专利名称：高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微孔发泡塑料成型技术，特别涉及一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置。
背景技术：
微孔塑料是指泡孔直径在0.1-10 μ m,泡孔密度在IO9-1O15个/cm3的新型泡沫材料。鉴于传统的发泡剂如氟氯烃类等成型的制品需要后序处理来脱除残留物，并且工艺不稳定，近些年来，超临界流体凭借其无溶剂残留、黏度低、扩散系数大、无毒、不燃、化学惰性、不污染环境等独特优点已经成为传统发泡剂十分理想的替代产品。然而，如何将超临界流体发泡剂定量加入注射机，以及如何使之高效地达到气体/熔体单相状态并且实现精密注射，仍然是制约超临界流体微孔发泡注射成型发展与应用的主要问题。为此，专利号为ZL200620131890.0的中国实用新型专利公开了一种微发泡双机筒注射机，该设备包括塑化挤出装置和塑化注射装置，在塑化挤出装置前端设置液态气注入装置，物料通过挤出机出料口进入注射机内，再经过注射螺杆注入模具成型微孔制品。与普通单阶注射发泡机相比，该装置采用双阶结构，主要是通过配置的第二阶螺杆来增加发泡剂与聚合物熔体在螺杆中的混合时间，提高气熔混合效果。专利号为CA2480025的加拿大发明专利公开了一种微孔发泡注射设备，该设备采用双阶结构，将塑化混合与注射过程分离，通过配置的第二阶柱塞杆来实现注射量的精密控制。上述专利在实际使用中，第二阶螺杆或柱塞杆前端储料完成时刻至注射充模时刻之间的时间段，其前端储存的气熔体系处于静态停滞状态，因而并非成型全周期持续混合，混合效果受限。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种注射发泡成型全周期持续混合不停滞、气熔混合效果好、可有效提高发泡制品性能的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置。本实用新型的技术方案为:一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，包括塑化单元、超临界流体输送单元、混合单元、注射单元和模具单元，塑化单元、混合单元和注射单元依次连接，超临界流体输送单元与混合单元相连接，模具单元设于注射单元的输出末端；混合单元通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合单元通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接。所述塑化单元为螺杆往复式注射装置，包括塑化螺杆、塑化料筒、料斗和动力机构，塑化螺杆设于塑化料筒内，料斗设于塑化螺杆的进料端，塑化螺杆一端与动力机构连接，塑化螺杆的出料端通过第一可控熔体计量阀与混合单元连接；塑化螺杆的出料端与第一可控熔体计量阀的相接处还设有多孔板。其中，动力机构用于驱动塑化螺杆工作，物料从料斗进入塑化料筒内后，随着塑化螺杆的旋转进行塑化，形成熔体，同时输送至混合单元，第一可控熔体计量阀用于控制进入混合单元的熔体量。所述超临界流体输送单元包括储气瓶、压力表、冷却循环泵、高压计量泵和高压电磁阀，储气瓶、压力表、冷却循环泵、高压计量泵和高压电磁阀通过气体管道依次连接，气体管道的出口端与混合单元连接；气体管道的出口端还设有单向注气阀，压力表与冷却循环泵之间的气体管道上设有高压阀。混合单元可有以下两种结构形式:( I)所述混合单元包括电机、混合轴和密封轴套，电机设于混合轴一端，混合轴设于密封轴套内，混合轴的进料端通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合轴的出料端通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接；混合轴为中空的销钉式或其他混合结构的混合轴，气体管道的出口端与混合轴相连接。所述混合轴中部为空腔结构，混合轴的轴壁上分布有多个气孔；混合轴与密封轴套之间的空间为混合腔；混合轴中部的空腔结构与气体管道相通，轴壁上各气孔连通混合轴中部的空腔结构与混合腔。混合轴可以在电机的带动下进行单向旋转或往复旋转，从而快速实现气熔混合物的高效混合。混合轴的快速高效混合效应，可提高装置对气体扩散速率低物料的加工适应性。该结构的混合单元中，混合轴轴壁上的气孔大小和数量可根据实际使用的超临界流体流量、压力和熔体种类进行设计。来自塑化单元的熔体通过第一可控熔体计量阀进入混合腔，来自超临界流体输送单元的超临界流体进入混合轴中部的空腔内，再从轴壁上的气孔进入混合腔，随着混合轴的旋转，超临界流体与熔体在混合腔内混合形成气体/熔体单相体系，同时输送至注射单元。第二可控熔体计量阀用于控制进入注射单元的气体/熔体单相体系的用量。(2)所述混合单元包括电机、混合轴和进气套，电机设于混合轴一端，混合轴设于进气套内，混合轴的进料端通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合轴的出料端通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接；气体管道的出口端与进气套相连接。所述进气套上设有多个气孔，各气孔与气体管道的出口端相连接，进气套与混合轴之间的空间为混合腔。该结构的混合单元中，进气套上气孔的大小和数量可根据实际使用的超临界流体流量、压力和熔体种类进行设计。进气套内部形成密闭空间，混合轴则采用普通的销钉式或其他混合结构的混合轴即可。来自塑化单元的熔体通过第一可控熔体计量阀进入混合腔，来自超临界流体输送单元的超临界流体通过各气孔进入混合腔，随着混合轴的旋转，超临界流体与熔体在混合腔内混合形成高气体含量且分散均匀的气体/熔体单相体系，同时输送至注射单元。第二可控熔体计量阀用于控制进入注射单元的气体/熔体单相体系的用量。所述注射单元包括油缸、柱塞、加热料筒、料筒内衬和注射喷嘴，油缸和注射喷嘴分别设于加热料筒的两端，柱塞设于加热料筒内，料筒内衬设于加热料筒内衬与注射喷嘴连接的一端；注射喷嘴上方通过第二可控熔体计量阀与混合单元连接，注射喷嘴的出口端与模具单元连接。所述注射喷嘴为可控开闭式喷嘴。所述模具单元可采用液压-机械式锁模等机构，可适应各种模具成型。[0019]通过上述装置可实现一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型方法，利用塑化单元对物料进行熔融塑化并输送至混合单元，同时超临界流体输送单元向混合单元通入超临界流体；利用混合单元在成型全周期内的持续的混合作用，使得超临界流体与熔融的物料混合形成高气体含量且分散均匀的气体/熔体单相体系；气体/熔体单相体系输送至注射单元后，由注射单元精确定量注射到模具单元中，制得微孔发泡塑料。本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果:本高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置通过在普通螺杆注射机和柱塞式注射机之间配置混合单元及超临界流体输送单元，在混合过程精确控制下，实现生产全周期内超临界流体发泡剂与聚合物熔体的持续高效混合，从而有效提高气熔混合物中的气体含量，且实现气体在熔体中的均匀分散，最终提高微孔发泡制品的性能。同时，通过该装置及其实现的成型方法进行微孔发泡制品成型加工时，物料适应性广，注射量精确可控，生产成本低。
图1为实施例1的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置的结构示意图。图2为图1中F局部放大后的首I]视图。图3为实施例2的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置的结构示意图。图4为图3中G局部放大后的首I]视图。图5注射单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例1本实施例一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其结构如图1所示，包括塑化单元A、超临界流体输送单元B、混合单元C、注射单元D和模具单元E，塑化单元、混合单元和注射单元依次连接，超临界流体输送单元与混合单元相连接，模具单元设于注射单元的输出末端；混合单元通过第一可控熔体计量阀I与塑化单元连接，混合单元通过第二可控熔体计量阀2与注射单元连接。其中，塑化单元A为螺杆往复式注射装置，包括塑化螺杆3、塑化料筒4、料斗5和动力机构6，塑化螺杆设于塑化料筒内，料斗设于塑化螺杆的进料端，塑化螺杆一端与动力机构连接，塑化螺杆的出料端通过第一可控熔体计量阀与混合单元连接；塑化螺杆的出料端与第一可控熔体计量阀的相接处还设有多孔板22。其中，动力机构用于驱动塑化螺杆工作，物料从料斗进入塑化料筒内后，随着塑化螺杆的旋转进行塑化，形成熔体，同时输送至混合单元，第一可控熔体计量阀用于控制进入混合单元的熔体量。超临界流体输送单元B包括储气瓶7、压力表8、冷却循环泵10、高压计量泵11和高压电磁阀12，储气瓶、压力表、冷却循环泵、高压计量泵和高压电磁阀通过气体管道依次连接，气体管道的出口端与混合单元连接；气体管道的出口端还设有单向注气阀13，压力表与冷却循环泵之间的气体管道上设有高压阀9。[0032]混合单元C包括电机14、混合轴15和密封轴套16，电机设于混合轴一端，混合轴设于密封轴套内，混合轴的进料端通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合轴的出料端通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接；混合轴为中空的销钉式或其他混合结构的混合轴，气体管道的出口端与混合轴相连接。如图2所示，混合轴15中部为空腔结构，混合轴的轴壁上分布有多个气孔24 ;混合轴与密封轴套之间的空间为混合腔；混合轴中部的空腔结构与气体管道相通，轴壁上各气孔连通混合轴中部的空腔结构与混合腔。该结构的混合单元中，混合轴轴壁上的气孔大小和数量可根据实际使用的超临界流体流量、压力和熔体种类进行设计。来自塑化单元的熔体通过第一可控熔体计量阀进入混合腔，来自超临界流体输送单元的超临界流体进入混合轴中部的空腔内，再从轴壁上的气孔进入混合腔，随着混合轴的旋转，超临界流体与熔体在混合腔内混合形成气体/熔体单相体系，同时输送至注射单元。第二可控熔体计量阀用于控制进入注射单元的气体/熔体单相体系的用量。如图5所示，注射单元D包括油缸17、柱塞18、加热料筒19、料筒内衬20和注射喷嘴21，油缸和注射喷嘴分别设于加热料筒的两端，柱塞设于加热料筒内，料筒内衬设于加热料筒内衬与注射喷嘴连接的一端；注射喷嘴上方通过第二可控熔体计量阀与混合单元连接，注射喷嘴的出口端与模具单元连接。注射喷嘴为可控开闭式喷嘴。模具单元E可采用液压-机械式锁模机构，可适应各种模具成型。本实施例通过上述装置可实现一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型方法，利用塑化单元对物料进行熔融塑化并输送至混合单元，同时超临界流体输送单元向混合单元通入超临界流体；利用混合单元在成型全周期内的持续的混合作用，使得超临界流体与熔融的物料混合形成高气体含量且分散均匀的气体/熔体单相体系；气体/熔体单相体系输送至注射单元后，由注射单元精确定量注射到模具单元中，制得微孔发泡塑料。其具体过程为:物料由料斗进入塑化单元的塑化料筒内，物料经过塑化螺杆剪切塑化并向塑化螺杆前端堆积，塑化螺杆逐渐后退，当预塑量达到预定值时，塑化螺杆停止转动，此时第一可控熔体计量阀开启，熔融物料通过多孔板与第一可控熔体计量阀被快速定量注射进入混合单元。在第一可控熔体计量阀开启的同时，混合单元内的电机开始旋转，超临界流体输送单元内的高压电磁阀开启，超临界流体经由高压电磁阀经过单向注气阀注入到混合轴中部的空腔内，并从混合轴轴壁上的气孔溢出(具体如图2中的箭头所示)与熔体接触，并在混合轴的作用下混合。当熔体被定量注射进入混合单元后，第一可控熔体计量阀关闭，电机继续转动，对熔体和超临界流体进行混合，同时塑化单元中的塑化螺杆开始进行第二次预塑化动作。当塑化单元第二次塑化完成时，混合单元内形成气体/熔体单相体系，此时第一可控熔体计量阀和第二可控熔体计量阀同时开启，塑化螺杆进行快速注射动作，将达到单相状态的气熔混合物通过第二可控熔体计量阀注入到注射单元内，而第二批预塑化熔体同样被注射到混合单元中进行气熔混合，此时随着气体/熔体单相体系进入注射单元的加热料筒，柱塞快速同步后退，当柱塞后退到预定值时停止后退，第一可控熔体计量阀和第二可控熔体计量阀同时关闭，油缸带动柱塞快速推进，将气熔混合物注入模具单元中，经冷却、定型后得到制品。当柱塞执行注射动作时，超临界流体不停地被注入混合轴，混合轴不停地混合，而塑化单元中的塑化螺杆则同时进行又一次预塑化动作。实施例2本实施例一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，与实施例1相比较，其不同之处在于混合单元的具体结构形式不同。如图3所示，混合单元包括电机14、混合轴15和进气套23，电机设于混合轴一端，混合轴设于进气套内，混合轴的进料端通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合轴的出料端通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接；气体管道的出口端与进气套相连接。如图4所示，进气套23上设有多个气孔24，各气孔与气体管道的出口端相连接，进气套与混合轴之间的空间为混合腔。该结构的混合单元中，进气套上气孔的大小和数量可根据实际使用的超临界流体流量、压力和熔体种类进行设计。进气套内部形成密闭空间，混合轴则采用普通的销钉式或其他混合结构的混合轴即可。来自塑化单元的熔体通过第一可控熔体计量阀进入混合腔，来自超临界流体输送单元的超临界流体通过各气孔进入混合腔，随着混合轴的旋转，超临界流体与熔体在混合腔内混合形成气体/熔体单相体系，同时输送至注射单元。第二可控熔体计量阀用于控制进入注射单元的气体/熔体单相体系的用量。本实施例通过上述装置可实现一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型方法，利用塑化单元对物料进行熔融塑化并输送至混合单元，同时超临界流体输送单元向混合单元通入超临界流体；利用混合单元在成型全周期内的持续的混合作用，使得超临界流体与熔融的物料混合形成高气体含量且分散均匀的气体/熔体单相体系；气体/熔体单相体系输送至注射单元后，由注射单元精确定量注射到模具单元中，制得微孔发泡塑料。其具体过程为:物料由料斗进入塑化单元的塑化料筒内，物料经过塑化螺杆剪切塑化并向塑化螺杆前端堆积，塑化螺杆逐渐后退，当预塑量达到预定值时，塑化螺杆停止转动，此时第一可控熔体计量阀开启，熔融物料通过多孔板与第一可控熔体计量阀被快速定量注射进入混合单元。在第一可控熔体计量阀开启的同时，混合单元内的电机开始旋转，超临界流体输送单元内，设于与进气套连接的气体管道上的各个高压电磁阀开启，超临界流体经由高压电磁阀经过单向注气阀(图中未示出)，由进气套的各个气孔注入到混合腔内与熔体接触，并在混合轴的作用下混合。当熔体被定量注射进入混合单元后，第一可控熔体计量阀关闭，电机继续转动，对熔体和超临界流体进行混合，同时塑化单元中的塑化螺杆开始进行第二次预塑化动作。当塑化单元第二次塑化完成时，混合单元内形成气体/熔体单相体系，此时第一可控熔体计量阀和第二可控熔体计量阀同时开启，塑化螺杆进行快速注射动作，将达到单相状态的气熔混合物通过第二可控熔体计量阀注入到注射单元内，而第二批预塑化熔体同样被逐渐注射到混合单元中进行气熔混合，此时随着气体/熔体单相体系进入注射单元的加热料筒，柱塞快速同步后退，当柱塞后退到预定值时停止后退，第一可控熔体计量阀和第二可控熔体计量阀同时关闭，油缸带动柱塞快速推进，将气熔混合物注入模具单元中，经冷却、定型后得到制品。当柱塞执行注射动作时，超临界流体不停地被注入混合腔，混合轴不停地混合，而塑化单元中的塑化螺杆则同时进行又一次预塑化动作。如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求1.高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，包括塑化单元、超临界流体输送单元、混合单元、注射单元和模具单元，塑化单元、混合单元和注射单元依次连接，超临界流体输送单元与混合单元相连接，模具单元设于注射单元的输出末端；混合单元通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合单元通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接。
2.根据权利要求1所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述塑化单元为螺杆往复式注射装置，包括塑化螺杆、塑化料筒、料斗和动力机构，塑化螺杆设于塑化料筒内，料斗设于塑化螺杆的进料端，塑化螺杆一端与动力机构连接，塑化螺杆的出料端通过第一可控熔体计量阀与混合单元连接；塑化螺杆的出料端与第一可控熔体计量阀的相接处还设有多孔板。
3.根据权利要求1所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述超临界流体输送单元包括储气瓶、压力表、冷却循环泵、高压计量泵和高压电磁阀，储气瓶、压力表、冷却循环泵、高压计量泵和高压电磁阀通过气体管道依次连接，气体管道的出口端与混合单元连接；气体管道的出口端还设有单向注气阀，压力表与冷却循环泵之间的气体管道上设有高压阀。
4.根据权利要求3所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述混合单元包括电机、混合轴和密封轴套，电机设于混合轴一端，混合轴设于密封轴套内，混合轴的进料端通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合轴的出料端通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接；混合轴为中空的销钉式混合轴，气体管道的出口端与混合轴相连接。
5.根据权利要求4所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述混合轴中部为空腔结构，混合轴的轴壁上分布有多个气孔；混合轴与密封轴套之间的空间为混合腔；混合轴中部的空腔结构与气体管道相通，轴壁上各气孔连通混合轴中部的空腔结构与混合腔。
6.根据权利要求3所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述混合单元包括电机、混合轴和进气套，电机设于混合轴一端，混合轴设于进气套内，混合轴的进料端通过第一可控熔体计量阀与塑化单元连接，混合轴的出料端通过第二可控熔体计量阀与注射单元连接；气体管道的出口端与进气套相连接。
7.根据权利要求6所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述进气套上设有多个气孔，各气孔与气体管道的出口端相连接，进气套与混合轴之间的空间为混合腔。
8.根据权利要求1所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述注射单元包括油缸、柱塞、加热料筒、料筒内衬和注射喷嘴，油缸和注射喷嘴分别设于加热料筒的两端，柱塞设于加热料筒内，料筒内衬设于加热料筒内衬与注射喷嘴连接的一端；注射喷嘴上方通过第二可控熔体计量阀与混合单元连接，注射喷嘴的出口端与模具单元连接。
9.根据权利要求8所述的高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，其特征在于，所述注射喷嘴为可控开闭式喷嘴。
专利摘要本实用新型公开一种高效混合微孔发泡塑料精密注射成型装置，包括塑化单元、超临界流体输送单元、混合单元、注射单元和模具单元，塑化单元、混合单元和注射单元依次连接，超临界流体输送单元与混合单元相连接，模具单元设于注射单元的输出末端；其方法是利用塑化单元对物料进行熔融塑化并输送至混合单元，同时超临界流体输送单元向混合单元通入超临界流体；利用混合单元在成型全周期内的持续的混合作用，使得超临界流体与熔融的物料混合形成高气体含量且分散均匀的气体/熔体单相体系；然后由注射单元精确定量注射到模具单元中制备微孔发泡塑料。本实用新型具有物料适应性广，混合效率高，气体含量高，注射量精确可控，生产成本低的特点。
文档编号B29C45/54GK203157068SQ201220712738
公开日2013年8月28日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者彭响方, 陈斌艺, 刘刚, 赵海滨, 余鹏, 付大炯 申请人:华南理工大学