挤注压法生产木塑复合板材设备的设计研究

摘要

木塑复合材料（WPC）的开发和利用有效的解决了我国木材资源短缺的问题，也为废旧塑料和木材边角料的再次利用开辟了新出路，而且木塑复合材料的产品无毒害、抗老化、力学性能良好。为解决设备塑化能力不足，无法生产大尺寸木塑复合板材制品的难题，本文对挤注压法生产木塑复合板材的设备进行研究。设备由锥形双螺杆挤出机、保温计量储料桶和模压装置组合而成的，采用本设备可以生产大尺寸且综合性能好的木塑复合板。本文围绕此生产设备进行了以下研究工作：
　　（1）采用挤注压法成型，改进木塑复合板材的成型工艺，提高其连续生产能力，减少能耗。设计出可以连续化生产大尺寸木塑复合板材的设备，设备分三个部分：挤出塑化部分、储料计量部分和模压成型部分。本设备有如下优势：改进锥形双螺杆挤出机，设置副进料口，便于增强纤维如玻璃纤维的加料；对储料装置的结构进行设计，带柱塞和定量装置的储料桶与双级油缸连接，实现木塑熔融物料的定量注射，能够将熔体快速注入模腔。
　　（2）根据模具的设计原则设计可以生产加强筋型和半蜂窝型的木塑板材模具，两种模具的上模板结构相同，都设置有快速进料的进料滑道，通过与进料滑道匹配的滑块的滑动来控制进料口的开关。设计顶杆式和顶板式两种脱模装置，能够在不破坏板材结构的基础上顶出板材。运用二维软件AutoCAD绘制各部件的结构图和整体装配图。
　　（3）以加强筋板材模具为实例的计算详细的介绍了模具设计内容。计算所需的压力并选择合适的模压机，根据模压机的行程计算出模具的高度范围，对模具加料腔的高度、凸模和凹模工作部位尺寸、模具闭合高度、推杆行程等主要尺寸进行计算，并确定配合环、引导环、排气溢料槽和承压块等细节。
　　（4）基于 Pro/E进行模具设计，采用自动分模的方法设计出模具的型腔，使用如拉伸、旋转和扫描等特征造型的方法完善模具的整体造型，并对模具进行有限元分析，确定模具能够正常工作。创建整体设备的三维造型，通过颜色外观的设置更清晰的呈现设备的各部分结构，设置透明度呈现出锥形螺杆、双级油缸和料桶活塞的结构状态。
　　（5）采用上述的设备制备木塑复合板，并探索出最佳的模压工艺条件：模具温度75℃，模压时间10 min，模压压力10 MPa；在此条件下制得板材的冲击强度为3.4 kJ/m2，拉伸强度为28 MPa，弯曲强度为61 MPa，弯曲模量为4620 MPa。

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1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 课题的研究目的和主要内容

2 木塑板材生产设备的方案设计

2.1 木塑板材生产工艺分析

2.2 设备总体结构设计

2.3 生产工艺流程

2.4 挤出设备的设计

2.5 储料装置结构设计

2.6 模压装置结构设计

2.7 本章小结

3 模具的设计与参数计算

3.1 木塑复合板的结构工艺性

3.2 压力机的选用

3.3 设计方案的确定

3.4 工艺计算及主要零部件设计

3.5 本章小结

4 基于Pro/E的三维模型

4.1 基于Pro/E的模具设计

4.2 模具的静态受力分析

4.3 整体设备的三维模型

4.4 本章小结

5 木塑板材的制备与性能研究

5.1 实验原料和主要设备

5.2 制备与表征

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢