CN109955452A - 一种等规聚丙烯挤出发泡装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种等规聚丙烯挤出发泡装置及工艺，包括依次设置的双螺杆挤出机，双缸气泵，熔体泵，单螺杆挤出机。本发明通过熔体泵和单螺杆挤出机的控温控压，在线增强等规聚丙烯的熔体强度，配合单螺杆挤出机螺杆的结构设计，实现等规聚丙烯的挤出发泡成型。

Description

一种等规聚丙烯挤出发泡装置及工艺

技术领域

本发明属于聚合物加工技术领域，尤其是涉及一种串联螺杆挤出发泡装置及工艺。

背景技术

等规聚丙烯是一种具有线性分子结构特征的通用聚合物，相比较其它聚烯烃类材料如聚乙烯，及其它类型聚合物如聚苯乙烯、聚氯乙烯等，具有较高的热变性温度、无毒、易于回收利用等优点，是一种绿色环保、应用广泛的合成树脂材料。发泡聚合物具有质轻、节能、和较高的抗冲击性能等优点，已被广泛应用于包装、日用品、家电、汽车工业等领域。在常规设备和工艺成型条件下，在熔融状态下挤出发泡成型等规聚丙烯时，由于其熔体强度过低，发泡剂逸散较快，导致泡孔壁过薄、易出现坍塌、合并等制品成型缺陷，很难得到具有均匀泡孔形貌和较好力学性能的产品。当前市售高熔体强度接枝聚丙烯的价格是等规聚丙烯的两倍甚至更高，限制了其大规模使用和工业化应用进程。如何通过合理的设备结构设计和工艺设置，有效提高等规聚丙烯挤出发泡成型时的熔体强度，是改善其泡孔形貌和提高其制品性能的关键。

发明内容

本发明的目的是为了有效提高等规聚丙烯在挤出发泡过程中的熔体强度，改善其物理发泡性能。本发明通过合理的设备结构设计、添加少量α成核剂DMDBS和采用阶梯温控工艺，并利用压力二氧化碳或氮气的塑化效应，有效提高挤出制品的发泡性能，从而大幅降低原料和生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括依次设置的双螺杆挤出机，双缸气泵，熔体泵，单螺杆挤出机。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述熔体泵包括：熔体泵传动系统，熔体泵转子，熔体泵加热系统，熔体泵冷却系统。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述熔体泵冷却系统开设在熔体泵壳体内。所述熔体泵转子为齿轮结构。所述齿轮结构为直齿或斜齿式。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述单螺杆挤出机由于进料段温度设置较低，单螺杆挤出机采用比普通单螺杆更大功率的电机和传动箱，使用ф 45~50mm的单螺杆挤出机时，相比较普通同类挤出机15KW的电机功率，此单螺杆挤出机电机使用30~35KW，并采用特殊的止推轴承。所述熔体泵的传动电机功率为10KW，较常用泵约6KW的功率略大。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述双螺杆挤出机上设有双螺杆挤出机传动系统，加料斗，双螺杆和进气口。所述连接体连接双螺杆挤出机和熔体泵。所述连接体连接熔体泵和单螺杆挤出机。所述单螺杆挤出机上设有单螺杆传动系统，单螺杆，检测视窗和单螺杆挤出机机头。所述阀门通过气体输送管道连接进气口和双缸气泵。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述双螺杆挤出机采用组合式双螺杆。所述单螺杆挤出机采用一体式螺杆。所述的单螺杆挤出机的一体式螺杆结构，不同于普通三段式螺杆，为防止引入的部分熔融熔体结构被过度剪切，采用矩形螺纹结构，该螺杆长径小于或等于20，可采用等距等深或等距不等深螺纹设计，单螺杆的螺槽深度较常规设计略深，螺棱顶端与料筒壁间隙较小，可有效降低漏流量，提高挤出效率。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述的组合式双螺杆公称直径为25~30mm，长径比35~40，在熔融段加设混炼元件4~5组，并在进气口前端2个螺纹处设置止逆元件1~2组。止逆元件的加入防止了漏气现象的产生。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述连接体和连接体Ⅱ分别设置温控元件。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述的双螺杆挤出机设置七段温区。单螺挤出机设置五段温区控制，单螺杆挤出机机头处依据口模形状和制品性能要求，另外设置一处或多处温控区。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述的熔体泵温控范围和精度要求为140~200℃±5℃。所述的连接体Ⅱ温控范围和精度要求为120~200℃±5℃。所述的单螺杆挤出机一区温控范围和精度要求为120~200℃±5℃。所述单螺杆挤出机机头温控范围和精度要求为150~200℃±5℃。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述单螺杆挤出机机采用片材口模、棒材口模、管材口模等。

本发明还提供一种等规聚丙烯挤出发泡工艺，首先将原料混合均匀加入喂料系统，同时由进气口通入气体。原料通过喂料系统进入双螺杆挤出机加热段熔融后与通入的气体混合，之后通过连接体Ⅰ进入熔体泵降温，再通过连接体进入单螺杆挤出机进料段，使熔体部分结晶，进一步调温调压后使熔体强度提高，最后由单螺杆挤出机机头挤出发泡。

进一步作为本发明工艺的改进，所述单螺杆挤出机进料段温度需低于原料起始结晶温度2℃~10℃。这是因为在本发明所述工作压力范围内，压力气体造成的塑化效应使原料的结晶温度向低温移动约3℃~8℃，所以上述温度设置能提供产生部分熔融晶体结构所需的过冷度，使熔体增强。

进一步作为本发明工艺的改进，所述熔体泵温度设置需低于连接体Ⅰ高于连接体和单螺杆挤出机进料段温度。在此段设置熔体泵，能起到进一步混合气体和熔体的作用，使之形成均相体系，同时对熔体预降温，保证在后续的单螺杆挤出机进料段实现熔体增强。

进一步作为本发明工艺的改进，所述原料为等规聚丙烯或加入少量α成核剂DMDBS的等规聚丙烯。所述的α成核剂DMDBS含量为0.08~2.0%。

进一步作为本发明工艺的改进，所述的气体为压力二氧化碳或氮气。

本发明具有以下积极有益效果：

本发明所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置及工艺，其装置通过阶梯温度控制，在双螺杆挤出机区域实现原料和气体充分混合均匀，在熔体泵内进一步混合均匀，并在阶单螺杆挤出机内得到增强的熔体结构，自单螺杆挤出机机头处挤出，实现了低熔体强度等规聚丙烯的挤出发泡成型。

本发明所述的单螺杆挤出机的一体式螺杆结构，不同于普通三段式螺杆，为防止引入的部分熔融熔体结构被过度剪切，采用矩形螺纹结构，该螺杆长径比较小，单螺杆的螺槽深度较常规设计略深，螺棱顶端与料筒壁间隙较小，可有效降低漏流量，提高挤出效率。

本发明所述的单螺杆挤出机进料段上方开设观察孔，敷设透明的检测视窗，以便及时监测操作和熔体状态。

本发明所述熔体泵采用的齿轮结构可提高熔体和气体混合的均匀性，并对熔体进行预降温，保证其正常输运。所述的熔体泵冷却管道设置在壳体处，采用夹套式设计形式，以提高冷却效率。

本发明所用原料为等规聚丙烯及少量α成核剂DMDBS，物理发泡剂选用压力二氧化碳或氮气。原料可二次回收利用，大大降低了生产成本，同时发泡方法绿色环保。

附图说明

图1为本发明所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置的结构示意图；

图2为本发明所述的熔体泵主视图；

图3为本发明所述的熔体泵左视图；

图4为本发明所述的单螺杆主视图；

图5为本发明所述的单螺杆左视图；

图中符号表示的意义为：1—双螺杆挤出机传动系统，2—加料斗，3—双螺杆挤出机，4—双螺杆，5—进气口，6—阀门，7—双缸气泵，8—连接体Ⅰ，9—熔体泵传动系统，10—熔体泵，11—连接体Ⅱ，12—单螺杆挤出机传动系统，13—检测视窗，14—单螺杆挤出机，15—单螺杆，16—单螺杆挤出机机头，17—熔体泵转子，18—熔体泵加热系统，19—熔体泵冷却系统。

具体实施方式

实施例1

参照图1，图2，图3，图4，图5所示，包括依次设置的双螺杆挤出机3，双缸气泵7，熔体泵10，单螺杆挤出机14。

所述熔体泵10包括：熔体泵传动系统9，熔体泵转子17，熔体泵加热系统18，熔体泵冷却系统19。所述熔体泵冷却系统19，其内部设置冷却管道（图中未示出）。

所述熔体泵冷却系统19开设在熔体泵壳体内。所述熔体泵转子17为齿轮结构。所述齿轮结构为直齿式。

所述单螺杆挤出机14采用ф 45mm的单螺杆15，所述单螺杆挤出机传动系统12的传动电机功率为30KW，并采用止推轴承。所述熔体泵传动系统9的电机功率为10KW。

所述双螺杆挤出机3上设有双螺杆挤出机传动系统1，加料斗2，双螺杆4和进气口5。所述连接体8连接双螺杆挤出机3和熔体泵10。所述连接体11连接熔体泵10和单螺杆挤出机14。所述单螺杆挤出机14上设有单螺杆传动系统12，单螺杆15，检测视窗13和单螺杆挤出机机头16。所述阀门6通过气体输送管道连接进气口5和双缸气泵7。

所述双螺杆挤出机3采用组合式双螺杆。所述单螺杆挤出机14采用一体式螺杆，采用矩形螺纹结构，螺杆长径小于或等于20，采用等距等深或等距不等深螺纹设计。

所述的组合式双螺杆公称直径范围为25mm，长径比35，在熔融段加设混炼元件5组，并在进气口前端1个螺纹处设置止逆元件1组。

所述连接体8和连接体11分别设置温控元件。

所述的双螺杆挤出机3设置七段温区。单螺挤出机14设置五段温区控制，单螺杆挤出机机头16处另外设置一处温控区。

所述的熔体泵10温控范围和精度要求为140~200℃±5℃。所述的连接体11温控范围和精度要求为120~200℃±5℃。所述的单螺杆挤出机14一区温控范围和精度要求为120~200℃±5℃。所述单螺杆挤出机机头16温控范围和精度要求为150~200℃±5℃。

所述单螺杆挤出机机头16为片材口模。

在工作时，将等规聚丙烯99.5%，成核剂DMDBS0.5%，用高速混合机混合3分钟，打开双缸气泵7及阀门6，将原料加入加料斗2，通过双螺杆挤出机3、连接体Ⅰ8、熔体泵10、连接体Ⅱ11、单螺杆挤出机14后，经单螺杆挤出机机头16挤出。

所述双螺杆挤出机3工艺温度：一区160℃，二区175℃，三区180℃，四区190℃，五区190℃，六区185℃，七区180℃。所述连接体Ⅰ8工艺温度：165℃。所述熔体泵10工艺温度：150℃。所述连接体Ⅱ11工艺温度：140℃。所述单螺杆挤出机14工艺温度：一区130℃，二区140℃，三区150℃，四区160℃，五区165℃。所述单螺杆挤出机机头16工艺温度：168℃。所述双缸气泵7进气量9ml/min。

实施例2

实施例 2 与实施例 1 相同的部分具有相同的功能，为了简便起见不再重述。

实施例 2 与实施例 1 不同之处在于其配方和工艺不同：在工作时，将等规聚丙烯99.0%，成核剂DMDBS1.0%，用高速混合机混合5分钟，打开双缸气泵7及阀门6，将原料加入加料斗2，通过双螺杆挤出机3、连接体Ⅰ8、熔体泵10、连接体Ⅱ11、单螺杆挤出机14后，经单螺杆挤出机机头16挤出。

所述双螺杆挤出机3工艺温度：一区160℃，二区175℃，三区180℃，四区190℃，五区190℃，六区185℃，七区180℃。所述连接体Ⅰ8工艺温度：165℃。所述熔体泵10工艺温度：155℃。所述连接体Ⅱ11工艺温度：145℃。所述单螺杆挤出机14工艺温度：一区135℃，二区145℃，三区150℃，四区160℃，五区165℃。所述单螺杆挤出机机头16工艺温度：168℃。所述双缸气泵7进气量12ml/min。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (16)

1.一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：包括依次设置的双螺杆挤出机，双缸气泵，熔体泵，单螺杆挤出机。

2.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述熔体泵包括：熔体泵传动系统，熔体泵转子，熔体泵加热系统，熔体泵冷却系统。

3.根据权利要求2所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述熔体泵冷却系统开设在熔体泵壳体内，所述熔体泵转子为齿轮结构，所述齿轮结构为直齿或斜齿式。

4.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述单螺杆挤出机采用ф 45~50mm的单螺杆，所述单螺杆挤出机传动系统的传动电机功率为30~35KW，所述熔体泵的传动电机功率为10KW。

5.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述双螺杆挤出机上设有双螺杆挤出机传动系统，加料斗，双螺杆和进气口，所述连接体连接双螺杆挤出机和熔体泵，所述连接体连接熔体泵和单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机上设有单螺杆传动系统，单螺杆，检测视窗和单螺杆挤出机机头，所述阀门通过气体输送管道连接进气口和双缸气泵。

6.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述双螺杆挤出机采用组合式双螺杆，所述单螺杆挤出机采用一体式螺杆，采用矩形螺纹结构，螺杆长径小于或等于20，采用等距等深或等距不等深螺纹设计。

7.根据权利要求5所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述的组合式双螺杆公称直径为25~30mm，长径比35~40，在熔融段加设混炼元件4~5组，并在进气口前端2个螺纹处设置止逆元件1~2组。

8.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述连接体和连接体Ⅱ分别设置温控元件。

9.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述的双螺杆挤出机设置七段温区，单螺挤出机设置五段温区控制，单螺杆挤出机机头处另外设置一处或多处温控区。

10.根据权利要求1任意一项所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述的熔体泵温控范围和精度要求为140~200℃±5℃，所述的连接体Ⅱ温控范围和精度要求为120~200℃±5℃，所述的单螺杆挤出机的一区温控范围和精度要求为120~200℃±5℃，所述单螺杆挤出机机头温控范围和精度要求为150~200℃±5℃。

11.根据权利要求1所述的一种等规聚丙烯挤出发泡装置，其特征在于：所述单螺杆挤出机机头采用片材口模、棒材口模、管材口模等。

12.一种等规聚丙烯挤出发泡工艺，适用于权利要求1~11任意一项所述的装置，其特征在于：首先将原料混合均匀加入喂料系统，同时由进气口通入气体，原料通过喂料系统进入双螺杆挤出机加热段熔融后与通入的气体混合，之后通过连接体Ⅰ进入熔体泵降温，再通过连接体进入单螺杆挤出机进料段，使熔体部分结晶，进一步调温调压后使熔体强度提高，最后由单螺杆挤出机机头挤出发泡。

13.根据权利要求12所述的一种等规聚丙烯挤出发泡工艺，其特征在于：所述单螺杆挤出机进料段温度需低于原料起始结晶温度2℃~10℃。

14.根据权利要求12所述的一种等规聚丙烯挤出发泡工艺，其特征在于：所述熔体泵温度设置需低于连接体Ⅰ，高于连接体和单螺杆挤出机一区温度。

15.根据权利要求12所述的一种等规聚丙烯挤出发泡工艺，其特征在于：所述原料为等规聚丙烯或加入少量α成核剂DMDBS的等规聚丙烯，所述的α成核剂DMDBS含量为0.08~2.0%。

16.根据权利要求12所述的一种等规聚丙烯挤出发泡工艺，其特征在于：所述的气体为压力二氧化碳或氮气。