[發明專利]一種粒子熔合超臨界模壓發泡生產工藝及裝置

在審

• 申請號: 201910547416.8
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN111086145A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 龔鵬劍;李光憲;王素真;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;長鏈輕材（南京）科技有限公司
• 主分類號: B29C44/02
• 分類號: B29C44/02;B29C44/58;B29C44/34;B29C44/60
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發明涉及一種粒子熔合超臨界模壓發泡生產工藝及裝置，屬于超臨界發泡技術領域。在本發明提供的發泡方法中，通過增加材料氣固界面，以高分子粒子為單位進行短距離擴散，縮短溶脹時間，同時利用受限空間一體成型來保證模壓發泡工藝生產大尺寸泡沫材料的優勢。另外本發明還采用了內外模具的設計，其中內模具可更換大小及形狀，在一定程度上提升了設備本身的利用率及產品多樣化。即本專利新方法采用粒子熔合技術有效克服了超臨界模壓發泡的缺點并利用一體成型及雙模具的設計充分保留了其優點，對該技術的產業化開發非常重要。

技術領域

本發明涉及一種粒子熔合超臨界模壓發泡生產工藝及裝置，屬于超臨界發泡技術領域。

背景技術

模壓發泡綠色制備法采用以超臨界二氧化碳（CO₂）為主的物理發泡劑，可實現微米甚至納米尺度的泡孔尺寸，大范圍（5～50倍）材料發泡倍率，適用于半結晶及無定型高分子材料的大尺寸、規模化生產。上述優勢使得該技術近年來受到工業界廣泛關注。然而，與現有的模壓化學發泡相比，超臨界模壓發泡需將CO₂等物理發泡劑從外部向高分子材料內部擴散形成均相溶液。因此對于大尺寸發泡材料，物理發泡劑在材料內部擴散距離較長，導致溶脹時間非常長，嚴重影響了生產效率，阻礙了其產業化進程。

發明內容

本發明的技術構思是：增加材料氣固界面，以高分子粒子為單位進行短距離擴散，縮短溶脹時間，提高生產效率（化整為零）；另外受限模腔使得粒子互相擠壓達到界面消除一體成型的效果，保證了模壓發泡工藝生產大尺寸泡沫材料的優勢（合零為整）。另外本發明還采用了內外模具的設計，其中內模具可更換大小及形狀，在一定程度上提升了設備本身的利用率及產品多樣化。即本專利新方法采用粒子熔合技術有效克服了超臨界模壓發泡過程中物理發泡劑在固態高分子材料中擴散慢的缺點并利用一體成型及雙模具的設計充分保留了其更細密的泡孔形貌和更優異的材料性能的優點；利用了粒子形貌其氣固界面大的特性加快了超臨界流體在高分子基體中的滲透效率（減小溶脹時間），同時將成型和發泡技術同步耦合，實現了在高效一體化成型發泡的協同效果，對超臨界固態發泡技術的產業化開發起到了重要地推動作用。

一種粒子熔合超臨界模壓發泡生產工藝，包括如下步驟：

第1步，把聚合物材料投至預處理釜中進行干燥，然后通過真空上料機把物料打入高溫模腔內，充滿模腔；

第2步，往與模腔連通的氣室內充入高壓的超臨界氣體，并使超臨界氣體充入聚合物原料之間的縫隙中，在一定溫度和壓力下使超臨界流體向聚合物材料中滲透一定時間；

第3步，升高超臨界流體溫度至聚合物材料熔點，使得與超臨界流體相接觸的聚合物材料表面在較短時間內熔融，其內部的分子鏈具有一定的活動性，然后通過壓緊部件在分散的聚合物材料上施加靜壓，使得分散的聚合物材料被相互擠壓從而消除物料間的縫隙，最終形成具有一定尺寸形狀的完整的聚合物坯體；

第4步，模腔內聚合物材料壓制成型后再溶脹一定時間達到體系平衡，然后在閉模狀態下快速卸壓或開模直接泄壓，誘導泡孔成核以及后續的泡孔快速生長，然后得到微孔的聚合物發泡材料。

在一個實施方式中，第1步中超臨界流體的擴散過程在聚合物材料成型之前，物料間非常多的界面有助于縮短物理擴散距離，提高超臨界流體在聚合物基體中的溶脹效率。

在一個實施方式中，第1步中溶脹有超臨界流體的呈分散狀態的聚合物材料不是直接發泡，而是在高壓模具內壓制成型后再發泡，所制得的發泡材料是一個成型制件，而非分散狀態的發泡珠粒或發泡棒材或發泡片材。

在一個實施方式中，第1步中顆粒狀的聚合物原料的粒徑0.05～1.5 mm。