CN106346684B - 一种发泡定型装置及其发泡定型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发泡定型装置及其发泡定型方法，特别是一种超临界流体的发泡和定型一体式装置。它解决了现有的发泡装置使用不方便、生产效率低的问题。本发明包括气体储罐、输送泵、冷凝罐、增压泵、支架、高压反应釜、冷却定型装置以及吸料装置。本发明中，支架上层嵌有至少两个高压反应釜，在工作时，两个高压反应釜可同时泄压发泡，如此，可以提高发泡装置的工作效率；其次，该方案采用发泡与定型一体式，这样定型时间间隔短有利于制备密度较小的发泡材料，同时可让该工艺更简单，效率高，提高经济效益。

Description

一种发泡定型装置及其发泡定型方法

技术领域

本发明涉及一种发泡定型装置及其发泡定型方法，特别是一种超临界流体的发泡和定型一体式装置。

背景技术

泡沫塑料因其基体内含有大量气泡，从而具有质轻、省料、隔热、吸收冲击载荷等特性，被广泛应用于包装、建筑、运输等领域。近20年来，国内外泡沫塑料工业发展迅速，应用面越来越广，泡沫塑料新品种和新的成型方法也在不断地出现。自20世纪80年代中期以来，人们对微孔泡沫塑料日益感兴趣。微孔泡沫塑料的泡孔孔径为0.1～10μm，并且泡孔密度相对较大，约为109～1012个/cm3。微孔泡沫塑料因其自身的独特结构，其表现出优异的综合性能。微孔泡沫塑料的研究在国外得到了很大的发展，以美国麻省理工大学N.P.Suh为首的学者自20世纪80年代初便致力于微孔泡沫塑料的研究，部分研究成果申请了专利。

微孔塑料成型方法有间歇法、半连续法、连续法三种，其中间歇法有升温发泡法与泄压法。相对而言间歇法应用较为广泛，但间歇法效率较低，后期定型处理的时间间隔长，对发泡材料密度，表面光滑程度及材料的弹性等性能影响较大，而升温发泡法主要涉及发泡装置，在现有技术的发泡装置中，例如公开号为CN 104385521A的一种发泡装置，其包括一发泡原料缸，所述发泡原料缸上设有一恒温控制系统，用于控制所述发泡原料缸内的温度；所述恒温控制系统包括：具有内腔的空心缸壁与所述空心缸壁内腔循环导通连接的循环水冷管，设置在所述循环水冷管上、用于调节控制水温的温度调控装置，以及设置在循环水冷管上、用于为水冷循环提供动力的循环泵。虽然该方案能实现塑料发泡，但其仅涉及到恒温控制系统控制发泡原料缸内的温度从而实现塑料发泡，并未将发泡后的塑料进一步的冷却定型，如此，易使发泡后的塑料变型，使得产品生产率降低；其次，在该方案中，所使用的发泡剂水溶液并不是现成配置的，如此，易使发泡剂水溶液内附带杂质，从而降低发泡塑料的质量，因此，我们需要设计一种超临界流体的发泡定型一体式的装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能制作超临界流体且发泡定型一体式的发泡定型装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种发泡定型装置及其发泡定型方法，包括

气体储罐，所述气体储罐用于存放气体；

输送泵，所述输送泵用于输送气体，且输送泵与气体储罐气体管道连接；

冷凝罐，所述冷凝罐用于冷却、液化气体，且冷凝罐与输送泵气体管道连接；

增压泵，所述增压泵为发泡定型装置增压，且增压泵与冷凝罐气体管道连接；

支架，支架上端嵌有至少两个高压反应釜，每个高压反应釜一侧设有控制其温度的加热装置，且高压反应釜与增压泵气体管道连接，高压反应釜下端设有冷却定型装置，冷却定型装置两侧均设有为冷却定型装置提供冷气的冷凝机组，冷却定型装置底端设有吸料装置，所述高压反应釜底端设有泄压通道，所述泄压通道上端联通高压反应釜内腔，泄压通道下端联通冷却定型装置内腔，泄压通道内设有快速泄压阀。

在上述的一种发泡定型装置中，所述支架由上层部和下层部构成，上层部安置所述高压反应釜以及所述加热装置，下层部安装所述冷却定型装置以及冷凝机组，且下层部顶端与冷却定型装置固定连接。

在上述的一种发泡定型装置中，所述高压反应釜内设有搅拌器，高压反应釜上端设有原料投入口。

在上述的一种发泡定型装置中，相邻两个所述泄压通道之间设有泄压口，所述泄压口联通上层部与下层部。

在上述的一种发泡定型装置中，所述冷却定型装置底端设有“L”状的吸料管道，所述吸料管道底端固定连接吸料装置。

在上述的一种发泡定型装置中，所述吸料管道末端设有吸料控制阀门。

在上述的一种发泡定型装置中，连接所述增压泵与高压反应釜之间的气体管道设有至少两个支管，且每个支管均连接一个高压反应釜。

在上述的一种发泡定型装置中，所述支架右侧设有楼梯，所述楼梯顶部固定连接支架顶端。

一种发泡定型装置的发泡定型方法，包括：

步骤A：通过原料投入口往高压反应釜内放入物料；

步骤B：输送泵将气体储存罐内的气体输送到冷凝罐中进行冷却、液化处理；

步骤C：增压泵将冷却、液化后的气体打入高压反应釜中，得到超临界流体；

步骤D：打开搅拌器并让物料与超临界流体保压渗透一定时间，得到发泡物料；

步骤E：打开快速泄压阀门快速泄压，此时物料发泡，并喷到下方的冷却定型装置中快速定型，得到产品；

步骤F：吸料装置将定型后的产品吸出装包。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中，支架上层嵌有至少两个高压反应釜，在工作时，两个高压反应釜可同时泄压发泡，如此，可以提高发泡装置的工作效率。

2、每个高压反应釜内均设有搅拌器，这样使得原料与超临界流体充分接触，有利于超临界流体更好的渗透到原料内部。

3、定型装置底端设有吸料管道，该管道固定连接吸料装置且吸料管道末端设有吸料控制阀门，如此，可将定型好的发泡材料随时吸走装包，方便技术人员的工作，同时，也能避免发泡材料暴露在空气中，进而降低发泡材料的变质机率。

4、本发明采用发泡与定型一体式，这样定型时间间隔短有利于制备密度较小的发泡材料，同时可让该工艺更简单，效率高，其次该装置与传统的间歇式发泡相比，使用的是该装置现成制作的超临界流体，从而降低生产成本，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。

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。

如图1所示，本发明一种发泡定型装置包括气体储罐100、输送泵200、冷凝罐300、增压泵400、支架500、高压反应釜511、冷却定型装置521以及吸料装置522。

支架500由上层部510和下层部520构成，上层部510嵌有至少两个高压反应釜511，每个高压反应釜511内均设有搅拌器511a，高压反应釜上端设有原料投入口(图中未标注),且在每个高压反应釜511一侧皆设有控制其温度的加热装置512；下层部520设有冷却定型装置521，且冷却定型装置521两侧均设有冷凝机组523，冷却定型装置521底端设有吸料装置522。

在本实施例中，物质的超临界状态指的是物质的压力和温度同时超过它的临界压力(pc)和临界温度(Tc)的状态，或者说，物质的对比压力(p/pc)和对比温度(T/Tc)同时大于1的状态。超临界状态是一种特殊的流体。在临界点附近，它有很大的可压缩性，适当增加压力，可使它的密度接近一般液体的密度，因而有很好的溶解其他物质的性能，例如超临界水中可以溶解正烷烃。另一方面，超临界状态的黏度只有一般液体的1/12至1/4，但它的扩散系数却比一般液体大7至24倍，近似于气体，因此本方案采用超临界流体，可为物料与超临界流体充分渗透提供保障，从而提高产品的质量。

保压渗透分为保压和渗透两个部分，在本实施例中，保压指的是一段时间内保持在固定的一个压力值不改变，在该方案中，技术人员需要将高压反应釜511内的压力值调整到8～17MP之间才能对物料进行保压处理；渗透指的是两种不同浓度的溶液隔以半透膜(允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜)，水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象，在该方案中，向高压反应釜511内通入二氧化碳气体，进过保压处理使得液化后的气体转化为超临界流体，而超临界流体会从物料浓度低一侧流向物料浓度高的一侧，通过该渗透作用，使得超临界流体在物料中渗透均匀形成发泡物料，从而体现出该方案的科学性。

气体储罐100依次连接输送泵200、冷凝罐300、增压泵400、发泡装置，其中气体储罐100通过气体管道(图中未标注)与输送泵200连接，输送泵200通过气体管道连接到冷凝罐300上，冷凝管通过气体管道连接在增压泵400上，增压泵400与高压反应釜511之间的气体管道设有至少两个支管(图中未标注)，且每个支管均连接一个高压反应釜511，该增压泵400与支管的设置，可将气体快速打进高压反应釜511中，从而减少气体在气体管道中流动时间，进而提升该设备的工作效率；在工作过程中，气体输送泵200将气体输送到冷凝罐300中进行冷却、液化处理，经过增压泵400的气体被打入高压反应釜511中，在一定温度压强下，使得高压反应釜中的气体达到超临界状态，从而使得该装置更具有科学性，其次，装置现成制作的超临界流体，降低了生产成本，提高经济效益。

高压反应釜511下方设有泄压通道540，泄压通道540上端联通高压反应釜511内腔，泄压通道540下端联通冷却定型装置521，泄压通道540内设有快速泄压阀530，打开快速泄压阀门530可使已经渗透均匀的发泡物料，从高压反应釜511直接喷射到冷却定型装置521内，避免发泡物料暴露在空气中，提高产品的质量。

相邻两个泄压通道540之间设有泄压口550，泄压口550联通上层部510与下层部520，工作时，可将冷却定型装置521的压力通过该泄压口550排放到上层部510，而上层部510与外界可进行空气流通，使得冷却定型装置521内的压力可直接排放到外界，从而加速发泡物料的定型，提高该发泡定型装置521的工作效率。

冷却定型装置521两侧均设有为冷却定型装置521提供冷气的冷凝机组523，在工作时，冷凝机组523为冷却定型装置521持续提供冷气，如此，可保证冷却定型装置521内的温度控制在-15℃-0℃之间，进而确保该发泡装置的稳定性。

冷凝装置底端设有“L”状的吸料管道524，吸料管道524固定连接吸料装置522，吸料管道524末端设有吸料控制阀门522a，当发泡物料经过冷却定型后，会直接被吸料装置522吸走，进而装包，如此，可方便技术人员的工作，同时，也能避免发泡物料过长时间暴露在空气中，降低发泡材料的变质机率。

气体储罐100、输送泵200以及冷凝罐300安置于支架500一侧，增压泵400安置于支架500顶端；支架500另一侧设有楼梯600，楼梯600顶部固定连接支架500顶端，工作人员通过楼梯600到达支架500顶部，从而向高压反应釜511内添加物料。

以下是本发明的两个具体实施例：

实施例1

将TPU原料通过原料投入口放入高压反应釜511中，打开输送泵200，使气体储罐100中的二氧化碳进入冷凝罐300中冷却，液化。再通过增压泵400将冷却的二氧化碳打入高压反应釜511中，打开加热装置512，使高压反应釜511中的温度达到60℃，压强达到16Mpa，然后关闭增压泵400与输送泵200。打开搅拌器511a，保压保温1-5小时，使超临界二氧化碳在TPU中渗透均匀。打开冷凝机组523使定型装置521的温度维持在-10℃左右，打开快速泄压阀530门，TPU原料发泡长大并进入冷却定型装置521中快速定型。然后发泡材料由冷却定型装置521下方的吸料装置522吸走。

实施例2

将PP原料通过原料投入口放入高压反应釜511中，打开输送泵200，使气体储罐100中的二氧化碳进入冷凝罐300中冷却，液化。再通过增压泵400将冷却的二氧化碳打入高压反应釜511中，打开加热装置512，使高压反应釜511中的温度达到80℃，压强达到17Mpa，然后关闭增压泵400与输送泵200。打开搅拌器511a，保压保温2-3小时，使超临界二氧化碳在PP中渗透均匀。打开冷凝机组523使冷却定型装置521的温度维持在-10℃左右，打开快速泄压阀530门，PP原料发泡长大并进入冷却定型装置521中快速定型。然后发泡材料由冷却定型装置521下方的吸料装置522吸走。

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 (9)

1.一种发泡定型装置，其特征在于，包括

气体储罐，所述气体储罐用于存放气体；

输送泵，所述输送泵用于输送气体，且输送泵与气体储罐气体管道连接；

冷凝罐，所述冷凝罐用于冷却、液化气体，且冷凝罐与输送泵气体管道连接；

增压泵，所述增压泵为发泡定型装置增压，且增压泵与冷凝罐气体管道连接；

支架，支架上端嵌有至少两个高压反应釜，每个高压反应釜一侧设有控制其温度的加热装置，且高压反应釜与增压泵气体管道连接，高压反应釜下端设有冷却定型装置，冷却定型装置两侧均设有为冷却定型装置提供冷气的冷凝机组，冷却定型装置底端设有吸料装置，所述高压反应釜底端设有泄压通道，所述泄压通道上端联通高压反应釜内腔，泄压通道下端联通冷却定型装置内腔，泄压通道内设有快速泄压阀。

2.根据权利要求1所述的一种发泡定型装置，其特征在于，所述支架由上层部和下层部构成，上层部安置所述高压反应釜以及所述加热装置，下层部安装所述冷却定型装置以及冷凝机组，且下层部顶端与冷却定型装置固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种发泡定型装置，其特征在于，所述高压反应釜内设有搅拌器，高压反应釜上端设有原料投入口。

4.根据权利要求3所述的一种发泡定型装置及其发泡定型方法，其特征在于，相邻两个所述泄压通道之间设有泄压口，所述泄压口联通上层部与下层部。

5.根据权利要求2所述的一种发泡定型装置，其特征在于，所述冷却定型装置底端设有“L”状的吸料管道，所述吸料管道底端固定连接吸料装置。

6.根据权利要求5所述的一种发泡定型装置，其特征在于，所述吸料管道末端设有吸料控制阀门。

7.根据权利要求1所述的一种发泡定型装置，其特征在于，连接所述增压泵与高压反应釜之间的气体管道设有至少两个支管，且每个支管均连接一个高压反应釜。

8.根据权利要求1所述的一种发泡定型装置，其特征在于，所述支架右侧设有楼梯，所述楼梯顶部固定连接支架顶端。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种发泡定型装置的发泡定型方法，包括：

步骤A：通过原料投入口往高压反应釜内放入物料；

步骤B：输送泵将气体储存罐内的气体输送到冷凝罐中进行冷却、液化处理；

步骤C：增压泵将冷却、液化后的气体打入高压反应釜中，得到超临界流体；

步骤D：打开搅拌器并让物料与超临界流体保压渗透一定时间，得到发泡物料；

步骤E：打开快速泄压阀门快速泄压，此时物料发泡，并喷到下方的冷却定型装置中快速定型，得到产品；

步骤F：吸料装置将定型后的产品吸出装包。