專利名稱：聚合物的切割裝置和切割方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及切割聚合物尤其是切割聚合物條等的旋轉(zhuǎn)切割盤以及用這種切割盤切割聚合物的方法。
背景技術(shù)：
聚合物是量大的重要的商品，應用于許許多多領域。在處理、加工和回收聚合物期間，經(jīng)常需要將聚合物切成不同大小和/或不同形狀的較小的片。例如在模制熱塑性塑料時需要將聚合切成尺寸相當小的片或顆粒，以便容易地將它們送入成形機例如注射模制機或擠壓機。
切割聚合物的刀具現(xiàn)有多種結(jié)構(gòu)。在一種普通結(jié)構(gòu)中，應用一種旋轉(zhuǎn)盤，該盤包括許多大體平行于轉(zhuǎn)動軸線的刀，當向刀具盤輸送聚合物時，這些刀對著固定刀轉(zhuǎn)動而切割聚合物，這種刀具示意示于圖2。在這些刀具中，刀被配置成以切片的動作進行切割，用很細的前部刀刃切開聚合物。盡管這種刀具已流行多年，但它們存在一些缺點。其中一個缺點是刀具的破裂和磨損，特別是在切割很硬和/或磨蝕性聚合時。眾所周知，當采用刃口角很尖銳的刀時，在刀刃上的少量金屬將使刀刃變得很脆弱，易于使刀刃斷裂和/或很快使其磨損。當發(fā)生斷裂或過分磨損時，便會對切割質(zhì)量產(chǎn)生不好的影響，而且必須停止刀具運轉(zhuǎn)，以便重新磨快刀片或替換已磨損或破裂的刀片。這種停機造成很大經(jīng)濟損失，一是花去實在的維修費，二是損失了生產(chǎn)時間。因此需要一種可以進行高速度切割的切割質(zhì)量好的、同時停機時間又少的聚合物切割裝置。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種具有一轉(zhuǎn)動軸線的旋轉(zhuǎn)刀具盤，該刀具盤包括一個或多個刀，各個刀在上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的外周緣上具有一刀刃，各個刀的進刀角在約+10°到約-15°，其刃口角為70°或更大，而且條件是，在上述刀的刃面上無任何一點比上述刀刃更遠離上述轉(zhuǎn)動刀具盤的上述轉(zhuǎn)動軸線。
在本文中還描述了一種用于切割聚合物的旋轉(zhuǎn)刀具，包括一固定刀、一旋轉(zhuǎn)刀具盤以及將聚合物送入上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的裝置，其中上述旋轉(zhuǎn)刀具盤具有一轉(zhuǎn)動軸線和一個或多個刀，各個刀在上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的外周緣上具有一刀刃，各個刀的進刀角在約+10°到約-15°，其刃口角為70°或更大，而且條件是，在上述刀的刃面上無任何一點比上述刀刃更遠離上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的上述轉(zhuǎn)動軸線。
本發(fā)明還涉及用旋轉(zhuǎn)刀具切割聚合物的方法，其中改進包括采用具有一轉(zhuǎn)動軸線和一個或多個刀的旋轉(zhuǎn)刀具盤，各個刀在上述轉(zhuǎn)動盤的外周緣上具有一刀刃，各個刀的進刀角在約+10°到約-15°，其刃口角為70°或更大，而且條件是，在上述刀的刃面上無任何一點比上述刀刃更遠離上述旋轉(zhuǎn)盤的上述轉(zhuǎn)動軸線。
附圖的簡要說明

圖1是垂直于轉(zhuǎn)動軸線的橫截面圖，示出本發(fā)明典型的旋轉(zhuǎn)切割盤的一部分，還示出固定刀、聚合物條以及切下的聚合物顆粒。
圖2是垂直于轉(zhuǎn)動軸線的橫截面圖，示出典型常規(guī)設計的旋轉(zhuǎn)切割盤的一部分，還示出固定刀、聚合物條以及切下的聚合物顆粒。
圖3是垂直于轉(zhuǎn)動軸線的橫截面圖，示出本發(fā)明典型的旋轉(zhuǎn)刀具盤。
圖4示意示出本發(fā)明確定的旋轉(zhuǎn)刀具盤的重要部件。
圖5示出本文所示例子中所用的旋轉(zhuǎn)刀具盤的盤身，尺寸單位為cm。圖5a為盤身的平面圖，而圖5b示出垂直于轉(zhuǎn)動軸線的盤身橫截面圖。圖5c示出圖5b中圖示的細節(jié)。
圖6示出用在所示旋轉(zhuǎn)刀具盤例子中的楔形件和刀片，尺寸單位為cm。圖6a是楔形件的平面圖和截面圖，而圖6b是刀片的截面圖。
發(fā)明細節(jié)本文所說聚合物系指不包含添加劑的聚合物本身以及含有聚合物中通常含有的任何添加劑或添加劑混合物的聚合物。這種添加劑包括顏料例如TiO2、抗氧化劑、抗臭氧劑、增韌劑、阻燃劑、潤滑劑、染料、抗靜電劑、抗著色劑和填料及增強劑例如滑石粉、粘土、碳墨、磨細的玻璃、玻璃纖維、碳纖維和芳族聚酰胺纖維。優(yōu)選的聚合物是塑料(相對彈性體)，塑性塑料是特別優(yōu)選的。
圖1是總的橫截面圖，示出本發(fā)明切割裝置的一部分旋轉(zhuǎn)刀具盤和其它部件。示出的旋轉(zhuǎn)刀具盤的部件是旋轉(zhuǎn)刀具盤盤身1，該盤身沿所示方向旋轉(zhuǎn)；若干刀2；兩個楔形件6，該楔形件使刀固定于盤身1上的位置(例如用螺栓，圖中示出螺栓孔但未示出螺栓)。圖中還示出靜止的固定刀3，未示出其安裝，還示出正沿所示方向輸送的聚合物條4和剛被切下的聚合物顆粒5。
圖2示出傳統(tǒng)聚合物刀具的類似圖，該刀具包括旋轉(zhuǎn)刀具主體7、若干刀8和使刀固定就位和楔形件9。圖中還示出固定刀10、聚合物條11和切下的聚合物顆粒12。
大體比較圖1和圖2便可以看出，本發(fā)明刀具和傳統(tǒng)刀具之間的主要差別是，傳統(tǒng)刀具的切割方式很像剃須刀剃除胡須，而本發(fā)明的刀具的操作更像是剪開聚合物。在兩種刀具中，各個刀的刀刃和固定刀之間的間隙最好是盡量小而實用。這往往可以給出最整齊的切割，通常約在0.025-0.25mm之間，最好約在0.05 0-0.12mm。
一般講，在這種刀具中，將聚合物連接推入旋轉(zhuǎn)刀，在各個刀的刀刃經(jīng)過固定刀之后，使各個刀具的刀掠過固定刀的刀刃。換言之，在刀上離轉(zhuǎn)動刀具盤轉(zhuǎn)動軸線最遠的點通常是刀的刀刃，而在刃面上所有的點與刀刃相比較則更靠近旋轉(zhuǎn)刀具盤的轉(zhuǎn)動軸線。另外，如果合適，最好還將旋轉(zhuǎn)刀具盤及其除刀之外的部件設計成能使聚合物進給。在圖1的情況下，使旋轉(zhuǎn)件和楔形件傾斜離開刀具盤的外緣，如圖所示。為實現(xiàn)這一點，技術(shù)人員可以明顯看出其它設計。
刀可以是分開的部件，它可以從旋轉(zhuǎn)刀具盤上卸下來，以便將其磨快或進行替換，其它結(jié)構(gòu)也是可能的，該刀可以用螺栓或如圖所示用楔形件固定在旋轉(zhuǎn)刀具盤上。或者旋轉(zhuǎn)刀具盤可以作成一個整個的金屬片，具有硬化的刀刃。這樣可以省去圖1所示的楔形件、孔等的加工。在刀刃不碎裂或不經(jīng)常需要磨快時這是特別有用的。
圖3是垂直于轉(zhuǎn)動軸線的橫截面圖，示出本發(fā)明的完全的旋轉(zhuǎn)刀具盤。該盤具有轉(zhuǎn)動中心24、盤身25和許多用若干楔形件27固定于盤身的刀26。在操作時，該盤沿所示方向旋轉(zhuǎn)。
圖4是示意圖，示出本發(fā)明轉(zhuǎn)動刀具盤的重要部件及它們的相互關(guān)系。為完整起見，圖中還包括固定刀。圖4的旋轉(zhuǎn)盤刀具具有轉(zhuǎn)動軸線13。為便于說明，從軸線13到刀伸出盤身17的位置畫有虛線14(實際上是半徑)。在圖4還示出具有刀刃15的固定刀16。從旋轉(zhuǎn)刀具盤盤身17伸出的是刀18(當然可以存在一個以上的刀)，該刀具有刀刃面19和刀刃20。另外，該刀還具有刃口角21、刀的前表面23和進刀角22。該進刀角22從半徑量起，例如從經(jīng)過刀18伸出盤身17的點的半徑14量起。圖3示出進刀角22的正角度和負角度。
固定刀16和盤身17的位置通常是使得刀刃15大體平行于轉(zhuǎn)動軸線13，此位置在旋轉(zhuǎn)刀具盤操作時最好使刀刃15和刀刃20之間的間隙盡量減小。
刀的刃口角21至少70°或更大，最好在約80°或更大。此角度是刀刃面19和刀的前表面23之間的夾角。如刀刃面19和前表面23中的一個或二者是曲面，則刃口角度21可取作為切線和角的另一邊之間的夾角或兩條切線之間的夾角，該切線是(在刀刃面19和前表面23的一個或兩個表面上)刀刃20處的切線。刃口角21的最大值由進刀角22以及一個條件確定，該條件是刀刃面19的任何一部分距轉(zhuǎn)動軸線13的距離均不大于刀刃20距該軸線的距離。因為刃口角21是一個相當大的角度，所以圍繞著該角度特別是在刀刃20的后部存在了大量金屬(或其它的刀材料)。眾所周知，靠近刀刃的這種材將使刀刃變得很結(jié)實，不太容易破碎。在刀刃20處存在大量材料被認為可以減緩磨損，因而減小了必須重新磨快刀刃20的頻率。
另外，進刀角22是從軸線13伸出的半徑和刀的前表面23(或者在刀刃20處切于表面23的切線，如果前表面23是曲線)之間的夾角，數(shù)值約在+10°到約-15°，優(yōu)選在約0°到約-5°，最好在約0°。如果進刀角22太正，則可能損害刀刃20相對于刀刃15的剪切作用，這造成不能很好地切割聚合物，而如果進刀口22太負，則它不可能使刃口角21作得足夠大。
在刃面19上無任何一點比刀刃20更遠離軸線13。這從以下的事實可以明顯看出來，即人們在切割聚合物時通常總喜歡使刀刃20盡實際可能地靠近刀刃15。如果刀刃面19的任何一部分離軸線13的距離超過刀刃20距該軸線的距離，則在盤身17轉(zhuǎn)動動時，人們便不能簡單地使刀刃20盡優(yōu)選可能地靠近刀刃15而又不使刃面19碰到刀刃15。當然，在刀刃由于切割聚合物而受到某種程度的磨損時，緊鄰刀刃20的小部分刃面19可能比刀刃20的實際刃口更遠離軸線13。這是允許的，但是當?shù)度?0磨損太厲害時，最好還是再重新磨快，以保證高質(zhì)量地切割聚合物。
雖然不是必須的；但優(yōu)選地是使一些刀18，最好是使所有的刀18沿盤身17的整個長度延伸。這一點示于圖5。
橫跨盤身17的長度(垂直于圖3所示的橫截面圖)，刀刃20可以平行于軸線13或圍繞軸線13形成螺旋形，而刀刃20的整個長度距軸線13的距離基本上是恒定的。相對于軸線13的優(yōu)選的螺旋角度約為0°～3°。當盤身十分長時，例如可以切割許多聚合物條時，如果刀順序地接觸聚合物條，則可以減小作用在任一刀上的總的壓力，如果刀片圍繞軸線13形成螺旋形，則會起到這種作用。
本發(fā)明還包括用于切割聚合物的裝置，該裝置包括上述旋轉(zhuǎn)刀具盤、一固定刀和將聚合物推入旋轉(zhuǎn)刀具盤的裝置。固定刀通常是靜止不動的部件，它被配置成使得旋轉(zhuǎn)刀具盤的刀18之間的間隙在旋轉(zhuǎn)刀具盤轉(zhuǎn)動時可以盡量合理地靠近固定刀通過。固定刀的“刀刃”其角度通常約90°，該刀刃在刀碰到聚合物時起著防止聚合物彎曲或以其它方式運動的作用。最普通的方法是在固定刀的表面上將聚合物輸送進入旋轉(zhuǎn)刀具盤，如圖1和圖2所示。
如圖1和圖2所示，聚合物4或11通常連續(xù)地被推入旋轉(zhuǎn)刀具盤的刀2或8的路徑。這需要一種進給聚合物的裝置。如果切割裝置如此配置，則可以利用重力使聚合物“掉入”旋轉(zhuǎn)刀具盤。然而更普通的方法是利用一對或多對傳送輥或一對輸入傳送機進給聚合物。傳送輥是指一對其間具有輥隙的輥。將聚合物送入輥隙，然后驅(qū)動該輥，使聚合物經(jīng)輥隙進入旋轉(zhuǎn)刀具盤。輸入傳送機也是類似的，是類似傳送機的裝置，具有兩個傳送帶，聚合物夾在帶之間被驅(qū)動通過將聚合物從模具擠出并由輸入機構(gòu)將其移經(jīng)和移出模具到旋轉(zhuǎn)刀具盤，可以簡便地輸送聚合物。還已知其它傳送方法。
上述討論的原義是說明用本文所述旋轉(zhuǎn)刀具盤切割聚合物的方法?？梢郧懈畈煌螤畹木酆衔锢绨宀?、條材、帶材和管材特別是厚壁管。如果要切割的聚合物太薄例如小直徑纖維或薄膜，則聚合物可能彎曲，這樣的聚合物可能可以切割或不能切割，但是即能夠切割，切片的質(zhì)量也是不好的，即參差不齊，并產(chǎn)生細屑(比要求小的顆粒)，或只能局部地或粗糙地切開。要切的聚合物最小橫截面尺寸優(yōu)選約為1mm或更大，最好約2mm或更大?？汕械淖畲蟪叽缛Q于要切的聚合物、刀具裝置的動力以及該切割裝置能夠承受的機械應力。
待切割聚合物的一種優(yōu)選形式是一個或多個聚合物條。所謂條是指一段棒形的基本上連續(xù)的聚合物，該條的最大橫截面尺寸不超過6倍于其最小橫截面尺寸，不超3倍比較好，最好不超過兩倍。優(yōu)選的條截面為約圓形或方形，而圓形是特別好的。條的最大橫截面尺寸優(yōu)選在約1-8mm，最好在約2-4mm。條被切成相當短的片，其長度約為1-8mm，或換一種表達方式，使切片的長度直徑比約為1，這樣便可以得到特別有用的通常稱為切片或顆粒的聚合物形狀。這是送入注射模制機、擠壓機等機器內(nèi)的最普通的固體聚合物形狀。
舉例使用美國密西根州Bay City市的Conair Corp.公司制造的3508型刀具來切割圓形橫截面的聚合物條。所用的刀具盤示于圖5和6。進入刀具的條的直徑約為2.3mm，切出切片的長度約為2.5mm。聚合物條經(jīng)模孔擠壓出來，其直徑約為4.0-4.5mm，該條(在熔化狀態(tài))由刀具的輸送機構(gòu)拉制成直徑約2.3mm。旋轉(zhuǎn)刀和固定刀之間的間隙標稱為0.076mm。
在例行操作期間，其生產(chǎn)產(chǎn)率平均約為545kg/h，生產(chǎn)率的范圍在約455-635kg/h之間。這需要以約60-90m/min的線速度輸送10-20根聚合物條。最大旋轉(zhuǎn)速度為1800r/min。該速度可調(diào)節(jié)到生產(chǎn)上述切片。
在約4個月的期間(約1005個實際工時)，通過上述刀具總共處理約450000kg聚合物。所有這些聚合物填充有玻璃纖維，玻璃纖維的量占重量的13％-45％。在一些聚合物中還存在較少量的其它材料例如碳黑。
在不同時間切割的個別聚合物是聚對苯二甲酸乙酯、聚對苯二甲酸丁二脂、耐綸6，6和包含芳香族和脂肪族兩種循環(huán)單元的聚酰胺。在整個試驗中所有這些聚合物均得到很好的切片，例如，對于不同的聚合物從試驗開始到試驗結(jié)束生產(chǎn)的細粒量沒有很大差別。結(jié)果還與使用如圖2所示的常規(guī)型旋轉(zhuǎn)刀具盤時采用同樣的刀具得到的結(jié)果相當。
到這次試驗結(jié)果結(jié)束，刀刃的磨損量經(jīng)測量為0.032mm。很難將這種磨損量與用常規(guī)刀具時刀刃的磨損量相比，因為刀刃的幾何形狀不同，而且這種磨損影響切割質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種裝置，為具有一轉(zhuǎn)動軸線的旋轉(zhuǎn)刀具盤，該刀具盤包括一個或多個刀，各個刀在上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的外周緣上具有一刀刃，各個刀的進刀角在約+10°到約-15°，而其刃口角為70°或更大，條件是，上述刀的刃面上無任何一點比上述刀刃更遠離上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的上述轉(zhuǎn)動軸線。
2.一種用于切割聚合物的裝置，包括一固定刀、一轉(zhuǎn)動刀具盤和用于將聚合物推入上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的裝置，其中上述旋轉(zhuǎn)刀具盤具有一轉(zhuǎn)動軸線和一個或多個刀，各個刀在上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的外周緣上具有一刀刃，各個刀的進刀角在約+10°到約-15°，而其刃口角為70°或更大，條件是，上述刀的刃面上無任何一點比上述刀刃更遠離上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的上述轉(zhuǎn)動軸線。
3.一種用旋轉(zhuǎn)刀具切割聚合物的方法，其中改進包括，應用具有一轉(zhuǎn)動軸線和一個或多個刀的旋轉(zhuǎn)刀具盤，各個刀在上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的外周緣上具有一刀刃，各個刀的進刀角在約+10°到約-15°，而其刃口角為70°或更大，條件是，上述刀的刃面上無任何一點比上述刀刃更遠離上述旋轉(zhuǎn)刀具盤的上述轉(zhuǎn)動軸線。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置或方法，其特征在于，上述刃口角約為80°或更大。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置或方法，其特征在于，上述進刀角在約0°到約-5°。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，上述刀刃和上述固定刀之間的距離在約2到約5mm。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，上述刀刃和上述固定刀之間的距離在約2到約5mm。
8.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置和方法，其特征在于，上述轉(zhuǎn)動軸線和上述刀刃之間的螺旋角在約0°到約3°。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，上述聚合物是熱塑性的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，上述聚合物原始呈條的形狀。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，上述聚合物連續(xù)地喂送到上述旋轉(zhuǎn)刀具盤。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述條的最小橫截面尺寸約2mm。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述條具有圓形或方形橫截面。
14.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，上述聚合物包含至少一個填料或增強介質(zhì)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述聚合物包含至少一個填料或增強介質(zhì)。
16.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，制造上述聚合物的切片或顆料。
全文摘要
一種具有旋轉(zhuǎn)切割盤的聚合物刀具,在該切割盤上刀刃位于該盤的外周緣上,刀刃作剪切運動而不是切削運動。在旋轉(zhuǎn)盤上的刀片其刃口角大于70°。此裝置特別適用于切割熱塑性塑料,以制造聚合物顆?；蚓酆衔锲?。
文檔編號B29B9/02GK1275942SQ97182389
公開日2000年12月6日 申請日期1997年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者M·R·薩米爾, M·G·瓦戈納 申請人:納幕爾杜邦公司