[发明专利]一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应釜及其使用方法

说明书

本发明属于发泡材料的物理微发泡成型技术领域，尤其涉及一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应釜及其使用方法。所述反应釜釜体外部包设有电加热装置，釜体顶部设有进气管可实现釜体内部与高压超临界气体发生和输送装置的连通，釜体内设有温度检测器和压力检测器，釜体顶部还设有泄压电磁阀，釜体底部设有高功率超声装置。本发明结构简单，功能高度集成可控，不仅能实现发泡过程中温度和压力的反馈调控，更重要的是能够在成型过程各个阶段提供功率、强度可控的超声作用，提高聚合物分子链运动能力、促进气体和聚合物相互作用、降低加工温度和成型时间、促进气泡成核、提升发泡材料的泡孔密度和孔隙率。

技术领域

本发明属于发泡材料的物理微发泡成型技术领域，尤其涉及一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应釜及其使用方法。

背景技术

超临界流体发泡技术是一种物理微发泡成型技术，广泛应用于发泡材料的制备。在超临界流体发泡过程中，首先需要在一定温度和压力条件下将超临界状态的二氧化碳或氮气等惰性气体注入密封良好的反应釜中，气体溶解进入聚合物基体，调控体系温度和压力，以确保形成浓度均匀的聚合物/超临界流体饱和体系，接着通过快速降压，在体系内部诱导产生大量的气泡核，随后在冷却成型过程中，体系内部的气泡核不断长大成型，从而得到内部含有大量泡孔的材料。

超临界流体发泡过程中，气体在聚合物基体的溶解以及泡孔的产生与定型均在反应釜中进行的，整个制备过程处于高温高压条件下，为提升气体在聚合物中的溶解度，往往需要长达数小时的高压浸泡，从而造成成型工艺时间长、能耗高、效率低等问题。尤其对于一些发泡温度、压力范围窄，易降解的高分子材料，长时间的高温、高压浸泡可能会影响发泡产品的质量和性能。因此，降低发泡温度、减短浸泡时间是超临界流体釜压发泡中迫切需要解决的重要问题。

另外，提高发泡材料的泡孔密度和孔隙率是制备高性能聚合物的重要需求。目前技术需要通过在聚合物中添加异相成核剂（例如：云母、粘土、碳酸钙、氧化硅、炭黑等）来提升泡孔密度。这不仅极大地提升了原料成本，而且增加了共混改性的工艺过程使成本显著提升。怎样通过发泡设备的优化，在一次发泡成型中实现发泡聚合物泡孔密度和孔隙率的提升是一项重要挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应釜及其使用方法，本发明结构简单，设计合理，不仅能够实现超临界流体发泡过程中的温度和压力同时精确控制，而且通过超声设备的配合，可有效提升聚合物基体的运动能力，降低浸泡温度和发泡温度，减少浸泡时间。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种一体化超声辅助超临界流体发泡反应釜，包括反应釜釜体和控制装置，所述釜体外部包设有电加热装置，釜体顶部设有进气管并通过进气管实现釜体内部与外界气体输送装置的连通，所述釜体内还设有温度检测器和压力检测器，所述检测器的数据显示部位于釜体顶部设置，釜体顶部还设有泄压管道，泄压管道上设有泄压电磁阀，釜体底部设有超声装置；其中检测器可实现压力和温度的反馈控制，泄压电磁阀可调控气体释放速率，超声装置可对釜体中心施加可控功率和强度的超声波。

所述控制装置的输入端分别与温度检测器和压力监测器的输出端信号连接，控制装置的输出端分别与外界气体输送装置、电加热装置以及泄压电磁阀的输入端信号连接。所述控制装置集成了信号采集、参数设定、反馈控制等功能。控制输出端与超临界流体发生装置、加热圈、超声发生器和泄压阀相连以实现温度、压力、流速、超声等参数的可编程控制；信号输入端与温度检测器、压力监测器相连作为反馈信号输入源，实现温度和压力的反馈控制。

优选的，所述外界气体输送装置为高压高精度柱塞泵，所述泄压电磁阀为电磁球阀或电磁针阀。

优选的，所述釜体底部的超声装置包括至少一套超声波发射器，每套超声波发射器由两个相对釜体中轴线对称设置的超声波发射器组成。

优选的，所述超声波发射器的超声发射方向朝向釜体内部的发泡样品设置。