CN115891098A - 一种木塑一步法生产用螺杆及挤出机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木塑一步法生产用螺杆以及安装有该螺杆的挤出机，该螺杆由杆轴和形成于杆轴外周的螺旋叶片组成，所述螺杆由起始端至末端依次包括加料段、压缩段、第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段和定量挤出段；所述压缩段的螺槽容积逐渐减小；所述第一排气段的螺槽容积大于第一混炼段，所述第二排气段的螺槽容积大于第二混炼段。本发明通过设置第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段使熔体在受螺杆作用时经历多次加压和减压，充分释放熔体中的空气和水汽，提高熔体的密实度，使挤出的产品不易形成空鼓和开裂，尤其是在应用于木塑产品的挤出时相对于现有的单螺杆挤出机螺杆具有明显的改进作用。

Description

一种木塑一步法生产用螺杆及挤出机

技术领域

本发明涉及木塑材料生产技术领域，具体地涉及一种木塑一步法生产用螺杆及挤出机。

背景技术

木塑是指以聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等热塑性树脂与木粉、稻壳、秸秆等植物纤维为主体制备得到的一种复合材料，由于木塑原料中包含多种物性差异较大的组分，各组分难以形成分散均匀的熔体，且植物纤维中水分含量较高，容易对产品的成型质量造成影响，因此在现有技术中，对于木塑产品的加工通常是由两步法实现的，即先通过双螺杆造粒生产线对木塑原料进行造粒，再通过挤出生产线对木塑颗粒进行挤出加工以获得产品，该方法通过两步挤出使木塑原料能够充分混匀，并且能有效排除物料中的水分，由于造粒和挤出分步进行，对于第一挤出机和第二挤出机的设备要求不高，容易实施。例如专利申请号为CN201610380687.5的专利文件公开了一种塑木地板及其制备方法，该制备方法中，首先将聚乙烯、玻璃纤维、木粉、无机微粉、相容剂、阻燃剂、增塑剂、着色剂以及抗菌剂按照配方比例在混料器中进行混合，使各组分分散均匀之后，投入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，再将获得的物料颗粒投入至锥形双螺杆挤出机中挤出制得地板。两步法的问题在于设备数量较多，使得生产能耗提高、设备的占用场地增加，此外生产效率也存在不足。在一些现有技术中，造粒设备和挤出设备被设计为一体结构，以实现连续化生产，提高生产效率，但该方案仍避免不了设备结构复杂、空间占用较大、能耗较高的问题。

单螺杆挤出机结构简单、操作方便、能耗较低、稳定性好，在实际生产中用于挤出成型生产板材、型材时具有一定优势，然而因为对于物料的塑化能力不足，通常在木塑的生产中只能对造粒后的原料进行加工。双螺杆挤出机相对于单螺杆挤出机而言，对于物料的塑化能力更强，在一些实施方式中，人们采用了双螺杆挤出机直接进行一步法生产，例如专利申请号为CN202110924153.5的专利文件公开了一种一步法制备共挤木塑复合材料的工艺，该工艺将木塑原料混合均匀后加入到共挤木塑复合材料制造设备中挤出芯层，具体地所述共挤木塑复合材料制造设备为锥形双螺杆挤出机，所述锥形双螺杆挤出机的螺杆结构加料区含有多组啮合块和第一真空抽气孔；螺杆塑化区含有多组啮合块和第二真空抽气孔，通过两步抽真空的方法排除木塑原料中的水分，提高产品质量。然而双螺杆挤出机存在成本较高、操作复杂、配件更换频繁、体积较大等缺点，在进行成型加工时相对于单螺杆挤出机而言存在一定不足。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种木塑一步法生产用螺杆，该螺杆应用于单螺杆挤出机时能够通过一步法生产木塑产品，相对于两步法省去了造粒工序，从而提高生产效率、降低设备成本。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术手段：

一种木塑一步法生产用螺杆，由杆轴和形成于杆轴外周的螺旋叶片组成，所述螺杆由起始端至末端依次包括加料段、压缩段、第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段和定量挤出段；所述压缩段的螺槽容积逐渐减小；所述第一排气段的螺槽容积大于第一混炼段，所述第二排气段的螺槽容积大于第二混炼段。

本发明通过设置第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段使熔体在受螺杆作用时经历多次加压和减压，充分释放熔体中的空气和水汽，提高熔体的密实度，使挤出的产品不易形成空鼓和开裂，尤其是在应用于木塑产品的挤出时相对于现有的单螺杆挤出机螺杆具有明显的改进作用，现有的排气式螺杆通常只具有一个排气段，在加工水分含量较高的木塑原料时难以实现较高的良品率，因此现有的排气式螺杆通常只能加工水分含量在2%以下的物料，这也是通常木塑产品生产需要通过两步法实现的原因，即首先通过双螺杆挤出机造粒获得水分含量在2%以下的物料颗粒，再将物料颗粒投入至单螺杆挤出机中进行挤出成型，而本发明提供的螺杆在应用于单螺杆挤出机时能够直接加工水分含量6%的物料，从而省去造粒步骤，简化木塑产品的生产工序、提高生产效率。在本发明中，螺杆可以是一体式结构，也可以是由多阶螺杆相互对接形成的组装结构，当采用组装结构时，多阶螺杆之间通常形成头尾螺纹连接。

进一步地，所述第一混炼段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐增加；所述第一排气段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐减小；所述第一排气段的螺距大于第一混炼段。

进一步地，所述第一混炼段的螺旋角度小于第一排气段。

进一步地，所述第二混炼段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐增加；所述第二排气段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐减小；所述第二排气段的螺距大于第二混炼段。

进一步地，所述第二混炼段的螺旋角度小于第二排气段。

第一混炼段和第二混炼段可以设置较小的螺距可以提高螺旋叶片与熔体的接触面积，以起到更好的搅动效果，并使螺旋叶片剪切熔体时产生更多热量，有助于后续的排气；进一步地还可以设置较小的螺旋角度，使熔体受到的轴向推进量减小，熔体在第一混炼段与第二混炼段中能够停留较长时间，提高混炼效果。此外通过使螺槽容积在第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段之间不断变化，可以使熔体受到的压力在局部的峰值和谷值之间变化，使其中的空气和水分尽可能地排出，并提高熔体中各组分的分散度。

本发明的另一目的在于提供包括上述木塑一步法生产用螺杆的木塑一步法生产用挤出机，该挤出机包括机架、安装于机架上的机筒、与机筒的进料端连接的给料装置、轴向设置于机筒中的所述螺杆和与螺杆连接的动力装置；所述机筒上设有相对靠近进料端的第一排气口和相对靠近出料端的第二排气口，所述第一排气口与螺杆的第一排气段位置对应，所述第二排气口与螺杆的第二排气段位置对应。

进一步地，所述机筒由若干个筒体单元组装形成。

进一步地，所述机筒由进料端至出料端依次包括第一筒体部、第二筒体部、第三筒体部和第四筒体部，所述第一筒体部至第四筒体部的内径逐渐减小。

进一步地，所述加料段设置于第一筒体部，所述压缩段和第一混炼段设置于第二筒体部，所述第一排气段于第三筒体部，所述第二混炼段、第二排气段和定量挤出段设置于第四筒体部。

进一步地，所述第一排气口设置于第一混炼段与第一排气段相接处，所述第二排气口设置于第二混炼段与第二排气段相接处。

进一步地，所述动力装置包括由电机构成的驱动装置和由齿轮减速器构成的传动装置。

综上所述，应用本发明方案可以取得以下有益效果：

1、本发明提供的螺杆具有第一混炼段、第一排气段、第二混炼段和第二排气段，使熔体在受螺杆作用时经历多次加压和减压，充分释放熔体中的空气和水汽，提高熔体的密实度，使挤出的产品不易形成空鼓和开裂，使应用该螺杆的单螺杆挤出机能够直接加工水分含量为6%的木塑原料，省去现有技术中的造粒工序，提高生产效率并降低生产成本。

2、在一些实施方式中，本发明的第一混炼段和第二混炼段可以设置较小的螺距可以提高螺旋叶片与熔体的接触面积，以起到更好的搅动效果，并使螺旋叶片剪切熔体时产生更多热量，有助于后续的排气；进一步地还可以设置较小的螺旋角度，使熔体受到的轴向推进量减小，熔体在第一混炼段与第二混炼段中能够停留较长时间，提高混炼效果。

3、在一些实施方式中，本发明使螺槽容积在第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段之间不断变化，可以使熔体受到的压力在局部的峰值和谷值之间变化，使其中的空气和水分尽可能地排出，并提高熔体中各组分的分散度。

4、本发明提供的挤出机设置有与螺杆结构相对应的筒体，筒体上设置有两个排气口以对应螺杆的第一排气段和第二排气段，使熔体中的空气和水汽充分排出。

5、在一些实施方式中，本发明提供的挤出机的筒体根据螺杆的结构形成收缩结构，以适应熔体在加工过程中的体积变化，提高加工效率。

附图说明

图1为实施例1中木塑一步法生产用螺杆的结构示意图；

图2为实施例2中木塑一步法生产用挤出机的结构示意图；

图3为图2中A区域的局部结构放大图；

图中，1-螺杆，11-加料段，12-压缩段，13-第一混炼段，14-第二排气段，15-第二混炼段，16-第二排气段，2-机筒，21-第一筒体，22-第二筒体，23-第三筒体，24-第四筒体，25-第一排气口，26-第二排气口，3-给料装置，31-料斗，32-搅拌部件，33-螺旋送料器，4-动力装置，41-齿轮减速器，5-机架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种木塑一步法生产用螺杆，具体地该螺杆用于单螺杆挤出机时可直接将木塑原料不经造粒直接挤出至模具中成型，以制备木塑板材、型材等产品。

所述螺杆包括杆轴和设置在杆轴外周的螺旋叶片，螺杆由起始端至末端依次包括加料段11、压缩段12、第一混炼段13、第一排气段14、第二混炼段15、第二排气段16和定量挤出段17，所述起始端与末端分别指的是在物料流动方向上靠近上游的一端与靠近下游的一端，通常起始端设计有能与动力装置连接的结构，以方便传动，末端设计有锥形的端面结构，以便于出料。

所述加料段用于接收和推动木塑原料混合粉体，加料段具有恒定的螺距和螺槽深度；所述压缩段用于将木塑原料混合粉体熔融并压实，压缩段具有不断缩小的螺槽容积，通常而言减少螺槽容积具有两种实施方式，即减少螺槽深度和减少螺距，采用减少螺距的方法时螺旋叶片的螺旋方式需要不断变化，在生产和制造螺杆时工艺要求较高，因此本实施例中优选地采用螺距不变而减少螺槽深度的方案，而减少螺槽深度同样存在两种实施方式，其一是在螺旋叶片外径不变的情况下逐渐增加杆轴的外径，使螺槽深度由内侧逐渐减小，另一是在杆轴的外径不变的情况下螺旋叶片的外径逐渐减小，由于螺杆在使用时需要配合安装在挤出机的机筒中，若采用螺旋叶片外径减小的方案，则机筒需要对应地设置为缩口结构，使机筒的生产工艺要求较高，因此本实施例优选地使用螺旋叶片外径不变而杆轴外江逐渐增加的方案。

所述第一混炼段具有分散和混合作用，用于使物料形成各组分分布均匀的熔体。具体地，第一混炼段的螺旋叶片的螺距小于压缩段，使螺旋叶片与熔体的接触面更大，并且螺旋叶片的螺旋角度小于压缩段，螺旋叶片在进行转动时沿轴向的推进量减少，使物料在该部位停留时间相对较长，以实现更好的塑化、混炼效果，并且使第一混炼段与熔体剪切时产生更多热量，提高后续排气的效果。进一步地，在本实施例中第一混炼段的螺旋叶片外径不变、杆轴外径逐渐减小，使第一混炼段的螺槽容积在物料流动方向上逐渐增大，以释放压缩段带来的压力，便于物料的分散和混合，并与后续的第一排气段形成结构对应。在一些其他实施方式中，也可在相邻两轮螺旋叶片之间的杆轴上设置凸起的搅拌钉，以打乱熔体的流向，使熔体内部的各组分混合更加均匀。

所述第一排气段具有较大的螺槽容积，使熔体受到的压力减小，熔体内部往往存在因为进料而引入的空气以及物料本身含有的水分受热形成的水汽，尤其是对于木塑材料，其组成中的植物纤维粉具有较高的含水量，因此会产生较多的水汽，在第一排气段中，因为压力减小，空气和水汽会从熔体中逸出，从而能够被排出。在本实施例中，第一排气段的螺距以及螺槽容积大于第一混炼段，以形成压力差，便于空气和水汽的排出。进一步地，在本实施例中，第一排气段的杆轴的外径在物料流动方向上逐渐增大，而第一排气段的螺旋叶片外径保持不变，使螺槽容积逐渐减小，随着螺槽容积逐渐减小，熔体受到的压力会逐渐增大，因此在第一排气段与第一混炼段相接处熔体受到的压力最小，熔体中的空气和水汽会集中从该区域逸出，便于排气。

所述第二混炼段的作用与第一混炼段相近，用于使排气后的熔体进一步塑化，第二混炼段的螺距、螺槽容积和螺旋角度均小于第一排气段，第二混炼段的杆轴外径逐渐减小，使第二混炼段的螺槽容置在物料输送方向上逐渐增大，在第二混炼段中螺旋叶片与熔体剪切时产生的热量较多，使气体更容易逸出，有利于后续的二次排气。

所述第二排气段的作用与第一排气段相近，第二排气段的螺槽容积较大，使经过第二混炼段处理后的熔体受到的压力减小，熔体中的气体逸出。

所述定量挤出段具有相对于排气段较小的螺距以及螺槽容积，该部位用于将熔体定量挤出。

本实施例提供的螺杆在对木塑物料进行加工时，熔体在第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段经过多次加压和减压，熔体能够得到充分的搅拌和塑化，前后两次排气有效地降低了熔体中的水分，使原本难以通过单螺杆挤出机一次挤出成型的木塑物料能够一次加工完成，相对于现有的两步法简化了生产工序，提高了生产效率。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种木塑一步法生产用挤出机，该挤出机包含实施例1中所述的螺杆1。具体地，挤出机包括机架5，机架上固定安装有机筒2、与机筒的进料端连接的给料装置3、轴向设置在所述机筒中的螺杆1和与螺杆1的起始端连接的动力装置4。

所述动力装置包括输出动力的电机和用于传动的齿轮减速器41，螺杆通过齿轮减速器与电机形成连接。

如图3所示，所述给料装置包括料斗31、设置于料斗中的搅拌部件32以及设置在料斗底部的螺旋送料器33，螺旋送料器将投入至料斗中的木塑物料由筒体的进料端输送至筒体的内部。

所述机筒由进料端至出料端依次包括第一筒体部21、第二筒体部22、第三筒体部23和第四筒体部24，并且第一筒体部至第四筒体部的内径逐渐减小，使机筒整体呈锥形结构。所述螺杆的进料段设置于第一筒体部中，第一筒体部具有较大的容量，方便投料；所述螺杆的压缩段和第一混炼段设置于第二筒体部中，第二筒体部相对于第一筒体部内径较小，能够配合压缩段使物料被熔融、压缩、混炼；所述螺杆的第一排气段设置于第三筒体中，由于木塑物料中水分含量较高，在经过第一次排气后熔体可以进一步压缩体积，在第二筒体与第三筒体相接处设置有第一排气口25，第一排气口对应第一混炼段和第一排气段的相接区域，即第一排气段的起始部位，在该区域熔体受到的压力较小，便于排出气体；所述螺杆的第二混炼段、第二排气段和定量挤出段均设置在第四筒体中，第四筒体上设置有第二排气口26，第二排气口对应第二混炼段和第二排气段的相接区域，即第二排气段的起始部位。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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)

1.一种木塑一步法生产用螺杆，由杆轴和形成于杆轴外周的螺旋叶片组成，其特征在于：所述螺杆由起始端至末端依次包括加料段、压缩段、第一混炼段、第一排气段、第二混炼段、第二排气段和定量挤出段；所述压缩段的螺槽容积逐渐减小；所述第一排气段的螺槽容积大于第一混炼段，所述第二排气段的螺槽容积大于第二混炼段。

2.根据权利要求1所述的一种木塑一步法生产用螺杆，其特征在于：所述第一混炼段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐增加；所述第一排气段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐减小；所述第一排气段的螺距大于第一混炼段。

3.根据权利要求2所述的一种木塑一步法生产用螺杆，其特征在于：所述第一混炼段的螺旋角度小于第一排气段。

4.根据权利要求1所述的一种木塑一步法生产用螺杆，其特征在于：所述第二混炼段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐增加；所述第二排气段的螺距保持不变，螺槽深度逐渐减小；所述第二排气段的螺距大于第二混炼段。

5.根据权利要求4所述的一种木塑一步法生产用螺杆，其特征在于：所述第二混炼段的螺旋角度小于第二排气段。

6.包含权利要求1~5任一所述螺杆的一种木塑一步法生产用挤出机，其特征在于：包括机架、安装于机架上的机筒、与机筒的进料端连接的给料装置、轴向设置于机筒中的所述螺杆和与螺杆的起始端连接的动力装置；所述机筒上设有相对靠近进料端的第一排气口和相对靠近出料端的第二排气口，所述第一排气口与螺杆的第一排气段位置对应，所述第二排气口与螺杆的第二排气段位置对应。

7.根据权利要求6所述的一种木塑一步法生产用挤出机，其特征在于：所述机筒由若干个筒体单元组装形成。

8.根据权利要求7所述的一种木塑一步法生产用挤出机，其特征在于：所述机筒由进料端至出料端依次包括通过组装形成连接的第一筒体部、第二筒体部、第三筒体部和第四筒体部，且第一筒体部至第四筒体部的内径逐渐减小。

9.根据权利要求8所述的一种木塑一步法生产用挤出机，其特征在于：所述加料段设置于第一筒体部，所述压缩段和第一混炼段设置于第二筒体部，所述第一排气段于第三筒体部，所述第二混炼段、第二排气段和定量挤出段设置于第四筒体部。

10.根据权利要求6所述的一种木塑一步法生产用挤出机，其特征在于：所述第一排气口设置于第一混炼段与第一排气段相接处，所述第二排气口设置于第二混炼段与第二排气段相接处。

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