一種交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn)設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚烯烴發(fā)泡領域，尤其涉及一種交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn)設 備。
【背景技術】
[0002] 熱塑性聚合物生產(chǎn)的樹脂發(fā)泡材料商業(yè)化應用很多年了，傳統(tǒng)發(fā)泡技術常常阻礙 了其在現(xiàn)有領域內(nèi)的進一步發(fā)展。近些年發(fā)展起來的微孔發(fā)泡技術有望解決傳統(tǒng)發(fā)泡技術 存在的一些缺點與不足。微孔發(fā)泡材料是指泡孔直徑在1-10 μπι，泡孔密度在109-1012/ cm3之間的泡沫材料。目前，超臨界二氧化碳是微發(fā)泡材料制備中使用最為普遍的物理發(fā)泡 劑。根據(jù)操作的連續(xù)程度不同主要有間歇發(fā)泡、半連續(xù)發(fā)泡、連續(xù)擠出發(fā)泡等方法。間歇法 及半連續(xù)法耗時長，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，主要應用于理論研究。而與實際塑料加工相 一致的連續(xù)擠出發(fā)泡法的出現(xiàn)使微孔發(fā)泡材料的實際應用成為可能。
[0003] 運用螺桿擠出機可以實現(xiàn)連續(xù)式擠出微孔發(fā)泡，一般過程為：樹脂首先在螺桿中 塑化融合，然后將超臨界二氧化碳注入樹脂熔體中，通過螺桿的剪切混合作用得到樹脂熔 體和二氧化碳混合料，混合料進入口模，快速泄壓而成核發(fā)泡，然后迅速冷卻固化。中國專 利CN103963306介紹了一種超臨界ΡΡ物理發(fā)泡片材的生產(chǎn)設備，該系統(tǒng)將雙螺桿擠出機、 單螺桿擠出機串聯(lián)使用，超臨界二氧化碳由注氣設備輸出進入擠出機中。兩個螺桿機的串 聯(lián)能使樹脂熔體充分混合熔融，并加速二氧化碳溶解入樹脂熔體中，但是雙螺桿擠出機的 輸出壓力為35-45ΜΡΑ，單螺桿擠出機可承受的壓力為20-30ΜΡΑ，物料從雙螺桿擠出機輸出 進入單螺桿擠出機的時候，由于壓力差的存在，會發(fā)生物料噴出甚至爆炸的危險。此外，超 臨界二氧化碳在擠出機中與樹脂熔體混合，會導致物料粘度升高，滯留在擠出機中，影響最 終的微發(fā)泡效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn) 設備，其可以實現(xiàn)螺桿擠出機串聯(lián)使用的壓力控制，樹脂熔體不會在擠出機中滯留，最終達 到理想的微孔發(fā)泡效果。
[0005] 本發(fā)明采用的技術方案如下：一種交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn)設備包括依 次連接的活化釜、攪拌裝置、三階擠出機組、混合冷卻裝置和成型裝置，所述三階擠出機組 包括一臺平行同向雙螺桿擠出機、一臺嚙合異向雙螺桿擠出機、夾套反應釜和一臺單螺桿 擠出機，所述兩臺雙螺桿擠出機并聯(lián)后依次連接夾套反應釜和單螺桿擠出機；所述混合冷 卻裝置包括一個具有進口端和出口端的筒狀殼體，近殼體進口端處沿徑向設置一個緩沖模 塊，該緩沖模塊與進口端處的殼壁構成一個腔體，稱為初級緩沖室，近殼體出口端處沿徑向 設置一個緩沖模塊，該緩沖模塊與出口端處的殼壁構成次級緩沖室，殼體內(nèi)部在兩個緩沖 模塊間設置用于輸送超臨界二氧化碳的鋼管和樹脂擋板，所述鋼管在分別在兩個緩沖模塊 處聯(lián)通，其中兩根鋼管的端部設有二氧化碳噴頭，殼體外側近出口端處設置一個超臨界二 氧化碳入口，該入口與輸送超臨界二氧化碳的鋼管聯(lián)通，在殼體外側近進口端處設置一個 與殼體聯(lián)通的超臨界二氧化碳出口；所述成型裝置緊鄰混合冷卻裝置的出口端。
[0006] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述兩臺雙螺桿擠出機分別包括料筒冷卻裝置，所述料 筒冷卻裝置采用超臨界二氧化碳作為冷卻介質(zhì)，其包括料筒外部的冷卻套以及與冷卻套相 連的冷卻管，冷卻套上設有超臨界二氧化碳進口，冷卻管一端設有超臨界二氧化碳出口，冷 卻套與冷卻管之間設置單向閥控制超臨界二氧化碳自冷卻套流向冷卻管，料筒冷卻裝置中 的超臨界二氧化碳出口與所述夾套反應釜的夾套進口聯(lián)通，料筒冷卻裝置中的超臨界二氧 化碳進口與所述反應釜的夾套出口聯(lián)通。
[0007] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述混合冷卻裝置中樹脂擋板的尺寸設定為殼體管徑的 2/3~3/4,輸送超臨界二氧化碳流通的鋼管長度設定為鋼管管徑的6~8倍。
[0008] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述成型裝置為平口模。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種采用上述生產(chǎn)設備的交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn)方法。
[0010] 一種交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn)方法，包括以下步驟： (1)按重量比，將100份基本樹脂、1-10份包埋劑、0. 1-10份導電促進劑放置在活化釜 中，注入壓力為30-40MPa的超臨界二氧化碳，調(diào)整二氧化碳溫度為20-KKTC，封閉活化處 理10-30分鐘，泄壓得到活化樹脂，其中基本樹脂選自共聚聚丙烯、線性高密度聚乙烯、線 性低密度聚乙烯或它們的混合物，包埋劑選自聚氧乙烯（20)-琥珀酸單硬脂酸甘油酯、聚 氧乙烯（20)-琥珀酸單棕櫚酸甘油酯或聚氧乙烯（20)-琥珀酸單月桂酸甘油酯，導電促進 劑選自活性納米氧化鋅或活性納米氧化鋁。
[0011] (2)按重量比，將100份步驟（1)中獲得的活化樹脂、1-10份成核劑、1-20份馬來 酸酐接枝聚烯烴交聯(lián)劑與1-10份發(fā)泡助劑混合并高速攪拌10-30分鐘得樹脂混合料，所述 成核劑選自納米硫酸鋇、納米滑石粉，所述發(fā)泡助劑選自分子蒸餾單硬脂酸甘油酯、分子蒸 餾單油酸甘油酯或分子蒸餾單棕櫚酸甘油酯。
[0012] (3)將步驟（2)所得的樹脂混合料通過料斗平均加入到一臺平行同向雙螺桿擠出 機和一臺嚙合異向雙螺桿擠出機中，升溫至135-150°C熔融形成樹脂熔體，樹脂熔體從所述 兩臺雙螺桿擠出機擠出進入夾套反應釜，控制夾套反應釜的壓力在35-45MPa，樹脂熔體隨 后進入單螺桿擠出機進一步混合熔融。
[0013] (4)樹脂熔體從單螺桿擠出機擠出后進入混合冷卻裝置，將超臨界二氧化碳注入 混合冷卻裝置，超臨界二氧化碳自鋼管的噴頭噴出與樹脂熔體接觸混合。
[0014] (5)當混合冷卻裝置開口端處壓力達到20-30MPa時，打開出料口混合料從成型裝 置擠出成型。
[0015] 在一個優(yōu)選實施方案中，步驟1中的基本樹脂體為共聚聚丙烯，其熔融指數(shù)為6. 5 克/10分鐘。
[0016] 在一個優(yōu)選實施方案中，步驟1中的基本樹脂體為共聚聚丙烯、線性高密度聚乙 烯和線性低密度聚乙烯的混合物，其中共聚聚丙烯的熔融指數(shù)為6. 5克/10分鐘。
[0017] 在一個優(yōu)選實施方案中，步驟5中混合料從平口模擠出成型。
[0018] 本發(fā)明的生產(chǎn)方法中，聚烯烴樹脂的交聯(lián)發(fā)生在步驟（3)。在雙螺桿擠出機內(nèi)，化 學交聯(lián)劑在135_150°C下分解，樹脂在混煉的過程中進行化學交聯(lián)，然后進入到夾套反應釜 中，在壓力和熱的平衡下進行物理交聯(lián)。
[0019] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明生產(chǎn)設備的三階擠出組中夾套反應釜的設置能控制樹脂熔體從雙螺桿擠出機 擠出后進入單螺桿擠出機時的壓力，確保安全生產(chǎn)；樹脂在三階擠出機組內(nèi)能先后完成的 物理和化學交聯(lián)過程，解決了用化學交聯(lián)劑交聯(lián)的材料粘著于載帶的問題，亦可彌補熱輻 射交聯(lián)法的不足從而得到高強度的聚烯烴樹脂，有利于最終的微發(fā)泡效果。
[0020] 三階擠出組中的雙螺桿擠出機的料筒冷卻裝置使用超臨界二氧化碳作為冷卻介 質(zhì)，其與夾套反應釜聯(lián)用實現(xiàn)了冷卻介質(zhì)超臨界二氧化碳的循環(huán)利用，不僅避免了傳統(tǒng)水 冷方式的缺陷，也節(jié)約了冷卻介質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本。
[0021] 使用本生產(chǎn)設備生產(chǎn)交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材時，樹脂與超臨界二氧化碳不在螺 桿機內(nèi)混合，而是在本發(fā)明的生產(chǎn)設備中的混合冷卻裝置中與超臨界二氧化碳混合，這樣 可以避免樹脂熔體在螺桿機內(nèi)滯留。超臨界二氧化碳通過噴頭以一定壓力噴出與樹脂熔體 接觸，能達到均勻混合的目的，同時超臨界二氧化碳作為冷卻介質(zhì)通過熱交換也起到冷卻 作用，最終可以得到理想的微孔發(fā)泡效果。
[0022] 利用本發(fā)明生產(chǎn)設備生產(chǎn)的發(fā)泡板材與現(xiàn)有的EPE相比具有優(yōu)異的力學性能和 永久性抗靜電性能。
【附圖說明】
[0023] 圖1為三階擠出機組工藝流程圖 圖2為雙螺桿擠出機料筒冷卻裝置的結構示意圖 圖3為三階擠出機組中冷卻用超臨界二氧化碳循環(huán)示意圖 圖4為混合冷卻裝置的主視圖 圖5為混合冷卻裝置的軸側圖 圖6為混合冷卻裝置的剖面圖
【具體實施方式】
[0024] 以下結合附圖對本發(fā)明的生產(chǎn)設備的結構進行具體描述，對于本領域的技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可做出若干變形和改進，這些也應視為屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0025] -種交聯(lián)聚烯烴微孔發(fā)泡板材的生產(chǎn)設備包括依次連接的活化釜、攪拌裝置、三 階擠出機組、混合冷卻裝置和成型裝置。
[0026] 其中，三階擠出機組包括一臺平行同向雙螺桿擠出機、一臺嚙合異向雙螺桿擠出 機、夾套反應釜和一臺單螺桿擠出機，所述兩臺雙螺桿擠出機并聯(lián)后依次連接夾套反應釜 和單螺桿擠出機，三階擠出機組的工藝流程如圖1所示，樹脂分別在兩臺雙螺桿擠出機中 混煉熔融后形成樹脂熔體，樹脂熔體隨后進入夾套反應釜，在反應釜內(nèi)停留調(diào)整壓力和溫 度，再進入單螺桿擠出機進一步混煉熔融。
[0027] 如圖4所示，混合冷卻裝置包括一個具有進口端201和出口端202的筒狀殼體 200,近殼體進口端201處沿徑向設置一個緩沖模塊203,該緩沖模塊203與進口端201處 的殼壁構成一個腔體，稱為初級緩沖室204,近殼體出口端202處沿徑向設置一個緩沖模塊 205,該緩沖模塊205與出口端202處的殼壁構成一個腔體，稱為次級緩沖室206,殼體200 內(nèi)部在兩個緩沖模塊203與205間設置用于輸送超臨界二氧化碳的鋼管207和樹脂擋板 208,所述鋼管207在分別在兩個緩沖模塊203, 205處聯(lián)通，其中兩根鋼管的端部設有二氧 化碳噴頭209, 210,殼體200外側近出口端202處設置一個超臨界二氧化碳入口 211，該入 口 211與輸送超臨界二氧化碳的鋼管207聯(lián)通，在殼體200外側近進口端201處設置一個 與殼體200聯(lián)通的超臨界二氧化碳出口 212 ;所述成型裝置緊鄰混合冷卻裝置的出口端。
[0028] 在一個優(yōu)選實施方案