專利名稱：高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微孔發泡塑料成型技術，特別涉及一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置。
背景技術：
微孔塑料是指泡孔直徑在0.1-10 μ m,泡孔密度在IO9-1O15個/cm3的新型泡沫材料。鑒于傳統的發泡劑如氟氯烴類等成型的制品需要后序處理來脫除殘留物，并且工藝不穩定，近些年來，超臨界流體憑借其無溶劑殘留、黏度低、擴散系數大、無毒、不燃、化學惰性、不污染環境等獨特優點已經成為傳統發泡劑十分理想的替代產品。然而，如何將超臨界流體發泡劑定量加入注射機，以及如何使之高效地達到氣體/熔體單相狀態并且實現精密注射，仍然是制約超臨界流體微孔發泡注射成型發展與應用的主要問題。為此，專利號為ZL200620131890.0的中國實用新型專利公開了一種微發泡雙機筒注射機，該設備包括塑化擠出裝置和塑化注射裝置，在塑化擠出裝置前端設置液態氣注入裝置，物料通過擠出機出料口進入注射機內，再經過注射螺桿注入模具成型微孔制品。與普通單階注射發泡機相比，該裝置采用雙階結構，主要是通過配置的第二階螺桿來增加發泡劑與聚合物熔體在螺桿中的混合時間，提高氣熔混合效果。專利號為CA2480025的加拿大發明專利公開了一種微孔發泡注射設備，該設備采用雙階結構，將塑化混合與注射過程分離，通過配置的第二階柱塞桿來實現注射量的精密控制。上述專利在實際使用中，第二階螺桿或柱塞桿前端儲料完成時刻至注射充模時刻之間的時間段，其前端儲存的氣熔體系處于靜態停滯狀態，因而并非成型全周期持續混合，混合效果受限。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種注射發泡成型全周期持續混合不停滯、氣熔混合效果好、可有效提高發泡制品性能的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置。本實用新型的技術方案為:一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，包括塑化單元、超臨界流體輸送單元、混合單元、注射單元和模具單元，塑化單元、混合單元和注射單元依次連接，超臨界流體輸送單元與混合單元相連接，模具單元設于注射單元的輸出末端；混合單元通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合單元通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接。所述塑化單元為螺桿往復式注射裝置，包括塑化螺桿、塑化料筒、料斗和動力機構，塑化螺桿設于塑化料筒內，料斗設于塑化螺桿的進料端，塑化螺桿一端與動力機構連接，塑化螺桿的出料端通過第一可控熔體計量閥與混合單元連接；塑化螺桿的出料端與第一可控熔體計量閥的相接處還設有多孔板。其中，動力機構用于驅動塑化螺桿工作，物料從料斗進入塑化料筒內后，隨著塑化螺桿的旋轉進行塑化，形成熔體，同時輸送至混合單元，第一可控熔體計量閥用于控制進入混合單元的熔體量。所述超臨界流體輸送單元包括儲氣瓶、壓力表、冷卻循環泵、高壓計量泵和高壓電磁閥，儲氣瓶、壓力表、冷卻循環泵、高壓計量泵和高壓電磁閥通過氣體管道依次連接，氣體管道的出口端與混合單元連接；氣體管道的出口端還設有單向注氣閥，壓力表與冷卻循環泵之間的氣體管道上設有高壓閥。混合單元可有以下兩種結構形式:( I)所述混合單元包括電機、混合軸和密封軸套，電機設于混合軸一端，混合軸設于密封軸套內，混合軸的進料端通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合軸的出料端通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接；混合軸為中空的銷釘式或其他混合結構的混合軸，氣體管道的出口端與混合軸相連接。所述混合軸中部為空腔結構，混合軸的軸壁上分布有多個氣孔；混合軸與密封軸套之間的空間為混合腔；混合軸中部的空腔結構與氣體管道相通，軸壁上各氣孔連通混合軸中部的空腔結構與混合腔。混合軸可以在電機的帶動下進行單向旋轉或往復旋轉，從而快速實現氣熔混合物的高效混合。混合軸的快速高效混合效應，可提高裝置對氣體擴散速率低物料的加工適應性。該結構的混合單元中，混合軸軸壁上的氣孔大小和數量可根據實際使用的超臨界流體流量、壓力和熔體種類進行設計。來自塑化單元的熔體通過第一可控熔體計量閥進入混合腔，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體進入混合軸中部的空腔內，再從軸壁上的氣孔進入混合腔，隨著混合軸的旋轉，超臨界流體與熔體在混合腔內混合形成氣體/熔體單相體系，同時輸送至注射單元。第二可控熔體計量閥用于控制進入注射單元的氣體/熔體單相體系的用量。(2)所述混合單元包括電機、混合軸和進氣套，電機設于混合軸一端，混合軸設于進氣套內，混合軸的進料端通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合軸的出料端通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接；氣體管道的出口端與進氣套相連接。所述進氣套上設有多個氣孔，各氣孔與氣體管道的出口端相連接，進氣套與混合軸之間的空間為混合腔。該結構的混合單元中，進氣套上氣孔的大小和數量可根據實際使用的超臨界流體流量、壓力和熔體種類進行設計。進氣套內部形成密閉空間，混合軸則采用普通的銷釘式或其他混合結構的混合軸即可。來自塑化單元的熔體通過第一可控熔體計量閥進入混合腔，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體通過各氣孔進入混合腔，隨著混合軸的旋轉，超臨界流體與熔體在混合腔內混合形成高氣體含量且分散均勻的氣體/熔體單相體系，同時輸送至注射單元。第二可控熔體計量閥用于控制進入注射單元的氣體/熔體單相體系的用量。所述注射單元包括油缸、柱塞、加熱料筒、料筒內襯和注射噴嘴，油缸和注射噴嘴分別設于加熱料筒的兩端，柱塞設于加熱料筒內，料筒內襯設于加熱料筒內襯與注射噴嘴連接的一端；注射噴嘴上方通過第二可控熔體計量閥與混合單元連接，注射噴嘴的出口端與模具單元連接。所述注射噴嘴為可控開閉式噴嘴。所述模具單元可采用液壓-機械式鎖模等機構，可適應各種模具成型。[0019]通過上述裝置可實現一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型方法，利用塑化單元對物料進行熔融塑化并輸送至混合單元，同時超臨界流體輸送單元向混合單元通入超臨界流體；利用混合單元在成型全周期內的持續的混合作用，使得超臨界流體與熔融的物料混合形成高氣體含量且分散均勻的氣體/熔體單相體系；氣體/熔體單相體系輸送至注射單元后，由注射單元精確定量注射到模具單元中，制得微孔發泡塑料。本實用新型相對于現有技術，具有以下有益效果:本高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置通過在普通螺桿注射機和柱塞式注射機之間配置混合單元及超臨界流體輸送單元，在混合過程精確控制下，實現生產全周期內超臨界流體發泡劑與聚合物熔體的持續高效混合，從而有效提高氣熔混合物中的氣體含量，且實現氣體在熔體中的均勻分散，最終提高微孔發泡制品的性能。同時，通過該裝置及其實現的成型方法進行微孔發泡制品成型加工時，物料適應性廣，注射量精確可控，生產成本低。
圖1為實施例1的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置的結構示意圖。圖2為圖1中F局部放大后的首I]視圖。圖3為實施例2的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置的結構示意圖。圖4為圖3中G局部放大后的首I]視圖。圖5注射單元的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。實施例1本實施例一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其結構如圖1所示，包括塑化單元A、超臨界流體輸送單元B、混合單元C、注射單元D和模具單元E，塑化單元、混合單元和注射單元依次連接，超臨界流體輸送單元與混合單元相連接，模具單元設于注射單元的輸出末端；混合單元通過第一可控熔體計量閥I與塑化單元連接，混合單元通過第二可控熔體計量閥2與注射單元連接。其中，塑化單元A為螺桿往復式注射裝置，包括塑化螺桿3、塑化料筒4、料斗5和動力機構6，塑化螺桿設于塑化料筒內，料斗設于塑化螺桿的進料端，塑化螺桿一端與動力機構連接，塑化螺桿的出料端通過第一可控熔體計量閥與混合單元連接；塑化螺桿的出料端與第一可控熔體計量閥的相接處還設有多孔板22。其中，動力機構用于驅動塑化螺桿工作，物料從料斗進入塑化料筒內后，隨著塑化螺桿的旋轉進行塑化，形成熔體，同時輸送至混合單元，第一可控熔體計量閥用于控制進入混合單元的熔體量。超臨界流體輸送單元B包括儲氣瓶7、壓力表8、冷卻循環泵10、高壓計量泵11和高壓電磁閥12，儲氣瓶、壓力表、冷卻循環泵、高壓計量泵和高壓電磁閥通過氣體管道依次連接，氣體管道的出口端與混合單元連接；氣體管道的出口端還設有單向注氣閥13，壓力表與冷卻循環泵之間的氣體管道上設有高壓閥9。[0032]混合單元C包括電機14、混合軸15和密封軸套16，電機設于混合軸一端，混合軸設于密封軸套內，混合軸的進料端通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合軸的出料端通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接；混合軸為中空的銷釘式或其他混合結構的混合軸，氣體管道的出口端與混合軸相連接。如圖2所示，混合軸15中部為空腔結構，混合軸的軸壁上分布有多個氣孔24 ;混合軸與密封軸套之間的空間為混合腔；混合軸中部的空腔結構與氣體管道相通，軸壁上各氣孔連通混合軸中部的空腔結構與混合腔。該結構的混合單元中，混合軸軸壁上的氣孔大小和數量可根據實際使用的超臨界流體流量、壓力和熔體種類進行設計。來自塑化單元的熔體通過第一可控熔體計量閥進入混合腔，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體進入混合軸中部的空腔內，再從軸壁上的氣孔進入混合腔，隨著混合軸的旋轉，超臨界流體與熔體在混合腔內混合形成氣體/熔體單相體系，同時輸送至注射單元。第二可控熔體計量閥用于控制進入注射單元的氣體/熔體單相體系的用量。如圖5所示，注射單元D包括油缸17、柱塞18、加熱料筒19、料筒內襯20和注射噴嘴21，油缸和注射噴嘴分別設于加熱料筒的兩端，柱塞設于加熱料筒內，料筒內襯設于加熱料筒內襯與注射噴嘴連接的一端；注射噴嘴上方通過第二可控熔體計量閥與混合單元連接，注射噴嘴的出口端與模具單元連接。注射噴嘴為可控開閉式噴嘴。模具單元E可采用液壓-機械式鎖模機構，可適應各種模具成型。本實施例通過上述裝置可實現一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型方法，利用塑化單元對物料進行熔融塑化并輸送至混合單元，同時超臨界流體輸送單元向混合單元通入超臨界流體；利用混合單元在成型全周期內的持續的混合作用，使得超臨界流體與熔融的物料混合形成高氣體含量且分散均勻的氣體/熔體單相體系；氣體/熔體單相體系輸送至注射單元后，由注射單元精確定量注射到模具單元中，制得微孔發泡塑料。其具體過程為:物料由料斗進入塑化單元的塑化料筒內，物料經過塑化螺桿剪切塑化并向塑化螺桿前端堆積，塑化螺桿逐漸后退，當預塑量達到預定值時，塑化螺桿停止轉動，此時第一可控熔體計量閥開啟，熔融物料通過多孔板與第一可控熔體計量閥被快速定量注射進入混合單元。在第一可控熔體計量閥開啟的同時，混合單元內的電機開始旋轉，超臨界流體輸送單元內的高壓電磁閥開啟，超臨界流體經由高壓電磁閥經過單向注氣閥注入到混合軸中部的空腔內，并從混合軸軸壁上的氣孔溢出(具體如圖2中的箭頭所示)與熔體接觸，并在混合軸的作用下混合。當熔體被定量注射進入混合單元后，第一可控熔體計量閥關閉，電機繼續轉動，對熔體和超臨界流體進行混合，同時塑化單元中的塑化螺桿開始進行第二次預塑化動作。當塑化單元第二次塑化完成時，混合單元內形成氣體/熔體單相體系，此時第一可控熔體計量閥和第二可控熔體計量閥同時開啟，塑化螺桿進行快速注射動作，將達到單相狀態的氣熔混合物通過第二可控熔體計量閥注入到注射單元內，而第二批預塑化熔體同樣被注射到混合單元中進行氣熔混合，此時隨著氣體/熔體單相體系進入注射單元的加熱料筒，柱塞快速同步后退，當柱塞后退到預定值時停止后退，第一可控熔體計量閥和第二可控熔體計量閥同時關閉，油缸帶動柱塞快速推進，將氣熔混合物注入模具單元中，經冷卻、定型后得到制品。當柱塞執行注射動作時，超臨界流體不停地被注入混合軸，混合軸不停地混合，而塑化單元中的塑化螺桿則同時進行又一次預塑化動作。實施例2本實施例一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，與實施例1相比較，其不同之處在于混合單元的具體結構形式不同。如圖3所示，混合單元包括電機14、混合軸15和進氣套23，電機設于混合軸一端，混合軸設于進氣套內，混合軸的進料端通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合軸的出料端通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接；氣體管道的出口端與進氣套相連接。如圖4所示，進氣套23上設有多個氣孔24，各氣孔與氣體管道的出口端相連接，進氣套與混合軸之間的空間為混合腔。該結構的混合單元中，進氣套上氣孔的大小和數量可根據實際使用的超臨界流體流量、壓力和熔體種類進行設計。進氣套內部形成密閉空間，混合軸則采用普通的銷釘式或其他混合結構的混合軸即可。來自塑化單元的熔體通過第一可控熔體計量閥進入混合腔，來自超臨界流體輸送單元的超臨界流體通過各氣孔進入混合腔，隨著混合軸的旋轉，超臨界流體與熔體在混合腔內混合形成氣體/熔體單相體系，同時輸送至注射單元。第二可控熔體計量閥用于控制進入注射單元的氣體/熔體單相體系的用量。本實施例通過上述裝置可實現一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型方法，利用塑化單元對物料進行熔融塑化并輸送至混合單元，同時超臨界流體輸送單元向混合單元通入超臨界流體；利用混合單元在成型全周期內的持續的混合作用，使得超臨界流體與熔融的物料混合形成高氣體含量且分散均勻的氣體/熔體單相體系；氣體/熔體單相體系輸送至注射單元后，由注射單元精確定量注射到模具單元中，制得微孔發泡塑料。其具體過程為:物料由料斗進入塑化單元的塑化料筒內，物料經過塑化螺桿剪切塑化并向塑化螺桿前端堆積，塑化螺桿逐漸后退，當預塑量達到預定值時，塑化螺桿停止轉動，此時第一可控熔體計量閥開啟，熔融物料通過多孔板與第一可控熔體計量閥被快速定量注射進入混合單元。在第一可控熔體計量閥開啟的同時，混合單元內的電機開始旋轉，超臨界流體輸送單元內，設于與進氣套連接的氣體管道上的各個高壓電磁閥開啟，超臨界流體經由高壓電磁閥經過單向注氣閥(圖中未示出)，由進氣套的各個氣孔注入到混合腔內與熔體接觸，并在混合軸的作用下混合。當熔體被定量注射進入混合單元后，第一可控熔體計量閥關閉，電機繼續轉動，對熔體和超臨界流體進行混合，同時塑化單元中的塑化螺桿開始進行第二次預塑化動作。當塑化單元第二次塑化完成時，混合單元內形成氣體/熔體單相體系，此時第一可控熔體計量閥和第二可控熔體計量閥同時開啟，塑化螺桿進行快速注射動作，將達到單相狀態的氣熔混合物通過第二可控熔體計量閥注入到注射單元內，而第二批預塑化熔體同樣被逐漸注射到混合單元中進行氣熔混合，此時隨著氣體/熔體單相體系進入注射單元的加熱料筒，柱塞快速同步后退，當柱塞后退到預定值時停止后退，第一可控熔體計量閥和第二可控熔體計量閥同時關閉，油缸帶動柱塞快速推進，將氣熔混合物注入模具單元中，經冷卻、定型后得到制品。當柱塞執行注射動作時，超臨界流體不停地被注入混合腔，混合軸不停地混合，而塑化單元中的塑化螺桿則同時進行又一次預塑化動作。如上所述，便可較好地實現本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本實用新型內容所作的均等變化與修飾，都為本實用新型權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求1.高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，包括塑化單元、超臨界流體輸送單元、混合單元、注射單元和模具單元，塑化單元、混合單元和注射單元依次連接，超臨界流體輸送單元與混合單元相連接，模具單元設于注射單元的輸出末端；混合單元通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合單元通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接。
2.根據權利要求1所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述塑化單元為螺桿往復式注射裝置，包括塑化螺桿、塑化料筒、料斗和動力機構，塑化螺桿設于塑化料筒內，料斗設于塑化螺桿的進料端，塑化螺桿一端與動力機構連接，塑化螺桿的出料端通過第一可控熔體計量閥與混合單元連接；塑化螺桿的出料端與第一可控熔體計量閥的相接處還設有多孔板。
3.根據權利要求1所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述超臨界流體輸送單元包括儲氣瓶、壓力表、冷卻循環泵、高壓計量泵和高壓電磁閥，儲氣瓶、壓力表、冷卻循環泵、高壓計量泵和高壓電磁閥通過氣體管道依次連接，氣體管道的出口端與混合單元連接；氣體管道的出口端還設有單向注氣閥，壓力表與冷卻循環泵之間的氣體管道上設有高壓閥。
4.根據權利要求3所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述混合單元包括電機、混合軸和密封軸套，電機設于混合軸一端，混合軸設于密封軸套內，混合軸的進料端通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合軸的出料端通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接；混合軸為中空的銷釘式混合軸，氣體管道的出口端與混合軸相連接。
5.根據權利要求4所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述混合軸中部為空腔結構，混合軸的軸壁上分布有多個氣孔；混合軸與密封軸套之間的空間為混合腔；混合軸中部的空腔結構與氣體管道相通，軸壁上各氣孔連通混合軸中部的空腔結構與混合腔。
6.根據權利要求3所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述混合單元包括電機、混合軸和進氣套，電機設于混合軸一端，混合軸設于進氣套內，混合軸的進料端通過第一可控熔體計量閥與塑化單元連接，混合軸的出料端通過第二可控熔體計量閥與注射單元連接；氣體管道的出口端與進氣套相連接。
7.根據權利要求6所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述進氣套上設有多個氣孔，各氣孔與氣體管道的出口端相連接，進氣套與混合軸之間的空間為混合腔。
8.根據權利要求1所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述注射單元包括油缸、柱塞、加熱料筒、料筒內襯和注射噴嘴，油缸和注射噴嘴分別設于加熱料筒的兩端，柱塞設于加熱料筒內，料筒內襯設于加熱料筒內襯與注射噴嘴連接的一端；注射噴嘴上方通過第二可控熔體計量閥與混合單元連接，注射噴嘴的出口端與模具單元連接。
9.根據權利要求8所述的高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，其特征在于，所述注射噴嘴為可控開閉式噴嘴。
專利摘要本實用新型公開一種高效混合微孔發泡塑料精密注射成型裝置，包括塑化單元、超臨界流體輸送單元、混合單元、注射單元和模具單元，塑化單元、混合單元和注射單元依次連接，超臨界流體輸送單元與混合單元相連接，模具單元設于注射單元的輸出末端；其方法是利用塑化單元對物料進行熔融塑化并輸送至混合單元，同時超臨界流體輸送單元向混合單元通入超臨界流體；利用混合單元在成型全周期內的持續的混合作用，使得超臨界流體與熔融的物料混合形成高氣體含量且分散均勻的氣體/熔體單相體系；然后由注射單元精確定量注射到模具單元中制備微孔發泡塑料。本實用新型具有物料適應性廣，混合效率高，氣體含量高，注射量精確可控，生產成本低的特點。
文檔編號B29C45/54GK203157068SQ201220712738
公開日2013年8月28日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者彭響方, 陳斌藝, 劉剛, 趙海濱, 余鵬, 付大炯 申請人:華南理工大學