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木塑复合板材生产设备设计

发布日期:2019-07-11 16:26:09 13

木塑复合材料(WPC)是指由植物纤维和热塑性或热固性塑料复合而成的复合材料。作为21世纪的新型环保材料,WPC已经被广泛地应用于建筑材料、户外设施、交通设施和家居用品等领域,市场前景十分看好。WPC不仅可以解决我国木材紧缺的问题,还充分利用了废弃塑料和农作物废料,对环境的危害远小于传统塑料,意义深远。目前,WPC板材普遍采用挤出成型和模压成型。挤出成型的加工周期短、工艺简单,但挤出成型压力小,产品受压时间短,密实度低,易出现回弹现象。由于木粉或其他生物材料表面粗糙(摩擦力大),流动性差,模压成型制备的WPC板材密度大,力学性能差,易翘曲变形。笔者对WPC板材的专用设备进行机械结构设计,来解决其不足之处。


1 WPC板材生产方案设计
1.1 WPC板材生产工艺分析
WPC板材生产线的高速、高效、稳定性及成套化是体现其优越性的重要指标。WPC在加工生产中常遇到以下问题:①植物纤维含有大量羟基,是极性的,而塑料基体多是非极性的,因此植物纤维和塑料间相容性差,界面粘结强度低,导致复合材料的力学性能降低;②植物纤维的羟基间易形成氢键,使得植物纤维之间的相互作用力强,难以在塑料中均匀分散;③成型加工时植物填料易降解烧结,不恰当的加工工艺或生产设备会导致WPC制品性能下降。所以要选择合适的加工工艺及生产设备,以确保制品优良的综合性能。
挤–注–压法生产是指将木粉与塑料均匀混合后加入挤出机熔融挤出,经储料桶保温且计量后,快速注入模腔热压成型。其适合较大平面制品的成型且边角料少,制品的尺寸范围比较宽,适于压制薄壁、面积大和壁厚相差大的制品[5]。笔者自主设计的挤–注–压法生产设备已成功申请两篇发明专利CN201610276551.X《一种生产大尺寸木塑复合板材的模压装置》和CN201610276548.8 《一种生产大尺寸木塑复合板材的设备及方法》,且制备了一条完善的生产线,现将其做一介绍。
1.2 重庆板材厂设备总体结构设计
挤–注–压法WPC生产设备主要由挤出装置、储料装置和模压装置等3个模块组成。
(1)挤出装置:经高速混合器混合后的WPC在螺杆温度与剪切力的作用下输送,保证了物料的混炼与塑化。
(2)储料装置:挤出机中熔融挤出的WPC被定量储存,恒定物料的温度,计量物料的体积,从而保证WPC高效的连续化生产。
(3)模压装置:计量后的WPC被注射至模腔内,板材承受压力大,密实性好,强度大。脱模装置采用机械顶出,减轻了劳动强度,大大提高了生产效率。


采用此装置可以生产两种形状的WPC板材,一种是由均匀分布的型腔及一定厚度的加强筋组成的木塑板材,另一种是半蜂窝型WPC板材,既可以节省原材料的使用又可以解决板材翘曲、变形等系列问题。
2 挤出设备设计
由于植物纤维和热塑性塑料之间的相容性差且界面间结合力较小,当植物纤维的填充量较大时,物料的流动性和加工性能变差,使得混炼和挤出成型的难度增大。挤出设备的选择需考虑物料的加工性能,如木塑成分的配比、植物纤维的长度和表面处理等,还要考虑挤出机的混炼和成型能力。目前WPC的挤出设备主要有单螺杆挤出机、单向或双向平行双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机和串联式磨盘挤出机等。

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