一种结构用微发泡芯层钢塑复合板的制造方法和设备

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一种结构用微发泡芯层钢塑复合板的制造方法和设备\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种强度高重量轻的复合板材的制造方法和设备，尤其涉及一种结构用微发泡芯层钢塑复合板的制造方法和设备。\n背景技术\n[0002] 钢塑复合板在当前的国民经济生产活动中具有十分广泛的应用。随着我国经济和世界经济的进一步发展，厢式货车乃至集装箱的车体板，将会向具有更高性能的方向发展，因此钢塑复合板产品也将会有十分广阔的应用前景。根据现有的专利文献：\n[0003] (1)CN2570350Y；(2)CN201015910Y；(3)CN201802028U；(4)CN102529226A；(5)CN201155187Y；(6)CN102350826A；从中可以看出，目前，国内对于钢板与塑料板的复合板材，可多见于相关专利文献或网络文献。但是，在为数不多的专利或文献中，一般都只是低强度普通彩钢板(如文献1、3、4、6)或者不锈钢板(如文献2、6)与实心塑料板的复合板，且厚度多在5mm以下。主要用于建筑装饰领域。这些钢塑复合板一般是三层结构，表层和底层是钢板，中间层是塑料，钢板与塑料之间通过粘结材料进行粘结，有的通过对中间塑料层进行一定的增强。国内的钢塑复合板材仅限于普通钢板、一般镀锌钢板(拉伸强度一般在200MPa以下)或不锈钢板与塑料芯层的复合，厚度一般均在5mm以下，塑料芯层大多是来经发泡的实芯板，对于专利文献6所涉及的产品，虽然对芯材提到了发泡的技术，但也仅停留在理论的阶段，实际尚未完成产品的试制。而该专利中提到的方法， 在实际运用中尚无法真正实现。这些复合板材的用途大多限于建筑装饰材料的领域，无法作为一种结构性的板材来应用。\n[0004] 对于用不锈钢板与塑料芯层进行复合的板材，一是上存在复合板材剥离强度不能得到很好的保证，二是不锈钢的价格相对镀锌钢板来说要贵很多，三是不锈钢板不能进行很好的表面涂装，因此难以满足用户对表层不同颜色的要求。\n[0005] 对于已知的国外或其他地区的同类产品，经过研究发现，其发泡芯材的泡孔细密性和均匀性都不理想，剥离强度偏低，也不太稳定。而对于复合产品而言，不同材料间的剥离强度是至关重要的一个技术参数。\n[0006] 国内目前的箱式货车车体墙板及顶板大多还是纯粹的平面钢板或瓦楞钢板，首先是其刚性不足，容易变形。其次，其隔热性能很差，除非另做保温材料。\n[0007] 因此，现有的发泡钢塑复合板及其制造方法和设备已经难以适应箱式货车车体墙板及顶板或其他相关领域的要求，当前亟需一种先进的发泡钢塑复合板制造方法和设备。\n发明内容\n[0008] 为了克服上述缺陷，本发明提供了一种用于制造微发泡芯层钢塑复合板的设备，包括基本上依次设置的上料机、混料干燥机、挤出机主辅机6、模具、三辊机、分子膜放卷机、分子膜贴膜辊、芯板冷却定形辊组、钢卷放卷机、钢卷过渡辊、接片机、纠偏装置、复合辊组及定形辊组、保护膜放卷机、保护膜贴膜机、纵向修边装置、牵引辊、横向剪板机、放板平台、机械手，其特征在于芯板冷却定形装置由8-12组辊筒组成，辊筒为钢制空心辊筒，其中通以设定温度的水，让芯板在实施复合前得以定形，为此保证了发泡板中的泡孔 在后期复合施压时不被压缩。\n[0009] 优选地，挤出机主辅机6可分为8个不同温度段；三辊机的三个辊子的温度彼此不同，且从上至下温度依次升高；复合辊组及定形辊组优选包括12个辊组，每个辊组的温度彼此不同。\n[0010] 优选地，挤出机主辅机配置一台主机和一台辅机或两台辅机，主机螺杆直径φ170或φ180，长径比35∶1，辅机螺杆直径φ90或φ120，长径比33∶1，配备ABA或ABC分配器。\n[0011] 优选地，模具的模唇部分通铜管，其中通以导热油。\n[0012] 优选地，三辊机辊径φ450，辅助设备主要是控温水箱，该水箱为封闭式水箱，使得水压能达到0.2MPa以上，而水的温度最高能达到120℃。\n[0013] 优选地，纠偏装置包括上钢卷的纠偏和下钢卷的纠偏，上下钢卷的纠偏需要分别对上下各2个共计4个放卷机放出的钢卷进行纠偏；在钢卷放卷机之间设置导向辊，在导向辊与放卷机之间设置高精度的光电感应器；放卷机上设置移动电机，由光电感应器的感知信号反馈到控制系统，由控制系统控制放卷机的左右移动，由此使钢卷始终保持在设定的位置，偏差可控制在0.5-1mm范围。\n[0014] 本发明还提供了一种用于制造微发泡芯层钢塑复合板的方法，包括如下步骤：(1)选用一种高密度树脂和一种低密度树脂比例加到干燥搅拌机，搅拌机设置加温装置，搅拌一段时间后加入发泡剂及功能助剂，继续搅拌，之后即可放料至储料罐备用；(2)储料罐里的料随后随着挤出机主辅机的运行自动上料到挤出机主辅机的料斗中，料斗设置料位限位装置，执行自动上料；(3)设定挤出机主辅机的温度并开始加温，设定模具温度，设定辅机及 其流道温度，设定三辊机附属水箱或油箱介质的温度，设定芯板定形辊组温度，设定复合辊组及定形辊组的温度并加温；(4)芯板冷却定形段和复合段做好准备，钢卷装上放卷机，调整好纠偏装置；装高分子粘结膜至放卷机，装保护膜至放卷机；(5)启动挤出机主辅机和辊组设备，待芯板质量符合要求后，开始复合，调整纠偏装置，调整上下钢卷使之对齐，稳定后，启动自动纠偏；(6)张贴保护膜，同时启动纵向修边，修去多余的塑料芯板，确定宽度；按要求确定长度，调整定长光电开关的位置；横向剪板，张贴标签；由机械手从放板平台上取板，摆放在包装托架上。\n[0015] 优选地，第(1)步骤具体为将确定选用的HDPE与LDPE颗粒按比例加到干燥搅拌机，搅拌机设置加温装置，搅拌机干燥温度设定在100℃-120℃之间。搅拌约1.5小时后，加入发泡剂及功能助剂，继续搅拌约0.5小时，发泡剂及功能助剂的用量依据选用的原料不同、原料的形态不同而有所不同。复合粉状发泡剂的用量一般在0.3％-0.5％之间。\n[0016] 优选地，步骤(3)具体为设定挤出机主辅机的温度并开始加温，挤出机主辅机一共有8个加温段，温度依次从140℃到175℃；流道一段，温度设为175℃-180℃，换网器一段，温度设为180℃左右，分配器一段，温度设为180℃左右；设定模具温度，温度范围依据芯板发泡率要求及表面要求设定，范围140℃-160℃之间；设定辅机及其流道温度，范围150℃-180℃；如果设备是冷启动，则当各段温度升温到位后，再开始启动主机，开始挤出，冷机启动加温时间约1.5-2小时，依据气温条件而变化；设定三辊机附属水箱或油箱介质的温度，依据环境温度，从上至下，三辊机水温分别设定为80℃-85℃、100℃-105℃、\n110℃-115℃；设定芯板定形辊组温度，一般温度范围50℃-70℃；设定复合辊组及定形辊组的温度并加温，本设备共12组复合辊及定形辊，温度依次设为：150℃、190℃、 180℃、\n160℃、150℃、120℃、100℃、80℃、60℃、40℃、40℃、40℃，温度设定应依据环境温度、复合板的剥离强度测试数据以及板形状态等实际情况进行适当调整。\n[0017] 利用本发明的芯层钢塑复合板制造方法和设备，能够获得一种微发泡芯层钢塑复合板，其在密度降低的情况下，仍能保证制品芯板具有优良强度性能，并且能在5-15mm厚度范围内控制芯板的质量符合要求；本发明还确立了一种将上述板材定形的方法，保证芯板的密度不高于设计值，同时为后续复合工艺的确定提供条件，对成品板形的控制打下了基础；本发明还提供了一种复合辊组配置方案和温度梯度设置方案，保证了成品板材的剥离强度和板形平整；还确定了一种高精度纠偏方案，解决了高强度钢板不能纵向修边的问题；利用本发明所得到的钢塑复合板材，该板材重量相对较轻，而各项强度又相对较高，同时具有良好的耐候性，并且外表美观，具有良好的耐污性能。完全可以应用于厢式货车乃至集装箱车体板的选材，为此类产品提供了一个很好的材料选择方案。并且将来还可以开发其更多的用途。\n附图说明\n[0018] 图1是根据本发明的用于制造芯层钢塑复合板的设备示意图。\n[0019] 其中，相关的附图标记和对应技术特征如下：1、上料机，2、上料机，3、混料干燥机，\n4、上料机，5、储料罐，6、挤出机主辅机，7、模具，8、三辊机，9、塑料芯板，10、上分子膜放卷机，11、下分子膜放卷机，12、上分子膜贴膜辊，13、下分子膜贴膜辊，14、下钢卷放卷机机坑，\n15、芯板冷却定形辊组，16、上钢卷放卷机，17、下钢卷放卷机，18、上钢卷过渡辊，19、下钢卷过渡辊，20、上接片机，21、上纠偏光电感应器，22、下接片 机，23、下纠偏光电感应器，24、复合辊组及定形辊组，25、保护膜放卷机，26、保护膜贴膜机，27、纵向修边装置，28、牵引辊，\n29、横向剪板机，30、放板平台，31、机械手，32、地面。\n具体实施方式\n[0020] 参见附图1，其详细描述了根据本发明的微发泡芯层钢塑复合板的制造设备，其中挤出机主辅机6配置一台主机和一台辅机或两台辅机，主机螺杆直径φ170或φ180，长径比35∶1，辅机螺杆直径φ90或φ120，长径比33∶1，配备ABA或ABC分配器。模具7的模唇部分通铜管，其中通以导热油。三辊机8的辊径φ450，辅助设备主要是控温水箱，而控温水箱里水的温度要能达到120℃，这与一般的水箱结构是不一样的，一般的水箱，水的温度最高不超过100℃，本发明采用的水箱为封闭式水箱，使得水压能达到0.2MPa以上，而水的温度最高能达到120℃。。当然，这里的水箱还可以改为油箱，用导热油控制温度。与专利6比较，该专利使用两辊机进行复合，两辊机的复合原理是将模具挤出来的塑料(此时还呈熔融态)从两辊间进入，而粘结膜与钢板也从此两辊间进入。其最大的缺点是无法观察到芯板的发泡状态，而芯板的发泡状态又是至关重要的。另外，由于此时塑料还处于熔融状态，无法大力施压，这样既不能保证复合强度，也难以对厚度进行控制。本发明用三辊机\n8对芯板进行定形、压光，芯板上下表面均可观察到，再加之后续的冷却定形，保证了芯板内外质量的可控性。对于连续复合的方式，如果芯板局部存在问题，完全可以将该部分裁剪掉，换句话说，对于制品内部的芯板质量处于可控状态。为了解决后期复合施压时塑料板的压缩问题，本发明设计了一套芯板冷却定形装置15，该装置由多组，优选8-12 组辊筒组成，辊筒为钢制空心辊筒，其中通以设定温度的水，让芯板在实施复合前得以定形，为此保证了发泡板中的泡孔在后期复合施压时不被压缩。复合辊直径φ200或φ300，直径大一些的，效果更好，长度1500-1600mm，复合辊加温采用最新的电磁加热技术，环境友好，节省电能。发泡塑料板塑料树脂的选用两种高密度树脂(HDPE)和两种低密度树脂(LDPE)，两种树脂选择如下，而以前者更优：HDPE：8010，LDPE：6634F；HDPE：5000S，LDPE：2426H。\n[0021] 应用在塑料行业中的发泡方式，大致分为物理发泡和化学发泡两种，分别使用相应的物理发泡剂和化学发泡剂。而化学发泡剂中，又分为吸热型的和放热型的两种。按照发泡剂的类型，从原理上和实际效果上讲，吸热型发泡剂应该更加适用塑料的发泡，但其成本相对要高出很多。本发明试验成功的发泡剂为复合型发泡剂，发泡剂原粉采用常用的AC(或称ADC)发泡剂，化学名称为偶氮二甲酰胺，再加上其他功能助剂进行二次加工而成。\n这样配制的发泡剂既保证了制品的要求，又价格相对低廉。功能助剂上，添加了硬脂酸锌、硬脂酸、氧化锌等。\n[0022] 粘结材料由高分子材料制成，在板材复合中所使用的粘结材料呈膜状，因此又称为高分子膜。经过大量试验，最后选择一种由美国杜邦公司生产的粘结用高分子材料(型号为Bynel-41E755)作为主成分生产的高分子膜。\n[0023] 为了保证复合板材的抗弯强度、抗剪切强度，按照中华人民共和国国家标准GB/T2518-2004中的分级，选择结构级550的钢板，或按照ASTM A653/A653M-05的分级，选择SS(Structural steel)550级别的钢板。\n[0024] 为了保证钢板表面涂层具有高的耐候性及耐风沙磨蚀性，最终选择阿克苏硅改性聚 酯涂料作为钢板的主涂层材料。\n[0025] 钢板进行轧制调质后，进行镀锌或镀铝锌处理，然后再进行表面涂装处理。而为了保证涂层的牢固度，预先进行环氧底漆的预涂。\n[0026] 纠偏分为上钢卷的纠偏和下钢卷的纠偏，上下钢卷的纠偏需要分别对上下各2个共计4个放卷机放出的钢卷进行纠偏；在钢卷放卷机之间设置导向辊，在导向辊与放卷机之间设置高精度的光电感应器；放卷机上设置移动电机，由光电感应器的感知信号反馈到控制系统，由控制系统控制放卷机的左右移动，由此使钢卷始终保持在设定的位置，偏差可控制在0.5-1mm范围。\n[0027] 在生产试验过程中，需要对原材料、设备的适应性进行反复测试改进，直至产品满足设计要求。\n[0028] 本发明中的芯层钢塑复合板的具体方案及工艺流程如下：将确定选用的HDPE与LDPE颗粒按比例加到干燥搅拌机，搅拌机设置加温装置，搅拌机干燥温度设定在\n100℃-120℃之间。搅拌约1.5小时后，加入发泡剂及功能助剂，继续搅拌约0.5小时，发泡剂及功能助剂的用量依据选用的原料不同、原料的形态不同而有所不同。按照本发明，复合粉状发泡剂的用量一般在0.3％-0.5％之间。优选地，如果有条件的话，在混合料的搅拌加温过程中，最好用温度计测试料温，当料温达到50℃-60℃后约0.5小时，即可放料至储料罐备用；储料罐里的料随后随着挤出机主辅机6的运行自动上料到挤出机主辅机6的料斗中，料斗设置料位限位装置，执行自动上料；与此同时或提前设定挤出机主辅机6的温度并开始加温，挤出机主辅机6一共有8个加温段，温度依次从140℃到175℃；流道一段，温度设为175℃-180℃，换网器一段，温度设为180℃左右，分配器一段，温度设为180℃左右； 设定模具温度，温度范围依据芯板发泡率要求及表面要求设定，范围140℃-160℃之间；设定辅机及其流道温度，范围150℃-180℃；如果设备是冷启动，则当各段温度升温到位后，再开始启动主机，开始挤出，冷机启动加温时间约1.5-2小时，依据气温条件而变化；设定三辊机附属水箱或油箱介质的温度，依据环境温度，从上至下，三辊机水温分别设定为80℃-85℃、100℃-105℃、110℃-115℃；设定芯板定形辊组温度，一般温度范围\n50℃-70℃；设定复合辊组及定形辊组的温度并加温，本设备优选共采用12组复合辊及定形辊，温度依次设为：150℃、190℃、180℃、160℃、150℃、120℃、100℃、80℃、60℃、40℃、\n40℃、40℃，温度设定应依据环境温度、复合板的剥离强度测试数据以及板形状态等实际情况进行适当调整；在这样设置下，可以设置合理的温度梯度，保证了板形的良好；芯板冷却定形段和复合段做好准备，钢卷装上放卷机，调整好纠偏装置；装高分子粘结膜至放卷机，装保护膜至放卷机；一切准备就绪后，即可启动挤出机主机，随后启动挤出机辅机，配合调整各工艺参数；依据板厚要求，预调三辊机各辊间间隙大小；随着挤出机主辅机6的启动，拉出芯板经过冷却定形辊组和牵引辊直至后端牵引机；观察芯板表面状态，随时取样测试其体积密度，调整工艺参数直至芯板质量符合要求；芯板质量符合要求后，开始复合，调整纠偏装置，调整上下钢卷使之对其，稳定后，启动自动纠偏；观察板形，调整复合辊组温度，使板形复合要求；张贴保护膜，同时启动纵向修边，修去多余的塑料芯板，确定宽度；按要求确定长度，调整定长光电开关的位置；横向剪板，张贴标签；由机械手从放板平台上取板，摆放在包装托架上。\n[0029] 利用本发明的芯层钢塑复合板制造方法和设备，能够获得一种微发泡芯层钢塑复合板，其在密度降低的情况下，仍能保证制品芯板具有优良强度性能，并且能在5-15mm厚 度范围内控制芯板的质量符合要求；本发明还确立了一种将上述板材定形的方法，保证芯板的密度不高于设计值，同时为后续复合工艺的确定提供条件，对成品板形的控制打下了基础；本发明还提供了一种复合辊组配置方案和温度梯度设置方案，保证了成品板材的剥离强度和板形平整；还确定了一种高精度纠偏方案，解决了高强度钢板不能纵向修边的问题；利用本发明所得到的芯层钢塑复合板材，该板材重量相对较轻，而各项强度又相对较高，同时具有良好的耐候性，并且外表美观，具有良好的耐污性能。完全可以应用于厢式货车乃至集装箱车体板的选材，为此类产品提供了一个很好的材料选择方案。并且将来还可以开发其更多的用途；\n[0030] 值得一提的是，本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容做出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。