專(zhuān)利名稱(chēng)：用于引入發(fā)泡劑的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)向熔融聚合物引入發(fā)泡劑或添加劑，從而通過(guò)擠 壓法來(lái)生產(chǎn)發(fā)泡部件或半成品零件的裝置和方法。
背景技術(shù)：
例如，由DE 198 53 021 Al已知一種此類(lèi)裝置，該裝置用于向熔 融聚合物注入流體，其尤其用于利用注模機(jī)制造發(fā)泡的成形零件。為 此在增塑集料(plastification aggregate)之后布置了注入體，在包含可旋 轉(zhuǎn)螺桿的圓筒中被熔融的熔融聚合物進(jìn)入該注入體。注入體包含魚(yú)雷 形筒(torpedo)，該魚(yú)雷形筒以熔融物通道為中心，且該魚(yú)雷形筒的外 側(cè)由燒結(jié)金屬制成。環(huán)形間隙的外周邊由同樣從燒結(jié)金屬制成的圓筒 形成。發(fā)泡劑既可以通過(guò)多孔的魚(yú)雷形筒的外殼也可以通過(guò)圓筒的燒 結(jié)金屬表面而引入熔融物。會(huì)發(fā)現(xiàn)該解決方案的一個(gè)缺點(diǎn)是由于短的 構(gòu)造空間，只可能在極其有限的程度內(nèi)進(jìn)行熱量的散發(fā)。為此根據(jù) DE 198 53 021 Al的裝置迄今僅用于注塑領(lǐng)域。
同樣用于擠壓法的根據(jù)EP1892034的解決方案也被認(rèn)為是進(jìn)一 步的發(fā)展。其中描述的設(shè)備具有用于添加劑，尤其是發(fā)泡劑的計(jì)量裝 置，添加劑被加入液體或糊狀的介質(zhì)。在液體介質(zhì)的情況下，該介質(zhì) 尤其可以是具有高粘性的液體，例如熔融聚合物，而熔融聚合物尤其 可用于用來(lái)生產(chǎn)發(fā)泡成形零件的設(shè)備。輸送裝置用于呈顆粒狀的聚合 物的液化，且該輸送裝置尤其可形成為擠壓機(jī)。該輸送裝置可以設(shè)計(jì) 成用于擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，或者可以執(zhí)行繞圓筒和螺桿活塞的公共軸線的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)。如果模制成分要計(jì)量加入(meterinto)到注塑機(jī)中，則螺桿和/或 螺桿活塞的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)是有利的。聚合物在圓筒中熔化后，液化的聚合物進(jìn)入計(jì)量裝置，在其中添加劑和呈液態(tài)或糊狀合成物的熔融物混 合。在計(jì)量裝置之后布置至少一個(gè)靜態(tài)混合器元件，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn) 在熔融物流中添加劑的均勻分布。為了增加壓力和/或?yàn)榱擞?jì)量，從混 合器元件排出的模制物料被引入壓縮空間和/或體積存儲(chǔ)空間，該空間 的體積可由在注入圓筒中能夠來(lái)回移動(dòng)的供料活塞改變。為了模制物 料的熱處理，注入圓筒在封閉體積的至少一部分上配備加熱裝置。如 果在通道的長(zhǎng)度上會(huì)發(fā)現(xiàn)模制物料的明顯溫度下降，用于從切斷機(jī)構(gòu) 到達(dá)并進(jìn)入壓縮存儲(chǔ)空間和/或體積存儲(chǔ)空間的輸送模制成分的連接通道也可同樣地設(shè)有加熱裝置。因此，在EP 1892034所示的用于計(jì)量 發(fā)泡劑的裝置的范圍內(nèi)，熱量不能#1有效的轉(zhuǎn)移，且熱量的轉(zhuǎn)移也與 根據(jù)EP 1892034的裝置的目的相悖。然而，對(duì)于連續(xù)操作中的大流率，尤其是如果要生產(chǎn)低密度的泡 沫，可4是供的冷卻能力不足的問(wèn)題依然存在。由于所需的發(fā)泡流體的 高比例，這些泡沫具有如下特征，即如果不確保單元壁(cellwall)具有 足夠的穩(wěn)定性的話，這些泡沫會(huì)掛縮。增強(qiáng)單元壁穩(wěn)定性的一項(xiàng)措施 是增強(qiáng)熔融物強(qiáng)度。通過(guò)提高熔融聚合物的粘性可以增加熔融物強(qiáng) 度，這導(dǎo)致增加的冷卻要求，因?yàn)闉榇吮仨毨鋮s熔融聚合物。為此前 述解決方案迄今僅限于重介質(zhì)到重泡沫的制造，且這種重泡沫具有基 于壓緊的泡沫即還未發(fā)泡的聚合物50% -90%的密度。由于低密度的泡沫需要高熔融物強(qiáng)度，因而擠壓工具出口處的溫 度必須保持盡可能低。由于有限的結(jié)構(gòu)空間，熱量的散發(fā)只可能在有 限的程度，因而迄今為止當(dāng)使用如上所述設(shè)計(jì)的計(jì)量裝置時(shí)，還不能 用擠壓方法來(lái)令人滿意地生產(chǎn)低密度泡沫。在EP 0 463 759中提議使用動(dòng)態(tài)混合器來(lái)混合擠壓機(jī)下游的發(fā)泡 劑。根據(jù)EP 0463 759的動(dòng)態(tài)混合器包括不一定為靜態(tài)的中空?qǐng)A柱形 定子，以及在該定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓柱形轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和定子相對(duì)的表面具 有在圓周上延伸的多個(gè)開(kāi)口，當(dāng)物料流過(guò)該混合器時(shí)，物料在相對(duì)的 表面間混合。該動(dòng)態(tài)混合器是不利的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，附加量200910149558.5說(shuō)明書(shū)第3/7頁(yè)的能量被加入到熔融物中，并且動(dòng)態(tài)混合器的機(jī)械部件在其生產(chǎn)和維 護(hù)中更加復(fù)雜。作為對(duì)該問(wèn)題的一種解決方案，可以提高冷卻能力，而這當(dāng)然會(huì) 和可提供的最大熱交換器表面的限制相沖突。因此冷卻能力接近最大 邊界值。作為一種常規(guī)方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員毫無(wú)疑義地將會(huì)考 慮在計(jì)量裝置以及靜態(tài)混合器元件的設(shè)計(jì)中使用具有更高熱傳遞系 數(shù)的材料。作為另一個(gè)解決方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)考慮擴(kuò)大擠壓裝 置，以增大熱交換表面。但這樣還會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題。擠壓裝置的擴(kuò) 大導(dǎo)致更高的壓力損失，這同樣是不希望的，原因尤其是因?yàn)閿D壓裝 置的生產(chǎn)能力被增加的壓力累積和/或引入熔融物的能量而降低，這又 需要更高的冷卻能力。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是生產(chǎn)相對(duì)于壓緊的或者甚至未發(fā)泡的聚合物而 言低密度的泡沫，即尤其是具有低于50%的密度的泡沫，優(yōu)選地低于20 % ，尤其優(yōu)選地低于10 % 。該目的通過(guò)一種用于生產(chǎn)泡沫的裝置而實(shí)現(xiàn)，該裝置包括用于熔 融聚合物的增塑的擠壓裝置，用于熔融聚合物的冷卻的熱交換器，以 及用于擠壓裝置到熱交換器的連接的連接件，且該連接件包括用于將 發(fā)泡劑引入熔融聚合物的計(jì)量裝置。該計(jì)量裝置包括用于均化 (homogenisation)的元件，且該用于均化的元件尤其包括靜態(tài)混合器。該計(jì)量裝置尤其可包括流體噴嘴。此外該擠壓裝置還可以包括這 類(lèi)流體噴嘴或根據(jù)EP 1892034或DE 198 53 021 Al的計(jì)量裝置。連 接件可形成為熔融聚合物通過(guò)其中而流動(dòng)的通道。該通道可尤其為環(huán) 形的，或者甚至形成為環(huán)形間隙。發(fā)泡劑優(yōu)選地包括物理發(fā)泡劑，尤 其是C02, N2， H20或這些發(fā)泡劑的組合。熱交換器可以形成為擠壓 裝置。備選地，熱交換器可以形成為靜態(tài)裝置，該裝置例如具有包含容納著發(fā)泡劑的熔融聚合物的內(nèi)部空間，并且該內(nèi)部空間包括裝置 物，且能夠引導(dǎo)冷卻劑通過(guò)至少其中一些裝置物。在該裝置中執(zhí)行一種用來(lái)制造低密度泡沫的方法，該方法包括如下步驟 在擠壓裝置中的聚合物的增塑 在計(jì)量裝置中向熔融聚合物通過(guò)計(jì)量而添加發(fā)泡劑，從而產(chǎn)生包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 在熱交換器中冷卻包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 其中，熔融聚合物在離開(kāi)沖齊壓裝置后流進(jìn)包含計(jì)量裝置的連接件中。包含發(fā)泡劑的熔融聚合物在連接件中被有利地均化，以便形成均 勻的泡沫，即具有基本上均勻分布的空腔或單元的泡沫。在均化之后， 包含發(fā)泡劑的熔融聚合物被輸送至熱交換器，以便可以對(duì)包含發(fā)泡劑 的熔融聚合物進(jìn)行冷卻，從而獲得足夠的熔融物強(qiáng)度，尤其是如果泡 沫相對(duì)于壓緊的即未發(fā)泡的聚合物制成為具有小于50%的密度，優(yōu)選 地小于20% ，且尤其優(yōu)選地小于10% 。擠壓裝置和計(jì)量裝置的分離導(dǎo)致擠壓裝置可以關(guān)于增塑進(jìn)行優(yōu) 化的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)這一點(diǎn)使得能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器，而無(wú)需對(duì)于增塑性 能、或者例如溫度靈敏度的靈敏度加工性或者纖維性材料做出折衷。 由于該原因可以以低成本實(shí)現(xiàn)第一擠壓裝置。此外，還有另一個(gè)好處 是不再必須在擠壓裝置中布置用來(lái)引入發(fā)泡劑的計(jì)量裝置。由于該原 因，可以無(wú)需將具有密集剪切機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)混合裝置作為擠壓裝置的部 件。對(duì)于靈敏性材料的處理尤其是有利的，因?yàn)閷⒊浞直苊鈱⑦@些材 料暴露于高剪力下。此外，擠壓裝置和計(jì)量裝置的分離還導(dǎo)致如下優(yōu)點(diǎn)，即通過(guò)用含 有卣素的添加劑例如阻燃劑來(lái)處理熔融聚合物，尤其是通過(guò)添加水作 為發(fā)泡劑，包含溴化物的反應(yīng)產(chǎn)物只能出現(xiàn)在擠壓裝置的下游，并且 因而對(duì)于擠壓裝置的傷害，尤其是腐蝕性介質(zhì)對(duì)于增塑螺桿的傷害可以消除。從而擠壓裝置中增塑螺桿的壽命可以極大地增加。發(fā)泡劑的計(jì)量獨(dú)立于第一擠壓裝置而在其之后發(fā)生于連接件中。 該連接件可以是可互換的，并因而用于現(xiàn)有設(shè)備的計(jì)量裝置可以筒單 地進(jìn)行升級(jí)。如果在同 一設(shè)備中要處理具有不同成分的熔融聚合物， 還可以快速地更換計(jì)量裝置，以對(duì)其進(jìn)行維修或用另 一個(gè)計(jì)量裝置來(lái)替代。通過(guò)設(shè)備的三個(gè)部分的模塊化結(jié)構(gòu)擠壓裝置，帶有計(jì)量裝置以及如果需要的話帶有均化裝置的中間件，以及熱交換器，各部件可 以單獨(dú)地更換，從而可以極大地降低維修成本。也可以在對(duì)用于壓緊熔融聚合物即不包含任何發(fā)泡劑的熔融聚 合物的標(biāo)準(zhǔn)擠壓裝置進(jìn)行維修之后，再升級(jí)整個(gè)計(jì)量裝置。各混合器 元件也可以日后安裝、更換或互換，因?yàn)榘ㄖ辽僖粋€(gè)圓筒及相關(guān)蝸 桿的擠壓裝置、計(jì)量裝置和各混合元件各自本身代表一個(gè)模塊。


在以下將借助附圖解釋本發(fā)明，附圖顯示了圖1是貫通根據(jù)本發(fā)明并根據(jù)第一實(shí)施例的裝置的截面圖。圖2是貫通根據(jù)本發(fā)明并根據(jù)第二實(shí)施例的裝置的截面圖。
具體實(shí)施方式
圖1顯示了根據(jù)第一實(shí)施例用于生產(chǎn)泡沫的根據(jù)本發(fā)明的裝置 1。該裝置l包括用于熔融聚合物的增塑的擠壓裝置2，用于冷卻熔融 聚合物的熱交換器3,并包括用于將擠壓裝置2連接到熱交換器3上 的連接件4。連接件4包括計(jì)量裝置5,用于將發(fā)泡劑引入熔融聚合 物。根據(jù)圖1，所謂串列式擠壓設(shè)備(tandem extrusion plant)被用于擠 壓結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。在這種情況下擠壓裝置l接管了增塑和增壓的任務(wù)， 但不管發(fā)生在連接件4的通道7中的發(fā)泡劑的計(jì)量和混入的任務(wù)。例 如可使用根據(jù)EP1892034和DE 198 53 021 Al的計(jì)量裝置。計(jì)量裝置 5尤其使得能夠通過(guò)與熔融聚合物相接觸的其中一個(gè)或多個(gè)表面引入8發(fā)泡劑。均化裝置6設(shè)于計(jì)量裝置5之后。該均化裝置包括用于均化 的元件13，其形成為靜態(tài)混合器14。多個(gè)靜態(tài)混合器可以相繼地連 續(xù)布置。在計(jì)量裝置5和均化裝置6中產(chǎn)生的包括發(fā)泡劑的熔融聚合 物被引入熱交換器3。根據(jù)圖1，熱交換器3形成為擠壓裝置，在后 文中稱(chēng)為第二擠壓裝置8。該第二擠壓裝置8主要用于熔融泡沫的冷 卻。其尤其包括低速運(yùn)行的螺桿15，通過(guò)該螺桿使包含發(fā)泡劑的熔融 聚合物保持移動(dòng)，^f旦僅引入低的剪力。通過(guò)熔融聚合物在該第二擠壓 裝置中的持續(xù)重新定位，可以改善均化。同時(shí)通過(guò)移動(dòng)可以改善熱傳 遞。圖2圖示了另一個(gè)實(shí)施例，其基本上包含和根據(jù)圖1的裝置相同 的部件，這將在后文中提及。與圖l相反的是提供了形成為靜態(tài)裝置 9的熱交換器3。該術(shù)語(yǔ)例如可以理解為包括管狀集束熱交換器。靜 態(tài)裝置9具有包含含有發(fā)泡劑的熔融聚合物的內(nèi)部空間10并包含裝 置物11?？梢龑?dǎo)冷卻劑12通過(guò)該裝置物11的至少一部分。在根據(jù)圖1或圖2的裝置中執(zhí)行一種用于制造低密度泡沫的方 法，該方法包括如下步驟 在擠壓裝置2中的聚合物的增塑 在計(jì)量裝置5中向熔融聚合物通過(guò)計(jì)量而添加發(fā)泡劑，從而產(chǎn)生包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 在熱交換器(3， 8， 9)中冷卻包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 其中，熔融聚合物在離開(kāi)擠壓裝置2后流進(jìn)包含計(jì)量裝置5的連 接件4中。包含發(fā)泡劑的熔融聚合物還可以在均化裝置6中另外地均 化。隨后在均化后將包含發(fā)泡劑的熔融聚合物輸送至熱交換器(3, 8, 9)。通過(guò)該方法可以生產(chǎn)相對(duì)于壓緊聚合物即未發(fā)泡聚合物而言具 有小于50%,優(yōu)選地小于20%,尤其優(yōu)選地小于10%的密度的泡沫。 換句話說(shuō)，該泡沫比壓緊的即未發(fā)泡的聚合物輕多于50%,優(yōu)選地輕 多達(dá)80 % ，尤其優(yōu)選地輕多達(dá)90 % 。如2003年Carl Hanser Verlag Munich出版的Osswald, Tim A.和 Menges, Georg 所著的手冊(cè) "Materials Science of Polymers for Engineers"第2版中所指出，壓緊的未發(fā)泡的聚合物的密度對(duì)于例如 低密度的聚乙烯(LDPE)在910 - 925(kg/m3)的范圍之間，而對(duì)于高密度 的聚乙烯(HDPE)在941 - 965(kg/m3)的范圍之間。而如 www.wikipedia.org中在聚丙烯詞條下所示,對(duì)于無(wú)定形聚丙烯，密度 為大約855(kg/m3)，而對(duì)于晶體狀聚丙烯，密度為大約946(kg/m3)。 當(dāng)例如使用具有950(kg/m"的HDPE制造泡沫時(shí)，可以制造具有小于 50% x 950(kg/m3"475(kg/m3)的密度的泡沫，優(yōu)選地小于190(kg/m3)， 尤其優(yōu)選地小于95(kg/m3)。尤其是可以制造密度小于100(kg/m"的泡 沫。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)泡沫的裝置(1)，包括用于熔融聚合物的增塑的擠壓裝置(2)，用于冷卻該熔融聚合物的熱交換器(3，8，9)，以及用于將所述擠壓裝置(2)連接到所述熱交換器(3，8，9)上的連接件(4)，其中，所述連接件(4)包含用于將發(fā)泡劑引入所述熔融聚合物的計(jì)量裝置(5)，其中所述計(jì)量裝置(5)包含用于布置在所述計(jì)量裝置(5)的下游用于均化的元件(13)，其特征在于，該用于均化的元件包括靜態(tài)混合器(14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)量裝置(5) 包括流體噴嘴。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 連接件(4)形成為包含所述熔融聚合物的通道(7)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 發(fā)泡劑包括物理發(fā)泡劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)泡劑包含水。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 熱交換器(3)形成為擠壓裝置(8)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 熱交換器(3)形成為靜態(tài)裝置(9)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述靜態(tài)裝置具 有包含所述熔融聚合物的內(nèi)部空間(10)并包括裝置物(11),其中可以將 冷卻劑引導(dǎo)通過(guò)至少其中一些所述裝置物(ll)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 熔融聚合物包含包括卣素的添加劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述包括卣素的 添加劑包括阻燃劑。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該泡沫具有相對(duì)于壓緊的即未發(fā)泡的聚合物而言小于50%的密度，有利的是小于20%，尤其優(yōu)選地是小于10%。
12. —種用于制造低密度泡沫的方法，包括如下步驟 在擠壓裝置中的聚合物的增塑 在計(jì)量裝置中向熔融聚合物通過(guò)計(jì)量而添加發(fā)泡劑，從而產(chǎn)生包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 在熱交換器中冷卻包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 其中，所述熔融聚合物在離開(kāi)所述擠壓裝置后流進(jìn)包含所述計(jì)量 裝置的連接件，其中所述計(jì)量裝置包含布置在所述計(jì)量裝置的下游用 于均化的元件，從而通過(guò)在靜態(tài)混合器中混合所述熔融聚合物而在該 用于均化的元件中將所述熔融聚合物均化。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，制造出相對(duì)于 壓緊的即未發(fā)泡的聚合物而言具有小于50%的密度的泡沫，有利的是 小于20%，尤其優(yōu)選的是小于10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于引入發(fā)泡劑的裝置和方法，具體而言，一種用于制造泡沫的裝置(1)包括用于熔融聚合物的增塑的擠壓裝置(2)，用于冷卻該熔融聚合物的熱交換器(3，8，9)，以及用于將該擠壓裝置連接到該熱交換器(3，8，9)上的連接件(4)，其中該連接件(4)包含用于將發(fā)泡劑引入熔融聚合物中的計(jì)量裝置(5)。
文檔編號(hào)B29C44/00GK101612771SQ200910149558
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者C·施盧默 申請(qǐng)人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司