一种化学注塑微发泡系统及发泡方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发泡系统及发泡方法，属于塑料化学发泡领域。
【背景技术】
[0002] 发泡塑料与未发泡材料相比，密度可以降低5%~95%，从而降低原材料消耗和成 本，同时具有隔音隔热性能好、吸收冲击载荷、缓冲性能好、价格低廉等优点。这其中微孔发 泡塑料与普通发泡材料相比具有更加致密和均匀的泡孔结构，泡孔密度更高，所得制品的 综合性能更加优异，表面质量更好，制品的收缩和翘曲更低，可以加工成薄壁制品，因此微 孔发泡材料是近期泡沫材料研究领域的热点之一。目前微孔发泡的工艺主要集中于间歇釜 压发泡、模压发泡、物理发泡注塑工艺和化学注塑发泡。间歇釜压法和模压法虽然控制参数 少，比较容易控制泡孔尺寸，易于分析加工过程对结构与性能的影响，但其制备周期长，效 率低，仅适用于理论研究。物理发泡注塑工艺的设备复杂，投资较大，制造成本高，操作工艺 复杂，且所得制品的表面质量较差，同时相关核心技术已被国外专利所覆盖。化学发泡注塑 工艺不仅成型周期短，生产效率高，能一次成型外形复杂和尺寸精确高的微孔发泡制品，而 且设备简单，操作简易，能直接采用常规注塑机进行生产。同时在化学发泡注塑工艺领域具 有广泛的发展空间，获得具有知识产权的核心技术对于打破国外技术的封锁具有重要意 义。但化学发泡注塑工艺也具有发泡过程和泡孔结构难以控制等问题，现有化学发泡设备 和发泡方法的发泡效果不够理想，因此开发一种新的化学发泡注塑系统就显得比较重要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于:提供一种化学注塑微发泡系统及发泡方法，以解决现有化学 发泡注塑工艺中发泡过程和泡孔结构难以控制，发泡效果不理想等问题。
[0004] 本发明拟采用这样一种化学注塑微发泡系统，包括注射系统、发泡装置和控制系 统，注射系统包括料筒、设置于料筒上的料斗、设置于料筒内的螺杆、驱动螺杆转动的马达 和用于加热料筒内原料的加热系统，所述注射系统还包括驱动马达沿料筒的轴向运动的驱 动机构和设置于料筒内的压力传感器，所述发泡装置包括定模、对应定模设置的动模、设置 于动模内的运动型芯、驱动运动型芯移动的型芯驱动机构和设置于定模或者动模内的温度 传感器，所述驱动机构、压力传感器和型芯驱动机构、温度传感器均分别与控制系统相连。
[0005] 作为一种优选结构，所述驱动机构包括沿料筒轴向设置的导轨和双向液压缸，马 达设置于导轨上，双向液压缸用于驱动马达沿导轨运动。
[0006] 由于运动型芯的移动距离非常短，一般只有几个毫米，对运动精度的要求非常高， 为提高运动型芯的运动精度，所述型芯驱动机构包括连接杆、偏心轮、齿轮、齿条和液压缸， 液压缸用于驱动齿条沿其长度方向运动，齿轮设置于偏心轮的转轴上，齿轮与齿条相啮合， 偏心轮上沿其圆周方向设置有导轨槽，连接杆的一端固定于运动型芯上，连接杆的另一端 设置有定位销，定位销滑动设置于偏心轮上的导轨槽内，采用该种结构能够明显提高运动 型芯的运动精度，效果相比现有的斜杆式控制机构有明显提升。
[0007] 型芯驱动机构还可采用如下结构，该结构原理与前述结构相同，属于前述结构的 一种变形，所述型芯驱动机构包括连接杆、曲轴、齿轮、齿条和液压缸，液压缸用于驱动齿条 沿其长度方向运动，齿轮设置于曲轴上，齿轮与齿条相啮合，连接杆的一端固定于运动型芯 上，连接杆的另一端固定于曲轴中的轴径上。
[0008] 压缸还对应设置有电子尺，用于监测液压缸移动距离，电子尺也与控制系统相连。
[0009] 料筒的前端设置有开关射嘴，开关射嘴与控制系统相连。
[0010] 上述化学注塑微发泡系统的发泡方法如下： 控制系统通过对型芯驱动机构的控制以调整运动型芯至初始位置，控制动模向定模移 动至二者锁紧为止，定模、动模及动模内的运动型芯之间形成型腔； 关闭开关射嘴，由料斗向料筒内加入含有发泡剂的发泡原料，在加热系统和螺杆作用 下熔融塑化，通过压力传感器监测料筒内螺杆头部与开关射嘴之间的熔体压力，并通过控 制系统控制驱动机构使马达带动螺杆沿料筒的轴向移动，为料筒前端的熔体提供压力，以 调节料筒内的熔体压力，使料筒内的熔体压力保持在所需的压力范围内； 打开开关射嘴，料筒内的熔体注入型腔内，使熔体充满型腔，本发明采用的是满注的方 式，现有工业化发泡材料注塑工艺均采用的是欠注方式，即型腔内并不注满熔体，留有一定 的空间，发泡后熔体会自动填满型腔，欠注方式所制得的制件发泡均匀度低，质量较差，同 时通过温度传感器监测型腔内的熔体温度，然后，关闭料筒前端的开关射嘴以停止注入，当 型腔内的熔体温度达到设定值时，通过控制系统控制型芯驱动机构使运动型芯瞬间后移， 此时，型腔内压力瞬间降低，熔体发泡，最后冷却成型，制得发泡成品。一方面由于释压速度 快熔体表面来不及发泡，另一方面由于模具表面温度低于熔体内部温度，导致靠近模具表 面的熔体的熔体强度较高，阻止了熔体表面的发泡，进而形成三明治结构的发泡样品，保证 了良好的表面质量。最后动模向后运动，开模，将表面光滑、内部泡孔细小均匀的成品取出。
[0011] 经测试，采用本发明化学发泡注塑系统制备的微发泡聚丙烯T30S标准样条与前期 制备的对比样条(采用申请号为201320876321.9的现有模具所制备的样条)相比泡孔更细 小、泡孔密度更高、分布更均匀，泡孔结构参数测试结果如表1所示，泡孔形态如图5和图6所 不。
[0012] 表1
本发明与现有技术相比，主要优点是通过统一的控制系统集成化控制，使系统的使用 更为方便，能够控制发泡空间和制件尺寸精度，且工艺简单，对设备要求低，采用常规注塑 机进行简单改装即可进行生产，生产效率高，适宜用于标准样条和薄壁制品的生产，该方法 制得的发泡制件的表面质量明显优于现有化学发泡工艺制件、泡孔结构更加均匀致密，适 于推广应用。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的主视结构示意图(料筒、定模及动模部分为剖视图，下同）； 图2是发泡时本发明的主视结构示意图； 图3是发泡结束后，退出动模时，本发明的主视结构示意图； 图4是型芯驱动机构中采用曲轴替代偏心轮后的主视结构示意图； 图5是采用本发明所述发泡系统所制备的微孔发泡聚丙烯的泡孔形态图； 图6是采用申请号为201320876321.9的现有模具所制备的微发泡聚丙烯的泡孔形态 图； 其中，附图标记5为发泡成型后的制件。
【具体实施方式】
[0014] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本发明作进一 步地详细描述， 实施例： 参照图1、图2和图3,本实施例提供一种化学注塑微发泡系统及发泡方法，发泡系统包 括注射系统1、发泡装置2(微发泡装置)和控制系统3,注射系统1包括料筒11、设置于料筒11 上的料斗12、设置于料筒11内的螺杆13、驱动螺杆13转动的马达14和用于加热料筒11内原 料的加热系统18，所述注射系统1还包括驱动马达14沿料筒11的轴向运动的驱动机构15和 设置于料筒11内的压力传感器16,所述发泡装置2包括定模21、对应定模21设置的动模22、 设置于动模22内的运动型芯23、驱动运动型芯23移动的型芯驱动机构24和设置于定模21内 的温度传感器26,液压缸245还对应设置有电子尺4,且料筒11的前端设置有开