專利名稱：聚合物切斷設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于切斷聚合物的旋轉(zhuǎn)切斷器，特別是用于切斷帶狀聚合物及類似物，和涉及應(yīng)用該切斷器切斷聚合物的方法。
背景技術(shù)：
聚合物是豐富的及重要的貿(mào)易貨物，可使用在多種場(chǎng)合。在處理、加工或回收聚合物過(guò)程中，常常需要將固體的(與熔化的相反)聚合物切斷成各種尺寸和/或形狀的較小塊。例如，當(dāng)生產(chǎn)熱塑性塑料時(shí)，將它們切成相對(duì)小尺寸的(均勻的)顆粒或細(xì)粒，以使它們能容易地送進(jìn)諸如注射成形機(jī)或擠壓機(jī)的成型機(jī)器中。在此類的操作中，產(chǎn)生合理均勻尺寸的顆粒并產(chǎn)生相對(duì)少的或不產(chǎn)生其它如灰塵或不合格尺寸顆粒尺寸的顆粒是重要的。
可應(yīng)用許多形式的聚合物切斷器。在一種常用的形式中，當(dāng)聚合物進(jìn)入刀盤時(shí)，使用含有近似平行于旋轉(zhuǎn)軸線的刀片的刀盤對(duì)著底刀切斷聚合物。在這些切斷器中刀片以切斷和剪切作用相結(jié)合進(jìn)行切斷，其窄的前切削刃切過(guò)聚合物。在這種切斷器中進(jìn)刀角(見下面)一般是15～20°。這種結(jié)構(gòu)可使特定直徑的刀盤上具有眾多的刀片，因此提高了切斷器的切斷能力(每單位時(shí)間切下的聚合物重量)。盡管這種形式切斷器已經(jīng)廣泛使用多年，它們具有某些缺點(diǎn)。切斷刀片的破裂和/或磨損是其中的缺點(diǎn)，特別切斷硬的和/或耐磨的聚合物的時(shí)更是如此。還有，特別切斷硬的和/或脆的聚合物時(shí)，切斷質(zhì)量常常不好，產(chǎn)生大量的破碎顆粒/細(xì)屑，和/或長(zhǎng)顆粒和/或帶尾的顆粒。還有，當(dāng)應(yīng)用傳統(tǒng)的切斷器時(shí)，小的進(jìn)刀角使相對(duì)薄的刀刃易于破裂和/或相對(duì)快地磨損。當(dāng)發(fā)生破裂或過(guò)度磨損時(shí)，反過(guò)來(lái)影響切斷質(zhì)量，而切斷器必須關(guān)機(jī)以重磨或更換已磨損的或破裂的刀片。這一停機(jī)時(shí)間在實(shí)際維修成本及生產(chǎn)時(shí)間損失兩方面使生產(chǎn)成本變得昂貴，而聚合物切斷設(shè)備可以在高速切斷時(shí)具有良好的切斷質(zhì)量，而同時(shí)需要較少的停機(jī)時(shí)間，這將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)刀盤，它包括一個(gè)或多個(gè)刀片，每個(gè)刀片在所述旋轉(zhuǎn)刀盤的周邊圓周上具有切削刃，每個(gè)刀片具有約40°～約60°的進(jìn)刀角，并且設(shè)置成在所述刀片的切削面上沒(méi)有任何點(diǎn)比所述切削刃離所述旋轉(zhuǎn)刀盤的所述旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)。
本文還描述了用于切斷聚合物的旋轉(zhuǎn)切斷器，它包括底刀片，旋轉(zhuǎn)刀盤，以及將聚合物送入所述旋轉(zhuǎn)刀盤的裝置；并且其中所述旋轉(zhuǎn)刀盤具有旋轉(zhuǎn)軸線及一個(gè)或多個(gè)刀片，每個(gè)刀片在所述旋轉(zhuǎn)刀盤的周邊圓周上具有切削刃，每個(gè)刀片有約40°～約60°的進(jìn)刀角，并且設(shè)置成在所述刀片的切削面上沒(méi)有任何點(diǎn)比所述切削刃離所述旋轉(zhuǎn)刀盤的所述旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)。
本發(fā)明還涉及用旋轉(zhuǎn)切斷器切斷聚合物的方法，其中的改進(jìn)包括應(yīng)用了具有旋轉(zhuǎn)軸線和一個(gè)或多個(gè)刀片的旋轉(zhuǎn)刀盤，每個(gè)刀片在所述旋轉(zhuǎn)刀盤的周邊圓周上具有切削刃，每個(gè)刀片具有約40°～約60°的進(jìn)刀角，并設(shè)置成在所述刀片的切削面上沒(méi)有任何點(diǎn)比所述切削刃離所述旋轉(zhuǎn)刀盤的所述旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)。


圖1顯示垂直于本發(fā)明的典型旋轉(zhuǎn)刀盤部分的旋轉(zhuǎn)軸線的剖視圖，一起表示的有底刀片，帶狀聚合物，以及切下的聚合物顆粒。
圖2顯示垂直于本發(fā)明的典型旋轉(zhuǎn)刀盤的旋轉(zhuǎn)軸線的剖視圖，特別是該例子中使用了刀盤。給出了以mm為單位的應(yīng)用于例子中的刀盤的直徑。
圖3簡(jiǎn)略地顯示本文所確定的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)刀盤的各重要元件。
圖4顯示應(yīng)用于本例子中的旋轉(zhuǎn)刀盤的本體(25)，其尺寸單位為mm。
圖5顯示用于本例子的旋轉(zhuǎn)刀盤中的多個(gè)壓條之一。其尺寸單位為mm。
圖6顯示應(yīng)用于本例子中的多個(gè)刀片(26)之一，其尺寸單位為mm。這些刀片由含有12％鎳粘合劑的碳化鎢制成。
具體實(shí)施例方式
本文中所謂的聚合物是指不含添加劑的聚合物本身(或聚合物的混合物)以及含有任何添加劑或通常存在于聚合物中的各添加劑的任何組合的聚合物。這些種類的添加劑包括諸如TiO2顏料、抗氧劑、抗臭氧劑、增韌劑、阻燃劑、潤(rùn)滑劑、染料、抗靜電劑、抗污染劑、以及填充劑及諸如滑石、粘土、碳黑、碎玻璃、玻璃纖維、碳纖維，以及芳族聚酰胺纖維的增強(qiáng)劑。優(yōu)選的聚合物是塑料(與其相反的是人造橡膠)，并且特別優(yōu)選的是熱塑性塑料。更加優(yōu)選的聚合物是一種稱為熱致的液晶聚合物(LCP)，或有部分芬芳聚酰胺，而特別優(yōu)選的是熱致的LCP。這些聚合物往往是硬的及脆的，并相對(duì)地易破裂。本文通過(guò)美國(guó)專利4,075,262中描述的TOT測(cè)試給出的熱致的液晶聚合物，其傳統(tǒng)意義是指LCP，該美國(guó)專利包含在本文中作參考。
被切斷的聚合物最好是固體的聚合物。這意味著如果是晶體狀的，它們低于其晶體熔點(diǎn)；而如果是非晶體狀的(即玻璃狀的)，它們低于其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)刀盤部分以及切斷設(shè)備的其它部分的剖面一般視圖。所示的旋轉(zhuǎn)刀盤的各部分是在所示方向上旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)刀盤本體1、多個(gè)刀片2、以及使各刀片保持在本體1的位置上的多個(gè)壓條6(用螺栓)。還顯示了靜止的底刀片3，未表示其安裝情況；帶狀聚合物4正在所示方向上送進(jìn)；以及剛被切下的聚合物顆粒5。
在本文描述的切斷器中，每個(gè)刀片的切削刃與底刀片之間的間隙最好是能做到盡量小。這易于給出最干凈的切斷，而通常是約0.25～約0.25mm最好是約0.05～約0.12mm。
一般地說(shuō)，在這種切斷器中，聚合物是連續(xù)地送進(jìn)旋轉(zhuǎn)器刀片中的，所以每個(gè)刀片的切削刃通過(guò)底刀片后，切斷器每個(gè)刀片都偏離底刀片的刀刃。換句話說(shuō)，刀片上離旋轉(zhuǎn)刀盤旋轉(zhuǎn)軸線最遠(yuǎn)的點(diǎn)通常是刀片的切削刃而刀片切削面上的所有點(diǎn)與切削刃相比離旋轉(zhuǎn)刀盤的旋轉(zhuǎn)軸線更近。還有，如果合適，旋轉(zhuǎn)刀盤或其刀片以外的部分也最好設(shè)計(jì)成能使聚合物向前送進(jìn)。要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的其它結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。
各刀片可以是獨(dú)立的部分，以便為磨刀或換刀而可從旋轉(zhuǎn)刀盤上取去，或者可以是其它形狀，能由螺栓、壓條或楔塊保持在旋轉(zhuǎn)刀盤上?；蛘咝D(zhuǎn)刀盤是單個(gè)的金屬件，具有硬化處理過(guò)的刀刃。這消除了楔形、孔等的許多加工工作，這些都示于圖1中。當(dāng)?shù)度胁讳J利或需經(jīng)常磨刃時(shí)這點(diǎn)特別有用。
圖2顯示出垂直于根據(jù)本發(fā)明的完全旋轉(zhuǎn)刀盤的旋轉(zhuǎn)軸線的剖視圖。該刀盤具有旋轉(zhuǎn)中心24、本體25、由多個(gè)壓條27保持在本體上的多個(gè)刀片26以及多個(gè)螺栓28。
圖3是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)刀盤的重要元件及它們的相互關(guān)系的示意圖。為其完整性還包含了底刀片。圖3的旋轉(zhuǎn)刀盤切斷器具有旋轉(zhuǎn)軸線13。為解釋方便，從軸線13至刀片18的切削刃20引了一條虛線14(實(shí)際上是它是半徑)，刀片18安裝在本體17上。圖3中還包含具有切削刃15的底刀片16。刀片18(當(dāng)然可具有一個(gè)以上刀片)從旋轉(zhuǎn)刀盤的本體17上凸伸，刀片18具有刀片切削面19及切削刃20。此外，該刀片還具有切削刃角21、刀片前表面23以及進(jìn)刀角22。進(jìn)刀角22是從諸如延伸穿過(guò)切削刃20的半徑14至刀片前表面23測(cè)量的。
通常底刀片16與本體17定位成使得15近似地平行于13，當(dāng)旋轉(zhuǎn)刀盤工作時(shí)，此定位最好也將使15與20之間的間隙減小。
刀片的切削刃角是21。這個(gè)角度是刀片切削面19與刀片前表面23之間的角度。如果19和23之一或兩者是彎曲的，則21取為切線與該角度的另一個(gè)邊之間的角度，或者是(在19和23之一或兩者上的)20處兩切線之間的角度。21的最大值通過(guò)22來(lái)確定，而其要求是19的任何部分都不比20離13更遠(yuǎn)。
22是進(jìn)刀角，是從13起始的半徑(14)與23之間的角度，并且約40°～約60°，最好是約45°～約55°，而尤其好是約47°～約53°。確信在傳統(tǒng)的切斷器中這個(gè)角度通常是15～20°。
除去20磨損時(shí)(見下文)，19上沒(méi)有任何點(diǎn)比20離13更遠(yuǎn)。這可簡(jiǎn)單地從一個(gè)實(shí)際情況得出即當(dāng)切斷聚合物時(shí)，通常優(yōu)選使20盡量靠近15。如果19上的任何部分比20離13更遠(yuǎn)，當(dāng)17旋轉(zhuǎn)時(shí)，如優(yōu)選將20放置盡可能靠近15就會(huì)使19碰撞15。最好的是將19足夠地后傾以在20通過(guò)15之后使聚合物前送，使得后續(xù)的刀片切下下一個(gè)顆粒。因此21與22角度之和通常將小于90°。當(dāng)然當(dāng)20切斷聚合物而受到一些磨損時(shí)，緊鄰20的19的一小部分可能比20的實(shí)際刀刃離13更遠(yuǎn)。這是容許的，但是當(dāng)然當(dāng)20磨損嚴(yán)重時(shí)，最好進(jìn)行磨刃以保持聚合物的良好切斷質(zhì)量。
雖然不是必須的，最好的是一些刀片18及更佳的是全部刀片18沿17的全長(zhǎng)布置。這個(gè)布置示于圖4中。
越過(guò)17的長(zhǎng)度(垂直于圖2所示的剖面)，20可平行于13，或?qū)?3成螺旋形配置。因此通常20的整個(gè)長(zhǎng)度基本上距13是固定距離。從13開始的優(yōu)選螺旋角為約0°至約3°。當(dāng)17相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)，以及例如切斷許多帶狀聚合物時(shí)，如果刀片與各帶狀聚合物是順序接觸的，在任何刀片上的總張力將變小，如同如果刀片是繞13螺旋形配置做到的那樣。
如上所述，刀盤上的刀片越多，通常每單位時(shí)間切斷聚合物的數(shù)量就越大(例如將帶狀物切成顆粒)。因此在給定的刀盤速度(rpm-每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))下，可以改變帶進(jìn)給率以獲得給定長(zhǎng)度切斷。如果減少刀盤上的刀片數(shù)量，帶狀聚合物的進(jìn)給率必須降低和/或增大刀盤的速度，以保持切斷顆粒的尺寸。降低顆粒生產(chǎn)率通常會(huì)增大成本，所以是不希望的，而增大刀盤速度是可做到的，但因?yàn)闄C(jī)械上的考慮，通常這方面有個(gè)實(shí)際界限。從幾何學(xué)考慮，在進(jìn)刀角越大的條件下，給定直徑的刀盤上的切斷刀片就可越少。盡管單純從切斷質(zhì)量及停機(jī)時(shí)間(較少刀片磨損)角度看，盡可能具有大的進(jìn)刀角是有利的，優(yōu)化的進(jìn)刀角將在切斷質(zhì)量和/或停機(jī)時(shí)間與切斷器的生產(chǎn)率之間兼顧而選取。
本發(fā)明還包含用于切斷聚合物的設(shè)備，該設(shè)備包括上述的旋轉(zhuǎn)刀盤，底刀片，以及將聚合物送進(jìn)旋轉(zhuǎn)刀盤中的裝置。底刀片通常是靜止件，它布置成當(dāng)旋轉(zhuǎn)刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀盤17的刀片盡可合理能靠近地通過(guò)底刀片。底刀片的“進(jìn)刀角”通常約為90°，并且其作用是當(dāng)?shù)镀?8撞擊聚合物時(shí)不使聚合物彎曲或要么產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。最普通的是使聚合物在底刀片的表面之上送入旋轉(zhuǎn)刀盤中，如圖1中所示。
通常聚合物連續(xù)地送進(jìn)，如圖1中所示，分別地進(jìn)入旋轉(zhuǎn)刀盤各刀片2的路徑中。這需要送進(jìn)聚合物的一種裝置。如果切斷器設(shè)備布置成聚合物可利用重力“落”入旋轉(zhuǎn)刀盤中。最常用的是通過(guò)利用一對(duì)或多對(duì)進(jìn)給輥?zhàn)踊蛞粚?duì)進(jìn)給輸送器來(lái)送進(jìn)聚合物。所謂進(jìn)給輥?zhàn)邮侵杆鼈冎g具有輥隙的一對(duì)輥?zhàn)印＞酆衔锼瓦M(jìn)輥隙中，而驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)右砸苿?dòng)聚合物通過(guò)輥隙并進(jìn)入旋轉(zhuǎn)刀盤中。進(jìn)給輸送器的情況是相似的，它是具有兩條傳輸帶的輸送器式設(shè)備，聚合物在傳輸帶之間驅(qū)動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)從模具中推擠出聚合物來(lái)簡(jiǎn)單地進(jìn)給聚合物，使聚合物移動(dòng)通過(guò)和移出模具送至旋轉(zhuǎn)刀盤的是進(jìn)給機(jī)構(gòu)。其它的進(jìn)給方法是已知的。
以上討論的實(shí)質(zhì)是應(yīng)用本文描述的旋轉(zhuǎn)刀盤切斷聚合物的方法的說(shuō)明。可以切斷許多不同形狀的聚合物，例如片狀，股狀，帶狀及管狀，特別是厚壁管。如果要切斷的聚合物太薄，例如小直徑纖維或薄膜片，聚合物可能彎曲和可能或不可能切斷，但是即使切斷，切斷質(zhì)量也不會(huì)好，即有毛刺，產(chǎn)生細(xì)屑(比要求更小的顆粒)或只是部分地或不均勻地切下。要切斷的聚合物的最小橫截面尺寸較好是約1mm或更大，最好是約2mm或更大。最大尺寸將取決于被切斷的聚合物和切斷器設(shè)備的功率，以及切斷設(shè)備能承受的機(jī)械應(yīng)力。
一種優(yōu)選方式是切斷一股或多股帶狀聚合物。所謂帶狀是指聚合物的桿狀基本連續(xù)長(zhǎng)度不大于其最大橫截面尺寸的6倍，最好不大于3倍，而最好不大于其最小橫截面尺寸的2倍。帶狀的優(yōu)選橫截面是近似圓形或方形，特別優(yōu)選的是圓形。優(yōu)選是帶狀的最大橫截面尺寸約1～約8mm，最好是約2mm～約4mm。將帶狀物切斷成約1～約8mm長(zhǎng)的相對(duì)短的塊，或用其它表示法以顆粒的長(zhǎng)(直)徑比約為1來(lái)表示，這給出了特別有用的聚合物形式，通常稱為顆?；蚣?xì)粒。這是固體聚合物的最普通的形態(tài)，它被送進(jìn)注射成形機(jī)、擠壓機(jī)及類似機(jī)器中。
最好刀片的切削刃不磨制成盡可能薄，因?yàn)檫@導(dǎo)致弱的切削刃(因薄金屬造成)，該弱切削刃易于碎裂。相反地最好的是刀刃磨制成圓柱形的。這意味著刀片的切削刃磨制成具有給定半徑的一般圓形(弧形)的形狀(圓柱形齒刃)。優(yōu)選是這個(gè)半徑為約0.10mm～約1.3mm，更好的是約0.25mm～約1.0mm，而特別好的是約0.35mm～約0.80mm.
本文描述的切斷器對(duì)已切下的聚合物，特別是顆粒，以及尤其是對(duì)傳統(tǒng)切斷器?？色@得優(yōu)秀質(zhì)量的硬/脆聚合物，特別能提高(它們的)顆粒均勻性并減少灰塵及細(xì)屑。此外，刀片常?？裳永m(xù)使用更長(zhǎng)時(shí)間，即比傳統(tǒng)切斷器更不容易碎裂和/或磨損。
例子根據(jù)我們發(fā)明的切斷器使用我們發(fā)明的刀盤來(lái)切斷圓形橫截面的帶狀聚合物。所應(yīng)用的切斷器及具有其各自尺寸的各種零件示于圖2及圖4～6(刀盤安裝在切斷器的支架上并由穿過(guò)該刀盤的軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn))。進(jìn)入切斷器的帶的直徑為約2.3mm，而產(chǎn)生的顆粒長(zhǎng)度也是約2.3mm。(聚合物)帶熔化擠壓通過(guò)直徑4.0mm的模具孔，并在帶熔化的同時(shí)被切斷器的進(jìn)給機(jī)構(gòu)拉細(xì)至直徑約2.3mm。在帶實(shí)際到達(dá)到切斷器進(jìn)給機(jī)構(gòu)之時(shí)已變硬。
經(jīng)過(guò)略微超過(guò)3個(gè)月的周期，總量約301,000kg的各種液晶聚合物(LCP)通過(guò)了這臺(tái)切斷器(周期性地，非連續(xù)地)，產(chǎn)生約277,000kg優(yōu)質(zhì)的顆粒。大多數(shù)LCP中具有30～40％(重量)的玻璃纖維填充物以及其它材料，例如碳黑或TiO2。在此時(shí)間周期內(nèi)，由于不良的切斷質(zhì)量而數(shù)次改換或更換底刀片，并且轉(zhuǎn)子刀片呈現(xiàn)出相對(duì)小的磨損。然而經(jīng)過(guò)此測(cè)試，約有90％的規(guī)模(按重量)，轉(zhuǎn)子(刀片)的余留刀刃明顯地接觸底刀片，并在該處出現(xiàn)一些碎裂。
與現(xiàn)有技術(shù)的切斷器相比，本切斷器上的刀片不會(huì)很快鈍化，而切斷顆粒的質(zhì)量有所提高，特別是顆粒本身的外形方面質(zhì)量有提高，并且消除了長(zhǎng)顆粒。
當(dāng)本發(fā)明已用現(xiàn)有優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述時(shí)，應(yīng)理解本發(fā)明不局限于已公開的實(shí)施例。與之相反，本發(fā)明的意圖是涵蓋附錄的各權(quán)項(xiàng)要求的精神及范圍內(nèi)的各種改型及等同結(jié)構(gòu)。下列的各權(quán)項(xiàng)要求的范圍與最廣泛的解釋相一致以使包括了所有此類改型和等同的組成及功能。
權(quán)利要求
1.一種具有旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)刀盤包括一個(gè)或多個(gè)刀片，每個(gè)刀片在所述旋轉(zhuǎn)刀盤的周邊圓周上具有切削刃，每個(gè)刀片具有約40°～約60°的進(jìn)刀角，并設(shè)置成在所述刀片的切削面上沒(méi)有任何點(diǎn)比所述切削刃離所述旋轉(zhuǎn)刀盤的所述旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)。
2.一種用于切斷聚合物的旋轉(zhuǎn)切斷器包括一底刀片，一旋轉(zhuǎn)刀盤，以及一用于將聚合物送進(jìn)所述旋轉(zhuǎn)刀盤中的裝置，并且其中所述旋轉(zhuǎn)刀盤具有旋轉(zhuǎn)軸線和一個(gè)或多個(gè)刀片，每個(gè)刀片在所述旋轉(zhuǎn)刀盤的周邊圓周上具有切削刃，每個(gè)刀片具有約40°～約60°的進(jìn)刀角，并設(shè)置成在所述刀片的切削面上沒(méi)有任何點(diǎn)比所述切削刃離所述旋轉(zhuǎn)刀盤的所述旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)。
3.一種用旋轉(zhuǎn)切斷器切斷聚合物的方法，其中的改進(jìn)包括使用了具有一旋轉(zhuǎn)軸線和一個(gè)或多個(gè)刀片的旋轉(zhuǎn)刀盤，每個(gè)刀片在所述旋轉(zhuǎn)刀盤的周邊圓周上具有切削刃，每個(gè)刀片具有約40°～約60°的進(jìn)刀角，并設(shè)置成在所述刀片的切削面上沒(méi)有任何點(diǎn)比所述切削刃離所述旋轉(zhuǎn)刀盤的所述旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)。
全文摘要
一種具有旋轉(zhuǎn)刀盤(17)的聚合物切斷器，其中切削刃(20)位于所述刀盤的周邊圓周上。旋轉(zhuǎn)刀盤上的刀片(18)具有(如所確定的)約40°～約60°的進(jìn)刀角(22)。該設(shè)備對(duì)切斷硬的和/或脆的熱塑性塑料特別有用，并可用于制備聚合物顆粒或細(xì)粒。
文檔編號(hào)B29B9/00GK1409662SQ00816930
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月10日
發(fā)明者M·G·瓦戈納, G·F·菲舍爾 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司