專利名稱：用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠制備植物纖維含量很高的木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備。
背景技術(shù)：
木塑復(fù)合材料(WPC)是近年來(lái)興起的一類綠色環(huán)保新材料。木塑復(fù)合材料的品種 較多，其中聚烯烴木塑復(fù)合材料是當(dāng)前全世界產(chǎn)量最大的木塑復(fù)合材料品種，也是最具有 環(huán)保意義的木塑復(fù)合材料品種。由于生產(chǎn)聚烯烴木塑復(fù)合材料的主要原料是農(nóng)林廢棄物 (如木粉、竹粉、糠粉、秸稈粉等植物纖維粉)和廢舊塑料(如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴)，其 產(chǎn)品主要用作木材的替代品，因此，開(kāi)發(fā)聚烯烴木塑復(fù)合材料對(duì)于農(nóng)林廢棄物和塑料廢棄 物的綜合利用、緩解天然木材日趨緊張的壓力和減少森林砍伐均具有重要的意義。木塑復(fù)合材料具有吸水率低、耐腐蝕能力強(qiáng)、不蟲蛀、不易開(kāi)裂、二次加工性好等 一系列優(yōu)點(diǎn)，其用途十分廣泛，如可替代木材用作室內(nèi)外裝飾材、建材、包裝材料、汽車內(nèi)飾 板材等。近年來(lái)木塑復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)與發(fā)展得到了全世界的廣泛重視。制備木塑復(fù)合材料的主要方法是擠出成型法，擠出成型法制備木塑復(fù)合材料的一 般過(guò)程為先將植物纖維、塑料、添加劑等原料混合均勻，然后加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行“塑 化造粒”，制得塑化料(粒狀料或破碎料)；再將塑化料加入雙螺桿或單螺桿擠出機(jī)中擠出 成型，制得木塑復(fù)合材料。在所述擠出成型法中，能否制得植物纖維含量高、生產(chǎn)成本低、夕卜 觀木質(zhì)感強(qiáng)的聚烯烴木塑復(fù)合材料，“塑化造?！笔且粋€(gè)至關(guān)重要的工藝步驟。現(xiàn)有用于木塑復(fù)合材料塑化造粒的雙螺桿擠出機(jī)通常為平行雙螺桿擠出機(jī)或錐 形雙螺桿擠出機(jī)，對(duì)于聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒來(lái)說(shuō)，以同向平行雙螺桿擠出機(jī)的 塑化造粒效果為佳。為了造得擠出成型所需要的木塑復(fù)合材料塑化粒料，現(xiàn)有技術(shù)要求在 雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭處裝有切粒裝置，其切粒裝置一般為“拉條切粒裝置”或“磨面熱切裝
置ο上述塑化造粒方法通常只能適應(yīng)于植物纖維含量不太大的木塑復(fù)合材料的塑化 造粒，當(dāng)木塑復(fù)合材料中植物纖維填充量很高時(shí)(如60% 90% )，這種塑化造粒方法就 不適用了。因?yàn)楝F(xiàn)有的塑化造粒設(shè)備都需要在機(jī)頭上裝有一套完全將機(jī)頭密封住的切粒裝 置，如“拉條切粒裝置”、“磨面熱切裝置”等，當(dāng)木塑復(fù)合材料中植物纖維填充量很高時(shí)，由 于熔融物料流動(dòng)性極差而難以流過(guò)現(xiàn)有密封住機(jī)頭的切粒裝置的小孔，結(jié)果易使機(jī)頭壓力 偏大而使物料在料筒和螺桿間造成嚴(yán)重的摩擦和大量的逆流，結(jié)果易造成嚴(yán)重的變色、降 解和炭化。植物纖維含量越高，這種問(wèn)題越嚴(yán)重，因此，現(xiàn)有技術(shù)難以制得植物纖維含量很 高的聚烯烴木塑復(fù)合材料。另外，植物纖維中含有的水份和有機(jī)揮發(fā)物難以在前段工序完全除去，因此需要 在塑化造粒過(guò)程中進(jìn)一步脫除(簡(jiǎn)稱脫揮)，否則將影響擠出成型和產(chǎn)品質(zhì)量。由于水份和 有機(jī)揮發(fā)物主要來(lái)自于植物纖維，因此木塑復(fù)合材料中植物纖維填充量越高，水份和有機(jī) 揮發(fā)物的含量也就越多。而現(xiàn)有塑化造粒設(shè)備對(duì)于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的脫揮效果不太理想，因?yàn)楝F(xiàn)有塑化造粒設(shè)備在切粒時(shí)物料已經(jīng)在一定程度上被壓實(shí)和 冷卻，以致脫揮困難。這是現(xiàn)有擠出成型法技術(shù)制備高份額植物纖維填充的聚烯烴木塑復(fù) 合材料的另一個(gè)困難。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備不能適應(yīng)植物纖維含量很高的木塑 復(fù)合材料塑化造粒，且脫揮效果較差的不足，本發(fā)明提供一種能夠良好適用于高份額植物 纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備，該設(shè)備在高份額植物纖維木塑料塑化造粒 時(shí)不會(huì)降解、炭化，且脫揮效果良好的塑化造粒設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備，包括平行雙 螺桿擠出機(jī)、切片裝置、引風(fēng)系統(tǒng)和旋風(fēng)分離系統(tǒng)；其中切片裝置位于平行雙螺桿擠出機(jī)的 機(jī)頭出料口處，引風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口位于切片裝置的正上方，旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口位于切 片狀置的正下方。進(jìn)一步，所述的平行雙螺桿擠出機(jī)的雙螺桿頭部直接與大氣相通，所述的安裝在 機(jī)頭上的切片裝置是開(kāi)放式的，因此，在機(jī)頭上沒(méi)有任何將雙螺桿頭部密封住的裝置。再進(jìn)一步，所述的平行雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭出料口處的料筒頭部和雙螺桿頭均設(shè) 計(jì)為為平面狀，且料筒頭部平面與雙螺桿頭部平面處于同一平面內(nèi)，該結(jié)構(gòu)有利于切片裝 置排料，而不是像現(xiàn)有技術(shù)中的平行雙螺桿擠出機(jī)那樣將螺桿頭設(shè)計(jì)為圓錐形或魚雷形。更進(jìn)一步，所述的切片裝置由多塊刀片和多個(gè)刀座組成，所述刀片和刀座的數(shù)量 相等，刀片和刀座的個(gè)數(shù)分別為2至10，該切片裝置的刀座均勻分布和固定在平行雙螺桿 擠出機(jī)機(jī)頭出料口處料筒頭部的平面上，刀片根部固定在刀座上，刀片的頭部伸至雙螺桿 頭部的平面，并與該平面接觸。所述刀片與雙螺桿頭部平面的夾角為30°至60°。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為將混合均勻的木塑復(fù)合材料原料(主要含植物纖維、塑料 和添加劑)加入本發(fā)明的平行雙螺桿擠出機(jī)中，通過(guò)螺桿作用進(jìn)行擠出塑化，塑化好的木 塑料從平行雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭出料口被擠出。由于本發(fā)明的平行雙螺桿擠出機(jī)的雙螺桿 頭部設(shè)計(jì)成直接與大氣相通，在機(jī)頭上沒(méi)有設(shè)計(jì)任何將雙螺桿頭部密封住的切粒裝置(如 拉條切粒裝置、磨面熱切裝置等)，因此，雙螺桿頭部的壓力為零(表壓)。上述塑化好的木塑料從平行雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭出料口被擠出時(shí)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從 而被裝在機(jī)頭處的本發(fā)明的切片裝置切成不規(guī)則、疏松的小片狀塑化料。在上述被本發(fā)明的切片裝置切成疏松小片狀時(shí)，塑化料處在高溫狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生大 量的水蒸汽和有機(jī)揮發(fā)物氣體，這些氣體揮發(fā)物進(jìn)入切片裝置正上方的引風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口 而被引風(fēng)系統(tǒng)抽走排出室外，達(dá)到第一次脫揮的效果。上述經(jīng)過(guò)第一次脫揮后的小片狀塑化料在重力作用下落入旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料 口，然后在旋風(fēng)分離系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)作用下風(fēng)送至旋風(fēng)分離器，在這個(gè)過(guò)程中，塑化料進(jìn)行第 二次脫揮，同時(shí)被冷卻、分離，從而制得脫揮和塑化良好的塑化料(不規(guī)則的粒狀或小片狀 料)。該塑化料可用于后續(xù)錐形雙螺桿擠出機(jī)通過(guò)擠出成型法制備植物纖維含量很高的木 塑復(fù)合材料。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、現(xiàn)有木塑復(fù)合材料塑化造粒用的平行雙螺桿擠出機(jī)(或錐形雙螺桿擠出機(jī))為 了能夠順利地切粒，均在其機(jī)頭部分裝有將螺桿頭部完全密封住的“切粒裝置”，如拉條切 粒裝置、磨面熱切裝置等。如上所述，這種塑化造粒設(shè)備只能用于植物纖維含量不太高的木 塑復(fù)合材料制備，當(dāng)木塑復(fù)合材料中的植物纖維含量很高時(shí)(如60% 90% )，由于塑化料 流動(dòng)性很差而難以流過(guò)這些切粒裝置的小孔，結(jié)果會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的變色、降解和炭化。而本發(fā)明的平行雙螺桿擠出機(jī)的雙螺桿頭部設(shè)計(jì)成直接與大氣相通 ，在機(jī)頭上沒(méi) 有設(shè)計(jì)任何將雙螺桿頭部密封住的“切粒裝置”，而是設(shè)計(jì)了一套特殊的開(kāi)放式的“切片裝 置”，切片裝置并沒(méi)有將螺桿頭部密封，雙螺桿頭部的壓力為零(即無(wú)機(jī)頭壓力)，因此物料 受到的摩擦力較小且停留時(shí)間分布窄，物料不易降解、炭化，因此可以適用于植物纖維含量 很高(60% 90%)的木塑復(fù)合材料塑化造粒，解決了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)高份額植物纖維填充聚 烯烴木塑料進(jìn)行塑化造粒時(shí)存在的變色、降解、炭化、螺桿磨損嚴(yán)重等一系列問(wèn)題，從而使 得用擠出成型法制備植物纖維很高的聚烯烴木塑復(fù)合材料成為可能；2、由于本發(fā)明的切片裝置沒(méi)有將螺桿頭部密封，因此從平行雙螺桿擠出機(jī)機(jī)頭出 料口被擠出來(lái)的塑化料沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓實(shí)和冷卻的過(guò)程，所以處于高溫疏松狀態(tài)(片裝)，因 此比現(xiàn)有技術(shù)造得的密實(shí)粒狀塑化料更易脫揮；在本發(fā)明切片裝置上方設(shè)置的引風(fēng)系統(tǒng)的 進(jìn)風(fēng)口可以大量吸除高溫塑化料中的水分和有機(jī)揮發(fā)物；本發(fā)明切片裝置下方設(shè)置的進(jìn) 料口，在旋風(fēng)分離系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)作用下將塑化料以流化態(tài)風(fēng)送至旋風(fēng)分離器，進(jìn)行分離、冷 卻，進(jìn)一步脫除水分和有機(jī)揮發(fā)物。因此，本發(fā)明的塑化造粒設(shè)備比現(xiàn)有設(shè)備能夠更好地脫 除木塑料中的水份和有機(jī)揮發(fā)物。3、由于本發(fā)明的切片裝置沒(méi)有將螺桿頭部密封，雙螺桿頭部直接與大氣相通，因 此無(wú)機(jī)頭壓力引起的逆流，因而擠出量大，生產(chǎn)效率高；4、由于本發(fā)明的切片裝置沒(méi)有將螺桿頭部密封，雙螺桿頭部直接與大氣相通，因 此無(wú)機(jī)頭壓力造成的物料與螺桿和料筒之間的巨大磨擦力，螺桿和料筒受到的磨擦阻力 小，因此設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。
圖1是用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備全套裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是螺桿整體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是螺桿頭部的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的左視圖。圖5是圖3的俯視圖。圖6是兩刀片式切片裝置的示意圖。圖7是圖6的左視圖。圖8是圖6的俯視圖。圖9是四刀片式切片裝置的示意圖。圖10是圖9的左視圖。圖11是圖9的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述—種用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備，包括平行雙螺桿擠出機(jī)、切片裝置、引風(fēng)系統(tǒng)和旋風(fēng)分離系統(tǒng)；其中切片裝置位于平行雙螺桿擠出機(jī)的 機(jī)頭出料口處，引風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口位于切片裝置的正上方，旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口位于切 片狀置的正下方。本實(shí)施例中，一種用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備 (參照?qǐng)D1)，包括主電動(dòng)機(jī)1、喂料機(jī)構(gòu)2、料斗3、擠出機(jī)進(jìn)料口 4、料筒5、切片裝置6、引風(fēng) 系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口、引風(fēng)機(jī)8、旋風(fēng)分離器進(jìn)料口 9、鼓風(fēng)機(jī)10、輸料管11、旋風(fēng)分離器12。螺桿安 裝在料筒5內(nèi)，切片裝置6設(shè)計(jì)為開(kāi)放式的，因此，螺桿頭部直接與大氣相通，螺桿頭部的壓 力為零(表壓)。本實(shí)施例中，螺桿及套件的整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。為了便于切片和被切成片狀的木塑料 易下料和不易相互粘合，螺桿頭部設(shè)計(jì)為平頭(參照?qǐng)D3 5)。螺桿頭部有一平頭螺母13 將螺桿套件固定在螺桿上，螺母13的平頭平面與螺桿頭平面處于同一平面內(nèi)。本實(shí)施例中，切片裝置(參照?qǐng)D6 圖11)包括刀片14與刀座15，刀片的個(gè)數(shù)根 據(jù)設(shè)備的大小來(lái)確定，如果設(shè)備較小，可設(shè)計(jì)為2個(gè)，如果設(shè)備較大，可設(shè)計(jì)為4個(gè)、6個(gè)或更 多。本實(shí)施例設(shè)計(jì)為2個(gè)或4個(gè)刀片(參照?qǐng)D6 圖11)。切片裝置的刀座15安裝在機(jī)頭 處料筒頭部的平面16上，刀片14固定在刀座15上，刀片頭部伸向螺桿頭部并與螺桿頭部 平面相接觸，刀片與螺桿頭部平面之間的夾角為45° (參照?qǐng)D6 圖11)。本實(shí)施例中，引風(fēng)系統(tǒng)(參照?qǐng)D1)的進(jìn)風(fēng)口 7位于切片裝置的正上方，引風(fēng)系統(tǒng) 的進(jìn)風(fēng)口 7通過(guò)引風(fēng)管與引風(fēng)機(jī)8相連。旋風(fēng)分離系統(tǒng)(參照?qǐng)D1)的進(jìn)料口 9位于切片 裝置的正下方，旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口 9與鼓風(fēng)機(jī)10相通，再通過(guò)輸料管11與旋風(fēng)分離器 12相連。根據(jù)不同脫揮的需要，旋風(fēng)分離器可采用1至3級(jí)式，本實(shí)施例采用兩級(jí)式。本實(shí)施例的工作過(guò)程為參照?qǐng)D1，將經(jīng)過(guò)高速混合機(jī)混合均勻的木塑復(fù)合材料的原料(木粉含量70%， 塑料含量27 %，加工助劑含量3 % )，加入料斗3 (料斗的體積為0. 3立方米)中，在喂料系 統(tǒng)2作用下將原料經(jīng)進(jìn)料口 4定量加入平行雙螺桿擠出機(jī)中，通過(guò)螺桿作用進(jìn)行擠出塑化。 螺桿直徑為36毫米，長(zhǎng)徑比為44，擠出機(jī)的料筒5的溫度控制為180°C，螺桿的轉(zhuǎn)速控制為 300r/min，喂料系統(tǒng)2中喂料機(jī)的轉(zhuǎn)速為200r/min ；塑化好的物料從擠出機(jī)的機(jī)頭出料口被擠出時(shí)，木塑料會(huì)旋轉(zhuǎn)，從而被裝在機(jī)頭 處的切片裝置6的刀片將其切成不規(guī)則、疏松的小片狀塑化料。疏松的小片狀塑化料處在 高溫狀態(tài)，其所產(chǎn)生的大量的水蒸汽和有機(jī)揮發(fā)物氣體等揮發(fā)物被裝在切片裝置上方的引 風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口 7和引風(fēng)機(jī)8抽走排出室外，從而達(dá)到了較好的脫揮效果；上述小片狀木塑料在重力作用下，落入旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口 9，然后在鼓風(fēng)機(jī) 10作用下被吸入輸料管11，并被送至旋風(fēng)分離器12，在這個(gè)過(guò)程中，木塑料進(jìn)一步被脫揮， 同時(shí)被冷卻、分離，從而制得脫揮和塑化良好的塑化料(不規(guī)則的粒狀或小片狀料)。引風(fēng) 系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口 7下端長(zhǎng)X寬也為500X200毫米，旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口 9上端長(zhǎng)X寬為 500X200毫米，鼓風(fēng)機(jī)10的功率為1000W。
權(quán)利要求
一種用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)，其特征在于包括平行雙螺桿擠出機(jī)、切片裝置、引風(fēng)系統(tǒng)和旋風(fēng)分離系統(tǒng)；其中，切片裝置位于平行雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭出料口處，引風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口位于切片裝置的正上方，旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口位于切片狀置的正下方。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè) 備，其特征在于所述的平行雙螺桿擠出機(jī)的雙螺桿頭部直接與大氣相通，所述的切片裝置 呈開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒 設(shè)備，其特征在于所述的平行雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭出料口處的料筒頭部和雙螺桿頭部均 為平面狀，且料筒頭部平面與雙螺桿頭部平面處于同一平面內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒 設(shè)備，其特征在于所述的切片裝置由多塊刀片和多個(gè)刀座組成，所述刀座和刀片的數(shù)量相 等，刀片和刀座的個(gè)數(shù)分別為2至10，該切片裝置的刀座均勻分布和固定在平行雙螺桿擠 出機(jī)機(jī)頭出料口處料筒頭部的平面上，刀片根部固定在刀座上，刀片的頭部伸至雙螺桿頭 部的平面并與該平面接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè) 備，其特征在于所述刀片與雙螺桿頭部平面的夾角為30°至60°。
全文摘要
一種用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備，包括平行雙螺桿擠出機(jī)、切片裝置、引風(fēng)系統(tǒng)和旋風(fēng)分離系統(tǒng)；其中，切片裝置設(shè)計(jì)為開(kāi)放式，安裝在平行雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭處，平行雙螺桿擠出機(jī)的螺桿頭部直接與大氣相通。該設(shè)備的引風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口位于切片裝置的正上方，旋風(fēng)分離系統(tǒng)的進(jìn)料口位于切片狀置的正下方。本發(fā)明提供了一種能夠良好適用于高份額植物纖維填充聚烯烴木塑復(fù)合材料的塑化造粒設(shè)備，該設(shè)備在植物纖維含量很高的木塑復(fù)合材料塑化造粒時(shí)不會(huì)降解、炭化，且脫揮效果良好。
文檔編號(hào)B29C47/60GK101823298SQ20101016305
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者呂群, 張清鋒, 李珊珊 申請(qǐng)人:杭州師范大學(xué)