一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置的制作方法

本实用新型涉及热塑性聚合物材料技术领域，尤其涉及一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置。

背景技术：

由于超临界流体技术具有清洁环保的特点，聚合物微孔发泡材料应用超临界流体技术制备，对环境和发泡制品都不会造成污染，因此，应用超临界流体技术制备聚合物微孔发泡制品广泛应用于工业、食品、医疗、建筑、交通工具等领域。

利用超临界流体在接近聚合物熔点的温度条件下，对聚合物进行溶胀渗透，使得超临界流体能够在聚合物基体中大量溶解，同时聚合物能保持足够的强度，通过快速卸压使得聚合物基体中的超临界流体过饱和，从而成核发泡，得到微孔发泡聚合物制品。

目前，工业上采用高温高压的超临界流体模压发泡法生产聚合物发泡制品，其工艺过程是将热塑性聚合物树脂加工成一定的形状，然后将模压机上的发泡模具升温，待达到发泡温度后，将预制好的聚合物毛坯放入模具，模压机合模密封，向模具内充入超临界流体，使聚合物溶胀扩散，然后模压机开模泄压发泡，即可得到泡孔尺寸和密度可控的聚合物微孔发泡制品。

公开号cn1621437a公开了一种超临界co2发泡通用型聚丙烯树脂的方法。包括如下步骤：将聚丙烯置于超临界状态的co2流体中进行溶胀和渗透0.5-1小时，然后快速卸压并冷却，即可得到泡孔均匀，大小可控的闭孔微孔发泡聚丙烯材料。

公布号cn102167840a公开了一种超临界模压发泡制备聚合物微孔发泡材料的方法。其步骤是将模压机上的发泡模具升温，待达到发泡温度后，将聚合物预成型胚胎放入模具，模压机合模密封，向模具内充入超临界流体，超临界流体向聚合物溶胀扩散一段时间后，模压机迅速打开模具泄压，即可得到聚合物微孔发泡材料。

公布号cn104097288a公开了一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，该装置由超临界流体输送系统、模具系统、温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置、显示和控制系统等组成。模具系统利用模压机的上、下热板进行加热，利用超临界流体超强的渗透和扩散能力浸渍聚合物，在一定的温度、时间和超临界流体压力作用下，超临界流体逐渐扩散进聚合物基体，然后快速释放压力获得一定形状的发泡材料，实现多种聚合物材料的自由发泡和可控发泡。

上述方法仅适合合模压力小、生产批量少、形状简单的发泡材料的制备，生产效率低下，产品成本高，不具备规模化工业生产。

公布号cn108081652a公开了一种超临界发泡鞋底的制备工艺，包括如下步骤：先将弹性体颗粒放入注塑机中注塑成鞋中底模型型胚；再将鞋中底型胚放入高压反应釜中，再往反应釜中加入戊烷、二氧化碳、液氮中的一种或几种气体的混合气体，使反应釜温度控制在50-90℃之间，反应釜内压力达到10-50mpa，渗透0.5-10h；打开反应釜阀门，泄压取出饱和有气体的鞋中底；将鞋中底放入成型模具中，通入水蒸气，让鞋中底在水蒸气成型模具型腔内发泡，待鞋底在型腔内发泡完成后，关闭蒸汽阀门，打开冷却水阀门，经定型之后打开模具，得到发泡鞋底成品。这种方法为两步法，首先使制品型胚在模具充气预发泡，然后再放入成型模具通入水蒸气发泡成型。这种工艺分两段工序生产，先再将鞋中底型胚放入高压反应釜中，加入气体预发泡和泄压取出饱和有气体的鞋中底型胚放入成型模具中，通入水蒸气，让鞋中底在水蒸气成型模具型腔内发泡，该工艺成型复杂，生产效率低，所以我们提出一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置，用于解决上述所提出的问题。

技术实现要素：

基于背景技术存在工艺成型复杂，生产效率低的技术问题，本实用新型提出了一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置。

本实用新型提出的一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置，包括超临界流体输送系统、预热系统、快速高压锁模装置、温度控制装置、压力控制装置、压力释放装置、快速高压合模装置、发泡制品和聚合物，所述超临界流体输送系统与快速高压锁模装置相连，温度控制装置、压力控制装置、压力释放装置分别与快速高压锁模装置相连，预热系统为待加工制品作预热准备，该装置可提供快速高压合模的发泡设备，实现大型多种聚合物材料的模压可控发泡生产。

优选的，所述快速高压合模装置为液压机械式装置，且液压机械式装置上设有第一进气阀、第一排气阀、消音器、第一温度控制器、第一压力控制器、第一合模油缸、连杆锁模机构、第一夹套压力缸、第一拉杆、第一模具平台，所述第一进气阀的一端与第一模具平台相连接，所述第一拉杆与第一模具平台相连接，所述第一排气阀、消音器的一端与第一模具平台相连接，所述第一拉杆与第一合模油缸相连接，所述连杆锁模机构分别与第一模具平台和第一合模油缸相连接，所第一述夹套压力缸的一端与第一模具平台相连接，所述第一温度控制器一端和第一压力控制器一端均与第一模具平台相连接，采用聚合物一步发泡成型，无需高压水蒸气加温模塑，可生产熔点温度达℃℃聚合物材料的发泡制品，发泡方式可为三维无模直接发泡或模压成型发泡，可生产大型发泡制品，使用多工位循坏生产。

优选的，所述快速高压合模装置为液压式合模装置，且液压式合模装置上设有第二进气阀、第二排气阀、消音器、第二温度控制器、第二压力控制器、第二合模油缸、第二夹套压力缸、第二拉杆和第二模具平台，所述第二进气阀、第二温度控制器、第二压力控制器和第二排气阀、消音器均与第二夹套压力缸相连接，所述第二合模油缸与第二模具平台相连接，所述第二拉杆分别与第二夹套压力缸和第二合模油缸相连接。

优选的，所述快速高压合模装置为液压增压式合模装置，且液压增压式合模装置上设有第三进气阀、第三排气阀、消音器、第三温度控制器、第三压力控制器、第三合模油缸、合模增压油缸、第一哈夫抱合锁模螺母、第三夹套压力缸、第三拉杆和第三模具平台，所述合模增压油缸与第三合模油缸相连接，且第一哈夫抱合锁模螺母与第三拉杆相连接，所述第三进气阀、第三排气阀、消音器、第三温度控制器、第三压力控制器均与第三模具平台相连接，所述第三模具平台与第三夹套压力缸相连接，所述第三拉杆分别与第三模具平台与第三夹套压力缸相连接。

优选的，所述快速高压合模装置为液压四缸式合模装置，且液压四缸式合模装置上设有第四进气阀、第四排气阀、消音器、第四温度控制器、第四压力控制器、四缸式合模油缸、第二哈夫抱合锁模螺母、第四夹套压力缸、第四拉杆、第四模具平台和，所述四缸式合模油缸与第四拉杆相连接，所述第二哈夫抱合锁模螺母与四缸式合模油缸相连接，所述第四进气阀、第四排气阀、消音器、第四温度控制器和第四压力控制器均与第四模具平台相连接，所述第二哈夫抱合锁模螺母与第四拉杆相连接，所述第四拉杆分别与第四模具平台和第三合模油缸相连接。

优选的，所述预热系统带有加热循环装置、温控装置，所述超临界流体输送系统为超临界二氧化碳或超临界液氮输送系统。

优选的，所述超临界二氧化碳输送系统带有二氧化碳液态储罐和二氧化碳增压泵，所述超临界液氮输送系统带有液氮储罐、液氮增压站，所述二氧化碳增压泵与液氮增压站均与进气阀相连接。

优选的，所述聚合物选自聚乙烯、聚乳酸、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚砜、橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯或热塑性弹性体tpe、tpee、pebax、pet、poe、聚苯硫醚pps、聚砜psf、聚酰亚胺、聚芳酯、液晶聚合物lcp、聚醚醚酮、含氟聚合物等中的一种以上。

优选的，所述快速高压合模装置的合模速度为0.5-30米/秒，合模压力50-30000吨。

本实用新型的有益效果是：

采用聚合物一步发泡成型，聚合物经过成型预塑型胚，直接放进快速高压合模装置内，成型预塑型胚无需预先发泡，发泡方式可为三维无模直接发泡或模压成型发泡，可生产大型发泡制品，使用多工位循坏生产；

可生产熔点温度达50℃-350℃聚合物材料的发泡制品，合模速度为0.5-30米/秒，合模压力50-30000吨；模压成型工艺无需高压水蒸气加温模塑，过程环保清洁，特别适合易水解的聚合物材料发泡成型，型胚加热温度均匀，发泡的一致性好，制品的拉伸强度比发泡珠粒模压成型的制品拉伸强度高1-5倍。

本实用新型经济实用，具有合模速度快，合模压力大的优点，可以实现生产效率高，易实现自动化生产的目的。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置的液压机械式装置结构主视图；

图2为本实用新型提出的一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置的液压式合模装置结构主视图；

图3为本实用新型提出的一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置的液压四缸式合模装置结构主视图；

图4为本实用新型提出的一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置的液压增压式合模装置结构主视图。

附图1：1二氧化碳液态储存罐；2液氮储存罐；3液氮增压泵；4二氧化碳增压泵；5第一合模油缸；6连杆锁模机构；7第一拉杆；8第一夹套压力缸；9第一模具平台；10第一排气阀、消音器；11第一温度控制器；12第一压力控制器；13第一进气阀；

附图2：5-1第二合模油缸；7-1第二拉杆；8-1第二夹套压力缸；9-1第二模具平台；10-1第二排气阀、消音器；11-1第二温度控制器；12-1第二压力控制器；13-1第二进气阀；

附图3：7-2第三拉杆；8-2第三夹套压力缸；9-2第三模具平台；10-2第三排气阀、消音器；11-2第三温度控制器；12-2第三压力控制器；13-2第三进气阀；14第一哈夫抱合锁模螺母、16四缸式合模油缸；

附图4：5-2第三合模油缸；7-3第四拉杆；8-3第四夹套压力缸；9-3第四模具平台；10-3第四排气阀、消音器；11-3第四温度控制器；12-3第四压力控制器；13-3第四进气阀、14-1第二哈夫抱合锁模螺母；15合模增压油缸。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步解说。

实施例

参考图1-4，本实施例中提出了一种大型超高压热塑性聚合物发泡成型装置，包括超临界流体输送系统、预热系统、快速高压锁模装置、温度控制装置、压力控制装置、压力释放装置、快速高压合模装置、发泡制品和聚合物，超临界流体输送系统与快速高压锁模装置相连，温度控制装置、压力控制装置、压力释放装置分别与快速高压锁模装置相连，采用聚合物一步发泡成型，无需高压水蒸气加温模塑，可生产熔点温度达50℃-350℃聚合物材料的发泡制品，发泡方式可为三维无模直接发泡或模压成型发泡，可生产大型发泡制品，使用多工位循坏生产，预热系统为待加工制品作预热准备，该装置可提供快速高压合模的发泡设备，实现大型多种聚合物材料的模压可控发泡生产，采用聚合物一步发泡成型，聚合物经过成型预塑型胚，直接放进快速高压合模装置内，成型预塑型胚无需预先发泡，发泡方式可为三维无模直接发泡或模压成型发泡，可生产大型发泡制品，使用多工位循坏生产，可生产熔点温度达50℃-350℃聚合物材料的发泡制品；模压成型工艺无需高压水蒸气加温模塑，过程环保清洁，特别适合易水解的聚合物材料发泡成型，型胚加热温度均匀，发泡的一致性好，制品的拉伸强度比发泡珠粒模压成型的制品拉伸强度高1-5倍，本实用新型经济实用，具有合模速度快，合模压力大的优点，可以实现生产效率高，易实现自动化生产的目的。

本实施例中，快速高压合模装置为液压机械式装置，且液压机械式装置上设有第一进气阀13、第一排气阀、消音器10、第一温度控制器11、第一压力控制器12、第一合模油缸5、连杆锁模机构6、第一夹套压力缸8、第一拉杆7、第一模具平台9，第一进气阀13的一端与第一模具平台9相连接，第一拉杆7与第一模具平台9相连接，第一排气阀、消音器10的一端与第一模具平台9相连接，第一拉杆7与第一合模油缸5相连接，连杆锁模机构6分别与第一模具平台9和第一合模油缸5相连接，所第一述夹套压力缸8的一端与第一模具平台9相连接，第一温度控制器11一端和第一压力控制器12一端均与第一模具平台9相连接。

本实施例中，快速高压合模装置为液压式合模装置，且液压式合模装置上设有第二进气阀13-1、第二排气阀、消音器10-1、第二温度控制器11-1、第二压力控制器12-1、第二合模油缸5-1、第二夹套压力缸8-1、第二拉杆7-1和第二模具平台9-1，第二进气阀13-1、第二温度控制器11-1、第二压力控制器12-1和第二排气阀、消音器10-1均与第二夹套压力缸8-1相连接，第二合模油缸5-1与第二模具平台9-1相连接，第二拉杆7-1分别与第二夹套压力缸8-1和第二合模油缸5-1相连接。

本实施例中，快速高压合模装置为液压增压式合模装置，且液压增压式合模装置上设有第三进气阀13-2、第三排气阀、消音器10-2、第三温度控制器11-2、第三压力控制器12-2、第三合模油缸5-2、合模增压油缸15、第一哈夫抱合锁模螺母14、第三夹套压力缸8-2、第三拉杆7-2和第三模具平台9-2，合模增压油缸15与第三合模油缸5-2相连接，且第一哈夫抱合锁模螺母14与第三拉杆7-2相连接，第三进气阀13-2、第三排气阀、消音器10-2、第三温度控制器11-2、第三压力控制器12-2均与第三模具平台9-2相连接，第三模具平台9-2与第三夹套压力缸8-2相连接，第三拉杆7-2分别与第三模具平台9-2与第三夹套压力缸8-2相连接。

本实施例中，快速高压合模装置为液压四缸式合模装置，且液压四缸式合模装置上设有第四进气阀13-3、第四排气阀、消音器10-3、第四温度控制器11-3、第四压力控制器12-3、四缸式合模油缸16、第二哈夫抱合锁模螺母14-1、第四夹套压力缸8-3、第四拉杆7-3、第四模具平台9-3和，四缸式合模油缸16与第四拉杆7-3相连接，第二哈夫抱合锁模螺母14-1与四缸式合模油缸16相连接，第四进气阀13-3、第四排气阀、消音器10-3、第四温度控制器11-3和第四压力控制器12-3均与第四模具平台9-3相连接，第二哈夫抱合锁模螺母14-1与第四拉杆7-3相连接，第四拉杆7-3分别与第四模具平台9-3和第三合模油缸5-2相连接。

本实施例中，预热系统带有加热循环装置、温控装置，超临界流体输送系统为超临界二氧化碳或超临界液氮输送系统。

本实施例中，超临界二氧化碳输送系统带有二氧化碳液态储罐1和二氧化碳增压泵4，超临界液氮输送系统带有液氮储罐2、液氮增压站3，二氧化碳增压泵4与液氮增压站3均与进气阀13相连接。

本实施例中，聚合物选自聚乙烯、聚乳酸、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚砜、橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯或热塑性弹性体tpe、tpee、pebax、pet、poe、聚苯硫醚pps、聚砜psf、聚酰亚胺、聚芳酯、液晶聚合物lcp、聚醚醚酮、含氟聚合物等中的一种以上。

本实施例中，快速高压合模装置的合模速度为0.5-30米/秒，合模压力50-30000吨。

发泡制品在快速高压合模装置内一步法发泡得到形状尺寸精确的发泡制品，可生产熔点温度达50℃-350℃聚合物材料的发泡制品和较大型发泡制品、所述发泡制品先制备出用于聚合物发泡成型的预塑型胚，待加工发泡预塑型胚在预热罐内预热，预热温度在聚合物软化温度或熔点温度以下区域；采用聚合物一步发泡成型，聚合物经过成型预塑型胚，直接放进快速高压合模装置内，成型预塑型胚无需预先发泡，发泡方式可为三维无模直接发泡或模压成型发泡、使用多工位循坏生产，特别可生产熔点温度达50℃-350℃聚合物材料的发泡制品和适合易水解的聚合物材料的发泡制品；

快速高压合模装置合模速度为0.5-30米/秒，合模压力50-30000吨、所述超临界流体可以为超临界二氧化碳、超临界氮气或它们的任一比例的混合气体，优选超临界二氧化碳的比例为1-50％，以聚合物重量为100份计，达到扩散平衡后，溶解在聚合物中的超临界流体含量为0.1-30份；

发泡制品在快速高压合模装置里超临界流体高压浸渍60分钟-120分钟，在目标温度下工作压力8mpa-60mpa，所述快速高压合模装置压力释放装置的泄压速率为1mpa-100mpa/秒；

快速高压合模装置可以为先通过压力释放装置将模内的超临界流体压力泄至低于饱和压力的任一压力，降温到固化成型温度，然后泄压到常压，再打开密封盖，也可以是在超临界条件下直接打开密封盖，型胚加热温度均匀，发泡的一致性好，对于不同种类的聚合物，在上述条件下得到的微孔发泡材料体积膨胀倍率为0.1-60倍，平均孔径为：0.1-100μm，孔密度为：1.0×106-1.0×1015个/cm3，制品的拉伸强度比发泡珠粒模压成型的制品拉伸强度高1-5倍；

液压机械式装置工作原理：第一夹套压力缸8在夹套内通入加热油加热，加热到设定温度后，在第一模具平台9上放入预热聚合物发泡成型的预塑型胚或带有预热聚合物发泡成型的预塑型胚的模具，然后合模，合模过程是先由第一合模油缸5进高压油，推动油缸活塞，由活塞杆推动连杆锁模机构6，连杆锁模机构6推动第一夹套压力缸8向下，在第一拉杆7的导向下第一夹套压力缸8和第一模具平台9合闭锁紧，达到合模压力后，打开第一进气阀13，通入超临界流体，由第一温度控制器11控制温度，第一压力控制器12控制气体压力，在目标温度和工作压力下超临界流体向聚合物溶胀扩散15-120分钟，第一排气阀10打开排气泄压发泡，即可得到产品形状、泡孔细密和制品密度可控的聚合物微孔发泡制品，第一消音器10起着降低排气噪音的作用；

液压式合模装置工作原理：第二夹套压力缸8-1在夹套内通入加热油加热，加热到设定温度后，在第二模具平台9-1上放入预热聚合物发泡成型的预塑型胚或带有预热聚合物发泡成型的预塑型胚的模具，然后合模，合模过程是先由第二合模油缸5-1进高压油，推动油缸柱塞向上，再由柱塞推动第二模具平台9-1向上合模，在拉杆7的导向下第二夹套压力缸8-1和第二模具平台9-1合闭锁紧，达到合模压力后，打开第二进气阀13-1，通入超临界流体，由第二温度控制器11-1控制温度，第二压力控制器12-1控制气体压力，在目标温度和工作压力下超临界流体向聚合物溶胀扩散15-120分钟，排气阀13打开排气泄压发泡，即可得到产品形状、泡孔细密和制品密度可控的聚合物微孔发泡制品，第二消音器10-1起着降低排气噪音的作用；

液压四缸式合模装置工作原理：第三夹套压力缸8-2在夹套内通入加热油加热，加热到设定温度后，在第三模具平台9-2上放入预热聚合物发泡成型的预塑型胚(无模工艺)或带有预热聚合物发泡成型的预塑型胚的模具(有模工艺)，然后合模，合模过程是由第一哈夫抱合锁模螺母14抱紧第三拉杆7-2，再由四缸式合模油缸16进高压油，推动油缸柱塞高压合模，达到合模压力后，打开第三进气阀13-2，通入超临界流体，由第三温度控制器11-2控制温度，第三压力控制器12-2控制气体压力，在目标温度和工作压力下超临界流体向聚合物溶胀扩散15-120分钟，第三排气阀10-2打开排气泄压发泡，即可得到产品形状、泡孔细密和制品密度可控的聚合物微孔发泡制品，第三消音器10-2起着降低排气噪音的作用；

液压增压式合模装置工作原理：第四夹套压力缸8-3在夹套内通入加热油加热，加热到设定温度后，在第四模具平台9-3上放入预热聚合物发泡成型的预塑型胚(无模工艺)或带有预热聚合物发泡成型的预塑型胚的模具(有模工艺)，然后合模，合模过程是由第二哈夫抱合锁模螺母14-7抱紧第四拉杆7-3，再由合模增压油缸15进高压油，推动油缸柱塞增压合模油缸15，第四夹套压力缸8-3和第四模具平台9-3合闭锁紧，达到合模压力后，打开第四进气阀13-3，通入超临界流体，由第四温度控制器11-3控制温度，第四压力控制器12-3控制气体压力，在目标温度和工作压力下超临界流体向聚合物溶胀扩散15-120分钟，第四排气阀10-3打开排气泄压发泡，即可得到产品形状、泡孔细密和制品密度可控的聚合物微孔发泡制品，第四消音器10-3起着降低排气噪音的作用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。