[發明專利]一種模壓超臨界流體快速溶脹的高分子成型及發泡的工藝及裝置

在審

• 申請號: 201910353920.4
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109955424A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 龔鵬劍;李光憲;王素真;黃亞江;蔣根杰;洪江
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃先進高分子材料研究所有限公司
• 主分類號: B29C44/42
• 分類號: B29C44/42;B29C44/34;B29C44/58
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

為了解決在超臨界模壓發泡的過程中聚合物和氣體接觸滲透時間長導致超臨界發泡材料生產效率低的問題，提出了一種模壓超臨界快速溶脹的高分子成型及發泡的工藝。超臨界流體和聚合物熔體在注塑機料筒內經螺桿的機械攪拌可實現快速均勻混合，該均相溶液從注塑機注入至模腔后通過溫度的調控及超臨界流體的進一步擴散可實現發泡前熔體強度的調控和氣體溶解度的進一步增加。上述熔融共混和固態溶脹發泡的兩步分階段法能保證超臨界流體在聚合物基體中的快速擴散和溶脹，在保留模壓發泡產品優勢的同時，解決了現有的模壓發泡工藝中因氣體擴散而導致溶脹時間過長的瓶頸，顯著提升了模壓發泡的生產效率，進一步推動了超臨界模壓發泡的產業化。

技術領域

本發明涉及一種模壓超臨界流體快速溶脹的高分子成型及發泡的工藝及裝置，屬于超臨界高分子發泡技術領域。

背景技術

目前模壓超臨界發泡制備微孔發泡材料受到新材料及其相關行業的廣泛關注。該工藝具有發泡倍率可控、泡孔密度大且孔徑小、力學性能優異、適用材料范圍廣、綠色環保等多方面的優勢，但該技術的最大的瓶頸為超臨界流體在高分子基體中的擴散進程緩慢，導致需長時間溶脹后氣體與高分子基體才能形成組分相對穩定的均相溶液，使得生產周期較長，即生產效率偏低，嚴重阻礙了模壓超臨界發泡法制備輕量化多孔功能材料的產業化進程。

專利CN103042647A公開了一種聚丙烯微孔發泡厚板的生產方法。該方法中高分子基體先制成帶有芯部結構的厚板，然后放入平板發泡設備中進行發泡。由于芯層為中空的孔道，本質上是對連在一起的薄板進行發泡，因此超臨界流體在薄板內擴散慢、溶脹時間長的問題并沒有得到改善。此外，中空的孔道在發泡后其尺寸變大，發泡板材的整體性被破壞，最終作為制品使用時中間的孔道部分需切除，即由這種帶有芯層的厚板在發泡后所得產品存在整體結構上的缺陷。

專利CN103895146A公開了一種聚合物微孔發泡制品連續成型裝置和方法。該方法通過擠出機將聚合物熔體和發泡劑充分混合后充至模腔體積的2 ~ 30%，然后在模腔內停留0 ~ 10 min后卸壓發泡。該專利中連續成型工藝的本質為擠出發泡。在擠出發泡的基礎上，所做的改進為與超臨界流體混合后的均相溶液在出口模時未發泡，進入模腔后通過快速泄壓發泡。其改善的是擠出發泡口模處降壓速率過低，所得發泡制品的泡孔尺寸過大的問題。盡管該工藝下發泡可連續化運轉，但溶有超臨界流體的均相溶液在模腔內停留時間過短，而不同特性的高分子材料在模腔內的最佳停留時間不同，因此其所適用的高分子材料有限。另外停留時間過短使得熔體不能充分冷卻，卸壓后氣體容易溢出以及造成泡孔塌陷而影響產品性能，且產品尺寸受模腔尺寸的限制較大。

發明內容

本發明為了解決在模壓超臨界發泡過程中高分子基體和超臨界流體接觸時物理滲透進程緩慢，導致模壓超臨界發泡產品的發泡周期長、生產效率低的問題，提出了一種模壓超臨界流體快速溶脹的高分子成型及發泡的工藝。

本發明的技術方案基于以下的技術構思：一，聚合物熔體和超臨界流體經螺桿機械破碎及攪拌后可形成大量的兩相界面并縮短超臨界流體的擴散距離，因此在短時間內即可獲得溶有超臨界流體的均相溶液；二，聚合物熔體注入模具后降溫時，模具內高分子基體的超臨界流體飽和溶解度將不斷增大，且前期已溶入的超臨界流體對高分子基體有顯著的溶脹效果，進一步促進模腔內超臨界流體的物理擴散速率，從而快速達到飽和溶脹；三、模腔內聚合物基體隨著溫度的降低其熔體強度將不斷增加，從而在發泡時基體擁有足夠強度包裹氣體以有效防止泡孔破裂并維持高成核密度。結合上述三種機理，充分利用熔體狀態下超臨界流體擴散快和高彈態下超臨界流體溶解度大的特性，采用兩步擴散法促進超臨界流體在高分子基體中的擴散，可顯著提高模壓超臨界發泡的生產效率。

技術方案：

本發明的第一個方面，提供了：