[发明专利]一种超临界流体微发泡螺杆混合装置及方法

说明书

本发明公开了一种超临界流体微发泡螺杆混合装置及方法，属于高分子加工成型机械技术领域，该装置包括机筒和由动力装置驱动的微发泡螺杆，所述微发泡螺杆具有螺杆中心盲孔和超临界流体供给孔，所述螺杆中心盲孔的开口端与超临界流体发生器的气体输送口相连接，所述超临界流体供给孔在所述微发泡螺杆周向均匀分布有若干个，所述超临界流体供给孔一端与所述螺杆中心盲孔相通，另一端连通所述微发泡螺杆与所述机筒之间的空间。该方法采用上述装置，超临界流体从微发泡螺杆内部向聚合物熔体进行周向注气，使初始状态的超临界流体在聚合物熔体内部周向均匀分散。此外，微发泡螺杆设置带扰流钉的开槽多头螺纹结构，改善了螺杆混合均化能力。

技术领域

本发明属于高分子加工成型机械技术领域，尤其涉及一种超临界流体微发泡螺杆混合装置及方法。

背景技术

以超临界CO₂或N₂为物理发泡剂的微发泡技术，以其高的尺寸稳定性、低的残余应力、轻质化等优势在全世界日趋普及，在注射成型、挤出成型领域得到广泛应用。微发泡成型要求在熔体中充入超临界流体发泡剂，超临界流体必须均匀分散在聚合物熔体内，形成聚合物/超临界流体均相体系。聚合物/超临界流体均相体系是微发泡成型的关键阶段，这一过程直接影响后来的泡孔成核和长大定型，因此螺杆混合装置的混合均化能力对微发泡制品的质量和性能具有决定作用。

目前的微发泡技术主要采用美国Trexel公司的Mucell技术，通过在机筒上开设超临界流体供给孔，将超临界流体从熔体外表面的一侧注入熔体内部，这导致初始状态的超临界流体和熔体的混合性很差。因此该工艺对螺杆的混合均化能力要求很高。传统螺杆混合装置的螺纹简单、低效，无法使超临界流体均匀分布到聚合物熔体内，快速形成稳定的聚合物/超临界流体均相体系。此外，在实际加工过程中，由于超临界流体供给孔的平面与熔体外表面大面积贴合，容易引起孔堵塞现象。

因此，在高分子加工成型机械技术领域中，对于超临界流体微发泡螺杆混合装置及方法仍存在研究和改进的需求，这也是目前高分子加工成型机械技术领域中的一个研究热点和重点，更是本发明得以完成的出发点。

发明内容

为此，本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种超临界流体微发泡螺杆混合装置，能够改善初始状态下超临界流体与聚合物熔体的混合分散性，大幅提高整体混合均化效果，使超临界流体快速均匀分布在聚合物熔体中，形成稳定的聚合物熔体/超临界流体均相体系。

作为同一种技术构思，本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种超临界流体微发泡螺杆混合方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种超临界流体微发泡螺杆混合装置，包括机筒，所述机筒内转动安装有由动力装置驱动的微发泡螺杆，所述微发泡螺杆具有螺杆中心盲孔和超临界流体供给孔，所述微发泡螺杆尾部为所述螺杆中心盲孔的开口处，所述螺杆中心盲孔的开口端与超临界流体发生器的气体输送口相连接，所述超临界流体供给孔在所述微发泡螺杆周向均匀分布有若干个，所述超临界流体供给孔一端与所述螺杆中心盲孔相通，另一端连通所述微发泡螺杆与所述机筒之间的空间。

作为一种改进，所述微发泡螺杆由尾部至头部依次包括固体输送段、熔融段、止逆段、注气段和混合均化段，所述超临界流体供给孔设于所述注气段，所述注气段的外部固套有超临界流体注气环，所述超临界流体注气环上开设有与所述超临界流体供给孔一一对应的注气通道，所述注气通道一侧连通对应的所述超临界流体供给孔，另一侧连通所述微发泡螺杆与所述机筒之间的空间。

作为进一步地改进，所述固体输送段为等宽等深螺纹，所述熔融段为螺槽深度逐渐变浅的等宽不等深螺纹，所述止逆段设置有止逆阀，所述混合均化段为带圆柱形扰流钉和菱形扰流钉的开槽多头螺纹结构。

作为进一步地改进，所述超临界流体注气环由两个半圆环体组成，所述半圆环体的端面为平面或者斜面。

作为进一步地改进，所述超临界流体供给孔与所述螺杆中心盲孔垂直；所述注气通道为直角通道。