CN115489091B - 基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料加工技术领域，具体涉及一种基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置及工艺。所述挤出装置包括混合头、注射口、口模和芯棒，注射口连接混合头，注射口内设置有下料通道，口模与芯棒之间设置有模腔，下料通道与模腔贯通连接，口模外包覆有电加热套，模腔可拆卸连接有导向管，导向管的一端为封闭端；混合头上方设置有送料箱，芯棒内设置有控温腔体。本发明采用氮气和压缩空气进行三段温度控制，克服现有技术控温不佳的技术缺陷，保证了聚双环戊二烯管材的成型质量，本发明工艺简单，易于实现。

Description

基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置及工艺

技术领域

本发明属于塑料加工技术领域，具体涉及一种基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置及工艺。

背景技术

聚双环戊二烯（PDCPD）是双环戊二烯的均聚物或共聚物，为一种交联三维网状结构的工程塑料，其是在六氯化钨和一氯二乙基铝组成的催化剂存在下，由双环戊二烯开环歧化聚合制得。利用双环戊二烯反应注射成型可以制成多种聚双环戊二烯制品，广泛用于诸多技术领域。可用于汽车零部件，如保险杠、缓冲板、仪表板、挡泥板等，也可用作体育用品外壳、耐化学品容器等。

聚双环戊二烯制品在生产中一般采用RIM工艺，原料是包括A液和B液的双组分体系，其工艺过程为：（1）准备A液、B液，A液和B液均为低黏度液体，A液含有双环戊二烯、活化剂及添加剂，B液含有双环戊二烯、催化剂及添加剂；（2）准备模具，并将模具预热到40~80℃；（3）将A液、B液按照质量比1:1混合，然后注模；（4）将制得的聚双环戊二烯制品脱模。

现有技术中的双环戊二烯在注塑成型过程中，往往在同一温度范围内进行混合、反应、挤出操作，因此具有以下缺陷。如易造成混合阶段的混合温度过高，制品应力集中导致混合的均匀性差；反应阶段的温度不易控制，制品会产生缺陷甚至报废；因粘度极低，在制品挤出时不易保持形状。所以在同一温度下进行反应存在一定的技术缺陷，这也是现有设备存在的改进难点。

中国专利CN108466419A公开一种管材型胚挤出冷却装置，包括壳体，壳体的内部开设有挤压腔，壳体的一侧连接有口模，口模靠近壳体的一侧开设有沿水平方向设置的通孔，通孔的内壁固定套接有成型管道，成型管道靠近壳体一端的内壁固定套接有固定板，固定板远离壳体的一侧焊接有位于通孔内部的芯模，口模远离壳体的一侧开设有位于成型管道外圈的冷却腔，冷却腔开口的内壁焊接有密封板，且密封板与成型管道的外圈固定套接，本装置通过各部件的协调配合，对成型管道与芯模之间的管材通过冷却腔内部流动的冷却水，使管材周圈均匀冷却，确保管材形变量一致，同时成型后的管材出口通过环形管对其进一步冷却，使其不易变形，从而能够有效的保证管材的质量。

中国专利CN112549483A公开一种用于双环戊二烯聚合反应的管材连续挤出装置及工艺，该装置根据双环戊二烯的聚合反应原理和特点，设置了金属圆柱环支持液态双环戊二烯原料形成保持管状的背压，并联合注射压力控制稳定挤出；按照反应特点，设置三段式温度控制方法，其中第一段隔绝热量预防提前固化，后面两段则依据反应特点，先以较高温度快速加热引发反应，然后以较低温度冷却以保证成型质量。

上述专利虽然实现了控温，但是其采用的是流动介质进行控温，流动介质选自水、热油等。本领域技术人员均知，A液与B液进行反应时为瞬时放热反应，放热后温度能够达到200℃以上，此时通过流动介质进行控温的话，因流动介质的流速以及其存在的固有温度，很难及时对模腔内温度进行有效控制，此时模腔内反应阶段因温度控制不便，依然会使得制品产生缺陷。基于此，需要一种更优的、便于控温的管材连续挤出装置，以解决上述现有技术存在的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，采用氮气和压缩空气进行三段温度控制，克服了现有技术控温不佳的技术缺陷，保证了聚双环戊二烯管材的成型质量；本发明同时提供使用上述挤出装置的工艺。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，包括混合头、注射口、口模和芯棒，注射口连接混合头，注射口内设置有下料通道，口模与芯棒之间设置有模腔，下料通道与模腔贯通连接，口模外包覆有电加热套，口模与芯棒之间的模腔还可拆卸连接有导向管，导向管的一端为封闭端；

所述混合头上方设置有两个送料箱，混合头与两个送料箱贯通连接，两个送料箱共同通过第一管路与空压机贯通连接，第一管路还通过第二管路贯通连接有氮气瓶；且每个送料箱分别贯通连接有注射机，注射机与送料箱之间设置有计量泵；

所述芯棒内设置有控温腔体，氮气瓶与控温腔体通过第三管路贯通连接，第三管路与混合头通过第四管路贯通连接；控温腔体还贯通连接有第五管路，第五管路的自由端贯穿导向管封闭端。

其中：

所述送料箱分别设置有入料管，入料管的自由端分别贯穿并延伸至混合头内，且入料管的自由端开口相对。

所述第五管路的自由端连接有储气瓶，所述储气瓶还能够与第一管路贯通连接。

所述导向管插入至模腔内，并与模腔螺接或抵接。

所述导向管的开口端连接有牵引环，牵引环延伸至模腔内。

所述第一管路内设置有第一温度控制器，位于第一温度控制器下方的第一管路设置有第一电动气压调节阀；第一管路靠近空压机出口的位置设置有第三电动气压调节阀；空压机、第三电动气压调节阀、第一管路和第二管路连接处、第一温度控制器、第一电动气压调节阀依次相连；

所述第二管路、第三管路、第四管路、第五管路分别设置有第二电动气压调节阀；

所述第三管路内设置有第二温度控制器，第五管路内设置有第三温度控制器。

所述注射口设置有控制器和操作面板，控制器分别与操作面板、第一电动气压调节阀、第二电动气压调节阀、第三电动气压调节阀、第一温度控制器、第二温度控制器、第三温度控制器及外接电源电性连接。

所述第一温度控制器感应温度为20-30℃，所述第二温度控制器和电加热套共同控制模腔的温度为65-75℃。

所述第三温度控制器感应温度为45-55℃。

本发明利用所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置的工艺，包括如下步骤：

步骤1、经由第二管路排出的氮气，以及经由空压机排出的压缩空气于第一管路内混合，得到第一混合气体，第一混合气体经由第一管路排入至送料箱内，并作为载气携带送料箱内的原料排入至混合头内，于混合头内实现原料的混合；

步骤2、混合头内的第一混合气体经由第四管路排入至第三管路内，并与第三管路内氮气混合，得到第二混合气体，第二混合气体经由第三管路排入至控温腔体内，通过第二温度控制器和电加热套共同控制模腔的温度；

步骤3、反应结束后，关闭第三管路、第四管路的第二电动气压调节阀，关闭电加热套，经由第五管路排出第二混合气体，待第三温度控制器感应到第二混合气体排出温度为45-55℃，采用导向管将聚双环戊二烯管材经由模腔带出。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的装置设置有空压机、氮气瓶，用于调控A液和B液的出料温度，同时便于A液和B液的混合；A液和B液先分别进入至不同的送料箱内，空压机会排出具有一定气压的压缩空气，氮气瓶能够提供氮气，压缩空气与氮气混合后形成第一混合气体进入至送料箱后，作为载气带动A液和B液排出，此时在载气的作用下，A液和B液为喷射状被喷出，继而增大了于混合头内A液与B液的接触面积，使得二者混合更加均匀。

2、本发明的物料经送料箱进入混合头后，载气由高压气变为低压气，不仅能降低混合体系温度，有效避免物料的提前聚合，同时可精准调控物料进入注射口的流速，进一步保障了物料的均匀聚合。

3、本发明的模腔外套设有电加热套，控温腔体与氮气瓶贯通连接，控温腔体还与送料箱顶部贯通连接，此时通过电加热套和第二混合气体共同控制模腔内的反应温度，氮气能够为反应产生的高温进行瞬时降温，且对氮气量的调控比较方便，继而实现了更高效的温度控制。

4、本发明还设置有第三温度传感器，反应结束后，随着反应热的快速散发，控温腔体内的温度逐渐升高，待第三温度传感器感应到第二混合气体达到所需温度时，进行出料操作，便于根据第二混合气体温度进行出料时间的调控。

5、本发明由第五管路排出的第二混合气体还能够多次利用，由于该混合气体中氮气含量较高，为了便于该混合气体的二次使用，第五管路的自由端连接有储气瓶，储气瓶还能够与第一管路贯通连接，二者连通处位于第一温度控制器的上方，该混合气体能够作为对压缩空气的冷却气，实现了由第五管路排出的第二混合气体的二次使用；此外，第一管路内设置有第一温度控制器，通过调节第一混合气体流量，严格控制第一混合气体的温度。

6、本发明采用氮气和压缩空气进行三段温度控制，克服了现有技术控温不佳的技术缺陷，保证了聚双环戊二烯管材的成型质量，本发明工艺简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置的内部结构剖视图；

图2是本发明基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置的外部结构示意图；

图3是本发明基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置的牵引环与导向管连接结构示意图；

图中：1、混合头；2、注射口；3、口模；4、芯棒；5、模腔；6、电加热套；7、导向管；8、送料箱；9、计量泵；10、空压机；11、第一管路；12、第二管路；13、氮气瓶；14、控温腔体；15、第三管路；16、第四管路；17、第五管路；18、第一温度控制器；19、第一电动气压调节阀；20、第二电动气压调节阀；21、入料管；22、第二温度控制器；23、第三温度控制器；24、操作面板；25、牵引环；26、第三电动气压调节阀。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

如图1-3所示，所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，包括混合头1、注射口2、口模3和芯棒4，注射口2连接所述混合头1，注射口2内设置有下料通道，口模3与芯棒4之间设置有模腔5，下料通道与模腔5贯通连接，口模3外包覆有电加热套6，电加热套6用于向双环戊二烯聚合反应提供热量，口模3与芯棒4之间的模腔5还可拆卸连接有导向管7，导向管7的一端为封闭端；导向管7用于将制备好的聚双环戊二烯管材从模腔5内带离；下料通道是注射口2的常规部件，因此未在附图中体现。

所述混合头1上方设置有两个送料箱8，混合头1与两个送料箱8贯通连接，两个送料箱8共同通过第一管路11与空压机10贯通连接，第一管路11还通过第二管路12贯通连接有氮气瓶13；空压机10和氮气瓶13用于向A液和B液提供载气，载气于送料箱8内实现对A液和B液的温度调控，并与A液和B液进行混合，携带A液和B液向混合头1方向移动；空压机10能够提供压缩空气，氮气瓶13能够提供氮气，由于氮气温度低，所以在二者混合后，依靠压缩空气来提升并调节混合气体的温度；且每个送料箱8分别贯通连接有注射机，注射机为聚双环戊二烯制备过程中的必要器件，属于本领域技术人员的公知常识，在本发明中直接采用，因此未在附图中体现；注射机与送料箱8之间设置有计量泵9，计量泵9也为聚双环戊二烯制备过程中的必要器件，调控出液量。

所述芯棒4内设置有控温腔体14，控温腔体14位于模腔5处，用于聚合反应过程中模腔5的降温；氮气瓶13与控温腔体14通过第三管路15贯通连接，聚合反应过程中，第三管路15的混合气体内含有大量的氮气，经由第三管路15排入至控温腔体14内并进行降温；第三管路15与混合头1通过第四管路16贯通连接，第四管路16用于将混合头1内多余的气体排出，并将气体汇入至第三管路15内，与第三管路15内的氮气交汇成混合气体；控温腔体14还贯通连接有第五管路17，第五管路17的自由端贯穿导向管7封闭端，第五管路17用于将控温腔体14内的气体排出。

所述送料箱8分别设置有入料管21，入料管21的自由端分别贯穿并延伸至混合头1内，且入料管21的自由端开口相对，入料管21便于A液和B液的流通，并于二者开口相对条件下便于均匀混合。

所述导向管7插入至模腔5内，并与模腔5螺接或抵接，导向管7仅需稳定可拆卸连接在模腔5上即可，且导向管7上套设有密封条，密封条抵接于模腔5的端部开口上。

所述导向管7的开口端连接有牵引环25，牵引环25延伸至模腔5内，双环戊二烯经聚合后形成了稳定的固体，此时牵引环25相当于插设在聚双环戊二烯管材内，便于将聚双环戊二烯管材经由模腔5内带出。

所述第一管路11内设置有第一温度控制器18，第一温度控制器18用于感应氮气和压缩空气形成的混合气体的温度；位于第一温度控制器18下方的第一管路11设置有第一电动气压调节阀19，通过第一电动气压调节阀19调节混合气体的排气速率，继而间接调节A液和B液的出液速率。第一管路11靠近空压机10出口的位置设置有第三电动气压调节阀26；空压机10、第三电动气压调节阀26、第一管路11和第二管路12连接处、第一温度控制器18、第一电动气压调节阀19依次相连。空压机10出口处设置的第三电动气压调节阀26，用于调节空压机10的排气速率。

所述第二管路12、第三管路15、第四管路16、第五管路17分别设置有第二电动气压调节阀20；第二电动气压调节阀20用于调控第二管路12、第三管路15内氮气排出速率，第四管路16上的第二电动气压调节阀20调节混合头1内压力，继而调节A液和B液的反应压力，第五管路17上的第二电动气压调节阀20调节控温腔体14内气体排出速率，继而便于对模腔5内的反应温度进行调节。

所述第三管路15内设置有第二温度控制器22，第二温度控制器22还位于控温腔体14内，用于感应排入至控温腔体14内的气体温度；第五管路17内设置有第三温度控制器23，第三温度控制器23用于感应经由控温腔体14排出的气体温度。

所述注射口2设置有控制器和操作面板24，控制器分别与操作面板24、第一电动气压调节阀19、第二电动气压调节阀20、第三电动气压调节阀26、第一温度控制器18、第二温度控制器22、第三温度控制器23及外接电源电性连接。控制器是常规部件，并非本发明的改进点，因此未在附图中体现。电性连接也是本领域技术人员的公知常识。

所述第一温度控制器18感应温度为20-30℃，所述第二温度控制器22和电加热套6共同控制模腔5的温度为65-75℃；所述第三温度控制器23的感应温度为45-55℃。控制器需根据第一温度控制器18、第二温度控制器22、第三温度控制器23的感应温度，对第一电动气压调节阀19、第二电动气压调节阀20、第三电动气压调节阀26进行电动调节，通过气体流量实现温度调控。

实施例2

利用实施例1中所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置的工艺，包括如下步骤：

步骤1、从氮气瓶13、经第二管路12排出的氮气，以及经由空压机10排出的压缩空气于第一管路11内混合，得到第一混合气体，第一温度控制器18感应第一混合气体的温度，继而通过控制器调节第二电动气压调节阀20、第三电动气压调节阀26，以调控第二管路12上的氮气流量和空压机10排出的压缩空气流量，使得第一混合气体的温度达到20-30℃，然后打开第一电动气压调节阀19，使得第一混合气体经由第一管路11排入至送料箱8内，并作为载气携带送料箱8内的原料通过入料管21排入至混合头1内，于混合头1内实现原料的混合。

步骤2、混合头1内多余的第一混合气体经由第四管路16排入至第三管路15内，第四管路16上的第二电动气压调节阀20调节混合头1内压力，继而调节A液和B液的反应压力，此时排出的第一混合气体与第三管路15内氮气混合，调节第三管路15上第二电动气压调节阀20，以调控氮气的流通量，得到第二混合气体，第二混合气体中氮气的含量高，打开电加热套6的控制开关，此时经由第二温度控制器22进行温度的感应，并根据第二温度控制器22感应混合气体温度为65-75℃的要求，调节第三管路15上的第二电动气压调节阀20，调控氮气的流量，继而调节第二混合气体的温度，并经由第三管路15排入至控温腔体14内，通过第二温度控制器22和电加热套6共同控制模腔5的温度。

步骤3、反应结束后，关闭第三管路15、第四管路16上的第二电动气压调节阀20，不再向控温腔体14内排入气体，关闭电加热套6，不再向聚合反应提供热量，经由第五管路17排出第二混合气体，由于控温腔体14内充盈有大量氮气，所以温度较低，而聚合反应后还继续放热，所以热量不断中和控温腔体14内温度，使得排出的第二混合气体温度逐渐升高，待第三温度控制器23感应到第二混合气体排出温度为45-55℃，采用导向管7将聚双环戊二烯管材经由模腔5带出，此时聚双环戊二烯管材已凝结成固体。

实施例3

在实施例2的基础上，为了便于氮气和压缩空气的二次使用，第五管路17的自由端连接有储气瓶，储气瓶还能够与第一管路11贯通连接，二者连通处位于第一温度控制器18的上方，并再与压缩空气和氮气混合，实现了排出的第二混合气体的二次使用，避免气体浪费。

第五管路17的自由端与储气瓶、第一管路11的连接方式属于本领域技术人员的公知常识，因此未在附图中体现。

Claims (9)

1.一种基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，包括混合头（1）、注射口（2）、口模（3）和芯棒（4），注射口（2）连接混合头（1），注射口（2）内设置有下料通道，口模（3）与芯棒（4）之间设置有模腔（5），下料通道与模腔（5）贯通连接，其特征在于，口模（3）外包覆有电加热套（6），口模（3）与芯棒（4）之间的模腔（5）还可拆卸连接有导向管（7），导向管（7）的一端为封闭端；

所述混合头（1）上方设置有两个送料箱（8），混合头（1）与两个送料箱（8）贯通连接，两个送料箱（8）共同通过第一管路（11）与空压机（10）贯通连接，第一管路（11）还通过第二管路（12）贯通连接有氮气瓶（13）；且每个送料箱（8）分别贯通连接有注射机，注射机与送料箱（8）之间设置有计量泵（9）；

所述芯棒（4）内设置有控温腔体（14），氮气瓶（13）与控温腔体（14）通过第三管路（15）贯通连接，第三管路（15）与混合头（1）通过第四管路（16）贯通连接；控温腔体（14）还贯通连接有第五管路（17），第五管路（17）的自由端贯穿导向管（7）封闭端；

所述第一管路（11）内设置有第一温度控制器（18），位于第一温度控制器（18）下方的第一管路（11）设置有第一电动气压调节阀（19）；第一管路（11）靠近空压机（10）出口的位置设置有第三电动气压调节阀（26）；空压机（10）、第三电动气压调节阀（26）、第一管路（11）和第二管路（12）连接处、第一温度控制器（18）、第一电动气压调节阀（19）依次相连；

所述第二管路（12）、第三管路（15）、第四管路（16）、第五管路（17）分别设置有第二电动气压调节阀（20）；

所述第三管路（15）内设置有第二温度控制器（22），第五管路（17）内设置有第三温度控制器（23）。

2.根据权利要求1所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述送料箱（8）分别设置有入料管（21），入料管（21）的自由端分别贯穿并延伸至混合头（1）内，且入料管（21）的自由端开口相对。

3.根据权利要求1所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述第五管路（17）的自由端连接有储气瓶，所述储气瓶还能够与第一管路（11）贯通连接。

4.根据权利要求1所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述导向管（7）插入至模腔（5）内，并与模腔（5）螺接或抵接。

5.根据权利要求1或4所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述导向管（7）的开口端连接有牵引环（25），牵引环（25）延伸至模腔（5）内。

6.根据权利要求1所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述注射口（2）设置有控制器和操作面板（24），控制器分别与操作面板（24）、第一电动气压调节阀（19）、第二电动气压调节阀（20）、第三电动气压调节阀（26）、第一温度控制器（18）、第二温度控制器（22）、第三温度控制器（23）及外接电源电性连接。

7.根据权利要求1所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述第一温度控制器（18）感应温度为20-30℃，所述第二温度控制器（22）和电加热套（6）共同控制模腔（5）的温度为65-75℃。

8.根据权利要求1所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置，其特征在于：所述第三温度控制器（23）感应温度为45-55℃。

9.一种利用权利要求1-8任一所述的基于聚合反应的聚双环戊二烯管材连续挤出装置的工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、经由第二管路（12）排出的氮气，以及经由空压机（10）排出的压缩空气于第一管路（11）内混合，得到第一混合气体，第一混合气体经由第一管路（11）排入至送料箱（8）内，并作为载气携带送料箱（8）内的原料排入至混合头（1）内，于混合头（1）内实现原料的混合；

步骤2、混合头（1）内的第一混合气体经由第四管路（16）排入至第三管路（15）内，并与第三管路（15）内氮气混合，得到第二混合气体，第二混合气体经由第三管路（15）排入至控温腔体（14）内，通过第二温度控制器（22）和电加热套（6）共同控制模腔（5）的温度；

步骤3、反应结束后，关闭第三管路（15）、第四管路（16）的第二电动气压调节阀（20），关闭电加热套（6），经由第五管路（17）排出第二混合气体，待第三温度控制器（23）感应到第二混合气体排出温度为45-55℃，采用导向管（7）将聚双环戊二烯管材经由模腔（5）带出。

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