一种模外叠层制备木塑复合材料的装置及方法与流程

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种木塑复合材料的制备装置及方法。

背景技术：

木塑复合材料是一种新型绿色环保材料，又称环保木、生态木。广泛应用于户外地板、园林景观、室内装饰、吸音板、货运托盘等。

目前木塑复合制品多采用高速预混、造粒，然后挤出或者注射成型的生产工艺，但是存在塑化均匀性与界面相容性的两大难点。由于木塑复合材料的树脂基体主要采用高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂，塑化温度较高，为达到较好的均匀性，在混炼造粒和挤出成型过程中长时间受到高温和较强的剪切力作用，使木纤维发生部分分解甚至断裂，从而导致产品的力学性能降低，为了提高强度则需要增加塑料所占的比率，木纤维所占比重一般低于50％，从而导致材料成本的上升。此外，目前共挤出木塑复合材料，其成型过程需在两个模具中完成，先成型后包覆，导致芯层和表层界面结合强度较差，且成型过程需两个设备，对螺杆的加工精度要求较高，费用成本较高，设备结构复杂。

现有专利号为201110171691.8的中国专利《一种木塑复合材料的配方及其制备方法》公开了一种木塑复合材料配方，通过常温液态树脂与木粉经捏合机混合然后再成型，避免螺杆的高温高剪切混合，但是需要专门的基体树脂胶液，不适用于常用的聚乙烯、聚丙烯等材料。专利号为201310021367.7的中国专利《一种共挤制备高界面结合强度木塑复合材料的方法》公开了一种共挤出木塑复合材料的方法，在同一模具中开设两个流道并且实现汇流，使芯层和表层物料在熔融状态、相互压力作用下形成共挤出界面层，该方法虽然使树脂与木纤维材料在熔融状态下包覆，但是这两种不相容材料的界面相容性的实际效果仍然有待考究。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种分散均匀、界面相容性优良的模外叠层制备木塑复合材料的方法及设备。

为实现上述目的的技术方案是，一种模外叠层制备木塑复合材料的装置主要包括树脂塑化组件、共混模头组件、木粉气送组件、模外叠层组件、剪裁组件、输送组件、成型辊组件、推杆、斜排压片辊、控制系统等组成。树脂塑化组件与木粉气送组件分别与共混模头组件连接，共混模头组件之后依次为模外叠层组件、剪裁组件、输送组件、成型辊组件。其中，模外叠层组件由压延辊、两个左叠层牵引辊、两个右叠层牵引辊等组成；压延辊内设加热装置，使得压延辊表面速度和温度可以由控制系统实时在线调控；左叠层牵引辊和右叠层牵引辊分别位于由压延辊流出的木塑复合料片材的两侧，两个左叠层牵引辊(或右叠层牵引辊)依次交替处于牵引工作状态和等待牵引状态。推杆位于输送组件之上，推动片材进入斜排压片辊。斜排压片辊通过距离成阶梯的成对辊实现厚片材到薄片材的过渡。所有本发明涉及的辊均内设加热装置，如压延辊、叠层牵引辊、斜排压片辊等，为复合料提供热源，每个辊的温度大小由控制系统根据不同工位上的工艺要求设置。

共混模头组件由出气通路、出气杆、粉末挡板、离心圆盘、离心盘驱动组件、紧固组件等组成。其中，出气杆与出气通路紧固，连接方式有且不限于螺纹连接、过盈配合等方式；粉末挡板、离心圆盘、离心盘驱动组件、紧固组件依次套在出气杆上，除离心圆盘与出气杆为间隙配合外，其他零件均与出气杆紧固，连接方式有且不限于螺纹连接、过盈配合等方式。粉末挡板起到防止木粉、木质素、木纤维等材料进入离心圆盘与出气杆之间的空隙，影响离心圆盘的旋转。离心圆盘为空心圆盘，上面中间开口用来接纳木粉气送组件送来的木粉、木质素、木纤维等材料；圆周侧面开小孔，用于木粉、木质素、木纤维等材料从离心圆盘甩出到管材或膜材内侧。离心圆盘的作用是为木粉、木质素、木纤维等材料提供离心力，使其能够均匀贴到管材或膜材内侧。离心盘驱动组件用于给离心圆盘提供动力。紧固组件用于限位及固定，防止粉末挡板、离心圆盘、离心盘驱动组件等从出气杆上脱离。

采用本发明一种模外叠层制备木塑复合材料的装置的制备方法为：

第一步，通过树脂塑化组件对聚乙烯、聚丙烯等树脂进行塑化，然后通过共混模头组件的外侧环形流道挤出管材或者膜材；

第二步，通过木粉气送组件将木粉、木质素、木纤维等材料以气体输送的形式吹入共混模头组件内侧的气体通道，木粉等在气体的流动以及离心圆盘离心力的作用下进入管材或膜材的内部，并贴附在管材或膜材的内表面；

第三步，内表面贴附有木粉等材料的管材或膜材进入模外叠层组件，首先在压延辊的加温挤压作用下形成木塑复合料片材，然后在左叠层牵引辊和右叠层牵引辊的牵引作用下，叠层成具有一定宽度的叠层木塑复合片材；

第四步，一定厚度的叠层木塑复合片材被剪裁组件裁切，然后在输送组件的输送下进入下一个模外叠层组件，重复步骤三；

第五步，经过二次或多次模外叠层组件的叠层木塑复合片材由剪裁组件裁切后，经由输送组件输送到成型辊组件，成型最终的多层微纳叠层木塑复合片材，并由剪裁组件裁切成最终的多层微纳叠层木塑复合制品，也可进一步进入热压模具等成型组件中制备最终制品。

为实现上述技术方案的进一步方案为，选取能够发生反应的a料和b料，然后将a料与树脂在树脂塑化组件中进行共混，将木粉等材料与b料共混或者在b料溶液中浸泡，然后将共混过的树脂和处理过的木粉通过上述方法进行挤出，经过多次层叠后，使树脂与木粉在接触的同时，其内部的a料和b料发生化学反应，形成偶联的c料，对树脂与木粉进行粘合，以达到提高树脂与木粉的界面相容性的目的。

本发明的有益效果是：通过模外叠层方法及a/b料反应的方法，解决了木屑、木粉等与塑料树脂的界面结合问题，同时避免了木纤维的剪切断裂，并使得木纤维在树脂中分散均匀，实现高强度、低成本木塑复合制品的制备。

附图说明

图1为本发明一种模外叠层制备木塑复合材料的装置的生产线示意图；

图2为本发明一种模外叠层制备木塑复合材料的装置的模外叠层组件的示意图；

图3为本发明一种模外叠层制备木塑复合材料的装置的共混模头组件实施例。

图中，1.树脂塑化组件，2.共混模头组件，3.木粉气送组件，4.木粉、木质素、木纤维等材料，5.管材或者膜材，6.模外叠层组件，7.剪裁组件，8.输送组件，9.一定厚度的叠层木塑复合片材，10.经过二次或多次模外叠层组件的叠层木塑复合片材，11.成型辊组件，12.多层微纳叠层木塑复合制品，13.出气通路，14.出气杆，15.粉末挡板，16.离心圆盘，17.离心盘驱动组件，18.紧固组件。

其中，6-1.压延辊，6-2.木塑复合料片材，6-3.右叠层牵引辊，6-4.一定宽度的叠层木塑复合片材，6-5.左叠层牵引辊，11-1.推杆，11-2.斜排压片辊。

具体实施方式

本发明一种模外叠层制备木塑复合材料的装置，如图1所示，主要包括树脂塑化组件1、共混模头组件2、木粉气送组件3、模外叠层组件6、剪裁组件7、输送组件8、成型辊组件11、推杆11-1、斜排压片辊11-2、控制系统等组成。树脂塑化组件1与木粉气送组件3分别与共混模头组件2连接，共混模头组件2之后依次为模外叠层组件6、剪裁组件7、输送组件8、成型辊组件11。其中，模外叠层组件6由压延辊6-1、两个左叠层牵引辊6-5、两个右叠层牵引辊6-3等组成，如图2所示；压延辊6-1内设加热装置，使得压延辊6-1表面速度和温度可以由控制系统实时在线调控；左叠层牵引辊6-5和右叠层牵引辊6-3分别位于由压延辊6-1流出的木塑复合料片材6-2的两侧，两个左叠层牵引辊6-5(或右叠层牵引辊6-3)依次交替处于牵引工作状态和等待牵引状态。推杆11-1位于输送组件8之上，推动片材进入斜排压片辊11-2。斜排压片辊11-2通过距离成阶梯的成对辊实现厚片材到薄片材的过渡。所有本发明涉及的辊均内设加热装置，如压延辊6-1、右叠层牵引辊6-3、左叠层牵引辊6-5、斜排压片辊11-2等，为复合料提供热源，每个辊的温度大小由控制系统根据不同工位上的工艺要求设置。

共混模头组件2由出气通路13、出气杆14、粉末挡板15、离心圆盘16、离心盘驱动组件17、紧固组件18等组成，如图3所示。其中，出气杆14与出气通路13紧固，连接方式有且不限于螺纹连接、过盈配合等方式；粉末挡板15、离心圆盘16、离心盘驱动组件17、紧固组件18依次套在出气杆14上，除离心圆盘16与出气杆14为间隙配合外，其他零件均与出气杆14紧固，连接方式有且不限于螺纹连接、过盈配合等方式。粉末挡板15起到防止木粉、木质素、木纤维等材料4进入离心圆盘16与出气杆14之间的空隙，影响离心圆盘16的旋转。离心圆盘16为空心圆盘，上面中间开口用来接纳木粉气送组件3送来的木粉、木质素、木纤维等材料4；圆周侧面开小孔，用于木粉、木质素、木纤维等材料4从离心圆盘16甩出到管材或膜材5内侧。离心圆盘16的作用是为木粉、木质素、木纤维等材料4提供离心力，使其能够均匀贴到管材或膜材5内侧。离心盘驱动组件17用于给离心圆盘16提供动力。紧固组件18用于限位及固定，防止粉末挡板15、离心圆盘16、离心盘驱动组件17等从出气杆14上脱离。

为实现上述技术方案的方法为：

第一步，通过树脂塑化组件1对聚乙烯、聚丙烯等树脂进行塑化，然后通过共混模头组件2的外侧环形流道挤出管材或者膜材5；

第二步，通过木粉气送组件3将木粉、木质素、木纤维等材料4以气体输送的形式吹入共混模头组件2内侧的气体通道，木粉等在气体的流动以及离心圆盘16离心力的作用下进入管材或膜材5的内部，并贴附在管材或膜材5的内表面；

第三步，内表面贴附有木粉等材料的管材或膜材5进入模外叠层组件6，首先在压延辊6-1的加温挤压作用下形成木塑复合料片材6-2，然后在左叠层牵引辊6-5和右叠层牵引辊6-3的牵引作用下，叠层成具有一定宽度的叠层木塑复合片材6-4；

第四步，一定厚度的叠层木塑复合片材9被剪裁组件7裁切，然后在输送组件8的输送下进入下一个模外叠层组件6，重复步骤三；

第五步，经过二次或多次模外叠层组件的叠层木塑复合片材10由剪裁组件7裁切后，经由输送组件8输送到成型辊组件11，成型最终的多层微纳叠层木塑复合片材，并由剪裁组件7裁切成最终的多层微纳叠层木塑复合制品12，也可进一步进入热压模具等成型组件中制备最终制品。

为实现上述技术方案的进一步方案为，选取能够发生反应的a料和b料，然后将a料与树脂在树脂塑化组件1中进行共混，将木粉等材料与b料共混或者在b料溶液中浸泡，然后将共混过的树脂和木粉通过共混模头组件2进行挤出，使树脂与木粉在接触的同时，其内部的a料和b料发生化学反应，形成偶联的c料，对树脂与木粉进行粘合，以达到提高树脂与木粉的界面相容性的目的。

以上所述为本发明的具体设备及工艺情况，配合各图予以说明。但是本发明并不局限于以上所述的具体设备及工艺过程，任何基于上述所说的对于相关设备修改或替换，任何基于上述所说的对于相关工艺的局部调整，只要在本发明的精神领域范围内，均属于本发明。