一种可精确控制发泡倍率的发泡方法技术

本发明专利技术涉及一种可精确控制发泡倍率的发泡方法，属于发泡技术领域。本发明专利技术提供了一种可控制发泡倍率的无模发泡方法，此方法先根据泡孔的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒计算得到满足泡孔生长需求的泡孔预设平均半径，然后根据发泡倍率计算得到特定发泡倍率下发泡胚体的泡孔实际平均半径，再根据泡孔预设平均半径和泡孔实际平均半径计算得到同时满足泡孔的动量守恒、气泡壁表面的质量守恒和发泡倍率的环境压力，最后根据环境压力进行无模发泡；使用此方法对发泡胚体进行无模发泡时，可根据目标发泡倍率控制发泡胚体的最终发泡倍率，且目标发泡倍率和最终发泡倍率之间的差值在5％以内，较为精确。

【技术实现步骤摘要】
一种可精确控制发泡倍率的发泡方法
本专利技术涉及一种可精确控制发泡倍率的发泡方法，属于发泡

技术介绍
通过发泡的技术手段在聚合物中导入大量气泡，可以实现减少材料用量和产品轻量化的目的。此外，选择不同的聚合物材料和不同的泡孔结构，包括泡孔密度，泡孔尺寸，开/闭孔结构等，还可赋予发泡制品许多功能化特性，如特殊的压缩行为，光反射特性，隔热特性、阻尼特性等。传统的发泡过程，从发泡体积是否受限上分类，基本可以分为两类，即在模具内的受限膨胀发泡和无模具的自由膨胀发泡。在模具内的受限膨胀发泡，即将浸有发泡剂气体的、处于高温高压状态的聚合物熔体注射入模具，在充模过程中，由于压力降低，聚合物熔体发生膨胀，充满整个型腔，随后冷却定型，得到形状和模具型腔相同的发泡体。模具内膨胀发泡存在模具成本较高的普遍问题，例如，对于鞋中底行业而言，同一款鞋有多个尺码，往往需要多套不同的发泡模具。此外，模具的升温、冷却耗费的能耗也比较大。而无模具的自由膨胀发泡，即将通过快速打开模具或快速降低环境压力，使得浸有发泡剂气体的、处于高温高压状态的聚合物胚体快速膨胀。无模具的自由膨胀发泡无需模具，因此，其成本较在模具内的受限膨胀发泡明显降低，但是，无模具的自由膨胀发泡存在发泡倍率难以精确控制的问题，这大大限制了其进一步应用。亟需找到一种可精确控制发泡倍率的无模发泡方法。
技术实现思路
为解决现有无模发泡技术无法精确控制发泡倍率的缺陷，本专利技术提供了一种确定发泡环境压力的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取目标发泡倍率；根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径；根据所述目标发泡倍率和所述当前的泡孔预设平均半径计算得到当前的泡孔目标平均半径；判断当前的所述泡孔预设平均半径与当前的所述泡孔目标平均半径是否满足预设条件；当不满足所述预设条件时，调整所述气泡生长时间，将调整后的气泡生长时间作为当前的气泡生长时间，返回执行根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径的步骤；当满足所述预设条件时，则根据所述当前的气泡生长时间计算得到所述目标发泡倍率对应的环境气压，用于进行发泡环境的气压控制。在本专利技术的一种实施方式中，所述根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径，包括：根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡的动量守恒的当前的泡孔压力的第一估值；根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡壁表面的质量守恒的泡孔压力的第二估值；判断当前的所述泡孔压力的第一估值与当前的所述泡孔压力的第二估值是否满足预设条件；当不满足所述预设条件时，调整所述泡孔预设平均半径和壳层半径的取值，将调整后的泡孔预设平均半径和壳层半径作为当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径，返回执行根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡的动量守恒的当前的泡孔压力的第一估值和满足气泡壁表面的质量守恒的泡孔压力的第二估值的步骤；当满足所述预设条件时，则得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径。在本专利技术的一种实施方式中，所述根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡的动量守恒的当前的泡孔压力的第一估值，包括：根据公式计算得到发泡胚体的黏度η；式中，λ为发泡胚体的特征松弛时间，G为发泡胚体的刚性模量；根据公式y＝r3-R3计算得到变换的拉格朗日坐标y；式中，R为泡孔的预设平均半径，其初始取值为Rb0～S0中的任意值，其中，Rb0为发泡胚体的初始泡孔半径，S0为发泡胚体的初始壳层半径；根据公式计算得到泡孔壁在r方向的应力分量τrr，并且，根据公式计算得到泡孔壁在θ方向的应力分量τθθ；式中，t”为气泡生长时间，其初始取值为最小时间步进0.001秒；根据公式t＝t”+t’计算得到泄压时间t；式中，t’为气泡成核时刻；气泡成核时刻t’通过不同发泡胚体在不同压力下的发泡实验观察而得；根据公式Ps＝P0-Wt计算得到泄压开始后t时刻的发泡容器内的系统气压Ps；式中，W为泄压速率，P0为泄压前发泡容器内的系统压力；根据公式计算得到泡孔压力的第一估值P1；式中，γ为发泡胚体在发泡剂气体中的表面张力，Rs为壳层半径，其初始取值为S0。在本专利技术的一种实施方式中，所述根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡壁表面的质量守恒的泡孔压力的第二估值，包括：根据公式计算得到泡孔压力的第二估值P2；式中，D为发泡剂气体的扩散系数，为发泡剂气体的理想气体常数，c为发泡胚体表面处的发泡剂气体浓度，KH为发泡剂气体在发泡胚体中的亨利常数。在本专利技术的一种实施方式中，所述判断当前的所述泡孔压力的第一估值与当前的所述泡孔压力的第二估值是否满足预设条件，包括：根据公式A1＝(P1-P2)/P1计算得到阈值A1，若A1≥0.001，则调整泡孔预设平均半径R和壳层半径Rs的取值以重复阈值A1的计算直至A1<0.001，得到满足A1<0.001的泡孔预设平均半径R；所述壳层半径Rs的取值根据调整后的泡孔预设平均半径R的取值计算，计算公式为Rs2＝(S02-Rb02)+R2。在本专利技术的一种实施方式中，所述根据所述目标发泡倍率和所述当前的泡孔预设平均半径计算得到当前的泡孔目标平均半径，包括：根据公式计算得到溶解在发泡胚体内的发泡剂气体浓度式中，VLO为发泡胚体的实心体积，CO为达到溶解平衡时发泡胚体内的发泡剂气体浓度，t’为气泡成核时刻，PD为气泡内压力，Rg为发泡剂气体的理想气体常数；根据公式计算得到气泡成核速率J(t)；式中，f0和F为气泡成核速率的回归因子，NA为阿伏伽德罗常数，KB为玻尔兹曼常数，Mw为发泡剂气体的分子量，γ为发泡胚体的界面张力，KH为发泡剂气体在发泡胚体中的亨利常数，T为发泡温度，PC(t)为泄压开始后t时刻的发泡容器内的系统气压，其初始取值为泄压前发泡容器内的系统压力P0；根据公式X＝Vf/Vsolid计算得到发泡体的体积Vf；式中，Vsolid为发泡胚体的体积；根据公式和Vf＝Vsolid+N*VCell计算得到发泡胚体内泡孔的平均体积Vcell；式中，N为泡孔数量，J(t’)为气泡成核速率，t’为气泡成核时刻；根据公式计算得到泡孔的平均半径Re。在本专利技术的一种实施方式中，所述判断当前的所述泡孔预设平均半径与当前的所述泡孔目标平均半径是否满足预设条件，包括：根据公式A2＝(Re-R)/Re计算得到阈值A2，若A2≥0.001，则调整气泡生长时间t”以重复阈值A2的计算直至A2<0.001，得到满足A2<0.001的系统气压Ps，此系统气压Ps的值即为环境压力P的值。具体的，公式的获得过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定发泡环境压力的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n获取目标发泡倍率；/n根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径；/n根据所述目标发泡倍率和所述当前的泡孔预设平均半径计算得到当前的泡孔目标平均半径；/n判断当前的所述泡孔预设平均半径与当前的所述泡孔目标平均半径是否满足预设条件；/n当不满足所述预设条件时，调整所述气泡生长时间，将调整后的气泡生长时间作为当前的气泡生长时间，返回执行根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径的步骤；/n当满足所述预设条件时，则根据所述当前的气泡生长时间计算得到所述目标发泡倍率对应的环境气压，用于进行发泡环境的气压控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种确定发泡环境压力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取目标发泡倍率；
根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径；
根据所述目标发泡倍率和所述当前的泡孔预设平均半径计算得到当前的泡孔目标平均半径；
判断当前的所述泡孔预设平均半径与当前的所述泡孔目标平均半径是否满足预设条件；
当不满足所述预设条件时，调整所述气泡生长时间，将调整后的气泡生长时间作为当前的气泡生长时间，返回执行根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径的步骤；
当满足所述预设条件时，则根据所述当前的气泡生长时间计算得到所述目标发泡倍率对应的环境气压，用于进行发泡环境的气压控制。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前的气泡生长时间计算得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径，包括：
根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡的动量守恒的当前的泡孔压力的第一估值；
根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡壁表面的质量守恒的泡孔压力的第二估值；
判断当前的所述泡孔压力的第一估值与当前的所述泡孔压力的第二估值是否满足预设条件；
当不满足所述预设条件时，调整所述泡孔预设平均半径和壳层半径的取值，将调整后的泡孔预设平均半径和壳层半径作为当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径，返回执行根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡的动量守恒的当前的泡孔压力的第一估值和满足气泡壁表面的质量守恒的泡孔压力的第二估值的步骤；
当满足所述预设条件时，则得到同时满足气泡的动量守恒和气泡壁表面的质量守恒的当前的泡孔预设平均半径。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡的动量守恒的当前的泡孔压力的第一估值，包括：
根据公式计算得到发泡胚体的黏度η；式中，λ为发泡胚体的特征松弛时间，G为发泡胚体的刚性模量；
根据公式y＝r3-R3计算得到变换的拉格朗日坐标y；式中，R为泡孔的预设平均半径，其初始取值为Rb0～S0中的任意值，其中，Rb0为发泡胚体的初始泡孔半径，S0为发泡胚体的初始壳层半径；
根据公式计算得到泡孔壁在r方向的应力分量τrr，并且，根据公式计算得到泡孔壁在θ方向的应力分量τθθ；式中，t”为气泡生长时间；
根据公式t＝t”+t’计算得到泄压时间t；式中，t’为气泡成核时刻；
根据公式Ps＝P0-Wt计算得到泄压开始后t时刻的发泡容器内的系统气压Ps；式中，W为泄压速率，P0为泄压前发泡容器内的系统压力；
根据公式计算得到泡孔压力的第一估值P1；式中，γ为发泡胚体在发泡剂气体中的表面张力，Rs为壳层半径，其初始取值为S0。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据当前的泡孔预设平均半径和当前的壳层半径计算得到满足气泡壁表面的质量守恒的泡孔压力的第二估值，包括：
根据公式计算得到泡孔压力的第二估值P2；式中，D为发泡剂气体的扩散系数，为发泡剂气体的理想气体常数，c为发泡胚体表面处的发泡剂气体浓度，KH为发泡剂气体在发泡胚体中的亨利常数。
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜修磊，陈弋翀，
申请(专利权)人：苏州申赛新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32