Los compuestos WPC son la abreviatura de Wood-Plastic Composites. Como un nuevo tipo de material verde ecológico, se fabrica mezclando termoplásticos (como polietileno, polipropileno o cloruro de polivinilo) con fibras vegetales (incluyendo harina de madera, cáscaras de arroz, paja, etc.) en proporciones específicas, añadiendo agentes auxiliares y luego sometiéndose a compuestos, extrusión o moldeo por inyección a través de procesos especiales.
El proceso de granulación WPC (Madera-Plástico Compuesto) es un procedimiento en el que la matriz plástica, la harina de madera y varios auxiliares de procesamiento se funden, mezclan, plastifican a una temperatura específica y finalmente se cortan en gránulos. Estos gránulos se envían entonces a equipos de moldeo por inyección o extrusión para producir productos finales. El proceso principal del proceso de granulación se puede dividir en las siguientes cuatro etapas principales:
Pretratamiento de materias primas (un paso crucial)
Debido a la fuerte absorción de agua de la harina de madera (o fibras vegetales), debe secarse primero para reducir su contenido de humedad por debajo del 1% - 2%. La humedad excesiva puede causar agujeros de aire dentro de los gránulos, afectando seriamente la resistencia de los productos terminados posteriores.
Mezclado de alta velocidad
Se añaden a una mezcladora de alta velocidad harina de madera seca, resina plástica (tal como gránulos o polvos de PE, PP, PVC), así como agentes de acoplamiento, lubricantes, colorantes, etc. A través de un alto calor de fricción, todos los componentes se dispersan uniformemente para formar una "mezcla seca". El agente de acoplamiento (tal como polietileno injertado con anhídrido maleico MAPE) es de gran importancia ya que puede mejorar significativamente la fuerza de unión interfacial entre la harina de madera (hidrófila) y el plástico (hidrófoba).
Extrusión, fusión y plastificación
El material bien mezclado se alimenta en una extrusora de doble tornillo paralela co-giratoria. El material se somete a calentamiento, cizallamiento de tornillo y fusión dentro del barril. En esta etapa se requiere un control preciso de la temperatura (generalmente entre 160 ℃ - 200 ℃, dependiendo de la matriz plástica). Si la temperatura es demasiado alta, la harina de madera es propensa a coxarse y volverse negra. Al mismo tiempo, la extrusora debe estar equipada con un potente sistema de escape de vacío para eliminar la humedad residual y los gases volátiles.
Granulación y enfriamiento
El material fundido y plastificado se extruye a través de una cabeza de matriz. De acuerdo con las propiedades físicas de la matriz de plástico, se utilizan los siguientes dos métodos de granulación principales:
Corte en caliente enfriado por aire (el más utilizado): Tan pronto como el material sale de la cabeza de matriz, se corta en gránulos en estado caliente mediante un cuchillo volante giratorio y luego se sopla inmediatamente en una tubería de enfriamiento y un separador de ciclones por aire de alta presión para enfriamiento. Este método evita perfectamente que los gránulos absorban agua.
Granulación de agua - anillo / granulación de agua - chorro: Esto se utiliza principalmente para algunas matrices específicas con viscosidad relativamente alta. Después de la granulación, se requiere un deshidratador centrífugo de alta eficiencia para secar rápidamente el agua.
1. Tornillos y barriles: configuración alta resistente al desgaste
La harina de madera contiene abundantes impurezas duras como la sílice, lo que causa una abrasión severa a los componentes metálicos.
Materiales de alta aleación: Los elementos de tornillo deben adoptar acero para herramientas de metalurgia de polvo de alto contenido de vanadio (por ejemplo, CPM10V, WR5) o carburo cementado sólido. Los revestimientos de barril deben estar equipados con revestimientos bimetálicos (aleación a base de níquel / aleación estelitica).
Selección de la relación L/D para el proceso de peletización en dos etapas: generalmente se adoptan extrusoras paralelas de doble tornillo co-rotativas, con una relación L/D recomendada que varía de 36:1 a 48:1 para asegurar secciones de mezcla y ventilación suficientes.
2. Diseño de configuración de tornillo: mezcla de baja cizalladura
La harina de madera es propensa a quemarse por encima de 200°C; El sobrecalentamiento local debe evitarse en los diseños de tornillo.
Zonamiento funcional claro: El tornillo debe consistir en zonas completas de transporte, fusión, mezcla, ventilación y igualación de presión.
Elementos de cizallamiento flexibles: Los bloques de amasado anchos con grandes ángulos de escalonamiento (45 °, 60 °) deben aplicarse ampliamente en la zona de mezcla, o un diseño combinado de bloques amortiguadores y bloques de amasado es aceptable. Los bloques de amasado estrechos de alto cizallamiento se minimizarán. La fusión del plástico se basa en el calor por fricción y el calor conductor para prevenir la carbonización de la harina de madera inducida por el calor de cizallamiento excesivo.
3. Ventilación y sistema de extracción al vacío: Ventilación de alta eficiencia de múltiples etapas
Incluso después del secado, la harina de madera libera humedad residual y volátiles vegetales a alta temperatura y presión.
Disposición de puerto de ventilación doble: Las extrusoras con una relación L/D larga deben estar equipadas con un puerto de ventilación atmosférica más uno o dos puertos de ventilación de vacío de alta potencia.
Configuración de bomba de vacío: Se recomiendan bombas de vacío de anillo líquido o unidades de vacío de anillo líquido Roots. El grado de vacío se debe mantener entre -0,06 MPa y -0,09 MPa. Los tanques de recogida de condensación y las pantallas de filtro antiobstrucción frontales son obligatorios para evitar el bloqueo de la tubería por volátiles.
4. Sistema de alimentación y dosificación: medición de pérdida de peso
La harina de madera presenta una baja densidad a granel y una severa tendencia al puente, mientras que los plásticos son principalmente gránulos; Los dos materiales tienen propiedades físicas drásticamente diferentes.
Alimentación con pérdida de peso multicomponente: Se prohíben los alimentadores volumétricos. Se emplearán alimentadores con pérdida de peso para la dosificación precisa y totalmente automática de harina de madera, gránulos de plástico y aditivos, con una precisión de alimentación controlada dentro del ±0,5 %.
Dispositivos de ruptura de arco potentes: La tolva de harina de madera debe estar equipada con rompedores de arco mecánicos de agitación o vibradores neumáticos como estándar. El tornillo de la sección de alimentación debe adoptar un diseño de plomo grande y canal profundo para eliminar zonas muertas y puentes de material en la garganta de alimentación.
5. Caja de engranajes de accionamiento y alto par: estabilidad resistente a golpes
La fusión de WPC cuenta con una viscosidad extremadamente alta, generando un par masivo durante el procesamiento, y las cargas de impacto transitorias ocurren con frecuencia debido a las fluctuaciones de la materia prima.
Alto par nominal: El coeficiente de par (T / A³) de la caja de engranajes dividida de par de reducción debe ser de 9,0 ~ 12,0 o superior (serie de cajas de engranajes de par alto / par ultra alto), con engranajes fabricados de acero aleado de alta resistencia a través de molienda de engranajes de precisión.
Eje de protección de seguridad: Los acoplamientos de seguridad (limitadores de par) son equipos estándar. En caso de bloqueo del eje o atasco parcial, la transmisión se desconecta en unos microsegundos para evitar daños catastróficos a los tornillos y las cajas de cambios.
6. Sistema de control de temperatura: alta precisión y capacidad de respuesta
La harina de madera es extremadamente sensible a la temperatura con una ventana de procesamiento extremadamente estrecha (típicamente de 160°C a 190°C).
Sistema de calefacción y refrigeración vinculado: Calefacción por barril adopta anillos de calefacción de aluminio fundido o cerámica. Cada zona de temperatura está equipada con enfriamiento por aire forzado o enfriamiento por circulación líquida interna como estándar, con una precisión de control de temperatura que alcanza ±1°C.
