一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备制造技术

本实用新型专利技术属于发泡材料的物理微发泡成型技术领域，尤其涉及一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备。所述反应釜釜体外部包设有电加热装置，釜体顶部设有进气管可实现釜体内部与高压超临界气体发生和输送装置的连通，釜体内设有温度检测器和压力检测器，釜体顶部还设有泄压电磁阀，釜体底部设有高功率超声装置。本实用新型专利技术结构简单，功能高度集成可控，不仅能实现发泡过程中温度和压力的反馈调控，更重要的是能够在成型过程各个阶段提供功率、强度可控的超声作用，提高聚合物分子链运动能力、促进气体和聚合物相互作用、降低加工温度和成型时间、促进气泡成核、提升发泡材料的泡孔密度和孔隙率。孔密度和孔隙率。孔密度和孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备


[0001]本技术属于发泡材料的物理微发泡成型
，尤其涉及一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备。

技术介绍

[0002]超临界流体发泡技术是一种物理微发泡成型技术，广泛应用于发泡材料的制备。在超临界流体发泡过程中，首先需要在一定温度和压力条件下将超临界状态的二氧化碳或氮气等惰性气体注入密封良好的反应釜中，气体溶解进入聚合物基体，调控体系温度和压力，以确保形成浓度均匀的聚合物/超临界流体饱和体系，接着通过快速降压，在体系内部诱导产生大量的气泡核，随后在冷却成型过程中，体系内部的气泡核不断长大成型，从而得到内部含有大量泡孔的材料。
[0003]超临界流体发泡过程中，气体在聚合物基体的溶解以及泡孔的产生与定型均在反应釜中进行的，整个制备过程处于高温高压条件下，为提升气体在聚合物中的溶解度，往往需要长达数小时的高压浸泡，从而造成成型工艺时间长、能耗高、效率低等问题。尤其对于一些发泡温度、压力范围窄，易降解的高分子材料，长时间的高温、高压浸泡可能会影响发泡产品的质量和性能。因此，降低发泡温度、减短浸泡时间是超临界流体釜压发泡中迫切需要解决的重要问题。
[0004]另外，提高发泡材料的泡孔密度和孔隙率是制备高性能聚合物的重要需求。目前技术需要通过在聚合物中添加异相成核剂（例如：云母、粘土、碳酸钙、氧化硅、炭黑等）来提升泡孔密度。这不仅极大地提升了原料成本，而且增加了共混改性的工艺过程使成本显著提升。怎样通过发泡设备的优化，在一次发泡成型中实现发泡聚合物泡孔密度和孔隙率的提升是一项重要挑战。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备，本技术结构简单，设计合理，不仅能够实现超临界流体发泡过程中的温度和压力同时精确控制，而且通过超声设备的配合，可有效提升聚合物基体的运动能力，降低浸泡温度和发泡温度，减少浸泡时间。
[0006]为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下：
[0007]一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备，包括反应釜釜体和控制装置，所述釜体外部包设有电加热装置，釜体顶部设有进气管并通过进气管实现釜体内部与外界气体输送装置的连通，所述釜体内还设有温度检测器和压力检测器，所述检测器的数据显示部位于釜体顶部设置，釜体顶部还设有泄压管道，泄压管道上设有泄压电磁阀，釜体底部可拆卸连接有超声装置；所述超声装置的超声发射方向朝向釜体内部的发泡样品设置。
[0008]优选的，所述外界气体输送装置为高压高精度柱塞泵，所述泄压电磁阀为电磁球阀或电磁针阀。
[0009]优选的，所述釜体底部的超声装置包括至少一套超声波发射器，每套超声波发射器由两个相对釜体中轴线对称设置的超声波发射器组成。
[0010]优选的，所述控制装置的输入端分别与温度检测器和压力监测器的输出端信号连接，控制装置的输出端分别与外界气体输送装置、电加热装置以及泄压电磁阀的输入端信号连接。
[0011]更为具体的，所述电加热装置的加热范围为50
‑
400℃。所述超声装置的超声频率为 20kHz
‑
40kHz，功率为0
‑
3kW。成型过程中超声装置的频率和功率可实现编程控制，例如：可实现浸泡、泄压和冷却定型过程中超声波的频率、强度、间歇间隔、超声时间的分别控制，以达到塑化分子链、促进气体/聚合物混合、增强泡孔成核效果的分别控制。所述编程控制属于程序设计，不属于专利保护客体，故在此不做赘述。反应釜工作压力范围为10
‑
25MPa，釜体内可控温度范围为50
‑
400℃，电磁阀泄压流速为1
‑
70cm3/min。所述釜体的升温速率为2℃/min
‑
20℃/min，降温速率为2℃/min
‑
15℃，温度控制误差为
±
5℃；压力控制误差在
±
0.5MPa。
[0012]本技术所述一体化超声辅助超临界流体发泡反应釜的使用方法为：
[0013]首先将聚合物样品放置于反应釜内部后锁紧釜体，然后通过高压高精度柱塞泵将超临界流体通过进气管通入釜体内，通过电加热器对釜体进行全面均匀地加热，同时通过温度检测器和压力监测器对釜体内部的温度和压力进行监控，并将相应数据传递至控制装置，控制装置根据预设定的工艺参数来对釜体内的温度（调整电加热器的加热功率来实现釜体的升温、降温）和压力进行反馈控制（通过调整高压高精度柱塞泵的通气流速以及配合泄压电磁阀实现泄压），确保釜体内的温度和压力符合相应工艺参数。
[0014]同时控制装置还控制超声波发射器工作，能够实现聚合物在气体浸泡、泄压发泡和冷却定型过程中超声波频率、振幅和超声间隔的可编程控制，实现根据不同的聚合物材料和预期泡孔结构在整个发泡过程中施加适当的超声波作用，以达到降低加工温度，简短浸泡时间，提高泡孔密度的目的。
[0015]本技术使得聚合物的加热、浸泡以及气泡成核生长和冷却定型阶段均可处于频率、振幅和周期可控的强超声场中，由于高功率超声场的存在，可以使得加热、浸泡过程中的聚合物分子链运动能力提高，从而促进超临界流体在聚合物中的扩散，实现聚合物与超临界流体的均匀混合和混合效率的提升，同时降低加工温度，进而达到缩短浸泡时间、成型周期，减少材料的降解、发泡成本和提高生产效率和效益的目的；同时泄压发泡过程中引入超声场可有效降低气泡成核能垒，同时对聚合物分子链形成扰动，提高气泡成核效率并有利于细密泡孔和微纳泡孔结构的形成，从而获得更高泡孔密度的发泡材料，可制备具有细密泡孔结构的发泡材料，尤其是适用于熔体强度较低的聚合物发泡。
[0016]本技术中还设置了相对夹角可以调节的两个超声波发射器，不仅可以使得超声波发射器各自发出互不相同的频率和振幅的超声波，而且超声波的发射方向可以通过调整超声波发射器的夹角来进行改变，使得超声波能量在釜体内发泡样品位置可以叠加和干涉，最大化超声效率。
[0017]本技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0018]1）本技术具有高度一体化的特点，能够同时精确调控压强、温度和超声场强度，实现操作的简便化以及工作效率的提升；外部链接控制装置，能够通过控制程序，实现
温度，压力以及超声频率、功率和时间间隔的可编程精确控制；
[0019]2）本技术可于聚合物的加热、浸泡以及气泡成核生长和冷却定型阶段，按照不同的工艺和产品需求对釜内高分子材料施加连续可控功率和频率的超声作用，从而降低浸泡温度和发泡温度，减少浸泡时间，而且能够在气泡成核和生长阶段，通过超声波诱导提高泡孔成核率和发泡制品的泡孔密度，从而有利于获得泡孔结构均一、泡孔密度高的发泡材料。
附图说明
[0020]图1为具体实施方式中所述一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备的结构示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应设备，包括反应釜釜体和控制装置，其特征在于，所述釜体外部包设有电加热装置，釜体顶部设有进气管并通过进气管实现釜体内部与外界气体输送装置的连通，所述釜体内还设有温度检测器和压力检测器，所述检测器的数据显示部位于釜体顶部设置，釜体顶部还设有泄压管道，泄压管道上设有泄压电磁阀，釜体底部可拆卸连接有超声装置；所述超声装置的超声发射方向朝向釜体内部的发泡样品设置。2.如权利要求1所述的发泡反应设备，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：米皓阳，董斌斌，李鋆，刘春太，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：新型
国别省市：