专利名称：一种废旧塑料铁路枕木成型设备及成型方法
技术领域：
本发明涉及一种利用废旧塑料制备铁路枕木的成型设备和方法，特别涉及的是， 具有突出的混炼效果，并具有优良的耐久性、高模量、环境友好的废旧塑料铁路枕木的成型设备和方法，其制品特别适用于替代目前的铁路枕木。
背景技术：
我国现在使用的铁路枕木，一般是木枕木和混凝土枕木。由于混凝土枕木重量大、 弹性及减振性差，不能作为桥梁用枕木使用，因此桥梁用枕木通常使用的是木枕木。木枕木的制作需要消耗大量的优质木材，我国桥枕质量标准(GB154-84)规定对于铁路准轨(轨距 1435mm)的桥梁枕木，长度一般要三米以上，对木材的要求很好，对生态环境破坏严重，同时在温度湿度交替变化条件下，木材会开裂，腐烂。经过防腐处理的枕木寿命虽然可以提高防腐性能，但无法解决开裂问题，因此木枕的使用寿命只有5-10年。在使用年限中还有进行大量的维护工作，维护费用较高。为了克服上述问题，一种生产简单、高效低成本的环保型聚合物枕木急待开发。环保型废塑料枕木是铁轨枕木理想的替代品。目前，铁轨枕木的替代品有玻璃钢复合材料枕木、聚氨酯复合材料枕木及其他高聚物改性枕木等，但这些替代品制造成本高、能耗大、不环保，利用废塑料制造枕木具有成本低、强度高、环境友好等优势，属于新型环保铁路枕木。专利申请号为CN101550225A的专利公开了一种自结皮阻燃型聚氨酯复合枕木材料及其制备技术，该技术采用注射成型工艺，其缺点是注射机的混炼塑化效果差，最终影响制品的力学性能。专利申请号为CN101435177A的专利公开了一种高密度聚乙烯铁路轨道枕木，该发明采用的是模压成型，该工艺的缺点是间歇式生产，效率低下；专利申请号为 CN1664237A的专利公开一种铁路枕木的制造技术，其特征是采用挤压成型，所用设备是普通螺杆挤出机，成型效果好但混炼效果差。
发明内容
本发明的目的是针对对上述铁路枕木成型技术的不足，充分利用行星螺杆挤出机的混炼塑化效果好和单螺杆挤出机成型效果好的优势，制备一种具有突出的混炼效果和优良的耐久性、高模量、环保友好的废旧塑料复合材料铁路枕木，并为废旧塑料提供一个二次废物综合利用的平台。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。废旧塑料铁路枕木成型设备，该成型设备包括弹簧上料机8、强制喂料器18、行星螺杆挤出机7、连接装置14、单螺杆挤出机5、成型模具17、第一动力源1、第二动力源6、 第一电控柜9、第一操作台12、第二电控柜10和第二操作台11 ；第一动力源1的减速箱与行星螺杆挤出机7的主螺杆15相连，为行星螺杆挤出机7的螺杆提供旋转动力，第二动力源6的减速箱与单螺杆挤出机5中的单螺杆相连接，为单螺杆挤出机5的螺杆提供旋转动力，弹簧上料机8与行星螺杆挤出机7的强制喂料器18连接，为强制喂料器18输送废旧塑料，并通过强制喂料器18为行星螺杆挤出机7喂料，行星螺杆挤出机7的出料口通过连接装置14与正下方的单螺杆挤出机5的进料口相连接，成型模具17与单螺杆挤出机5的出口连接，废旧塑料在行星螺杆挤出机7中混炼塑化后通过连接装置14进入单螺杆挤出机5， 并通过成型模具17制得制品，第一电控柜9和第一操作台12与行星螺杆挤出机7连接，控制行星螺杆挤出机7的动作，第二电控柜10和第二操作台11与单螺杆挤出机5连接，控制单螺杆挤出机5的动作。所述行星螺杆挤出机7包括传动系统、挤压系统、加料系统和温控系统。所述行星螺杆挤出机7的挤压系统包括常规螺杆段3和行星螺杆段4，行星螺杆段 4包括主螺杆15和与其相啮合的6-10个小直径行星螺杆16。所述单螺杆挤出机5的螺杆直径D为90-150mm，长度为18-20D，其中加料段长度 8-10D,并在螺杆头部设有混炼头，单螺杆挤出机5与行星螺杆挤出机7呈90°摆放。本发明的另一方面，根据上述成型设备成型废旧塑料铁路枕木的方法，所用废旧塑料为回收的聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)中的一种或几种，并添加浸渍包覆的长玻璃纤维增强塑料颗粒作为增强填料；该方法包括以下步骤1)加料过 程弹簧上料装置8将废旧塑料输送到行星螺杆挤出机7的加料斗2内，电机启动带动强制喂料器旋转，并将松散的废旧塑料压入行星螺杆挤出机7的加料段3中；2)混炼过程在行星螺杆挤出机7螺杆的旋转输送下，废旧塑料逐渐被压实，形成一定的压力并被螺杆和机筒摩擦热以及塑性变形产生的剪切热预热，废旧塑料到达行星螺杆挤出机7 的螺杆段4后被分流并被主螺杆15、小直径行星螺杆16以及机筒之间的啮合作用辊压成薄片，废旧塑料各组分在主螺杆15、小直径行星螺杆16的剪切混合作用下，实现混炼塑化；3)排气过程混炼塑化好的废旧塑料熔体通过第一阶行星螺杆挤出机7出料口由连接装置14 进入第二阶单螺杆挤出机5进料口，废旧塑料熔体在连接装置14内实现充分排气；4)成型过程经过充分排气的废旧塑料熔体通过连接装置14引入第二阶单螺杆挤出机5加料段，由第二阶单螺杆挤出机5将其进一步塑化，并建立稳定的熔体压力，最后通过成型模具 17制备废旧塑料铁路枕木。其中，第一阶行星螺杆挤出机温度设定从加料口到出口分别设定为170°C、 190°c、21(rc、23(rc、23(rc，第二阶单螺杆挤出机的挤出温度设定从加料口到模具分别设定为2200C >2300C >2300C >2300C O其中，在废旧塑料和增强填料中，增强填料的含量为30wt% -50wt%。其中，在增强填料中，长玻璃纤维的含量为25wt% -35wt%与现有铁路枕木的生产技术相比较，本发明具有以下优点1)本发明所使用原料主要为回收的废旧汽车用工程塑料，成本低，所制备的铁路枕木强度均高于传统的塑料枕木，且废旧塑料的使用量大，可为废旧塑料提供一个二次废物综合利用的平台，并能有效节约能源，属于环保型铁路枕木。
2)本发明成型设备采用双阶挤出工艺，第一阶采用行星螺杆挤出机，第二阶采用单螺杆挤出机，其优点是综合利用了行星螺杆挤出机的混炼塑化效果好和单螺杆挤出机成型效果好的优势，可一步法成型具有突出的混炼效果，优良的耐久性和高模量的废旧塑料铁路枕木。3)本发明成型的环保型废旧塑料铁路枕木是通过一步法挤压成型，所用的第一阶行星螺杆挤出机具有突出的混炼效果，物料塑化效果好，在加上第二阶单螺杆挤出机的挤压成型，所制备的废旧塑料铁路枕木内部没有缝隙，强度高，模量大，因而可以承受更高的载荷。4)本发明所生产的废旧塑料铁路枕木，可完全回收，实现循环再利用。
图1是本发明所设计的废旧塑料铁路枕木的生产设备结构示意图。图2是本发明所设计的废旧塑料铁路枕木的各个设备相对位置结构示意图。图3本次发明所设计第二阶单螺杆挤出机的螺杆结构示意图。图4是本次发明所设计的第一阶行星螺杆挤出机中主螺杆和行星小螺杆结构示意图。图中1、第一动力源，2、料斗，3、单螺杆段，4、行星螺杆段，5、单螺杆挤出机，6、第二动力源，7、行星螺杆挤出机，8、弹簧上料机，9、第一电控柜，10、第二电控柜，11、第二操作台，12、第一操作台，13、水泥台，14、连接装置，15、主螺杆，16、小直径螺杆，17、成型模具， 18、强制喂料器。
具体实施例方式结合附图对具体实施方式
进行进一步说明。实施实例1本发明设计的生产废旧塑料铁路枕木的设备如图1所示，该设备为采用双阶挤出机，包括弹簧上料机8、行星螺杆挤出机7、单螺杆挤出机5以及第一动力源1、第二动力源 6、第一电控柜9、第一操作台12、第二电控柜10和第二操作台11。第一动力源1包括电机和减速箱，第一动力源1的减速箱与主螺杆15相连，为行星螺杆挤出机7的螺杆提供旋转动力；第二动力源6包括电机和减速箱，第二动力源6的减速箱与单螺杆挤出机5中的单螺杆相连接，为单螺杆挤出机5的螺杆提供旋转动力。行星螺杆挤出机7包括传动系统、挤压系统、加料系统和温控系统，加料系统包括料斗2、强制喂料器18，强制喂料器18的作用使物料强制以一定的输送速率加入到加料段中。行星螺杆挤出机7的挤压系统包括常规螺杆段3和行星螺杆段4，常规螺杆段3的作用是将物料往前输送并压实、建立一定的压力；行星螺杆段4包括主螺杆15和与其相啮合的若干个小直径螺杆16，小直径螺杆16除绕自身的几何中心旋转外，还绕着主螺杆15旋转，行星螺杆段4起混炼塑化的作用。行星螺杆挤出机7的出料口通过连接装置14与正下方的单螺杆挤出机5的进料口相连接，以便物料从行星螺杆挤出机7中挤出后引入单螺杆挤出机5加料段中。
该实施实例所用物料为，回收的聚碳酸酯(PC)和丙烯腈_苯乙烯_ 丁二烯共聚物 (ABS)废旧塑料，同时添加50wt%的长玻璃纤维增强ABS颗粒，该长玻璃纤维增强ABS颗粒中，长玻璃纤维的含量为25wt%。第一阶行星螺杆挤出机温度设定从加料口到出口分别设定为170°C -190°C -210°C -230°C _230°C，第二阶单螺杆挤出机的挤出温度设定从加料口到模具分别设定为220°C -230°C -230°C _230°C。弹簧上料装置8将物料输送到第一阶挤出机的料斗2内，电机启动带动强制喂料器18旋转，将松散的物料输送入行星螺杆挤出机7的加料段。在行星螺杆挤出机7的旋转输送下，物料逐渐被压实，形成一定的压力并被螺杆和机筒的摩擦热以及剪切热预热，物料到达行星螺杆段4后被分流并被主螺杆15、 小直径螺杆16以及机筒之间的啮合作用辊压成薄片，物料继续被向前输送，在输送过程中，物料受到加热装置传来的热量以及摩擦热和剪切热，最终在主螺杆和行星螺杆的作用下，实现良好的混炼和塑化。混炼塑化完好的物料熔体通过第一阶行星螺杆挤出机7出料口由连接装置14进入第二阶单螺杆挤出机5的进料口，聚合物熔体在连接装置14内实现充分排气。经过充分排气的物料熔体通过连接装置14引入第二阶单螺杆挤出机5加料段，由第二阶单螺杆挤出机5将其进一步塑化，并建立稳定的熔体压力，最后通过成型模具17制备废旧塑料铁路枕木。所得的废旧塑料铁路枕木材料力学性能为弯曲模量，1400MPa，弯曲强度，18MPa ；纵向压缩强度28MPa ；横向压缩强度12MPa ；实施实例2成型设备同实施实例1该实施实例所用物料为，回收的聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)废旧塑料，同时添加40%的长玻璃纤维增强聚苯乙烯颗粒，该长玻璃纤维增强ABS颗粒中，长玻璃纤维的含量为30wt%。第一阶行星螺杆挤出机温度设定从加料口到出口分别设定为170°C -190°C -210°C -225°C _225°C，第二阶单螺杆挤出机的挤出温度设定从加料口到模具分别设定为200°C -220°C -225°C _225°C。弹簧上料装置8将物料输送到第一阶挤出机的料斗2内，电机启动带动强制喂料器18旋转，将松散的物料输送入行星螺杆挤出机7的加料段。在行星螺杆挤出机7的旋转输送下，物料逐渐被压实，形成一定的压力并被螺杆和机筒的摩擦热以及剪切热预热，物料到达行星螺杆段4后被分流并被主螺杆15、小直径螺杆16以及机筒之间的啮合作用辊压成薄片，物料继续被向前输送，在输送过程中，物料受到加热装置传来的热量以及摩擦热和剪切热，最终物料在主螺杆15和小直径螺杆16的作用下，实现良好的混炼和塑化。混炼塑化完好的物料熔体通过第一阶行星螺杆挤出机7出料口由连接装置14进入第二阶单螺杆挤出机5的进料口，物料熔体在连接装置14内实现充分排气。经过充分排气的物料熔体通过连接装置14引入第二阶单螺杆挤出机5加料段，由第二阶单螺杆挤出机5将其进一步塑化，并建立稳定的熔体压力，最后通过成型模具17制备型废旧塑料铁路枕木。所得的废旧塑料铁路枕木材料力学性能为弯曲模量，1500MPa，弯曲强度，20MPa ；纵向压缩强度30MPa ；横向压缩强度IOMPa ；本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概括。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而 不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含有和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种废旧塑料铁路枕木成型设备，其特征在于该成型设备包括弹簧上料机(8)、 强制喂料器(18)、行星螺杆挤出机(7)、连接装置(14)、单螺杆挤出机(5)、成型模具(17)、 第一动力源(1)、第二动力源(6)、第一电控柜(9)、第一操作台(12)、第二电控柜(10)和第二操作台(11)。第一动力源⑴的减速箱与行星螺杆挤出机⑵的主螺杆(15)相连，为行星螺杆挤出机(7)的螺杆提供旋转动力，第二动力源(6)的减速箱与单螺杆挤出机(5) 中的单螺杆相连接，为单螺杆挤出机(5)的螺杆提供旋转动力，弹簧上料机(8)与行星螺杆挤出机(7)的强制喂料器(18)连接，为强制喂料器(18)输送废旧塑料，并通过强制喂料器 (18)为行星螺杆挤出机(7)喂料，行星螺杆挤出机(7)的出料口通过连接装置(14)与正下方的单螺杆挤出机(5)的进料口相连接，成型模具(17)与单螺杆挤出机(5)的出口连接， 废旧塑料在行星螺杆挤出机(7)中混炼塑化后通过连接装置(14)进入单螺杆挤出机(5)， 并通过成型模具(17)制得制品，第一电控柜(9)和第一操作台(12)与行星螺杆挤出机(7) 连接，控制行星螺杆挤出机(7)的动作，第二电控柜(10)和第二操作台(11)与单螺杆挤出机(5)连接，控制单螺杆挤出机(5)的动作。
2.如权利要求1中所述的废旧塑料铁路枕木成型设备，其特征在于行星螺杆挤出机 (7)包括传动系统、挤压系统、加料系统和温控系统。
3.如权利要求1所述的废旧塑料铁路枕木成型设备，其特征在于行星螺杆挤出机(7) 的挤压系统包括常规螺杆段(3)和行星螺杆段(4)，行星螺杆段(4)包括主螺杆(15)和与其相啮合的6-10个小直径行星螺杆(16)。
4.一种根据权利要求1-3之一所述的成型设备成型废旧塑料铁路枕木的方法，其特征在于，所用废旧塑料为回收的聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)中的一种或几种，并添加浸渍包覆的长玻璃纤维增强塑料颗粒作为增强填料； 该方法包括以下步骤1)加料过程弹簧上料装置(8)将废旧塑料输送到行星螺杆挤出机(7)的加料斗(2)内，电机启动带动强制喂料器旋转，并将松散的废旧塑料压入行星螺杆挤出机(7)的加料段(3)中；2)混炼过程在行星螺杆挤出机(7)螺杆的旋转输送下，废旧塑料逐渐被压实，形成一定的压力并被螺杆和机筒摩擦热以及塑性变形产生的剪切热预热，废旧塑料到达行星螺杆挤出机(7) 的螺杆段(4)后被分流并被主螺杆(15)、小直径行星螺杆(16)以及机筒之间的啮合作用辊压成薄片，废旧塑料各组分在主螺杆(15)、小直径行星螺杆(16)的剪切混合作用下，实现混炼塑化；3)排气过程混炼塑化好的废旧塑料熔体通过第一阶行星螺杆挤出机(7)出料口由连接装置(14) 进入第二阶单螺杆挤出机(5)进料口，废旧塑料熔体在连接装置(14)内实现充分排气。4)成型过程经过充分排气的废旧塑料熔体通过连接装置(14)引入第二阶单螺杆挤出机(5)加料段，由第二阶单螺杆挤出机(5)将其进一步塑化，并建立稳定的熔体压力，最后通过成型模具(17)制备废旧塑料铁路枕木。
5.如权利要求4所述的成型方法，其特征在于第一阶行星螺杆挤出机温度设定从加料口到出口分别设定为170°C、190°C、210°C、230°C、23 0°C，第二阶单螺杆挤出机的挤出温度设定从加料口到模具分别设定为220°C、230°C、230°C、230°C。
全文摘要
本发明涉及一种利用废旧塑料制备环保型铁路枕木的成型设备和方法，特别涉及的是，具有优良的混炼效果，并具有优良的耐久性、高模量、环境友好的废旧塑料铁路枕木的成型设备和方法，其制品特别适用于替代目前的铁路枕木。成型设备由第一阶行星螺杆挤出机(7)和第二阶单螺杆挤出机(5)构成，第一阶行星螺杆挤出机(7)和第二阶单螺杆挤(5)出机呈高低垂直布置，构成双阶挤出工艺。物料由弹簧上料机(8)将其加入行星螺杆挤出机的料斗(2)中，行星挤出机对物料进行输送，并实现熔融塑化混炼，行星螺杆挤出机(7)挤出的熔融挤出物通过连接装置(14)导入单螺杆挤出机(5)加料斗中，由单螺杆挤出机(5)进一步将其塑化，并提供稳定的熔体压力，最后通过成型模具(17)获得制品。本发明所使用原料主要为回收的废旧塑料，成本低，可为废旧塑料提供一个二次废物综合利用的平台，所生产的环保型废旧塑料铁路枕木可完全回收再利用。本发明综合利用了行星螺杆挤出机的混炼塑化效果好和单螺杆挤出机成型效果好的优势，可一步法成型具有突出的混炼效果，优良的耐久性和高模量的环保型废旧塑料铁路枕木。
文档编号B29C47/50GK102248653SQ201010178399
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者孙志强, 王守琛, 王秋艳, 薛平, 贾明印 申请人:北京化工大学, 北京恒通创新木塑科技发展有限公司