[发明专利]一种基于发泡注塑制坯的聚合物微发泡装置和工艺

说明书

本发明涉及聚合物材料微孔发泡技术领域，具体涉及一种基于发泡注塑制坯的聚合物微发泡装置和工艺；装置包括注塑制坯模具，气体储罐，气体注射泵，反应釜和温度控制器；所述气体储罐、气体注射泵、反应釜和温度控制器依次相连；所述注塑制坯模具制备的注塑制坯产品在反应釜中形成发泡产品。所述工艺为首先制备受剪切影响较小的未发泡或芯部存在少量泡孔的注塑制坯产品，然后迅速转移注塑制品至提前预热的反应釜中，通入超临界流体，进行发泡，获得最终产品。

技术领域

本发明涉及聚合物材料微孔发泡技术领域，具体涉及一种基于发泡注塑制坯的聚合物微发泡装置和工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

聚合物发泡过程是采用热塑性聚合物作为基体，利用发泡剂促使泡孔形核长大，从而获得具有多孔结构、轻质的聚合物泡沫材料，可广泛应用于隔音隔热、电磁屏蔽、应变传感器、油水分离等领域。常见的热塑性聚合物有聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，在常见的热塑性聚合物中，热塑性弹性体由于其良好的回弹性能、尺寸稳定性和耐疲劳性能，在运动装备、包装缓冲材料等领域有着广泛的应用。常见的热塑性弹性体有聚氨酯(TPU)、尼龙弹性体(PEBAX)和聚酯弹性体(TPEE)等，它们的分子链通常是由硬段和软段嵌段共聚而成，硬段作为软段的物理交联点，提供力学支撑。

根据发泡剂的种类不同，聚合物发泡可分为化学发泡和物理发泡，前者由于产生有毒气体危害环境和人体健康，以及在聚合物发泡材料中残存少量化学溶剂，逐渐被物理发泡剂所代替。物理发泡剂通常采用超临界CO₂、超临界N₂或者两者的混合物，发泡过程绿色无污染，所得制品发泡倍率高、泡孔分布均匀，进而被广泛应用。

目前，常见的发泡方法有注塑发泡、挤出发泡和釜压发泡。注塑发泡是将聚合物熔体和超临界CO₂通过螺杆塑化混合后，注入模具中，通过控制模具的压力降或增大开模距离提供发泡空间，诱导聚合物发泡。注塑过程可通过更改模具的形状，获得形状较为复杂的制品。而利用注塑发泡制备厚度较大的发泡制品时，熔体温度、熔体压力、熔体流场等参量分布不均，导致熔体内部产生严重的不均匀收缩和残余应力，发泡倍率受限，泡孔分布不均匀；在注塑发泡过程中，聚合物熔体的冲模流动和发泡是同时进行的，会加剧泡孔的破裂与合并，导致泡孔发生不均匀的变形，影响最终的力学性能。釜压发泡是将聚合物样品放置于反应釜中，饱和状态下的温度和压力可控，卸压后即得到发泡制品，泡孔分布均匀，工艺简单，适用于聚合物珠粒的批量生产，但后期还需进行加工成型至所需形状。

中国专利CN 111688106 A公开了一种微发泡注塑成型装置及方法，在发泡材料成型时往内注入压缩空气，以免充满气体的熔融注塑材料中的发泡气体在制件表面没有定型前溢出，导致制件表面缺陷和减重达不到设定的要求；同时注塑后，等到模腔开始冷却，表面逐渐硬化，材料包裹的大部分气体不能溢出时，卸去循环气槽的气体压力，这样可以保证发泡材料在模腔定型后外表面良好，得到内部微孔的制件结构，但是其无法解决形状复杂、厚度较大的制品发泡空间受限，发泡倍率低等问题。

中国专利CN 108312413 A公开了一种釜压挤出一体式微发泡挤出成型装置及方法,装置主要由供料系统、供气系统和挤出系统组成。由于对颗粒状原材料进行渗透,大大缩短了渗透时间，并且实现了微发泡制品的连续化挤出,提高了生产效率；采用渗透釜对颗粒状原材料进行超临界气体渗透，工艺参数能够精确控制、发泡质量较高，制品性能较好，渗透完成后的气体能够在工作过程循环利用，与传统釜压发泡法相比，提高了气体利用率。但是该专利对颗粒状原材料而不是制品进行渗透，得到聚合物发泡粒子后还需进一步成型。