聚合物与超临界流体融合注射装置

1.本实用新型涉及微孔发泡技术领域，尤其涉及一种聚合物与超临界流体融合注射装置。


背景技术：

2.塑料加工使用发泡技术可以减轻制品重量，近年来，微孔发泡技术获得广泛应用，主要利用超临界流体和聚合物熔体在注射单元中充分混合，注射进入到型腔后瞬时形成大量的气泡核，在填充和冷却过程中，气泡长大并被固定，获得微孔发泡制品，现有的注射单元对料筒温度只能整体统一控制，不能根据注射进程分段控制温度，并且超临界流体注入到注射单元也只有单一入口，如果流体流量过大会出现气体喷射的现象，流体注入困难，影响发泡质量。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种聚合物与超临界流体融合注射装置，以解决背景技术中提及的相关问题。
4.基于上述目的，本实用新型提供了一种聚合物与超临界流体融合注射装置，包括：注射单元，包括料筒和多个加热器，所述料筒内部设有用于融合聚合物和超临界流体的螺杆，所述加热器沿注射方向间隔套设在所述料筒的侧壁；超临界流体发生单元，包括顺次连接的储气装置、冷却装置和增压装置；其中，所述增压装置和所述料筒之间连通有多个并联的进气支路，所述进气支路的出口沿所述注射方向间隔排布在所述料筒的侧壁，每个所述进气支路连接有第一阀。
5.进一步地，所述料筒的进口设有料斗，所述料斗末端设有冷却套。
6.进一步地，所述料筒的出口端设有发泡机头，所述发泡机头包括顺次连接的齿轮泵和控压阀。
7.进一步地，所述齿轮泵和所述控压阀之间设有单向阀。
8.进一步地，所述螺杆为两组且相互平行啮合设置，所述注射单元还包括驱动器，所述驱动器被配置为控制所述螺杆转动。
9.进一步地，所述聚合物与超临界流体融合注射装置还包括：电连接的控制器和触摸屏，所述控制器与所述驱动器、所述加热器和所述第一阀电连接。
10.进一步地，所述螺杆靠近所述料筒出口的一端设有止逆环。
11.进一步地，所述冷却装置为冷却泵，所述增压装置为计量泵。
12.进一步地，所述储气装置和所述冷却装置之间连接有第二阀，所述增压装置和所述进气支路之间连接有第三阀。
13.进一步地，所述储气装置和所述第二阀之间设有压力表。
14.从上面所述可以看出，本实用新型提供的聚合物与超临界流体融合注射装置，通过设置多个加热器套设在料筒上，可以根据工艺条件实现对料筒温度的分段控制，受热均
匀，防止聚合物与超临界流体流动受阻；通过设置多个进气支路，可以使超临界流体从料筒不同的部位进入注射单元，避免了流体流量过大时的气体喷射现象，流体注入更加容易，可以根据工艺条件实现对超临界流体分段注入，确保流体注入稳定性，提高发泡效果；该聚合物与超临界流体融合注射装置结构简单，使用方便，可以对注射单元的料筒温度分段控制，提高加热效果，也可以对超临界流体注入注射单元分段控制，避免气体喷射现象，提高发泡质量。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型实施例中一种聚合物与超临界流体融合注射装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例中控制器的连接示意图。
18.附图标记：1、注射单元；1-1、料筒；1-2、加热器；1-3、螺杆；1-4、料斗；1-5、冷却套；1-6、发泡机头；1-7、齿轮泵、1-8、控压阀；1-9、单向阀；1-10、驱动器；1-11、止逆环；2、超临界流体发生单元；2-1、储气装置；2-2、冷却装置；2-3、增压装置；2-4、第二阀；2-5、第三阀；2-6、压力表；3、进气支路；3-1、第一阀；4、控制器；5、触摸屏。
具体实施方式
19.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
20.需要说明的是，除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
21.塑料加工使用发泡技术可以减轻制品重量，但传统的发泡工艺采用石油气(如丁烷、戊烷)为发泡剂，随着当前环保问题以及生产安全问题的日益突出，对于节能、环保、安全稳定的新型发泡剂的需求不断扩大。近年来，微孔发泡技术获得广泛应用，常规状态下，二氧化碳或氮气在熔融树脂中溶解量非常少，不足以用来发泡，但在超临界状态下，二氧化碳或氮气的溶解度和扩散速度将大幅提高，从而完全具备微孔发泡所需的工艺条件，在完善的工艺技术装备配合下，超临界状态气体可以实现微孔发泡的完美效果。
22.微孔发泡技术先将超临界状态的二氧化碳或氮气注入到特殊的注射单元中，使气体与聚合物熔体充分均匀混合/扩散后，形成聚合物/超临界流体均相体系：将该聚合物/超临界流体均相体系导入模具型腔或口模，产生巨大的压力降，从而使其内部析出形成大量
的气泡核，在随后的冷却成型过程中，内部的气泡核不断长大成型，最终获得微孔发泡的塑料制品。
23.现有的注射单元只能整体对料筒温度进行统一控制，使料筒保持一致的温度，但由于料筒长度较长会导致受热不均，并且不能根据注射进程分段控制温度，根据注射工艺经验，料筒进口温度应设置低于熔融温度，避免聚合物在进口处就开始熔化导致进料困难；而料筒出口温度应设置高于熔融温度，避免造成出料不畅；此外，现有的超临界流体注入到注射单元也只有单一的注汽口，如果流体流量过大在注汽口会出现气体喷射的现象，流体注入困难，影响发泡质量。
24.在实现本实用新型的过程中发现，可以考虑对注射单元的加热与注气分别进行分段式设计，实现对料筒分段加热，提高加热效果，避免气体喷射的现象，解决流体注入困难的问题。
25.以下，通过具体的实施例并结合图1-2进一步详细说明本实用新型的技术方案。
26.本实用新型的一些实施例中提供了一种聚合物与超临界流体融合注射装置，如图1所示，包括：注射单元1，包括料筒1-1和多个加热器1-2，所述料筒1-1内部设有用于融合聚合物和超临界流体的螺杆1-3，所述加热器1-2沿注射方向间隔套设在所述料筒1-1的侧壁；超临界流体发生单元2，包括顺次连接的储气装置2-1、冷却装置2-2和增压装置2-3；其中，所述增压装置2-3和所述料筒1-1之间连通有多个并联的进气支路3，所述进气支路3的出口沿所述注射方向间隔排布在所述料筒1-1的侧壁，每个所述进气支路3连接有第一阀3-1。
27.料筒1-1用于盛放聚合物颗粒；加热器1-2例如为电阻丝加热圈，可以改变料筒1-1温度，使聚合物颗粒熔融形成聚合物熔体；螺杆1-3使聚合物熔体与超临界流体混合形成聚合物/超临界流体均相体系；注射方向为料筒1-1的进口到出口的方向。
28.多个加热器1-2套设在料筒1-1上对料筒1-1进行加热，使得料筒1-1受热均匀，不受料筒1-1长度的限制，并且设置多个加热器1-2可以根据工艺条件实现对料筒1-1温度的分段控制，例如将靠近料筒1-1进口的加热器1-2温度设置低于聚合物熔融温度，避免聚合物在进口处就开始熔化而导致进料困难；将靠近料筒1-1出口的加热器1-2温度设置高于聚合物熔融温度，避免造成出料凝固，而导致聚合物/超临界流体均相体系流动受阻，从而提高后续发泡效果，降低废品率。
29.储气装置2-1用于储存产生超临界流体的气体，气体例如为二氧化碳或氮气，具体不做限定；冷却装置2-2可以降低气体的温度，利于对气体进行压缩；增压装置2-3用于将低温气体转变为超临界流体。
30.多个进气支路3间隔排布，例如可以间隔排布在料筒1-1的中部，使超临界流体从料筒1-1不同的部位进入注射单元1，避免了流体流量过大时料筒1-1内部压力较高，导致气体从注汽口喷射，使超临界流体注入更加容易。
31.第一阀3-1可以为调节阀，用于控制进气支路3的启闭和流量，根据工艺条件通过控制多个第一阀3-1可以实现对超临界流体分段注入，例如设置两个进气支路3，每个进气支路3上设有一个第一阀3-1，当调小第一个进气支路3的第一阀3-1流量时，可以同时调大第二个进气支路3的第一阀3-1流量，这样既避免了气体喷射现象，又确保了流体注入量的稳定性，提高后续发泡效果，确保产品质量。
32.该聚合物与超临界流体融合注射装置结构简单，使用方便，可以对注射单元1的料
筒1-1温度分段控制，提高加热效果，也可以对超临界流体注入注射单元1分段控制，避免气体喷射现象，提高后续发泡质量。
33.在一些实施例中，如图1所示，所述料筒1-1的进口设有料斗1-4，所述料斗1-4末端设有冷却套1-5。
34.料斗1-4竖直设置在料筒1-1的进口处，用于向料筒1-1加注聚合物颗粒，聚合物颗粒例如为聚氯乙烯颗粒，具体不做限定；料斗1-4末端设有冷却套1-5，冷却套1-5例如为搪瓷冷却水套，用来降低料斗1-4温度，避免由于料筒1-1热传递导致料斗1-4温度过高，聚合物颗粒在料斗1-4内提前熔化，阻碍后续进料。
35.在一些实施例中，如图1所示，所述料筒1-1的出口端设有发泡机头1-6，所述发泡机头1-6包括顺次连接的齿轮泵1-7和控压阀1-8。
36.发泡机头1-6能够提供成核驱动力，使聚合物/超临界流体均相体系内部的气体在压降的驱动下开始析出成核，以便后续在模具型腔或口模中，气泡能够在成核的基础上继续长大，实现发泡作用。
37.控压阀1-8可以控制料筒1-1的出口压力，通过调节控压阀1-8的开度实现对出口压力的控制。
38.齿轮泵1-7是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化来输送聚合物/超临界流体均相体系的，齿轮泵1-7的进口压力取决于螺杆1-3的转速，齿轮泵1-7的出口压力取决于控压阀1-8的开度，通过调节螺杆1-3的转速以及控压阀1-8的开度进而能够调节齿轮泵1-7的进口压力和出口压力差值，即可以调节成核的驱动力，从而提高成核的速率。
39.在一些实施例中，如图1所示，所述齿轮泵1-7和所述控压阀1-8之间设有单向阀1-9，单向阀1-9用来限制聚合物/超临界流体均相体系中析出的气体向料筒1-1中逃逸，保证成核的稳定性。
40.在一些实施例中，如图1所示，所述螺杆1-3为两组且相互平行啮合设置，所述注射单元1还包括驱动器1-10，所述驱动器1-10被配置为控制所述螺杆1-3转动。
41.通过两根螺杆1-3的配合，可以实现聚合物颗粒的输送、压实、塑化及传递压力，还可以使注入料筒1-1内的超临界流体在短时间内迅速扩散，快速地与聚合物熔体融合并形成聚合物/超临界流体均相体系，提高融合速率和融合效果。
42.所述驱动器1-10的型号为vfd055vl43a-j，驱动器1-10能够同步驱动两组螺杆1-3转动，使螺杆1-3持续稳定地将料筒1-1内的聚合物/超临界流体均相体系推送至发泡机头1-6中。
43.在一些实施例中，如图1所示，所述螺杆1-3靠近所述料筒1-1出口的一端设有止逆环1-11。
44.止逆环1-11例如不锈钢带爪止逆环，可以用来限制聚合物/超临界流体均相体系中的气体向注射方向的反方向逃逸，从而有利于保证聚合物/超临界流体均相体系的均匀性和稳定性。
45.在一些实施例中，如图1所示，所述冷却装置2-2为冷却泵，所述增压装置2-3为计量泵。
46.冷却泵能够对储气装置2-1中输出的气体进行冷却和提前压缩，从而便于提高计量泵对气体的加压效率，使气体快速地转变为超临界流体。
47.在一些实施例中，如图1所示，所述储气装置2-1和所述冷却装置2-2之间连接有第二阀2-4，所述增压装置2-3和所述进气支路3之间连接有第三阀2-5。
48.第二阀2-4和第三阀2-5均为截止阀，用于启闭超临界流体发生单元2的主路，第二阀2-4和第三阀2-5关闭时便于对冷却装置2-2和增压装置2-3进行维修更换。
49.在一些实施例中，如图1所示，所述储气装置2-1和所述第二阀2-4之间设有压力表2-6和安全阀，压力表2-6用于测量储气装置2-1提供的气体压力，当气体压力超过安全压力时，安全阀自动打开进行泄压，避免安全事故。
50.在一些实施例中，如图2所示，所述聚合物与超临界流体融合注射装置还包括：电连接的控制器4和触摸屏5，所述控制器4与所述驱动器1-10、所述加热器1-2、所述齿轮泵1-7、所述控压阀1-8、所述第一阀3-1、所述第二阀2-4、所述第三阀2-5、所述增压装置2-3和所述冷却装置2-2电连接。
51.所述控制器4为plc控制器，控制器4型号为sup070-sfa48，触摸屏5型号为amz070w1ragd，通过触摸屏5可以向控制器4发送控制指令，控制指令包括螺杆控制指令、加热器控制指令、齿轮泵控制指令、控压阀控制指令、第一阀控制指令、第二阀控制指令、第三阀控制指令、增压装置控制指令和冷却装置控制指令等，具体不做限定。
52.控制器4接收螺杆控制指令后可以控制驱动器1-10驱动螺杆1-3转动或停止，并控制螺杆1-3的转动速度；控制器4接收加热器控制指令后可以控制加热器1-2的加热温度；控制器4接收齿轮泵控制指令后可以控制齿轮泵1-7开启或关闭；控制器4接收控压阀控制指令后可以控制控压阀1-8的开度；控制器4接收第一阀控制指令后可以控制第一阀3-1的流量；控制器4接收第二阀控制指令后可以控制第二阀2-4开启或关闭；控制器4接收第三阀控制指令后可以控制第三阀2-5开启或关闭；控制器4接收增压装置控制指令后可以控制增压装置2-3开启或关闭；控制器4接收冷却装置控制指令后可以控制冷却装置2-2开启或关闭。
53.本实用新型中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。
54.本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
55.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本实用新型的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
56.尽管已经结合了本实用新型的具体实施例对本实用新型进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
57.本实用新型实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。