不连续发泡剂多次引入系统及方法技术方案

本发明专利技术是一种不连续发泡剂多次引入系统及方法，属于高分子泡沫塑料加工领域。本发明专利技术包括一个气源、一个发泡剂注入口、以及连接在气源和发泡剂注入口之间的管路系统。在该管路系统中安装有一个气体增压器和至少两个相互串联的集气罐，在各集气罐之间安装有通断阀。控制系统可以接受来自高分子材料加工设备的信号，并根据加工需要及集气罐的体积，计算集气罐内的压力，同时控制气体增压器的动作，与高分子材料加工过程相适应，输出信号控制开关集气罐入口或出口的截止阀，从而实现发泡剂注入量的准确控制和一个注塑周期内控制确定质量的发泡剂多次注入。本发明专利技术设计简单、操作方便、成本较低，便于实现工业化生产，适合各种规格注塑机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子泡沫塑料加工，更具体地说，涉及用在高分子泡沫塑料加工中 将发泡剂引入高分子材料的系统及方法。
技术介绍
可以使用多种技术对高分子材料进行加工，包括挤出、注塑、吹塑、压延等，其中挤 出和注塑为最常用的两种高分子材料加工技术。注塑成型是指在封闭机筒内高分子材料 在热传导或可在机筒内旋转的螺杆塑化作用下，高分子材料熔融，然后在柱塞或螺杆作用 下高速高压将塑料熔体注入到已闭合的模具型腔内，经冷却定型得到与模腔相一致的塑料 制件的成型方法。几乎所有的热塑性高分子材料可以注塑成型，且80%以上的高性能工程 塑料通过注塑成型。注塑成型为一种非连续性的生产工艺过程。在一个注塑周期内，包括 螺杆旋转塑炼高分子材料，并将塑化好的高分子材料集聚起来，以及螺杆停止旋转，将集聚 好的高分子材料注射入模具型腔等工艺过程。为了进一步降低高分子制品的重量，节约成 本，降低注塑制品的收缩率及改善翘曲变形，可以将物理发泡剂引入注塑螺杆内的高分子 熔体，通过螺杆的混炼作用形成高分子/发泡剂均相溶液，将均相溶液注入模具型腔，冷却 定型后制备高分子材料发泡制品。特别是对于高结晶性高分子材料，或价格昂贵的工程塑 料，采用发泡注塑工艺降低成本和改善制品性能尤其适合。在发泡注塑工艺过程中，由于螺 杆旋转和对高分子材料的塑化是不连续的操作过程，因此，为了得到均勻的发泡制品，要求 发泡剂的引入速率需与注塑螺杆的旋转运动相匹配，且为不连续引入过程。许多传统的发 泡剂引入系统把发泡剂连续地引进机筒内的高分子材料，这种连续的引进系统可能在注入 高分子材料的发泡剂的百分比上缺乏控制，而且可能导致发泡剂在高分子材料中的不均勻 分布。发泡剂的不均勻分布可能导致在挤塑机中的高分子材料的粘度变化，这对生产稳定 性和制品质量保证带来问题。Trexel 公司 2000 年 2 月申请的专利号为 US6602063B1，名称为discontinuous blowing agent diliversy system and method，，的专利中公开了一种包括可限制发泡齐[J 固定剂量的柱塞缸和活塞，连续气源和注塑的管路系统及若干截止阀的不连续发泡剂引入 系统，利用这种系统通过截止阀的通断可以实现发泡剂不连续注入不连续的高分子材料 加工过程中(如注塑和吹塑)，发泡剂的加入速率依据测定的柱塞缸内气体的温度和压力 值，经控制系统分析计算后控制活塞的运动速率从而控制发泡剂的注入速率。由于物理发 泡剂(特别是N2、C02、超临界流体)的分子量较小，气体流动速率非常快，在截止阀打开瞬 时，由于压差，柱塞缸内封闭的发泡剂会很快被引入高分子熔体中，采用该种工艺过程非常 难于精确控制气体的引入速率。该公司2001年2月申请的专利号为US6^6507B2，名称 为“blowing agent dilivery system”的专利中公开了一种包括旁路系统的发泡剂引入 系统，通过通断旁路阀实现发泡剂的非连续注入，但是不能实现注入发泡剂的准确计量和 注入速率控制。iTrexel公司2002年10申请了专利号为US7144532B2，名称为“blowing agentintroduction system and method”，以及 2000 年 8 月申请的专利号为 US6616434B1，名称为“blowing agent introduction system”的专利中公开了一种包括一个集气罐、一 个压力调节阀、一个压力测量装置以及一个可以通过输入和输出信号控制压力调节阀调节 集气罐内压力大于注塑机内压力的控制系统，以及利用该控制系统将发泡剂引入高分子材 料加工过程的发泡剂引入系统和方法。该专利公开的发泡剂引入系统和方法，通过调节集 气罐内的压力，以及确定的集气罐体积，来实现引入发泡剂量的准确控制，在该发泡剂引入 系统及方法中，集气罐出口和/或入口的通断阀关闭和/或打开一次为一个注气周期，在一 个注气周期内只能一次将集聚在集气罐内的发泡剂注入注塑机内的高分子熔体中，如果在 注塑机的一个塑化周期内一次性地将集聚在集气罐内的发泡剂引入到高分子熔体中，由于 气体的扩散速度非常快，如对于N2，当集气罐内压力与高分子熔体压力比为2时，将11. 5g N2引入高分子熔体的时间只有1.0X 10_6mS，而对于注塑等不连续加工工艺来讲，一个塑化 周期的时间一般为1 10s，这样就不能保证在整个塑化周期内气体被均勻引入，造成局部 气体浓度高，初始的混合靠螺杆剪切完成后，后续塑化的熔体只能在储料腔内依靠气体的 扩散作用，达到高分子熔体/发泡剂均相溶液，这将需要很长的时间。这样就会造成储料 室内气体与熔体的不均勻分布，局部气体浓度高，无法完全溶解在熔体中，而局部不含发泡 剂，从而影响制品的均勻性和生产工艺的稳定，所以该技术方案只适用于小的注塑机上，螺 杆直径在40mm或以下的注塑机上；另外该气体引入系统和方法还公开了一种技术方案，即 在一个注塑周期内，进行两次或两次以上集气和注气过程，试图解决上述的不足，这样就需 要在一个塑化周期内多次启动和停止增压器，并同时配合多次打开和/或关闭集气罐入口 和/或出口的通断阀，但由于通常注塑机的塑化周期小于30秒，甚至小于10秒，如果在一 个塑化周期中要实现多次气体增压、引入等步骤就对发泡剂引入系统的增压器的动态响应 过程的压力调节精度、通断阀动作精度及控制系统的控制精度等提出了非常高的要求，这 样无疑增加了该气体引入系统中增压器的加工精度、电控精度，通断阀动作响应精度以及 控制系统的要求，从而增加了整套气体引入系统的复杂性和生产成本，并且通常气体增压 达到稳定的时间需要10 20秒，所以该技术方案实施存在相当大的困难。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种，特别是该发泡剂引 入系统及方法能够与高分子材料不连续加工过程相匹配，在一个加工周期内，将与制品质 量相适应的确定量的发泡剂，多次不连续地注入不连续加工的高分子材料中，如注塑机机 筒内的高分子熔体中。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本系统包括一个储有发泡剂的 气源、一个位于注塑机机筒上的注气口、连接气源和注气口的管路、以及控制系统。在连接 气源和注气口的管路上安装有一个具有入口和出口的气体增压器，气体增压器的入口与气源相连通，气体增压 器的出口串联安装至少两个集气罐，各集气罐的总体积大于20ml ；相互串联的最后一个集气罐的出口与注气口管路相连通，在两者之间的连通管路 上安装有通断阀；相互串联的第一个集气罐的入口与增压器的出口相连通，在两者之间的连通管路 上安装有通断阀；相互串联的各集气罐之间也安装有通断阀；在与注气口相连通的集气罐上至少安装一个压力测量元件，该压力测量元件能够 向控制系统输出信号；增压器和各通断阀均能接受控制系统的输出信号。所述的在增压器的出口串连安装的集气罐的个数为2 10个，较适宜的是3 5 个。使用上述系统将发泡剂多次引入注塑机内高分子熔体中，具体该方法步骤如下1)关闭与注气口相连接的通断阀，打开其他所有通断阀，气源对所有集气罐进行 充气加压；2)当集气罐内的压力达到大于注塑机内高分子熔体背压l_50MPa时，关闭所有通 断阀；3)注塑机螺杆开始旋转塑化，螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
不连续发泡剂多次引入系统，包括一个储有发泡剂的气源（１）、一个位于注塑机机筒上的注气口（２）、连接气源（１）和注气口（２）的管路（３）、以及控制系统；在管路（３）上安装有：一个具有入口和出口的增压器（６），增压器（６）的入口与气源（１）相连通，增压器（６）的出口串联安装至少两个集气罐，各集气罐的总体积大于２０ｍｌ；相互串联的最后一个集气罐的出口与注气口（２）管路相连通，在两者之间的连通管路上安装有通断阀；相互串联的第一个集气罐的入口与增压器的出口相连通，在两者之间的连通管路上安装有通断阀；相互串联的各集气罐之间也安装有通断阀；在与注气口（２）相连通的集气罐上至少安装一个压力测量元件，该压力测量元件能够向控制系统输出信号；增压器（６）和各通断阀均能接受控制系统的输出信号。

【技术特征摘要】
1.不连续发泡剂多次引入系统，包括一个储有发泡剂的气源(1)、一个位于注塑机机 筒上的注气口 O)、连接气源(1)和注气口( 的管路(3)、以及控制系统；在管路C3)上安 装有一个具有入口和出口的增压器(6)，增压器(6)的入口与气源(1)相连通，增压器(6) 的出口串联安装至少两个集气罐，各集气罐的总体积大于20ml ；相互串联的最后一个集气罐的出口与注气口( 管路相连通，在两者之间的连通管路 上安装有通断阀；相互串联的第一个集气罐的入口与增压器的出口相连通，在两者之间的连通管路上安 装有通断阀；相互串联的各集气罐之间也安装有通断阀；在与注气口( 相连通的集气罐上至少安装一个压力测量元件，该压力测量元件能够 向控制系统输出信号；增压器(6)和各通断阀均能接受控制系统的输出信号。2.根据权利要求1所述的不连续发泡剂多次引入系统，其特征在于所述的在增压器 的出口串连安装的集气罐的个数为2 10个。3.根据权利要求2所述的不连续发泡剂多次引入系统，其特征在于所述的在增压器 的出口串连安装的集气罐的个数为3 5个。4.使用权利要求1中所述的不连续发泡剂多次引入系统将发泡剂多次引入注塑机内 高分子熔体中的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)关闭与注气口相连接的通断阀，打开其他所有通断阀，气源对所有集气罐进行充气 加压；2)当集气罐内的压力达到大于注塑机内高分子熔体背压l_50MPa时，关闭所有通断阀；3)注塑机螺杆开始旋转塑化，螺杆边塑化边沿轴向移动，控制系统根据螺杆在机筒内 的位移量，在整个螺杆塑化行程内控制多次打开相互串联集气罐之间的通断阀，和/或最 后一个集气罐与注气口之间的通断阀，这样集气罐内的发泡剂被多次控制引入注塑机内的 高分子材...

【专利技术属性】
技术研发人员：何亚东，信春玲，闫宝瑞，李庆春，张安震，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]