一种物料高效塑化挤出发泡系统及使用方法与流程

技术领域：

本发明属于高分子塑化技术领域，更具体地涉及一种物料高效塑化挤出发泡系统及使用方法。

背景技术：
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目前，国际上大型挤出发泡设备都比较昂贵，占地面积也比较大，耗能高；国内最大挤出发泡设备也就1000kg/小时左右，原材料熔化慢，生产效率低，多使用的是物料挤出塑化。

其中pvc物料挤出塑化机理：据pvc物料在双螺杆挤出机机筒中的三段塑化历程，将螺杆分为三个区域：固体输送区、熔融区、熔体输送(挤出)区。

1、固体输送区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物(pvc)及其助剂的流动、预热、压实区域定义为固体输送区。首先，料斗内固体聚合物粒子向机筒内流动是靠重力实现的，随着螺杆的转动，粒子向机头方向推进的同时，料斗内粒子不断流动。在固体输送区(机筒c1区)pvc物料中的高分子、小分子等粒子逐渐被加热，同时，螺杆剪切作用和粒子之间摩擦也使粒子热量增加，从而使粒子在致密状态中充分接触、扩散、渗透。

在这个区域内，由于螺杆的螺距、螺棱宽度等发生变化，pvc物料粒子被致密地压实，形成在螺槽上滑动的固体床或固体塞。固体塞运动是依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力，而螺杆与固体塞之间的磨擦力却阻止固体塞运动。所以在机筒内，造成pvc物料粒子不在同一方向前进，而是不时地翻滚、打滑，随螺杆旋转、"架桥"，在"桥"后堆积起来，突破"桥"，随着pvc物料挤出和pvc物料在料斗内的流动，过程反复进行。

在这个区域，较好的pvc物料挤出塑化质量，从状态上看是pvc由玻璃态转化为高弹态；从聚集态结构看，是50％～60％的pvc树脂颗粒破碎变化为初级粒子，各种助剂粒子的表面与初级粒子充分接触、扩散。

值得指出的是：对于稳定的运转，料斗内固体料的高度无论什么时候都必须在某个临界值以上。在这个临界值以上，料面高度的变化将不影响挤出机的性能，但是，如果料面高度低于临界值，变成一个强烈的不稳定因素。固体料面高度的变化会引起底部压力的变化，会改变挤出机的运转状况，导致pvc物料挤出塑化质量的恶化。

2、熔融区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物和熔体共存区域定义为熔融区或相变区。该区为c2、c3加热区。熔融区是挤出机的主要部分，特别是温度的设定(机筒c2区、c3区、螺杆芯部)及螺杆转速设定、螺杆与螺杆的间隙、螺杆与机筒的间隙等，对pvc物料挤出质量有重要影响。当pvc物料达到熔融区时，由于螺杆的螺距、螺棱宽度等发生变化，pvc物料颗粒在被挤压致密的同时，已经产生了相当大的压力，这些压力与周围热介质的软化作用一起，把压实的颗粒变成密实的"固体床"。此时的固体床是由一部分pvc高弹态与一部分pvc玻璃态、少量的pvc粘流态组成的混合状态。固体床具有螺旋形螺槽的形状并且在螺槽内滑动。由于这种相对运动，在固体床和机筒表面之间的熔膜内便产生了速度分布。于是，熔膜中的熔体开始向螺纹推进而流动，当它遇到螺棱时，螺棱便将熔体从机筒上"刮下"，并且聚集在推进螺纹前方的螺槽后部的熔池中。当固体床沿着螺槽移动时，越来越多的熔料被带入熔池，因此，熔池的尺寸增加，而固体床的尺寸则减少。固体床被逐渐破坏而成为粘流态向前输送。

在这个区域，较好pvc物料挤出塑化质量，从状态上看，pvc由高弹态转化为粘流态；从聚集态结构来看，由60～70％pvc初级粒子破碎变化为一级粒子，各种助剂分子与pvc一级粒子接触，形成物理与化学的结合。

在熔融区，提高pvc物料挤出塑化质量的因素有：

(1)增加螺杆转速(2)提高熔融区机筒设定温度(3)合适的螺杆与机筒间隙对于特定的pvc异型材生产配方，应该有一组最佳的熔融区机筒温度。

3、熔体输送区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物完全转化为熔体，熔体被强制输送到机头处的部分定义为熔体输送区(机筒c4加热区)。在这个区域内，熔融大分子在剪切作用下与各种助剂进一步反应、级粒子与少量初级粒子共同组成的结晶体，这部分初级粒子可以提高最终材料的强度、韧性。当含有这种结晶体材料被挤出、冷却后，在外力的作用下，初级粒子能够阻碍一级粒子的运动，达到强度的提高；又由于初级粒子表面积大，在受到冲击时可以吸收部分冲击能，提高韧性。

有该方法原理上的限制，导致上述方法存一定的弊端，比如生产效率低、阻燃效果较差，阻燃剂利用效率较低，冷却效率差，成品品质不足的问题。

技术实现要素：
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为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种生产效率高、阻燃剂利用效率高，冷却效率高，成品品质好的物料高效塑化挤出发泡系统及方法，能够有效的解决生产效率低、阻燃效果较差，阻燃剂利用效率较低，冷却效率差，成品品质不足的问题。

本发明解决上述技术问题的具体技术方案为：物料高效塑化挤出发泡系统，包括塑化工位、混合工位，其特征在于所述塑化工位设置成具有无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机，高速旋转物料塑化机的出口设置有用于低温冷却混合物料的平行双螺杆混合冷却装置，平行双螺杆混合冷却装置的进口处还设置有发泡剂注入装置，平行双螺杆混合冷却装置的出口通过换网器7设置有高效混合冷却装置。

进一步地，所述的高速旋转物料塑化机包括中空的机体，所述机体的一侧设置有传动结构，传动结构的一侧设置有转速为2000—6000转/分钟的高速电机，高速电机的输出端与传动结构的相连，传动结构的另一端连接有穿设在机体轴心的传动轴，传动轴设置成多个区段，包括设置在传动轴一端的输送螺纹段、预设数量的碰撞熔融段、多孔板和正螺纹段ⅱ，所述多孔板套设在位于反螺纹段出口端的传动轴外侧，所述碰撞熔融段由正螺纹段ⅰ和反螺纹段组成，所述正螺纹段ⅰ的螺距大于反螺纹段的螺距。

进一步地，所述的高速旋转物料塑化机的机体的外侧设置有用于加热的高频加热器，机体的一侧的底部设置有出料口。

进一步地，所述的平行双螺杆混合冷却装置设置成用于高效输送、搅拌、混合、并初步冷却的平行双螺杆；所述平行双螺杆的型号为75型或86型或95型或110型或135型的任意一种。

进一步地，所述高效混合冷却装置包括静态混合器、动态混合器和单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机的型号为200型或250型或300型或400型或500型的任意一种。

一种物料高效塑化挤出发泡系统的使用方法，其特征在于将物料放入高速旋转物料塑化机，以高速旋转物料相互碰撞，产生热能，瞬间熔化物料，塑化好的物料输送到平行双螺杆混合冷却装置，并由发泡剂注入装置注入发泡剂，通过平行双螺杆高效输送、搅拌、混合、并初步冷却，初步冷却后的物料经换网器进入高效混合冷却装置进行混合冷却，高效混合冷却装置包括静态混合器、动态混合器和单螺杆挤出机；冷却混合好的物料经机头模具释压发泡而成发泡制品。

进一步地，所述物料为ps或pe或pla或pet的任意一种。

进一步地，所述发泡剂为co2或酒精或氟利昂或丁烷的任意一种。

进一步地，所述发泡制品为发泡板或片或管或型材的任意一种。

本发明的有益效果是：本发明解决了传统塑化挤出设备生产产品阻燃效果较差的问题，

创造性地设计无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机替代了传统的高压螺杆加热熔融，从而使二次加料成为可能；

规避了现有的发泡设备原材料塑化过程中，剪切热大，温度高，阻燃剂分解严重，降低了阻燃效果，增加了阻燃剂的用量，利用高速旋转物料塑化机，塑化过程中不加入阻燃剂，而是在物料塑化后进入平行双螺杆的时候才加入粉状阻燃剂，在平行双螺杆中物料又进行降温，阻燃剂不经过高温，不分解，阻燃效果好，节约了原材料；

正是由于无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机的引入，实现了无压状态下的加热熔融，从而使平行双螺杆混合冷却装置能够完全用于低温冷却混合物料，平行双螺杆混合冷却装置不在承担塑化物料的任务，利用它的超混合能力促使物料与发泡剂混合，并冷却物料，然后进入三级的高效混合冷却装置混合冷却，因而冷却能力翻了一倍，同等规格的设备发泡产量也提高了一倍。

附图说明：

附图1是本发明示意图；

附图2是本发明高效混合冷却装置示意图；附图中：

1.塑化工位2.平行双螺杆混合冷却装置3.高效混合冷却装置4.冷却器5.机头模具6.附机7.换网器8.发泡剂注入装置、11.高速电机、12.传动结构、13.进料口、14.正螺纹段ⅰ、15.反螺纹段、16.高频加热器、17.保温筒、18.出料口、19.正螺纹段ⅱ、20.多孔板、21.输送螺纹段。

具体实施方式：

在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的具体实施方式：物料高效塑化挤出发泡系统，包括塑化工位1、混合工位，其特征在于所述塑化工位1设置成具有无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机，高速旋转物料塑化机包括中空的机体，所述机体的一侧设置有传动结构12，传动结构12的一侧设置有转速为2000—6000转/分钟的高速电机11，高速电机11的输出端与传动结构12的相连，传动结构12的另一端连接有穿设在机体轴心的传动轴，传动轴设置成多个区段，包括设置在传动轴一端的输送螺纹段21、预设数量的碰撞熔融段、多孔板20和正螺纹段ⅱ19，所述多孔板20套设在位于反螺纹段15出口端的传动轴外侧，所述碰撞熔融段由正螺纹段ⅰ14和反螺纹段15组成，所述正螺纹段ⅰ14的螺距大于反螺纹段15的螺距，高速旋转物料塑化机的机体的外侧设置有用于加热的高频加热器16，机体的一侧的底部设置有出料口18；

高速旋转物料塑化机的出口设置有用于低温冷却混合物料的平行双螺杆混合冷却装置2，平行双螺杆混合冷却装置2的进口处还设置有发泡剂注入装置8，平行双螺杆混合冷却装置2的出口通过换网器7设置有高效混合冷却装置3；

平行双螺杆混合冷却装置2设置成用于高效输送、搅拌、混合、并初步冷却的平行双螺杆；所述平行双螺杆的型号为75型或86型或95型或110型或135型的任意一种；

高效混合冷却装置3包括静态混合器、动态混合器和单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机的型号为200型或250型或300型或400型或500型的任意一种

一种物料高效塑化挤出发泡系统的使用方法，将物料放入高速旋转物料塑化机，物料为ps或pe或pla或pet的任意一种，以高速旋转物料相互碰撞，产生热能，瞬间熔化物料，塑化好的物料输送到平行双螺杆混合冷却装置2，并由发泡剂注入装置8注入发泡剂，发泡剂为co2或酒精或氟利昂或丁烷的任意一种；通过平行双螺杆高效输送、搅拌、混合、并初步冷却，初步冷却后的物料经换网器7进入高效混合冷却装置3进行混合冷却，高效混合冷却装置3包括静态混合器、动态混合器和单螺杆挤出机；冷却混合好的物料经机头模具5释压发泡而成发泡制品，发泡制品为发泡板或片或管或型材的任意一种。

为了更加直观的展现本发明的物料高效塑化挤出发泡系统的使用方法工艺优势，

使用时，具体操作如下：

物料ps、pe、pla、pet等放入无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机1，以高速旋转物料相互碰撞，产生热能，瞬间熔化物料，由于物料熔化时间短，热分解少，物料可以保持良好的物理性能，该装置塑化能力强，每小时可以达到1000kg—3000kg。塑化好的物料输送到平行双螺杆混合冷却装置2，并由发泡剂注入装置8注入发泡剂co2、酒精、氟利昂、丁烷等，通过平行双螺杆高效输送、搅拌、混合、并初步冷却，平行双螺杆的规格包括75、86、95、110、135等。初步冷却后的物料经换网器7进入高效混合冷却装置3进行混合冷却，高效混合冷却装置3包括静态混合器；动态混合器；200、250、300、400、500单螺杆挤出机等。冷却混合好的物料经机头模具5释压发泡而成发泡制品。发泡制品可以是发泡板、片、管、型材等。利用该装置可以生产出高质量的发泡制品膜、片、管、棒、异型材等。该制品以优越的高抗冲性能，高保温性能，广泛地应用在餐饮、包装、医疗等诸多领域，拥有广泛的应用前景。

此时，a.高速塑化装置以高速旋转物料相互碰撞，产生热能，瞬间熔化物料，由于物料熔化时间短，热分解少，物料可以保持良好的物理性能，该装置塑化能力强，每小时可以达到1000kg—3000kg，该装置体积小，约同塑化产量设备的1/3、无压力，利用无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机代替传统的熔融区的高压螺杆，使二次加料成为可能；

b.螺杆二级平行双螺杆不在承担塑化物料的任务，利用它的超混合能力促使物料与发泡剂混合，并冷却物料，然后进入三级的高效混合冷却装置混合冷却，因而冷却能力翻了一倍，同等规格的设备发泡产量也提高了一倍；

c.针对国内发泡设备原材料塑化过程中，剪切热大，温度高，阻燃剂分解严重，降低了阻燃效果，只能增加阻燃剂的用量，此时本工艺创造性地在塑化过程中不加入阻燃剂，而是在物料塑化后进入平行双螺杆的时候才加入粉状阻燃剂，在平行双螺杆中物料又进行降温，阻燃剂不经过高温，不分解，阻燃效果好，节约了原材料，每立方发泡产品大约节约10元的阻燃剂，按最小量一天700方发泡产品，一天可以节约7000元阻燃剂用量。

综上所述：本发明解决了传统塑化挤出设备生产产品阻燃效果较差的问题，

创造性地设计无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机替代了传统的高压螺杆加热熔融，从而使二次加料成为可能；

规避了现有的发泡设备原材料塑化过程中，剪切热大，温度高，阻燃剂分解严重，降低了阻燃效果，增加了阻燃剂的用量，利用高速旋转物料塑化机，塑化过程中不加入阻燃剂，而是在物料塑化后进入平行双螺杆的时候才加入粉状阻燃剂，在平行双螺杆中物料又进行降温，阻燃剂不经过高温，不分解，阻燃效果好，节约了原材料；

正是由于无压式旋转碰撞结构的高速旋转物料塑化机的引入，实现了无压状态下的加热熔融，从而使平行双螺杆混合冷却装置能够完全用于低温冷却混合物料，平行双螺杆混合冷却装置不在承担塑化物料的任务，利用它的超混合能力促使物料与发泡剂混合，并冷却物料，然后进入三级高效混合冷却装置混合冷却，因而冷却能力翻了一倍，同等规格的设备发泡产量也提高了一倍。