CN104325615A - 超临界co2制备pet泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置 - Google Patents

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何振鹏
吴农
马永寿
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张磊
李世通
李景峰
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Abstract

本发明公开了一种超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置，包括喂料系统、双螺杆挤出机主机、超临界CO2注入系统、挤出模头，所述喂料系统和所述超临界CO2注入系统依次设置在所述双螺杆挤出机主机上，该挤出模头与所述双螺杆挤出机主机的出口连通；所述双螺杆挤出机主机的螺杆由输送元件、剪切元件和混合元件排列组合而成。本发明能够很好地满足以超临界CO2为发泡剂制备PET发泡材料工艺中对温度控制的要求。

Description

超临界CO2制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置
技术领域
本发明涉及塑料的物理发泡技术及双螺杆挤出技术领域，尤其是一种超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置。
背景技术
我国是世界泡沫塑料生产和消费大国，泡沫塑料广泛应用于家具衬垫、装饰、车用垫材、地毯底衬、服装衬里、体育垫材、仪器包装和建筑吸音等方面。而以苯乙烯、聚氨酯、酚醛等为主的传统发泡材料，由于其在生产制造以及使用过程中易产生有毒有害物质，威胁人类健康，已被逐步淘汰。人们开始生产性能优异、环境污染小的PP和PET泡沫塑料。
超临界CO2是指热力学状态在临界点(30.5℃，7.37MPa)以上的CO2。超临界CO2具有类似液体的密度和接近气体的黏度，对聚合物熔体有很好的增塑作用，能降低聚合物熔体的黏度，提高熔体的流动性，降低挤出温度，作为发泡剂主要用于塑料的微孔发泡。超临界CO2作为发泡剂具有无毒、不可燃、ODP为零和发泡效率高等优点。另外，CO2是工业生产的副产品，不需要额外生产，不会造成环境污染。超临界CO2发泡制得的泡沫具有较高的泡孔密度，可获得优质的微孔泡沫塑料。但是，该工艺必须在特殊设备下生产,超临界CO2发泡技术最早由意大利康隆集团开发。而目前，以超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出技术在我国尚属空白。
目前，要成功实现超临界CO2的双螺杆发泡挤出，需要解决以下技术难题：（1）高精度、高度可靠性的温控系统，以便及时控制体系温度；（2）螺杆组合要设计合理，既要使气相分散混合良好又不能过混合，否则将导致气体的溢散；（3）挤出系统密封要求高，要保证超临界CO2保持高压状态注入熔体，且不发生泄露；（4）需要特殊设计的机头体及模板，保证发泡材料的顺利挤出。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置，结构巧妙，使用方便。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置，包括喂料系统、双螺杆挤出机主机、超临界CO2注入系统、挤出模头，所述喂料系统和所述超临界CO2注入系统依次设置在所述双螺杆挤出机主机上，该挤出模头与所述双螺杆挤出机主机的出口连通；所述双螺杆挤出机主机的螺杆由输送元件、剪切元件和混合元件排列组合而成。
进一步地，双螺杆挤出机主机的出口与挤出模头之间设有静态混合器。
进一步地，双螺杆挤出机主机的筒体采用电-油双回路温控系统。
进一步地，所述挤出模头开有模孔，模孔为矩形排布，孔径为0.5～4 mm，孔距为3～10 mm，长径比为3～7。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）能够很好地满足以超临界CO2为发泡剂制备PET发泡材料工艺中对温度控制的要求。
（2）其螺杆组合不仅能满足物料的输送、熔融、塑化和混炼要求，还能很好地封堵筒体内的CO2气体，使其最大限度地与PET熔体混合。
（3）双螺杆挤出机的筒体采用电-油双回路温控系统。使半熔融状态的物料形成致密的料封，防止气化的CO2向喂料口方向回流，保证CO2不泄露。
（4）静态混合器有助于两相的进一步混合，提高发泡率。
（5）过渡体和模板的特殊设计，能够保证发泡材料的连续、均匀挤出。
（6）由于采用超临界CO2作为发泡剂，对人体无任何毒副作用，且不会造成环境污染。
附图说明
图1为本发明双螺杆挤出发泡装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示的一种用于以超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置，包括喂料系统1、双螺杆挤出机主机2、超临界CO2注入系统3、电加热系统4、导热油控温系统5、静态混合器6、过渡体7、挤出模头8，其特征是喂料系统1、超临界CO2注入系统3、电加热系统4、导热油控温系统5、静态混合器6、过渡体7和出模头8依序设置在双螺杆挤出机主机2上，双螺杆挤出机主机2的螺杆由输送元件、剪切元件和混合元件排列组合而成，采用电加热系统4和导热油控温系统5，静态混合器6设置大量的分散剪切元件如齿形盘，挤出模头8设置小导程输送元件以完成物料熔体的建压挤出。上述挤出发泡装置的双螺杆挤出机主机2的筒体采用电-油双回路温控系统。
双螺杆挤出机主机2螺杆由输送元件、剪切元件和混合元件排列组合而成，具有强化物料分布混合和动态密封的功能，能满足超临界CO2制备PET泡沫塑料的熔融、塑化、混炼和密封等要求；上述挤出模头8开有模孔，模孔为矩形排布，孔径为0.5～4 mm，孔距为3～10 mm，长径比为3～7。
双螺杆挤出机主机螺杆直径为48 mm，长径比为40∶1，螺杆转速为100 r/min。
本发明以滑石粉为成核剂，以超临界CO2为物理发泡剂，以双螺杆挤出机为发泡反应器。先将PET与滑石粉成核剂（添加量约为0.4%～0.6%）预混干燥6～8 h。根据电、油加热效果的不同，双螺杆挤出机主机2采用电-油双回路温控系统，先开启电加热、后进行油加热系统。双螺杆挤出机升温至240～280℃，保温45 min。经过电-油双回路温控，用喂料机将混合、干燥好的物料，以26 kg/h的速率喂入双螺杆挤出机主机2，经过16个螺杆长径比的距离，物料完成塑化。在距离喂料口18个螺杆长径比长径比的位置，注入气量为80%的超临界CO2，注入压力为5～6 MPa，（CO2钢瓶压力为6～7 MPa，通过BOOST增压系统对其增压并保证其临界状态），同时保证挤出机内压力为5～6 MPa；在5～6 MPa高压下，将超临界CO2液体注入双螺杆挤出机2，双螺杆挤出机主机2设置小导程输送元件和剪切元件，使半熔融状态的物料形成致密的料封，防止气化的CO2向喂料口方向回流；通过螺杆的剪切，使气化的CO2分散混合于PET熔体。电加热系统4和导热油控温系统5设置大导程输送元件，以便注入的超临界CO2具有充分的混合空间；注入的CO2与物料熔体经过为14个螺杆长径比的距离充分混合后被推入静态混合器6，静态混合器设置大量的分散剪切元件如齿形盘，以提高物料停留时间，最大限度对CO2和熔体进行混合，气化的CO2与PET熔体通过静态混合器6进一步形成气体-非晶相聚合物构相体系进行进一步的分散混合，混合好的熔体由过渡体进入方形模头8，模头8开有模孔，模孔为矩形排布，孔径为0.5～4 mm，孔距为3～10 mm，长径比为3～7。模头设置小导程输送元件。由于外部压力急剧下降，溶解于PET熔体内部的气体呈现热力学上的过饱和转台，瞬间形成大量泡核，体系分相，气体继续向泡核扩散，气泡开始膨胀，在PET内部形成大量气泡，完成1 μm～10 mm PET的连续发泡挤出。

Claims (4)

1.一种超临界CO2为发泡剂制备PET泡沫塑料的双螺杆挤出发泡装置，其特征在于：包括喂料系统、双螺杆挤出机主机、超临界CO2注入系统、挤出模头，所述喂料系统和所述超临界CO2注入系统依次设置在所述双螺杆挤出机主机上，该挤出模头与所述双螺杆挤出机主机的出口连通；所述双螺杆挤出机主机的螺杆由输送元件、剪切元件和混合元件排列组合而成。
2.如权利要求1所述双螺杆挤出发泡装置，其特征在于：双螺杆挤出机主机的出口与挤出模头之间设有静态混合器。
3.如权利要求1所述双螺杆挤出发泡装置，其特征在于：双螺杆挤出机主机的筒体采用电-油双回路温控系统。
4.如权利要求1所述双螺杆挤出发泡装置，其特征在于：所述挤出模头开有模孔，模孔为矩形排布，孔径为0.5～4 mm，孔距为3～10 mm，长径比为3～7。
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