CN104723490A - 一种间歇式微发泡注塑成型设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种间歇式微发泡注塑成型设备及工艺。该间歇式微发泡注塑成型设备主要包括设置有渗透釜的超临界流体渗透系统、储料系统、设置有加料斗的注塑系统；储料系统主要包括取放料装置、冷凝储料筒和计量供料装置；取放料装置将渗透釜中的饱和原材料取出送入冷凝储料筒中，冷凝储料筒通过计量供料装置将饱和原材料送入注塑系统的加料斗中。具体工艺主要包括将原材料放入渗透釜中利用超临界流体进行饱和渗透后卸压，得到饱和原材料后加入注塑机中熔融塑化得到聚合物/气体的均相溶液，完成注射，冷却定型后开模得到制品。本发明间歇式微发泡注塑成型设备及工艺既有一定生产效率，又使微发泡注塑成型更加易于控制，且能减少设备改造的复杂程度。

Description

一种间歇式微发泡注塑成型设备及工艺

技术领域

本发明涉及一种微发泡注塑成型设备及工艺，尤其涉及一种间歇式微发泡注塑成型设备及工艺，属于高分子材料加工成型领域。

背景技术

近年来，随着石油价格的上涨不断，聚合物材料的价格也在不断上涨，人们希望利用新的工艺研制一种既能减轻重量、减少塑料消耗，又能基本保证塑料制品性能的材料。因此，微发泡成型成了近年来研究的热点。目前，利用超饱和气体法制备微发泡产品得到较普遍的应用，其成型工艺方法主要有间歇法、连续挤出法、微发泡注塑等类型。但是，目前制备微发泡产品的工艺方法中都存在着各种各样的不足。

现有微发泡成型工艺方法中：间歇法工艺简单，而且温度、压力和保压时间都可以控制，发泡工艺可控性强，但是，该工艺生产周期长，效率低，应用范围窄。连续挤出法与间歇法相比，其可在一定范围内提高生产效率，有很大潜力实现工业化，但是制备过程影响参数较多，较为复杂，实际制备与定性研究有一定差距。注塑成型法可在降低制品重量的同时还能保持其基本力学性能，可用于大部分制件的成型，且成型周期短，抑制翘曲，方便进行工业化生产。但是，其需要增加超临界控制单元和改进塑化系统，设备改造复杂，所需投资成本较大且工艺控制难度大。特别是形成聚合物/气体均相体系的控制不确定性大，直接影响了制品的发泡质量，推广困难，包括Mucell在内的众多微发泡方法都面临难以大规模市场推广的困境。

因此，需要一种新的工艺方法来改善微发泡注塑成型工艺中所面临的设备改造复杂、控制难度大的问题。如何寻找一种既能有一定生产效率，同时又能使得微发泡注塑成型更加易于控制，减少设备改造的复杂程度的新工艺成为解决微发泡注塑成型工艺存在的问题的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种既有一定生产效率，又使微发泡注塑成型更加易于控制，且能减少设备改造的复杂程度的间歇式微发泡注塑成型设备及工艺。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种间歇式微发泡注塑成型设备，主要包括设置有渗透釜的超临界流体渗透系统、储料系统、设置有加料斗的注塑系统；

储料系统主要包括取放料装置、冷凝储料筒和计量供料装置；

取放料装置将渗透釜中的饱和原材料取出送入冷凝储料筒中，冷凝储料筒通过计量供料装置将饱和原材料送入注塑系统的加料斗中。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型设备中，超临界流体渗透系统还包括设置有供气管的储气瓶、设置有进气口和出气口的冷凝器、设置有进气口和出气口的增压泵、设置有进气口和出气口的预热循环器；储气瓶的供气管与冷凝器的进气口相连，冷凝器的出气口与增压泵的进气口相连，增压泵的出气口与预热循环器的进气口相连，预热循环气的出气口与渗透釜相连，渗透釜内设置有容纳原材料的腔体。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型设备中，渗透釜包括釜体和釜座，釜体活动安装在釜座上，容纳原材料的腔体设置于釜体内。本发明渗透釜的釜体活动安装在釜座上，可拆卸，方便移动运输至不同的地点，且拆卸后可保温保压一段时间。由于卸压后取出饱和原材料的放置温度环境以及从取出饱和原材料到加入注塑机熔融塑化之间的时间对制品的影响较大，因为饱和原材料的放置温度低，加入注塑机的时间短，气体的逸出量就较少。因此，本发明一个渗透釜釜体的饱和原材料尽量供多个注塑机使用，这样就缩短了物料进入注塑机的时间，减少气体逸出量，保证一定的气体混入量，确保微发泡制品的质量稳定性。同时，本发明还可制作多个釜体，在不同的时间对原材料进行渗透饱和，轮流给注塑机供料，可确保注塑机不间断的运行，保证注塑机的生产效率。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型设备中，计量供料装置为吸料机或计量泵或阀门，吸料机或计量泵或阀门连接在冷凝储料筒和加料斗之间。当本发明计量供料装置是阀门时，冷凝储料筒的位置应高于注塑机加料斗，以便依靠重力通过阀门的调节来控制供料量。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型设备中，注塑系统还包括模具、设置有热油管道的热流道系统和设置有热油接口的热油控制器，模具安装在注塑机模板上，热流道系统安装在模具上，热油控制器的热油接口与热流道系统上的热油管道相连。

本发明间歇式微发泡注塑成型设备主要包括超临界流体渗透系统，储料系统和注塑系统。其主要是考虑到间歇法发泡气体易于控制和微发泡注塑效率高易于工业化生产的优点，将间歇法和常规注塑通过储料系统相结合，辅以热流道系统控制浇注系统的温度，确保了制品充模的流畅性，最终制得微发泡注塑成型制品。

本发明注塑机改造小，解决了微发泡注塑设备改造复杂程度高，费用昂贵且气体难以控制的缺点。而且，采用热流道系统控制浇注系统的温度，不仅节省了材料，而且热流道对发泡的影响大大减小，对于微发泡制品的加工更加容易。

本发明另一个目的在于提供一种间歇式微发泡注塑成型工艺，间歇式微发泡注塑成型工艺主要包括以下步骤：

S1、将原材料放入渗透釜中利用超临界流体进行饱和渗透，饱和后卸压，得到饱和原材料；

S2、取出饱和原材料并加入注塑机中熔融塑化，得到聚合物/气体的均相溶液，将得到的聚合物/气体的均相溶液完成注射，冷却定型后，开模得到制品。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺中，步骤S1的具体过程为：分别设定冷凝器和渗透釜内的温度和压力，将原材料放入渗透釜釜体内的腔体中并密封，开启预热循环器对渗透釜预热，运行冷凝器降低冷凝器内部气体的温度至设定温度后，打开储气瓶，开启增压泵，储气瓶中的气体进入冷凝器中冷凝后被增压泵泵入预热循环器中，气体经预热循环器预热后进入渗透釜中，渗透釜中的压力逐渐增高，达到所需的温度和压力后保证渗透釜内的恒定温度，达到饱和时间后，卸除渗透釜内的压力，得到饱和原材料。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺中，步骤S2的具体过程为：利用取放料装置取出饱和原材料并放置于冷凝储料筒中，再通过计量供料装置定量的将饱和原材料加入注塑机中加热熔融混合成聚合物/气体均相溶液，定量计量注射到模具型腔中。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺中，注射前利用热流道系统加热模具中的浇注系统至恒定温度。

在上述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺中，热流道系统以热油为介质加热模具中的浇注系统。本发明采用热油作为热流道的加热介质，使得模具浇注系统的温度可以快速升高至某一数值且加热均匀，可控性强，可改善充模的流畅性及微发泡制品的质量。

与现有技术相比，本发明将间歇法和常规注塑通过储料系统相结合，辅以热流道系统控制浇注系统的温度，使其既具有一定生产效率，又使微发泡注塑成型更加易于控制，且能减少设备改造的复杂程度。

附图说明

图1是本发明一种微发泡注塑成型设备及工艺流程图；

图2是热油加热的热流道模具图。

图中：1.储气瓶，2.冷凝器，3.增压泵，4.预热循环器，5.渗透釜，6.原材料，7.取放料装置，8.冷凝储料筒，9.计量供料装置，10.加料斗，11.螺杆，12.机筒，13.模具，14.注射油缸，15.热油控制器，16.浇注系统，17.热流道系统，18.制品。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明微发泡注塑成型设备主要包括超临界流体渗透系统，储料系统和注塑系统。

本发明方案中储气瓶1，冷凝器2、增压泵3、预热循环器4和渗透釜5设备间的连接可以用不锈钢波纹软管软性连接或者以金属管道刚性连接，另有说明的除外。储气瓶1，冷凝器2、增压泵3、预热循环器4和渗透釜5的进出口均可以为金属管道，另有说明的除外。

超临界流体渗透系统中，主要包括储气瓶1，冷凝器2、增压泵3、预热循环器4和渗透釜5。储气瓶1与冷凝器2之间以不锈钢波纹软管连接，冷凝器2与增压泵3之间以金属管道螺纹连接，增压泵3与预热循环器4之间以金属管道螺纹连接，预热循环器4与渗透釜5之间以金属管道螺纹连接。渗透釜5内放置原材料6。

进一步地，渗透釜5的釜体是可拆装的，且拆卸后的运输移动过程中可保温保压一段时间，拆装处的定位连接结构是统一标准，具有互换性，方便拆装。

如图1和图2所示，注塑系统中，包括加料斗10、模具13、设置有热油管道的热流道系统17和设置有热油接口的热油控制器15。模具13安装在注塑机模板上，热流道系统17安装在模具13上，热油控制器15的热油接口与热流道系统17上的热油管道相连，控制热流道系统17中热油的温度和流速进而控制浇注系统16的温度。

进一步地，在模具13中，还具有浇注系统16，通过热油控制器15预先利用已通入热油孔道中的热油加热模具13的浇注系统16，使浇注系统16的温度快速升高到浇注温度后并保持稳定。

如图1所示，储料系统中，包括取放料装置7、冷凝储料筒8和计量供料装置9。冷凝储料筒8与计量供料装置9以保温软管连接，计量供料装置9与注塑机加料斗10之间以保温软管连接。

进一步地，取放料装置7可单独工作，通过取料臂将渗透釜5中的经饱和渗透的原材料6从取料口取出，放至冷凝储料筒8中，冷凝储料筒8通过计量供料装置9将饱和原材料送入注塑系统的加料斗10中。储料系统主要是将渗透釜5中饱和原材料取出保存，在一定的温度范围内尽量减少气体的逸出量。

进一步地，取放料装置7可根据不同的饱和原材料情况设置不同的方式，行车吊装、机械臂取料或者人工取料。

进一步地，冷凝储料筒8需根据不同饱和原材料性能调节在一定的温度范围内。

进一步地，计量供料装置9可以是吸料机或计量泵或阀门。当计量供料装置9是阀门时，冷凝储料筒8的位置应高于注塑机加料斗10，以便依靠重力通过阀门的调节来控制供料量。

进一步地，储料系统也可根据情况做成一个自动的系统，但要满足取料、储料和定量供料的功能，如在计量供料装置中设置电子称量装置等自动定量机构，并可以将称量装置与微电脑、PLC、控制主机等监控装置连接来实现自动定量输送。

本发明间歇式微发泡注塑成型工艺的具体过程如下：

分别设定冷凝器2和渗透釜5内的温度和压力，将原材料6放入渗透釜5中并密封，开启预热循环器4对渗透釜5预热，随后冷凝器2运行，降低其内部气体的温度至设定温度后，打开储气瓶1，开启增压泵2，储气瓶1中的气体进入冷凝器2中冷凝后被增压泵3泵入预热循环器4中，气体经预热循环器4预热后进入渗透釜5中，渗透釜5中的压力逐渐增高，渗透釜5中的温度也由预热循环器4控制，达到所需的温度和压力后关闭所有设备，仅保留预热循环器4的运行来保证渗透釜5内的恒定温度，在设定的温度和压力下达到饱和时间后，关闭预热循环器4，卸除渗透釜5内的压力，得到饱和原材料。

利用取放料装置7取出饱和原材料并放置于冷凝储料筒8中，在注塑成型加工前，设定好相关的注射成型工艺参数，包括注射压力、注射速度、时间、料筒温度、注胶量、螺杆转速、锁模力、开合模、顶出、抽芯和热油温度，然后开机运行。再通过计量供料装置9定量的将饱和原材料从冷凝储料筒8中加入注塑机加料斗10中，经注塑机螺杆11的旋转剪切塑化和机筒12外壁的加热熔融作用，将饱和原材料熔融混合成聚合物/气体均相溶液。

经定量计量达到注射量后，模具13合模，注射座前移，在注射油缸14的推动下螺杆11前移，将聚合物/气体均相溶液注射到已合模的模具型腔中，开始发泡。注射前，在模具13中，浇注系统16被以热油为介质的热流道系统17加热至设定温度，热流道与热油控制器15相连，热油温度由热油控制器15控制。注塑时，聚合物/气体均相溶液在快速的压力降作用下瞬间形成大量气泡核并且气泡核随之长大，经已加热的浇注系统16后进入到温度较低的模具型腔中，伴随着气泡的长大及温度的下降，发泡逐渐完成，最终制品18冷却定型后，开模得到制品18。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种间歇式微发泡注塑成型设备，其特征在于，主要包括设置有渗透釜的超临界流体渗透系统、储料系统、设置有加料斗的注塑系统；

所述储料系统主要包括取放料装置、冷凝储料筒和计量供料装置；

所述取放料装置将渗透釜中的饱和原材料取出送入冷凝储料筒中，所述冷凝储料筒通过计量供料装置将饱和原材料送入注塑系统的加料斗中。

2.根据权利要求1所述的一种间歇式微发泡注塑成型设备，其特征在于，所述超临界流体渗透系统还包括设置有供气管的储气瓶、设置有进气口和出气口的冷凝器、设置有进气口和出气口的增压泵、设置有进气口和出气口的预热循环器；所述储气瓶的供气管与冷凝器的进气口相连，冷凝器的出气口与增压泵的进气口相连，增压泵的出气口与预热循环器的进气口相连，预热循环气的出气口与渗透釜相连，所述渗透釜内设置有容纳原材料的腔体。

3.根据权利要求1或2所述的一种间歇式微发泡注塑成型设备，其特征在于，所述渗透釜包括釜体和釜座，所述釜体活动安装在釜座上，所述容纳原材料的腔体设置于釜体内。

4.根据权利要求1所述的一种间歇式微发泡注塑成型设备，其特征在于，所述计量供料装置为吸料机或计量泵或阀门，所述吸料机或计量泵或阀门连接在冷凝储料筒和加料斗之间。

5.根据权利要求1所述的一种间歇式微发泡注塑成型设备，其特征在于，所述注塑系统还包括模具、设置有热油管道的热流道系统和设置有热油接口的热油控制器，所述模具安装在注塑机模板上，热流道系统安装在模具上，热油控制器的热油接口与热流道系统上的热油管道相连。

6.一种间歇式微发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述间歇式微发泡注塑成型工艺主要包括以下步骤：

S1、将原材料放入渗透釜中利用超临界流体进行饱和渗透，饱和后卸压，得到饱和原材料；

S2、取出饱和原材料并加入注塑机中熔融塑化，得到聚合物/气体的均相溶液，将得到的聚合物/气体的均相溶液完成注射，冷却定型后，开模得到制品。

7.根据权利要求6所述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：分别设定冷凝器和渗透釜内的温度和压力，将原材料放入渗透釜釜体内的腔体中并密封，开启预热循环器对渗透釜预热，运行冷凝器降低冷凝器内部气体的温度至设定温度后，打开储气瓶，开启增压泵，储气瓶中的气体进入冷凝器中冷凝后被增压泵泵入预热循环器中，气体经预热循环器预热后进入渗透釜中，渗透釜中的压力逐渐增高，达到所需的温度和压力后保证渗透釜内的恒定温度，达到饱和时间后，卸除渗透釜内的压力，得到饱和原材料。

8.根据权利要求6所述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：利用取放料装置取出饱和原材料并放置于冷凝储料筒中，再通过计量供料装置定量的将饱和原材料加入注塑机中加热熔融混合成聚合物/气体均相溶液，定量计量注射到模具型腔中。

9.根据权利要求6或8所述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述注射前利用热流道系统加热模具中的浇注系统至恒定温度。

10.根据权利要求9所述的一种间歇式微发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述热流道系统以热油为介质加热模具中的浇注系统。