CN100411843C

CN100411843C - 多用途高分子材料成型机

Info

Publication number: CN100411843C
Application number: CNB2006101089728A
Authority: CN
Inventors: 刘亚青; 张彦飞; 杜瑞奎; 赵贵哲
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: CN1887562A

Abstract

本发明提供一种集RTM成型、SC-CO₂辅助RTM成型、RIM成型、聚氨酯发泡成型、以SC-CO₂为发泡剂的聚氨酯发泡和微孔发泡成型设备于一体的多用途高分子材料成型机。所述多用途高分子材料成型机由助剂输送系统、原料输送循环系统、混合装置、注射装置和PLC控制装置等组成。其特征一方面在于一台设备可实现高分子材料的多种成型方法，另一方面在于设备中引入了SC-CO₂发生系统，并使传输原料的高压齿轮泵、助剂柱塞泵、高低压循环转换器、超临界流体产生装置和混合注射枪等在PLC控制下联动。

Description

多用途高分子材料成型机

技术领域

本发明涉及高分子材料成型加工设备领域，具体涉及高分子材料树脂传递模塑成型、反应注射成型、聚氨酯发泡成型加工设备领域。所发明的多用途高分子材料成型机可用于高分子材料的树脂传递模塑成型、超临界流体辅助树脂传递模塑成型、反应注射成型、聚氨酯发泡成型以及以SC-CO₂(超临界二氧化碳)为发泡剂的聚氨酯发泡和微孔发泡成型。

背景技术

自20世纪50年代出现以来，在短短的几十年里，树脂基复合材料的研究和应用取得了长足的发展，得到各国政府的高度重视与大力支持。但树脂基复合材料在带来一系列革命的同时，却带来了整体成本的提高，于是，欧美国家在20世纪90年代针对树脂基复合材料的应用形势提出了低成本复合材料及买得起的复合材料的概念，因此，降低树脂基复合材料的制造成本、提高树脂基复合材料的制造水平、大力扩展树脂基复合材料的应用领域已成为业界研究与关注的主要热点之一。

在树脂基复合材料的低成本制造工艺中，最引人注目的是树脂传递模塑成型技术。

树脂传递模塑成型(Resin Transfer Molding，简称RTM)是指预先在模具的型腔中放置好增强材料、嵌件等，闭模后，从设置于适当位置的注胶孔在一定压力下将配制好的一定温度的树脂胶液注入到模具型腔中使之浸透增强材料，然后固化、脱模而获得制品的一种成型方法。其适用的范围很广，从建筑、交通、电讯、卫生领域到航空航天等领域，已开发出的产品有：汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋桨、大型风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、淋浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等。

RTM是一种先进的树脂基复合材料制造技术，具有其它传统工艺无法比拟的优点：①可以实现结构和性能的统一，以及设计、制造的一体化；②既可以制造大型整体复合材料构件，又可以制造各种小型精密复合材料构件；③无需胶衣层就可以制造两面光滑的制品，且能成型出具有良好表面品质的高精度复杂制件；④成型效率高，制件的后加工少且简单；⑤模具制造与材料选择的机动性强，便于使用计算机铺助设计(CAD)进行模具和产品设计；⑥不需要庞大复杂的设备就可以成型复杂的大型制件，设备和模具的投资少，原材料及能源消耗少；⑦制件的孔隙率低，只有0～0.2％；⑧制件的纤维含量高，且增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况合理铺放增强材料，构件易于实现局部增强，并可方便地制造含嵌件和局部加厚的构件；⑨为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康。

但是，由于RTM工艺的发展时间短，其特有的成型特点又导致该工艺具有一定的技术难度。目前，RTM技术国内外普遍存在的难点和问题之一是：可用于RTM工艺的树脂种类少，远不能满足RTM工艺快速发展的要求。

能够用于RTM成型的树脂既不同于手糊成型用的树脂，也不同于挤拉、缠绕成型用的树脂。RTM专用树脂应具备“一长”、“一快”、“两高”、“四低”的特点。“一长”是指凝胶时间长；“一快”是指固化时间快(固化时间指树脂从胶凝到达到最高放热峰的时间)；“两高”是指树脂应具有高消泡性和高浸润性；“四低”是指树脂的粘度低、可挥发份低、固化收缩率低、放热峰值低。对于目前制备高性能树脂基复合材料常用的树脂，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂和聚苯并咪唑树脂等，由于粘度高，因此，为了满足RTM的工艺要求必须进行改性，以降低其粘度，提高对纤维的浸润性，而这必将导致制品某些物理力学性能的下降。

超临界流体是指热力学参数高于其临界点(临界温度和临界压力)的流体，即对比温度(实际温度与临界温度的比值)和对比压力(实际压力与临界压力的比值)同时大于1的流体。它既不同于气体，也不同于液体，兼有气体和液体的特点：密度与液体相近，因而具有很强的溶剂强度；粘度与气体相近，因而流动性比液体好得多，传质系数也比液体大得多。此外，超临界流体的密度、溶剂强度和粘度等性能可以通过改变压力和温度方便地进行调节。也就是说：超临界流体具有很好的溶解特性、扩散特性和化学反应特性。在临界点附近，温度和压力的微小变化就可以使超临界流体的密度产生大的变化，从而使与密度相关联的粘度、比热容、介电常数、传递特性和溶解能力等许多物理化学性质发生较大的变化。

利用SC-CO₂具备的优异的溶解特性和扩散特性可以大大降低高粘度、高性能树脂的粘度，提高其流动性，从而使难以用RTM成型的树脂能方便地用RTM工艺成型制品。CO₂的临界温度为31.06℃，临界压力为7.39MPa，成型时必须使用高压注射，这样还可以大大提高树脂充模流动的速率，提高其成型效率，缩短成型周期。在模具型腔中，由于压力降低，CO₂以气体形式逸出并带走液体中的低分子挥发物，因此还可以提高RTM成型制品的质量。

反应注射成型(Reaction Injection Moulding，简称RIM)是高分子领域的一种新工艺，它是将两种或两种以上具有高化学活性的低相对分子质量的液体原料，在一定温度下，通过高压(14～20MPa)作用，使它们相互碰撞混合，并立即注射入密封的模腔内，完成聚合、交联(或相分离)固化等反应并形成为制品的工艺过程。这种成型方法由于将单体的聚合与注射成型结合为一，因而具有一些其它成型方法无法比拟的优点，如：

①生产过程简单。由于直接采用液态低分子原料，不需要经过单体聚合、固化、造粒、再熔融成型这一复杂过程，因而可以节省能量，减少工序，大大提高生产效率；

②从注射成型的角度看，由于低相对分子质量的液体原料粘度低，流动性好，故易于输送，可以通过高速碰撞得到均匀的混合。在充模过程中，混合液体尚未发生反应，粘度变化不大，其充模压力低，仅为传统塑料注射压力的1/5～1/10，这样，在很低的合模力作用下，即可达到安全锁模的要求，因而成型设备的合模系统比较简单、轻便；

③高活性的反应混合料在充模后发生聚合、固化反应，其反应速度快，生产周期短；

④所得制品的性能与混合料的配方密切相关，因而调整配方的化学组分即可成型不同性能的产品。

可见，RIM工艺生产过程简单，耗能少，可节约设备投资，适宜生产大型及形状复杂的制品。因此，RIM工艺一经问世，便得到世界各国的重视。

从二十世纪中叶问世以来，由于制造配方的多变性和制品性能的适应性，以及自身优异的物理力学性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，聚氨酯泡沫塑料的应用十分广泛，几乎渗透到了国民经济的各个部门。

随着成型技术水平的不断提高，生产工艺的日趋完善，聚氨酯泡沫塑料工业进入了新的发展阶段，新技术、新产品不断涌现，但也面临着严峻的挑战。当前聚氨酯泡沫塑料行业的主要技术研究重点之一是零ODP发泡剂的应用。

目前，应用于聚氨酯泡沫塑料行业的具有零ODP值的发泡剂主要有：氢氟烃(HFC)、烷烃、水和CO₂。大多数HFC虽然具有不燃的优点，但却具有低毒、气相热导率低的缺点；烷烃类发泡剂易燃易爆，成型过程中的静电聚集易放电产生火花而引燃制品，既不安全又浪费能源；水发泡剂虽然具有无毒的优点，但所得泡沫制品易发生表皮薄而不完整的缺陷；CO₂发泡剂由于具有无极性、无毒、不燃、丰富和价廉的优点，作为危险的发泡剂的替代品，受到国内外科学工作者的广泛关注。

微孔发泡材料具有特殊的物理力学性能，如冲击强度高，比强度高，韧性、热稳定性好，疲劳寿命长以及介电常数和导热系数低等，被大量应用于食品包装、轻质高强隔音的飞机和汽车部件、质量轻缓冲性强的运动器材、保温绝缘的纤维材料、低摩擦的表面改性材料和生物医学制品等，被喻为是“21世纪的新型材料”。

以SC-CO₂为发泡剂制备微孔发泡材料具有以下独特的优势：(1)传质系数高，可在较短的时间内达到浓度平衡，能够缩短加工时间，使微孔发泡聚合物制备的工业应用成为可能。(2)在相同的温度条件下，使用SC-CO₂可达到更高的平衡浓度，因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直径。由于在微孔发泡聚合物制备中使用SC-CO₂具有上述优点，20世纪90年代中后期，有关微孔发泡聚合物的研究大多围绕着SC-CO₂展升。

发明内容

本发明的目的是提供一种多用途高分子材料成型机，该成型机可用于树脂传递模塑成型、SC-CO₂辅助树脂传递模塑成型、反应注射成型、聚氨酯发泡成型以及以SC-CO₂为发泡剂的聚氨酯发泡和微孔发泡成型。

本发明提供的可用于多种高分子材料成型的设备是一种多用途高分子材料成型机，该成型机包括：助剂输送系统；至少一个原料输送循环系统；混合装置，与所述助剂输送系统以及所述至少一个原料输送循环系统相连；注射装置，与所述混合装置以及所述至少一个原料输送循环系统相连；以及PLC控制装置，用于对助剂和原料的压力、温度和流量等参数进行控制。

本发明的多用途高分子材料成型机可包括两个原料输送循环系统：第一原料输送循环系统和第二原料输送循环系统。两个原料输送循环系统既可以同时、同步工作，也可以分别单独工作。

所述第一原料输送循环系统包括第一原料存贮罐、设置在第一原料存贮罐上的电动搅拌器、第一排料口、第一过滤器、第一计量输送器、第一高低压循环转换器、第一热交换器。

所述第一原料存贮罐设有一个加料口和两个出料口，两个出料口中的一个和第一过滤器相连接，另一个为所述第一排料口，所述第一过滤器的出口与第一计量输送器的进口相连接，所述第一计量输送器的出口与第一高低压循环转换器的进口相连接。

本发明的多用途高分子材料成型机还可包括一个SC-CO₂发生系统；并且所述混合装置包括混合器、流量控制阀和静态混合器。

在本发明的多用途高分子材料成型机中，所述SC-CO₂发生系统包括依次相连接的CO₂存贮器、第二过滤器、冷凝器、第一流量计、高压泵、恒温稳压罐，所述恒温稳压罐的出口与混合装置中的混合器的一个进口相连接。

所述高压泵可以为螺杆泵、高压齿轮泵或柱塞泵。

所述SC-CO₂发生系统的作用过程是：在高压泵5的作用下，CO₂由存贮器1经第二过滤器2进入冷凝器3成为液态二氧化碳，然后进入高压泵5，高压泵5是超临界流体的压力来源，通过高压泵5的作用可使恒温稳压罐6中CO₂的压力达到临界压力以上，控制恒温稳压罐6的温度和压力，使由高压泵5进入到恒温稳压罐6中的CO₂被加热到临界温度31.06℃以上的某一个温度，压力升至7.39MPa以上的某一个值，超临界二氧化碳体系即形成。

在本发明的多用途高分子材料成型机中，所述助剂输送系统包括依次相连接的助剂存贮罐、第三过滤器、第二流量计、第二计量输送器，所述第二计量输送器的出口和混合装置中的混合器的另一个进口相连接。

所述第二计量输送器选自螺杆泵、高压齿轮泵或柱塞泵，优选为柱塞泵。

所述的助剂存贮罐中的助剂是为使树脂配料能顺利成型加工及获得所需应用性能而添加到树脂基体中的化学品，又称为“添加剂”。主要包括：提高稳定性的助剂(如：抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、防霉剂和金属钝化剂等)；改善力学性能的助剂(如：交联剂和助交联剂、固化剂、抗冲击剂、增容剂与偶联剂等)；改善加工性能的助剂(如：润滑剂和脱模剂、加工助剂和防粘合剂等)；柔软化与轻质化的助剂(如：增塑剂、发泡剂等)；改变表面性能的助剂(如：抗静电剂、防霉剂及表面改性剂等)；改变色光的助剂(如：着色剂、荧光增白剂、消光剂和珠光剂等)；难燃化和抑烟助剂(如：阻燃剂、抑烟剂等)和其它助剂(如：填充剂、成核剂、驱避剂、分散剂、增香剂及光降解剂和生物降解剂等)。所述助剂可以是低粘度的液态助剂，也可以是稀释剂稀释的高粘度液态助剂，或经溶剂等溶解的固态助剂溶液。

所述第一计量输送器选自高压齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵，优选为高压齿轮泵。

所述第一高低压循环转换器具有一个进口和三个出口。所述第一高低压循环转换器可自动实现一定温度下第一原料输送循环系统中树脂的高、低压循环转换。所述高低压循环转换器的第一个出口与混合装置中的静态混合器的进口相联接，第二个出口与注射装置中的第三流量计相连接，而第三个出口与原料输送循环系统中的第一热交换器的进口相连接，所述第一热交换器的出口与第一原料存贮罐相连接。

所述第二原料输送循环系统包括第二原料存贮罐、第二排料口、第四过滤器、第三计量输送器、第二高低压循环转换器和第二热交换器。

在所述第二原料输送循环系统中，所述第二原料存贮罐具有两个出料口，一个出料口和第四过滤器相连接，另一个为第二排料口，所述第四过滤器的出口与第三计量输送器的进口相连接，所述第三计量输送器的出口与第二高低压循环转换器的进口相连接。所述第二高低压循环转换器可自动实现一定温度下第二原料输送循环系统中树脂的高、低压循环转换。所述第二高低压循环转换器具有一个进口和两个出口，这两个出口分别与注射装置中的第四流量计和第二热交换器的进口相连接，所述第二热交换器的出口与第二原料存贮罐相连接。

所述第三计量输送器选自高压齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵，优选为高压齿轮泵。

所述混合器的出口与恒温稳压罐的进口相连接，所述恒温稳压罐的出口与流量控制阀相连接，所述流量控制阀的出口与静态混合器相连接，所述静态混合器有两个进口和一个出口，第一个进口与混合装置中的流量控制阀相连接，另一个进口与第一原料输送循环系统中的第一高低压循环转换器相连接，所述静态混合器的出口与第三流量计相连接。

所述注射装置包括第三流量计和第四流量计、混合注射枪以及第一比例枪头和第二比例枪头。

所述第三流量计具有两个进口，第一个进口与第一原料输送循环系统中的第一高低压循环转换器的出口相连接，第二个进口与混合装置中的静态混合器相连接，所述第三流量计的出口与混合注射枪的相应一侧的进口相连接；

所述第四流量计的进口与第二原料输送循环系统中的第二高低压循环转换器相连接，所述第四流量计的出口与混合注射枪的相应一侧的进口相连接；

所述混合注射枪有两个进口和三个出口，所述混合注射枪的与其入口方向垂直的出口注射时插入到注射模具中，所述混合注射枪的与其入口方向平行的两个出口分别与相应一侧的第一比例枪头和第二比例枪头的入口相连接，所述混合注射枪可以同时按比例将第一流量计和第二流量计输送来的树脂混合后注射入模具中，也可以分别将第一流量计和第二流量计输送来的树脂注射入模具中；

所述第一比例枪头具有一个进口和两个出口，所述第一比例枪头的一个出口与排料管相连接，另一个出口与第一原料输送循环系统中的第一热交换器相连接；

所述第二比例枪头具有一个进口和两个出口，所述第二比例枪头的一个出口与排料管相连接，另一个出口与第二原料输送循环系统中的第二热交换器相连接。

所述PLC控制装置包括压力传感器、温度传感器、第五流量计及电子设备单元的控制体；

所述压力传感器和温度传感器分别安装于SC-CO₂发生系统中的恒温稳压罐、第一原料输送循环系统中的第一原料存贮罐和第二原料输送循环系统中的第二原料存贮罐、注射装置中的混合注射枪之前以及连接管路上，所述第五流量计安装于各个输出管路上；

所述电子设备单元的控制体用于使高压泵、第二计量输送器、第一计量输送器、第三计量输送器、第一高低压循环转换器、第二高低压循环转换器以及混合注射枪按照所设定的参数进行联动。

附图说明

图1为本发明多用途高分子材料成型机的结构示意图。

附图标记

A.第一原料输送循环系统、B.第二原料输送循环系统

1.CO₂存贮器、2.第二过滤器、3.冷凝器、4.第一流量计、5.高压泵、6.恒温稳压罐、7.混合器、8.流量控制阀、9.助剂存贮罐、10.第三过滤器、11.第二流量计、12.第二计量输送器，13.第一原料存贮罐、14电动搅拌器、15.第一排料口、16.第一过滤器、17.第一计量输送器、18.第一高低压循环转换器、19.第一热交换器、20.第二原料存贮罐、21.第二排料口、22.第四过滤器、23.第三计量输送器、24.第二高低压循环转换器、25.第二热交换器、26.静态混合器、27.第三流量计、28.第四流量计29.混合注射枪、30.第一比例枪头、31.第二比例枪头

具体实施方式

所述SC-CO₂发生系统包括CO₂存贮器1、第二过滤器2、冷凝器3、第一流量计4、高压泵5、恒温稳压罐6。所述CO₂存贮器1为高压CO₂气体钢瓶，其出口与第二过滤器2的进口相连接。所述第二过滤器2的出口与冷凝器3的进口相连接。所述冷凝器3是一个列管式热交换器，二氧化碳在管内流动，冷却剂在管外流动，以冷却管中的二氧化碳。所述冷凝器3的出口与第一流量计4的进口相连接。所述第一流量计4的出口与高压泵5的进口相连接。所述高压泵5可选用螺杆泵、高压齿轮泵或柱塞泵。螺杆泵具有树脂计量无脉动的优点，但计量精度不高；高压齿轮泵具有树脂计量无脉动、计量准确的优点，但价格昂贵；柱塞泵具有计量精度高的优点，但用于树脂计量时有脉动。所述高压泵5的出口与恒温稳压罐6的进口相连；所述恒温稳压罐6可为夹套式结构，在夹套内可以通入加热介质；所述加热介质包括过热水、蒸汽、热油。所述恒温稳压罐6亦可为单层结构，通过恒温稳压罐的外壁加热；加热方式可以采用电加热、红外线加热或微波加热等。所述恒温稳压罐6也可选用具有高压加热功能的其它设备。所述恒温稳压罐6有一个进口和一个出口，所述恒温稳压罐6的出口与混合装置中混合器7的一个进口相连接。

所述助剂输送系统包括助剂存贮罐9、第三过滤器10、第二流量计11、第二计量输送器12。所述助剂存贮罐9为具有一个加料口和一个出料口的普通存贮器，其出料口与第三过滤器10的进口相连接。所述第三过滤器10的出口与第二流量计11的进口相连接。所述第二流量计11的出口与第二计量输送器12相连接。所述第二计量输送器12可选自螺杆泵、高压齿轮泵或柱塞泵。由于柱塞泵具有计量精度高的优点，故所述第二计量输送器12最好选用柱塞泵。所述第二计量输送器12的出口和混合装置中的混合器7的另一个进口相连接。

所述原料输送循环系统包括第一原料输送循环系统A和第二原料输送循环系统B。

所述第一原料输送循环系统A由第一原料存贮罐13、电动搅拌器14、第一排料口15、第一过滤器16、第一计量输送器17、第一高低压循环转换器18、第一热交换器19组成。所述第一原料存贮罐13为具有电动搅拌器14和压力显示表的普通存贮器。所述第一原料存贮罐13有一个加料口和两个出料口。所述第一原料存贮罐13的两个出料口，一个和第一过滤器16相连接，另一个为第一排料口15。所述第一过滤器16的出口与第一计量输送器17的进口相连接。所述第一计量输送器17可选自高压齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵。由于高压齿轮泵具有无脉动、计量准确等优点，故所述第一计量输送器17最好选用高压齿轮泵。所述第一计量输送器17的出口与第一高低压循环转换器18的进口相连接。所述第一高低压循环转换器18具有一个进口和三个出口。所述第一高低压循环转换器18的一个出口与混合装置中的静态混合器26的进口相联接，一个出口与注射装置中的第三流量计27相连接，一个出口与原料输送循环系统中的第一热交换器19的进口相连接。所述第一热交换器19为夹套式结构，夹套内可以通入加热介质进行加热。加热介质可选自过热水、蒸汽、热油等。所述第一热交换器19的出口与第一原料存贮罐13相连接。

所述第二原料输送循环系统B由第二原料存贮罐20、第二排料口21、第四过滤器22、第三计量输送器23、第二高低压循环转换器24、第二热交换器25组成。所述第二原料存贮罐20为装有压力显示表的普通存贮器，其设有一个加料口和两个出料口。所述第二原料存贮罐20的两个出料口，一个和第四过滤器22相连接，另一个为第二排料口21。所述第四过滤器22的出口与第三计量输送器23的进口相连接。所述第三计量输送器23可选自高压齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵。由于高压齿轮泵具有无脉动，计量准确等优点，故所述第三计量输送器23最好选用高压齿轮泵。所述第三计量输送器23的出口与第二高低压循环转换器24的进口相连接。所述第二高低压循环转换器24具有一个进口和两个出口。所述第二高低压循环转换器24的两个出口分别与注射装置中的第四流量计28和第二热交换器25的进口相连接。所述第二热交换器25为夹套式结构，夹套内可以通入加热介质进行加热。加热介质可以选自过热水、蒸汽、热油等。所述第二热交换器25的出口与第二原料存贮罐20相连接。

所述混合装置包括混合器7、流量控制阀8、静态混合器26。所述混合器7具有两个进口和一个出口。所述混合器7的一个进口与SC-CO₂发生系统中的恒温稳压罐6相连接，另一个进口与助剂输送系统中的第二计量输送器12相连接。所述混合器7的出口与流量控制阀8相连接。所述流量控制阀8的出口与静态混合器26相连接。所述静态混合器26为普通的静态混合器。所述静态混合器26也可选自其它具有混合高压流体作用的器具。所述静态混合器26有两个进口和一个出口。所述静态混合器26的两个进口，一个与混合装置中的流量控制阀8相连接，另一个与第一原料输送循环系统A中的第一高低压循环转换器18相连接。所述静态混合器26的出口与第三流量计27相连接。

所述注射装置由第三流量计27、第四流量计28、混合注射枪29、第一比例枪头30和第二比例枪头31组成。所述第三流量计27具有两个进口，一个与第一原料输送循环系统A中的第一高低压循环转换器18的出口相连接，一个与混合装置中的静态混合器26相连接。所述第三流量计27的出口与混合注射枪29的相应一侧的进口相连接。所述第四流量计28的进口与第二原料输送循环系统B中的第二高低压循环转换器24相连接。所述第四流量计28的出口与混合注射枪29的相应一侧的进口相连接。所述混合注射枪29有两个进口和三个出口。所述混合注射枪29的与其入口方向垂直的出口注射时插入到注射模具中。所述混合注射枪29的与其入口方向平行的两个出口分别与相应一侧的第一比例枪头30和比例枪B31的入口相连接。所述第一比例枪头30具有一个进口和两个出口，所述第一比例枪头30的一个出口与排料管相连接，另一个出口与第一原料输送循环系统A中的第一热交换器19相连接。所述第二比例枪头31具有一个进口和两个出口，所述第二比例枪头31的一个出口与排料管相连接，另一个出口与第二原料输送循环系统B中的第二热交换器25相连接。

所述PLC控制装置包括压力传感器、温度传感器、流量计及电子设备单元的控制体。所述压力传感器和温度传感器分别安装于SC-CO₂发生系统中的恒温稳压罐6、第一原料输送循环系统A中的第一原料存贮罐13和第二原料输送循环系统B中的第二原料存贮罐20、注射装置中的混合注射枪29之前以及连接管路上。所述流量计安装于各个输出管路上。所述电子设备单元的控制体是指使高压泵5、第二计量输送器12、第一计量输送器17、第三计量输送器23、第一高低压循环转换器18、第二高低压循环转换器24、混合注射枪29按照所设定的参数进行联动的控制体。

工作过程

1.RTM成型

当多用途高分子材料成型机用于RTM成型时，其工作过程为：首先在PLC控制装置上设定好压力、温度、流量等参数，接着第一原料输送循环系统A中的第一计量输送器17使原料由第一原料存贮罐13的出口流出，经第一过滤器16、第一计量输送器17、第一高低压循环转换器18，由第一热交换器19加热，最后流回到第一原料存贮罐13中。当第一原料存贮罐13中的树脂达到所设定的温度后，原料输送循环系统中的低压循环停止，第一高低压循环转换器18与第一热交换器19相连的口自动封闭，与混合装置中的静态混合器26相连的口自动打开，一定温度的树脂在所设定的压力下进入到静态混合器26中。与此相协调，助剂存贮罐9中的助剂经第三过滤器10、第二流量计11、第二计量输送器12按照所设定的量流入混合器7中，经流量控制阀8以一定的流量、压力和温度流入到静态混合器26中。进入到静态混合器26中的树脂和助剂进行混合。从静态混合器26出来的流体经第三流量计27进入到混合注射枪29中，经注射枪29注射入模具型腔中，成为模具所赋形样的制品。

2.超临界流体辅助RTM工作过程

当多用途高分子材料成型机用于超临界流体辅助RTM成型时，其工作过程为：首先在PLC控制装置上设定好压力、温度、流量等参数，接着第一原料输送循环系统A中的第一计量输送器17使树脂由第一原料存贮罐13的出口流出，经第一过滤器16、第一计量输送器17、第一高低压循环转换器18，由第一热交换器19加热，最后流回到第一原料存贮罐13中。当第一原料存贮罐13中的树脂达到所设定的温度后，原料输送循环系统中的低压循环停止，第一高低压循环转换器18与第一热交换器19相连的口自动封闭，与混合装置中的静态混合器26相连的口自动打开，一定温度的树脂在所设定的压力下进入到静态混合器26中。与此相协调，助剂存贮罐9中的助剂经第三过滤器10、第二流量计11、第二计量输送器12按照所设定的量流入到混合器6中。同时，CO₂在压力作用下由CO₂存贮器1经第二过滤器2、冷凝器3、第一流量计4、高压泵5、恒温稳压罐6以所设定的温度、压力流入到混合器7中。注入到混合器7中的助剂和SC-CO₂初步混合并经流量控制阀8以设定的流量、压力和温度流入到静态混合器26中。进入到静态混合器26中的树脂和SC-CO₂-助剂充分混合。从静态混合器26出来的流体经第三流量计27进入到混合注射枪29中，并经注射枪29注射入模具中，成为模具所赋形样的制品。

3.RIM成型

当多用途高分子材料成型机用于RIM成型时，其工作过程为：首先在PLC控制装置上设定好压力、温度、流量等参数，接着第一原料输送循环系统A中的第一原料存贮罐13中的第一原料和第二原料输送循环系统B中的第二原料存贮罐20中的第二原料分别进行恒温处理：第一原料输送循环系统A中的第一计量输送器17使第一原料由第一原料存贮罐13的出口流出，经第一过滤器16、第一计量输送器17、第一高低压循环转换器18，由第一热交换器19加热，最后流回到第一原料存贮罐13中。与此同步，第二原料输送循环系统B中的第三计量输送器23使第二原料由第二原料存贮罐20的出口流出，经第四过滤器22、第三计量输送器23、第二高低压循环转换器24，由第二热交换器25加热，最后流回到第二原料存贮罐20中。当第一原料、第二原料达到所设定的温度后，原料输送循环系统中的低压循环停止，第一原料输送循环系统A中的第一高低压循环转换器18与第一热交换器19相连的口自动封闭，与注射装置中的第三流量计27相连接的口自动打开，第一原料经过第三流量计27进入到混合注射枪29中。第二原料输送循环系统B中的第二高低压循环转换器24与第二热交换器25相连的口自动封闭，与注射装置中的流量器28相连的口自动打开，一定温度的第二原料在一定的压力下进入到混合注射枪29中。进入到混合注射枪29中的两种原料充分混合，经注射枪29注射入模具中，成为模具所赋形样的制品。

4.聚氨酯发泡成型

当多用途高分子材料成型机用于聚氨酯发泡成型时，其工作过程为：首先在PLC控制装置上设定好压力、温度、流量等参数，接着第一原料输送循环系统A中的第一原料存贮罐13中的多元醇和第二原料输送循环系统B中的第二原料存贮罐20中的异氰酸酯分别进行恒温处理：第一原料输送循环系统A中的第一计量输送器17使多元醇由第一原料存贮罐13的出口流出，经第一过滤器16、第一计量输送器17、第一高低压循环转换器18，由第一热交换器19加热，最后流回到第一原料存贮罐13中。与此同步，第二原料输送循环系统B中的第三计量输送器23使异氰酸酯由第二原料存贮罐20的出口流出，经第四过滤器22、第三计量输送器23、第二高低压循环转换器24，由第二热交换器25加热，最后流回到第二原料存贮罐20中。当多元醇、异氰酸酯达到所设定的温度后，原料输送循环系统中的低压循环停止，第一原料输送循环系统A中的第一高低压循环转换器18与第一热交换器19相连的口自动封闭，与注射装置中的第三流量计27相连接的口自动打开，一定温度的多元醇在一定的压力下经过第三流量计27进入到混合注射枪29中。与此同时，第二原料输送循环系统B中的第二高低压循环转换器24与第二热交换器25相连的口自动封闭，与注射装置中的流量器28相连的口自动打开，一定温度下的异氰酸酯在一定的压力下进入到混合注射枪29中。进入到混合注射枪29中的多元醇和异氰酸酯充分混合，经注射枪29注射入模具中，得到模具所赋形样的聚氨酯发泡制品。

5.以SC-CO₂为发泡剂的聚氨酯发泡和微孔发泡成型

当多用途高分子材料成型机用于以SC-CO₂为发泡剂的聚氨酯发泡和微孔发泡成型时，其工作过程为：首先在PLC控制装置上设定好压力、温度、流量等参数，接着第一原料输送循环系统A中的第一原料存贮罐13中的第一原料和第二原料输送循环系统B中的第二原料存贮罐20中的第二原料进行恒温处理：第一原料输送循环系统A中的第一计量输送器17使第一原料由第一原料存贮罐13的出口流出，经第一过滤器16、第一计量输送器17、第一高低压循环转换器18，由第一热交换器19加热，最后流回到第一原料存贮罐13中；与此同步第二原料输送循环系统中的第三计量输送器23使第二原料由第二原料存贮罐20的出口流出，经第四过滤器22、第三计量输送器23、第二高低压循环转换器24，由第二热交换器25加热，最后流回到第二原料存贮罐20中。当第一原料、第二原料达到所设定的温度后，原料输送循环系统中的低压循环停止，第一原料输送循环系统A中的第一高低压循环转换器18与第一热交换器19相连的口自动封闭，与混合装置中的静态混合器26相连的口自动打开，一定温度的第一原料在所设定的压力下进入到静态混合器26中。与此协调，CO₂在压力作用下由CO₂存贮器1经第二过滤器2、冷凝器3、第一流量计4、高压泵5、恒温稳压罐6以设定的温度、压力流入到混合器7中，并经流量控制阀8以设定的流量、压力和温度流入到静态混合器26中。进入到静态混合器26中的第一原料与SC-CO₂混合。从静态混合器26中出来的第一原料-SC-CO₂混合流体经第三流量计27进入到混合注射枪29中。与上述过程同步，第二原料输送循环系统中的第二高低压循环转换器24与第二热交换器25相连的口自动封闭，与注射装置中的流量器28相连的口自动打开，一定温度的第二原料在所设定的压力下进入到混合注射枪29中。以适当的配比进入混合注射枪29中的第一原料-SC-CO₂混合流体和第二原料进行强烈碰撞，第一原料-SC-CO₂混合流体和第二原料充分混合，最后经混合注射枪29注射入模具中，得到模具所赋形样的聚氨酯发泡或微孔发泡制品。

Claims

1. 一种多用途高分子材料成型机，该成型机包括：

助剂输送系统；

两个原料输送循环系统：第一原料输送循环系统(A)和第二原料输送循环系统(B)；

混合装置，与所述助剂输送系统以及所述第一原料输送循环系统(A)相连；

注射装置，与所述混合装置以及所述两个原料输送循环系统相连；以及

PLC控制装置，用于对助剂和原料的压力、温度和流量参数进行控制；其中

所述第一原料输送循环系统(A)包括第一原料存贮罐(13)、设置在第一原料存贮罐(13)上的电动搅拌器(14)、第一排料口(15)、第一过滤器(16)、第一计量输送器(17)、第一高低压循环转换器(18)和第一热交换器(19)；并且

所述第一原料存贮罐(13)设有一个加料口和两个出料口，两个出料口中的一个和第一过滤器(16)相连接，另一个为第一排料口(15)，所述第一过滤器(16)的出口与第一计量输送器(17)的进口相连接，所述第一计量输送器(17)的出口与第一高低压循环转换器(18)的进口相连接。

2. 如权利要求1所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：

还包括一个SC-CO₂发生系统；并且

所述混合装置包括混合器(7)、流量控制阀(8)和静态混合器(26)。

3. 如权利要求2所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述SC-CO₂发生系统包括依次相连接的CO₂存贮器(1)、第二过滤器(2)、冷凝器(3)、第一流量计(4)、高压泵(5)、恒温稳压罐(6)，所述恒温稳压罐(6)的出口与混合装置中的混合器(7)的一个进口相连接。

4. 如权利要求3所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述高压泵(5)为螺杆泵、高压齿轮泵或柱塞泵。

5. 如权利要求1所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述助剂输送系统包括依次相连接的助剂存贮罐(9)、第三过滤器(10)、第二流量计(11)、第二计量输送器(12)，所述第二计量输送器(12)的出口和混合装置中的混合器(7)的另一个进口相连接。

6. 如权利要求5所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第二计量输送器(12)选自螺杆泵、高压齿轮泵或柱塞泵。

7. 如权利要求6所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第二计量输送器(12)为柱塞泵。

8. 如权利要求1所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第一计量输送器(17)选自高压齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵。

9. 如权利要求8所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第一计量输送器(17)为高压齿轮泵。

10. 如权利要求1所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：

所述第一高低压循环转换器(18)具有一个进口和三个出口，所述第一高低压循环转换器(18)的第一个出口与混合装置中的静态混合器(26)的进口相联接，第二个出口与注射装置中的第三流量计(27)相连接，而第三个出口与原料输送循环系统中的第一热交换器(19)的进口相连接，所述第一热交换器(19)的出口与第一原料存贮罐(13)相连接。

11. 如权利要求1所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第二原料输送循环系统(B)包括第二原料存贮罐(20)、第二排料口(21)、第四过滤器(22)、第三计量输送器(23)、第二高低压循环转换器(24)和第二热交换器(25)。

12. 如权利要求11所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第二原料存贮罐(20)具有两个出料口，一个出料口和第四过滤器(22)相连接，另一个为第二排料口(21)，所述第四过滤器(22)的出口与第三计量输送器(23)的进口相连接，所述第三计量输送器(23)的出口与第二高低压循环转换器(24)的进口相连接，所述第二高低压循环转换器(24)具有一个进口和两个出口，这两个出口分别与注射装置中的第四流量计(28)和第二热交换器(25)的进口相连接，所述第二热交换器(25)的出口与第二原料存贮罐(20)相连接。

13. 如权利要求11或12所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第三计量输送器(23)选自高压齿轮泵、柱塞泵或螺杆泵。

14. 如权利要求13所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述第三计量输送器(23)为高压齿轮泵。

15. 如权利要求2所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述混合器(7)的出口与流量控制阀(8)相连接，所述流量控制阀(8)的出口与静态混合器(26)相连接，所述静态混合器(26)有两个进口和一个出口，第一个进口与混合装置中的流量控制阀(8)相连接，另一个进口与第一原料输送循环系统(A)中的第一高低压循环转换器(18)相连接，所述静态混合器(26)的出口与第三流量计(27)相连接。

16. 如权利要求2所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：所述注射装置包括第三流量计(27)、第四流量计(28)、混合注射枪(29)、第一比例枪头(30)和第二比例枪头(31)。

17. 如权利要求16所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：

所述第三流量计(27)具有两个进口，第一个进口与第一原料输送循环系统(A)中的第一高低压循环转换器(18)的出口相连接，第二个进口与混合装置中的静态混合器(26)相连接，所述第三流量计(27)的出口与混合注射枪(29)的相应一侧的进口相连接；

所述第四流量计(28)的进口与第二原料输送循环系统(B)中的第二高低压循环转换器(24)相连接，所述第四流量计(28)的出口与混合注射枪(29)的相应一侧的进口相连接；

所述混合注射枪(29)有两个进口和三个出口，所述混合注射枪(29)的与其入口方向垂直的出口注射时插入到注射模具中，所述混合注射枪(29)的与其入口方向平行的两个出口分别与相应一侧的第一比例枪头(30)和第二比例枪头(31)的入口相连接；

所述第一比例枪头(30)具有一个进口和两个出口，所述第一比例枪头(30)的一个出口与排料管相连接，另一个出口与第一原料输送循环系统(A)中的第一热交换器(19)相连接；

所述第二比例枪头(31)具有一个进口和两个出口，所述第二比例枪头(31)的一个出口与排料管相连接，另一个出口与第二原料输送循环系统(B)中的第二热交换器(25)相连接。

18. 如权利要求2所述的多用途高分子材料成型机，其特征在于：

所述压力传感器和温度传感器分别安装于SC-CO₂发生装置中的恒温稳压罐(6)、第一原料输送循环系统(A)中的第一原料存贮罐(13)和第二原料输送循环系统(B)中的第二原料存贮罐(20)、注射装置中的混合注射枪(29)之前以及连接管路上，所述第五流量计安装于各个输出管路上；

所述电子设备单元的控制体用于使高压泵(5)、第二计量输送器(12)、第一计量输送器(17)、第三计量输送器(23)、第一高低压循环转换器(18)、第二高低压循环转换器(24)和混合注射枪(29)按照所设定的参数进行联动。