超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型装置及方法与流程

本发明涉及一种微发泡注射成型方法，尤其涉及一种超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型方法，属于高分子材料加工成型领域。

背景技术：

微发泡注射是一项很有发展前途的高端节能的成型技术，其工艺突破了传统注塑的诸多局限，可显著减轻制件的重量、缩短成型周期，并极大地改善了制件的翘曲变形和尺寸稳定性。在生产高质量要求的精密制品上，微发泡注塑成型工艺具有很大的优势。现有微发泡注射成型工艺方法主要有两种：一种是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到熔体中进行模塑成型，一种是用超临界流体(二氧化碳或氮气)对固体原料进行饱和渗透后熔融注射。

前者的代表性技术是Mucell技术，首先是将超临界流体注入螺杆中部与熔融聚合物形成单相熔体，然后通过开关式喷嘴射入温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。但是该技术对设备要求高，需要开发专用注塑机，螺杆较普通注射螺杆要长，且需要在螺杆上设置额外的剪切和混合功能部件。专利(CN 103112135 A)和专利(CN 101746014 B)中分别提出在普通注塑机注射装置前端增设混炼装置，将超临界流体注入该区域，本质上是Mucell技术的变形，具有设备改造复杂、投资成本高、工艺控制困难等问题。

而后者通过对原材料进行超临界流体预饱和渗透，得到饱和原材料，然后直接在普通注塑机中进行注射成型。该工艺无需对注塑机进行改造、成型过程易于控制，成型效率较高。专利(CN 104723490 A)便是采用这种工艺方法。但是，饱和原材料的放置温度环境以及从取出饱和原材料到加入注塑机熔融塑化之间的时间对渗透材料的影响较大，容易导致气体逸出，影响发泡效果和制品质量。因此需要找到一种新的技术方案来缩短饱和原材料到加入注塑机的时间，减少气体分子逸出。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出一种生产效率高、成型过程易于控制的、设备改造复杂程度低的连续微发泡注射成型装置。

本发明的目的可以通过下列技术方案实现：一种超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型装置，主要装置包括有超临界流体渗透装置、气力输送装置及注塑装置。

超临界流体渗透装置主要由供气罐、超临界流体生成器、渗透釜、锁气器、出料阀和气管等组成，供气罐、超临界流体生成器、渗透釜依次通过气管连接，超临界流体生成器与渗透釜之间设置压力控制阀和增压泵，以控制渗透釜内压力。渗透釜内温度维持在超临界流体临界温度以上。锁气器的作用是均匀供料或卸料，同时阻止气体漏入。出料阀的作用是控制出料流量，可以是压力开关阀或者是旋转阀。

气力输送装置主要包括气体压缩机、干燥器、储气罐、受料器、气管和输送管等。气体压缩机、干燥器、储气罐、受料器依次通过气管连接。受料器的作用是进入物料，造成合适的固气比，使物料启动、加速。

注塑装置包括注射系统、合模系统、动力系统、控制系统等组成。其中，注射系统由喷嘴、机筒、螺杆、加热器、料斗、尾部密封组件等组成。

在上述的一种超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型方法中，渗透釜有两种不同的结构形式。其中一种渗透釜具有一个密闭空间，下方为饱和原材料出口，出口处设置锁气器、出料阀，通过渗透釜内压力和材料自身重力将物料输送到受料器；另一种渗透釜中间由隔板隔开，分为上下两层，两层之间设置锁气器，渗透釜上层空间饱和原材料通过切换锁气器进入渗透釜下层空间，以实现在渗透釜上层空间对原材料进行饱和渗透，渗透釜下层空间对饱和原材料进行储料，便于原材料的补充和工艺的连续化生产，渗透釜下层空间的饱和原材料通过旋转阀进入受料器。

上述的一种超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型方法主要包括以下步骤：

第一步：将原材料放入渗透釜，利用超临界流体生成器生成的超临界流体进行饱和渗透，得到饱和原材料；

第二步：切换出料阀，将饱和原材料输送到受料器，在气体压缩机产生的具有较高压力的气体的作用下，调节到合适的固气比，使饱和原材料在气力的作用下在输送管中成柱塞状态往前输送到注射装置料斗中；

第三步：料斗中的饱和原材料进入注射装置机筒中，在螺杆的作用下熔融塑化，渗透到原材料中的气体在此时进行均匀混合分散到熔体中，然后注射到模具型腔，在模具型腔中气泡成核形成微孔结构，进而得到微发泡注塑制品。

本发明的有益效果是：缩短了饱和原材料到加入注塑机的时间，减少气体分子逸出，是一种生产效率高、成型过程易于控制的、设备改造复杂程度低的连续微发泡注射成型方法。

附图说明

图1为超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型装置示意图；

图2为超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型装置一种渗透釜结构形式示意图。

图中：1.气体压缩机，2.干燥器，3.储气罐，4.受料器，5.锁气器，6.渗透釜，7.压力控制阀，8.超临界流体生成器，9.供气罐，10.出料阀，11.尾部密封组件，12.料斗，13.加热器，14.螺杆，15.机筒，16.喷嘴。

其中，6-1.渗透釜进料口，6-2.渗透釜上层空间，6-3.渗透釜下层空间。

具体实施方式

本发明超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型装置，如图1所示，主要装置包括有超临界流体渗透装置、气力输送装置及注塑装置。

超临界流体渗透装置主要由供气罐9、超临界流体生成器8、渗透釜6、锁气器5、出料阀10、气管等组成，供气罐9、超临界流体生成器8、渗透釜6依次通过气管连接。超临界流体生成器8与渗透釜6之间设置压力控制阀7、增压泵等，以控制渗透釜内压力。渗透釜6内温度维持在超临界流体临界温度以上。锁气器5的作用是均匀供料或卸料，同时阻止气体漏入。出料阀10的作用是控制出料流量，可以是压力开关阀或者是旋转阀。

气力输送装置主要包括气体压缩机1、干燥器2、储气罐3、受料器4、气管、输送管等。气体压缩机1、干燥器2、储气罐3、受料器4依次通过气管连接。受料器4的作用是进入物料，造成合适的固气比，使物料启动、加速。

注塑装置包括注射系统、合模系统、动力系统、控制系统等组成。注射系统、合模系统并列放置，注射系统向合模系统的模具中注入熔体，动力系统和控制系统控制注射系统、合模系统的运动，其中的注射系统一般由喷嘴16、机筒15、螺杆14、加热器13、料斗12、尾部密封组件11等组成。

在上述的一种超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型装置中，渗透釜6有两种不同的结构形式。其中一种渗透釜6具有一个密闭空间，下方为饱和原材料出口，出口处设置锁气器5、出料阀6，通过渗透釜6内压力和材料自身重力将物料输送到受料器4；另一种渗透釜6中间由隔板隔开，分为上下两层，两层之间设置锁气器5，渗透釜上层空间6-2饱和原材料通过切换锁气器5进入渗透釜下层空间6-3，以实现在渗透釜上层空间6-2对原材料进行饱和渗透，渗透釜下层空间6-3对饱和原材料进行储料，便于原材料的补充和工艺的连续化生产，渗透釜下层空间6-3的饱和原材料通过旋转阀进入受料器4。

上述的一种超临界饱和颗粒气力输送微发泡注射成型方法主要包括以下步骤：

第一步：将原材料放入渗透釜6，利用超临界流体生成器8生成的超临界流体进行饱和渗透，得到饱和原材料；

第二步：切换出料阀10，将饱和原材料输送到受料器4，在气体压缩机1产生的具有较高压力的气体的作用下，调节到合适的固气比，使饱和原材料在气力的作用下在输送管中成柱塞状态往前输送到注射系统料斗12中；

第三步：料斗12中的饱和原材料进入注射系统机筒15中，在螺杆14的作用下熔融塑化，渗透到原材料中的气体在此时进行均匀混合分散到熔体中，然后注射到模具型腔，在模具型腔中气泡成核形成微孔结构，进而得到微发泡注塑制品。

以上所述为本发明的具体设备及工艺情况，配合各图予以说明。但是本发明并不局限于以上所述的具体设备及工艺过程，任何基于上述所说的对于相关设备修改或替换，任何基于上述所说的对于相关工艺的局部调整，只要在本发明的精神领域范围内，均属于本发明。