[发明专利]一种利用超临界混合流体挤出发泡制备低密度聚合物泡沫珠粒的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用超临界混合流体挤出发泡制备低密度聚合物泡沫珠粒的装置及方法。该装置由挤出混炼单元、超临界流体注入单元、静态混合单元、齿轮泵、熔体冷却器、挤出模头、水下切粒系统等组成。其中，挤出混炼单元的主体为双螺杆挤出机，其螺杆与料筒均配有专门的温度控制单元，料筒设有两个注气孔；在挤出混炼单元的下游设有静态混合单元，以增强混炼效果；在静态混合单元的下游设有齿轮泵，以调控系统压力；在齿轮泵的下游连接了熔体冷却器，以调控系统温度。本发明的优点在于：工艺稳定，生产效率高，制得的聚合物泡沫珠粒密度低、结构均匀。

技术领域

本发明属于塑料成形加工技术领域，特别是涉及一种利用超临界混合流体挤出发泡制备低密度聚合物泡沫珠粒的装置及方法。

背景技术

聚合物泡沫珠粒是一种以聚合物为基体，通过发泡制得的具有多孔结构的珠粒状物质。通过蒸汽模塑成型或粘结成型，聚合物泡沫珠粒可被加工成具有一定几何结构的块状泡沫产品，具有节材、质轻、吸能、比强度高、比表面积大、隔热、消声等特性，被广泛应用在包装、建筑、交通运输、运动器材等领域。当前，聚合物泡沫珠粒主要通过釜压发泡法制备。釜压发泡法的工艺控制相对简单，但其生产效率较低，工艺不稳定，产品均匀性差，且其生产过程存在一定安全隐患。与釜压发泡法相比，挤出发泡法制备聚合物泡沫珠粒，具有成型效率高、自动化程度高、设计柔性高、产品结构均匀一致等明显优势，是未来聚合物泡沫珠粒制备技术的一个重要发展方向。目前，现有的聚合物泡沫珠粒用发泡挤出系统尚不成熟，挤出发泡制备的聚合物泡沫珠粒的发泡倍率较小、密度较高，同时仅适用于一些可发性较好的聚合物材料，例如聚苯乙烯。因此，市场迫切需要开发一种系统稳定、工艺可靠、适应性强的发泡挤出装置和方法，以实现低密度聚合物泡沫珠粒的高效制备。

中国专利CN 103709726 B公开了一种挤出发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒及其制备方法。该方法主要涉及一种发泡材料配方及其配套的发泡方法。材料配方主要包含100重量份热塑性聚氨酯、0.01～0.5重量份发泡成核剂、0.01～0.2重量份抗氧剂以及1～40重量份超临界流体发泡剂。发泡方法主要包括如下步骤：首先，将上述材料配方中的各种材料混合均匀；然后，将混合后的材料投入挤出机造粒得到适合于发泡的粒子；最后，将上述粒子投入发泡专用挤出机发泡。该专利未涉及用于制备聚合物泡沫珠粒的专用挤出发泡系统或装置，并且该方法采用的发泡剂为超临界二氧化碳。

中国专利CN 104385479 A公开了一种连续挤出发泡制备TPU发泡珠粒的方法。该方法包括如下步骤：1)把TPU颗粒与有机修饰的无机纳米颗粒混合，将混合后的TPU颗粒加入第一挤出机的料筒，经螺杆加热使TPU颗粒熔成聚合物熔体，在第一挤出机的末端注入超临界流体，使超临界流体与聚合物熔体混合；2)将混合后的聚合物/高压流体熔体经熔体泵注入第二挤出机，并逐渐降低第二挤出机加热区的温度，得到冷却的、混合均匀的聚合物/超临界流体熔体；③将聚合物/超临界流体熔体从第二挤出机口模挤出，经水下环切制得TPU发泡粒子。该方法同样未涉及用于制备聚合物泡沫珠粒的专用挤出发泡系统或装置，并且该方法采用单一超临界流体作为发泡剂。

中国专利CN 106541508 A公开了一种吸热型发泡剂结合超临界氮气制备发泡珠粒的方法。该方法的主要步骤包括：1)把热塑性聚氨酯颗粒与吸热型化学发泡剂及成核剂混合，然后加入单螺杆挤出机料筒，经挤出机加热塑化为聚合物熔体，同时在挤出机第四区注入超临界氮气与聚合物熔体混合；2)混合物进入带有温控系统的第五、第六区混合降温得到冷却的、混合均匀的聚合物；3)将混合物从挤出机口模挤出，并经水下环切制得自结皮热塑性聚氨酯发泡珠粒。该方法也没有涉及用于制备聚合物泡沫珠粒的专用挤出发泡系统或装置，并且其涉及的发泡剂为化学发泡剂与超临界氮气的复合发泡剂。

当前通过挤出发泡法制备聚合物泡沫珠粒存在的主要问题包括：1)缺少成熟稳定的专用挤出发泡系统和装备；2)工艺方法不稳定，生产效率低，对不同聚合物材料的适应性差；3)制备的聚合物泡沫珠粒存在密度高、发泡倍率小、开孔率高等问题。

发明内容