CN113977844B - 一种微发泡注塑机的注气装置 - Google Patents

Abstract

一种微发泡注塑机的注气装置，包括气源、注气控制装置、储料筒和中空螺杆，中空螺杆可转动地设置在储料筒内部，储料筒上设置有进料口，中空螺杆内部设置有气腔，气腔内设置有注气筒，气源、注气控制装置和注气筒依次通过管道连通，注气筒侧壁上设置有连通气腔和注气筒的注气孔，注气孔上设置有压力塞阀，中空螺杆侧壁上设置有若干连通气腔和储料筒的气孔；本发明通过在中空螺杆内部设置注气筒，且在注气筒上设置压力塞阀，通过自调节机构根据注气筒的内外压力差调整压力塞阀的开口大小，避免因为注气时因为存在高压气体产生气涌现象和注气量过大造成制品的大泡孔问题，提高塑料制品发泡效果。

Description

一种微发泡注塑机的注气装置

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，尤其涉及一种微发泡注塑机的注气装置。

背景技术

目前，发泡技术的应用越来越广。一般情况下，在注塑或者挤出发泡过程中，通常会在螺杆均化段前端的注气口注入超临界流体，使其与挤出机或者注塑机料筒内的熔体均匀混合，然后在螺杆强烈混合作用下形成气体/聚合物均相体系，均相体系在通过挤出机机头时，会产生很大的压力降及压力降速率，造成体系极大的热力学不稳定性，从而引发气泡成核，完成挤出发泡过程。然而气体/聚合物均相体系的形成必须在数分钟甚至几十秒内完成，加速气体/聚合物均相体系的形成就显得尤为重要。

微发泡注塑时，塑化过程中机筒内熔体的压力会出现一定程度的波动，所以现有的微发泡注塑的注气装置为了保证注气过程能够顺利进行，注气装置内气体的压力与熔体的压力需要保持一定的差值，差值设置过低时，可能会因为熔体压力波动反超气体压力而不能正常注气，但是差值设置稍有提高时，则会出现有大量气体在气体注射器打开瞬间快速涌入机筒的现象，这种现象被称为气涌，气涌现象的存在会使注气过程不均匀并导致最终的制品出现问题。气涌现象会使注气开始时注入到高聚物熔体内的气体过量，中空螺杆的剪切作用很难使其混合均匀，因此部分气体会以气泡的形式存在于单相熔体中，最终会破坏制品的力学结构，极端情况下会导致制品炸裂，使得整个制品报废，同时过量气体的存在会使局部气体浓度过高，导致注塑机机筒内的高聚物熔体粘度出现变化，这会给生产稳定性和制品质量带来问题。气涌现象产生的主要原因是注气装置在结构上存在一部分空间可以存储高压气体，在开始气体注射时，该空间内的高压气体不受限流作用因而会快速释放，现有技术中通过改进硬件结构来缩小该空间体积，但无法完全消除该部分空间，所以并不能达到完全消除气涌现象的目的。

申请号为201810628636.9的中国发明专利公开了一种微分注气结构和方法，将超临界流体注入分流环，通过分流环上的进气孔与机筒内的熔融塑料充分接触并混合，能够在短时间内形成气体/聚合物均相体系，但是该结构在机筒和分流环之间形成的储气室仍存在少量气体，在打注气瞬间依旧会产生气涌现象，对制品产生影响。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够解决间歇性注气时产生的气涌问题，同时在短时间使超临界流体与熔融塑料均匀混合形成单相溶体的微发泡注塑机的注气装置。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种微发泡注塑机的注气装置，包括气源、注气控制装置、储料筒和中空螺杆，所述中空螺杆可转动地设置在所述储料筒内部，所述储料筒上设置有进料口，其特征在于，所述中空螺杆内部设置有气腔，所述气腔内设置有注气筒，所述气源、所述注气控制装置和所述注气筒依次通过管道连通，所述注气筒侧壁上设置有连通所述气腔和所述注气筒的注气孔，所述注气孔上设置有压力塞阀，所述中空螺杆侧壁上设置有若干连通所述气腔和所述储料筒的气孔。

进一步的，所述注气筒内设置有控制所述压力塞阀打开或闭合的自调节机构，所述自调节机构包括弹性膜片、传动杆、传动轮和连杆，所述弹性膜片密封连接于所述注气筒侧壁或端面上，所述传动杆与所述弹性膜片固定连接，所述传动轮与所述传动杆之间啮合传动连接，所述连杆固定连接于所述传动轮和所述压力塞阀之间。

进一步的，所述注气控制装置与所述注气筒顶部端面管道连通，所述注气孔设置于所述注气筒中段的侧壁上，所述弹性膜片密封连接于所述注气筒底部端面上。

进一步的，所述中空螺杆的气腔与所述注气筒之间设置有密封圈，所述密封圈套设于所述注气筒的注气孔至顶部端面之间的外侧壁上。

进一步的，所述注气孔包括第一注气孔和第二注气孔，所述第一注气孔和第二注气孔呈对称的设置于所述注气筒侧壁上，所述第一注气孔和第二注气孔内对应的设置有第一压力塞阀和第二压力塞阀。

进一步的，所述连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一压力塞阀通过所述第一连杆和所述第二连杆与所述传动轮连接，所述第二压力塞阀通过所述第三连杆和所述第四连杆与所述传动轮连接。

进一步的，所述第一连杆和所述第二连杆之间设为铰接连接，所述第三连杆和所述第四连杆之间设为铰接连接，所述第一连杆和所述第一压力塞阀固定连接，所述第四连杆和所述第二压力塞阀固定连接，所述第二连杆、所述第三连杆和所述传动轮之间均设为铰接连接。

进一步的，所述自调节机构还包括固定板，所述固定板设置于所述第一连杆和所述第四连杆之间，所述固定板一侧设有凹槽，所述第一连杆和所述第四连杆上设有与所述凹槽配合的凸块。进一步的，所述传动轮的轮周上设有轮齿部，所述传动杆上设有齿条部，所述轮齿部与所述齿条部形成啮合连接。

进一步的，所述压力塞阀包括塞头和塞帽，所述塞头整体呈锥台状，所述压力塞阀的整体高度大于所述注气筒和所述中空螺杆之间的间隙高度，所述压力塞阀的塞帽高度小于所述注气筒和所述中空螺杆之间的间隙高度。

有益效果

通过在中空螺杆内部设置注气筒，且在注气筒上设置压力塞阀，通过自调节机构根据注气筒的内外压力差调整压力塞阀的开口大小，避免因为注气时因为存在高压气体产生气涌现象和注气量过大造成制品的大泡孔问题，提高塑料制品发泡效果。

在螺杆转动过程中，超临界流体从注气筒上的压力塞阀流出，通过中空螺杆表面的多个气孔与储料筒内的熔融塑料充分接触后，在中空螺杆的剪切和高温高压作用下，快速地混合形成均匀的单相熔体。

附图说明

图1是本发明注气装置的剖面示意图；

图2是图1注气装置的中空螺杆的第一实施方式的剖面示意图；

图3是图1注气装置的自调节结构的一个局部放大示意图；

图4是图3自调节机构的另一个局部放大示意图；

图5是图2中空螺杆的第二实施方式的剖面示意图。

其中，附图标记为：

1、气源；2、注气控制装置；3、减速机；4、进料口；5、储料筒；6、注气筒；7、气孔；8、中空螺杆；9、密封圈；10、自调节机构；11、传动杆；12、传动轮；13、第一连杆；14、第二连杆；15、第三连杆；16、第四连杆；17、固定板；18、弹性膜片；19、弧形板；20、第一压力塞阀；21、第二压力塞阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例，下面结合附图描述本发明的实施例。

如图1所示，一种微发泡注塑机的注气装置，包括气源1、注气控制装置2、储料筒5和中空螺杆8，中空螺杆8可转动的安装在储料筒5内部，中空螺杆8的一端穿出储料筒5并连接一驱动该中空螺杆8转动的减速机3，减速机3驱动中空螺杆8在储料筒5内部旋转；储料筒5上设置有进料口4，进料口4位于储料筒5的前端，进料口4用于向储料筒5中添加固体聚合物，中空螺杆8旋转将储料筒5中的固体聚合物融化为熔体；气源1、注气控制装置2和注气筒6通过管道连接，气源1通常使用气体钢瓶，压力随钢瓶内气体含量降低而降低，为了能够稳定的给系统供气，通常将瓶内气压降低至2Mpa再接入注气控制装置2，注气控制装置2设为高压计量泵，高压计量泵能够将气源1中的氮气或二氧化碳在一定压力条件下形成超临界流体并间歇性注入到注气筒6中。

如图2所示，中空螺杆8内部设置有气腔，气腔内设置有注气筒6，注气筒6的侧壁上设置有两个呈对称设置的第一注气孔和第二注气孔，第一注气孔和第二注气孔上分别设置有第一压力塞阀20和第二压力塞阀21，中空螺杆8的侧壁上设置有连通气腔和储料筒5的气孔7，注气筒6内部设置有控制第一压力塞阀20和第二压力塞阀21打开或闭合的自调节机构10；中空螺杆8的气腔与注气筒6之间设置有密封圈9，密封圈9套设于注气筒6的注气孔至顶部端面之间的外侧壁上；密封圈9能够在注气筒6至储料筒5之间形成封闭的空间，防止注气过程中气体泄露；压力塞阀包括塞头和塞帽，塞头整体呈锥台状，压力塞阀的整体高度大于注气筒6和中空螺杆8之间的间隙高度，压力塞阀的塞帽高度小于注气筒6和中空螺杆8之间的间隙高度，这样的设置可以保证压力塞阀在注气筒6和中空螺杆8之间的间隙内运动且不会因为意外故障使压力塞阀掉入中空螺杆8的气腔内。

如图3和图4所示，自调节机构10包括弹性膜片18、传动杆11、传动轮12和连杆，弹性膜片18密封连接于注气筒6侧壁或端面上，传动杆11与弹性膜片18固定连接，传动轮12与传动杆11之间啮合传动连接，传动轮12的轮周上设有轮齿部，传动杆11上齿条部，轮齿部与齿条部形成啮合连接，连杆固定连接于传动轮12和压力塞阀之间；连杆包括第一连杆13、第二连杆14、第三连杆15和第四连杆16，第一压力塞阀20通过第一连杆13和第二连杆14与传动轮12连接，第二压力塞阀21通过第三连杆15和第四连杆16与传动轮12连接；第一连杆13和第二连杆14之间设为铰接连接，第三连杆15和第四连杆16之间设为铰接连接，第一连杆13和第一压力塞阀20之间固定连接，第一连杆13的一端与第一压力塞阀20的底面(塞入注气筒6的一侧面设为底面)固定连接，第四连杆16和第二压力塞阀21固定连接，第二连杆14、第三连杆15和传动轮12之间均设为铰接；注气控制装置2与注气筒6顶部端面管道连通，注气孔设置于注气筒6中段的侧壁上，弹性膜片18密封连接于注气筒6的底部端面上；在注气过程中，注气筒6内部气压增大，位于注气筒6底部端面且与注气筒6密封连接的弹性膜片18向注气筒6的外侧发生形变，弹性膜片18带动传动杆11向图示的右侧移动，传动杆11通过与传动轮12的啮合连接带动传动轮12转动，传动轮12转动时带动第一连杆13、第二连杆14、第三连杆15和第四连杆16运动，通过各连杆的相互作用，顶起第一压力塞阀20和第二压力塞阀21使第一注气孔和第二注气孔打开，注入注气筒6的超临界气体通过第一注气孔和第二注气孔注入到中空螺杆8的气腔内，再通过中空螺杆8的气孔7进入储料筒5的混合段中与储料筒5中的聚合物熔体混合；氮气或二氧化碳形成的超临界气体与聚合物熔体在中空螺杆8的剪切混合以及高温高压的作用下充分混合，形成均匀的单相熔体(气体/聚合物均相体系)并密封保存在储料筒5的末段，将上述单相熔体通过储料筒5末端的喷嘴注入到模具腔内形成微发泡注塑制品；当停止注气时，注气筒6内部气压降低，注气筒6和气腔内的压力差减小，弹性膜片18的形变恢复，传动杆11通过与传动轮12的啮合连接带动传动轮12转动，传动轮12转动时带动第一连杆13、第二连杆14、第三连杆15和第四连杆16运动，通过各连杆的相互作用，使第一压力塞阀20和第二压力塞阀21向注气孔移动并闭合注气孔，停止注气；通过注气筒6、第一压力塞阀20、第二压力塞阀21和自调节装置10实现通过注气筒6和气腔内的压力差来控制注气过程，防止出现大量气体在注气控制装置2打开瞬间快速涌入储料筒5内部形成的气涌现象和注气量过大的问题，从而实现改善最终制品质量的目的。

自调节机构10还包括固定板17，固定板17与第一连杆13、第四连杆16之间滑动连接，固定板17与第一连杆13、第四连杆16的连接处设有凹槽，第一连杆13和第四连杆16上设有与固定板17的凹槽配合的凸块，通过第一连杆13和第四连杆16上的凸块与固定板17的凹槽的配合限制第一连杆13和第四连杆16的运动方向，使第一连杆13和第四连杆16更好的将传动轮12的旋转驱动力转换成竖直方向上控制第一压力塞阀20和第二压力塞阀21上下运动的作用力；同时，驱动杆11的一端穿过固定板17，起到固定驱动杆11以及对整个自调节机构10形成稳定支撑的作用。

如图5所示，作为另外一种实施方式，自调节机构10包括弹性膜片18、弧形板19、传动杆11、固定板17，固定板17固定安装在储料筒5内，弹性膜片18固定安装在注气筒6的末端外侧，传动杆11的一端穿过注气筒6的末端端面并与弧形板19固定连接，传动杆11的另一端穿过固定板17，弧形板19与弹性膜片18贴合；弹性膜片18在压力差的作用下可产生形变，向左凹陷或向右凸起，弧形板19与弹性膜片18贴合，弹性膜片18产生的形变可引起弧形板19的左右位移；当注气筒6内外压力差大于引起弹性膜片18弹性形变的阈值时，弹性膜片18向右凸起，带动弧形板19向右平移，传动杆11向右移动，通过传动杆11上的齿轮啮合带动传动轮12逆时针旋转带动第二连杆14和第三连杆15运动，第三连杆15带动第四连杆16向下移动，第二连杆14带动第一连杆13上移动；第一连杆13与第一压力塞阀20固定连接，第一压力塞阀20随第一连杆13向上移动，第四连杆16与第二压力塞阀21固定连接，第二压力塞阀21随第四连杆16向上移动；固定板17的一侧设有凹槽，第一连杆13和第四连杆16上设有与凹槽对应的凸块，凸块和凹槽配合进行导向，限制第一连杆13和第四连杆16在水平方向上的移动；第一压力塞阀20和第二压力塞阀21在注气控制装置2的气体压力下被顶开，当注气筒6内外的压差过大时，自调节机构10就能够控制注气筒6上的流道大小，注气筒6上的流道被减小，超临界流体在高压状态的下的流量被限制，从而最终得到的制品不会因为气涌现象而产生大气泡的缺陷。

综上所述，本发明通过在中空螺杆8内部设置注气筒6，且在注气筒6上设置压力塞阀20，通过自调节机构10根据注气筒6的内外压力差调整压力塞阀20的位置以调整注气孔的开口大小，避免因为注气时因为存在高压气体产生气涌现象和注气量过大造成制品的大泡孔问题，提高塑料制品发泡效果；在中空螺杆8转动过程中，超临界流体从注气筒6上的压力塞阀流出，通过中空螺杆8表面的多个气孔7与储料筒5内的熔融塑料充分接触后，在中空螺杆8的剪切和高温高压作用下，快速地混合形成均匀的单相熔体。

以上结合具体实施方式描述了本发明的技术方案，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的方案，而不能以任何方式解释为对发明保护范围的具体限制，基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微发泡注塑机的注气装置，包括气源、注气控制装置、储料筒和中空螺杆，所述中空螺杆可转动地设置在所述储料筒内部，所述储料筒上设置有进料口，其特征在于，所述中空螺杆内部设置有气腔，所述气腔内设置有注气筒，所述气源、所述注气控制装置和所述注气筒依次通过管道连通，所述注气筒侧壁上设置有连通所述气腔和所述注气筒的注气孔，所述注气孔上设置有压力塞阀，所述中空螺杆侧壁上设置有若干连通所述气腔和所述储料筒的气孔；

所述注气筒内设置有控制所述压力塞阀打开或闭合的自调节机构，所述自调节机构包括弹性膜片、传动杆、传动轮和连杆，所述弹性膜片密封连接于所述注气筒侧壁或端面上，所述传动杆与所述弹性膜片固定连接，所述传动轮与所述传动杆之间啮合传动连接，所述连杆固定连接于所述传动轮和所述压力塞阀之间。

2.根据权利要求1所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述注气控制装置与所述注气筒顶部端面管道连通，所述注气孔设置于所述注气筒中段的侧壁上，所述弹性膜片密封连接于所述注气筒底部端面上。

3.根据权利要求2所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述中空螺杆的气腔与所述注气筒之间设置有密封圈，所述密封圈套设于所述注气筒的注气孔至顶部端面之间的外侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述注气孔包括第一注气孔和第二注气孔，所述第一注气孔和第二注气孔呈对称的设置于所述注气筒侧壁上，所述第一注气孔和第二注气孔内对应的设置有第一压力塞阀和第二压力塞阀。

5.根据权利要求4所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一压力塞阀通过所述第一连杆和所述第二连杆与所述传动轮连接，所述第二压力塞阀通过所述第三连杆和所述第四连杆与所述传动轮连接。

6.根据权利要求5所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述第一连杆和所述第二连杆之间设为铰接连接，所述第三连杆和所述第四连杆之间设为铰接连接，所述第一连杆和所述第一压力塞阀固定连接，所述第四连杆和所述第二压力塞阀固定连接，所述第二连杆、所述第三连杆和所述传动轮之间均设为铰接连接。

7.根据权利要求6所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述自调节机构还包括固定板，所述固定板设置于所述第一连杆和所述第四连杆之间，所述固定板一侧设有凹槽，所述第一连杆和所述第四连杆上设有与所述凹槽配合的凸块。

8.根据权利要求1所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述传动轮的轮周上设有轮齿部，所述传动杆上设有齿条部，所述轮齿部与所述齿条部形成啮合连接。

9.根据权利要求1所述的一种微发泡注塑机的注气装置，其特征在于，所述压力塞阀包括塞头和塞帽，所述塞头整体呈锥台状，所述压力塞阀的整体高度大于所述注气筒和所述中空螺杆之间的间隙高度，所述压力塞阀的塞帽高度小于所述注气筒和所述中空螺杆之间的间隙高度。