¿Tecnología de extrusión de tableros de madera y plástico de PVC?
Tecnología de producción de extrusión de madera y plástico de PVC, Foshan Nanhai Yuanjin Plastic Machinery Factory le informará ahora:
Debido a la creciente escasez de recursos forestales mundiales, el desarrollo tecnológico y el desarrollo de la madera -Productos de plástico en el país y en el extranjero Las aplicaciones se están desarrollando rápidamente. Los materiales compuestos de madera y plástico tienen las ventajas de dureza, resistencia, durabilidad, resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. En general, la dureza de los materiales compuestos de madera y plástico es de 2 a 8 veces mayor que la de la madera sin tratar, y la resistencia al desgaste es de 4 a 5 veces mayor. La aplicación de diversos aditivos también le confiere muchas propiedades especiales. También es un material respetuoso con el medio ambiente que puede reciclarse y reutilizarse, y sus materias primas son baratas y abundantes. Tiene buenos beneficios para reducir la contaminación ambiental, proteger los recursos forestales y promover el desarrollo económico, y ha atraído la atención de muchos investigadores. Además, los materiales compuestos de madera y plástico también tienen procesabilidad secundaria y varios productos producidos tienen una apariencia hermosa. Es uno de los sustitutos ideales de la madera.
Los materiales compuestos de madera y plástico se estudian desde hace mucho tiempo en el extranjero, pero los rellenos con alto contenido en polvo sólo se han desarrollado significativamente en los últimos años. Por ejemplo, la famosa "Einwood" en Japón; la Austrian Cincinnati Company y la PPT Mould Company han desarrollado diversos productos de tableros de madera y plástico, y algunas empresas en los Estados Unidos también están desarrollando y promocionando activamente dichos productos. En China, el Instituto de Investigación de Plásticos de Tangshan, la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa, la Universidad de Tecnología de Guangdong, etc. han realizado algunas investigaciones sobre sistemas de resina de relleno modificada con polvo de madera de bajo contenido. La Universidad de Tecnología Química de Beijing también está desarrollando equipos especiales para productos de madera y plástico.
La tecnología de extrusión de compuestos de madera y plástico se basa en la fórmula de los perfiles plásticos tradicionales, añadiendo rellenos como astillas de madera, virutas, restos de bordes y fibras de cultivos para obtener materiales verdes de bajo coste, y diseños de moldes adecuados para Esta fórmula utiliza métodos de procesamiento de extrusión avanzados y únicos para fabricar productos de madera y plástico. Aquí el autor analiza la tecnología de extrusión de materiales compuestos de cloruro de polivinilo (PVC)/harina de madera.
1 Parte experimental
1.1 Selección de la materia prima
La madera en polvo se elabora principalmente a partir de materiales sobrantes y aserrín de la industria transformadora de productos de madera, que se trituran mecánicamente y suelo tener que. El PVC selecciona materias primas con un valor K de 57 a 60 (peso molecular medio de 650 a 750). Además, se deben añadir agentes espumantes, agentes de acoplamiento, agentes auxiliares de espuma, plastificantes, agentes nucleantes, lubricantes, colorantes, estabilizadores UV y otros aditivos.
1.2 Preparación de la muestra
El proceso de preparación de la muestra se muestra en la Figura 1. [m] Los ajustes de temperatura de cada sección del extrusor se muestran en la Tabla 1. [m] 2 Determinación de fórmula y parámetros de proceso
2.1 Determinación de fórmula
El diseño de la fórmula se basa en el desempeño del producto, materias primas y auxiliares, proceso de moldeo y equipos. Esta es una tarea compleja y tediosa. Para estar seguros, generalmente solo hacemos algunos pequeños cambios basados en la experiencia basada en la fórmula madura original y luego utilizamos experimentos para determinar la solución óptima que cumpla con los requisitos. El autor se basa en la fórmula de los perfiles ordinarios de puertas y ventanas de PVC, agrega polvo de madera, agente espumante, agente espumante auxiliar, colorante, etc., y luego determina la dosificación de diferentes materias primas y auxiliares basándose en experimentos ortogonales.
La adición de harina de madera generalmente empeora las propiedades de fluidez del material. A medida que aumenta el contenido de polvo de madera, aumenta el tiempo de plastificación y la fluidez es cada vez menor. Si la fluidez del material es demasiado pobre, el polvo de madera estará sujeto a una mayor fuerza de corte, lo que aumentará el tiempo de residencia en la extrusora y hará que el polvo de madera se queme fácilmente, lo que no favorece la extrusión, por el contrario, si la fluidez; es demasiado grande. Si no se forma una presión de extrusión suficiente, también se producirán defectos de resistencia y defectos en la superficie del producto. Por lo tanto, durante el proceso de extrusión, las características reológicas del sistema tienen un gran impacto en el proceso de procesamiento y en diversas propiedades del producto final. La Tabla 2 muestra las propiedades de procesamiento de materiales compuestos con diferentes contenidos de harina de madera. [m] Debido al gran tamaño de partícula y la baja densidad del polvo de madera utilizado en la prueba, a medida que aumenta la cantidad de relleno, aumenta la relación de volumen de la masilla de polvo de madera en el sistema, lo que afecta a los lubricantes, plastificantes, coadyuvantes de procesamiento, etc. Gran capacidad de adsorción. Aunque se puede generar un gran calor de fricción durante el procesamiento para acelerar la velocidad de plastificación, no es suficiente para compensar el impacto de disminuir la velocidad de plastificación y aumentar el tiempo de plastificación debido a la adsorción de plastificantes, coadyuvantes de procesamiento, etc., por lo tanto retrasando la plastificación del PVC. Cuanto mayor sea el contenido de polvo de madera, más coadyuvantes de procesamiento se absorberán, lo que aumentará el tiempo de plastificación y empeorará el rendimiento del procesamiento. Finalmente se determinó que el contenido de harina de madera era de 30 partes.
La dosificación del resto de materias primas es de 100 partes de PVC, 3 partes de sulfato de plomo tribásico, 1,5 partes de sulfato de plomo dibásico, 0,5 partes de estearato de plomo, 0,4 partes de estearato de calcio y 0,8 partes de ácido esteárico. , cera de polietileno.
． 3 partes, 5 partes de polímero acrílico, 6 partes de polietileno clorado, 30 partes de CaCO, 0,9 partes de agente espumante AC, 5 partes de ACR-530, 0,31 partes de amarillo hierro,
Hierro 0,15 partes marrón.
2.2 Influencia de la velocidad del tornillo en el moldeo por extrusión
A partir de la fórmula teórica del transporte de sólidos y de la fórmula teórica del transporte de fluidos viscosos, se puede saber que la capacidad de producción es directamente proporcional a la velocidad de rotación.
Aumentar la velocidad de rotación puede aumentar efectivamente la producción de extrusión, reducir los costos y mejorar la eficiencia de la producción, lo cual es una necesidad para la producción industrial. Sin embargo, el aumento de la velocidad de rotación está limitado por la potencia, la calidad del plastificante y la temperatura de extrusión. De la fórmula de cálculo de potencia en la teoría del transporte de fluidos viscosos, se puede ver que a medida que aumenta la velocidad de rotación, aumenta el consumo de energía.
La prueba también encontró que cuando la velocidad del tornillo aumenta gradualmente, ocurren los siguientes fenómenos: ① Cuando la velocidad del tornillo es muy pequeña, el material avanza en un flujo laminar y la superficie del producto después del extruido sale del molde es suave, pero el rendimiento es muy bajo; ② A medida que aumenta la velocidad del tornillo, el material pasa gradualmente al flujo deslizante en la matriz. Si el flujo deslizante no es suave o está bloqueado, se producirán problemas de calidad del producto. Por lo tanto, a medida que la velocidad del tornillo continúa aumentando, el historial de calentamiento del material se acorta y el efecto de fusión en la matriz se vuelve deficiente, lo que resulta en tensión interna, lo que hace que la superficie del producto se vuelva rugosa o incluso se agriete después de salir de la matriz. En segundo lugar, el aumento de la velocidad del tornillo hará que el material se reduzca. El tiempo de residencia en la extrusora y la calidad de la mezcla del material se reducen, lo que afecta la resistencia del producto final. En tercer lugar, el PVC y el polvo de madera son térmicos; -los materiales sensibles y la velocidad excesiva del tornillo pueden conducir fácilmente a la degradación y gelatinización del material. Finalmente, para los moldes de extrusión de madera y plástico, se diseña una placa de enfriamiento en la sección de salida de la matriz; El material se expulsará antes de que tenga tiempo de enfriarse. Esto provocará un enfriamiento desigual del producto y provocará ondulaciones en la superficie del producto, lo que afectará la apariencia y la calidad del moldeo por extrusión y puede provocar que el producto no se forme. casos graves, provocando la interrupción de la producción e imposibilitando su continuidad. Por lo tanto, sólo bajo la premisa de cumplir con la temperatura de extrusión del material, la calidad de la mezcla y los indicadores económicos del diseño de la línea de producción, se puede maximizar la velocidad de rotación para mejorar la productividad. Finalmente se determinó que la velocidad de alimentación era de 8,2 r/min; la velocidad del motor principal era de 8,8 r/min.
2.3 La influencia de la temperatura de extrusión en el moldeo por extrusión
Debido a la alta tasa de absorción de agua del polvo de madera, el contenido de humedad general es superior al 40%a, lo que fácilmente hace que el material se deshaga. dañarse cuando se calienta o durante mucho tiempo. La deformación cuando se coloca, especialmente la evaporación del agua y la descomposición de la lignina y otros componentes durante el proceso de moldeo, puede causar fácilmente "quemaduras" y volverse marrón cuando la temperatura es superior a 180 °C. dando como resultado una apariencia deficiente del producto y una resistencia a la flexión y al impacto reducidas. Por tanto, el control de la temperatura del extrusor es muy importante.
La prueba encontró que la viscosidad del sistema compuesto de madera y plástico es muy sensible a la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad aparente en estado fundido del sistema compuesto disminuye considerablemente. A la misma velocidad de corte, la viscosidad en estado fundido a 160°C es un orden de magnitud mayor que la viscosidad en estado fundido a 200°C. Desde la perspectiva del movimiento molecular, la viscosidad está relacionada con factores como la fricción interna, la difusión y la orientación de las moléculas cuando el material fluye. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la movilidad de los segmentos moleculares, se expande el volumen y se debilita la interacción entre las moléculas. , provocando que el flujo a La propiedad
aumente y la viscosidad disminuya.
Los materiales compuestos de madera y plástico a menudo se ven afectados por la temperatura del cilindro y la temperatura del troquel durante el proceso de extrusión.
La temperatura del cilindro tiene una influencia decisiva en el efecto de mezcla y plastificación de los materiales compuestos, mientras que la temperatura de la matriz tiene una influencia importante en el moldeo por extrusión. Dado que las funciones y las condiciones de flujo viscoso de cada sección de la extrusora son diferentes, no es apropiado utilizar enfriamiento o calentamiento total unilateralmente. El rango de temperatura de cada sección de la extrusora debe seleccionarse adecuadamente. Del análisis del coeficiente de fricción en la teoría del transporte de sólidos y combinado con la experiencia experimental, se puede encontrar que la temperatura de la sección de alimentación afectará el coeficiente de fricción entre el material y el barril, y el coeficiente de fricción cambia con el cambio de la temperatura de calentamiento. . Durante la producción, las temperaturas del cilindro y el tornillo deben seleccionarse y controlarse en consecuencia según los diferentes materiales para garantizar una mayor fricción entre el material y el cilindro para satisfacer las necesidades del transporte sólido. Para la sección de plastificación, dado que es la zona de transición de la sección de alimentación a la sección de extrusión, el impacto en la capacidad de producción no es muy obvio. Sin embargo, dado que esta sección desempeña un papel plastificante, su temperatura de calentamiento debe mantenerse a la viscosidad. del material dentro del rango de temperatura de flujo para garantizar que se cumplan los requisitos de temperatura de plastificación y temperatura inicial de la sección de extrusión. La temperatura de la sección de extrusión se ve afectada por la temperatura de las dos primeras secciones. Generalmente, según los diferentes materiales, se puede seleccionar dentro de un cierto rango entre su correspondiente temperatura de flujo viscoso y temperatura de descomposición.
Si la temperatura del troquel es demasiado alta o demasiado baja, provocará la ruptura de la masa fundida.
Si la temperatura es demasiado baja, aumentará la fricción entre la masa fundida y el canal de flujo, afectará el deslizamiento y hará que la masa fundida se rompa; también aumentará la viscosidad del material compuesto de madera y plástico, lo que provocará dificultad en el flujo; y hacer que el material en la pared del canal de flujo se enfríe y solidifique prematuramente, no podrá llenar el canal de flujo del cabezal de la máquina, lo que dificultará la extrusión. También provocará que el material quede mal plastificado. y no puede envolver completamente el polvo de madera, lo que afectará la resistencia del producto. Si se eleva la temperatura, la calidad de la superficie de los productos extruidos mejorará enormemente y el material estará en estado fundido al pasar a través de la sección de transición y entrar al canal de flujo de la sección de conformación. Para garantizar una extrusión suave, la temperatura del cabezal de la máquina debe controlarse en secciones, es decir, la temperatura debe reducirse gradualmente.
2.4 La influencia de la presión de extrusión en el moldeo por extrusión
La presión de extrusión del extrusor está estrechamente relacionada con la temperatura. La alta temperatura de extrusión y la baja presión del cabezal de la máquina hacen que el perfil extruido no sea denso, lo que provoca defectos de rendimiento del producto, destruye las excelentes propiedades del polvo de madera como relleno y afecta gravemente la apariencia. Cuando la presión del cabezal de la máquina es baja, aparecerán rayas en la superficie del producto, se producirá la segmentación y no se formará la extrusión y no se obtendrán productos continuos con buena apariencia y calidad, lo que afectará. la continuidad de la producción. Dentro del rango de presión permitido, cuanto mayor sea la presión de extrusión, más denso será el producto extruido y mejor será la calidad de la extrusión. Para extrusoras ventiladas, la presión del cabezal está relacionada con la longitud de llenado de la segunda sección dosificadora. El grado de llenado de esta sección depende de la cantidad de material suministrado. Cuando la longitud de llenado excede el puerto de escape, el par del tornillo del extrusor aumenta y el material sale del puerto de escape, lo que afecta la estabilidad de la extrusión y la El producto extruido aparece "ondulado". Es decir, la presión inestable impide que el material fluya uniformemente a través del canal de flujo de la matriz. Este flujo de fusión rápido y a veces lento provoca grietas en los productos moldeados por extrusión, lo que afecta seriamente las propiedades físicas y mecánicas del producto. productos.
Cuando la temperatura del troquel baja, la presión del troquel aumenta. En este momento, el extruido tiene mejor formabilidad y la superficie del producto es más suave. Sin embargo, cuando la presión del cabezal de la máquina es muy alta, el material extruido del cabezal de la máquina se enfría bien y el producto es duro. El material no enfriado en la parte posterior es blando y no puede empujar el producto duro del frente, lo que provoca la mayor parte de. el material se desborde en el puerto de escape, lo que provoca un suministro desigual de material en el cabezal de la máquina, extrusión inestable y rayas segmentadas en la superficie del producto, lo que afecta la calidad de la apariencia del producto.
Por lo tanto, aumentar razonablemente la presión de extrusión de la extrusora puede garantizar una extrusión suave y uniforme del material fundido, lo que no solo puede garantizar la calidad de la apariencia del producto sino también hacer que el producto sea denso y fuerte.
3 Diseño de molde
3.1 Diseño de troquel
El troquel es un componente conectado a la interfaz del extrusor. Su función principal es hacer girar el material fundido. Cambia a movimiento lineal, genera la presión de moldeo necesaria y moldea productos de plástico con la forma de sección transversal requerida. Además de las funciones anteriores, el molde compuesto de madera y plástico también debe proporcionar suficiente presión al material fundido antes de la sección recta del molde para garantizar que el material no forme espuma en la extrusora, el núcleo convergente, el cabezal de la máquina y otras entradas del molde. piezas.
Libere lentamente la presión del cabezal de la máquina en la parte de salida del troquel y forme microburbujas uniformes alrededor del agente nucleante antes de salir del troquel.
La estructura del canal de flujo del cabezal de la máquina de perfil especial generalmente se divide en cuatro partes: sección de transición, sección de división, sección de compresión y sección de conformación.
3.2 Diseño del dispositivo de conformación
El dispositivo de conformación se utiliza para dar forma al material desde un estado altamente elástico hasta un estado sólido de acuerdo con los requisitos del producto. Se debe considerar que la temperatura del material después de salir del molde sigue siendo muy alta, y la formación de espuma en el molde de conformación no se ha detenido por completo, y el material continúa expandiéndose y el material compuesto de madera y plástico tiene una contracción por enfriamiento deficiente y; una gran contracción en el período posterior.
El dispositivo de peinado se divide en partes de peinado secas y húmedas. La parte de conformación seca se conoce comúnmente como molde de conformación y la parte de conformación húmeda se refiere al tanque de agua.
Cuando el perfil pasa a través del molde de conformación, el perfil está en estrecho contacto con el molde de conformación mediante adsorción al vacío. El agua de refrigeración elimina el calor a través de los orificios de agua, completa el intercambio de calor con el perfil y se enfría. el perfil, pero el perfil en sí no entra en contacto con el agua. La parte de fraguado húmedo utiliza un tanque de agua de vórtice de vacío de inmersión para enfriar y fraguar el producto al máximo. Las figuras 2 y 3 son los dibujos de montaje final del molde final y del tanque de agua respectivamente. [m] Análisis de software 3:3
Flow2000 es un software de aplicación industrial desarrollado por Compu Plast International Company específicamente para la industria de extrusión de plástico. El sistema tiene 12 módulos (incluido flujo tridimensional, extrusor, matriz de perfil, enfriamiento de perfil, etc.). El sistema de matriz de perfil se utiliza ahora para analizar el plan de diseño de matriz. El sistema de troquelado de perfiles de forma especial se basa en el método de elementos finitos para el diseño y análisis de cabezales de troqueles de perfiles de formas arbitrarias y es adecuado para perfiles de marcos de puertas y ventanas de PVC. La sección transversal en la salida del troquel (Figura 4) ahora se utiliza para el análisis. El proceso de análisis es: ① Entrada.
Guarde el diagrama de sección transversal en formato dxf e ingréselo; ②División de elementos finitos. Divida la sección transversal en unidades pequeñas en el entorno de edición de geometría y genere automáticamente una cuadrícula ③ Cálculo. Ingrese parámetros como material, volumen de extrusión del equipo y velocidad de extrusión para realizar cálculos. Los resultados del cálculo se muestran en la Figura 5. [m] 3.4 Determinación del plano del molde
Como se puede ver en la Figura 5, debido al efecto límite, el caudal del material cerca de las paredes exterior e interior de la cavidad del molde es más lento y el El caudal en la parte central es más rápido. El caudal de material también es más rápido en las intersecciones y esquinas.
A partir de los resultados del análisis de Flow2000, el flujo de material es básicamente uniforme con el plan de diseño original, que puede cumplir con los requisitos de extrusión, y se determina que este plan es el plan final. Si todavía hay defectos en el producto durante el proceso de depuración, se pueden reparar durante el proceso de depuración.
4 Conclusión
El procesamiento de extrusión es uno de los métodos de moldeo importantes de plásticos modificados. Durante el proceso de procesamiento de extrusión, el rendimiento del objeto procesado está inevitablemente involucrado. El rendimiento de los materiales procesados no sólo juega un papel decisivo en el rendimiento del producto, sino que también tiene un gran impacto en la calidad y el rendimiento de la extrusión. Por tanto, estudiar la relación entre las propiedades de los plásticos modificados y el proceso de extrusión tiene una importancia práctica importante. El proceso de extrusión de la tecnología de extrusión de compuestos de madera y plástico es muy complejo y tiene muchos factores que influyen. Los efectos combinados del proceso, la fórmula y el molde provocan incertidumbre entre las variables. Los problemas clave en la tecnología de extrusión de compuestos de madera y plástico son: ① selección de materias primas (como variedades de polvo de madera) y cómo mejorar la fuerza de unión de la interfaz entre la matriz plástica y el polvo de madera; ② selección de equipos de moldeo y procesos de moldeo; diseño. La tecnología de extrusión de compuestos de madera y plástico es una de las direcciones de desarrollo más importantes en el futuro. Sus productos de extrusión tienen un gran potencial de mercado, pero antes de la producción final de perfiles de ventanas, todavía requiere el arduo trabajo de muchas personas.