專利名稱：高效排氣和加氣方法及排氣和加氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個高效排氣和加氣方法及一個排氣或加氣裝置。
美國專利申請公報US-PS5108711中，申請人公開了一個多波式薄膜反應(yīng)器，其用于排氣的目的。這個擠壓器具有一個豎直安置的殼體，在該殼體中沿其內(nèi)壁設(shè)有一根具有清潔用外形的薄膜軸。這些軸通過一個行星傳動裝置不僅繞其自身軸作轉(zhuǎn)動運(yùn)動，而且沿殼體內(nèi)壁作導(dǎo)行的大回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
然而，該熱塑性的熔物在排氣時，在薄膜軸上涂抹成薄層的熔物是對著殼內(nèi)腔的。該內(nèi)腔通過一個其內(nèi)同心安置的具有軸向和徑向排氣孔的小直徑軸與一個真空源相連接。因?yàn)?，薄膜軸的表面具有熔融物層，所以總體構(gòu)成一個很大面積的薄層，由此特別在高粘度情況下，要使排氣的熔融物達(dá)到優(yōu)良的排氣交效果是非常困難的。
在薄膜軸上形成熔物層的厚度是由一個軸的螺桿外型到相鄰的與其處于嚙合之軸的螺桿外型的間距所決定的。
這樣一種形式的排氣過程，即將中心軸的同心排氣孔，通過另外孔與一個真空源相連接，結(jié)果是失敗的。因?yàn)楸砻?，這些孔在一定時間之后就由于分解的殘余單體份額或類似物而減小，以致于使排氣過程走向失效。
在US-PS5106198中公開了一個排氣裝置，其原則上與上述US-PS5108711相同。在圖4和5中，表明一個另外結(jié)構(gòu)的排氣裝置，它用一個中心的帶齒軸以及行星軸進(jìn)行工作。
這個中心軸具有一個斜齒結(jié)構(gòu)，它與圍繞自身軸轉(zhuǎn)動的和大回轉(zhuǎn)運(yùn)動的薄膜軸的齒結(jié)構(gòu)相嚙合。
在圍繞圓形安置的薄膜軸外邊安置一個環(huán)形的排氣腔，其上連接一個負(fù)壓或真空源。這個環(huán)形的排氣腔能使這薄膜軸的外圓周上作用著負(fù)壓。因此，在薄膜軸上有一個很大面積的熔融物層以用于排氣過程。
在這個裝置中還表明，排氣工作在一個基本時間之后由于分解的殘余單體份額或類似物而引向失敗，因?yàn)椋诃h(huán)形排氣腔的內(nèi)壁上構(gòu)成了殘余單體顆粒，而它們在此處要除掉是非常麻煩的。
因?yàn)檫@些沉積物的自消是不可能的，所以經(jīng)常的停止運(yùn)動是不可避免的。
本發(fā)明的任務(wù)是對上述類型的排氣裝置進(jìn)行改進(jìn)，同時不會導(dǎo)致已述的運(yùn)轉(zhuǎn)故障，它肯定可確保，不會形成沉積物，這些沉積物是在加工過程中可能還原的熱分解組分。還應(yīng)該保證，在排氣過程中應(yīng)用牽拉介質(zhì)的情況下達(dá)到好的排氣結(jié)果。
這一任務(wù)是通過權(quán)利要求1中與前序部分相關(guān)的特征部分內(nèi)容解決的。
這些既圍繞自身軸轉(zhuǎn)動的且同時圍繞中心光軸大回轉(zhuǎn)的薄膜軸蹭抹著該中心軸，所以不可能在那里形成沉積。
通過殼體內(nèi)壁的無齒結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)，這些相互嚙合的薄膜軸在殼體的光滑內(nèi)壁上沿著它蹭抹并由此使它清潔。
而且，甚至在薄膜軸的表面上也不會形成沉積，因?yàn)?，存在一個連續(xù)地退出嚙合狀態(tài)。依此，本裝置在任何方面看都有自清潔作用。
一種熔融物/牽拉介質(zhì)混合物在一個卸壓之后，也就是說，借助例如一個環(huán)形噴咀在噴入該行星滾構(gòu)件之后就發(fā)生很強(qiáng)烈地起泡，因?yàn)椋@些混合物具有從150-300℃的溫度，而且所噴入的牽拉介質(zhì)(例如水)從液體轉(zhuǎn)變成蒸汽狀的聚合體狀態(tài)，并因此而大量地起泡。
通過起泡過程，就獲得了很薄的熔物層和很大的排氣表面以及一個使排氣的單體份額或溶劑份額的分壓減小。
由塑料熔物、牽拉介質(zhì)、殘余單體構(gòu)成的混合物的泡結(jié)構(gòu)則在行星滾構(gòu)件中通過該行星滾的轉(zhuǎn)動以及在圍繞中心軸大回轉(zhuǎn)的同時通過滾壓效應(yīng)而破裂，因此，大部分的熔融物小泡就破滅，而且由小泡放出的氣體通過負(fù)壓抽走。
該行星滾構(gòu)件就將溶融物輸送到薄層加工構(gòu)件的區(qū)域，其中，設(shè)置有主排氣過程。
最好在一個水平安置的殼體表面上安置一個排氣開口，其上安置一個所謂的排氣鐘形腔再與一個負(fù)壓管道相連接。
與一般的排氣擠壓機(jī)相反，用這種機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)，僅通過一個相當(dāng)小的排氣開口就使全部的有效處理空間置于一個負(fù)壓下。這種負(fù)壓就占據(jù)相應(yīng)的無熔物的楔形空間以及沿軸向通過螺桿外型上空著的橫截面作用到所有的薄膜軸表面上并在此將熔物層中的殘余單體小泡撕破，在這些小泡中，含有反應(yīng)的裂解產(chǎn)物和類似物，所述熔物層是在薄膜軸上通過其螺桿密封輪廓的相對側(cè)蹭抹作用而構(gòu)成的。
但是，所述負(fù)壓不僅是在薄膜軸的軸向占據(jù)著殼體內(nèi)部，而且沿圍繞單個薄層軸的徑向也就是說，穿過所謂的“地混合外型ErdmengerProfil”而使負(fù)壓作用到熔物層上，并將在此存有的微小殘余單體小泡撕破，由此將放出的氣體抽走。
在傳統(tǒng)的單螺桿擠壓機(jī)中，僅僅是在排氣開口下方的區(qū)域以及螺桿螺距的一很小部分可以處于負(fù)壓下。
而且還在具有嚙合螺桿的雙螺桿擠壓機(jī)中，該排氣負(fù)壓也僅在殼體中的一個較小區(qū)域內(nèi)占據(jù)著，這是因?yàn)?，殼體上側(cè)延伸在排氣開口的外部并直至螺桿之間的楔形區(qū)。而且為了螺桿的自清潔作用，殼體延伸至楔形區(qū)的設(shè)置是必不可少的。
在本發(fā)明裝置中，是保持自清潔作用下首次不必要使殼體延伸至螺桿間的楔形區(qū)中。
按照本發(fā)明，該自清潔作用是通過自轉(zhuǎn)的薄膜軸圍繞中心軸的圓形大回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，通過這種回轉(zhuǎn)，以及與圍繞自身軸轉(zhuǎn)動相迭加，使得薄膜軸不僅將殼體內(nèi)壁而且將中心軸蹭抹，因此，起到完全自清潔的作用。
盡管在薄膜軸之間的楔形區(qū)域不存在如雙螺桿時的殼體結(jié)構(gòu)，但仍可獲得一個自清潔作用。
此外，該排氣負(fù)壓在整個殼體內(nèi)能明顯較好地得以傳播，因?yàn)樾ㄐ螀^(qū)域是自由空間。這種殼體內(nèi)的自由容腔則由于該自由的楔形區(qū)而是明顯較大的，因此，使得負(fù)壓可自由傳播的表面就明顯地比傳統(tǒng)的雙螺桿擠壓機(jī)時要大。
依此，首次能夠只通過一個小排氣開口，使在薄膜軸表面上具有薄的熔物層的全部有效處理空間置于一個負(fù)壓作用下，因此，即使在高粘度，熱塑性的塑料例如，在聚酰胺的再濃縮或不解聚情況下實(shí)現(xiàn)令人驚奇的排氣效果。
在附圖中描繪了本發(fā)明的一個實(shí)施例。它表示

圖1是一個具有高效薄層排氣裝置的設(shè)備縱剖圖;
圖2是一個通過高效排氣擠壓機(jī)的縱剖圖;
圖3是一個沿圖1中線Ⅱ-Ⅱ的橫剖圖;
圖4是一個沿圖2中線Ⅳ-Ⅳ的橫剖圖;
圖5是按照圖4中箭頭Ⅲ在排氣開口和薄膜軸上的俯視圖;
圖6是一個在所有彼此展開的薄膜軸上的俯視圖;
圖7是按照圖1中線Ⅶ-Ⅶ的橫剖圖并表示從前邊看薄膜軸的視圖;
在圖1中表示的高效排氣設(shè)備由不同的段組成，這些段將在下面說明。
段30是一個具有止推軸承，經(jīng)向軸承和滑環(huán)密封件的驅(qū)動段。這個驅(qū)動單元本身并未表示。螺桿段的螺桿，隆起段的隆起部，齒盤段的齒盤是安置在一個公共軸上的，而該公共軸是抗扭地與中心軸和該光軸相連接的。
段31是一個具有熔融物供給口的螺桿加料段。
段32具有一個所謂的“隆起部”，其用于在熔物供給口方向上構(gòu)成一個熔物壓縮作用。
段33具有一個帶齒盤26的齒盤區(qū)域，如從圖3的截面圖表明的，它的使用是為了使通過開口25噴入的牽拉介質(zhì)與熔物實(shí)現(xiàn)一個良好的混合作用。
段34具有一個環(huán)形噴咀，它將熔物/牽拉介質(zhì)混合物噴入行星滾部件中。由于該環(huán)形噴咀就在螺桿段之后建立起最高的壓力，也就是說，該隆起段32和環(huán)形噴咀被螺桿部件輸送的高壓熔物所通過。這種高壓是必須的，依此，該牽位介質(zhì)例如H2O才能以未汽化的液體狀態(tài)從齒盤26進(jìn)入塑料熔物中進(jìn)行混合。
段35在此段中，混合物進(jìn)行很強(qiáng)烈的起泡，因?yàn)?，?jīng)過環(huán)形噴咀20在段34和35之間產(chǎn)生一個很大的壓降。由聚合物熔物、牽拉介質(zhì)和殘余單體構(gòu)成的混合物泡沫則通過圍繞其軸旋轉(zhuǎn)的并同時大回轉(zhuǎn)的行星齒輪4(圖7)的一個滾動效應(yīng)而被破滅。通過這一過程則殘余單體小泡也被破壞，和由此而釋放的小泡氣體則通過由排氣開口12造成的負(fù)壓所抽走。
段36在這個高效排氣段中，進(jìn)行熔融物成為薄層的擴(kuò)展工作以及高效排氣過程。
這些段30-36可以根據(jù)要排氣的材料就前后順序經(jīng)常作任意地重新連接。段31的螺桿部件，段32的隆起部，和段33的齒盤件26具有一個公共軸，其與一個中心軸作抗扭連接。
下面對段36和圖2中表示的高效排氣裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。
在殼體1中同軸安置一個中心軸2。圍繞該軸2以均勻的間距安置有多個相互緊密嚙合的同向旋轉(zhuǎn)的等螺距螺桿或薄膜軸3，這些螺桿如圖4和5所看出的彼此處于嚙合嵌接狀態(tài)。
為使薄層軸3圍繞其自身軸轉(zhuǎn)動和同時圍繞中心軸2轉(zhuǎn)動的驅(qū)動作用是通過分別在這兩個軸端部抗扭連接的、加工有齒的行星齒輪4完成的(如圖2所示)，行星齒輪4與一個同樣有齒的被驅(qū)動的中心軸或行星滾5配合作用。中心軸5、軸2、中心軸5a和一個螺桿部件13是相互抗扭地連接在一起(還可見圖1，包括驅(qū)動裝置30)的。
一個類似裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)在開頭提及的US-PS5108711的申請案中作了詳細(xì)描述。
通過轉(zhuǎn)動帶齒的中心軸5、這將使帶齒的行星齒輪4圍繞其自身軸轉(zhuǎn)動，同時還進(jìn)行一個圍繞中心軸5回轉(zhuǎn)的疊加運(yùn)動，這些通過圖4中的箭頭6、7和8表明。
當(dāng)行星齒輪4與薄膜軸3是抗扭連接且中心軸5與軸2是抗扭連接時，這些構(gòu)件就進(jìn)行如圖4描述的轉(zhuǎn)動(箭頭6、7和8)。
在圖4中，沒有被熔融物填充的自由楔形區(qū)9和10是用方格影線表示的。
通過僅留有一個小環(huán)縫的環(huán)形噴咀20(圖1)或者通過一個加料開口11(圖2)，使熔化物到達(dá)行星滾子驅(qū)動部件，(該行星滾子驅(qū)動部件由行星齒輪4和中心軸5構(gòu)成)。并且往真正的除氣裝置方向通過該心軸的傾斜齒結(jié)構(gòu)輸送。
這些熔化物被薄膜軸3所接受并且均勻地分布在該薄膜軸3的表面上，這是通過一個螺桿葉片14和相鄰薄層軸3的相鄰螺桿葉片15的嚙合擦抹過程(圖6)實(shí)現(xiàn)的。
這個薄層是根據(jù)間距16的厚度形成的，這個間距16是一個螺桿葉片14或15到相鄰的薄膜軸3的葉片根部17的距離，如圖6所示。由此，在所有薄膜軸3上都有一個均勻厚度的熔融物層，而通過負(fù)壓就可極好地使這個熔物層脫氣，也就是說，當(dāng)自由空間承受一個負(fù)壓時這些微小的殘余單體小泡的薄壁，就爆裂。通過排氣開口12將這些小泡(多余單體的或類似物)放出的氣體抽出。
當(dāng)該擠壓裝置以較高的填充度運(yùn)轉(zhuǎn)時，那么，就會在正輸送的螺桿葉片14，15的前面形成一個附加到該薄的熔物層上的熔物前沿波或熔物池(Schmelzepool)，其會不斷地被重新堆積著。這種由此形成的新表面同樣是連續(xù)地承受著所施加的負(fù)壓的。因此，與雙螺桿擠壓機(jī)相反，通過置有自由的楔形區(qū)，就能夠通過這種附加的表面結(jié)構(gòu)和由此以令人驚奇的和意想不到的方式明顯地提高排氣效率。
一個高的排氣效率不僅取決于薄的層結(jié)構(gòu)，而且還取決于這樣一個事實(shí)，即這些熔融物前沿波是相對該薄層軸作軸向地輸送且同時不斷地被重新堆積著，這樣，就產(chǎn)生一個較高的、不斷更新的表面再造。
該負(fù)壓的分布是與排氣開口12有關(guān)的，如圖4和6中所示。
在圖4和6中的箭頭18表示在排氣開口12上施加一個負(fù)壓或真空時的氣體流動軌跡。
從這個簡圖描述的流動軌跡中看出，僅僅通過一個排氣開口，整個的殼體內(nèi)部或所有的殼體內(nèi)的楔形區(qū)9和10都處于負(fù)壓或真空的作用下。
這樣就能一次性實(shí)現(xiàn)，將一個擠壓裝置中位于下邊的遠(yuǎn)離排氣開口的區(qū)域也置于排氣過程中，因?yàn)?，該熔融物正停留在薄膜軸上。而楔形區(qū)9和10卻沒有充滿熔融物，因?yàn)?，該薄膜軸3將熔物保持在其表面上或者往回送。
因?yàn)?，該薄層軸3既圍繞自身軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動又圍繞軸2轉(zhuǎn)動，所以它(3)會盡可能地將在光滑的殼體壁1或者在軸2的光滑壁上粘附的熔融物又帶回到螺旋通道中。又因?yàn)椋輻U葉片14和15是相互按一個螺旋角設(shè)置的，所以，根據(jù)螺旋角就可以使通過行星構(gòu)件5a到達(dá)單螺桿13和排出口19的熔物實(shí)現(xiàn)一個快速的或緩慢的連續(xù)輸送。
在使用本發(fā)明裝置的情況下，對于高粘度的尼龍熔融物通過排氣也能實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的不解聚的結(jié)果，但用傳統(tǒng)的排氣擠壓機(jī)，要擺脫其殘余單體數(shù)額是非常有缺陷的。
作為本高效排氣擠壓機(jī)相對傳統(tǒng)擠壓機(jī)的特別優(yōu)點(diǎn)是尼龍不解聚，即在排氣期間，機(jī)械的高溫能量導(dǎo)入塑料熔物中是很微小的。由于導(dǎo)入很少的機(jī)械能量，所以排氣工作就可以在特別節(jié)省的條件下和較低的材料溫度時進(jìn)行。(T材料≈235至240℃，取代兩螺桿時的T材料≈290℃)。
但是，將本發(fā)明裝置不用于排氣，而用于往材料中加氣，以便在粘滯的材料中也能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時，也可實(shí)現(xiàn)明顯好的結(jié)果。當(dāng)在薄膜軸上的粘滯物質(zhì)被擴(kuò)展成具有巨大表面的很薄的層材、然后用一種反應(yīng)氣體施加作用(該氣體通過排氣開口在壓力下提供)時，就可實(shí)現(xiàn)一個很快的和特別均勻的反應(yīng)。
相關(guān)零件編號1.殼體2.軸3.薄膜軸4.行星齒輪5.中心軸5a.行星構(gòu)件(中心軸)6.箭頭7.箭頭8.箭頭9.楔形區(qū)10.楔形區(qū)11.熔物輸入口12.排氣口或鐘形腔(Dom)13.單螺桿構(gòu)件14.螺桿葉片15.螺桿葉片16.間距17.螺旋根部18.箭頭
19.排出口20.環(huán)形噴咀25.牽拉介質(zhì)噴入咀26.齒盤30.段31.段32.段33.段34.段35.段36.段
權(quán)利要求
1.用于熱塑性的塑料熔融物，高分子聚合物或類似要排氣的液體至粘滯材料的以及用于使聚酰胺和聚脂熔化物再濃縮和排氣的高效排氣加氣方法，其中，該熔物被輸入到一個單螺桿擠壓構(gòu)件中，在該擠壓機(jī)中沿工作方向建立一個熔物擠壓作用；與輸送方向相反通過熔融物在該單螺桿構(gòu)件中建立一個熔融物壓縮；在該熔物壓縮流的上游往熔化物噴入一種牽拉介質(zhì)；該熔融物/牽拉介質(zhì)混合物經(jīng)受一個強(qiáng)烈地混合和均勻作用；該熔化物/牽拉介質(zhì)混合物經(jīng)受一個突然的卸壓作用，接著進(jìn)行發(fā)泡過程；其特征在于該起過泡的熔融物/牽拉介質(zhì)混合物經(jīng)受一個機(jī)械的，使泡結(jié)構(gòu)破壞的滾壓效應(yīng)；和，該熔融物被大表面地涂抹成薄的層狀結(jié)構(gòu)并同時在全部處理過程的薄層空間上經(jīng)受一個排氣負(fù)壓。
2.用于實(shí)施權(quán)利要求1方法的高效排氣或加氣裝置，具有一個殼體，其中，安置有數(shù)個可轉(zhuǎn)動驅(qū)動的、軸線平行的相互嚙合的薄膜軸，同時，每個薄膜軸的螺桿密封輪廓是與其兩邊安置的薄膜軸嚙合的，這樣，在薄膜軸的加工物料就形成薄的層結(jié)構(gòu)，其中，所有的薄膜軸上是可以同方向驅(qū)動的，而且，在反應(yīng)器殼體內(nèi)，該薄膜軸在其上邊的和/或下邊的端部是設(shè)置成行星齒輪的結(jié)構(gòu);還有，這些行星齒輪通過一個相應(yīng)齒結(jié)構(gòu)的中心軸所驅(qū)動，而中心軸的驅(qū)動軸伸出殼體安置，其特征在于與建立起一個熔融物壓力的單螺桿段(31)相連接，安置一個使熔融物滯止和使熔融物壓縮的隆起段(32);在該隆起段(32)之后安置一個保證混合和均勻作用的齒盤段(33);在該齒盤段(33)上安置一個牽拉介質(zhì)噴入咀(25);與齒盤段(33)相連接安置一個環(huán)形噴咀段(34);與該環(huán)形噴咀段(34)連接一個起滾壓效應(yīng)的行星滾子段(35);和在該行星滾子段(35)之后，安置一個高效薄層排氣段(36)。
3.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于單螺桿段(31)具有一個3-5D(D＝螺桿直徑)的長度。
4.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該齒盤段(33)具有一個1-3D的長度。
5.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該行星滾子段(35)具有行星齒輪(4)和一個中心軸(5);而包圍該行星齒輪(4)的殼體具有一個與該行星齒輪(4)配合工作的內(nèi)齒結(jié)構(gòu)。
6.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該高效排氣段(36)具有一個其內(nèi)壁不帶內(nèi)齒結(jié)構(gòu)的殼體(1);在殼體(1)中同軸安置一個中心、光滑，可驅(qū)動的圓柱軸(2);圍繞該圓柱軸(2)相互以均勻的間距安置有多個薄膜軸(3)，它們具有一個蹭抹、自清潔的螺桿密封輪廓，且既繞自身軸轉(zhuǎn)動又圍繞軸(2)作大回轉(zhuǎn);該薄膜軸(3)的結(jié)構(gòu)設(shè)置成既在光滑的殼體(1)內(nèi)壁上又在中心軸(2)的光滑圓柱壁上滾動和蹭抹;和殼體(1)具有一個排氣開口(12)。
7.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該單螺桿段(31)的螺桿，該隆起段(32)的隆起部，齒盤段(33)的齒盤(26)，是安置在一個公共軸上的;這個公共軸與中心軸(5)和光滑軸(2)是抗扭連接的。
8.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于在第一高效排氣擠壓機(jī)段(36)之后連接一個第二段(36)，在這兩個段之間，分別安置一個單螺桿段(31)，一個隆起段(32)，一個齒盤段(33)和一個環(huán)形噴咀段(34)。
9.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該裝置成排氣擠壓機(jī)是水平安置的;該殼體(1)在其外表面上置有一個排氣開口(12);和在排氣開口(12)上連接一個負(fù)(低)壓管道(20)。
全文摘要
用于熱塑性的塑料熔物，高分子尼龍熔物或類似要排氣的液體至粘滯材料的高效排氣和加氣方法及排氣或加氣裝置，其中，將起泡的熔物/牽拉介質(zhì)混合物經(jīng)受一個機(jī)械的破壞泡結(jié)構(gòu)的滾壓效應(yīng)，然后輸入一個高效排氣擠壓機(jī)中，使熔物大面積地涂抹成薄的層結(jié)構(gòu)，并同時在全部的處理過程的薄層空間上經(jīng)受一個排氣負(fù)壓。
文檔編號B29C47/38GK1085152SQ9311728
公開日1994年4月13日 申請日期1993年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月18日
發(fā)明者烏都·巴斯, 西格弗里德·科贊涅基, 格哈德·馬丁 申請人:赫曼伯斯托福機(jī)械制造公司