CN109262941A - 一种聚合物挤出发泡模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚合物挤出发泡模具，包括挤出模头和与该挤出模头连接的调泡融合模头，挤出模头中心有多个毛细管挤出孔；调泡融合模头包括拉丝模头和调泡融合型腔，调泡融合型腔分为三段，第一段为入口管道，第二段为渐变区，第三段包括收敛区和稳流区，收敛区位于渐变区和稳流区之间；入口管道与渐变区的高度相同，收敛区高度沿熔体流动方向变小，稳流区高度不变，入口管道和稳流区宽度不变，渐变区和收敛区宽度均沿熔体流动方向减小，拉丝模头设于稳流区的型腔中，包括多个毛细管。本发明专门针对厚板设计，应用于聚合物挤出发泡，通过设置拉丝模头的孔数使热塑性树脂在宽度和厚度上的流速和压力均匀化，最终形成厚度大于5cm的厚板。

Description

一种聚合物挤出发泡模具
技术领域
本发明涉及模具技术领域，具体是一种聚合物挤出发泡模具。
背景技术
挤出发泡模具多应用于薄膜，管材，薄板等产品的生产，板的厚度决定着模具的选择，而不同的模具会影响着塑料制品的性能。用现有模具挤出发泡的熔体黏度和强度低，且需要较高的熔融温度并且难以控制塑料的结晶度，且加工温度较低，挤出冷却较难控制，气泡尺寸难以保持均匀。现有的模具大多都针对于薄板，有管式模具，而针对厚度大于5cm的厚板，难度比较大。
发明内容
本发明提供的聚合物挤出发泡模具采用挤出条融合技术，专门针对厚板设计，应用于聚合物挤出发泡，包括HDPE，PP，PET，PBT，PS，PMMA，PLA，PA等，用于解决现有模具的不足。本发明模具的模头在使热塑性树脂挤出形成片材时，通过设置拉丝模头的孔数(毛细管数)使热塑性树脂在宽度和厚度上的流速和压力分布均匀化，并且利于片材在厚度或宽度方向上膨胀或收缩，最终可以形成厚度大于5cm的厚板。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种聚合物挤出发泡模具，包括挤出模头和与该挤出模头连接的调泡融合模头，所述挤出模头呈圆形，挤出模头上设置有螺栓和安装孔，挤出模头的中心有多个毛细管挤出孔；
所述的调泡融合模头包括设置于其内部型腔中的拉丝模头和调泡融合型腔，所述的调泡融合型腔分为三段，第一段为入口管道，其管材是聚四氟乙烯，挤出条泡融合温度为室温；第二段为渐变区，第三段包括收敛区和稳流区，第二段和第三段的管材均为不锈钢；所述的收敛区位于渐变区和稳流区之间，渐变区位于入口管道和收敛区之间；
入口管道与渐变区的高度相同，收敛区高度沿入口管道到稳流区中心轴线的方向逐渐变小，稳流区高度不变，具体是：入口管道的高度等于渐变区高度，收敛区与渐变区连接处的高度等于渐变区高度，收敛区与稳流区连接处的高度等于稳流区高度，且稳流区高度小于渐变区高度；
入口管道的宽度不变，渐变区和收敛区的宽度均沿入口管道到稳流区中心轴线的方向逐渐减小，稳流区宽度不变，具体是：渐变区与入口管道连接处的宽度等于入口管道的宽度，收敛区与稳流区连接处的宽度等于稳流区的宽度，收敛区与渐变区连接处的宽度大于稳流区宽度且小于入口管道的宽度；
所述的拉丝模头设置于稳流区的型腔中，且稳流区型腔从挤出模头中心穿过，所述的拉丝模头包括多个毛细管，多个毛细管分别与挤出模头中心的多个毛细管挤出孔一一连通。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案进一步实现。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，调泡融合型腔的第二段和第三段采用筒式加热控制挤出条泡融合的温度分别为180℃和250℃。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，拉丝模头包括9个毛细管，9个毛细管分别与挤出模头中心的9个毛细管挤出孔一一连通。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，每个毛细管的长度和孔径之比为30：1。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，每个毛细管的直径为1mm，相邻两个毛细管的间距为2mm。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，入口管道的宽度为100mm，高度为10mm；渐变区的高度为10mm，渐变区与入口管道连接处的宽度为100mm，与收敛区连接处的宽度为30mm；收敛区与渐变区连接处的宽度为30mm，高度为10mm，收敛区与稳流区连接处的宽度为15mm，高度为5.12mm；稳流区的宽度为15mm，高度为5.12mm。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，入口管道的长度为20mm，渐变区的长度为50mm，收敛区的长度为20mm，稳流区的长度为30mm。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，用于制备厚度大于5cm的HDPE，PP，PET，PBT，PS，PMMA，PLA，PA等发泡制品。
前述的聚合物挤出发泡模具，其中，挤出模头挤出压力为4.83～8.96Mpa，发泡剂采用超临界CO2或正戊烷。
本发明的有益效果在于：
本发明在挤出成型的模头中添加了含有9个毛细管的拉丝模头，并设计了调泡融合型腔，通过对毛细管长径比的设计，使管内的压力和熔融树脂的流动性达到一个均匀值，大幅提升了聚合物熔体压力，适宜熔体粘度较低的聚合物挤出发泡。在本发明的条泡融合型腔中可以一步实现聚合物熔体的发泡、融合、定型冷却，通过对调泡融合型腔的尺寸设计及每一段区域挤出调泡融合温度的设计和控制，可以使聚合物熔体在收敛区获得细密均匀的泡孔结构，聚合物熔体经过最后的稳流区后可以保证在挤出时达到一定的速率，使气泡成核，体积膨胀，聚合物熔体经拉丝模头的上排和下排每个毛细管孔挤出后，低密度聚合物发泡熔体由条状通过发泡胀大及自行粘度的粘结形成板状，最终形成厚度大于5cm的低密度聚合物发泡板材。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是调泡融合型腔侧视的结构示意图；
图4是图3的俯视图；
图5是图3中稳流区的左视图；
图6是本发明实物在图3所示的视图下稳流区的纵剖面示意图；
图7是多孔毛细管模头中孔数和挤出压力的变化关系图；
图8是实施例所用的挤出装置的整体示意图；
图9是本发明实物拍摄图一；
图10是本发明实物拍摄图二。
【附图标记】：
1：挤出模头 2：螺栓 3：安装孔 4：毛细管挤出孔 5：入口管道
6：渐变区 7：收敛区 8：稳流区 9：毛细管 10：进料斗
11：挤出发泡模具
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种聚合物挤出发泡模具，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
一种聚合物挤出发泡模具，包括挤出模头1和与该挤出模头连接的调泡融合模头，所述挤出模头呈圆形，挤出模头上设置有6个螺栓2和6个安装孔3，6个螺栓和6个安装孔均沿挤出模头中间的横向中心线上下对称。挤出模头的中心设有9个毛细管挤出孔4。
所述的调泡融合模头包括设置于其内部型腔中的拉丝模头和调泡融合型腔，从挤出装置的进料斗进来的高压聚合物熔体和物理发泡剂通过挤出装置的机筒后进入挤出发泡模具并在其中的调泡融合型腔中进行发泡、融合、定型冷却。所述的调泡融合型腔分为三段，如图3-图4所示，第一段为入口管道，其型腔的管材是聚四氟乙烯，挤出条泡融合温度为室温；第二段为渐变区，其型腔管材为不锈钢，挤出调泡融合温度采用筒式加热达到180℃；第三段包括收敛区和稳流区，第三段的型腔管材为不锈钢，挤出调泡融合温度采用筒式加热达到250℃；所述的收敛区位于渐变区和稳流区之间，渐变区位于入口管道和收敛区之间。
进一步，如图3-图4所示，第一段入口管道的管材长20mm，宽100mm，高10mm；第二段渐变区管材长50mm，高10mm，宽度逐渐变小，渐变区与入口管道连接处的管材宽为100mm，与收敛区连接处宽为30mm；收敛区管材的宽度和高度均沿第一段到第三段方向的中轴线(即聚合物熔体流动方向)逐渐减小，具体为：收敛区管材长20mm，与渐变区连接处的管材宽度为30mm，高度为10mm，与稳流区连接处的管材宽度为15mm，高度为5.12mm。稳流区管材长30mm，宽15mm，高5.12mm。
所述的拉丝模头设置于稳流区的型腔中，拉丝模头包括9个毛细管，9个毛细管分别与挤出模头中心设置的9个毛细管挤出孔连通，每个毛细管的直径(孔径)为1mm，相邻两个毛细管的间距为2mm，每个毛细管长度和孔径之比为30/1，在这样的长径比和孔数下可以使流速和压力分布均匀化。如图5和图6所示，图6是实物在图3所示的视图下稳流区的纵剖面示意图，可以看到设置于稳流区中的上、下两排毛细管的剖面。
上述聚合物挤出发泡模具可以用来制备厚度大于5cm的HDPE(高密度聚乙烯)，PP(聚丙烯)，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)，PS(聚苯乙烯)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PLA(聚乳酸)，PA(尼龙)等发泡厚板制品，物理发泡剂采用CO2，化学发泡剂用正戊烷。
下面结合本发明的附图具体说明：
将树脂原料和发泡剂依次从挤出装置的进料斗加入挤出机中，树脂与发泡剂混合后先经过挤出机的机筒，形成聚合物熔体，然后进入本发明的挤出发泡模具中，聚合物熔体先进入调泡融合模头的第一段入口管道中，该入口管道长20mm，宽100mm，高10mm，宽度和高度均保持不变，聚合物熔体在该管道中速度保持匀速，之后熔体慢速进入渐变区，由于渐变区的宽度沿第一段到第三段方向的中轴线逐渐减小，由100mm变为30mm，高度和入口管道的高度一致，因此聚合物熔体在渐变区速度持续减小，渐变区管材侧壁与聚合物熔体移动方向之间的夹角决定着速度的大小。夹角越大，流动速度越小，夹角越小，流动速度越大。之后聚合物熔体从渐变区进入收敛区，收敛区宽度持续减小，由30mm变为15mm，收敛区高度也同时减小，由10mm变为5.12mm，在收敛区，若温度过低，含有发泡剂的熔体会混合不均匀，成核少且不均匀，易分散形成大气泡，若温度过高，挤出熔体由于不能承受内部膨胀力而很快崩塌，故收敛区采用筒式加热器升温并控制在至250摄氏度，以获得细密均匀的泡孔结构。
聚合物熔体经过收敛区后进入稳流区，由于稳流区宽度、高度均一致，所以聚合物熔体只有沿中轴线流动方向的速度，没有向管材侧壁的速度分量，聚合物熔体经过稳流区后可以保证在挤出时达到一定的速率，使气泡成核，体积膨胀。
挤出压力也对片材有很大的影响，挤出压力过低，会使发泡剂产生的气体在聚合物熔体中的扩散系数大而溶解度小；而挤出压力增大，气体在聚合物熔体中的溶解度增大，成核数增多，密度减小。图7是多孔毛细管模头中孔数(也就是拉丝模头中毛细管数量)和挤出压力的变化关系图；图7表明多孔毛细管模头中孔数越多(即毛细管数量越多)，挤出压力越小，结合上述挤出压力对片材的影响，本发明的挤出模头挤出压力为700～1300psi，即为4.83～8.96MPa。
本发明采用融合技术的挤出发泡模头，从拉丝模头的9个毛细管中挤出，可进一步在熔体中加入无机颗粒或高粘度聚乙烯，以增加聚合物熔体粘度，使毛细管模头的上排和下排每个孔在挤出后，低密度聚合物发泡熔体由条状通过发泡胀大及自行粘度的粘结形成板状，最终形成厚度大于5cm的板材。
以下以具体实施例对本发明进一步说明：
挤出系统：双螺旋杆挤出机，螺杆直径27mm，螺杆长径比40，螺杆速度25rpm/min。物理发泡剂采用ISCO 500D柱塞泵加压、计量注入挤出机。
实施例1
采用本发明的挤出发泡模具，原料采用HDPE(熔融指数2～3)并加入粘土，粘土占总重量(粘土和HDPE的总重量)的1wt％，HDPE占总重量的99wt％，挤出模头压力为700～900psi(合4.83～6.21MPa)，挤出机头温度为100℃，发泡剂采用超临界CO2，发泡剂用量为2ml/min，泡沫板密度0.14g/cm3。
实施例2
采用本发明的挤出发泡模具，原料采用PET(IV＝0.84)并加入粘土和聚碳酸酯的混合物，粘土占总重量的1wt％，聚碳酸酯占总重量的5wt％，PET占总重量的94wt％，挤出模头压力为900～1100psi(合6.21～7.58MPa)，挤出机头温度为240℃，发泡剂采用超临界CO2，发泡剂用量为2.5ml/min，泡沫板密度为0.25g/cm3。采用微/纳米颗粒作为有效成核剂，大大提高了PET树脂的熔体粘度，减少了二次结晶，大大提高了挤出发泡能力。
实施例3
采用本发明的挤出发泡模具，原料采用均聚PP(牌号T30S，熔融指数3.0)并加入微晶石墨，微晶石墨占总重量的0.5wt％，PP占总重量的99.5wt％，挤出模头压力为900～1100psi(合6.21～7.58MPa)，挤出机头温度为150℃，发泡剂采用正戊烷，发泡剂用量为3ml/min，泡沫板密度为0.15g/cm3。
实施例4
采用本发明的挤出发泡模具，原料采用PET(IV＝0.64)并加入微晶石墨，微晶石墨占总重量的0.2wt％，PET占总重量的99.8wt％，挤出模头压力为900～1100psi(合6.21～7.58MPa)，挤出机头温度为245℃，发泡剂采用超临界CO2，发泡剂用量为3ml/min，泡沫板密度为0.21g/cm3。含有微量石墨的PET树脂因为存在初级结晶，可以提供比商用PET树脂更好的热稳定性和机械强度。
实施例5
采用本发明的挤出发泡模具，原料采用PBT(IV＝1.1)并加入碳纳米管，碳纳米管占总重量的0.5wt％，PBT占总重量的99.5wt％，挤出模头压力为1100～1300psi(合7.58～8.96MPa)，挤出机头温度为245℃，发泡剂采用正戊烷，流动速度为2.5ml/min，泡沫板密度为0.18g/cm3。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种聚合物挤出发泡模具，其特征在于包括挤出模头和与该挤出模头连接的调泡融合模头，所述挤出模头呈圆形，挤出模头上设置有螺栓和安装孔，挤出模头的中心有多个毛细管挤出孔；
所述的调泡融合模头包括设置于其内部型腔中的拉丝模头和调泡融合型腔，所述的调泡融合型腔分为三段，第一段为入口管道，其管材是聚四氟乙烯，挤出条泡融合温度为室温；第二段为渐变区，第三段包括收敛区和稳流区，第二段和第三段的管材均为不锈钢；所述的收敛区位于渐变区和稳流区之间，渐变区位于入口管道和收敛区之间；
入口管道与渐变区的高度相同，收敛区高度沿入口管道到稳流区中心轴线的方向逐渐变小，稳流区高度不变，具体是：入口管道的高度等于渐变区高度，收敛区与渐变区连接处的高度等于渐变区高度，收敛区与稳流区连接处的高度等于稳流区高度，且稳流区高度小于渐变区高度；
入口管道的宽度不变，渐变区和收敛区的宽度均沿入口管道到稳流区中心轴线的方向逐渐减小，稳流区宽度不变，具体是：渐变区与入口管道连接处的宽度等于入口管道的宽度，收敛区与稳流区连接处的宽度等于稳流区的宽度，收敛区与渐变区连接处的宽度大于稳流区宽度且小于入口管道的宽度；
所述的拉丝模头设置于稳流区的型腔中，且稳流区型腔从挤出模头中心穿过，所述的拉丝模头包括多个毛细管，多个毛细管分别与挤出模头中心的多个毛细管挤出孔一一连通。
2.如权利要求1所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于调泡融合型腔的第二段和第三段采用筒式加热控制挤出条泡融合的温度分别为180℃和250℃。
3.如权利要求1所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于拉丝模头包括9个毛细管，9个毛细管分别与挤出模头中心的9个毛细管挤出孔一一连通。
4.如权利要求1所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于每个毛细管的长度和孔径之比为30:1。
5.如权利要求4所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于每个毛细管的直径为1mm，相邻两个毛细管的间距为2mm。
6.如权利要求1所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于入口管道的宽度为100mm，高度为10mm；渐变区的高度为10mm，渐变区与入口管道连接处的宽度为100mm，与收敛区连接处的宽度为30mm；收敛区与渐变区连接处的宽度为30mm，高度为10mm，收敛区与稳流区连接处的宽度为15mm，高度为5.12mm；稳流区的宽度为15mm，高度为5.12mm。
7.如权利要求6所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于入口管道的长度为20mm，渐变区的长度为50mm，收敛区的长度为20mm，稳流区的长度为30mm。
8.如权利要求1所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于用于制备厚度大于5cm的HDPE，PP，PET，PBT，PS，PMMA，PLA，PA发泡制品。
9.如权利要求8所述的聚合物挤出发泡模具，其特征在于挤出模头挤出压力为4.83～8.96Mpa，发泡剂采用超临界CO2或正戊烷。
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Application publication date: 20190125

Assignee: SUZHOU HECHANGYUAN PRECISION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980012726

Denomination of invention: A polymer extrusion foaming die

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20211119

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Application publication date: 20190125

Assignee: Henan Xiaoyu Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980031469

Denomination of invention: A polymer extrusion foaming mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20230116

Application publication date: 20190125

Assignee: Luoyang Chiheng Enterprise Management Consulting Co.,Ltd.

Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980028794

Denomination of invention: A polymer extrusion foaming mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License|Sub-license

Record date: 20230113

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20190125

Assignee: LUOYANG MINGLI SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Assignor: Luoyang Chiheng Enterprise Management Consulting Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980036194

Denomination of invention: A Polymer Extrusion Foam Mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20230606

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Application publication date: 20190125

Assignee: Luoyang Kunyi New Material Technology Co.,Ltd.

Assignor: Luoyang Chiheng Enterprise Management Consulting Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980037724

Denomination of invention: A Polymer Extrusion Foam Mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20230706

Application publication date: 20190125

Assignee: Luoyang Xuli Machinery Equipment Co.,Ltd.

Assignor: Luoyang Chiheng Enterprise Management Consulting Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980037723

Denomination of invention: A Polymer Extrusion Foam Mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20230706

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Application publication date: 20190125

Assignee: Yilv Technology (Luoyang) Co.,Ltd.

Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980054374

Denomination of invention: A polymer extrusion foaming mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20240103

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Application publication date: 20190125

Assignee: Dahan Pharmaceutical (Henan) Co.,Ltd.

Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2024980000585

Denomination of invention: A polymer extrusion foaming mold

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20240112

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