一種熱塑性顆粒材料發泡裝置及其發泡工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于機械技術領域，涉及一種熱塑性顆粒材料發泡裝置及其發泡工藝，特別是一種適用于TPU顆粒等熱塑性顆粒材料的發泡裝置及其發泡工藝。
【背景技術】
[0002]TPU作為一種新型聚合物材料，名為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠，是一種熱塑性顆粒材料，TPU具有彈性好、強度高、耐磨性好、無毒、耐氧化、加工方式多樣、適用性廣泛等諸多優點，因此在技術發展、應用推廣、成本降低、環保概念深入等多重因素的推動下，TPU行業未來將保持快速增長的態勢，TPU發泡技術也成為近年來備受關注的課題。
[0003]現有技術中，大多數的TPU顆粒發泡設備或者TPU顆粒發泡工藝設計不合理，其往往存在發泡效果不佳以及生產效率較低等問題，不利于大批量生產，且往往只能生產TPU顆粒，局限性強。現列舉幾種現有技術的TPU顆粒發泡設備或者TPU顆粒發泡工藝如下:
[0004]其一、目前市場上，大多數制備發泡熱塑性聚氨酯顆粒(TPU顆粒)的工藝主要為間歇式釜壓發泡。對此，有人設計了一種基于熱塑性聚氨酯的泡沫，其中，該工藝是采用高壓釜將TPU顆粒、分散劑、表面活性劑以及正丁烷發泡劑均勻分散在水中，升溫至指定溫度下保持一定的時間，然后將顆粒迅速卸壓至大氣壓得到發泡熱塑性聚氨酯珠粒，然后經過洗滌烘干等處理，得到水蒸汽模壓制品的原料。該間歇式釜壓發泡工藝較復雜，實現自動化的成本高，對環境污染嚴重且設備須經特殊的防爆處理。
[0005]其二、有人公開了以物理發泡劑，通過釜壓或者模壓發泡工藝制備TPU發泡材料的方法(專利公開號為CN103642200A、CN103951965A)，該類方法沒有使用交聯劑，所制備的發泡材料具有可熔融回收加工的優勢。但是，該方法為間歇發泡過程，存在加工效率低和產品性能批次不穩定的問題。進一步的，該方法中TPU樹脂涉及長時間沸水處理，易導致TPU樹脂發生化學降解和黃變問題，影響了 TPU發泡材料的性能和后續使用。
[0006]其三、也有人公開了以超臨界C02為發泡劑，采用模壓發泡工藝制備TPU發泡材料的方法(專利公開號為CN102229709A)。該方法所用的超臨界流體的壓力為5MPa-25MPa，超臨界流體的溫度為100°C_250°C，超臨界流體的處理時間為1分鐘-60分鐘。但是，該技術所需要的壓力過高，導致設備成本高昂以及生產安全問題。進一步的，該技術沒有使用分散介質，TPU顆粒在高溫、高壓下容易變形、外表變粘，導致該技術不適于制備外表光潔、形狀為球形或者橢球形的TPU發泡粒子。
[0007]其四、有人還設計了熱塑性聚氨酯彈性體組合物泡沫的制備方法，其主要包括氣體溶解步驟、冷卻步驟以及發泡控制步驟。工作時，把TPU與其他的樹脂熔融混合，通入超臨界co2，讓co2溶解在組合物熔體中(溶解步驟)，然后冷卻含有co2的熔體(冷卻步驟)，最后注入到一個壓力比冷卻步驟低的空間進行發泡(發泡控制步驟)，這一工藝過程可以通過連用擠出機和注射機或者通過雙階單螺桿擠出機來實現。這樣的THJ發泡方法布局較復雜，不利于實現TPU批量化生產。
[0008]其五、還有人設計了一種連續擠出發泡制備ITU發泡顆粒的方法(專利公開號為CN104385479A)，其把TPU顆粒與有機修飾的無機納米顆粒混合后加入第一擠出機的料筒，經螺桿加熱使TPU顆粒熔成聚合物熔體;在第一擠出機的末端注入超臨界流體，將混合后的聚合物/高壓流體熔體經熔體栗注入第二擠出機，并逐漸降低第二擠出機加熱區的溫度，得到冷卻的、混合均勻的聚合物/超臨界流體熔體;將聚合物/超臨界流體熔體從第二擠出機口模擠出，經水下環切制得TPU發泡粒子;最后將TPU發泡粒子經流化床風干處理得到尺寸穩定的ITU發泡顆粒。該種方法要經過兩次連續擠出并加入多種無機納米顆粒，在增強了TPU發泡顆粒強度的同時也增加工藝的復雜性和成本。另外，在第一擠出機末端注入高壓超臨界流體，這對于擠出機的承壓和密封性能要求很高，實現程度相對較難。
[0009]綜上所述，需要設計一種設計合理、發泡效果佳、生產效率高的熱塑性顆粒材料發泡裝置及其發泡工藝。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種設計合理、發泡效果佳、生產效率高的熱塑性顆粒材料發泡裝置及其發泡工藝。
[0011]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種熱塑性顆粒材料發泡裝置，包括:
[0012]滲透釜，設置為至少一個，所述滲透釜具有儲存熱塑性顆粒粒料的容腔，所述滲透釜用于將超臨界co2滲透入熱塑性顆粒粒料并卸出經超臨界滲透后的熱塑性顆粒粒料；
[0013]發泡箱體，所述發泡箱體內設有發泡機構以及用于輸送熱塑性顆粒粒料的軟質篩網，所述軟質篩網設有發泡入口和發泡出口，所述發泡入口用于接收滲透釜卸出的熱塑性顆粒粒料，所述發泡機構對軟質篩網上的熱塑性顆粒粒料進行持續的加熱發泡，所述發泡出口用于將發泡后的熱塑性顆粒成品卸出發泡箱體；
[0014]變頻電機，與所述軟質篩網相連并用于調節軟質篩網的傳送速度。
[0015]作為本發明的進一步改進，所述軟質篩網呈環形結構設置且分為發泡段以及位于發泡箱體外的循環段，所述發泡段的兩端分別貫穿通過發泡箱體，所述發泡入口位于發泡段的首端且靠近發泡箱體側壁設置，所述發泡出口位于發泡段的末端且靠近發泡箱體側壁設置。
[0016]作為本發明的更進一步改進，所述發泡機構包括設置在發泡段下方的水蒸汽噴射管道，所述水蒸汽噴射管道上設有用于向發泡段噴射水蒸汽的多個噴射口，所述水蒸汽噴射管道通過齒輪齒條結構或螺紋傳動結構或動、定滑輪結構活動安裝在發泡箱體內，所述水蒸汽噴射管道可實現豎直位移且其兩端分別靠近發泡箱體內側壁設置。
[0017]作為本發明的更進一步改進，上述的水蒸汽噴射管道替換為帶網孔的蜂窩板。
[0018]作為本發明的更進一步改進，所述發泡機構還包括設置在發泡段上方且與發泡段正對設置的加熱棒，所述加熱棒設置為至少一個且可拆卸安裝在發泡箱體上。
[0019]作為本發明的更進一步改進，所述發泡箱體上還安裝有與加熱棒同側設置的至少一個電風扇，在發泡箱體外設置有溫控機構，所述溫控機構設有安裝在發泡箱體上且位于發泡段上方的溫度探頭。
[0020]作為本發明的進一步改進，所述發泡箱體上固設有預壓罐，所述預壓罐用于接收滲透釜送出的熱塑性顆粒粒料，并將其卸入軟質篩網的發泡入口，所述預壓罐內設有調壓系統和溫控系統。
[0021]作為本發明的更進一步改進，所述發泡箱體上還固設有位于預壓罐下方的料斗，所述料斗上端部設有用于接收預壓罐卸出的熱塑性顆粒粒料的來料口，所述料斗下端部設有將其接收的熱塑性顆粒粒料卸入軟質篩網發泡入口的出料口，在料斗下方活動安裝有可調節出料口開口開度的活動板。
[0022]作為本發明的進一步改進，該熱塑性顆粒材料發泡裝置還包括底座，所述發泡箱體可拆卸安裝在底座上，所述軟質篩網活動安裝在底座上，在底座外設置有具有重量檢測報警器的產品收集箱，所述底座上安裝有用于將發泡出口卸出的熱塑性顆粒成品送入產品收集箱的刮料機構。
[0023]作為本發明的進一步改進，所述滲透釜上設有用于對容腔泄壓的泄壓閥。
[0024]—種熱塑性顆粒材料發泡裝置的發泡工藝，包括以下步驟:
[0025]將熱塑性顆粒粒料放入滲透釜的容腔內，再往容腔內通入超臨界C02并使其滲透入容腔內的熱塑性顆粒粒料；
[0026]控制泄壓閥對滲透釜泄壓，待滲透釜泄壓完畢后，驅動滲透釜將經超臨界滲透后的熱塑性顆粒粒料送入預壓罐中；
[0027]驅動預壓罐將其接收的熱塑性顆粒粒料送入料斗，再控制料斗使得其接收的熱塑性顆粒粒料均勻分布至軟質篩網上；
[0028]驅動軟質篩網連帶熱塑性顆粒粒料由發泡入口至發泡出口方向位移，使得熱塑性顆粒粒料在水蒸汽和加熱棒的配合加熱作用下開始發泡，此時電風扇、加熱棒、水蒸汽噴射管道、溫控機構均處于開啟狀態，工作時可根據使用情況對加熱棒進行開閉控制；
[0029]當軟質篩網攜帶發泡后的熱塑性顆粒成品到達發泡出口時，此時熱塑性顆粒尺寸達到最大，同時驅動刮料機構將熱塑性顆粒成品送入產品收集箱；
[0030]當產品收集箱內的熱塑性顆粒成品重量達到預設重量值時，重量檢測報警器報塾目ο
[0031]作為本發明的進一步改進，所述滲透釜內超臨界⑶2的溫度設置為30°C_45°C，所述滲透釜內腔壓力設置為7MPa-l 3MPa，所述滲透釜內的滲透時間設置為0.5h_5h，所述熱塑性顆粒粒料的發泡時間設置為20s-120s，所述預壓罐內的壓力設置為0.1 MPa-0.9MPa，所述預壓罐內溫度設置為0°C_25°C，所述發泡箱體內的溫度設置為50°C_150°C，所述發泡箱體內壓力設置為0.1 MPa-0.7MPa。
[0032]作為本發明的又一種改進，所述滲透釜設置為多個且依次為軟質篩網輸送熱塑性顆粒粒料。
[0033]作為本發明的又一種改進，在滲透釜內懸掛設置有用于盛放熱塑性顆粒粒料的料籃，所述料籃呈網孔狀設置