專利名稱：在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微孔發(fā)泡塑料成型技術(shù)，特別涉及一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置與方法。
背景技術(shù)：
微孔塑料是指泡孔直徑在O. ΓΙΟ μ m,泡孔密度在1(TIO15個/cm3的新型泡沫塑料，具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高的特點，同時具有良好的吸收沖擊載荷的能力、能隔熱保溫隔音緩沖、絕緣、防腐等優(yōu)點。微孔發(fā)泡注塑成型的原理是在預(yù)定背壓下熔融塑化樹脂，向熔融樹脂中定量注入超臨界氮氣或者二氧化碳，通過進(jìn)一步混合、擴(kuò)散后形成均相溶液，并在進(jìn)入模具型腔之前保持該狀態(tài)，注射進(jìn)入到型腔中，通過注射過程中的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，瞬間形成大量的氣泡核，在填充和冷卻過程中，氣泡長大并被固定，獲得微孔發(fā)泡制品。微孔發(fā)泡注塑成型可以大幅提聞制品尺寸精度和穩(wěn)定 性，有效縮短薄壁制品的成型周期，提聞生廣效率，同時還可以減小聚合物熔體的粘度，提高熔體的流動性。采用此技術(shù)的注塑制品已被應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域，包括汽車、醫(yī)藥、電子、食品包裝等行業(yè)。然而，在超臨界流體與聚合物熔體形成單一均相體系的關(guān)鍵步驟中，現(xiàn)有的較短時間微孔發(fā)泡注塑成型周期內(nèi)，其混合效果并不理想。無法將超臨界氮氣或者二氧化碳很好的分散在聚合物熔體內(nèi)，就難以得到理想結(jié)構(gòu)和性能的發(fā)泡制件。由于注射成型工藝固有的復(fù)雜性，微孔發(fā)泡注塑得到的制件往往孔徑大小不一，泡孔密度不穩(wěn)定，使得發(fā)泡試樣的各項性能無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的一致性、穩(wěn)定性和可靠性的要求。另外，實際應(yīng)用中，單一物料往往難以達(dá)到綜合性能各項指標(biāo)的要求，因而多采用填充改性和共混改性技術(shù)。由此帶來的無機(jī)填充粒子分散問題和多相體系中的相分離問題也是微孔注塑發(fā)泡成型應(yīng)用的挑戰(zhàn)性難題。因此，如何在短時間內(nèi)(即一個注射成型周期)將聚合物熔體與超臨界流體高效混合，同時增強(qiáng)多相體系的界面作用以及填充粒子的分散效應(yīng)，從而得到結(jié)構(gòu)均勻的高性能制品，仍然是微孔發(fā)泡注射成型發(fā)展和推廣應(yīng)用的一個難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣熔混合效果好、可有效提高發(fā)泡制品性能的連續(xù)式在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過上述裝置實現(xiàn)的在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，包括擠出發(fā)泡單元、超臨界流體輸送單元和注射發(fā)泡單元，擠出發(fā)泡單元的輸出端依次設(shè)置恒溫箱和切粒機(jī)，切粒機(jī)的出料口與注射發(fā)泡單元的進(jìn)料端相連接，超臨界流體輸送單元的流體出口端通過管道分別與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接，注射發(fā)泡單元的出口端與模具型腔相連接。
所述擠出發(fā)泡單元為單螺桿擠出機(jī)，包括擠出螺桿、擠出料筒、擠出機(jī)頭、擠出料斗和擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)，擠出螺桿設(shè)于擠出料筒內(nèi)，擠出機(jī)頭和擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)分別設(shè)有擠出螺桿的兩端，擠出料斗設(shè)于擠出螺桿的進(jìn)料端；擠出料筒上設(shè)有第一超臨界流體入口，第一超臨界流體入口處通過管道與超臨界流體輸送單元連接。其中，擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動擠出螺桿工作，物料從擠出料斗進(jìn)入擠出料筒后，隨著擠出螺桿的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行塑化，形成熔體，該過程中，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體同時進(jìn)入擠出料筒內(nèi)，超臨界流體與熔融物料混合，然后經(jīng)過擠出機(jī)頭的釋壓、發(fā)泡和定型，擠出送至恒溫箱。為了使超臨界流體與熔體混合更充分，所述擠出料筒上可分布有多個第一超臨界流體入口，各第一超臨界流體入口處分別通過管道與超臨界流體輸送單元連接。所述注射發(fā)泡單元為微孔發(fā)泡注射成型機(jī)，包括注射螺桿、注射料筒、注射噴嘴、注射料斗和注射螺桿動力機(jī)構(gòu)，注射螺桿設(shè)于注射料筒內(nèi)，注射噴嘴和注射螺桿動力機(jī)構(gòu)分別設(shè)于注射螺桿兩端，注射料斗設(shè)于注射螺桿的進(jìn)料端；注射料筒上設(shè)有第二超臨界流體入口，第二超臨界流體入口處通過管道與超臨界流體輸送單元連接。其中，注射螺桿動力機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動注射螺桿工作，聚合物發(fā)泡粒料從注射料斗進(jìn)入注射料筒后，隨著注射螺桿的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行塑化，形成含氣熔體，該過程中，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體同時進(jìn)入注射料筒內(nèi)，超臨界流體與熔融物料混合，然后經(jīng)過注射噴嘴注入模具型腔，在模具型腔內(nèi)冷卻定型后得到發(fā)泡制品。為了使超臨界流體與熔體混合更充分，所述注射料筒上可分布有多個超臨界流體入口，各第二超臨界流體入口處分別通過管道與超臨界流體輸送單元連接。所述超臨界流體單元包括儲氣瓶、壓力表、冷卻循環(huán)泵和高壓計量泵，儲氣瓶、壓力表、冷卻循環(huán)泵和高壓計量泵通過管道依次連接，管道末端為流體出口端；流體出口端與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接的管道上設(shè)有高壓電磁閥，壓力表與冷卻循環(huán)泵之間的管道上設(shè)有高壓閥。本發(fā)明通過上述裝置實現(xiàn)一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型方法，在擠出發(fā)泡單元內(nèi)，物料和來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體塑化熔融混合擠出，初次發(fā)泡形成條狀物，并通過恒溫箱冷卻定型，然后由切粒機(jī)進(jìn)行造粒，形成高含氣量的聚合物發(fā)泡粒料；將聚合物發(fā)泡粒料送入注射發(fā)泡單元，聚合物發(fā)泡粒料和來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體塑化熔融混合，然后向模具型腔注射進(jìn)行二次發(fā)泡，形成高性能發(fā)泡制品。該方法不僅適用于制備單一聚合物的高性能發(fā)泡制品，也適用于制備填充改性和共混改性的高性能聚合物基復(fù)合材料發(fā)泡制品。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果(I)本發(fā)明由于采取在線配混連續(xù)式擠出發(fā)泡制得的發(fā)泡粒料，使得物料在進(jìn)入微孔發(fā)泡注塑成型機(jī)之前已經(jīng)充分形成微孔結(jié)構(gòu)，包含一定氣體量，在某種程度上提高了超臨界流體與聚合物的配混效果，可以使氮氣或二氧化碳更多更好的分散在聚合物基體里，以此來提高氣體在聚合物中的溶解度，提高了制品的質(zhì)量和性能。(2)本發(fā)明的聯(lián)動式工藝方法將得到的發(fā)泡粒料立即進(jìn)入微孔發(fā)泡注射工藝過程，有效避免了傳統(tǒng)預(yù)發(fā)泡方法在聚合物發(fā)泡材料放置一段時間后的氣體逃逸問題。(3)對于復(fù)合材料，特別是納米基復(fù)合材料的分散問題歷來是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的難題，采用本在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型方法有助于最終注射成型制品中納米粒子的分散，因為在發(fā)泡過程中的氣體長大過程可認(rèn)為是一種多維軸向拉伸的擴(kuò)展過程，這種在微尺度下的擴(kuò)展過程會大大改善共混相和填充增強(qiáng)體系的分散。(4)微孔發(fā)泡注塑成型機(jī)的剪切作用將聚合物粒料中包含的氣體和聚合物熔體以及適應(yīng)性補(bǔ)充的超臨界流體有效混合，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)混合效果不理想、無法使超臨界氮氣或二氧化碳更好的分散在聚合物基體里的問題，同時有助于改善發(fā)泡結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)高性能的發(fā)泡塑料。


圖1為本在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例本實施例一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，如圖1所示，包括擠出發(fā)泡單元、超臨界流體輸送單元和注射發(fā)泡單元，擠出發(fā)泡單元的輸出端依次設(shè)置恒溫箱I和切粒機(jī)2，切粒機(jī)的出料口與注射發(fā)泡單元的進(jìn)料端相連接，超臨界流體輸送單元的流體出口端通過管道分別與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接，注射發(fā)泡單元的出口端與模具型腔3相連接。擠出發(fā)泡單元為單螺桿擠出機(jī)，包括擠出螺桿4、擠出料筒5、擠出機(jī)頭6、擠出料斗7和擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)8,擠出螺桿設(shè)于擠出料筒內(nèi)，擠出機(jī)頭和擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)分別設(shè)有擠出螺桿的兩端，擠出料斗設(shè)于擠出螺桿的進(jìn)料端；擠出料筒上設(shè)有第一超臨界流體入口，第一超臨界流體入口處通過管道與超臨界流體輸送單元連接。其中，擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動擠出螺桿工作，物料從擠出料斗進(jìn)入擠出料筒后，隨著擠出螺桿的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行塑化，形成熔體，該過程中，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體同時進(jìn)入擠出料筒內(nèi)，超臨界流體與熔融物料混合，然后經(jīng)過擠出機(jī)頭的釋壓、發(fā)泡和定型，擠出送至恒溫箱。為了使超臨界流體與熔體混合更充分，擠出料筒上也可分布有多個第一超臨界流體入口，各第一超臨界流體入口處分別通過管道與超臨界流體輸送單元連接。注射發(fā)泡單元為微孔發(fā)泡注射成型機(jī)，包括注射螺桿9、注射料筒10、注射噴嘴
11、注射料斗12和注射螺桿動力機(jī)構(gòu)13，注射螺桿設(shè)于注射料筒內(nèi)，注射噴嘴和注射螺桿動力機(jī)構(gòu)分別設(shè)于注射螺桿兩端，注射料斗設(shè)于注射螺桿的進(jìn)料端；注射料筒上設(shè)有第二超臨界流體入口，第二超臨界流體入口處通過管道與超臨界流體輸送單元連接。其中，注射螺桿動力機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動注射螺桿工作，聚合物發(fā)泡粒料從注射料斗進(jìn)入注射料筒后，隨著注射螺桿的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行塑化，形成熔體，該過程中，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體同時進(jìn)入注射料筒內(nèi)，超臨界流體與熔融物料混合，然后經(jīng)過注射噴嘴注射入模具型腔，在模具型腔內(nèi)張大并冷卻定型得到發(fā)泡制品。為了使超臨界流體與熔體混合更充分，注射料筒上也可分布有多個超臨界流體入口，各第二超臨界流體入口處分別通過管道與超臨界流體輸送單元連接。超臨界流體單元包括儲氣瓶14、壓力表15、冷卻循環(huán)泵17和高壓計量泵18,儲氣瓶、壓力表、冷卻循環(huán)泵和高壓計量泵通過管道依次連接，管道末端為流體出口端；流體出口端與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接的管道上設(shè)有高壓電磁閥19，壓力表與冷卻循環(huán)泵之間的管道上設(shè)有高壓閥16。本實施例通過上述裝置實現(xiàn)一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型方法，在擠出發(fā)泡單元內(nèi)，物料和來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體塑化熔融混合擠出，初次發(fā)泡形成條狀物，并通過恒溫箱冷卻定型，然后由切粒機(jī)進(jìn)行造粒，形成高含氣量的聚合物發(fā)泡粒料；將聚合物發(fā)泡粒料送入注射發(fā)泡單元，聚合物發(fā)泡粒料和來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體塑化熔融混合，然后向模具型腔注射進(jìn)行二次發(fā)泡，形成高性能發(fā)泡制品。該方法不僅適用于制備單一聚合物的高性能發(fā)泡制品，也適用于制備填充改性和共混改性的高性能聚合物基復(fù)合材料發(fā)泡制品。其具體過程為在擠出發(fā)泡單元內(nèi)，物料由擠出料斗進(jìn)入擠出料筒，隨著擠出螺桿的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行熔融塑化，待擠出工藝條件穩(wěn)定后打開連接擠出料筒的管道上的高壓電磁閥，由超臨界流體輸送單元開始供氣，熔融物料與氣體在擠出螺桿的剪切塑化作用下均勻混合并推向擠出螺桿前端，形成的聚合物熔體和氣體單一均相體系經(jīng)過擠出機(jī)頭的釋壓、發(fā)泡和定型，以及經(jīng)過可控調(diào)節(jié)冷卻溫度的恒溫箱后，進(jìn)入切粒機(jī)，此時得到具有特定發(fā)泡結(jié)構(gòu)和發(fā)泡密度，以及包含一定氣量的聚合物發(fā)泡粒料。在注射發(fā)泡單元內(nèi)，待發(fā)泡粒料在注射料斗中儲積一定量后，啟動微孔發(fā)泡注射成型機(jī)，通過控制連接注射料筒的管道上的高壓電磁閥來調(diào)節(jié)注射料筒內(nèi)的進(jìn)氣量，注射螺桿的剪切塑化作用將包含一定氣量的聚合物熔體和適應(yīng)性補(bǔ)充的打入注射料筒的氣體再一次混合成均勻的單相體系，聚積在注射螺桿前端的熔體以一定的注射速度、注射壓力和注射量被打入模具型腔內(nèi)，由于壓力突然釋放帶來的熱力學(xué)巨大不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致泡孔成核，最后經(jīng)過模具內(nèi)冷卻定型后得到孔徑相對均勻，泡孔密度穩(wěn)定的發(fā)泡制品。結(jié)構(gòu)的均一性和穩(wěn)定性使得注射制品的性能大大提高。如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，其特征在于，包括擠出發(fā)泡單元、超臨界流體輸送單元和注射發(fā)泡單元，擠出發(fā)泡單元的輸出端依次設(shè)置恒溫箱和切粒機(jī)，切粒機(jī)的出料口與注射發(fā)泡單元的進(jìn)料端相連接，超臨界流體輸送單元的流體出口端通過管道分別與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接，注射發(fā)泡單元的出口端與模具型腔相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，其特征在于，所述擠出發(fā)泡單元為單螺桿擠出機(jī)，包括擠出螺桿、擠出料筒、擠出機(jī)頭、擠出料斗和擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)，擠出螺桿設(shè)于擠出料筒內(nèi)，擠出機(jī)頭和擠出螺桿動力機(jī)構(gòu)分別設(shè)有擠出螺桿的兩端，擠出料斗設(shè)于擠出螺桿的進(jìn)料端；擠出料筒上設(shè)有第一超臨界流體入口，第一超臨界流體入口處通過管道與超臨界流體輸送單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，其特征在于，所述擠出料筒上分布有多個第一超臨界流體入口，各第一超臨界流體入口處分別通過管道與超臨界流體輸送單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，其特征在于，所述注射發(fā)泡單元為微孔發(fā)泡注射成型機(jī)，包括注射螺桿、注射料筒、注射噴嘴、注射料斗和注射螺桿動力機(jī)構(gòu)，注射螺桿設(shè)于注射料筒內(nèi)，注射噴嘴和注射螺桿動力機(jī)構(gòu)分別設(shè)于注射螺桿兩端，注射料斗設(shè)于注射螺桿的進(jìn)料端；注射料筒上設(shè)有第二超臨界流體入口，第二超臨界流體入口處通過管道與超臨界流體輸送單元連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，其特征在于，所述注射料筒上分布有多個超臨界流體入口，各第二超臨界流體入口處分別通過管道與超臨界流體輸送單元連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置，其特征在于，所述超臨界流體單元包括儲氣瓶、壓力表、冷卻循環(huán)泵和高壓計量泵，儲氣瓶、壓力表、冷卻循環(huán)泵和高壓計量泵通過管道依次連接，管道末端為流體出口端；流體出口端與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接的管道上設(shè)有高壓電磁閥，壓力表與冷卻循環(huán)泵之間的管道上設(shè)有高壓閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛任一項所述裝置實現(xiàn)一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型方法，其特征在于，在擠出發(fā)泡單元內(nèi)，物料和來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體塑化熔融混合擠出，初次發(fā)泡形成條狀物，并通過恒溫箱冷卻定型，然后由切粒機(jī)進(jìn)行造粒，形成高含氣量的聚合物發(fā)泡粒料；將聚合物發(fā)泡粒料送入注射發(fā)泡單元，聚合物發(fā)泡粒料和來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體塑化熔融混合，然后向模具型腔注射進(jìn)行二次發(fā)泡，形成高性能發(fā)泡制品。
全文摘要
本發(fā)明公開一種在線配混制備高性能微孔發(fā)泡塑料的注射成型裝置與方法，其裝置包括擠出發(fā)泡單元、超臨界流體輸送單元和注射發(fā)泡單元，擠出發(fā)泡單元輸出端設(shè)置恒溫箱和切粒機(jī)，切粒機(jī)出料口與注射發(fā)泡單元相連接，超臨界流體輸送單元通過管道分別與擠出發(fā)泡單元和注射發(fā)泡單元連接，注射發(fā)泡單元出口端與模具型腔相連接；其方法是物料和超臨界流體在擠出發(fā)泡單元內(nèi)塑化熔融混合擠出，初次發(fā)泡形成條狀物，并通過恒溫箱冷卻定型，然后由切粒機(jī)進(jìn)行造粒，形成高含氣量的聚合物發(fā)泡粒料；將聚合物發(fā)泡粒料送入注射發(fā)泡單元，與超臨界流體塑化熔融混合，然后向模具型腔注射進(jìn)行二次發(fā)泡，形成高性能發(fā)泡制品。
文檔編號B29C45/57GK103057059SQ201210560948
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者彭響方, 趙海濱, 陳斌藝, 余鵬, 付大炯 申請人:華南理工大學(xué)