一种高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线的制作方法

[0001]本实用新型涉及高分子材料超临界流体发泡染色加工技术领域，更具体地说，是涉及一种高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线。背景技术：[0002]中国发明专利cn 109385058公开了一种超临界流体制备聚合物无模立体结构发泡制品的方法，包括超临界流体输送系统、立体发泡系统、预热系统，将聚合物原料加压成型得发泡预塑件，然后将发泡预塑件在预热系统内预热，升温至预热温度后将发泡预塑件送入立体发泡系统内，通入超临界流体，超临界流体向聚合物溶胀扩散完成后泄压，完成发泡。该发泡方法只有发泡过程，若需要同时需要彩色材料则无法实现。同时发泡过程需要预热系统进行处理后，再进入发泡系统进行发泡，操作步骤多，需要多个系统设备来实施，生产时间长，成本高，对于需要多种色彩的材料无法实现。技术实现要素：[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线。[0004]为实现上述目的，本实用新型第一方面提供了一种高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线，包括用于发泡和/或染色的发泡染色釜、用于控制发泡染色釜的操作压力的压力控制模块、用于将co2与染色后剩余的染料分离的染料分离模块、用于将co2液化并存储的流体液化存储模块、用于对co2进行加压的流体加压输送模块、用于对co2进行加热的流体加热模块、以及用于与co2配合将染料循环输送至发泡染色釜中进行染色的染色循环模块，所述压力控制模块与发泡染色釜的第一个流体出口相连接，所述染料分离模块连接在压力控制模块与流体液化存储模块之间，所述流体加压输送模块连接在流体液化存储模块与流体加热模块之间，所述流体加热模块分别与发泡染色釜的流体入口和染色循环模块相连接，所述染色循环模块分别与发泡染色釜的流体入口和发泡染色釜的第二个流体出口相连接。[0005]作为优选的实施方式，所述发泡染色釜包括釜体、端盖、搅拌驱动器和搅拌桨，所述釜体为卧式设置，所述端盖密封安装在釜体的开口端内部，所述搅拌驱动器轴向安装在釜体的封头端，所述搅拌驱动器的搅拌轴穿过釜体伸入到釜体的内部，所述搅拌轴与位于釜体内部的搅拌桨相连接，所述端盖采用楔块式快开锁盖机构与釜体实现锁盖和开盖。[0006]作为优选的实施方式，所述压力控制模块包括自动压力调节阀，所述自动压力调节阀的入口端与发泡染色釜的第一个流体出口之间设有第一开关阀门，所述自动压力调节阀的出口端连接染料分离模块。[0007]作为优选的实施方式，所述染料分离模块包括蒸发器和染料回收分离釜，所述蒸发器的入口端连接压力控制模块，所述蒸发器的出口端连接染料回收分离釜的入口端，所述染料回收分离釜的出口端连接流体液化存储模块，所述染料回收分离釜的回收口设有第二开关阀门。[0008]作为优选的实施方式，所述流体液化存储模块包括冷凝器、co2循环储罐、co2补给储罐和co2输送泵，所述冷凝器的入口端与染料分离模块相连接，所述冷凝器的出口端与co2循环储罐的入口端相连接，所述co2循环储罐的出口端连接流体加压输送模块，所述co2输送泵连接在co2补给储罐的出口端与co2循环储罐的流体补充口之间，所述co2输送泵与co2补给储罐之间设有第三开关阀门。[0009]作为优选的实施方式，所述流体加压输送模块包括co2高压泵，所述co2高压泵的入口端与流体液化存储模块的出口端相连接，所述co2高压泵的出口端与流体加热模块相连接。[0010]作为优选的实施方式，所述流体加热模块包括加热器，所述加热器的出口端设有第四开关阀门，所述第四开关阀门的出口端分别连接发泡染色釜的流体入口和染色循环模块。[0011]作为优选的实施方式，所述染色循环模块包括染色循环泵和染料釜，所述染色循环泵的出口端与发泡染色釜的流体入口之间设有第五开关阀门，所述染料釜的出口端连接染色循环泵的入口端，所述染料釜的入口端与发泡染色釜的第二个流体出口之间设有第六开关阀门。[0012]作为优选的实施方式，该生产线还包括用于在发泡操作时提供n2的n2供给模块，所述n2供给模块的出口端连接在流体加压输送模块与流体加热模块之间，所述n2供给模块包括n2储罐、n2高压泵和汽化器，所述n2储罐的出口端与n2高压泵的入口端之间设有第七开关阀门，所述汽化器的入口端连接n2高压泵的出口端，所述汽化器的出口端连接在流体加压输送模块与流体加热模块之间。[0013]作为优选的实施方式，该生产线还包括用于使发泡结束后的高压流体在进行泄压放空时降低噪音的放空模块，所述放空模块与发泡染色釜的第一个流体出口相连接，所述放空模块包括消音器和第八开关阀门，所述第八开关阀门连接在消音器与发泡染色釜的第一个流体出口之间。[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：[0015]1、本实用新型的生产线集高分子材料一步发泡和超临界流体染色功能为一体，在发泡染色釜一个装置中可分不同工艺阶段完成预热、发泡和染色操作，可制得尺寸准确、泡孔细密、硬度可控的微孔发泡制品，同时可实现发泡制品的染色，其结构简单，设计合理，功能全面，操作方便，生产效率高，产品质量好，成本低。[0016]2、本实用新型的生产线的操作灵活，可以对高分子材料进行染色发泡、单纯发泡或单纯染色操作。附图说明[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018]图1是本实用新型实施例提供的高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线的模块框图；[0019]图2是本实用新型实施例提供的高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线的结构示意图；[0020]图3是本实用新型实施例提供的发泡染色釜的剖面图。具体实施方式[0021]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0022]实施例一[0023]请参考图1，本实用新型的实施例一提供了一种高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线，包括用于发泡和/或染色的发泡染色釜1、用于控制发泡染色釜1的压力的压力控制模块2、用于将co2与染色后剩余的染料分离的染料分离模块3、用于将co2液化并存储的流体液化存储模块4、用于对co2进行加压的流体加压输送模块5、用于对co2进行加热的流体加热模块6、以及用于与co2配合将染料循环输送至发泡染色釜1中进行染色的染色循环模块7，压力控制模块2与发泡染色釜1的第一个流体出口相连接，染料分离模块3连接在压力控制模块2与流体液化存储模块4之间，流体加压输送模块5连接在流体液化存储模块4与流体加热模块6之间，流体加热模块6分别与发泡染色釜1的流体入口和染色循环模块7相连接，染色循环模块7分别与发泡染色釜1的流体入口和发泡染色釜1的第二个流体出口相连接。[0024]作为本实施例的进一步改进，根据需要，该生产线还可以增设有用于使发泡结束后的高压流体在进行泄压放空时降低噪音的放空模块8，放空模块8与发泡染色釜1的第一个流体出口相连接.[0025]作为本实施例的又一改进，根据需要，该生产线还可以增设有用于在发泡操作时提供n2的n2供给模块9，n2供给模块9的出口端连接在流体加压输送模块5与流体加热模块6之间。[0026]本实施例一的高分子材料制品的发泡和染色一体化生产方法包括以下步骤：[0027](1)材料装填：将高分子材料预制件放入到发泡染色釜1，以及将染色用染料装入到染色循环模块7；[0028](2)超临界流体染色：将流体液化存储模块4中的co2依次经过流体加压输送模块5的加压和流体加热模块6的加热后气化注入到发泡染色釜1中，当co2达到满足染色工艺要求的超临界状态时，停止加压，之后启动染色循环模块7进入染色循环过程，使处于超临界状态的co2进入染色循环模块7并溶解染色循环模块7中的染料，co2携带染料返回发泡染色釜1，使发泡染色釜1内的高分子材料预制件染上所需要的颜色，当染色达到要求后，co2从发泡染色釜1内流出并经压力控制模块2减压，以及经染料分离模块3将co2与染色后剩余的染料分离，使分离染料后的co2进入流体液化存储模块4进行液化存储；[0029](3)一步发泡：当染色过程结束后，按照发泡所需的流体比例，往发泡染色釜1内注入经流体加压输送模块5的加压和流体加热模块6的加热后的co2和/或n2，当达到发泡工艺要求时，停止加压，开始发泡操作；[0030](4)卸料：当发泡过程结束后，打开发泡染色釜1，取出发泡染色釜1内的经发泡和染色后的高分子材料制品。[0031]其中，高分子材料预制件可以包括但不局限于由聚乙烯、聚乳酸、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮，橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、热塑性弹性体中的任意一种或其组合物制成的片状、粒状、或立体的物体。[0032]染料可以包括但不局限于分散染料、冰染染料、阳离子染料、活性染料、酸性染料、缩聚染料中的任意一种或其组合。[0033]根据高分子材料制品的材料的不同，染色和发泡的温度可以分别控制在60℃～200℃，染色和发泡的压力可以分别控制在10mpa～35mpa，染色和发泡的时间可以分别控制在40分钟～180分钟。[0034]根据高分子材料制品的材料的不同，染色、发泡的流体可以为co2、n2的一种或两种比例混合。[0035]根据发泡要求的不同，上述流体组合可在一个发泡过程中采取不同方案多次重复。[0036]根据需要，可以对高分子材料进行染色发泡、单纯发泡或单纯染色操作。[0037]实施例二[0038]本实用新型的实施例二提供了一种高分子材料制品的发泡和染色一体化生产线，其也包括上述实施一所述的用于发泡和/或染色的发泡染色釜1、用于控制发泡染色釜1的压力的压力控制模块2、用于将co2与染色后剩余的染料分离的染料分离模块3、用于将co2液化并存储的流体液化存储模块4、用于对co2进行加压的流体加压输送模块5、用于对co2进行加热的流体加热模块6、以及用于与co2配合将染料循环输送至发泡染色釜1中进行染色的染色循环模块7，在上述实施例一的基础上，本实施例二的生产线的各个组成部分做出了以下改进：[0039]如图2和图3所示，发泡染色釜1是该生产线的主体设备，为卧式高压釜，具体的，发泡染色釜1可以包括釜体11、端盖12、搅拌驱动器115和搅拌桨116，釜体11为卧式设置，这样便于物料的装载作业、清洁作业或其他操作，釜体11的内部中空，且釜体11的一端开口形成开口端，另一端封闭形成封头端。此外，釜体11上设有分别连通其内部的流体入口16和两个流体出口17，流体入口16可以开设在釜体11的封头端，流体出口17可以开设在釜体11的顶部和/或底部并靠近釜体11的开口端。[0040]搅拌驱动器115轴向安装在釜体11的封头端，搅拌驱动器115的搅拌轴穿过釜体11伸入到釜体11的内部，拌驱动器115的搅拌轴与位于釜体11内部的搅拌桨116相连接，搅拌驱动器115能够带动搅拌桨116旋转。在本实施例中，搅拌驱动器115可以优选设置为磁力搅拌机。搅拌驱动器能够带动搅拌桨旋转，带动釜体内部的流体产生对流循环，加大对流传热，改善釜内温度的均匀分布程度，使釜体内各处温度趋于一致，保证了发泡产品的形状、参数的一致性，提高产品的成品率。[0041]由于搅拌驱动器115的搅拌轴需要穿过釜体11的孔位，因此搅拌驱动器115与釜体11的封头端之间需要通过第一密封圈117实现高压自紧式密封。[0042]较佳的，搅拌驱动器115可以与釜体11的轴线偏心安装。其中，搅拌桨由于搅拌驱动器与釜体的轴线偏心安装，更有利于促使釜内的流体形成对流。[0043]如图3所示，端盖12密封安装在釜体11的开口端内部，端盖12能够封闭釜体11的开口，其中，端盖12与釜体11的内壁之间设有o型的第二密封圈19，端盖12可以通过第二密封圈19与釜体11实现高压自紧式密封。[0044]如图3所示，釜体11的内部放置有物料框13，物料框13的一端与端盖12的内端部固定连接，物料框13设置为用于装载或悬挂物料的框式结构，其中，端盖与物料框相连组成一体化结构能够使得物料框的进/出与端盖开/关成为一体，这样端盖只需要沿轴向一个方向运动，使得操作更加简便，开盖后，端盖无需因物料框的进出而需要发生径向的避位运动，简化了开盖操作，节省了操作空间。[0045]较佳的，物料框13的底部还可以设有导向轮114，方便物料框13的进出移动。[0046]如图3所示，釜体11的外部可以设有保温夹套110，保温夹套110与釜体11之间形成有保温夹层，保温夹套110上设有分别连通保温夹层的保温介质入口111和保温介质出口112。优选的，保温介质入口111可以设置在釜体11的一端顶部，保温介质出口112可以设置在釜体11的另一端底部，保温介质可以为热水、热油等。[0047]此外，保温夹套110的外部还可以设有用于支撑整个发泡高压釜的支架113。[0048]如图3所示，端盖可以采用楔块式快开锁盖机构与釜体实现锁盖和开盖，楔块式快开锁盖机构可以包括楔块驱动装置15和楔块14，楔块驱动装置15安装在端盖12的外端部，楔块驱动装置15与楔块14传动连接。釜体11的开口端内壁上开设有用于与楔块14卡接配合的卡槽18。[0049]在本实施例中，楔块14可以优选设有五块，楔块驱动装置15可以优选设有五个，每块楔块14可以分别设置为圆弧形，五块楔块14能够组合形成环形结构，相应的，釜体11的卡槽18也可以设置为与之相匹配的环形卡槽。采用该组合式的楔块结构的锁紧效果好。具体实施时，楔块驱动装置15可以优选设置为气缸。[0050]当端盖被推入到釜体11的开口端内部后，楔块驱动装置15能够带动各自对应的楔块14往径向方向移动，从而使楔块14能够卡入到釜体11的卡槽18中锁紧端盖12。开盖时，楔块驱动装置15能够带动楔块14脱离釜体11的卡槽18。[0051]发泡高压釜的端盖是安装在釜体的开口端内部的(即内径位置处)，与采用卡箍式开盖结构的高压釜相比，端盖无需与釜体采用相同的外径尺寸，这样端盖的体积大大减小，重量轻，并且采用楔块式快开锁盖机构，楔块驱动装置能够带动各自对应的楔块往径向方向移动，从而使楔块能够卡入到釜体的开口端内壁的卡槽中锁紧端盖或者使楔块能够脱离釜体的卡槽实现开盖，其结构简单、紧凑，设计合理，密封更可靠，开/关端盖更加简便，而且随端盖一起安装在釜体的开口端内部，节省了安装空间。[0052]如图2所示，压力控制模块2可以包括自动压力调节阀21，自动压力调节阀21的入口端与发泡染色釜1的第一个流体出口之间设有第一开关阀门22，自动压力调节阀21的出口端连接染料分离模块3。自动压力调节阀21可以按照工艺要求控制发泡染色釜的操作压力。[0053]如图2所示，染料分离模块3可以包括蒸发器31和染料回收分离釜32，蒸发器31的入口端连接自动压力调节阀21，蒸发器31的出口端连接染料回收分离釜32的入口端，染料回收分离釜32的出口端连接流体液化存储模块4，染料回收分离釜32的回收口设有第二开关阀门33。其中，染料分离回收釜可以设置为快开式高压容器，回收染色过程中剩余的染料。[0054]如图2所示，流体液化存储模块4可以包括冷凝器41、co2循环储罐42、co2补给储罐43和co2输送泵44，冷凝器41的入口端与染料回收分离釜32相连接，冷凝器41的出口端与co2循环储罐42的入口端相连接，co2循环储罐42的出口端连接流体加压输送模块5，co2输送泵44连接在co2补给储罐43的出口端与co2循环储罐42的流体补充口之间，co2输送泵44与co2补给储罐43之间设有第三开关阀门45。[0055]其中，冷凝器41可以设置为列管式换热器，其作用是将染料分离回收釜分离出来的co2气体降温液化成为液态存放于co2循环储罐。co2补给储罐存放液态co2以补充co2循环储罐的损耗。随着生产线的运行，co2会有损耗，当co2循环储罐中液态co2储量小于规定值时，需要由co2补给储罐向co2循环储罐添加。[0056]如图2所示，流体加压输送模块5可以包括co2高压泵51，co2高压泵51的入口端与co2循环储罐42的出口端相连接，co2高压泵51的出口端与流体加热模块6相连接。[0057]如图2所示，流体加热模块6可以包括可以包括加热器61，加热器61的入口端连接co2高压泵51的出口端，加热器61的出口端设有第四开关阀门62，第四开关阀门62的出口端分别连接发泡染色釜1的流体入口和染色循环模块7。加热器61能够为co2和n2流体加热。[0058]如图2所示，染色循环模块7可以包括染色循环泵71和染料釜72，染色循环泵71的出口端与发泡染色釜1的流体入口之间设有第五开关阀门73，染料釜72的出口端连接染色循环泵71的入口端，染料釜72的入口端与发泡染色釜1的第二个流体出口之间设有第六开关阀门74。染料釜72内存放有染料，用于染色操作。[0059]如图2所示，放空模块8可以包括消音器81和第八开关阀门82，第八开关阀门82连接在消音器81与发泡染色釜1的第一个流体出口之间。[0060]如图2所示，n2供给模块9可以包括n2储罐91、n2高压泵92和汽化器93，n2储罐91的出口端与n2高压泵92的入口端之间设有第七开关阀门94，汽化器93的入口端连接n2高压泵92的出口端，汽化器93的出口端连接在co2高压泵51与加热器61之间。n2储罐91存放液态n2，用于发泡操作。[0061]本实施例二的高分子材料制品的发泡和染色一体化生产方法包括以下步骤：[0062](1)材料装填：将高分子材料预制件放入到发泡染色釜1，以及将染色用染料装入到染料釜72；[0063](2)超临界流体染色：材料装填结束后，关闭第一开关阀门22、第六开关阀门74、第八开关阀门82，打开第四开关阀门62，开启co2高压泵51，将co2循环储罐42中的液态co2依次经过co2高压泵51的加压和加热器61的加热后气化注入到发泡染色釜1中，发泡染色釜1内的压力逐渐升高，当co2达到满足染色工艺要求的超临界状态时(即压力和温度到达设定值时)，停止加压，关闭第四开关阀门62，打开第五开关阀门73和第六开关阀门74，发泡染色釜1使连通染料釜72和染色循环泵71，进入染色循环过程，使处于超临界状态的co2进入染色循环模块7并溶解染色循环模块7中的染料，co2携带染料返回发泡染色釜1，使发泡染色釜1内的高分子材料预制件染上所需要的颜色；当染色达到要求后，关闭第五开关阀门73和第六开关阀门74，打开第一开关阀门22，co2从发泡染色釜1内流出并经自动压力调节阀21减压，经蒸发器31加热后进入染料回收分离釜32，将co2与染色后剩余的染料分离并经第二开关阀门33回收，分离染料后的co2气体进入冷凝器41降温液化，液化后的co2进入co2循环储罐42存储，已被后续操作使用；[0064](3)一步发泡：当染色过程结束后，关闭第一开关阀门22和第八开关阀门82，按照发泡所需的流体比例加压注入co2和n2，co2由co2高压泵51将co2循环储罐42中的co2加压加入，n2由n2高压泵92将n2储罐91的液态n2加压输出，经汽化器93气化后注入，co2和n2经由加热器加热达到发泡工艺要求，当流体压力也达到要求时停止加压，开始发泡操作；发泡过程中，开启发泡染色釜1的搅拌驱动器115加强釜内流体的对流，均匀釜内温度，发泡操作中根据不同材料的要求，发泡过程可以采取几组co2和n2的不同比例组合交替进行；发泡操作结束后，打开第八开关阀门82，高压流体经消音器81泄压放空。[0065](4)卸料：当发泡过程结束后，打开发泡染色釜1，取出发泡染色釜1内的经发泡和染色后的高分子材料制品。[0066]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。