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PVC木塑板材生產線專利分享

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PVC木塑板材生產線專利分享

發布日期:2017-08-14 作者: 點擊:

木塑復合材料兼有木材和塑料的雙重特性。它有著天然木材的外觀,可鋸、可釘、可粘結、可上漆。同時,它防蟲,防腐,吸水性小,不易變形,不開裂、機械性能好,具有堅硬、強韌、持久、耐磨、尺寸穩定等優點。一般來說,木塑復合材料的硬度較未處理的木材高2~8倍,耐磨性高4~5倍,甚至比大理石還高。而各種添加劑的應用,又賦予它許多特殊的性能,比如向木塑復合材料的原料中加入發泡劑進行發泡擠出,可以降低產品密度,提高其韌性和抗沖擊性能;在制品中加入玻纖,可使制品的強度明顯提高。此外,它還是一種環保材料,可回收重復使用,符合國家循環經濟政策。且原料廉價豐富,它在減少環境污染、保護森林資源、促進經濟發展方面都有良好的效益,因而它受到了眾多研究者關注。20世紀90年代以來,北美、歐洲的許多國家對木塑復合材料已進行了大量的研究,近年來國內對它的研究也日益增多。同時它的生產和應用也得到了迅速增加,北美和歐洲2002年消費的木塑復合材料達到68萬t;2005年美國木塑制品一達到25億美元的產值。并預計到2010年前將以14%和19%的速度增長,遠遠高于同期塑料工業的總體增長率。

1、木塑復合材料的發展趨勢與成型方法

根據木塑復合材料的研究與應用的進一步發展,可以預計其加工技術主要有如下發展趨勢:(1)原料多樣化;(2)木粉填充量超高化;(3)設備工藝專業化;(4)產品高檔化。

目前其工業化生產中所采用的主要成型方法有:擠出成型、注射成型和熱壓成型。由于擠出成型加工周期短、效率高、成型工藝簡單,它在工業化生產中與其它加工方法相比有著更廣泛的應用。

木塑復合材料的擠出成型可分為一步法和多步法。一步法是木塑復合材料的配混、脫揮及制品擠出在一個設備或一組設備內連續完成。多步法是木塑復合材料的配混、脫揮和制品擠出在不同設備中完成,可以先將原料配混制成中間木塑粒料,然后再擠出加工成制品。

2  需解決的關鍵問題

木塑復合材料加工的關鍵技術是保證木粉在高填充量的前提下如何確保材料有高的流動性和滲透性,從而能促使塑料熔體能充分地粘接木粉,達到共同復合的力學性能及其他方面的使用性能,最終用較低的生產成本生產出具有較高的使用性能的制品。因此在擠出成型過程中需解決以下三個方面的問題:

(1)原材料—如何提高塑料與木粉之間界面的相容性;

(2)制品的成型設備及成型工藝—如何保持穩定加料、進行有效脫揮、提高木粉在體系中共混分散、設定合適的擠出溫度及建立足夠的成型壓力保證產品的性能;

(3)成型模具的設計與冷卻定型技術。

一、國際木塑復合材料加工機械最新進展 

國外木塑設備開發比較早,在這方面積累了大量的經驗,特別是木塑專用設備開發方面取得突破性進展。下面就國外幾個國際著名塑機廠家木塑設備開發情況的報道摘錄如下:

木塑復合材料包括直接擠出木纖維和玻璃纖維兩種填充材料的木塑復合材料型材。一般復合材料中,木纖維作為增量劑。玻璃纖維為增強劑,至今還未見加木纖維不加玻璃纖維的木塑復合材料報道。2002年德國萊斯公司(leistritz)第一次向一個尚未公開單位名的加工廠提供了第一套能填充木纖維和玻璃纖維兩種材料的擠出成型系統。幾個同向雙螺桿擠出機生產廠家討論了既加木纖維又加長玻璃纖維的擠出系統的試驗及其結果。Coperion公司(前德國 W&P)正在試驗一種新的組合方法。如拉擠長竹纖維塑木復合材料和拉擠高填充玻纖配混料。

PVC木塑板材生產線在美國推出的木塑配混料制備過程為:未干燥木纖維進入Megavolume型同向雙螺桿擠出機的加料口后經擠出機前4至6個加熱機筒除水后,從擠出機側部加入塑料樹脂、著色劑和添加劑,木纖維和這些材料混合后進入串聯的單螺桿熔體泵。Coperion公司目前正用這種技術開發其他天然纖維填充配混料,如纖維素纖維和稻桿。也是在雙螺桿擠出機前部干燥天然纖維后再加入塑料粒料。Coperion公司在德國采用了相反的加料次序,先加塑料,Megavolume型雙螺桿擠出機熔融塑料,在機頭前加入木纖維(l至5微米)。因為美國生產木塑復合材料時,把木纖維作為填料而不是增強劑,故不考慮木纖維在擠出過程中會發生斷裂。而在德國,長木纖維作用為提高沖擊強度,所以加入位置為接近機頭的塑料熔體at,防止木纖維斷裂,加入量為40%至 60%,取決于要求的性能。

Extrusion Milacron公司認為同向雙螺桿擠出機不是配混塑料和木纖維的惟一設備,該公司首創了異向錐型和平行雙螺桿擠出機直接擠出/配混木纖維填充型材。Milarcon公司的纖維素纖維填充復合材料的擠出工藝Tim-berEX中,采用其V—MEDS—L(垂直加料式物料輸送系統)裝置連續預混各種原料,靠預混熱排除殘存水分,然后加入錐型或平行雙螺桿擠出機。 Milacron公司已有一年半預共混切斷玻纖和木纖維的經驗。據此,在錐型雙螺桿擠出機機筒上又增設第二個排氣口,改進脫水效果,提高產量。 Milacron公司也能為用戶改造現有設備,增設排氣口。

Entek擠出機公司正在開發填充長玻纖和木纖維、直接擠出高強塑料板設備。該公司工藝為首先熔融塑料,然后加入木纖維,玻璃纖維在靠近機頭處加入。目前正在試驗玻纖合量0.5% 到10%、木纖維30%至 7O%的塑木材料制品。Eniek公司用一年半時間重新設計適用于這種用途的同向雙螺桿擠出機,根據設備大小不同,價格最多可便宜15%。

 美國法雷爾公司(Farrel)用其雙轉子連續混合器CP進行大量開發研究工作,使其適用于塑木復合材料配混。重量法計量加入20%未干燥木粉和樹脂,再加入添加劑,熔融和配混后進入位于下部的同向雙螺桿擠出機,然后加入切斷的玻纖,應用目標為直接擠出法生產長而薄的高強型材。 

 在k2004上,日本cte公司展出了塑木復合材料(wpc)配混用htm型同向平行雙螺桿連續捏合擠出機,提出了配混wpc的新理念,即制備wpc時不需預干燥木粉,也不需預干燥塑料,如pp、pvc、hdpe和ps。另外,配混木粉含量可高達70%~75%。

cte公司方面介紹,該同向平行擠出機同時適用于制備汽車工業用高填充配混料和無鹵阻燃配混料,如氫氧化鎂含量為50%~70%的電線電纜用阻燃級pe或阻燃級pp樹脂。

cte公司指出,htm型同向平行雙螺桿連續捏合擠出機特點是能耗低,真空脫氣區后串聯著雙螺桿捏合機和異向雙螺桿擠出機,物料熔融溫度比一般雙螺桿機加工時低10~20℃,而產量卻更高。該設備克服了傳統設備進料不均勻的弊病,并能適應不同熔體粘度和熔融溫度的原料配混要求。

同時,htm型同向平行雙螺桿機具有banbury捏合機的捏合功效,又具有雙螺桿擠出機配混靈活的優點。

二、幾種設備性能的比較

國內木塑設備的開發始于1999年,到現在已有6-7年的時間了。除了南京賽旺開發出木塑專用設備,其他廠家還是在塑料設備上進行進行配方改進而生產木塑。在這種情況下只能靠工藝配方調整來實現木塑的生產加工,調整范圍窄,難度大,從而影響產品性能。大部分采用兩步法,先烘干造粒,再擠出。還沒有總結出一套完整的工藝方案,來指導生產。存在問題:螺桿機筒磨損嚴重,易折斷;水分無法排除,混煉塑化差,制品性能差。

而我公司自行研制的,具有自主知識產權的,木塑一步法專用(專利)設備,克服了其他設備的缺點和不足,是真正意義上的木塑專用設備。

1、單螺桿擠出機

單螺桿擠出機可以完成物料的輸送和塑化任務。但是,單螺桿擠出機的輸送作用主要是靠摩擦,由于木粉結構蓬松,不易對擠出機螺桿喂料,物料在料筒中停留時間較長,而木粉的填充使聚合物熔體粘度增大,增加了擠出難度;同時其排氣效果不佳;還有其混煉塑化能力不強。所以,單螺桿擠出機在木塑復合材料擠出中受到較大的限制,所用單螺桿擠出機必須采用特殊設計的螺桿,螺桿應具有較強的料輸送和混煉塑化能力,在擠出之前常常對物料進行混煉制粒。

2、錐型雙螺桿擠出機

與“配混”型設備比,異向錐型雙螺桿機被稱之為低速、低能耗“型材”型設備。其錐型螺桿的加料段直徑較大,可對物料連續地進行壓縮??煽s短物料在機筒內的停留時間,而計量段直徑小,對熔融物料的剪切小,這對于加工熱敏性木塑復合材料而言是一大優勢。

與一般錐型雙螺桿機比,為適應熱敏樹脂加工要求,有許多新的特點和要求,要求螺桿能適應的加工范圍寬,對木纖維切斷少,樹脂少時仍能使木纖維均勻分散和物料完全熔融。由于木,可以有效地改善木塑復合體系的擠出加工性能。實際加工過程中各段溫度設置如下:機筒一般120-180℃;機頭口模段:160~180℃。各段的溫度應盡可能穩定,且總的停留時間少于15min。機頭壓力在5-18MPa。我公司設備的工藝溫度要比其他設備低15-25℃。

2)螺桿轉速

從固體輸送理論公式和粘性流體輸送理論公式中,可知轉速與生產能力成正比。因此,提高轉速可以有效地增加生產能力,但木塑復合材料擠出加工過程中螺桿轉速的增加受到許多限制。比如對于PVC木粉復合材料,PVC和木粉都是熱敏性的,過高的螺桿轉速 會導致物料的降解和糊化。同時,螺桿轉速還影響著物料的停留時間和擠出壓力。只有在滿足物料的擠出溫度、剪切強度、混合質量及擠出機功率限制的前提下,才能最大限度地提高轉速以提高生產率。

我公司設計開發的木塑一步法專用(專利)設備,從設計原理出發,在低轉速下實現大產量。

9、擠出速度

我公司經過幾年的研究,針對我公司專用設備混煉塑化好的特點,設計開發了一步法專用模具,使擠出速度明顯提高。比其他設備高30-50%。

10、結論

木塑擠出加工是一個比較復雜的過程,是一個系統工程。高填充量木粉的加入擠出機,使擠出加工困難:一方面,塑料基體與木粉間的界面相容性和熔融物料的流動性粉、植物纖維比重小、填充量大,加料區體積比常規型號的大和長。若木粉、植物纖維加入量大,熔融樹脂剛性大,要求耐高背壓齒輪箱,螺桿推動力強,采用壓縮和熔融快、計量段短的螺桿,確保木纖維停留時間短,防止其斷裂和性能劣化。但由于其螺桿在結構上是整體式的,很難滿足不同工藝配方的要求,而且混煉效果比平行雙螺桿擠出機差,易磨損和斷裂,而且需要造粒。

3、異向平行雙螺桿擠出機

異向平行雙螺桿擠出機可以直接加工木粉或植物纖維。所以,可以完成木粉干燥后再與熔融的樹脂熔融分開進行。還可以采用另外一種平行雙螺桿擠出機,其前段為脫水、脫揮裝置,將木粉加入擠出機主料口,進行脫水、脫揮,然后通過側加料器加入塑料樹脂、添加劑,進行塑化擠出。因此,擠出機相對長,螺桿長徑比(L/D)可達44~48,其中2/3用于除水和脫揮。這種熔融的加工步驟使熔融溫度較低,避免了熔料燒結的危險。同時也有利于保證下一步木屑混合的均勻性和控制木屑/塑料的比例。但是對木粉的含水量有一定要求,設備易磨損。Dawia-Standard公司出產的異向雙螺桿擠出機的L/D為28:1,具有很高的機頭建壓能力,兼備了木屑處理和塑料擠出的功能。

4、木塑一步法專用(專利)設備

眾所周知,同向平行雙螺桿是工程塑料造粒設備,它具有混煉好、分散好、脫水、脫揮排起除濕好的優勢,同時利用PVC木塑板材生產線建壓功能。充分發揮了同向平行雙螺桿和單螺桿的優勢。這種專用設備,不用烘干、不用造粒、節能效果顯著,添加量高。同時可添加玻纖,提高制品強度(如前面介紹,國外也廣泛采用)。

我公司開發的木塑一步法專用(專利)設備,屬國內首創,國際上也處領先地位?,F已獲得兩項國家專利,待批兩項。


1、一步法設備的概念

我公司依據木塑材料的情況,經過幾年的潛心研究,精心設計制造的一步法生產木塑材料的PVC木塑板材生產線設備,屬國內首創,國際也處于領先地位的生產線。專家認為:木塑一步法專用設備生產木塑制品主要解決了:“木塑兩相界面結合的強化處理;巧妙地運用了多元復合理論和特殊混煉、擠出增壓成型技術;使木纖維與高聚物真正的塑化均質成為一體。解決了木塑復合材料由于含水量過高而影響材料性能的問題和蠕變收縮大的問題。從而使木纖維含量更高(60-85%);拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度遠遠高于其他設備生產的同類產品;戶外使用性能優于天然木材”。我公司木塑一步法設備的開發成功,使木塑技術趨于成熟,產品性能更加穩定;品質更加優良;為木塑行業的大發展形成大市場奠定了堅實的基礎,提供了先進可靠的裝備。

 

2、設備優勢

設備的優勢:高品質、高效率、高填充量、低能耗、使用壽命長、適用面廣。

高品質:具有多項國家專利;設計合理、制造精良、選材考究、經久耐用。

高效率:混煉塑化好,流動性好擠出速度高,效率高。

高添充量:混煉塑化好,分散好,添加量高(植物纖維添加量70%)。

低能耗:不用烘干、不用造粒,節能顯著(與其設備比節能40%)

使用壽命長:機筒和螺紋元件用特殊材料制作使用壽命長(15000小時)。

PVC木塑板材生產線適用面廣:可用于生產PP、PE、PVC、ABS、PS和各種植物纖維。為了增加制品強度,可以加入玻纖。

PVC木塑板材生產線


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