CN105500586B - 一种化学注塑微发泡系统及发泡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学注塑微发泡系统及发泡方法，包括注射系统、发泡装置和控制系统，注射系统包括料筒、设置于料筒上的料斗、设置于料筒内的螺杆、驱动螺杆转动的马达和用于加热料筒内原料的加热系统，所述注射系统还包括驱动马达沿料筒的轴向运动的驱动机构和设置于料筒内的压力传感器，所述发泡装置包括定模、对应定模设置的动模、设置于动模内的运动型芯和驱动运动型芯移动的型芯驱动机构，所述驱动机构、压力传感器和型芯驱动机构均分别与控制系统相连。以解决现有化学发泡注塑工艺中发泡过程和泡孔结构难以控制，发泡效果不理想等问题。本发明属于塑料化学发泡领域。

Description

一种化学注塑微发泡系统及发泡方法

技术领域

本发明涉及一种发泡系统及发泡方法，属于塑料化学发泡领域。

背景技术

发泡塑料与未发泡材料相比，密度可以降低5%～95%，从而降低原材料消耗和成本，同时具有隔音隔热性能好、吸收冲击载荷、缓冲性能好、价格低廉等优点。这其中微孔发泡塑料与普通发泡材料相比具有更加致密和均匀的泡孔结构，泡孔密度更高，所得制品的综合性能更加优异，表面质量更好，制品的收缩和翘曲更低，可以加工成薄壁制品，因此微孔发泡材料是近期泡沫材料研究领域的热点之一。目前微孔发泡的工艺主要集中于间歇釜压发泡、模压发泡、物理发泡注塑工艺和化学注塑发泡。间歇釜压法和模压法虽然控制参数少，比较容易控制泡孔尺寸，易于分析加工过程对结构与性能的影响，但其制备周期长，效率低，仅适用于理论研究。物理发泡注塑工艺的设备复杂，投资较大，制造成本高，操作工艺复杂，且所得制品的表面质量较差，同时相关核心技术已被国外专利所覆盖。化学发泡注塑工艺不仅成型周期短，生产效率高，能一次成型外形复杂和尺寸精确高的微孔发泡制品，而且设备简单，操作简易，能直接采用常规注塑机进行生产。同时在化学发泡注塑工艺领域具有广泛的发展空间，获得具有知识产权的核心技术对于打破国外技术的封锁具有重要意义。但化学发泡注塑工艺也具有发泡过程和泡孔结构难以控制等问题，现有化学发泡设备和发泡方法的发泡效果不够理想，因此开发一种新的化学发泡注塑系统就显得比较重要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种化学注塑微发泡系统及发泡方法，以解决现有化学发泡注塑工艺中发泡过程和泡孔结构难以控制，发泡效果不理想等问题。

本发明拟采用这样一种化学注塑微发泡系统，包括注射系统、发泡装置和控制系统，注射系统包括料筒、设置于料筒上的料斗、设置于料筒内的螺杆、驱动螺杆转动的马达和用于加热料筒内原料的加热系统，所述注射系统还包括驱动马达沿料筒的轴向运动的驱动机构和设置于料筒内的压力传感器，所述发泡装置包括定模、对应定模设置的动模、设置于动模内的运动型芯、驱动运动型芯移动的型芯驱动机构和设置于定模或者动模内的温度传感器，所述驱动机构、压力传感器和型芯驱动机构、温度传感器均分别与控制系统相连。

作为一种优选结构，所述驱动机构包括沿料筒轴向设置的导轨和双向液压缸，马达设置于导轨上，双向液压缸用于驱动马达沿导轨运动。

由于运动型芯的移动距离非常短，一般只有几个毫米，对运动精度的要求非常高，为提高运动型芯的运动精度，所述型芯驱动机构包括连接杆、偏心轮、齿轮、齿条和液压缸，液压缸用于驱动齿条沿其长度方向运动，齿轮设置于偏心轮的转轴上，齿轮与齿条相啮合，偏心轮上沿其圆周方向设置有导轨槽，连接杆的一端固定于运动型芯上，连接杆的另一端设置有定位销，定位销滑动设置于偏心轮上的导轨槽内，采用该种结构能够明显提高运动型芯的运动精度，效果相比现有的斜杆式控制机构有明显提升。

型芯驱动机构还可采用如下结构，该结构原理与前述结构相同，属于前述结构的一种变形，所述型芯驱动机构包括连接杆、曲轴、齿轮、齿条和液压缸，液压缸用于驱动齿条沿其长度方向运动，齿轮设置于曲轴上，齿轮与齿条相啮合，连接杆的一端固定于运动型芯上，连接杆的另一端固定于曲轴中的轴径上。

压缸还对应设置有电子尺，用于监测液压缸移动距离，电子尺也与控制系统相连。

料筒的前端设置有开关射嘴，开关射嘴与控制系统相连。

上述化学注塑微发泡系统的发泡方法如下：

控制系统通过对型芯驱动机构的控制以调整运动型芯至初始位置，控制动模向定模移动至二者锁紧为止，定模、动模及动模内的运动型芯之间形成型腔；

关闭开关射嘴，由料斗向料筒内加入含有发泡剂的发泡原料，在加热系统和螺杆作用下熔融塑化，通过压力传感器监测料筒内螺杆头部与开关射嘴之间的熔体压力，并通过控制系统控制驱动机构使马达带动螺杆沿料筒的轴向移动，为料筒前端的熔体提供压力，以调节料筒内的熔体压力，使料筒内的熔体压力保持在所需的压力范围内；

打开开关射嘴，料筒内的熔体注入型腔内，使熔体充满型腔，本发明采用的是满注的方式，现有工业化发泡材料注塑工艺均采用的是欠注方式，即型腔内并不注满熔体，留有一定的空间，发泡后熔体会自动填满型腔，欠注方式所制得的制件发泡均匀度低，质量较差，同时通过温度传感器监测型腔内的熔体温度，然后，关闭料筒前端的开关射嘴以停止注入，当型腔内的熔体温度达到设定值时，通过控制系统控制型芯驱动机构使运动型芯瞬间后移，此时，型腔内压力瞬间降低，熔体发泡，最后冷却成型，制得发泡成品。一方面由于释压速度快熔体表面来不及发泡，另一方面由于模具表面温度低于熔体内部温度，导致靠近模具表面的熔体的熔体强度较高，阻止了熔体表面的发泡，进而形成三明治结构的发泡样品，保证了良好的表面质量。最后动模向后运动，开模，将表面光滑、内部泡孔细小均匀的成品取出。

经测试，采用本发明化学发泡注塑系统制备的微发泡聚丙烯T30S标准样条与前期制备的对比样条（采用申请号为201320876321.9的现有模具所制备的样条）相比泡孔更细小、泡孔密度更高、分布更均匀，泡孔结构参数测试结果如表1所示，泡孔形态如图5和图6所示。

表1

本发明与现有技术相比，主要优点是通过统一的控制系统集成化控制，使系统的使用更为方便，能够控制发泡空间和制件尺寸精度，且工艺简单，对设备要求低，采用常规注塑机进行简单改装即可进行生产，生产效率高，适宜用于标准样条和薄壁制品的生产，该方法制得的发泡制件的表面质量明显优于现有化学发泡工艺制件、泡孔结构更加均匀致密，适于推广应用。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图（料筒、定模及动模部分为剖视图，下同）；

图2是发泡时本发明的主视结构示意图；

图3是发泡结束后，退出动模时，本发明的主视结构示意图；

图4是型芯驱动机构中采用曲轴替代偏心轮后的主视结构示意图；

图5是采用本发明所述发泡系统所制备的微孔发泡聚丙烯的泡孔形态图；

图6是采用申请号为201320876321.9的现有模具所制备的微发泡聚丙烯的泡孔形态图；

其中，附图标记5为发泡成型后的制件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本发明作进一步地详细描述，

实施例：

参照图1、图2和图3，本实施例提供一种化学注塑微发泡系统及发泡方法，发泡系统包括注射系统1、发泡装置2（微发泡装置）和控制系统3，注射系统1包括料筒11、设置于料筒11上的料斗12、设置于料筒11内的螺杆13、驱动螺杆13转动的马达14和用于加热料筒11内原料的加热系统18，所述注射系统1还包括驱动马达14沿料筒11的轴向运动的驱动机构15和设置于料筒11内的压力传感器16，所述发泡装置2包括定模21、对应定模21设置的动模22、设置于动模22内的运动型芯23、驱动运动型芯23移动的型芯驱动机构24和设置于定模21内的温度传感器26，液压缸245还对应设置有电子尺4，且料筒11的前端设置有开关射嘴17，所述驱动机构15、压力传感器16、型芯驱动机构24、温度传感器26、电子尺4和开关射嘴17均分别与控制系统3相连。

驱动机构15包括沿料筒11轴向设置的导轨151和双向液压缸152，马达14设置于导轨151上，双向液压缸152用于驱动马达14沿导轨151运动。

型芯驱动机构24包括连接杆241、偏心轮242、齿轮243、齿条244和液压缸245，液压缸245用于驱动齿条244沿其长度方向运动，齿轮243设置于偏心轮242的转轴上，齿轮243与齿条244相啮合，偏心轮242上沿其圆周方向设置有导轨槽246，连接杆241的一端固定于运动型芯23上，连接杆241的另一端设置有定位销247，定位销247滑动设置于偏心轮242上的导轨槽246内，采用该种结构能够明显提高运动型芯23的运动精度，效果相比现有的斜杆式控制机构有明显提升。

上述化学注塑微发泡系统的发泡方法如下：

控制系统3通过对型芯驱动机构24的控制以调整运动型芯23至初始位置，控制动模22向定模21移动至二者锁紧为止，定模21、动模22及动模22内的运动型芯23之间形成型腔25；

关闭开关射嘴17，由料斗12向料筒11内加入含有发泡剂的发泡原料，在加热系统18和螺杆13作用下熔融塑化，，通过压力传感器16监测料筒11内螺杆13头部与开关射嘴17之间的熔体压力，并通过控制系统3控制驱动机构15使马达14带动螺杆13沿料筒11的轴向移动，为料筒11前端的熔体提供压力，以调节料筒11内的熔体压力，使料筒11内的熔体压力保持在所需的压力范围内；

打开开关射嘴17，料筒11内的熔体注入型腔25内，使熔体充满型腔25，然后，关闭开关射嘴17以停止注入，当型腔25内的熔体温度达到设定值时，通过控制系统3控制型芯驱动机构24使运动型芯23瞬间后移，此时，型腔25内压力瞬间降低，熔体开始发泡，冷却成型，即制得发泡成品，最后动模22向后运动，开模，将表面光滑、内部泡孔细小均匀的成品取出。

Claims (5)

1.一种化学注塑微发泡系统，包括注射系统（1）、发泡装置（2）和控制系统（3），注射系统（1）包括料筒(11)、设置于料筒（11）上的料斗（12）、设置于料筒（11）内的螺杆（13）、驱动螺杆（13）转动的马达（14）和用于加热料筒（11）内原料的加热系统（18），其特征在于：所述注射系统（1）还包括驱动马达（14）沿料筒（11）的轴向运动的驱动机构（15）和设置于料筒（11）内的压力传感器（16），所述发泡装置（2）包括定模（21）、对应定模（21）设置的动模（22）、设置于动模（22）内的运动型芯（23）、驱动运动型芯（23）移动的型芯驱动机构（24）和设置于定模（21）或者动模（22）内的温度传感器（26），所述驱动机构（15）、压力传感器(16)和型芯驱动机构（24）、温度传感器（26）均分别与控制系统（3）相连；驱动机构（15）包括沿料筒（11）轴向设置的导轨（151）和双向液压缸（152），马达（14）设置于导轨（151）上，双向液压缸(152)用于驱动马达（14）沿导轨（151）运动，所述型芯驱动机构（24）包括连接杆（241）、偏心轮（242）、齿轮（243）、齿条（244）和液压缸（245），液压缸（245）用于驱动齿条（244）沿其长度方向运动，齿轮（243）设置于偏心轮（242）的转轴上，齿轮（243）与齿条（244）相啮合，偏心轮（242）上沿其圆周方向设置有导轨槽（246），连接杆（241）的一端固定于运动型芯（23）上，连接杆（241）的另一端设置有定位销（247），定位销（247）滑动设置于偏心轮（242）上的导轨槽（246）内。

2.一种化学注塑微发泡系统，包括注射系统（1）、发泡装置（2）和控制系统（3），注射系统（1）包括料筒(11)、设置于料筒（11）上的料斗（12）、设置于料筒（11）内的螺杆（13）、驱动螺杆（13）转动的马达（14）和用于加热料筒（11）内原料的加热系统（18），其特征在于：所述注射系统（1）还包括驱动马达（14）沿料筒（11）的轴向运动的驱动机构（15）和设置于料筒（11）内的压力传感器（16），所述发泡装置（2）包括定模（21）、对应定模（21）设置的动模（22）、设置于动模（22）内的运动型芯（23）、驱动运动型芯（23）移动的型芯驱动机构（24）和设置于定模（21）或者动模（22）内的温度传感器（26），所述驱动机构（15）、压力传感器(16)和型芯驱动机构（24）、温度传感器（26）均分别与控制系统（3）相连；驱动机构（15）包括沿料筒（11）轴向设置的导轨（151）和双向液压缸（152），马达（14）设置于导轨（151）上，双向液压缸(152)用于驱动马达（14）沿导轨（151）运动，所述型芯驱动机构（24）包括连接杆（241）、曲轴（248）、齿轮（243）、齿条（244）和液压缸（245），液压缸（245）用于驱动齿条（244）沿其长度方向运动，齿轮（243）设置于曲轴（248）上，齿轮（243）与齿条（244）相啮合，连接杆（241）的一端固定于运动型芯（23）上，连接杆（241）的另一端固定于曲轴（248）中的轴径（249）上。

3.根据权利要求1或2所述一种化学注塑微发泡系统，其特征在于：所述液压缸（245）还对应设置有电子尺（4），电子尺（4）也与控制系统（3）相连。

4.根据权利要求1或2所述一种化学注塑微发泡系统，其特征在于：所述料筒（11）的前端设置有开关射嘴（17），开关射嘴（17）与控制系统（3）相连。

5.利用权利要求1-4中任一权利要求所述化学注塑微发泡系统进行发泡的方法，其特征在于包括如下步骤：

控制系统（3）通过对型芯驱动机构（24）的控制以调整运动型芯（23）至初始位置，控制动模（22）向定模（21）移动至二者锁紧为止，定模（21）、动模（22）及动模（22）内的运动型芯（23）之间形成型腔（25）；

关闭开关射嘴（17），由料斗（12）向料筒（11）内加入含有发泡剂的发泡原料，发泡原料在加热系统（18）和螺杆（13）的作用下熔融塑化，通过压力传感器（16）监测料筒（11）内螺杆（13）头部与开关射嘴（17）之间的熔体压力，并通过控制系统（3）控制驱动机构（15）使马达（14）带动螺杆（13）沿料筒（11）的轴向移动，为料筒（11）前端的熔体提供压力，以调节料筒（11）内的熔体压力，使料筒（11）内的熔体压力保持在所需的压力范围内；

打开开关射嘴（17），料筒（11）内的熔体注入型腔(25)内，使熔体充满型腔（25），同时通过温度传感器(26)监测型腔（25）内的熔体温度，然后，关闭开关射嘴（17）以停止注入，当型腔(25)内的熔体温度达到设定值时，通过控制系统（3）控制型芯驱动机构（24）使运动型芯（23）瞬间后移，此时，型腔（25）内压力瞬间降低，熔体开始发泡，冷却成型后，即制得发泡成品；

最后动模（22）向后运动，开模，将发泡成品取出即可。