專利名稱：用于將聚合物制品成形的改進方法
用于將聚合物制品成形的改進方法要求優(yōu)先權本申請要求美國臨時申請61/036，692 (Walia等的2008年3月14日提交的“用于 將聚合物制品成形的方法(PROCESS FOR SHAPING POLYMERIC ARTICLES)”)的申請日的權 益，該美國臨時申請的全部內容通過引用結合在此。發(fā)明領域本發(fā)明涉及成形的熱塑性制品及其制備方法，并且在一個具體方面中，涉及在成 形之前在壓機上復合的模塑聚烯烴制品。
背景技術：
在塑料共混物領域中，仍需要用于復合塑料材料的改進方法。例如，需要減少用于 制備制件的加工步驟的數(shù)量。在熱塑性聚烯烴領域中，例如，仍然有吸引力的是具有降低對 預制復合步驟的依賴性的有效材料體系，特別是使原料經受熱歷史的材料體系，需要用于 加工的能耗的材料體系，或者兩者。特別是，有吸引力的是改進方法提供具有與通常依賴于 預制復合步驟的目前方法類似的稠度(consistency)和質量的制件。這樣的改進方法可以 具有包括以下各項中一個或多個的優(yōu)點迅速改變共混材料的組成的能力、通過消除至少 一個復步驟而降低塑料的熱降解的能力、減少廢物的能力或減少總加工成本的能力。一種 特別有吸引力的“在壓機上(at-press)，，復合的方法公開于美國專利申請11/736，342和 11/821，706中，該美國專利申請是為了各種目的而特意通過引用結合的。在這樣的“在壓 機上”復合中，可以避免在高溫將各個聚合物成分預復合在一起的步驟，特別是避免將一種 或多種烯烴彼此預復合或者將一種或多種烯烴與彈性體材料如熱塑性聚烯烴一起復合的 步驟。在壓機上復合的努力中遭遇到的一個可能的難點是一些材料由于粒度、密度、彈 性、導電性或其它性能的差別而分離的趨向所帶來的結果。一種或多種所述材料還可能形 成聚集。如果一種或多種所述材料干擾定量給料機構，例如干擾控制將材料進料至料斗或 混合器中的閥門，則可能必然地出現(xiàn)另一個可能的困難來源。盡管近來在本領域中看到了 進步，但是仍需要另外的改進方法來避免這些考慮因素中的一個或多個。在本領域中解決所述工藝的文獻的實例包括公布的美國申請3，797，707 ； 4，286，883 ；6，111，306 ；5，559，099 ；6，951，900 ；和 6，403，691 ；歐洲專利 958118 Bl ； W01997021528 Al ；Troxel, T. G.，“用于高度分離材料的機筒混機的模型化和放大 (Modeling and scale-up of tumble blenders for highly segregating materials)，，， AIChE Spring National Meeting， Conference Proceedings， Orlando， FL, United States，2006年4月23-27 ；McGlinchey, D.等，“在氣動輸送管線中的粒子分離(Particle segregation in pneumatic conveying lines)，，，IMechE Conference Transactions， 2000 ；和Trng，P.，等，“用于使分離最小化的方法綜述(Methods for Minimizing Segregation :A Review) ”，Particulate Science and Technology，第 22 卷，第 4 期，2004， 第321-337頁；它們全部是為了各種目的而通過引用結合的。
發(fā)明概述在一個方面中，本發(fā)明涉及一種用于制備成形制品的方法，所述方法包括以下步 驟將多種不同的粒狀成分(例如，包含第一聚烯烴的第一材料、包含粒狀填料和第二聚烯 烴的混合物的第二材料、包含彈性體的第三材料，或其它材料)干混，以形成基本上均勻的 粒子共混物；通過使所述粒子共混物流過具有內插件(insert)的排出裝置，將所述粒子共 混物再混合并且基本上防止所述粒子共混物的分離，其中在所述內插件內部的流的特征在 于質量流(mass flow)，而在所述內插件外部的流的特征在于質量流；將經再混合的粒子共 混物引入到部件成形機的螺桿和機筒組件中；在所述螺桿和機筒組件中熔融共混所述粒狀 成分以形成熔體共混物；和在所述部件成形機中將所述熔體共混物成形以形成所述成形制 品。有利地，該方法在干混步驟和將經再混合的粒子共混物引入到部件成形機的螺桿和機 筒組件中的步驟之間沒有熔融共混多種不同的粒狀成分的步驟。成形制品典型地具有大于 約Ig的質量。預期的是，該方法可以具有以下特征中的一個或多個多種不同的粒狀成分包括 包含第一聚烯烴的材料(例如，第一材料)；多種不同的粒狀成分包括包含粒狀填料和第二 聚烯烴的混合物的材料(例如，第二材料)；多種不同的粒狀成分包括包含彈性體的材料 (例如第三材料)；所述彈性體是熔融溫度或玻璃化轉變溫度高于約40°c的熱塑性物質；所 述材料中的至少一種(例如，第一、第二或第三材料中的至少一種)還包括i)用于減少基 本上相同的粒子的聚集的添加劑， )用于減少材料沿著混合器壁的積累、用于減少粒子的 固有分離或用于兩者的抗靜電化合物，或iii) :i)和ii)兩者；所述材料中的至少一種(例 如，第一、第二或第三材料中的至少一種)包括吸濕性的抗靜電化合物；所述材料中的至少 一種(例如，第一、第二或第三材料中的至少一種)包括選自甘油一酸酯、乙氧基化脂肪酸 胺和二乙醇酰胺中的抗靜電化合物；基于含抗靜電劑的材料的總重量，抗靜電化合物的濃 度低于約5% ；該方法在干混步驟之前還包括預復合第一材料、第二材料和第三材料中的 至多兩種的步驟；排出裝置(例如，混合器排出裝置或部件成形機料斗)包括外部結構體， 所述外部結構體具有與垂線形成第一角度的向內且向下傾斜內表面，并且所述內插件包括 內部結構體，所述內部結構體是在所述外部結構體內被支撐的，并且具有與垂線形成第二 角度的向內且向下傾斜外表面，所述第二角度小于第一角度；所述外部結構體的所述向內 且向下傾斜外表面延伸至第一開口，所述第一開口大體上位于所述外部結構體的底部，用 于排出第一部分的粒子共混物(例如，含有分離的相同粒子的粒子共混物)，并且所述內部 結構體的所述向內且向下傾斜外表面延伸至第二開口，所述第二開口大體上位于所述內部 結構體的底部，用于排出第二部分的粒子共混物(例如，含有分離的相同粒子的粒子共混 物)；在穿過排出裝置的水平面，在外部結構體的內表面和內部結構體的外表面之間形成 第一平均垂直質量通量F1，并且在內部結構體的內表面之間形成第二平均垂直質量通量 F2，其中Fl與F2的比率為約0. 1至約10 ；在外部結構體的環(huán)狀向內且向下傾斜外表面與所 述水平面之間的第一角度大于約60度；所述內插件包括多個翅片，所述多個翅片連接至內 部結構體的內表面，用于限定第二質量流，所述第二質量流包括在內插件內具有不同質量 通量的至少2個區(qū)域，其中所述質量通量是在相同的水平面上測量的；所述內插件還包括 被構造成允許中心的質量流量通過其中的中心結構體，所述中心結構體在內插件內縱向向 下延伸，并且具有大體上恒定的橫截面；排出裝置(例如，混合器排出裝置)的向內且向下傾斜內表面、內插件的向內且向下傾斜外表面或兩者是具有截頭圓錐體式封閉環(huán)狀結構體 的圓錐體、具有收斂壁的多面體或者兩者的組合；該方法還包括控制滑動間門的步驟，所述 滑動閘門具有閥門內插件，所述閥門內插件用于防止在向混合器進料的步驟之前所述材料 中的一種或多種(例如第一、第二和第三材料中的一種或多種)積累在滑動閘門中；所述閥 門內插件是楔形的或曲線形的；該方法還包括將均勻的粒子共混物從混合器輸送至部件成 形機的步驟；所述混合器是重力混合器，所述部件成形機是注射模塑機；該方法還包括使 均勻的粒子共混物通過靜態(tài)混合器的步驟；所述均勻的粒子共混物包括包含第一熱塑性 物質的第一材料和包含粒狀填料和第二熱塑性物質的混合物的第二材料；第一熱塑性物質 包含彈性體、聚烯烴或兩者；第二熱塑性物質包含彈性體、聚烯烴或兩者；基于均勻的粒子 共混物的總重量，第一材料以約30至約90重量份的濃度存在；基于均勻的粒子共混物的總 重量，第二材料以約10至約50重量份的濃度存在；基于均勻的粒子共混物的總重量，均勻 的粒子共混物具有大于約3重量％的總彈性體濃度；基于均勻的粒子共混物的總重量，均 勻的粒子共混物具有大于約30重量％的總聚烯烴(例如，聚丙烯)濃度；該方法還包括從 至少一個供給源各自向混合器分開供給以下材料的步驟i)約30至約90重量份的第一材 料，所述第一材料包含第一聚烯烴；ii)至多約50重量份的第二材料，所述第二材料包含粒 狀填料、第二聚烯烴和抗靜電劑的混合物，所述抗靜電劑具有甘油單硬脂酸酯、乙氧基化脂 肪酸胺、二乙醇酰胺或它們的任何組合；和iii)約3至約40重量份的第三材料，所述第三 材料包含彈性體；所述內插件被外部結構體同軸地支撐；所述混合器是集中式混合器，并 且該方法包括將均勻的粒子共混物輸送至多個部件成形機中的步驟；所述輸送步驟包括通 過大體上封閉的管輸送均勻的粒子共混物，所述管在所述排出裝置的接收區(qū)域具有出口， 其中在出口的粒子共混物的平均流動方向與向下垂直方向之間的角度小于約30° ；或所述 輸送步驟包括在排出裝置的接收區(qū)域使均勻的粒子共混物通過分配器，其中分配器改變均 勻的粒子共混物的平均速度、速度的標準偏差。在另一個方面中，本發(fā)明涉及一種用于制備成形制品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括與單 獨的第一、第二和第三材料源連通的混合器；與混合器連通的排出裝置(例如，混合器排出 裝置、或部件成形機料斗)，其中排出裝置包括外部結構體，所述外部結構體具有與垂線形 成第一角度的向內且向下傾斜內表面，并且排出裝置包括內插件，所述內插件具有內部結 構體，所述內部結構體是在所述外部結構體內被支撐的，并且具有與垂線形成第二角度的 向內且向下傾斜外表面，所述第二角度小于第一角度；和與所述排出裝置連通的部件成形 機；其中所述混合器被構造成用于將第一、第二和第三材料共混，以形成大體上均勻的粒子 共混物，并且所述內插件被構造成用于通過基本上(substantially)限定在所述排出裝置 中的質量流而再合并(例如再混合)從均勻的粒子共混物分離的相同粒子?？深A期的是，該系統(tǒng)可以具有以下特征中的一個或任意組合以下材料的獨立源 i)包含第一聚烯烴的第一材料；ii)包含粒狀填料、第二聚烯烴和抗靜電劑的混合物的第 二材料，所述抗靜電劑具有甘油單硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺或它們的任何 組合；和iii)包含彈性體的第三材料；至少一個滑動間門組件，其被構造成用于對混合器 所接收的第一、第二和第三材料中的一種或多種進行定量給料，其中至少一個滑動間門組 件包括具有閥門內插件的閥門，所述閥門內插件被構造成基本上防止流過滑動閘門組件的 第一、第二和第三材料中的至少一種的堵塞；所述混合器包括外圓錐體，所述外圓錐體具有與垂線形成第一角度的截頭圓錐體式封閉環(huán)狀向內且向下傾斜內表面，所述混合器被構造 成用于共混第一、第二和第三材料以形成大體上均勻的粒子共混物；所述內插件被構造成 用于通過基本上限定排出裝置中的質量流而將從均勻的粒子共混物分離的相同粒子的再 合并；或所述內插件還包括多個翅片，所述多個翅片連接至內部結構體的內部，以在水平面 上，產生在外部結構體的內表面與內部結構體的外表面之間的第一垂直質量通量，以及在 翅片和內部結構體的內表面之間的多個不同的第二垂直質量通量。附圖簡述圖IA顯示本發(fā)明的一個方面的工藝步驟的一個示例性流程圖。圖IB顯示本發(fā)明的一個方面的系統(tǒng)的一個示例性流程圖。圖2A-2B分別顯示處于關閉位置和打開位置的示例性滑動閘門組件的透視圖。圖3顯示現(xiàn)有技術實施方案的一個示例性橫截面。圖4顯示本發(fā)明的另一個方面的一個示例性橫截面。圖5顯示本發(fā)明的另一個方面的一個示例性橫截面。圖6A、6B和6C顯示本發(fā)明的另一個方面的一個橫截面。圖7顯示一個示例性分配器。圖8顯示一個示例性料斗，所述料斗中包含有多種粒狀成分。圖9顯示一個示例性料斗，所述料斗中包含有多種粒狀成分。

圖10顯示一個示例性料斗，所述料斗包含有帶靜電荷的粒子。發(fā)明詳述對于如圖IA和IB中所示的一個具體實施方案，本發(fā)明提供了一種用于制備成形 制品的方法，所述成形制品特別是由聚合物化合物制成的制品。方法2可以包括各自進料 的步驟4。進料步驟4典型地包括將聚合物化合物的成分從它們各自的相應供給源11、11’、 11”進料至混合器20或混合器料斗。如本文中使用的，“成分”是指一種或多種成分或材 料。本文中使用的參照成分的實例包括但不限于第一材料、第二材料和第三材料，但是可預 期其它或更少的材料的使用。因此，第一、第二或第三的使用目的是區(qū)別材料，并且不意在 限制本發(fā)明的范圍。通常，本文中的方法預見的是，聚合物化合物包括來自至少2個供給源的成分，所 述供給源是例如，聚合物成分源和第二聚合物成分源或填料或增強材料源。一種特別優(yōu)選 的方法是使用至少3個供給源，例如，第一聚合物(例如，第二熱塑性物質)源、第二聚合物 (例如，第二熱塑性物質)源，和填料或增強材料(例如，滑石母煉膠)源。在一個特別優(yōu)選 的實施方案中，從三個源供給所述成分，所述源用于以下各項材料中的每一項包含第一聚 烯烴的第一材料；包含粒狀填料、熱塑性物質(例如，第二聚烯烴)和任選的抗靜電劑(如 甘油單硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺，或它們的任何組合)的第二材料；以及 包含彈性體(例如，熱塑性聚烯烴)的第三材料。該方法可以包括如圖IA中所示的控制至少一個滑動閘門組件的步驟6。圖2A和 2B分別顯示處于關閉位置和打開位置的示例性滑動間門組件觀。在一個方面中，滑動閘門 組件觀可以位于至少一個用于對至少一種成分(例如，第一、第二和第三材料中的至少一 種)進行定量給料的混合進料器下?；瑒娱g門組件觀可以包括滑動間門22和閥門內插 件對。閥門內插件M可以是楔形的、曲線形的或另外被構造成用于防止第一、第二和第三材料中的一種或多種在被混合器接收之前積累(例如，積聚、阻塞、楔形擠入(wedging)或 其它方式)在滑動閘門組件觀(例如，當滑動閘門觀在關閉位置(圖2A)和打開位置(圖 2B)之間移動時)中。參考圖IA和1B，預期的是，該方法包括干混步驟8，在該步驟中，將第一、第二和第 三材料的各個粒子(例如，粒料)在混合器20中混合，以形成基本上均勻的粒子共混物，優(yōu) 選在不熔融材料的情況下混合(例如，最高干混溫度低于第一、第二和第三材料中的至少 一種，優(yōu)選其全部的最高熔融溫度或玻璃化轉變溫度)。在干混步驟8之后，該方法還可以 包括例如通過混合器排出裝置19排出均勻的粒子干混物(S卩，均勻的粒子共混物)的步驟 10。優(yōu)選地，不將均勻的粒子共混物熔融共混，直至將其在部件成形機15的螺桿和機筒中 加熱(例如，在壓機共混)。應理解，在一個實施方案中，粒子共混物可以包含三種材料中的 僅僅兩種，一種材料可以包含聚合物，而另一種材料可以包含填料或增強材料(例如，滑石 母煉膠、玻璃纖維濃縮物或兩者)。應理解，在另一個實施方案中，共混物可以包含一種或多 種其它成分如著色劑，由成形部件的研磨得到的再研磨料(regrind)或如本文中所述的其 它材料。還應理解的是，共混步驟可以是間歇方法、連續(xù)方法或其它方法，或它們的任何組 合。類似地，進料(例如，定量給料)步驟可以是間歇方法、連續(xù)方法或其它方法，和它們的 任何組合。例如，如圖3中所示，使用典型的混合器30，其具有沒有內插件的排出裝置32(例 如，混合器排出裝置19、成形機料斗5或其它裝置)。在不受理論束縛的情況下，據(jù)認為使 用圖3的設備和可能具有或可能不具有類似的尺寸、形狀、密度、彈性或其它性質的各種材 料(例如，粗制物、非粗制物或其它的)或它們的任何組合的典型共混(例如，重力混合、機 械混合或其它混合，或它們的任何組合)可以導致多種內部流量或通量。通過從混合器排 出材料共混物，這些內部流量或通量可能導致材料共混物中的各種材料的一些分離。作為 一個實例，排出裝置32具有特征為“漏斗狀(funnel) ”類型流的質量流，因此在水平橫截面 的粒子的流量或垂直質量通量(即，每單位面積的局部流量)隨著離排出裝置內表面34的 距離而變化?！奥┒窢睢鳖愋土髭呄蛴诜乐垢鞣N材料的再合并，趨向于導致各種材料的分離， 或者兩者。因此，如由外部31所示，漏斗狀類型流趨向于使第一粒子(例如，粗粒子)朝內 表面34聚集，從而限定第一流量，并且第二粒子(例如，細粒)趨向于朝中心部分33聚集， 從而限定第二流量，第一流量通常小于第二流量。沿著水平面50，粒子共混物在外部31附 近以第一垂直質量通量36流動，并且以第二垂直質量通量38朝中心部分33流動，第一垂 直質量通量36通常小于第二垂直質量通量38?？深A期的是，部分31的聚集的第一粒子可 以包括“死(dead)”流或非流動區(qū)域，這可能進一步促進相同粒子或其它粒子的分離。所得 到的漏斗狀流典型地將相同的粒子從來自共混步驟的通常均勻的(例如，均相的)粒子共 混物中分離，從而形成不均勻的(例如，非均相的)粒子共混物。例如，在具有漏斗狀流的 一個實施方案中，應理解，一種材料(例如，細小材料)通常排出更快或首先排出，因而最初 排出的材料具有較高濃度的細小材料。之后，排出的是具有較低濃度的這種材料(例如，細 小材料)和較高濃度的另一種材料(例如，粗大材料)的混合物。因此，可以理解，漏斗狀 類型流典型地導致具有不同組成的粒子共混物和/或具有不同組成的部件。優(yōu)選地，該方法還包括再合并(例如，再混合)來自均勻的粒子共混物(例如，干 混物)的已離析的(例如，已分離的)的相同粒子的步驟。再合并步驟是通過在排出裝置44(例如，混合器排出裝置(discharge)、成形機料斗或其它裝置)中安置內插件39而實現(xiàn) 的。在一個方面中，內插件39適宜地被構造成用于通過限定流過排出裝置44的至少一種 質量流來顯著降低各種不同的粒子的徑向分離(例如，邊到邊)。在“質量(mass)”類型流 中，典型地不存在“死”流或非流動區(qū)域。由此，應理解，內插件可以被構造成基本上保持均 勻的粒子共混物穿過排出裝置(即，防止或顯著降低分離12)，被構造成通過在排出裝置內 強加質量流來允許可能分離的相同粒子的有效再合并(例如，再混合)，或兩者。如圖4-5中所示，使用具有內插件39的排出裝置44 (例如，混合器排出裝置、成形 機料斗、或其它裝置)，所述內插件比如在美國專利3，797，707 (Jenike等，于1974年3月19 日授權)和4J86，883(Johanson，于1981年9月1日授權)中論述的內插件，該美國專利 為了各種目的而通過引用結合在此。在不受理論束縛的情況下，據(jù)認為內插件44的內表面 48和外表面47顯著降低或消除在沒有內插件的類似排出裝置中由排出步驟(例如，混合 器排出步驟或從部件成形機料斗排出至部件成形機的螺桿和機筒組件的步驟)引起的“漏 斗狀”流。此外，據(jù)認為內插件顯著降低或消除粒子的分離(例如，粗粒子與細粒的分離)。 內插件可以導致均勻的粒料共混物流，這種流的特征在于“質量”類型流。例如，在內插件 內部和在內插件外部的流可以特征在于質量流。對于如圖4-5中所示的具體實施方案，還預期的是，排出裝置44可以包括具有封 閉周邊(例如，環(huán)狀或其它形狀)的外部結構體41，其中向內且向下傾斜內表面43與垂線 形成第一角度46。內插件39可以包括內部結構體49，其在外部結構體41內部被支撐(例 如，同軸地支撐)并且具有封閉周邊(例如，環(huán)狀或其它形狀)，其中向內且向下傾斜內表 面48和外表面47與垂線形成第二角度45。優(yōu)選地，內部結構體的第二角度小于第一角度。 例如，在一個實施方案中，在外部結構體的環(huán)狀向內且向下傾斜外表面和垂線之間的第一 角度可以小于約30度(即，在外表面和水平面之間的角度可以大于約60度)。應理解，外 部結構體、內部結構體或它們兩者的傾斜表面通常可以形成圓錐體(例如，截頭圓錐體)、 收斂多面體(例如，四面體、金字塔或其它)或其它的形狀。更具體而言，如在一個具體實例中所看到的，圖4顯示了排出裝置44(例如，連接 至混合器20)，其具有第一開口 35，第一開口 35通常與內插件39的第二開口 37共平面。 在該實例中，外部垂直質量通量40通常類似于內部垂直質量通量42 (例如，外部質量流量 通常類似于內部質量流量)，如圖4中沿著水平面50所示。在排出裝置中的流(例如，內 插件的內部和外部)具有“質量”類型流的特征。在另一個具體實例中，圖5顯示了排出裝 置44’，其具有第二開口 37，第二開口 37通常與第一開口 35不共平面使得第二開口 37移 位(displace)在第一開口 35的平面下面。應理解，第二開口 37因此貫穿第一開口 35。在 該實例中，開口的尺寸(例如，半徑)和內插件與排出裝置的角度(即，第一和第二角度) 與圖4中相同。第二開口 37相對于第一開口 35的定位產生外部垂直質量通量40，該外部 垂直質量通量40通常小于內部垂直質量通量42 (例如，外部質量流量通常小于內部質量流 量)，如圖5中沿著水平面50所示。如上述實例中所示，在給定的水平面，在內插件外部(即，在外部結構體的內表面 和內部結構體的外表面之間)的平均垂直質量通量流量Fl可以與內插件內部(S卩，在內 部結構體的內表面之間)的平均垂直質量通量流量F2相同或不同。典型地，F(xiàn)1/F2的比率 為約0. 1至約10，更典型為約0. 2至約5，并且最典型為約0. 25至約4 (例如，約0. 4至約2.5)。然而，可以使用更高和更低的通量比率。如上所示，F(xiàn)1/F2的比率可以是約1(例如， 約0. 8至約1. 25)。第一開口的橫截面積Al為內部結構體的外表面47和外部結構體的內表面43之 間的在第一開口 35處的面積。第二開口的橫截面積A2為被內部結構體的內表面48限定 的在第二開口 37處的面積。應理解，通過第一開口和通過第二開口的相對流量將隨著面積 Al和A2而變化。例如，通過第一開口的流量與通過第二開口的流量的比率將隨著比率Al/ A2增加而增加。典型地，A1/A2的比率為約0. 1至約10，更典型為約0. 2至約5，最典型為 約0.4至約2. 5。然而，可以使用更高和更低的A1/A2比率。比率A1/A2可以是約1 (例如， 約0. 8至約1. 25)。相對于圖6A、6B和6C，本發(fā)明的另一個實施方案顯示為安置具有改進的內插件60 的排出裝置44”(例如，混合器排出裝置，成形機料斗或其它裝置)。與上述內插件類似的 是，改進的內插件60可以包括封閉的周邊，該封閉的周邊具有向內且向下傾斜內表面63和 外表面65。應理解，改進的內插件60可以被排出裝置44”的內表面64支撐(例如，同軸支 撐)，可以與排出裝置44”的內表面64連接或采用其它方式。圖6A示例了排出裝置44”， 其是混合器20’或料斗的一部分。改進的內插件還可以包括一個或多個翅片66，中心結構 體67或兩者的組合。翅片46可以連接至改進的內插件60的內表面63，連接至中心結構體 67(當包含中心結構體67時)，或這兩種情況的組合。中心結構體67通常可以是縱向(例 如，垂直)延伸的結構體。在一個方面中，中心結構體67可以包括恒定的剖面，但這不是必 需的。在另一個方面中，中心結構體67可以是允許粒子流在其中通過的空心結構體(例如， 在如圖6B所示的一個具體實施方案中，由垂直質量通量52顯示的)，但這不是必需的。在 如圖6B中所示的一個具體實施方案中，中心結構體67是具有與其連接的翅片46的空心結 構體。翅片66可以優(yōu)選地包括平滑的表面，但這不是必需的。翅片66可以包括大體平坦 的表面，大體彎曲的表面，扭曲的或其它形狀或它們的任何組合。翅片66可以類似地相隔 或不相隔。翅片可以具有類似的長度、寬度、半徑或其它性質或它們可以是不同的。由此， 翅片66可以被設計成產生各種垂直質量通量或局部質量流量(例如，在如圖6B所示的一 個具體實施方案中，由不同的質量流量或垂直質量通量53、54、55和56表示)。應理解，外 部垂直質量流量或垂直質量通量(例如，在如圖6B所示的一個具體實施方案中，由質量流 量或垂直質量通量51表示)可以形成在外部結構體60的內表面64與改進的內插件60的 外表面65之間。還應理解的是，在圖6B中所示的垂線質量通量(例如，垂直質量通量51、 52,53,54,55和56)還顯示在圖6C中，圖6C顯示了具有改進的內插件60的排出裝置44” 的橫截面。圖6C示例了當材料在外部結構體的內表面64與改進的內插件60的外表面65 之間，在改進的內插件60的內表面63與中心結構體67的外表面69之間，以及在中心結構 體67的內表面68之間移動時共混的材料的各個質量通量61。在一個方面中，改進的內插件60可以被構造成通過限定穿過如本文中所述的排 出裝置44”(例如，混合器排出裝置、成形機料斗或其它裝置)的至少一種質量類型流來顯 著降低各種不同的粒子的徑向分離(例如邊至邊)。在另一個方面中，應理解，改進的內插 件可以被構造成通過限定穿過排出裝置44”的一種或垂直的多種質量通量、一種或多種質 量流量或兩者來顯著降低各種不同的粒子的軸向分離(例如上至下)。例如，在導致共混物分離(如可以由漏斗狀類型流、靜電、渦流類型流等所引起)的方法中，可以適宜的是具有 多個通量以降低組成隨時間的變化。當成分的濃度變化導致一種或多種性質變化時，這可 以是特別有吸引力的。由此，通過提供如圖6B和6C中所示的多個垂直質量通量，可以實現(xiàn) 粒子的再合并(例如再混合)，從而降低在不同時間制造的成形部件的性質和/或相同的粒 狀成分的性質在軸向上的變化。如圖IA和IB中所示，該方法還包括將均勻的粒子共混物進料至排出裝置如料斗 5(優(yōu)選包括內插件或改進的內插件)并且進料至部件成形機15 (例如，通過將粒子共混物 引入到部件成形機的螺桿和機筒組件)的進料步驟14、在成形機中將粒子共混物成形以形 成成形制品17 (例如，通過成形工具如模具、模頭或其它工具)的成形步驟16，或兩者的組合。從混合器排出的步驟和進料至部件成形機的步驟可以通過相同設備或步驟(例 如，混合器排出裝置和部件成形機的料斗整合在一起或是相同的部件)或通過如本文中所 述的不同設備或步驟(例如，混合器排出裝置和部件成形機料斗沒有整合在一起或是不同 的部件)而實現(xiàn)。該方法可以在本文中所述的一個或多個步驟之間包括輸送步驟18，輸送 步驟18包括輸送第一材料、第二材料、第三材料中的至少一種或它們的任何組合(例如，從 至少一個材料供給源至混合器，從混合器排出裝置至料斗，或其它方式)。本發(fā)明還包括部件成形機15，其可以被構造成用于接收含有不同材料的固體聚合 物粒子的共混物。部件成形機的一個或多個特性的實例包括但不限于，使用熱能、機械能 或兩者來熔化聚合物；提供剪切能或其它方式以混合(例如，均化)不同的材料；將熔融的 聚合物成形為成形制品或其它方式；或它們的任何組合。部件成形機的實例可以包括但不 限于，注射模塑機、吹塑機、片材或膜擠出機、型材擠出機或其它機器。另外，部件成形機可 以與另一個部件成形機連接，以使用多種材料制備部件(例如共注射模塑、共擠出機，或其 它，或它們的任何組合)。典型地，部件成形機可以用于制備塑料部件，其可以包括螺桿和機筒組件。螺桿和 機筒組件可以包括一個或多個下列特性長度/直徑比大于約15 1，可以對螺桿和機筒 組件中的第一、第二和第三材料施加的背壓為至少約lOOpsi，可在螺桿和機筒組件中使用 的螺桿速度為約25至約250rpm，溫度為約180至約270°C，或它們的任何組合。優(yōu)選的方 法在螺桿和機筒組件中使用在均勻的粒料共混物中的至少一種，更優(yōu)選全部的聚合物材料 (例如，第一、第二和第三材料)均處于熔融狀態(tài)的溫度。如美國專利申請11/736，342 (Jones等，2007年4月17日提交)和 11/821，706 (Wevers等，2007年6月25日提交)(它們特意通過引用結合在此)中所述，螺 桿和機筒組件中的螺桿可以適合于提供分散和分布式混合。例如，它可以包括多個流入通 道和流出通道、包括至少一個用于提供分散式混合的底切(undercut)的混合刮板(mixing flight)、至少一個用于提供分布式混合的旁通通道，或其它用于分散式混合和分布式混合 的通常已知的手段。還應理解的是，螺桿可以適合與上述手段組合以用于提供分散式和分 布式混合。由部件成形機制備的成形部件可以具有任何尺寸或形狀。優(yōu)選地，成形部件的質 量大于lg，優(yōu)選大于3g，最優(yōu)選大于10g。成形部件優(yōu)選不是粒料，或者其它意圖在另外的 螺桿和機筒組件中熔融處理的部件。
將粒子共混物從材料供給源輸送13至混合器的步驟，將粒子共混物從混合器輸 送13至部件成形機的步驟或其它步驟(在存在時)將在適合的輸送距離上進行。此外，輸 送距離可以典型地小于約100米，但是可以更大，更典型地小于約50米，最典型地小于約10 米。在本發(fā)明的一個實施方案中，輸送距離應當優(yōu)選小于8米，更優(yōu)選小于5米，最優(yōu)選地 小于3米。將粒子共混物從混合器輸送13至部件成形機的步驟可以包括將粒子共混物輸送 (例如，進料)至多個部件成形機的步驟。即，單個系統(tǒng)將干混的成分供給至多個部件成形 機。所述輸送步驟可以包括使用粒子輸送機13輸送均勻的粒子共混物。例如，所述 輸送步驟可以包括以下步驟通過具有出口的輸送管將粒子共混物(即，均勻的粒子共混 物)輸送至混合器或料斗(例如，包括具有內插件或改進的內插件的排出裝置的混合器或 料斗)，使得粒子共混物流入混合器或料斗的接收區(qū)域。粒子共混物在離開管時(即，在管 出口)的平均流動方向優(yōu)選為大體向下的方向。例如，在平均流動方向和向下垂直方向之 間的角度可以小于約30°，優(yōu)選小于約10°，更優(yōu)選地小于約5°，最優(yōu)選地小于約2°。離 開輸送管的粒子共混物流可以基本上沒有切向流，因而基本上不形成渦流。例如，輸送管可 以優(yōu)選地在料斗的蓋的中心或中心附近連接至蓋(例如，在蓋的頂部)。輸送可以通過任何適合的手段進行，包括但不限于重力流、氣動輸送或它們的組 合。優(yōu)選地，輸送條件使得在料斗中的材料的頂層基本上沒有躍移(saltation)。例如，輸 送條件可以包括較低的流量、較低的真空或兩者。在進入混合器或料斗的接收區(qū)域時，粒料共混物可以穿過用于通常更均勻地分布 粒子流的分配器或其它裝置或可以傳遞到通常更均勻地分布粒子流的分配器或其它裝置 上。分配器可以改變均勻的粒子共混物的平均速度、速度的標準偏差或兩者。例如，分配器 可以使平均速度(例如，速度的向下分量)降低和/或速度的向外徑向增加。分配器可以導 致在料斗中的粒料共混物的上表面通常是水平的(例如，其角度小于20°，優(yōu)選地小于約 12°，更優(yōu)選地小于約8°，并且最優(yōu)選地小于約4°。分配器可以連接至料斗、料斗蓋或輸 送管。通常，分配器位于輸送管中，在輸送管的端部或在輸送管的出口下面。適合的分配器 包括具有固體表面的分配器，例如平坦的大體上水平的板或盤，或具有大體上向上且向內 傾斜表面，如向上指的圓錐體或金字塔等之類的其它分配器。其它適合的分配器包括具有 多個開口的那些(例如，篩)，因此小于35% (優(yōu)選小于觀％，更優(yōu)選小于15%)的粒子通 過任何單個開口。參考圖7，分配器74可以連接至料斗蓋70。例如，分配器可以連接至料 斗的中心入口 76，如在料斗蓋72的底部的分配器。在圖7中所示的分配器具有4個開口， 然而，可以使用更多或更少的開口(如上所述，分配器可以不具有開口，如置于入口下面的 平坦的水平板或盤)。具有開口的分配器優(yōu)選包括至少3個開口，更優(yōu)選至少4個開口。分 配器開口 78的尺寸和形狀可以通常類于如圖7中所示，或者它們的尺寸和形狀可以變化。輸送管可以由任何適合的材料制成。優(yōu)選地，輸送管由導電材料(例如，導電金 屬)制成，或包括導電裝置(例如，使用金屬絲或絲網，優(yōu)選在輸送管的內部)。在本發(fā)明的一個方面中，可以適宜的是第一材料、第二材料和第三材料的定量給 料的可變性低。定量給料的可變性的一個度量是變化系數(shù)，其被定義為通過將定量給料率 (dosing rate)的標準偏差除以定量給料率的平均值而得到的商，其中標準偏差和平均值是通過對定量給料率抽樣而得到的。在一個具體實例中，將所述材料中的一種或多種到混 合器中的定量給料率的變化系數(shù)應當小于5 %，優(yōu)選小于3 %。還預期的是，在本發(fā)明的一個實施方案中，可以將粒子共混物從混合器直接進料 至部件成形機中。優(yōu)選地，直接將粒子共混物進料至部件成形機中的該步驟可以在不使用 輸送步驟的情況下實現(xiàn)。在本文中的優(yōu)選方法的特征可以在于基本上沒有以下步驟在將粒子共混物進料 至部件成形機的接收點(例如，料斗的接收點)之前，將多種成分(例如，第一、第二和第三 材料)預復合(即熔融共混)在一起。然而，還應理解的是，該方法可以包括預復合一些， 但不是全部成分(例如，第一材料、第二材料和第三材料中的至多兩種)的步驟?？深A期的是，本發(fā)明還可以包括向部件成形機15中引入一種或多種添加劑?？梢?將添加劑包含在第一材料、第二材料和第三材料中的至少一種中，或者作為一種或多種其 它的材料。在沒有限制的情況下，所述添加劑可以降低或甚至基本上消除多種不同的粒狀 成分中的至少一種的聚集、分離或這兩種情況。例如，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，材料之一，優(yōu)選第二材料，即，粒狀填料和 第二聚烯烴的混合物可以另外包含至少一種抗靜電材料?？轨o電組分優(yōu)選為內部抗靜電 劑，并且可以是離子的(例如陽離子或陰離子的)，非離子的，或離子和非離子抗靜電化學 品的混合物。在一個優(yōu)選的實施方案中，抗靜電化學品可以是非離子的。在一個優(yōu)選的實 施方案中，有效的非離子抗靜電化學品可以是吸濕的，充分小的因而它們能夠遷移到表面， 或者這兩種情況的組合。在遷移至表面之后，抗靜電化學品的親水性部分可以與大氣水分 氫鍵鍵合，從而可能在表面上形成水的薄涂層。據(jù)認為這種水的涂層典型地提供抗靜電性 能。通常用于聚烯烴的非離子抗靜電化學品的實例包括但不限于甘油一酸酯、乙氧基 化脂肪酸胺、二乙醇酰胺、或其它物質，或它們的任何組合。甘油一酸酯是可以典型地通過 甘油和脂肪酸的反應形成的單酯。示例性甘油一酸酯的通式是
權利要求
1.一種用于制備成形制品的方法，所述方法包括以下步驟a)將多種不同的粒狀成分干混，以形成均勻的粒子共混物；b)通過使所述共混物流過具有內插件的排出裝置，將所述粒子共混物再混合并且基本 上防止所述粒子共混物的分離，其中在所述內插件內部的流的特征在于質量流，而在所述 內插件外部的流的特征在于質量流；c)將已再混合的粒子共混物引入到部件成形機的螺桿和機筒組件中；d)在所述螺桿和機筒組件中熔融共混所述粒狀成分以形成熔體共混物；和e)在所述部件成形機中將所述熔體共混物成形以形成所述成形制品，其中所述方法在 所述干混步驟和所述將已再混合的粒子共混物引入到螺桿和機筒組件中的步驟之間沒有 熔融共混多種不同的粒狀成分的步驟，并且所述成形制品具有大于約Ig的質量。
2.權利要求1所述的方法，其中所述多種不同的粒狀成分包括包含第一聚烯烴的第一材料；包含粒狀填料和第二聚烯烴的混合物的第二材料；和包含彈性體的第三材料，其中所述彈性體是熔融溫度或玻璃化轉變溫度高于約40°C的 熱塑性物質。
3.權利要求1或2所述的方法，其中所述第一、第二或第三材料中的至少一種還包括i)用于減少基本上相同的粒子的聚集的添加劑； )用于減少材料沿著排放裝置的壁的積累、用于減少粒子的固有分離或用于上述兩 種情況的抗靜電化合物；或iii)i)和 )兩者。
4.權利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述第一、第二或第三材料中的至少一種 包括吸濕性的抗靜電化合物。
5.權利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述第一、第二或第三材料中的至少一種 包括選自甘油一酸酯、乙氧基化脂肪酸胺和二乙醇酰胺中的抗靜電化合物，其中基于含抗 靜電劑的材料的總重量，所述抗靜電化合物的濃度低于約5%。
6.權利要求1至5中任一項所述的方法，其中在所述干混步驟之前，所述方法還包括預 復合所述第一材料、第二材料和第三材料中的至多兩種的步驟。
7.權利要求1至6中任一項所述的方法，其中所述排出裝置包括外部結構體，所述外部 結構體具有與垂線形成第一角度的向內且向下傾斜內表面，并且所述內插件包括內部結構 體，所述內部結構體是在所述外部結構體內被支撐的，并且具有與垂線形成第二角度的向 內且向下傾斜外表面，所述第二角度小于所述第一角度。
8.權利要求7所述的方法，其中所述外部結構體的所述向內且向下傾斜外表面延伸至 第一開口，所述第一開口 一般位于所述外部結構體的底部，用于排出第一部分的粒子共混 物，并且所述內部結構體的所述向內且向下傾斜外表面延伸至第二開口，所述第二開口一 般位于所述內部結構體的底部，用于排出第二部分的粒子共混物。
9.權利要求1至8中任一項所述的方法，其中在穿過所述排出裝置的水平面上，在所述 外部結構體的內表面和所述內部結構體的外表面之間形成第一平均垂直質量通量F1，并且 在所述內部結構體的內表面之間形成第二平均垂直質量通量F2，其中Fl與F2的比率為約 0. 1至約10。
10.權利要求7至9中任一項所述的方法，其中在所述外部結構體的環(huán)狀向內且向下傾 斜外表面與所述水平面之間的第一角度大于約60度。
11.權利要求7至10中任一項所述的方法，其中所述內插件包括多個翅片，所述多個翅 片連接至所述內部結構體的內表面，用于限定第二質量流，所述第二質量流包括在所述內 插件內具有不同質量通量的至少2個區(qū)域，其中所述2個區(qū)域在相同的水平面上。
12.權利要求1至11中任一項所述的方法，其中所述內插件還包括被構造成允許中心 的質量流量通過其中的中心結構體，所述中心結構體在所述內插件內縱向向下延伸，并且 具有大體上恒定的橫截面。
13.權利要求7至12中任一項所述的方法，其中所述排出裝置的所述向內且向下傾斜 內表面、所述內插件的所述向內且向下傾斜外表面或它們兩者是具有截頭圓錐體式封閉環(huán) 狀結構體的圓錐體、具有收斂壁的多面體或者是具有截頭圓錐體式封閉環(huán)狀結構體的圓錐 體和具有收斂壁的多面體的組合。
14.權利要求1至13中任一項所述的方法，所述方法還包括控制滑動間門的步驟，所述 滑動閘門具有閥門內插件，所述閥門內插件用于防止第一、第二和第三材料中的一種或多 種在向所述混合器進料的步驟之前積累在所述滑動間門中，其中所述閥門內插件是楔形的 或曲線形的。
15.權利要求1至14中任一項所述的方法，所述方法還包括將均勻的粒子共混物從所 述混合器輸送至所述部件成形機的步驟。
16.權利要求1至15中任一項所述的方法，其中所述混合器是重力混合器或所述部件 成形機是注射模塑機，或所述混合器是重力混合器且所述部件成形機是注射模塑機。
17.權利要求1至16中任一項所述的方法，其中向所述成形機進料的步驟包括使均 勻的粒子共混物通過靜態(tài)混合器的步驟。
18.權利要求1至17中任一項所述的方法，其中所述均勻的粒子共混物包括包含第 一熱塑性物質的第一材料、包含粒狀填料和第二熱塑性物質的第二材料；所述第一熱塑性 物質包含彈性體、聚烯烴或兩者；所述第二熱塑性物質包含彈性體、聚烯烴或兩者；基于所述均勻的粒子共混物的總重量，第一材料以約30至約90重量份的濃度存在，而 第二材料以約10至約50重量份的濃度存在；和基于所述均勻的粒子共混物的總重量，所述均勻的粒子共混物具有大于約3重量％的 總彈性體濃度和大于約30重量％的總聚烯烴濃度。
19.權利要求1所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟a)從至少一個供給源各自向混合器單獨供給以下材料i)約30至約90重量份的第一材料，所述第一材料包含第一聚烯烴； )不超過約50重量份的第二材料，所述第二材料包含粒狀填料、第二聚烯烴和抗靜 電劑的混合物，所述抗靜電劑具有甘油單硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺或它們 的任何組合；和iii)約3至約40重量份的第三材料，所述第三材料包含彈性體；b)控制至少一個滑動閘門，所述滑動閘門具有楔形的閥門內插件，所述閥門內插件被 構造成用于防止所述第一、第二和第三材料中的一種或多種在被所述混合器接收的步驟之 前積累在所述至少一個滑動閘門中；和c)將所述均勻的粒子共混物從所述混合器輸送至部件成形機； 其中所述共混步驟包括共混所述第一、第二和第三材料的多種粒子以在混合器中形成 均勻的粒子共混物；其中所述排出裝置包括外圓錐體，所述外圓錐體具有與垂線形成第一角度的截頭圓錐 體式封閉環(huán)狀的向內且向下傾斜內表面，并且所述內插件包括內圓錐體，所述內圓錐體是 在所述外圓錐體內被同軸支撐的，并且具有與垂線形成第二角度的封閉環(huán)狀的向內且向下 傾斜外表面，所述第二角度小于第一角度；并且其中所述外圓錐體的向內且向下傾斜外表面延伸至第一開口，所述第一開口一般位于 所述外圓錐體的底部，用于排出所述第一、第二和第三材料，并且所述內圓錐體的所述向內 且向下傾斜外表面延伸至第二開口，所述第二開口 一般位于所述內圓錐體的底部，用于排 出所述第一、第二和第三材料，所述第一和第二開口處于基本上彼此共用或不共用的位置。
20.權利要求1至19中任一項所述的方法，其中所述混合器是集中式混合器，而所述方 法包括將所述均勻的粒子共混物輸送至多個部件成形機的步驟。
21.權利要求15至20中任一項所述的方法，其中所述輸送步驟包括i)通過大體上封閉的管輸送所述均勻的粒子共混物，所述管在所述排出裝置的接收區(qū) 域具有出口，其中在所述出口處的所述粒子共混物的平均流動方向與向下垂直方向之間的 角度小于約30° ； )在所述排出裝置的所述接收區(qū)域使所述均勻的粒子共混物通過分配器，其中所述 分配器改變所述均勻的粒子共混物的平均速度或所述速度的標準偏差，或所述均勻的粒子 共混物的平均速度和所述速度的標準偏差；或 iii)⑴和( )兩者。
22.一種用于形成權利要求1至21任一項所述的成形制品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)與單獨的第一、第二和第三材料源連通的混合器；b)與所述混合器連通的排出裝置，其中所述排出裝置包括外部結構體，所述外部結構 體具有與垂線形成第一角度的向內且向下傾斜內表面，并且所述排出裝置包括內插件，所 述內插件具有內部結構體，所述內部結構體是在所述外部結構體內被支撐的，并且具有與 垂線形成第二角度的向內且向下傾斜外表面，所述第二角度小于第一角度，c)與所述排出裝置連通的部件成形機；其中所述混合器被構造成用于將所述第一、第二和第三材料共混，以形成大體上均勻 的粒子共混物，并且所述內插件被構造成用于通過基本上限定在所述排出裝置中的質量流 而再合并從所述均勻的粒子共混物分離的相同粒子。
23.權利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括a)以下材料的獨立源i)包含第一聚烯烴的第一材料； )包含粒狀填料、第二聚烯烴和抗靜電劑的混合物的第二材料，所述抗靜電劑具有甘 油單硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺或它們的任何組合；和 iii)包含彈性體的第三材料；以及b)至少一個滑動間門組件，所述滑動間門組件被構造成用于將混合器所接收的第一、 第二和第三材料中的一種或多種定量給料，其中所述至少一個滑動間門組件包括具有閥門內插件的閥門，所述閥門內插件被構造成基本上防止流過滑動閘門組件的第一、第二和第 三材料中的至少一種的堵塞； 其中所述排出裝置包括外圓錐體，所述外圓錐體具有與垂線形成第一角度的截頭圓錐體式 封閉環(huán)狀的向內且向下傾斜內表面，所述混合器被構造成用于共混所述第一、第二和第三材料以形成大體上均勻的粒子共 混物；并且所述內插件還包括多個翅片，所述多個翅片連接至所述內部結構體的內部，以在水平 面上，產生介于所述外部結構體的內表面與所述內部結構體的外表面之間的第一垂直質量 通量，以及介于所述翅片和所述內部結構體的內表面之間的多個不同的第二垂直質量通量。
全文摘要
一種用于制備成形制品(17)的方法(2)，所述方法(2)包括以下步驟將多種不同的粒狀成分(11)干混(8)，以形成均勻的粒子共混物；通過在包括內插件(39，60)的排出裝置(19)中基本上限定質量流，以將所述粒子共混物再混合；和在部件成形機(15)中將所述粒子共混物成形以形成成形制品(17)。
文檔編號B29C70/28GK102046359SQ200980108908
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權日2008年3月14日
發(fā)明者內斯特·A·瓦斯克斯, 卡爾·V·雅各布, 帕爾文德·S·瓦利亞, 詹姆斯·D·厄爾貝格 申請人:陶氏環(huán)球技術公司