用于加工聚合物材料的機(jī)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于加工聚合物材料的機(jī)器。
[0002]特別地，本發(fā)明涉及一種包括定子、可繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的并與該定子連接的轉(zhuǎn)子和在所述定子和轉(zhuǎn)子之間用于加工所述聚合物材料的加工通道的機(jī)器。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明通常涉及上述類型的機(jī)器，并配置為通過將至少兩種組分進(jìn)行融化或混合或脫氣以加工聚合物材料，其中第一組分是粘性液體，而另一個(gè)第二組分是粘性液體或顆粒狀固體或氣體或上述成分的組合。
[0004]用于加工上述類型的聚合物材料的機(jī)器包括螺桿機(jī)或螺桿擠出機(jī)，其中螺桿在圓柱(cylinder)中是可旋轉(zhuǎn)的，從而限定螺旋狀加工通道。
[0005]所述螺桿機(jī)具有一些缺陷。
[0006]首先，所述螺桿機(jī)中的聚合物的流速受如下事實(shí)限制:通過流動(dòng)通道的寬度是螺距的函數(shù)，相應(yīng)地，螺距是螺桿的角度和螺紋的厚度的函數(shù)，以及受如下事實(shí)限制:聚合物材料的流動(dòng)有兩個(gè)速度分量，其中只有一個(gè)速度分量有助于該材料流向輸出，決定排放流速。聚合物材料的流動(dòng)具有平行于該螺紋且為螺旋角的余弦函數(shù)的速度分量，和垂直于該螺紋且為螺旋角的正弦函數(shù)的速度分量，其對(duì)所述通道內(nèi)的材料朝向輸出的流動(dòng)沒有貢獻(xiàn)。由于速度分量的這種分布，物理上不可能知道是哪些流體顆粒沿兩個(gè)路徑中的一個(gè)或另一個(gè)路徑行進(jìn)。特別是，不可能知道是哪些顆粒沿著垂直于所述螺紋的環(huán)路行進(jìn)，然而，在某些情況下，沿軌跡控制液體的速度剖面(speed profile)和其變形將是特別感興趣的。
[0007]所述螺桿機(jī)還存在其他問題，例如不充分且低效的液體的延展分布，不充分的且低效的氣液二相混合物的脫氣，不充分的且低效的熱塑性固體物質(zhì)的融化。
[0008]在前兩種情況下，加工問題與液體顆粒穿過位于螺紋和圓柱之間的間隙相關(guān)聯(lián)。在這些情況下，事實(shí)上，相當(dāng)大量的液體顆粒沿著平行于螺紋的軌跡設(shè)置，而不是沿垂直于螺紋的環(huán)形軌跡設(shè)置，從理想的過程中溢出。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，已知的解決方案是通過加長所關(guān)注的段從而增加所述擠出機(jī)的局部環(huán)形流速。這增加了所有顆粒以理想的方式進(jìn)行“變形”的概率。所需的流速增加通常是非常顯著的且范圍是從排放流速的理論最小值的4倍、6倍到20倍以上。然而，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于必須的混合或脫氣區(qū)域的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了相當(dāng)大的缺陷，包括更高的投資、更大的占用空間、降低的能源效率和聚合物材料的降解風(fēng)險(xiǎn)。
[0009]最后，螺桿機(jī)要經(jīng)受脫氣煙道區(qū)域中的污垢。在螺桿機(jī)中，脫氣經(jīng)過形成于所述圓柱的表面上的液體薄膜、在液體/氣體交界面處發(fā)生。因?yàn)榫酆衔锊牧现械闹辽僖徊糠?，無論多小，必須要與圓柱和螺桿二者相接觸從而允許其供給，與圓柱和螺桿二者相接觸的這部分材料是強(qiáng)制性的，從而在脫氣煙道的前方經(jīng)過，每一輪一次，并因此“弄臟”該煙道區(qū)域。
[0010]為了彌補(bǔ)上述缺陷，機(jī)器已被設(shè)想為使用環(huán)狀加工通道以加工聚合物材料，換句話說，不是螺旋狀的加工通道。
[0011]例如，在美國專利申請(qǐng)US 5，200，204(Douglas J.Horton),US 4，012，477 (Beck)，US 4, 813, 863 (Granville J.Hahn)，US 4，501，543 (Rutledge)，US 3，880，564 (Beck)中，已知一種機(jī)器包括圓柱形轉(zhuǎn)子、具有用于該轉(zhuǎn)子的底座的定子以及在該轉(zhuǎn)子與該定子之間形成的加工通道。環(huán)狀加工通道的形成是由于如下事實(shí):該定子的底座的直徑大于轉(zhuǎn)子的直徑，該轉(zhuǎn)子相對(duì)于該底座以可旋轉(zhuǎn)的方式繞旋轉(zhuǎn)偏心軸安裝，或該底座具有橢圓形的形狀。
[0012]用于加工聚合物材料的機(jī)器的另一種類型如US 4，194，841 (Z.Tadmor)、US4，606，646 (S.Metha)以及TO 2008071782 (G.Ponzielli)中所示。如上所述的所有專利都示出了具有形成在轉(zhuǎn)子中的環(huán)狀加工通道的擠出機(jī)。
[0013]如上所述的多種機(jī)器的主要缺陷在于如下事實(shí):既不可能在某些情況下，也不僅在其他情況下，局部改變加工通道的高度并且因此根據(jù)特定的需要沿著路徑點(diǎn)對(duì)點(diǎn)限定加工通道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種如上所述類型的且不受已知的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷影響的機(jī)器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于加工聚合物材料的機(jī)器，所述機(jī)器包括繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子；與該轉(zhuǎn)子密封地連接的定子；至少一個(gè)環(huán)形凹槽，沿著小于360°的角度在所述定子中延伸并與該轉(zhuǎn)子形成用于所述聚合物材料的加工通道；至少一個(gè)輸入通道，用于將該聚合物材料供給到該加工通道；以及輸出通道，用于從所述加工通道排出該聚合物材料。
[0016]由于本發(fā)明，可以提供一種具有適合于加工類型的幾何特性的加工通道，必須設(shè)計(jì)用于該加工類型的且沒有特殊結(jié)構(gòu)限制的機(jī)器。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，該凹槽垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的環(huán)形方向上延伸。
[0018]以這種方式，當(dāng)所述材料是液體時(shí)，聚合物材料的速度具有一個(gè)單一分量，并且在所述轉(zhuǎn)子的壁附近實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的速度。
[0019]優(yōu)選地，該凹槽具有平行于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸測(cè)量的恒定寬度。
[0020]所述恒定寬度允許聚合物材料的正常流速。然而，可以在轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形周圍提供非恒定的寬度而不存在任何問題，例如，用于促進(jìn)液體的二維延伸。
[0021]優(yōu)選地，該凹槽的底面設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的一定的距離處，從而確定所述加工通道的可變高度。
[0022]所述加工通道的可變高度允許加工通道的設(shè)計(jì)具有不同的目的，例如聚合物材料的融化或脫氣，或者基本固體顆粒的團(tuán)聚物在聚合物基質(zhì)中滲入或分散，或者最后，一個(gè)或多個(gè)液體分散在一個(gè)或多個(gè)其他液體中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述加工通道包括第一部分，具有恒定高度、設(shè)置在輸入通道；第二部分，具有低于第一部分的高度的恒定高度、設(shè)置在輸出通道且具有栗送效應(yīng)；和第三部分，包含在第一部分和第二部分之間，具有遞減的高度，其初始高度與第一部分的高度相等，其最終高度與第二部分的高度相等。
[0024]第一部分的配置是用于穩(wěn)定材料；第三部分的配置是用于在所述轉(zhuǎn)子的表面上壓緊該固體材料，或“拉長”液體材料，給予拉伸型應(yīng)力，而第二部分的配置是用于產(chǎn)生正壓力梯度以克服在出口處的壓力損失。
[0025]在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的變化中，在第一和第二部分之間設(shè)置的第三部分包含一系列匯聚區(qū)域，每個(gè)匯聚區(qū)域都跟隨由發(fā)散區(qū)域。這種變化的原因是為了提供多個(gè)順序匯聚區(qū)域，通過增加所述材料從加工器中出來前被迫經(jīng)過的“拉長部分”的數(shù)量。
[0026]根據(jù)幾何變量例如，最主要的，所述通道的匯聚角度、該部分的長度和轉(zhuǎn)子的速度，匯聚/發(fā)散段促進(jìn)團(tuán)聚物的分散以及互不相容的液體的混合。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，該加工通道包括具有恒定高度的第一部分以及具有低于第一部分的高度的恒定高度且具有栗送效應(yīng)的第三部分。這種配置是尤其優(yōu)選用于液體混合物脫氣。在這種配置中，液體像薄膜一樣鋪展在所述轉(zhuǎn)子的表面，從而在暴露的膜的表面和在圓柱上方的壁之間，形成明顯的恒定距離，例如幾毫米。由于這種配置，在膜的暴露的表面上形成恒定的真空，例如通過在加工室應(yīng)用真空栗，是特別簡(jiǎn)單和有效的。在某些細(xì)節(jié)上可進(jìn)一步看出，膜的厚度是由液體的密度、通道的寬度、液體的體積流速、轉(zhuǎn)子的速度，并由其他材料參數(shù)如氣體穿過液體的擴(kuò)散系數(shù)所決定的。
[0028]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子具有光滑的外表面。
[0029]所述加工通道完全設(shè)置在所述定子中。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，該機(jī)器包含供給通道，該供給通道用于向所述加工通道供應(yīng)配置為分別滲入并分散在聚合物基質(zhì)中的基本顆粒的團(tuán)聚物。
[0031]此配置允許得到復(fù)合聚合物材料。
[0032]優(yōu)選地，所述輸入通道包括兩個(gè)輸入口，分別沿加工通道接連地設(shè)置在所述基本顆粒的團(tuán)聚物的各自孔的上游和下游，從而在液體聚合物材料的兩層間供給團(tuán)聚物。
[0033]由于這種配置，可以將基本顆粒的團(tuán)聚物夾在聚合物材料的兩層之間，并因此促進(jìn)了團(tuán)聚物的滲入和分散。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施例，該機(jī)器包括脫氣通道，配置為排放在聚合物材料的加工過程中產(chǎn)生的氣體。
[0035]這特別有利于在轉(zhuǎn)子上鋪展聚合物材料的薄膜，從而不弄臟脫氣通道輸入且使加工通道的一部分不被占用，從而限定脫氣室。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述機(jī)器包括位于加工通道外部、用于再循環(huán)的再循環(huán)系統(tǒng)