一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺及装置，属于超临界发泡技术领域。在本发明专利技术提供的发泡方法中，通过增加材料气固界面，以高分子粒子为单位进行短距离扩散，缩短溶胀时间，同时利用受限空间一体成型来保证模压发泡工艺生产大尺寸泡沫材料的优势。另外本发明专利技术还采用了内外模具的设计，其中内模具可更换大小及形状，在一定程度上提升了设备本身的利用率及产品多样化。即本专利新方法采用粒子熔合技术有效克服了超临界模压发泡的缺点并利用一体成型及双模具的设计充分保留了其优点，对该技术的产业化开发非常重要。

A production process and device of particle fusion and supercritical molding foaming

【技术实现步骤摘要】
一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺及装置
本专利技术涉及一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺及装置，属于超临界发泡

技术介绍
模压发泡绿色制备法采用以超临界二氧化碳（CO2）为主的物理发泡剂，可实现微米甚至纳米尺度的泡孔尺寸，大范围（5～50倍）材料发泡倍率，适用于半结晶及无定型高分子材料的大尺寸、规模化生产。上述优势使得该技术近年来受到工业界广泛关注。然而，与现有的模压化学发泡相比，超临界模压发泡需将CO2等物理发泡剂从外部向高分子材料内部扩散形成均相溶液。因此对于大尺寸发泡材料，物理发泡剂在材料内部扩散距离较长，导致溶胀时间非常长，严重影响了生产效率，阻碍了其产业化进程。
技术实现思路
本专利技术的技术构思是：增加材料气固界面，以高分子粒子为单位进行短距离扩散，缩短溶胀时间，提高生产效率（化整为零）；另外受限模腔使得粒子互相挤压达到界面消除一体成型的效果，保证了模压发泡工艺生产大尺寸泡沫材料的优势（合零为整）。另外本专利技术还采用了内外模具的设计，其中内模具可更换大小及形状，在一定程度上提升了设备本身的利用率及产品多样化。即本专利新方法采用粒子熔合技术有效克服了超临界模压发泡过程中物理发泡剂在固态高分子材料中扩散慢的缺点并利用一体成型及双模具的设计充分保留了其更细密的泡孔形貌和更优异的材料性能的优点；利用了粒子形貌其气固界面大的特性加快了超临界流体在高分子基体中的渗透效率（减小溶胀时间），同时将成型和发泡技术同步耦合，实现了在高效一体化成型发泡的协同效果，对超临界固态发泡技术的产业化开发起到了重要地推动作用。一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺，包括如下步骤：第1步，把聚合物材料投至预处理釜中进行干燥，然后通过真空上料机把物料打入高温模腔内，充满模腔；第2步，往与模腔连通的气室内充入高压的超临界气体，并使超临界气体充入聚合物原料之间的缝隙中，在一定温度和压力下使超临界流体向聚合物材料中渗透一定时间；第3步，升高超临界流体温度至聚合物材料熔点，使得与超临界流体相接触的聚合物材料表面在较短时间内熔融，其内部的分子链具有一定的活动性，然后通过压紧部件在分散的聚合物材料上施加静压，使得分散的聚合物材料被相互挤压从而消除物料间的缝隙，最终形成具有一定尺寸形状的完整的聚合物坯体；第4步，模腔内聚合物材料压制成型后再溶胀一定时间达到体系平衡，然后在闭模状态下快速卸压或开模直接泄压，诱导泡孔成核以及后续的泡孔快速生长，然后得到微孔的聚合物发泡材料。在一个实施方式中，第1步中超临界流体的扩散过程在聚合物材料成型之前，物料间非常多的界面有助于缩短物理扩散距离，提高超临界流体在聚合物基体中的溶胀效率。在一个实施方式中，第1步中溶胀有超临界流体的呈分散状态的聚合物材料不是直接发泡，而是在高压模具内压制成型后再发泡，所制得的发泡材料是一个成型制件，而非分散状态的发泡珠粒或发泡棒材或发泡片材。在一个实施方式中，第1步中颗粒状的聚合物原料的粒径0.05～1.5mm。在一个实施方式中，第1步中模具升温是指接近结晶聚合物的熔点或无定形聚合物流动软化区域温度，例如比结晶聚合物熔点低1～10℃。在一个实施方式中第2步中超临界流体加入后使模具内的压力在5～25MPa，下气室的气压微高于上气室0.05MPa左右，保持5～30min。在一个实施方式中，第3步中静压是指20~100MPa，保持时间5～30min。一种粒子熔合超临界模压发泡生产装置，包括：供料装置，用于向模具中供入颗粒聚合物原料；模具中包括外模具和可拆卸的内模具，并且内模具位于外模具的内部，外模具是由外模具上模和外模具下模相互压紧密封所构成，内模具是由内模具上模和内模具下模相互压紧所构成；内模具的内部为模腔；外模具上模和外模具下模之间为密封面；外模具上模和内模具上模之间形成上气室，外模具下模与内模具下模之间形成下气室；内模具朝向着上气室和下气室的一面上分别开设有通气孔，使得上气室和下气室与模腔相通；在内模具的内部的上方设有压板，压板上设有气孔；压板安装在内模具的上模，接近上气室端，可以受控地在模腔内上下运动；上气室和下气室通过气体进气口与气体容器连通。在一个实施方式中，外模具上模和/或外模具下模上还设有模具出气口12，模具出气口12连接于排气口15，排气口15用于排除模具内的气体。在一个实施方式中，排气口上设有用于控制排气口开闭的阀门。在一个实施方式中，进气口与气体容器之间通过增压泵和/或控制阀连接；增压泵17用于提高气体容器中的输出气体的压力。在一个实施方式中，供料装置还与预处理装置连接，预处理装置1中带有加料出料系统、搅拌系统、加热冷却配置和/或温控系统。在一个实施方式中，模腔上分布有网格或者通气孔，所述的网格或者通气孔的孔径小于聚合物材料的尺寸大小。内模具可更换，分为上下模，通过机械固定在外模腔内或者说固定在外模具上的。模腔可以随着内模具的更换来改变尺寸大小及形状。在一个实施方式中，压板是含有通气孔的板状结构。这里的压板是固定在内模腔的接近上气室端，通过位移控制设备来调节其上下移动。（具体的控制装置、动力装置可以放在在内模具与外模具的固定块内部，即填充有网格的部分。在一个实施方式中，供料装置是真空上料机。上述的粒子熔合超临界模压发泡生产装置用于生产成型的发泡材料。在一个实施方式中，所述的应用是指提高发泡材料的溶胀效率、提高型材内部泡孔结构的均匀性、成型与发泡相结合，使得高分子发泡材料可具有更可控的发泡倍率、更高的泡孔密度、更好的压缩强度、更一致的形貌均匀性。有益效果1、超临界流体通过呈分散状态的高分子材料间的大量气固界面可快速扩散至高分子材料基体内部，极大地缩短了超临界流体的扩散时间，提高了生产效率，降低了生产周期；2、高分子材料的溶胀、成型和发泡均在同一工序内完成，实现了工艺流程简单、生产成本低的目的；3、在提高气体扩散效率的同时，极好地保留了模压发泡适用材料范围广、发泡倍率可控、泡孔均匀致密等优点；4、固定模具与可更换内模具的双模具设计以及多层模压适合工业化生产，可适用生产发泡片材、板材、异型材等。附图说明图1是本专利技术提供的生产装置图。图2是模具的结构放大图。图3实施例1整体侧面形貌图。图4是实施例1利用液氮淬断拍摄的SEM图。图5是实施例2整体侧面形貌图。图6是实施例2利用液氮淬断拍摄的SEM图。图7是对照例1整体侧面形貌图。图8是对照例1利用液氮淬断拍摄的侧面外侧SEM图。图9是对照例1利用液氮淬断拍摄的侧面内侧SEM图。图10是对照例2整体侧面形貌图。图11是对照例2利用液氮淬断拍摄的SEM图。其中，1、预处理装置；2、第一阀门；3、供料装置；4、第二阀门；5、外模具上模；6、外模具下模；7、密封面；8、内模具上模；9、内模具下模；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：/n第1步，把聚合物材料投至预处理釜中进行干燥，然后把物料打入高温模腔内，充满模腔；/n第2步，往模腔内充入高压的超临界气体，并使超临界气体充入聚合物原料之间的缝隙中，使超临界流体向聚合物材料中渗透；/n第3步，升高超临界流体温度，使得与超临界流体相接触的聚合物材料表面熔融，然后通过压紧部件在分散的聚合物材料上施加静压，形成具有完整的聚合物坯体；/n第4步，模腔内聚合物材料压制成型后再溶胀达到体系平衡，然后在闭模状态下快速卸压或开模直接泄压，得到微孔的聚合物发泡材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种粒子熔合超临界模压发泡生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，把聚合物材料投至预处理釜中进行干燥，然后把物料打入高温模腔内，充满模腔；
第2步，往模腔内充入高压的超临界气体，并使超临界气体充入聚合物原料之间的缝隙中，使超临界流体向聚合物材料中渗透；
第3步，升高超临界流体温度，使得与超临界流体相接触的聚合物材料表面熔融，然后通过压紧部件在分散的聚合物材料上施加静压，形成具有完整的聚合物坯体；
第4步，模腔内聚合物材料压制成型后再溶胀达到体系平衡，然后在闭模状态下快速卸压或开模直接泄压，得到微孔的聚合物发泡材料。


2.根据权利要求1所述的粒子熔合超临界模压发泡生产工艺，其特征在于，第1步中高温模腔温度是指接近结晶聚合物的熔点或无定形聚合物流动软化区域温度。


3.根据权利要求1所述的粒子熔合超临界模压发泡生产工艺，其特征在于，第4步中超临界流体加入后使模具内的压力在5～25MPa，下气室的气压微高于上气室0.05MPa左右，保持5~30min。


4.根据权利要求1所述的粒子熔合超临界模压发泡生产工艺，其特征在于，第5步中静压是指20~100MPa，保持时间5～30min；溶胀时间是1～120min，更优选是5～30min；聚合物材料形状可以为粒子、棒材、片材等；所述的粒子是指粒径0.02~5mm。


5.一种粒子熔合超临界模压发泡生产装置，其特征在于，包括：
供料装置（3），用于向模具中供入颗粒聚合物原料；
模具中包括外模具和可拆卸的内模具，并且内模具位于外模具的内部，外模具是由外模具上模（5）和外模具下模（6）相互压紧密封所构成，内模具是由内模具上模（8）和内模具下模（9）相互压紧所构成；内模具的内部为模腔（10）...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚鹏剑，李光宪，王素真，蒋根杰，洪江，
申请(专利权)人：江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司，长链轻材南京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32