[实用新型]多组分多相复杂体系自平衡超临界发泡装置

说明书

本实用新型涉及多组分多相复杂体系自平衡超临界发泡装置。包括：第一气体钢瓶（1），用于存储超临界流体主发泡剂；第一气体钢瓶（1）通过恒压气体输出装置连接于发泡装置（11）；液体瓶（2），用于存储液体助发泡剂；液体瓶（2）连接于发泡装置（11）；在发泡装置（11）中，底部设有支撑部件（15），用于放置发泡材料。本实用新型提出了一种含助发泡剂的超临界混合流体在多组分多相体系下的自调节发泡及成型的工艺和装置，实现了在超临界发泡条件下的多组分多相复杂体系自平衡目的，最终稳定了发泡工艺、改善了泡孔结构、提高了制品性能。

技术领域

本实用新型涉及一种多相多组分复杂体系的超临界状态下自平衡溶胀后泄压发泡的装置，属于超临界发泡技术领域。

背景技术

近年来超临界发泡法制备微孔聚合物发泡材料受到新聚合物材料及其相关行业的广泛关注，因该工艺制备的发泡材料具有泡孔密度大且孔径小、性能优异等多方面的优势，且该方法适用的聚合物材料范围广以及加工过程绿色环保。尽管各种聚合物材料都可通过超临界发泡法得到多孔结构，但对于发泡温度高倍率低的聚合物材料，需在超临界发泡工艺中配合使用助发泡剂才可达到较好的发泡效果。然而超临界流体与助发泡剂混合的多组分发泡剂在溶胀非粘流态聚合物时，多组分多相复杂体系使得该溶胀过程极不稳定，在实际运行条件下极易因发泡装置的温度或压力的微小波动而出现组分含量的变动或相态的改变，导致最终发泡材料的泡孔结构极差，相应的发泡材料性能不佳。为充分发挥超临界流体与助发泡的协同效果以显著提升发泡材料的泡孔结构和宏观性能，亟需解决多组分多相复杂体系的稳定性问题。

专利CN202129925U提出了一套超临界二氧化碳混合发泡剂的挤出发泡装置，将二氧化碳以液态的形式恒温、恒压、计量准确地与计量的多组分协同助剂一起进入挤出机，连续稳定地生产发泡板材。然而该装置所匹配的工艺方法属于粘流态聚合物基体的发泡方法，聚合物溶解发泡剂的含量与发泡剂注入的含量有关，当发泡剂含量超过粘流态聚合物所能溶解的含量时，从口模中出来的聚合物将有明显的大泡孔，产生明显的缺陷，所以聚合物难以吸收到最大的发泡剂含量，所以无法保证发泡材料的最优性能。

专利CN108638422A实用新型了一种采用混合发泡剂的微孔注塑发泡方法。将化学发泡剂与聚合物粒料均匀混合后，加入注塑机塑化，同时注入超临界流体态的物理发泡剂，进行注射发泡成型。该方法为粘流态聚合物基体的发泡，且聚合物溶解发泡剂的含量与发泡剂注入的含量有关，未达到饱和溶胀的状态。

目前也有发表的文章就助发泡剂在高压釜中与超临界流体混合发泡的描述。文章中所用的高压釜其腔体都非常小（ 500 ml），使用的聚合物样品尺寸也非常小（ 100cm³），所以高压小釜内小尺寸聚合物样品所处的多组分多相环境较为稳定；但是，本领域技术人员知晓：当设备放大后，由于物料的混合、反应、相变等过程的复杂性，往往存在着“放大效应”，导致了制备过程与小型设备存在着不同，使得制备得到的产品的性能也会出现明显的差异。对于发泡技术领域，助发泡剂与超临界流体在不同溶胀条件下存在多种相分离行为，导致聚合物材料在混合发泡剂的作用下其发泡行为不稳定，尤其在助发泡剂含量高的情况下均相状态无法有效维持而无法生产泡孔结构稳定的聚合物发泡材料；对于实验室的进行发泡的装置而言，由于设备较小，混合过程相对较容易，并且发泡剂和助发泡剂的渗透速率的不同对于小型设备的生产来说，影响有限，可能不会有太大的差别；但是，一旦采用大型设备时，这样的差别就会较为明显，往往导致在大型设备上的工业化生产结果很难达到与小试相同的结果。本实用新型的目的则是保证在含有两相及以上的多组分发泡剂的复杂状态下通过体系自平衡的方式稳定制备微孔发泡的聚合物材料。

在高压容器的腔体内，超临界流体与助发泡剂互溶形成均相体系同时溶胀非粘流态的聚合物材料。选择的助发泡剂可以是适合所需发泡聚合物材料的助发泡剂，增强对聚合物基体的溶胀效果，如戊烷、正己烷等由于分子结构的因素适合做PP、PE等的助发泡剂，水、乙醇等由于分子极性的原因，可与PPSU等在分子间产生强的相互作用，更适合成为其助发泡剂。