CN108312413A - 一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法，装置主要由供料系统、供气系统和挤出系统组成，供料系统连接于挤出系统的机筒的加料装置上，供气系统为供料系统提供超临界气体。供料系统主要由储料斗、电机、电机驱动轴、齿轮、键、传动件、加压件、密封筒、渗透釜、密封垫、弹簧、滚轮、气缸、气缸拉杆、密封板、限位块和加压杆组成。本发明由于对颗粒状原材料进行渗透，大大缩短了渗透时间，并且实现了微发泡制品的连续化挤出，提高了生产效率；采用渗透釜对颗粒状原材料进行超临界气体渗透，工艺参数能够精确控制、发泡质量较高，制品性能较好，渗透完成后的气体能够在工作过程循环利用，与传统釜压发泡法相比，提高了气体利用率。

Description

一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法

技术领域

本发明涉及一种微发泡挤出成型装置及方法，尤其涉及一种气体循环利用的微发泡挤出成型装置及方法，属于高分子材料加工成型领域。

背景技术

微发泡聚合物是指以聚合物材料为基体，其中含有泡孔尺寸从小于一微米到几十微米的多孔聚合物材料。在聚合物基体中引入大量比聚合物原已存在的缺陷尺度更小的空隙，可以在减少材料用量、减轻制品重量的同时提高其刚性，并避免对强度等性能造成明显的影响。因此，微发泡成型成为近年来研究的热点。

对于微发泡聚合物片材、板材制品，其成型方法一般采用釜压发泡法或连续挤出发泡法。釜压发泡法也叫间歇发泡法，其基本原理是先用气体来饱和聚合物，然后通过外界条件的改变来使得聚合物对气体的溶解能力快速下降，这一瞬间不稳定性驱动气泡成核和生长。釜压发泡法是一种固相发泡成型技术，相较其他发泡成型其具有两个显著的优势：其一是成核速率高，聚合物在固态下溶入大量气体后，进入低压环境中引发极大的过饱和度来瞬间成核大量气泡核；其二是结构可控性好，玻璃化温度条件下的聚合物其粘度和刚性要远远髙于熔融状态下的聚合物，对泡孔増长的抑制作用较强，很容易通过调控温度、压力和饱和时间等因素来优化微发泡产物的泡孔结构。但是此种方法是在聚合物制品成型后进行发泡，发泡周期受制品尺寸影响较大，大型制品的生产周期较长，难以满足工业化需求。连续挤出法是将发泡剂由挤出机机筒的合适位置混入聚合物基体中，通过螺杆的剪切混合，气体与熔体继而相互渗透形成均相体系，最后在挤出口模时经历的压力和温度变化在最终产物中得到孔隙。这种连续挤出微发泡方法产量相对较高，但微孔可控性差，泡孔不均匀，影响了最终制品的性能。此外，连续挤出微发泡挤出机的塑化系统比传统挤出机更加复杂，改造成本较高。

因此，为了解决釜压发泡法的生产周期长以及连续挤出发泡法泡孔可控性差、设备改造成本大等问题，需要寻求一种新的工艺路线，在保证微发泡制品泡孔质量的前提下降低生产周期，提高生产效率。

发明内容

本发明针对釜压发泡法生产效率低以及连续挤出发泡法泡孔可控性差、设备改造成本大等问题，提出了一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法。

为了实现上述目的，提出一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，主要由供料系统、供气系统和挤出系统组成，供料系统连接于挤出系统的机筒的加料装置上，供气系统为供料系统提供超临界气体。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其供料系统主要由储料斗、电机、电机驱动轴、齿轮、键、传动件、加压件、密封筒、渗透釜、密封垫、弹簧、滚轮、气缸、气缸拉杆、密封板、限位块和加压杆组成，储料斗固定于机筒上部，密封筒固定于储料斗上部，渗透釜固定于密封筒上部，并且储料斗、密封筒和渗透釜内部的空间相互连通。储料斗的上部端板固定一个电机，电机的电机驱动轴通过键与齿轮固定。传动件位于储料斗的上部，密封筒的外侧，其外表面设置齿形，与齿轮啮合，其内表面设置螺纹。限位块固定于储料斗的上部，传动件的外侧，并限制传动件的轴向位移。加压件位于密封筒与传动件之间，其外表面设置螺纹，与传动件内表面的螺纹啮合。加压杆固定于加压件的上部，并穿过密封筒外壳设置的孔，由下向上进入密封筒的内部空间。密封筒内部空间的上侧固定环形的密封垫，密封垫的位置与加压杆在轴向方向对应。密封垫与加压杆之间的位置设置有密封板，密封板由位于密封垫和加压杆外侧的多组弹簧和滚轮组成的组件支撑，弹簧固定于密封筒的内壁。密封板的一侧通过密封筒的侧壁开口延伸到密封筒的外侧，其延伸出来的端部位置与连接板轴向滑动连接。连接板的两侧分别与两个气缸的气缸拉杆固定连接，气缸固定于密封筒的外侧。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其供气系统由超临界气体生成系统、气体回收系统和抽真空系统组成。其中，超临界气体生成系统主要由气管依次连接供气罐、截止阀Ⅰ、二位三通电磁阀、增压泵、预热器、压力控制阀和截止阀Ⅲ组成。气体回收系统主要由气管依次连接截止阀Ⅱ、储气囊、截止阀Ⅳ组成。抽真空系统主要由截止阀Ⅴ和真空泵由气管连接组成。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其挤出系统由塑化挤出部分、动力部分、控制部分等组成。动力部分和控制部分控制塑化挤出部分动作，挤出聚合物产品。塑化挤出部分一般主要由加热器、螺杆、机筒、尾部密封件、尾部端盖等组成，尾部密封件、尾部端盖是常规挤出机没有配置的，主要是防止塑化时气体从螺杆尾部逸出。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型方法，其工作过程为：

第一步：气缸动作，使气缸拉杆通过连接板带动密封板进入密封筒的内部空间中。

第二步：电机动作，通过电机驱动轴使齿轮转动，齿轮的转动通过啮合作用传递给传动件，由于传动件与加压件通过螺纹啮合，并且传动件被限位块限制了轴向位移，使得传动件的转动转化为加压件的轴向移动，加压件带动加压杆向上动作接触密封板并推动密封板使其与密封垫紧密贴合密封。

第三步：渗透釜的入口打开，向其中加入颗粒状原材料，然后关闭入口。

第四步：截止阀Ⅴ打开，真空泵动作，对渗透釜内部空间抽真空，排出空气，然后真空泵停止动作并关闭截止阀Ⅴ。

第五步：二位三通电磁阀动作，连通右侧管路，截止阀Ⅰ和截止阀Ⅲ打开，增压泵和预热器工作，将来自储气罐中的气体制备超临界气体，并送入渗透釜中，压力控制阀控制气体压力，当渗透釜内达到设定温度压力值后，增压泵和预热器停止动作，截止阀Ⅰ和截止阀Ⅲ关闭，此时渗透釜内发生超临界气体向颗粒状原材料的渗透过程。

第六步：渗透釜内的渗透作用完成后，截止阀Ⅳ打开，渗透釜内压力卸载至正常值，并且过量的气体被收集到储气囊中。

第七步：电机动作，加压件带动加压杆归位，密封板在弹簧与滚轮的作用下归位。

第八步：气缸动作，使气缸拉杆通过连接板带动密封板从密封筒的内部空间向外移动，此时，渗透完成的粒料在重力作用下进入密封筒与储料斗的内部空间中。

第九步：挤出系统工作，渗透完成的粒料在机筒内部向前熔融挤出，并最终经口模成型理想微发泡制品。

第十步：在挤出制品过程中，重复第一步至第八步，形成不间断的微发泡制品连续挤出过程。特别地，当储气囊中收集到一定量的气体后，二位三通电磁阀动作，将入口改为左侧，储气囊中的气体通过增压泵、预热器再次形成超临界气体，再次进入渗透釜中参与颗粒状原材料的渗透作用实现了气体的循环利用。

本发明的有益效果是：由于对颗粒状原材料而不是制品进行渗透，大大缩短了渗透时间，并且实现了微发泡制品的连续化挤出，提高了生产效率。同时，采用渗透釜对颗粒状原材料进行超临界气体渗透，工艺参数能够精确控制、发泡质量较高，制品性能较好。此外，渗透完成后的气体能够在工作过程循环利用，与传统釜压发泡法相比，提高了气体的利用率。

附图说明

图1是本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置示意图。

图2是本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置的供料结构图。

图3为本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置密封板与气缸拉杆的滑动连接示意图。

图中：1-加热器，2-螺杆，3-储料斗，4-机筒，5-尾部密封件，6-尾部端盖，7-预热器，8-增压泵，9-供气罐，10-截止阀Ⅰ，11-二位三通电磁阀，12-截止阀Ⅱ，13-储气囊，14-压力控制阀，15-截止阀Ⅲ，16-截止阀Ⅳ，17-密封筒，18-渗透釜，19-截止阀Ⅴ，20-真空泵，21-电机，22-电机驱动轴，23-齿轮，24-键，25-传动件，26-加压件，27-密封垫，28-弹簧，29-滚轮，30-气缸，31-气缸拉杆，32-密封板，33-限位块，34-加压杆，35-连接板。

具体实施方式

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，主要由供气系统、供料系统和挤出系统组成。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其供料系统如图1和图2所示，主要由储料斗3、电机21、电机驱动轴22、齿轮23、键24、传动件25、加压件26、密封筒17、渗透釜18、密封垫27、弹簧28、滚轮29、气缸30、气缸拉杆31、密封板32、限位块33和加压杆34组成。其中，储料斗3固定于机筒4上部，密封筒17固定于储料斗3上部，渗透釜18固定于密封筒17上部，并且储料斗3、密封筒17和渗透釜18内部的空间相互连通。储料斗3的上部端板固定一个电机21，电机21的电机驱动轴22通过键24与齿轮23固定。传动件25位于储料斗3的上部，密封筒17的外侧，其外表面设置齿形，与齿轮23啮合，其内表面设置螺纹。限位块33固定于储料斗3的上部，传动件25的外侧，并限制传动件25的轴向位移。加压件26位于密封筒17与传动件25之间，其外表面设置螺纹，与传动件25内表面的螺纹啮合。加压杆34固定于加压件26的上部，并穿过密封筒17外壳设置的孔，由下向上进入密封筒17的内部空间。密封筒17内部空间的上侧固定环形的密封垫27，密封垫27的位置与加压杆34在轴向方向对应。密封垫27与加压杆34之间的位置设置有密封板32，密封板32由位于密封垫27和加压杆34外侧的多组弹簧28和滚轮29组成的组件支撑，弹簧28固定于密封筒17的内壁。密封板32的一侧通过密封筒17的侧壁开口延伸到密封筒17的外侧，其延伸出来的端部位置与连接板35轴向滑动连接，如图3所示。连接板35的两侧分别与两个气缸30的气缸拉杆31固定连接，气缸30固定于密封筒17的外侧。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其供气系统由超临界气体生成系统、气体回收系统和抽真空系统组成。其中，超临界气体生成系统主要由气管依次连接供气罐9、截止阀Ⅰ10、二位三通电磁阀11、增压泵8、预热器7、压力控制阀14、截止阀Ⅲ15组成。气体回收系统主要由气管依次连接截止阀Ⅱ12、储气囊13、截止阀Ⅳ16组成。抽真空系统主要由截止阀Ⅴ19和真空泵20由气管连接组成。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其挤出系统由塑化挤出部分、动力部分、控制部分等组成。动力部分和控制部分控制塑化挤出部分动作，挤出聚合物产品。塑化挤出部分一般主要由加热器1、螺杆2、机筒3、尾部密封件5、尾部端盖6等组成。

本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型方法，其工作过程为：

第一步：气缸30动作，使气缸拉杆31通过连接板35带动密封板32进入密封筒17的内部空间中。

第二步：电机21动作，通过电机驱动轴22使齿轮23转动，齿轮23的转动通过啮合作用传递给传动件25，由于传动件25与加压件26通过螺纹啮合，并且传动件25被限位块33限制了轴向位移，使得传动件25的转动转化为加压件26的轴向移动，加压件26带动加压杆34向上动作接触密封板32并推动密封板32使其与密封垫27紧密贴合密封。

第三步：渗透釜18的入口打开，向其中加入颗粒状原材料，然后关闭入口。

第四步：截止阀Ⅴ19打开，真空泵20动作，对渗透釜18内部空间抽真空，排出空气，然后真空泵20停止动作并关闭截止阀Ⅴ19。

第五步：二位三通电磁阀11动作，连通右侧管路，截止阀Ⅰ10和截止阀Ⅲ15打开，增压泵8和预热器7工作，将来自储气罐9中的气体制备超临界气体，并送入渗透釜18中，压力控制阀14控制气体压力，当渗透釜内达到设定温度压力值后，增压泵8和预热器7停止动作，截止阀Ⅰ10和截止阀Ⅲ15关闭，此时渗透釜18内发生超临界气体向颗粒状原材料的渗透过程。

第六步：渗透釜18内的渗透作用完成后，截止阀Ⅳ16打开，渗透釜18内压力卸载至正常值，并且过量的气体被收集到储气囊13中。

第七步：电机21动作，加压件26带动加压杆34归位，密封板32在弹簧28与滚轮29的作用下归位。

第八步：气缸30动作，使气缸拉杆31通过连接板35带动密封板32从密封筒17的内部空间向外移动，此时，渗透完成的粒料在重力作用下进入密封筒17与储料斗3的内部空间中。

第九步：挤出系统工作，渗透完成的粒料在机筒4内部向前熔融挤出，并最终经口模成型理想微发泡制品。

第十步：在挤出制品过程中，重复第一步至第八步，形成不间断的微发泡制品连续挤出过程。特别地，当储气囊13中收集到一定量的气体后，两位三通电磁阀11动作，将入口改为左侧，储气囊中的气体通过增压泵8、预热器7再次形成超临界气体，再次进入渗透釜18中参与颗粒状原材料的渗透作用实现了气体的循环利用。

通过以上所述本发明一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法，由于对颗粒状原材料而不是制品进行渗透，大大缩短了渗透时间，并且实现了微发泡制品的连续化挤出，提高了生产效率。同时，采用渗透釜对颗粒状原材料进行超临界气体渗透，工艺参数能够精确控制、发泡质量较高，制品性能较好。此外，渗透完成后的气体能够在工作过程循环利用，与传统釜压发泡法相比，提高了气体的利用率。

以上所述为本发明的一种超临界气体循环利用的釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法，配合各图予以说明。但是本发明并不局限于以上所述的具体设备及工艺过程，任何基于上述所说的对于相关设备的修改或替换，任何基于上述所说的对于相关工艺的局部调整，只要在本发明的精神领域范围内，均属于本发明。

Claims (5)

1.一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其特征在于：主要由供料系统、供气系统和挤出系统组成，供料系统连接于挤出系统的机筒的加料装置上，供气系统为供料系统提供超临界气体；供料系统主要由储料斗、电机、电机驱动轴、齿轮、键、传动件、加压件、密封筒、渗透釜、密封垫、弹簧、滚轮、气缸、气缸拉杆、密封板、限位块和加压杆组成，储料斗固定于机筒上部，密封筒固定于储料斗上部，渗透釜固定于密封筒上部，并且储料斗、密封筒和渗透釜内部的空间相互连通；储料斗的上部端板固定一个电机，电机的电机驱动轴通过键与齿轮固定；传动件位于储料斗的上部，密封筒的外侧，其外表面设置齿形，与齿轮啮合，其内表面设置螺纹；限位块固定于储料斗的上部，传动件的外侧，并限制传动件的轴向位移；加压件位于密封筒与传动件之间，其外表面设置螺纹，与传动件内表面的螺纹啮合；加压杆固定于加压件的上部，并穿过密封筒外壳设置的孔，由下向上进入密封筒的内部空间；密封筒内部空间的上侧固定环形的密封垫，密封垫的位置与加压杆在轴向方向对应；密封垫与加压杆之间的位置设置有密封板，密封板由位于密封垫和加压杆外侧的多组弹簧和滚轮组成的组件支撑，弹簧固定于密封筒的内壁；密封板的一侧通过密封筒的侧壁开口延伸到密封筒的外侧，其延伸出来的端部位置与连接板轴向滑动连接；连接板的两侧分别与两个气缸的气缸拉杆固定连接，气缸固定于密封筒的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其特征在于：供气系统由超临界气体生成系统、气体回收系统和抽真空系统组成，超临界气体生成系统主要由气管依次连接供气罐、截止阀Ⅰ、二位三通电磁阀、增压泵、预热器、压力控制阀和截止阀Ⅲ组成；气体回收系统主要由气管依次连接截止阀Ⅱ、储气囊、截止阀Ⅳ组成；抽真空系统主要由截止阀Ⅴ和真空泵由气管连接组成。

3.根据权利要求2所述的一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置，其特征在于：挤出系统由塑化挤出部分、动力部分、控制部分等组成，动力部分和控制部分控制塑化挤出部分动作，挤出聚合物产品；塑化挤出部分一般主要由加热器、螺杆、机筒、尾部密封件、尾部端盖等组成，尾部密封件、尾部端盖是常规挤出机没有配置的，主要是防止塑化时气体从螺杆尾部逸出。

4.采用权利要求3所述的一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置进行成型的方法，其特征在于工作过程为：

第一步：气缸动作，使气缸拉杆通过连接板带动密封板进入密封筒的内部空间中；

第二步：电机动作，通过电机驱动轴使齿轮转动，齿轮的转动通过啮合作用传递给传动件，由于传动件与加压件通过螺纹啮合，并且传动件被限位块限制了轴向位移，使得传动件的转动转化为加压件的轴向移动，加压件带动加压杆向上动作接触密封板并推动密封板使其与密封垫紧密贴合密封；

第三步：渗透釜的入口打开，向其中加入颗粒状原材料，然后关闭入口；

第四步：截止阀Ⅴ打开，真空泵动作，对渗透釜内部空间抽真空，排出空气，然后真空泵停止动作并关闭截止阀Ⅴ；

第五步：二位三通电磁阀动作，连通右侧管路，截止阀Ⅰ和截止阀Ⅲ打开，增压泵和预热器工作，将来自储气罐中的气体制备超临界气体，并送入渗透釜中，压力控制阀控制气体压力，当渗透釜内达到设定温度压力值后，增压泵和预热器停止动作，截止阀Ⅰ和截止阀Ⅲ关闭，此时渗透釜内发生超临界气体向颗粒状原材料的渗透过程；

第六步：渗透釜内的渗透作用完成后，截止阀Ⅳ打开，渗透釜内压力卸载至正常值，并且过量的气体被收集到储气囊中；

第七步：电机动作，加压件带动加压杆归位，密封板在弹簧与滚轮的作用下归位；

第八步：气缸动作，使气缸拉杆通过连接板带动密封板从密封筒的内部空间向外移动，此时，渗透完成的粒料在重力作用下进入密封筒与储料斗的内部空间中；

第九步：挤出系统工作，渗透完成的粒料在机筒内部向前熔融挤出，并最终经口模成型理想微发泡制品；

第十步：在挤出制品过程中，重复第一步至第八步，形成不间断的微发泡制品连续挤出过程。

5.根据权利要求4所述的一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型方法，其特征在于：当储气囊中收集到一定量的气体后，二位三通电磁阀动作，将入口改为左侧，储气囊中的气体通过增压泵、预热器再次形成超临界气体，再次进入渗透釜中参与颗粒状原材料的渗透作用实现了气体的循环利用。