专利名称：微孔注射成型设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种注塑设备，特别是一种微孔注射成型设备。
背景技术：
微孔聚合物是指泡孔尺寸在1-100幽、泡孔密度在109-1015 个/cm3的泡沫聚合物。微孔聚合物的泡孔极小且分布均匀，使聚 合物中的微隙圆孔化，起到增韧增强的作用，所以微孔聚合物不 仅可以节省材料，而且有一些力学性能甚至优于不发泡的聚合 物。相对于传统发泡剂，超临界流体(C02、 &等)具有稳定性 好、成本低、无环境污染等优点。
专利号为US6579910B2的美国发明专利公开了 一种二阶式的 超临界C02微孔注塑设备，包括一个改造过的单螺杆挤出机和注 射装置，单螺杆挤出机主要用来塑化聚合物，并把注入的超临界 C02均匀分散在聚合物熔体中，形成均相体系，再将其送入注射 装置的储料腔中，当储料腔内储满一次注射所需的物料时，由射 料杆推动熔体经过一个快速卸压的喷嘴，注入^^莫腔，然后熔体成
核，泡孔长大，冷却并最终得到微孔结构的注塑制品。该设备可 使超临界流体均匀分散在聚合物熔体中形成聚合物/超临界流体 均相体系，但因设备占地面积大，加工周期长，控制复杂、生产 成本高等因素难以较大范围地普及应用。
为解决上述技术问题,专利号为ZL2006200064115. 8的中国 发明专利公开一种超临界流体辅助微孔注塑设备，包括注塑机、 喷嘴组件、注气法兰、模具系统及超临界流体计量和输送装置。 其中注气法兰连接喷嘴组件及注塑机，且与模具系统及超临界流 体计量和输送装置相连接。喷嘴组件为混炼型自锁式喷嘴组件， 包括与注塑机相连接的静态混合器、通过连接套与静态混合器 连接的自锁式喷嘴、设置在自锁式喷嘴入口处的混炼头。该超临
界流体辅助微孔注塑设备是在传统注塑加工的基础上，通过注气 法兰将超临界流体注入至注塑机前端，使其与从注塑机中出来的 聚合物熔体在静态混合器中混合均匀形成聚合物/超临界流体均 相体系，再经自锁式喷嘴注入至模具中，然后发泡，形成具有微 孔结构的注塑制品。该设备虽然占地面积较小，结构较为紧凑， 但依然不够理想。此外，因其超临界流体与聚合物熔体是在静态 混合器中混合，形成的聚合物/超临界流体均相体系的均匀性亦 不够理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是进一 步简化微孔注射成型设备的 结构，提高聚合物/超临界流体均相体系的均匀度。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为微孔注射 成型设备，包括注塑机，其机筒尾部安装有料斗、中间套装有 螺杆；喷嘴组件，安装在机筒的前端；模具系统，设在喷嘴的对 面；超临界流体生成装置；其中，螺杆内部设有超临界流体通 道，超临界流体通道的一端与超临界流体生成装置相连通，另一 端经单向阀后与由螺杆外表面与机筒内表面形成的空间相连通。
具有上述结构的微孔注射成型设备，超临界流体经过设在螺 杆内部的通道及单向阀后进入由螺杆与才几筒内壁之间形成的空间 内，且在螺杆的旋转推进过程中与聚合物熔体得以进行动态混 合。与相比于现有技术，上述微孔注射成型设备不但省去静态混 合器及注气法兰等部件，使设备的结构更为简单紧凑，而且因将 静态混合变为动态混合，从而使混合更均匀。此外，超临界流体 可以螺杆的后端进入注塑机，远离操作者，乂人而避开了注塑机的 高温区，具有高效、安全等优点。
较好的方案是所述喷嘴组件包括鱼雷体喷嘴，前端设有喷 嘴盖，尾端通过法兰与机筒的前端相连，内部设有流体通道；封 闭机构，i殳有连杆才几构及驱动连杆机构的气缸或油缸；阀芯，设
在喷嘴内部，一端与喷嘴盖对接，另一端与封闭机构的连杆机构 连接，其可在封闭机构的带动下打开或关闭喷嘴盖。从而使发泡 过程更容控易控制。
另 一较好的方案是模具系统设有快速卸压元件。快速卸压元 件为中通元件，其芯部设有小孔，小孔的一端与模具的主流道对 接，另一端与喷嘴的出口对接。卸压元件可以提供微发泡成型中 所需的压力降及压力降速率，使发泡过程更容易控制，从而得到 更加均匀细密的泡孔结构和理想的制品密度，提高制品的刚度/ 质量比。
另 一较好的方案是超临界流体生成装置包括气体储存罐； 冷气储罐；冷凝器，其进口连接气体储存罐，出口连接冷气储罐 的进口；其进口与冷气储罐的出口连接；緩沖罐，其入 口与柱塞泵的出口连接；计量器，其入口与緩沖罐出口连接，其 出口通过高压气管与超流体通道相连冲妄。可以更精确地控制超临 界流体的使用量。
另 一较好的方案是单向阀有多个，在螺杆的圆周壁上沿螺杆 的圆周方向均匀分布。可使超临界流体均匀的注入到聚合物熔体 中，有利于混合均匀。
更好的方案是在螺杆外侧还套有前止逆环和后止逆环，且在 螺杆的轴向方向上，前止逆环位于单向阀的前方，后止逆环位于 单向阀的后方。前止逆环可以防止注射时超临界流体/聚合物熔 体逆流，后止逆环可以防止聚合物熔体回流至冲牛斗。
再好的方案是在前止逆环与单向阀之间，螺杆上还设有混炼 段，可使超临界流体与聚合物熔体混合更加均匀。
图1是本发明最佳实施例微孔注射成型设备的结构示意图； 图2是微孔注射成型设备的螺杆及单向阀的局部放大图；图3是微孔注射成型设备的螺杆及单向阀的截面图； 图4是微孔注射成型设备的快速卸压元件示意图。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明予以详细说明。应当 理解，以下所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
具体实施例方式
结合参考图1至图3,微孔注射成型设备100包括注塑机 1、喷嘴组件2、模具系统3、超临界流体生成装置4。本发明 中，在注塑机的轴向方向上，模具系统3所处方向为前，相反方 向为后。
注塑机1包括机筒10、机筒10的尾部安装有料斗11、中间 套装有螺杆12。其中，螺杆12为中空螺杆，芯部设有通道 121,圆周壁上设有沿螺杆周向均匀分布的多个细孔122，螺杆 12的外表面与机筒10内表面形成一个容纳聚合物熔体的空间 14。通道121的后端与超临界流体生成装置4连接，前端连接细 孔122,每一细孔122内均安装一单向阀13。通道121与细孔 122共同构成超临界流体通道，经单向阀13与容纳聚合物熔体的 空间14相连。螺杆12的外面还套有前止逆环123和后止逆环
124。 前止逆环123 i殳在螺杆12的前端，在螺杆12的轴向方向 上位于单向阀13的前方，其可用来防止在注射过程中，聚合物 熔体/超临界流体逆流。后止逆环124在螺杆12的轴向方向上位 于单向阀13的后方，距离单向阀13约10个螺距左右，用来防 止超临界流体沿螺杆逆流进入料斗。螺杆12上还设有混炼段
125, 用来提高螺杆对聚合物熔体/超临界流体的混合效果。混炼 段位于前止逆环12 3与单向阀13之间。
单向阀13包括连接体131、止逆球132、注入孔133，其只 允许超临界流体从超临界流体通道流出，不允许聚合物熔体/超 临界流体回流至超临界流体通道内。
喷嘴组件2包括法兰20、鱼雷体喷嘴21、喷嘴盖22、封闭 机构23和阀芯24。法兰20的一端与机筒10的前端连接，另一 端与鱼雷体喷嘴21的后端连接。鱼雷体喷嘴21的前端与喷嘴盖 22连接，内部设置有通道211,可供聚合物/超临界流体通过。 封闭机构23包括气缸或油缸230 (本实施例为气缸)、活塞杆 231、连杆232、连杆233、连杆234,活塞杆231与连杆232连 接，连杆232与连杆233、 234连接，连杆233的另一端与阀芯 24连接，连杆234的另一端与鱼雷体喷嘴21连接。阀芯24设在 鱼雷体喷嘴21内，其可在封闭机构23的带动下活动，以打开或 关闭喷嘴盖22。
模具3包括动模31、定模32、快速卸压元件33、加热圏 34。其中，动模31与定模32组成了模具的型腔。快速卸压元件 33安装在定.模32上，其是可以更换的。参见图4,快速卸压元 件33为中通元件，内有细长的小孔331,用来冲是供樣i发泡成型中 所需的压力降及压力降速率。快速卸压元件33的一端与模具的 主流道35连接，另一端与喷嘴盖23对接。卸压元件33的外围 被加热圏34环绕。
超临界流体生成装置4位于注塑机的后方，包括气体储存罐 41、阀42、冷凝器43、冷机44、冷气储罐45、柱塞泵46、緩冲 罐47、阀48、计量器49、高压管60等，气体储存罐41通过阀 42与冷凝器43的进口连接，冷凝器43由冷机44提供制冷功 能，冷凝器43的出口与冷气储罐45的进口连接，冷气储罐45 的出口与柱塞泵46的进口连接，柱塞泵46的出口与緩冲罐47 的入口连接，緩冲罐47的出口通过阀48与计量器49的入口连
接，计量器49的出口通过高压管60与螺杆12的通道121连 接。
微孔注射成型设备100的工作过程如下料斗11中的聚合 物颗粒由自重作用进入^/L筒10和螺杆12形成的空间14内，经 螺杆12的输送、塑化，以及来自于机筒10的加热，使聚合物成 为熔融态并被输送到螺杆12的中部；存储在气体储存罐41中的 0)2或化等(本实施例中为C02),经过冷凝器43的冷却以后进 入冷气储罐45，冷气储罐45中C02经柱塞泵46进行加压，达到 设定压力以后进入緩沖罐47并形成超临界C02流体，可控流量的 超临界C02经过计量器49、高压管60、通道121、纟田孔122、单 向阀13,进入螺杆12与机筒10形成的空间14内，与聚合物熔 体相遇，形成了聚合物/超临界C02熔体；聚合物/超临界0)2熔体 在螺杆12的继续输送下，经过混炼段125,形成了聚合物/超临 界C02均相体系，并在前止逆环12 3与鱼雷体喷嘴21之间聚积， 这个过程中鱼雷体嘴嘴21 —直处于封闭状态；当聚积的聚合物/ 超临界C02均相体系的量达到一次注射所需时，气缸230动作， 在活塞杆231、连杆232、 233、 234共同作用下，阀心24与喷嘴 盖22分离，喷嘴盖22被打开，然后塑料/超临界C02均相体系在 螺杆12、前止逆环123的推动下，从喷嘴盖22的前端射出，并 进入快速卸压元件33，在快速卸压元件33中，聚合物/超临界 C02均相体系经历快速卸压过程，生成无数细小的气泡，这种带 有无数细小气泡的熔体经过定模32上的主流道35,进入模具系 统3的型腔，成型零件形状。注射结束以后，喷嘴组件2闭合， 注塑机1和超临界流体生成装置4开始下一个聚合物/超临界C02 均相体系的聚积过程。另一方面，带有微孔结构的制品在模具系 统内,令却以后一皮取出。
本发明的微孔注射成型设备100的超临界流体从螺杆12的 后端进入注塑机1;经过螺杆12芯部的通道121进入聚合物熔体
中，使超临界流体与聚合物熔体混合更加均匀。另外超临界流体 的注入点远离操作者，且避开了注塑机的高温区，具有高效、安 全的优点。由于超临界流体的注入，本发明还具有节省材料、降 低注射压力、锁模力、缩短注射成型周期、提高注塑制品刚度/ 质量比等优点。与现有的微孔注射成型设备相比，还具有结构紧 凑、容易控制、应用范围广等优点。
本发明的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本发 明的构思得到许多不同的具体方案，此等微小的改变以及等效变 换均应包含在权利要求所述范围之内。
权利要求
1、微孔注射成型设备，包括:注塑机，其机筒尾部安装有料斗、中间套装有螺杆；喷嘴组件，安装在所述机筒的前端；模具系统，设在所述喷嘴组件的对面；超临界流体生成装置；其特征在于:所述螺杆内部设有超临界流体通道，所述超临界流体通道的一端与所述超临界流体生成装置相连通，另一端经单向阀后与由所述螺杆外表面与所述机筒内表面形成的空间相连通。
2、 根据权利要求1所述微孔注射成型设备，其特征在于 所述喷嘴组件包括鱼雷体喷嘴，前端设有喷嘴盖，尾端通过法兰与所述机筒的 前端相连，内部i殳有流体通道；封闭机构，设有连杆机构及驱动所述连杆机构的气缸或油釭；阀芯，设在所述鱼雷体喷嘴内部， 一端与喷嘴盖对接，另一 端与所述封闭机构的连杆机构连接，其可在所述封闭机构的带动 下打开或关闭所述喷嘴盖。
3、 根据权利要求1所述微孔注射成型设备，其特征在于 所述模具系统设有快速卸压元件。
4、 根据权利要求3所述微孔注射成型设备，其特征在于所述快速卸压元件为中通元件，其芯部设有小孔，所述小孔 的一端与所述^t具的主流道对接，另 一端与所述喷嘴盖的出口对
5、 根据权利要求1所述微孔注射成型设备，其特征在于 所述超临界流体生成装置包括气体储存罐； 冷气储罐；冷凝器，其进口连接所述气体储存罐，出口连接所述冷气储 罐的进口；柱塞泵，其进口与所述冷气储罐的出口连接；緩冲罐，其进口与所述柱塞泵的出口连接；计量器，其进口与所述缓沖罐出口连接，其出口通过高压气 管与所述螺杆内部的超临界流体通道相连通。
6、 根据权利要求1所述微孔注射成型设备，其特征在于所迷单向阀有多个，在所述螺杆的圆周壁上沿所述螺杆的圆 周方向均匀分布。
7、 根据权利要求1至6任一项所述微孔注射成型设备，其 特征在于在所述螺杆外侧还套有前止逆环和后止逆环，且在所述螺杆 的轴向方向上，所述前止逆环位于所述单向阀的前方，所述后止 逆环位于所述单向阀的后方。
8、 根据权利要求7所述微孔注射成型设备，其特征在于 在所述前止逆环与所述单向阀之间，所述螺杆上还设有混炼段。
9、 根据权利要求7所述微孔注射成型设备，其特征在于 所述超临界流体通道包括设在螺杆芯部且沿所述螺杆轴向延 伸的通道，及在所述通道前端处所述螺杆的圆周壁上设置的小 孔。
10、根据权利要求9所述微孔注射成型设备，其特征在于所述单向阀安装在所述小孔内。
全文摘要
微孔注射成型设备，包括注塑机，其机筒尾部安装有料斗、中间套装有螺杆；喷嘴组件，安装在机筒的前端；模具系统，设在喷嘴的对面；超临界流体生成装置；其中，螺杆内部设有超临界流体通道，超临界流体通道的一端与超临界流体生成装置相连通，另一端经单向阀后与由螺杆外表面与机筒内表面形成的空间相连通。具有结构简单紧凑、混合均匀、操作方便安全、微孔注射成型优质高效等优点。
文档编号B29C45/58GK101380798SQ20081021847
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者刘向阳, 王建康 申请人:吉林大学珠海学院