CN108372622A - 高分子材料发泡装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子材料发泡装置，主要包括发泡模具和高频电源，发泡模具包括上模和下模，上模与下模之间隔设有绝缘间隔件，高频电源接通后，促使上模和下模之间产生高频振荡电场，在高频振荡电场下待发泡母材内部极性分子和/或官能团会不停地随高频振荡电场转换方向，彼此发生碰撞，相互摩擦产生热量，进而使得模腔内的待发泡母材温度升高，发泡剂受热分解产气，发泡材料膨胀至充满整个模腔，实现发泡材料的发泡。采用该发泡装置可实现高分子材料的快速，高效，均匀发泡。在高分子材料发泡领域具有广阔的应用前景。

Description

高分子材料发泡装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料发泡技术领域，特别是涉及一种高分子材料发泡装置及其使用方法。
背景技术
目前，高分子发泡材料广泛应用于隔热、隔音、减震、制鞋等领域。目前常用的高分子材料发泡方式有物理发泡和化学发泡。化学发泡法是指将化学发泡剂与高分子材料共混后，在一定温度下，化学发泡剂受热分解，产生气体，膨胀，使高分子材料发泡，目前加热方式主要还是电加热方式，由于电加热过程是通过热传导使高分子材料加热，即首先通过电热板将发泡模具加热，发泡模具将热量再传递给模腔内的发泡材料，存在能耗高，加热时间长，易出现局部加热温度过高而部分区域仍存在加热死角等问题。
射频是一种高频交流变化电磁波的简称，频率范围从300KHz～ 30GHz之间。其中，微波频段(300MHz-300GHz)又是射频的较高频段。传统的射频加热，尤其利用高频段微波加热，具有加热速度快，受热均匀的特点。主要用于食物的加热灯，如家用的微波炉。但在高分发泡成型过程中，涉及到发泡模具，现有技术是将发泡模具连同发泡模具内的高分子发泡材料一同放入密闭微波辐射空间，类如微波炉加热食物。这种方式下，高分子发泡对发泡模具有特殊的要求，必须是能够穿透微波的材料，才能用于制作发泡模具，比如金属材料就不能作为发泡模具使用，这就极大的限制了射频加热的应用，因为许多高分子发泡产品发泡过程中，要求发泡模具由足够的耐压，耐温等性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种加热均匀，加热速度快，效率高的高分子材料发泡装置及其使用方法。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种高分子材料发泡装置，包括发泡模具，所述发泡模具包括进行开合模配合的上模和下模，还包括促使所述上模和所述下模之间产生高频振荡电场的高频电源，所述上模与所述下模之间隔设有绝缘间隔件，所述绝缘间隔件设置于所述上模上和/或所述下模上，所述上模和所述下模合模后，所述上模、所述下模以及所述绝缘间隔件于所述发泡模具的内部共同构成密闭的并与发泡制品的形状和大小相匹配的模腔，所述上模和所述下模的外表面依次紧贴有绝缘层和金属外壳，所述上模和所述下模通过电缆分别与高频电源的两极连接，所述上模和所述下模分别由导电材料制成。
进一步地，所述绝缘间隔件为绝缘垫片。
进一步地，所述上模和所述下模沿竖直方向的截面分别为U形面，所述绝缘垫片设置于所述下模的U形开口端上。
采用上述技术方案后，本发明高分子材料发泡装置，使用时，高频电源接通后，由于绝缘间隔件的隔断作用，上模和下模之间产生高频振荡电场，在高频振荡电场下待发泡母材内部极性分子和/或官能团会不停地随高频振荡电场转换方向，彼此发生碰撞，相互摩擦产生热量，同时，高频振荡电场以射频微波的方式释放能量，待发泡母材中的吸波材料或者射频吸收剂吸收波而使自身发热，进而使得模腔内的待发泡母材温度升高，发泡剂受热分解产气，发泡材料膨胀至充满整个模腔，得到发泡材料。采用该发泡装置可实现高分子材料的快速，高效，均匀发泡。在高分子材料发泡领域具有广阔的应用前景，尤其在运动鞋中底材料制备行业，具有非常重要的推广应用价值。本发明高分子材料发泡装置具有以下有益效果：1、本发明克服传统加热技术的缺陷，解决传统化学发泡中电加热过程中加热不均匀等技术问题，提升加热速度，实现快速高效发泡，发泡装置结构小巧，能耗低。热量是在模腔内的生成，直接作用于物料使得物料加热升温，而模具本身不加热，免去模具的降温系统，生产车间环境温度不受影响，工况条件好。2、本发明解决传统技术对模具材料有特殊要求的问题，模具可以采用金属材料。3、本发明的发泡模具的外面还包裹有绝缘层和金属外壳。金属外壳起到屏蔽射频外泄的作用，当工人采用本发明的技术方案进行高分子材料发泡时，免遭射频的辐射，从而实现安全生产。
上述高分子材料发泡装置的使用方法，包括如下步骤：
第一步，放料：将待发泡母材放置于模腔中，合模后在发泡模具施加相对的上下压力将发泡模具压紧；
第二步，加热发泡：开启高频电源，在上模和下模之间产生高频振荡电场，在高频振荡电场下待发泡母材内部极性分子和/或官能团会不停地随高频振荡电场转换方向，随着极性分子和/或官能团的不断转向，彼此发生碰撞，相互摩擦进而产生热量，进而使得模腔内的待发泡母材温度升高，当温度高于发泡剂分解温度时，发泡剂迅速分解产生气体，发泡材料膨胀至充满整个模腔，当发泡剂分解完全时，得到与模腔形状一致的发泡材料；
第三步，开模取出发泡材料：打开发泡模具，将发泡材料取出。
进一步地，在第一步中，采用发泡硫化仪对发泡模具进行加压。
附图说明
图1是本发明高分子材料发泡装置的结构示意图；
图2是使用本发明的发泡装置发泡获得的PU发泡材料的泡孔形貌SEM图。
图中：
上模-1；下模-2；
绝缘层-3；金属外壳-4；
模腔-5；高频电源-6；
电缆-7；绝缘垫片-8。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一
一种高分子材料发泡装置，适用于PU、TPU、EVA，PE，PP， PU，SEBS以及其它弹性体材料或共混材料的发泡使用。即使对于不吸收射频的非极性或低极性的高分子材料，也可以通过共混极性强的材料来充当射频吸收剂，例如分子结构中包含如-OH、-NH2、 -COOH等极性较高的官能基，或分子结构中能形成分子内或分子间氢键者等的高分子；以及如水分子、醇类、甘油、石墨、盐等非高分子的化学物质都可以作为射频吸收剂，从而实现高分子材料的射频加热。如图1所示，包括发泡模具和高频电源6。高频电源6为公知技术。上述发泡模具包括上模1和下模2，上模1和下模2之间隔设有绝缘间隔件，绝缘间隔件优选为绝缘垫片8。本实施例中，以发泡装置实际使用状态下的方位为参考方位，上模1和下模2沿竖直方向的截面分别为U形面，上模1具有第一腔体，下模2具有第二腔体，绝缘垫片8设置于下模2的U形开口端上，上模1的U形开口端和下模2的U形开口端相对闭合在一起，绝缘垫片8隔设于上模1的U形开口端与下模2的U形开口端之间，合模(即上模1与下模2完全闭合)后，上模1、下模2以及绝缘垫片8于所述发泡模具的内部共同构成密闭的模腔5，即第一腔体和第二腔体共同形成模腔5。模腔5位于发泡模具的内部，模腔5的形状与发泡制品的形状和大小相匹配。上模1和下模2的外表面依次紧贴设有绝缘层3和金属外壳4，即绝缘层3紧贴于上模1和下模2的外表面上，金属外壳4包覆于绝缘层3的外表面，绝缘层3位于金属外壳4与上模1 和下模2的外表面之间。上模1和下模2分别通过电缆7与高频电源6的电连接。上模1和下模2分别由导电材料制成，导电材料优选为金属导电材料，如铁合金、铝合金或者铜合金等。金属外壳4 的材料优选为铝合金或者铁合金不锈钢。需要说明的是，本发明中导电材料可依据实际需要，综合考虑电阻大小等因素进行选择。
金属外壳4具有屏蔽作用，防止高频电源6所产生的射频外泄，确保使用者在使用该设备时不会被射频辐射。绝缘层3将金属外壳4 与上模1隔开，同时将金属外壳4与下模2隔开，实现电不导通。绝缘垫片8的作用是隔断上模1和下模2，使二者电不导通，从而当上模1和下模2与高频电源6接通后，上模1和下模2产生高频振荡电流，高频振荡电流会产生高频振荡电场，即上模1和下模2实现了除作为发泡模具以外的另外功能——产生射频的正负电极，进而在上模1和下模2之间产生射频，射频在模腔5内不断来回反射，从而使模腔5内的高分子材料受热均匀。
以发泡材料PU为例，上述高分子材料发泡装置的使用方法包括如下步骤：
第一步，放料：将待发泡母材放置于模腔5中，闭合发泡模具(即合模)，并在发泡模具施加相对的上下压力将发泡模具压紧，可采用常规的发泡硫化仪对发泡模具进行加压，其中待发泡母材由PU、发泡剂、助发泡剂、交联剂，抗氧剂和填料等物料共混均匀后得到。PU为发泡材料，作为发泡主材；需要说明的是，本发明除采用上述发泡硫化仪进行加压外，还可采用除上述发泡硫化仪外的其他加压方式，如常规的液压机；
第二步，加热发泡：开启高频电源6，在上模1和下模2之间产生高频振荡电场，在高频振荡电场下待发泡母材内部极性分子和/或官能团会不停地随高频振荡电场转换方向，随着极性分子和/或官能团的不断转向，彼此发生碰撞，相互摩擦进而产生热量，进而使得模腔5内的待发泡母材温度升高，当温度达到发泡剂分解温度时，发泡剂迅速分解产生气体，发泡材料膨胀至充满整个模腔5，当发泡剂分解完全，即PU发泡完全时，得到与模腔5形状一致的PU发泡材料。
第三步，开模取出发泡材料：打开发泡模具，将PU发泡材料取出，即得到与模腔5形状一致的PU发泡材料。如图2所示，使用本发明的高分子材料发泡装置进行发泡得到的PU发泡材料，发泡均匀。
本发明一种高分子材料发泡装置，其热量在模腔5内生成，直接作用于待发泡母材使得待发泡母材加热升温，而发泡模具本身不加热，免去发泡模具的降温系统，生产车间环境温度不受影响，工况条件好。需要说明的是，在加热发泡时，从加热到发泡，一般只需5min时间。该时间的略有不同与发泡材料总量以及发泡材料种类不同等因素有关。而传统的用电热板加热方式，从加热到发泡至少需要 10min时间，而且存在能耗大的问题。此外，传统的加热方式是通过电加热板由外往里传热，因此热量也会传递到工作环境中，导致工作环境温度高，工况条件恶劣。
上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (5)

1.高分子材料发泡装置，包括发泡模具，所述发泡模具包括进行开合模配合的上模和下模，其特征在于：还包括促使所述上模和所述下模之间产生高频振荡电场的高频电源，所述上模与所述下模之间隔设有绝缘间隔件，所述绝缘间隔件设置于所述上模上和/或所述下模上，所述上模和所述下模合模后，所述上模、所述下模以及所述绝缘间隔件于所述发泡模具的内部共同构成密闭的并与发泡制品的形状和大小相匹配的模腔，所述上模和所述下模的外表面依次紧贴有绝缘层和金属外壳，所述上模和所述下模通过电缆分别与所述高频电源的两极连接，所述上模和所述下模分别由导电材料制成。
2.根据权利要求1所述的高分子材料发泡装置，其特征在于：所述绝缘间隔件为绝缘垫片。
3.根据权利要求2所述的高分子材料发泡装置，其特征在于：所述上模和所述下模沿竖直方向的截面分别为U形面，所述绝缘垫片设置于所述下模的U形开口端上。
4.所述权利要求1的高分子材料发泡装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，放料：将待发泡母材放置于模腔中，合模后在发泡模具施加相对的上下压力将发泡模具压紧；
第二步，加热发泡：开启高频电源，在上模和下模之间产生高频振荡电场，在高频振荡电场下待发泡母材内部极性分子和/或官能团会不停地随高频振荡电场转换方向，随着极性分子和/或官能团的不断转向，彼此发生碰撞，相互摩擦进而产生热量，进而使得模腔内的待发泡母材温度升高，当温度高于发泡剂分解温度时，发泡剂迅速分解产生气体，发泡材料膨胀至充满整个模腔，当发泡剂分解完全时，得到与模腔形状一致的发泡材料；
第三步，开模取出发泡材料：打开发泡模具，将发泡材料取出。
5.根据权利要求4所述的高分子材料发泡装置的使用方法，其特征在于：在第一步中，采用发泡硫化仪对发泡模具进行加压。
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