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關(guān)于森朗儀器發(fā)泡工藝,分為化學(xué)發(fā)泡設(shè)備與物理發(fā)泡設(shè)備,本篇主要介紹板材、粉末、塑料粒子發(fā)泡高壓高溫反應(yīng)設(shè)備,一般由如下系統(tǒng)構(gòu)成:
一、核心反應(yīng)系統(tǒng)
核心反應(yīng)系統(tǒng)是發(fā)泡反應(yīng)的核心載體,直接決定發(fā)泡產(chǎn)品的成型質(zhì)量,森朗儀器根據(jù)板材、粉末、塑料粒子的不同發(fā)泡需求,采用定制化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),適配不同物料的裝載、反應(yīng)及出料場(chǎng)景。
1.反應(yīng)釜本體:采用耐高溫、耐高壓合金材質(zhì),世紀(jì)森朗反應(yīng)釜可承受壓力范圍10-50MPa、溫度范圍室溫~750℃,承載超臨界CO?發(fā)泡的工況。此外針對(duì)不同物料設(shè)計(jì)專屬結(jié)構(gòu):板材發(fā)泡采用長(zhǎng)方體釜體,配備可調(diào)節(jié)夾持裝置,確保板材平整受力、發(fā)泡均勻;粉末發(fā)泡采用圓柱形釜體,內(nèi)置防掛壁結(jié)構(gòu),避免粉末結(jié)塊、附著釜壁;塑料粒子發(fā)泡采用帶導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的圓柱形釜體,便于粒子與超臨界CO?充分接觸,同時(shí)預(yù)留粒子循環(huán)通道,適配連續(xù)式發(fā)泡需求。釜體容積可根據(jù)客戶需求定制(10ml-100L),兼顧實(shí)驗(yàn)室小批量研發(fā)與中試生產(chǎn)。
2.釜體密封系統(tǒng):采用A型雙線密封結(jié)構(gòu),有效解決高溫高壓工況下的CO?泄漏問題,密封壽命長(zhǎng)、維護(hù)便捷。密封件選用耐超臨界CO?腐蝕、耐高溫的特種材料,適配長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,同時(shí)配備密封監(jiān)測(cè)裝置,實(shí)時(shí)反饋密封狀態(tài),出現(xiàn)泄漏時(shí)及時(shí)報(bào)警,保障設(shè)備運(yùn)行安全。
3.內(nèi)置輔助裝置:根據(jù)物料特性配置專屬輔助部件——板材發(fā)泡釜內(nèi)置恒溫導(dǎo)熱板,確保板材上下表面溫度均勻,避免局部發(fā)泡過度或不足;粉末發(fā)泡釜內(nèi)置高速攪拌裝置(轉(zhuǎn)速0-500r/min可調(diào)),采用錨式或槳式攪拌槳,實(shí)現(xiàn)粉末與超臨界CO?的均勻混合,防止局部成核不均;
二、超臨界CO?供給與調(diào)控系統(tǒng)
該系統(tǒng)是物理發(fā)泡的“核心動(dòng)力源",主要功能是將普通CO?轉(zhuǎn)化為超臨界狀態(tài),并精準(zhǔn)控制其注入量、壓力、溫度,確保超臨界CO?與物料高效溶脹、成核,是決定泡孔尺寸、密度的關(guān)鍵系統(tǒng),森朗儀器采用高精度調(diào)控組件,保障參數(shù)穩(wěn)定性。
1. CO?儲(chǔ)存與預(yù)處理單元:配備高壓CO?儲(chǔ)罐,用于儲(chǔ)存液態(tài)CO?,儲(chǔ)罐內(nèi)置液位監(jiān)測(cè)裝置,實(shí)時(shí)顯示CO?剩余量;預(yù)處理模塊包含過濾器、干燥器,可去除CO?中的水分、雜質(zhì),避免雜質(zhì)影響發(fā)泡質(zhì)量,同時(shí)防止水分腐蝕設(shè)備管路。
2. 增壓與汽化單元:采用高壓柱塞泵,將液態(tài)CO?增壓至超臨界壓力(通常10-30MPa,可根據(jù)工藝需求調(diào)節(jié));增壓后的CO?進(jìn)入汽化器,通過電加熱方式將其加熱至超臨界溫度(31.1℃以上),實(shí)現(xiàn)CO?從液態(tài)到超臨界態(tài)的轉(zhuǎn)化。森朗儀器的增壓泵采用變頻控制,壓力調(diào)節(jié)精度可達(dá)±0.1MPa,汽化器配備恒溫控制系統(tǒng),溫度波動(dòng)≤±1℃,確保超臨界CO?的狀態(tài)穩(wěn)定。
3. 計(jì)量與注入單元:配備高精度質(zhì)量流量計(jì),精準(zhǔn)計(jì)量超臨界CO?的注入量,注入量可通過控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié);注入管路采用耐高溫高壓管路,配備單向閥、截止閥,防止超臨界CO?回流,同時(shí)管路外層包裹保溫層,避免CO?在輸送過程中溫度下降,確保進(jìn)入反應(yīng)釜的CO?始終處于超臨界狀態(tài)。此外,針對(duì)不同物料,設(shè)計(jì)專屬注入方式:板材發(fā)泡采用多點(diǎn)均勻注入,粉末與粒子發(fā)泡采用環(huán)形注入,提升CO?與物料的接觸效率。
4. 壓力調(diào)控單元:包含壓力傳感器、壓力調(diào)節(jié)閥、泄壓閥,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的壓力變化,當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí),泄壓閥自動(dòng)開啟泄壓;當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí),增壓泵自動(dòng)補(bǔ)壓,確保反應(yīng)釜內(nèi)壓力始終穩(wěn)定在工藝設(shè)定范圍。森朗儀器的壓力調(diào)控系統(tǒng)支持分段壓力控制,可根據(jù)發(fā)泡工藝的不同階段(溶脹階段、成核階段、生長(zhǎng)階段)設(shè)定不同壓力值,適配復(fù)雜發(fā)泡工藝需求。
溫度是超臨界CO?發(fā)泡的核心參數(shù)之一,直接影響CO?的溶脹效率、泡孔成核速率、泡孔生長(zhǎng)狀態(tài),該系統(tǒng)的核心功能是確保反應(yīng)釜內(nèi)溫度均勻、穩(wěn)定,適配不同發(fā)泡工藝的溫度需求,森朗儀器采用多維度恒溫設(shè)計(jì),解決局部溫度差異問題。
1. 釜體加熱單元:采用夾套式加熱或電加熱兩種方式(可根據(jù)客戶需求選擇)——夾套式加熱通過導(dǎo)熱油循環(huán)加熱,升溫均勻;電加熱模塊加熱升溫速度快,控溫精度高。
2. 溫度監(jiān)測(cè)與調(diào)控單元:反應(yīng)釜內(nèi)、夾套/加熱層、均配備高精度溫度傳感器,實(shí)時(shí)采集各節(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù),傳輸至控制系統(tǒng);控制系統(tǒng)通過PID恒溫算法,自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率,確保反應(yīng)釜內(nèi)溫度均勻,溫度波動(dòng)≤±1℃。同時(shí),配備溫度保護(hù)裝置,當(dāng)溫度超過設(shè)定上時(shí),自動(dòng)切斷加熱電源,防止設(shè)備損壞或物料變質(zhì)。
3. 降溫單元:發(fā)泡反應(yīng)結(jié)束后,需要快速將反應(yīng)釜降溫至室溫,便于出料和后續(xù)處理。森朗儀器的降溫單元采用水冷或風(fēng)冷兩種方式,水冷方式降溫速度快,適合對(duì)降溫效率要求高的工藝;風(fēng)冷方式節(jié)能、環(huán)保,適合小規(guī)模研發(fā)場(chǎng)景。降溫過程中,溫度控制系統(tǒng)同步工作,避免降溫過快導(dǎo)致釜體溫差過大、產(chǎn)生應(yīng)力,同時(shí)防止泡孔因驟冷而塌陷。

超臨界發(fā)泡裝置圖
四、物料處理與出料系統(tǒng)
該系統(tǒng)適配板材、粉末、塑料粒子三種不同物料的進(jìn)料、反應(yīng)過程輔助及出料需求,重點(diǎn)解決物料裝載、混合、出料過程中的結(jié)塊、破損、發(fā)泡不均等問題,確保生產(chǎn)連續(xù)性和產(chǎn)品一致性。
1. 進(jìn)料單元:根據(jù)物料形態(tài)設(shè)計(jì)專屬進(jìn)料方式——板材進(jìn)料采用手動(dòng)或電動(dòng)牽引式進(jìn)料,配備定位裝置,確保板材精準(zhǔn)放入釜體,避免偏移;粉末進(jìn)料采用密閉式螺旋進(jìn)料機(jī),防止粉末飛揚(yáng),同時(shí)可調(diào)節(jié)進(jìn)料速度,實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料;塑料粒子進(jìn)料采用振動(dòng)式進(jìn)料斗,配備篩選裝置,去除粒子中的雜質(zhì)、碎粒,進(jìn)料過程中可實(shí)現(xiàn)粒子的均勻鋪撒,避免堆積。所有進(jìn)料方式均采用密閉設(shè)計(jì),防止超臨界CO?泄漏,同時(shí)避免物料被污染。
2. 出料單元:針對(duì)不同物料的成型特點(diǎn),設(shè)計(jì)專屬出料結(jié)構(gòu)——板材發(fā)泡釜采用側(cè)開門或上開門結(jié)構(gòu),配備牽引裝置,可將發(fā)泡后的板材平穩(wěn)拉出,避免板材破損、變形;粉末發(fā)泡釜采用底部卸料閥,配備篩分裝置,可將發(fā)泡后的粉末進(jìn)行分級(jí)篩選,去除未發(fā)泡的結(jié)塊粉末,同時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)出料;塑料粒子發(fā)泡釜采用底部旋轉(zhuǎn)出料裝置,出料速度可調(diào),同時(shí)配備冷卻通道,將發(fā)泡后的粒子快速冷卻定型,避免粒子粘連。
3. 后處理單元:配備簡(jiǎn)易后處理接口,可銜接干燥機(jī)、篩分機(jī)、裁切機(jī)等輔助設(shè)備—板材發(fā)泡后可直接銜接裁切機(jī),根據(jù)需求裁切尺寸;粉末發(fā)泡后銜接干燥機(jī),去除殘留的CO?和水分;塑料粒子發(fā)泡后銜接篩分機(jī),分級(jí)篩選不同粒徑的發(fā)泡粒子,提升產(chǎn)品附加值。
森朗儀器采用全自動(dòng)智能控制系統(tǒng),整合所有系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)控、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、操作控制,實(shí)現(xiàn)發(fā)泡工藝的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化運(yùn)行,降低人工操作難度,同時(shí)便于工藝參數(shù)的存儲(chǔ)、調(diào)用和優(yōu)化,適配實(shí)驗(yàn)室研發(fā)與規(guī)模化生產(chǎn)。
1. 操作界面:采用7-15英寸觸摸屏操作面板,界面簡(jiǎn)潔直觀,可實(shí)時(shí)顯示各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)(壓力、溫度、CO?注入量、攪拌轉(zhuǎn)速等),同時(shí)支持手動(dòng)/自動(dòng)兩種操作模式——手動(dòng)模式適合實(shí)驗(yàn)室工藝調(diào)試,可單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)系統(tǒng)的參數(shù);自動(dòng)模式適合批量生產(chǎn),預(yù)設(shè)工藝參數(shù)后,設(shè)備可自動(dòng)完成進(jìn)料、超臨界CO?制備、發(fā)泡反應(yīng)、降溫、出料全流程,無需人工干預(yù)。
2. 參數(shù)存儲(chǔ)與調(diào)用:支持多組工藝參數(shù)存儲(chǔ)(可存儲(chǔ)100-500組),針對(duì)不同物料、不同發(fā)泡需求,可預(yù)設(shè)專屬工藝參數(shù),后續(xù)使用時(shí)直接調(diào)用,無需重復(fù)調(diào)試;同時(shí)具備參數(shù)導(dǎo)出功能,可將工藝參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel格式,便于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、分析和工藝優(yōu)化。
3. 遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警:可選配遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊,通過電腦、手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)工藝參數(shù);配備報(bào)警系統(tǒng),當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)壓力異常、溫度異常、CO?泄漏、電機(jī)故障等問題時(shí),會(huì)通過聲光報(bào)警提醒操作人員,同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急處理程序(如泄壓、停機(jī)),保障設(shè)備和操作人員安全。此外,系統(tǒng)內(nèi)置故障診斷功能,可快速定位故障點(diǎn),便于維護(hù)檢修。
考慮到設(shè)備運(yùn)行在高溫高壓工況下,森朗儀器將安全保障作為核心設(shè)計(jì)要點(diǎn),配備多重安全防護(hù)裝置,規(guī)避運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),符合國(guó)家高壓設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn),保障操作人員和設(shè)備安全。
1.卡環(huán)材質(zhì)采用35鉻鉬合金該材料具有高強(qiáng)度靜力性能、良好沖擊韌性及優(yōu)異高溫穩(wěn)定性,淬透性優(yōu)于40Cr鋼,可在500℃環(huán)境下長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的蠕變強(qiáng)度與持久強(qiáng)度,能夠良好的承受高壓下釜蓋釜體配合所帶來的沖擊。
2. 壓力安全防護(hù):除了壓力調(diào)控單元的泄壓閥、壓力報(bào)警外,額外配備安全爆破片,當(dāng)壓力出現(xiàn)異常時(shí),爆破片自動(dòng)破裂泄壓,防止釜體爆炸;反應(yīng)釜釜蓋配備安全聯(lián)鎖裝置,只有當(dāng)釜內(nèi)壓力降至常壓時(shí),釜蓋才能開啟,避免高壓氣體噴出傷人。
3. 溫度安全防護(hù):溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各節(jié)點(diǎn)溫度,當(dāng)溫度超過設(shè)定上時(shí),自動(dòng)切斷加熱電源,同時(shí)啟動(dòng)降溫系統(tǒng),快速降低釜體溫度;加熱單元配備過載保護(hù),防止加熱絲燒毀、短路。
4. 泄漏安全防護(hù):設(shè)備管路、釜體密封處配備泄漏檢測(cè)儀,當(dāng)檢測(cè)到CO?泄漏時(shí),立即啟動(dòng)聲光報(bào)警,同時(shí)切斷CO?供給,開啟通風(fēng)裝置,將泄漏的CO?排出,避免操作人員缺氧、中毒;設(shè)備整體放置在防爆防護(hù)罩內(nèi)(可選配),進(jìn)一步提升安全防護(hù)等級(jí)。
5. 應(yīng)急防護(hù):配備緊急停機(jī)按鈕,遇到突發(fā)情況時(shí),操作人員可快速按下按鈕,切斷設(shè)備所有電源,停止所有運(yùn)行程序;設(shè)備周邊還需要配備CO?急救箱、滅火器等應(yīng)急物資,應(yīng)對(duì)突發(fā)安全事件。
以上六大主要系統(tǒng)協(xié)同工作,構(gòu)成森朗儀器超臨界CO?粒子發(fā)泡高壓高溫反應(yīng)設(shè)備的完整體系。該設(shè)備相較于傳統(tǒng)發(fā)泡設(shè)備,具有環(huán)保(無有害發(fā)泡劑殘留)、參數(shù)精準(zhǔn)、適配性廣、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),可滿足板材、粉末、塑料粒子等多種物料的發(fā)泡需求,既能用于實(shí)驗(yàn)室的工藝研發(fā)、參數(shù)優(yōu)化,也能用于中試及小規(guī)模量產(chǎn),助力客戶實(shí)現(xiàn)發(fā)泡技術(shù)的升級(jí)與產(chǎn)品創(chuàng)新。
世紀(jì)森朗,專注品質(zhì),深耕工藝。為定制化設(shè)備賦予高適配性,強(qiáng)安全性以及操作便捷性,為中國(guó)科研的發(fā)展提供核技術(shù)支撐、全鏈條服務(wù)保障與創(chuàng)新突破動(dòng)能,助力科研團(tuán)隊(duì)攻克超臨界聚合發(fā)泡領(lǐng)域核心難題,加速材料從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程,用靠譜裝備與專業(yè)服務(wù),護(hù)航每一項(xiàng)科研探索,賦能中國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)向綠色化持續(xù)邁進(jìn)。
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