和收缩率小的特点，冲击强度达到4.2KJ/m2以上，在?4~60℃环境下收缩率仅为0.71%。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是上模体的俯视图；

图3是实施例1中带有网格式凹槽的热压模具的结构示意图；

图4是网格式凹槽板的俯视图；

图5是实施例2中带有蜂窝式凸起的凹槽板的热压模具的结构示意图；

图6是有蜂窝式凸起的凹槽板的俯视图。

其中，进料口1，模压机2，上模板底板3，滑块4，进料油缸5，上模板6，滑道61，导向柱7，下模板8，支撑板11，下模板底板12，喂料机13，挤出机14，双级油缸15，限位装置16，储料桶17，活塞171，加热保温装置172，出料口闭合系统173；

实施例1中，顶杆式顶出设备A9，顶杆A91，顶板A92，油缸固定螺栓A93，油缸固定板A94，脱模油缸A95，导向螺栓A96，凹槽板A10，通孔A101，凹槽A102；

实施例2中，顶板式顶出设备B9，顶杆B91，顶板B92，脱模油缸B95，顶杆固定板B97，,顶杆垫板B98，凹槽板B10，凸起B101。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种生产大尺寸木塑复合板材的设备，其结构如图1~4所示，包括设有加料口141和加料口142的异向锥形双螺杆挤出机14、储料桶17和模压装置，模压装置包括模压机2和安装在模压机2上的热压模具。储料桶17内设有柱塞式活塞171，活塞171顶部连接有双级油缸15，双级油缸15上设有限位装置16；储料桶17底部设有出料口闭合系统173，储料桶17的出料口通过导流桶与模压装置的进料口1相连通，储料桶17外壁上设有加热保温装置172，储料桶17的下端面为圆锥面，圆锥面上设有1~3个进料口；所述柱塞式活塞171的下端面为圆锥形，与储料桶17的下端面紧密贴合。

所述热压模具包括上模体和下模体，上模体与下模体上设有油道，通过流经油道的导热油控制模具温度；上模体安装在模压机2的静模板上，下模体安装在模压机2的动模板上，上模体与下模体之间通过导柱连接。

上模体包括上模板底板3和可拆卸连接在上模板底板3下侧的上模板6，滑道61设在上模板6内。模压装置设有1~3个进料口1，进料口1的滑道61内滑动嵌有滑块4，滑道61整体为十字型，滑道61的上半部分为阶梯设置，滑块4为十字型，滑道61与滑块4配合能实现良好的导向和密封作用，滑块4的一端嵌合在滑道61内，另一端（外端）伸出上模板6并连接有进料油缸5，滑道61与滑块4配合能够有效实现进料口1的闭合与开启；每个进料口1上连接有一套送料装置。

下模体包括下模板底板12和通过支撑板11固定在下模板底板12上方的下模板8，下模板8通过卡槽连接有凹槽A102板A10，凹槽A102板A10上表面设有网格式凹槽A102，采用网格式凹槽A102可以使木塑复合板材表面形成加强筋，此时一般采用顶杆A91式顶出设备A9。顶杆A91式顶出设备A9包括脱模油缸A95和固定在脱模油缸A95上部的顶板A92，顶板A92上方设有顶杆A91，顶杆A91上端滑动设置在凹槽A102上的通孔A101内，顶杆A91均匀分布在板材上，能保证脱模时受力均匀，避免因顶出受力不均导致产品翘曲变形，脱模油缸A95的缸体固定在油缸固定板A94上，油缸固定螺栓A93依次穿过油缸固定板A94、顶板A92后固定在下模板8底部，油缸固定板A94和下模板8与油缸固定螺栓A93螺纹连接，顶板A92可沿着油缸固定螺栓A93上下移动；顶板A92上设有阶梯状导向孔，导向螺栓A96穿过导向孔后与下模板8螺纹连接。

利用上述设备生产大尺寸共聚聚丙烯基木塑复合板材的方法，包括以下步骤：

1）将45份干燥好的木粉、45份共聚聚丙烯、1份钛白粉、2份稳定剂、2份抗氧剂在高速混料机中混合5~10min；

2）将将步骤1）中所得的混合料通过喂料机13加入锥形双螺杆挤出机14中，在185～200℃下熔融共混，同时调整加料装置的速度经加料口142加入5份玻璃纤维进行熔融共混；

3）将储料桶17出料闭合，挤出机14将塑化过的木塑熔体经储料桶17锥面上的进料口挤入到储料桶17中，在储料桶17加热保温装置172作用下，木塑熔体的温度保持在195～200℃，木塑熔体与活塞171的圆锥面接触后，活塞171在木塑熔体反压力作用下向上移动，同时，双级油缸15对木塑熔体也施加一定压力，使其始终处于压实状态；待储存木塑熔体达到所需体积时，触动限位装置16，储料桶17出料口阀门和上模体的进料口1滑块4打开，双级油缸15启动，将1~3储料桶17内的木塑熔体同时快速注入其下方热压模具型腔中；

4）待注料完毕，关闭储料桶17出料口，驱动装置推动滑块4闭合上模体进料口1，挤出机14继续将塑化好的木塑挤出到储料桶17中；模压机2启动，闭合模具，木塑熔体在热压模具中进行热压成型，其中：模具内温度75℃，压力5Mpa，保压5min；

5）待木塑板材在模具中热压成型后，打开模具，启动顶出装置，将板材顶出模具并转移到冷却装置进行冷却定型，即得大尺寸PP木塑复合板材。

制备出的带加强筋的共聚聚丙烯基木塑复合板材（其板材厚度在4mm~7mm之间）的力学性能如下：带加强筋的共聚聚丙烯基木塑复合板材的拉伸强度25MPa、弯曲强度60MPa、弯曲模量3700MPa、冲击强度5.4KJ/m²，收缩率为0.56%（室温20℃~模具75℃）。

实施例2

一种生产大尺寸木塑复合板材的设备，其结构如图5~6所示，包括设有两个加料口的异向锥形双螺杆挤出机14、储料桶17和模压装置，模压装置包括模压机2和安装在模压机2上的热压模具。储料桶17内设有柱塞式活塞171，活塞171顶部连接有双级油缸15，双级油缸15上设有限位装置16储料桶17底部设有出料口闭合系统173，储料桶17的出料口通过导流桶与模压装置的进料口1相连通，储料桶17外壁上设有加热保温装置172，储料桶17的下端面为圆锥面，圆锥面上设有1~3个进料口；所述柱塞式活塞171的下端面为圆锥形，与储料桶17的下端面紧密贴合。

所述热压模具包括上模体和下模体，上模体与下模体上设有油道，通过流经油道的导热油控制模具温度；上模体安装在模压机2的静模板上，下模体安装在模压机2的动模板上，上模体与下模体之间通过导柱连接。

上模体包括上模板底板3和可拆卸连接在上模板底板3下侧的上模板6，滑道61设在上模板6内。模压装置设有1~3个进料口1，进料口1的滑道61内滑动嵌有滑块4，滑道61整体为十字型，滑道61的上半部分为阶梯设置，滑块4为十字型，滑道61与滑块4配合能实现良好的导向和密封作用，滑块4的一端嵌合在滑道61内，另一端（外端）伸出上模板6并连接有进料油缸5，滑道61与滑块4配合能够有效实现进料口1的闭合与开启；每个进料口1上连接有一套送料装置。

下模体包括下模板底板12和通过支撑板11固定在下模板底板12上方的下模板8，下模板8通过卡槽连接有凹槽板B10，凹槽板B10上表面设有呈蜂窝状排布的凸起B101，采用顶板B92式顶出设备B9。顶板B92式顶出设备B9包括顶板B92、固定在顶板B92下部的顶杆B91和脱模油缸B95，顶板B92设于下模板8上方，顶板B92上设有通孔，通孔与凹槽板B10的凸起B101滑动配合，脱模时，蜂窝的凸起B101还起到导向顶板B92的作用。顶杆B91下端固定在顶杆固定板B97上，顶杆固定板B97下方设有顶杆垫板B98，顶杆固定板B97设于下模板8下方，脱模油缸B95顶部固定在顶杆固定板B97下方，脱模油缸B95通过螺栓固定在下模板底板12上。

利用上述设备生产大尺寸均聚聚丙烯基木塑复合板材的方法，包括以下步骤：

1）将45份干燥好的木粉、45份均聚聚丙烯、1份钛白粉、2份稳定剂、2份抗氧剂在高速混料机中混合5~10min；

2）将将步骤1）中所得的混合料通过喂料机13加入锥形双螺杆挤出机14中，在140～160℃下熔融共混，同时调整加料装置的速度经加料口142加入5份玻璃纤维进行熔融共混；

3）将储料桶17出料闭合，挤出机14将塑化过的木塑熔体经储料桶17锥面上的进料口挤入到储料桶17中，在储料桶17加热保温装置172作用下，木塑熔体的温度保持在145～150℃，木塑熔体与活塞171的圆锥面接触后，活塞171在木塑熔体反压力作用下向上移动，同时，双级油缸15对木塑熔体也施加一定压力，使其始终处于压实状态；待储存木塑熔体达到所需体积时，触动限位装置16，储料桶17出料口阀门和上模体的进料口1滑块4打开，双级油缸15启动，将1~3储料桶17内的木塑熔体同时快速注入其下方热压模具型腔中；

4）待注料完毕，关闭储料桶17出料口，驱动装置推动滑块4闭合上模体进料口1，挤出机14继续将塑化好的木塑挤出到储料桶17中；模压机2启动，闭合模具，木塑熔体在热压模具中进行热压成型，其中：模具温度85℃，压力5Mpa，保压时间10min；

5）待木塑板材在模具中热压成型后，打开模具，启动顶出装置，将板材顶出模具并转移到冷却装置进行冷却定型，即得大尺寸均聚聚丙烯木塑复合板材。

制备出的带加强筋的均聚聚丙烯基木塑复合板材（其板材厚度在4mm~7mm之间）的力学性能如下：拉伸强度24MPa、弯曲强度58MPa、弯曲模量3600MPa、冲击强度5.2KJ/m²、收缩率为0.54%（室温20℃~模具85℃）。

Claims (9)

1.一种生产大尺寸木塑复合板材的设备，其特征在于，包括送料装置和模压装置，所述模压装置包括模压机和安装在模压机上的热压模具，模压装置设有1~3个进料口，进料口的滑道内滑动嵌有滑块，滑块的外端连接有驱动设备；每个进料口上连接有一套送料装置；所述送料装置包括挤出装置和储料桶，储料桶内设有柱塞式活塞，活塞顶部连接有双级油缸，储料桶底部设有出料口闭合系统，储料桶的出料口与模压装置的进料口相连通。

2.根据权利要求1所述的生产大尺寸木塑复合板材的设备，其特征在于，所述热压模具包括上模体和下模体，上模体安装在模压机的静模板上，下模体安装在模压机的动模板上，上模体与下模体之间通过导柱连接。

3.根据权利要求2所述的生产大尺寸木塑复合板材的设备，其特征在于，所述下模体上部通过卡槽连接有凹槽板，凹槽板上表面设有网格式凹槽或设有呈蜂窝状排布的凸起，下模体上连接有顶杆式顶出设备或顶板式顶出设备。

4.根据权利要求1所述的生产大尺寸木塑复合板材的设备，其特征在于，所述挤出装置为设有两个加料口的异向锥形双螺杆挤出机。

5.根据权利要求1所述的生产大尺寸木塑复合板材的设备，其特征在于，所述储料桶外壁上设有加热保温装置，储料桶的下端面为圆锥面，圆锥面上设有1~3个进料口；所述柱塞式活塞的下端面为圆锥形，与储料桶的下端面紧密贴合，双级油缸上设有限位装置。

6.根据权利要求1~5任一所述的生产大尺寸木塑复合板材的设备，其特征在于，所述上模体与下模体上设有油道。

7.利用权利要求1~5任一所述的设备生产大尺寸木塑复合板材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将35~45份木粉、35~45份聚丙烯、1~2份钛白粉、2份稳定剂、1~2份抗氧剂在高速混料机中混合5~10min；

将步骤1）中所得的混合料在挤出装置中熔融共混后；

将塑化过的木塑熔体挤入储料桶并保温；待木塑熔体达到所需体积时，打开储料桶的出料口闭合系统和模压装置进料口的滑块，将1~3个储料桶内的木塑熔体快速注入热压模具型腔；

关闭储料桶的出料口闭合系统和模压装置进料口的滑块，木塑熔体在热压模具中进行冷却定型，模具温度60~85℃，压力5~10Mpa，保压6~10min；同时，挤出装置开始向储料桶内挤入塑化过的木塑熔体；冷却定型完成后脱模后冷却即得木塑复合板材。

8.根据权利要求7所述的生产大尺寸木塑复合板材的方法，其特征在于，步骤1）中还加入20份增塑剂。

9.根据权利要求7所述的生产大尺寸木塑复合板材的方法，其特征在于，在混合料熔融共混过程中加入5份玻璃纤维。