专利名称：木塑复合材料挤出成型机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及木/塑复合材料(WPC)的加工成型设备，尤其是一种冷流道顶出法的木塑复合材料挤出成型机。
背景技术：
在木塑挤出成型技术中，按成型方法分为热流道牵引法和冷流道顶出法。热流道牵引法所加工的物料中木纤维含量很低，物料粘度较小，型胚强度较高，往往伴随发泡，加工性能近似塑料，故完全可以采用通用塑料加工机械，即普通单螺杆挤出机，锥形逆向双螺杆挤出机或平行逆向双螺杆挤出机。工艺路线采用一步法或二步法视产品要求而定。在此不冗述。
所谓冷流道顶出法就是由挤出机挤出的，已充分塑化的物料在机头流道的成型区内骤冷固结后，熔体压力增大，在螺杆前的流道内形成较大的密度堆积，型胚以固体塞的状态，以正向位移的方式被顶出成型的方法。这种产品的特征是植物纤维的含量较高(50％～90％)，密度较大(1.15～1.2g/cm3)，硬度较高(邵氏D89～90)，机械性能较高，稳定性较好，耐候性更佳，得到各应用领域的重视，已成为当前木塑复合材料的主流。随着社会对木塑材料的性能要求愈来愈高，人们对这种成型方法愈发看重。但上述这些优点是与成型加工过程中对物料中的水分进行彻底闪蒸排气，木/塑两相充分混炼及高压堆积成型这三个基本要素是密不可分的。不仅水含量过大或过小都难排除，木塑两相混合需要较高的混炼能力，仅以机头熔体压力而言，许多制品往往在30mpa以上才能维持生产。这都不是普通塑料挤出机所能同时达到的。这就是近几年来国内上马的几家木塑行业不仅产品粗陋，质量低劣，而且连续扭断螺杆、损坏机筒、轴承、变速箱的主要原因。值得注意的是，其中不泛外来技术和引进设备。究其原因，全是不了解冷流道顶出法特性，错误的采用普通塑料机械，难以长期临界生产，也达不到混炼和排气要求所致。
近年随着木材化学加工学技术的引入，新一代木塑复合材料兴起，其主要特征之一是对植物纤维进行予塑化处理，这种处理工艺往往伴随大量(20％～25％)水份注入，更加剧了上述三要素的实施难度。
新一代木塑复合材料中，木纤维部分的予塑化，高聚物部分的合金化，材料结构的多元复合化都在要求木塑加工设备专业化。
什么是木塑复合材料专用挤出成型设备呢？这种设备最起码要符合前述三个基本要求一是闪蒸排气，不仅要排除引发剂水溶液带来的大量水份(木粉含量的20-25％)，也要脱去木醋酸中和后的少量水份和低挥份；二是适当强的混炼能力，就是既能保证木塑两相的混合，又不允许过高的机械能转变成热能、焦化植物纤维；三是建立较大的熔体压力，达到密度堆积的工艺要求。以混炼能力而言，现有各种单螺杆挤出机、平行逆向双螺杆挤出机、锥形逆向双螺杆挤出机等挤出成型机械都不能达到新一代木塑复合材料的木质重组要求，只有通常用于混炼造粒的平行同向双螺杆挤出机，由于其积木式的组合结构，故可将各功能单元组合出木塑混合所需要的混炼条件。但平行同向双螺杆挤出机的力学结构及错落布置的止退轴承额定承压力仅为18Mpa，根本不能提供30-40Mpa的熔体压力。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种具有彻底排气、充分混合和产生高压这三项功能的专业化木塑挤出成型设备，以提高木塑复合材料的质量。
本实用新型的目的是通过下述方案来实现的本实用新型木塑复合材料挤出成型机，其特征在于1.它包括二台具备所需功能的挤出机，其结构是将二台挤出机设置成阶梯式，其一阶是一台平行同向双螺杆挤出机，其二阶是一台锥形逆向双螺杆挤出机，所述的平行同向双螺杆挤出机的出料口与所述的锥形逆向双螺杆挤出机的进料口相衔接。
本挤出机是一种兼具彻底排气、充分混合和产生高压三项功能的专业木塑设备，一阶机中的双螺杆的转动方向相同，其主要功能是在混炼塑化过程中更好地完成闪蒸排气。二阶机中的双螺杆的转动方向相反，可以是向内、也可以是向外的，主要功能是将上阶机转入的塑化物料增压，稳定地挤出成型。
2.所述的一阶机的机筒分为9至10段，其中设有3至4个排气口；并据此设定螺杆的功能单元，即在相应于加料口和排气口的轴向位置处，采用宽导程正向螺纹元件来产生低的充满度，在混炼区设置正向捏合块和中性捏合块以构成适当混炼效果，将中导程和窄导程螺纹元件设置在捏合块的上游以压实物料提高密度，在最后一个排气口的上游，设置一对反向螺纹元件或反向捏合块，以增强混合效果和防止排气冒料。
上述结构是按木塑复合材料的加工任务来调整的。第一阶的任务是充分混炼和彻底排气，充分混炼是在不破坏植物纤维的情况下达到木塑两相混合的目的；彻底排气是利用闪蒸原理把物料种不同含量的水份及低挥份彻底排除。
为此目的而设定的第一阶段的操作步骤是喂料→熔混→混炼→排气→混炼→排气→混炼→排气→混炼→排气→熔体挤出。
按此将螺纹元件、混合及分配元件组成上述的平行同向双螺杆和与之相应的排气机筒。螺杆和机筒中设计了四段排气功能和适当的混炼条件，将排气和混合置于可控制之下，以达到不损害植物纤维的充分混合和彻底排气要求。以此完成所规定的操作步骤，达到在适当混炼的同时完成闪蒸排气的基本要求。
3.在所述的二阶锥形逆向双螺杆挤出机的机筒入口处设有导入结构；将螺杆上相应于加料区段设计成单头螺纹，以将固体输送改为塑化输送。
本实用新型第二阶完成的任务是导入熔体、增压和稳定挤出。就是将原是固体输送段的入口区改为熔体输送段，并产生高压，在定量、定压下稳定地完成挤出成型。因此将机筒的入口处设有导入结构；将螺杆的加料区段设计成单头螺纹，以顺利纳入已塑化的物料，并将固体输送改为塑化输送；同时加强螺杆的强度设计，以保证满足熔体在高压条件稳定生产。
4.所述的二阶锥形逆向双螺杆挤出机中的螺杆材料、根径、螺棱的导程及止退轴承的选型方面均按50Mpa额定背压和相应的扭矩要求设计，以保证满足40Mpa以下熔体压力条件稳定生产。
与现有技术相比，本实用新型以独具的闪蒸排气、充分混炼和增压挤出三条件，省去烘干脱水、挤出造粒多道工序，将“M”型二步法加工曲线(加热熔融→冷却定型→加热熔融→冷却定型)简化为“n”型一步法加工曲线(加热熔融→冷却定型)。简化了工艺、降低了加工费用。
与现有技术相比，本挤出机具有上述三个基本条件更有利于产品的塑化质量和高密度堆积，因而产品的理化性能更高，更优越。
与现有技术相比，本挤出机更适应当前木材化学技术与塑料改性技术交叉结合的新一代木塑复合材料的工艺要求。
本挤出机可满足50-90％植物纤维含量的木塑复合材料加工成型而达到两相混合；可在混炼加工过程中彻底脱去木纤维中30％以内的水份及低挥发份；可以在30-40Mpa螺杆背压情况下长期安全生产；可以稳定地完成木塑高密度堆积和平滑挤出的机头压力要求。
综上所述，本木塑复合材料挤出机具有彻底排气、充分混合和产生高压三项功能，是一种专业化木塑挤出成型设备，能提高木塑复合材料或制品的质量，延长机器寿命。
图1为本木塑复合材料的结构示意图。
图1A为图1中的A-A剖示放大图。
图2为平行同向双螺杆挤出机1中的组合机筒1-6和组合双螺杆1-8的结构示意图。
图3为锥形逆向双螺杆挤出机2中的一个锥形螺杆2-4的结构示意图。
图4是锥形双螺杆2-4的一种向外旋转的型式。
图5是锥形双螺杆2-4的一种向内旋转的型式。
图中代号说明1平行同向双螺杆挤出机1-1驱动电机1-2传动箱1-3料斗1-4喂料装置1-5进料口 1-6机筒 1-7排气口 1-8组合双螺杆1-9塑化机头2锥形逆向双螺杆挤出机2-1止退轴承2-2进料口2-3锥形机筒2-3.1导入结构2-4锥形双螺杆 2-5成型机头I螺纹元件I-1宽导程正向螺纹元件I-2次导程正向螺纹元件I-3中导程正向螺纹元件I-4窄导程正向螺纹元件
I-5窄导程反向螺纹元件II混合、分配元件II-1五层厚叠片45°交错角捏合块II-2五层薄叠片45°交错角捏合块II-3五层薄叠片90°交错角捏合块II-4四层薄叠片60°交错角捏合块具体实施方式
图1为木塑复合材料挤出成型机的示意图，二台挤出机设置成阶梯式，其一阶是一台平行同向双螺杆挤出机1，其二阶是一台锥形逆向双螺杆挤出机2，所述的平行同向双螺杆挤出机1的出料口与所述的锥形逆向双螺杆挤出机2的进料口2-2相衔接。
图2为平行同向双螺杆挤出机1中的组合机筒1-6和组合双螺杆1-8的结构示意图。机筒1-6分为9段，其中第1段设有进料口第1-5，第3、4、6、8段设有排气口1-7，与之对应的组合双螺杆1-8由螺纹元件I和混合、分配元件II组成。螺纹元件I选择啮合同向自扫型常规二头螺纹元件，取其有较强的输送作用，物料在其中停留时间短，自洁性好，可以在短的轴向距离内建立高压克服由于反向元件、剪切元件等混合元件所产生的阻力。螺纹元件I的螺纹导程分为宽、次、中、窄不同单元，用以控制物料在不同的轴向位置螺槽中的充满度。螺纹元件I也设置少量反向螺纹元件，作为隔离屏障，用以促进熔融，增强混合效果和防止排气冒料。混合和分配元件II，选择两头捏合块元件，其错列角分为45°、60°、90°三种，流向分正向、反向、中性的捏合块元件，取其与机筒内壁形成的月牙形空间大，输送力大，产生的剪切不十分强烈等特点，以适应植物纤维与聚物的混合，以使木塑复合材料的初始性能很好的保留到最终制品。如图2所示，在相应于加料口1-5和排气口1-7的轴向位置处，用宽导程螺纹元件I-1来产生低的充满度，在混炼区设置混合、分配元件捏合块II；将中导程螺纹元件I-3和/或窄导程螺纹元件I-4设置在捏合块的上游，以压实物料，提高密度，在最后排气口的上游，设置一对反向螺纹元件(I-1)或反向捏合块，以增强混合效果和防止排气冒料。以此结构完成喂料→熔混→混炼→排气→混炼→排气→混炼→排气→混炼→排气→熔体挤出的操作步骤。
如图1A，在所述的锥形逆向双螺杆挤出机2的机筒2-3的入口处2-2设有导入结构2-3.1；将挤出机2的螺杆2-4上的相应于入口处2-2加料区段设计成单头螺纹。
图3是锥形逆向双螺杆挤出机2中的锥形双螺杆2-4，图中L1、L2、L3、L4是四个功能段，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7是各功能段的螺纹头数和导程变化，δ2、δ3是二个功能段之间的间隙，有汇混、排气作用。如图所示，为了顺利接纳一阶输入的已塑化物料，L1段设计成单头螺纹，留有较大的物料空间，导程由S1向S2变化，形成压缩条件。最容易损坏的塑化、增压挤出段L3和L4区中导程(S4、S5、S6、S7)及螺杆根径￠均按满足背压50mpa设计。皆采用双头螺纹。
图4是锥形双螺杆2-4的一种向外旋转的型式。
图5是锥形双螺杆2-4的一种向内旋转型式。
使用时，经配混但含有大量水份(植物纤维含量的23％左右)的物料进入一阶挤出机的料斗1-3中，经计量喂料装置1-4和进料口1-5定量输入组合机筒1-6和组合螺杆1-8之中，在从固相到液相的转化输送过程中，不断地按操作步骤进行混炼和闪蒸排气的连续加工，水份和低挥份通过闪蒸化作气体，突破了熔体外壳从四段排气口1-7中排出。已完成木塑二相混合的物料在通过塑化机头1-9时，又进行了第五步排气后，进入二阶锥形逆向双螺杆挤出机2中，在图1A中显示了锥形机筒2-3的入口处设计有导入结构2-3.1，所以可以顺利地纳入已塑化的物料，然后物料被锥形双螺杆2-4和锥形机筒2-3进一步塑化和压缩，在机头压力降的作用下，形成较高的熔体压力(25-40Mpa)，完成植物纤维最大的密度堆积，以正向位移的方式，通过成型机头2-5完成挤出成型。
权利要求1.木塑复合材料挤出成型机，其特征在于它包括二台挤出机，其结构是将二台挤出机设置成阶梯式，其一阶的挤出机是一台平行同向双螺杆挤出机(1)，其二阶的挤出机是一台锥形逆向双螺杆挤出机(2)，所述的平行同向双螺杆挤出机(1)的出料口与所述的锥形逆向双螺杆挤出机(2)的进料口相衔接。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料挤出成型机，其特征在于所述的平行同向双螺杆挤出机(1)的机筒(1-6)分为9至10段，其中设有3至4个排气口；在所述的机筒(1-6)中装有螺杆(1-8)，在所述的螺杆(1-8)上的相应于加料口(1-5)和排气口(1-7)的轴向位置处，采用宽导程正向螺纹元件；在混炼区设置有捏合块，将中导程螺纹元件和/或窄导程螺纹元件设置在捏合块的上游；在最后一个排气口的上游，设置一对反向螺纹元件或反向捏合块。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料挤出成型机，其特征在于在所述的锥形逆向双螺杆挤出机(2)的机筒(2-3)的入口处(2-2)设有导入结构(2-3.1)；将锥形逆向双螺杆挤出机(2)的螺杆(2-4)上的相应于加料区段设计成单头螺纹。
专利摘要木塑复合材料挤出成型机，其特征在于它包括二台挤出机，其结构是将二台挤出机设置成阶梯式，其一阶是一台平行同向双螺杆挤出机(1)，其主要功能是在木塑混炼塑化过程中完成闪蒸排气；其二阶是一台锥形逆向双螺杆挤出机(2)，其主要功能是将上阶转入的已塑化物料增压，可在25～40mpa机头熔体压力下，稳定可靠的挤出成型。所述的平行同向双螺杆挤出机(1)的出料口与所述的锥形逆向双螺杆挤出机(2)的进料口相衔接。本木塑复合材料挤出成型机以彻底排气、充分混炼和产生高压三项特有功能来满足木塑复合材料挤出成型的基本要求，能提高木塑复合材料或制品的质量，延长机器寿命。
文档编号B29C47/60GK2866108SQ200620007259
公开日2007年2月7日 申请日期2006年3月2日 优先权日2006年3月2日
发明者徐凌秀 申请人:徐凌秀