專利名稱：擠壓機和用于擠壓聚合物的方法
擠壓機和用于擠壓聚合物的方法本發(fā)明涉及一種用于聚合物的擠壓機以及一種使用所述擠壓機擠壓聚合物的方法。聚合物的擠壓在聚合物生產(chǎn)中是常見的加工步驟。一般而言，聚合物粉末可以以 所希望的速率按規(guī)定量供入進料斗，然后由重力從所述進料斗通過所謂進料口被傳送并進 入擠壓機筒狀物(其中有旋轉(zhuǎn)的螺桿(screw))。螺桿旋轉(zhuǎn)以移動聚合物沿筒狀物離開進料 口。熱能和機械能(來自螺桿)被提供給筒狀物中的聚合物粉末使其熔化。一旦熔化該聚 合物被傳送進入合適的模具并被擠壓以使聚合物成形為所希望的擠壓形狀，例如小球或者 薄膜。在工業(yè)規(guī)模的擠壓工藝中，典型的擠壓機由具有“標準”筒狀物長度的筒狀部段組 成。典型地，標準筒狀部段的全長是螺桿或者轉(zhuǎn)動體(rotor)直徑的2到3倍。按照慣例， 在工業(yè)規(guī)模下，聚合物按順序地被供入第一筒狀部段，在“下游”至少提供第二筒狀部段。至 少第三筒狀部段也是常見的，以保證聚合物在擠壓之前完全熔化。在擠壓工藝中有許多重 要的參數(shù)，包括例如筒狀物尺寸、螺桿速度、螺距和扭矩。在本領(lǐng)域中總的方向是增加擠壓 通過量，這包括盡可能地增加筒狀物的所有線性尺寸、螺桿速度和扭矩，因為這些目前是限 制因素。對聚合物的供給的主要要求是當聚合物沿筒狀物移動時充分地填充筒狀物。該聚 合物通常從漏斗通過所謂進料口的區(qū)域被供給至第一筒狀部段。典型地，進料口寬度基于 筒狀部段寬度被最大化，例如大至螺桿的極限，例如在雙螺桿或者雙轉(zhuǎn)動體擠壓機的情況 下，大至2倍的螺桿或者轉(zhuǎn)動體直徑。典型地，進料口也具有大至該擠壓機部段中的螺桿或者轉(zhuǎn)動體直徑的2倍的軸向 長度，給出長度和寬度兩者都大至螺桿直徑的2倍的進料口區(qū)域。對于雙螺桿擠壓機，聚合物粉末的供給速率一般由粉末按規(guī)定量供入漏斗的速率 控制。一般認為漏斗是“空”運轉(zhuǎn)的，“空”的意思是其中沒有有效的粉末體積并且在漏斗基 部沒有“滯留”的粉末。目前進料口區(qū)域總體上沒有對工藝產(chǎn)生限制，因而未引起關(guān)注。但是現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)當生產(chǎn)能力增加時，盡管當螺桿和筒狀物尺寸增加時，進料口區(qū)域 大體上增加(通過成比例地增加其寬度和長度)，進料口區(qū)域只按平方數(shù)學(xué)關(guān)系增加，而通 過量按立方關(guān)系增加，從而產(chǎn)生一個問題聚合物通過進料口供入筒狀物的速率不夠快以 充分地填充筒狀物。這個問題對流動性差的原料尤其重要。因而，為了滿足對更高的生產(chǎn)能力的持續(xù)地需求，需要設(shè)計一種擠壓機，相比現(xiàn)有 擠壓機其聚合物供給能力增加。因而，在第一方面，本發(fā)明提供一種擠壓機，其包括⑴兩個或者多個從(a)到(b)按順序地布置的筒狀部段 (a)上游送料筒狀部段，待擠壓的聚合物原料被供給至該上游送料筒狀部段，該上
游送料筒狀部段包括兩個或者多個螺桿，其各自具有為X的直徑； (b)下游筒狀部段，熔化的聚合物從該下游筒狀部段被傳送至模具并被擠壓以
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(ii) 一個或者多個進料口，用于在擠壓機上游端部供給待擠壓的聚合物原料進入 擠壓機，其特征在于，一個或者多個進料口(通過該進料口聚合物原料被輸入)的總面積 大于4*X2。本發(fā)明涉及具有多個(兩個或者多個)螺桿的擠壓機。該螺桿平行(或者靠近) 并且在使用中可以按相同或者相反的方向旋轉(zhuǎn)(分別為所謂聯(lián)合旋轉(zhuǎn)或者相對旋轉(zhuǎn))。該 螺桿可以是非相互嚙合、部分相互嚙合或者完全相互嚙合。最常見的類型的擠壓機具有多個螺桿，而本發(fā)明優(yōu)選的擠壓機具有兩個螺桿。這 種擠壓機的例子是雙螺桿擠壓機和雙轉(zhuǎn)動體攪拌器擠壓機。注意術(shù)語“螺桿”和“轉(zhuǎn)動體” 在擠壓機工業(yè)中廣泛使用，通常明顯的可互相替換。這里使用的術(shù)語“螺桿”意思是包括這 種螺桿和轉(zhuǎn)動體兩者，而在提及“雙螺桿擠壓機”的地方，除非另有限定，應(yīng)理解為也提及雙 轉(zhuǎn)動體擠壓機。優(yōu)選地，該擠壓機包括三個或者多個筒狀部段。為了避免疑問，盡管在本發(fā)明的方法中重要的是上游送料筒狀部段中的兩個或者 多個螺桿的直徑，每個筒狀部段包括與上游送料筒狀部段中的兩個或者多個螺桿相聯(lián)系的 (in communication with)相應(yīng)的兩個或者多個螺桿部段。本發(fā)明特征在于，一個或者多個進料口(通過該進料口聚合物原料被輸入)的總 面積大于4*X2，其中X是上游送料筒狀部段中的螺桿的直徑。在一個實施例中，本發(fā)明的目的可以這樣實現(xiàn)在第一進料口下游增加第二進料 口，或者甚至在第一進料口下游增加多個進料口，使得進料口組合的面積大于4*X2。 但是，一般優(yōu)選地使用面積大于4*X2 6<]單個進料口。優(yōu)選地，一個或者多個進料口(通過該進料口聚合物被輸入)的總面積大于5*X2， 而最優(yōu)選地大于6*X2。盡管理論上可以使用其它形狀，為了使單位長度的面積最大和設(shè)計制造的簡便， 進料口區(qū)域一般是矩形，其寬度受限于上游送料筒狀部段的寬度，例如2*X。該矩形優(yōu)選地 為圓角矩形，因為成角的拐角容易使粉末粘在其中。明顯地，為獲得上述進料口面積，進料口長度可以大于所謂“標準”筒狀物的長度。因而該進料口長度大于2*X，優(yōu)選地大于2. 5*X，而更優(yōu)選地大于3*X?？梢允褂醚由斓幕蛘摺胺菢藴省钡耐矤钗铮渚哂杏糜谏嫌嗡土贤矤畈慷蔚脑黾拥?長度。備選地，該進料口的長度/面積可以延伸進料口至第二下游筒狀部段，使得至少它的 一部分供給聚合物直接進入第二筒狀部段。例如，該擠壓機可以包括三個或者多個筒狀部 段，該筒狀部段各自具有為L的長度，而進料口具有大于L的長度。在本發(fā)明的方法中另一個重要的參數(shù)是螺距。螺距是螺桿螺線回到螺桿上相同的 徑向位置的相鄰點之間的距離。為了避免疑問，當螺桿包括多于一個螺線時，這里使用的螺 距是單獨的螺桿螺線回到相同的徑向位置時的距離，其大于相鄰的螺線之間的距離。在圖 2中也示意性地顯示了螺距。在上游送料筒狀部段中螺距和螺桿直徑之比合適地至少為1 但不大于2. 5。使用更長的螺距能夠增加擠壓機通過量。但是，不使用根據(jù)本發(fā)明的方法所述的 擴大的進料口，會發(fā)現(xiàn)當尺度增加時，這導(dǎo)致螺桿中的溝槽只被部分地填充，使得任何進一
4步的螺距的增加或者速度的增加不會帶來通過量的增加。此外在長螺距螺桿情況下，聚合 物原料的向前輸送效率下降。在第二方面，本發(fā)明提供用于聚合物的擠壓的方法，其包括供給聚合物原料至如 此處所述的擠壓機的進料口。典型地，以粉末或者小球的形式提供聚合物原料。本發(fā)明的聚合物原料優(yōu)選地為 乙烯或者丙烯聚合物，不是其均聚物，就是與另一種共聚用單體的同聚物。本發(fā)明特別地應(yīng)用于生產(chǎn)能力相對高的擠壓方法和尺寸相對大的擠壓機。典型 地，本發(fā)明應(yīng)用于上游送料筒狀部段中每個螺桿具有200mm或者更大的螺桿直徑的擠壓 機。本發(fā)明的擠壓機和方法可以用于任何聚合物粉末，甚至那些通常認為是“自由流 動”或者“易流動”的聚合物粉末，與此同時本發(fā)明特別地應(yīng)用于流動性相對差的聚合物粉末。粉末流動性典型地由剪切室(shear cell)中的試驗描述。這種試驗的一個例 子在ASTM D6773-02 “使用Schulze環(huán)剪切試驗器的用于散裝固體的標準剪切試驗方 法(Standard Shear Test Method for Bulk Solids Using the Schulze Ring Shear Tester)，，中描述。如ASTMD6773-02所述，聚合物粉末的流動函數(shù)為粉末的無約束屈服強 度(unconfined yield strength)與主固結(jié)應(yīng)；O (major consolidation stress)白勺關(guān)系 曲線。一般而言，根據(jù)流動性比(flowability ratio) ff。評定聚合物的流動性，流動性比 定義為固結(jié)應(yīng)力與無約束屈服強度之比，如下所述ff。< 1 非流動1 < ff。< 2非常粘著(接近非流動)2 < ffc < 4 粘著4 < ffc < 10 易流動10 < ffc 自由流動。本發(fā)明特別地可應(yīng)用于ff。值小于4的聚合物粉末，盡管它甚至對ff。值大于4的 聚合物粉末也是有用的。因此優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中待擠壓的聚合物粉末具有小于6的流動性比。更優(yōu) 選地，本發(fā)明的方法中待擠壓的聚合物粉末具有小于4的流動性比，而最優(yōu)選地具有小于2 的流動性比。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中待擠壓的聚合物粉末具有至少為1的流動性比。應(yīng)注 意，聚合物粉末的流動性比可能作為固結(jié)壓力以及溫度的函數(shù)變化。這里使用的聚合物粉 末的流動性比是使用ASTMD6773-02中描述的瞬時剪切試驗在固結(jié)壓力為2000Pa，溫度等 于在擠壓過程(聚合物粉末被供給至該擠壓過程)中進料口處的聚合物粉末的溫度下測得 的值。例如，對于待擠壓的聚乙烯粉末，其中擠壓機進料口處的聚乙烯粉末的溫度為65°C， 應(yīng)在65°C的溫度下測量該聚乙烯粉末的流動性比。在

圖1中示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明所述的擠壓機。特別地，圖1顯示了具有三個 筒狀部段的擠壓機，標為Ia (上游送料筒狀部段)、Ib (第二筒狀部段)和Ic (下游筒狀部 段)，各自具有為L的長度。該筒狀物包含兩個直徑為X的非相互嚙合螺桿(在圖1中未示 出，但在圖2中示出)。(每個筒狀物的內(nèi)部高度大于X，這對包含螺桿并使螺桿在運行中能 夠旋轉(zhuǎn)是必要的。出于同樣的原因，每個筒狀物的內(nèi)部寬度大于2*X。)在圖中長度L近似為2. 5*X。為供給聚合物進入擠壓機，提供漏斗2，漏斗2帶有進料口，其面積至少為4*X2。 (如圖所示，該進料口具有為Z的軸向長度，其近似為3*X，相當于近似為6*X2的面積)。在 圖1中也示意性地顯示了螺桿電動機3、擠壓機傳動箱4、過渡部件5和模具6。
圖2以示意性的形式顯示了非相互嚙合雙螺桿擠壓機的雙螺桿的一段的俯視圖。 在該例中，寬度為2*X。(與相互嚙合程度相關(guān)，相互嚙合或者部分相互嚙合具有更小的寬 度。)
權(quán)利要求
一種擠壓機，其包括(i)兩個或者多個從(a)到(b)按順序地布置的筒狀部段(a)上游送料筒狀部段，待擠壓的聚合物原料被供給至所述上游送料筒狀部段，所述上游送料筒狀部段包括兩個或者多個螺桿，其各自具有為X的直徑；(b)下游筒狀部段，熔化的聚合物從該下游筒狀部段被傳送至模具并被擠壓；以及(ii)一個或者多個進料口，用于在所述擠壓機上游端部將待擠壓的聚合物原料送入所述擠壓機，其特征在于，一個或者多個進料口的總面積大于4*X2，通過該進料口聚合物原料被輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓機，其特征在于，具有兩個螺桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的擠壓機，其特征在于，包括三個或者多個筒狀部段。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的擠壓機，其特征在于，具有單個面積大于4*X2的 進料口。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的擠壓機，其特征在于，所述一個或者多個進料口 的總面積大于5*X2，通過該進料口聚合物原料被輸入。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的擠壓機，其特征在于，在所述進料口筒狀部段中， 所述螺桿直徑為200mm或者更大。
7.一種用于聚合物的擠壓的方法，其特征在于，包括供給聚合物原料至根據(jù)權(quán)利要求 1到6中任一項所述的擠壓機進料口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述聚合物原料為粉末的形式，其具有小 于6的流動性比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于聚合物的擠壓機以及一種使用所述擠壓機擠壓聚合物的方法。特別地，本發(fā)明提供一種擠壓機包括(i)兩個或多個從(a)到(b)按順序地布置的筒狀部段(1a，1b，1c)(a)上游送料筒狀部段(1a)，待擠壓的聚合物原料被供給至該上游送料筒狀部段，該上游送料筒狀部段包括兩個或多個螺桿，其各自具有為X的直徑；(b)下游筒狀部段(1c)，熔化的聚合物從該下游筒狀部段被傳送至模具并被擠壓；以及(ii)一個或者多個進料口，其用于在擠壓機上游端部供給待擠壓的聚合物原料進入擠壓機，其特征在于，一個或者多個進料口(通過該進料口聚合物原料被輸入)的總面積大于4*X2，以及一種用于擠壓聚合物的方法，其包括供給聚合物原料至這種擠壓機的進料口。
文檔編號B29C47/10GK101983121SQ200980112541
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者G·L·皮特曼 申請人:英尼奧斯歐洲有限公司