用于加工聚合物材料的机器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于加工聚合物材料的机器。
[0002]特别地，本发明涉及一种包括定子、可绕转动轴旋转的并与该定子连接的转子和在所述定子和转子之间用于加工所述聚合物材料的加工通道的机器。
【背景技术】
[0003]本发明通常涉及上述类型的机器，并配置为通过将至少两种组分进行融化或混合或脱气以加工聚合物材料，其中第一组分是粘性液体，而另一个第二组分是粘性液体或颗粒状固体或气体或上述成分的组合。
[0004]用于加工上述类型的聚合物材料的机器包括螺杆机或螺杆挤出机，其中螺杆在圆柱(cylinder)中是可旋转的，从而限定螺旋状加工通道。
[0005]所述螺杆机具有一些缺陷。
[0006]首先，所述螺杆机中的聚合物的流速受如下事实限制:通过流动通道的宽度是螺距的函数，相应地，螺距是螺杆的角度和螺纹的厚度的函数，以及受如下事实限制:聚合物材料的流动有两个速度分量，其中只有一个速度分量有助于该材料流向输出，决定排放流速。聚合物材料的流动具有平行于该螺纹且为螺旋角的余弦函数的速度分量，和垂直于该螺纹且为螺旋角的正弦函数的速度分量，其对所述通道内的材料朝向输出的流动没有贡献。由于速度分量的这种分布，物理上不可能知道是哪些流体颗粒沿两个路径中的一个或另一个路径行进。特别是，不可能知道是哪些颗粒沿着垂直于所述螺纹的环路行进，然而，在某些情况下，沿轨迹控制液体的速度剖面(speed profile)和其变形将是特别感兴趣的。
[0007]所述螺杆机还存在其他问题，例如不充分且低效的液体的延展分布，不充分的且低效的气液二相混合物的脱气，不充分的且低效的热塑性固体物质的融化。
[0008]在前两种情况下，加工问题与液体颗粒穿过位于螺纹和圆柱之间的间隙相关联。在这些情况下，事实上，相当大量的液体颗粒沿着平行于螺纹的轨迹设置，而不是沿垂直于螺纹的环形轨迹设置，从理想的过程中溢出。为了弥补这个缺陷，已知的解决方案是通过加长所关注的段从而增加所述挤出机的局部环形流速。这增加了所有颗粒以理想的方式进行“变形”的概率。所需的流速增加通常是非常显著的且范围是从排放流速的理论最小值的4倍、6倍到20倍以上。然而，远远大于必须的混合或脱气区域的设计，导致了相当大的缺陷，包括更高的投资、更大的占用空间、降低的能源效率和聚合物材料的降解风险。
[0009]最后，螺杆机要经受脱气烟道区域中的污垢。在螺杆机中，脱气经过形成于所述圆柱的表面上的液体薄膜、在液体/气体交界面处发生。因为聚合物材料中的至少一部分，无论多小，必须要与圆柱和螺杆二者相接触从而允许其供给，与圆柱和螺杆二者相接触的这部分材料是强制性的，从而在脱气烟道的前方经过，每一轮一次，并因此“弄脏”该烟道区域。
[0010]为了弥补上述缺陷，机器已被设想为使用环状加工通道以加工聚合物材料，换句话说，不是螺旋状的加工通道。
[0011]例如，在美国专利申请US 5，200，204(Douglas J.Horton),US 4，012，477 (Beck)，US 4, 813, 863 (Granville J.Hahn)，US 4，501，543 (Rutledge)，US 3，880，564 (Beck)中，已知一种机器包括圆柱形转子、具有用于该转子的底座的定子以及在该转子与该定子之间形成的加工通道。环状加工通道的形成是由于如下事实:该定子的底座的直径大于转子的直径，该转子相对于该底座以可旋转的方式绕旋转偏心轴安装，或该底座具有椭圆形的形状。
[0012]用于加工聚合物材料的机器的另一种类型如US 4，194，841 (Z.Tadmor)、US4，606，646 (S.Metha)以及TO 2008071782 (G.Ponzielli)中所示。如上所述的所有专利都示出了具有形成在转子中的环状加工通道的挤出机。
[0013]如上所述的多种机器的主要缺陷在于如下事实:既不可能在某些情况下，也不仅在其他情况下，局部改变加工通道的高度并且因此根据特定的需要沿着路径点对点限定加工通道。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是提供一种如上所述类型的且不受已知的现有技术中的缺陷影响的机器。
[0015]根据本发明，提供了一种用于加工聚合物材料的机器，所述机器包括绕转动轴可旋转的转子；与该转子密封地连接的定子；至少一个环形凹槽，沿着小于360°的角度在所述定子中延伸并与该转子形成用于所述聚合物材料的加工通道；至少一个输入通道，用于将该聚合物材料供给到该加工通道；以及输出通道，用于从所述加工通道排出该聚合物材料。
[0016]由于本发明，可以提供一种具有适合于加工类型的几何特性的加工通道，必须设计用于该加工类型的且没有特殊结构限制的机器。
[0017]根据本发明优选的实施例，该凹槽垂直于转动轴的环形方向上延伸。
[0018]以这种方式，当所述材料是液体时，聚合物材料的速度具有一个单一分量，并且在所述转子的壁附近实质上对应于所述转子的速度。
[0019]优选地，该凹槽具有平行于所述转动轴测量的恒定宽度。
[0020]所述恒定宽度允许聚合物材料的正常流速。然而，可以在转动环形周围提供非恒定的宽度而不存在任何问题，例如，用于促进液体的二维延伸。
[0021]优选地，该凹槽的底面设置在所述转子的一定的距离处，从而确定所述加工通道的可变高度。
[0022]所述加工通道的可变高度允许加工通道的设计具有不同的目的，例如聚合物材料的融化或脱气，或者基本固体颗粒的团聚物在聚合物基质中渗入或分散，或者最后，一个或多个液体分散在一个或多个其他液体中。
[0023]根据本发明的优选的实施例，所述加工通道包括第一部分，具有恒定高度、设置在输入通道；第二部分，具有低于第一部分的高度的恒定高度、设置在输出通道且具有栗送效应；和第三部分，包含在第一部分和第二部分之间，具有递减的高度，其初始高度与第一部分的高度相等，其最终高度与第二部分的高度相等。
[0024]第一部分的配置是用于稳定材料；第三部分的配置是用于在所述转子的表面上压紧该固体材料，或“拉长”液体材料，给予拉伸型应力，而第二部分的配置是用于产生正压力梯度以克服在出口处的压力损失。
[0025]在这个优选实施例的变化中，在第一和第二部分之间设置的第三部分包含一系列汇聚区域，每个汇聚区域都跟随由发散区域。这种变化的原因是为了提供多个顺序汇聚区域，通过增加所述材料从加工器中出来前被迫经过的“拉长部分”的数量。
[0026]根据几何变量例如，最主要的，所述通道的汇聚角度、该部分的长度和转子的速度，汇聚/发散段促进团聚物的分散以及互不相容的液体的混合。
[0027]根据本发明的进一步优选的实施例，该加工通道包括具有恒定高度的第一部分以及具有低于第一部分的高度的恒定高度且具有栗送效应的第三部分。这种配置是尤其优选用于液体混合物脱气。在这种配置中，液体像薄膜一样铺展在所述转子的表面，从而在暴露的膜的表面和在圆柱上方的壁之间，形成明显的恒定距离，例如几毫米。由于这种配置，在膜的暴露的表面上形成恒定的真空，例如通过在加工室应用真空栗，是特别简单和有效的。在某些细节上可进一步看出，膜的厚度是由液体的密度、通道的宽度、液体的体积流速、转子的速度，并由其他材料参数如气体穿过液体的扩散系数所决定的。
[0028]优选地，所述转子具有光滑的外表面。
[0029]所述加工通道完全设置在所述定子中。
[0030]根据本发明的优选的实施例，该机器包含供给通道，该供给通道用于向所述加工通道供应配置为分别渗入并分散在聚合物基质中的基本颗粒的团聚物。
[0031]此配置允许得到复合聚合物材料。
[0032]优选地，所述输入通道包括两个输入口，分别沿加工通道接连地设置在所述基本颗粒的团聚物的各自孔的上游和下游，从而在液体聚合物材料的两层间供给团聚物。
[0033]由于这种配置，可以将基本颗粒的团聚物夹在聚合物材料的两层之间，并因此促进了团聚物的渗入和分散。
[0034]根据本发明的另一优选的实施例，该机器包括脱气通道，配置为排放在聚合物材料的加工过程中产生的气体。
[0035]这特别有利于在转子上铺展聚合物材料的薄膜，从而不弄脏脱气通道输入且使加工通道的一部分不被占用，从而限定脱气室。
[0036]根据本发明的优选的实施例，所述机器包括位于加工通道外部、用于再循环的再循环系统