CN109955493A - 一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，该装置包括喂料系统，双螺杆挤出机，进气阀，压力气泵，连接体Ⅰ，动态混炼器，连接体Ⅱ，熔体泵，连接体Ⅲ，单螺杆挤出机，直角机头和吹塑模具。所述喂料系统设置在双螺杆挤出机进料段，所述进气阀通过气体输送管与压力气泵和双螺杆挤出机熔融段相连，所述连接体Ⅰ连接双螺杆挤出机和动态混炼器，所述连接体Ⅱ连接动态混炼器和熔体泵，所述连接体Ⅲ连接熔体泵和单螺杆挤出机，所述直角机头设置在单螺杆挤出机出料端，所述吹塑模具设置在直角机头下方。该装置适用于热塑性聚合物，结合挤出吹塑和挤出发泡成型工艺，利用超临界流体实现了挤出吹塑发泡制品的生产，具有结构简单、降低成本、绿色环保、操控方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物挤出吹塑发泡成型装置及工艺，特别的涉及一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置及其工艺。
背景技术
挤出吹塑是一种常用的聚合物成型方法，被广泛应用于日用品、洗化、饮料包装、工业储运等领域。挤出吹塑就是将热塑性聚合物经过挤出机由机头连续挤出制得聚合物型坯，之后在吹塑模具中吹胀成型的一种成型方法。与注塑成型相比，其设备造价较低、适应性较强、可成型性能好、可成型具有复杂起伏曲线的制品。
但是传统的挤出吹塑存在产品易变形，耗料较多，抗冲击性能差等缺点。与传统的挤出吹塑相比，挤出吹塑发泡成型可以有效的解决此类问题，且产品具有较好的力学性能如缺口冲击强度、韧性、比强度，另外抗疲劳寿命也会有大幅提高，而且可根据挤出吹塑发泡材料和制品结构的不同，生产形状和功能各异的中空发泡制品。
挤出吹塑发泡成型可采用在聚合物原料中添加化学发泡母料的办法，但可能会造成材料中有残留物，加工过程中污染环境等潜在问题。超临界CO2或N2作为物理发泡剂，具有价格低廉，安全无污染等优点，已经被广泛应用于挤出吹塑或注塑吹塑成型生产过程中。
发明内容
本发明针对现有生产技术的不足，结合挤出吹塑发泡制品的潜在市场优势，使用超临界CO2或N2作发泡剂，通过合理的结构设计和工艺调节，综合挤出吹塑和挤出发泡成型技术的优势进行一体化生产，具有降低吹塑制品重量，提高吹塑制品冲击强度等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括喂料系统，双螺杆挤出机，进气阀，压力气泵，连接体Ⅰ，动态混炼器，连接体Ⅱ，熔体泵，连接体Ⅲ，单螺杆挤出机，直角机头和吹塑模具。所述喂料系统设置在双螺杆挤出机进料段，所述进气阀通过气体输送管与压力气泵和双螺杆挤出机熔融段相连，所述连接体Ⅰ连接双螺杆挤出机和动态混炼器，所述连接体Ⅱ连接动态混炼器和熔体泵，所述连接体Ⅲ连接熔体泵和单螺杆挤出机，所述直角机头设置在单螺杆挤出机出料端，所述吹塑模具设置在直角机头下方。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述吹塑模具包括模具型腔、模具主体、冷却系统、切口部分、排气孔槽、导向部分，加热系统和空气压缩系统。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述加热系统为移动式环形红外线加热器。所述移动式环形红外线加热器包括发光管，反射膜，温度调节系统和导轨。实现型坯的精确温控，满足工艺要求，防止型坯在挤出过程中发泡过快，提高吹塑发泡制品的质量。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述冷却系统开设冷却水道，所述冷却水道孔径为10~25mm，孔间距为30~100mm。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述直角机头为螺旋形侧向进料式直角机头。机头芯棒在熔体的入口部位设计成螺旋形，既可以进一步混合均相体系，又起到稳压作用。
进一步作为本发明技术方案的改进，根据制品大小和形状及生产量的要求，所述吹塑模具采用往复式两付模具或转盘式多付模具成型。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述双螺杆挤出机共设置六段温控区，温度控制范围：一区150~180℃，二区180~210℃，三区180~210℃，四区180~210℃，五区170~190℃，六区160~185℃。所述连接体Ⅰ的温控范围150~220℃。所述动态混炼器的温控范围为110~210℃。所述连接体Ⅱ的温控范围为110~220℃。所述熔体泵的温控范围为110~210℃。所述连接体Ⅲ的温控范围为110~220℃。所述单螺杆挤出机共设置四段温控区，温度控制范围：一区135~190℃，二区145~200℃，三区150~200℃，四区150~200℃。所述直角机头温度控制范围为130~210℃。所述压力气泵进气量为5~30ml/min。
进一步作为本发明技术方案的改进，首先将原料加入喂料系统，原料通过喂料系统进入双螺杆挤出机熔融段熔融，并与通过压力气泵和进气阀输运的超临界流体混合，初步形成均相体系，之后进入动态混炼器进一步混合，使超临界流体和聚合物熔融体充分混合均匀，接着进入熔体泵初步控温调节压力，再进入单螺杆挤出机进一步控温调节压力，使得熔体到达直角机头部分时，具有满足后续吹塑和发泡要求的聚合物熔体强度，再通过直角机头挤出管状型坯，移动式环形红外线加热器调节管状型坯温度，防止管状型坯提前过度发泡，最后在吹塑模具里吹胀，发泡后定型得到具有芯部发泡的中空制品。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述直角机头温度设定在聚合物的高弹态范围内，对于半结晶型聚合物略低于其名义熔点，以提高聚合物吹胀和发泡时所需的双向拉伸强度。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述超临界流体为压力CO2或N2。
本发明具有以下积极有益效果
本发明采用超临界流体CO2或N2作为物理发泡剂，相较于传统的挤出吹塑发泡成型装置所用的化学发泡剂，无残留物，不燃不爆、无毒、不腐蚀设备、绿色环保及价廉等优点。
本发明采用移动式环形红外线加热器，可以实现对管状型坯温度的精确控制，有效避免了聚合物从直角机头挤出过程中提前发泡、温度过低难以发泡等潜在问题。
本发明将聚合物挤出吹塑与挤出发泡成型工艺集于一体，提高了生产效率。所得制品重量减轻，保温效果明显，冲击性能优异，并可减少变形、凹陷、薄厚不均等表面质量缺陷，提高制品的尺寸稳定性。
附图说明
图1为本发明所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置结构示意图；
图2为本发明所述的直角机头示意图；
图3为本发明所述的吹塑模具俯视图；
图4为本发明所述的挤出吹塑发泡成型之挤出型坯示意图；
图5为本发明所述的挤出吹塑发泡成型之型坯的夹持和模具的闭合示意图；
图6为本发明所述的挤出吹塑发泡成型之吹胀型坯和冷却型坯示意图；
图7为本发明所述的挤出吹塑发泡成型之开模取出制品示意图；
图中符号表示的意义为：1—喂料系统，2—双螺杆挤出机，3—进气阀，4—压力气泵，5—连接体Ⅰ，6—动态混炼器，7—连接体Ⅱ，8—熔体泵，9—连接体Ⅲ，10—单螺杆挤出机，11—直角机头，12—吹塑模具，13—挤出机接头，14—机头外部，15—芯棒，16—口模，17—调节螺栓，18—芯模，19—模具主体，20—模具型腔，21—移动式环形红外线加热器。
具体实施方式
实施例1
参照图1~图7所示，一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其装置包括喂料系统1，双螺杆挤出机2，进气阀3，压力气泵4，连接体Ⅰ5，动态混炼器6，连接体Ⅱ7，熔体泵8，连接体Ⅲ9，单螺杆挤出机10，直角机头11和吹塑模具12。所述喂料系统1设置在双螺杆挤出机2进料段，所述进气阀3通过气体输送管与压力气泵4和双螺杆挤出机2熔融段相连，所述连接体Ⅰ5连接双螺杆挤出机2和动态混炼器6，所述连接体Ⅱ7连接动态混炼器6和熔体泵8，所述连接体Ⅲ9连接熔体泵8和单螺杆挤出机10，所述直角机头11设置在单螺杆挤出机10出料端，所述吹塑模具12设置在直角机头11下方。
所述吹塑模具12包括模具型腔20、模具主体19、冷却系统、切口部分、排气孔、导向部分，加热系统和空气压缩系统。
所述加热系统为移动式环形红外线加热器21。所述移动式环形红外线加热器21包括发光管，反射膜，温度调节系统和导轨。所述发光管设置5个。
所述冷却系统开设冷却水道，所述冷却水道孔径为20mm，孔间距为80mm。
所述直角机头为螺旋形侧向进料式直角机头11。
所述吹塑模具12采用往复式两付模具成型。
所述聚合物选用高熔体强度聚丙烯。
所述双螺杆挤出机2共设置六段温控区，工艺温度：一区160℃，二区165℃，三区170℃，四区180℃，五区185℃，六区180℃。所述连接体Ⅰ5的工艺温度160℃。所述动态混炼器6的工艺温度为170℃。所述连接体Ⅱ7的工艺温度为175℃。所述熔体泵8的工艺温度为170℃。所述连接体Ⅲ9的工艺温度为170℃。所述单螺杆挤出机10共设置四段温控区，工艺温度：一区170℃，二区165℃，三区160℃，四区160℃。所述直角机头11工艺温度为160℃。所述压力气泵4进气量为9ml/min。
在工作时，首先将所述高熔体强度聚丙烯加入喂料系统1，通过喂料系统1进入双螺杆挤出机2熔融段熔融，并与通过压力气泵4和进气阀3输运的超临界流体混合，之后进入动态混炼器6进一步混合，接着进入熔体泵8初步控温调节压力，再进入单螺杆挤出机10进一步控温调节压力，再通过直角机头11挤出管状型坯，移动式环形红外线加热器21加热管状型坯，再之后模具主体19合模，同时移动式环形红外线加热器21通过导轨移动至模具主体外部两侧，最后通入压缩空气，发泡定型后开模取出具有芯部发泡的中空制品。
所述超临界流体为压力CO2。
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 不同之处在于其所述聚合物和工艺的不同。
所述聚合物选用重量比为80%的等规聚丙烯和20%的高熔体强度聚丙烯混合物。
所述双螺杆挤出机2共设置六段温控区，工艺温度：一区155℃，二区160℃，三区170℃，四区175℃，五区185℃，六区185℃。所述连接体Ⅰ5的工艺温度180℃。所述动态混炼器6的工艺温度为175℃。所述连接体Ⅱ7的工艺温度为170℃。所述熔体泵8的工艺温度为165℃。所述连接体Ⅲ9的工艺温度为165℃。所述单螺杆挤出机10共设置四段温控区，工艺温度：一区165℃，二区165℃，三区160℃，四区160℃。所述直角机头11工艺温度为160℃。所述压力气泵4进气量为15ml/min。
在工作时，首先将等规聚丙烯和高熔体强度聚丙烯混合物加入喂料系统1，通过喂料系统1进入双螺杆挤出机2熔融段熔融，并与通过压力气泵4和进气阀3输运的超临界流体混合，之后进入动态混炼器6进一步混合，接着进入熔体泵8初步控温调节压力，再进入单螺杆挤出机10进一步控温调节压力，再通过直角机头11挤出管状型坯，移动式环形红外线加热器21加热管状型坯，再之后模具主体19合模，同时移动式环形红外线加热器21通过导轨移动至模具主体外部两侧，最后通入压缩空气，发泡定型后开模取出具有芯部发泡的中空制品。
所述超临界流体为压力CO2。
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 (10)
1.一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：包括喂料系统，双螺杆挤出机，进气阀，压力气泵，连接体Ⅰ，动态混炼器，连接体Ⅱ，熔体泵，连接体Ⅲ，单螺杆挤出机，直角机头和吹塑模具，所述喂料系统设置在双螺杆挤出机进料段，所述进气阀通过气体输送管与压力气泵和双螺杆挤出机熔融段相连，所述连接体Ⅰ连接双螺杆挤出机和动态混炼器，所述连接体Ⅱ连接动态混炼器和熔体泵，所述连接体Ⅲ连接熔体泵和单螺杆挤出机，所述直角机头设置在单螺杆挤出机出料端，所述吹塑模具设置在直角机头下方。
2.根据权利要求1所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：所述吹塑模具包括模具型腔，模具主体，冷却系统，切口部分，排气孔，导向部分，加热系统和空气压缩系统。
3.根据权利要求2所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：所述加热系统为移动式环形红外线加热器，所述移动式环形红外线加热器包括发光管，反射膜，温度调节系统和导轨。
4.根据权利要求2所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：所述冷却系统开设冷却水道，所述冷却水道孔径为10~25mm，孔间距为30~100mm。
5.根据权利要求1所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：所述直角机头为螺旋形侧向进料式直角机头。
6.根据权利要求1所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：所述吹塑模具采用往复式两付模具或转盘式多付模具成型。
7.根据权利要求1所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型装置，其特征在于：所述双螺杆挤出机共设置六段温控区，温度控制范围为一区150~180℃，二区180~210℃，三区180~210℃，四区180~210℃，五区170~190℃，六区160~185℃，所述连接体Ⅰ的温控范围150~220℃，所述动态混炼器的温控范围为110~210℃，所述连接体Ⅱ的温控范围为110~220℃，所述熔体泵的温控范围为110~210℃，所述连接体Ⅲ的温控范围为110~220℃，所述单螺杆挤出机共设置四段温控区，温度控制范围为一区135~190℃，二区145~200℃，三区150~200℃，四区150~200℃，所述直角机头温度控制范围为130~210℃，所述压力气泵进气量为5~30ml/min。
8.一种超临界流体挤出吹塑发泡成型工艺，适用于权利要求1~7任意一项所述的装置，其特征在于：首先将原料加入喂料系统，原料通过喂料系统进入双螺杆挤出机熔融段熔融，并与通过压力气泵和进气阀输运的超临界流体混合，之后进入动态混炼器进一步混合，接着进入熔体泵初步控温调节压力，再进入单螺杆挤出机进一步控温调节压力，然后通过直角机头挤出管状型坯，使用移动式环形红外线加热器调节管状型坯温度，最后在吹塑模具里吹胀型坯，发泡后定型得到具有芯部发泡的中空制品。
9.根据权利要求8所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型工艺，其特征在于：所述直角机头温度设定在聚合物的高弹态范围内。
10.根据权利要求8所述的一种超临界流体挤出吹塑发泡成型工艺，其特征在于：所述超临界流体为压力CO2或N2。
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2019
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