一种物理发泡注射成型一体机及其发泡工艺的制作方法

本发明涉及塑料发泡成型，具体涉及一种物理发泡注射成型一体机及其发泡工艺。

背景技术：

1、超临界流体发泡技术是一种以超临界二氧化碳或氮气替代有机发泡剂的绿色发泡工艺，在鞋材制造领域具有广阔的应用前景。通过该技术制备的鞋中底材料具有超轻的重量、优异的缓震性能和回弹性，能够显著降低运动对身体的冲击，减少受伤风险。

2、目前，超临界流体发泡鞋材的工业化生产主要采用釜式发泡工艺。该工艺的生产流程为：首先将塑料颗粒注塑成鞋胚，然后将鞋胚放入高压釜罐中加温，同时向釜罐内充入超临界二氧化碳或氮气，利用高压环境使超临界流体渗入鞋胚材料分子中，保压2～4小时后泄压发泡，最终得到发泡鞋材产品。然而，该工艺存在明显的技术缺陷：生产工艺流程长，从注塑鞋胚到发泡完成需要数小时；耗能大，高压釜罐需要长时间维持高温高压环境，能源消耗显著；产能低，属于间歇式批次生产，难以满足大规模连续化生产需求。

3、近年来，出现了将超临界流体发泡技术与注射成型工艺相结合的尝试。微孔发泡注射成型技术（如mucell工艺）通过在注塑机的料筒中将超临界流体注入聚合物熔体中，使其溶解形成单相溶液，然后注射到模具型腔中发泡成型。该技术可在注射成型过程中完成发泡，缩短了生产流程。然而，现有微孔发泡注射成型技术仍存在以下不足：一是通常采用单套气源系统将单一气体或预混合气体注入料筒，难以根据材料特性灵活调控两种气体在熔体中的梯度饱和和动态分布；二是气体注入位置和时序控制不够精确，影响超临界流体与熔融材料的混合均匀性，进而影响发泡泡孔的均匀性；三是设备中缺乏对注塑量的精确控制手段，难以保证产品重量的一致性。

4、因此，亟需开发一种集成度高的物理发泡注射成型一体机，以克服现有技术中存在的上述缺陷。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对现有超临界流体发泡注射成型设备中，超临界流体与熔融塑化材料混合均匀性差、泡孔结构不均匀、产品重量一致性难以保证的问题，本发明提出一种物理发泡注射成型一体机及其发泡工艺。

2、本发明第一方面提出的物理发泡注射成型一体机，包括：挤塑系统、第一加气系统、第一加气系统、第二加气系统和注射成型系统。挤塑系统用于将原料颗粒塑化形成熔融塑化材料，挤塑系统包括料筒和螺杆，螺杆转动设置于料筒内，螺杆沿轴向依次设有送料段、第一压缩段、第一泄压段、第二压缩段、第二泄压段和混炼段。第一加气系统与料筒的内部连通，且连通位置对应于第一泄压段，用于向挤塑系统内部注入第一超临界流体。第二加气系统与料筒的内部连通，且连通位置对应于第二泄压段，用于向挤塑系统内部注入第二超临界流体。注射成型系统与挤塑系统的出料端连接，用于接收经挤塑系统塑化并注入超临界流体后的熔融塑化材料，并将其注射成型为物理发泡制品。

3、在一些实施例中，第一超临界流体为二氧化碳超临界流体，第二超临界流体为氮气超临界流体。

4、在一些实施例中，第一泄压段的螺槽深度大于第一压缩段的螺槽深度，第二泄压段的螺槽深度大于第二压缩段的螺槽深度。

5、在一些实施例中，混炼段设有混炼结构，所述混炼结构为屏障型混炼结构、销钉型混炼结构或波形混炼结构。

6、在一些实施例中，螺杆沿轴向还设有计量段，所述计量段位于所述混炼段的下游。

7、在一些实施例中，第一加气系统包括第一流体发生装置、第一流量调节装置、第一增压装置、第一气压恒温罐、第一开关电磁阀和第一压力检测装置。第一流体发生装置用于提供第一气体。第一流量调节装置与第一流体发生装置的出口连通，用于控制第一气体的流量。第一增压装置设置在第一流量调节装置与挤塑系统之间，用于将第一气体增压至超临界压力以上。第一气压恒温罐设置在第一增压装置与挤塑系统之间，用于将增压后的第一气体加热至超临界温度以上，形成第一超临界流体。第一开关电磁阀设置在第一气压恒温罐与挤塑系统之间，用于控制第一超临界流体向挤塑系统供给的通断。第一压力检测装置设置在第一开关电磁阀的出口与挤塑系统之间，用于检测第一超临界流体的注入压力。

8、在一些实施例中，第二加气系统包括第二流体发生装置、第二流量调节装置、第二增压装置、第二气压恒温罐、第二开关电磁阀和第二压力检测装置。第二流体发生装置用于提供第二气体。第二流量调节装置与第二流体发生装置的出口连通，用于控制第二气体的流量。第二增压装置设置在第二流量调节装置与挤塑系统之间，用于将第二气体增压至超临界压力以上。第二气压恒温罐设置在第二增压装置与挤塑系统之间，用于将增压后的第二气体加热至超临界温度以上，形成第二超临界流体。第二开关电磁阀，设置在第二气压恒温罐与挤塑系统之间，用于控制第二超临界流所述挤塑系统供给的通断。第二压力检测装置设置在第二开关电磁阀的出口与挤塑系统之间，用于检测第二超临界流体的注入压力。

9、在一些实施例中，注射成型系统包括储料缸射出组件和成型系统。储料缸射出组件的进料端与挤塑系统的出料端连通，用于接收并计量含有第一超临界流体和第二超临界流体的熔融塑化材料，并将计量后的熔融塑化材料射出。成型系统与储料缸射出组件的出料端连接，用于接收射出的熔融塑化材料，并使熔融塑化材料发泡成型。

10、成型系统包括模具和恒压系统。模具具有模腔，模具的注入口与储料缸射出组件的出料端连通。恒压系统与模具的模腔连通，用于在模具合模后对模腔提供恒压环境。

11、本发明第二方面提出的物理发泡工艺，采用上述任一实施例所述的物理发泡注射成型一体机实施，包括以下步骤：s1：将原料颗粒加入挤塑系统中进行加热塑化，形成熔融塑化材料；s2：将所述熔融塑化材料在挤塑系统的第一压缩段进行压缩；s3：通过第一加气系统向处于第一泄压段的熔融塑化材料中注入第一超临界流体，使第一超临界流体与熔融塑化材料混合；s4：将混合后的熔融塑化材料在挤塑系统的第二压缩段进行压缩；s5：通过第二加气系统向处于第二泄压段的熔融塑化材料中注入第二超临界流体，使第二超临界流体与熔融塑化材料混合；s6：将含有第一超临界流体和第二超临界流体的熔融塑化材料在挤塑系统的混炼段进行混炼；s7：将混炼后的熔融塑化材料送入注射成型系统，注射成型为物理发泡制品。

12、本发明的有益效果为：本申请提供的物理发泡注射成型一体机及其发泡工艺，通过在螺杆上沿轴向依次设置第一压缩段、第一泄压段、第二压缩段、第二泄压段和混炼段，并设置第一加气系统和第二加气系统分别与第一泄压段和第二泄压段对应连通，使第一超临界流体和第二超临界流体能够在两次压缩之间的泄压窗口依次注入熔融塑化材料中并经过两次压缩和混炼，有效解决了现有技术中单一气源系统难以实现两种超临界流体的顺序注入和循环压缩混合、超临界流体与熔融塑化材料混合均匀性差的问题，从而获得更加细腻均匀的泡孔结构。

1.一种物理发泡注射成型一体机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述第一超临界流体为二氧化碳超临界流体，所述第二超临界流体为氮气超临界流体。

3.根据权利要求1所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述第一泄压段的螺槽深度大于所述第一压缩段的螺槽深度，所述第二泄压段的螺槽深度大于所述第二压缩段的螺槽深度。

4.根据权利要求1所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述混炼段设有混炼结构，所述混炼结构为屏障型混炼结构、销钉型混炼结构或波形混炼结构。

5.根据权利要求1所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述螺杆（202）沿轴向还设有计量段，所述计量段位于所述混炼段的下游。

6.根据权利要求1所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述第一加气系统（300a）包括：

7.根据权利要求1所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述第二加气系统（300b）包括：

8.根据权利要求5所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述注射成型系统包括：

9.根据权利要求8所述的物理发泡注射成型一体机，其特征在于，所述成型系统包括：

10.一种物理发泡工艺，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的物理发泡注射成型一体机实施，包括以下步骤：