專利名稱：擠出塑料物料的方法
擠出塑料物料的方法本發(fā)明涉及一種借助于具有特定螺桿幾何形狀的多螺桿擠出機(jī)擠出塑料物料，特 別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物，尤其是熱塑性塑料和彈性體，特別優(yōu)選地聚碳酸酯 和聚碳酸酯共混物(其中也可以摻混有其它物質(zhì)例如具有改善的光學(xué)特性的固體、液體、氣 體或其它聚合物或其它聚合物的共混物)的方法。擠出是聚合物的生產(chǎn)、混配和加工中的一種已知方法。擠出在這里和下文中是 指在同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)中處理物質(zhì)或物質(zhì)混合物，如[1] ([1]= Kohlgriiberj Der gleichlaufige Doppelschneckenextruderj Hanser Verlag Miinchen 2007)中所全面記述的。多螺桿擠出機(jī)在下文中還總是指環(huán)擠出機(jī)。在擠出過(guò)程中對(duì)塑料物料的處理包括以下工藝操作中的一或多個(gè)輸送、熔化、分 散、混合、擠壓出液體組分、脫氣和升壓。在聚合物生產(chǎn)中，擠出例如用于從聚合物中除去揮發(fā)性組分如單體和殘余的溶劑 ([1]，第192-212頁(yè))、用于加聚和縮聚反應(yīng)、任選地熔化和調(diào)制聚合物、以及任選地將添加 劑與聚合物混合。在聚合物混配過(guò)程中，擠出尤其是被用于產(chǎn)生聚合物與添加劑、助劑、增強(qiáng)材料和 染料的混合物，以及產(chǎn)生在例如化學(xué)組成、分子量或分子結(jié)構(gòu)上不同的不同聚合物的混合 物(例如參見[1]，第59-93頁(yè))?；炫涔に囉兄诨炫渚酆衔镆允褂盟芰显?其通常是熔 融的)以及向聚合物中添加和混入填料和/或增強(qiáng)材料、增塑劑、粘合劑、潤(rùn)滑劑、穩(wěn)定劑等 制備成品塑料模制物料(或復(fù)合物)?；炫渫€包括除去揮發(fā)性組分例如空氣和水?；?配還可以包括化學(xué)反應(yīng)，例如接枝、官能團(tuán)的改性、或通過(guò)有意地增大或減小分子量來(lái)改變 分子量。如已知和例如在[1 ]第169-190頁(yè)所記述的，混合可分為分配混合和分散混合。分 配混合是指在給定的容積內(nèi)不同組分的均勻分配。例如，當(dāng)混合類似的聚合物時(shí)發(fā)生分配 混合。在分散混合中，固體顆粒、液滴或氣泡首先被分開。為進(jìn)行分開必須施加充分大的剪 切力以例如克服聚合物熔體與添加劑之間的界面處的表面張力。在下文中，混合始終是指 分配和/或分散混合。在出版物[1]第73頁(yè)起記述了熔體輸送和升壓。熔體輸送區(qū)用來(lái)將產(chǎn)物從一個(gè) 工藝區(qū)輸送到下一個(gè)工藝區(qū)并引入填料。例如在產(chǎn)物從一個(gè)工藝區(qū)向下一個(gè)工藝區(qū)輸送期 間、在脫氣期間和在保溫區(qū)中，熔體輸送區(qū)通常被部分填充。在聚合物加工期間，所述聚合物優(yōu)選地被轉(zhuǎn)化成半成品、現(xiàn)成產(chǎn)品或構(gòu)件的形式。 加工可以例如通過(guò)注塑、擠出、薄膜吹塑、壓延或紡紗來(lái)進(jìn)行。加工可以還包括將聚合物與 填料和輔助物質(zhì)和添加劑混合以及化學(xué)改性例如硫化。如所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員所知，聚合物擠出優(yōu)選地在具有兩個(gè)或任選地兩個(gè)以 上螺桿的擠出機(jī)上進(jìn)行。其轉(zhuǎn)子相互準(zhǔn)確自刮凈的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿或任選地多螺桿擠出機(jī)早已是已知的 (DE862668)?；跍?zhǔn)確刮凈型型線原則的螺桿擠出機(jī)已被用于聚合物生產(chǎn)、混配和加工中的許多不同應(yīng)用。這種螺桿擠出機(jī)已知具有好的混合作用、好的脫氣作用和好的熔融聚合 物作用。它們?cè)谟闷渲圃斓漠a(chǎn)品的質(zhì)量上具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榫酆衔锶垠w會(huì)粘附在表面上并在 通常的加工溫度下隨著時(shí)間的過(guò)去而降解，準(zhǔn)確刮凈型螺桿的自潔作用防止了這點(diǎn)。例如 在Klemens Kohlgriiber: Der gleichlaufige Doppelschneckenextruderj Hanser Verlag Munchen 2007, 96頁(yè)起[1]中敘述了制造準(zhǔn)確刮凈型螺桿型線的準(zhǔn)則。其中記述了單程、 雙程和三程型線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。還記述了雙螺桿擠出機(jī)的第一個(gè)螺桿的預(yù)定螺桿型線決定雙 螺桿擠出機(jī)的第二個(gè)螺桿的螺桿型線。雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的螺桿型線由此被稱為母 螺桿型線。雙螺桿擠出機(jī)的第二螺桿的螺桿型線從雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的螺桿型線得 出，因此被稱為子螺桿型線。在多螺桿擠出機(jī)的情況下，相鄰螺桿總是以母螺桿型線和子螺 桿型線交替排列。據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，在螺桿齒頂區(qū)域有特別大量的能量被消散在熔體中，這 會(huì)導(dǎo)致在產(chǎn)品中局部嚴(yán)重過(guò)熱。這在例如[1] 160頁(yè)起有說(shuō)明。此局部過(guò)熱可能導(dǎo)致?lián)p害 產(chǎn)品，例如氣味、顏色、化學(xué)組成或分子量的改變，或在產(chǎn)品中形成非均勻如膠?；虬唿c(diǎn)。特 別是大的頂錐角在這點(diǎn)上是有害的。據(jù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知，發(fā)生聚合物損害的反應(yīng)速率取決于溫度。如所 屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知禾口如可例如在J. Robertson Thermal Degradation Studies of Polycarbonate, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, 2001 第三章或在 K. Chrissafis: Kinetics of Thermal Degradation of Polymers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 95 (2009) 1, 273_ 283中所證實(shí)的，反應(yīng)速度常數(shù)k (T)可用Arrhenius方程表示k (T) =A*exp (-Ea/(R*T))。 在此公式中，k表示反應(yīng)速度常數(shù)，T表示絕對(duì)溫度[K]，A表示頻率因子，EA表示活化能[J/ mol]，R表示通用氣體常數(shù)[J/mol/K]。還已知僅僅IOK的升溫就可能導(dǎo)致反應(yīng)速率常數(shù)加 倍。擠出塑料物料的工藝由此應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成通過(guò)塑料物料的加工和處理而使平均溫度升高盡 可能低。特別是，用于擠出塑料物料的工藝應(yīng)設(shè)計(jì)成使得在塑料物料的加工和處理過(guò)程中 避免如例如在現(xiàn)有技術(shù)的具有Erdmenger螺桿型線的螺桿元件的齒頂區(qū)域所發(fā)生的局部 溫度高峰。現(xiàn)代的雙螺桿擠出機(jī)具有積木式結(jié)構(gòu)方式，其中在芯軸上可以安裝不同的螺桿元 件。如此，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可以使雙螺桿擠出機(jī)適應(yīng)進(jìn)行中的具體工藝任務(wù)。通常，現(xiàn)在 使用具有雙程和三程型線的螺桿元件，因?yàn)閱纬搪輻U型線由于其大頂錐角而具有過(guò)高的能 量輸入。除偏心排列的圓盤之外，現(xiàn)有技術(shù)已知的螺桿元件的特征在于型線曲線在其橫截 面內(nèi)包括至少一個(gè)扭折(例如參見

圖1)，其出現(xiàn)在螺桿齒頂與螺紋面的過(guò)渡處。齒頂由半 徑=型線外徑的圓弧構(gòu)成，且型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)作為中心點(diǎn)。向型線側(cè)面過(guò)渡處的扭折在螺桿 元件上形成棱。在多螺桿擠出機(jī)上執(zhí)行的一個(gè)主要任務(wù)是彼此不可均勻混溶的液相或熔體的分 散或固體在聚合物熔體中的分散。從技術(shù)文獻(xiàn)(例如參見Chang Dae Han: Multiphase Flow in Polymer Processing, Academic Press, New York 1981)中已知對(duì)于困難的分散 任務(wù)來(lái)說(shuō)剪切流動(dòng)與伸展流動(dòng)的結(jié)合是理想的。在物料一方面被螺桿的旋轉(zhuǎn)所剪切而另一方面同時(shí)被螺槽的收斂向齒頂所伸展的螺槽中這種流動(dòng)形式占主導(dǎo)。然而，在螺桿齒頂區(qū)域，在困難的分散任務(wù)中對(duì)分散幾乎沒 有貢獻(xiàn)的純剪切流動(dòng)占主導(dǎo)。另一方面，輸入能量的最大一部分被消散在螺桿齒頂與機(jī)筒 或相鄰螺桿之間的間隙中。因此該區(qū)域?qū)訜峋酆衔镂锪虾陀纱丝赡軐?duì)熱損傷起主要貢 獻(xiàn)，而對(duì)分散的工藝任務(wù)沒有貢獻(xiàn)?？梢匀缫阎囊詼?zhǔn)確刮凈方式設(shè)置的偏心設(shè)置的圓盤是個(gè)例外。它們不包括具有 純剪切流動(dòng)的齒頂區(qū)域。它們以其出色的分散作用而為人所知，但由于它們?cè)诖蟮膱A周區(qū) 域產(chǎn)生極窄的間隙而同時(shí)具有高的能量輸入。此外它們的螺紋數(shù)限于z=l。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種擠出塑料物料的方法，其中降低了平均和最大 升溫以避免聚合物損傷。通過(guò)使用緊密嚙合的、同向旋轉(zhuǎn)的混配擠出機(jī)或脫氣擠出機(jī)令人意外地實(shí)現(xiàn)了該 目的，其中采用具有特定幾何形狀的螺桿元件。這包括在整個(gè)橫截面上的型線可用連續(xù)可 微的型線曲線表示的螺桿元件。通過(guò)在多螺桿擠出機(jī)中使用這些螺桿元件，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì) 于現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)盡可能最低的能量輸入，其導(dǎo)致了更小的升溫和由此更低的平均和最高溫 度。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)或甚至更高的非常好的升壓。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明使用的輸送元件的升壓能力大于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具 有Erdmenger螺桿型線的輸送元件。由此，借助于根據(jù)本發(fā)明所用的輸送元件，可以例如在 更短的升壓區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生期望的或必要的升壓，借此縮短了擠出機(jī)結(jié)構(gòu)，或者在不變的擠出 機(jī)長(zhǎng)度下延長(zhǎng)了其它工藝區(qū)例如脫氣區(qū)或混合區(qū)，從而提高它們對(duì)塑料物料的作用。從而本發(fā)明提供一種使用同向旋轉(zhuǎn)、緊密嚙合的混配擠出機(jī)或脫氣擠出機(jī)混配塑 料物料、特別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物、尤其是熱塑性塑料和彈性體、特別優(yōu)選地 聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物(其中可混有其它物質(zhì)例如固體、液體、氣體或其它聚合物或其 它聚合物共混物)的方法，其中所述擠出機(jī)使用用于具有成對(duì)同向旋轉(zhuǎn)并成對(duì)準(zhǔn)確刮凈的 螺桿(該螺桿具有兩個(gè)或兩個(gè)以上螺桿螺紋)的多螺桿擠出機(jī)的螺桿元件，其特征在于母和 子螺桿型線各自在整個(gè)橫截面上都可以用連續(xù)可微的型線曲線表示。本發(fā)明在此并不僅限于由由螺桿元件與芯軸構(gòu)成的螺桿的現(xiàn)今習(xí)用的模塊結(jié)構(gòu) 構(gòu)成的螺桿元件，而且還可用于密實(shí)結(jié)構(gòu)的螺桿元件。因此術(shù)語(yǔ)“螺桿元件“應(yīng)當(dāng)還指密 實(shí)結(jié)構(gòu)的螺桿。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的橫斷面型線(在下文中又簡(jiǎn)稱為型線或螺桿型線) 可以清楚地用一系列圓弧來(lái)表示。根據(jù)本發(fā)明所用的母和子螺桿元件的螺桿型線整體由η個(gè)圓弧組成，其中η大于 或等于4。所述η個(gè)圓弧中的每一個(gè)都具有起點(diǎn)和終點(diǎn)。所述η個(gè)圓弧在其起點(diǎn)和終點(diǎn)彼 此成切線匯合，由此根據(jù)本發(fā)明它們構(gòu)成連續(xù)可微的型線曲線。每個(gè)圓弧j(j=l到η)的位置可以通過(guò)給出兩個(gè)不同的點(diǎn)來(lái)清楚確定。圓弧的位 置方便地通過(guò)給出中心點(diǎn)和起點(diǎn)或終點(diǎn)來(lái)確定。單個(gè)圓弧j的大小通過(guò)半徑1_以及繞起 點(diǎn)和終點(diǎn)間的中心點(diǎn)所成的角α j來(lái)確定，其中半徑h大于0且小于螺桿之間的軸線距離， 角的弧度大于或等于0且小于或等于2π，其中π為圓周率。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的特征在于 -母螺桿型線與子螺桿型線位于同一平面內(nèi)，
-母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸和相隔一定距離a (軸線距離)的子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸各自都垂直于螺桿型線的所述平面，母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸與所述平面的交點(diǎn)被指定為母螺桿型線 的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸與所述平面的交點(diǎn)被指定為子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)， -整個(gè)母螺桿型線的圓弧數(shù)目η大于或等于4(η彡4)， -母螺桿型線的外半徑ra大于0(ra>0)且小于軸線距離(ra<a)， -母螺桿型線的芯半徑ri大于0(ri>0)且小于或等于ra(ri ( ra)， -母螺桿型線的所有圓弧彼此成切線匯合，
-所述圓弧形成閉合的螺桿型線，即所有圓弧j的角之和等于2π，，其中π為圓 周率(Ji ^ 3. 14159)，
-所述圓弧形成凸起的螺桿型線，
-母螺桿型線的每一個(gè)圓弧都位于外半徑為ra且芯半徑為ri的圓環(huán)界內(nèi)或界上，所 述圓弧的中心點(diǎn)在母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上，
-母螺桿型線的至少一個(gè)圓弧在某個(gè)點(diǎn)Pa接觸母螺桿型線的外半徑ra， -母螺桿型線的至少一個(gè)圓弧在某個(gè)點(diǎn)P1接觸母螺桿型線的芯半徑ri， -子螺桿型線的圓弧數(shù)目η’等于母螺桿型線的圓弧數(shù)目η，
-子螺桿型線的外半徑ra’等于軸線距離與母螺桿型線的芯半徑ri之差(ra’ ， -子螺桿型線的芯半徑ri’等于軸線距離與母螺桿型線的外半徑ra之差(ri’ q-ra)， -子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的角α /等于母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的角α)其中j 和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值，
-子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的半徑r/與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的半徑。之和等 于軸線距離 其中j和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值，
-子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的距離等 于軸線距離a，且子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離等于母 螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離，且子螺桿型線的第j’個(gè)圓 弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)之間的連線平行于子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn) 與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的連線，其中j和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或 η'的所有值，
-子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的起點(diǎn)相對(duì)于子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的方向 與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的起點(diǎn)相對(duì)于母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的方向相反， 其中j和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1分別到圓弧數(shù)η或η’的所有值。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的型線的特征在于它們可以僅使用角尺和圓規(guī)來(lái)設(shè) 計(jì)。母螺桿型線的第j個(gè)和第j+Ι個(gè)圓弧之間的切線過(guò)渡由此通過(guò)穿過(guò)第j個(gè)圓弧的終點(diǎn) 畫一個(gè)半徑為IV1的圓，且與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)較近的此圓與由第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)和 終點(diǎn)定義的直線的交點(diǎn)為第j+Ι個(gè)圓弧的中心點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，不是使用角尺和圓規(guī)， 而是使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)設(shè)計(jì)螺桿型線。雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的預(yù)定螺桿型線(“母"型線)清楚地確定了相鄰的第 二螺桿的螺桿型線(“子"型線)。雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的螺桿型線由此被稱作母螺桿 型線，而雙螺桿擠出機(jī)的相鄰的第二螺桿的螺桿型線被稱作子螺桿型線。在多螺桿擠出機(jī) 的情況下，在相鄰螺桿上總是母螺桿型線和子螺桿型線交替排列。用于根據(jù)本發(fā)明的方法的螺桿元件可以是不對(duì)稱的或?qū)ΨQ的；根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件優(yōu)選地是對(duì)稱的。對(duì)稱的螺桿元件可以是軸向?qū)ΨQ的或點(diǎn)對(duì)稱的；根據(jù)本發(fā)明所 用的螺桿元件優(yōu)選地是軸向?qū)ΨQ的。螺紋數(shù)為Z的軸向?qū)ΨQ的螺桿型線可被分成2Z個(gè)對(duì)稱的部分，其中通過(guò)在對(duì)稱軸 上映射可以將所述對(duì)稱部分彼此轉(zhuǎn)化。由于其對(duì)稱性，螺紋數(shù)為Z的軸向?qū)ΨQ的螺桿元件 的型線由此可用位于型線的兩個(gè)對(duì)稱軸之間的360°/(2 Z)的扇形區(qū)內(nèi)的型線線段完全 定義。型線的剩余部分通過(guò)在Z個(gè)對(duì)稱軸上映射所述型線線段而獲得，其中所述Z個(gè)對(duì)稱 軸在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)相交并繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)將360°角細(xì)分為2 Z個(gè)大小為360°/(2 Z)的角。而且在 軸向?qū)ΨQ的螺桿元件中，相鄰螺桿的相應(yīng)螺桿型線(母和子型線)相同或者可以通過(guò)旋轉(zhuǎn) 而重疊[1]。相似情形適用于點(diǎn)對(duì)稱的螺桿型線，其中對(duì)稱部分通過(guò)在對(duì)稱中心處點(diǎn)映射而在 各自情形下可以彼此轉(zhuǎn)化。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的一種具體實(shí)施方案描述如下，其特征在于螺桿元件 是軸向?qū)ΨQ的。根據(jù)本發(fā)明所用的這種軸向?qū)ΨQ的螺桿元件的螺紋數(shù)Z優(yōu)選地為2-8，特別 優(yōu)選地為2-4。根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ的螺桿元件的截面的型線曲線可以再分成2 Z個(gè)型 線線段，它們可以通過(guò)在型線的對(duì)稱軸上的軸向映射來(lái)彼此轉(zhuǎn)化。構(gòu)成一個(gè)型線線段的圓 弧數(shù)目η優(yōu)選地為2-8，特別優(yōu)選地為2-4。根據(jù)本發(fā)明所用的螺紋數(shù)為Z的軸向?qū)ΨQ螺桿元件的型線的特征在于，在360°/ (2 Ζ)的扇形區(qū)內(nèi)的一個(gè)型線線段之內(nèi)，只有唯一一個(gè)點(diǎn)Pa離旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離相當(dāng)于螺桿 元件的外半徑ra。換句話說(shuō)，在所述型線線段之內(nèi)只有一個(gè)點(diǎn)Pa位于外半徑為ra的繞旋 轉(zhuǎn)點(diǎn)的圓(外圓)上。雖然在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺桿型線中，頂錐角KW區(qū)域的所有點(diǎn)都以窄的間隙清潔 機(jī)筒(例如參見圖1)，但在根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ螺桿元件的型線中，則只有位于外 半徑上的所述點(diǎn)Pa(例如參見圖2)。出于實(shí)用性的原因，進(jìn)一步的描述將以笛卡爾坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，其原點(diǎn)由螺桿元件 的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D構(gòu)成。該笛卡爾坐標(biāo)系的χ軸穿過(guò)點(diǎn)Pa ;y軸在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D處垂直于χ軸。圖加 顯示了這樣一個(gè)坐標(biāo)系。另外使用無(wú)量綱的特征值也是明智的，以簡(jiǎn)化向不同擠出機(jī)尺寸的可轉(zhuǎn)移性。幾 何變量例如長(zhǎng)度或半徑的基準(zhǔn)值為軸線距離a，因?yàn)樵跀D出機(jī)中此值不可改變。以下慣例適 用于各附圖坐標(biāo)X和y的原點(diǎn)在一個(gè)所述螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。所有的角都以弧度表示。所有 其它有量綱的值都?xì)w一化到軸線距離并用大寫字母表示:A=a/a -,Rj=TjZa ；RA=ra/a ；RI=ri/
Ct寸寸ο根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ螺桿元件的型線線段的特征在于，在位于型線外半徑 上的點(diǎn)Pa與位于型線芯半徑上的點(diǎn)P1之間，其由彼此成切線匯合的圓弧構(gòu)成，其中穿過(guò)點(diǎn) Pa和P1并在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D相交的直線DPa和DP1構(gòu)成360° / (2 Z)的角。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的型線線段在點(diǎn)Pa和P1之間 由剛好兩個(gè)圓弧構(gòu)成。在點(diǎn)Pfp，所述圓弧彼此匯合，并且根據(jù)本發(fā)明在整個(gè)型線線段上形 成連續(xù)可微的曲線。所述圓弧在點(diǎn)Pfp與直線FP相切。直線FP與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離相當(dāng)于軸 線距離A的一半，且其斜率(以弧度計(jì))為-l/tan(Ji/(2 Ζ))。點(diǎn)Pfp離外圓在點(diǎn)切線與直線FP的交點(diǎn)的距離相當(dāng)于該交點(diǎn)與Pa之間的距離。從點(diǎn)Pfp到直線FP形成的垂 直線與穿過(guò)點(diǎn)Pa和旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線DPa在第一母型線圓弧1的中心點(diǎn)M1處相交，而與穿過(guò)點(diǎn) P1和旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線DP1在另一母型線圓弧1’的中心點(diǎn)Mr處相交(參見圖2a)。由此母型
線圓弧1的半徑Rf相應(yīng)于線段
M1Pa;圓弧1’的半〒相應(yīng)于線段MrPp
‘在另一具體實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的型線線段在點(diǎn)之間 由剛好三個(gè)圓弧構(gòu)成。由此獲得了額外的自由度且在清潔筒壁的點(diǎn)Pa附近可以通過(guò)選擇 小的半徑而使型線更細(xì)長(zhǎng)，因此進(jìn)一步減少了能量耗散。圖2b舉例顯示了由三個(gè)圓弧構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明所用的雙螺紋螺桿元件的型線線 段。與點(diǎn)Pa鄰接的圓弧1的半徑R1可以在(KR^Rf的范圍內(nèi)自由選擇。其中心點(diǎn)M1位 于連接線段D-Pa上。與點(diǎn)P1鄰接的圓弧3的半徑為R3=A-Rp其中心點(diǎn)M3位于線段D-P1上。在這兩個(gè)圓弧之間是一個(gè)半徑為&=A/2的連續(xù)可微的圓弧2。其中心點(diǎn)M2離點(diǎn) P1的距離為A/2-隊(duì)，離點(diǎn)M3的距離為R3_A/2。圓弧1 一方面由Pa限定，另一方面由與穿過(guò)P1和P2的直線的交點(diǎn)限定。圓弧3 —方面由P1限定，另一方面由與穿過(guò)M2和M3的直線的交點(diǎn)限定。通過(guò)對(duì)半徑R1或R3之一進(jìn)行選擇自由，可以對(duì)于給定的軸線距離A設(shè)計(jì)不同的準(zhǔn) 確刮凈型的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿型線。由此通過(guò)在兩個(gè)螺桿上在螺桿型線的相互對(duì)應(yīng)的 大小為360°/(2 Z)的扇形區(qū)上提供相同的螺桿型線，但在一個(gè)螺桿上構(gòu)建不同的大小為 360°/(2 Z)的扇形區(qū)，還可以設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明所用的不對(duì)稱的螺桿型線。當(dāng)為了分散任 務(wù)需要使輸送的材料經(jīng)受特定變形例如緩慢壓縮繼之以快速擴(kuò)展時(shí)，這種設(shè)計(jì)是可取的。同樣本發(fā)明還提供在360°/(2 Z)大小的型線線段內(nèi)由三個(gè)以上圓弧構(gòu)成的螺 桿元件。根據(jù)本發(fā)明，所述圓弧在其起點(diǎn)和終點(diǎn)彼此成切線匯合。螺桿元件的外半徑ra與軸線距離a之比RA=ra/a優(yōu)選地對(duì)于根據(jù)本發(fā)明所用的 雙螺紋螺桿來(lái)說(shuō)在0. 54-0. 7之間并特別優(yōu)選地在0. 58-0. 63之間，對(duì)于三螺紋螺桿來(lái)說(shuō) 優(yōu)選地在0. 53-0. 57之間并特別優(yōu)選地在0. 54-0. 56之間，對(duì)于四螺紋螺桿來(lái)說(shuō)優(yōu)選地在 0. 515-0. 535 之間。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件可構(gòu)造成輸送元件或捏合元件或混合元件。已知輸送元件的特征在于(例如參見[1]，第227-248頁(yè))螺桿型線在軸向上連 續(xù)地成螺旋形旋轉(zhuǎn)和延伸。輸送元件可以是右旋或左旋的。輸送元件的螺距t可以例如取 0.1-10倍于外直徑的值，螺距是指螺桿型線的一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)所需的軸向長(zhǎng)度。螺距t優(yōu)選 地在0.3-3倍于外直徑的范圍內(nèi)。出于實(shí)用原因，輸送元件的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地構(gòu)造為t/Z 的整數(shù)倍。已知捏合元件的特征在于(例如參見[1]，第227-248頁(yè))螺桿型線在軸向上以 捏合盤的形式不連續(xù)地延伸。捏合盤可以以右旋或左旋的方式或中立地排列。捏合盤的軸 向長(zhǎng)度優(yōu)選地在0. 02-2倍于外直徑的范圍內(nèi)。兩個(gè)相鄰捏合盤之間的軸向距離優(yōu)選地在 0. 001-0. 1倍于外直徑的范圍內(nèi)。已知，混合元件是通過(guò)在螺桿齒頂內(nèi)構(gòu)造具有缺口的輸送元件形成的(例如參見[1]，第227-248頁(yè))?；旌显梢允怯倚蜃笮?。它們的螺距t優(yōu)選地在0. 1_10倍于 外直徑的范圍內(nèi)。與輸送元件類似，混合元件的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地構(gòu)造為t/Z的整數(shù)倍。所述 缺口優(yōu)選地采取U形或V形凹槽的形式。如果在主動(dòng)輸送型元件的基礎(chǔ)上形成混合元件， 則凹槽優(yōu)選地以反輸送或軸向平行的方式排列。構(gòu)成螺桿元件的優(yōu)選材料為鋼，特別是滲氮鋼，鉻鋼、工具鋼和不銹鋼，以及基于 鐵、鎳或鈷并通過(guò)粉末冶金制造的金屬?gòu)?fù)合材料。在具有成對(duì)同向旋轉(zhuǎn)且成對(duì)準(zhǔn)確刮凈型螺桿的多螺桿擠出機(jī)中，根據(jù)本發(fā)明所用 的螺桿元件構(gòu)成在其整個(gè)圓周上延伸的通道。在這點(diǎn)上，所述通道具有交替增大和縮小的 通道寬度。這種通道在這里描述為收斂擴(kuò)散通道。在這種收斂擴(kuò)散通道中，工作時(shí)在其整 個(gè)長(zhǎng)度上都呈現(xiàn)剪切流動(dòng)與伸展流動(dòng)的結(jié)合，其具有極好的分散作用。與現(xiàn)有技術(shù)已知的 在型線中具有扭折的傳統(tǒng)螺桿元件相比，能量輸入得到了降低。偏心排列的圓盤同樣形成收斂擴(kuò)散通道。然而，根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件具有 比偏心排列的圓盤更小的其中存在極窄間隙的圓周區(qū)。因此，與使用偏心排列的圓盤相比， 在多螺桿擠出機(jī)中用本發(fā)明所用的螺桿元件在此方法中降低了能量輸入。據(jù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知，直接刮凈型螺桿型線不能直接插入雙螺桿擠出機(jī)中， 而是在螺桿元件與機(jī)筒之間以及螺桿元件本身之間需要有間隙。過(guò)大的間隙會(huì)降低自清 理作用且對(duì)輸送作用和升壓有負(fù)面影響。過(guò)小的間隙會(huì)增大能量輸入并導(dǎo)致塑料物料溫 度的不希望的升高。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的螺桿型線，采用在螺桿型線直徑的 0. 001-0. 1、優(yōu)選地0. 002-0. 05并特別優(yōu)選地0. 004-0. 02范圍內(nèi)的間隙。如所屬領(lǐng)域技術(shù) 人員所知，所述間隙在螺桿與機(jī)筒之間以及螺桿與螺桿之間可以是不同或相同尺寸的。所 述間隙也可以是不變的或在指定界限內(nèi)可變的。在所述間隙之內(nèi)還可以偏移螺桿型線。從 預(yù)定的、準(zhǔn)確刮凈型螺桿型線導(dǎo)出具有間隙的螺桿型線的方法對(duì)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是 已知的。實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)的已知方法是例如記述在[1]觀頁(yè)起的軸線距離增大、縱截面等距和空 間等距的可能性，所有這些都是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在軸線距離增大的情形，構(gòu)造了 相對(duì)較小直徑的螺桿型線并以螺桿之間的間隙量分開。在縱截面等距法中，將縱截面型線 曲線(平行于相應(yīng)元件的旋轉(zhuǎn)軸)垂直于型線曲線向內(nèi)向旋轉(zhuǎn)軸方向偏移螺桿-螺桿間隙 的一半。在空間等距法中，從螺桿元件在其上自清潔的三維曲線開始，在垂直于準(zhǔn)確刮凈型 型線面的方向上將螺桿元件的尺寸減小螺桿與螺桿之間間隙的一半。優(yōu)選縱截面等距和空 間等距，特別優(yōu)選空間等距。下面參照附圖舉例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了更詳細(xì)的說(shuō)明，但并不局限于此。明智地使用了無(wú)量綱的特征值，以簡(jiǎn)化向不同擠出尺寸的可轉(zhuǎn)移性。幾何變量例 如長(zhǎng)度或半徑的適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)變量為軸線距離a，因?yàn)樵跀D出機(jī)中此變量不可改變。以下慣例適用于附圖坐標(biāo)χ和y的原點(diǎn)在一個(gè)螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。所有的角都以 弧度表示。所有其它有量綱的值都?xì)w一化到軸線距離并用大寫字母表示:A=a/a -,Rj=TjZa ； RA=ra/a ；RI=ri/a ；T=t/a等等。Mx和My為母型線圓弧的圓心的χ和y坐標(biāo)，R為歸一化到 軸線距離a的半徑，α為圓弧的弧度角。此外，RG=歸一化的機(jī)筒半徑，RV=歸一化的虛機(jī) 筒半徑，RA=準(zhǔn)確刮凈型型線的歸一化的外半徑，RF=待制造的螺桿的歸一化的外半徑，S= 螺桿相對(duì)于彼此的歸一化的間隙(空隙)，D=歸一化的螺桿與機(jī)筒間隙，VPR=歸一化的型 線位移量，VPff=以弧度計(jì)的型線位移角，VLR=歸一化的左旋螺桿位移量，VLff=左旋螺桿位移角，VRR=歸一化的右旋螺桿位移量，VRff=右旋螺桿位移角。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)彼此相隔距離A設(shè)置的兩個(gè)準(zhǔn)確刮凈式雙螺紋螺桿元件的截 面圖。所述螺桿元件具有相同的軸向?qū)ΨQ的型線。右側(cè)的螺桿元件相對(duì)于左側(cè)的旋轉(zhuǎn)90 °。 標(biāo)志了 1-1的點(diǎn)表示螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，螺桿元件設(shè)置于這些點(diǎn)上。所示型線由多個(gè)對(duì)稱的線 段組成。在所述線段的過(guò)渡處出現(xiàn)扭折(其中一個(gè)扭折用箭頭1-2示出)。在具有這種螺 桿元件的多螺桿擠出機(jī)的工作過(guò)程中，在頂錐角KW區(qū)域產(chǎn)品受到高剪切力而無(wú)拉伸。具有圖2所示型線的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件避免了此缺陷。圖加顯示了雙 螺紋準(zhǔn)確刮凈式螺桿元件(母螺桿元件)的四分之一型線的橫截面。該型線相對(duì)于X和y 軸軸向?qū)ΨQ，因此通過(guò)將所示的四分之一在χ和y軸上映射將獲得整個(gè)型線。然后通過(guò)將 母螺桿元件的型線旋轉(zhuǎn)90°的角度就獲得相應(yīng)的(子)螺桿元件的型線。在此圖和所有其 它圖中，坐標(biāo)原點(diǎn)都標(biāo)記螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D。在型線周圍以外半徑RA畫了一個(gè)虛線的圓。機(jī) 筒內(nèi)腔用與其同心且半徑RG相對(duì)于所述外半徑增大了間隙S的圓表示。(RG=RA+S)圖加 所示的螺桿型線由兩個(gè)圓弧構(gòu)成，它們沒有扭折地匯合在一起。圖加中給出了所述圓弧的 坐標(biāo)。圓1的中心點(diǎn)M1位于穿過(guò)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的水平線上，圓1’的中心點(diǎn)Mr位于穿過(guò)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的 垂直線上(Mly=O5Mrx=Oh從圓1到圓1’的過(guò)渡在點(diǎn)Pfp上進(jìn)行，其中兩個(gè)圓與直線FP相 切。所示型線線段可通過(guò)以下步驟設(shè)計(jì)
-確定離螺桿元件的旋轉(zhuǎn)D點(diǎn)有相應(yīng)于螺桿元件的外半徑RA的一段距離的點(diǎn)PA， -確定離螺桿元件的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D有相應(yīng)于螺桿元件內(nèi)半徑RI的一段距離的點(diǎn)P1,其中點(diǎn) P1位于穿過(guò)點(diǎn)D的直線DP1上，該直線與穿過(guò)點(diǎn)Pa和D的直線DPa形成360° / (2 Z)的角， -確定離旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D有相應(yīng)于螺桿元件軸線距離A —半的一段距離、且以弧度計(jì)斜率 為-l/tan(Ji/(2 Z))的直線 FP，
-確定在點(diǎn)Pa處與半徑為RA圓心為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D的外圓相切的切線Ta與直線FP的交點(diǎn)， 和確定在直線FP上離所述交點(diǎn)的距離與Pa相同且離所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離小于半徑RA的點(diǎn) Pfp，
-確定中心點(diǎn)M1，其位于直線FP在點(diǎn)Pfp的垂直線與直線DPa的交點(diǎn)上， -確定中心點(diǎn)Mr，其位于直線FP在點(diǎn)Pfp的垂直線與直線DP1的交點(diǎn)上， -繞中心點(diǎn)M1在點(diǎn)Pa與Pfp之間產(chǎn)生圓弧1， -繞中心點(diǎn)M1,在點(diǎn)P1與Pfp之間產(chǎn)生圓弧1，。圖2b舉例顯示了由三個(gè)圓構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明所用的雙螺紋螺桿元件的型線線 段。點(diǎn)D標(biāo)記螺桿元件(母螺桿元件)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D相隔距離A的地方是對(duì)應(yīng) 的螺桿元件(子螺桿元件)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D所畫的是螺桿元件的芯半徑為RI的圓 (內(nèi)圓)和外半徑為RA的圓(外圓)。內(nèi)圓和外圓構(gòu)成圓環(huán)。型線線段和從其獲得的根據(jù) 本發(fā)明所用的螺桿元件的整個(gè)型線的所有點(diǎn)都位于此圓環(huán)上。點(diǎn)Pa表示半徑為R1和中心 點(diǎn)為M1的第一圓弧1的起點(diǎn)，該中心點(diǎn)位于連接線段D-Pa上。APa位于所述外圓上。點(diǎn) P1表示半SR3=A-R1的圓弧3的起點(diǎn)。其中心點(diǎn)M3位于線段D-P1上。在圓弧1和圓弧3之 間是一個(gè)半徑Sl=AA的連續(xù)可微的圓弧2。其中心AM2離點(diǎn)P1W距離為(AA)-R1，離點(diǎn) M3的距離為R3-(A/2)。通過(guò)在穿過(guò)點(diǎn)D和Pa的直線和穿過(guò)點(diǎn)D和P1的直線上連續(xù)映射所 示型線線段，可以設(shè)計(jì)出根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件(母螺桿元件)的整個(gè)型線。通過(guò)簡(jiǎn)單地將所述母螺桿型線的型線繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D旋轉(zhuǎn)90°的角度就獲得相應(yīng)的螺桿元件(子螺桿 元件)的型線。圖2c顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的例子，其中虛線所示的型線線段不能 通過(guò)軸向映射與實(shí)線所示的型線線段疊合。相反所述型線是相對(duì)于旋轉(zhuǎn)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)稱的。圖3舉例顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的一個(gè)具體實(shí)施方案。其特征在于 機(jī)筒內(nèi)腔構(gòu)造成半徑大于螺桿型線的外半徑，且螺桿型線相對(duì)于機(jī)筒內(nèi)腔的中心點(diǎn)成對(duì)偏 移，但是保留位于機(jī)筒內(nèi)腔中心的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)(用小圈表示)。如此，令人驚訝地獲得了能量輸 入的進(jìn)一步顯著減少?？梢栽跈C(jī)筒內(nèi)腔內(nèi)部以任意方式偏移以這種方式偏心旋轉(zhuǎn)的螺桿元 件。圖3顯示了需要特別強(qiáng)調(diào)的情形，即兩個(gè)型線向穿過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線方向與之垂直 地平行偏移相同的量，直至接觸到機(jī)筒輪廓線。如此保證了螺桿是準(zhǔn)確相互自刮凈式的，但 是在每種情形下各個(gè)螺桿的兩個(gè)螺桿齒頂中只有一個(gè)準(zhǔn)確刮凈機(jī)筒。這種方案使得可以完 全清潔所有表面并同時(shí)降低能量輸入。本文迄今為止只涉及準(zhǔn)確刮凈式螺桿型線。然而，在工業(yè)構(gòu)造的機(jī)器中，必須從準(zhǔn) 確刮凈式幾何形狀偏離到在清潔期間保持精確限定的間隙的程度。為防止金屬"微振磨損 "、補(bǔ)償制造公差和避免間隙中的過(guò)度能量耗散，這是必需的。有各種可能的策略來(lái)制造均 勻的間隙。應(yīng)用最廣的是產(chǎn)生通過(guò)機(jī)械而在縱截面中等距的間隙。[1]從103頁(yè)起介紹了 產(chǎn)生相應(yīng)的螺桿型線的工藝步驟。所述用于產(chǎn)生具有規(guī)定間隙的螺桿型線的準(zhǔn)則同樣適用于根據(jù)本發(fā)明所用的螺 桿元件。圖4顯示了具有間隙的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件型線的例子。在圖如中，螺桿 相互清潔時(shí)選擇間隙S與清潔機(jī)筒時(shí)的間隙D相同。在圖4b中，間隙S小于D，而在圖如 和4d中D反過(guò)來(lái)小于S。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的偏心型線也可以通過(guò)設(shè)計(jì)具有間隙的螺桿型線然 后在所述間隙之內(nèi)偏移型線來(lái)獲得。圖如_(1的型線與圖4d的型線相同。偏移相對(duì)于穿過(guò) 螺桿元件旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線成0°角(圖5a)、30°角(圖5b)、60°角(圖5c)和90°角(圖 5d)進(jìn)行。圖5顯示了兩個(gè)螺桿都偏移相同的位移向量的例子。原則上，還可以使兩個(gè)螺桿 在間隙內(nèi)偏移不同的向量。在這種情況下，獲得了在螺桿的一次旋轉(zhuǎn)中具有不等間隙的自 刮凈型型線。如已知的，一對(duì)型線的輸送作用通過(guò)型線在軸向上不斷成螺旋形旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生。如 此獲得了輸送螺線，如圖6a中所例示。通過(guò)在軸上設(shè)置相對(duì)彼此扭曲一個(gè)偏置角的由自潔型線構(gòu)成的棱形盤，獲得了相 對(duì)于所述輸送螺線具有提高的分散能力的捏合元件。圖6b顯示了具有七個(gè)以30°的偏置 角設(shè)置在軸上的捏合盤的捏合元件的例子。圖1-6僅涉及雙螺紋螺桿元件。不過(guò)，相同的原則也可應(yīng)用于具有三個(gè)或三個(gè)以 上螺紋的螺桿元件。圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)三螺紋螺桿元件的截面圖(參見例如[1]， 第103頁(yè))。圖7的三螺紋型線由三個(gè)對(duì)稱的線段構(gòu)成。在所述線段的過(guò)渡處存在扭折，且 所述型線形成螺桿齒頂(例如用箭頭7-1標(biāo)記)。這里所述型線以離開機(jī)筒很短小的距離 旋轉(zhuǎn)，并賦予聚合物熔體純剪切力，具有上述缺陷。
相反，圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的三螺紋螺桿元件的型線線段。由于該型線是 相對(duì)于穿過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)并彼此呈60°角設(shè)置的三條直線(S1，S2，S3)軸向?qū)ΨQ的，所以這里 只顯示了一個(gè)60°的扇形區(qū)。通過(guò)在映射直線S1、S2和S3上連續(xù)映射所示型線曲線就能 獲得整個(gè)型線。該型線曲線在位于直線Sl與S3之間的圖示線段中由兩個(gè)圓弧組成。對(duì)于 所述螺桿，產(chǎn)生了收斂擴(kuò)散通道，該通道在其整個(gè)圓周上都賦予混合物剪切流動(dòng)和伸展流 動(dòng)的組合。型線母圓1和1’之間的相切過(guò)渡在該型線與直線FP相切的點(diǎn)上進(jìn)行。對(duì)于三 螺紋型線，直線FP以-1. 73的斜率從旋轉(zhuǎn)點(diǎn)延伸軸線距離一半的距離。圖8所示設(shè)計(jì)可以 以類似方式應(yīng)用于0. 5-0. 577的所有外螺桿半徑與軸線距離之比。對(duì)于三螺紋型線，可以設(shè)計(jì)偏心旋轉(zhuǎn)的型線。這種螺桿型線顯示在圖9a_d中。步 驟與雙螺紋型線的步驟相似。相對(duì)于機(jī)筒半徑該型線的外半徑縮小，且該型線成對(duì)偏移，其 中旋轉(zhuǎn)點(diǎn)相對(duì)于機(jī)筒保持在中心。讓人特別感興趣的是其中螺桿彼此完全清潔且只用三個(gè) 齒頂中的一個(gè)清潔機(jī)筒的螺桿型線。圖9a顯示了通過(guò)水平向右偏移型線直到右側(cè)的螺桿 齒頂達(dá)到機(jī)筒輪廓線來(lái)產(chǎn)生這種型線。利用這種方案，在型線與機(jī)筒之間產(chǎn)生對(duì)稱的螺桿 螺紋。通過(guò)將型線相對(duì)于穿過(guò)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線偏移20° (圖9b)或40° (圖9c)的角，獲得 了其中三個(gè)螺桿齒頂中的一個(gè)清潔機(jī)筒的進(jìn)一步的方案。對(duì)于這些型線，產(chǎn)生的螺桿螺紋 是不對(duì)稱的。隨著位移的增大，產(chǎn)生了具有更強(qiáng)剪切力的區(qū)域(在圖％和9c的頂部)和 具有不太強(qiáng)的剪切力的區(qū)域(在圖％和9c的底部)。當(dāng)相對(duì)于穿過(guò)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線將型線 偏移60°的角度時(shí)(圖9d)，可以產(chǎn)生三個(gè)齒頂中的兩個(gè)清潔機(jī)筒的方案。在這兒不對(duì)稱 最明顯。產(chǎn)生了兩個(gè)具有非常強(qiáng)剪切應(yīng)力的區(qū)域(圖9d的頂部)和一個(gè)具有低剪切應(yīng)力 的區(qū)域(圖9d的底部)。待加工的物料由此暴露于變化極大的應(yīng)力，這對(duì)于分散任務(wù)來(lái)說(shuō) 是有益的。在型線的相互清潔過(guò)程中和清潔機(jī)筒過(guò)程中，間隙的產(chǎn)生以與用于雙螺紋型線的 完全一致的步驟進(jìn)行。三螺紋型線可作為圖IOa所示的連續(xù)的輸送螺線或作為圖IOb所示的捏合盤用于 本發(fā)明。用45°的螺桿型線線段可以完全定義軸向?qū)ΨQ的四螺紋螺桿型線。圖11顯示了 根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ的、四螺紋螺桿元件的型線線段，其由兩個(gè)圓弧段組成。該設(shè)計(jì) 可以以類似方式應(yīng)用于0. 5-0. 541的所有螺桿外半徑與軸線距離之比。這里未示出當(dāng)以與雙和三螺紋型線類似的方式進(jìn)行清潔時(shí)偏心型線的產(chǎn)生和間 隙的產(chǎn)生。四螺紋型線可作為圖1 所示的連續(xù)的輸送螺線或作為圖12b所示的捏合盤使用?？梢砸灶愃品绞街圃炀哂谐^(guò)四個(gè)螺紋的根據(jù)本發(fā)明所用的型線。同樣，可以以 類似方式改變間隙和產(chǎn)生偏心型線。圖13a是根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件對(duì)的例子的截面簡(jiǎn)圖。母螺桿型線用左側(cè)的 螺桿型線說(shuō)明。子螺桿型線用右側(cè)的螺桿型線說(shuō)明。所述兩個(gè)螺桿型線由16個(gè)圓弧構(gòu)成。 母和子螺桿型線的圓弧用粗實(shí)線表示，其具備相應(yīng)數(shù)目的圓弧。圓弧的中心點(diǎn)用小圈表示。 用細(xì)實(shí)線連接圓弧的中心點(diǎn)與相應(yīng)圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)(限定線)。螺桿外半徑在各自情形 下對(duì)于母和子螺桿型線來(lái)說(shuō)大小相等。在螺桿機(jī)筒的附近螺桿外半徑用細(xì)虛線表示，在嚙合區(qū)域用細(xì)點(diǎn)線表示。由于多個(gè)圓弧和使用計(jì)算機(jī)軟件作圖的結(jié)果，單個(gè)圓弧的數(shù)目可能 與限定線重疊并由此不易讀。盡管個(gè)別數(shù)目有時(shí)易讀性差，但結(jié)合本說(shuō)明書和圖13b中所 給的坐標(biāo)從上下文來(lái)看型線的結(jié)構(gòu)仍然是清楚的。圖13a所示的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿型線對(duì)是點(diǎn)對(duì)稱的，但不是軸向?qū)ΨQ的。直 線FP(用點(diǎn)線表示)沒有切線。這種螺桿元件為分散作用提供了特別顯著的自由性，因?yàn)?可以使對(duì)于分散作用來(lái)說(shuō)關(guān)鍵的齒頂?shù)纳嫌魏拖掠螀^(qū)域精確適應(yīng)任務(wù)，而無(wú)需考慮由于直 線FP所產(chǎn)生的幾何限制。圖1 顯示了圖13a中所有圓弧的中心點(diǎn)的χ和y坐標(biāo)(Mx和 My)、半徑R以及圓弧的角a。所述角以弧度表示；所有其它有量綱的值都?xì)w一化到軸線距 離，因此是無(wú)量綱的?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明高效并同時(shí)保護(hù)產(chǎn)品地?cái)D出的塑料物料是例如懸浮液、漿料、玻 璃、陶瓷物料、熔體形式的金屬、塑料、塑料熔體、聚合物溶液、彈性體和橡膠物料。優(yōu)選使用塑料和聚合物溶液，特別優(yōu)選熱塑性聚合物。優(yōu)選的熱塑性聚合物為聚 碳酸酯、聚酰胺、聚酯，特別是聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，聚交酯、聚 醚、熱塑性聚氨酯、聚縮醛、氟聚合物，特別是聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚烯烴，特別是聚乙烯 和聚丙烯，聚酰亞胺、聚丙烯酸酯，特別是聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯醚、聚苯硫、聚醚酮、聚芳 醚酮、苯乙烯聚合物，特別是聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，特別是苯乙烯-丙烯腈共聚物，丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和聚氯乙烯系列中的至少一種。同樣優(yōu)選地使用所列塑料 的所謂共混物，對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)這應(yīng)理解為是指兩種或更多種塑料的組合。特 別優(yōu)選聚碳酸酯和含聚碳酸酯的混合物，極特別優(yōu)選聚碳酸酯，其例如通過(guò)采用相邊界法 或熔體酯交換法獲得。其它優(yōu)選的給料物質(zhì)為橡膠。優(yōu)選的橡膠為苯乙烯-丁二烯橡膠、天然橡膠、丁二 烯橡膠、異戊二烯橡膠、三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丁基橡膠、鹵化 丁基橡膠、氯丁橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯橡膠、聚氨酯橡膠、熱塑性聚氨酯、古塔橡膠、丙烯 酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、硫化物橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠系列中的至少一種。當(dāng)然也可以 使用兩種或更兩種所列橡膠的組合，或者是一或多種橡膠與一或多種塑料的組合。這些熱塑性塑料和彈性體可以以純物質(zhì)的形式使用或者作為與填料和增強(qiáng)材料 如特別是玻璃纖維的混合物、作為它們彼此或與其它聚合物的混合物或作為與常規(guī)的聚合 物添加劑的混合物使用。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，塑料物料特別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物中混有 添加劑。這些添加劑可以作為固體、液體或溶液與聚合物一起放入擠出機(jī)中，或者至少一部 分所述添加劑或所有添加劑通過(guò)支流提供給擠出機(jī)。添加劑可以賦予聚合物許多不同的特性。它們可以例如為染料、顏料、加工助劑、 填料、抗氧化劑、增強(qiáng)材料、UV吸收劑和光穩(wěn)定劑、金屬減活劑、過(guò)氧化物清除劑、堿性穩(wěn)定 劑、成核劑、作為穩(wěn)定劑或抗氧化劑起作用的苯并呋喃和吲哚酮、脫模劑、阻燃劑、抗靜電 劑、染料制劑和熔體穩(wěn)定劑。例子有炭黑、玻璃纖維、粘土、云母、石墨纖維、二氧化鈦、碳纖 維、碳納米管、離子液體和天然纖維。當(dāng)所述方法用于不同的聚合物時(shí)，實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)會(huì)根據(jù)擠出工藝的類型和塑料物料 成的類型而變化。當(dāng)擠出聚乙烯和聚乙烯共聚物時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致分子量增大、支化和交聯(lián)。此外，在所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知的自動(dòng)氧化循環(huán)內(nèi)，聚乙烯和聚乙烯共聚物還會(huì)與大氣氧反 應(yīng)([2] Hepperlej J. Schadigungsmechanismen bei Polymerenj Polymeraufbereitung 2002，VDI-Kj VDI-Verlag GmbHj [3] Zweifelj H. Stabilization of Polymeric Materials, Berlin, Springer 1997， [4] Schwarzenbachj K.等:Antioxidants,發(fā) 表于 Zweifelj H. (編輯):Plastics Additives Handbook, Munich, Hanser 2001， [5] Cheng, H. N. , Schilling, F. C. , Boveyj F. A. : 13C Nuclear Magnetic Resonance Observation of the Oxidation of Polyethylene, Macromolecules 9 (1976) p. 363-36 ，形成氣味強(qiáng)烈的和由此破壞性的低分子量組分例如酮、醛、羧酸和醇。當(dāng)擠出基于聚乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物時(shí)，過(guò)高的溫度還會(huì)導(dǎo)致形成氣味強(qiáng)烈 的腐蝕性乙酸。當(dāng)擠出聚丙烯和聚丙烯共聚物時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致分子量降低。在自動(dòng)氧化循 環(huán)中，聚丙烯和聚丙烯共聚物進(jìn)一步與大氣氧反應(yīng)，形成氣味強(qiáng)烈的和由此破壞性的低分 子量組分例如酮、醛、羧酸和醇。當(dāng)擠出聚氯乙烯時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致聚氯乙烯褪色和分解出腐蝕性的氣態(tài)鹽 酸，其中所述鹽酸接著在進(jìn)一步的鹽酸解離時(shí)起催化劑作用。當(dāng)擠出聚苯乙烯時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致形成有害健康的苯乙烯以及二聚和三聚苯 乙烯，降低分子量和相應(yīng)地?fù)p害機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)時(shí)，產(chǎn)物在暴露于熱應(yīng)力后會(huì)變黃，導(dǎo)致透 明度降低，并且會(huì)形成致癌的單體丙烯腈以及苯乙烯，降低分子量和損害機(jī)械性能。當(dāng)擠出芳族聚碳酸酯時(shí)，產(chǎn)物在暴露于過(guò)高的熱應(yīng)力后，特別是由于氧氣的作用， 會(huì)變黃，導(dǎo)致透明度降低，并特別是由于水的作用會(huì)表現(xiàn)出分子量降低。在高溫下還會(huì)分解 成單體例如雙酚A。當(dāng)擠出聚酯例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚對(duì)苯二甲酸丙 二醇酯或聚交酯時(shí)，過(guò)高的溫度和水的作用會(huì)導(dǎo)致分子量降低和分子中的端基取代。這特 別是在重復(fù)利用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯時(shí)是有問(wèn)題的。在高溫下聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯會(huì) 分解出乙醛，這可能例如導(dǎo)致飲料瓶?jī)?nèi)容物的味道改變。當(dāng)擠出用二烯橡膠、特別是丁二烯橡膠改進(jìn)了沖擊性的熱塑性塑料，特別是沖擊 性改進(jìn)的聚苯乙烯(HIPS)和沖擊性改進(jìn)了的SAN(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，ABS)時(shí)，過(guò) 高的溫度會(huì)導(dǎo)致分解出致癌的丁二烯和有毒的乙烯基環(huán)己烯。此外二烯橡膠會(huì)交聯(lián)，導(dǎo)致 損害產(chǎn)物的機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚甲醛時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致分解出有毒的甲醛。當(dāng)擠出聚酰胺如聚酰胺6、聚酰胺6. 6、聚酰胺4. 6、聚酰胺11和聚酰胺12時(shí)，過(guò)高 的溫度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物褪色和分子量降低以及特別是在有水的情況下會(huì)導(dǎo)致形成單體和二聚 物，從而導(dǎo)致?lián)p害機(jī)械性能。當(dāng)擠出熱塑性聚氨酯時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)被聚氨酯交換反應(yīng)改變和， 在有水的情況下，導(dǎo)致分子量降低。這兩種情況都會(huì)對(duì)熱塑性聚氨酯的性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)擠出聚甲基丙烯酸甲酯時(shí)，暴露于過(guò)高的熱應(yīng)力后會(huì)分解出甲基丙烯酸甲酯和 降低分子量，導(dǎo)致氣味干撓和損害機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯硫時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致分解出含硫的有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物，這會(huì)導(dǎo)致氣味干撓并可能導(dǎo)致腐蝕擠出模頭。還會(huì)形成低分子量的低聚物和單體以及降低分 子量，從而損害聚苯硫的機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯砜時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)，特別是當(dāng)有水存在時(shí)，分解出有機(jī)化合物。分子 量也會(huì)降低，導(dǎo)致?lián)p害機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯醚時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致分解出低分子量的有機(jī)化合物，其中分子量 下降。這會(huì)導(dǎo)致?lián)p害產(chǎn)物的機(jī)械性能。當(dāng)擠出二烯橡膠例如聚丁二烯(BR)、天然橡膠(NR)和合成聚異戊二烯(IR)、丁基 橡膠(IIR)、氯丁基橡膠(CIIR)、溴化丁基橡膠(BIIR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、聚氯丁 烯(CR)、丁腈橡膠(NBR)、部分氫化的丁腈橡膠(HNBR)和乙烯-丙烯二烯共聚物(EPDM)時(shí)， 過(guò)高的溫度導(dǎo)致通過(guò)交聯(lián)形成凝膠，該凝膠導(dǎo)致了由其制成的構(gòu)件的機(jī)械性能變差。就氯 化和溴化丁基橡膠來(lái)說(shuō)，高溫可能導(dǎo)致分解出腐蝕性氣態(tài)鹽酸或氫溴酸，這接著又會(huì)催化 聚合物的進(jìn)一步分解。當(dāng)擠出包含硫化劑例如硫或過(guò)氧化物的橡膠混合物時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致過(guò)早的 硫化。這導(dǎo)致了不再能夠由這些橡膠混合物生產(chǎn)任何產(chǎn)物。當(dāng)在過(guò)高溫度下擠出一或多種聚合物的混合物時(shí)，在各自情形下會(huì)發(fā)生擠出單獨(dú) 的聚合物的缺陷。在生產(chǎn)時(shí)使聚合物脫氣的中間過(guò)程在所謂“脫氣擠出機(jī)“上進(jìn)行。脫氣擠出機(jī)就 原理而論是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的且例如在[1]中有記述。所謂"脫氣拱頂"是脫氣擠 出機(jī)的特征。它們是具有開口的機(jī)筒，產(chǎn)生的蒸氣可通過(guò)所述開口逸出。已知如果生產(chǎn)限 制在脫氣拱頂之間，不同的脫氣拱頂可以工作在不同的壓力下，從而在所述不同的壓力之 間產(chǎn)生密封。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件優(yōu)選地用于部分填充的區(qū)并特別優(yōu)選地用于脫氣區(qū)。根據(jù)聚合物采取的形式，根據(jù)本發(fā)明所用的脫氣擠出機(jī)可以以各種各樣的方式輸 入產(chǎn)品。在一種優(yōu)選的變體中，擠出機(jī)輸入液相，所述液相除聚合物之外還可包含溶劑和任 選地剩余單體。反應(yīng)和任選地初步蒸發(fā)之后獲得的聚合物的形式是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的。例子有
帶有殘余的苯乙烯和可能的乙苯、甲苯、二甲苯、丁酮或另一種溶劑的聚苯乙烯； 帶有殘余的苯乙烯、殘余的丙烯腈和可能的乙苯、甲苯、二甲苯、丁酮或另一種溶劑的 苯乙烯和丙烯腈共聚物；
具有溶劑如己烷、工業(yè)己烷、丙烷、異丁烷和單體如丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲 基-1-戊烯、1-辛烯的直鏈低或高密度聚乙烯、支鏈聚乙烯(涉及懸浮液的工藝有=Mitsui Chemicals 的 CX 工藝(己烷)、Basell 的 Hostalen 工藝(己烷)、Chevron Philips USA (異 丁烷)、比利時(shí)Boreal i s的Borstar工藝(丙烷)、和DSM在溶劑工藝中使用己烷)。關(guān)于 這一點(diǎn)詳情記述在[6] (Comparative Analysis of Various Polyethylene Production Technologies, Chem. & Petroleum Eng. vol. 44, nos. 7-8, 2008)中； 帶有溶劑例如氯苯和二氯甲烷的聚碳酸酯； 帶有單體即甲基丙烯酸甲酯的聚甲基丙烯酸甲酯。在一個(gè)優(yōu)選的變體中，產(chǎn)物提供給具有所謂"反向"脫氣的液體進(jìn)料脫氣擠出機(jī)。 在這種情況下，將任選地預(yù)熱過(guò)的聚合物溶液輸入雙螺桿擠出機(jī)中，在其中發(fā)泡。然后向后向穿過(guò)雙螺桿擠出機(jī)的螺紋向脫氣拱頂排出氣體。這種反向脫氣總的來(lái)說(shuō)是現(xiàn)有技術(shù)，在 例如[1]第193-195頁(yè)有記述。在這種情況下，輸入到擠出機(jī)中時(shí)溶液中的聚碳酸酯濃度 優(yōu)選地在55質(zhì)量％-95質(zhì)量％之間，特別優(yōu)選地在65質(zhì)量％-90質(zhì)量％之間。向液體進(jìn)料脫氣擠出機(jī)提供產(chǎn)物的另一種優(yōu)選變體涉及在擠出機(jī)入口處閃蒸。閃 蒸優(yōu)選地直接在擠出機(jī)之上進(jìn)行，由此使部分脫氣的熔體直接落在螺桿上。由閃蒸產(chǎn)生的 蒸氣優(yōu)選地從同樣位于擠出機(jī)之上的分離容器中借助于一或多條蒸氣管線抽出。聚合物溶 液的溫度優(yōu)選地在180°C -300°C的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地在200°C _250°C之間。閃蒸優(yōu)選地 工作在0. 3-6巴，特別優(yōu)選地0. 5-2巴之間的絕對(duì)壓力范圍內(nèi)。將產(chǎn)物供給液體進(jìn)料的脫氣擠出機(jī)的另一種優(yōu)選變體涉及位于擠出機(jī)入口處的 管束式換熱器，此換熱器設(shè)置在擠出機(jī)的螺桿之上，由此從管中出來(lái)的部分脫氣的聚合物 溶液可以直接落在螺桿上。另外在管束式換熱器的出口與擠出機(jī)螺桿之間還設(shè)有具有至少 一個(gè)蒸氣出口的分離容器，蒸氣和聚合物溶液在其中被彼此分離。聚合物溶液通過(guò)位于所 述落管蒸發(fā)器上端的入口引入，并通過(guò)分配板供給多個(gè)外加熱的管。加熱優(yōu)選地通過(guò)壓縮 水蒸汽、壓縮有機(jī)傳熱介質(zhì)或通過(guò)液體有機(jī)傳熱介質(zhì)進(jìn)行。用于蒸發(fā)溶劑的熱能通過(guò)管的 內(nèi)表面引入聚碳酸酯熔體中。從而溶劑組分蒸發(fā)，導(dǎo)致形成二相的氣液混合物。由此有目 的地避免了聚合物熔體的過(guò)熱。以蒸氣形式逃逸的溶劑導(dǎo)致了持續(xù)的充分混合和聚合物熔 體的表面更新，從而導(dǎo)致其更有效率地濃縮。如此，明顯地更高度濃縮的聚碳酸酯熔體被提 供給脫揮發(fā)成份擠出機(jī)，從而可以不僅有更低的能量輸入，而且可以有更短的聚碳酸酯熔 體在擠出機(jī)中的停留時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)相同乃至更高的聚碳酸酯熔體殘余脫氣。當(dāng)輸入管束式 換熱器中時(shí)，聚合物溶液的濃度優(yōu)選地在50-80重量％之間。管加熱溫度為240°C -360 優(yōu)選地250°C -340°C，極特別優(yōu)選地260°C -300°C。輸入擠出機(jī)中時(shí)，聚合物濃度在80-99 重量％之間，優(yōu)選地90-99重量％。分離容器中的絕對(duì)壓力優(yōu)選地在0.3-6巴之間，特別優(yōu) 選地在0. 5-2巴之間。向液體進(jìn)料脫氣擠出機(jī)提供產(chǎn)物的另一種優(yōu)選方式涉及泡沫蒸發(fā)器，如例如 EP1740638中針對(duì)聚碳酸酯所記述的。泡沫蒸發(fā)器可以由例如管束或由噴嘴板構(gòu)成。聚合 物熔體一從泡沫蒸發(fā)器的開口出來(lái)就發(fā)泡，并被除去，只剩余低殘留含量的殘余溶劑。該泡沫蒸發(fā)器優(yōu)選地設(shè)置在擠出機(jī)的螺桿之上，使得從管中出來(lái)的聚合物溶液可 以直接落到螺桿上。另外在管束式換熱器的出口與擠出機(jī)螺桿之間還設(shè)有具有至少一個(gè)蒸 氣出口的分離容器，蒸氣和聚合物溶液在其中被彼此分離。特別優(yōu)選地用聚碳酸酯溶液作為聚合物溶液。在這種情況下，在輸入到泡沫蒸發(fā)器中時(shí)聚碳酸酯溶液的濃度在90重量％_99. 95 重量％之間。任選地還向聚碳酸酯溶液中添加發(fā)泡劑，例如氮?dú)?、co2。發(fā)泡劑連同剩余溶 劑的蒸氣壓為0. Ι-lOObar，優(yōu)選地0. 5_60bar，特別優(yōu)選地l_40bar。分離器中的壓力為。 通過(guò)泡沫蒸發(fā)器的開口聚合物溶液被分成0. l-20mbar之間的子流。聚合物溶液的溫度在 2500C _340°C之間。分離容器內(nèi)的壓力優(yōu)選在0. l-20mbar之間。圖14顯示了一個(gè)其中螺桿元件被用于脫氣擠出機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方案。在A區(qū)域，聚 碳酸酯溶液被通過(guò)閃蒸管1引入擠出機(jī)。在脫氣容器2中，蒸氣與聚碳酸酯溶液分離。C、 E、G、J和L區(qū)為脫氣區(qū)域。在其中釋放的蒸氣在脫氣拱頂3中被抽出。B、D、F和H區(qū)是滯 流區(qū)，其中限流單元產(chǎn)生產(chǎn)物堵塞，其使得可以在相應(yīng)的相鄰區(qū)域建立不同的壓力。在K區(qū)還添加了夾帶劑以使L區(qū)的脫氣更有效率。在M區(qū)，聚合物與包含添加劑的支流混合，且為 了擠出機(jī)之后的過(guò)濾和模制而升壓。圖15顯示了另一個(gè)其中螺桿單元被用于脫氣擠出機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方案。在A區(qū)域， 聚碳酸酯溶液通過(guò)立式預(yù)熱器1被引入擠出機(jī)。在脫氣容器2中，蒸氣與聚碳酸酯溶液分 離。C、E、G、J和L區(qū)為脫氣區(qū)域。在其中釋放的蒸氣在脫氣拱頂3中被抽出。B、D、F和H 區(qū)是滯流區(qū)，其中限流單元產(chǎn)生產(chǎn)物堵塞，其使得可以在相應(yīng)的相鄰區(qū)域建立不同的壓力。 在K區(qū)還添加了夾帶劑以使L區(qū)的脫氣更加有效。在M區(qū)，聚合物與包含添加劑的支流混 合，且為了擠出機(jī)之后的過(guò)濾和模制而增大壓力。圖16顯示了另一種其中螺桿單元用于在入口處具有泡沫蒸發(fā)器的脫氣擠出機(jī)的 優(yōu)選實(shí)施方案。在A區(qū)域，聚碳酸酯溶液通過(guò)泡沫蒸發(fā)器1被引入擠出機(jī)。在分離器2中， 蒸氣與聚碳酸酯溶液分離。在B、D、F和H區(qū)，分別加入夾帶劑和進(jìn)行分散。在C、E、F、G和 J區(qū)，揮發(fā)性組分與聚合物分離。在K區(qū)，聚合物與包含添加劑和任選地其它聚合物的支流 混合，且為了擠出機(jī)之后的過(guò)濾和模制而增大壓力。在聚合物生產(chǎn)過(guò)程中也可以向裝有所述螺桿單元的雙或多螺桿擠出機(jī)提供顆粒。 在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的擠出機(jī)首先用于熔融、轉(zhuǎn)化和與添加劑混合。反應(yīng)和任選地初 步蒸發(fā)或沉淀之后獲得的聚合物的形式是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。例子有
聚丙烯，其中在最終的反應(yīng)之后以粉末形式獲得聚合物； 來(lái)自氣相或漿料工藝的高密度聚乙烯；
乳液聚合物，例如沉淀和任選地干燥之后的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。在混配過(guò)程中，裝有所述螺桿單元的雙或多螺桿擠出機(jī)特別適合于涉及脫氣的任 務(wù)。這里，在來(lái)自瓶子材料的再循環(huán)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的直接混配過(guò)程中(其包括在 最小熱應(yīng)力下進(jìn)行脫氣)尤其有利。根據(jù)本發(fā)明的方法特別優(yōu)選地用于聚碳酸酯的生產(chǎn)和混配。其優(yōu)點(diǎn)首先在聚碳酸 酯的顏色方面，在未著色的聚碳酸酯情況下該顏色用黃度指數(shù)(YI)度量。根據(jù)本發(fā)明所用 的螺桿單元在這里特別優(yōu)選地用于脫氣區(qū)域。適用于根據(jù)本發(fā)明的制造聚碳酸酯的方法的二酚在現(xiàn)有技術(shù)中多有記述。適合的二酚有例如對(duì)苯二酚、間苯二酚、二羥基聯(lián)苯、雙(羥苯基)鏈烷烴、雙(羥 苯基)環(huán)烷烴、雙(羥苯基)硫化物、雙(羥苯基)醚、雙(羥苯基)酮、雙(羥苯基)砜、 雙(羥苯基)亞砜、α，α’_雙(羥苯基)-二異丙苯、及其烷基化的、環(huán)烷基化的和環(huán)鹵代 的化合物。優(yōu)選的二酚有4，4’ - 二羥基聯(lián)苯、2，2-雙(4_羥苯基)苯丙烷、1，1_雙(4_羥 苯基)-苯乙烷、2，2-雙(4-羥苯基)丙烷、2，4-雙(4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1，3_雙 [2-(4-羥苯基)-2-丙基]苯(雙酚M)、2，2-雙(3-甲基_4_羥苯基)-丙烷、雙(3，5-二 甲基-4-羥苯基)-甲烷、2，2-雙(3，5-二甲基-4-羥苯基)-丙烷、雙(3，5-二甲基-4-羥 苯基)砜、2，4-雙(3，5-二甲基-4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1，3-雙[2-(3，5-二甲基-4-羥 苯基)-2-丙基]-苯和1，1-雙(4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷(雙酚TMC)。特別優(yōu)選的二酚為4，4’-二羥基聯(lián)苯、1，1-雙(4-羥苯基)_苯乙烷、2，2-雙 (4-羥苯基)丙烷、2，2-雙(3，5-二甲基-4-羥苯基)丙烷、1，1_雙(4-羥苯基)環(huán)己烷和 1，1-雙(4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己烷(雙酚TMC)。
對(duì)于均聚碳酸酯來(lái)說(shuō)，只使用一種二酚，而對(duì)于共聚碳酸酯來(lái)說(shuō)，則使用多種二 酚，其中所用的二酚，如合成中添加的所有其它化學(xué)試劑和助劑一樣，顯然可以被來(lái)自其合 成、操作和存儲(chǔ)的雜質(zhì)污染，雖然希望使用盡可能最純凈的原材料?？刂品肿恿克璧膯喂倌苕溄K止劑，例如酚或烷基酚，特別是苯酚、對(duì)叔丁基苯 酚、異辛基苯酚、枯基苯酚、其氯甲酸酯或單羧酸的酰氯或這些鏈終止劑的混合物，與所述 一種或多種雙酚鹽一起被引入到反應(yīng)中，或者在合成過(guò)程中的任意時(shí)間添加，只要反應(yīng)混 合物中仍存在光氣或氯甲酸端基，或者在酰氯和氯甲酸酯作鏈終止劑的情形下，只要有足 夠多的所形成的聚合物的酚端基存在。不過(guò)，優(yōu)選地，在光氣化反應(yīng)之后在不再存在光氣但 尚未加入催化劑的時(shí)間或位點(diǎn)添加所述一種或多種鏈終止劑?；蛘?，也可以在催化劑之前、 與催化劑一起或并行地計(jì)量加入鏈終止劑。任選地以相同方式向合成中添加支化劑或支化劑混合物。不過(guò)通常支化劑在鏈 終止劑之前添加。通常使用三苯酚、四苯酚、或三羧酸或四羧酸的酰氯、或多酚的混合物或 酰氯的混合物。適合用作支化劑的具有三個(gè)或三個(gè)以上酚羥基的化合物有例如間苯三酚、 4，6- 二甲基-2，4，6-三-(4-羥苯基)-2-庚烯、4，6- 二甲基-2，4，6-三-(4-羥苯基)-庚 烷、1，3，5-三-(4-羥苯基)-苯、1，1，1-三-(4-羥苯基)-乙烷、三-(4-羥苯基)-苯基甲 烷、2，2-雙(4，4-雙(4-羥苯基)環(huán)己基)丙烷、2，4-雙(4-羥苯基異丙基)苯酚、四_(4_羥 苯基)甲烷。一些其它的三官能化合物有2，4- 二羥基苯甲酸、苯均三酸、氰尿酰氯和3，3-雙 (3-甲基-4-羥苯基)-2-氧-2，3- 二氫吲哚。優(yōu)選的支化劑為3，3-雙(3-甲基-4-羥苯基)_2_氧_2’ 3_ 二氫吲哚和 1，1，1-三-(4-羥苯基)乙烷。優(yōu)選地用于聚碳酸酯的相邊界合成的催化劑有叔胺，特別是三乙胺、三丁胺、三辛 胺、N-乙基哌啶、N-甲基哌啶、N-異/正丙基哌啶，季銨鹽如四丁銨、三丁基芐銨、四乙銨 的氫氧化物、氯化物、溴化物、硫酸氫化物、四氟硼酸鹽以及對(duì)應(yīng)于所述銨化合物的禱化合 物。這些化合物在文獻(xiàn)中被記作典型的相邊界催化劑，是可商購(gòu)和所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟 知的。催化劑可單獨(dú)地、作為混合物或者并行和相繼地添加到合成中，任選地同樣在光氣 化反應(yīng)之前，但除非使用備類化合物或働類化合物的混合物作催化劑，都優(yōu)選地在引入光 氣之后加入催化劑。在這種情況下，添加優(yōu)選地在光氣加入之前進(jìn)行。催化劑的加入可以 本體形式、在惰性溶劑中、優(yōu)選地在聚碳酸酯合成溶劑中、或作為水溶液，就叔胺來(lái)說(shuō)作為 其與酸，優(yōu)選地?zé)o機(jī)酸特別是鹽酸的銨鹽形式進(jìn)行。當(dāng)使用多種催化劑或按計(jì)量加入催化 劑總量的一部分時(shí)，在不同的位點(diǎn)或不同的時(shí)間當(dāng)然可以采用不同的加入方法。相對(duì)于所 用的雙酚的摩爾量，所用催化劑的總量為0. 001-10mol%,優(yōu)選地0. 01-8mol%,特別優(yōu)選地 0.05-5mol%。聚碳酸酯合成可以連續(xù)或不連續(xù)地進(jìn)行。因此該反應(yīng)可以在攪拌釜反應(yīng)器、管式 反應(yīng)器、強(qiáng)制循環(huán)反應(yīng)器或級(jí)聯(lián)攪拌釜反應(yīng)器或其組合中進(jìn)行。這里必須通過(guò)使用上述混 合元件確保水相和有機(jī)相盡可能直到合成混合物已經(jīng)反應(yīng)完全(即其不再包含任何可皂 化的光氣或氯甲酸酯中的氯)之后才分離。在引入光氣之后，在任選地添加支化劑(如果其未與雙酚鹽一起添加)、鏈終止劑 和催化劑之前，可能有利的是將有機(jī)相和水相徹底混合一定時(shí)間。這種后反應(yīng)時(shí)間在每次計(jì)量加入之后都可能是有利的。這些后攪拌時(shí)間為10秒到60分鐘，優(yōu)選地30秒到40分 鐘，特別優(yōu)選地1-15分鐘。有機(jī)相可以由一種溶劑或由多種溶劑的混合物構(gòu)成。適合的溶劑為氯代烴(脂族 的和/或芳族的)，優(yōu)選地二氯甲烷、三氯乙烯、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷和氯苯及 其混合物。不過(guò)，還可以單獨(dú)、作為與氯代烴的混合物或除氯代烴之外使用芳烴如苯、甲苯、 間/對(duì)/鄰二甲苯或芳香醚如苯甲醚。合成的另一種實(shí)施方案使用不溶解聚碳酸酯而是只 引起它膨脹的溶劑。因此還可以與溶劑結(jié)合使用聚碳酸酯的非溶劑。如果溶劑配伍形成第 二有機(jī)相，則可使用溶于所述水相的溶劑如四氫呋喃、1，3/1，4-二》露烷或1，3-二氧戊烷在 這里作為所述溶劑。已經(jīng)反應(yīng)完全并最多仍包含痕量(<2ppm)的氯甲酸酯的所述至少二相的反應(yīng)混 合物被留待進(jìn)行相分離?？蓪⑺詨A相完全或部分作為水相返回到聚碳酸酯合成中，或者 送住廢水處理，其時(shí)將溶劑和催化劑組分分離并再循環(huán)。在另一種整理變體中，在分離出有 機(jī)雜質(zhì)特別是溶劑和聚合物殘?jiān)蠛腿芜x地在達(dá)到特定的PH值之后，就例如通過(guò)添加 氫氧化鈉而分離鹽，該鹽可例如被送往氯堿電解，而水相被任選地被返回到合成。現(xiàn)在可以凈化含聚碳酸酯的有機(jī)相，脫去所有堿性、離子性或催化特性的污染物。 甚至在一或多次澄清操作之后，有機(jī)相中仍包含一定比例的呈微滴的水性堿相和催化劑， 通常為叔胺。可任選地通過(guò)使有機(jī)相穿過(guò)澄清罐、攪拌釜反應(yīng)器、聚結(jié)器或分離器或其組合 來(lái)輔助所述澄清操作，其中在每一或一些分離步驟中可任選地計(jì)量加入水，在某種情況下 同時(shí)使用主動(dòng)或被動(dòng)混合單元。在此堿性水相的粗分離之后，用稀的酸、無(wú)機(jī)酸、羧酸、羥基羧酸和/或磺酸沖洗 所述有機(jī)相一或多次。優(yōu)選水性的無(wú)機(jī)酸，特別是鹽酸、亞磷酸和磷酸，或這些酸的混合物。 這些酸的濃度應(yīng)在0. 001-50重量％，優(yōu)選地0. 01-5重量％的范圍內(nèi)。進(jìn)一步用去離子水或蒸餾水反復(fù)沖洗所述有機(jī)相。在所述唯一沖洗步驟之后，用 澄清罐、攪拌釜反應(yīng)器、聚結(jié)器或分離器或其組合進(jìn)行有機(jī)相(任選地以一定比例的水相 分散)的分離，其中可以沖洗水任選地使用主動(dòng)或被動(dòng)混合單元在所述沖洗步驟之間計(jì)量 加入。在這些沖洗步驟之間或者在沖洗之后，可任選地加入酸，該酸優(yōu)選地溶解在所述 聚合物溶液所基于的溶劑中。這里優(yōu)選地使用氣態(tài)氯化氫和磷酸或亞磷酸，它們也可以任 選地作為混合物使用。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的塑料物料的性能可使用常規(guī)的添加劑和額外的物 質(zhì)(例如助劑和增強(qiáng)材料)來(lái)調(diào)節(jié)。添加添加劑和附加的物質(zhì)的目的是為了延長(zhǎng)使用壽命 (例如水解或降解穩(wěn)定劑)、提高顏色穩(wěn)定性(例如熱和UV穩(wěn)定劑)、簡(jiǎn)化加工(例如脫模 劑、流動(dòng)助劑)、提高使用特性(例如抗靜電劑)、提高阻燃性、影響外觀(例如有機(jī)染料、顏 料)或使聚合物特性適應(yīng)特定的應(yīng)力(沖擊改性劑、細(xì)碎的礦物質(zhì)、纖維材料、石英粉、玻璃 纖維和碳纖維)。以下實(shí)施例用于舉例說(shuō)明本發(fā)明，不應(yīng)被看作是限制。借助于流動(dòng)模擬計(jì)算根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有雙螺紋Erdmenger螺桿型線的螺桿元 件和具有新型螺桿型線的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的升壓能力、需用功率和最大升溫。如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知和如[1]第1四-146頁(yè)所記述的，螺桿元件如輸送、捏合和混合元件的工作特性可以用壓差-通過(guò)量和功率-通過(guò)量特性來(lái)描述。為簡(jiǎn)化向不同 擠出機(jī)尺寸的可轉(zhuǎn)移性，壓差、功率和通過(guò)量等變量往往采用其無(wú)量綱形式。對(duì)于具有牛 頓流動(dòng)特性的塑料物料來(lái)說(shuō)，在壓差與通過(guò)量以及功率與通過(guò)量之間存在線性關(guān)系。在壓 差-通過(guò)量特性曲線中，軸的交點(diǎn)標(biāo)記為Al和A2([l]，第133頁(yè))。工作點(diǎn)Al表示螺桿元 件的固有通過(guò)量。工作點(diǎn)A2表示無(wú)通過(guò)量的升壓能力。在功率-通過(guò)量特性曲線中，軸的 交點(diǎn)標(biāo)記為Bl和B2([l]，第136頁(yè))。點(diǎn)Bl為所謂渦輪機(jī)點(diǎn)。如果通過(guò)量大于Bi，則功率 被輸出到螺桿。工作點(diǎn)B2表示無(wú)通過(guò)量的需用功率。在升壓區(qū)，引入的功率只有一部分被轉(zhuǎn)化成流動(dòng)功率。引入的功率的其余部分耗 散。流動(dòng)功率用通過(guò)量與壓差的乘積來(lái)計(jì)算。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到，軸的交點(diǎn) Al和A2處的流動(dòng)功率都等于0，因?yàn)榛蛘邏翰畹扔? (Al)或者通過(guò)量等于0 (A2)。在Al與 A2之間的區(qū)域壓差和通過(guò)量都大于0，導(dǎo)致正的流動(dòng)功率。如果用某一工作點(diǎn)上由通過(guò)量 提供的流動(dòng)功率除以在此工作點(diǎn)由螺桿輸出的功率，則得到此工作點(diǎn)的升壓效率。通過(guò)根 據(jù)通過(guò)量導(dǎo)出效率和隨后歸零，可以得到螺桿元件的最大效率。
對(duì)于一對(duì)螺桿元件內(nèi)的流動(dòng)，使用可商購(gòu)的軟件包Fluent，版本6. 3. 26,計(jì)算升壓能 力和需用功率，使用開源軟件工具包OpenFOAM，版本1. 5，計(jì)算最大升溫。在例如[1]第 147-168頁(yè)有對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的流動(dòng)模擬的介紹。在每種情形下通過(guò)研究其長(zhǎng)度等于螺距一半的螺桿元件來(lái)執(zhí)行流動(dòng)模擬。在流動(dòng) 模擬過(guò)程中，在這些螺桿元件的軸頭和軸尾提供周期性的約束，以計(jì)算水力確定的流動(dòng)狀 態(tài)。使用具有牛頓流動(dòng)特性的液體作為塑料物料。使用的材料數(shù)據(jù)為典型值，如可從 例如參考書Polymeraufbereitung 2002，VDI-K, VDI-Verlag, Dusseldorf, 2002 第 159 頁(yè)所獲得的。塑料物料的密度為1000kg/m3。塑料物料的粘度為1000I^*S。。塑料物料的 熱傳導(dǎo)率為0. 2W/m/K。塑料物料的熱容量為2000J/kg/K。
實(shí)施例對(duì)比實(shí)施例1
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輸送元件的幾何形狀可從圖17a_17c得知。圖17a顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有Erdmenger螺桿型線的螺桿元件的四分之一螺 桿型線橫截面。圖中央是xy坐標(biāo)系，在其原點(diǎn)是螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。螺桿型線的圓弧用粗 實(shí)線表示，其具備相應(yīng)數(shù)目的圓弧。圓弧的中心點(diǎn)用小圈表示。用細(xì)實(shí)線連接圓弧的中心 點(diǎn)與相應(yīng)圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)。直線FP用細(xì)點(diǎn)線表示。無(wú)量綱的螺桿外半徑RA用細(xì)虛線表 示，其數(shù)值在圖右下方以4位有效數(shù)字給出。在圖右側(cè)，各自以4位有效數(shù)字給出了每個(gè)圓 弧的半徑R、角α和圓弧中心點(diǎn)的χ和y坐標(biāo)Mx和My。這些數(shù)據(jù)清楚地限定了螺桿型線。 該螺桿型線相對(duì)于χ和ι軸軸向?qū)ΨQ，因此通過(guò)將所示的四分之一在χ和y軸上映射將獲 得整個(gè)型線。其中四分之一螺桿型線由總共η個(gè)圓弧構(gòu)成的螺桿型線在下面記作η-圓螺桿型線。在圖17a中，η-圓螺桿型線上的圓弧按以下所述編號(hào)，即頭η/2個(gè)圓弧以升序從1到η/2依次編號(hào)，后η/2個(gè)圓弧以降序從(η/2)’到1，依次編號(hào)。圓弧η/2和圓弧(η/2) ’ 各自接觸直線FP。螺桿型線的每個(gè)圓弧i與螺桿型線的圓弧i’對(duì)應(yīng)。由軸線距離減去圓 弧i的半徑之差計(jì)算圓弧i’的半徑，即R_i’=A-R_i。圓弧i’的角等于圓弧i的角，即α_ i’ = a_i。這意味著具有圓弧j的齒頂區(qū)域等于具有圓弧j’的凹槽區(qū)域。這還意味著具有 圓弧j的凹槽區(qū)域等于具有圓弧j’的齒頂區(qū)域。圖17a顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙螺紋Erdmenger螺桿型線的四分之一，其由4個(gè) 圓弧組成。Erdmenger螺桿型線的特征在于半徑R_1=RA，半徑R_2=0，半徑R_2' =A=1，半徑 R_1'=A-RA=RI0角a_l、a_2、a _2'和α _1’取決于螺桿外半徑和軸線距離。角α _1等 于雙螺紋Erdmenger螺桿型線的頂錐角的二分之一。Erdmenger螺桿型線具有位于半徑R_2 處的扭折。"扭折的大小"由角α _2決定，即從圓弧1到圓弧2’的過(guò)渡通過(guò)繞角a_2旋 轉(zhuǎn)來(lái)完成。在圖17a中，無(wú)量綱的螺桿外半徑RA為0. 6069。半頂錐角為α _1=0. 18 。圖17b顯示了一對(duì)配置為輸送元件的螺桿元件，其螺桿型線基于圖17a。兩個(gè)輸 送元件的軸線距離的有量綱值a=26. 2mm，無(wú)量綱值為A=a/a=l。兩個(gè)輸送元件之間的間隙 的有量綱值為s=0. 2mm，無(wú)量綱值為S=s/a=0. 0076。兩個(gè)輸送元件與機(jī)筒之間的間隙的有 量綱值為d=0. 1mm，無(wú)量綱值為D=d/a=0. 0038。輸送元件的螺距的有量綱值為t=28. 0mm, 無(wú)量綱值為T=t/a=1.0687。輸送元件的長(zhǎng)度的有量綱值為1=14. 0mm，無(wú)量綱值為L(zhǎng)=I/ a=0. 5344，其相當(dāng)于螺桿型線旋轉(zhuǎn)π的角。機(jī)筒用兩個(gè)輸送元件左側(cè)和右側(cè)的細(xì)實(shí)線表 示。機(jī)筒直徑的有量綱值為dg=31.8mm，無(wú)量綱值為DG=dg/a=2*RA=1.2137。在兩個(gè)輸送 元件表面上進(jìn)一步畫出了可能的計(jì)算網(wǎng)格，所述網(wǎng)格可用于計(jì)算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流 動(dòng)。網(wǎng)格單元的數(shù)量在沿圓周方向上等于180，在軸向上等于90。圖17c顯示了根據(jù)圖17b所示的那對(duì)螺桿元件的俯視圖。在輸送元件與機(jī)筒之間 的空隙容積上提供了可能的計(jì)算網(wǎng)格，所述網(wǎng)格可用于計(jì)算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流動(dòng)。 在沿圓周方向上網(wǎng)格單元的數(shù)量等于180，在徑向上等于10。兩個(gè)螺桿元件的旋轉(zhuǎn)軸用小 圈標(biāo)記。與圖17b和17c中所示的計(jì)算網(wǎng)格不同，壓差-通過(guò)量特性曲線和功率-通過(guò)量 特性曲線使用在沿圓周方向上包括320個(gè)網(wǎng)格單元、在軸向上包括160個(gè)網(wǎng)格單元和在 徑向上包括12個(gè)網(wǎng)格單元的計(jì)算網(wǎng)格來(lái)計(jì)算。壓差-通過(guò)量特性曲線的軸段計(jì)算如下 Al=O. 263，A2=4250。功率-通過(guò)量特性曲線的軸段計(jì)算如下B1=1. 033，B2=4390。升壓期 間的最高效率確定為7. 32%。根據(jù)圖17b和17c的計(jì)算網(wǎng)格用于計(jì)算最大升溫。用零向量初始化速度場(chǎng)和壓力 場(chǎng)。沿旋轉(zhuǎn)軸的壓力梯度設(shè)為0，由此將固有通過(guò)量Al確定為通過(guò)量。溫度場(chǎng)以300°C初 始化。機(jī)筒壁和兩個(gè)輸送元件的表面都假設(shè)為絕熱的。監(jiān)視在擠出機(jī)的兩個(gè)回轉(zhuǎn)上溫度場(chǎng) 的變化。時(shí)間步長(zhǎng)為0. 000925926秒。雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分。在兩個(gè)回轉(zhuǎn)之后達(dá)到了計(jì)算范圍內(nèi)的最高溫度。在兩個(gè)輸送元件的表面上，具 體地在剛好清潔機(jī)筒的齒頂區(qū)域，最高溫度在幾乎相同的水平。根據(jù)計(jì)算，最高溫度為約 400°C。實(shí)施例2:
根據(jù)本發(fā)明所用的輸送元件的幾何形狀可由圖18a-18c推出。
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圖18a顯示了四分之一根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的螺桿型線的橫截面。該圖的 結(jié)構(gòu)與上面已經(jīng)詳細(xì)描述的圖17a相似。在圖18a中，該四分之一螺桿型線由2個(gè)圓弧構(gòu) 成。該螺桿型線的特征還在于其不包含扭折且齒頂區(qū)域(即位于螺桿外半徑上的一個(gè)區(qū) 域)的齒頂錐角等于0。無(wú)量綱的螺桿外半徑為RA=O. 6069。圖18b顯示了一對(duì)配置為輸送元件的螺桿元件，其螺桿型線基于圖18a。兩個(gè)輸送 元件的軸線距離的有量綱值為a=26. 2mm，無(wú)量綱值為A=a/a=l。兩個(gè)輸送元件之間的間隙 的有量綱值為s=0. 2mm，無(wú)量綱值為S=s/a=0. 0076。兩個(gè)輸送元件與機(jī)筒之間的間隙的有 量綱值為d=0. 1mm,無(wú)量綱值為D=d/a=0. 0038。輸送元件的螺距的有量綱值為t=28. 0mm, 無(wú)量綱值為T=t/a=l. 0687。輸送元件的長(zhǎng)度的有量綱值為1=14. Omm,無(wú)量綱值為L(zhǎng)=I/ a=0. 5344，其相當(dāng)于螺桿型線旋轉(zhuǎn)π的角。機(jī)筒用兩個(gè)輸送元件左側(cè)和右側(cè)的細(xì)實(shí)線表 示。機(jī)筒直徑的有量綱值為dg=31.8mm，無(wú)量綱值為DG=dg/a=2*RA=1.2137。在兩個(gè)輸送 元件表面上進(jìn)一步畫出了可能的計(jì)算網(wǎng)格，所述網(wǎng)格可用于計(jì)算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流 動(dòng)。網(wǎng)格單元的數(shù)量在沿圓周方向上等于180，在軸向上等于90。圖18c顯示了根據(jù)圖18b所示的那對(duì)螺桿單元的俯視圖。在輸送元件與機(jī)筒之間 的空隙容積上提供了可能的計(jì)算網(wǎng)格，所述網(wǎng)格可用于計(jì)算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流動(dòng)。 網(wǎng)格單元的數(shù)量在沿圓周方向上等于180，在徑向上等于10。兩個(gè)螺桿元件的旋轉(zhuǎn)軸用小 圈標(biāo)記。與圖18b和18c中所示的計(jì)算網(wǎng)格不同，壓差-通過(guò)量特性曲線和功率-通過(guò)量 特性曲線使用在沿圓周方向上包括320個(gè)網(wǎng)格單元、在軸向上包括160個(gè)網(wǎng)格單元和在 徑向上包括12個(gè)網(wǎng)格單元的計(jì)算網(wǎng)格來(lái)計(jì)算。壓差-通過(guò)量特性曲線的軸段計(jì)算如下 Al=O. 245，A2=4530。功率-通過(guò)量特性曲線的軸段計(jì)算如下B1=0. 803，B2=3640。升壓期 間的最高效率確定為9. 05%。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，盡管齒頂區(qū)域最小化了(其在三維上僅僅是線性的)，但根據(jù)本 發(fā)明所用的輸送元件的升壓能力只比實(shí)施例1的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有雙螺紋Erdmenger螺 桿型線的輸送元件大約6. 6%。由此，借助于根據(jù)本發(fā)明所用的輸送元件，可以例如在更短的 升壓區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生期望的或必要的升壓，借此縮短了擠出機(jī)結(jié)構(gòu)或者在不變的擠出機(jī)長(zhǎng)度下 延長(zhǎng)了其它工藝區(qū)例如脫氣區(qū)或混合區(qū)，從而提高它們對(duì)塑料物料的作用。另外還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明所用的輸送單元的功率參量B2比實(shí)施例1的根據(jù)現(xiàn)有技 術(shù)的具有雙螺紋Erdmenger螺桿型線的輸送單元低約17%。更低的能量輸入減少了升溫，并 因此還減少了不希望發(fā)生的聚合物損傷。根據(jù)圖17b和17c的計(jì)算網(wǎng)格用于計(jì)算最大升溫。用零向量初始化速度場(chǎng)和壓力 場(chǎng)。沿旋轉(zhuǎn)軸的壓力梯度設(shè)為0，由此將固有通過(guò)量Al確定為通過(guò)量。溫度場(chǎng)以300°C初 始化。機(jī)筒壁和兩個(gè)輸送單元的表面都假設(shè)為絕熱的。監(jiān)視在擠出機(jī)的兩個(gè)回轉(zhuǎn)上溫度場(chǎng) 的變化。時(shí)間步長(zhǎng)為0. 000925926秒。雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分。在兩個(gè)回轉(zhuǎn)之后找到了計(jì)算范圍內(nèi)的最高溫度。在兩個(gè)輸送單元表面上，具體地 在剛好位于最小化的齒頂區(qū)域(其剛好位于嚙合區(qū)域，即位于兩個(gè)機(jī)筒內(nèi)腔相互貫通的區(qū) 域)旁邊的表面上，最高溫度在幾乎相同的水平。根據(jù)計(jì)算，最高溫度為約365°C。根據(jù)計(jì) 算，剛好清潔機(jī)筒的最小化的齒頂區(qū)域上的最高表面溫度為約340°C。與實(shí)施例1的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輸送單元相比，實(shí)施例2的根據(jù)本發(fā)明所用的輸送
23單元使最高溫度降低了約35°C。對(duì)于齒頂區(qū)域，甚至形成了高達(dá)約60°C的溫差。在溫度每 升高10°C聚合物損傷反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)增加一倍的假設(shè)下，聚合物損傷在根據(jù)實(shí)施例1 的輸送單元的螺桿齒頂區(qū)域比在實(shí)施例2的輸送單元的螺桿齒頂區(qū)域快約50倍。
權(quán)利要求
1.使用用于多螺桿擠出機(jī)的螺桿元件擠出塑料物料的方法，其中所述多螺桿擠出機(jī)具 有成對(duì)同向旋轉(zhuǎn)并成對(duì)準(zhǔn)確刮凈的螺桿，且具有兩個(gè)或更多個(gè)螺桿螺紋，特征在于螺桿型 線在整個(gè)橫截面中都可以用連續(xù)可微的型線曲線表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于螺桿型線在整個(gè)橫截面中由4個(gè)或更多個(gè)圓 弧組成，其中所述圓弧在其起點(diǎn)和終點(diǎn)彼此成切線匯合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，特征在于 -母和子螺桿型線彼此相隔軸線距離a，-母螺桿型線的圓弧數(shù)目為n，-母螺桿型線的外半徑ra大于0(ra>0)且小于軸線距離(ra<a)， -母螺桿型線的芯半徑ri大于0(ri>0)且小于或等于ra(ri ( ra)， -母螺桿型線的所有圓弧彼此成切線匯合，-所述圓弧形成閉合的螺桿型線，即所有圓弧j的角％之和等于2π，其中π為圓周 率(31 ^ 3. 14159)，-所述圓弧形成凸起的螺桿型線，-母螺桿型線的每一個(gè)圓弧都位于外半徑為ra、芯半徑為ri且中心點(diǎn)在母螺桿型線 的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上的圓環(huán)界內(nèi)或界上，-母螺桿型線的至少一個(gè)圓弧在點(diǎn)Pa接觸母螺桿型線的外半徑ra， -母螺桿型線的至少一個(gè)圓弧在點(diǎn)P1接觸母螺桿型線的芯半徑ri， -子螺桿型線的圓弧數(shù)目η’等于母螺桿型線的圓弧數(shù)目η，-子螺桿型線的外半徑ra’等于軸線距離與母螺桿型線的芯半徑ri之差(ra’ ， -子螺桿型線的芯半徑ri’等于軸線距離與母螺桿型線的外半徑ra之差(ri’ q-ra)， -子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的角α /等于母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的角α)其中j 和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值，-子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的半徑r/與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的半徑。之和等 于軸線距離 其中j和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值，-子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的距離等 于軸線距離a，且子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離等于母 螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離，且子螺桿型線的第j’個(gè)圓 弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)之間的連線平行于子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn) 與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的連線，其中j和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或 η'的所有值，-子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的起點(diǎn)相對(duì)于子螺桿型線的第j’個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的方向 與母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的起點(diǎn)相對(duì)于母螺桿型線的第j個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的方向相反， 其中j和j’為整數(shù)，它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，特征在于所述螺桿元件是點(diǎn)對(duì)稱的，且在一個(gè) 360°/(2 Ζ)的扇形區(qū)內(nèi)型線曲線由至少兩個(gè)圓弧組成，其中Z是所述螺桿元件的螺紋數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，特征在于它們是軸對(duì)稱的，且在一個(gè)360°/ (2 Ζ)的扇區(qū)形內(nèi)型線曲線由至少兩個(gè)圓弧組成，其中Z是所述螺桿元件的螺紋數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，特征在于所述扇形區(qū)內(nèi)的型線曲線由兩個(gè)圓弧組成，其中在點(diǎn)Pfp，所述圓弧彼此連續(xù)可微地匯合，其中所述點(diǎn)Pfp在直線FP上，直線FP的垂直 線在點(diǎn)Pfp穿過(guò)所述兩個(gè)圓弧的中心點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，特征在于所述螺桿元件具有旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D、位于以螺桿元件 的外半徑ra繞所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的圓上的點(diǎn)Pa、位于以螺桿元件的內(nèi)半徑ri繞所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的圓 上的點(diǎn)P1、穿過(guò)點(diǎn)Pa和D和直線DPa，和穿過(guò)點(diǎn)P1和D的直線DP1,當(dāng)采用笛卡爾坐標(biāo)系并使 點(diǎn)D在原點(diǎn)和使點(diǎn)Pa在X軸上時(shí)，其特征在于所述垂直線在其中一個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與直線 DPa相交，并在另一個(gè)圓弧的中心點(diǎn)與直線DP1相交，特征還在于直線FP離所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距 離相當(dāng)于所述軸線距離的二分之一且螺距以弧度表示為-l/tan( π Λ2 Ζ))。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于所述螺桿元件構(gòu)造為混合元件或輸送 元件。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于所述螺桿元件構(gòu)造為捏合元件。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于所述螺桿元件用于脫氣區(qū)或輸送區(qū)。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于在螺桿單元與機(jī)筒之間和/或相鄰 螺桿單元之間存在0.1-0. 001倍于所述螺桿型線直徑的間隙。
12.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于所述塑料物料為熱塑性塑料或彈性體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，特征在于所用熱塑性塑料為聚碳酸酯、聚酰胺、聚 酯，特別是聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，聚醚、熱塑性聚氨酯、聚縮醛、氟 聚合物，特別是聚偏二氟乙烯，聚醚砜、聚烯烴，特別是聚乙烯和聚丙烯，聚酰亞胺、聚丙烯 酸酯，特別是聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯醚、聚苯硫、聚醚酮、聚芳醚酮、苯乙烯聚合物，特別是 聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，特別是苯乙烯-丙烯腈共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共 聚物，聚氯乙烯或至少兩種上述熱塑性塑料的共混物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，特征在于使用聚碳酸酯或聚碳酸酯與其它聚合物的 共混物作為所述熱塑性塑料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，特征在于所述聚碳酸酯是通過(guò)相邊界法或熔體酯交 換法生產(chǎn)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，特征在于所用彈性體為苯乙烯-丁二烯橡膠、天然橡 膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丁基橡 膠、鹵化丁基橡膠、氯丁橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯橡膠、聚氨酯橡膠、熱塑性聚氨酯、古塔橡 膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、硫化物橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠或至少兩種上述彈性體 的組合。
17.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于向所述聚合物中添加填料或增強(qiáng)材 料或聚合物添加劑或有機(jī)或者無(wú)機(jī)顏料，或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助于具有特定螺桿幾何形狀的多螺桿擠出機(jī)擠出其中可以摻有其它物質(zhì)例如具有改善的光學(xué)特性的固體、液體、氣體或其它聚合物或其它聚合物混合物的塑料物料、特別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物、尤其是熱塑性塑料和彈性體、特別優(yōu)選地聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物的方法。
文檔編號(hào)B29C47/40GK102123836SQ200980132196
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者C·康詹, J·雷赫納, K·科爾格雷貝爾, M·比爾德爾, R·魯多夫, T·克尼希, U·利森費(fèi)爾德 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司