專利名稱:擠出塑料物料的方法
擠出塑料物料的方法本發(fā)明涉及一種借助于具有特定螺桿幾何形狀的多螺桿擠出機(jī)擠出塑料物料,特 別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物,尤其是熱塑性塑料和彈性體,特別優(yōu)選地聚碳酸酯 和聚碳酸酯共混物(其中也可以摻混有其它物質(zhì)例如具有改善的光學(xué)特性的固體、液體、氣 體或其它聚合物或其它聚合物的共混物)的方法。擠出是聚合物的生產(chǎn)、混配和加工中的一種已知方法。擠出在這里和下文中是 指在同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)中處理物質(zhì)或物質(zhì)混合物,如[1] ([1]= Kohlgriiberj Der gleichlaufige Doppelschneckenextruderj Hanser Verlag Miinchen 2007)中所全面記述的。多螺桿擠出機(jī)在下文中還總是指環(huán)擠出機(jī)。在擠出過程中對塑料物料的處理包括以下工藝操作中的一或多個輸送、熔化、分 散、混合、擠壓出液體組分、脫氣和升壓。在聚合物生產(chǎn)中,擠出例如用于從聚合物中除去揮發(fā)性組分如單體和殘余的溶劑 ([1],第192-212頁)、用于加聚和縮聚反應(yīng)、任選地熔化和調(diào)制聚合物、以及任選地將添加 劑與聚合物混合。在聚合物混配過程中,擠出尤其是被用于產(chǎn)生聚合物與添加劑、助劑、增強(qiáng)材料和 染料的混合物,以及產(chǎn)生在例如化學(xué)組成、分子量或分子結(jié)構(gòu)上不同的不同聚合物的混合 物(例如參見[1],第59-93頁)。混配工藝有助于混配聚合物以使用塑料原料(其通常是熔 融的)以及向聚合物中添加和混入填料和/或增強(qiáng)材料、增塑劑、粘合劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑等 制備成品塑料模制物料(或復(fù)合物)?;炫渫€包括除去揮發(fā)性組分例如空氣和水?;?配還可以包括化學(xué)反應(yīng),例如接枝、官能團(tuán)的改性、或通過有意地增大或減小分子量來改變 分子量。如已知和例如在[1 ]第169-190頁所記述的,混合可分為分配混合和分散混合。分 配混合是指在給定的容積內(nèi)不同組分的均勻分配。例如,當(dāng)混合類似的聚合物時發(fā)生分配 混合。在分散混合中,固體顆粒、液滴或氣泡首先被分開。為進(jìn)行分開必須施加充分大的剪 切力以例如克服聚合物熔體與添加劑之間的界面處的表面張力。在下文中,混合始終是指 分配和/或分散混合。在出版物[1]第73頁起記述了熔體輸送和升壓。熔體輸送區(qū)用來將產(chǎn)物從一個 工藝區(qū)輸送到下一個工藝區(qū)并引入填料。例如在產(chǎn)物從一個工藝區(qū)向下一個工藝區(qū)輸送期 間、在脫氣期間和在保溫區(qū)中,熔體輸送區(qū)通常被部分填充。在聚合物加工期間,所述聚合物優(yōu)選地被轉(zhuǎn)化成半成品、現(xiàn)成產(chǎn)品或構(gòu)件的形式。 加工可以例如通過注塑、擠出、薄膜吹塑、壓延或紡紗來進(jìn)行。加工可以還包括將聚合物與 填料和輔助物質(zhì)和添加劑混合以及化學(xué)改性例如硫化。如所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員所知,聚合物擠出優(yōu)選地在具有兩個或任選地兩個以 上螺桿的擠出機(jī)上進(jìn)行。其轉(zhuǎn)子相互準(zhǔn)確自刮凈的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿或任選地多螺桿擠出機(jī)早已是已知的 (DE862668)?;跍?zhǔn)確刮凈型型線原則的螺桿擠出機(jī)已被用于聚合物生產(chǎn)、混配和加工中的許多不同應(yīng)用。這種螺桿擠出機(jī)已知具有好的混合作用、好的脫氣作用和好的熔融聚合 物作用。它們在用其制造的產(chǎn)品的質(zhì)量上具有優(yōu)勢,因?yàn)榫酆衔锶垠w會粘附在表面上并在 通常的加工溫度下隨著時間的過去而降解,準(zhǔn)確刮凈型螺桿的自潔作用防止了這點(diǎn)。例如 在Klemens Kohlgriiber: Der gleichlaufige Doppelschneckenextruderj Hanser Verlag Munchen 2007, 96頁起[1]中敘述了制造準(zhǔn)確刮凈型螺桿型線的準(zhǔn)則。其中記述了單程、 雙程和三程型線結(jié)構(gòu)的設(shè)計。還記述了雙螺桿擠出機(jī)的第一個螺桿的預(yù)定螺桿型線決定雙 螺桿擠出機(jī)的第二個螺桿的螺桿型線。雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的螺桿型線由此被稱為母 螺桿型線。雙螺桿擠出機(jī)的第二螺桿的螺桿型線從雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的螺桿型線得 出,因此被稱為子螺桿型線。在多螺桿擠出機(jī)的情況下,相鄰螺桿總是以母螺桿型線和子螺 桿型線交替排列。據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知,在螺桿齒頂區(qū)域有特別大量的能量被消散在熔體中,這 會導(dǎo)致在產(chǎn)品中局部嚴(yán)重過熱。這在例如[1] 160頁起有說明。此局部過熱可能導(dǎo)致?lián)p害 產(chǎn)品,例如氣味、顏色、化學(xué)組成或分子量的改變,或在產(chǎn)品中形成非均勻如膠?;虬唿c(diǎn)。特 別是大的頂錐角在這點(diǎn)上是有害的。據(jù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知,發(fā)生聚合物損害的反應(yīng)速率取決于溫度。如所 屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知禾口如可例如在J. Robertson Thermal Degradation Studies of Polycarbonate, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, 2001 第三章或在 K. Chrissafis: Kinetics of Thermal Degradation of Polymers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 95 (2009) 1, 273_ 283中所證實(shí)的,反應(yīng)速度常數(shù)k (T)可用Arrhenius方程表示k (T) =A*exp (-Ea/(R*T))。 在此公式中,k表示反應(yīng)速度常數(shù),T表示絕對溫度[K],A表示頻率因子,EA表示活化能[J/ mol],R表示通用氣體常數(shù)[J/mol/K]。還已知僅僅IOK的升溫就可能導(dǎo)致反應(yīng)速率常數(shù)加 倍。擠出塑料物料的工藝由此應(yīng)當(dāng)設(shè)計成通過塑料物料的加工和處理而使平均溫度升高盡 可能低。特別是,用于擠出塑料物料的工藝應(yīng)設(shè)計成使得在塑料物料的加工和處理過程中 避免如例如在現(xiàn)有技術(shù)的具有Erdmenger螺桿型線的螺桿元件的齒頂區(qū)域所發(fā)生的局部 溫度高峰。現(xiàn)代的雙螺桿擠出機(jī)具有積木式結(jié)構(gòu)方式,其中在芯軸上可以安裝不同的螺桿元 件。如此,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可以使雙螺桿擠出機(jī)適應(yīng)進(jìn)行中的具體工藝任務(wù)。通常,現(xiàn)在 使用具有雙程和三程型線的螺桿元件,因?yàn)閱纬搪輻U型線由于其大頂錐角而具有過高的能 量輸入。除偏心排列的圓盤之外,現(xiàn)有技術(shù)已知的螺桿元件的特征在于型線曲線在其橫截 面內(nèi)包括至少一個扭折(例如參見
圖1),其出現(xiàn)在螺桿齒頂與螺紋面的過渡處。齒頂由半 徑=型線外徑的圓弧構(gòu)成,且型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)作為中心點(diǎn)。向型線側(cè)面過渡處的扭折在螺桿 元件上形成棱。在多螺桿擠出機(jī)上執(zhí)行的一個主要任務(wù)是彼此不可均勻混溶的液相或熔體的分 散或固體在聚合物熔體中的分散。從技術(shù)文獻(xiàn)(例如參見Chang Dae Han: Multiphase Flow in Polymer Processing, Academic Press, New York 1981)中已知對于困難的分散 任務(wù)來說剪切流動與伸展流動的結(jié)合是理想的。在物料一方面被螺桿的旋轉(zhuǎn)所剪切而另一方面同時被螺槽的收斂向齒頂所伸展的螺槽中這種流動形式占主導(dǎo)。然而,在螺桿齒頂區(qū)域,在困難的分散任務(wù)中對分散幾乎沒 有貢獻(xiàn)的純剪切流動占主導(dǎo)。另一方面,輸入能量的最大一部分被消散在螺桿齒頂與機(jī)筒 或相鄰螺桿之間的間隙中。因此該區(qū)域?qū)訜峋酆衔镂锪虾陀纱丝赡軐釗p傷起主要貢 獻(xiàn),而對分散的工藝任務(wù)沒有貢獻(xiàn)??梢匀缫阎囊詼?zhǔn)確刮凈方式設(shè)置的偏心設(shè)置的圓盤是個例外。它們不包括具有 純剪切流動的齒頂區(qū)域。它們以其出色的分散作用而為人所知,但由于它們在大的圓周區(qū) 域產(chǎn)生極窄的間隙而同時具有高的能量輸入。此外它們的螺紋數(shù)限于z=l。因此,本發(fā)明的目的在于提供一種擠出塑料物料的方法,其中降低了平均和最大 升溫以避免聚合物損傷。通過使用緊密嚙合的、同向旋轉(zhuǎn)的混配擠出機(jī)或脫氣擠出機(jī)令人意外地實(shí)現(xiàn)了該 目的,其中采用具有特定幾何形狀的螺桿元件。這包括在整個橫截面上的型線可用連續(xù)可 微的型線曲線表示的螺桿元件。通過在多螺桿擠出機(jī)中使用這些螺桿元件,可以實(shí)現(xiàn)相對 于現(xiàn)有技術(shù)來說盡可能最低的能量輸入,其導(dǎo)致了更小的升溫和由此更低的平均和最高溫 度。同時,還實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)或甚至更高的非常好的升壓。令人驚訝地發(fā)現(xiàn),根據(jù)本發(fā)明使用的輸送元件的升壓能力大于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具 有Erdmenger螺桿型線的輸送元件。由此,借助于根據(jù)本發(fā)明所用的輸送元件,可以例如在 更短的升壓區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生期望的或必要的升壓,借此縮短了擠出機(jī)結(jié)構(gòu),或者在不變的擠出 機(jī)長度下延長了其它工藝區(qū)例如脫氣區(qū)或混合區(qū),從而提高它們對塑料物料的作用。從而本發(fā)明提供一種使用同向旋轉(zhuǎn)、緊密嚙合的混配擠出機(jī)或脫氣擠出機(jī)混配塑 料物料、特別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物、尤其是熱塑性塑料和彈性體、特別優(yōu)選地 聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物(其中可混有其它物質(zhì)例如固體、液體、氣體或其它聚合物或其 它聚合物共混物)的方法,其中所述擠出機(jī)使用用于具有成對同向旋轉(zhuǎn)并成對準(zhǔn)確刮凈的 螺桿(該螺桿具有兩個或兩個以上螺桿螺紋)的多螺桿擠出機(jī)的螺桿元件,其特征在于母和 子螺桿型線各自在整個橫截面上都可以用連續(xù)可微的型線曲線表示。本發(fā)明在此并不僅限于由由螺桿元件與芯軸構(gòu)成的螺桿的現(xiàn)今習(xí)用的模塊結(jié)構(gòu) 構(gòu)成的螺桿元件,而且還可用于密實(shí)結(jié)構(gòu)的螺桿元件。因此術(shù)語“螺桿元件“應(yīng)當(dāng)還指密 實(shí)結(jié)構(gòu)的螺桿。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的橫斷面型線(在下文中又簡稱為型線或螺桿型線) 可以清楚地用一系列圓弧來表示。根據(jù)本發(fā)明所用的母和子螺桿元件的螺桿型線整體由η個圓弧組成,其中η大于 或等于4。所述η個圓弧中的每一個都具有起點(diǎn)和終點(diǎn)。所述η個圓弧在其起點(diǎn)和終點(diǎn)彼 此成切線匯合,由此根據(jù)本發(fā)明它們構(gòu)成連續(xù)可微的型線曲線。每個圓弧j(j=l到η)的位置可以通過給出兩個不同的點(diǎn)來清楚確定。圓弧的位 置方便地通過給出中心點(diǎn)和起點(diǎn)或終點(diǎn)來確定。單個圓弧j的大小通過半徑1_以及繞起 點(diǎn)和終點(diǎn)間的中心點(diǎn)所成的角α j來確定,其中半徑h大于0且小于螺桿之間的軸線距離, 角的弧度大于或等于0且小于或等于2π,其中π為圓周率。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的特征在于 -母螺桿型線與子螺桿型線位于同一平面內(nèi),
-母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸和相隔一定距離a (軸線距離)的子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸各自都垂直于螺桿型線的所述平面,母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸與所述平面的交點(diǎn)被指定為母螺桿型線 的旋轉(zhuǎn)點(diǎn),子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)軸與所述平面的交點(diǎn)被指定為子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn), -整個母螺桿型線的圓弧數(shù)目η大于或等于4(η彡4), -母螺桿型線的外半徑ra大于0(ra>0)且小于軸線距離(ra<a), -母螺桿型線的芯半徑ri大于0(ri>0)且小于或等于ra(ri ( ra), -母螺桿型線的所有圓弧彼此成切線匯合,
-所述圓弧形成閉合的螺桿型線,即所有圓弧j的角之和等于2π,,其中π為圓 周率(Ji ^ 3. 14159),
-所述圓弧形成凸起的螺桿型線,
-母螺桿型線的每一個圓弧都位于外半徑為ra且芯半徑為ri的圓環(huán)界內(nèi)或界上,所 述圓弧的中心點(diǎn)在母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上,
-母螺桿型線的至少一個圓弧在某個點(diǎn)Pa接觸母螺桿型線的外半徑ra, -母螺桿型線的至少一個圓弧在某個點(diǎn)P1接觸母螺桿型線的芯半徑ri, -子螺桿型線的圓弧數(shù)目η’等于母螺桿型線的圓弧數(shù)目η,
-子螺桿型線的外半徑ra’等于軸線距離與母螺桿型線的芯半徑ri之差(ra’ , -子螺桿型線的芯半徑ri’等于軸線距離與母螺桿型線的外半徑ra之差(ri’ q-ra), -子螺桿型線的第j’個圓弧的角α /等于母螺桿型線的第j個圓弧的角α)其中j 和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值,
-子螺桿型線的第j’個圓弧的半徑r/與母螺桿型線的第j個圓弧的半徑。之和等 于軸線距離 其中j和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值,
-子螺桿型線的第j’個圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)的距離等 于軸線距離a,且子螺桿型線的第j’個圓弧的中心點(diǎn)與子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離等于母 螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離,且子螺桿型線的第j’個圓 弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)之間的連線平行于子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn) 與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的連線,其中j和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或 η'的所有值,
-子螺桿型線的第j’個圓弧的起點(diǎn)相對于子螺桿型線的第j’個圓弧的中心點(diǎn)的方向 與母螺桿型線的第j個圓弧的起點(diǎn)相對于母螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)的方向相反, 其中j和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1分別到圓弧數(shù)η或η’的所有值。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的型線的特征在于它們可以僅使用角尺和圓規(guī)來設(shè) 計。母螺桿型線的第j個和第j+Ι個圓弧之間的切線過渡由此通過穿過第j個圓弧的終點(diǎn) 畫一個半徑為IV1的圓,且與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)較近的此圓與由第j個圓弧的中心點(diǎn)和 終點(diǎn)定義的直線的交點(diǎn)為第j+Ι個圓弧的中心點(diǎn)來設(shè)計。在實(shí)踐中,不是使用角尺和圓規(guī), 而是使用計算機(jī)軟件來設(shè)計螺桿型線。雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的預(yù)定螺桿型線(“母"型線)清楚地確定了相鄰的第 二螺桿的螺桿型線(“子"型線)。雙螺桿擠出機(jī)的第一螺桿的螺桿型線由此被稱作母螺桿 型線,而雙螺桿擠出機(jī)的相鄰的第二螺桿的螺桿型線被稱作子螺桿型線。在多螺桿擠出機(jī) 的情況下,在相鄰螺桿上總是母螺桿型線和子螺桿型線交替排列。用于根據(jù)本發(fā)明的方法的螺桿元件可以是不對稱的或?qū)ΨQ的;根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件優(yōu)選地是對稱的。對稱的螺桿元件可以是軸向?qū)ΨQ的或點(diǎn)對稱的;根據(jù)本發(fā)明所 用的螺桿元件優(yōu)選地是軸向?qū)ΨQ的。螺紋數(shù)為Z的軸向?qū)ΨQ的螺桿型線可被分成2Z個對稱的部分,其中通過在對稱軸 上映射可以將所述對稱部分彼此轉(zhuǎn)化。由于其對稱性,螺紋數(shù)為Z的軸向?qū)ΨQ的螺桿元件 的型線由此可用位于型線的兩個對稱軸之間的360°/(2 Z)的扇形區(qū)內(nèi)的型線線段完全 定義。型線的剩余部分通過在Z個對稱軸上映射所述型線線段而獲得,其中所述Z個對稱 軸在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)相交并繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)將360°角細(xì)分為2 Z個大小為360°/(2 Z)的角。而且在 軸向?qū)ΨQ的螺桿元件中,相鄰螺桿的相應(yīng)螺桿型線(母和子型線)相同或者可以通過旋轉(zhuǎn) 而重疊[1]。相似情形適用于點(diǎn)對稱的螺桿型線,其中對稱部分通過在對稱中心處點(diǎn)映射而在 各自情形下可以彼此轉(zhuǎn)化。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的一種具體實(shí)施方案描述如下,其特征在于螺桿元件 是軸向?qū)ΨQ的。根據(jù)本發(fā)明所用的這種軸向?qū)ΨQ的螺桿元件的螺紋數(shù)Z優(yōu)選地為2-8,特別 優(yōu)選地為2-4。根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ的螺桿元件的截面的型線曲線可以再分成2 Z個型 線線段,它們可以通過在型線的對稱軸上的軸向映射來彼此轉(zhuǎn)化。構(gòu)成一個型線線段的圓 弧數(shù)目η優(yōu)選地為2-8,特別優(yōu)選地為2-4。根據(jù)本發(fā)明所用的螺紋數(shù)為Z的軸向?qū)ΨQ螺桿元件的型線的特征在于,在360°/ (2 Ζ)的扇形區(qū)內(nèi)的一個型線線段之內(nèi),只有唯一一個點(diǎn)Pa離旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離相當(dāng)于螺桿 元件的外半徑ra。換句話說,在所述型線線段之內(nèi)只有一個點(diǎn)Pa位于外半徑為ra的繞旋 轉(zhuǎn)點(diǎn)的圓(外圓)上。雖然在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺桿型線中,頂錐角KW區(qū)域的所有點(diǎn)都以窄的間隙清潔 機(jī)筒(例如參見圖1),但在根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ螺桿元件的型線中,則只有位于外 半徑上的所述點(diǎn)Pa(例如參見圖2)。出于實(shí)用性的原因,進(jìn)一步的描述將以笛卡爾坐標(biāo)系為基準(zhǔn),其原點(diǎn)由螺桿元件 的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D構(gòu)成。該笛卡爾坐標(biāo)系的χ軸穿過點(diǎn)Pa ;y軸在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D處垂直于χ軸。圖加 顯示了這樣一個坐標(biāo)系。另外使用無量綱的特征值也是明智的,以簡化向不同擠出機(jī)尺寸的可轉(zhuǎn)移性。幾 何變量例如長度或半徑的基準(zhǔn)值為軸線距離a,因?yàn)樵跀D出機(jī)中此值不可改變。以下慣例適 用于各附圖坐標(biāo)X和y的原點(diǎn)在一個所述螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。所有的角都以弧度表示。所有 其它有量綱的值都?xì)w一化到軸線距離并用大寫字母表示:A=a/a -,Rj=TjZa ;RA=ra/a ;RI=ri/
Ct寸寸ο根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ螺桿元件的型線線段的特征在于,在位于型線外半徑 上的點(diǎn)Pa與位于型線芯半徑上的點(diǎn)P1之間,其由彼此成切線匯合的圓弧構(gòu)成,其中穿過點(diǎn) Pa和P1并在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D相交的直線DPa和DP1構(gòu)成360° / (2 Z)的角。在一個具體實(shí)施方案中,根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的型線線段在點(diǎn)Pa和P1之間 由剛好兩個圓弧構(gòu)成。在點(diǎn)Pfp,所述圓弧彼此匯合,并且根據(jù)本發(fā)明在整個型線線段上形 成連續(xù)可微的曲線。所述圓弧在點(diǎn)Pfp與直線FP相切。直線FP與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離相當(dāng)于軸 線距離A的一半,且其斜率(以弧度計)為-l/tan(Ji/(2 Ζ))。點(diǎn)Pfp離外圓在點(diǎn)切線與直線FP的交點(diǎn)的距離相當(dāng)于該交點(diǎn)與Pa之間的距離。從點(diǎn)Pfp到直線FP形成的垂 直線與穿過點(diǎn)Pa和旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線DPa在第一母型線圓弧1的中心點(diǎn)M1處相交,而與穿過點(diǎn) P1和旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線DP1在另一母型線圓弧1’的中心點(diǎn)Mr處相交(參見圖2a)。由此母型
線圓弧1的半徑Rf相應(yīng)于線段
M1Pa;圓弧1’的半〒相應(yīng)于線段MrPp
‘在另一具體實(shí)施方案中,根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的型線線段在點(diǎn)之間 由剛好三個圓弧構(gòu)成。由此獲得了額外的自由度且在清潔筒壁的點(diǎn)Pa附近可以通過選擇 小的半徑而使型線更細(xì)長,因此進(jìn)一步減少了能量耗散。圖2b舉例顯示了由三個圓弧構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明所用的雙螺紋螺桿元件的型線線 段。與點(diǎn)Pa鄰接的圓弧1的半徑R1可以在(KR^Rf的范圍內(nèi)自由選擇。其中心點(diǎn)M1位 于連接線段D-Pa上。與點(diǎn)P1鄰接的圓弧3的半徑為R3=A-Rp其中心點(diǎn)M3位于線段D-P1上。在這兩個圓弧之間是一個半徑為&=A/2的連續(xù)可微的圓弧2。其中心點(diǎn)M2離點(diǎn) P1的距離為A/2-隊,離點(diǎn)M3的距離為R3_A/2。圓弧1 一方面由Pa限定,另一方面由與穿過P1和P2的直線的交點(diǎn)限定。圓弧3 —方面由P1限定,另一方面由與穿過M2和M3的直線的交點(diǎn)限定。通過對半徑R1或R3之一進(jìn)行選擇自由,可以對于給定的軸線距離A設(shè)計不同的準(zhǔn) 確刮凈型的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿型線。由此通過在兩個螺桿上在螺桿型線的相互對應(yīng)的 大小為360°/(2 Z)的扇形區(qū)上提供相同的螺桿型線,但在一個螺桿上構(gòu)建不同的大小為 360°/(2 Z)的扇形區(qū),還可以設(shè)計根據(jù)本發(fā)明所用的不對稱的螺桿型線。當(dāng)為了分散任 務(wù)需要使輸送的材料經(jīng)受特定變形例如緩慢壓縮繼之以快速擴(kuò)展時,這種設(shè)計是可取的。同樣本發(fā)明還提供在360°/(2 Z)大小的型線線段內(nèi)由三個以上圓弧構(gòu)成的螺 桿元件。根據(jù)本發(fā)明,所述圓弧在其起點(diǎn)和終點(diǎn)彼此成切線匯合。螺桿元件的外半徑ra與軸線距離a之比RA=ra/a優(yōu)選地對于根據(jù)本發(fā)明所用的 雙螺紋螺桿來說在0. 54-0. 7之間并特別優(yōu)選地在0. 58-0. 63之間,對于三螺紋螺桿來說 優(yōu)選地在0. 53-0. 57之間并特別優(yōu)選地在0. 54-0. 56之間,對于四螺紋螺桿來說優(yōu)選地在 0. 515-0. 535 之間。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件可構(gòu)造成輸送元件或捏合元件或混合元件。已知輸送元件的特征在于(例如參見[1],第227-248頁)螺桿型線在軸向上連 續(xù)地成螺旋形旋轉(zhuǎn)和延伸。輸送元件可以是右旋或左旋的。輸送元件的螺距t可以例如取 0.1-10倍于外直徑的值,螺距是指螺桿型線的一個完整旋轉(zhuǎn)所需的軸向長度。螺距t優(yōu)選 地在0.3-3倍于外直徑的范圍內(nèi)。出于實(shí)用原因,輸送元件的軸向長度優(yōu)選地構(gòu)造為t/Z 的整數(shù)倍。已知捏合元件的特征在于(例如參見[1],第227-248頁)螺桿型線在軸向上以 捏合盤的形式不連續(xù)地延伸。捏合盤可以以右旋或左旋的方式或中立地排列。捏合盤的軸 向長度優(yōu)選地在0. 02-2倍于外直徑的范圍內(nèi)。兩個相鄰捏合盤之間的軸向距離優(yōu)選地在 0. 001-0. 1倍于外直徑的范圍內(nèi)。已知,混合元件是通過在螺桿齒頂內(nèi)構(gòu)造具有缺口的輸送元件形成的(例如參見[1],第227-248頁)?;旌显梢允怯倚蜃笮?。它們的螺距t優(yōu)選地在0. 1_10倍于 外直徑的范圍內(nèi)。與輸送元件類似,混合元件的軸向長度優(yōu)選地構(gòu)造為t/Z的整數(shù)倍。所述 缺口優(yōu)選地采取U形或V形凹槽的形式。如果在主動輸送型元件的基礎(chǔ)上形成混合元件, 則凹槽優(yōu)選地以反輸送或軸向平行的方式排列。構(gòu)成螺桿元件的優(yōu)選材料為鋼,特別是滲氮鋼,鉻鋼、工具鋼和不銹鋼,以及基于 鐵、鎳或鈷并通過粉末冶金制造的金屬復(fù)合材料。在具有成對同向旋轉(zhuǎn)且成對準(zhǔn)確刮凈型螺桿的多螺桿擠出機(jī)中,根據(jù)本發(fā)明所用 的螺桿元件構(gòu)成在其整個圓周上延伸的通道。在這點(diǎn)上,所述通道具有交替增大和縮小的 通道寬度。這種通道在這里描述為收斂擴(kuò)散通道。在這種收斂擴(kuò)散通道中,工作時在其整 個長度上都呈現(xiàn)剪切流動與伸展流動的結(jié)合,其具有極好的分散作用。與現(xiàn)有技術(shù)已知的 在型線中具有扭折的傳統(tǒng)螺桿元件相比,能量輸入得到了降低。偏心排列的圓盤同樣形成收斂擴(kuò)散通道。然而,根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件具有 比偏心排列的圓盤更小的其中存在極窄間隙的圓周區(qū)。因此,與使用偏心排列的圓盤相比, 在多螺桿擠出機(jī)中用本發(fā)明所用的螺桿元件在此方法中降低了能量輸入。據(jù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知,直接刮凈型螺桿型線不能直接插入雙螺桿擠出機(jī)中, 而是在螺桿元件與機(jī)筒之間以及螺桿元件本身之間需要有間隙。過大的間隙會降低自清 理作用且對輸送作用和升壓有負(fù)面影響。過小的間隙會增大能量輸入并導(dǎo)致塑料物料溫 度的不希望的升高。對于根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的螺桿型線,采用在螺桿型線直徑的 0. 001-0. 1、優(yōu)選地0. 002-0. 05并特別優(yōu)選地0. 004-0. 02范圍內(nèi)的間隙。如所屬領(lǐng)域技術(shù) 人員所知,所述間隙在螺桿與機(jī)筒之間以及螺桿與螺桿之間可以是不同或相同尺寸的。所 述間隙也可以是不變的或在指定界限內(nèi)可變的。在所述間隙之內(nèi)還可以偏移螺桿型線。從 預(yù)定的、準(zhǔn)確刮凈型螺桿型線導(dǎo)出具有間隙的螺桿型線的方法對所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來說是 已知的。實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)的已知方法是例如記述在[1]觀頁起的軸線距離增大、縱截面等距和空 間等距的可能性,所有這些都是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在軸線距離增大的情形,構(gòu)造了 相對較小直徑的螺桿型線并以螺桿之間的間隙量分開。在縱截面等距法中,將縱截面型線 曲線(平行于相應(yīng)元件的旋轉(zhuǎn)軸)垂直于型線曲線向內(nèi)向旋轉(zhuǎn)軸方向偏移螺桿-螺桿間隙 的一半。在空間等距法中,從螺桿元件在其上自清潔的三維曲線開始,在垂直于準(zhǔn)確刮凈型 型線面的方向上將螺桿元件的尺寸減小螺桿與螺桿之間間隙的一半。優(yōu)選縱截面等距和空 間等距,特別優(yōu)選空間等距。下面參照附圖舉例對本發(fā)明進(jìn)行了更詳細(xì)的說明,但并不局限于此。明智地使用了無量綱的特征值,以簡化向不同擠出尺寸的可轉(zhuǎn)移性。幾何變量例 如長度或半徑的適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)變量為軸線距離a,因?yàn)樵跀D出機(jī)中此變量不可改變。以下慣例適用于附圖坐標(biāo)χ和y的原點(diǎn)在一個螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上。所有的角都以 弧度表示。所有其它有量綱的值都?xì)w一化到軸線距離并用大寫字母表示:A=a/a -,Rj=TjZa ; RA=ra/a ;RI=ri/a ;T=t/a等等。Mx和My為母型線圓弧的圓心的χ和y坐標(biāo),R為歸一化到 軸線距離a的半徑,α為圓弧的弧度角。此外,RG=歸一化的機(jī)筒半徑,RV=歸一化的虛機(jī) 筒半徑,RA=準(zhǔn)確刮凈型型線的歸一化的外半徑,RF=待制造的螺桿的歸一化的外半徑,S= 螺桿相對于彼此的歸一化的間隙(空隙),D=歸一化的螺桿與機(jī)筒間隙,VPR=歸一化的型 線位移量,VPff=以弧度計的型線位移角,VLR=歸一化的左旋螺桿位移量,VLff=左旋螺桿位移角,VRR=歸一化的右旋螺桿位移量,VRff=右旋螺桿位移角。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)彼此相隔距離A設(shè)置的兩個準(zhǔn)確刮凈式雙螺紋螺桿元件的截 面圖。所述螺桿元件具有相同的軸向?qū)ΨQ的型線。右側(cè)的螺桿元件相對于左側(cè)的旋轉(zhuǎn)90 °。 標(biāo)志了 1-1的點(diǎn)表示螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn),螺桿元件設(shè)置于這些點(diǎn)上。所示型線由多個對稱的線 段組成。在所述線段的過渡處出現(xiàn)扭折(其中一個扭折用箭頭1-2示出)。在具有這種螺 桿元件的多螺桿擠出機(jī)的工作過程中,在頂錐角KW區(qū)域產(chǎn)品受到高剪切力而無拉伸。具有圖2所示型線的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件避免了此缺陷。圖加顯示了雙 螺紋準(zhǔn)確刮凈式螺桿元件(母螺桿元件)的四分之一型線的橫截面。該型線相對于X和y 軸軸向?qū)ΨQ,因此通過將所示的四分之一在χ和y軸上映射將獲得整個型線。然后通過將 母螺桿元件的型線旋轉(zhuǎn)90°的角度就獲得相應(yīng)的(子)螺桿元件的型線。在此圖和所有其 它圖中,坐標(biāo)原點(diǎn)都標(biāo)記螺桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D。在型線周圍以外半徑RA畫了一個虛線的圓。機(jī) 筒內(nèi)腔用與其同心且半徑RG相對于所述外半徑增大了間隙S的圓表示。(RG=RA+S)圖加 所示的螺桿型線由兩個圓弧構(gòu)成,它們沒有扭折地匯合在一起。圖加中給出了所述圓弧的 坐標(biāo)。圓1的中心點(diǎn)M1位于穿過旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的水平線上,圓1’的中心點(diǎn)Mr位于穿過旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的 垂直線上(Mly=O5Mrx=Oh從圓1到圓1’的過渡在點(diǎn)Pfp上進(jìn)行,其中兩個圓與直線FP相 切。所示型線線段可通過以下步驟設(shè)計
-確定離螺桿元件的旋轉(zhuǎn)D點(diǎn)有相應(yīng)于螺桿元件的外半徑RA的一段距離的點(diǎn)PA, -確定離螺桿元件的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D有相應(yīng)于螺桿元件內(nèi)半徑RI的一段距離的點(diǎn)P1,其中點(diǎn) P1位于穿過點(diǎn)D的直線DP1上,該直線與穿過點(diǎn)Pa和D的直線DPa形成360° / (2 Z)的角, -確定離旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D有相應(yīng)于螺桿元件軸線距離A —半的一段距離、且以弧度計斜率 為-l/tan(Ji/(2 Z))的直線 FP,
-確定在點(diǎn)Pa處與半徑為RA圓心為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D的外圓相切的切線Ta與直線FP的交點(diǎn), 和確定在直線FP上離所述交點(diǎn)的距離與Pa相同且離所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離小于半徑RA的點(diǎn) Pfp,
-確定中心點(diǎn)M1,其位于直線FP在點(diǎn)Pfp的垂直線與直線DPa的交點(diǎn)上, -確定中心點(diǎn)Mr,其位于直線FP在點(diǎn)Pfp的垂直線與直線DP1的交點(diǎn)上, -繞中心點(diǎn)M1在點(diǎn)Pa與Pfp之間產(chǎn)生圓弧1, -繞中心點(diǎn)M1,在點(diǎn)P1與Pfp之間產(chǎn)生圓弧1,。圖2b舉例顯示了由三個圓構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明所用的雙螺紋螺桿元件的型線線 段。點(diǎn)D標(biāo)記螺桿元件(母螺桿元件)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D相隔距離A的地方是對應(yīng) 的螺桿元件(子螺桿元件)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D所畫的是螺桿元件的芯半徑為RI的圓 (內(nèi)圓)和外半徑為RA的圓(外圓)。內(nèi)圓和外圓構(gòu)成圓環(huán)。型線線段和從其獲得的根據(jù) 本發(fā)明所用的螺桿元件的整個型線的所有點(diǎn)都位于此圓環(huán)上。點(diǎn)Pa表示半徑為R1和中心 點(diǎn)為M1的第一圓弧1的起點(diǎn),該中心點(diǎn)位于連接線段D-Pa上。APa位于所述外圓上。點(diǎn) P1表示半SR3=A-R1的圓弧3的起點(diǎn)。其中心點(diǎn)M3位于線段D-P1上。在圓弧1和圓弧3之 間是一個半徑Sl=AA的連續(xù)可微的圓弧2。其中心AM2離點(diǎn)P1W距離為(AA)-R1,離點(diǎn) M3的距離為R3-(A/2)。通過在穿過點(diǎn)D和Pa的直線和穿過點(diǎn)D和P1的直線上連續(xù)映射所 示型線線段,可以設(shè)計出根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件(母螺桿元件)的整個型線。通過簡單地將所述母螺桿型線的型線繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D旋轉(zhuǎn)90°的角度就獲得相應(yīng)的螺桿元件(子螺桿 元件)的型線。圖2c顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的例子,其中虛線所示的型線線段不能 通過軸向映射與實(shí)線所示的型線線段疊合。相反所述型線是相對于旋轉(zhuǎn)點(diǎn)點(diǎn)對稱的。圖3舉例顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的一個具體實(shí)施方案。其特征在于 機(jī)筒內(nèi)腔構(gòu)造成半徑大于螺桿型線的外半徑,且螺桿型線相對于機(jī)筒內(nèi)腔的中心點(diǎn)成對偏 移,但是保留位于機(jī)筒內(nèi)腔中心的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)(用小圈表示)。如此,令人驚訝地獲得了能量輸 入的進(jìn)一步顯著減少。可以在機(jī)筒內(nèi)腔內(nèi)部以任意方式偏移以這種方式偏心旋轉(zhuǎn)的螺桿元 件。圖3顯示了需要特別強(qiáng)調(diào)的情形,即兩個型線向穿過兩個旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線方向與之垂直 地平行偏移相同的量,直至接觸到機(jī)筒輪廓線。如此保證了螺桿是準(zhǔn)確相互自刮凈式的,但 是在每種情形下各個螺桿的兩個螺桿齒頂中只有一個準(zhǔn)確刮凈機(jī)筒。這種方案使得可以完 全清潔所有表面并同時降低能量輸入。本文迄今為止只涉及準(zhǔn)確刮凈式螺桿型線。然而,在工業(yè)構(gòu)造的機(jī)器中,必須從準(zhǔn) 確刮凈式幾何形狀偏離到在清潔期間保持精確限定的間隙的程度。為防止金屬"微振磨損 "、補(bǔ)償制造公差和避免間隙中的過度能量耗散,這是必需的。有各種可能的策略來制造均 勻的間隙。應(yīng)用最廣的是產(chǎn)生通過機(jī)械而在縱截面中等距的間隙。[1]從103頁起介紹了 產(chǎn)生相應(yīng)的螺桿型線的工藝步驟。所述用于產(chǎn)生具有規(guī)定間隙的螺桿型線的準(zhǔn)則同樣適用于根據(jù)本發(fā)明所用的螺 桿元件。圖4顯示了具有間隙的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件型線的例子。在圖如中,螺桿 相互清潔時選擇間隙S與清潔機(jī)筒時的間隙D相同。在圖4b中,間隙S小于D,而在圖如 和4d中D反過來小于S。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的偏心型線也可以通過設(shè)計具有間隙的螺桿型線然 后在所述間隙之內(nèi)偏移型線來獲得。圖如_(1的型線與圖4d的型線相同。偏移相對于穿過 螺桿元件旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線成0°角(圖5a)、30°角(圖5b)、60°角(圖5c)和90°角(圖 5d)進(jìn)行。圖5顯示了兩個螺桿都偏移相同的位移向量的例子。原則上,還可以使兩個螺桿 在間隙內(nèi)偏移不同的向量。在這種情況下,獲得了在螺桿的一次旋轉(zhuǎn)中具有不等間隙的自 刮凈型型線。如已知的,一對型線的輸送作用通過型線在軸向上不斷成螺旋形旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生。如 此獲得了輸送螺線,如圖6a中所例示。通過在軸上設(shè)置相對彼此扭曲一個偏置角的由自潔型線構(gòu)成的棱形盤,獲得了相 對于所述輸送螺線具有提高的分散能力的捏合元件。圖6b顯示了具有七個以30°的偏置 角設(shè)置在軸上的捏合盤的捏合元件的例子。圖1-6僅涉及雙螺紋螺桿元件。不過,相同的原則也可應(yīng)用于具有三個或三個以 上螺紋的螺桿元件。圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩個三螺紋螺桿元件的截面圖(參見例如[1], 第103頁)。圖7的三螺紋型線由三個對稱的線段構(gòu)成。在所述線段的過渡處存在扭折,且 所述型線形成螺桿齒頂(例如用箭頭7-1標(biāo)記)。這里所述型線以離開機(jī)筒很短小的距離 旋轉(zhuǎn),并賦予聚合物熔體純剪切力,具有上述缺陷。
相反,圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明所用的三螺紋螺桿元件的型線線段。由于該型線是 相對于穿過坐標(biāo)原點(diǎn)并彼此呈60°角設(shè)置的三條直線(S1,S2,S3)軸向?qū)ΨQ的,所以這里 只顯示了一個60°的扇形區(qū)。通過在映射直線S1、S2和S3上連續(xù)映射所示型線曲線就能 獲得整個型線。該型線曲線在位于直線Sl與S3之間的圖示線段中由兩個圓弧組成。對于 所述螺桿,產(chǎn)生了收斂擴(kuò)散通道,該通道在其整個圓周上都賦予混合物剪切流動和伸展流 動的組合。型線母圓1和1’之間的相切過渡在該型線與直線FP相切的點(diǎn)上進(jìn)行。對于三 螺紋型線,直線FP以-1. 73的斜率從旋轉(zhuǎn)點(diǎn)延伸軸線距離一半的距離。圖8所示設(shè)計可以 以類似方式應(yīng)用于0. 5-0. 577的所有外螺桿半徑與軸線距離之比。對于三螺紋型線,可以設(shè)計偏心旋轉(zhuǎn)的型線。這種螺桿型線顯示在圖9a_d中。步 驟與雙螺紋型線的步驟相似。相對于機(jī)筒半徑該型線的外半徑縮小,且該型線成對偏移,其 中旋轉(zhuǎn)點(diǎn)相對于機(jī)筒保持在中心。讓人特別感興趣的是其中螺桿彼此完全清潔且只用三個 齒頂中的一個清潔機(jī)筒的螺桿型線。圖9a顯示了通過水平向右偏移型線直到右側(cè)的螺桿 齒頂達(dá)到機(jī)筒輪廓線來產(chǎn)生這種型線。利用這種方案,在型線與機(jī)筒之間產(chǎn)生對稱的螺桿 螺紋。通過將型線相對于穿過旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線偏移20° (圖9b)或40° (圖9c)的角,獲得 了其中三個螺桿齒頂中的一個清潔機(jī)筒的進(jìn)一步的方案。對于這些型線,產(chǎn)生的螺桿螺紋 是不對稱的。隨著位移的增大,產(chǎn)生了具有更強(qiáng)剪切力的區(qū)域(在圖%和9c的頂部)和 具有不太強(qiáng)的剪切力的區(qū)域(在圖%和9c的底部)。當(dāng)相對于穿過旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的直線將型線 偏移60°的角度時(圖9d),可以產(chǎn)生三個齒頂中的兩個清潔機(jī)筒的方案。在這兒不對稱 最明顯。產(chǎn)生了兩個具有非常強(qiáng)剪切應(yīng)力的區(qū)域(圖9d的頂部)和一個具有低剪切應(yīng)力 的區(qū)域(圖9d的底部)。待加工的物料由此暴露于變化極大的應(yīng)力,這對于分散任務(wù)來說 是有益的。在型線的相互清潔過程中和清潔機(jī)筒過程中,間隙的產(chǎn)生以與用于雙螺紋型線的 完全一致的步驟進(jìn)行。三螺紋型線可作為圖IOa所示的連續(xù)的輸送螺線或作為圖IOb所示的捏合盤用于 本發(fā)明。用45°的螺桿型線線段可以完全定義軸向?qū)ΨQ的四螺紋螺桿型線。圖11顯示了 根據(jù)本發(fā)明所用的軸向?qū)ΨQ的、四螺紋螺桿元件的型線線段,其由兩個圓弧段組成。該設(shè)計 可以以類似方式應(yīng)用于0. 5-0. 541的所有螺桿外半徑與軸線距離之比。這里未示出當(dāng)以與雙和三螺紋型線類似的方式進(jìn)行清潔時偏心型線的產(chǎn)生和間 隙的產(chǎn)生。四螺紋型線可作為圖1 所示的連續(xù)的輸送螺線或作為圖12b所示的捏合盤使用??梢砸灶愃品绞街圃炀哂谐^四個螺紋的根據(jù)本發(fā)明所用的型線。同樣,可以以 類似方式改變間隙和產(chǎn)生偏心型線。圖13a是根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件對的例子的截面簡圖。母螺桿型線用左側(cè)的 螺桿型線說明。子螺桿型線用右側(cè)的螺桿型線說明。所述兩個螺桿型線由16個圓弧構(gòu)成。 母和子螺桿型線的圓弧用粗實(shí)線表示,其具備相應(yīng)數(shù)目的圓弧。圓弧的中心點(diǎn)用小圈表示。 用細(xì)實(shí)線連接圓弧的中心點(diǎn)與相應(yīng)圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)(限定線)。螺桿外半徑在各自情形 下對于母和子螺桿型線來說大小相等。在螺桿機(jī)筒的附近螺桿外半徑用細(xì)虛線表示,在嚙合區(qū)域用細(xì)點(diǎn)線表示。由于多個圓弧和使用計算機(jī)軟件作圖的結(jié)果,單個圓弧的數(shù)目可能 與限定線重疊并由此不易讀。盡管個別數(shù)目有時易讀性差,但結(jié)合本說明書和圖13b中所 給的坐標(biāo)從上下文來看型線的結(jié)構(gòu)仍然是清楚的。圖13a所示的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿型線對是點(diǎn)對稱的,但不是軸向?qū)ΨQ的。直 線FP(用點(diǎn)線表示)沒有切線。這種螺桿元件為分散作用提供了特別顯著的自由性,因?yàn)?可以使對于分散作用來說關(guān)鍵的齒頂?shù)纳嫌魏拖掠螀^(qū)域精確適應(yīng)任務(wù),而無需考慮由于直 線FP所產(chǎn)生的幾何限制。圖1 顯示了圖13a中所有圓弧的中心點(diǎn)的χ和y坐標(biāo)(Mx和 My)、半徑R以及圓弧的角a。所述角以弧度表示;所有其它有量綱的值都?xì)w一化到軸線距 離,因此是無量綱的??梢愿鶕?jù)本發(fā)明高效并同時保護(hù)產(chǎn)品地擠出的塑料物料是例如懸浮液、漿料、玻 璃、陶瓷物料、熔體形式的金屬、塑料、塑料熔體、聚合物溶液、彈性體和橡膠物料。優(yōu)選使用塑料和聚合物溶液,特別優(yōu)選熱塑性聚合物。優(yōu)選的熱塑性聚合物為聚 碳酸酯、聚酰胺、聚酯,特別是聚對苯二甲酸丁二酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯,聚交酯、聚 醚、熱塑性聚氨酯、聚縮醛、氟聚合物,特別是聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚烯烴,特別是聚乙烯 和聚丙烯,聚酰亞胺、聚丙烯酸酯,特別是聚甲基丙烯酸甲酯,聚苯醚、聚苯硫、聚醚酮、聚芳 醚酮、苯乙烯聚合物,特別是聚苯乙烯,苯乙烯共聚物,特別是苯乙烯-丙烯腈共聚物,丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和聚氯乙烯系列中的至少一種。同樣優(yōu)選地使用所列塑料 的所謂共混物,對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來說這應(yīng)理解為是指兩種或更多種塑料的組合。特 別優(yōu)選聚碳酸酯和含聚碳酸酯的混合物,極特別優(yōu)選聚碳酸酯,其例如通過采用相邊界法 或熔體酯交換法獲得。其它優(yōu)選的給料物質(zhì)為橡膠。優(yōu)選的橡膠為苯乙烯-丁二烯橡膠、天然橡膠、丁二 烯橡膠、異戊二烯橡膠、三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丁基橡膠、鹵化 丁基橡膠、氯丁橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯橡膠、聚氨酯橡膠、熱塑性聚氨酯、古塔橡膠、丙烯 酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、硫化物橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠系列中的至少一種。當(dāng)然也可以 使用兩種或更兩種所列橡膠的組合,或者是一或多種橡膠與一或多種塑料的組合。這些熱塑性塑料和彈性體可以以純物質(zhì)的形式使用或者作為與填料和增強(qiáng)材料 如特別是玻璃纖維的混合物、作為它們彼此或與其它聚合物的混合物或作為與常規(guī)的聚合 物添加劑的混合物使用。在一個優(yōu)選實(shí)施方案中,塑料物料特別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物中混有 添加劑。這些添加劑可以作為固體、液體或溶液與聚合物一起放入擠出機(jī)中,或者至少一部 分所述添加劑或所有添加劑通過支流提供給擠出機(jī)。添加劑可以賦予聚合物許多不同的特性。它們可以例如為染料、顏料、加工助劑、 填料、抗氧化劑、增強(qiáng)材料、UV吸收劑和光穩(wěn)定劑、金屬減活劑、過氧化物清除劑、堿性穩(wěn)定 劑、成核劑、作為穩(wěn)定劑或抗氧化劑起作用的苯并呋喃和吲哚酮、脫模劑、阻燃劑、抗靜電 劑、染料制劑和熔體穩(wěn)定劑。例子有炭黑、玻璃纖維、粘土、云母、石墨纖維、二氧化鈦、碳纖 維、碳納米管、離子液體和天然纖維。當(dāng)所述方法用于不同的聚合物時,實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)會根據(jù)擠出工藝的類型和塑料物料 成的類型而變化。當(dāng)擠出聚乙烯和聚乙烯共聚物時,過高的溫度會導(dǎo)致分子量增大、支化和交聯(lián)。此外,在所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知的自動氧化循環(huán)內(nèi),聚乙烯和聚乙烯共聚物還會與大氣氧反 應(yīng)([2] Hepperlej J. Schadigungsmechanismen bei Polymerenj Polymeraufbereitung 2002,VDI-Kj VDI-Verlag GmbHj [3] Zweifelj H. Stabilization of Polymeric Materials, Berlin, Springer 1997, [4] Schwarzenbachj K.等:Antioxidants,發(fā) 表于 Zweifelj H. (編輯):Plastics Additives Handbook, Munich, Hanser 2001, [5] Cheng, H. N. , Schilling, F. C. , Boveyj F. A. : 13C Nuclear Magnetic Resonance Observation of the Oxidation of Polyethylene, Macromolecules 9 (1976) p. 363-36 ,形成氣味強(qiáng)烈的和由此破壞性的低分子量組分例如酮、醛、羧酸和醇。當(dāng)擠出基于聚乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物時,過高的溫度還會導(dǎo)致形成氣味強(qiáng)烈 的腐蝕性乙酸。當(dāng)擠出聚丙烯和聚丙烯共聚物時,過高的溫度會導(dǎo)致分子量降低。在自動氧化循 環(huán)中,聚丙烯和聚丙烯共聚物進(jìn)一步與大氣氧反應(yīng),形成氣味強(qiáng)烈的和由此破壞性的低分 子量組分例如酮、醛、羧酸和醇。當(dāng)擠出聚氯乙烯時,過高的溫度會導(dǎo)致聚氯乙烯褪色和分解出腐蝕性的氣態(tài)鹽 酸,其中所述鹽酸接著在進(jìn)一步的鹽酸解離時起催化劑作用。當(dāng)擠出聚苯乙烯時,過高的溫度會導(dǎo)致形成有害健康的苯乙烯以及二聚和三聚苯 乙烯,降低分子量和相應(yīng)地?fù)p害機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)時,產(chǎn)物在暴露于熱應(yīng)力后會變黃,導(dǎo)致透 明度降低,并且會形成致癌的單體丙烯腈以及苯乙烯,降低分子量和損害機(jī)械性能。當(dāng)擠出芳族聚碳酸酯時,產(chǎn)物在暴露于過高的熱應(yīng)力后,特別是由于氧氣的作用, 會變黃,導(dǎo)致透明度降低,并特別是由于水的作用會表現(xiàn)出分子量降低。在高溫下還會分解 成單體例如雙酚A。當(dāng)擠出聚酯例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙 二醇酯或聚交酯時,過高的溫度和水的作用會導(dǎo)致分子量降低和分子中的端基取代。這特 別是在重復(fù)利用聚對苯二甲酸乙二醇酯時是有問題的。在高溫下聚對苯二甲酸乙二醇酯會 分解出乙醛,這可能例如導(dǎo)致飲料瓶內(nèi)容物的味道改變。當(dāng)擠出用二烯橡膠、特別是丁二烯橡膠改進(jìn)了沖擊性的熱塑性塑料,特別是沖擊 性改進(jìn)的聚苯乙烯(HIPS)和沖擊性改進(jìn)了的SAN(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,ABS)時,過 高的溫度會導(dǎo)致分解出致癌的丁二烯和有毒的乙烯基環(huán)己烯。此外二烯橡膠會交聯(lián),導(dǎo)致 損害產(chǎn)物的機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚甲醛時,過高的溫度會導(dǎo)致分解出有毒的甲醛。當(dāng)擠出聚酰胺如聚酰胺6、聚酰胺6. 6、聚酰胺4. 6、聚酰胺11和聚酰胺12時,過高 的溫度會導(dǎo)致產(chǎn)物褪色和分子量降低以及特別是在有水的情況下會導(dǎo)致形成單體和二聚 物,從而導(dǎo)致?lián)p害機(jī)械性能。當(dāng)擠出熱塑性聚氨酯時,過高的溫度會導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)被聚氨酯交換反應(yīng)改變和, 在有水的情況下,導(dǎo)致分子量降低。這兩種情況都會對熱塑性聚氨酯的性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)擠出聚甲基丙烯酸甲酯時,暴露于過高的熱應(yīng)力后會分解出甲基丙烯酸甲酯和 降低分子量,導(dǎo)致氣味干撓和損害機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯硫時,過高的溫度會導(dǎo)致分解出含硫的有機(jī)化合物和無機(jī)化合物,這會導(dǎo)致氣味干撓并可能導(dǎo)致腐蝕擠出模頭。還會形成低分子量的低聚物和單體以及降低分 子量,從而損害聚苯硫的機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯砜時,過高的溫度會,特別是當(dāng)有水存在時,分解出有機(jī)化合物。分子 量也會降低,導(dǎo)致?lián)p害機(jī)械性能。當(dāng)擠出聚苯醚時,過高的溫度會導(dǎo)致分解出低分子量的有機(jī)化合物,其中分子量 下降。這會導(dǎo)致?lián)p害產(chǎn)物的機(jī)械性能。當(dāng)擠出二烯橡膠例如聚丁二烯(BR)、天然橡膠(NR)和合成聚異戊二烯(IR)、丁基 橡膠(IIR)、氯丁基橡膠(CIIR)、溴化丁基橡膠(BIIR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、聚氯丁 烯(CR)、丁腈橡膠(NBR)、部分氫化的丁腈橡膠(HNBR)和乙烯-丙烯二烯共聚物(EPDM)時, 過高的溫度導(dǎo)致通過交聯(lián)形成凝膠,該凝膠導(dǎo)致了由其制成的構(gòu)件的機(jī)械性能變差。就氯 化和溴化丁基橡膠來說,高溫可能導(dǎo)致分解出腐蝕性氣態(tài)鹽酸或氫溴酸,這接著又會催化 聚合物的進(jìn)一步分解。當(dāng)擠出包含硫化劑例如硫或過氧化物的橡膠混合物時,過高的溫度會導(dǎo)致過早的 硫化。這導(dǎo)致了不再能夠由這些橡膠混合物生產(chǎn)任何產(chǎn)物。當(dāng)在過高溫度下擠出一或多種聚合物的混合物時,在各自情形下會發(fā)生擠出單獨(dú) 的聚合物的缺陷。在生產(chǎn)時使聚合物脫氣的中間過程在所謂“脫氣擠出機(jī)“上進(jìn)行。脫氣擠出機(jī)就 原理而論是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的且例如在[1]中有記述。所謂"脫氣拱頂"是脫氣擠 出機(jī)的特征。它們是具有開口的機(jī)筒,產(chǎn)生的蒸氣可通過所述開口逸出。已知如果生產(chǎn)限 制在脫氣拱頂之間,不同的脫氣拱頂可以工作在不同的壓力下,從而在所述不同的壓力之 間產(chǎn)生密封。根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件優(yōu)選地用于部分填充的區(qū)并特別優(yōu)選地用于脫氣區(qū)。根據(jù)聚合物采取的形式,根據(jù)本發(fā)明所用的脫氣擠出機(jī)可以以各種各樣的方式輸 入產(chǎn)品。在一種優(yōu)選的變體中,擠出機(jī)輸入液相,所述液相除聚合物之外還可包含溶劑和任 選地剩余單體。反應(yīng)和任選地初步蒸發(fā)之后獲得的聚合物的形式是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的。例子有
帶有殘余的苯乙烯和可能的乙苯、甲苯、二甲苯、丁酮或另一種溶劑的聚苯乙烯; 帶有殘余的苯乙烯、殘余的丙烯腈和可能的乙苯、甲苯、二甲苯、丁酮或另一種溶劑的 苯乙烯和丙烯腈共聚物;
具有溶劑如己烷、工業(yè)己烷、丙烷、異丁烷和單體如丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲 基-1-戊烯、1-辛烯的直鏈低或高密度聚乙烯、支鏈聚乙烯(涉及懸浮液的工藝有=Mitsui Chemicals 的 CX 工藝(己烷)、Basell 的 Hostalen 工藝(己烷)、Chevron Philips USA (異 丁烷)、比利時Boreal i s的Borstar工藝(丙烷)、和DSM在溶劑工藝中使用己烷)。關(guān)于 這一點(diǎn)詳情記述在[6] (Comparative Analysis of Various Polyethylene Production Technologies, Chem. & Petroleum Eng. vol. 44, nos. 7-8, 2008)中; 帶有溶劑例如氯苯和二氯甲烷的聚碳酸酯; 帶有單體即甲基丙烯酸甲酯的聚甲基丙烯酸甲酯。在一個優(yōu)選的變體中,產(chǎn)物提供給具有所謂"反向"脫氣的液體進(jìn)料脫氣擠出機(jī)。 在這種情況下,將任選地預(yù)熱過的聚合物溶液輸入雙螺桿擠出機(jī)中,在其中發(fā)泡。然后向后向穿過雙螺桿擠出機(jī)的螺紋向脫氣拱頂排出氣體。這種反向脫氣總的來說是現(xiàn)有技術(shù),在 例如[1]第193-195頁有記述。在這種情況下,輸入到擠出機(jī)中時溶液中的聚碳酸酯濃度 優(yōu)選地在55質(zhì)量%-95質(zhì)量%之間,特別優(yōu)選地在65質(zhì)量%-90質(zhì)量%之間。向液體進(jìn)料脫氣擠出機(jī)提供產(chǎn)物的另一種優(yōu)選變體涉及在擠出機(jī)入口處閃蒸。閃 蒸優(yōu)選地直接在擠出機(jī)之上進(jìn)行,由此使部分脫氣的熔體直接落在螺桿上。由閃蒸產(chǎn)生的 蒸氣優(yōu)選地從同樣位于擠出機(jī)之上的分離容器中借助于一或多條蒸氣管線抽出。聚合物溶 液的溫度優(yōu)選地在180°C -300°C的范圍內(nèi),特別優(yōu)選地在200°C _250°C之間。閃蒸優(yōu)選地 工作在0. 3-6巴,特別優(yōu)選地0. 5-2巴之間的絕對壓力范圍內(nèi)。將產(chǎn)物供給液體進(jìn)料的脫氣擠出機(jī)的另一種優(yōu)選變體涉及位于擠出機(jī)入口處的 管束式換熱器,此換熱器設(shè)置在擠出機(jī)的螺桿之上,由此從管中出來的部分脫氣的聚合物 溶液可以直接落在螺桿上。另外在管束式換熱器的出口與擠出機(jī)螺桿之間還設(shè)有具有至少 一個蒸氣出口的分離容器,蒸氣和聚合物溶液在其中被彼此分離。聚合物溶液通過位于所 述落管蒸發(fā)器上端的入口引入,并通過分配板供給多個外加熱的管。加熱優(yōu)選地通過壓縮 水蒸汽、壓縮有機(jī)傳熱介質(zhì)或通過液體有機(jī)傳熱介質(zhì)進(jìn)行。用于蒸發(fā)溶劑的熱能通過管的 內(nèi)表面引入聚碳酸酯熔體中。從而溶劑組分蒸發(fā),導(dǎo)致形成二相的氣液混合物。由此有目 的地避免了聚合物熔體的過熱。以蒸氣形式逃逸的溶劑導(dǎo)致了持續(xù)的充分混合和聚合物熔 體的表面更新,從而導(dǎo)致其更有效率地濃縮。如此,明顯地更高度濃縮的聚碳酸酯熔體被提 供給脫揮發(fā)成份擠出機(jī),從而可以不僅有更低的能量輸入,而且可以有更短的聚碳酸酯熔 體在擠出機(jī)中的停留時間,以實(shí)現(xiàn)相同乃至更高的聚碳酸酯熔體殘余脫氣。當(dāng)輸入管束式 換熱器中時,聚合物溶液的濃度優(yōu)選地在50-80重量%之間。管加熱溫度為240°C -360 優(yōu)選地250°C -340°C,極特別優(yōu)選地260°C -300°C。輸入擠出機(jī)中時,聚合物濃度在80-99 重量%之間,優(yōu)選地90-99重量%。分離容器中的絕對壓力優(yōu)選地在0.3-6巴之間,特別優(yōu) 選地在0. 5-2巴之間。向液體進(jìn)料脫氣擠出機(jī)提供產(chǎn)物的另一種優(yōu)選方式涉及泡沫蒸發(fā)器,如例如 EP1740638中針對聚碳酸酯所記述的。泡沫蒸發(fā)器可以由例如管束或由噴嘴板構(gòu)成。聚合 物熔體一從泡沫蒸發(fā)器的開口出來就發(fā)泡,并被除去,只剩余低殘留含量的殘余溶劑。該泡沫蒸發(fā)器優(yōu)選地設(shè)置在擠出機(jī)的螺桿之上,使得從管中出來的聚合物溶液可 以直接落到螺桿上。另外在管束式換熱器的出口與擠出機(jī)螺桿之間還設(shè)有具有至少一個蒸 氣出口的分離容器,蒸氣和聚合物溶液在其中被彼此分離。特別優(yōu)選地用聚碳酸酯溶液作為聚合物溶液。在這種情況下,在輸入到泡沫蒸發(fā)器中時聚碳酸酯溶液的濃度在90重量%_99. 95 重量%之間。任選地還向聚碳酸酯溶液中添加發(fā)泡劑,例如氮?dú)狻o2。發(fā)泡劑連同剩余溶 劑的蒸氣壓為0. Ι-lOObar,優(yōu)選地0. 5_60bar,特別優(yōu)選地l_40bar。分離器中的壓力為。 通過泡沫蒸發(fā)器的開口聚合物溶液被分成0. l-20mbar之間的子流。聚合物溶液的溫度在 2500C _340°C之間。分離容器內(nèi)的壓力優(yōu)選在0. l-20mbar之間。圖14顯示了一個其中螺桿元件被用于脫氣擠出機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方案。在A區(qū)域,聚 碳酸酯溶液被通過閃蒸管1引入擠出機(jī)。在脫氣容器2中,蒸氣與聚碳酸酯溶液分離。C、 E、G、J和L區(qū)為脫氣區(qū)域。在其中釋放的蒸氣在脫氣拱頂3中被抽出。B、D、F和H區(qū)是滯 流區(qū),其中限流單元產(chǎn)生產(chǎn)物堵塞,其使得可以在相應(yīng)的相鄰區(qū)域建立不同的壓力。在K區(qū)還添加了夾帶劑以使L區(qū)的脫氣更有效率。在M區(qū),聚合物與包含添加劑的支流混合,且為 了擠出機(jī)之后的過濾和模制而升壓。圖15顯示了另一個其中螺桿單元被用于脫氣擠出機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方案。在A區(qū)域, 聚碳酸酯溶液通過立式預(yù)熱器1被引入擠出機(jī)。在脫氣容器2中,蒸氣與聚碳酸酯溶液分 離。C、E、G、J和L區(qū)為脫氣區(qū)域。在其中釋放的蒸氣在脫氣拱頂3中被抽出。B、D、F和H 區(qū)是滯流區(qū),其中限流單元產(chǎn)生產(chǎn)物堵塞,其使得可以在相應(yīng)的相鄰區(qū)域建立不同的壓力。 在K區(qū)還添加了夾帶劑以使L區(qū)的脫氣更加有效。在M區(qū),聚合物與包含添加劑的支流混 合,且為了擠出機(jī)之后的過濾和模制而增大壓力。圖16顯示了另一種其中螺桿單元用于在入口處具有泡沫蒸發(fā)器的脫氣擠出機(jī)的 優(yōu)選實(shí)施方案。在A區(qū)域,聚碳酸酯溶液通過泡沫蒸發(fā)器1被引入擠出機(jī)。在分離器2中, 蒸氣與聚碳酸酯溶液分離。在B、D、F和H區(qū),分別加入夾帶劑和進(jìn)行分散。在C、E、F、G和 J區(qū),揮發(fā)性組分與聚合物分離。在K區(qū),聚合物與包含添加劑和任選地其它聚合物的支流 混合,且為了擠出機(jī)之后的過濾和模制而增大壓力。在聚合物生產(chǎn)過程中也可以向裝有所述螺桿單元的雙或多螺桿擠出機(jī)提供顆粒。 在這種情況下,根據(jù)本發(fā)明的擠出機(jī)首先用于熔融、轉(zhuǎn)化和與添加劑混合。反應(yīng)和任選地初 步蒸發(fā)或沉淀之后獲得的聚合物的形式是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。例子有
聚丙烯,其中在最終的反應(yīng)之后以粉末形式獲得聚合物; 來自氣相或漿料工藝的高密度聚乙烯;
乳液聚合物,例如沉淀和任選地干燥之后的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。在混配過程中,裝有所述螺桿單元的雙或多螺桿擠出機(jī)特別適合于涉及脫氣的任 務(wù)。這里,在來自瓶子材料的再循環(huán)聚對苯二甲酸乙二醇酯的直接混配過程中(其包括在 最小熱應(yīng)力下進(jìn)行脫氣)尤其有利。根據(jù)本發(fā)明的方法特別優(yōu)選地用于聚碳酸酯的生產(chǎn)和混配。其優(yōu)點(diǎn)首先在聚碳酸 酯的顏色方面,在未著色的聚碳酸酯情況下該顏色用黃度指數(shù)(YI)度量。根據(jù)本發(fā)明所用 的螺桿單元在這里特別優(yōu)選地用于脫氣區(qū)域。適用于根據(jù)本發(fā)明的制造聚碳酸酯的方法的二酚在現(xiàn)有技術(shù)中多有記述。適合的二酚有例如對苯二酚、間苯二酚、二羥基聯(lián)苯、雙(羥苯基)鏈烷烴、雙(羥 苯基)環(huán)烷烴、雙(羥苯基)硫化物、雙(羥苯基)醚、雙(羥苯基)酮、雙(羥苯基)砜、 雙(羥苯基)亞砜、α,α’_雙(羥苯基)-二異丙苯、及其烷基化的、環(huán)烷基化的和環(huán)鹵代 的化合物。優(yōu)選的二酚有4,4’ - 二羥基聯(lián)苯、2,2-雙(4_羥苯基)苯丙烷、1,1_雙(4_羥 苯基)-苯乙烷、2,2-雙(4-羥苯基)丙烷、2,4-雙(4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1,3_雙 [2-(4-羥苯基)-2-丙基]苯(雙酚M)、2,2-雙(3-甲基_4_羥苯基)-丙烷、雙(3,5-二 甲基-4-羥苯基)-甲烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥苯基)-丙烷、雙(3,5-二甲基-4-羥 苯基)砜、2,4-雙(3,5-二甲基-4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1,3-雙[2-(3,5-二甲基-4-羥 苯基)-2-丙基]-苯和1,1-雙(4-羥苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷(雙酚TMC)。特別優(yōu)選的二酚為4,4’-二羥基聯(lián)苯、1,1-雙(4-羥苯基)_苯乙烷、2,2-雙 (4-羥苯基)丙烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥苯基)丙烷、1,1_雙(4-羥苯基)環(huán)己烷和 1,1-雙(4-羥苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷(雙酚TMC)。
對于均聚碳酸酯來說,只使用一種二酚,而對于共聚碳酸酯來說,則使用多種二 酚,其中所用的二酚,如合成中添加的所有其它化學(xué)試劑和助劑一樣,顯然可以被來自其合 成、操作和存儲的雜質(zhì)污染,雖然希望使用盡可能最純凈的原材料??刂品肿恿克璧膯喂倌苕溄K止劑,例如酚或烷基酚,特別是苯酚、對叔丁基苯 酚、異辛基苯酚、枯基苯酚、其氯甲酸酯或單羧酸的酰氯或這些鏈終止劑的混合物,與所述 一種或多種雙酚鹽一起被引入到反應(yīng)中,或者在合成過程中的任意時間添加,只要反應(yīng)混 合物中仍存在光氣或氯甲酸端基,或者在酰氯和氯甲酸酯作鏈終止劑的情形下,只要有足 夠多的所形成的聚合物的酚端基存在。不過,優(yōu)選地,在光氣化反應(yīng)之后在不再存在光氣但 尚未加入催化劑的時間或位點(diǎn)添加所述一種或多種鏈終止劑。或者,也可以在催化劑之前、 與催化劑一起或并行地計量加入鏈終止劑。任選地以相同方式向合成中添加支化劑或支化劑混合物。不過通常支化劑在鏈 終止劑之前添加。通常使用三苯酚、四苯酚、或三羧酸或四羧酸的酰氯、或多酚的混合物或 酰氯的混合物。適合用作支化劑的具有三個或三個以上酚羥基的化合物有例如間苯三酚、 4,6- 二甲基-2,4,6-三-(4-羥苯基)-2-庚烯、4,6- 二甲基-2,4,6-三-(4-羥苯基)-庚 烷、1,3,5-三-(4-羥苯基)-苯、1,1,1-三-(4-羥苯基)-乙烷、三-(4-羥苯基)-苯基甲 烷、2,2-雙(4,4-雙(4-羥苯基)環(huán)己基)丙烷、2,4-雙(4-羥苯基異丙基)苯酚、四_(4_羥 苯基)甲烷。一些其它的三官能化合物有2,4- 二羥基苯甲酸、苯均三酸、氰尿酰氯和3,3-雙 (3-甲基-4-羥苯基)-2-氧-2,3- 二氫吲哚。優(yōu)選的支化劑為3,3-雙(3-甲基-4-羥苯基)_2_氧_2’ 3_ 二氫吲哚和 1,1,1-三-(4-羥苯基)乙烷。優(yōu)選地用于聚碳酸酯的相邊界合成的催化劑有叔胺,特別是三乙胺、三丁胺、三辛 胺、N-乙基哌啶、N-甲基哌啶、N-異/正丙基哌啶,季銨鹽如四丁銨、三丁基芐銨、四乙銨 的氫氧化物、氯化物、溴化物、硫酸氫化物、四氟硼酸鹽以及對應(yīng)于所述銨化合物的禱化合 物。這些化合物在文獻(xiàn)中被記作典型的相邊界催化劑,是可商購和所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟 知的。催化劑可單獨(dú)地、作為混合物或者并行和相繼地添加到合成中,任選地同樣在光氣 化反應(yīng)之前,但除非使用備類化合物或働類化合物的混合物作催化劑,都優(yōu)選地在引入光 氣之后加入催化劑。在這種情況下,添加優(yōu)選地在光氣加入之前進(jìn)行。催化劑的加入可以 本體形式、在惰性溶劑中、優(yōu)選地在聚碳酸酯合成溶劑中、或作為水溶液,就叔胺來說作為 其與酸,優(yōu)選地?zé)o機(jī)酸特別是鹽酸的銨鹽形式進(jìn)行。當(dāng)使用多種催化劑或按計量加入催化 劑總量的一部分時,在不同的位點(diǎn)或不同的時間當(dāng)然可以采用不同的加入方法。相對于所 用的雙酚的摩爾量,所用催化劑的總量為0. 001-10mol%,優(yōu)選地0. 01-8mol%,特別優(yōu)選地 0.05-5mol%。聚碳酸酯合成可以連續(xù)或不連續(xù)地進(jìn)行。因此該反應(yīng)可以在攪拌釜反應(yīng)器、管式 反應(yīng)器、強(qiáng)制循環(huán)反應(yīng)器或級聯(lián)攪拌釜反應(yīng)器或其組合中進(jìn)行。這里必須通過使用上述混 合元件確保水相和有機(jī)相盡可能直到合成混合物已經(jīng)反應(yīng)完全(即其不再包含任何可皂 化的光氣或氯甲酸酯中的氯)之后才分離。在引入光氣之后,在任選地添加支化劑(如果其未與雙酚鹽一起添加)、鏈終止劑 和催化劑之前,可能有利的是將有機(jī)相和水相徹底混合一定時間。這種后反應(yīng)時間在每次計量加入之后都可能是有利的。這些后攪拌時間為10秒到60分鐘,優(yōu)選地30秒到40分 鐘,特別優(yōu)選地1-15分鐘。有機(jī)相可以由一種溶劑或由多種溶劑的混合物構(gòu)成。適合的溶劑為氯代烴(脂族 的和/或芳族的),優(yōu)選地二氯甲烷、三氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷和氯苯及 其混合物。不過,還可以單獨(dú)、作為與氯代烴的混合物或除氯代烴之外使用芳烴如苯、甲苯、 間/對/鄰二甲苯或芳香醚如苯甲醚。合成的另一種實(shí)施方案使用不溶解聚碳酸酯而是只 引起它膨脹的溶劑。因此還可以與溶劑結(jié)合使用聚碳酸酯的非溶劑。如果溶劑配伍形成第 二有機(jī)相,則可使用溶于所述水相的溶劑如四氫呋喃、1,3/1,4-二》露烷或1,3-二氧戊烷在 這里作為所述溶劑。已經(jīng)反應(yīng)完全并最多仍包含痕量(<2ppm)的氯甲酸酯的所述至少二相的反應(yīng)混 合物被留待進(jìn)行相分離??蓪⑺詨A相完全或部分作為水相返回到聚碳酸酯合成中,或者 送住廢水處理,其時將溶劑和催化劑組分分離并再循環(huán)。在另一種整理變體中,在分離出有 機(jī)雜質(zhì)特別是溶劑和聚合物殘渣之后和任選地在達(dá)到特定的PH值之后,就例如通過添加 氫氧化鈉而分離鹽,該鹽可例如被送往氯堿電解,而水相被任選地被返回到合成。現(xiàn)在可以凈化含聚碳酸酯的有機(jī)相,脫去所有堿性、離子性或催化特性的污染物。 甚至在一或多次澄清操作之后,有機(jī)相中仍包含一定比例的呈微滴的水性堿相和催化劑, 通常為叔胺??扇芜x地通過使有機(jī)相穿過澄清罐、攪拌釜反應(yīng)器、聚結(jié)器或分離器或其組合 來輔助所述澄清操作,其中在每一或一些分離步驟中可任選地計量加入水,在某種情況下 同時使用主動或被動混合單元。在此堿性水相的粗分離之后,用稀的酸、無機(jī)酸、羧酸、羥基羧酸和/或磺酸沖洗 所述有機(jī)相一或多次。優(yōu)選水性的無機(jī)酸,特別是鹽酸、亞磷酸和磷酸,或這些酸的混合物。 這些酸的濃度應(yīng)在0. 001-50重量%,優(yōu)選地0. 01-5重量%的范圍內(nèi)。進(jìn)一步用去離子水或蒸餾水反復(fù)沖洗所述有機(jī)相。在所述唯一沖洗步驟之后,用 澄清罐、攪拌釜反應(yīng)器、聚結(jié)器或分離器或其組合進(jìn)行有機(jī)相(任選地以一定比例的水相 分散)的分離,其中可以沖洗水任選地使用主動或被動混合單元在所述沖洗步驟之間計量 加入。在這些沖洗步驟之間或者在沖洗之后,可任選地加入酸,該酸優(yōu)選地溶解在所述 聚合物溶液所基于的溶劑中。這里優(yōu)選地使用氣態(tài)氯化氫和磷酸或亞磷酸,它們也可以任 選地作為混合物使用。通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的塑料物料的性能可使用常規(guī)的添加劑和額外的物 質(zhì)(例如助劑和增強(qiáng)材料)來調(diào)節(jié)。添加添加劑和附加的物質(zhì)的目的是為了延長使用壽命 (例如水解或降解穩(wěn)定劑)、提高顏色穩(wěn)定性(例如熱和UV穩(wěn)定劑)、簡化加工(例如脫模 劑、流動助劑)、提高使用特性(例如抗靜電劑)、提高阻燃性、影響外觀(例如有機(jī)染料、顏 料)或使聚合物特性適應(yīng)特定的應(yīng)力(沖擊改性劑、細(xì)碎的礦物質(zhì)、纖維材料、石英粉、玻璃 纖維和碳纖維)。以下實(shí)施例用于舉例說明本發(fā)明,不應(yīng)被看作是限制。借助于流動模擬計算根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有雙螺紋Erdmenger螺桿型線的螺桿元 件和具有新型螺桿型線的根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的升壓能力、需用功率和最大升溫。如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知和如[1]第1四-146頁所記述的,螺桿元件如輸送、捏合和混合元件的工作特性可以用壓差-通過量和功率-通過量特性來描述。為簡化向不同 擠出機(jī)尺寸的可轉(zhuǎn)移性,壓差、功率和通過量等變量往往采用其無量綱形式。對于具有牛 頓流動特性的塑料物料來說,在壓差與通過量以及功率與通過量之間存在線性關(guān)系。在壓 差-通過量特性曲線中,軸的交點(diǎn)標(biāo)記為Al和A2([l],第133頁)。工作點(diǎn)Al表示螺桿元 件的固有通過量。工作點(diǎn)A2表示無通過量的升壓能力。在功率-通過量特性曲線中,軸的 交點(diǎn)標(biāo)記為Bl和B2([l],第136頁)。點(diǎn)Bl為所謂渦輪機(jī)點(diǎn)。如果通過量大于Bi,則功率 被輸出到螺桿。工作點(diǎn)B2表示無通過量的需用功率。在升壓區(qū),引入的功率只有一部分被轉(zhuǎn)化成流動功率。引入的功率的其余部分耗 散。流動功率用通過量與壓差的乘積來計算。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員很容易認(rèn)識到,軸的交點(diǎn) Al和A2處的流動功率都等于0,因?yàn)榛蛘邏翰畹扔? (Al)或者通過量等于0 (A2)。在Al與 A2之間的區(qū)域壓差和通過量都大于0,導(dǎo)致正的流動功率。如果用某一工作點(diǎn)上由通過量 提供的流動功率除以在此工作點(diǎn)由螺桿輸出的功率,則得到此工作點(diǎn)的升壓效率。通過根 據(jù)通過量導(dǎo)出效率和隨后歸零,可以得到螺桿元件的最大效率。
對于一對螺桿元件內(nèi)的流動,使用可商購的軟件包Fluent,版本6. 3. 26,計算升壓能 力和需用功率,使用開源軟件工具包OpenFOAM,版本1. 5,計算最大升溫。在例如[1]第 147-168頁有對雙螺桿擠出機(jī)的流動模擬的介紹。在每種情形下通過研究其長度等于螺距一半的螺桿元件來執(zhí)行流動模擬。在流動 模擬過程中,在這些螺桿元件的軸頭和軸尾提供周期性的約束,以計算水力確定的流動狀 態(tài)。使用具有牛頓流動特性的液體作為塑料物料。使用的材料數(shù)據(jù)為典型值,如可從 例如參考書Polymeraufbereitung 2002,VDI-K, VDI-Verlag, Dusseldorf, 2002 第 159 頁所獲得的。塑料物料的密度為1000kg/m3。塑料物料的粘度為1000I^*S。。塑料物料的 熱傳導(dǎo)率為0. 2W/m/K。塑料物料的熱容量為2000J/kg/K。
實(shí)施例對比實(shí)施例1
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輸送元件的幾何形狀可從圖17a_17c得知。圖17a顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有Erdmenger螺桿型線的螺桿元件的四分之一螺 桿型線橫截面。圖中央是xy坐標(biāo)系,在其原點(diǎn)是螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)。螺桿型線的圓弧用粗 實(shí)線表示,其具備相應(yīng)數(shù)目的圓弧。圓弧的中心點(diǎn)用小圈表示。用細(xì)實(shí)線連接圓弧的中心 點(diǎn)與相應(yīng)圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)。直線FP用細(xì)點(diǎn)線表示。無量綱的螺桿外半徑RA用細(xì)虛線表 示,其數(shù)值在圖右下方以4位有效數(shù)字給出。在圖右側(cè),各自以4位有效數(shù)字給出了每個圓 弧的半徑R、角α和圓弧中心點(diǎn)的χ和y坐標(biāo)Mx和My。這些數(shù)據(jù)清楚地限定了螺桿型線。 該螺桿型線相對于χ和ι軸軸向?qū)ΨQ,因此通過將所示的四分之一在χ和y軸上映射將獲 得整個型線。其中四分之一螺桿型線由總共η個圓弧構(gòu)成的螺桿型線在下面記作η-圓螺桿型線。在圖17a中,η-圓螺桿型線上的圓弧按以下所述編號,即頭η/2個圓弧以升序從1到η/2依次編號,后η/2個圓弧以降序從(η/2)’到1,依次編號。圓弧η/2和圓弧(η/2) ’ 各自接觸直線FP。螺桿型線的每個圓弧i與螺桿型線的圓弧i’對應(yīng)。由軸線距離減去圓 弧i的半徑之差計算圓弧i’的半徑,即R_i’=A-R_i。圓弧i’的角等于圓弧i的角,即α_ i’ = a_i。這意味著具有圓弧j的齒頂區(qū)域等于具有圓弧j’的凹槽區(qū)域。這還意味著具有 圓弧j的凹槽區(qū)域等于具有圓弧j’的齒頂區(qū)域。圖17a顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙螺紋Erdmenger螺桿型線的四分之一,其由4個 圓弧組成。Erdmenger螺桿型線的特征在于半徑R_1=RA,半徑R_2=0,半徑R_2' =A=1,半徑 R_1'=A-RA=RI0角a_l、a_2、a _2'和α _1’取決于螺桿外半徑和軸線距離。角α _1等 于雙螺紋Erdmenger螺桿型線的頂錐角的二分之一。Erdmenger螺桿型線具有位于半徑R_2 處的扭折。"扭折的大小"由角α _2決定,即從圓弧1到圓弧2’的過渡通過繞角a_2旋 轉(zhuǎn)來完成。在圖17a中,無量綱的螺桿外半徑RA為0. 6069。半頂錐角為α _1=0. 18 。圖17b顯示了一對配置為輸送元件的螺桿元件,其螺桿型線基于圖17a。兩個輸 送元件的軸線距離的有量綱值a=26. 2mm,無量綱值為A=a/a=l。兩個輸送元件之間的間隙 的有量綱值為s=0. 2mm,無量綱值為S=s/a=0. 0076。兩個輸送元件與機(jī)筒之間的間隙的有 量綱值為d=0. 1mm,無量綱值為D=d/a=0. 0038。輸送元件的螺距的有量綱值為t=28. 0mm, 無量綱值為T=t/a=1.0687。輸送元件的長度的有量綱值為1=14. 0mm,無量綱值為L=I/ a=0. 5344,其相當(dāng)于螺桿型線旋轉(zhuǎn)π的角。機(jī)筒用兩個輸送元件左側(cè)和右側(cè)的細(xì)實(shí)線表 示。機(jī)筒直徑的有量綱值為dg=31.8mm,無量綱值為DG=dg/a=2*RA=1.2137。在兩個輸送 元件表面上進(jìn)一步畫出了可能的計算網(wǎng)格,所述網(wǎng)格可用于計算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流 動。網(wǎng)格單元的數(shù)量在沿圓周方向上等于180,在軸向上等于90。圖17c顯示了根據(jù)圖17b所示的那對螺桿元件的俯視圖。在輸送元件與機(jī)筒之間 的空隙容積上提供了可能的計算網(wǎng)格,所述網(wǎng)格可用于計算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流動。 在沿圓周方向上網(wǎng)格單元的數(shù)量等于180,在徑向上等于10。兩個螺桿元件的旋轉(zhuǎn)軸用小 圈標(biāo)記。與圖17b和17c中所示的計算網(wǎng)格不同,壓差-通過量特性曲線和功率-通過量 特性曲線使用在沿圓周方向上包括320個網(wǎng)格單元、在軸向上包括160個網(wǎng)格單元和在 徑向上包括12個網(wǎng)格單元的計算網(wǎng)格來計算。壓差-通過量特性曲線的軸段計算如下 Al=O. 263,A2=4250。功率-通過量特性曲線的軸段計算如下B1=1. 033,B2=4390。升壓期 間的最高效率確定為7. 32%。根據(jù)圖17b和17c的計算網(wǎng)格用于計算最大升溫。用零向量初始化速度場和壓力 場。沿旋轉(zhuǎn)軸的壓力梯度設(shè)為0,由此將固有通過量Al確定為通過量。溫度場以300°C初 始化。機(jī)筒壁和兩個輸送元件的表面都假設(shè)為絕熱的。監(jiān)視在擠出機(jī)的兩個回轉(zhuǎn)上溫度場 的變化。時間步長為0. 000925926秒。雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分。在兩個回轉(zhuǎn)之后達(dá)到了計算范圍內(nèi)的最高溫度。在兩個輸送元件的表面上,具 體地在剛好清潔機(jī)筒的齒頂區(qū)域,最高溫度在幾乎相同的水平。根據(jù)計算,最高溫度為約 400°C。實(shí)施例2:
根據(jù)本發(fā)明所用的輸送元件的幾何形狀可由圖18a-18c推出。
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圖18a顯示了四分之一根據(jù)本發(fā)明所用的螺桿元件的螺桿型線的橫截面。該圖的 結(jié)構(gòu)與上面已經(jīng)詳細(xì)描述的圖17a相似。在圖18a中,該四分之一螺桿型線由2個圓弧構(gòu) 成。該螺桿型線的特征還在于其不包含扭折且齒頂區(qū)域(即位于螺桿外半徑上的一個區(qū) 域)的齒頂錐角等于0。無量綱的螺桿外半徑為RA=O. 6069。圖18b顯示了一對配置為輸送元件的螺桿元件,其螺桿型線基于圖18a。兩個輸送 元件的軸線距離的有量綱值為a=26. 2mm,無量綱值為A=a/a=l。兩個輸送元件之間的間隙 的有量綱值為s=0. 2mm,無量綱值為S=s/a=0. 0076。兩個輸送元件與機(jī)筒之間的間隙的有 量綱值為d=0. 1mm,無量綱值為D=d/a=0. 0038。輸送元件的螺距的有量綱值為t=28. 0mm, 無量綱值為T=t/a=l. 0687。輸送元件的長度的有量綱值為1=14. Omm,無量綱值為L=I/ a=0. 5344,其相當(dāng)于螺桿型線旋轉(zhuǎn)π的角。機(jī)筒用兩個輸送元件左側(cè)和右側(cè)的細(xì)實(shí)線表 示。機(jī)筒直徑的有量綱值為dg=31.8mm,無量綱值為DG=dg/a=2*RA=1.2137。在兩個輸送 元件表面上進(jìn)一步畫出了可能的計算網(wǎng)格,所述網(wǎng)格可用于計算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流 動。網(wǎng)格單元的數(shù)量在沿圓周方向上等于180,在軸向上等于90。圖18c顯示了根據(jù)圖18b所示的那對螺桿單元的俯視圖。在輸送元件與機(jī)筒之間 的空隙容積上提供了可能的計算網(wǎng)格,所述網(wǎng)格可用于計算雙和多螺桿擠出機(jī)中的流動。 網(wǎng)格單元的數(shù)量在沿圓周方向上等于180,在徑向上等于10。兩個螺桿元件的旋轉(zhuǎn)軸用小 圈標(biāo)記。與圖18b和18c中所示的計算網(wǎng)格不同,壓差-通過量特性曲線和功率-通過量 特性曲線使用在沿圓周方向上包括320個網(wǎng)格單元、在軸向上包括160個網(wǎng)格單元和在 徑向上包括12個網(wǎng)格單元的計算網(wǎng)格來計算。壓差-通過量特性曲線的軸段計算如下 Al=O. 245,A2=4530。功率-通過量特性曲線的軸段計算如下B1=0. 803,B2=3640。升壓期 間的最高效率確定為9. 05%。令人驚訝地發(fā)現(xiàn),盡管齒頂區(qū)域最小化了(其在三維上僅僅是線性的),但根據(jù)本 發(fā)明所用的輸送元件的升壓能力只比實(shí)施例1的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有雙螺紋Erdmenger螺 桿型線的輸送元件大約6. 6%。由此,借助于根據(jù)本發(fā)明所用的輸送元件,可以例如在更短的 升壓區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生期望的或必要的升壓,借此縮短了擠出機(jī)結(jié)構(gòu)或者在不變的擠出機(jī)長度下 延長了其它工藝區(qū)例如脫氣區(qū)或混合區(qū),從而提高它們對塑料物料的作用。另外還發(fā)現(xiàn),根據(jù)本發(fā)明所用的輸送單元的功率參量B2比實(shí)施例1的根據(jù)現(xiàn)有技 術(shù)的具有雙螺紋Erdmenger螺桿型線的輸送單元低約17%。更低的能量輸入減少了升溫,并 因此還減少了不希望發(fā)生的聚合物損傷。根據(jù)圖17b和17c的計算網(wǎng)格用于計算最大升溫。用零向量初始化速度場和壓力 場。沿旋轉(zhuǎn)軸的壓力梯度設(shè)為0,由此將固有通過量Al確定為通過量。溫度場以300°C初 始化。機(jī)筒壁和兩個輸送單元的表面都假設(shè)為絕熱的。監(jiān)視在擠出機(jī)的兩個回轉(zhuǎn)上溫度場 的變化。時間步長為0. 000925926秒。雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分。在兩個回轉(zhuǎn)之后找到了計算范圍內(nèi)的最高溫度。在兩個輸送單元表面上,具體地 在剛好位于最小化的齒頂區(qū)域(其剛好位于嚙合區(qū)域,即位于兩個機(jī)筒內(nèi)腔相互貫通的區(qū) 域)旁邊的表面上,最高溫度在幾乎相同的水平。根據(jù)計算,最高溫度為約365°C。根據(jù)計 算,剛好清潔機(jī)筒的最小化的齒頂區(qū)域上的最高表面溫度為約340°C。與實(shí)施例1的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輸送單元相比,實(shí)施例2的根據(jù)本發(fā)明所用的輸送
23單元使最高溫度降低了約35°C。對于齒頂區(qū)域,甚至形成了高達(dá)約60°C的溫差。在溫度每 升高10°C聚合物損傷反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)增加一倍的假設(shè)下,聚合物損傷在根據(jù)實(shí)施例1 的輸送單元的螺桿齒頂區(qū)域比在實(shí)施例2的輸送單元的螺桿齒頂區(qū)域快約50倍。
權(quán)利要求
1.使用用于多螺桿擠出機(jī)的螺桿元件擠出塑料物料的方法,其中所述多螺桿擠出機(jī)具 有成對同向旋轉(zhuǎn)并成對準(zhǔn)確刮凈的螺桿,且具有兩個或更多個螺桿螺紋,特征在于螺桿型 線在整個橫截面中都可以用連續(xù)可微的型線曲線表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,特征在于螺桿型線在整個橫截面中由4個或更多個圓 弧組成,其中所述圓弧在其起點(diǎn)和終點(diǎn)彼此成切線匯合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,特征在于 -母和子螺桿型線彼此相隔軸線距離a,-母螺桿型線的圓弧數(shù)目為n,-母螺桿型線的外半徑ra大于0(ra>0)且小于軸線距離(ra<a), -母螺桿型線的芯半徑ri大于0(ri>0)且小于或等于ra(ri ( ra), -母螺桿型線的所有圓弧彼此成切線匯合,-所述圓弧形成閉合的螺桿型線,即所有圓弧j的角%之和等于2π,其中π為圓周 率(31 ^ 3. 14159),-所述圓弧形成凸起的螺桿型線,-母螺桿型線的每一個圓弧都位于外半徑為ra、芯半徑為ri且中心點(diǎn)在母螺桿型線 的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上的圓環(huán)界內(nèi)或界上,-母螺桿型線的至少一個圓弧在點(diǎn)Pa接觸母螺桿型線的外半徑ra, -母螺桿型線的至少一個圓弧在點(diǎn)P1接觸母螺桿型線的芯半徑ri, -子螺桿型線的圓弧數(shù)目η’等于母螺桿型線的圓弧數(shù)目η,-子螺桿型線的外半徑ra’等于軸線距離與母螺桿型線的芯半徑ri之差(ra’ , -子螺桿型線的芯半徑ri’等于軸線距離與母螺桿型線的外半徑ra之差(ri’ q-ra), -子螺桿型線的第j’個圓弧的角α /等于母螺桿型線的第j個圓弧的角α)其中j 和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值,-子螺桿型線的第j’個圓弧的半徑r/與母螺桿型線的第j個圓弧的半徑。之和等 于軸線距離 其中j和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值,-子螺桿型線的第j’個圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)的距離等 于軸線距離a,且子螺桿型線的第j’個圓弧的中心點(diǎn)與子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離等于母 螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離,且子螺桿型線的第j’個圓 弧的中心點(diǎn)與母螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)之間的連線平行于子螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn) 與母螺桿型線的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的連線,其中j和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或 η'的所有值,-子螺桿型線的第j’個圓弧的起點(diǎn)相對于子螺桿型線的第j’個圓弧的中心點(diǎn)的方向 與母螺桿型線的第j個圓弧的起點(diǎn)相對于母螺桿型線的第j個圓弧的中心點(diǎn)的方向相反, 其中j和j’為整數(shù),它們共同歷數(shù)從1到圓弧數(shù)η或η’的所有值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法,特征在于所述螺桿元件是點(diǎn)對稱的,且在一個 360°/(2 Ζ)的扇形區(qū)內(nèi)型線曲線由至少兩個圓弧組成,其中Z是所述螺桿元件的螺紋數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法,特征在于它們是軸對稱的,且在一個360°/ (2 Ζ)的扇區(qū)形內(nèi)型線曲線由至少兩個圓弧組成,其中Z是所述螺桿元件的螺紋數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,特征在于所述扇形區(qū)內(nèi)的型線曲線由兩個圓弧組成,其中在點(diǎn)Pfp,所述圓弧彼此連續(xù)可微地匯合,其中所述點(diǎn)Pfp在直線FP上,直線FP的垂直 線在點(diǎn)Pfp穿過所述兩個圓弧的中心點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,特征在于所述螺桿元件具有旋轉(zhuǎn)點(diǎn)D、位于以螺桿元件 的外半徑ra繞所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的圓上的點(diǎn)Pa、位于以螺桿元件的內(nèi)半徑ri繞所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的圓 上的點(diǎn)P1、穿過點(diǎn)Pa和D和直線DPa,和穿過點(diǎn)P1和D的直線DP1,當(dāng)采用笛卡爾坐標(biāo)系并使 點(diǎn)D在原點(diǎn)和使點(diǎn)Pa在X軸上時,其特征在于所述垂直線在其中一個圓弧的中心點(diǎn)與直線 DPa相交,并在另一個圓弧的中心點(diǎn)與直線DP1相交,特征還在于直線FP離所述旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距 離相當(dāng)于所述軸線距離的二分之一且螺距以弧度表示為-l/tan( π Λ2 Ζ))。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法,特征在于所述螺桿元件構(gòu)造為混合元件或輸送 元件。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法,特征在于所述螺桿元件構(gòu)造為捏合元件。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法,特征在于所述螺桿元件用于脫氣區(qū)或輸送區(qū)。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法,特征在于在螺桿單元與機(jī)筒之間和/或相鄰 螺桿單元之間存在0.1-0. 001倍于所述螺桿型線直徑的間隙。
12.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法,特征在于所述塑料物料為熱塑性塑料或彈性體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,特征在于所用熱塑性塑料為聚碳酸酯、聚酰胺、聚 酯,特別是聚對苯二甲酸丁二酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯,聚醚、熱塑性聚氨酯、聚縮醛、氟 聚合物,特別是聚偏二氟乙烯,聚醚砜、聚烯烴,特別是聚乙烯和聚丙烯,聚酰亞胺、聚丙烯 酸酯,特別是聚甲基丙烯酸甲酯,聚苯醚、聚苯硫、聚醚酮、聚芳醚酮、苯乙烯聚合物,特別是 聚苯乙烯,苯乙烯共聚物,特別是苯乙烯-丙烯腈共聚物,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共 聚物,聚氯乙烯或至少兩種上述熱塑性塑料的共混物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,特征在于使用聚碳酸酯或聚碳酸酯與其它聚合物的 共混物作為所述熱塑性塑料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,特征在于所述聚碳酸酯是通過相邊界法或熔體酯交 換法生產(chǎn)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,特征在于所用彈性體為苯乙烯-丁二烯橡膠、天然橡 膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丁基橡 膠、鹵化丁基橡膠、氯丁橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯橡膠、聚氨酯橡膠、熱塑性聚氨酯、古塔橡 膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、硫化物橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠或至少兩種上述彈性體 的組合。
17.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法,特征在于向所述聚合物中添加填料或增強(qiáng)材 料或聚合物添加劑或有機(jī)或者無機(jī)顏料,或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助于具有特定螺桿幾何形狀的多螺桿擠出機(jī)擠出其中可以摻有其它物質(zhì)例如具有改善的光學(xué)特性的固體、液體、氣體或其它聚合物或其它聚合物混合物的塑料物料、特別是聚合物熔體和聚合物熔體混合物、尤其是熱塑性塑料和彈性體、特別優(yōu)選地聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物的方法。
文檔編號B29C47/40GK102123836SQ200980132196
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者C·康詹, J·雷赫納, K·科爾格雷貝爾, M·比爾德爾, R·魯多夫, T·克尼希, U·利森費(fèi)爾德 申請人:拜爾材料科學(xué)股份公司