CN105418957A - 一种热塑性颗粒材料发泡装置及其发泡工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热塑性颗粒材料发泡装置，属于机械技术领域。本热塑性颗粒材料发泡装置包括：渗透釜，设置为至少一个，渗透釜具有储存热塑性颗粒粒料的容腔，渗透釜用于将超临界CO2渗透入热塑性颗粒粒料并卸出经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料；发泡箱体，发泡箱体内设有发泡机构以及用于输送热塑性颗粒粒料的软质筛网，软质筛网设有发泡入口和发泡出口，发泡入口用于接收渗透釜卸出的热塑性颗粒粒料，发泡机构对软质筛网上的热塑性颗粒粒料进行持续的加热发泡，发泡出口用于将发泡后的热塑性颗粒成品卸出发泡箱体；变频电机，与软质筛网相连并用于调节软质筛网的传送速度。本热塑性颗粒材料发泡装置具有发泡效果佳、生产效率高的优点。

Description

一种热塑性颗粒材料发泡装置及其发泡工艺
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种热塑性颗粒材料发泡装置及其发泡工艺，特别是一种适用于TPU颗粒等热塑性颗粒材料的发泡装置及其发泡工艺。
背景技术
TPU作为一种新型聚合物材料，名为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，是一种热塑性颗粒材料，TPU具有弹性好、强度高、耐磨性好、无毒、耐氧化、加工方式多样、适用性广泛等诸多优点，因此在技术发展、应用推广、成本降低、环保概念深入等多重因素的推动下，TPU行业未来将保持快速增长的态势，TPU发泡技术也成为近年来备受关注的课题。
现有技术中，大多数的TPU颗粒发泡设备或者TPU颗粒发泡工艺设计不合理，其往往存在发泡效果不佳以及生产效率较低等问题，不利于大批量生产，且往往只能生产TPU颗粒，局限性强。现列举几种现有技术的TPU颗粒发泡设备或者TPU颗粒发泡工艺如下：
其一、目前市场上，大多数制备发泡热塑性聚氨酯颗粒(TPU颗粒)的工艺主要为间歇式釜压发泡。对此，有人设计了一种基于热塑性聚氨酯的泡沫，其中，该工艺是采用高压釜将TPU颗粒、分散剂、表面活性剂以及正丁烷发泡剂均匀分散在水中，升温至指定温度下保持一定的时间，然后将颗粒迅速卸压至大气压得到发泡热塑性聚氨酯珠粒，然后经过洗涤烘干等处理，得到水蒸汽模压制品的原料。该间歇式釜压发泡工艺较复杂，实现自动化的成本高，对环境污染严重且设备须经特殊的防爆处理。
其二、有人公开了以物理发泡剂，通过釜压或者模压发泡工艺制备TPU发泡材料的方法(专利公开号为CN103642200A、CN103951965A)，该类方法没有使用交联剂，所制备的发泡材料具有可熔融回收加工的优势。但是，该方法为间歇发泡过程，存在加工效率低和产品性能批次不稳定的问题。进一步的，该方法中TPU树脂涉及长时间沸水处理，易导致TPU树脂发生化学降解和黄变问题，影响了TPU发泡材料的性能和后续使用。
其三、也有人公开了以超临界CO2为发泡剂，采用模压发泡工艺制备TPU发泡材料的方法(专利公开号为CN102229709A)。该方法所用的超临界流体的压力为5MPa-25MPa，超临界流体的温度为100℃-250℃，超临界流体的处理时间为1分钟-60分钟。但是，该技术所需要的压力过高，导致设备成本高昂以及生产安全问题。进一步的，该技术没有使用分散介质，TPU颗粒在高温、高压下容易变形、外表变粘，导致该技术不适于制备外表光洁、形状为球形或者椭球形的TPU发泡粒子。
其四、有人还设计了热塑性聚氨酯弹性体组合物泡沫的制备方法，其主要包括气体溶解步骤、冷却步骤以及发泡控制步骤。工作时，把TPU与其他的树脂熔融混合，通入超临界CO2，让CO2溶解在组合物熔体中(溶解步骤)，然后冷却含有CO2的熔体(冷却步骤)，最后注入到一个压力比冷却步骤低的空间进行发泡(发泡控制步骤)，这一工艺过程可以通过连用挤出机和注射机或者通过双阶单螺杆挤出机来实现。这样的TPU发泡方法布局较复杂，不利于实现TPU批量化生产。
其五、还有人设计了一种连续挤出发泡制备TPU发泡颗粒的方法(专利公开号为CN104385479A)，其把TPU颗粒与有机修饰的无机纳米颗粒混合后加入第一挤出机的料筒，经螺杆加热使TPU颗粒熔成聚合物熔体；在第一挤出机的末端注入超临界流体，将混合后的聚合物/高压流体熔体经熔体泵注入第二挤出机，并逐渐降低第二挤出机加热区的温度，得到冷却的、混合均匀的聚合物/超临界流体熔体；将聚合物/超临界流体熔体从第二挤出机口模挤出，经水下环切制得TPU发泡粒子；最后将TPU发泡粒子经流化床风干处理得到尺寸稳定的TPU发泡颗粒。该种方法要经过两次连续挤出并加入多种无机纳米颗粒，在增强了TPU发泡颗粒强度的同时也增加工艺的复杂性和成本。另外，在第一挤出机末端注入高压超临界流体，这对于挤出机的承压和密封性能要求很高，实现程度相对较难。
综上所述，需要设计一种设计合理、发泡效果佳、生产效率高的热塑性颗粒材料发泡装置及其发泡工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种设计合理、发泡效果佳、生产效率高的热塑性颗粒材料发泡装置及其发泡工艺。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种热塑性颗粒材料发泡装置，包括：
渗透釜，设置为至少一个，所述渗透釜具有储存热塑性颗粒粒料的容腔，所述渗透釜用于将超临界CO2渗透入热塑性颗粒粒料并卸出经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料；
发泡箱体，所述发泡箱体内设有发泡机构以及用于输送热塑性颗粒粒料的软质筛网，所述软质筛网设有发泡入口和发泡出口，所述发泡入口用于接收渗透釜卸出的热塑性颗粒粒料，所述发泡机构对软质筛网上的热塑性颗粒粒料进行持续的加热发泡，所述发泡出口用于将发泡后的热塑性颗粒成品卸出发泡箱体；
变频电机，与所述软质筛网相连并用于调节软质筛网的传送速度。
作为本发明的进一步改进，所述软质筛网呈环形结构设置且分为发泡段以及位于发泡箱体外的循环段，所述发泡段的两端分别贯穿通过发泡箱体，所述发泡入口位于发泡段的首端且靠近发泡箱体侧壁设置，所述发泡出口位于发泡段的末端且靠近发泡箱体侧壁设置。
作为本发明的更进一步改进，所述发泡机构包括设置在发泡段下方的水蒸汽喷射管道，所述水蒸汽喷射管道上设有用于向发泡段喷射水蒸汽的多个喷射口，所述水蒸汽喷射管道通过齿轮齿条结构或螺纹传动结构或动、定滑轮结构活动安装在发泡箱体内，所述水蒸汽喷射管道可实现竖直位移且其两端分别靠近发泡箱体内侧壁设置。
作为本发明的更进一步改进，上述的水蒸汽喷射管道替换为带网孔的蜂窝板。
作为本发明的更进一步改进，所述发泡机构还包括设置在发泡段上方且与发泡段正对设置的加热棒，所述加热棒设置为至少一个且可拆卸安装在发泡箱体上。
作为本发明的更进一步改进，所述发泡箱体上还安装有与加热棒同侧设置的至少一个电风扇，在发泡箱体外设置有温控机构，所述温控机构设有安装在发泡箱体上且位于发泡段上方的温度探头。
作为本发明的进一步改进，所述发泡箱体上固设有预压罐，所述预压罐用于接收渗透釜送出的热塑性颗粒粒料，并将其卸入软质筛网的发泡入口，所述预压罐内设有调压系统和温控系统。
作为本发明的更进一步改进，所述发泡箱体上还固设有位于预压罐下方的料斗，所述料斗上端部设有用于接收预压罐卸出的热塑性颗粒粒料的来料口，所述料斗下端部设有将其接收的热塑性颗粒粒料卸入软质筛网发泡入口的出料口，在料斗下方活动安装有可调节出料口开口开度的活动板。
作为本发明的进一步改进，该热塑性颗粒材料发泡装置还包括底座，所述发泡箱体可拆卸安装在底座上，所述软质筛网活动安装在底座上，在底座外设置有具有重量检测报警器的产品收集箱，所述底座上安装有用于将发泡出口卸出的热塑性颗粒成品送入产品收集箱的刮料机构。
作为本发明的进一步改进，所述渗透釜上设有用于对容腔泄压的泄压阀。
一种热塑性颗粒材料发泡装置的发泡工艺，包括以下步骤：
将热塑性颗粒粒料放入渗透釜的容腔内，再往容腔内通入超临界CO2并使其渗透入容腔内的热塑性颗粒粒料；
控制泄压阀对渗透釜泄压，待渗透釜泄压完毕后，驱动渗透釜将经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料送入预压罐中；
驱动预压罐将其接收的热塑性颗粒粒料送入料斗，再控制料斗使得其接收的热塑性颗粒粒料均匀分布至软质筛网上；
驱动软质筛网连带热塑性颗粒粒料由发泡入口至发泡出口方向位移，使得热塑性颗粒粒料在水蒸汽和加热棒的配合加热作用下开始发泡，此时电风扇、加热棒、水蒸汽喷射管道、温控机构均处于开启状态，工作时可根据使用情况对加热棒进行开闭控制；
当软质筛网携带发泡后的热塑性颗粒成品到达发泡出口时，此时热塑性颗粒尺寸达到最大，同时驱动刮料机构将热塑性颗粒成品送入产品收集箱；
当产品收集箱内的热塑性颗粒成品重量达到预设重量值时，重量检测报警器报警。
作为本发明的进一步改进，所述渗透釜内超临界CO2的温度设置为30℃-45℃，所述渗透釜内腔压力设置为7MPa-13MPa，所述渗透釜内的渗透时间设置为0.5h-5h，所述热塑性颗粒粒料的发泡时间设置为20s-120s，所述预压罐内的压力设置为0.1MPa-0.9MPa，所述预压罐内温度设置为0℃-25℃，所述发泡箱体内的温度设置为50℃-150℃，所述发泡箱体内压力设置为0.1MPa-0.7MPa。
作为本发明的又一种改进，所述渗透釜设置为多个且依次为软质筛网输送热塑性颗粒粒料。
作为本发明的又一种改进，在渗透釜内悬挂设置有用于盛放热塑性颗粒粒料的料篮，所述料篮呈网孔状设置。
作为本发明的又一种改进，在渗透釜外设置有CO2储气瓶，所述CO2储气瓶通过连接管道与渗透釜的容腔联通并用于向容腔内输送超临界CO2，在CO2储气瓶和渗透釜之间设有增压泵且三者通过连接管道联通。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：1、整体结构简单，设计合理，节约生产和投资成本，渗透釜可设置为单个或者多个，渗透釜为后续的发泡结构连续提供热塑性颗粒粒料，克服了现有釜压发泡工艺“间歇性”的缺点，并且本热塑性颗粒材料发泡装置的发泡过程连续，发泡效果佳，生产效率高，可实现发泡热塑性颗粒(如TPU颗粒)的自动化批量化生产。
2、本热塑性颗粒材料发泡装置的发泡工艺布局合理，各个机构之间紧密配合，改变了传统釜压发泡工艺不连续、不能实现自动化的缺点，可实现发泡TPU颗粒等热塑性颗粒的批量化生产。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明一较佳实施例的局部结构示意图。
图2是本发明一较佳实施例中渗透釜处的结构示意图。
图中，11、热塑性颗粒粒料；12、热塑性颗粒成品；20、渗透釜；21、容腔；22、泄压阀；30、发泡箱体；40、发泡机构；41、水蒸汽喷射管道；411、喷射口；42、水蒸汽；43、加热棒；44、电风扇；45、温控机构；451、温度探头；50、软质筛网；51、发泡入口；52、发泡出口；53、发泡段；54、循环段；60、预压罐；71、料斗；711、来料口；712、出料口；72、活动板；80、底座；90、产品收集箱；91、重量检测报警器；100、刮料机构；110、料篮；120、CO2储气瓶；130、连接管道；140、增压泵；150、支腿；160、支撑辊；170、张紧轮；180、辊筒；190、固定轴；200、轴承；210、齿条；220、齿轮；230、泄水阀；240、变频电机；250、皮带。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，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。
本发明保护一种热塑性颗粒材料发泡装置，可用于发泡TPU颗粒，也可适用于发泡TPU颗粒之外的其他热塑性颗粒材料。
现有的大多数TPU颗粒发泡设备或者TPU颗粒发泡工艺设计不合理，其往往存在发泡效果不佳以及生产效率较低等问题，不利于大批量生产，且往往只能生产TPU颗粒，局限性强。因此，设计一种比较合理的热塑性颗粒材料发泡装置是很有必要的。
下面结合图1至图2对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
如图1至图2所示，本热塑性颗粒材料发泡装置包括：
渗透釜20，设置为至少一个，渗透釜20具有储存热塑性颗粒粒料11的容腔21，渗透釜20用于将超临界CO2超临界CO2渗透入热塑性颗粒粒料11并卸出经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料11；
发泡箱体30，发泡箱体30内设有发泡机构40以及用于输送热塑性颗粒粒料11的软质筛网50，软质筛网50设有发泡入口51和发泡出口52，发泡入口51用于接收渗透釜20卸出的热塑性颗粒粒料11，发泡机构40对软质筛网50上的热塑性颗粒粒料11进行持续的加热发泡，发泡出口52用于将发泡后的热塑性颗粒成品12卸出发泡箱体30；
变频电机，与软质筛网50相连并用于调节软质筛网50的传送速度。
上述热塑性颗粒粒料11在到达发泡出口52时，即脱离发泡机构40的加热作用后，此时的热塑性颗粒达到最大并卸出发泡箱体30。
在本发明中，上述的发泡装置采用的发泡方式是连续发泡，而且是自动化连续发泡，该发泡装置用于发泡TPU颗粒等热塑性颗粒材料。
本热塑性颗粒材料发泡装置属于聚合物微孔发泡技术领域，它主要由高压渗透结构和发泡结构两个部分组成，其中：高压渗透结构的核心部件为上述的渗透釜20，高压渗透结构是制备TPU颗粒等热塑性颗粒材料的超临界CO2加压渗透装置，其主要目的是将超临界CO2渗透入原始的未发泡的热塑性颗粒粒料11，发泡结构是用于实现TPU颗粒等热塑性颗粒材料的自动化连续蒸汽发泡。
此处需要补充说明的是:TPU颗粒名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶,具有硬度范围宽、耐磨、耐油、透明、弹性好等特性，在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用，无卤阻燃TPU还可以代替软质PVC以满足越来越多领域的环保要求。
超临界CO2就是CO2的超临界状态，扩散系数大,有极高的溶解能力，渗透入热塑性颗粒粒料11的超临界CO2在发泡过程中不断地逸出热塑性颗粒粒料11，保证了热塑性颗粒发泡工作的可靠性。
本热塑性颗粒材料发泡装置在初始状态下，整体结构简单，设计合理，节约生产和投资成本，渗透釜20可设置为单个或者多个(优选设置为多个)，渗透釜20为后续的发泡结构连续提供热塑性颗粒粒料11，克服了现有釜压发泡工艺“间歇性”的缺点，并且本热塑性颗粒材料发泡装置的发泡过程连续，发泡效果佳，生产效率高，保证了生产出的发泡热塑性颗粒质量，的可实现发泡热塑性颗粒(如TPU颗粒)的自动化批量化生产。
在本案中，上述的热塑性颗粒材料发泡装置优选用于发泡TPU颗粒，也可用于发泡TPU颗粒之外的其他热塑性颗粒材料，通用性广，该热塑性颗粒材料发泡装置可实现TPU颗粒自动化连续发泡。
具体的，本案中的发泡箱体30优选呈封闭箱体结构设置，仅在发泡入口51和发泡出口52处分别设有对应的开口结构，以保证发泡箱体30内部加热发泡温度的稳定，提高发泡装置工作的可靠性。
为使得软质筛网50连续传送更加平稳、可靠，保证发泡过程的连续性，优选软质筛网50呈环形结构设置且分为发泡段53以及位于发泡箱体30外的循环段54，发泡段53的两端分别贯穿通过发泡箱体30，发泡入口51位于发泡段53的首端且靠近发泡箱体30侧壁设置，发泡出口52位于发泡段53的末端且靠近发泡箱体30侧壁设置。
优选上述发泡段53的两端伸出发泡箱体30的部分较短，仅露出一小段，剩余部分均为循环段54。工作时，发泡机构40对发泡段53上的热塑性颗粒粒料11进行持续的加热发泡。
优选地，本案中的发泡机构40包括设置在发泡段53下方的水蒸汽喷射管道41，水蒸汽喷射管道41上设有用于向发泡段53喷射水蒸汽42的多个喷射口411，水蒸汽喷射管道41通过齿轮齿条结构或螺纹传动结构或动、定滑轮结构活动安装在发泡箱体30内，水蒸汽喷射管道41可实现竖直位移且其两端分别靠近发泡箱体30内侧壁设置，上述的水蒸汽喷射管道41可替换为带网孔的蜂窝板。这样的结构布局紧凑，使得水蒸汽喷射管道41的水蒸汽42分布更均匀、范围也更广，发泡效果更佳。
上述水蒸汽喷射管道41的喷射口411可以设置为多列且开口面朝发泡段53设置，使得喷出的水蒸汽42可以高效地抵达软质筛网50并对发泡段53上的热塑性颗粒粒料11进行蒸汽发泡，本热塑性颗粒材料发泡装置可实现TPU颗粒的自动化连续蒸汽发泡。
为使得发泡机构40工作更加可靠，优选发泡机构40还包括设置在发泡段53上方且与发泡段53正对设置的加热棒43，加热棒43设置为至少一个且可拆卸安装在发泡箱体30上。为使得布局更加合理，加热发泡效果更佳，优选上述加热棒43设置为多个且最前端的加热棒43到最后端的加热棒43之间的距离与水蒸汽喷射管道41的长度相当。优选加热棒43靠近发泡段53的一端距离软质筛网50的距离为5mm-30mm。
采用加热棒43和水蒸汽喷射管道41相互配合的发泡机构40，工作时，TPU颗粒等热塑性颗粒在移动过程中被加热棒43和水蒸汽喷射管道41连续配合加热，并逐渐发泡，加热棒43和水蒸汽喷射管道41的水蒸气相互配合，使得TPU颗粒等热塑性颗粒发泡过程平缓、稳定，成品后的热塑性颗粒质量高。
本案中的加热棒43可以为横跨设置在发泡段53上方的长条形加热棒43，也可以设置为分布发泡段53上方并与水蒸汽喷射管道41相配合的多个加热棒43，优选该加热棒43竖直间隔设置在发泡箱体30上，使得加热棒43工作更加可靠，使其散发的热量在箱体内分布更加均匀。
优选地，发泡箱体30上还安装有与加热棒43同侧设置的至少一个电风扇44，在发泡箱体30外设置有温控机构45，温控机构45设有安装在发泡箱体30上且位于发泡段53上方的温度探头451。
优选电风扇44为多个且等间距分布在发泡箱体30上，上述该处电风扇44的设置一方面使得加热棒43产生的热量可以更快、更均匀地分散在待发泡的热塑性颗粒粒料11周围，另一方面也使得下方升起的水蒸汽42进一步回落并再次扩散到热塑性颗粒粒料11周围，进一步提升了发泡效果。
温控机构45与电风扇44、加热棒43、水蒸汽喷射管道41相互配合，构成了发泡机构40的主要组成部分，其温度探头451可以设置为多个，使得温控机构45可测量发泡箱体30内多点的温度，以便于准确控制发泡箱体30内部温度。进一步优选上述温度探头451为三个，分别设置在发泡箱体30的两侧和中间位置。
优选地，发泡箱体30上固设有预压罐60，预压罐60用于接收渗透釜20送出的热塑性颗粒粒料11，并将其卸入软质筛网50的发泡入口51，预压罐60内设有调压系统和温控系统，以避免经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料11内的CO2气体过快逸出，保证设备工作的可靠性。
进一步的，发泡箱体30上还固设有位于预压罐60下方的料斗71，料斗71上端部设有用于接收预压罐60卸出的热塑性颗粒粒料11的来料口711，料斗71下端部设有将其接收的热塑性颗粒粒料11卸入软质筛网50发泡入口51的出料口712，在料斗71下方活动安装有可调节出料口712开口开度的活动板72。
料斗71结构设计合理，与预压罐60、软质筛网50相互配合，优选预压罐60的出口与料斗71的来料口711对齐，可以控制热塑性颗粒粒料11的进料量并使得该粒料可以均匀地分布在软质筛网50上。
作为一种优选或可选的实施方式，本热塑性颗粒材料发泡装置还包括底座80，发泡箱体30可拆卸安装在底座80上，软质筛网50活动安装在底座80上，在底座80外设置有具有重量检测报警器91的产品收集箱90，底座80上安装有用于将发泡出口52卸出的热塑性颗粒成品12送入产品收集箱90的刮料机构100。这样的结构布局，使得整体发泡装置生产效率更高，利于大批量生产热塑性颗粒。为使得实用性更强，优选重量检测报警器91的报警重量设置范围可调。
在渗透釜20送料前需先进行泄压，优选地，渗透釜20上设有用于对容腔21泄压的泄压阀22。
本发明还保护一种热塑性颗粒材料发泡装置的发泡工艺，其步骤如下：
步骤一、将热塑性颗粒粒料11放入渗透釜20的容腔21内，再往容腔21内通入超临界CO2并使其渗透入容腔21内的热塑性颗粒粒料11；
步骤二、控制泄压阀22对渗透釜20泄压，待渗透釜20泄压完毕后，驱动渗透釜20将经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料11送入预压罐60中；
步骤三、驱动预压罐60将其接收的热塑性颗粒粒料11送入料斗71，再控制料斗71使得其接收的热塑性颗粒粒料11均匀分布至软质筛网50上；
步骤四、驱动软质筛网50连带热塑性颗粒粒料11由发泡入口51至发泡出口52方向位移，使得热塑性颗粒粒料11在水蒸汽42和加热棒43的配合加热作用下开始发泡，此时电风扇44、加热棒43、水蒸汽喷射管道41、温控机构45均处于开启状态，工作时可根据使用情况对加热棒43进行开闭控制；
步骤五、当软质筛网50携带发泡后的热塑性颗粒成品12到达发泡出口52时，此时热塑性颗粒尺寸达到最大，同时驱动刮料机构100将热塑性颗粒成品12送入产品收集箱90；
步骤六、当产品收集箱90内的热塑性颗粒成品12重量达到预设重量值时，重量检测报警器91报警。
在本案中，上述发泡工艺优选用于发泡TPU颗粒材料，也可根据实际需要，将该发泡工艺用于生产TPU颗粒之外的其他热塑性颗粒材料。
本热塑性颗粒材料发泡装置的发泡工艺布局合理，各个机构之间紧密配合，改变了传统釜压发泡工艺不连续、不能实现自动化的缺点，可实现发泡TPU颗粒等热塑性颗粒的批量化生产。
作为一种优选或可选的实施方式，在上述发泡工艺中，为保证发泡效果，提高生产效率，优选渗透釜20内临界CO2的温度设置为30℃-45℃，渗透釜20内腔压力设置为7MPa-13MPa，渗透釜20内的渗透时间设置为0.5h-5h，热塑性颗粒粒料11的发泡时间设置为20s-120s，预压罐60内的压力设置为0.1MPa-0.9MPa，预压罐60内温度设置为0℃-25℃，发泡箱体30内的温度设置为50℃-150℃，发泡箱体30内压力设置为0.1MPa-0.7MPa。
作为优选方案，设置上述的渗透釜20内临界CO2的温度为33℃，渗透釜20内腔压力为11MPa，渗透釜20内的渗透时间为3h，此时该装置工作处于较温和的状态，保证工作的稳定性。
为保证连续生产，优选渗透釜20设置为多个且依次为软质筛网50输送热塑性颗粒粒料11。
优选地，在渗透釜20内悬挂设置有用于盛放热塑性颗粒粒料11的料篮110，料篮110呈网孔状设置，可使超临界CO2充分渗入粒料内部。
作为又一种改进，在渗透釜20外设置有CO2储气瓶120，CO2储气瓶120通过连接管道130与渗透釜20的容腔21联通并用于向容腔21内输送超临界CO2，在CO2储气瓶120和渗透釜20之间设有增压泵140且三者通过连接管道130联通。
此外，在本发明中，为使得整体发泡装置及其发泡工艺更加完善，发泡效果更理想且保证生产效率，对上述的发泡装置结构进一步完善如下：
首先，在高压渗透结构中，CO2储气瓶120上设有压力表，便于监控和及时补充超临界CO2，渗透釜20上设有压力表和温度表(温度计)，便于监控和及时调节。
其次，在发泡结构中，预压罐60通过焊接固定在发泡箱体30的左上方；料斗71通过焊接方式固定在发泡箱体30的左侧且位于预压罐60下方、软质筛网50上方；发泡箱体30通过至少一个支腿150固定于底座80上且发泡箱体30的两个侧面也与底座80固连；电风扇44通过发泡箱体30顶部的孔安装在发泡箱体30的顶部；加热棒43通过焊接或者螺纹连接的方式固定在发泡箱体30顶部；温控机构45安装在发泡箱体30顶部，其温度探头451伸入发泡箱体30内部。
在发泡箱体30两个内壁之间架设有用于支撑软质筛网50的多根支撑辊160，支撑辊160的设置使得发泡段53水平展开，使得热塑性颗粒粒料11输送更平稳。支撑辊160的设置，不仅可以支撑软质筛网50，也使TPU粒料等热塑性颗粒粒料11在软质筛网50上分布均匀并避免粒料堆积。
在底座80上安装有张紧轮170以及用于限位软质筛网50四个边角的四个辊筒180，张紧轮170固定在安装于底座80上，循环段54中部抵靠在张紧轮170上且该部分向上凸起设置，软质筛网50通过张紧轮170的预紧固定在辊筒180上，辊筒180通过固定轴190安装在底座80上且辊筒180通过连接键安装于固定轴190中部，固定轴190的两端部分别设有与对应辊筒180相配合的轴承200，轴承200坐落于底座80上开设的轴承200座孔内。
在水蒸汽喷射管道41下侧焊接有多个齿条210，在发泡箱体30上固定安装有与齿条210一一对应的多个齿轮220，进一步的，齿轮220通过键固定在穿过发泡箱体30的安装轴上。这样的结构设置，使得水蒸汽喷射管道41的竖直位置可调，进而控制水蒸汽喷射管道41与软质筛网50的距离，保证发泡效果。
刮料机构100焊接在底座80的右侧；产品收集箱90放置位于刮料机构100的下方，且重量检测报警器91设置在产品收集箱90放置的下方；在发泡箱体30底部安装有泄水阀230；底座80上还固设有位于其中一个固定轴190下方的变频电机240，变频电机240通过皮带250与该固定轴190轴相连，进而带动软质筛网50循环转动。
具体的，在本发明中，软质筛网50的边缘从发泡箱体30两侧的开口通过，可以有效防止热塑性颗粒粒料11从软质筛网50的两侧滑落。进一步优选在软质筛网50下方、发泡箱体30两侧安装挡板，挡板与软质筛网50的距离优选小于2mm，可使软质筛网50两侧紧贴挡板同样可以达到上述效果。
水蒸汽喷射管道41的热蒸汽由外部的蒸汽发生器制备，经水蒸汽喷射管道41的进口进入管道；蒸汽发生器的温度和压力可调，以保证发泡箱体30内达到最适合发泡的温度和压力；优选水蒸汽喷射管道41设置为多根且平行排列，用多通接头相连接；管道上方开有等距喷射口411，相邻两喷射口411的孔距设置为1cm-10cm，以使水蒸汽42分布均匀，进而使发泡热塑性颗粒大小均匀。
进一步的，电风扇44的设置与水蒸汽喷射管道41配合紧密，通过其对水蒸汽42的搅拌作用，可使发泡箱体30内的热蒸汽(水蒸汽42)分布均匀，进而减小局部温差，使发泡发泡热塑性颗粒的大小均匀。
加热棒43一方面起到辅助水蒸汽42使发泡箱体30内温度维持恒定的作用，另一方面，由于温度升高，湿度会降低，所以也起到降低发泡箱体30内湿度的作用，能避免发泡颗粒粘连，同时有利于提升发泡效果。
温控机构45可测量发泡箱体30内的温度，并根据设定值的大小调节外部蒸汽发生器的开关以及加热棒43的温度，使发泡箱体30内的温度维持在恒定的范围，避免温度波动对发泡效果的影响。
在实际生产过程中，经测量，发泡后TPU颗粒的小径范围为1mm-5.5mm，大径范围为3mm-9mm，优选刮料机构100的顶部距软质筛网50的距离小于或等于1mm，以保证刮料机构100将发泡好的颗粒全部刮下。
水蒸汽喷射管道41下设置有三个由齿轮220、齿条210构成的传动结构；与齿轮220连接的轴伸出发泡箱体30，优选伸出部分安装一手动摇柄。通过摇动手动摇柄，可带动齿轮220转动，进而实现齿条210连带水蒸汽喷射管道41上下位移，进而可实现水蒸汽喷射管道41的竖直高度调节，以免水蒸汽42压力过高，将热塑性颗粒粒料11冲起。
在本案中，水蒸汽42分布装置不只可以设置为上述的水蒸汽喷射管道41，还可采用一种与发泡箱体30尺寸接近的顶部面开设网孔的蜂窝板，网孔大小和孔距可根据需求开设。
进一步的，上述水蒸汽喷射管道41的升降方式也不只可采用齿轮220、齿条210的传动方式，还可采用螺纹传动或者动滑轮、定滑轮传动方式来调节竖直高度。
上述泄水阀230安装在发泡箱体30底部，以排除发泡箱体30内水蒸汽42冷凝产生的积水，提高工作的可靠性。
更进一步的，发泡箱体30底部还可设计成中间下凹的形式，在下凹侧设有开口接管且在该开口接管处安装上述的泄水阀230，下凹的形式可以使积水汇集，有利于将发泡箱体30内的积水排尽。
优选底座80上安装有支架，上述张紧轮170安装在底座80的支架上，可以进行上下移动，从而可以调节张紧轮170的高度，进而控制软质筛网50在辊筒180上的预紧程度。
本发泡装置在工作时，变频电机240带动固定轴190转动，从而带动软质筛网50转动，控制移动速度范围在0m/min-10m/min内可调。
优选本案中的产品收集箱90放置在重量检测报警器91上，当产品收集箱90内的达到预设重量时，重量检测报警器91报警，可实现产品定量包装。
综上所述，本发明保护一种热塑性颗粒材料发泡装置及其发泡工艺，可实现自动化连续式热塑性颗粒蒸汽发泡，改变了传统釜压发泡工艺不连续、不能实现自动化的缺点，可实现发泡热塑性颗粒批量化生产。
本发明中发泡装置的高压渗透结构主要由CO2储气瓶120、增压泵140、渗透釜20、泄压阀22构成，用于将超临界CO2溶解在TPU粒料等热塑性颗粒粒料11中；发泡装置的发泡结构由预压罐60、料斗71、齿轮220、变频电机240、软质筛网50、水蒸汽喷射管道41、发泡箱体30、电风扇44、加热棒43、温控机构45、刮料机构100、产品收集箱90、重量检测报警器91等结构构成；发泡装置的主要工作过程如下：超临界渗透后的热塑性颗粒粒料11进入预压罐60后经预压罐60下部开口进入料斗71，进而被料斗71分布到与齿轮220相配合的软质筛网50上，软质筛网50经齿轮220的带动在发泡箱体30内载着热塑性颗粒粒料11向发泡箱体30的另一侧移动，热塑性颗粒粒料11在移动过程中经过水蒸汽42与加热棒43共同作用开始发泡，热塑性颗粒粒料11到达出口侧时发泡颗粒达到最大，最后经刮料机构100刮下，落入产品收集箱90内；本发泡装置优选用于发泡TPU颗粒，该装置同样可用于PP颗粒、PVC颗粒、PE颗粒等热塑性颗粒材料的渗透饱和后的发泡，不仅仅局限于TPU颗粒一种材料。
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各样的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。

Claims (10)

1.一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：包括：
渗透釜，设置为至少一个，所述渗透釜具有储存热塑性颗粒粒料的容腔，所述渗透釜用于将超临界CO2渗透入热塑性颗粒粒料并卸出经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料；
发泡箱体，所述发泡箱体内设有发泡机构以及用于输送热塑性颗粒粒料的软质筛网，所述软质筛网设有发泡入口和发泡出口，所述发泡入口用于接收渗透釜卸出的热塑性颗粒粒料，所述发泡机构对软质筛网上的热塑性颗粒粒料进行持续的加热发泡，所述发泡出口用于将发泡后的热塑性颗粒成品卸出发泡箱体；
变频电机，与所述软质筛网相连并用于调节软质筛网的传送速度。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：所述软质筛网呈环形结构设置且分为发泡段以及位于发泡箱体外的循环段，所述发泡段的两端分别贯穿通过发泡箱体，所述发泡入口位于发泡段的首端且靠近发泡箱体侧壁设置，所述发泡出口位于发泡段的末端且靠近发泡箱体侧壁设置。
3.根据权利要求2所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：所述发泡机构包括设置在发泡段下方的水蒸汽喷射管道，所述水蒸汽喷射管道上设有用于向发泡段喷射水蒸汽的多个喷射口，所述水蒸汽喷射管道通过齿轮齿条结构或螺纹传动结构或动、定滑轮结构活动安装在发泡箱体内，所述水蒸汽喷射管道可实现竖直位移且其两端分别靠近发泡箱体内侧壁设置。
4.根据权利要求3所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：所述的水蒸汽喷射管道替换为带网孔的蜂窝板。
5.根据权利要求2或3所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：所述发泡机构还包括设置在发泡段上方且与发泡段正对设置的加热棒，所述加热棒设置为至少一个且可拆卸安装在发泡箱体上，所述发泡箱体上还安装有与加热棒同侧设置的至少一个电风扇，在发泡箱体外设置有温控机构，所述温控机构设有安装在发泡箱体上且位于发泡段上方的温度探头。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：所述发泡箱体上固设有预压罐，所述预压罐用于接收渗透釜送出的热塑性颗粒粒料，并将其卸入软质筛网的发泡入口，所述预压罐内设有调压系统和温控系统。
7.根据权利要求6所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：所述发泡箱体上还固设有位于预压罐下方的料斗，所述料斗上端部设有用于接收预压罐卸出的热塑性颗粒粒料的来料口，所述料斗下端部设有将其接收的热塑性颗粒粒料卸入软质筛网发泡入口的出料口，在料斗下方活动安装有可调节出料口开口开度的挡板。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置，其特征在于：该热塑性颗粒材料发泡装置还包括底座，所述发泡箱体可拆卸安装在底座上，所述软质筛网活动安装在底座上，在底座外设置有具有重量检测报警器的产品收集箱，所述底座上安装有用于将发泡出口卸出的热塑性颗粒成品送入产品收集箱的刮料机构。
9.一种热塑性颗粒材料发泡装置的发泡工艺，其特征在于：包括以下步骤：
将热塑性颗粒粒料放入渗透釜的容腔内，再往容腔内通入超临界CO2并使其渗透入容腔内的热塑性颗粒粒料；
控制泄压阀对渗透釜泄压，待渗透釜泄压完毕后，驱动渗透釜将经超临界渗透后的热塑性颗粒粒料送入预压罐中；
驱动预压罐将其接收的热塑性颗粒粒料送入料斗，再控制料斗使得其接收的热塑性颗粒粒料均匀分布至软质筛网上；
驱动软质筛网连带热塑性颗粒粒料由发泡入口至发泡出口方向位移，使得热塑性颗粒粒料在水蒸汽和加热棒的配合加热作用下开始发泡，此时电风扇、加热棒、水蒸汽喷射管道、温控机构均处于开启状态，工作时可根据使用情况对加热棒进行开闭控制；
当软质筛网携带发泡后的热塑性颗粒成品到达发泡出口时，此时热塑性颗粒尺寸达到最大，同时驱动刮料机构将热塑性颗粒成品送入产品收集箱；
当产品收集箱内的热塑性颗粒成品重量达到预设重量值时，重量检测报警器报警。
10.根据权利要求9所述的一种热塑性颗粒材料发泡装置的发泡工艺，其特征在于：所述渗透釜内超临界CO2的温度设置为30℃-45℃，所述渗透釜内腔压力设置为7MPa-13MPa，所述渗透釜内的渗透时间设置为0.5h-5h，所述热塑性颗粒粒料的发泡时间设置为20s-120s，所述预压罐内的压力设置为0.1MPa-0.9MPa，所述预压罐内温度设置为0℃-25℃，所述发泡箱体内的温度设置为50℃-150℃，所述发泡箱体内压力设置为0.1MPa-0.7MPa。
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