專利名稱：聚合物的造粒方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下熔體造粒機(jī)或切割機(jī)的起動(dòng)。更具體地說，本發(fā)明涉及用?？自诳谀３隹趥?cè)有倒錐的口模簡(jiǎn)便而快速起動(dòng)這類造粒機(jī)和切割機(jī)的方法。本發(fā)明還涉及一種水下熔體切割機(jī)的改進(jìn)口模組件設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
熱塑性塑料(TP)是非常重要的工業(yè)品。它們一般用熔體成形法成形為各種零件或形狀，即熔化TP，乘它熔融時(shí)成形為一定的形狀，然后使該TP冷卻成固體以將其“固定”在那形狀。在大多數(shù)熔體成形機(jī)內(nèi)，TP以球?；蚣?xì)粒形式喂入，尺寸一般在0.1～約0.7cm(最大尺寸)范圍內(nèi)。為了使大多數(shù)熔體成形機(jī)有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，優(yōu)選球?；蚣?xì)粒自由流動(dòng)且具有相當(dāng)均勻的尺寸。
已發(fā)展了多種造粒TP的設(shè)備。優(yōu)選這樣的設(shè)備應(yīng)以低成本生產(chǎn)均勻且易流動(dòng)的粒料。一種這類的造粒機(jī)是所謂的“水下熔體切割機(jī)”(UMC)，見例如U.S.專利2,918,701和3,749,539。當(dāng)UMC被適當(dāng)操作時(shí)，它能生產(chǎn)大量均勻且自由流動(dòng)的TP粒料。但是UMC有不少缺點(diǎn)，其中包括難以造粒熔點(diǎn)較高(＞200℃)的TP或相反容易凍結(jié)成固體的TP，不適應(yīng)工藝異常，如聚合物流動(dòng)的短時(shí)中斷，以及有時(shí)難以起動(dòng)。因此希望改進(jìn)，以盡量減少UMC的這類和其它困難。
U.S.專利4,728,276描述了一種?？卓梢曌鞯瑰F狀的“水下造粒機(jī)”。未提及這種?？讓?duì)起動(dòng)的作用。
日本專利申請(qǐng)5-253997描述了一種?？讕У瑰F的口模。這類孔的目的可視作要盡量減少在非UMC切割機(jī)內(nèi)的模滴及其降解。
因此本發(fā)明的目的是要提供一種適用于水下切割機(jī)的口模，它能盡量減少與UMC起動(dòng)相關(guān)的困難。如本文所公開和要求權(quán)利的本發(fā)明的這些和其它目的、特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)將在參考以下對(duì)本發(fā)明的詳述而變得越來越清晰。
發(fā)明概述本文公開并要求權(quán)利的是一種起動(dòng)聚合物水下熔體切割機(jī)的方法，其中，使熔融聚合物強(qiáng)制通過有出口面和一個(gè)或多個(gè)?？椎目谀＃以趶乃瞿？壮鰜頃r(shí)所述聚合物被一把或多把旋轉(zhuǎn)刀切割，以及其中所述聚合物在所述口模的出口面附近是在水下或與水接觸，其中所作的改進(jìn)包含(a)提供有一個(gè)或多個(gè)?？椎目谀?，其中所述?？讕У瑰F以及所述口模在所述模孔的至少一部分所述倒錐附近要保持在所述聚合物的熔點(diǎn)或更高的溫度，或者，如果所述聚合物沒有熔點(diǎn)，則所述部分要保持在所述聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)或更高的溫度，同時(shí)所述出口面與水接觸。
(b)旋轉(zhuǎn)所述刀；以及(c)在(a)和(b)已完成后，強(qiáng)制所述熔融聚合物在所述水與所述出口面接觸至少5秒鐘，優(yōu)選至少10秒鐘之后通過所述模孔。
本發(fā)明還涉及水下熔體切割機(jī)口模組件，它有口模板或口模體，其含一個(gè)或多個(gè)熔融聚合物流經(jīng)的?？撞⒂幸粋€(gè)聚合物出口面，其中改進(jìn)包含所述聚合物出口面與非金屬絕熱體接觸，絕熱體有第一遠(yuǎn)面，其與接觸所述聚合物出口面的面相對(duì)，所述第一遠(yuǎn)面與支撐板接觸，所述支撐板有第二遠(yuǎn)面，其與接觸所述非金屬絕熱體的面相對(duì)，所述第二遠(yuǎn)面與耐磨材料接觸。
本專利還公開一種用上述水下熔體切割機(jī)口模組件進(jìn)行水下熔體切割的方法。
參考本文附圖本發(fā)明將更易理解。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是水下熔體切割機(jī)口模的部分截面圖，示意口模內(nèi)的倒錐?？?。
圖2與圖1相同，但示意口模的外加任選零件。
圖3(a、b和c)及圖3a的剖面X-X示意一種與實(shí)施例1-6中所用口模類似的口模。
圖4與圖2類似，但示意將口模與水浴中冷卻水絕熱的UMC口模的優(yōu)選構(gòu)型。
發(fā)明詳述UMC是對(duì)聚合物尤其TP的造粒非常有用的設(shè)備。這種設(shè)備存在的一個(gè)問題是它們的起動(dòng)較難、耗時(shí)且經(jīng)常浪費(fèi)正在被切割的聚合物。所謂“起動(dòng)”這里是指在UMC經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間或按計(jì)劃停機(jī)后的起動(dòng)，或在較短時(shí)間的工藝停機(jī)如在聚合物流至口模中的短時(shí)中斷后的重新起動(dòng)。從這類短時(shí)停機(jī)的起動(dòng)，本文也稱之為“重新起動(dòng)”。因此UMC常以連續(xù)或近似連續(xù)操作而非間歇操作的方式使用，在間歇操作中可以在較短操作周期之間存在停機(jī)。
當(dāng)通過?？椎木酆衔锪鲃?dòng)停止時(shí)，在UMC中正受切割的聚合物一般會(huì)在?？椎某隹诙藘鼋Y(jié)，因?yàn)槔渌佑|了該聚合物。典型的重新起動(dòng)程序包括下列步驟1)停止水循環(huán)(但聚合物已經(jīng)在?？壮隹谔巸鲎×?。
2)拉回支持切割機(jī)刀片和循環(huán)水的車。
3)在水退出的那一刻，?？字械木酆衔锍?huì)重新熔化并開始流涎，所以要擦拭口模面除去流涎聚合物。
4)如果聚合物不是熱穩(wěn)定的，則最好把一些聚合物吹掃過聚合物供料管內(nèi)的吹掃閥和/或?？住?br> 5)再次清理口模面。
然后很快地6)讓拖車返回操作位置并將它卡固到口模組件上。
7)摁下自動(dòng)起動(dòng)按鈕，以快速順序(至多數(shù)秒鐘)把水循環(huán)到口模出口面，起動(dòng)切割刀片旋轉(zhuǎn)并使聚合物開始流動(dòng)。如果不能在很短的時(shí)間內(nèi)以精確的順序進(jìn)行，則UMC很可能會(huì)再次凍結(jié)和/或在拖車上出現(xiàn)大量未切割的聚合物，和/或切割刀片可能被纏住。
以上詳述的程序具有許多缺點(diǎn)，其中包括-在吹掃和流涎過程中損失聚合物。
-該方法耗時(shí)并經(jīng)常比停機(jī)的起因長(zhǎng)得多，從而損失生產(chǎn)時(shí)間。
-難以安全地操作UMC，因?yàn)椴僮髡邔⒈┞队跓崛劬酆衔锖?或來自熱熔聚合物的煙霧，和/或其本身可能是熱的(會(huì)燙傷人)冷卻水，和/或來自熱口模的聚合物或煙霧可能起火(特別當(dāng)聚合物的熔點(diǎn)很高時(shí))。
使用特定的口模，本發(fā)明大大避免了所有上述問題，尤其重新起動(dòng)。本發(fā)明利用倒錐?？自偌由蟄MC的某些其它特點(diǎn)提供容易的起動(dòng)。所謂“倒錐?？住笔侵缚谀０?聚合物)出口側(cè)的?？妆妊啬？椎钠溆嗖糠种睆酱?，以及當(dāng)?？讖目谀０宓某隹诿嫦蚩谀０宓?聚合物)入口面移動(dòng)時(shí)?？字饾u變小為更小尺寸的孔。這類?？撞⒉恍枰谀？椎恼麄€(gè)長(zhǎng)度上都成錐形，但在口模板出口側(cè)必須成錐形。錐的深度一般為至少約0.5cm～約5cm。所謂“錐的深度”是指沿孔軸的長(zhǎng)度(如圖1中區(qū)6的長(zhǎng)度或圖2中區(qū)26、29和31的長(zhǎng)度)。需指出的是，文獻(xiàn)中所示的許多UMC口模都具有自入口面至出口面截面減小的?？?，因此在本例子中，術(shù)語“倒錐”是指在相同方向上?？捉孛嬖黾拥目谀?。
圖1示意部分口模板的截面，該截面通過倒錐?？椎闹行木€。口模板1有聚合物(未示意)在那里出口模(孔)的出口面2和(熔融)聚合物在那里進(jìn)入?？?的入口面3。在該特定例子中，4在其區(qū)5的長(zhǎng)度部分是直的，而在其區(qū)6的長(zhǎng)度部分有倒錐。成錐部分有一個(gè)“錐角”8。雖然不是臨界的，但優(yōu)選該錐角至少為0.1°，更優(yōu)選至少約0.2°，尤其優(yōu)選至少約0.5°，以及非常優(yōu)選至少約1.0°。還優(yōu)選該錐角為約10°或更小，更優(yōu)選5°或更小，尤其優(yōu)選約3.0°或更小。應(yīng)理解可以組合以上任何最小和最大錐角以給出優(yōu)選的錐角范圍。
錐角可以改變，但優(yōu)選不是大的不連續(xù)變化，以及在從3經(jīng)由4到達(dá)2時(shí)，錐角應(yīng)保持相同或增加。如果錐角是恒定的，則錐角就是由區(qū)6中模孔的相對(duì)兩邊所形成的角度，且該錐角被包括在同時(shí)包括該模孔軸的平面內(nèi)。如果錐角有變化且在不同段有不同值，則各段應(yīng)類似地被測(cè)定。錐角也可恒定地變化，在此情況下，任一點(diǎn)的錐角要以類似方式用該點(diǎn)上垂直于4的錐面的直線測(cè)定。
一般，如4那樣的?？拙哂袌A截面，但截面也可以呈其它形狀。這類非圓截面可以取多種形狀中的任何一種，僅受把這些形狀加工或制造進(jìn)口模板的能力所限制，只要具有所選形狀的?？啄苄纬裳仄溟L(zhǎng)度的倒錐即可。一般這樣的倒錐段將與?？灼溆嗖糠值男螤钜恢隆５瑰F段的截面一般與孔其余部分的截面一致，但這并非必需的。優(yōu)選圓截面。圓截面的典型直徑是約0.05～約0.7cm。
?？卓梢圆皇钦麎K結(jié)構(gòu)，也就是說，它可以不由單塊材料形成。例如，如果口模要用于磨損性很強(qiáng)的組合物，如含玻璃的那些，則?？卓梢圆糠值赜煽谀ｓw和口模體中的插件形成，插件由耐磨材料如碳化鎢制成。插件可以形成孔的整個(gè)或部分長(zhǎng)度。無論如何，整個(gè)模孔的錐角和倒錐構(gòu)型，包括由插件形成的部分，必須滿足本文所述的必要限制，也優(yōu)選具有本文所述的優(yōu)選特征。
圖2示意類似于圖1的?？?，包括口模板20，它有聚合物(未示出)在那里出?？椎某隹诿?1和(熔融)聚合物在那里入?？?4的入口面23。在該特定例子中，24在其部分長(zhǎng)度25范圍內(nèi)是直的，而在其部分長(zhǎng)度26范圍內(nèi)有倒錐。24在23及其附近還有“正?！卞F段27，它在有些情況下會(huì)有利于聚合物流動(dòng)。在表面21上且與其接觸且有與24共線的孔的是絕熱層29，它使口模與水浴中的水絕熱。29的外表面30與耐磨性優(yōu)良且有與24共線的孔的材料層31接觸。31起到與UMC刀(未示出)接觸的耐磨面作用。刀在31的此表面或附近切割聚合物。如果存在29和/或31，則穿過這些部件的孔也應(yīng)優(yōu)選呈倒錐狀。如果29和/或31非常薄，則沒有倒錐也不會(huì)明顯影響口模性能。換句話說，倒錐應(yīng)該從20內(nèi)的某處延伸到聚合物從24出來和/或被切割的表面。
圖2所示的口模組件的優(yōu)選變型示于圖4，該圖是類似于圖2的截面圖，但圖2僅示意口模板的中心部分。該變型可使用帶倒錐孔的口模(組件)或帶直孔或“正?！卞F孔的口模(組件)用于UMC造粒TP的工藝中。因此，圖4示意口模板60，它有聚合物(未示出)在那里出模(孔)的出口面61和(熔融)聚合物在那里入?？?4的入口面63。在該特定例子中，64在其整個(gè)長(zhǎng)度上是直的且在其靠近61的部分長(zhǎng)度上有插件65。65在其大部分長(zhǎng)度上有倒錐段。在表面61上且與其接觸且有與64共線的孔的是優(yōu)選是非金屬的絕熱層69，它在口模與水浴的水之間起絕熱作用且有與64共線的孔。69有外表面70，它與結(jié)構(gòu)上較強(qiáng)的材料層72接觸。72有外表面73，它與具有優(yōu)良耐磨性且有與64共線的孔的71(有時(shí)稱之為硬面)接觸。71起到與UMC刀(未示出)接觸的耐磨面的作用。刀在71的此表面或其附近切割聚合物。穿過69、71和72的孔也應(yīng)優(yōu)選呈倒錐狀。如果69和/或71和/或72非常薄，則沒有倒錐也不會(huì)明顯影響口模的性能。換句話說，倒錐應(yīng)從60內(nèi)的某處延伸到聚合物從64出來和/或被切割的表面。
在圖4中，69可以是脆性和/或低強(qiáng)度材料，因?yàn)樗鼉?yōu)選是非金屬材料如云母、玻璃或陶瓷、熱塑性塑料或熱固性樹脂(所有這些都應(yīng)具有較高的熔點(diǎn)，從而不會(huì)在口模操作溫度下熔化或軟化)。這意味著將71(其本身可以是脆性的)連接到口模體上，例如，用穿過69的螺栓，在最佳情況下可能非常成問題，因?yàn)楹芸赡馨l(fā)生69和/或71的開裂或其它結(jié)構(gòu)失效。為避免這一問題，71要連接到結(jié)構(gòu)上強(qiáng)(且相對(duì)不脆)的材料(72)如鋼或其它金屬上，例如通過釬焊、熔焊或螺栓連接。然后可以將72用通過69(未示出)螺栓連接到口模體或通過栓接到口模板60的卡圈(未示出)連接到口模體。換句話說，可以把72看成是71的支撐板，要安裝在較弱和/或脆的非金屬絕熱體69與71之間。這種構(gòu)型的附加優(yōu)點(diǎn)是可以使69和/或71容易改變，如果，例如，希望改變?？壮叽?直徑)以生產(chǎn)不同尺寸的粒料。
優(yōu)選69的熱導(dǎo)率(通過69厚度方向)為約3W/m°K或更小，更優(yōu)選約1.0W/m°K或更小。69應(yīng)厚到足以不發(fā)生口模體被冷卻浴中的水“過冷”。如果用倒錐?？?，這意味著口模組件所能提供的熱量足以使口?？梢杂蒙鲜龊?jiǎn)化程序起動(dòng)。如果不存在倒錐?？?，則僅意味著口?？梢园碪MC口模的常規(guī)方式操作。厚度取決于被切割聚合物(特別是熔體溫度)、口模的構(gòu)型、口模加熱器的功率和其它因素，很容易通過簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)來確定。72應(yīng)厚到足以提供使71斷裂傾向很小所需要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且能用一般機(jī)械設(shè)計(jì)原理確定。
圖4所示類型的水下熔體切割機(jī)口模組件可用來以水下熔體切割機(jī)常用的常規(guī)方式切割熱塑性塑料。該口模體絕熱的改進(jìn)允許在水與出口面接觸時(shí)較平穩(wěn)操作(例如聚合物凍結(jié)的機(jī)會(huì)較少)和/或切割高熔點(diǎn)聚合物等。
所謂“水與出口面接觸”是指水直接與出口面接觸或水與某一部件接觸，而該部件本身與出口面接觸或者其通過與一個(gè)或多個(gè)其它部件接觸而與出口面接觸。例如，在圖1中水可以與出口面2接觸。在圖2中，如果不存在29和31，則水可以與口模出口面接觸，如果存在29但無31，則水會(huì)與29接觸，以及如果只存在31而無29或如果兩者都存在，則水會(huì)與31接觸。在所有這些情況下，都認(rèn)為水與出口面接觸。
當(dāng)沒有倒錐時(shí)，則出口端的孔可以是直的。如果聚合物的流動(dòng)停止，則水在出口端或其附近接觸孔內(nèi)的聚合物并使聚合物凍結(jié)(凝固)。即使在口模體內(nèi)部的聚合物仍保持熔融，在孔出口端的固體聚合物也會(huì)阻礙聚合物再流動(dòng)，除非它被熔化。雖然可以施加足夠(非常)高的壓力以迫使固體堵塞物出來，但設(shè)備就不得不制成耐這種壓力且會(huì)驚人地昂貴。因此需要前述比較復(fù)雜而困難的起動(dòng)程序。
但是，當(dāng)孔有倒錐時(shí)，聚合物優(yōu)選只需要熔化到區(qū)6內(nèi)的某處(參考圖1)，固體聚合物就可以很容易從孔中“突然跳出”，非常像一個(gè)錐形塞可以從酒瓶中拔出。因此，在大多數(shù)情況下只要用現(xiàn)存設(shè)備已能獲得的較中等的壓力。這就大大簡(jiǎn)化了起動(dòng)尤其重新起動(dòng)，這一點(diǎn)將說明如下。
在連續(xù)法中，造成UMC停機(jī)的大多數(shù)常見原因之一是在造粒工藝過程中的短暫(例如，達(dá)1小時(shí))停機(jī)。例如，停機(jī)可能是系統(tǒng)中任一部分的電或機(jī)械失效、聚合物供料管道或固體粒料處理管道的堵塞等而造成。使用含倒錐孔的口模，則UMC本身，特別是水循環(huán)、口模加熱和刀的旋轉(zhuǎn)都可以保持不停。靠近口模出口面的聚合物會(huì)凍結(jié)，但如果在?？椎瑰F段某處聚合物仍是熔融的，則聚合物流動(dòng)可在短暫的停機(jī)后簡(jiǎn)單地重新起動(dòng)并且UMC將常重新起動(dòng)?？赡軙?huì)產(chǎn)生一些尺寸不合格的顆粒，而它們可通過尺寸分類而分離。如果正在造粒的聚合物熱穩(wěn)定性不大好以及故障停機(jī)不太短暫，則可能要把熔融聚合物和/或固體顆粒從一等產(chǎn)品中轉(zhuǎn)移出去直到從系統(tǒng)中已除去所有可能的降解聚合物，或者也可以暫時(shí)關(guān)閉加熱器。這一程序簡(jiǎn)單、省時(shí)且聚合物的損失極少。
在間歇工藝中，停機(jī)或至少聚合物流動(dòng)的中斷在批與批之間常常是特意的。在這類情況下，本口模的易起動(dòng)特點(diǎn)顯然也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)或長(zhǎng)時(shí)期后的起動(dòng)，如計(jì)劃好的維修停機(jī)，則程序可略有不同。如果在停機(jī)前后切割的是同種聚合物，尤其如果聚合物是熱穩(wěn)定的，則甚至不必清理UMC。UMC，尤其口模板和聚合物處理管道可簡(jiǎn)單地重新加熱并在聚合物能從口模板孔中流涎之前接通水和旋轉(zhuǎn)刀即可。當(dāng)口模板達(dá)到操作溫度時(shí)(假設(shè)在?？椎瑰F段中至少有些聚合物是熔化的)以及系統(tǒng)的其余部分已準(zhǔn)備好，則可以接通聚合物流。如果因被切割的聚合物不是特別熱穩(wěn)定因而即使短時(shí)停機(jī)也需要冷卻口模，則也能用該程序。如果?？滓呀?jīng)清理空，則在將口模出口面暴露于水中之前要在孔內(nèi)放進(jìn)一些熔融聚合物(例如，用熔融聚合物充模，它們可能會(huì)凝固)。優(yōu)選不要讓水進(jìn)入模孔尤其不要進(jìn)入孔后的熔融聚合物管道，因?yàn)?過熱)蒸汽會(huì)被強(qiáng)烈地排出模孔。在?？字杏辛司酆衔锖?，可以如上所述起動(dòng)UMC和造粒系統(tǒng)。
起動(dòng)的其它變型和方法對(duì)于技術(shù)人員來說是顯而易見的，也可以采用。
如以上指出，容易起動(dòng)的優(yōu)選條件是在至少部分區(qū)6(參考圖1)即?？椎牡瑰F區(qū)內(nèi)要有熔融聚合物。實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，則即使無聚合物流動(dòng)，也意味著因口模內(nèi)的聚合物和口模本身損失的熱與聚合物從口模加熱器獲得的熱達(dá)到了平衡，尤其在區(qū)6內(nèi)。在口模的出口面(2)或其附近，口模和?？變?nèi)聚合物的主要熱損失與靠近或接觸2的水以及暴露在或靠近?？壮隹诙说木酆衔锉砻嬗嘘P(guān)。但是，由于聚合物以及大多數(shù)聚合物組合物是良好的絕熱體，?？赘鞫蝺?nèi)聚合物的熱損失隨離開接觸水的聚合物表面越來越遠(yuǎn)而變得越來越少。因此，如果口模板(1)本身，尤其在模孔附近，保持足夠熱，就能向聚合物供應(yīng)足夠的熱量以使其在至少部分區(qū)6內(nèi)保持熔融。提高向聚合物提供熱流的措施(換言之，傾向于保持聚合物更熱且熔融)包括較高的口模溫度、1的材料有更高的熱導(dǎo)率、口模加熱流體有更高的循環(huán)速度(見下文)、更長(zhǎng)的區(qū)6、為減少1的熱損失而絕熱等，反之亦然。減少向聚合物提供足夠熱量的能力的措施包括在聚合物熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與水溫之間更大的溫差(實(shí)際上這常意味著，聚合物的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，則保持區(qū)6中聚合物處于熔融態(tài)越難)，反之亦然。通過平衡這些因素，再加上少量實(shí)驗(yàn)，就很容易構(gòu)建易起動(dòng)的UMC系統(tǒng)。
這里，起動(dòng)時(shí)，在模孔附近，口模應(yīng)處于或高于聚合物的熔點(diǎn)，尤其在至少部分區(qū)6、即倒錐區(qū)內(nèi)。如果聚合物沒有熔點(diǎn)(為無定形)，則?？字車鷳?yīng)處于或高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。如果聚合物有不止一個(gè)熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，則要用最高熔點(diǎn)或最高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度用ASTM方法D 3418測(cè)量。熔點(diǎn)取熔融吸熱的最大值，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度取轉(zhuǎn)變的中點(diǎn)。熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度采用二次加熱測(cè)量。優(yōu)選在起動(dòng)時(shí)，?？赘浇目谀囟缺染酆衔锏淖罡呷埸c(diǎn)高出至少約5℃，更優(yōu)選至少約10℃，尤其優(yōu)選至少約20℃。為了加速起動(dòng)過程，短時(shí)“脈沖”口模加熱器的控制溫度以迅速提高口模溫度是有用的，尤其如果所用的聚合物是熱穩(wěn)定的。如果用無定形聚合物(無熔點(diǎn))，則優(yōu)選起動(dòng)時(shí)模孔附近的口模溫度比聚合物的最高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高出至少約25℃，更優(yōu)選至少約50℃，尤其優(yōu)選至少約100℃。
所謂“熔化的”、“熔融的”或“液態(tài)”聚合物在這里是指溫度處于或高于其最高熔點(diǎn)的聚合物，或如果聚合物沒有熔點(diǎn)(是無定形的)，是指處于或高于其最高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。熔融聚合物可以用本領(lǐng)域熟知的多種方法被“強(qiáng)制”通過口模和?？祝?，用泵，如齒輪泵或螺旋泵，把熔融聚合物加壓到環(huán)境壓力之上(正如高于部分充滿熔融聚合物的罐內(nèi)的氣壓)；或用擠出機(jī)或重力誘導(dǎo)流動(dòng)?？谀？梢杂帽绢I(lǐng)域已知的任何方法加熱。例如，可以用下列手段加熱循環(huán)通過口模的熱流體(氣體和/或液體)，如飽和或過熱蒸汽、各種熱油及Dowtherm和類似物質(zhì)；和/或在口模體內(nèi)部或在外部的電加熱器，如外部帶式加熱器和/或內(nèi)部筒式加熱器。
在0℃以上為固體且能被熔化的任何聚合物都能用本方法切割。聚合物的熔體粘度優(yōu)選在熔融聚合物能較容易被強(qiáng)制通過?？椎姆秶鷥?nèi)。
適用的聚合物類型和這些類型內(nèi)的特定聚合物包括聚酯，如聚(對(duì)苯二甲酸亞烷基酯)，如聚(對(duì)苯二甲酸乙二酯)、聚(對(duì)苯二甲酸1，3-丙二酯)、聚(對(duì)苯二甲酸1，4-丁二酯)、聚(間苯二甲酸/對(duì)苯二甲酸亞烷基酯)；聚(2，6-萘二甲酸亞烷基酯)，如聚(2，6-萘二甲酸乙二酯)；對(duì)苯二甲酸、1，4-環(huán)己烷二甲醇的共聚物及其共聚酯；聚酰胺，如尼龍-6、尼龍-6，6；聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯與α-烯烴尤其線形α-烯烴的共聚物、乙烯與(甲基)丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸和/或丙烯酸的共聚物及其鹽，以及上述烯烴的共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；氟化聚合物，包括共聚物，聚四氟乙烯、全氟聚合物、聚(氟乙烯)、乙烯和偏二氟乙烯的共聚物以及聚(偏二氟乙烯)；聚(酰亞胺醚)；聚砜，如聚苯砜；聚硫化物，如聚(苯硫醚)；聚(醚-酮)；聚(醚-醚-酮)；熱致液晶聚合物，如聚酯、聚(酯酰胺)和聚(酯-酰亞胺)；以及聚(氯乙烯)。也可以用其中兩種或多種的共混物和/或其它各聚合物和/或聚合物類型。
本發(fā)明方法中所用的聚合物可以含熱塑性聚合物中常加入的任何添加劑，如填料、增強(qiáng)劑、顏料、抗氧劑、增塑劑、熒光增白劑、抗臭氧劑、染料和熱穩(wěn)定劑。適用的具體材料包括纖維形式的玻璃、微珠、碾磨玻璃和碾磨纖維、粘土、云母、滑石粉和其它礦物質(zhì)、粉末形式的碳(石墨和非石墨)、纖維和微纖、有機(jī)纖維、微纖和類纖維如芳綸和液晶聚合物纖維，二氧化鈦、粉末金屬、短金屬線和纖維以及粉末有機(jī)物質(zhì)如熱固性聚合物。這些物質(zhì)能以常用量存在于上述組合物內(nèi)。
圖3a示意口模的前視圖和該口模的剖面(XX)。該口模有一個(gè)口模體41，它有入口面(表面)42、出口面(表面)43、8個(gè)腔(用來放電加熱器)44、螺栓孔(用來安裝41)即45和46、2個(gè)腔(用來安裝熱電偶)47和8個(gè)?？?8。圖3b示意適合48的模孔插件托架49。圖3c示意適合49的插件50。有了分立件49和50，就很容易改變?？椎挠行е睆健⒖紙D3a的剖面(XX)以及圖3b和3c，熔融聚合物在42的附近進(jìn)入50，經(jīng)由50流到43的附近，并在43附近離開50。在50出口端附近的43上或43附近的絕熱體或用于刀緊挨其旋轉(zhuǎn)的耐磨表面均未示出。所有41、49和50的材料都應(yīng)有較高的熱導(dǎo)率，即＞50W/m°K。在有些情況下，優(yōu)選50不僅具有較高的熱導(dǎo)率，而且具有較高的耐磨性，以及(高熱導(dǎo)率)碳化鎢(60-170W/m°K)適合于這種應(yīng)用?？赡艽嬖诘目谀５钠渌慵蚱溥B接件如裝配螺栓、電加熱器、熱電偶、固定電加熱器的夾頭等都未示出。正如從這些圖可一目了然，自電加熱器即口模熱源至接觸熔融聚合物的50的內(nèi)表面，有一條高熱導(dǎo)通路。需指出的是，雖然電加熱器經(jīng)常被設(shè)計(jì)成盡可能接觸其腔壁，但在有些地方，加熱器與41之間會(huì)有一小個(gè)空氣間隙，為本文的目的，仍把這個(gè)常常不可避免的間隙看成是部分較高熱導(dǎo)通路。
還需指出的是，圖3c示意了一個(gè)帶倒錐的口模插件(見下文)，其錐角為2.00°。
實(shí)施例方法在有些實(shí)施例中用口模A。該口模用GlidCopAL-15級(jí)制成。該口模與圖中所示的口模類似(除一些無關(guān)緊要的微小物理改變之外，該口模的特性與圖3的相同)以及全徑為22.86cm和厚6.35cm。該口模螺接到擠出機(jī)端部。8個(gè)等間距的模孔裝有口模插件如50，或被堵住以使操作的?？咨儆?個(gè)。口模插件由碳化鎢制成?？谀Ｒ苍谀？椎某隹诙嗣嫔吓渲昧艘粚佑商蓟佒瞥傻慕^熱體和碳鋼支撐板。碳化鈦和支撐板的總厚度為4.75mm。在插件50內(nèi)，錐角8(見圖1)是2°，類似于5的區(qū)有6.13cm長(zhǎng)，錐角(不是倒錐)為1.724°，類似于6的區(qū)有6.99mm長(zhǎng)，包括碳化鎢和鋼支撐板層的厚度在內(nèi)(通過這些層厚度的模孔也有倒錐)。在?？兹肟诙耍睆綖?.54mm，在出口端(在碳化鈦的外面)直徑為3.94mm。
在有些實(shí)施例中用口模B。該口模由碳鋼制成。該口模與圖3所示的口模類似，除一些無關(guān)緊要的微小物理變動(dòng)外，但出口面、絕熱體、支撐板、硬面和插件均如圖4所示。其全徑為22.86cm，厚為4.20cm。該口模栓接到擠出機(jī)端部。8個(gè)等間距的模孔裝有口模插件如66，或可被堵住以使操作的?？咨儆?個(gè)?？谀２寮?60黃銅制成?？谀２寮?.1cm長(zhǎng)度范圍內(nèi)有3°的倒錐，以及在硬面的外表面，孔的直徑為0.549cm。?？?在口模體內(nèi))直徑為0.775cm。TiC硬面厚0.424cm，碳鋼支撐板總厚為0.305cm，以及云母絕熱體在受壓縮時(shí)厚約1.3mm。
在實(shí)施例中使用了一些聚合物，這些聚合物如表1所示。所有這些聚合物(LCP除外)都可從E.I.DuPont de Nemours & Co.，Inc.，Wilmington，DE，USA得到。
表1
*注冊(cè)商標(biāo)**不包括少量添加劑如抗氧化劑在內(nèi)***衍生自氫醌/4，4′-雙酚/對(duì)苯二甲酸/2，6-萘二羧酸/4-羥基苯甲酸(50/50/70/30/320摩爾比)的液晶聚酯。
實(shí)施例1～6在這些實(shí)施例中，采用含8個(gè)?？椎目谀來水下造粒各聚合物配方。在所有情況下，?？锥加?°的倒錐。用熔化聚合物組合物的擠出機(jī)把聚合物喂至口模。擠出機(jī)內(nèi)聚合物的熔體溫度保持在聚合物制造商推薦的溫度下(或高于熔點(diǎn))。在某些時(shí)刻中斷聚合物的流動(dòng)并允許它在?？壮隹诙藘鼋Y(jié)。然后重新起動(dòng)熔體切割機(jī)(假設(shè)其中已有聚合物)，方法是連接切割車(包含刀和冷卻水)，起動(dòng)刀和冷卻水循環(huán)，把口模溫度升到聚合物熔點(diǎn)附近。啟動(dòng)聚合物喂料擠出機(jī)，并開始把聚合物喂進(jìn)擠出機(jī)，設(shè)置聚合物喂料擠出機(jī)出口端上的已被設(shè)置成使熔融聚合物不進(jìn)造粒機(jī)的倒向閥，把熔融聚合物喂進(jìn)造粒機(jī)(口模)并在此刻開始造粒。在有些情況下，當(dāng)起動(dòng)聚合物喂料時(shí)，要以較慢的速率起動(dòng)，然后逐漸升到所需的最終速率。在表2所列的所有實(shí)施例中，即使口模在循環(huán)水中，起動(dòng)也順利。用這樣簡(jiǎn)化的起動(dòng)程序，起動(dòng)聚合物流過口模所需的壓力示于表2中，同時(shí)給出造粒期間的穩(wěn)態(tài)壓力、口模和冷卻水的溫度及所用的聚合物。
表2
實(shí)施例7采用一個(gè)帶倒錐?？椎?0孔工業(yè)水下熔體切割機(jī)口模。該口模體由碳鋼制成以及口模體用電阻加熱器加熱。裝配各模孔，使每個(gè)?？锥佳b進(jìn)兩塊模孔襯里。在入口面(類似于圖3a中的42)是長(zhǎng)3.58cm(1.41英寸)、圓孔直徑為3.00mm(0.118英寸)的直孔襯里，稱為入口段。緊挨該入口段的下游(聚合物流動(dòng))是長(zhǎng)2.53cm(0.995英寸)、圓孔直徑為4.06mm(0.160英寸)的出口段。出口段的出口端是齊平的且?guī)С隹诿?類似于圖3a中的43)，且暴露于造粒機(jī)的冷卻水中。出口段可以改變，孔是直的或有倒錐。如果有倒錐，其形成方法可以是把直孔鉸成所需的錐角，使錐角從出口面延伸至6.35mm(0.25英寸)深。用齒輪泵把熔融聚合物喂入造粒機(jī)口模。聚合物是液晶聚合物(LCP)且是由氫醌/4，4′-雙酚/對(duì)苯二甲酸/2，6-萘二羧酸/4-羥基苯甲酸按50/50/70/30/320摩爾比制成的共聚物，其熔點(diǎn)為約335℃。
為起動(dòng)聚合物流動(dòng)，要把充滿聚合物的口模加熱到LCP的熔點(diǎn)以上且口模上流的聚合物(已經(jīng))熔化。就位含旋轉(zhuǎn)刀和水浴(裝滿水且進(jìn)行水循環(huán))的切割車。在口模已被充分加熱之后，打開齒輪泵。測(cè)量打開口模(即起動(dòng)聚合物)流所需要的壓力，但報(bào)告的壓力可能略低些，因?yàn)閴毫γ}沖可能已經(jīng)發(fā)生。
當(dāng)出口段含有直孔時(shí)，需要超過約13.8MPa(2000psi)的壓力打開口模，如果口模全打開，因?yàn)橛袝r(shí)尚未打開。此外，冷卻水溫必須保持在約90℃或更高以允許?？状蜷_。這是一個(gè)安全問題，因?yàn)檫@樣的熱水很易燙傷操作者。在系統(tǒng)內(nèi)能安全地產(chǎn)生的最大壓力為約16.5MPa(2400psi)。當(dāng)以這種模式運(yùn)行時(shí)，最終必須更換齒輪泵，且相信這種損傷是因高的起動(dòng)壓力造成的。已間接地觀察到，口模內(nèi)50孔中有許多常常未被這種方法打開，其結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)造粒條件下粒料尺寸變化。
當(dāng)存在倒錐且(倒)錐角為2°時(shí)，起動(dòng)發(fā)生在約10.3～13.8MPa(1500～2000psi)，觀察到，齒輪泵似乎不會(huì)被這類起動(dòng)所損傷。還觀察到起動(dòng)時(shí)大多數(shù)?？状蜷_了，即使不是所有模孔都打開，且粒料尺寸顯然均勻得多(與直孔比)。這種性能是用約60℃或更低一點(diǎn)的冷卻水溫獲得的。
當(dāng)(倒)錐角是3°時(shí)，注意到再次打開的孔數(shù)表明原來有許多孔沒有打開。在開始起動(dòng)(以熱的口模)之前，移開切割車并觀察?？锥?。發(fā)現(xiàn)在一些孔內(nèi)聚合物在出口段部分凍結(jié)，在那里倒錐減小了。其結(jié)果顯然是與出口段直線長(zhǎng)度的聚合物接觸了。這表明，對(duì)于每一種要在給定條件下切割的聚合物組合物，需確定最佳操作的錐角和錐段長(zhǎng)度。這很容易通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)，特別用?？撞寮泶_定。
實(shí)施例8-10在這些實(shí)施例中，采用有2個(gè)模孔的口模B來水下造粒各種聚合物配方。在所有情況下，模孔的倒錐為3°，以及熔體切割機(jī)冷卻水溫為53℃。用熔化聚合物組合物的擠出機(jī)把聚合物喂至口模。在某些時(shí)刻中斷聚合物流動(dòng)并允許聚合物在?？壮隹诙藘鼋Y(jié)。然后重新起動(dòng)(假設(shè)其中已有聚合物)熔體切割機(jī)，方法是連接切割車(含刀和冷卻水)，起動(dòng)刀和冷卻水循環(huán)，把模溫升至設(shè)定溫度。起動(dòng)聚合物喂料擠出機(jī)并開始將聚合物喂至擠出機(jī)。設(shè)定聚合物喂料擠出機(jī)端上的已被設(shè)置成使熔融聚合物不進(jìn)造粒機(jī)的轉(zhuǎn)移閥，把熔融聚合物喂到造粒機(jī)(口模)并在此刻起動(dòng)造粒。在有些情況下，當(dāng)起動(dòng)聚合物喂料時(shí)，要以較低的速率起動(dòng)，然后再逐漸升到所需的最終速率。在表3所列的所有實(shí)施例中，即使口模是在循環(huán)水中，起動(dòng)也順利。用該簡(jiǎn)化的起動(dòng)程序起動(dòng)聚合物流過模具所需的壓力列于表3，同時(shí)也給出造粒期間的穩(wěn)態(tài)壓力、出口模和冷卻水溫以及所用的聚合物。
表3
*注冊(cè)商標(biāo)
權(quán)利要求
1.起動(dòng)聚合物水下熔體切割機(jī)的方法，其中熔融聚合物被強(qiáng)制通過有出口面和一個(gè)或多個(gè)模孔的口模，以及所述聚合物在從所述?？壮鰜頃r(shí)被一把或多把旋轉(zhuǎn)刀切割，以及其中所述聚合物在所述口模的出口面附近是在水下或與水接觸，其中所作的改進(jìn)包含(a)提供有一個(gè)或多個(gè)?？椎目谀?，所述?？子械瑰F以及所述口模在所述模孔的至少一部分所述倒錐附近要保持在所述聚合物的熔點(diǎn)或更高的溫度，或者，如果所述聚合物沒有熔點(diǎn)，則所述部分要保持在所述聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)或更高的溫度，同時(shí)所述出口面與水接觸。(b)旋轉(zhuǎn)所述刀；以及(c)在(a)和(b)已完成后，強(qiáng)制所述熔融聚合物在所述水與所述出口面接觸至少5秒鐘后通過所述模孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述倒錐的錐角為約0.5°～約5°。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述錐角為約1°～約3.0°。
4.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述?？拙哂袌A截面。
5.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中錐的深度為約0.5cm～約5cm。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述模孔的直徑為約0.050cm～約0.7cm。
7.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述熔融聚合物是聚酯、聚酰胺、聚烯烴、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氟化聚合物、聚(酰亞胺醚)、聚砜、聚硫化物、聚(醚-酮)、聚(醚-醚-酮)、熱致液晶聚合物或聚(氯乙烯)，或其中兩種或多種的聚合物共混物。
8.水下熔體切割機(jī)口模組件，其有含一個(gè)或多個(gè)熔融聚合物從中流過的?？缀途酆衔锍隹诿娴目谀０寤蚩谀ｓw，其中所作的改進(jìn)包含所述聚合物出口面接觸非金屬絕熱體，所述非金屬絕熱體有第一遠(yuǎn)面，與接觸所述聚合物出口面的面相對(duì)，所述第一遠(yuǎn)面與支撐板接觸，該支撐板有第二遠(yuǎn)面，與接觸所述非金屬絕熱體的面相對(duì)，以及所述第二遠(yuǎn)面與耐磨材料接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的口模組件，其中所述?？子械瑰F。
10.如權(quán)利要求8所述的口模組件，其中所述?？资侵钡摹?br> 11.如權(quán)利要求8～10中任何一項(xiàng)所述的口模組件，其中所述非金屬絕熱體的熱導(dǎo)率為約3W/m°K或更小。
12.如權(quán)利要求8～10中任何一項(xiàng)所述的口模組件，其中所述非金屬絕熱體的熱導(dǎo)率為約1W/m°K或更小。
13.水下熔體切割聚合物的方法，其中熔融聚合物被強(qiáng)制通過一個(gè)或多個(gè)?？滓约爱?dāng)所述聚合物從所述?？壮鰜頃r(shí)就與水接觸，同時(shí)在所述?？椎某隹诿姹磺懈?，其中所作的改進(jìn)包含有含一個(gè)或多個(gè)熔融聚合物從中流過的?？缀途酆衔锍隹诿娴目谀０寤蚩谀ｓw的水下熔體切割機(jī)口模組件，其中所作的改進(jìn)包含所述的聚合物出口面與非金屬絕熱體接觸，所述非金屬絕熱體有第一遠(yuǎn)面，與接觸所述聚合物出口面的面相對(duì)，所述第一遠(yuǎn)面與支撐板接觸，所述支撐板有第二遠(yuǎn)面，與接觸非金屬絕熱體的面相對(duì)，以及所述第二遠(yuǎn)面與耐磨材料接觸。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述模孔有倒錐。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述?？资侵钡?。
16.如權(quán)利要求13～15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述非金屬絕熱體的熱導(dǎo)率為約3W/m°K或更小。
17.如權(quán)利要求13～15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述非金屬絕熱體的熱導(dǎo)率為約1W/m°K或更小。
18.如權(quán)利要求13～17中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述聚合物是聚酯、聚酰胺、聚烯烴、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氟化聚合物、聚(酰亞胺醚)、聚砜、聚硫化物、聚(醚-酮)、聚(醚-醚-酮)、熱致液晶聚合物或聚(氯乙烯)，或其中兩種或多種的聚合物共混物。
全文摘要
公開一種改進(jìn)的聚合物造粒法，用其中模孔在沿其至少一部分長(zhǎng)度上包含倒錐的口模。還公開了包含這種口模的水下熔體切割機(jī)的操作條件?？谀０?1)有聚合物(未示出)在那里從口模(孔)出來的出口面(2)和(熔融)聚合物在那里進(jìn)入?？?4)的入口面(3)。在該特定例子中，(4)在區(qū)5的部分長(zhǎng)度內(nèi)是直的，而在區(qū)6的部分長(zhǎng)度內(nèi)有倒錐。成錐部有“錐角”(8)。
文檔編號(hào)B29C47/30GK1829591SQ200480021954
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者R·A·杰克遜, D·J·羅耶, M·G·沃戈納 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司