[实用新型]交替多层共挤超临界发泡设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及聚合物发泡设备及技术领域，特别涉及具有实体/发泡交替多层结构发泡材料的交替多层共挤超临界发泡设备。

背景技术

聚合物微孔发泡材料具有质轻且优异的综合性能，如优良的力学、尺寸稳定、隔热、隔音、介电等性能，使其在航空航天、汽车、家电、食品包装、组织工程、吸附剂和催化剂载体等方面都有潜在的广泛应用。聚合物发泡材料的各项性能与其泡孔结构(如泡孔类型、泡孔尺寸及其分布等)密切相关，因此，如何在发泡材料的制备过程中调控泡孔结构显得尤为关键。发泡材料的泡孔结构强烈依赖于制备方法。

聚合物交替多层共挤是一种通过在传统共挤出机头后安装层倍增器制备具有交替多层结构的单层厚度可达微、纳米级的一种精确、高效、简便的方法。交替多层排列形成的受限空间和层界面可赋予微层聚合物及其复合材料独特的力学、光学、阻隔、阻尼和电磁等性能。通过向一台挤出机的聚合物原料中添加化学发泡剂，可制备出发泡层/实体层交替排列的聚合物发泡材料。

现有交替多层发泡材料主要通过交替多层共挤发泡制备得到，采用这种方法得到的发泡材料泡孔尺寸很大，一般在几十到几百μm，且泡孔密度较小，未达到微孔发泡级别。此外，采用的化学发泡剂有特定的分解温度要求，有一定毒性且发泡后会产生一定的残留物，不利于绿色环保生产的要求。

针对现有制备实体/发泡交替多层聚合物发泡材料的不足，本实用新型采用绿色无污染的超临界流体作为发泡剂，对发泡温度没有要求。可获得泡孔平均直径较小、泡孔密度和膨胀比较大的交替多层发泡材料。通过调节层数、层厚和发泡条件，可制备出实体层/发泡层交替规整排列且具有优良力学、光学、阻隔、阻尼和电磁等性能的聚合物发泡材料。这种新的发泡材料制备方法具有巨大的理论价值和实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前制备实体/发泡交替多层聚合物发泡材料方法的现状，提供一种新的交替多层共挤超临界发泡设备，以解决现有交替多层聚合物发泡材料泡孔尺寸较大，泡孔密度和膨胀比较小，生产过程不够绿色环保以及性能不够优良等问题。

本实用新型的另一目的在于提供一种上述交替多层共挤超临界发泡设备。

本实用新型一种交替多层共挤超临界发泡设备的技术方案如下所述。

一种交替多层共挤超临界发泡设备，包括第一挤出机、第二挤出机、共挤机头、超临界注入系统、层倍增器、机头；所述超临界注入系统与所述第一挤出机相连，所述第一挤出机与所述第二挤出机分别与共挤机头相连为一体，所述层倍增器与共挤机头出口相连，所述机头与层倍增器出口相连。

优选地，所述第一挤出机与所述第二挤出机均为双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。

优选地，所述第一挤出机为双螺杆挤出机，所述第二挤出机为单螺杆挤出机。

优选地，所述超临界注入系统可注入超临界氮气或超临界二氧化碳。

优选地，所述层倍增器为矩形截面或圆环截面；所述机头出口可成型片材或圆管状制品。

一种由上述设备实现的交替多层共挤超临界发泡的方法，包括下述步骤：(1)启动第一挤出机、第二挤出机，使聚合物物料塑化、熔融后形成熔体，被连续稳定地挤出；(2)挤出过程稳定后，启动超临界注入系统，将超临界流体注入第一挤出机机筒中，使超临界流体与聚合物熔体混合并形成高压均相体系，不断往前流动；(3)高压均相体系和第二挤出机挤出的聚合物熔体在共挤机头处汇合，流入层倍增器，在层倍增器流道中进行分层叠加，最后在机头出口处快速泄压，从而形成实体/发泡层交替排列的聚合物发泡材料。

所述步骤(1)具体为：待第一挤出机和第二挤出机机筒加热到设定温度并稳定后，启动第一挤出机、第二挤出机，向两个料筒内分别加入待加工的聚合物物料，使物料在挤出机机筒内进行固体输送、熔融、增压和泵送，物料熔融成熔体后，被连续稳定地向前挤出；

所述步骤(2)具体为：聚合物熔体挤出过程稳定后，启动超临界注入系统，在设定的温度、压力和流量下均匀稳定地将超临界流体注入第一挤出机机筒中，使超临界流体与聚合物熔体在第一挤出机机筒内混合并形成高压均相体系，不断往前流动；

所述步骤(3)具体为：超临界流体与聚合物熔体形成的高压均相体系和第二挤出机挤出的聚合物熔体在共挤机头处汇合，随后流入层倍增器，在层倍增器流道中两种熔体物料进行切割-分流-分层叠加，最后在机头出口处快速泄压，产生热力学不稳定以致在聚合物中产生大量气泡核，之后泡孔不断长大与稳定，最终形成实体/发泡层交替排列的聚合物发泡材料。

本交替多层共挤超临界发泡设备可应用于挤出和交替多层共挤超临界流体发泡过程。