CN1296881A - 塑木型材挤出成型工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了塑木型材挤出成型的原料配方、挤出成型工艺及真空加热式计量加料装置。使用该配方及工艺克服了传统配方及工艺的不足,采用该装置可以在大生产流程中就完成脱除水分的工序,且又是二级干燥处理,减少设备投资。使用本发明的配方及工艺制成的型材,可以替代纯木的包装物、货物托盘以及建材、管材等且产品具有机械性能好、价格便宜、100%的回收再生、抗强酸碱、不吸收水分、不易变形、完全阻燃等优点。

Description

塑木型材挤出成型工艺及设备

本发明涉及塑料型材挤出成型技术领域，尤其是指以塑料为基材，填加植物纤维粉末，经配比、升温除湿混合、挤出机塑化、模具成型，冷却定型，再经过牵引、定长切割，制成的各种具有实用价值的塑木型材的工艺方法及设备。

现有的塑木型材制品，只是将塑料与填充物以简单的配比经一般的加工工艺方法成型，故而其外观质量、本体强度，都无法达到预期的设计要求。如承载货物的支撑物，静载荷达不到设计指标的四分之一，动载荷更是受到冲击即断裂，在某种程度讲，也就失去了其实用价值。究其原因，就是传统的配方工艺及成型方法不能满足塑木型材要求的。本发明克服了传统配方工艺及成型方法的不足，经实践证明，配方工艺、成型机械、制品质量已达到设计要求。

本发明的目的是提供一种塑木型材的挤出成型原料配方及工艺。

本发明的另一个目的是提供一套真空加热式计量加料装置。

为了实现发明目的，采用了如下的技术方案及设备。

典型配方；

    原  料         配比(以重量计)(1)聚乙烯(PE)树脂    30-80份(2)植物纤维粉末      20-70份(3)硬脂酸            0.1-0.5份(4)聚乙烯蜡          0.1-2.0份(5)抗氧剂            0.1-0.5份(6)增强改性剂        1-5份

原料中的聚乙烯树脂还可以是回收的废旧塑料的破碎料。将回收的废旧塑料粗捡分类，清洗干净，破碎成颗粒，就可以作为原料使用。这里面可以不分高、低压的种类，只需测试一下混合废料的熔融指数。用废旧料的配方中需加大改性剂和抗氧剂的用量。

本发明的配方体系有别于一般高填充配方之处为：配方中的增强改性剂能将不同组分的界面张力降低，并提高填充物表面的湿润性，分散性，使不相容的两种组分结合在一起，形成相容共混强度大增的化合物。这种改性剂解决了有机高分子与有机低分子两种物质间的共混强度低下的问题。它不用预先对填充物进行处理，可以按原混料操作工艺进行。

本发明的塑木型材挤出成型工艺为：

(A)按配方将所有原料计量后，首先把植物纤维粉末放入高速混合机内进行搅拌升温，将植物纤维粉末中的水分脱除，终点温度范围90-100℃。在升温过程中，适时用除湿器操作，加快除湿进程，此称为动态干燥工艺；

(B)然后加入聚乙烯树脂及其它组分，继续搅拌，次过程是二次升温，温度达到100-120℃；

(C)把100-120℃的物料排入低速混合机中，进行冷却至40℃以下；

(D)冷却至40℃以下的物料进入料筒，用料筒螺带式搅拌在整个生产过程中不间断的上下翻动物料使物料不分层；然后物料进入一套真空加热式计量加料装置，使物料再次得到干燥处理；

(E)干燥好的混合物料进入锥形双螺杆挤出机塑化，从模具挤出成型，从模具挤出来时必须保证整个端面出料速度一致；

工艺条件为：

挤出机温度控制范围：145℃-150℃-152℃-155℃

模具温度控制范围：150-170℃

加料器转速：以物料在主机螺杆不存料为准

主机螺杆控温：70-90℃

主机排气真空：0.03MPa-0.06MPa

熔体压力：30-60MPa

主机扭矩：40-80％

(F)成型后的物料经真空冷却定型装置、雾状喷淋冷却装置、直至牵引夹持住后，才能开启真空，冷水进行调整，挤出物料的速度必须与牵引的速度相匹配，当定型冷却后的型材尺寸与最后一段定型器的尺寸相吻合时，调整即结束，该工艺称为冷却定型工艺；

(G)当型材达到预定长度时，自动切割完成截断，型材进入堆放装置，完成生产过程。

上述提到的真空加热式计量加料装置，包括：

一个带螺带式搅拌的料筒与输送螺杆机筒以法兰螺栓连接；

一组输送螺杆位于输送螺杆机筒之内，两端由轴承支撑，机筒带有隔热水冷却套；

三组位于输送螺杆机筒外部的电加热圈及风机冷却组合，电加热圈由螺丝固定，风机固定在防护罩上；

三个与输送螺杆机筒下方螺丝连接的热传感器，并用导线与温控表连接；

一个与输送螺杆机筒法兰连接的观察视窗；

一个与观察视窗通过管线连接的真空表；

一个通过管线与观察视窗连接的调节阀。

本发明中的动态连续式干燥工艺及真空加热式计量加料装置是在大生产流程中就完成脱除水分的工序，且又是二级干燥处理，减少设备投资，免去繁杂的间歇劳动，避免物料飞散，保证原料的质量。常规方法对易吸潮的物料，尤其是粉状物料，如植物纤维粉末等进行干燥很困难，因它们粒度小，比重轻，飞散严重，用量小时一般用烘干箱预先处理好再使用，这种静态间歇式干燥费时费工，也加大设备投资，当大量加入时，就严重影响生产速率。现有的塑料原料干燥器也主要针对粒状物而设。

本发明的冷却定型工艺既可使型材在定型范围内将温度降到不变形阶段，同时也可保证有较高的牵引速率。一般的型材冷却定型工艺是当物料从机头模具出来后，就尽可能地在最短时间内将其通过定型装置迅速冷却下来，这对于壁薄、填充料少的制品是适用的。但对塑木型材壁厚达10-20mm、填充物答1：1的情况，原方法就不行了。大量的木质纤维的加入，传热效果更差。急速冷却，外表冷了，内心还是热的，必然造成内热膨胀变形。尤其在开车调试初期，有时膨胀力使型材卡在定型装置内。为此冷却工艺采用逐步冷却。定型装置的前部靠近模具部不能急冷，要控温。控温手段可以是空气冷却，也可是定温液体调节冷却。另外，必须加大定型冷却的长度。对于中空制品芯部的温度控制是成品的关键。采用空气冷却已证明是可行的，但要有调整阀门随机调控。

经上述塑木型材挤出成型工艺制成的塑木型材经国家建筑材料测试中心参照GB11718.4-1989 GB11718.8-1989 GB12620.8-1990标准检测，其性能检测结果如下：

检测项目         检测结果抗折强度(MPa)        49.8吸水率(％)           0.26体积密度(g/cm)       1.08抗冲击韧性(KJ/m²)   17.0

应用塑木型材挤出成型工艺，得到众多种类的塑木型材，可以替代纯木的包装物、货物托盘以及建材管线等。

综上所述，运用本发明的塑木型材挤出成型工艺及设备生产的型材，制成的产品具有如下优点：

(1)结构型材，其各项机械性能与硬木相当，整个托盘的耐用性能优于优

质硬木托盘十倍；

(2)99％的原料为废旧材料，而且价格便宜；

(3)可制成各种尺寸，规格的托盘和包装箱；

(4)产品可以100％的回收再生；

(5)木复合材料产品不被任何虫蛀咬，不长真菌、不繁殖细菌、抗强酸碱、

不吸收水分、不易变形等；

(6)产品完全阻燃。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1是塑木型材挤出成型工艺流程示意图。

将按配方计量的原料升温除湿混合，经锥形双螺杆挤出机塑化、模具成型，成型后的塑木型材定型冷却，再经过牵引、定长切割，成品完成。

图2是真空加热式计量加料装置示意图。

混合物料在料筒1中不断被螺带式搅拌2上下翻动，并下落至带有隔热水冷却套、位于输送螺杆机筒3内的输送螺杆5上，热量由电加热圈4提供，由位于防护罩6上的风机7冷却，并由传感器12通过温控仪表自动控温。在视窗9的观察下，物料随输送螺杆5的旋转计量加入到挤出机内。排湿装置是由管路10连接于真空源，并通过调节阀11、真空表8，对工艺进行监控调整。

下面提供本发明的实施例。

实施例1

配方：

   原料                  配比(以重量计)

(1)聚乙烯树脂：              60份高压PE：1I2A-1、1I20A等。低压PE：5000S、J-Ⅲ等。

(2)植物纤维粉末：            40份细度：40目以上，含水量：《6％的各种木粉、竹粉、果壳粉、稻、麦杆粉

(3)硬脂酸：      0.3份

(4)聚乙烯蜡：    1.2份分子量：2000熔点：107℃

(5)改性剂CPE：     2份

(6)抗氧剂1076：  0.3份

1076(C₃₅H₆₂O₃)

采取的工艺方法为：(A)按配方将所有原料计量后，首先把植物纤维粉末放入高速混合机内进行搅拌升温，将植物纤维粉末中的水分脱除，终点温度范围90-100℃。在升温过程中，适时用除湿器操作，加快除湿进程，此称为动态干燥工艺；

(B)然后加入聚乙烯树脂及其它组分，继续搅拌，次过程是二次升温，温度达到100-120℃；

(C)把100-120℃的物料排入低速混合机中，进行冷却至40℃以下；

(D)冷却至40℃以下的物料进入料筒，用料筒螺带式搅拌在整个生产过程中不间断的上下翻动物料使物料不分层；然后物料进入一套真空加热式计量加料装置，使物料再次得到干燥处理；

(E)干燥好的混合物料进入锥形双螺杆挤出机塑化，从模具挤出成型，从模具挤出来时必须保证整个端面出料速度一致；

工艺条件为：

挤出机温度控制范围：145℃-150℃-152℃-155℃

模具温度控制范围：150-170℃

加料器转速：以物料在主机螺杆不存料为准

主机螺杆控温：70-90℃

主机排气真空：0.03MPa-0.06MPa

熔体压力：30-60MPa

主机扭矩：40-80％

(F)成型后的物料经真空冷却定型装置、雾状喷淋冷却装置、直至牵引夹持住后，才能开启真空，冷水进行调整，挤出物料的速度必须与牵引的速度相匹配，当定型冷却后的型材尺寸与最后一段定型器的尺寸相吻合时，调整即结束，该工艺称为冷却定型工艺；

(G)当型材达到预定长度时，自动切割完成截断，型材进入堆放装置，完成生产过程。

实施例2

原料            配方(以重量计)

(1)聚乙烯树脂：      30份

(选用熔融指数较高，流动性好的)

(2)植物纤维粉末：    70份细度：40目以上，含水量：《6％的各种木粉、竹粉、果壳粉、稻、麦杆粉

(3)硬脂酸：         0.3份

(4)聚乙烯蜡：       1.5份

分子量：2000

熔点：107℃

(5)改性剂EVA：        3份

(6)抗氧剂1010：     0.3份

1010(C₇₃H₁₀₈O₁₂)

采取上述实施例1同样的工艺方法。

实施例3

原料               配方(以重量计)

(1)聚乙烯树脂：      45份

(2)植物纤维粉末：    55份细度：40目以上，含水量：《6％的各种木粉、竹粉、果壳粉、稻、麦杆粉

(3)硬脂酸：         0.5份

(4)聚乙烯蜡：       1.6份

(5)改性剂EVA：      4.5份

(6)抗氧剂1010：     0.5份

采取上述实施例1同样工艺方法。

通过工艺配方的调整，采用其它三种螺杆挤出机，也能生产出合格的产品。通过工艺配方的调整，温度适量提高，用平行双螺杆挤出机同样生产合格型材；用特殊螺杆挤出机生产塑木型材，单螺杆机的结构允许其承载较大的扭矩和轴间力。但这个单螺杆不是普通的，是要根据工艺需要特别设计制造的带有加强混炼段、真空排气段及螺杆芯部有平衡温度装置的特殊螺杆，工艺配方也要调整；用普通单螺杆挤出机生产塑木型材，生产原料必须是颗粒料，即事先通过造粒机生产的颗粒料或是已生产出的不合格型材经粉碎加工后的颗粒料。这个粉碎的颗粒料因已经在挤出机中经受过一次混炼塑化过程，故二次经单螺杆机生产也能达到预期目的。

Claims (6)

1 一种塑木型材挤出成型的工艺，其特征在于：

  A 原料配方如下：

    原 料            配比(以重量计)

(1)聚乙烯(PE)树脂    30-80份

(2)植物纤维粉末      20-70份

(3)硬脂酸            0.1-0.5份

(4)聚乙烯蜡          0.1-2.0份

(5)抗氧剂            0.1-0.5份

(6)增强改性剂        1-5份

B 工艺过程如下：按配比计量的原料升温除湿混合，经锥形双螺杆挤出机塑化、模具挤出成型，成型后的塑木型材冷却定型、再经过牵引、定长切割，成品完成。

2 按照权利要求1的工艺，其特征在于配方中添加了高分子共聚物作为增强改性剂。

3 按照权利要求1的工艺，其特征在于配方中的增强改性剂为EVA或CPE。

4 按照权利要求1的工艺，其征在于包括以下步骤：

(A)按配方将所有原料计量后，首先把植物纤维粉末放入高速混合机内进行搅拌升温，用动态干燥工艺将植物纤维粉末中的水分脱除，终点温度范围90-100℃；

(B)然后加入聚乙烯树脂及其它组分，继续搅拌，进行二次升温，温度达到100-120℃；

(C)把100-120℃的物料排入低速混合机中，冷却至40℃以下；

(D)冷却至40℃以下的物料进入料筒，用料筒螺带式搅拌在整个生产过程中不间断的上下翻动物料使物料不分层；然后物料进入一套真空加热式计量加料装置，使物料再次得到干燥处理；

(E)干燥好的混合物料进入锥形双螺杆挤出机塑化，从模具挤出成型；

(F)经冷却定型工艺进行冷却定型；

(G)当型材达到预定长度时，自动切割完成截断，型材进入堆放装置，完成生产过程。

5 一种实施权利要求1的工艺的专用装置，其特征是所述装置包括：

一个带螺带式搅拌(2)的料筒(1)与输送螺杆机筒(3)以法兰螺栓连接；

一组输送螺杆(5)位于输送螺杆机筒(3)之内，两端由轴承支撑，输送螺杆机筒(3)带有隔热水冷却套；

三组位于输送螺杆机筒(3)外部的电加热圈(4)及风机(7)冷却组合，电加热圈(4)由螺丝固定，风机固定在防护罩(6)上；

三个与输送螺杆机筒(3)下方螺丝连接的热传感器(12)，并用导线与温控表连接；

一个与输送螺杆机筒(3)法兰连接的观察视窗(9)；

一个与观察视窗(9)通过管线连接的真空表(8)；

一个通过管线(10)与观察视窗(9)连接的调节阀(11)。

6 按照权利要求4的工艺，其特征在于其中提到的冷却定型工艺为用控温手段达到逐步冷却。

Images