单边空腔自由式发泡方法与流程

本发明涉及生物质材料，尤其涉及一种单边空腔自由式发泡方法。

背景技术：

塑料制品为人类生活提供便捷的同时，制品不可降解，给环境带来严重危害；以植物纤维与淀粉为原料制备的发泡生物质材料，以其原料可再生、制品可降解的优势成为EPE,EPS等缓冲塑料制品的替代品。现有发泡生物质材料都是采用基于传统的热压成型工艺进行产品生产。传统热压成型工艺，浆料置于整个型腔，与上下模具表面相接触，制备的制品发泡方法中发泡不充分，泡孔结构不均匀，严重影响制品的缓冲性能，使制品力学性能不达标，且无法进行大规模工业化生产满足市场需求。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明第一目的是提供单边空腔自由式发泡方法，该方法大幅改善生物质材料制品内部泡孔结构，气泡生长充分、均匀，制品缓冲性能提高显著，具有良好的实际效用。

本发明第二目的是提供单边空腔自由式发泡方法，通过空腔的形成，浆料先定型、再发泡，便于对生物质材料发泡的进行，减少材料用量，降低制品制造成本。

为了达成上述目的，本发明提供的第一方案如下：

单边空腔自由式发泡方法：

1)将生物质材料设于下模内；

2)上模挤压下模内生物质材料对生物质材料进行定型，设定时间后，上模从下模脱离，在下模与上模之间形成单边发泡空腔；

3)在单边发泡空腔内对生物质材料进行加热设定时间，生物质材料在下模内进行发泡，实现单边空腔烘焙发泡。

上模部分可嵌入到下模的凹槽内，便于上下模的精确定位；上模通过重力作用或上模与升降机构连接，以实现上模移动嵌入到下模内。

在上模脱离下模后，下模凹槽单边留有设定的发泡空间，浆料先定型再发泡，使生物质材料在固定方向实现自由均匀发泡，旨在提高生物质材料缓冲性能，同时减少材料用量，有效降低制品制造成本，定型时间控制在2-4s，使生物质材料形成完整的表面。

其中，所述移动机构与上模或与下模固定，这样由移动机构带动上模移动脱离下模或者，带动下模移动，均可实现上模从下模凹槽内脱离；上模与下模各自采用透气钢材料，上基座与上模、下基座与下模之间分别通过连接件连接，连接件可以是螺栓或者螺钉。

所述下模固定于下基座上表面，上模顶部与上基座固定，在下模表面设置中部空心的挡板，挡板的空心处与下模凹槽对应以便于上模的移动，挡板、上基座与下基座各自为铝合金材料。

在所述上基座与挡板之间设置弹性元件作为所述的移动机构，弹性元件优选弹簧，可以根据生物质材料配方需要，改变弹簧力，进行适应生物质材料发泡要求的调整。不同的发泡余量空间，制备制品内部的泡孔结构不同，制品的力学性能不同。

所述弹性元件与上基座固定或者弹性元件与挡板固定。

所述下基座与下模接触的表面设置有下沉槽，下基座下沉槽底部分布有透气孔，使气体能迅速排出模具，控制模具型腔内压强。

所述上基座与上模接触的表面设置有上沉槽，上基座上沉槽上部分布有透气孔。

所述上模为与所述下模凹槽相配合的凸楔，以此形成的楔形自动定位结构实现上、下模的精准定位，上基座的纵向截面呈T型。

所述步骤3)中对生物质材料加热时间为2～3min，单边发泡空腔内温度为190-200℃，在铝合金上基座1和/或铝合金下基座6内或者表面设置电加热板，电加热板与温度控制器连接。因内部温度传递到上基座或下极座温度传感器处需要一定的过程，模具型腔内温度高于传感器处检测到的温度，通常情况下，当温度传感器检测到上模或下模的温度达到180-185℃时，表明了单边发泡空腔内的温度达到要求，可以控制电加热板停止加热或者维持该温度。

在上基座和/或下基座的侧面设置温度传感器安装孔，温度传感器安装孔内安装温度传感器以检测上模和/或下模的温度。

本发明提供的第二个方案是：

1)将生物质材料设于下模内；

2)第一上模挤压下模内生物质材料对生物质材料进行定型，设定时间后，第一上模从下模脱离，对下模内生物质材料进行加热到设定第一温度；第二温度为90—100℃，加热时间为1min；

3)下模与第二上模合模，第二上模可嵌入到下模内的长度小于第一上模可嵌入到下模内的长度，继续对生物质材料加热到设定第二温度，第二上模与下模之间形成单边发泡空腔；在单边发泡空腔内对生物质材料进行加热设定时间，实现单边空腔烘焙发泡。

第二上模可嵌入到下模内的长度小于第一上模可嵌入到下模内的长度，这样，在第二上模与下模凹槽之间形成空腔，生物质材料在下模内进行发泡；第二温度为190-200℃，加热时间为1min～2min，这样的发泡方法因具有一定的流程，适用于实际工厂运作。

所述第一上模与下模二者中其中之一与移动机构连接，在上模与下模挤压生物质材料设定时间后在移动机构作用下上模与下模脱离，第一上模顶部固定于上基座上，移动机构为设于上基座下表面的弹簧，利用弹簧的回弹力实现第一上模回弹，快速方便。该方案中移动机构、第一上模或第二上模与下模的结构与第一方案中的移动机构、上模和下模的结构分别对应相同。

本发明实现单边空腔自由式发泡方法，该方法解决了现有生物质材料发泡，没有发泡空间，泡孔生长不充分，内部泡孔结构不均匀的问题，同时将材料制备过程产生的气体迅速排出，释放模具型腔内急剧升高的压强，使生物质材料内部气泡在空腔内充分自由生长。兼顾气泡充分生长和制备过程的排汽，同时设计了可拆卸式铝合金挡板，且弹簧根据不同发泡要求进行调整，形成不同余量的发泡空间，适应不同产品要求。可拆卸式螺栓连接结构，便于对模具进行清洗和维护。

本发明采用铝合金基座，节约用材，解决透气钢市场价格高昂的问题，节约了模具生产成本。单边空腔自由式发泡模具，相比于传统模压发泡，生物质浆料接触模具上下表面，浆料表面水蒸气溢出面较小；单边空腔式发泡，水蒸气从浆料表面溢出空间较大，水蒸汽快速从材料内部排出，干燥速度较快，大幅减少了制品干燥时间，减少制品原始浆料用量，提高了制品泡孔质量增加缓冲性能的同时，降低了材料原料使用成本和制品制造生产成本，具有良好的实际效用，对目前的模具生产都具有良好的借鉴意义。

附图说明

图1单边空腔自由式发泡模具剖面图；

图2(a)实施例1中单边空腔自由式发泡模具的空腔自由发泡过程示意图；

图2(b)实施例2中单边空腔自由式发泡模具的空腔自由发泡过程示意图。

图3单边空腔自由式发泡模具主视图；

图4(a)单边空腔自由式发泡模具的透气钢上模仰视图；

图4(b)单边空腔自由式发泡模具的透气钢上模剖视图；

图5(a)单边空腔自由式发泡模具的透气钢下模俯视图；

图5(b)单边空腔自由式发泡模具的透气钢下模剖视图；

图6(a)单边空腔自由式发泡模具的铝合金上基座仰视图；

图6(b)单边空腔自由式发泡模具的铝合金上基座部分剖视图；

图7(a)单边空腔自由式发泡模具的铝合金挡板俯视图；

图7(b)单边空腔自由式发泡模具的铝合金挡板侧视图。

图中：1、铝合金上基座，2、透气钢上模，3、弹簧，4、铝合金挡板，5、透气钢下模，6、铝合金下基座，7、排气孔，8、基座下沉槽，9、电加热板，10、单边发泡空腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

如图1、图2(a)所示，单边空腔自由式发泡方法，采用的单边空腔自由式发泡模具包括铝合金上基座1、透气钢上模2、弹簧3、铝合金挡板4、透气钢下模5、铝合金下基座6、排气孔7、基座下沉槽8、电加热板9和单边发泡空腔10，透气钢上模2和透气钢下模5组合形成模具的型腔，铝合金上基座1与铝合金挡板4之间设置弹簧3，如图3所示，弹簧3固定于铝合金上基座1下表面，透气钢上下模完成合模使生物质材料制品定型后，透气钢上模在弹簧3回弹力的作用下上升一定距离，使制品上表面形成单边发泡空腔10，在高温环境下制品单边空腔内形成自由发泡。整个发泡过程产生的大量气体，透过透气钢模具微孔结构排到基座下沉槽8中，铝合金上下基座中均匀分布着排汽孔7，气体由基座下沉槽8进入排气孔7中顺利排出。

单边发泡空腔内温度为190-200℃，在上基座和/或下基座内或者表面设置电加热板9，电加热板9与温度控制器连接。因内部温度传递到上基座或下极座温度传感器处需要一定的过程，模具型腔内温度高于传感器处检测到的温度，通常情况下，当温度传感器检测到上模或下模的温度达到180-185℃时，表明了单边发泡空腔10内的温度达到要求，可以控制电加热板停止加热或者维持该温度。

在铝合金上基座1和/或铝合金下基座6的侧面设置温度传感器安装孔，温度传感器安装孔内安装温度传感器以检测透气钢上模2和/或透气钢下模5的温度。

整个模具，拆卸方便，便于对模具进行清洗和维护。透气钢上模2设计凸楔，透气钢下模5设计相应的凹型腔，以此形成的楔形自动定位结构可以实现上、下模的精准定位。

其中：上下基座材质是价格便宜的金属材料铝合金；

上下模具采用新型透气钢材料，生物质复合材料浆料流变特性差，常温条件下表观粘度为200mPa/s，加热过程有大量气体排出，排汽要求很高，同时淀粉微观尺寸显示淀粉颗粒直径在50μm左右，因此可选择35μm孔径的透气钢，所以透气钢上、下模的材质选用PM-35-35透气钢。

如图4(a)、4(b)，5(a)、5(b)所示，透气钢上、下模的透汽率会随着其厚度增加而减小，而其强度会随着厚度的增加而增大，在综合考虑透气钢上、下模的透汽率和强度前提下，经过研究计算得出最优的透气钢厚度为15--25mm。

如图6(a)、6(b)所示，铝合金上基座1和铝合金下基座6的材质没有透气性，而透气钢材料的微孔分布不均匀，为了保证模具良好的排汽性能，故在铝合金上、下基座上均加工一个高度3-6mm的下沉槽，并在该下沉有效排汽面积内，均匀的分布9-18个透气孔，为保证良好的导热性能和强度，透气孔7尺寸不宜太大，透气孔7直径选为4-6mm。

铝合金挡板4与上下模具之间可拆卸，可以根据需要选用不同的弹簧3，从而形成不同余量的单边发泡空腔，满足形成不同泡孔结构材料的要求。

实施例2

单边空腔自由式发泡方法，如图2(b)所示，

1)将生物质材料设于下模内；

2)第一上模挤压下模内生物质材料对生物质材料进行定型，设定时间后，第一上模从下模脱离，对下模内生物质材料进行加热到设定第一温度；第二温度为90—100℃，加热时间为1min；

3)下模与第二上模合模，第二上模可嵌入到下模内的长度小于第一上模可嵌入到下模内的长度，继续对生物质材料加热到设定第二温度，第二上模与下模之间形成单边发泡空腔；在单边发泡空腔内对生物质材料进行加热设定时间，实现单边空腔烘焙发泡。

所述第一上模与下模二者中其中之一与移动机构连接，在上模与下模挤压生物质材料设定时间后在移动机构作用下上模与下模脱离，移动机构可以是电缸或者其他动力装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。