行星挤出机应用于木塑复合材料的实验研究

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摘 要：本文首先概述了木塑复合材料的主要成分、优良特性和使用原因。接着系统地介绍了木塑复合材料的应用领域及行星挤出机在木塑复合材料生产的发展，其中成型装备中主要介绍了专用单螺杆和双螺杆加工设备及行星挤出机在该领域的优势，并对行星挤出机在木塑复合材料的发展领域进行了展望，试验部分是对行星挤出机外套的传热关系进行了分析。

关 键 词：木塑复合材料 行星挤出机

1.引言

目前世界各国塑料回收产业正广泛兴起，英国废旧塑料回收率80%，美国废旧HDPE的回收率为30%，日本的废旧塑料回收率为49%，而我国的废旧塑料回收率较低，仅为15%左右。随着我国国民经济持续高速发展，关于治理“白色污染”，提高废旧塑料再生利用，保护环境的呼声日渐强烈，废旧塑料的回收利用日益引起广泛重视。因此，开拓废旧塑料应用领域、开发研究废旧塑料加工技术和设备也就显的更为迫切。

木塑复合成型挤出是聚合物成型加工中的一种，兼有木材和塑料的双重特性，并且它是一种环保材料，可回收再利用，且原料廉价，起到减少环境污、保护森林资源、促进经济发展，当今社会，环保的概念及意识已成为技术研发过程中一个必不可少的考虑因素。

行星挤出机在上世纪年代出现，最早由欧洲研制。上世纪八十年代引进我国，九十年代后开始自主生产，目前国内已有多家厂家生产行星挤出机，其应用也很广泛。行星挤出机能挤出塑化、混炼均匀的高质量熔体，适于加工多种物料，尤其适于加工像PVC这类热敏性树脂或其它难以加工的树脂，还能加工回收料。

从工业实际应用角度分析，通常对于木粉无法进行较为复杂的处理。因为木粉的来源主要是周边农村，而且出于经济的考虑，有些木粉原料是经过磨碎处理的粗纤维，实际应用中，要想在经济上和时间上都能满足的处理方法都比较难实现，因此需要所选的挤出机必须具有很好的混炼功能。

2. 木塑复合材料的成型方法

木塑复合材料的成型方法有挤出成型、注射成型和热压成型，其中挤出成型具有加工周期短、效率高、成型工艺简单的优势，在工业生产中具有广泛的应用。用于木塑复合材料挤出机成型的设备主要是单螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机、同向和异向旋转平行双螺杆挤出机，以及由北京化工大学研制的串联式圆盘挤出机等机型加工。

传统的单螺杆挤出机有很多局限性，比如单螺杆挤出机混炼功能弱，难以用于加工粉料，产品的品质不易控制，产量相对降低。作为混炼使用的同向双螺杆挤出机同样无法克服螺杆的背压较低现象，因而在原料的选择上多用来加工密实性较低的塑料原料，而无法加工密实性较高的透明型物料。由于塑料不良的热传导性，大直径的单螺杆或双螺杆挤出机（

行星挤出机是多螺杆挤出机的一种，其塑化和熔融混炼效果好、停留时间短、产量高、能耗低、添加的助剂分散效果好，最早由德国Chemische Werke Huels公司在20世纪50年明，并应用于PVC生产的压延线上。行星挤出机有如下优点：1、塑化质量好；2、流道无死角，自洁性能好；3、使用寿命长；4、运行费用低；5、助剂成本低；6、节约电能。由于加入的木材填料大部分为粉料，塑料基体和木粉之间并不能形成理想的混炼体，也不能均匀一致的加入到挤出机中，这就不可避免地出现“架桥”和“抱杆”现象。特别是木粉中含有较多水分时，现象更为明显。加料的不稳定性直接可以导致产量低等问题，然而，行星挤出机最大优势正是塑化混炼效果好，它的塑化效果绝对优于单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，因为行星挤出机全部啮合螺杆的总啮合次数非常高，所以物料在挤压、剪切和搅拌的次数非常多，达到很好的塑化混炼效果，通过降低设备成本，从而获得更好的经济效益。

在挤出成型的木塑复合材料制造过程中， 挤出机是实现木塑复合材料制造的关键设备。其性能不但对材料的物理力学性能也对单位时间内的产量产生很大的影响， 由此影响到单位能耗和生产成本等。通常用于木塑复合材料生产的挤出机型主要为单螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。挤出机的主要作用为： 完成物料的进一步塑化， 提供温度均匀与组分均匀的熔体， 进行稳定、可控制的输送， 从而实现生产的进行。

为了研究如何提高行星挤出机的塑化效果也是同样值得研究的问题，主要是塑化段外套传热效率如何提高，相关参数的计算与传热学相联系。

3. 行星螺杆挤出机的研制实验研究

图1为我们研制的行星螺杆挤出机的试验机。

行星挤出机最重要的部分为行星段，其主要起使物料熔融、混炼的作用。该段由一条主螺杆，若干条行星螺杆以及壁内开齿的机筒构成，这三个部件是行星挤出机关键的三大件。它们都由高拉伸强度与耐磨的台金钢制成。螺杆与机筒的齿之间的间隙一般为0.2～0.4mm。行星螺杆的条数与行星段直径成正比，一般为6～18条。产量与行星螺杆根数成线性关系。生产过程中，旋转的主螺杆驱动行星螺杆象行星一样转动，使行星螺杆“浮动”在主螺杆与机筒内齿之间。由于行星段螺旋齿有45℃的螺旋角，所以，主螺杆转动对会产生轴向力，使行星螺杆轴向往前移动，因此，在行星段机筒末端设置一止推环， 其内径应小于行星螺杆圆心所成之圆的直径。止推环镀有耐磨层或由硬质台金制成， 以提高耐磨性能，一般通过单独的面环来加热止推环。行星段螺杆的总直径等于主螺杆直径与两倍行星螺杆直径之和。进料段与行星段之间设置隔热层，以使该两段机筒的温度不互相影响。

本文研究内容为塑化段外套壁厚改进前后的比较计算。行星挤出机外套改进后的传热效率估算时的基本参数为：

材料：35CrMo；传热系数：36.7 W/m.K；PVC熔化温度：185～2050C； PVC模具温度：20～50C 。

在一维圆管稳定导热（传热率）計算公式可表示为：

Q=-KA（dT / dr），

式中：K是传热系数， A=2πrL 是垂直于传热方向的面积，dT是温差， dr是半径差。经过兩次积分，可获得以下表达传热率的公式：

Q=2πLK（T1-T2）/ln（r2/r1）

其中： T1是圆管外表面溫度，T2是圆管內表面溫度，r2是圆管外半徑，r1是圆管內半径。

从这个结果很明显，在空心圆柱体向传导的热阻是：

传热效率估算

行星挤出机外壳改进前：r2=0.13米，r1=0.110905米；

ln（r2/r1）=0.158860471

行星挤出机外壳改进后：r2=0.125米，r1=0.110905米；ln（r2/r1）=0.119639758

I.假定圆管外表面溫度等于油温，T1=260+273=533度（K），

內表面溫度等于模具温度T2=50+273=323度（K）.

圆管长度L=1米 （单位长度）

行星挤出机外套改进前传热率

Q（改进前）=2x3.14x1x36.7x210/0.158860471=304669.6瓦

行星挤出机外套改进后传热率

Q（改进后）=2x3.14x1x36.7x210/0.119639758=404547.5瓦

行星挤出机外殼改进后傳熱效率的增加

Q（改进后）/ Q（改进前）=1.3278

4.结论：

4.1.行星挤出机外套改进后传热效率增加了 32.8%；

4.2.结果表明行星挤出机外套传热效率的增加只和壁厚有关。

参考文献：

[1] 刘琦云，马维新，刘联盟，行星螺杆塑料挤出机的内齿筒加工[J]，纺织器材，1999，1， 42～45。

[2] 贾毅，提高聚氯乙烯混炼效果的行星辊式挤出机[J]，聚氯乙烯，1989，34～36。

[3] 张平亮，新型橡胶螺杆挤出机及其应用[J]，橡胶工业，2006，4， 241～243。

[4] 王进文，用行星式螺杆挤出机连续混炼白炭黑填充胶料[J]，世界橡胶工业，2006，9， 32～36。

[5] 黄汉雄，适用于PVC的三种新型挤出机[J]，聚氯乙烯，1991，2， 20～24。