木塑设备常见故障及维修保养
主要内容
一、木塑制品生产需要解决的问题
二、国内木塑设备的现状及对比分析
三、木塑设备的操作
四、木塑设备维修及保养
五、故障分析与处理
一、木塑制品生产需要解决的问题
要想做好木塑制品必须解决设备、模具和工艺配方如下问题:
1、工艺问题
1)、原料的来源
①、植物纤维来源要稳定
②、塑料的来源
③、助剂
2)、植物纤维的水份问题
①、专用的烘干设备,如:气流烘干机。
②、靠设备来实现。
3)、塑料和纤维的界面结合问题
主要是配方问题,使两种不同极性的物质够结合起来。现在的解决的办法很多。
3)、合适的工艺温度。在保证塑化的前提下,温度越低越好。
2、硬件(设备和模具)
1)、加料是个不容忽视的问题
①、要解决木粉架桥的问题,才能保证下料的连续性,才能做出好的产品。
②、木粉和塑料的下料均匀度问题(大部分设备厂家还没有解决。从而导致塑料添加量增加,来祢补加料不均的问题)。
2)、混炼、塑化、排气
必须采用混炼塑化好的设备,才能实现。如采用同向平行双螺杆设备;他的优点,混炼塑化好,排气效果好,是工程塑料的造粒设备,两步法,用他造粒,一步法,用他混炼塑化后进入其他设备直接挤出,效果更加明显。
3)、成型模具的设计与冷却定型技术。
机头是关系到挤出制品质量的重要部件,由于木塑复合材料的特殊性及木粉的高添加量使挤出物料流动性差且不易冷却,常规的模具和定型设备已无法满足产品的需要,这使得机头的设计除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量分配外,还要对机头的建压能力与温度控制精度进行重点考虑。基于木塑复合材料的流动性差,模具应尽量不采用阻流块等结构,而应通过改变流道尺寸来调整流道各截面流量;在模具强度足够的情况下,尽量减少支架筋的数量和尺寸;并采用较大的压缩比,以保证有较大的挤出压力,以利于成型。基于木塑复合材料的热敏感性,模具应采用较大的结构尺寸以增加热容量,使整个机头温度稳定性得以加强;而沿挤出方向尺寸取较小值,以缩短物料在机头中的停留时间;并合理布置机头的加热冷却装置,使得其加热冷却速度快,精度高。英国设计了易流动口模,不需要使用多孔板,还可以冷却空心型材的内表面,减少了熔体压力并增加了产量。
3)、纤维的流向问题
①要靠设备的结构来解决。
②木塑复合材料的在中纤维取向程度对制品性能有较大的影响,要合理设计流道结构,以获得合适的纤维取向来满足制品的性能要求。
3、操作
二、国内木塑设备的现状及对比分析
一)、国内木塑设备的现状
到目前为止,木塑设备所用设备单螺杆、锥型双螺杆和一步法设备。前者,制品的性能主要靠工艺配方来调整,调整面窄;制品质量受到一定的影响。后者,一步法设备是通过设备的结构性能来和工艺、配方来解决。
二)各种设备对比分析
国内木塑设备的开发始于1999年,到现在已有6-7年的时间了。经过国内设备厂家的不懈的努力,已逐步走向成熟,能够满足中低档产品的生产,要想达到国际先进水平还有很长的路要走。国内木塑设备分一步法和两步法;而国内大部分采用两步法,先烘干造粒,再挤出。南京赛旺公司经过几年的努力开发出木塑一步法专用(专利)设备。
1、单螺杆挤出机
单螺杆挤出机可以完成物料的输送和塑化任务。但是,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,不易对挤出机螺杆喂料,物料在料筒中停留时间较长,而木粉的填充使聚合物熔体粘度增大,增加了挤出难度;同时其排气效果不佳;还有其混炼塑化能力不强。所以,单螺杆挤出机在木塑复合材料挤出中受到较大的限制,所用单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆,螺杆应具有较强的料输送和混炼塑化能力,在挤出之前常常对物料进行混炼制粒。
存在问题:排气效果差;混炼效果差;挤出产品压力波动大;产量低。
2、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。其锥型螺杆的加料段直径较大,可对物料连续地进行压缩。可缩短物料在机筒内的停留时间,而计量段直径小,对熔融物料的剪切小,这对于加工热敏性木塑复合材料而言是一大优势。
锥型双螺杆必须是专门设计的。为适应热敏树脂加工要求,有许多新的特点和要求,要求螺杆能适应的加工范围宽,对木纤维切断少,树脂少时仍能使木纤维均匀分散和物料完全熔融。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的大和长。若木粉、植物纤维加入量大,熔融树脂刚性大,要求耐高背压齿轮箱,螺杆推动力强,采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆,确保木纤维停留时间短,防止其断裂和性能劣化。但由于其螺杆在结构上是整体式的,很难满足不同工艺配方的要求,而且混炼效果比平行双螺杆挤出机差,易磨损和断裂,而且需要造粒。
3、异向平行双螺杆挤出机
异向平行双螺杆挤出机可以直接加工木粉或植物纤维。所以,可以完成木粉干燥后再与熔融的树脂熔融分开进行。还可以采用另外一种平行双螺杆挤出机,其前段为脱水、脱挥装置,将木粉加入挤出机主料口,进行脱水、脱挥,然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂,进行塑化挤出。因此,挤出机相对长,螺杆长径比(L/D)可达44~48,其中2/3用于除水和脱挥。这种熔融的加工步骤使熔融温度较低,避免了熔料烧结的危险。同时也有利于保证下一步木屑混合的均匀性和控制木屑/塑料的比例。但是对木粉的含水量有一定要求,设备易磨损。国内很少采用。
4、木塑一步法专用(专利)设备
众所周知,同向平行双螺杆是工程塑料造粒设备,它具有混炼好、分散好、脱水、脱挥排起除湿好的优势,同时利用单螺杆建压功能。充分发挥了同向平行双螺杆和单螺杆的优势。这种专用设备,不用烘干、不用造粒、节能效果显著,添加量高。同时可添加玻纤,提高制品强度(国外也广泛采用)。
赛旺公司开发的木塑一步法专用(专利)设备,属国内首创,国际上也处领先地位。现已获得四项国家专利。
设备的优势:
高品质:具有多项国家专利;设计合理、制造精良、选材考究、经久耐用。
高效率:混炼塑化好,流动性好挤出速度高,效率高。
高添充量:混炼塑化好,分散好,添加量高(植物纤维添加量70%)。
低能耗:不用造粒,节能显著(与其设备比节能40%)
使用寿命长:机筒和螺纹元件用特殊材料制作使用寿命长(15000小时)。
适用面广:可用于生产PP、PE、PVC、ABS、PS和各种植物纤维。为了增加制品强度,可以加入玻纤。
设备工艺问题:
一)、原材料—如何提高塑料与木粉之间界面的相容性;
我公司经过长时间的研究实验,总结出不同植物纤维界面的处理方法,如:木粉;竹粉;稻糠;花生壳;甘蔗渣;棉花杆;玉米杆;稻杆;麦杆;以及奶盒等处理方法,收到了很好的效果.可根据客户提出要求提供工艺配方.
二)、加料、脱挥、塑化、分散
1、加料问题:我公司采用计量精确喂料机两台,进行分别喂料,确保喂了准确.防止因为比重不同,而加料不均的问题。
2、进行有效脱挥(即去除水份)、提高木粉在体系中共混分散:我公司采用同向平行双螺杆,设置多个排气口进行脱挥去除水份;利用同向平行双螺杆挤出机混炼、塑化、分散好的特点,重新设计机筒和螺纹元件来生产木塑。利用平行双螺杆积木式原理,再加工不同塑料和植物纤维时改变螺纹元件组合,即可实现,应用范围广。
3、设定合适的挤出温度及建立足够的成型压力保证产品的性能:
为了解决压力问题,我们采用了单螺杆,来祢补平行双螺压力建不起来的不足。
在工艺控制方面我们利用PLC控制,使主机和牵引机采用闭环控制,避免了主机速度和牵引速度不匹配问题。温度采用智能式温控表或PLC控制。
三)、成型模具的设计与冷却定型技术:
模具是目前木塑挤出速度和制品质量的瓶径,几年来我们在模具设计制造积累了丰富的经验,如 ;空心产品;实心产品的流道怎么设计,压缩比多大;宽板模具如何设计等等。现在我公司设备挤出制品的速度是比较高的。冷却定型可根据不同的型材,选用不同的冷却方式。
5、造粒设备:
①同向平行双螺杆造粒设备。
同向平行双螺杆设备的优势
两台计量喂料机,让木粉和塑料分别喂料,确保喂料准确。使木粉和塑料充分混合,分散、包袱、连接好,从而保证制品的质量。避免了由于塑料和木粉比重相差大,在加料过程中产生分层的现象,而影响产品质量。
① 采用特殊设计的螺纹元件,使木粉和塑料输送和混炼塑化效果好。
② 采用特殊制作的排气孔,去掉木粉中残留的水份,确保产品的质量。
③ 大长径比(40:1),使机筒加热温度低,防止木粉碳化;使水份排除更充分;混炼效果更好。
④ 特殊的机头设计,保证切粒均匀,可靠。
⑤ 螺纹元件特殊材料制作,使用寿命长。
锥型双螺杆
②锥型双螺杆
混炼塑化,效果差,排气效果差,设备易磨损。
三、木塑设备的操作
一)、挤出机操作及维修保养注意事项
木塑设备操作规程
(1)、严格按照设备使用说明书进行操作。
(2)、严禁在挤出机的机筒排气口处用金属捧捅料,以免损坏机筒与螺杆,正确的方法是使用塑料管或塑木型材;
(3)、挤出机开机前需要预先分步加温,加温到设定温度后保温一小时方可开机。有的加料螺有加热装置的,加料螺杆在开机同时开始加温,在停机时,应先把加料螺杆降温,以免物料粘连。
(一)、开机前的准备工作
主机:
1)、检查上料器、料斗、机筒内有无异物,如有异物必须清理干净。
2)、检查螺杆冷却器和机筒冷却器的冷却油(甲基硅油)量,必须达到标准要求。如果机筒冷却是由冷却风机,则需要检查其是否完好。
辅机:
1)、检查冷却水箱水位达到标准要求。
2)、检查切割机罩内,不准有影响锯片旋转的物体存在。
3)、检查气路中了各油雾器油位,以及滤清器排水。
模具的安装:
1)、分流板放于主机出口(此项按实际需要确定用否,不装分流板时安装垫圈),模具对准,找正水平(用水平尺)拧紧螺栓(注意螺栓拧紧度必须一致,模具法兰和主机法兰间隙均等)。
2)、按顺序将加热片与热电偶对应固定在模具上,加热片必须与模具紧密贴合,热电偶要与模具靠实。
定型套和冷却水槽的安装:
1)、将定型模固定在定型台上,并与模具对中找正。
2)、分别将真空接口、冷却水接口逐一与定型台上的真空接口、冷却水接口对应联接(以操作方便为序)。
3)、将冷却水槽放置在定型台上,并与定型套对中找正。
上述工作完毕后,闭合总电源,打开进水阀门及压缩空气阀门,进行分部检验。分部检验前,请详细阅读“用户使用手册”,按手册中操作程序,逐一对下列部位进行检验;
冷却油泵:有正压显示,一段时间后查看操作界面该部分温度是否变化(升温?)。
检查:
A、主机真空泵:真空表要有负压显示。
B、主机机筒及模具电加热圈:是否完好、升温正常。
C、定型台真空泵、循环水泵:压力表均有无负压、正压显示。
D、牵引机:(1)履带开合正常;(2)输入压力是否达到0.45-0.5Mpa,上下履带压差应为0.25Mpa;(3)调节速度选择:手动(电位器调控)、自动均能正常调控。
E、切割机:手动及自动(电脑屏幕调控)切割正常。
(二)、开机程序:
1、设定上料器的上料时间,间歇时间(以挤出实际工艺需要设定)。
2、设定机筒、模具、螺杆温度(同上)。
3、设定保温时间(3600s,以挤出实际工艺、以及设备的安全需要设定);
当主机机筒、模具、螺杆温度达到设定温度时,保温时间开始倒计时;在倒计时程序进行过程中,主机处于不能启动的保护状态。故此,为节约电能,螺杆的升温时间不必与主机机筒同时开始。时间掌握在保证最少加温时间达到开机要求为准。
4、当倒计时结束;
1)混合好的原料由上料器加入到料斗中,开启计量加料器,调整转速——从低转速开始调整;
2)开启主机螺杆,调整转速——从低转速开始调整,并且≯2rpm,此时为无料空车启动;如果机筒中存有物料时,必须从零转速启动,同时熔体压力必须在2Mpa以下;
计量加料器的转速与主机螺杆的转速配合原则:
①从视窗观察,主机螺杆上面基本不存料;
②依据主机转矩(≯7.5N.M、熔体压力≯25Mpa、以及真空排气口没有粉状物料(允许量极少)从其被排出;
③型材塑化成型的实际状况。
3)当从主机排气口观察到物料至时,即可开启真空排气装置,并同时可以调整加料器的加料量,使主机螺杆内部迅速形成“料塞”,以达到较高的真空度。并适时进行切换清理。
4)当物料从模具中挤出后,观察物料的塑化、成型状况,如正常即可同步加速(加料器与主机螺杆);此时应注意熔体压力和主机转矩的显示数值,此二项指数是有警戒限制的,在其中某一项超出限制值或长时间在临界限制值处运转,都会对设备造成损害。超过设定值报警。
5)型材的牵引:
以型材慢速挤出的工况下,使型材通过定型套、冷却水槽至牵引机;此时应根据型材的推进速度,调整牵引机履带的速度,当二者基本达到同步时,闭合履带夹持型材。
注意:此时不能开启真空,只能以水冷却定型;当型材被牵引机履带夹持住后,才可开启真空,实施完整的定型冷却操作。无论挤出速度高低如何,牵引机速度的调整始终应与制品的挤出定型状态相匹配(在正常生产时,也可以开启牵引、熔压闭环系统保持自动控制状态)。
6)如需在型材表面进行压花和打字时,应开启远红外加热装置,调整好压花辊的高度、打字装置的距离,然后开启风环冷却压花后的型材表面。
7)型材的自动切割:
通过形成开关或电脑屏幕设定型材的切割长度尺寸和推料长度尺寸。当型材到达设定值时,切割锯自动进行切割,翻转架自动推料到料架上。
(三)、停机程序:
1、首先关闭上料器;并将加料器转速调低后,关闭加料器。
2、当观察到物料从模具中挤出量明显变少时,关闭机筒及模具的加热装置,关闭螺杆的冷却装置、真空排气装置,并将螺杆转速调零后关闭主机。
3、关闭定型台冷却和真空系统。
4、将定型台后移,留出拆卸模具的空间(如果需要拆卸模具的情况下)。
5、当型材完全通过牵引机后,关闭压花系统、打字系统、牵引机、切割系统。
6、如不需更换模具,保持现状即可。若需更换模具,应在模具温度降低不多时迅速拆卸,清理出连接环及主机接口处的物料。注意:清理主机接口处时不能伤及压力传感器触头!!
7、用压缩空气将定型台、牵引、切割设备上的水迹及物料残渣清理干净。
8、关闭生产线总电源、水源、压缩空气气源。
(四)、注意事项:
1、模具加热部分的高温易造成烫伤,操作时必须带防护手套。
2、牵引机履带正常运转时,不得随意打开防护栏;严禁在牵引机运转时进行维修、保养、防止意外夹伤。
3、切割锯生产运转时严禁打开观看、维修,维修保养时,必须切断电源和气源。
4、严禁使用铁器进入挤出机机筒内部捅、撬。尤其是螺筒前部合流芯的压力传感器部位。
5、拆卸模具和定型套,在接触到其内表面和装配面时,必须使铜制工具,严禁使用铁制器具!以防止流道、成型面及配合面被划伤。
6、拆卸下的加热圈、螺栓等严禁放在定型台水槽内,必须放于表面干燥的工作台上;螺栓再次使用时丝扣必须刷涂硅油。
四、木塑设备维修及保养
维护保养内容:
由操作工每天进行的例行保养,主要内容有:清洁、润滑、检查零部件完整状况和紧固已松动的零件。
1)、一级保养主要内容有:
根据设备使用情况,对部分零部件进行拆卸和清洗;对设备某些配合间隙进行适当的调整;清洗表面油污、检查调整润滑油路,保证畅通不泄漏;清扫电器箱、电动机、电气装置,做到固定整齐,安全防护装置牢靠;清洗附件和冷却装置。一级保养须在专职检修工人执导下,由操作工人承担。
2)、二级保养主要内容有:
根据设备使用情况,对设备进行部分解体检查和清洗;对各种箱体清洗换油,油质油量要符合要求,保证正常润滑;修复、更换易损件;检修电器箱、电动机、线路;检查、调整、修复精度,校正水平。二级保养由专职检修工人承担,操作工人协助。
一)挤出机的维修及保养:
(1)、随时检查挤出机内部恒温加热箱油箱和冷却箱的油位及油质状况,如发现油位降低和油质污浊要马上补充到位或更换。
(2)、只有在挤出机的机头合流芯内塑料呈融熔状态时,才允许拆卸压力传感器,清理合流芯内的塑料时不许可用硬质工具,否则将会损坏压力传感器的界面。
(3)、挤出机必须随时检查电脑操作屏或有关指示仪表的数据,特别是主机扭矩显示和合流芯融熔体压力显示,若超出挤出机规定的显示界限需立刻停机检查,并采取措施及时解决。正常操作中压力应低于20Mpa,以15Mpa左右较适中,转矩亦在45Nm~60Nm中。
(4)、经常检查挤出机各减速箱的润滑油液面高度和螺杆恒温油箱的液面高度,及时加入相应牌号的润滑油和导热油。使用半年后,应检查各类油的品质并及时更换。
(5)、挤出机加入料斗内的原料中不允许有金属杂物混入,以保证机筒螺杆不受损坏。在料斗内设有磁力架,经常检查和清除吸附在磁力架上的金属杂物。
(6)、挤出机在运转过程中如发现不正常声响,应立即停车检查,排除故障后再启动。
(7)、挤出机要经常保持清洁和良好润滑状态。随时做好电柜、操作台的揩拭和润滑工作。机器各工作部位应经常除尘、除污、除杂质。
二)、粉末加料机维修与保养及注意事项:
1、维修与保养:
(1)、每周应检查一次上料弹簧与电动机联接是否可靠,以防止上料弹簧松脱或紧固件落入加料斗中而损坏主机,并随时检查弹簧上是否有杂物缠绕。
(2)、随时检查上料机弹簧与外罩尼龙管之间的工作情况,如尼龙管严重磨损应更换。
2、注意事项:
(1)、上料弹簧与电机连接套固定的螺钉,电机连接套与电机轴固定的螺钉不得拆卸。
(2)、该机绝对不允许反转,否则会损坏机器。
三)、挤出机螺杆芯部调温装置的保养及注意事项:
1、挤出机的的螺杆芯部调温装置的保养:
螺杆芯部调温装置应及时检查管接头有无松动,漏油、漏水现象,如发现油位降低即补起;在硬水地区,建议定期在冷却水中加入软化水溶剂,以防止冷却系统管壁产生水垢影响冷却水能力。
2、使用注意事项:
(1)、螺杆导热油使用前必须先过滤干净,为了保证恒温系统正常,螺杆工作2000小时后,必须检查导热油的油质并清洗滤油器,使油路畅通;
(2)、螺杆导热油充满加热筒后,对其检查后再加热升温:
a、查看加热筒上方排气管是否有油益处;
b、查看压力表指针是否稳定(系统最高压力由高温安全阀限定,出厂前已调定,用户不得随意调整);
(3)、要经常检查导热油箱的油位高度,当发现油泵不能启动或油位低于1/5油箱高度时应加油到1/2位置;
(4)、导热油使用到报废指标后不能继续使用,否则会引发成火灾危险事故,必须高度重视。供参考的导热油报废指标如下:
a、残炭超过1.5%
b、酸值超过0.5mgKOH/g
c、闪点低于
注意:以上三项报废指标只要有一项达到则应报废。
四)、挤出机的故障及维修
1、本机可发生的故障其原因及消除办法如下:
挤出机故障现象 |
产生原因 |
消除办法 |
加热部位
过热和过冷 |
一、油路系统
1、油路(水路)管道及工作腔通道过于狭窄或工作腔通道为长盘蛇形阻力大。
2、油路(水路)管道及工作腔通道阻塞,内有杂物沉积或其它污垢阻塞。
3、电磁阀失灵。
二、风冷系统
1、检查加热控制线路及电机是否正常工作。
2、检查热电偶是否正常工作。 |
一、油路系统
1、清理疏通油路(水路)管道。
(用一般短软管套接输出口和回程口,检查机内管道阻塞,然后加强疏通)
2、更换电磁阀。
二、风冷系统
更换电器配件,使之正常工作。 |
不加热 |
加热元件损坏 |
更换加热元件 |
不冷却 |
1、供水箱缺水
2、电磁阀失灵
3、排水管有较大反压 |
1、设法增加供水压力
2、拆修或更换电磁阀
3、疏排除排水水管反压力 |
输出压力为零 |
吸油管路阻塞 |
检查负荷及管路 |
2、对油泵油封漏油的维修方法:
油泵的油封为易损件,当长时间运行或油路阻塞,都有可能引起油封漏油。油泵运行六个月后,必须更换油封。对油封的拆装方法如下:
A、油泵前段油封拆除
1)、拆下油泵传动轴端和电机支架连接处的固定螺钉。
2)、取下油泵及油泵前盖,更换油封。
3)、更换油封时,注意把油封孔内的杂物擦干净并涂润滑油,然后用专用工具把油封压入。(注意不能用硬物乱撬一面损坏油封)
4)、按以上相反顺序依此装前盖,用螺钉固定即可。
B、油泵后盖拆装
1)、拆去后盖与泵体的联接螺钉并取下后盖。
2)、取下O形密封圈,看是否变形,如变形则需要换同型号的高温O形密封圈。
3)、按以上相反顺序安装好,要求后盖与泵体联接的二个平面清洗干净。
五)、真空排风系统
(一)、系统的保养:
1、系统运行一段时间后,如发现抽气速率下降,真空泵声音加重,表明需对真空罐中的过滤器进行清洗或更换滤网,可在挤出机工作时,置操作转阀于维修位置,快速卸下真空罐上的透明片和过滤器,进行短时间清洗或更换完毕后复原,置转阀于工作位置即可,若挤出机停车时间充足,则可彻底清晰真空罐及吸气管路。
2、若挤出机长时间停车,须将真空泵内的积水通过放水口排尽,特别在冰冻季节更应注意,严防冻裂真空泵。
3、若工作用水硬度较高,则至少每半年把真空泵打开一次,除去里面水垢。
(二)、系统故障及排除:
1、真空泵吸力不够:
a、检查真空泵吸气管道的密封性;
b、检查真空泵的脏污情况;
c、检查真空罐中的过滤器是否堵塞。
2、真空泵有较大噪音:
a、检查真空度是否过高,可调节真空罐下方的排气排污阀,降低真空度排除故障;
b、检查供水量是否过大,可调整供水量加以消除;
c、检查过滤器是否堵塞,如堵塞则清洗更换。
3、真空泵,真空罐漏气
更换密封垫或密封阀
六)、辅机、定型台、喷淋箱的使用注意事项
1、牵引机工作中应避免型材撞上切割锯,经常清理切割锯下的切屑物。
2、定型台应经常保持干净无杂物,以保证水流回流平稳,定期清理水泵、气水分离器的通水过滤网,以保证正常运转。
3、喷淋水箱内应保持干净无杂物,需经常清理水泵滤网。
型材生产中不正常现象、原因及解决方法
不正常现象 |
原因 |
解决方法 |
1、型材停滞 |
A、熔体压力过高
B、牵引系统故障 |
A、停机、降压、低转速再开机
B、检修牵引系统 |
2、型材断裂 |
A、熔体压力过高
B、牵引速度过快
C、加料量过少
D、加料系统故障 |
A、停机降压,再开机
B、降低牵引速度,与型材挤出速度相匹配
C、提高加料量
D、检修加料系统 |
3、熔体压力过高转矩过高 |
A、温度低,物料未塑化
B、加料量过大
C、螺杆转速过高
D、牵引速度过快 |
A、提高温度、加强塑化
B、减少加料量
C、降低螺杆转速
D、降低牵引速度 |
4、型材表面有气泡 |
A、原料中有水份或易挥发物质
B、排气真空系统故障 |
A、干燥原料
B、检修真空系统 |
5、型材表面在挤出方向产生连续划痕 |
A、模腔内有划伤
B、模腔内有杂物 |
A、研磨模腔
B、清理模腔 |
6、型材表面光泽不足 |
A、加料量不够
B、机头温度不够
C、物料中杂质过多
D、机头压力不够 |
A、提高加料量
B、提高机头温度
C、清除物料中的杂质
D、保持机头压力足够 |
7、型材弯曲 |
A、冷却定型温度不适
B、机头和定型模和牵引机水槽不在中心水平线上
C、型材码放不合理 |
A、调整冷却水量
B、调整中心水平线
C、重新合理码放 |
五、故障分析与处理
1、总则
当进行故障分析时,首先了解设备各部分的工作原理及结构。一旦掌握其工作原理及结构,便会对问题的发生从根本上有所认识,然后逐步查出问题发生的根源。必须认真阅读产品使用说明书。
2、常见故障原因及处理方法
1)主电机电流过大,发出有节奏的磨擦声
(1)单螺杆与筒臂有局部磨擦,拆开螺杆检查与减速箱连接处是否有污物。
(3)发出有节奏的磨擦声有时是单机螺杆无料造成,此时应提高喂料转速以增加喂料。
(4)电机电流反馈小,产生爬行,应重新调整反馈量。
(5)螺杆电机电流过大,
2) 主电机无法启动
(1)单螺杆主电机无法启动是某段机筒的温度未达到设定值,应继续升温;
(2)电源故障,检查电源并排除故障。
3) 主电机空转,螺杆不转
安全销折断,应立即停机更换安全销。
4) 机筒加热达不到设定温度
原因及排除方法:
a加热器损坏,应更换加热器;
b电源接触不良,或本段电源保险损坏,应更换保险,重接电源线;
c当温度降低到设定值以下时,温控仪不打开,应更换温控仪;
d热电偶损坏,更换热电偶;
e热电偶或加热器区位接错,应调整引线,打开加热开关;
f热电偶未安装至套管底部,应重新放置热电偶;
g控制冷却的电磁阀卡在开的位置或电磁阀未通电启动,应修理或更换电磁阀。
5)加热区温度超过设定值
(1)加热区温度超过设定值时,温控仪不关闭,应更换温控仪;
(2)热电偶损坏,更换热电偶;
(3)热电偶或加热器在该区接错了,应相应引线并打开加热开关;
(4)机筒冷却装置的安全阀卡在开的位置,应修理或更换安全阀;
(5)控制该区冷却的电磁阀卡在关的位置或电磁阀未启动,应修理或更换电磁阀或检修电路;
(6) 机筒冷却装置的油泵或电机损坏,应维修或更换油泵或电机;
(7) 流经机筒冷却装置中冷却器的水量不足,即冷却器堵塞或水压太低,应检修或更换该冷却器,设法增大水压,使其满足使用要求;
6)真空度太低
(1)管路系统漏气,应查出漏气位置,然后予以更换;
(2)机筒视窗处或真空罐等处密封圈失效或损坏,应更换;
(3)真空泵供水不足。
7)排气口冒料、连接体冒料
(1)排气口冒料
a、加料量过大,降低喂料螺杆转速;
b、螺杆过度磨损,应适当调整或更换螺杆;
(2)单机连接体冒料
a螺杆温度过高,螺杆芯部冷却水不通;
b加料口温度过高,冷却水不通;
8) 设备严重振动
(1)电机轴与减速箱联接处同轴度误差太大,应重新调整;
(2)电机轴承过度磨损或损坏,应进行更换轴承;
(3)减速箱轴承失效,应更换轴承;
(4)地面没找平,机架固定不捞;
(5)机筒支撑松动,不起支撑作用。
9) 挤出机无法重新启动
(1)急停按钮未复位,应复位;
(2)总电源开关未接通,应将电源拔至开的位置;
(3)主电路熔断器芯烧坏或未装,应更换或装上;
(4)主电路热继电器跳闸,应重置保护体系,接通热继电器。
热电偶常见故障及处理方法如下表所
故障 |
原因 |
排除方法 |
热电偶
比实际值
要小(仪
表本身
无故障,但
示值偏低) |
1.热电偶内部电极漏电
2.内部接线盒内接线短路
3.补偿导线短路
4.热电偶电极变质
5.安装位置不当
6.热电偶与分度仪表不一致 |
1.查出漏电原因并排除
2.消除短路故障
3.将短路处重新绝缘或更换
4.更换
5.重新安装好
6.更换分度号一致的热电偶 |
热电偶
比实值
更大 |
1.热电偶与分度表不一致
2.补偿导线和热电势不一致
3.热电偶安装位置不对 |
1.更换
2.更换
3.选取正确的安装位置 |
仪表显示
值不稳定
(仪表本身无故障) |
1.接线盒内电极和补偿导线接触不良
2.电极和补偿导线断续地短路或断路
3.安装不稳固
4.受到电磁干扰 |
1.重新接好并紧固
2.找出故障部位并排除
3.安装牢固
4.避开干扰或加装保护装置 |
常见故障及排除方法:
故障现象 |
原 因 |
排 除 方 法 |
整机不工作 |
电源不正常 |
查供电电源 |
熔断器断开 |
查电机回路,更换熔芯 |
|
接触器不良 |
更换 |
|
水环泵不工作 |
热继电器动作 |
检查电机负荷状况 |
接触器不良 |
更换 |
|
熔断器断开 |
查电机回路,更换熔芯 |
|
切割机不工作 |
计数器失控 |
查计数信号输出与否 |
延时继电器不良 |
更换 |
|
接触器不良 |
更换 |
|
牵引机不工作 |
调速器不良 |
更换 |
接触器不良 |
更换 |
|
气路系统故障 |
电磁气阀坏 |
更换 |
|
继电器不良 |
更换 |
行程开关失控 |
调整或更换 |
木塑一步法专用(专利)设备介绍
——
南京赛旺科技发展有限公司
木塑复合材料兼有木材和塑料的双重特性。它有着天然木材的外观,可锯、可钉、可粘结、可上漆。同时,它防虫,防腐,吸水性小,不易变形,不开裂、机械性能好,具有坚硬、强韧、持久、耐磨、尺寸稳定等优点。一般来说,木塑复合材料的硬度较未处理的木材高2~8倍,耐磨性高4~5倍,甚至比大理石还高。而各种添加剂的应用,又赋予它许多特殊的性能,比如向木塑复合材料的原料中加入发泡剂进行发泡挤出,可以降低产品密度,提高其韧性和抗冲击性能;在制品中加入玻纤,可使制品的强度明显提高。此外,它还是一种环保材料,可回收重复使用,符合国家循环经济政策。且原料廉价丰富,它在减少环境污染、保护森林资源、促进经济发展方面都有良好的效益,因而它受到了众多研究者关注。20世纪90年代以来,北美、欧洲的许多国家对木塑复合材料已进行了大量的研究,近年来国内对它的研究也日益增多。同时它的生产和应用也得到了迅速增加,北美和欧洲2002年消费的木塑复合材料达到68万t;2005年美国木塑制品一达到25亿美元的产值。并预计到2010年前将以14%和19%的速度增长,远远高于同期塑料工业的总体增长率。
1、木塑复合材料的发展趋势与成型方法
根据木塑复合材料的研究与应用的进一步发展,可以预计其加工技术主要有如下发展趋势:(1)原料多样化;(2)木粉填充量超高化;(3)设备工艺专业化;(4)产品高档化。
目前其工业化生产中所采用的主要成型方法有:挤出成型、注射成型和热压成型。由于挤出成型加工周期短、效率高、成型工艺简单,它在工业化生产中与其它加工方法相比有着更广泛的应用。
木塑复合材料的挤出成型可分为一步法和多步法。一步法是木塑复合材料的配混、脱挥及制品挤出在一个设备或一组设备内连续完成。多步法是木塑复合材料的配混、脱挥和制品挤出在不同设备中完成,可以先将原料配混制成中间木塑粒料,然后再挤出加工成制品。
2 需解决的关键问题
木塑复合材料加工的关键技术是保证木粉在高填充量的前提下如何确保材料有高的流动性和渗透性,从而能促使塑料熔体能充分地粘接木粉,达到共同复合的力学性能及其他方面的使用性能,最终用较低的生产成本生产出具有较高的使用性能的制品。因此在挤出成型过程中需解决以下三个方面的问题:
(1)原材料—如何提高塑料与木粉之间界面的相容性;
(2)制品的成型设备及成型工艺—如何保持稳定加料、进行有效脱挥、提高木粉在体系中共混分散、设定合适的挤出温度及建立足够的成型压力保证产品的性能;
(3)成型模具的设计与冷却定型技术。
一、国际木塑复合材料加工机械最新进展
国外木塑设备开发比较早,在这方面积累了大量的经验,特别是木塑专用设备开发方面取得突破性进展。下面就国外几个国际著名塑机厂家木塑设备开发情况的报道摘录如下:
木塑复合材料包括直接挤出木纤维和玻璃纤维两种填充材料的木塑复合材料型材。一般复合材料中,木纤维作为增量剂。玻璃纤维为增强剂,至今还未见加木纤维不加玻璃纤维的木塑复合材料报道。2002年德国莱斯公司(leistritz)第一次向一个尚未公开单位名的加工厂提供了第一套能填充木纤维和玻璃纤维两种材料的挤出成型系统。几个同向双螺杆挤出机生产厂家讨论了既加木纤维又加长玻璃纤维的挤出系统的试验及其结果。Coperion公司(前德国 W&P)正在试验一种新的组合方法。如拉挤长竹纤维塑木复合材料和拉挤高填充玻纤配混料。
Coperion公司在美国推出的木塑配混料制备过程为:未干燥木纤维进入Megavolume型同向双螺杆挤出机的加料口后经挤出机前4至6个加热机筒除水后,从挤出机侧部加入塑料树脂、着色剂和添加剂,木纤维和这些材料混合后进入串联的单螺杆熔体泵。Coperion公司目前正用这种技术开发其他天然纤维填充配混料,如纤维素纤维和稻杆。也是在双螺杆挤出机前部干燥天然纤维后再加入塑料粒料。Coperion公司在德国采用了相反的加料次序,先加塑料,Megavolume型双螺杆挤出机熔融塑料,在机头前加入木纤维(l至5微米)。因为美国生产木塑复合材料时,把木纤维作为填料而不是增强剂,故不考虑木纤维在挤出过程中会发生断裂。而在德国,长木纤维作用为提高冲击强度,所以加入位置为接近机头的塑料熔体at,防止木纤维断裂,加入量为40%至 60%,取决于要求的性能。
Extrusion Milacron公司认为同向双螺杆挤出机不是配混塑料和木纤维的惟一设备,该公司首创了异向锥型和平行双螺杆挤出机直接挤出/配混木纤维填充型材。Milarcon公司的纤维素纤维填充复合材料的挤出工艺Tim-berEX中,采用其V—MEDS—L(垂直加料式物料输送系统)装置连续预混各种原料,靠预混热排除残存水分,然后加入锥型或平行双螺杆挤出机。 Milacron公司已有一年半预共混切断玻纤和木纤维的经验。据此,在锥型双螺杆挤出机机筒上又增设第二个排气口,改进脱水效果,提高产量。 Milacron公司也能为用户改造现有设备,增设排气口。
Entek挤出机公司正在开发填充长玻纤和木纤维、直接挤出高强塑料板设备。该公司工艺为首先熔融塑料,然后加入木纤维,玻璃纤维在靠近机头处加入。目前正在试验玻纤合量0.5% 到10%、木纤维30%至 7O%的塑木材料制品。Eniek公司用一年半时间重新设计适用于这种用途的同向双螺杆挤出机,根据设备大小不同,价格最多可便宜15%。
美国法雷尔公司(Farrel)用其双转子连续混合器CP进行大量开发研究工作,使其适用于塑木复合材料配混。重量法计量加入20%未干燥木粉和树脂,再加入添加剂,熔融和配混后进入位于下部的同向双螺杆挤出机,然后加入切断的玻纤,应用目标为直接挤出法生产长而薄的高强型材。
在k2004上,日本cte公司展出了塑木复合材料(wpc)配混用htm型同向平行双螺杆连续捏合挤出机,提出了配混wpc的新理念,即制备wpc时不需预干燥木粉,也不需预干燥塑料,如pp、pvc、hdpe和ps。另外,配混木粉含量可高达70%~75%。
cte公司方面介绍,该同向平行挤出机同时适用于制备汽车工业用高填充配混料和无卤阻燃配混料,如氢氧化镁含量为50%~70%的电线电缆用阻燃级pe或阻燃级pp树脂。
cte公司指出,htm型同向平行双螺杆连续捏合挤出机特点是能耗低,真空脱气区后串联着双螺杆捏合机和异向双螺杆挤出机,物料熔融温度比一般双螺杆机加工时低10~
同时,htm型同向平行双螺杆机具有banbury捏合机的捏合功效,又具有双螺杆挤出机配混灵活的优点。
二、几种设备性能的比较
国内木塑设备的开发始于1999年,到现在已有6-7年的时间了。除了南京赛旺开发出木塑专用设备,其他厂家还是在塑料设备上进行进行配方改进而生产木塑。在这种情况下只能靠工艺配方调整来实现木塑的生产加工,调整范围窄,难度大,从而影响产品性能。大部分采用两步法,先烘干造粒,再挤出。还没有总结出一套完整的工艺方案,来指导生产。存在问题:螺杆机筒磨损严重,易折断;水分无法排除,混炼塑化差,制品性能差。
而我公司自行研制的,具有自主知识产权的,木塑一步法专用(专利)设备,克服了其他设备的缺点和不足,是真正意义上的木塑专用设备。
1、单螺杆挤出机
单螺杆挤出机可以完成物料的输送和塑化任务。但是,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,不易对挤出机螺杆喂料,物料在料筒中停留时间较长,而木粉的填充使聚合物熔体粘度增大,增加了挤出难度;同时其排气效果不佳;还有其混炼塑化能力不强。所以,单螺杆挤出机在木塑复合材料挤出中受到较大的限制,所用单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆,螺杆应具有较强的料输送和混炼塑化能力,在挤出之前常常对物料进行混炼制粒。
2、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。其锥型螺杆的加料段直径较大,可对物料连续地进行压缩。可缩短物料在机筒内的停留时间,而计量段直径小,对熔融物料的剪切小,这对于加工热敏性木塑复合材料而言是一大优势。
与一般锥型双螺杆机比,为适应热敏树脂加工要求,有许多新的特点和要求,要求螺杆能适应的加工范围宽,对木纤维切断少,树脂少时仍能使木纤维均匀分散和物料完全熔融。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的大和长。若木粉、植物纤维加入量大,熔融树脂刚性大,要求耐高背压齿轮箱,螺杆推动力强,采用压缩和熔融快、计量段短的螺杆,确保木纤维停留时间短,防止其断裂和性能劣化。但由于其螺杆在结构上是整体式的,很难满足不同工艺配方的要求,而且混炼效果比平行双螺杆挤出机差,易磨损和断裂,而且需要造粒。
3、异向平行双螺杆挤出机
异向平行双螺杆挤出机可以直接加工木粉或植物纤维。所以,可以完成木粉干燥后再与熔融的树脂熔融分开进行。还可以采用另外一种平行双螺杆挤出机,其前段为脱水、脱挥装置,将木粉加入挤出机主料口,进行脱水、脱挥,然后通过侧加料器加入塑料树脂、添加剂,进行塑化挤出。因此,挤出机相对长,螺杆长径比(L/D)可达44~48,其中2/3用于除水和脱挥。这种熔融的加工步骤使熔融温度较低,避免了熔料烧结的危险。同时也有利于保证下一步木屑混合的均匀性和控制木屑/塑料的比例。但是对木粉的含水量有一定要求,设备易磨损。Dawia-Standard公司出产的异向双螺杆挤出机的L/D为28:1,具有很高的机头建压能力,兼备了木屑处理和塑料挤出的功能。
4、木塑一步法专用(专利)设备
众所周知,同向平行双螺杆是工程塑料造粒设备,它具有混炼好、分散好、脱水、脱挥排起除湿好的优势,同时利用单螺杆建压功能。充分发挥了同向平行双螺杆和单螺杆的优势。这种专用设备,不用烘干、不用造粒、节能效果显著,添加量高。同时可添加玻纤,提高制品强度(如前面介绍,国外也广泛采用)。
我公司开发的木塑一步法专用(专利)设备,属国内首创,国际上也处领先地位。现已获得两项国家专利,待批两项。
三、赛旺公司木塑一步法专用(专利)设备开发情况
1、一步法设备的概念
我公司依据木塑材料的情况,经过几年的潜心研究,精心设计制造的一步法生产木塑材料的专用(专利)设备,属国内首创,国际也处于领先地位的生产线。专家认为:木塑一步法专用(专利)设备生产木塑制品主要解决了:“木塑两相界面结合的强化处理;巧妙地运用了多元复合理论和特殊混炼、挤出增压成型技术;使木纤维与高聚物真正的塑化均质成为一体。解决了木塑复合材料由于含水量过高而影响材料性能的问题和蠕变收缩大的问题。从而使木纤维含量更高(60-85%);拉伸强度、弯曲强度、冲击强度远远高于其他设备生产的同类产品;户外使用性能优于天然木材”。我公司木塑一步法专用(专利)设备的开发成功,使木塑技术趋于成熟,产品性能更加稳定;品质更加优良;为木塑行业的大发展形成大市场奠定了坚实的基础,提供了先进可靠的装备。
2、设备优势
设备的优势:高品质、高效率、高填充量、低能耗、使用寿命长、适用面广。
高品质:具有多项国家专利;设计合理、制造精良、选材考究、经久耐用。
高效率:混炼塑化好,流动性好挤出速度高,效率高。
高添充量:混炼塑化好,分散好,添加量高(植物纤维添加量70%)。
低能耗:不用烘干、不用造粒,节能显著(与其设备比节能40%)
使用寿命长:机筒和螺纹元件用特殊材料制作使用寿命长(15000小时)。
适用面广:可用于生产PP、PE、PVC、ABS、PS和各种植物纤维。为了增加制品强度,可以加入玻纤。
3、、产品系列
1)、木塑复合制品一步法薄板生产线系列;
用于:汽车内饰件、装饰板、广告背板等(图1)。
2)、木塑复合制品一步法厚板生产线系列;
用于:建筑模板、集装箱地板、整板门、家具板等(图2)。
3)、木塑复合制品一步法异型材生产线系列;
用于:景观产品、托盘、包装箱、隔离板、护栏、门窗套等(图3)。
4)、木塑复合制品一步法装饰材生产线系列;
用于;各种装饰材料,地板、踢脚线等(图4);
5)、木塑复合制品一步法管材生产线系列;
用于:代替纸管、仿古建筑用管等(图5)。
6)、木塑专用料造粒设备系列;
PP专用料造粒设备;PE专用料造粒设备。
4、产品使用情况
产品已销往全国各地在国内已有十几家客户。并远销东南亚国家和地区:新加坡,泰国,台湾等。
5、建立了完善的配方体系
1)、聚合物的选择
用于木塑复合材料加工中的塑料可以是热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料如环氧树脂。热塑性塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚氧乙烯(PVC)。但是,由于木纤维热稳定较差,只有加工温度在200℃以下的热塑性塑料才被广泛使用,尤其是聚乙烯。塑料聚合物的选择主要依据有:聚合物的固有特性、产品需要、原料可得性、成本及对其熟知的程度。如:聚丙烯主要用于汽车制品和日用生活品等;聚乙烯主要用于室外景观产品;聚氯乙烯主要用于建筑门窗、铺盖板等。此外,塑料的熔体流动速率(MFI)对复合材料性能也有一定影响,在相同加工工艺条件下,树脂的MFI较高,木粉的总体浸润性较好,木粉的的分布也越均匀,而木粉的浸润性和分布影响复合材料的机械性能,尤其是冲击强度。据统计,目前市场上仍以PE木塑复合材料为主,大约占65%。PVC木塑复合材料占16%左右,PP木塑复合材料占14%左右。
2) 添加剂的选择
由于木粉具有较强的吸水性,且极性很强,而热塑性塑料多数为非极性的,具有疏水性,所以两者之间的相容性较差,界面的粘结力很小,常需使用适当的添加剂来改性聚合物和木粉的表面,以提高木粉与树脂之间的界面亲和能力。而且,高填充量木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果差,常以某种聚集状态的形式存在,使得熔体流动性差,挤出成型加工困难,需加入表面处理剂来改善流动性以利于挤出成型。同时,塑料基体也需要加入各种助剂来改善其加工性能及其成品的使用性能,提高木粉和聚合物之间的结合力和复合材料的机械性能。
3)偶联剂
偶联剂能使塑料与木粉表面之间产生强的界面结合;同时能降低木粉的吸水性,提高木粉与塑料的相容性及分散性,所以复合材料的力学性能明显提高。常用的偶联剂主要有:异氰酸盐、过氧化异丙苯、铝酸酯、酞酸酯类、硅烷偶联剂、马来酸酐改性聚丙烯(MAN-g-PP)、乙烯-丙烯酸酯(EAA)。一般偶联剂的添加量为木粉添加量的1wt%~8wt%,如硅烷偶联剂可以提高塑料与木粉的粘结力,改善木粉的分散性,减少吸水性,而用碱性处理木粉只能改善木粉的分散性,不能改善木粉的吸水性及其与塑料的粘结性。需注意的是马来酸盐偶联剂与硬脂酸盐润滑剂会发生相斥的反应,一起使用时导致产品质量和产量降低。
4) 润滑剂
木塑复合材料常常需要加入润滑剂来改善熔体的流动性和挤出制品的表面质量,所使用的润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂的选择与所用的基体树脂有关,它必须与树脂在高温下具有很好的相容性,并产生一定的增塑作用,降低树脂内分子间的内聚能,削弱分子间的相互摩擦,以达到降低树脂熔融粘度、改善熔融流动性的目的。外润滑剂在塑料成型加工中实际上起了树脂与木粉之间界面润滑的作用,其主要功能是促进树脂粒子的滑动。通常一种润滑剂往往兼备内、外两种润滑性能。润滑剂对模具、料筒、螺杆的使用寿命,挤出机的生产能力,生产过程中的能耗,制品表面的光洁度及型材的低温冲击性能都有一定的影响。
常用的润滑剂有:硬脂酸锌、乙撑双脂肪酸酰胺、聚酯蜡、硬脂酸、硬脂酸铅、聚乙烯蜡、石蜡、氧化聚乙烯蜡等。美国Struktol公司介绍了许多新的润滑剂,加用于PVC木粉复合材料的TPW-012、用于聚烯烃木粉复合材料的TPW-101,与传统的硬脂酸锌/乙撑双脂肪酸酰胺润滑剂相比生产率可提高20~25%,TPW-113润滑剂中包含了偶联剂能明显改善加工性能;Honeywell公司的Optipak300兼具润滑剂和偶联剂的双重性能,对于PE、PP木塑复合材料既能改善产品性能又能提高产量。
5)、增塑剂
对于一些玻璃化温度和熔融流动粘度较高的树脂如硬度PVC,与木粉进行复合时加工困难,常常需要添加增塑剂来改善其加工性能。增塑剂分子结构中含有极性和非极性两种基因,在高温剪切作用下,它能进入聚合物分子链中,通过极性基因互相吸引形成均匀稳定体系,而它较长的非极性分子的插入减弱了聚合物分子的相互吸引,从而使加工容易进行。在木塑复合材料中常要加入的增塑剂有:邻苯二甲酸二丁酯(DOS)等。如在PVC木粉复合材料中,加入增塑剂DOP可以降低加工温度,减少木粉分解和发烟,改善随着增塑剂DOP含量的增加,复合材料的拉伸强度下降而断裂伸长率增加。
通过几年的实验,在专家们的指导下,我们建立了PP、PE、PVC、ABS、PS配方体系。对各种植物纤维进行了大量的实验,只要用户需要我们我可以提供各种塑料和植物纤维配方。做过的植物纤维有:木粉、竹粉、稻糠、花生壳、玉米秸、麦杆、稻杆、棉花杆、棕榈粉、甘蔗粉、奶盒、核桃粉、阻燃料等。为了增加制品强度,可以加入玻纤。
6、模具挤出机头和冷却定型系统
机头是关系到挤出制品质量的重要部件,由于木塑复合材料的特殊性及木粉的高添加量使挤出物料流动性差且不易冷却,常规的模具和定型设备已无法满足产品的需要,这使得机头的设计除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量分配外,还要对机头的建压能力与温度控制精度进行重点考虑。基于木塑复合材料的流动性差,模具应尽量不采用阻流块等结构,而应通过改变流道尺寸来来调整流道各截面流量;在模具强度足够的情况下,尽量减少支架筋的数量和尺寸;并采用较大的压缩比,以保证有较大的挤出压力,以利于成型。基于木塑复合材料的热敏感性,模具应采用较大的结构尺寸以增加热容量,使整个机头温度稳定性得以加强;而沿挤出方向尺寸取较小值,以缩短物料在机头中的停留时间;并合理布置机头的加热冷却装置,使得其加热冷却速度快,精度高。英国设计了易流动口模,不需要使用多孔板,还可以冷却空心型材的内表面,减少了熔体压力并增加了产量。
同时,木塑复合材料的在中纤维取向程度对制品性能有较大的影响,要合理设计流道结构,以获得合适的纤维取向来满足制品的性能要求。
此外,木塑复合材料在相同强度要求下,厚度要比纯的塑料大,且其多为异型材,结构复杂,这使得其冷却较为困难,一般采用水冷,而对于截面较大或结构复杂的产品多需采用特殊的冷却装置和冷却方法。位于宾夕法尼亚洲匹兹堡Conair公司专为木纤维复合材料设计生产了高强度喷雾冷却槽,蒸发和冷却相结合,冷却效率更高,能为大、重型材生产进行有效地冷却。
几年来,对各种模具进行了研究,实验。总结出木塑模具设计制造理论和要点,可根据用户的要求,设计制造各种模具。对空心型材的冷却,也从风冷,发展到水冷及恒温模具。
7、我公司完全解决了木塑生产过程中的主要问题
1 ) 加料问题
由于加入的木质纤维大部分为粉料,而木粉结构蓬松不易对挤出机螺杆喂料,同时塑料基体与填充填料之间并不能形成理想的混合体并均匀一致地加入到挤出机中,所以加料过程中常常会出现“架桥”和“抱杆”现象。特别是木粉中含有较多的水分时,这一现象就更为明显。加料的不稳定不仅直接导致挤出产量低,还会使得挤出波动,造成挤出质量降低。同时由于加料中断,物料在机筒内停留时间延长导致物料烧焦变色,影响制品的内在质量和外观。因此必须对加料方式和加料量作严格的控制。
我公司经过多年的研究、实验,开发出专用的计量喂料装置。近期我们研制成功了,单独计量加料装置,并已应用到生产当中,该方法计量准确,使用方便。
2)、排气除湿问题
因为木粉中含有大量的小分子挥发物质和水分,且它们极易为制品带来缺陷,而前处理又无法完全清除它们。所以木塑复合材料挤出机排气系统的设计要比普通塑料挤出机给予更多重视,在很大程度上,排气效果越好,挤出制品质量也越好,如有必要可以进行多阶排气。
我公司的专用设备,充分利用了同向平行双螺杆的排气除湿效果好的优势,设计了多个排气口,完全解决了木塑生产过程中的排气除湿问题。而且,木粉的水分不超过10%均可使用,也不用烘干。
3)、混炼塑化效果好
同向平行双螺杆是工程塑料造粒设备,它的最大优势就是混炼塑化好。而木塑正是需要混炼塑化好,特别适应木塑生产加工。由于混炼塑化好,木粉添加量高(最高达70%)。
4)、无须造粒工序
由于排气除湿效果好;混炼塑化好可以免去造粒工序,与其它设备比节能40%,同时减少塑料的老化。而其他设备只所以造粒,一是解决塑化问题,二是解决除湿问题。
5)、使用范围广
木塑复合材料挤出过程中,螺杆结构对产品质量有着很大的影响。合理的螺杆结构能降低螺杆与木纤维的摩擦,得到适当的剪切和分散混合效果,避免纤维分散不良或纤维的破损。采用积木式螺杆与普通螺杆相比能避免木粉聚集现象,提高分散混合现象。可见选用特殊专用螺杆是非常必要的。
我公司选用的螺纹元件和机筒是经过特殊设计、用特殊材料制造的。由于同向平行双螺杆,为积木式可根据加工物料和植物纤维的情况,随意进行组合,来满足加工要求。可同时加工PP、PE、ABS、PS、PVC和各种植物纤维,使用范围广。为了增加制品强度,可以加入玻纤。
8、设备的工艺参数
1)、挤出机温度和压力
木塑复合材料挤出加工过程中,挤出机的温度和压力控制也十分重要。若挤出温度过高,物料易降解,木粉炭化,同时过高的温度使熔体的粘度较低,挤出压力不足,造成制品表面粗糙,强度差,影响挤出质量。而温度过低使得塑料塑化不良,不能充分包裹木粉,也会使制品的强度受到影响。同时,熔体破裂对口模温度比较敏感,过高与过低的口模温度都会造成熔体破裂。适当地降低挤出机的温度,提高机头压力,降低螺杆转速,可以有效地改善木塑复合体系的挤出加工性能。实际加工过程中各段温度设置如下:机筒一般120-180℃;机头口模段:160~180℃。各段的温度应尽可能稳定,且总的停留时间少于15min。机头压力在5-18MPa。我公司设备的工艺温度要比其他设备低15-25℃。
2)螺杆转速
从固体输送理论公式和粘性流体输送理论公式中,可知转速与生产能力成正比。因此,提高转速可以有效地增加生产能力,但木塑复合材料挤出加工过程中螺杆转速的增加受到许多限制。比如对于PVC木粉复合材料,PVC和木粉都是热敏性的,过高的螺杆转速 会导致物料的降解和糊化。同时,螺杆转速还影响着物料的停留时间和挤出压力。只有在满足物料的挤出温度、剪切强度、混合质量及挤出机功率限制的前提下,才能最大限度地提高转速以提高生产率。
我公司设计开发的木塑一步法专用(专利)设备,从设计原理出发,在低转速下实现大产量。
9、挤出速度
我公司经过几年的研究,针对我公司专用设备混炼塑化好的特点,设计开发了一步法专用模具,使挤出速度明显提高。比其他设备高30-50%。
10、结论
木塑挤出加工是一个比较复杂的过程,是一个系统工程。高填充量木粉的加入挤出机,使挤出加工困难:一方面,塑料基体与木粉间的界面相容性和熔融物料的流动性差,这使得木塑复合材料加工过程中需要加入偶联剂和润滑剂,同时实际应用中对产品某些性能要求的提高,使得木塑复合材料加工过程中还要加入其它相应的助剂;另一方面,木粉结构蓬松且常含有大量水分,加料和物料的分散混合困难,且物料容易降解,这对挤出温度和螺杆转速等工艺参数的设置,及挤出机的加料、排气、螺杆结构和模具结构等方面提出了许多特殊要求。所以,木塑复合材料加工过程中,为得到好的制品必须合理选择塑料树脂和各种添加剂,正确设置工艺参数,并采用合适的专用木塑加工设备。
木塑复合材料性能优异,发展迅速,是木材和塑料良好的替代品,它符合国家循环经济政策;符合环保要求;解决三农问题;保护森林环境。市场潜力巨大,具专家预测到2010年可达800亿产值的规模。这就需要我们在其工业化生产中,不断完善提高,实现(1)原料多样化;(2)木粉填充量超高化;(3)设备工艺专业化;(4)产品高档化。这是目前木塑行业急需解决,而且是必须解决的问题。我公司几年来在这方面做了大量的工作,如原料:PP、PE、PVC、ABS、PS和各种植物纤维木粉、竹粉、稻糠、花生壳、棉花杆、甘蔗粉、麦杆、稻杆、玉米杆等都做了大量的实验,建立了多个配方体系,真正做到原料多样化。填充量最高可达70-80%。我公司是专业做木塑设备的厂家,设备是获得4项专利的专用设备;工艺设备已实现专业化。由于混炼塑化好,制品性能好,产品已实现高档化。
木塑行业经历了风风雨雨,有成功的经验,也有失败的教训。今后需要做的工作还很多,让我们共同携起手,互相交流,共同进步和发展。为木塑行业腾飞作出我们的贡献。