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木塑复合材料加工工艺与设备的研究下家庭装修保定防水胶溶剂染料T恤

时间:2023年07月02日

木塑复合材料加工工艺与设备的研究(下)

4 成型设备

4.1 成型设备中需注意解决的问题

4.1.1 加料问题

由于加入的木质纤维大部分为粉料,而木粉结构蓬松不易对挤出机螺杆喂料,同时塑料基体与填充填料之间并不能形成理想的混合体并均匀一致地加入到挤出机中,所以加料过程中常常会出现“架桥”和“抱杆”现象。特别是木粉中含有较多的水分时,这一现象就更为明显。加料的不稳定不仅直接导致挤出产量低,还会使得挤出波动,造成挤出质量降低。同时由于加料中断,物料在机筒内停留时间延长导致物料烧焦变色,影响制品的内在质量和外观。因此必须对加料方式和加料驱动板量作严格的控制,一般采用强制加料装置以及饥饿喂料,建筑塑料材料用量将稳步增长以保证挤出的稳定。

4.1.2 排气问题

因为木粉中含有大量的小分子挥发物质和水分,且它们极易为制品带来缺陷,而前处理又无法完全清除它们。所以木塑复合材料挤出机排气系统的设计要比普通塑料挤出机给与更多重视,在很大程度上,排气效果越好,挤出制品质量也越好,如有必要可以进行多阶排气。

4.1.3 螺杆结构

木塑复合材料挤出过程中,螺杆结构对产品质量有着很大的影响。合理的螺杆结构能降低螺杆与木纤维的摩擦,得到适当的剪切和分散混合效果,避免纤维分散不良或纤维的破损,如适当减小计量段螺杆直径有利于熔体流动,适当缩短计量段停留时间可使材料劣化率降至最低,采用销钉螺杆与普通螺杆相比能避免木粉聚集现象,提高分散混合现象。

4.2 主要挤出成型设备

目前可用于木塑复合材料挤出成型的设备主要有平行异向双螺杆挤出机、单螺杆挤出机。

4.2.1 单螺杆挤出机

单螺杆挤出机可以完成物料的输送和塑化任务。但是,单螺杆挤出机的输送作用主要是靠摩擦,由于木粉结构蓬松,不易对挤出机螺杆喂料,物料在料筒中停留时间较长,而木粉的填充使聚合物熔体粘度增大,增加速度了挤出难度;同时其排气效果不佳;还有其混炼塑化能力不强。所以,单螺杆挤出机在木塑复合材料挤出中受到较大的限制,所用单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆,螺杆应具有较强的料输送和混炼塑化能力,在挤出之前常常对物料进行混炼制粒。

4.2.2 双螺杆挤出机

双螺杆挤出机依靠正位移原理输送物料,没有压力回流,加料容易;排气效果好,能够充分地排除木粉中的可挥发成分;螺杆互相啮合,强烈的剪切作用使物料的混合、塑化效果更好;物料停留时间短,不会出现木粉烧焦。因此,目前木塑复合材料的主要的加工设备为双螺杆挤出机,它可分为平行双螺杆挤出机和锥型双螺杆挤出机。

4.2.2.1 平行双螺杆挤出机

平行双螺杆挤出机可以直接加工木粉或植物纤维。所以,可以完成木粉干燥后再与熔融的树脂熔融分开进行。还可以采用另外一种平行双螺杆挤出机,其前高速电机段为脱水、脱挥装置,将木粉加入挤出机主料口,进行脱水、脱挥,然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂,进行塑化挤出。因此,挤出机相对长,螺杆长径比(L/D)可达44~48,其中2/3用于除水和脱挥。这种熔融的加工步骤使熔融温度较低,避免了熔料烧结的危险。同时也有利于保证下一步木屑混合的均匀性和控制木屑/塑料的比例。但是对木粉的含水量有一定要求。Dawia-Standard公司出产的异向双螺杆挤出机的L/D为28:1,具有很高的机头建压能力,兼备了木屑处理和塑料挤出的功能。市面现有3种螺杆直径的Woodtruder,分别是94mm、114mm和140mm。螺杆直径为140mm的Woodtruder的最高WPC产量为900Kg/h。NFM公司制造了同向啮合双螺杆挤出系统能提供高的转矩和螺杆转速,加工范围宽,可以加工PVC、PE、PP等塑料与各种木粉的复合材料,不需提前进行原料的干燥或混合处理,节约了设备费用和加工场地,可以用于直接挤出或造粒,产品型号可以从26mm到240mm。山东莱芜科诚塑胶机械有限公司开发研制的65、90、130系列平行异向双螺杆挤出机塑化均匀,排气脱挥效果良好,完全适应PE、PP、PVC为基材的木粉混合物。

4.2.2.2 锥型双螺杆挤出机

与“配混”型设备比,异向锥型双螺杆机被称之为低速、低能耗“型材”型设备。其锥型螺杆的加料段直径较大,可对物料连续地进行压缩。可缩短物料在机筒内的停留时间,而计量段直径小,对熔融物料的剪切小,这对于加工热敏性木塑复合材料而言是一大优势。

与一般锥型双螺杆机比,为适应热敏树脂加工要求,有许多新的特点和要求,要求螺杆能适应的加工范围宽,对木纤维切断少,树脂少时仍能使木纤维均匀分散摇马和物料完全熔融。由于木粉、植物纤维比重小、填充量大,加料区体积比常规型号的大和长。若木粉、植物纤维加入量大,熔融树脂刚性大,要求耐高背压齿轮箱,螺杆推动力强,采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆,确保木纤维停留时间短,防止其断并进1步在另外一台机器中将其加工成板材裂和性能劣化。但由于其螺杆在结构上是整体式的,很难满足不同工艺配方的要求,而且混炼效果比平行双螺杆挤出机差。

4.3 挤出机头和冷却定型系统

机头是关系到挤出制品质量的重要部件,由于木塑复合材料的特殊性及木粉的高添加量使挤出物料流动性差且不易冷却关闭控制器和电脑,常规的模具和定型设备已无法满足产品的需要,这使得机头的设计除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量分配外,还要对机头的建压能力与温度控制精度进行重点考虑。基于木塑复合材料的流动性差,模具应尽量不采用阻流块等结构而应通过改变流道尺寸来来调整流道各截面流量;在模具强度足够的情况下,尽量减少支架筋的数量和尺寸;并采用较大的压缩比,以保证有较大的挤出压力,以利于成型。基于木塑复合材料的热敏感性,模具应采用较大的结构尺寸以增加热容量,使整个机头温度稳定性得以加强;而沿挤出方向尺寸取较小值,以缩短物料在机头中的停留时间;并合理布置机头的加热冷却装置,使得其加热冷却速度快,精度高。英国设计了易流动口模,不需要使用多孔板,还可以冷却空心型材的内表面,减少了熔体压力并增加了产量。

同时,木塑复合材料的在中纤维取向程度对制品性能有较大的影响,要合理设计流道结构,以获得合适的纤维取向来满足制品的性能要求。

此外,木塑复合材料在相同强度要求下,厚度要比纯的塑料大,且其多为异型材,结构复杂,这使得其冷却较为困难,一般采用水冷,而对于截面较大或结构复杂的产品多需采用特殊的冷却装置和冷却方法。

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