CN101200108B - 气体发泡剂流量控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体发泡剂流量的控制***和控制方法，更具体地涉及采用气体物理发泡剂加工热塑性泡沫塑料时对发泡剂流量的控制***。本发明所述的一种气体发泡剂流量控制***，包括由进口截止阀1、高压容器2、减压阀3、电磁比例阀4、高压伺服阀7、可调节节流阀8、压力传感器9和10、发泡剂温控模块11、温度传感器12、数据处理和控制模块5、操作界面6，以及连接上述部件的压力管道和通信电线或电缆组成。本发明的优点是，本发明该***可以用来根据设定的向加工装置注入的发泡剂流量和温度值，采用闭环控制发泡剂气体的流量和温度，精确而均匀地将发泡工艺所需的发泡剂流量引入聚合物中。

Description

气体发泡剂流量控制***

技术领域

本发明涉及一种气体发泡剂流量的控制***和控制方法，更具体地涉及采用气体物理发泡剂加工热塑性泡沫塑料时对发泡剂流量的控制***。

背景技术

或由于结构的需要，或由于功能的需要如隔热、隔音等，或出于节约原材料成本的目的，越来越多地使用热塑性塑料发泡成型制品。在发泡成型时，如挤出、注射或其他成型方式，一种已知的方法是采用化学发泡剂与热塑性树脂混炼，并严格控制工艺参数。然而在使用化学发泡剂时一方面要求工艺控制非常严格，另一方面存在制品中有发泡剂残留物、模具腐蚀以及制品后续使用时受环境要求的限制，因此越来越多地发泡制品模塑成型商倾向于使用气体物理发泡剂，特别是在线将惰性气体发泡剂，如氮气、二氧化碳等直接引入到挤出机的熔融热塑性树脂中，经过混合形成均匀的可发泡热塑性树脂混合物，然后成型。然而在采用物理发泡剂进行发泡加工时，发泡剂的注入剂量及其稳定性直接影响到发泡制品的稳定性。

在已知的采用气体物理发泡剂加工泡沫制品时，常用的方法是将发泡剂气体直接从气体钢瓶或升压到一定的压力后用减压阀加入。采用此种方法时，加工装置内的熔融树脂的压力波动会造成注入到加工装置中的流量变化，甚至在熔融聚合物的压力高于气体压力时不能注入发泡剂，这样会导致发泡剂量注入量不均匀，从而导致发泡制品的质量不稳定。如中国专利文献公开号为CN1102490C中，揭示了一种超临界二氧化碳作为发泡剂的注入方法，这种方法解决了注入液态二氧化碳发泡剂的一些问题，然而该文献没有揭示气态二氧化碳发泡剂的计量和注入问题，并且也没有揭示解决聚合物熔体压力波动时引起的注入到聚合物中发泡剂流量的波动问题以及由泵送间隙波动引起的发泡剂输送的不稳定的方法。另，中国专利文献公开号为CN1446145A文件中提出了一种发泡剂计量***和方法，在该文献中体现的控制方法是采用测量固定节流孔两端的压力差以及压差和流速的关系来调节节流孔前端的压力。然而采用这种方法时，一方面，压差和流量的关系不是线性关系，仅考虑改变压差是很难精确地控制流量；另一方面，固定的节流孔仅能在一个狭窄的范围内控制流量，在超出这个范围后，流量计量不稳定，该专利申请所公开的技术在应用方面明显有局限性。

发明内容

本发明目的是根据上述现有技术的不足以及存在的问题，通过同时对输出流量和输出温度进行闭环控制，能保证在熔体压力大幅变化时保持流量充分稳定，通过调节和锁定节流阀，实现大范围内精确控制输出的流量，为稳定控制发泡剂量和稳定控制发泡制品质量提供一种解决方法。

本发明的目的实现由以下技术方案完成：

本发明所述的一种气体发泡剂流量控制***，包括由进口截止阀1、高压容器2、减压阀3、电磁比例阀4、高压伺服阀7、可调节节流阀8、第一压力传感器9和第二压力传感器10、发泡剂温控模块11、温度传感器12、数据处理和控制模块5、操作界面6，以及连接上述部件的压力管道和通信电线或电缆组成；其中，进口截止阀1、高压容器2、高压伺服阀7、可调节节流阀8、发泡剂温控模块11按顺序用压力管道串联连接，在高压伺服阀7和可调节节流阀8之间的管道上设置第一压力传感器9，和在可调节节流阀8和发泡剂温控模块11之间设置第二压力传感器10，在靠近发泡剂温控模块11的发泡剂出口处设置一个温度传感器12，其中，减压阀3与电磁比例阀4组合连接，电磁比例阀4的出口与高压伺服阀7的先导气体接口连接，减压阀3的进口与压力气体连接；其中数据处理和控制模块5包括输入口和输出口，其输入口通过电缆或电线与操作界面6、第一压力传感器9、第二压力传感器10和温度传感器12连接接收操作指令和压力及温度信号，和/或接收来自成型机的信号，其输出口与电磁比例阀4、发泡剂温控模块11连接输出操作指令。

本发明的优点是，本发明该***可以用来根据设定的向加工装置注入的发泡剂流量和温度值，采用闭环控制发泡剂气体的流量和温度，精确而均匀地将发泡工艺所需的发泡剂流量引入到聚合物中。

附图说明

附图1为本发明***结构示意图；

附图2为本发明使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其相关特征作进一步说明：

如附图1、2示，其中标号1-17分别表示，1-进口截止阀、2-高压容器、3-减压阀、4-电磁比例阀、5-数据处理和控制模块、6-操作界面、7-高压伺服阀、8-可调节节流阀、9-第一压力传感器、10-第二压力传感器、11-发泡剂温控模块、12-温度传感器、13-高压气源、14-树脂加工装置的机筒、15-发泡剂引入口、16-螺杆、17-混合元件。

如附图1、2示，本发明***包括由进口截止阀1、高压容器2、减压阀3、电磁比例阀4、高压伺服阀7、可调节节流阀8、第一压力传感器9和第二压力传感器10、发泡剂温控模块11、温度传感器12、数据处理和控制模块5、操作界面6，以及连接上述部件的压力管道和通信电线或电缆组成；其中，进口截止阀1、高压容器2、高压伺服阀7、可调节节流阀8、发泡剂温控模块11按顺序用压力管道串联连接，在高压伺服阀7和可调节节流阀8之间的管道上设置第一压力传感器9，和在可调节节流阀8和发泡剂温控模块11之间设置第二压力传感器10，在靠近发泡剂温控模块11的发泡剂出口处设置一个温度传感器12，其中，减压阀3与电磁比例阀4组合连接，电磁比例阀4的出口与高压伺服阀7的先导气体接口连接，减压阀3的进口与压力气体连接。整个***的控制和操作由数据处理和控制模块5以及操作界面6进行。其中数据处理和控制模块5包括输入口和输出口，其输入口通过电缆或电线与操作界面6、第一压力传感器9和第二压力传感器10、温度传感器12连接接收操作指令和压力及温度信号，和/或接收来自成型机的信号；其输出口与电磁比例阀4、发泡剂温控模块11连接输出操作指令。

本发明所述的控制方法是指包括一种闭环控制发泡剂流量和温度的方法，其中的发泡剂温度闭环控制是通过发泡剂温控模块11和温度传感器12，数据处理和控制模块5实现的。根据工艺要求，确定发泡剂的适当温度并通过操作界面6输入到数据处理和控制模块5中，然后数据处理和控制模块5根据温度传感器12测得的发泡剂温度经过PID处理后，发出指令到发泡剂温控模块11进行加热或温度控制，使输出发泡剂的温度充分稳定在设定温度。本发明的提供的流量控制方法充分考虑了发泡剂温度、有效节流孔径、绝对压力、压力变化等对流量的影响，对输出流量进行闭环控制。根据输出的流量范围将节流阀调节并锁定在一个位置，然后用标定出的***计算系数并通过操作界面6，输入数据处理和控制模块5中，并同时输入期望的发泡剂温度值和流量值。本发明的***将自动对发泡剂温度进行闭环控制，使发泡剂温度充分稳定在设定温度值。数据处理和控制模块5根据第一压力传感器9和第二压力传感器10实际测得的压力、温度传感器12实际测得的温度、计算实际流量，并将实际流量值和设定的期望流量值进行比较。数据处理和控制模块5根据流量值差计算出高压伺服阀7的输出压力(即第一传感器9所测的压力)，并通过其输出口输出指令到高压伺服阀7的先导气体控制部件中的电磁比例阀4来调节先导气体的压力，进而控制高压伺服阀7的输出压力。经过反复比较调整从而使输出流量充分稳定在设定的输出流量值。

如图2示，使用本发明时，将发泡剂引入口15设置在机筒14上，其位置位于螺杆的熔胶计量和匀化段的一个位置；引入口可以是一个，也可以是多个。当采用多个引入口时，引入口可沿机筒14的圆周方向均匀分布。首先根据可发泡热塑性树脂制备***在不生产发泡材料时生产熔融树脂的能力和生产发泡制品时所需要引入的发泡剂流量范围，如质量流量或体积流量，例如每分钟或每小时注入的体积流量，调节可调节节流阀8在一个合适位置，使***能在预期的流量范围内实现精确的流量计量。锁定节流阀8，然后标定出***的计算系数。并将该计算系数通过操作界面6输入到数据处理和控制模块5的流量计算和控制程序中。然后将本发明的流量和压力控制***与高压气源13连接和树脂加工装置的机筒14上的一个或多个发泡剂引入口15连接。将进口截止阀1打开，高压气体发泡剂被引入一个高压容器2。通过操作界面6输入要引入到机筒内的热塑性树脂内的发泡剂流量和发泡剂温度。启动可发泡热塑性树脂制备***，等待发泡剂的温度到达设定的温度，***就可按需要的流量和温度精确平稳地向热塑性树脂中引入发泡剂。在可发泡热塑性树脂的制备过程中，螺杆16在动力的驱动下在机筒14内运动。在热塑性熔融体具有稳定的质量流速和一定压力的计量和匀化区的机筒14上开设一个或多个发泡剂引入口15，发泡剂通过引入口15流入到熔融树脂中。通过发泡剂的自由扩散，和经过安装螺杆前的混合元件17强制混合，发泡剂在熔融树脂处于均匀混合状态。由于混合物一直处于一个压力状态下，其中的气体发泡剂不至于长大。当发泡剂流出口模或喷嘴时，熔融树脂/发泡剂混合物会成核/发泡。

如果根据工艺需要核制品的需要，需要调整注入的发泡剂流量时，可通过操作界面6输入需要的流量值。***会自动调节和稳定注入到熔融树脂中的发泡剂流量，完成规定流量的发泡剂注射引入。

进一步例举说明如下：

用工业氮气作为发泡剂，采用聚丙烯(PP)生产3毫米厚的发泡片材。用一台螺杆直径为100毫米的挤出机塑化和混合发泡剂并制备可发泡熔融树脂混合物。采用隔膜压缩机将工业氮气升压到300巴并储存在高压罐中作为发泡剂源。采用本发明的发泡剂流量控制***将高压发泡剂源与挤出机机筒连接。在挤出机机筒上离进料口大约15D的位置的圆周方向均匀开设3个发泡剂引入口，按120°分布。在3个发泡剂引入口分别通过连接件(如气针)，并与发泡剂流量控制***的输出口连接。这样形成一个可发泡熔融热塑性树脂均匀混合物的制备***。根据生产发泡材料所需要添加的氮气流量范围，如每分钟10-100标准升的流量范围，调节***内的节流阀到一个位置并锁定，标定***的计算系数并输入到发泡剂流量控制***中。在生产时，根据实际需要，先将发泡剂的流量设定为50标升/分钟，发泡剂温度设定为30℃。当控制***出口的发泡剂温度达到预设的30℃时，可同步运行挤出机和发泡剂流量控制***。根据实际挤出产品的发泡效果，可进一步精确调整设定的发泡剂流量，达到预期的泡孔结构和减重。在实际生产中，采用每分钟20标准升的发泡剂量注气挤出时，获得比重大约为0.6克/立方厘米的发泡片材；在每分钟40标准升的发泡剂量注气挤出时，获得比重大约为0.5克/立方厘米的发泡片材。在实际生产过程中，虽然测得的熔胶压力随时在波动，但挤出的发泡片材具有均匀的泡孔结构和片材比重。这说明本发明的发泡剂流量控制***实现了自动闭环控制流量，能够实现全自动生产。

虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.气体发泡剂流量控制***，其特征是，由进口截止阀(1)、高压容器(2)、减压阀(3)、电磁比例阀(4)、高压伺服阀(7)、可调节节流阀(8)、第一压力传感器(9)和第二压力传感器(10)、发泡剂温控模块(11)、温度传感器(12)、数据处理和控制模块(5)、操作界面(6)，以及连接上述部件的压力管道和通信电线或电缆组成；其中，进口截止阀(1)、高压容器(2)、高压伺服阀(7)、可调节节流阀(8)、发泡剂温控模块(11)按顺序用压力管道串联连接，在高压伺服阀(7)和可调节节流阀(8)之间的管道上设置第一压力传感器(9)，和在可调节节流阀(8)和发泡剂温控模块(11)之间设置第二压力传感器(10)，在靠近发泡剂温控模块(11)的发泡剂出口处设置一个温度传感器(12)，其中，减压阀(3)与电磁比例阀(4)组合连接，电磁比例阀(4)的出口与高压伺服阀(7)的先导气体接口连接，减压阀(3)的进口与压力气体连接；其中数据处理和控制模块(5)包括输入口和输出口，其输入口通过电缆或电线与操作界面(6)、第一压力传感器(9)、第二压力传感器(10)和温度传感器(12)连接接收操作指令和压力及温度信号，和/或接收来自成型机的信号，其输出口与电磁比例阀(4)、发泡剂温控模块(11)连接输出操作指令。

Images