一种超临界流体挤出发泡设备的制造方法
【专利摘要】一种超临界流体发泡挤出设备，包括喂料装置、双螺杆挤出机、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机、熔体泵和成型模头，其中喂料装置、双螺杆挤出机、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机、熔体泵和成型模头依次顺序连接。熔体泵的设置能够实现稳流和增压，减小挤出过程中的压力波动，保证生产质量稳定。成型模头内特殊设计的剪切段和阻流段，保证熔体流速沿板材宽度方向分布均匀一致，并且有利于在模头内形成高的压力降和压降速率，从而得到微观结构和宏观性能优良的微孔发泡板材。
【专利说明】
一种超临界流体挤出发泡设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种挤出发泡设备，特别地，涉及一种超临界流体挤出发泡设备。
【背景技术】
[0002]相较于传统的化学发泡方法，超临界流体挤出发泡成型避免了化学发泡剂在高分子材料中的残留问题，更加绿色环保，成本更低，从而广泛应用于生产微孔发泡高分子材料。其中，超临界CO2挤出发泡是一种容易规模化生产的工艺方法，其能够连续高效地生产泡孔结构均一且稳定的微孔发泡粒料或板材。现有技术中，为了提高混合分散效果和工艺参数控制的精确度，一般采用双螺杆挤出机和单螺杆挤出机串联，用于挤出发泡。但是，现有的设备在挤出发泡成型过程中容易出现熔体压力波动，在成型模头内难以建立起较高的发泡压力，造成气泡在模头内过早成核和长大，使得发泡材料的泡孔直径变大，其宏观性能下降。尤其是用于挤出发泡宽幅板材的时候，如何保证出口模处熔体流速沿宽度方向分布均匀依然是个难题。
【实用新型内容】
[0003]为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种超临界流体挤出发泡设备，其包括喂料装置、双螺杆挤出机、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机和成型模头，该喂料装置、双螺杆挤出机、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机和成型模头依次顺序连接，该成型模头包括依次连通的扇形区、剪切段、阻流段和模唇，该剪切段的横截面积小于扇形区、阻流段和模唇的横截面积，该阻流段具有S型横截面结构。
[0004]该超临界流体挤出发泡设备能够用于各种热塑性高分子材料及其共混物的微孔发泡材料的连续挤出生产。聚合物原材料通过喂料装置加入双螺杆挤出机，在螺杆剪切和料筒外加热的作用下熔融塑化。然后超临界流体发泡剂通过发泡剂注入系统进行准确计量后稳定地注入熔体中，并在螺杆的高速混合和剪切力场作用下与熔体充分分散混合。接着，发泡剂与熔体的混合体系被输送至单螺杆挤出机，在其中进一步分散混合形成聚合物熔体/超临界流体发泡剂的均相体系，然后冷却至适宜的温度。该均相体系进入成型模头，在成型模头内，由于突然降压，聚合物熔体/超临界流体发泡剂体系达到热力学不稳定状态，泡孔成核长大，后经冷却定型得到微孔发泡板材。
[0005]成型模头中的剪切段可以保证熔体在模头前段流道内一直保持较高的压力，避免物料在模头内过早发泡。其中阻流段具有S型的横截面，物料经过剪切段流道进入阻流段流道后有一个较大的压力降，使得CO2从聚合物熔体中析出，气泡成核长大。但此时模头内还有较高的压力，所以气泡不会过分膨胀，物料再经过一段定型段后出口模，气泡进一步膨胀，冷却定型后得到微孔发泡板材制品。并且，剪切段和阻流段的流道结构设计均有利于物料的流动速度沿宽度方向进一步分布均匀。
[0006]进一步地，该模唇的截面积与剪切段的截面积的比值为1.1-15。阻流段的截面积大于或者可与模唇的截面积相同。
[0007]进一步地，该模唇的截面积与剪切段的截面积的比值为10。
[0008]进一步地，该成型模头具有衣架型流道结构，使得从料筒流入模头的柱形流熔体变成流速分布均匀的平板流熔体，非常适合于板材尤其是宽幅板材的挤出成型。
[0009]进一步地，该超临界流体发泡基础设备还包括熔体栗，所述喂料装置、双螺杆挤出机、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机、熔体栗和成型模头依次顺序连接。均相体系通过熔体栗稳流和增压后进入成型模头，
[0010]进一步地，该熔体栗为齿轮式熔体栗。
[0011 ]进一步地，该喂料装置与双螺杆挤出机上的喂料口连接。
[0012]进一步地，该超临界流体发泡剂注入系统与双螺杆挤出机上的注气口连接。注气口在双螺杆挤出机的自然排气口位置，该位置处料筒内熔体压力较低，有利于发泡剂稳定可控地注入挤出机内。并且，注气口前端料筒内物料已经完全熔融并且具有较高的熔体压力，能形成熔体密封防止发泡剂向加料口位置逃逸，注气口后端较高的熔体压力也能避免发泡剂进入挤出机后喷射流动。
[0013]进一步地，该发泡剂为超临界CO2。
[0014]进一步地，该发泡剂为超临界N2或超临界N2与超临界CO2的混合物。
[0015]本实用新型提供的一种超临界流体发泡挤出设备，其具有以下有益效果:
[0016](I)成型模头内特殊设计的剪切段和阻流段，保证熔体流速沿材料宽度方向分布均匀一致，并且有利于在模头内形成高的压力降和压降速率，从而得到微观结构和宏观性能优良的微孔发泡材料；
[0017](2)熔体栗的设置能够实现稳流和增压，减小挤出过程中的压力波动，保证生产质直稳定;
[0018](3)本实用新型可以得到发泡倍率在5以上、泡孔平均直径在30um以下的微孔发泡材料。
【附图说明】
[0019]本实用新型结合下面附图对实施例进行进一步描述，其中:
[0020]图1为本实用新型的发泡挤出设备的结构示意图；
[0021 ]图2为图1中成型模头的剖面图。
[0022]图中:1-喂料装置;2-双螺杆挤出机;3-单螺杆挤出机;4-熔体栗;5-成型模头;6_喂料口 ； 7-注气口； 8-扇形区;9-剪切段;10-阻流段;11-模唇。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图1和2对本实用新型的优选实施例进行说明。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，超临界流体挤出发泡设备包括喂料装置1、双螺杆挤出机2、超临界CO2注入系统(未示出)、单螺杆挤出机3、熔体栗4以及成型模头5。
[0026]在工作过程中，聚合物原材料先通过喂料装置I加入双螺杆挤出机2中，并在螺杆剪切和料筒外加热的作用下熔融塑化。然后，CO2通过超临界CO2注入系统准确计量后稳定地注入熔体中，并在螺杆的高速混合和剪切力场作用与熔体充分分散混合。接着该混合体系被输送至单螺杆挤出机3，在单螺杆挤出机3中进一步分散混合形成聚合物熔体/超临界CO2均相体系并冷却到适宜的温度，该均相体系通过熔体栗4稳流和增压后进入成型模头5。如图2所示，该成型模头内还包括依次连通的扇形区8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的横截面积与剪切段的横截面积的比值为10，阻流段10具有S型的横截面。熔体从扇形区8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道内，最后再经过模唇11后出模头，发泡冷却定型后得到发泡倍率在5以上、泡孔平均直径在30um以下微孔发泡材料制品。
[0027]实施例2
[0028]超临界流体挤出发泡设备包括喂料装置1、双螺杆挤出机2、超临界CO2注入系统(未示出)、单螺杆挤出机3以及成型模头5。
[0029]在工作过程中，聚合物原材料先通过喂料装置I加入双螺杆挤出机2中，并在螺杆剪切和料筒外加热的作用下熔融塑化。然后，CO2通过超临界CO2注入系统准确计量后稳定地注入熔体中，并在螺杆的高速混合和剪切力场作用与熔体充分分散混合。接着该混合体系被输送至单螺杆挤出机3，在单螺杆挤出机3中进一步分散混合形成聚合物熔体/超临界CO2均相体系并冷却到适宜的温度，该均相体系进入成型模头5。如图2所示，该成型模头内还包括依次连通的扇形区8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的横截面积与剪切段的横截面积的比值为10，阻流段10具有S型的横截面。熔体从扇形区8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道内，最后再经过模唇11后出模头，发泡冷却定型后得到发泡倍率在5以上、泡孔平均直径在30um以下微孔发泡材料制品。
[0030]实施例3
[0031]如图1所示，超临界流体挤出发泡设备包括与双螺杆挤出机上的喂料口6连接的喂料装置1、双螺杆挤出机2、超临界CO2注入系统(未示出)、单螺杆挤出机3、齿轮式熔体栗4以及成型模头5。
[0032]在工作过程中，聚合物原材料先通过喂料装置I加入双螺杆挤出机2中，并在螺杆剪切和料筒外加热的作用下熔融塑化。然后，超临界CO2通过超临界CO2注入系统准确计量后稳定地通过双螺杆挤出机上的注气口 7注入熔体中，并在螺杆的高速混合和剪切力场作用与恪体充分分散混合。接着该混合体系被输送至单螺杆挤出机3，在单螺杆挤出机3中进一步分散混合形成聚合物熔体/超临界CO2均相体系并冷却到适宜的温度，该均相体系通过齿轮式熔体栗4稳流和增压后进入成型模头5。如图2所示，成型模头5内含有衣架型的流道结构，能够使从熔体栗4中流入模头的柱形流熔体变成流速分布均匀的平板流熔体。该成型模头内还包括依次连通的扇形区8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的横截面积与剪切段的横截面积的比值为15，阻流段10具有S型的横截面。平板流熔体从扇形区8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道内，最后再经过一段定型段11后出模头，发泡冷却定型后得到发泡倍率在5以上、泡孔平均直径在30um以下的微孔发泡板材制品。
[0033]实施例4
[0034]如图1所示，超临界流体挤出发泡设备包括与双螺杆挤出机上的喂料口6连接的喂料装置1、双螺杆挤出机2、超临界犯注入系统(未示出)、单螺杆挤出机3、齿轮式熔体栗4以及成型模头5。
[0035]在工作过程中，聚合物原材料先通过喂料装置I加入双螺杆挤出机2中，并在螺杆剪切和料筒外加热的作用下熔融塑化。然后，超临界他通过超临界他注入系统准确计量后稳定地通过双螺杆挤出机上的注气口 7注入熔体中，并在螺杆的高速混合和剪切力场作用与熔体充分分散混合。接着该混合体系被输送至单螺杆挤出机3，在单螺杆挤出机3中进一步分散混合形成聚合物熔体/超临界犯均相体系并冷却到适宜的温度，该均相体系通过齿轮式熔体栗4稳流和增压后进入成型模头5。如图2所示，成型模头5内含有衣架型的流道结构，能够使从熔体栗4中流入模头的柱形流熔体变成流速分布均匀的平板流熔体。并且该成型模头内还包括依次连通的扇形区8、剪切段9、阻流段10和模唇11。其中模唇11的横截面积与剪切段的横截面积的比值为I.I，阻流段10具有S型的横截面。平板流熔体从扇形区8的流道依次流入剪切段9和阻流段10的流道内，最后再经过一段定型段11后出模头，发泡冷却定型后得到发泡倍率在5以上、泡孔平均直径在30um以下的微孔发泡板材制品。
[0036]实施例4
[0037]本实施例与实施例3相同，其不同仅在于其中的超临界CO2替换为超临界CO2与超临界N2的混合物。
[0038]应当理解，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或改变仍处于本实用新型的保护范围之列。
【主权项】
1.一种超临界流体发泡挤出设备，包括喂料装置(I)、双螺杆挤出机(2)、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机(3)和成型模头(5);所述喂料装置(I)、双螺杆挤出机(2)、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机(3)和成型模头(5)依次顺序连接，其特征在于，所述成型模头(5)包括依次连通的扇形区(8)、剪切段(9)、阻流段(10)和模唇(11);所述剪切段(9)的横截面积小于扇形区(8)、阻流段(10)和模唇(11)的横截面积;所述阻流段(10)具有S型横截面结构。2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述模唇(11)的截面积与所述剪切段(9)的截面积的比值为1.1-15。3.根据权利要求2的设备，其特征在于，所述模唇(11)的截面积与所述剪切段(9)的截面积的比值为10。4.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述成型模头(5)具有衣架型流道结构。5.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述超临界流体发泡基础设备还包括熔体栗(4)，所述喂料装置(I)、双螺杆挤出机(2)、发泡剂注入系统、单螺杆挤出机(3)、熔体栗(4)和成型模头(5)依次顺序连接。6.根据权利要求5的设备，其特征在于，所述熔体栗(4)为齿轮式熔体栗。7.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述喂料装置(I)与双螺杆挤出机上(2)的喂料口(6)连接。8.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述发泡剂注入系统与双螺杆挤出机(2)上的注气口(7)连接。9.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述发泡剂为超临界CO2。10.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述发泡剂为超临界％或超临界％与超临界CO2的混合物。
【文档编号】B29C44/60GK205553027SQ201620128071
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】吕冬, 林红, 吴景深
【申请人】广州市香港科大霍英东研究院