一种聚合物颗粒连续发泡方法及连续发泡装置与流程

本发明涉及一种聚合物颗粒发泡领域，特别是涉及一种聚合物颗粒连续发泡方法及连续发泡装置。

背景技术：

聚合物发泡泡沫珠粒是一种以聚合物为基体，通过发泡制得的具有多孔结构的珠粒状材料，然后通过模压设备，使用蒸汽模塑成型或粘结成型，使得高聚物发泡珠粒相互熔接，被加工成具有一定几何结构的泡沫产品，具有牢固质轻、吸能防震、隔热保温等特性，被广泛应用在包装、建筑、交通运输、运动器材等领域。

当前，聚合物泡沫珠粒主要通过釜压发泡法和挤出发泡法制备。釜压发泡法制备聚合物发泡珠粒的生产工艺是以间歇的方式进行，控制相对简单，但其生产效率较低。而现有挤出发泡法制备的聚合物泡沫珠粒虽然具有连续成型、生产效率高、自动化程度好的优点，但其制作工艺不稳定，压力调节范围小，温度控制系统复杂，挤出发泡过程卸压速率小且无法调节控制，发泡珠粒的泡孔均匀性较差，发泡倍率较小，发泡珠粒的开孔率较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供了一种聚合物颗粒连续发泡方法及连续发泡装置，以解决聚合物发泡珠粒生产质量不稳定、发泡珠粒的泡孔的均匀性较差，发泡倍率较小和发泡珠粒的开孔率较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚合物颗粒连续发泡方法，包括以下步骤：

S1、将温度为60℃～200℃的悬浮液和隔离剂混合液输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内，并填满聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器；其中选取的悬浮液的密度大于聚合物颗粒的密度，悬浮液的相对密度为0.5-5.0；

S2、使用加热装置对聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内的悬浮液和隔离剂混合液进行整体均匀加热，使高压-超高压容器内的温度是均匀一致的，加热温度为60℃～350℃；

优选的，温度控制在聚合物的熔点以下5℃～150℃；

S3、待悬浮液和隔离剂均匀加热到指定温度后，将预热温度为60℃～300℃的聚合物颗粒和温度为60℃～350℃、压力为0～50MPa的二氧化碳和氮气混合气体先后或同时输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内；其中聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器的压力可随着气体输送系统的压力自由调节，压力调节范围为0～50MPa；

S4、聚合物颗粒在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内由于处于60℃～350℃的温度、0～50MPa的压力，高聚物颗粒将受到溶胀和混合气体的渗透，由于聚合物颗粒比悬浮液的相对密度小，聚合物颗粒在悬浮力的作用下逐渐向上移动，经历5-60分钟的时间，最后从上方的发泡喷嘴中连续喷出，发泡的卸压速率可通过调节设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器上方的发泡喷嘴与压力调节块的缝隙宽度，来自由调节聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内的压力和发泡喷嘴压力的变化，从而控制发泡喷嘴的卸压速率，缝隙宽度的调节范围为0.1～10.0mm；此时聚合物颗粒由于得到快速卸压而膨胀发泡，形成聚合物发泡珠粒；

S5、收集从发泡喷嘴中喷出的聚合物发泡珠粒。

优选的，还包括以下步骤：

S6、对收集的聚合物发泡珠粒进行洗涤、烘干和包装。

优选的，所述悬浮液为滑石粉悬浮液、碳酸钙悬浮液或硫酸钡悬浮液中的一种或多种混合悬浮液。

优选的，所述隔离剂为水性皂类隔离剂、水性硬脂酸锌和水性硬脂酸钙、皂水隔离剂中的一种或多种混合物。

优选的，步骤S4中所述聚合物颗粒在发泡喷嘴喷出的压力控制为0.5～15MPa，卸压速度为1-10000MPa/s。

与现有技术相比，本发明提供的一种聚合物颗粒连续发泡方法的有益效果在于：

(1)本方法可实现高压压力连续密封输送高聚物颗粒物料，可保证连续制备发泡高聚物发泡珠粒，具有生产效率高，成本低的突出优势；

(2)由于本技术方案中聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器的压力来源于二氧化碳和氮气混合气体的压力，因此聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器的压力可随着二氧化碳和氮气混合气体的压力调节而自由调节，可根据工艺压力需要，通过设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器上方的卸压速率可调的发泡喷嘴来自由调节高压-超高压容器的压力和发泡喷嘴压力的变化；本发明技术方案的压力调节范围宽，压力能够容易达到50MPa，可根据压力需要来自由调节高压-超高压容器的压力和发泡喷嘴压力的变化，从而控制发泡喷嘴的卸压速率，克服挤出机发泡过程无法调节压力的缺陷；本方法连续制备发泡高聚物发泡珠粒的压力系统的卸压速率可根据需要进行调节，能够实现高聚物发泡颗粒产品结构的精准调控，保证质量更优，克服挤出连续发泡的方法工艺不稳定的缺陷，而挤出机挤出发泡过程卸压速率小且无法调节控制，发泡珠粒的泡孔均匀性较差，发泡倍率较小，发泡珠粒的开孔率较大，因此本方法的发泡工艺具有更加稳定、控制起来更可靠、生产更高效、成本低的优点；

(3)本技术方案采用了加热装置对聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器整体均匀加热的方式，使得高压-超高压容器的整体温度的温差变化少，整个温度系统的温度基本保持一致，没有温差存在，保证发泡质量的一致性，克服了挤出机发泡温度从熔融温度到挤出发泡温度变动温差大的不稳定因素，而挤出机挤出发泡过程其温度变化范围一般要从熔融温度(约200℃)降温到发泡温度(约100℃)，其温差变化大；

(4)本方法制备出来的高聚物发泡珠粒产品发泡倍率大，具有细腻、均匀的泡孔结构，并且闭孔率高达90％以上，克服挤出连续发泡的方法闭孔率低的缺陷。

为实现上述目的，本发明还提供了一种聚合物颗粒连续发泡装置，包括珠粒发泡系统，以及分别与珠粒发泡系统相连通的聚合物颗粒输送系统、气体输送系统和液体输送系统；所述珠粒发泡系统包括聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器，设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器上方的发泡喷嘴，设置在发泡喷嘴上方的喷嘴缝隙压力调节块，设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器上方的发泡珠粒收集箱，设置在发泡珠粒收集箱一侧的发泡珠粒排出口，以及对聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器整体均匀加热的加热装置；所述聚合物颗粒输送系统包括用于储存聚合物颗粒的聚合物颗粒储料罐，以及与聚合物颗粒储料罐相连通的压力输送器；所述压力输送器用于向聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内定量输送聚合物颗粒；所述液体输送系统用于将温度为60℃～200℃的悬浮液和隔离剂混合液输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内；所述气体输送系统用于将温度为60℃～350℃、压力为0～50MPa的二氧化碳和氮气混合气体输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器内。

优选的，所述悬浮液为滑石粉悬浮液、碳酸钙悬浮液或硫酸钡悬浮液中的一种或多种混合悬浮液；所述隔离剂为水性皂类隔离剂、水性硬脂酸锌和水性硬脂酸钙、皂水隔离剂中的一种或多种混合物。

优选的，所述液体输送系统包括用于储存悬浮液和隔离剂的储液罐，与储液罐相连通的液体高压泵，与液体高压泵相连通的液体加热器，以及与液体加热器相连通的单向阀，所述单向阀与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器相连通；所述气体输送系统包括用于储存二氧化碳的二氧化碳储料罐、用于储存氮气的氮气储料罐、与二氧化碳储料罐相连通的第一高压泵、与氮气储料罐相连通的第二高压泵、以及分别与第一高压泵和第二高压泵相连通的气体加热器，所述气体加热器与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器或压力输送器相连通。

优选的，所述压力输送器为文丘里管，所述气体加热器与压力输送器相连通。

优选的，所述压力输送器包括与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器相连通的缸体，设置在缸体里滑动连接的活塞杆，以及用于驱动活塞杆在缸体内作伸缩滑动的驱动气缸；所述活塞杆上设置有聚合物颗粒储料腔，当活塞杆处于收缩状态时，所述聚合物颗粒储料腔与聚合物颗粒储料罐相连通，当活塞杆处于伸出状态时，所述聚合物颗粒储料腔与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器相连通。

与现有技术相比，本发明提供的一种聚合物颗粒连续发泡装置的有益效果在于：

(1)采用本装置可实现高压压力连续密封输送高聚物颗粒物料，可保证连续制备发泡高聚物发泡珠粒，具有生产效率高，成本低的突出优势；

(2)采用本装置，聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器的压力来源于二氧化碳和氮气混合气体的压力，因此聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器的压力可随着二氧化碳和氮气混合气体的压力调节而自由调节，可根据工艺压力需要，通过设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器上方的卸压速率可调的发泡喷嘴来自由调节高压-超高压容器的压力和发泡喷嘴压力的变化；本发明技术方案的压力调节范围宽，压力容易达到50MPa，可根据压力需要来自由调节高压-超高压容器的压力和发泡喷嘴压力的变化，从而控制发泡喷嘴的卸压速率，克服挤出机发泡过程无法调节压力的缺陷，本装置连续制备发泡高聚物发泡珠粒的压力系统的卸压速率可根据需要进行调节，能够实现高聚物发泡颗粒产品结构的精准调控，保证质量更优，克服挤出连续发泡的方法工艺不稳定的缺陷；而挤出机挤出发泡过程卸压速率小且无法调节控制，发泡珠粒的泡孔均匀性较差，发泡倍率较小，发泡珠粒的开孔率较大，本装置具有更加稳定、控制起来更可靠、生产更高效、成本低的优点；

(3)本技术方案采用了加热装置对聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器整体均匀加热的方式，使得高压-超高压容器的整体温度的温差变化少，整个温度系统的温度基本保持一致，没有温差存在，保证发泡质量的一致性，克服了挤出机发泡温度从熔融温度到挤出发泡温度变动温差大的不稳定因素，而挤出机挤出发泡过程其温度变化范围一般要从熔融温度(约200℃)降温到发泡温度(约100℃)，其温差变化大；

(4)本装置制备出来的高聚物发泡珠粒产品发泡倍率大，具有细腻、均匀的泡孔结构，并且闭孔率高达90％以上，克服挤出连续发泡的方法闭孔率低的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种连续发泡制备低密度聚合物颗粒连续发泡装置的平面结构示意图；

图2是本发明提供的聚合物颗粒输送系统中当压力输送器为文丘里管时的平面结构示意图；

图3是本发明提供的聚合物颗粒输送系统中当压力输送器为气缸颗粒材料压力输送装置时并处于储料状态的平面结构示意图；

图4是本发明提供的聚合物颗粒输送系统中当压力输送器为气缸颗粒材料压力输送装置时并处于送料状态的平面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种连续发泡制备低密度聚合物颗粒连续发泡方法和连续发泡装置，如图1所示，其由包括珠粒发泡系统1，以及分别与珠粒发泡系统1相连通的聚合物颗粒输送系统2、气体输送系统3和液体输送系统4。

其中珠粒发泡系统1包括聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11，设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11上方的发泡喷嘴12，设置在发泡喷嘴12上方的喷嘴缝隙压力调节块13，设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11上方的发泡珠粒收集箱14，设置在发泡珠粒收集箱14一侧的发泡珠粒排出口15，以及加热装置。此处的加热装置用于对聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内的物质进行加热，本实施例中其优选为设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11外壁上的加热套16。其中聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的压力可随着气体输送系统3的压力自由调节，压力调节范围为0～50MPa。

其中聚合物颗粒输送系统2包括用于储存聚合物颗粒的聚合物颗粒储料罐21，以及与聚合物颗粒储料罐21相连通的压力输送器22；所述压力输送器22用于向聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内定量输送聚合物颗粒。

其中液体输送系统4用于将温度为60℃～200℃的悬浮液和隔离剂混合液输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内。具体的，在本实施例子中，所述液体输送系统4包括用于储存悬浮液和隔离剂的储液罐41，与储液罐41相连通的液体高压泵42，与液体高压泵42相连通的液体加热器43，以及与液体加热器43相连通的单向阀44，该单向阀44与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11相连通。另外，此处的悬浮液为滑石粉悬浮液、碳酸钙悬浮液或硫酸钡悬浮液中的一种或多种混合悬浮液；此处的隔离剂为水性皂类隔离剂、水性硬脂酸锌和水性硬脂酸钙、皂水隔离剂中的一种或多种混合物。其中悬浮液的相对密度为0.5-5.0。

其中气体输送系统3用于将温度为60℃～350℃、压力为0～50MPa的二氧化碳和氮气混合气体输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内。具体的，在本实施例中，所述气体输送系统3包括用于储存二氧化碳的二氧化碳储料罐31、用于储存氮气的氮气储料罐32、与二氧化碳储料罐31相连通的第一高压泵33、与氮气储料罐32相连通的第二高压泵34、以及分别与第一高压泵33和第二高压泵34相连通的气体加热器35，所述气体加热器35与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11或压力输送器22相连通。

连续制备发泡聚合物发泡珠粒装置的工作原理为如下：首先，由液体高压泵42(压力为0～50MPa,压力是根据气体对聚合物的渗透率来选择)把储液罐41中的悬浮液和隔离剂输送到液体加热器43内进行加热，加热温度为60～200℃，然后再将悬浮液和隔离剂通过单向阀44输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内，让悬浮液和隔离剂充满整个聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11，同时加热套16对位于聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11里的悬浮液和隔离剂进行加热，加热温度为60～350℃(温度是根据聚合物的熔融温度的高低来确定，一般的工艺温度参数取低于聚合物熔点以下，优选的，温度控制在聚合物的熔点以下5℃～150℃，不同的聚合物有不同的熔点)，达到要求的温度后，第一高压泵33(压力为0～50MPa)按定量把二氧化碳储料罐31中的二氧化碳输送到气体加热器35中(加热温度为60～350℃)，同时第二高压泵34(压力为0～50MPa)按定量把氮气储料罐32中的氮气输送到气体加热器35中(加热温度为60～350℃)，然后聚合物颗粒储料罐21中的预热温度为60℃～300℃的聚合物颗粒经过压力输送器22与加热后的高压混合气体(压力为0～50MPa)先后或一起输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11中，这时，由于聚合物珠粒在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内受到60～350℃温度和0～50MPa压力的作用，聚合物颗粒将会受到溶胀和混合气体的渗透，同时由于聚合物颗粒比悬浮液的相对密度要小，因此聚合物颗粒在悬浮力的作用下逐渐向上漂移，经一段时间(5～60分钟)后到达发泡喷嘴12，然后经过喷嘴缝隙压力调节块13与发泡喷嘴12的缝隙快速连续喷出，聚合物颗粒由于得到快速卸压而膨胀发泡，形成聚合物发泡珠粒，发泡喷嘴12处的压力控制为0.5～15MPa，卸压速率为1～10000MPa/s，最后聚合物发泡珠粒被发泡珠粒收集箱14收集，再从发泡珠粒排出口15排出，随后将发泡珠粒进行洗涤，烘干，包装，实现完整的连续发泡制备发泡珠粒的制作方法。

作为优选的，如图2所示，其中压力输送器22可以为文丘里管，文丘里管的工作原理是由于缸体先收缩而后逐渐扩大，利用其入口的截面和最小的截面处的压力差，把聚合物颗粒储料罐21里的聚合物颗粒输送到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11里进行加压加温和气体渗透，实现高压压力连续密封输送高聚物颗粒物料的目的，以便连续制备发泡高聚物发泡珠粒。此技术方案中气体加热器35直接与该文丘里管相连通。

另外，如图3和图4所示，压力输送器22还可以为气缸颗粒材料压力输送装置，其包括与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11相连通的缸体221，设置在缸体221里滑动连接的活塞杆222，以及用于驱动活塞杆222在缸体221内作伸缩滑动的驱动气缸223；所述活塞杆222上设置有聚合物颗粒储料腔2221，当活塞杆222处于收缩状态时，所述聚合物颗粒储料腔2221与聚合物颗粒储料罐21相连通，当活塞杆222处于伸出状态时，所述聚合物颗粒储料腔2221与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11相连通。此技术方案中气体加热器35直接与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的内部相连通，其工作原理具体为如下：活塞杆222处在聚合物颗粒储料罐21的下方，聚合物颗粒储料腔2221与聚合物颗粒储料罐21的下料口相连通，聚合物颗粒在重力的作用下自由落入到聚合物颗粒储料腔2221内，如图3为该压力输送器22的储料状态；然后由驱动气缸223推动活塞杆222向前移动，此时聚合物颗粒储料腔2221将与聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11相连通，最后把聚合物颗粒释放到聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11内，如图4为该压力输送器22的送料状态。经过驱动气缸223带动此活塞杆222的往复运动，实现了高压压力连续密封输送聚合物颗粒物料的目的，以便连续制备发泡高聚物发泡珠粒。

综上所述，采用本技术方案可实现高压压力连续密封输送高聚物颗粒物料，可保证连续制备发泡高聚物发泡珠粒，具有生产效率高，成本低的突出优势。而且本技术方案中聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的压力来源于气体输送系统3中的二氧化碳和氮气混合气体的压力，因此聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的压力可随着二氧化碳和氮气混合气体的压力调节而自由调节，可根据工艺压力需要，通过设置在聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11上方的卸压速率可调的发泡喷嘴12来自由调节聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的压力和发泡喷嘴12压力的变化，调节范围控制在0～50MPa的压力，本发明技术方案的压力调节范围宽，压力容易达到50MPa，可根据压力需要来自由调节聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的压力和发泡喷嘴12压力的变化，从而控制发泡喷嘴12的卸压速率，克服挤出机发泡过程无法调节压力的缺陷，本技术方案连续制备发泡高聚物发泡珠粒的压力系统的卸压速率可根据需要进行调节，能够实现高聚物发泡颗粒产品结构的精准调控，保证质量更优，克服挤出连续发泡的方法工艺不稳定的缺陷；而挤出机挤出发泡过程卸压速率小且无法调节控制，发泡珠粒的泡孔均匀性较差，发泡倍率较小，发泡珠粒的开孔率较大，本技术方案具有更加稳定、控制起来更可靠、生产更高效、成本低的优点。

另外，本技术方案采用了加热装置对聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11整体均匀加热的的方式，该加热装置如加热套16，使得聚合物珠粒发泡加热高压-超高压容器11的整体温度的温差变化少，整个温度系统的温度基本保持一致，没有温差存在，保证发泡质量的一致性，克服了挤出机发泡温度从熔融温度到挤出发泡温度变动温差大的不稳定因素，而挤出机挤出发泡过程其温度变化范围一般要从熔融温度(约200℃)降温到发泡温度(约100℃)，其温差变化大。

最后，本技术方案制备出来的高聚物发泡珠粒产品发泡倍率大，具有细腻、均匀的泡孔结构，并且闭孔率高达90％以上，克服挤出连续发泡的方法闭孔率低的缺陷。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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