CN112497710A - 一种双螺杆挤出机、pp地板及其加工方法 - Google Patents

一种双螺杆挤出机、pp地板及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双螺杆挤出机、PP地板及其加工方法，属于地板技术领域。该双螺杆挤出机用于加工PP地板，双螺杆挤出机具有两根平行设置的螺杆，每根螺杆的长度为4.8‑10.5m，两根螺杆之间部分啮合。该双螺杆挤出机通过延长螺杆长度并同时设置部分啮合区，能够使PP材料均匀混合。将含有PP材料的制备原料采用上述双螺杆挤出机进行挤出，可得到质量较佳的环保PP地板。

Description

一种双螺杆挤出机、PP地板及其加工方法
技术领域
本发明涉及地板技术领域，具体而言，涉及用于一种双螺杆挤出机、PP地板及其加工方法。
背景技术
目前，地板的制备通常采用PVC材料，PVC又称聚氯乙烯，其为世界上产量最大的塑料产品之一，价格便宜。但聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCl气体，使聚氯乙烯变色。
鉴于绿色环保的发展要求，PVC地板行业逐渐向非PVC方向发展。由于PVC为极性材料，其在加工过程中易于混合和分散，而环保材料PP(聚丙烯)为非极性材料，其在加工过程中不易混合和分散。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PP地板的双螺杆挤出机、PP地板及其加工方法以解决上述技术问题。
本申请可以这样实现：
第一方面，本申请提供一种双螺杆挤出机，该双螺杆挤出机用于加工PP地板，该双螺杆挤出机具有两根平行设置的螺杆，每根螺杆的长度不低于4.8m，两根螺杆之间部分啮合。
在可选的实施方式中，部分啮合为：两根螺杆的平均外圆半径+两根螺杆的平均根圆半径＜两根螺杆之间的轴心距＜两根螺杆的平均外圆半径的2倍。
在可选的实施方式中，两根螺杆相同。
在可选的实施方式中，每根螺杆的长度为4.8-10.5m。
在可选的实施方式中，每根螺杆的长径比为45-70，优选为45-55，更优为52-55。
第二方面，本申请提供一种PP地板的加工方法，包括以下步骤：将含有PP材料的制备原料采用如前述实施方式的双螺杆挤出机进行熔融挤出。
在可选的实施方式中，制备原料包括PP材料和填充料。
在可选的实施方式中，PP材料与填充料的质量比为1:2-3.5。
在可选的实施方式中，填充料包括碳酸钙、滑石粉和无机颜料粉中的至少一种。
在可选的实施方式中，无机颜料粉包括三氧化二铁和硫酸钡中的至少一种。
在可选的实施方式中，熔融挤出过程中，螺杆的输出扭矩为11-15N·m/cm3，转速为200-500转/min。
在可选的实施方式中，转速为200-300转/min。
在可选的实施方式中，进入双螺杆挤出机前，还包括将制备原料进行预混。
在可选的实施方式中，将预混后的制备原料预热后再送入双螺杆挤出机。
在可选的实施方式中，预热于60-100℃的条件下进行5-15min。
在可选的实施方式中，制备原料在双螺杆挤出机中于190-210℃及0.5-2MPa的条件下熔融后挤出。
在可选的实施方式中，熔融时间不低于3min。
在可选的实施方式中，熔融过程中制备原料在螺杆啮合区域的时间不低于1min。
在可选的实施方式中，还包括将挤出的物料进行覆膜。
在可选的实施方式中，覆膜后还包括冷却和切割。
第三方面，本申请提供一种PP地板，由如前述实施方式任一项的加工方法加工而得。
本申请的有益效果包括：
通过延长双螺杆挤出机的螺杆长度，有利于延长PP材料的运转路径和混合时间，提高物料的分散程度。通过在延长螺杆长度的基础上，将双螺杆挤出机的螺杆设置成部分啮合，使两根螺杆之间的轴心距减小，进而更利于PP材料与其他粉料的混合分散。将含有PP材料的制备原料采用上述双螺杆挤出机进行挤出，可得到质量较佳的PP地板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为双螺杆挤出机在部分啮合条件下的示意图；
图2为双螺杆挤出机在非啮合条件下的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的双螺杆挤出机、PP地板及其加工方法进行具体说明。
本申请提出一种双螺杆挤出机，该双螺杆挤出机用于加工PP地板，该双螺杆挤出机具有两根平行设置的螺杆，每根螺杆的长度不低于4.8m，两根螺杆之间部分啮合。
值得说明的是，本申请中的“平行”并非限于完全平行，可具有一定误差。现有的双螺杆挤出机中螺杆的长度为4m左右，本申请中的双螺杆挤出机的螺杆长度达到普通双螺杆挤出机的螺杆长度的1.2-1.5倍，如4.8-10.5m，能够延长物料的运转路径和混合时间，有利于提高物料的分散程度。并且，通过设置较长的螺杆长度，可避免螺杆过短导致啮合区域过短，不利于混合和分散。
本申请中所指的“部分啮合”为：两根螺杆的平均外圆半径+两根螺杆的平均根圆半径＜两根螺杆之间的轴心距＜两根螺杆的平均外圆半径的2倍。
优选地，两根螺杆相同。此时“部分啮合”可理解为：每根螺杆的外圆半径+每根螺杆的根圆半径＜两根螺杆之间的轴心距＜每根螺杆的外圆半径的2倍。
具体的，请参照图1，螺杆的外圆半径以Ra表示，螺杆的根圆半径以Rf表示，两根螺杆之间的轴心距以CL表示。“部分啮合”也即Ra+Rf<CL<2Ra。作为对比的，参照图2，非啮合可表示为CL>2Ra。
发明人发现，若仅将螺杆的长度延长不设置啮合区，PP材料的混合效果还是不太理想。通过在延长螺杆长度的基础上，将双螺杆挤出机的螺杆设置成部分啮合，使两根螺杆之间的轴心距减小，进而更利于PP材料与其他粉料的混合分散。值得说明的是，针对本申请的PP材料，双螺杆之间的啮合程度不能为全啮合，否则容易出现卡料的情况。其原因主要在于：在加工过程中，PP材料与含量较高的滑石粉等配合，导致混合料流动性差，若此时用全啮合的双螺杆挤出机，不可避免的会出现卡料问题。
进一步地，螺杆的长径比可以为45-70，如45、50、55、60、65或70，优选为45-55，更优为52-55。
本申请中将螺杆的长径比设置为上述范围，可使混合好的熔融分散体出料速度均匀，温度衰减速度缓和，以避免出现突然冷却或者突然成晶相的问题，获得的地板平整度较佳。若长径比过低容易导致地板变形。
值得说明的是，本申请未公开的螺杆挤出机的其它结构可参照现有技术，在此不做过多赘述。
此外，本申请还提供一种PP地板的加工方法，包括以下步骤：将含有PP材料的制备原料采用上述双螺杆挤出机进行熔融挤出。
在可选的实施方式中，制备原料可包括PP材料和填充料。
可参照地，PP材料与填充料的质量比可以为1:2-3.5，如1:2、1:2.5、1:3或1:3.5等。
在可选的实施方式中，填充料例如可包括碳酸钙、滑石粉和无机颜料粉中的至少一种。其中，无机颜料粉可包括三氧化二铁和硫酸钡中的至少一种。
在可选的实施方式中，熔融挤出过程中，螺杆的输出扭矩为11-15N·m/cm3，如11N·m/cm3、12N·m/cm3、13N·m/cm3、14N·m/cm3或15N·m/cm3等。
采用上述扭矩能提供强力的分散水平，有效地使粉料和树脂粉混合均匀。就PP材料而言，扭矩过小，会造成原料不易分散甚至出现结块现象，最终无法挤出。
在可选的实施方式中，熔融挤出过程中，螺杆的转速可以为200-500转/min，如200转/min、300转/min、400转/min或500转/min等。
将螺杆的转速控制在上述范围可延长物料的熔融时间，避免旋转速度过快导致物料熔融停留时间过短，物料在熔融不充分的情况下即被挤出，进而造成批次不稳定，有的批次好，有的批次颗粒大的问题。
在可选的实施方式中，进入双螺杆挤出机前，还包括将制备原料进行预混。可参考地，预混可以在搅拌条件下进行。
进一步地，将预混后的制备原料预热后再送入双螺杆挤出机。
在可选的实施方式中，预热可以于60-100℃(如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等)的条件下进行5-15min(如5min、8min、10min、12min或15min等)。
通过先进行预热再进入挤出机，可有效避免制备原料在预混后与熔融之间温度跨度过大影响材料性能。
在可选的实施方式中，预热过程中可加入助剂，助剂例如可以包括稳定剂和/或润滑剂。其中，稳定剂例如可包括硬脂酸锌和硬脂酸钙中的至少一种，润滑剂例如可以包括PE蜡(聚乙烯蜡)和CPE(氯化聚乙烯)中的至少一种。其中，稳定剂可占制备原料的0.3wt％，润滑剂可占制备原料的0.5wt％。
在可选的实施方式中，制备原料在双螺杆挤出机中于190-210℃及0.5-2MPa的条件下熔融后挤出。
可参考地，熔融温度可以为190℃、195℃、200℃、205℃或210℃等。熔融压力可以为0.5MPa、1MPa、1.5MPa或2MPa等。
在可选的实施方式中，熔融时间不低于3min。较佳地，熔融过程中制备原料在螺杆啮合区域的时间不低于1min，以使制备原料在充分混合分散均匀的状态下完全熔融。
进一步地，还包括将挤出的物料进行覆膜，覆膜后还包括进行冷却和切割。
值得说明的是，上述覆膜、冷却和切割均可参照相关的现有技术，在此不做过多赘述。
承上，本申请通过采用特定的双螺杆挤出机将含PP材料的制备原料在特定的条件进行熔融挤出，能使PP材料与其他粉料充分混合分散并熔融均匀，得到质量品质较佳(如平整度良好)的PP地板。并且，通过本申请提供的加工方法得到的PP地板合格率高、同批次及不同批次间的产品性能一致性好。
此外，本申请还提供一种PP地板，其由前述的加工方法加工而得。所得的PP地板性能均一，平整度好，强度较好。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种双螺杆挤出机，其用于加工PP地板。
该双螺杆挤出机具有相同的两根螺杆，两根螺杆平行设置，每根螺杆的长度为4.8m，每根螺杆的长径比为45，两根螺杆之间部分啮合，也即每根螺杆的外圆半径+每根螺杆的根圆半径＜两根螺杆之间的轴心距＜每根螺杆的外圆半径的2倍。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：每根螺杆的长度为6m。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：每根螺杆的长度为8.4m。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：每根螺杆的长度为10.5m。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：每根螺杆的长径比为52。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：每根螺杆的长径比为55。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：每根螺杆的长径比为70。
实施例8
本实施例提供一种PP地板，其加工方法如下：
将PP材料与填充料按质量比为1:2混合，得到制备原料。其中，填充料由滑石粉和三氧化二铁组成。
将上述制备原料于60℃的条件下预热15min，随后送入实施例1-8任一双螺杆挤出机中，于190℃及0.5MPa的条件下啮合并熔融，此过程中，螺杆输出扭矩为15N·m/cm3、螺杆转速为500转/min。熔融时间为3min，熔融过程中制备原料位于螺杆啮合区域的时间为1min。
熔融后的制备原料于双螺杆挤出机的出料端挤出，随后再经覆膜、冷却及切割，即得到PP地板成品。
实施例9
本实施例与实施例8的区别在于：
制备原料于100℃的条件下预热5min，随后送入实施例1-8任一双螺杆挤出机中，于210℃及2MPa的条件下啮合并熔融，此过程中，螺杆输出扭矩为11N·m/cm3、螺杆转速为200转/min。熔融时间为5min，熔融过程中制备原料位于螺杆啮合区域的时间为3min。
实施例10
本实施例与实施例8的区别在于：
制备原料于80℃的条件下预热10min，随后送入实施例1-8任一双螺杆挤出机中，于200℃及1.5MPa的条件下啮合并熔融，此过程中，螺杆输出扭矩为13N·m/cm3、螺杆转速为350转/min。熔融时间为8min，熔融过程中制备原料位于螺杆啮合区域的时间为6min。
实施例11
本实施例与实施例8的区别在于：
制备原料由PP材料与填充料按质量比为1:2.5混合。其中，填充料由质量比为5：2：3的滑石粉、三氧化二铁和硫酸钡组成。
实施例12
本实施例与实施例8的区别在于：
制备原料由PP材料与填充料按质量比为1:3混合。其中，填充料由质量比为5：1：1：3的碳酸钙、滑石粉、三氧化二铁和硫酸钡组成。
实施例13
本实施例与实施例8的区别在于：
预热过程中加入有助剂，助剂由硬脂酸锌和聚乙烯蜡组成，其中，硬脂酸锌占制备原料的0.3wt％，聚乙烯蜡占制备原料的0.5wt％。
实施例14
本实施例与实施例8的区别在于：
预热过程中加入有助剂，助剂由硬脂酸钙和氯化聚乙烯组成，其中，硬脂酸钙占制备原料的0.3wt％，氯化聚乙烯占制备原料的0.5wt％。
对比例1
本对比例与实施例8的区别在于：每根螺杆的长度为4m。
对比例2
本对比例与实施例8的区别在于：两根螺杆之间无啮合区域。
对比例3
本对比例与实施例8的区别在于：两根螺杆之间为全啮合。
对比例4
本对比例与实施例8的区别在于：每根螺杆的长径比为35。
对比例5
本对比例与实施例8的区别在于：熔融挤出过程中，螺杆的输出扭矩为8N·m/cm3。
对比例6
本对比例与实施例8的区别在于：熔融挤出过程中，螺杆的转速为600转/min。
对比例7
本对比例与实施例8的区别在于：预混后的制备原料不经预热直接送入双螺杆挤出机。
对比例8
本对比例与实施例8的区别在于：熔融温度为150℃，压力为0.3MPa。
对比例9
本对比例与实施例8的区别在于：熔融温度为250℃，压力为2.5MPa。
对比例10
本对比例与实施例8的区别在于：熔融时间为2min，其中物料在啮合区域的时间为0.5min。
通过试验得出：对比例1-10较本申请实施例8而言，不利于PP材料与其他粉料的混合分散，对比例1-10对应制备得到的PP地板较实施例8对应得到的PP地板质量更差，包括平整度更差、强度更差、合格率更低等。综上所述，本申请通过采用特定的双螺杆挤出机将含PP材料的制备原料在特定的条件进行熔融挤出，能使PP材料与其他粉料充分混合分散并熔融均匀，得到质量品质较佳(如平整度良好)的PP地板。并且，通过本申请提供的加工方法得到的PP地板合格率高、同批次及不同批次间的产品性能一致性好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双螺杆挤出机，其特征在于，所述双螺杆挤出机用于加工PP地板，所述双螺杆挤出机具有两根平行设置的螺杆，每根螺杆的长度不低于4.8m，两根螺杆之间部分啮合。
2.根据权利要求1所述的双螺杆挤出机，其特征在于，所述部分啮合为：两根螺杆的平均外圆半径+两根螺杆的平均根圆半径＜两根螺杆之间的轴心距＜两根螺杆的平均外圆半径的2倍；
优选地，两根所述螺杆相同。
3.根据权利要求1所述的双螺杆挤出机，其特征在于，每根所述螺杆的长度为4.8-10.5m；
优选地，每根所述螺杆的长径比为45-70，优选为45-55，更优为52-55。
4.一种PP地板的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有PP材料的制备原料采用如权利要求1-3任一项所述的双螺杆挤出机进行熔融挤出；
优选地，所述制备原料包括PP材料和填充料；
优选地，所述PP材料与所述填充料的质量比为1:2-3.5；
优选地，所述填充料包括碳酸钙、滑石粉和无机颜料粉中的至少一种；
优选地，所述无机颜料粉包括三氧化二铁和硫酸钡中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，熔融挤出过程中，所述螺杆的输出扭矩为11-15N·m/cm3，转速为200-500转/min；
优选地，转速为200-300转/min。
6.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，进入所述双螺杆挤出机前，还包括将所述制备原料进行预混；
优选地，将预混后的制备原料预热后再送入所述双螺杆挤出机；
优选地，预热于60-100℃的条件下进行5-15min。
7.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述制备原料在所述双螺杆挤出机中于190-210℃及0.5-2MPa的条件下熔融后挤出。
8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，熔融时间不低于3min；
优选地，熔融过程中所述制备原料在螺杆啮合区域的时间不低于1min。
9.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，还包括将挤出的物料进行覆膜；
优选地，覆膜后还包括冷却和切割。
10.一种PP地板，其特征在于，由如权利要求4-9任一项所述的加工方法加工而得。
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