「澱粉基生物降解樹脂及片材」成套設備系列的製作方法

2023-10-08 09:11:44 2

專利名稱:「澱粉基生物降解樹脂及片材」成套設備系列的製作方法
技術領域：
75/150雙階生產生物降解樹脂及片材設備，系生產綠色環保製品的專用設備。由於物料是以天然高分子化合物澱粉為基料，存在熱敏感性強、加工工藝複雜等缺點。本設備的組合改變了普通塑料機械高溫高剪切的不足之處，採用先進的PCC觸控螢幕自動控制程序，針對澱粉基物料的特性，縮短加工工藝流程，在「低溫高剪切力」的作用下合理將物料改性、增塑製得含量60～80％的澱粉基樹脂或片材，用於製造各類一次性環保型包裝、餐飲具、玩具及衛生用品等。
背景技術：
地球只有一個，環保是人類共同關心的事業，塑料原料、石油化工、俞來俞短缺，塑料廢棄物嚴重汙染環境。我公司研發的成果「澱粉改性增塑助劑」，(已申請專利)對植物澱粉資源的深開發利用提供了廣闊的前景，澱粉基製品的澱粉含量最高可達80％，並能生物降解，解決了白色汙染的嚴重問題。由於澱粉基物料的低溫加工特性、目前世界上採用普通塑料加工工藝路線、產量小、能耗高；制約了澱粉基樹脂的發展，我公司設計的澱粉改性、75/150雙階一步法生產澱粉降解樹脂及片材設備，產量比以前75型雙螺杆+溶體泵擠出高出2～3倍，並一機兩用(造粒或片材)，是環保機械產業的一次跨越式發展。

發明內容澱粉改性技術是助劑的合理計量使用與設備的工藝參數控制、機械物理反應等共同實現完成的創新技術；也是一門複雜的環境科學、高分子化學。生物物理及生物化學———等交叉的新領域。
「75/150雙階生產生物降解樹脂及片材設備」，該套設備包括植物澱粉快速改性、75/150雙階組合、塑化、風冷模面熱切粒，粉料一步法生產片材等，其特徵是澱粉改性鍋降壓啟動、導熱油循環加熱，出料快速冷卻，螺杆長徑比雙螺杆L/D＝44、單螺杆150L/D＝7～12；根據澱粉基物料流動性差的特點，優化螺杆組合採用PCL或PCC+觸控螢幕自動控制系統，對螺筒各段溫度實行電腦編程控制，縮短生產工藝路線，合理將物料「低溫高剪切」，完成熱塑性增容、反應性增塑，製得澱粉含量高達60～80％的澱粉基樹脂或片材，該設備並且通用於滑石粉等高填充物料，其產量比澱粉基更高。
一、理論創新澱粉改性增塑助劑在澱粉基製品行業中率先實現「低溫高剪切」、「粉料一步法」的工藝路線，解決了同行所採用製造塑料「高溫高剪切」不利於該行業生產的技術困難，由於植物澱粉是多羥基的碳水化合物在分子間力和氫鍵的作用下，形成團粒結構，原澱粉不能夠作為材料使用。澱粉基材料它不同於合成高分子聚脂塑料(如PP/PE等)它的加工溫度從180～230度之間，經機械高溫高剪切力的作用，熔溶變成「液態」，在此溫度以內都可以生產出製品，然而澱粉基改性接枝的材料，它的加工溫度高於180度時，其製品開始發黃、發脆；尤其是高澱粉含量；熱敏感性更突出，雙螺杆是非常理想的反應器，其加工溫度從145～155度之間，經機械低溫高剪切力的作用，充分熔溶塑化，達到熱塑成型理想的效果，其物料在加工過程中，不管加工溫度提升多高，但始終都是「固態」，所以它不利於「溶體泵」作業，取而代之的是雙階機(雙螺杆混煉、單螺杆擠出)，因此，是該行業生產理想的工藝。
二、技術創新1，3二醯胺丁二酯聚合物，促使澱粉轉化為熱可塑性材料，同時澱粉與少量可降解的聚脂在改性鍋內快速改性(酶化)——高分子改性、接枝，無需糊化改性，合理將物料經雙螺杆混煉，單螺杆擠出，粉料一步法生產片材或風冷模面切粒，具有加工溫度低、流動性能良好的特點，並且澱粉在制品中的含量達60～80％。
三、工藝創新本技術改變了「高溫高剪切」在澱粉基行業生產上的工藝常規，根據澱粉的特性實現了「低溫高剪切」的工藝路線，攻克了「高溫高剪切」不利於澱粉基生產的技術難題，同時本技術生產澱粉基可塑性材料，一步法風冷模面切粒(無需水環切粒)，縮短了工藝，解決了澱粉基材料水環切粒，含水量大，難以加工的難題。「澱粉改性增塑助劑」抗粘連，與植物澱粉改性後轉化為「熱可塑性材料」，生產工藝短、加工溫度低，無需「糊化處理複雜工藝」，澱粉基物料難以加T，它始終都是「固態」，所以它不利於「溶體泵」作業，取而代之的是雙階擠出機(雙螺杆混煉、單螺杆擠出)，螺筒各段溫度設置為平雙各段130℃、130℃、135℃、146℃、146℃(強剪切區)、135℃、135℃、138℃、145℃、150℃(高剪切區)，單螺杆擠出機溫度1～5段為145℃，物料經「低溫高剪切」力的作用，同時實現「低溫高剪切」、「粉料一步法」生產片材或「風冷模面切粒」樹脂且產量大(是同類機型的2～3倍)，能耗低，並能一機二用，處於行業領先水平。
四、結構創新該設備的結構組合在澱粉基製品行業生產中屬世界首創，其創新在於澱粉改性鍋快速(酶化)高分子改性，依次進入平行雙螺杆混煉，單螺杆擠出，一機二用、風冷模面切粒，或一步法生產片材，並同時實現多刀切幅，3臺或4臺雙工位收卷機同時收卷，便於操作和清理螺杆，雙螺杆主機與單螺杆主機之間出入料口採用活環扣連接，並且雙螺杆主機下部裝有滾輪和滑道，前後移動方便。
圖1SM75-150型片材、風冷切來面圖；A為澱粉改性鍋B為75-150雙階混煉擠出機組；C為澱粉基切粒系統；D為澱粉基粉料一步法生產片材輔機系統。
其中1、澱粉改性鍋320#導熱油循環加熱、分熱、冷高低速混；2、75平行雙螺杆混煉機組螺杆長徑比L/D＝44；3、150單螺杆擠出機組螺杆長徑比L/D＝12；4、造粒系統切粒滑道；5、切粒機頭；6、切粒機組；7、第一節旋風分離器；
8、第二節旋風分離風冷振動篩；9、輸送風機；10、粒料成品料倉；11、片材輔機導軌移動電機；12、三輥獨立傳動電機；13、三輥液壓站；14、三混冷卻模溫機組；15、單引託架、切幅刀架、廢邊收卷機；16、二臺雙工位收卷機組；17、75平雙立面圖；圖2SM75-150型片材、風冷切粒立面圖A向為澱粉改性鍋；B向為75-150風冷造粒系統；C為片材輔機系統。
其中1、雙速電機；2、澱粉改性鍋；3、油加熱器、冷混鍋；4、扶梯；5、冷混電機；6、直流電機；7、主餵料機；8、強制餵料機；9、SM75主機；10、制粒第一節旋風分離器；11、第二節旋風分離器；12、粒料成品料倉；13、風冷卻振動篩；14、輸送風機；15、三混壓光機；16、託架、切邊收卷；17、片材牽引機；18、雙工位收卷機；19、雙工位收卷機；
圖3SM500×2/1000立升澱粉改性鍋；A、立面圖、B、正面圖C、平面圖；其中1、扶梯；2、冷混電機；3、冷混鍋；4、雙速電機；5、澱粉改性鍋；6、油加熱器；圖4SM75平行雙螺料杆混煉機組其中1、直流電機132KW；2、主餵料機；下部為齒輪轉動箱；3、強制餵料機；上部為料桶；4、主機筒體L/D＝44；5、第二節排氣口；6、150單螺杆主機；圖5SM150擠出機立面圖；其中1、直流電機75KW；2、傳動齒輪箱；3、單螺杆筒體；4、機頭液壓換網器5、三輥壓光機；6、導軌滑輪；7、導軌移動電機；8、強制冷確風機。
圖6SM75/150擠出機平面圖；其中1、排汙管G
″高105；2、抽真空
高720；3、軟水冷卻系統；4、真空罐；進水管
″、高650；5、真空泵、進水管φ8；6、150單螺杆擠出機筒；L/D＝12；7、直流電機55KW。
圖7SM1500片材生產線布置圖其中1、三輥壓光機；2牽引託架、切幅刀架；廢邊收卷；3、牽引輥；4、液壓站5、移動電機；6、三輥獨立傳動機；7、三混冷卻模溫機組；8、牽引託架。
圖8SM雙位工位片材收卷機；其中1、雙工位收卷機帶託架；2、雙工位收卷機；3、導軌；4、滑輪設備外形尺寸、重量(注)設備尺寸(長×寬×高)(1)、高速混合機組3000mm×2500mm×2500mm，重量8000kg(2)、SM-75混煉機組7000mm×1200mm×2500mm，重量7500kg(3)、SM-150擠出機組4000mm×1500mm×1500mm，重量4500kg(4)、造粒系統8000mm×2500mm×2800mm，重量1500kg(5)、片材成型系統8500mm×1800mm×2800mm，重量7500kg(6)、收卷系統2000mm×2500mm×2500mm，重量1200kg具體實施方式
該設備從原料投入到製品造粒、片材收卷全程電腦自動控制等，具體機械主要配製如下1、電儀控制系統PCL或PCC+觸控螢幕控制系統主斷路開關熱保護器、主交流接觸器為西門子產品、其它部件為法國施耐德、LG產品等。
(1)、主機溫控表為日本、西門子及LG、調速器為英國歐陸公司品牌產品，雙通道，智能型；(2)、主機電源值採用液晶真彩觸控螢幕顯示，且與主機聯鎖，實現過電流瞬間保護停車；(3)、熔體壓力和熔體溫度均採用數字顯示，並與主機聯鎖，實現超壓報警並停車保護；(4)、其他低壓電器均採用國內合資廠或韓國LG名牌產品。
2、澱粉改性鍋(油循環加熱)500立升×2臺×1000立升一套，配製功率180KW、50～60HZ、380V，總電源採用BVR銅芯95MM。
(1)、改性鍋500立升，電機功率55/75KW；(2)、冷混機1000立升，電機功率15KW；(3)、油加熱器採用320#導熱油加墊，加熱功率12KW，澱粉經該工藝化學快速改性後，依次輸送平雙實現物理反應過程。
3、75/150雙階機裝配功率315KW、50～60HZ、380V，總電源採用BVR120MM；75平雙長徑比L/D＝44，電加熱器加熱，水環冷確，螺杆轉速500轉/MIN，150單螺杆長徑比L/D＝7~12，電加熱器加熱，風冷冷卻，螺杆轉速60轉/MIN，螺杆採用優質氮化鋼氮化處理或鍍鎳磷，螺紋套為合金套等；為了便於操作和清理螺杆，雙螺杆主機與單螺杆主機之間出、入料口採用活環扣連接，並且雙螺杆主機下部裝有八隻滾輪和滑道，前後移動方便。
(1)、雙螺杆主機螺杆直徑φ71.3MM螺杆長徑比L/D＝44，螺杆元件與芯軸採用漸開線花鍵聯接，電機為Z4直流調速電機，功率132KW、螺杆轉速50～500rpm，雙螺杆筒體及元件採用優質氫化鋼氮表面鍍鎳磷處理，筒體加熱器為鑄鋁或鑄銅加熱器，加熱功率46KW，筒體採用軟水冷卻，冷卻水泵功率0.55KW，傳動箱採用高扭矩設計，潤滑系流油泵電機功率0.55KW。
(2)、單螺杆擠出機螺杆直徑φ150MM，長徑比L/D＝12，主電機為Z4直流調速電機，功率55KW，螺杆轉速0～60rpm，筒體及元件材質為優質氮化鋼表面鍍鎳磷處理，銅體為鑄鋁加熱，加熱功率25KW，強制風冷卻，風機功率1.5KW，電動液壓換網，氣站功率1.5KW，機頭加熱器功率3.5KW。
4、特製風冷模面切粒系統切粒機電磁滑差調速，風冷卻切粒，帶切粒導軌，配兩級旋風分離及冷卻振動篩成品料倉。
(1)、熱切機頭鑄鋁電加熱，功率2KW，配特殊切粒裝置；(2)、風冷模面熱切粒機，不鏽鋼切粒罩帶水冷夾套，滑差電機無級調速，功率1.5KW；(3)、二套不鏽鋼旋風分離器冷卻，送風機、文式三通、不鏽鋼輸送風管等；(4)、風冷振動篩，不鏽鋼材質；(5)、成品料倉，不鏽鋼，容積2.5立方；不鏽鋼輸送管道與風機。
5、模頭部份模具形式；衣架式；模唇幅寬1500MM，模唇兩邊各有25MM活動堵料板，以便調節片材寬幅，模頭調節厚度範圍0.2～3MM，模頭加熱棒加熱。
(1)、模頭形式衣架式(2)、模唇幅寬1500MM(3)、模唇調節厚度範圍0.3-2mm
(4)、模頭加熱棒總功率27kw6、三輥壓光機輥筒排列方式斜三輥壓光三臺獨立轉動電機帶測速控制器，輥筒長度2500MM，輥筒材料45#，輥筒硬度HRC50。表面鍍鉻鏡面，三輥徑向跳動範圍小於0.01MJN；三輥線速度0-80M/MIN；水循環模溫控制器流量為8T。
(1)、製品厚度0.3-2mm(2)、輥筒材料45#鋼(3)、輥筒直徑φ415m(4)、輥筒排列方式斜三輥壓光(5)、輥面長度1500mm(6)、輥筒熱處理方式表面鍍硬鉻(7)、輥筒硬度HRC50(8)、輥筒表面粗糙度≤Ra0.05(9)、輥筒表面鏡面(10)、輥筒徑向跳動範圍≤0.01mm(11)、三輥線速度0-80m/min(12)、傳動方式獨立傳動，電機功率3KW變頻(13)、導輥直徑φ63mm(14)、導輥長度φ1500mm(15)、變頻器華為或其它(16)、密封件進口(17)、液壓閥進口(18)、液壓壓力10Mpa(19)、模溫控制器水循環、三組封閉水循環加熱；水泵功率1.5KW×3；加熱功率6KW；最高溫度90℃。
7、託架牽引鋁合金託架輥直徑φ65MM，牽引輥雙橡膠輥φ160MM，幅寬1500MM，三把刀切邊切幅，幅寬(700MM以內×2)1400MM、片材模頭幅面寬，根據用戶需求，可多刀切幅、切邊，廢邊收卷等。
(1)、託架輥鋁合金輥(2)、託架輥直徑φ65mm(3)、牽引輥雙橡膠輥(4)、牽引輥直徑φ160mm
(5)、牽引電機P＝2.2KW(6)、牽引速度0-80m/min(7)、牽引調距方式氣缸氣動(8)、切邊幅寬1400mm(2×700m)(9)、切邊刀數3把(10)、廢邊收卷部件電機型號YLJ112M-10 1000r/min；收卷線速度0-100m/min；8、力矩電機雙工位收卷、收卷直徑600MM以內，卷取線速度0～100M/MIN，並同時實現3臺或4臺雙工位收卷機同時收卷。
(1)、卷芯直徑φ76mm(2)、取卷幅寬1400(700×2)mm(3)、取卷線速度0-100m/min(4)、最大取卷直徑φ600mm(5)、力矩電機YLJ112M-10-6 N＝1000r/min T＝10N·m(6)、橡膠導輥直徑φ80mm(7)、導輥長度1500mm；9、該成套設備組合，一機二用，切粒模頭與片材擠出機成型模頭，根據用戶所需材料可互換，風冷模面造粒或粉料一步法生產片材，制粒時片材附機到退接入制粒模頭及切粒系統；生產片材時，更換片材擠出模頭，片材附機前進即可實施「粉料一步法」生產片材；該機組造粒、片材還可分開組合使用。
圖1SM75/150型改性鍋、片材、風冷切粒平面總圖；圖2SM75/150型改性鍋、片材、風冷切粒立面總圖；圖3SM500×2/1000立升澱粉改性鍋外形圖；圖475平行雙螺杆混煉機組立面圖；圖5150擠出機立面圖；圖6SM75/150單螺杆擠出機平面圖；圖7SM1500型澱粉基生物降解片材生產線布置圖圖8SM雙工位收卷機排布圖；說明書摘要附圖SM1500-75/150型澱粉基生物降解材料澱粉改性鍋、片材、造粒生產線布置圖總
權利要求
1.該設備的組合，它包括植物澱粉改性鍋，SM-75平雙混煉機150單螺杆擠出機、風冷模面造粒機、斜三輥壓光牽引機、雙工位收卷機；其特徵是植物澱粉改性機組出料後，依次自動定量上料進入75平雙混煉，150單螺杆擠出造粒或片材，一機可二用、配製可分開組合A、含主機獨立風冷模面切粒；B、含主機粉料一步法生產片材。
2.斜三輥壓光機獨立轉動、牽引機、片材、模頭、斜三輥壓光牽引機等寬幅在1500MM以內任意定位切幅寬度，多刀任意定位切幅切邊、二臺或三臺雙工位收卷機同時收卷；
3.採用PLC或PCC+觸控螢幕自動控制系統。
4.75平行雙螺杆L/D＝44、150單螺杆L/D＝7～12；75平行雙下部設有道軌，與150單螺杆之間前後可移動；75平雙出料口與150入料口連接採用活動扣連接，方便操作與清理。
專利摘要
該機組包括澱粉改性鍋，75雙螺杆/150單螺杆雙階組合，風冷造粒、片材模具、三輥壓光牽引收卷等工藝過程一機二用。採用PCL或PCC控制系統可遠程操作。其特徵在(1)澱粉改性鍋；(2)75平雙L/D＝44，單螺杆150L/D＝7～12；(3)風冷模面切粒；(4)片材擠出模具；(5)三輥壓光牽引；(6)雙工位收卷；其優點是澱粉改性鍋快速改性，粉料一步法生產片材；75/150雙階混煉擠出(無需溶體泵)。配備模具、三輥壓光牽引等寬幅在1500mm範圍內任意多刀切幅，同時多臺雙工位收卷，縮短加工工藝流程，採用「低溫高剪切」合理將物料改性、增塑，穩定生產澱粉含量達60～80％的澱粉基樹脂或片材，單機日產量是普通同類塑料機型產量的2～3倍，並通用於滑石粉等高填充料，產量更高。
文檔編號B29C47/38GK1994714SQ200610091438
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月20日
發明者祝順生, 祝劍 申請人:祝順生導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan