專利名稱：混合裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種混合裝置，特別是涉及用于通過拉伸變形使多種聚合物混合和均化的配混裝置。
當生產(chǎn)聚合物混合料時，其各種成分，例如不同的聚合物、填料、添加劑等，應該加以均勻地混合以便得到盡可能均質的混合料。這種均勻地混合是通過將各成分在連續(xù)配混機或分批配混機中配混而成，連續(xù)配混機可以擠出機為例，它可以是雙螺桿型中的單螺桿。當混合料中包含兩個或更多個不同的聚合物時，應該將它們相互充分地混合以使它們理想地形成完全均質的聚合物共混料。為此，將各聚合物經(jīng)外來加熱或不加熱混合以便使它們?nèi)廴诓⑥D變?yōu)橐后w，并且各液體聚合物以足夠高的剪切速率混合。
雖然配混聚合物混合料的常規(guī)方式在很多情況下導致滿意的結果，但當配混多狀態(tài)的聚合物混合料，尤其是配混包含低分子量乙烯聚合物和高分子乙烯聚合物的多狀態(tài)聚合物混合料時卻遇到了一些問題。由此，當配混例如用于管材的聚合物混合料時，在配混好的材料中產(chǎn)生所謂“白斑”。這些白斑的尺寸約為10～50μm并且由沒有被充分配混在混合料中的那些高分子量聚合物粒子構成。除有損于外觀外這些白斑會對混合料的強度有不利的影響。此外，當配混例如用于生產(chǎn)薄膜的聚合物混合料時，經(jīng)常產(chǎn)生尺寸約為0.01～1mm的凝粒。這些凝粒在制成的薄膜中表現(xiàn)為受損外觀的不同質性并且由沒有被充分配混在混合料中的那些高分子量聚合物粒子構成。
上述白斑和凝粒是聚合物工業(yè)中的一個嚴重問題并且該問題的解決將意味著采用其他優(yōu)越的多狀態(tài)聚合物混合料的障礙就被排除。
人們已試圖通過對聚合物混合料施加大量變形能來解決關于凝粒和白斑的問題。通常，這是通過在高溫下以高的剪切速率配混聚合物混合料達到的。然而，這樣過量的能量輸入常常導致聚合物的降解，當聚合物混合料包含粘度差很大的各聚合物材料時尤其如此。對于包含粘度差很大的各聚合物的聚合物混合料，已經(jīng)證實通過施加拉伸變形進行混合比通過純剪切變形進行混合更為有效和有利。
通過施加按本發(fā)明的拉伸變形進行混合也稱為“分散混合”而與常規(guī)的“分配混合”不同。雖然分配混合的目的在于達到均勻的濃度，例如通過盡可能多次地分裂材料流，但分散混合的目的在于通過施加高剪切力和高拉伸力分解一個物相以便得到材料流的各組分的共混料。這樣得到的共混料沒有肉眼可見的不均質性(凝粒)，但并不一定滿足均勻的濃度的要求。分散混合主要用在當待混合的兩相的粘度間的比值高于10∶1的情況下。
作為用于通過拉伸變形混合象聚合物混合料那樣的粘性液體的裝置的一個實例可以提及Xuan等人的專利US-A-5451106，其內(nèi)容在此引入作為參考。該專利公開了一種混合機，它具有一豎立的圓筒形殼體，殼體內(nèi)封裝一下模頭件和一可調(diào)的上模頭件。相對的環(huán)狀同心的模頭件突起部限定了各交替的同心縫口和腔。設在殼體側壁上的入口可使液體聚合物輸入裝置內(nèi)通過各模頭間的縫口和腔，在那里聚合物受到拉伸變形，最后聚合物通過中心底部出口排出。
按照US-A-5451106的裝置具有若干缺點。例如，將入口設在殼體的側壁和將出口設在殼體的底部導致材料在裝置中不均勻的分布，這因為在混合腔中的壓力差而產(chǎn)生磨損問題。這樣的入口和出口設置還使其難以將混合裝置以簡單的方式連接到現(xiàn)有的配混設備上。此外，如果要保持裝置的外徑在允許的限度內(nèi)，則具有同心突出部的各圓形模頭的幾何形狀限制了同心突起部的數(shù)目，從而限制了拉伸變形。
本發(fā)明的一個目的是提供一種混合裝置，它可以減輕或消除上述那類現(xiàn)有技術的裝置中的缺點。因此本發(fā)明的一個目的是提供一種供材料均勻分布并易于連接到現(xiàn)有配混設備上或與之成一整體的裝置。本發(fā)明另一個目的是提供一種可以包括大量交替的縫口和腔以便增強拉伸變形而不使裝置外徑過大的裝置。
上述各目的通過提供一種具有殼體和芯桿的聚合物混合裝置來達到，其中在殼體與芯桿之間限定一圓錐形混合空間，該混合空間通過各周向突起部分成交替有腔的各縫口，該突起部被設置在芯桿上和/或殼體的內(nèi)壁上。
這樣，本發(fā)明提供一種用于通過拉伸變形使各聚合物混合和均化的裝置，它具有一具有入口和出口的殼體；該殼體具有限定腔室的內(nèi)壁，腔室與入口和出口連通；一芯桿，設置在腔室內(nèi)并在芯桿與腔室壁之間限定一混合空間；該混合空間被各突起部分為若干縫口和腔；其特征在于所述腔室和芯桿繞公共軸線同心地設置并且都是成向出口方向逐漸變細的圓錐形；而且為了達到拉伸變形，將各突起部在芯桿和腔室壁其中至少一個上周向設置成連續(xù)環(huán)狀凸緣，其留有的縫隙在約0.5mm至約10mm的范圍內(nèi)，縫隙的寬度在0至5mm的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的這些和其他的優(yōu)點以及特征由以下說明和附屬權利要求將顯而易見。
裝置的芯桿或殼體可以是靜止的或設置成可轉動或擺動。因此，設置在殼體腔室內(nèi)的芯桿可以是靜止的，即不轉動，或借助電機可轉動的。目前優(yōu)選的是芯桿(和殼體)是靜止的，特別是因為這帶來比較簡單的結構。
為了在本發(fā)明混合裝置內(nèi)的處理過程中使聚合物達到一適當?shù)睦熳冃?，縫口亦即縫隙的高度應該具有適當?shù)闹?，該值處于從約0.5mm至約10mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的從約0.5mm至約5mm，而最優(yōu)選的從約1mm至3mm。在所述優(yōu)選的總范圍內(nèi)，最佳縫隙值取決于若干參數(shù)，例如待處理的聚合物類型、聚合物流動性和裝置的總體幾何形狀。為了使混合裝置適用于特殊類型的聚合物和聚合物流動性，優(yōu)選將縫隙制成可調(diào)的以便得到在所述優(yōu)選范圍內(nèi)的縫隙。這樣的縫隙調(diào)整可以通過使芯桿和環(huán)繞的腔室壁之間可相互相對調(diào)整的若干不同的方式來得到。一個適當?shù)姆绞绞鞘剐緱U和/或環(huán)繞的腔室壁可相互相向或背向地軸向調(diào)整。另一適當?shù)姆绞绞鞘骨皇冶诳上蛑捅畴x芯桿的方向徑向調(diào)整。
交替的縫口和腔的數(shù)目是重要的，因為拉伸變形或各聚合物的混合通常在縫口和腔的數(shù)目越大時越有效。本發(fā)明另一特別的優(yōu)點是突起部的數(shù)目，因而縫口和腔的數(shù)目與例如上述US-A-5451106的裝置相比可以增多。雖然沒有理論上限，縫口數(shù)目的實際上限約為40～50。另一方面，該數(shù)目不應過少，因為這會減小可能得到的拉伸變形量。按照本發(fā)明的裝置應該包括至少一個，優(yōu)選至少兩個縫口。更優(yōu)選地，裝置包括約2～20個縫口，而更加優(yōu)選地，包括約5～10個縫口。
在本發(fā)明上限定縫口的突起部可以設置在芯桿和環(huán)繞芯桿的腔室壁其中的一個或兩個上。當突起部設置在芯桿和腔室壁兩者上時，將它們優(yōu)選為相互位于對面以便將縫口限定在各相對的突起部之間。
限定縫口的突起部都具有傾斜的側表面以便使突起部的截面基本上是錐形的或截頭錐形的，這取決于縫隙的寬度。具有基本上錐形或截頭錐形的截面的突起部可以用各種方式來設計。因此它可以具有尖頂或圓頂，或它可以具有或多或少延伸的例如平頂，平頂為縫隙提供一定的寬度。突起部的傾斜側表面也可以是平面的或曲面的，例如凸面的或凹面的。這樣，突起部的上游表面可以是凸面而突起部的下游側面可以是凹面。縫隙的寬度處于0至約5mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的為0至約3mm。突起部的傾斜側表面與垂直于縫隙的橫截平面之間所夾的角度優(yōu)選約為60°+/-15°。突起部的高度可以大大地不同，但優(yōu)選的是將突起部的高度選成使在腔高度，即在兩突起部間的兩平行腔表面之間的距離，與縫隙之間的比值處于從約5∶1至約25∶1的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的突起部被周向地設置在芯桿和/或腔室壁上以使各突出部在芯桿和/或腔室壁上形成連續(xù)環(huán)狀凸緣。
將要在本發(fā)明裝置中處理的聚合物材料以基本上熔融的狀態(tài)輸入裝置的入口。為使聚合物材料成為基本上熔融狀態(tài)，將它放在象擠出機那樣的熔融和供料設備中加以處理，擠出機產(chǎn)生用于熔融和輸送聚合物材料的熱和壓力。由擠出機將基本上熔融的聚合物材料輸送到本發(fā)明的混合裝置中。用于熔融聚合物材料的擠出機可以是常規(guī)型的擠出機，例如單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。擠出機的出口連接于本發(fā)明混合裝置的入口以便由擠出機向混合裝置輸送聚合物材料。如上所述，目前優(yōu)選的是裝置的芯桿是靜止的，但是如果為了任何理由應該要求使芯桿可轉動，那么這可以通過將芯桿連接于擠出機的螺桿來得到，因為驅動擠出機螺桿的電機也驅動了混合裝置的芯桿。
已在本發(fā)明混合裝置中處理過的聚合物材料通過裝置的出口輸出供按原樣使用或用于使用前的進一步處理。這種進一步的處理可以包括加進添加劑，如著色劑和穩(wěn)定劑，如抗氧化劑和紫外穩(wěn)定劑等以及使材料均化和細粒化。這種處理可以在象單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機那樣的常規(guī)的混合或均化的設備中進行。適當?shù)氖?，將聚合物材料由混合裝置的出口輸入均化擠出機的入口端并且當脫離擠出機時將均化好的聚合物在切粒機中粉碎成細粒。
如果本發(fā)明混合裝置既要連接于熔融擠出機又要連接于均化擠出機，則這些擠出機可以被分別驅動或具有一共用的驅動源。在后一情況下將熔融擠出機、混合裝置和均化擠出機優(yōu)選沿一公共軸線設置并且連接成使驅動熔融擠出機的電機也驅動混合裝置和均化擠出機。
本發(fā)明現(xiàn)在將參照附圖予以進一步地描述，附圖中

圖1為本發(fā)明混合裝置的剖視圖；圖2為圖1中混合裝置的芯桿的側視圖；圖3為一設備的示意圖，它包括一臺熔融擠出機、一臺本發(fā)明的混合裝置、一臺均化擠出機和一臺切粒機；圖4為一個實施方案的示意剖視圖，該實施方案包括設有一個閘閥的和分別連接于雙螺桿熔融和均化擠出機的雙芯桿裝置；圖5為沿圖4中線I-I截取的剖面。
發(fā)明詳述如圖1中所示，本發(fā)明混合裝置包括一具有入口2和出口3的殼體1。殼體的內(nèi)壁4限定一個與入口2和出口3連通的腔室5。在腔室5內(nèi)部設置一芯桿6。腔室5和芯桿6都是成向著出口3逐漸變細的圓錐形并且將芯桿6腔室5繞一公共軸線同心地設置。芯桿6的尺寸稍小于腔室5的以便在芯桿與腔室之間限定一混合空間7。如圖1和2中所示，芯桿在其表面上具有周向的突起部或凸緣8。這些突起部8將混合空間分成若干個縫口9和腔10。在圖1和2的實施方案只有芯桿6設有突起部8，但正如先前所述，在芯桿6和腔室壁4其中一個或兩個上設置突起部都屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。如果芯桿6和腔室壁4都設有突起部8，則將這些突起部優(yōu)選為相互面對面地設置以便各突起部的頂端限定各縫口并且在各突起部之間的區(qū)域限定各腔。雖然不算是優(yōu)選的，以交錯的方式設置各突起部也是可能的，亦即將芯桿上的突起部設在腔室壁各突起部之間。
如圖1中所示，殼體1在其出口端設有帶模孔12的模板11，混合好的聚合物材料通過?？?2輸送。為了將芯桿6安裝在殼體1的內(nèi)部并且將縫隙，亦即一突起部8的頂端與對面的腔室壁4之間的距離，調(diào)整到一適當?shù)闹担緱U和腔室壁是可以相互相對移動的，特別是芯桿是通過分別在芯桿和腔室壁上的螺紋13、14被擰在殼體中的。
在混合裝置的入口端芯桿具有入口15用以將待處理的聚合物材料輸入混合裝置。該入口15經(jīng)由四個輸送通道16與混合空間7連通，圖1中只示出兩個輸送通道16。
在圖1和2中所示的實施方案中芯桿6是靜止的，亦即它是不能轉動的。然而，可轉動的芯桿也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這可以通過將芯桿安裝在與軸線A共同延伸的軸(未示出)上并且用一軸承(未示出)代替螺紋13和14來達到。這個軸承應該屬于能使芯桿與殼體之間可相對軸向移動的那種類型以便可以調(diào)整縫隙。或者，縫隙的調(diào)整可以通過使殼體的腔室壁可向著或背離芯桿方向徑向移動(圖1中未示出)來得到。
如圖3中示意圖所示，本發(fā)明混合裝置是包括一臺熔融擠出機17、一臺均化擠出機18和一臺切粒機19的配混設備中經(jīng)優(yōu)選的部分。擠出機17可以是單螺桿或雙螺桿擠出機，它設有用于驅動螺桿的電機和用于供給待配混的聚合物材料的料斗21。熔融擠出機17可以是本領域技術人員已知的類型，因此勿需進一步詳細描述擠出機17。本發(fā)明混合裝置連接于熔融擠出機17的出口端以便從擠出機17接收基本上熔融了的聚合物材料?；旌涎b置可以單獨地連接于一臺常規(guī)的熔融擠出機或可以設計成為熔融擠出機整體的一部分。在后一情況下芯桿6是可轉動的并且固定在擠出機螺桿22的延長部上，如圖3中所示意的?；旌涎b置的殼體1同樣可以構成擠出機筒體23的延長部并且可以設置溫控裝置(未示出)，例如用于循環(huán)熱交換流體的通道。為調(diào)整縫隙9殼體1的腔室壁4可以軸向移動，如箭頭24所示。聚合物材料由混合裝置通過出口3排出并輸入后面的均化擠出機18。這種屬于本領域技術人員已知類型的均化擠出機作為由電機25驅動的雙螺桿擠出機示意地示于圖3中。通過料斗26可以加進各種添加劑，如著色劑等。然后，聚合物材料和各種添加劑通過由圖3中所示的擠出機18的雙螺桿27、28進行的分散混合和分配混合而被均化。于是，均化好的聚合物材料被排入切粒機19中，切粒機19將聚合物材料粉碎成細粒。
另外，為設置圖3的配混設備的不算是優(yōu)選的另一方案是將熔融擠出機17、混合裝置、均化擠出機18和切粒機都排成一行，并且都用一共用電機驅動。
圖4和5示意地示出具有一臺雙螺桿熔融擠出機17、一臺其腔室壁29可徑向調(diào)整的雙芯桿混合裝置和一臺雙螺桿均化擠出機18的一個實施方案，其中各裝置相互排成一行并且安裝在由一共用電機(未示出)驅動的共軸30上。在該實施方案中聚合物材料在擠出機17中至少被基本上熔融并且由它的螺桿螺紋31送入混合裝置，在混合裝置中聚合物材料受到拉伸變形以便消除凝粒和“白斑”。由混合裝置將聚合物材料排入均化擠出機18，在擠出機18中，類似于關于圖3所描述的，聚合物材料通過雙螺桿擠出機的螺紋32被均化。
如圖4和5中箭頭33所示，殼體的各腔室壁部分29通過未示出的裝置可象一閘閥一樣徑向移動以便調(diào)整縫隙。不用并排設置的兩混合裝置，如圖4和5中所示那樣，也可以將兩個或更多個混合裝置相互前后串聯(lián)地設置。
以上參照某些優(yōu)選實施方案已對本發(fā)明的混合裝置作了描述，但應該理解本發(fā)明并不限于那些并且在本發(fā)明由附屬權利要求所限定的范圍內(nèi)可以作出各種變型。本發(fā)明的裝置為混合聚合物材料和特別是為混合雙狀態(tài)或多狀態(tài)聚合物以及通過使聚合物材料受拉伸變形消除由它們引起的凝粒和“白斑”提供了一種簡單而緊湊的裝置。本發(fā)明混合裝置是特別有利的，因為為了大量的拉伸變形它能夠在小的體積上形成許多縫口和腔，亦即該裝置是很緊湊的，并且它還易于連接到現(xiàn)有的配混設備如擠出機上或將其與新設計的配混設備合成一體。
權利要求
1.一種用于通過拉伸變形混合和均化多種聚合物的裝置，它具有一具有入口(2)和出口(3)的殼體(1)；該殼體具有限定一腔室(5)的內(nèi)壁(4)，腔室(5)與入口和出口連通；一芯桿，設置在腔室內(nèi)并在芯桿(6)與腔室壁(4)之間限定一混合空間(7)；該混合空間被各突起部(8)分為若干縫口(9)和腔(10)；其特征在于腔室(5)和芯桿(6)繞公共軸線(A)同心地設置并且都是成向出口方向逐漸變細的圓錐形；而且為了達到拉伸變形，將各突起部(8)在芯桿(6)和腔室壁(4)其中至少一個上周向設計成連續(xù)環(huán)狀凸緣，其留有的縫隙在約0.5mm至約10mm的范圍內(nèi)，縫隙的寬度在0至約5mm的范圍內(nèi)。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于芯桿(6)是靜止的。
3.按照權利要求1或2所述的裝置，其特征在于為了調(diào)整縫隙(9)腔室壁(4)和芯桿(6)可相互相對地調(diào)整。
4.按照權利要求3所述的裝置，其特征在于芯桿(6)可向著和背離腔室壁(4)的方向軸向調(diào)整。
5.按照權利要求3或4所述的裝置，其特征在于腔室壁(4)可向著和背離芯桿(6)的方向軸向調(diào)整。
6.按照權利要求3所述的裝置，其特征在于腔室壁(4)可向著和背離芯桿(6)的方向徑向調(diào)整。
7.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于混合空間(7)具有2～20個縫口(9)。
8.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于裝置的入口(2)連接于熔融擠出機的出口。
9.按照權利要求8所述的裝置，其特征在于熔融擠出機(17)、入口(2)、芯桿(6)和裝置的出口(3)具有公共軸線(A)。
10.按照上述權利要求任一項所述的裝置，其特征在于裝置的出口(3)連接于均化擠出機(18)。
全文摘要
描述了一種用于通過拉伸變形配混多種聚合物的混合裝置。裝置具有帶入口(2)和出口(3)的殼體(1)。殼體具有限定腔室(5)的內(nèi)壁(4),腔室(5)與入口和出口連通。芯桿(6)設置在腔室內(nèi)并且在芯桿(6)與腔室壁(4)之間限定一混合空間(7)?；旌峡臻g(7)被突起部(8)分為若干個縫口(9)和腔(10)。該裝置的特征在于腔室(5)和芯桿(6)繞公共軸線(A)同心地設置并且都是成向出口方向逐漸變細的圓錐形,而且各突起部(8)周向設置在芯桿(6)和腔室壁(4)其中至少一個上,其留有的縫隙在約0.5mm至約10mm的范圍內(nèi),縫隙的寬度在0至約5mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地,為了調(diào)整縫隙腔室壁(4)和芯桿(6)可相互相對地調(diào)整。該混合裝置被優(yōu)選合并到配混設備中,該配混設備包括一臺熔融擠出機(17)、混合裝置、一臺均化擠出機(18)和一臺切粒機(19)。
文檔編號B01F3/08GK1307500SQ99808059
公開日2001年8月8日 申請日期1999年6月17日 優(yōu)先權日1998年7月1日
發(fā)明者斯文·S·埃根, 呂納·尼高 申請人:博里利斯技術有限公司