CN1864981A - 可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法及其装置，是应用一般射出或押出成型机的输送螺杆内装设一气体输送管，且连接至装设于输送螺杆前端的微气泡产生组件(如微孔透气金属头、微孔陶瓷头)，再透过气体输送管后方的加压泵或高压气体储气筒，而由进气口输入，使气体通过料管上的电热器进行间接加热，而后将高温气体由上述微气泡产生组件的微孔输出，使所述高温微气泡直接在所述区段的流体聚合物材料内，随输送螺杆搅拌均匀混合，再注入成型模内；因此，控制高压气体传输动作或停止，即可控制流体聚合物材料各区段是否与微气泡混合，以提供注入成型模表面无气泡核产生，而在内部具气泡核，抑或整体产生微气泡核的生成方法。

Description

可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法及其装置，是在包覆于输送螺杆外装设有加热器，以熔化料管内的聚合物材料，而在输送螺管内设一气体输送管，且连接于输送螺杆前端的微气泡产生组件，透过控制加压泵或高压气体储气筒的高压气体传输动作与否，以控制成型的流体聚合物材料区段形成气泡核或无气泡核。
背景技术
一般射出或押出成型机所使用的聚合物材料，是在熔化成流体后，通过注入物理发泡剂于聚合物材料中，经搅拌后，使所述聚合物含有发泡剂晶胞的混合物，再将混合物射入成型模内凝固，使混合物内因压力下降促使聚合物内晶胞成长。然而聚合物材料产生化学反应以形成气体的发泡剂，通常是使用有机化合物，其特性是在临界温度下可分解而释出氮、二氧化碳、一氧化碳等气体，以作为在流体聚合物内生成气泡核的效果；因此，应用所述技术而于流体聚合物内成核的先前专利如发明申请第87104336号微胞孔材料的射出成型，其主要是应用射出成型机或押出机，并以聚合物材料为原料，通过输送螺杆将所述流体聚合物材料注入气体或液体的发泡剂，而所述发泡剂则在输送螺杆混合段注入，而与流体聚合物材料搅拌混合，在经由累积室进入成核器的通道降压，使流体聚合物材料快速成核；所述发泡剂是使用二氧化碳气体或液体，由发泡剂源进入螺杆混合段，经由螺杆搅拌发泡剂与流体聚合物材料形成混合物，再透过射嘴，使所述聚合物材料进入成型模内成核。
现有技术的缺陷：
1.所述***均，遂需使用微米发泡材料，方能达成，惟所述微米发泡材料价格昂贵，成本高，其经济效益不大。
2.所述发泡剂的注入口是设于料管外缘，而与输送螺杆的搅拌区段相连通，且为一定点注入，再透过输送螺杆将发泡剂与流体聚合物材料于料管区段搅拌混合；然发泡剂在流体聚合物材料于未搅拌前是注在熔化的聚合物材料表面上，再进行搅拌，容易使气泡流失而产生不均现象，且应用发泡剂与聚合物材料搅拌的发泡时间长，其速度慢，相对成本提高。
3.在料管内加热溶化的流体聚合物材料，于射入成型模内的非成核部分与成核部分的分离控制不易，且控制所需发泡剂比例与非核区段的衔接相当困难，往往有不稳定现象发生。
所述发泡剂的注入口，必须装设一逆止阀，以防止聚合物材料回流，然此装置将增加所述设备成本及故障率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法及其装置，是在包覆于输送螺杆外装设有加热器，以熔化料管内的聚合物材料，而在输送螺管内设一气体输送管，且连接于输送螺杆前端的微气泡产生组件，透过控制加压泵或高压气体储气筒的高压气体传输动作与否，以控制成型的流体聚合物材料区段形成气泡核或无气泡核。
为了实现上述目的，本发明提供一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法，其特征在于，包括步骤：
a.将高压气体通过输送螺杆内部的气体输送管，应用料管外缘的加热器作间接加热；
b.所述高温气体进入输送螺杆前端的微气泡产生组件，使气体由内向外的不规则微孔输出均匀微气泡；
c.上述微气泡于所述区段与聚合物材料透过输送螺杆搅拌及推送，以形成均匀的微气泡聚合物材料；
射出或押出的微气泡聚合物材料，是由产生微气泡、搅拌、推送同时进行，提供快速均匀混合微气泡于聚合物材料内，使所述微气泡聚合物材料于成型时，形成均匀的微气泡核聚合物材料。
一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，是在射出或押出机的料管外缘设有加热器，并在料管内装设有输送螺杆；其特征在于：
一气体输送管，是设于输送螺杆的内部，所述气体输送管设有进气口，所述进气口外接一加压泵或高压气体储气筒；
一微气泡产生组件，是由内至外以不规则相互连通的微孔所组成，而所述气体输送管则伸入微气泡产生组件内部。
本发明具有以下优点：
1、本发明应用一微气泡产生组件装设于输送螺杆上，且所述气体输送管设于输送螺杆内部，并与上述微气泡产生组件连接，使气体经加压泵或高压气体储气筒推送，经设于料管外缘的加热器将聚合物材料熔化，同时亦间接对气体输送管预先加热，再由微气泡产生组件由内向外所布满不规则的微孔输出微气泡，并直接在流体聚合物材料内部扩散，同时经输送螺杆的搅拌与传送，再射出而进入成型模内降至临界温度及降压，随即在聚合物材料形成微气泡核，以提供微气泡的生成、搅拌、推送同时进行，达到微气泡于聚合物材料内分散均匀，且所述微气泡核的尺寸可依微气泡产生组件的微孔而达所需求的35微米以下。
2、本发明应用微气泡产生组件装设于输送螺杆的前端，使所述微气泡供应的区段，可控制间歇供应，使射入成型模内的成核与非成核聚合物材料衔接分明，且易于控制，更可提供附着于成型模表面为非核聚合物，而包附于所述非成核聚合物材料内部为具微气泡核的聚合物材料，以达到表面光滑而无毛细孔，而内部则具有微气泡核的组成效果。
3、本发明微气泡产生组件的微孔，因具有由内向外的不规则微孔，使聚合物材料不会经由微孔流入，且所述输送螺杆具有高温，以及聚合物材料为熔化的流体，因而不会产生阻塞现象，乃是透过高压微气泡予以冲出，遂不需使用逆止阀，以减少设备成本，降低故障率。
附图说明
图1是本发明第一实施例微气泡产生组件及产生方法的装置示意图；
图1-A是本发明第一实施例微气泡产生组件表面微孔放大示意图；
图1-B是本发明第二实施例的微气泡产生组件构造示意图；
图1-C是本发明第三实施例的微气泡产生组件构造示意图；
图2是本发明生成气泡及无气泡聚合物材料的区段间隔输送示意图；
图3是为图2聚合物材料射入成型模内成核及非成核示意图；
图4是本发明应用押出机于聚合物材料生成气泡核的成型方法示意图；
图5-A是本发明应用于押出机的分流环立体图；
图5-B是本发明分流环正面示意图；
图5-C是本发明分流环与微气泡产生组件平面组合示意图；
图6是本发明于押出机的微气泡产生组件上套设分流环的生成气泡核与非气泡核聚合物材料的分离构造与方法示意图。
附图标记说明：射出或押出机1、1′；料管11；加热器12；聚合物材料13；输送螺杆14；螺杆轴座141；环形气槽142；连通孔143；塞头144；传动盘145；流体聚合物材料15；气体输送管16；进器口17；微气泡产生组件18；微气泡聚合物材料15′；储料区段19；射出口20；成型模21；微气泡核聚合物材料15″；实心金属组件18′；气体输送管道181′；透气孔182′；透气孔口1821′；微孔透气块183′；空心金属组件18″；气室184″`；通孔185″；微孔透气块183″；分流环22；轴向凸条221；无气泡聚合物材料通道222；微气泡聚合物材料通道223；押出口224。
具体实施方式
本发明的第一实施例，请参阅图1及图1-A，是应用射出或押出机1、1′内的料管11外缘装设有加热器12，以熔化聚合物材料13，并在料管11内装设有输送螺杆14，透过输送螺杆14的搅拌，将所熔化的流体聚合物材料15推进；而所述发泡源是应用所有可应用的气体，如二氧化碳、氮或其它可供发泡使用的气态源，进行聚合物材料的发泡反应；在输送螺杆14内设一气体输送管16，后端穿设一螺杆轴座141而固定于传动盘145上，并以一塞头144将气体输送管16后端予以堵塞；所述螺杆轴座141内设有一环形气槽142，以及与所述环形气槽142连通的进气口17，且位于所述环形气槽142内的输送螺杆14上贯穿有数个连通孔143，使所述连通孔143与所述气体输送管16连通，则经由上述的进气口17、环形气槽142、连通孔143与气体输送管16相互连通，令输送螺杆14转动时，所述螺杆轴座141为固定不动，以不妨碍气体的输送；经进气口17而外接一加压泵或高压气体储气筒，且在输送螺杆14的前端装设一微气泡产生组件18，如微孔透气金属头、微孔陶瓷头，所述微气泡产生组件18由内自外布满不规则的相互连通的微孔，且所述微孔尺寸，可通过所需生成的微气泡核尺寸确定，比如，所述微气泡产生组件18提供35微米以下的微气泡，使聚合物材料可产生35微米以下的微气泡核，并予以更换微气泡产生组件18，并接于上述气体输送管16，使气体输送管16伸入微气泡产生组件18内部，与微气泡产生组件18相连通。
本发明提供的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法，请配合图4所示，加压泵或高压气体储气筒的高压气体，经进气口17而进入气体输送管16的行程中，由料管11外缘的加热器12对聚合物材料13熔化，同时间接对输送螺杆14加热，而使气体输送管16内的气体受热，再送入微气泡产生组件18，使所述热气体由其上的微孔自内往外输出，则所述微气泡直接进入所述区段的流体聚合物材料15内部，通过输送螺杆14搅拌融合，同时将混合均匀的具有微气泡聚合物材料15′推进到前端的储料区段19内，以达到微气泡产生、搅拌、推送同时进行，使混合均匀的微气泡聚合物材料15′，通过射出口20进入成型模21内降压，且使温度达临界温度，使聚合物材料硬化成型时，生成微气泡成核聚合物材料15″，以提供微气泡核于均匀存在于聚合物材料内的成核方法。
总结上述方法，得到本发明提供的生成方法的步骤如下：
a.将高压气体通过输送螺杆内部的气体输送管，应用料管外缘的加热器作间接加热；
b.所述高温气体进入输送螺杆前端的微气泡产生组件，使气体由内向外的不规则微孔输出均匀微气泡；
c.上述微气泡于所述区段与聚合物材料透过输送螺杆搅拌及推送，以形成均匀的微气泡聚合物材料；
射出或押出的微气泡聚合物材料，是由产生微气泡、搅拌、推送同时进行，提供快速均匀混合微气泡于聚合物材料内，使所述微气泡聚合物材料于成型时，形成均匀的微气泡核聚合物材料。
所述微气泡产生组件18是由内向外布满不规则的微孔，遂在表面的微孔不会产生回流现象，而不需使用逆止阀，可减少故障率，及降低成本。
请参阅图2、3所示：所述微气泡成核的区段控制，可通过气体的输送与否，使微气泡产生组件18的微孔停止输出微气泡，以提供间歇供应气体或停止供应的时机，使流体聚合物材料15在进入储料区段19内，提供微气泡流体聚合物材料15′或无微气泡流体聚合物材料15，使进入成型模21内依上述选择连续供应或间歇供应微气泡，以达到射入成型模21内表面形成无气泡核聚合物材料15，而内部具有微气泡核聚合物材料15″，或整体为具微气泡核聚合物材料15″；当然，上述微气泡产生组件17可接于输送螺杆14上，以配合流体聚合物材料15射入成型模21的成型体积。
上述的说明，可通过图3可知，在无微气泡聚合物材料15先射入成型模21内，依聚合物材料成型特性，则无微气泡聚合物材料15先行附着于成型模21的表面，以形成光滑面，而后紧跟随有微气泡聚合物材料15′再射入成型模21内，以形成具微气泡核聚合物材料15″，使无气泡核流体聚合物材料15包覆微气泡核聚合物材料15″的效果。
本发明的第二实施例，请参阅图1-B所示：是将上述微气泡产生组件18制成实心金属组件18′固设于输送螺杆14上，经中心横贯一气体输送管道181′，而与输送螺杆14内的气体输送管16连通，且在所述实心金属组件18′的周边穿设有数个透气孔182′，所述透气孔182则与气体输送管道181′相连通，并在位于每一透气孔口1821′内固设有微孔透气块183′，所述微孔透气块183′与第一实施例的微气泡产生组件18的材质相同，具有不规则微孔，使微气泡由气体输送管16进入气体输送管道181′，再分别经透气孔182′而由微孔透气块183′的微孔输出微气泡，以提供与上述第一实施例相同的效果。
本发明的第三实施例，请参阅图1-C所示：是将上述微气泡产生组件18制成一空心金属组件18″，使内部形成一气室184″`，且在所述空心金属组件18″后方开设一通孔185″，而与上述输送螺杆14内的气体传送管16相连通，且在所述空心金属组件18″的周边贯穿有数个透气孔182″，并位于所述透气孔182″内固设有微孔透气块183″，而所述微孔透气块183″是与第一实施例的微气泡产生组件的材质相同，具有不规则微孔，使微气泡由气体输送管16进入气室184″内，再分别经由微孔透气块183″的微孔输出微气泡，亦能提供与上述第一实施例相同的效果。
本发明的第四实施例，请参阅图5-A、B、C所示：是应用于押出机的聚合物材料于押出时，保持所述押出的聚合物材料在外部无气泡核，使表面聚光滑面，而内部生成具气泡核的装置；其是在微气泡产生组件18的前端套设一分流环22，所述分流环22的外缘设有轴向凸条221，使分流环22外缘与料管11之间的轴向凸条221高度，形成无气泡聚合物材料通道222，而分流环22内缘与微气泡产生组件18之间形成微气泡聚合物材料通道223；因此，请配合图5-C及图6所示：所述流体聚合物材料15被推进，即部份由上述无气泡聚合物材料通道222通过，而一部份则由有气泡聚合物材料通道223进入，使无气泡流体聚合物材料15包覆有微气泡流体聚合物材料15′同时自押出口224押出，而于外部成型无气泡核聚合物材料15，内部则具有微气泡核聚合物材料15″，以提供无气泡核聚合材料15包覆微气泡核聚合物材料15″的效果。
综上所述，本发明以各种可供媒介的气体于流体聚合物材料内形成微气泡，以作为聚合物材料在成型后，形成微气泡核，且直接将微气泡于聚合物材料内部混合，使的成型时在混合物内部生成均匀的微气泡核，并选择微气泡产生组件，如微孔透气金属头、微孔陶瓷头的微孔尺寸，以提供微气泡核的尺寸，同时可透过微气泡的输出控制，提供不同区段的不同混合，以适应不同聚合物材料的成型所需条件，具有快速及均匀成核，以提升质量，且装置简单，可降低成本。

Claims (11)

1.一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法，是以射出或押出成型机，应用气体为发泡剂，而所述气体为二氧化碳、氮或其它可供发泡使用的气态源；其特征在于，包括步骤：
a.将高压气体通过输送螺杆内部的气体输送管，应用料管外缘的加热器作间接加热；
b.所述高温气体进入输送螺杆前端的微气泡产生组件，使气体由内向外的不规则微孔输出均匀微气泡；
c.上述微气泡于所述区段与聚合物材料透过输送螺杆搅拌及推送，以形成均匀的微气泡聚合物材料；
射出或押出的微气泡聚合物材料，是由产生微气泡、搅拌、推送同时进行，提供快速均匀混合微气泡于聚合物材料内，使所述微气泡聚合物材料于成型时，形成均匀的微气泡核聚合物材料。
2.如权利要求1所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法，其特征在于：所述高压气体是通过加压泵或高压气体储气筒获得的。
3.如权利要求1所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成方法，其特征在于：通过气体的输送与否，使微气泡产生组件的微孔停止输出微气泡，以提供间歇供应气体或停止供应的时机，选择连续供应或间歇供应微气泡。
4.一种可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，是在射出或押出机的料管外缘设有加热器，并在料管内装设有输送螺杆；其特征在于：
一气体输送管，是设于输送螺杆的内部，所述气体输送管设有进气口，所述进气口外接一加压泵或高压气体储气筒；
一微气泡产生组件，是由内至外以不规则相互连通的微孔所组成，而所述气体输送管则伸入微气泡产生组件内部。
5.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：所述微气泡产生组件为微孔透气金属头。
6.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：所述微气泡产生组件为微孔陶瓷头。
7.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：所述微气泡产生组件提供35微米以下的微气泡，使聚合物材料可产生35微米以下的微气泡核。
8.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：微气泡产生组件制成实心金属组件，于其中心横贯一气体输送管道，而与输送螺杆内的气体输送管连通，且在所述实心金属组件的周边穿设有数个透气孔，所述透气孔则与气体输送管道相连通，并在位于每一透气孔口内固设有微孔透气块，而所述微孔透气块具有不规则微孔。
9.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：微气泡产生组件制成一空心金属组件，使内部形成一气室，且在所述空心金属组件后方开设一通孔，而与上述输送螺杆内的气体传送管相连通，另在所述空心金属组件的周边贯穿有数个透气孔，并位于所述透气孔内固设有微孔透气块，而所述微孔透气块具有不规则微孔。
10.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：使用在押出机上的微气泡产生组件外缘套设一分流环，其***设有轴向凸条，并固定于料管内缘，使分流环外缘与料管内缘之间的轴向凸条高度，形成无气泡聚合物材料通道，而分流环内缘与微气泡产生组件之间，形成微气泡聚合物材料通道，使成型聚合物材料具有非气泡核包覆微气泡核的效果。
11.如权利要求4所述的可控制微气泡核于流体聚合物材料的生成装置，其特征在于：微气泡产生组件的微孔尺寸根据所需微气泡核尺寸确定。
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