一種超臨界流體擠出發泡設備的制造方法
【專利摘要】一種超臨界流體發泡擠出設備，包括喂料裝置、雙螺桿擠出機、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機、熔體泵和成型模頭，其中喂料裝置、雙螺桿擠出機、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機、熔體泵和成型模頭依次順序連接。熔體泵的設置能夠實現穩流和增壓，減小擠出過程中的壓力波動，保證生產質量穩定。成型模頭內特殊設計的剪切段和阻流段，保證熔體流速沿板材寬度方向分布均勻一致，并且有利于在模頭內形成高的壓力降和壓降速率，從而得到微觀結構和宏觀性能優良的微孔發泡板材。
【專利說明】
一種超臨界流體擠出發泡設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種擠出發泡設備，特別地，涉及一種超臨界流體擠出發泡設備。
【背景技術】
[0002]相較于傳統的化學發泡方法，超臨界流體擠出發泡成型避免了化學發泡劑在高分子材料中的殘留問題，更加綠色環保，成本更低，從而廣泛應用于生產微孔發泡高分子材料。其中，超臨界CO2擠出發泡是一種容易規模化生產的工藝方法，其能夠連續高效地生產泡孔結構均一且穩定的微孔發泡粒料或板材。現有技術中，為了提高混合分散效果和工藝參數控制的精確度，一般采用雙螺桿擠出機和單螺桿擠出機串聯，用于擠出發泡。但是，現有的設備在擠出發泡成型過程中容易出現熔體壓力波動，在成型模頭內難以建立起較高的發泡壓力，造成氣泡在模頭內過早成核和長大，使得發泡材料的泡孔直徑變大，其宏觀性能下降。尤其是用于擠出發泡寬幅板材的時候，如何保證出口模處熔體流速沿寬度方向分布均勻依然是個難題。
【實用新型內容】
[0003]為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種超臨界流體擠出發泡設備，其包括喂料裝置、雙螺桿擠出機、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機和成型模頭，該喂料裝置、雙螺桿擠出機、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機和成型模頭依次順序連接，該成型模頭包括依次連通的扇形區、剪切段、阻流段和模唇，該剪切段的橫截面積小于扇形區、阻流段和模唇的橫截面積，該阻流段具有S型橫截面結構。
[0004]該超臨界流體擠出發泡設備能夠用于各種熱塑性高分子材料及其共混物的微孔發泡材料的連續擠出生產。聚合物原材料通過喂料裝置加入雙螺桿擠出機，在螺桿剪切和料筒外加熱的作用下熔融塑化。然后超臨界流體發泡劑通過發泡劑注入系統進行準確計量后穩定地注入熔體中，并在螺桿的高速混合和剪切力場作用下與熔體充分分散混合。接著，發泡劑與熔體的混合體系被輸送至單螺桿擠出機，在其中進一步分散混合形成聚合物熔體/超臨界流體發泡劑的均相體系，然后冷卻至適宜的溫度。該均相體系進入成型模頭，在成型模頭內，由于突然降壓，聚合物熔體/超臨界流體發泡劑體系達到熱力學不穩定狀態，泡孔成核長大，后經冷卻定型得到微孔發泡板材。
[0005]成型模頭中的剪切段可以保證熔體在模頭前段流道內一直保持較高的壓力，避免物料在模頭內過早發泡。其中阻流段具有S型的橫截面，物料經過剪切段流道進入阻流段流道后有一個較大的壓力降，使得CO2從聚合物熔體中析出，氣泡成核長大。但此時模頭內還有較高的壓力，所以氣泡不會過分膨脹，物料再經過一段定型段后出口模，氣泡進一步膨脹，冷卻定型后得到微孔發泡板材制品。并且，剪切段和阻流段的流道結構設計均有利于物料的流動速度沿寬度方向進一步分布均勻。
[0006]進一步地，該模唇的截面積與剪切段的截面積的比值為1.1-15。阻流段的截面積大于或者可與模唇的截面積相同。
[0007]進一步地，該模唇的截面積與剪切段的截面積的比值為10。
[0008]進一步地，該成型模頭具有衣架型流道結構，使得從料筒流入模頭的柱形流熔體變成流速分布均勻的平板流熔體，非常適合于板材尤其是寬幅板材的擠出成型。
[0009]進一步地，該超臨界流體發泡基礎設備還包括熔體栗，所述喂料裝置、雙螺桿擠出機、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機、熔體栗和成型模頭依次順序連接。均相體系通過熔體栗穩流和增壓后進入成型模頭，
[0010]進一步地，該熔體栗為齒輪式熔體栗。
[0011 ]進一步地，該喂料裝置與雙螺桿擠出機上的喂料口連接。
[0012]進一步地，該超臨界流體發泡劑注入系統與雙螺桿擠出機上的注氣口連接。注氣口在雙螺桿擠出機的自然排氣口位置，該位置處料筒內熔體壓力較低，有利于發泡劑穩定可控地注入擠出機內。并且，注氣口前端料筒內物料已經完全熔融并且具有較高的熔體壓力，能形成熔體密封防止發泡劑向加料口位置逃逸，注氣口后端較高的熔體壓力也能避免發泡劑進入擠出機后噴射流動。
[0013]進一步地，該發泡劑為超臨界CO2。
[0014]進一步地，該發泡劑為超臨界N2或超臨界N2與超臨界CO2的混合物。
[0015]本實用新型提供的一種超臨界流體發泡擠出設備，其具有以下有益效果:
[0016](I)成型模頭內特殊設計的剪切段和阻流段，保證熔體流速沿材料寬度方向分布均勻一致，并且有利于在模頭內形成高的壓力降和壓降速率，從而得到微觀結構和宏觀性能優良的微孔發泡材料；
[0017](2)熔體栗的設置能夠實現穩流和增壓，減小擠出過程中的壓力波動，保證生產質直穩定;
[0018](3)本實用新型可以得到發泡倍率在5以上、泡孔平均直徑在30um以下的微孔發泡材料。
【附圖說明】
[0019]本實用新型結合下面附圖對實施例進行進一步描述，其中:
[0020]圖1為本實用新型的發泡擠出設備的結構示意圖；
[0021 ]圖2為圖1中成型模頭的剖面圖。
[0022]圖中:1-喂料裝置;2-雙螺桿擠出機;3-單螺桿擠出機;4-熔體栗;5-成型模頭;6_喂料口 ； 7-注氣口； 8-扇形區;9-剪切段;10-阻流段;11-模唇。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖1和2對本實用新型的優選實施例進行說明。
[0024]實施例1
[0025]如圖1所示，超臨界流體擠出發泡設備包括喂料裝置1、雙螺桿擠出機2、超臨界CO2注入系統(未示出)、單螺桿擠出機3、熔體栗4以及成型模頭5。
[0026]在工作過程中，聚合物原材料先通過喂料裝置I加入雙螺桿擠出機2中，并在螺桿剪切和料筒外加熱的作用下熔融塑化。然后，CO2通過超臨界CO2注入系統準確計量后穩定地注入熔體中，并在螺桿的高速混合和剪切力場作用與熔體充分分散混合。接著該混合體系被輸送至單螺桿擠出機3，在單螺桿擠出機3中進一步分散混合形成聚合物熔體/超臨界CO2均相體系并冷卻到適宜的溫度，該均相體系通過熔體栗4穩流和增壓后進入成型模頭5。如圖2所示，該成型模頭內還包括依次連通的扇形區8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的橫截面積與剪切段的橫截面積的比值為10，阻流段10具有S型的橫截面。熔體從扇形區8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道內，最后再經過模唇11后出模頭，發泡冷卻定型后得到發泡倍率在5以上、泡孔平均直徑在30um以下微孔發泡材料制品。
[0027]實施例2
[0028]超臨界流體擠出發泡設備包括喂料裝置1、雙螺桿擠出機2、超臨界CO2注入系統(未示出)、單螺桿擠出機3以及成型模頭5。
[0029]在工作過程中，聚合物原材料先通過喂料裝置I加入雙螺桿擠出機2中，并在螺桿剪切和料筒外加熱的作用下熔融塑化。然后，CO2通過超臨界CO2注入系統準確計量后穩定地注入熔體中，并在螺桿的高速混合和剪切力場作用與熔體充分分散混合。接著該混合體系被輸送至單螺桿擠出機3，在單螺桿擠出機3中進一步分散混合形成聚合物熔體/超臨界CO2均相體系并冷卻到適宜的溫度，該均相體系進入成型模頭5。如圖2所示，該成型模頭內還包括依次連通的扇形區8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的橫截面積與剪切段的橫截面積的比值為10，阻流段10具有S型的橫截面。熔體從扇形區8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道內，最后再經過模唇11后出模頭，發泡冷卻定型后得到發泡倍率在5以上、泡孔平均直徑在30um以下微孔發泡材料制品。
[0030]實施例3
[0031]如圖1所示，超臨界流體擠出發泡設備包括與雙螺桿擠出機上的喂料口6連接的喂料裝置1、雙螺桿擠出機2、超臨界CO2注入系統(未示出)、單螺桿擠出機3、齒輪式熔體栗4以及成型模頭5。
[0032]在工作過程中，聚合物原材料先通過喂料裝置I加入雙螺桿擠出機2中，并在螺桿剪切和料筒外加熱的作用下熔融塑化。然后，超臨界CO2通過超臨界CO2注入系統準確計量后穩定地通過雙螺桿擠出機上的注氣口 7注入熔體中，并在螺桿的高速混合和剪切力場作用與恪體充分分散混合。接著該混合體系被輸送至單螺桿擠出機3，在單螺桿擠出機3中進一步分散混合形成聚合物熔體/超臨界CO2均相體系并冷卻到適宜的溫度，該均相體系通過齒輪式熔體栗4穩流和增壓后進入成型模頭5。如圖2所示，成型模頭5內含有衣架型的流道結構，能夠使從熔體栗4中流入模頭的柱形流熔體變成流速分布均勻的平板流熔體。該成型模頭內還包括依次連通的扇形區8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的橫截面積與剪切段的橫截面積的比值為15，阻流段10具有S型的橫截面。平板流熔體從扇形區8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道內，最后再經過一段定型段11后出模頭，發泡冷卻定型后得到發泡倍率在5以上、泡孔平均直徑在30um以下的微孔發泡板材制品。
[0033]實施例4
[0034]如圖1所示，超臨界流體擠出發泡設備包括與雙螺桿擠出機上的喂料口6連接的喂料裝置1、雙螺桿擠出機2、超臨界犯注入系統(未示出)、單螺桿擠出機3、齒輪式熔體栗4以及成型模頭5。
[0035]在工作過程中，聚合物原材料先通過喂料裝置I加入雙螺桿擠出機2中，并在螺桿剪切和料筒外加熱的作用下熔融塑化。然后，超臨界他通過超臨界他注入系統準確計量后穩定地通過雙螺桿擠出機上的注氣口 7注入熔體中，并在螺桿的高速混合和剪切力場作用與熔體充分分散混合。接著該混合體系被輸送至單螺桿擠出機3，在單螺桿擠出機3中進一步分散混合形成聚合物熔體/超臨界犯均相體系并冷卻到適宜的溫度，該均相體系通過齒輪式熔體栗4穩流和增壓后進入成型模頭5。如圖2所示，成型模頭5內含有衣架型的流道結構，能夠使從熔體栗4中流入模頭的柱形流熔體變成流速分布均勻的平板流熔體。并且該成型模頭內還包括依次連通的扇形區8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的橫截面積與剪切段的橫截面積的比值為I.I，阻流段10具有S型的橫截面。平板流熔體從扇形區8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道內，最后再經過一段定型段11后出模頭，發泡冷卻定型后得到發泡倍率在5以上、泡孔平均直徑在30um以下的微孔發泡板材制品。
[0036]實施例4
[0037]本實施例與實施例3相同，其不同僅在于其中的超臨界CO2替換為超臨界CO2與超臨界N2的混合物。
[0038]應當理解，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于本領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術方案所引申出的顯而易見的變化或改變仍處于本實用新型的保護范圍之列。
【主權項】
1.一種超臨界流體發泡擠出設備，包括喂料裝置(I)、雙螺桿擠出機(2)、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機(3)和成型模頭(5);所述喂料裝置(I)、雙螺桿擠出機(2)、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機(3)和成型模頭(5)依次順序連接，其特征在于，所述成型模頭(5)包括依次連通的扇形區(8)、剪切段(9)、阻流段(10)和模唇(11);所述剪切段(9)的橫截面積小于扇形區(8)、阻流段(10)和模唇(11)的橫截面積;所述阻流段(10)具有S型橫截面結構。2.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述模唇(11)的截面積與所述剪切段(9)的截面積的比值為1.1-15。3.根據權利要求2的設備，其特征在于，所述模唇(11)的截面積與所述剪切段(9)的截面積的比值為10。4.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述成型模頭(5)具有衣架型流道結構。5.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述超臨界流體發泡基礎設備還包括熔體栗(4)，所述喂料裝置(I)、雙螺桿擠出機(2)、發泡劑注入系統、單螺桿擠出機(3)、熔體栗(4)和成型模頭(5)依次順序連接。6.根據權利要求5的設備，其特征在于，所述熔體栗(4)為齒輪式熔體栗。7.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述喂料裝置(I)與雙螺桿擠出機上(2)的喂料口(6)連接。8.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述發泡劑注入系統與雙螺桿擠出機(2)上的注氣口(7)連接。9.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述發泡劑為超臨界CO2。10.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述發泡劑為超臨界％或超臨界％與超臨界CO2的混合物。
【文檔編號】B29C44/60GK205553027SQ201620128071
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月18日
【發明人】呂冬, 林紅, 吳景深
【申請人】廣州市香港科大霍英東研究院