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塑木复合材料的配混和加工

2021-08-18 来源:贵阳机械信息网

塑木复合材料的配混和加工

世界塑木制品生产和应用的最大国家是美国,其最大制品是铺板,生产工艺为挤出成型,可以先配混成中间塑木粒料,然后再经挤出机加工成制品,也可越过造粒阶段,配混(包括脱挥)、挤出型材(板材)在一个设备或一组设备内连续完成。

塑木材料(包括制品)的制备过程对其性能影响很大,研究表明:不合适的加工会引起不良的纤维分散和浸润,而过分的配混则会使纤维严重破损,两者都会降低塑木材料的力学性能。另外,要防止过分剪切或高温产生糊料、烧焦等问题,一步法连续工艺若脱挥(主要脱水)不佳将影响工艺的连续性,并使产品因有气泡而性能大幅降低。目前,主要的加工设备为双螺杆挤出机,可分为同向平行双螺杆挤出机和导向锥型双螺杆挤出机。

同向平行双螺杆挤出机

塑木材料加工业称同向平行双螺杆挤出机为高速、高能耗“配混”型设备,一般为组合式螺杆,可调节螺杆长径比和构型(捏合块角度及其块数、不同捏合块组合方法),灵活设置脱气口,可以直接加工木粉或植物纤维,完成木粉干燥后与熔融的树脂混合再连续挤出,即木粉干燥和树脂熔融分开进行,因此往往是由双阶挤出机组成。但一般要求废木屑含水量为4%~7%。这种工艺要求有大量符合水含量要求的木粉,并在严格条件下运输和贮存,这种双阶挤出机称之为“木材用挤出机”。与此相类似的方法还有用含水6%~8%木粉加入挤出机主料口,挤出机前段作为脱水、脱挥装置,然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂,因此挤出机相对长,长径比(L/D)可达44~48,其中2/3用于除水和脱挥。

美国Andex公司在塑术复合材料建筑和结构加工设备方面居领先地位,已经进行了近10年的工作,已在美国、加拿大、日本获得了8个专利许可证,并与18家以上欧洲的潜在用户洽谈技术转让许可事宜。意大利ICMA公司有其挤出三层板的专利技术,美国Davis-Standard、KruppW&P等公司也生产塑木加工用同向双螺杆挤出机。

异向锥型双螺杆挤出机

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,非组合式螺杆。与一般锥型双螺杆机比,为适应热敏树脂加工需要,要求螺杆设计适应较宽的加工范围,对木纤维的切断作用少,树脂少时仍能均匀分散并与物料完全熔融。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要大、要长。若木粉、植物纤维加入量大,熔融树脂刚性大,还要求耐高背压齿轮箱,采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆,以确保木纤维停留时间短,防止其断裂和劣化。

这种设备的主要生产厂商为Cincinatti Milacron公司,包括在美国的Extrusion Tek Milacron公司,在德国的SMC公司Cincinatti分公司。据称,前者在塑术复合材料挤出机设计和工程化方面很有经验,实际投放使用的设备已超过100台,拥有世界最大的机型,加工能力为770千克/小时;后者已公开展示其塑术复合材料用锥型双螺杆挤出机“Titan”系列产品。

另外,意大利Bausano公司和ICMA San Giorgio公司在20世纪70年代便开始从事木粉填充塑料配混料加工设备工作,并用异向锥型双螺杆机生产50%木粉和50%PP的热成型板材。

除此之外,德国SMS塑料技术分公司Battenfeld公司曾在德国的K2001展览会上,展出了塑木材料加工用新的设备组合方法:组合两台行星滚轮式挤出机(或其中一台为双螺杆挤出机),即从一台行星滚轮式挤出机出料到下一台行星滚轮式挤出机(或双螺杆机),利用行星滚轮式挤出机有效地控制冷却作用。(作者:唐伟家 吴汾)

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