CN109016315A - 超临界流体与高分子原料熔体的混合机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，包含有一热熔单元、一混合单元以及一超临界流体供给单元，其中，该混合单元独立于该热熔单元外，而分别接收来自该热熔单元的高分子熔体与来自该超临界流体供给单元的超临界流体，将之混合成为均质的单相溶液者，并使该热熔单元具有用以推送高分子原料的推送件，以及使该混合单元具有用以混合高分子熔体与超临界流体的混合转件。发明所得到的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构除在产业利用上可使热熔与混合的作业不相互牵制，而利于使用外，更可容易达到使单相溶液达到均质混合的状态，据以使模制的发泡体得以具有较佳的成型品质。

Description

超临界流体与高分子原料熔体的混合机构

技术领域

本发明与高分子加工技术有关，特别是涉及一种超临界流体与高分子原料熔体的混合机构。

背景技术

物质在高于临界温度与临界压力的环境下所存在的超临界流体状态，在性质上介于气相与液相之间，而具备有与气体相仿的表面张力、粘度与扩散性，同时具有接近液体的密度与溶合能力，而可利用现有技术用以熔融固态高分子原料之的挤筒所提供的高温高压环境，将超临界流体混入高分子熔融体中，并藉由挤筒与模具模室空间之间的压降，使超临界流体在进入模室空间后在高分子熔融体的内部形成多数的成核点，并成长为气泡，而模制成型发泡高分子物品。

此外，现有技术也揭露有以预先置放于模具内部模室空间的高分子原料，含浸渍后进入该模室空间的超临界流体，继之再由改变该模室空间内的压力及温度，利用超临界流体的之相变化产生气泡，以将高分子原料模制成型为发泡高分子物品。

二氧化碳或氮气等惰性气体被经常作为发泡剂的超临界流体，其中，二氧化碳的临界压力为7.185MPa、临界温度为304.265K，因此，就现有技术而言，为保持其处于临界流体的状态，即需使挤筒或模室空间内的之温度与压力大于该等临界温度值与临界压力值避免离析，但于产业利用上，例如在射出成型加工技术中，通常情况下，700～1500kg/cm2的射出压力已可满足射出成型加工所需的压力条件而言，但二氧化碳高达7Mpa的临界压力显然高出许多，因此，为维持二氧化碳在挤筒内的超临界流体状态，即需额外地提高射出挤筒内部的压力，增加能源的耗费。

高分子加工的操作条件虽随着原料的种类而有差异，纵然有无需额外增加压力的操作条件存在，惟囿于超临界流体需与高分子熔融体混合成为单相溶液，因此，在以挤筒进行热熔的的技术范踌中，其导入超临界流体的部位即以位于挤筒后段，高分子原料已呈熔融体的螺杆计量段(metering section)为适当，如此一来，超临界流体与高分子熔融体间的混合时间即受到了挤筒内螺杆的之转速拘束，恐有混合不匀的缺失存在，造成在压降后，高分子内部的之气泡成核作用不均，致影响发泡高分子物品的成型品质。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其使超临界流体与高分子原料熔体混合为单相溶液的动作，是独立于对固态高分子原料施以热能使之呈熔体的构成以外，分别为之，据以避免其彼此间相互干涉。

为达成上述目的，本发明所提供的一种超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，它包括：

一热熔单元，具有一中空的挤筒，一第一进料通道与一第一出料通道分设于该挤筒的两端，而分别连通该挤筒的中空内部与该挤筒的外部空间，一推送件设于该挤筒中，并介于该第一进料通道与该第一出料通道间，用以将自该第一进料通道进入该挤筒中空内部的高分子原料，往该第一出料通道推送；为对固态之高分子原料施以热能使之热熔为熔体，

一混合单元，具有一中空的混合筒，一第二进料通道与一第二出料通道分设于该混合筒的两端上，并使该第二进料通道与该第一出料通道相通，据以使由该第一出料通道推出的高分子原料，经由该第二进料通道进入该混合筒的中空内部，一混合转件介于该第二进料通道与该第二出料通道间并设于该混合筒中，并于该混合筒中转动而使容纳于该混合筒中的高分子原料受到扰动；

一超临界流体供给单元，与该热熔单元相隔开来地设于该混合单元上，用以将外部的超临界流体导入该混合筒的中空内部，以与位于该混合筒中的高分子原料，同受该混合转件的扰动而彼此混合成均质的单相溶液。

所述超临界流体供给单元具有一输气通道，设于该混合筒并与该混合筒的中空内部连通，用以形成外部超临界流体进入该混合筒内部的流动通道。

所述输气通道与所述第二进料通道相邻，以使超临界流体与高分子熔体间得以尽早地混合。

为使高分子熔体与超临界流体分别进入该混合单元时即得以相互混合，所述混合转件具有一柱身，可转动地设于该混合筒中，一第一沟部环设于该柱身相邻于该第二进料通道的一端的周侧上，同时相邻于该第二进料通道及该输气通道。据此，当该柱身转动的同时，是由该第一沟部对进入该混合筒内部的高分子熔体与超临界流体施以扰动，加以混合。

所述混合转件更包含有一第二沟部，环设于该柱身相邻于该第二出料通道的另端的周侧上。可接续该第一沟部所造成的扰流，对于已由该第一沟部初步混合的高分子熔体与超临界流体进一步地予以扰动。

而为获得较佳的混合功效，所述第一沟部与该第二沟部彼此为不同弧度的弧形。系使该第一沟部与该第二沟部彼此分呈不同弧度之多数弧状凹槽。

所述第一沟部与该第二沟部彼此分隔开来。

所述推送件为螺杆，可转动地设于所述挤筒中。

所述超临界流体与高分子原料熔体的混合机构它更包含有一计量单元，接收由该第二出料通道送出的该单相溶液。

所述计量单元具有一中空的计量筒，是使中空内部空间与该第二出料通道相通，用以容纳该单相溶液，一送料件，滑设于该计量筒的中空内部空间中，用以将容纳于该计量筒的该单相溶液送出该计量筒外。

本发明的优点在于：发明所得到的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构除在产业利用上可使热熔与混合的作业不相互牵制，而利于使用外，更可容易达到使单相溶液达到均质混合的状态，据以使模制的发泡体得以具有较佳的成型品质。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的立体图。

图2为本发明一较佳实施例沿图1中2-2割面线的剖视图。

图3为本发明一较佳实施例沿图1中3-3割面线的剖视图。

图4为本发明一较佳实施例沿图1中4-4割面线的剖视图。

图5为本发明一较佳实施例沿图1中5-5割面线的剖视图。

图6为本发明一较佳实施例的混合转件立体图。

图7为本发明一较佳实施例沿图图1中7-7割面线的剖视图。

10：超临界流体与高分子原料熔体的混合机构；20：热熔单元；21：挤筒；211：挤筒内部空间；22：第一进料通道；23：第一出料通道；24：推送件；25：入料斗；26：出料端件；30：混合单元；31：混合筒；311：混筒内部空间；32：第二进料通道；33：第二出料通道；34：混合转件；341：柱身；342：第一沟部；343：第二沟部；35：感测器；40：超邻界流体供给单元；41：输气通道；50：计量单元；51：计量筒；511：计量内部空间；52：连接通道；53：送料件；61：第一止逆阀；62：第二止逆阀。

具体实施方式

首先，请参阅图1所示，在本发明一较佳实施例中所提供超临界流体与高分子原料熔体的混合机构10，其主要包含了有一热熔单元20、一混合单元30、一超临界流体供给单元40以及一计量单元50。

如图2和图3所示，该热熔单元20为已知射出成型或压出成型技术中所揭露的挤筒技术内容，而具有了一外观呈圆柱状的中空的挤筒21，一第一进料通道22与一第一出料通道23分设于该挤筒21的两端上，且与该挤筒21的挤筒内部空间211相通，一螺杆状的推送件24同轴于挤筒21柱轴且可自转地设于该挤筒21的挤筒内部空间211中，一入料斗25固设于该挤筒21的一端上并经由该第一进料通道22与该挤筒内部空间211连通，一出料端件26则设于该挤筒21的另端上，而经由该第一出料通道23与该挤筒内部空间211连通；

外部的固态高分子原料即得自该入料斗25经由该第一进料通道22进入该挤筒内部空间211中，且受该推送件24转动时的推移，往该第一出料通道23方向移动，并于移动的同时，受热能的作用热熔成可流动的熔体，而从该第一出料通道23流出，惟由于是等热熔技术内容乃属现有技术所已公开，于此即再无陈述的必要。

该混合单元得以为相仿于现有射出挤筒、押出挤筒或混练装置等足以达成将相异流体予以混合为均质溶液的熔融混合技术，而于本实施例中则如图3至图5所示，令该混合单元30具有一外观呈圆柱状的中空的混合筒31，是位于该第一出料通道23外，且以邻近于柱轴一端的一侧与该出料端件26固接，据以间接地固接于该挤筒21的另端外，一第二进料通道32设于该混合筒31与该出料端件26相接的部位上，而得经由该出料端件26与该第一出料通道23相通，一第二出料通道33设于该混合筒31的柱轴另端上，以与该第二进料通道32相隔开来，且由该混合筒31的混筒内部空间311而彼此相通，一混合转件34是同轴于该混合筒31的柱轴而可转动地设于该混合筒31内部，且介于该第二进料通道32与该第二出料通道33之间，以之使该高分子熔体自该第一出料通道23流出后，得以经由该第二进料通道32进入该混筒内部空间311，而受该混合转件34的自转而为扰动后，再自该第二出料通道33流出该混合单元30外。

该超临界流体供给单元40是具有一用以使二氧化碳或氮气等惰性气体形成超临界流体的供给系统图上未示，并以管路及阀体等管线技术形成超临界流体的流动通道，但由于该等气体之的超临界状态形成技术及其输送技术乃属现有技术的范踌，且非本发明的技术特征，是以对其即略不为赘言，惟与本发明的技术特征有关，如图5所示，使该超临界流体供给单元40具有多数呈孔状之输气通道41，系设于该混合筒31邻近该出料端件26之部位上，并与该混筒内部空间311连通，用以形成超临界流体自外部进入该混筒内部空间311的流动通道。

由上述构件的组成，经该热熔单元20热熔后的高分子熔体，受该推送件24所提供的推力，经由该第二进料通道32进入该混筒内部空间311中，同时，外部的超临界流体也经由该些输气通道41进入该混筒内部空间311中，而使高分子熔体与超临界流体于该混筒内部空间311中，在该混合转件34转动下，彼此相互扰动而混合成为均质的单相溶液，再经由该第二出料通道33向外流出，以供使用。

而其中，为使高分子熔体与超临界流体在该混筒空间311内混合均匀，得以使该混合转件34更包含有一直圆柱状的柱身341，可自转地设于该混合筒31中，一第一沟部342环设于该柱身341相邻于该第二进料通道32与该输气通道41的一端的周侧上，一第二沟部343则环设于该柱身341相邻于该第二出料通道33的另端的周侧上，据此以使该该柱身341于转动时，得以经由该第一沟部342与该第二沟部343，对高分子熔体与超临界流体形成扰动，以获得较佳的混合效果。

而进一步地，该第一沟部342与该第二沟部343更可如图6所示，分别具有弧度相异的多数沟槽，据以使高分子熔体与超临界流体于该混筒空间311中获得更佳的混合效果。

再者，如图7所示，该计量单元50设于该混合单元30的第二出料通道33外，具有一概呈柱状的中空的计量筒51，一用以连通该计量筒51的计量内部空间511与该第二出料通道33的连接通道52，一柱塞状的送料件53是滑设于该计量内部空间511中，并可沿该计量筒51的柱轴往复位移，据此，经由该混合单元30所混合的单相溶液即可经由该连接通道进入该计量内部空间511中，以供计量。

于此应先加以说明，该单相溶液是以供送入模具内部模室模制成型为其通常使用，而于本实施例中虽揭露先将该单相溶液送入该计量单元50经计量后，将预定量的单相溶液再经由与该连接通道52相连通的注料通道注入外部的模具内，惟并不以之为限，于产业的利用上，亦可省略该计量单元，而使单向溶液经该混合单元30混合后，直接送入外部的模具内进行模制成型，至于其送入的方式究以连续或批次，或采射出乃至于押出等，均为可被实施的态样，且均可基于本发明的主要技术特征以为之，而均为本发明所得涵盖的实施态样。

而在功效上，由将该混合单元30与该热熔单元20相互分离的构造，可使该推送件24的转速与该混合转件34的转速彼此互不影响，而得以分别依其热熔与混合的不同目的，分别选定其合适的转动速度，以达到最佳的热熔效果与混合效果，相较于现有技术必需互相牵制的构造，本发明所提供的技术内容，在产业的利用上自具有更为灵活的使用功效。

同时，为将固态高分子原料热熔并进行挤压推送的目的，该推送件24通常需有较大的沟深，以完成对高分子施以挤压并推送的效果，而高分子熔体与超临界流体间的均质混合，以彼此间得以充分地相对流动为佳，因此，该混合转件34所具有的该第一沟部342与该第二沟部343的沟深，即得以较该推送件24的沟深为小，以达到分散、小量的混合，据以获得更佳的混合效果，惟此等关于沟的深度与形状等的变化，因应原料与条件而有变动，不应作为限制本发明的条件。

另外，为避免该混合单元30与该热熔单元20间产生不当的回流，可如图3至图5所示，于该第一出料通道23与该第二进料通道32间设置一球状的第一逆止阀61，以止挡该混合单元30中的混合物自该第二进料通道32逆流至该第一出料通道23中。

相同地，为避免该混合单元30与该计量单元50间的逆流，可如图4与图7所示，于该第二出料通道33与该连接通道52间，设置一球状的第二逆止阀62，用以止挡位于该连接通道52中的混合物逆向回流至该第二出料通道33中，据此，当该计量单元50由该连接通道52将已计量之混合物注入外部模具时，即可避免混合物逆流至该混合单元30中。

再者，为知悉该混合单元30中之压力与温度等操作条件，可于如图5所示，使该混合单元30更具有一设置于该混合筒31的压力及/或温度感测器35，据以感测该混筒内部空间311的压力及/或温度，以供产业实施上的控制。

由此可知，本发明所提供的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构除在产业利用上可使热熔与混合的作业不相互牵制，而利于使用外，更可容易达到使单相溶液达到均质混合的状态，据以使模制的发泡体得以具有较佳的成型品质。

Claims (10)

1.一种超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：它包含有：

一热熔单元，具有一中空的挤筒，一第一进料通道与一第一出料通道分设于该挤筒的两端，而分别连通该挤筒的中空内部与该挤筒的外部空间，一推送件设于该挤筒中，并介于该第一进料通道与该第一出料通道间，用以将自该第一进料通道进入该挤筒中空内部的高分子原料，往该第一出料通道推送；

一混合单元，具有一中空的混合筒，一第二进料通道与一第二出料通道分设于该混合筒的两端上，并使该第二进料通道与该第一出料通道相通，据以使由该第一出料通道受推出的高分子原料，经由该第二进料通道进入该混合筒的中空内部，一混合转件介于该第二进料通道与该第二出料通道间并设于该混合筒中，并于该混合筒中转动而使容纳于该混合筒中的高分子原料受到扰动；

一超临界流体供给单元，与该热熔单元相隔开来地设于该混合单元上，用以将外部的超临界流体导入该混合筒的中空内部，以与位于该混合筒中的高分子原料，同受该混合转件的扰动而彼此混合成均质的单相溶液。

2.根据权利要求1所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述超临界流体供给单元具有一输气通道，设于该混合筒并与该混合筒的中空内部连通，用以形成外部超临界流体进入该混合筒内部的流动通道。

3.根据权利要求2项所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述输气通道与所述第二进料通道相邻。

4.根据权利要求3所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述混合转件具有一柱身，可转动地设于该混合筒中，一第一沟部环设于该柱身相邻于该第二进料通道的一端的周侧上，同时相邻于该第二进料通道及该输气通道。

5.根据权利要求4所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述混合转件更包含有一第二沟部，环设于该柱身相邻于该第二出料通道的另端的周侧上。

6.根据权利要求5所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述第一沟部与该第二沟部为不同弧度的弧形。

7.根据权利要求6所述超的临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述第一沟部与该第二沟部彼此分隔开来。

8.根据权利要求1所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述推送件为螺杆，可转动地设于所述挤筒中。

9.根据权利要求1所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：它更包含有一计量单元，接收由该第二出料通道送出的该单相溶液。

10.根据权利要求9所述的超临界流体与高分子原料熔体的混合机构，其特征在于：所述计量单元具有一中空的计量筒，是使中空内部空间与该第二出料通道相通，用以容纳该单相溶液，一送料件，滑设于该计量筒的中空内部空间中，用以将容纳于该计量筒的该单相溶液送出该计量筒外。