CN104097288B - 一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，该装置包括超临界流体输送系统、模具系统、温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置、显示和控制系统等，超临界流体输送系统与模具系统相连，温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置分别与模具系统相连。模具系统利用模压机的上、下热板进行加热。利用超临界流体超强的渗透和扩散能力，在一定的温度和超临界流体压力作用下，经过一定时间，超临界流体逐渐扩散进聚合物基体，然后快速释放压力获得一定形状的发泡材料。该装置可用于热塑性塑料、热塑性弹性体、橡胶材料等的超临界流体发泡，可用于自由发泡，也可用于可控发泡。具有结构简单，成本低，操作方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料加工领域，一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，可用于热塑性塑料、热塑性弹性体或橡胶材料等的超临界流体发泡。
背景技术
超临界流体是指温度和压力均高于其临界点的流体，超临界流体具有类似气体的扩散性和类似液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性等，因此超临界流体具有超强的渗透能力。超临界CO2和N2具有无毒、不燃、价廉、化学上呈惰性等特点，同时由于其自成核能力强，在热力学不稳定时(压力突然降低或温度升高时)可以析出大量泡核，可以制备聚合物微孔发泡材料。聚合物超临界流体发泡的成型方法主要有连续挤出发泡、注射发泡、间歇形式的釜压发泡方法。不同的成形方法具有不同的特点，连续挤出成型适合于连续挤出具有一定断面形状的发泡材料，注射发泡成型可以注射形状复杂的发泡制品，两者效率高，但设备投资大；间歇式的釜压发泡效率低，主要用于实验研究。中国专利201110054581.3公开了一种超临界模压发泡制备聚合物微孔发泡材料的方法，超临界流体模压发泡不同于模压化学发泡过程，本发明就是利用可以提供一定压力和温度的模压机，提供一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，将超临界流体辅助模压发泡模具至于模压机上、下热板之间，在一定的温度和压力作用下，超临界流体逐渐渗透到聚合物基体里面，然后快速释放压力来进行发泡，可得到一定形状和泡孔结构的发泡材料。该装置具有结构简单、易操作、适应多种聚合物材料、温度和压力可独立调节等优点。
发明内容
一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，该装置包括：超临界流体输送系统、模具系统、温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置、显示及控制系统，其特征在于超临界流体输送系统与模具系统相连，温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置分别与模具系统相连。该装置克服了连续挤出发泡和注射发泡设备投资大的不足，提供一种超临界流体模压发泡装置，结合可提供一定压力和温度的模压机，实现多种聚合物材料的自由发泡和可控发泡。
所述发泡装置的超临界流体输送系统为恒压式超临界CO2或超临界N2输送系统。
所述模具系统的下模与成型模之间、成型模上端与上模间留有间隙，作为超临界流体进、出模具型腔的通道。
所述模具系统中的成型模为可拆卸结构，可根据制品形状进行更换。
所述模具系统上、下模之间带有密封结构。
所述模具系统带有温度测量和压力测量装置。
所述模具系统带有压力释放装置，可为普通释压阀或电磁释压阀。
所述模具系统利用模压机上、下热板进行加热。
所述模具系统冷却结构可利用下模和成型模之间的间隙通超临界流体冷却，也可在模具上开设冷却通道进行水冷。
所述发泡装置还包括显示和控制系统。
该发泡装置利用可以提供一定压力和温度的模压机，将超临界流体辅助模压发泡模具至于模压机上、下热板之间，在一定的温度和压力作用下，经过一定时间，超临界流体逐渐扩散进聚合物基体，然后快速释放压力，得到一定形状的发泡材料。
本发明的优点是：
(1)适用范围广，该装置可用于热塑性塑料、热塑性弹性体、橡胶材料、及其共混材料或其复合材料的超临界CO2或超临界N2发泡。
(2)相对于连续挤出和注射发泡设备，该装置结构简单，易操作，成本低，适合小批量，形状简单的发泡材料的制备，还可制备标准发泡材料试样，用于测试。
(3)成型模可更换，还可根据不同的发泡材料和发泡要求，采用合适的模具结构形式，在模压机上进行自由发泡和可控发泡。
(4)模具系统采用夹套形式进气及排气，不易堵塞。
(5)该发泡装置带有冷却结构，可实现物料的快速冷却。
(6)该发泡装置的发泡温度、超临界流体压力等参数独立可调，可满足不同材料及发泡倍率的要求。
附图说明
图1为本发明超临界流体辅助聚合物模压发泡装置一实施例的结构示意图，但不仅限于此种结构。
该套装置主要有六大部分组成：
(1)超临界流体输送系统1-4
1为气瓶、2为增压泵、3为进气阀、4为单向阀
(2)模具系统5-9
5为上模或上盖板、6为密封结构、7为下模或凹模、8为成型模、9为冷却结构
(3)温度测量装置10
10为热电偶
(4)压力测量装置11
11为压力表或压力传感器
(5)压力释放装置12
12为普通释压阀或耐高温、高压的电磁释压阀
(6)显示和控制系统13
13为显示和控制系统
14、15分别为模压机上加热板和下加热板，16为待发泡材料
具体实施方式
1.热塑性塑料或热塑性弹性体可控发泡
结合附图说明，将模具系统置于模压机上加热板14和下加热板15间预热到设定温度，打开上模5，将一定量的待发泡材料16放入成型模8内，闭合模具，将未发泡材料预热到熔融或接近熔融，打开进气阀3，打开释压阀12，模具内通入一定压力的超临界流体，将模具内部空气排掉，然后关闭释压阀，继续通入超临界流体，直到模具内部压力达到设定值。在一定的温度和压力作用下，超临界流体逐渐扩散进聚合物基体，直到达到饱和，停止加热，打开释压阀12，快速释放模具内部压力，聚合物发泡，利用冷却结构9进行冷却一段时间，开模得到发泡材料。在此过程中，加入的未发泡材料的质量根据材料的发泡倍率进行调节，加热温度和发泡压力根据不同材料和发泡要求进行设定。
2.橡胶材料自由发泡
结合附图说明，将模具系统置于模压机上加热板14和下加热板15间预热到设定温度，打开上盖板5，将一定量的待发泡材料16放入成型模8内，闭合模具，打开进气阀3，打开释压阀12，模具内通入一定压力的超临界流体，将模具内部空气排掉，然后关闭释压阀12，继续通入超临界流体，直到模具内部压力达到设定值。在一定的温度和压力作用下，超临界流体逐渐扩散进聚合物基体，同时橡胶材料发生交联反应，超临界流体完全扩散进聚合物基体时交联反应也基本完成，停止加热，模压机上加热板上移，上盖板打开，模具内压力得以快速释放，得到发泡的橡胶材料。在此过程中，加入的未发泡材料的质量根据材料的发泡倍率进行调节，加热温度根据不同橡胶材料进行设定，使超临界流体扩散时间与硫化时间相匹配。
Claims (5)
1.一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，该装置包括：超临界流体输送系统、模具系统、温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置、显示及控制系统，其特征在于：超临界流体输送系统与模具系统相连，温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置分别与模具系统相连；所述模具系统包括上模、下模和成型模，所述模具系统的下模与成型模之间、成型模上端与上模间留有间隙，作为超临界流体进、出模具型腔的通道，所述模具系统上、下模之间带有密封结构；所述超临界流体输送系统为恒压式超临界CO2输送系统。
2.根据权利要求1所述超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：所述模具系统中的成型模为可拆卸结构，可根据制品形状进行更换。
3.根据权利要求1所述超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：所述压力释放装置为普通释压阀或电磁释压阀。
4.根据权利要求1所述超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：所述模具系统利用模压机上、下热板进行加热。
5.根据权利要求1所述超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：所述模具系统冷却结构利用下模和成型模之间的间隙通超临界流体冷却，或者在模具上开设冷却通道进行水冷。
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