CN217968009U - 一种超临界发泡制品的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界发泡制品的制备装置，包括螺杆挤出机、超临界流体循环组件和发泡模具，所述螺杆挤出机具有筒体和固设于筒体一端的电机，所述筒体上连通有进料管一、出料管一、进气管和出气管，本实用新型的技术方案是在螺杆挤出机的筒体内采用混合式螺杆代替常规螺旋轴实现一边推进筒体内的熔融聚乳酸原料前进，一边对熔融聚乳酸原料和超临界流体进行混合搅拌，与常规螺旋轴相比，采用混合式螺杆不仅降低了熔融聚乳酸原料的推进速度，延长了搅拌时间，而且增强了对熔融聚乳酸原料和超临界流体的混合搅拌效果，确保熔融的聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀。

Description

一种超临界发泡制品的制备装置

技术领域

本实用新型涉及超临界发泡技术领域，特别涉及一种超临界发泡制品的制备装置。

背景技术

超临界发泡是一种物理发泡成型技术，同时也是一种微孔发泡成型技术，它是在注塑、挤出以及吹塑成型工艺中，先将超临界状态的二氧化碳或氮气等其他气体注入到特殊的塑化装置中，使气体与熔融原料充分均匀混合/扩散后，形成单相混合溶胶，然后将该溶胶导入模具型腔或挤出口模，使溶胶产生大的压力降，从而使气体析出形成大量的气泡核，在随后的冷却成型过程中，溶胶内部的气泡核不断长大成型，最终获得微孔发泡的塑料制品。

以生产发泡聚乳酸产品为例，其在生产过程中先将颗粒原料加热至高于超临界流体的临界温度，然后往熔融的原料中注入超临界流体，不断混合搅拌，待超临界流体与熔融的原料充分均匀混合/扩散后，将熔融的原料注入模具并泄压得到超临界发泡聚乳酸产品。

现有技术中，通过螺杆挤出机对聚乳酸原料进行加热并将熔融的聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀是生产发泡聚乳酸产品常用的制备方法之一，其将聚乳酸原料的加热、与超临界流体的混合集成在一起，减少了设备数量，优化了产线和工艺，提高了制备效率。

然而，这种制备方式在实际运用过程中仍存在一些问题。主要有以下两点：

一是由于螺杆挤出机的螺旋轴的搅拌作用有限，为确保聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀，螺杆挤出机的筒体长度设计的较长，通常在10-30米之间，同时筒体也需要进行相应的保温，这对场地安装环境要求较高，限制了推广应用。

二是对于场地安装环境不达标，但仍想采用螺杆挤出机制备发泡聚乳酸产品的客户，通常是缩短螺杆挤出机的筒体长度，使其能够在不合格的场地落地安装，后期螺杆挤出机工作制备发泡聚乳酸产品时，先使螺杆正转一段时间后再反转一段时间，通过交替正反转来使聚乳酸原料与超临界流体充分混合均匀，弥补筒体长度上的不足对聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀的影响，这种方式看似解决了的应用范围受限的不足，但实际上其又存在一些新的问题，比如螺杆交替正反转对电机损伤较大，电机发热严重，而且安装支撑螺杆的轴承磨损加剧，使用寿命大幅缩短。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种超临界发泡制品的制备装置，旨在解决目前用于制备发泡聚乳酸产品的螺杆挤出机长度较长，对场地安装环境要求较高，应用受限的问题。

为解决上述问题，本实用新型提出了一种超临界发泡制品的制备装置，包括螺杆挤出机、超临界流体循环组件和发泡模具，所述螺杆挤出机具有筒体和固设于筒体一端的电机，所述筒体上连通有进料管一、出料管一、进气管和出气管，所述进气管和出气管与超临界流体循环组件连通，所述出料管一与发泡模具连通；

所述筒体内回转安装有混合式螺杆，所述混合式螺杆包括转轴和套设于转轴上的螺旋叶片及活动搅拌叶，所述螺旋叶片和活动搅拌叶交替设置，所述转轴与电机传动连接；

所述筒体内壁上设有电加热装置。

在一实施例中，所述筒体内壁上与活动搅拌叶对应的位置固设有固定搅拌叶。

在一实施例中，所述进料管一和进气管与筒体的一端连通，所述出料管一和出气管与筒体的另一端连通。

在一实施例中，所述筒体上位于出料管一和出气管之间的区域密封滑插有活动挡板，所述活动挡板上设有供转轴卡入其中的卡槽，所述卡槽一侧滑动紧贴有固定挡板，所述固定挡板与筒体内壁固连；

所述筒体上位于活动挡板和出气管之间的区域连通有出料管二，所述筒体的一端连通有进料管二，所述筒体水平设置，所述进料管二和出料管二通过斜管连通。

在一实施例中，所述出料管二或筒体上固设有推力装置，所述推力装置的活动端与活动挡板固连，用于带动活动挡板滑动。

在一实施例中，所述活动挡板倾斜设置。

在一实施例中，所述进料管二、出料管二、斜管上均设有电加热装置。

在一实施例中，所述进气管上设有控制阀二，所述控制阀二上连通有进气管一和进气管二，所述进气管一与筒体的一端连通，所述进气管二与斜管的高端连通。

在一实施例中，所述进料管一和出料管一上设有控制阀一。

在一实施例中，所述出气管上设有控制阀三。

有益效果：本实用新型的技术方案是在螺杆挤出机的筒体内采用混合式螺杆代替常规螺旋轴实现一边推进筒体内的熔融聚乳酸原料前进，一边对熔融聚乳酸原料和超临界流体进行混合搅拌，与常规螺旋轴相比，采用混合式螺杆不仅降低了熔融聚乳酸原料的推进速度，延长了搅拌时间，而且增强了对熔融聚乳酸原料和超临界流体的混合搅拌效果，确保熔融的聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀，相应的，混合式螺杆的长度可短于常规螺旋轴，降低了对场地安装环境的要求，扩大了应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型超临界发泡制品的制备装置的结构示意图；

图2是图1中的A部放大图；

图3是本实用新型螺杆挤出机的结构示意图；

图4是本实用新型活动挡板的结构示意图；

图5是本实用新型超临界流体循环组件的结构示意图。

附图标记说明如下：

1、筒体；2、电机；3、转轴；31、螺旋叶片；32、活动搅拌叶；33、固定搅拌叶；34、固定挡板；4、进料管一；5、出料管一；6、控制阀一；7、超临界流体循环组件；71、储气罐；72、增压泵；73、加热器；74、进气泵；75、排气管；76、回气管；77、循环泵；8、进气管；81、进气管一；82、控制阀二；83、进气管二；9、出气管；91、控制阀三；10、端盖；11、安装板；12、推力装置；13、连接板；14、活动挡板；141、卡槽；142、弧面；15、斜管；16、进料管二；17、出料管二；18、电加热装置；19、发泡模具。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出了一种超临界发泡制品的制备装置。

在实用新型一实施例中，如图1所示，所述超临界发泡制品的制备装置包括螺杆挤出机、超临界流体循环组件7和发泡模具19，所述螺杆挤出机用于对聚乳酸原料进行加热至熔融状态，然后将其与超临界流体进行混合搅拌，使超临界流体充分均匀扩散在熔融料中；所述超临界流体循环组件7用于制备超临界流体并将超临界流体注入螺杆挤出机以及回收螺杆挤出机流出的超临界流体并将其重新注入螺杆挤出机，实现超临界流体的循环使用；超临界流体在熔融料中充分均匀扩散后，可将其从螺杆挤出机排出，然后注入发泡模具19中，在发泡模具19中，熔融料经过泄压使得熔融料中的超临界流体迅速膨胀并形成大量的气泡核，气泡核膨胀长大后得到超临界发泡聚乳酸产品。

在本实施例中，如图1和图3所示，所述螺杆挤出机具有筒体1和固设于筒体1一端的电机2，所述筒体1右端可拆卸密封固定安装有端盖10，所述筒体1上连通有进料管一4、出料管一5、进气管8和出气管9，所述进料管一4用于往筒体1内注入聚乳酸原料，所述出料管一5与发泡模具19连通，超临界流体在熔融料中充分均匀扩散后通过出料管一5将熔融料注入发泡模具19内经发泡制得聚乳酸产品，所述进气管8和出气管9与超临界流体循环组件7连通，超临界流体经进气管8注入筒体1内，筒体1内的超临界流体经出气管9返回超临界流体循环组件7。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述进料管一4和出料管一5上设有控制阀一6，通过控制阀一6控制进料管一4往筒体1内加注聚乳酸原料和控制超临界流体在熔融料中充分均匀扩散后通过出料管一5将熔融料注入发泡模具19，工作时，除了往筒体1内加注聚乳酸原料和将筒体1内的熔融料注入发泡模具19，其余时间进料管一4和出料管一5均保持关闭。

在本实施例中，如图1所示，所述筒体1内回转安装有混合式螺杆，如图2所示，所述混合式螺杆包括转轴3和固定套设于转轴3上的螺旋叶片31及活动搅拌叶32，所述转轴3与电机2传动连接，通过电机2驱动转轴3自转，所述螺旋叶片31在转轴3自转的带动下驱动物料在筒体1内移动，比如将聚乳酸原料从图1中的左端推动至右端，所述活动搅拌叶32在转轴3自转的带动下用于对熔融的聚乳酸原料进行搅拌，使其与超临界流体充分均匀混合，所述活动搅拌叶32只具有搅拌物料的作用，这样设计，实现了所述螺旋叶片31推进筒体1内的熔融聚乳酸原料前进、所述活动搅拌叶32对熔融聚乳酸原料和超临界流体进行混合搅拌的功能。

在本实施例中，熔融聚乳酸料来到活动搅拌叶32区域后移动速度会下降，使得融聚乳酸料在该区域得以被活动搅拌叶32长时间搅拌，尽管此区域的融聚乳酸料还被后续处于螺旋叶片31区域的融聚乳酸料向前推动，但是此区域的融聚乳酸料同时又受到活动搅拌叶32旋转搅拌产生的阻挡作用，因此其移动速度相比处于螺旋叶片31区域的融聚乳酸料的移动速度要小，而且随着螺旋叶片31的外径设计的越来越小，处于活动搅拌叶32区域的融聚乳酸料和处于螺旋叶片31区域的融聚乳酸料的移动速度差也越来越大，固采用混合式螺杆代替常规螺旋轴具有降低了熔融聚乳酸原料的推进速度、延长了搅拌时间、增强了对熔融聚乳酸原料和超临界流体的混合搅拌效果的作用，确保熔融的聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀。

在本实施例中，由于混合式螺杆的混合搅拌效果优于常规螺旋轴，固混合式螺杆的长度可设计的短于常规螺旋轴，从而降低了对场地安装环境的要求，使场地安装环境不达标的客户也能够使用本实施例的螺杆挤出机，有效扩大了应用范围。

在本实施例中，所述螺杆挤出机工作过程中电机2只需要朝一个方向旋转即可，不用交替正反转，因此不伤电机2和轴承，保证了电机2和轴承具有较长的使用寿命。

进一步的，在本实施例中，如图1和图2所示，所述螺旋叶片31和活动搅拌叶32交替设置，这样设计，可以最大程度上降低熔融聚乳酸料在筒体1内的推进速度，又充分实现对熔融聚乳酸料和超临界流体的混合搅拌，增强了对熔融聚乳酸原料和超临界流体的混合搅拌效果，确保熔融的聚乳酸原料与超临界流体混合搅拌均匀。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述筒体1内壁上设有电加热装置18，通过电加热装置18对注入筒体1内的聚乳酸原料进行加热，使其达到熔融状态。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述筒体1内壁上与活动搅拌叶32对应的位置固设有固定搅拌叶33，通过固定搅拌叶33和活动搅拌叶32相互配合进一步增强对熔融的聚乳酸原料与超临界流体的混合搅拌效果，相应的，混合式螺杆的长度可进一步缩短。

优选的，在本实施例中，如图1所示，所述进料管一4和进气管8与筒体1的左端连通，所述出料管一5和出气管9与筒体1的右端连通。

在本实施例中，如图1-图3所示，所述筒体1上位于出料管一5和出气管9之间的区域密封滑插有活动挡板14，所述活动挡板14用于阻挡筒体1内的物料移动，比如图2所示，所述活动挡板14下移与筒体1底面内壁接触后将筒体1内活动挡板14左侧的物料挡住，使其不能向活动挡板14右侧移动，反之，所述活动挡板14上移后，筒体1内的物料在混合式螺杆的推动下从活动挡板14下方经过移动至活动挡板14右侧区域；

如图1-图3所示，所述筒体1上位于活动挡板14和出气管9之间的区域连通有出料管二17，所述筒体1的左端连通有进料管二16，所述筒体1水平设置，所述进料管二16和出料管二17通过斜管15连通，当所述活动挡板14下移与筒体1底面内壁接触将筒体1内活动挡板14左侧的物料挡住后，筒体1内活动挡板14左侧的物料在混合式螺杆的推动下进入出料管二17内，然后进入斜管15中，最后物料从进料管二16返回筒体1的左端重复进行熔融的聚乳酸料与超临界流体的混合搅拌，这样设计，进一步增强了对熔融的聚乳酸料与超临界流体的混合搅拌效果，相应的，混合式螺杆的长度可进一步缩短，而且所述螺杆挤出机工作过程中电机2只需要朝一个方向旋转即可，不用交替正反转，因此不伤电机2和轴承，保证了电机2和轴承具有较长的使用寿命。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述进料管二16、出料管二17、斜管15上均设有电加热装置18，通过电加热装置18对聚乳酸原料进行加热，使其保持熔融状态。

在本实施例中，如图4所示，所述活动挡板14上设有供转轴3卡入其中的卡槽141，这样设计，活动挡板14既不影响转轴3自转，转轴3又不阻挡活动挡板14在筒体1中上下移动；所述活动挡板14的下表面为弧面142，所述弧面142可与筒体1底面内壁紧密接触。

在本实施例中，如图2所示，处于卡槽141周围的转轴3和筒体1内壁上不设置螺旋叶片31、活动搅拌叶32、固定搅拌叶33，这样设计，可避免螺旋叶片31、活动搅拌叶32、固定搅拌叶33影响活动挡板14在筒体1中上下移动。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述卡槽141一侧滑动紧贴有固定挡板34，所述固定挡板34与筒体1内壁底面固连，通过固定挡板34对卡槽141进行遮挡，避免物料穿过卡槽141。

进一步的，在本实施例中，如图1-图3所示，所述出料管二17或筒体1上固设有安装板11，所述安装板11上固设有推力装置12，所述推力装置12的活动端与活动挡板14通过连接板13固连，借助推力装置12带动活动挡板14上下滑动，优选的，所述推力装置12为直线电机2或气缸或液压缸。

在本实施例中，如图1所示，所述进气管8上设有控制阀二82，所述控制阀二82上连通有进气管一81和进气管二83，所述进气管一81与筒体1的左端连通，所述进气管二83与斜管15的高端连通，混合式螺杆混合搅拌熔融的聚乳酸料与超临界流体时，可操作控制阀二82换向使进气管8仅与进气管一81连通，待熔融的聚乳酸料与超临界流体混合搅拌均匀后，为加快所述进料管二16、出料管二17、斜管15内的物料流入筒体1被混合式螺杆送往筒体1右端经出料管一5排出，可操作控制阀二82换向使进气管8仅与进气管二83连通，借助注入斜管15内的超临界流体加速所述进料管二16、出料管二17、斜管15内的物料流入筒体1内，缩短进料管一4往筒体1内重新加注聚乳酸原料的等待时间，提高聚乳酸超临界发泡制品的制备效率，因为只有在筒体1内的熔融聚乳酸料全部排出后才能打开进料管一4往筒体1内加注聚乳酸原料。

在本实施例中，如图1所示，所述出气管9上设有控制阀三91，所述控制阀三91用于控制出气管9开闭。

在本实施例中，如图5所示，所述超临界流体循环组件7包括储气罐71、增压泵72、加热器73、进气泵74、循环泵77、回气管76、排气管75，所述排气管75一端与储气罐71连通，另一端与进气管8连通，所述排气管75上沿气流流动方向依次设置储气罐71、增压泵72、加热器73、进气泵74，增压泵72抽取储气罐71内的气体，将其加压后送入加热器73进行加热形成超临界流体，然后由进气泵74将超临界流体送入进气管8；所述回气管76上设有循环泵77，所述回气管76的一端与储气罐71连通，另一端与出气管9连通，所述循环泵77通过回气管76将出气管9内的超临界流体注入储气罐71进行循环重复使用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，包括螺杆挤出机、超临界流体循环组件(7)和发泡模具(19)，所述螺杆挤出机具有筒体(1)和固设于筒体(1)一端的电机(2)，所述筒体(1)上连通有进料管一(4)、出料管一(5)、进气管(8)和出气管(9)，所述进气管(8)和出气管(9)与超临界流体循环组件(7)连通，所述出料管一(5)与发泡模具(19)连通；

所述筒体(1)内回转安装有混合式螺杆，所述混合式螺杆包括转轴(3)和套设于转轴(3)上的螺旋叶片(31)及活动搅拌叶(32)，所述螺旋叶片(31)和活动搅拌叶(32)交替设置，所述转轴(3)与电机(2)传动连接；

所述筒体(1)内壁上设有电加热装置(18)。

2.如权利要求1所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述筒体(1)内壁上与活动搅拌叶(32)对应的位置固设有固定搅拌叶(33)。

3.如权利要求1所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述进料管一(4)和进气管(8)与筒体(1)的一端连通，所述出料管一(5)和出气管(9)与筒体(1)的另一端连通。

4.如权利要求3所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述筒体(1)上位于出料管一(5)和出气管(9)之间的区域密封滑插有活动挡板(14)，所述活动挡板(14)上设有供转轴(3)卡入其中的卡槽(141)，所述卡槽(141)一侧滑动紧贴有固定挡板(34)，所述固定挡板(34)与筒体(1)内壁固连；

所述筒体(1)上位于活动挡板(14)和出气管(9)之间的区域连通有出料管二(17)，所述筒体(1)的一端连通有进料管二(16)，所述筒体(1)水平设置，所述进料管二(16)和出料管二(17)通过斜管(15)连通。

5.如权利要求4所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述出料管二(17)或筒体(1)上固设有推力装置(12)，所述推力装置(12)的活动端与活动挡板(14)固连，用于带动活动挡板(14)滑动。

6.如权利要求4所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述活动挡板(14)倾斜设置。

7.如权利要求4所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述进料管二(16)、出料管二(17)、斜管(15)上均设有电加热装置(18)。

8.如权利要求4所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述进气管(8)上设有控制阀二(82)，所述控制阀二(82)上连通有进气管一(81)和进气管二(83)，所述进气管一(81)与筒体(1)的一端连通，所述进气管二(83)与斜管(15)的高端连通。

9.如权利要求1所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述进料管一(4)和出料管一(5)上设有控制阀一(6)。

10.如权利要求1所述的超临界发泡制品的制备装置，其特征在于，所述出气管(9)上设有控制阀三(91)。

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