CN107953570A - 直压式生物质复合材料的连续生产系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开直压式生物质复合材料的连续生产系统，直压式生物质复合材料的连续生产系统，包括熔膜成型装置一和纤维材料输送装置；熔膜成型装置一包括熔膜成型机一和设置在熔膜成型机一下方的成型辊一；纤维材料输送装置包括由上到下依次设置的输送机、成型辊二和成型辊三；成型辊一与成型辊二的表面形成输送通道，其被设置为初步压合纤维材料与熔膜一，成型辊二与成型辊三相配合转动，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。有效解决了纤维与塑料共混后的复合材料生产过程中的长纤维材料易吸水，易缠绕，很难实现均匀、稳定输送，从而导致制品表观质量差，力学性能不均衡等缺陷，使直压式生物质复合材料的生产效率提高，易于加工。

Description

直压式生物质复合材料的连续生产系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体地，涉及直压式生物质复合材料的连续生产系统及其使用方法。

背景技术

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites,WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物生物质纤维混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型的板材，称之为挤压木塑复合板材。

生物质复合材料既能发挥材料中各组分的优点，克服因木材强度低、变异性大及有机材料弹性模量低等造成的使用局限性，又能充分利用废弃的木材和塑料，减少环境污染。从生产原料来看，生物质复合材料的原料可采用各种废旧塑料、废木料及农作物的剩余物。因此生物质复合材料的研制和广泛应用，有助于减缓塑料废弃物的污染，也有助于减少农业废弃物焚烧给环境带来的污染。生物质复合材料的生产和使用，不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物，材料本身还可回收利用，是一种全新的绿色环保产品，也是一种生态洁净的复合材料。

以生物质纤维与塑料混合，生产出一种木塑复合材料，可代替木材、塑料、金属等，广泛应用于各行各业。但是，纤维材料，特别是长纤维材料易吸水，易缠绕，很难实现均匀、稳定输送，从而导致制品表观质量差，力学性能不均衡等缺陷。直接导致加工困难，生产效率低，应用受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提供一种直压式生物质复合材料的连续生产系统，有效解决了纤维与塑料共混后的复合材料生产过程中的长纤维材料易吸水，易缠绕，很难实现均匀、稳定输送，从而导致制品表观质量差，力学性能不均衡等缺陷，使直压式生物质复合材料的生产效率提高，易于加工。

本发明另一目的在于提供一种直压式生物质复合材料的连续生产系统的使用方法。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：

公开一种直压式生物质复合材料的连续生产系统，包括熔膜成型装置一、纤维材料输送装置；

所述熔膜成型装置一包括熔膜成型机一和设置在所述熔膜成型机一下方的成型辊一；

所述纤维材料输送装置包括由上到下依次设置的输送机、成型辊二和成型辊三；所述成型辊一与成型辊二的表面形成输送通道，其被设置为初步压合纤维材料与熔膜一；

所述成型辊二与成型辊三相配合转动，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。

本发明的直压式生物质复合材料的连续生产系统将解决纤维易缠结、结块、成团、吸水导致均匀输送困难的问题，采取直接强制送料、减少输送路径、利用具有成型辊的特殊结构的圆柱面分散纤维料，将纤维与熔融高分子膜碾压层合在一起，得到性能优异、质量稳定的生物质复合材料。

本发明的直压式生物质复合材料的连续生产系统可以智能控制待复合材料的输送速度和待复合材料的状态，能有效控制复合后的直压式生物质复合材料的质量，达到使用性能。

进一步地，所述熔膜成型机一为螺杆挤出机，所述螺杆挤出机包括挤出机和流延模具，所述挤出机的出口与所述流延模具的入口连通，所述流延模具的下方设有成型辊一。

进一步地，所述螺杆挤出机为单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机的任意一种。

本发明优选采用螺杆挤出流延热塑性熔膜，在熔膜还处于熔融状态时，与纤维层合，然后通过成型辊碾压，使纤维材料与熔膜紧密结合，根据需要，可在纤维层另一面继续层合一层热塑性熔膜，得到三明治形状的三层生物质复合材料，本发明的直压式生物质复合材料连续生产系统，可以重复层合，得到实际需要的三层及以上的多层复合材料，适合不同的材料复合。

进一步地，所述成型辊一和成型辊二均为空心圆筒，所述空心圆筒内部通过水、油、气体或电阻加热。

本发明中的成型辊表面可为光滑面，也可加工有沿圆周或轴心方向的槽，槽的数量和形状根据需要决定，成型辊表面可加工有小孔，小孔形状为半圆形或椭圆形，具体根据需要决定。成型辊表面的槽型结构和孔型结构既可以起到均匀分散纤维的作用，也能够改变复合材料的内部结构，改善力学性能。

本发明中纤维材料可以瓦楞、突出网点等形态与熔膜接触，可根据需要改变成型辊表面形状，从而改变纤维层形状，实现从结构上设计，改变制品性能的目的。

进一步地，所述输送机为真空输送机、螺旋输送机、压力机的任意一种。

所述纤维材料可以是粉状、块状、细长等形状，优选细长纤维。

进一步地，所述输送通道为“V型”结构。

进一步地，还设置有熔膜成型装置二，所述熔膜成型装置二包括熔膜成型机二、成型辊四、成型辊五和成型辊六；

所述成型辊四与成型辊五配合转动，其被设置为初步压合熔膜二；所述成型辊五的下方设置与成型辊五相配合的成型辊六，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。

本发明采用一对相互配合的成型辊，利用螺杆挤出机，将高分子材料熔融塑化挤出在成型辊上流延，两成型辊之间形成一V形空间，然后将纤维材料均匀从另一滚筒表面输送入V形空间，与高分子融膜接触，并在两成型辊的碾压下，层合成性能优异、质量稳定、成分均一的生物质复合材料。通过重复上述动作和设备，可得到多层生物质复合片材、板材等，其厚度根据需要确定。

本发明通过控制待复合材料的输送速度、成型辊旋转速度、各成型辊之间的间隙，来有效控制复合材料的厚度，从而控制生物质复合材料的性能。

本发明的另一目的在于公开上述连续生产系统的使用方法，包括以下步骤：

S1. 将高分子材料A放在熔膜成型装置一中，将高分子材料A通过熔融塑化挤出在成型辊一上，同时，将生物质纤维材料加入到生物质纤维材料输送装置，通过成型辊一和成型辊二初步压合，所述成型辊一和成型辊二加热至30~300℃，将压合后的高分子材料A和生物质纤维材料输送至成型辊二和成型辊三间；，调整成型辊二和成型辊三之间的压力和作用角度，使生物质纤维材料完全与高分子熔膜A紧密结合；

S2. 将高分子材料B放在熔膜成型装置二中，将高分子材料B通过熔融塑化挤出在成型辊四上，通过成型辊四与成型辊五压合，所述成型辊四与成型辊五加热到30~300℃，将高分子材料B压合呈成熔融状态的高分子熔膜B；随着成型辊五和成型辊六配合转动，压合高分子熔膜A、生物质纤维材料与高分子熔膜B成为一体。

可根据实际产品的需求，可将高分子材料A与高分子材料B设置为不同高分子材料。

本发明的连续生产系统的使用方法操作简单，产品生产稳定，效率高，适用于各种直压式复合材料的生产，应用范围广泛。

相对现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的直压式生物质复合材料的连续生产系统用于生物质纤维与塑料混合，生产出一种直压式生物质复合材料，可代替木材、塑料、金属等，广泛应用于各行各业。本生产系统能解决纤纤维与塑料共混后的复合材料生产过程中的长纤维材料易吸水，易缠绕，很难实现均匀、稳定输送，从而导致制品表观质量差，力学性能不均衡等缺陷，生产制备的复合材料加工性能好，生产效率高。

本直压式生物质复合材料的连续生产系统将待复合的各层材料有序结合，可以根据实际生产需要复合不同材料，不同层数的复合材料，适合不同材料的加工，应用极其广泛，实用性强。

本发明的直压式生物质复合材料的连续生产系统可以通过调节熔膜、纤维材料层的厚度，调节成型辊之间的压力，达到调节复合材料纤维含量和复合材料制品力学性能的目的。

本发明的纤维材料与熔膜贴合后，可以根据需要在纤维材料的另一面贴合不同的高分子熔膜，提高整个复合材料的强度和性能。

附图说明

图1为本发明的直压式生物质复合材料的连续生产系统的示意图。

其中，1-熔膜成型机一、2-输送机、3-成型辊二、4-生物质纤维材料、5-高分子熔膜A、6-成型辊四、7-熔膜成型机二、8-成型辊五、9-高分子熔膜B、10-成型辊六、11-成型辊三、12-成型辊一、101-挤出机、102-流延模具。

图2为实施例1成型辊二的结构示意图。

图3为实施例2成型辊二的结构示意图。

图4用实施例1的直压式生物质复合材料的连续生产系统制备得到的生物质复合材料的截面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的直压式生物质复合材料的连续生产系统，

包括熔膜成型装置一、纤维材料输送装置和熔膜成型装置二；熔膜成型装置一包括熔膜成型机一1和设置在熔膜成型机一1下方的成型辊一12。

纤维材料输送装置包括由上到下依次设置的输送机2、成型辊二3和成型辊三11；成型辊一12与成型辊二3的表面形成“V型”输送通道，其被设置为初步压合纤维材料与熔膜一；成型辊二3的与成型辊三11相配合转动，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。

本发明的输送机2为真空输送机、螺旋输送机、压力机的任意一种，本实施例优选真空输送机。

熔膜成型装置二包括熔膜成型机二7、成型辊四6、成型辊五8和成型辊六10；成型辊四6与成型辊五8配合转动，其被设置为初步压合熔膜二；成型辊五8的下方设置与成型辊五8相配合的成型辊六10，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。

本实施例的螺杆挤出机1包括挤出机101和流延模具102，挤出机101的出口与流延模具102的入口连通，流延模具102的下方设有成型辊一12。本螺杆挤出机为单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机的任意一种，本实施例为单螺杆挤出机。

其中，本实施了的成型辊均为空心圆筒，空心圆筒内部通过水、油或气体加热。为了加热熔膜成熔融状态，以便于纤维材料完全与高分子熔膜紧密贴合。

如图2所示，本实施例的成型辊二3的表面设有均布的凹槽状结构，成型辊表面的槽型结构可以起到均匀分散纤维的作用，也能够改变复合材料的内部结构，改善力学性能。

本直压式生物质复合材料的连续生产系统，有效解决了纤维与塑料共混后的复合材料生产过程中的长纤维材料易吸水，易缠绕，很难实现均匀、稳定输送，从而导致制品表观质量差，力学性能不均衡等缺陷，使直压式生物质复合材料的生产效率提高，易于加工。

实施例2

本实施例的直压式生物质复合材料的连续生产系统与实施例1相同，其不同之处在于，成型辊二3的表面为孔型结构，具体见图3所示。

实施例3

使用实施例1的直压式生物质复合材料的连续生产系统的使用方法，包括以下步骤：

S1. 将高分子材料A放在熔膜成型机一1中，将高分子材料A通过熔融塑化挤出在成型辊一12上，同时，将生物质纤维材料加入到输送机，通过成型辊一12和成型辊二3初步压合，将成型辊一12和成型辊二3加热至30~300℃，将压合后的高分子材料A和生物质纤维材料4输送至成型辊二3和成型辊三11间；调整成型辊二和成型辊三之间的压力和作用角度，使生物质纤维材料4完全与高分子熔膜A5紧密结合；

S2. 将高分子材料B放在熔膜成型机二7中，将高分子材料B9通过熔融塑化挤出在成型辊四6上，通过成型辊四6与成型辊五8压合，成型辊四6与成型辊五8加热到30~300℃，将高分子材料B压合呈成熔融状态的高分子熔膜B9；随着成型辊五8和成型辊六10配合转动，压合高分子熔膜A5、生物质纤维材料4与高分子熔膜B9成为一体，呈三明治结构。

由上述系统的方法制备得到直压式生物质复合材料的结构见图4所示。通过本直压式生物质复合材料的连续生产系统，选择不同辊面的成型辊压合，调整待复合材料的输送速度、成型辊旋转速度、各成型辊之间的间隙，来有效控制复合材料的厚度，从而控制生物质复合材料的性能。本方法得到的生物质复合材料的各复合层间结合紧密，性能优异，质量稳定。

本发明的连续生产系统的使用方法操作简单，产品生产稳定，效率高，适用于各种直压式复合材料的生产，应用范围广泛。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直压式生物质复合材料的连续生产系统，其特征在于，包括熔膜成型装置一和纤维材料输送装置；

所述熔膜成型装置一包括熔膜成型机一和设置在所述熔膜成型机一下方的成型辊一；

所述纤维材料输送装置包括由上到下依次设置的输送机、成型辊二和成型辊三；所述成型辊一与成型辊二的表面形成输送通道，其被设置为初步压合纤维材料与熔膜一；

所述成型辊二与成型辊三相配合转动，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。

2.根据权利要求1所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，所述熔膜成型机一为螺杆挤出机，所述螺杆挤出机包括挤出机和流延模具，所述挤出机的出口与所述流延模具的入口连通，所述流延模具的下方设有成型辊一。

3.根据权利要求2所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，所述螺杆挤出机为单螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机的任意一种。

4.根据权利要求1所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，所述成型辊一和成型辊二均为空心圆筒，所述空心圆筒内部通过水、油、气体或电阻加热。

5.根据权利要求1所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，所述成型辊一和成型辊二表面为光滑或带有槽型或孔型结构。

6.根据权利要求1所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，所述输送机为真空输送机、螺旋输送机、压力机的任意一种。

7.根据权利要求1所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，所述输送通道为“V型”结构。

8.根据权利要求1所述直压式生物质复合材料连续生产系统，其特征在于，还设置有熔膜成型装置二，包括熔膜成型机二、成型辊四、成型辊五和成型辊六；

所述成型辊四与成型辊五配合转动，其被设置为初步压合熔膜二；所述成型辊五的下方设置与成型辊五相配合的成型辊六，其被设置为二次压合纤维材料与熔膜一成为一体。

9.一种根据权利要求1~8任意一项所述连续生产系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 将高分子材料A放在熔膜成型装置一中，将高分子材料A通过熔融塑化挤出在成型辊一上，同时，将生物质纤维材料加入到生物质纤维材料输送装置，通过成型辊一和成型辊二初步压合，所述成型辊一和成型辊二加热至30~300℃，将压合后的高分子材料A和生物质纤维材料输送至成型辊二和成型辊三间；调整成型辊二和成型辊三之间的压力和作用角度，使生物质纤维材料完全与高分子熔膜A紧密结合；

S2. 将高分子材料B放在熔膜成型装置二中，将高分子材料B通过熔融塑化挤出在成型辊四上，通过成型辊四与成型辊五压合，所述成型辊四与成型辊五加热到30~300℃，将高分子材料B压合呈成熔融状态的高分子熔膜B；随着成型辊五和成型辊六配合转动，压合高分子熔膜A、生物质纤维材料与高分子熔膜B成为一体。