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一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置和工艺及其应用制造方法及图纸

技术编号:21905551 阅读:30 留言:0更新日期:2019-08-21 09:59
本发明专利技术属于聚合物泡沫材料领域,尤其涉及一种聚合物微孔发泡材料的制备装置和工艺及其应用。包括:塑化、模具加热与微孔发泡熔体填充,模具高温保持与保压,保压卸除与一次开模,模具冷却与二次开模取件等。本发明专利技术利用保压工艺使填充过程中发泡形成的泡孔重新溶入熔体中,令熔体恢复未发泡状态并获得均匀的高保压压力状态;利用二次开模工艺中的一次开模使熔体经历均匀分布的高保压压力降,给熔体充足的发泡空间发泡,同时利用变模温控制技术在熔体填充和保压工艺作用过程中保持较高的模具温度,延缓熔体冷却,保证保压结束一次开模时熔体仍有较高的温度可以进行发泡。该工艺可有效消除填充过程中发泡过程的影响,良好调控填充结束后发泡过程。

An Injection Molding Device and Technology for Polymer Microporous Foaming Materials and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置和工艺及其应用
本专利技术属于聚合物泡沫材料领域,尤其涉及一种泡孔密度高、泡孔结构均匀的聚合物微孔发泡注塑成型装置和工艺及其应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。聚合物微孔发泡注塑是一种以热塑性塑料为基体、以超临界流体(一般为超临界N2或超临界CO2)为物理发泡剂,生产内部含有大量泡孔结构制件的微孔塑料成型工艺,具有节省材料、降低能耗、提高产品尺寸精度和缩短成型周期等特点,在产品轻量化、工艺绿色化方面呈现出显著优势,近年来得到了国内外的广泛关注。然而,目前微孔发泡注塑聚合物产品仍存在内部泡孔密度较低、泡孔结构不均匀等问题,限制了微孔发泡注塑技术及其产品的进一步推广和应用。为解决上述问题,人们先后利用精确开模技术、气体反压技术以及注射后压缩技术等方法,实现了微孔发泡注塑产品内部泡孔密度和泡孔结构的改善,但改善效果仍不理想。微孔发泡注塑成型过程中存在“填充过程中发泡”和“填充结束后发泡”两个发泡过程。前者受填充过程中流动前锋处熔体压力降及其流动行为的影响显著,导致产品末端泡孔出现破裂和变形;后者受填充结束后熔体压力降分布的影响明显,而射胶结束时熔体各处的压力降通常是不均匀的,由此导致产品内部泡孔结构也相应出现变化;同时由于微孔发泡注塑熔体在填充结束后的发泡空间和发泡能力有限,上述因素共同造成了微孔发泡注塑产品泡孔密度低和泡孔结构不均匀等问题。中国专利文献201110003791.X公开了“一种微孔聚合物材料的可控制备方法及其装置,提供了一种通过调节装置型腔的体积和温度、获得微孔聚合物材料的方法。然而,本专利技术人认为:该方法主要针对传统化学发泡方法进行改进,未考虑物理发泡方法的适用性。中国专利文献201610654452.0公开了一种具有均匀微孔的注塑级增强聚丙烯母料,用该母料可以制备泡孔均匀的发泡成形体。然而,本专利技术人认为:该方法仅针对发泡聚丙烯母料的改性设计,难以拓展到其他塑料原料的微孔发泡注塑工艺。中国专利文献201610270600.9公开了一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺,其将发泡过程分为两个阶段,首先采用高型腔压力、高注射压力和高保压压力,通过注塑成型的方式制备由塑料和发泡剂组成的未发泡预制坯,然后将未发泡预制坯放入另外一个具有更大空间的模具型腔中加热进而诱导发泡,以获得具有高孔隙率、高外观品质的发泡塑件。然而,本专利技术人认为:这种方法需要两套成型模具,且工序多,效率低。中国专利文献201810820266.9提供了一种采用物理化学混合发泡剂的微孔发泡及模内装饰复合成型的开模方法,以达到改善产品的表面质量,提高泡孔的成核效率和改善泡孔的分布的目的。然而,本专利技术人认为:物理、化学发泡剂两者的形核机理不同,该方法并未对此进行区分,也尚未就开模方法相关的开模距离控制、模温控制等进行详细的描述。
技术实现思路
针对上述的现有技术中存在的一些问题,本专利技术认为:消除填充过程中发泡过程的影响并给予填充结束后熔体均匀的压力降和充分的发泡空间以及发泡能力是有效提升微孔发泡注塑产品泡孔密度和泡孔结构的关键。为此,本专利技术旨在提供一种能够良好调控微孔发泡注塑填充过程中发泡过程和填充结束后发泡过程的影响因素,有效提升微孔发泡注塑材料的泡孔密度和泡孔结构的微孔发泡注塑成型工艺及应用。本专利技术的第一目的,是提供一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置。本专利技术的第二目的,是提供一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型工艺。本专利技术的第三目的,是提供所述聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置及工艺的应用为实现上述专利技术目的,本专利技术公开了下述技术方案:首先,本专利技术公开一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,包括:微孔发泡注塑模具、变模温控制系统、微孔发泡注塑机、超临界流体发生与计量控制系统和超临界流体气源;其中,所述变模温控制系统与微孔发泡注塑模具中的冷却装置、加热装置均连接,且所述变模温控制系统与微孔发泡注塑机的控制系统连接;所述超临界流体气源通过气体管路与超临界氮气发生与计量控制系统连接,并经超临界氮气发生与计量控制系统与微孔发泡注塑机中的料筒连接,所述料筒通过气动喷嘴与微孔发泡注塑模具连通。作为进一步的技术方案,所述变模温控制系统通过阀门管路与微孔发泡注塑模具中的冷却装置连接。作为进一步的技术方案,所述变模温控制系统通过控制电路和微孔发泡注塑模具中的加热装置连接。作为进一步的技术方案,所述变模温控制系统通过电子线路与微孔发泡注塑机的控制系统连接。作为进一步的技术方案,所述冷却装置为设置在模具中的循环冷却水管,所述加热装置为设置在模具中的电热棒。作为进一步的技术方案,所述变模温控制系统对所述微孔发泡注塑模具的温度控制范围为30~220℃。作为进一步的技术方案,所述微孔发泡注塑机优选为电动注塑机,可以实现精确的二次开模控制。作为进一步的技术方案,所述超临界流体气源包括氮气、二氧化碳等。其次,本专利技术公开一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型工艺,包括如下步骤:(1)塑化工艺:将超临界流体与塑化的聚合物熔体混合形成均一的单相溶液,塑化过程中保持塑化环境为高压状态,防止塑化的熔体提前发泡;(2)模具加热与微孔发泡熔体填充:启动对模具的加热,当模具温度达到预设的温度值时,将单相溶液注入到模具型腔中,直至填满型腔;(3)模具高温保持与保压:填满型腔后,保持温度在设定的温度值,注塑工艺进入保压阶段,利用保压过程提供的压力和时间条件推动熔体继续填充模具型腔,使填充过程中发泡形成的泡孔重新溶入到熔体中,熔体恢复到未发泡状态,使溶体获得均匀的高保压压力状态;(4)保压卸除与第一次开模:继续保持模具温度在设定的温度值,保压卸除的同时进行第一次开模,使熔体经历均匀分布的高保压压力降,并给予熔体充足的发泡空间进行填充结束后发泡;(5)模具冷却与第二次开模取件:待熔体发泡完全,停止对加热模具,冷却模具至产品定型,开模取件,即得。作为进一步的技术方案,步骤(2)中,所述的模具加热过程中的温度预设值为塑料原料的玻璃化转变温度或结晶温度范围,以防止熔体填充过程中的过早冷却和冷凝层的形成。作为进一步的技术方案,步骤(3)中,所述保压工艺的压力范围为10~30MPa,保压时间范围为5~30s,以保证填充过程中发泡形成的泡孔重新溶入到熔体中。作为进一步的技术方案,步骤(4)中,所述第一次开模距离范围为2~10mm。本专利技术工艺的特点之一是:步骤(4)中,保压卸除的同时进行第一次开模,即所述保压工艺结束与一次开模动作为同一时刻,以确保熔体保压结束后压力降均匀和发泡空间的充足。本专利技术工艺的特点之二是:步骤(2)~(4)中,所述模具保温过程从熔体填充开始,一直持续到保压工艺结束,以保证熔体在该过程中始终不冷凝。最后,本专利技术公开所述聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置和注塑成型工艺在包装材料、飞机和汽车零部件、运动器材以及生物医学材料等的制备中的应用。与现有技术相比,本专利技术取得了以下有益效果:(1)本专利技术将保压工艺、二次开模工艺、变模温控制技术与传统微孔发泡注塑工艺相结合,利用保压工艺中较高的保压压力和较长的保压时间使填充过程中发泡形成本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,其特征在于,包括:微孔发泡注塑模具、变模温控制系统、微孔发泡注塑机、超临界流体发生与计量控制系统和超临界流体气源;其中:所述变模温控制系统与微孔发泡注塑模具中的冷却装置、加热装置均连接,且所述变模温控制系统与微孔发泡注塑机的控制系统连接;所述超临界流体气源通过气体管路与超临界氮气发生与计量控制系统连接,并经超临界氮气发生与计量控制系统与微孔发泡注塑机中的料筒连接;所述料筒通过气动喷嘴与微孔发泡注塑模具连通。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,其特征在于,包括:微孔发泡注塑模具、变模温控制系统、微孔发泡注塑机、超临界流体发生与计量控制系统和超临界流体气源;其中:所述变模温控制系统与微孔发泡注塑模具中的冷却装置、加热装置均连接,且所述变模温控制系统与微孔发泡注塑机的控制系统连接;所述超临界流体气源通过气体管路与超临界氮气发生与计量控制系统连接,并经超临界氮气发生与计量控制系统与微孔发泡注塑机中的料筒连接;所述料筒通过气动喷嘴与微孔发泡注塑模具连通。2.如权利要求1所述的聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,其特征在于,所述变模温控制系统通过阀门管路与微孔发泡注塑模具中的冷却装置连接;优选地,所述变模温控制系统通过控制电路和微孔发泡注塑模具中的加热装置连接。3.如权利要求1所述的聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,其特征在于,所述变模温控制系统通过电子线路与微孔发泡注塑机的控制系统连接。4.如权利要求1-3任一项所述的聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,其特征在于,所述冷却装置为设置在模具中的循环冷却水管,所述加热装置为设置在模具中的电热棒。5.如权利要求1-3任一项所述的聚合物微孔发泡材料的注塑成型装置,其特征在于,所述变模温控制系统对所述微孔发泡注塑模具的温度控制范围为30~220℃;优选地,所述微孔发泡注塑机为电动注塑机。6.一种聚合物微孔发泡材料的注塑成型工艺,其特征在于,包括如下步骤:(1)塑化工艺:将超临界流体与塑化的聚合物熔体混合形成均一的单相溶液,塑化过程中保持...

【专利技术属性】
技术研发人员:董桂伟赵国群王桂龙侯俊吉
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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