挤出成型设备的优化方案

可用于木塑复合材料挤出成型的设备主要有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等。常规的单螺杆挤出机不适合于木塑复合材料的成型加工,这是因为单螺杆挤出机的物料输送能力和塑化能力较弱。单螺杆挤出机的输送作用主要是靠摩擦,由于木粉结构蓬松,不易喂料,而且木粉的填充使聚合物熔体黏度增大,增加了挤出难度,造成物料在料筒中停留时间较长,同时排气效果不佳,不能对含水率较高的植物纤维进行加工。所以,常规的单螺杆挤出机在木塑复合材料挤出中受到较大的限制。用于木塑复合材料成型加工的单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆,螺杆应具有较强的物料输送能力和混炼塑化能力,而且在挤出之前应对物料进行混炼制粒。

木塑复合材料的主要加工设备为双螺杆挤出机,图4.3为Cincinnati木塑挤出生产线,图4.4为美国Davis Standard双挤压设备。双螺杆挤出机依靠正位移原理输送物料,没有压力回流,加料容易;排气效果好,能够充分地排除木粉中的可挥发成分;螺杆互相啮合,强烈的剪切作用使物料的混合、塑化效果更好;木粉用量相对较低时,物料在双螺杆中停留时间短,不会出现木粉烧焦现象。由于双螺杆挤出机具有良好的加料、混合效果,可使用粉料生产木塑复合材料。双螺杆挤出机可分为同向平行双螺杆挤出机和异向锥型双螺杆挤出机。

图4.3 Cincinnati木塑挤出生产线(www.zuozong.com)

图4.4 美国Davis Standard双挤压设备

同向平行双螺杆挤出机往往由双阶挤出机组成,可将木粉干燥和树脂熔融分开进行。可以直接加工木粉或植物纤维,在完成木粉干燥后,再与熔融的树脂混合连续挤出,这种双阶挤出机也称为木材用挤出机。尽管这种双阶挤出机可以进行木粉的干燥,但对原料木粉的含水量有一定要求,一般为4%～8%。另一种类似的形式是将木粉加入挤出机主料口,挤出机前段为脱水、脱挥装置,然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂,挤出机螺杆相对较长,螺杆长径比可达44～48,其中2/3用于除水和脱挥。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。该挤出机一般为组合式螺杆,可调节螺杆长径比和构型,灵活设置脱气口。美国Davis Standard、Krupp W&P等著名塑料机械厂生产这种同向双螺杆挤出机。

与高速、高能耗配混型同向平行双螺杆挤出机相比,异向锥型双螺杆挤出机被称为低速、低能耗型材型设备,非组合式螺杆。与一般锥型双螺杆挤出机相比,为适应木粉、植物纤维比重小、填充量大的特点,用于生产木塑复合材料的异向锥型双螺杆挤出机的螺杆的加料区体积应比常规型号的大和长,对木纤维切断少,树脂少时仍能使木纤维均匀分散,与物料完全熔融,能适应的加工范围广。若木粉、植物纤维加入量大,熔融树脂刚性大,则要求用耐高背压齿轮箱,且螺杆推动力要强,应采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆,以确保木纤维停留时间短,防止其断裂和性能劣化。生产这种设备的主要为美国的Cincinatti Milacron公司,另外还有美国的Extrusion Tek Milacron公司,德国的SMC公司Cincinatti分公司。