CN101189114A - 用于制备很宽的扁平塑料基结构的模具 - Google Patents

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Abstract

用于制备很宽的扁平塑料基结构的模具，由底座(1)和盖子(1bis)组成，并包括：用于供应熔融塑料并敞开至分配通道(7)中的多个沟槽(5)；用于输出基本呈扁平结构的熔融塑料的纵向溢出槽(13)；所述分配通道(7)和溢出槽(13)通过具有大致三角形截面的多个分配器(8)而连通，分配器具有下游顶点(6)和两个上游顶点，进料沟槽(5)在下游顶点附近露出，两个上游顶点形成分配沟槽(7)的交叉点和溢出槽(13)的交叉点，其特征在于，通过模具的特定的上游孔口(3)给每个进料沟槽(5)供应熔融塑料。

Description

用于制备很宽的扁平塑料基结构的模具
技术领域
本发明涉及一种用于制备很宽的扁平塑料基结构的模具，更特别地，涉及一种制备热塑性聚合物基结构的模具。本发明也涉及一种用于形成三维塑料基结构且包括所述模具的设备。
背景技术
许多工业(汽车、结构工程、造船等)使用由塑料制造的很宽(大于1米，甚至高达2或3米)的扁平结构(板、片、网状物)。用来形成这些结构的塑料通常是热塑性聚合物，例如PVC，其具有低的热稳定性(称为“热敏性”)和/或常常是粘性，即使在高温下也是如此。当这些聚合物流到很宽的传统平模中时，由于在横向熔融聚合物分配通道中花费的时间过长，所以在挤出几个小时后，所获结构的边缘便发生退化。另外，由于所使用的高流速和熔融聚合物从模具中心到末端的过长通过时间，所以很难调节该结构的中心和末端处的温度。因此，这些限制意味着使用这些聚合物的平模的宽度受限。
当所获的扁平结构意于随后由另一个模具进行熔融处理，以获得例如各种截面或称为“蜂窝”板(具有垂直于该板平面的圆形、椭圆形或多边形孔(cell))的板件这样的三维结构时，该受限的宽度会造成其它缺陷。因此，当称为上游模具的平模向称为下游模具的另一模具制备段时，无法在每个点处控制网状物通过上游模具槽的流速，以在整个宽度上正确、均匀地向下游模具供应，从而不能形成均匀的结构元件。
实际上，用于制备很宽片材的挤压设备已有描述(文献US-A-3 849051)，其包括通过至少两个相对放置的进料沟槽供应的平模、和可以将热塑性塑料引入到一个中的轴、和在热塑性塑料排出口的槽中终止分配沟槽。但是，这两个进料沟槽的相对配置不适用于热敏性热塑性塑料，因为该热敏性热塑性塑料在其结合区域中必然停滞。
另一平模进料布置已经描述在文献FR-A-1285580中。在所述几何形状中，配置了几个进料沟槽。但是，熔融态的材料通过树状结构的沟槽而分配，以在需要宽度上将熔融材料供应到每个树状结构的出口。这种类型的分配也不适用于热敏性热塑性塑料，并且也不能在上游模具的整个宽度上平整排出材料流。
尽管文献FR-A-1 360 137中的部分内容实际上描述了一种挤出由粘性或热敏性热塑性塑料制成的很宽片材的方法，根据该方法，来自于至少一个塑化单元的热塑性材料的液流分成几个次级流，通过抗挤压的挠性连接管向一个或多个挤出模具形成通道，但该文献没有提供本领域技术人员可以利用的关于该流体的分配方式和从每个挠性管向平衡到模具的出口的方式的详细内容，并且也没有提出用于控制从每个挠性管流出的液流的分配的装置。
最后指出，其它文献(例如专利US 2 734 224和GB 1 282 876)提出了类似于本发明中所谓的“多”模的模具，但是，在后者中，流体分隔器(即用于排出挤压机的熔融材料的液流)与模具形成为单一件。这种模具的主要缺点是无法完美地均衡每个分支的液流，并且任何不均衡仅能够增加工业使用时的时间。具体地，因为在平模的特定区中加工流体分隔器，所以无法根据观察到的不均衡而独立地调整该流体。
发明内容
因此，本发明旨在解决制备具有很宽的且具有均匀结构的塑料基合成物的问题。为达到该目的，旨在提供一种“多”模(即具有至少两个进料通道的模具)，其完美地对这些扁平结构的制备进行平衡，且意于调整。其目的还在于解决基于这些扁平结构的三维结构(例如节段和“蜂窝”结构)的形成问题。
因此，本发明的第一目的是提供一种用于制备很宽的扁平塑料基结构的模具，其由底座和盖子组成，并包括：
-用于供应熔融塑料并敞开至配通道中的多个沟槽；
-用于输出基本呈扁平结构的熔融塑料的纵向溢出槽；
所述分配通道和溢出槽通过具有大致三角形截面的多个分配器而连通，所述分配器具有下游顶点和两个上游顶点，进料沟槽在下游顶点附近露出，两个上游顶点形成分配沟槽的交叉点和溢出槽的交叉点，通过模具的对特定的上游孔口给每个进料沟槽供应熔融塑料。因此，这个特点意味着流体分隔器位于模具的上游，并且并不包括于其中，这便可以容易地对其进行调节，以在不必修改后者的情况下均衡模具。
根据本发明的模具由底座和任何形状(通常是六边形)的盖子联合而成。在它们连接处，该底座和该盖子从所述模具的上游到下游限定熔融塑料的流动平面(P)和流动方向(E)。该流动方向通常基本垂直于所述底座的上游和下游表面和熔融塑料的溢出槽(f)。
沟槽(c)可以位于与流动平面(P)不同的平面、彼此位于不同的距离或与流动方向(E)成不同的方向。但是优选地，这些沟槽(c)彼此以相等的距离位于流动平面(P)中，并定向在与流动方向(E)基本平行的方向上。沟槽(c)可以具有使熔融塑料基本均匀流动的任何横截面。优选地，该截面是圆形的。
根据本发明的模具包括至少两个沟槽(c)。通常地，它包括大于2个的沟槽(c)，优选3～5个沟槽(c)，基本相互平行并等距离。通常地，因为实际原因，沟槽(c)的数目不超过10个，优选不超过6个。
根据本发明，每个沟槽(c)都由挤压装置供应熔融塑料，这通过特定的上游孔口完成而得以完成(也就是说每个沟槽(c)对应着模具中的进料孔口)，这意味着来自挤压机的流体在模具的上游分隔。
换句话说，根据本发明，将挤压装置出口的液流分给每个分配器的流体分割器放在平模外，且其是用于在模具与挤压装置之间进行连接的元件。
这些分割器具有用于所述分割器的每个沟槽的流体控制系统。优选地，通过每个沟槽上的可调节热调节器获得对于该流速的调节，调节器可以补偿约2％、甚至约5％、在一些情况下甚至约10％的流速偏差，从而模具排出口处对应着每个分配器的流速是相同的(实际上：在1％内或甚至在0.1％内)。
分割器优选是Y形构造，两部分之间没有安装连接弯管，Y形构造的杆连接到挤压机和每个分配器上的分支上。如果每个挤压机具有大于2个的分配器，那么分支的数目等于分配器的数目，并且它们优选具有相同的长度，最特别地优选也具有相同直径。
根据本发明，挤压装置可以由一个或多个传送熔融塑料的挤压机组成。因此，这意味着挤压机可以供应大于一个的沟槽(c)。优选地，一个和同一挤压机可以供应两个和甚至三个沟槽(c)。通常避免用同一挤压机供应大于四个的沟槽(c)，以防止现有技术装置遇到的熔融塑料物流不均匀性的问题。而且，为了该目的，沟槽(c)可以配备独立的阀门，用于调节挤压机的各个流速。
在根据本发明的模具中，沟槽(c)开放至分配通道(d)中，分配通道(d)将熔融材料供应给通常具有三角形截面的多个分配器。根据该构造，分配通道(d)是基本具有曲折形状的纵向凹槽，与许多分配器(r)毗邻。后者具有沟槽(c)在其附近出现的下游顶点和两个与溢出槽(f)相接触的上游顶点。分配通道(d)和分配器(r)用于从每个沟槽(c)将熔融塑料逐渐分配给溢出槽(f)。
在该构造中，分配器(r)并排地放在溢出槽(f)的基本整个宽度上。优选地，它们具有基本相同的尺寸和相同的形状(在制造公差内)。
尽管如前面所述，这些分配器(r)具有通常三角形的截面(通过与流动平面平行的平面)，但是，必须理解，在本说明书中，该定义也覆盖了具有例如基本U形截面、称为“鱼尾”的截面或其它称为“衣架”的截面的分配器。后者显示在例如Chris Rauwendaal的“PolymerExtrusion”，Hanser Publishers，1990，第444页中。
为避免熔融塑料在根据本发明的模具中的任何粘附和/或变质，沟槽(c)和/或分配通道(d)和/或溢出槽(f)的内表面可以涂覆有非粘性材料(如PTFE、陶瓷等)的网状物。
优选地，可以对溢出槽(f)中熔融塑料流体的可用厚度进行调节，以使液流中熔融材料的滞留时间、压力以及温度得以最好地均匀。
为了使该厚度可变化，“背压杆”(此后更简单地称为“杆”)可以放在根据本发明的模具的底座中，优选相对于每个分配器(r)基本在溢出槽的中心，例如在任何(但是优选梯形)节段的凹槽中。这些杆(其接触熔融塑料的上表面基本是长方形)对本领域的技术人员是熟知的；它们例如在上面提及的“Polymer Extrusion”第444页中描述为“节流栓”。
通常地，杆的数目等于分配器(r)的数目，每个杆可独立地并与直接邻接的分配器(r)的杆分别地调节。为了均衡熔融塑料物流和在溢出槽(f)的排出口处得到均匀厚度的结构，根据扁平结构的所需厚度和根据温度、流速和压力的差，这些杆通常可以以已知的方式垂直流动平面(P)地移动。
实际上，为体现本发明的该变型，可以首先用任何已知的计算方法(例如使用市场上可得到的许多熔体流动模拟程序中的一个)计算该缝隙中心的理想理论厚度，然后相应地定位这些杆。备选地或另外地，可以通过反复试验而朝着理想厚度加工。
溢出槽在流动平面(P)中且在垂直流动方向(E)的方向上的总长度通常大于1米，优选大于2米，甚至3米，因此可以容易地形成很宽的扁平结构。
关于该缝隙的宽度(仍是在流动平面(P)中的尺寸，但这时为在流动方向(E)上的尺寸)，这通常是mm或甚至cm的问题。但是，通常小于30cm，甚至20cm，和优选小于10cm。
利用本发明的模具可以转变成扁平结构的塑料可以是任何热塑性聚合物(包括热塑性弹性体)和它们的混合物。“聚合物”是指均聚物和共聚物(特别是二元或三元共聚物)。以非限定方式，这样的共聚物的例子是无规共聚物、序列共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。
处理温度比分解温度低的任何类型的热塑性聚合物或共聚物适合用在根据本发明的模具中。熔融范围跨越至少10℃的合成热塑性塑料特别适合。作为这样材料的例子为分子量表现出多分散性的材料。
特别地，可以使用聚烯烃、聚卤乙烯(PVC-PVDF)、热塑性聚酯、脂肪族或芳香族聚苯砜(PPSU)、聚酮、聚酰胺(PA)和它们的共聚物。聚烯烃[特别是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)]、PPSU、PA和PVC给出良好的结果。根据本发明的模具最特别适合将热敏性热塑性聚合物例如PVC转化成很宽的扁平结构。
根据本发明的模具有利地应用于具有等于或大于2500Pa.s，优选3000Pa.s，甚至4000Pa.s的熔融粘度(在模具中聚合物的温度和0.1rad/s下测定)的聚合物的转化。
根据本发明的模具可以用于转变单一聚合物、聚合物的混合物或共聚物或聚合材料与各种添加剂(稳定剂；增塑剂；颜料；无机、有机和/或天然或聚合填料等)的混合物。这些聚合物可以经历各种处理，例如膨胀、定向等。根据本发明的模具可以用于转变包括发泡剂的热塑性聚合物，因此，可以例如将在后面描述的设备中用于制备膨胀的或发泡的多孔(cellular)结构。
从根据本发明的模具的缝隙(f)排出的很宽的扁平结构本身可以用任何已知的合适的再加工系统例如印花辊、抛光辊、压延辊等转化用于最终的成形。根据本发明的模具也可以协作并供应其它成形装置，如可以制备例如0.2～20mm厚的平板的校准开口。
根据优选的变体，上面描述的根据本发明的模具，此后称为“上游模具”，可以将熔融的扁平结构供应给成形装置，此后更简单地称为“下游模具”，这样上游模具和下游模具相互作用形成用于成形塑料基三维结构的设备，该设备构成本发明的第二主题。
在该设备的最通用构造中，通过上游模具的缝隙(f)传送的由熔融塑料制成的很宽的扁平结构供应给下游模具，用于将该材料成形成三维结构。在本说明书中，“三维结构”意为具有三维的任何塑料结构，用具有合适轮廓和在根据本发明的设备中起下游模具作用的任何模具传送。该三维结构也可以包括与由其衍生的平结构的平面平行地放置的连接在一起的中空体。
优选地，所涉及的三维结构是如上面定义的称为“蜂窝”结构的多孔结构。用于获得这样的结构的下游模具例如描述在文献EP 1 009625和DE 1779330中，为该目的将它们的内容参考地引入到本申请中。用PVC基多孔结构，本发明的该变体给出良好的结果。
附图说明
现在参照本发明附带的附图解释本发明的一个特定实施方案。这些附图由附带的示意地表示根据本发明的典型实施方案的图1～4组成。
图1a、1b和1c分别是计划形成盖子也是六边形的模具的六边形底座的透视图、自下方的侧视图和后视图，由于具有许多分配通道和三角形截面分配器以及塑料进料沟槽，所以熔融的塑料在模具内流动，并以熔融材料的均匀流体形式通过溢出槽排出。
图2是图1的底座的顶视图。
图3是上游边缘，特别是用于在图1的模具中供应塑料的沟槽的进料口的上游边缘的图。
图4是图1～3的底座与盖子连接形成的模具的横截面的图。
具体实施方式
在附图所示的模具的特定实施方案中，平模的底座1具有上游边缘2，熔融塑料通过入口沟槽(未显示出)并穿过所述上游边缘2而到达，且穿过模具中的四个孔口3而进入。熔融塑料通过下游边缘4排出。底座1的上部限定流动平面(P)(仅表示在图1a中)，其中，通常扁平塑料的网状物在模具1内以流动方向(E)(仅显示在图1a中)流动。
所示的平模包括用于供应熔融塑料的四个沟槽5，所述四个沟槽5相互平行且彼此等距离地放置，并在与流体方向(E)平行的流动平面(P)中延伸。每个进料沟槽5包括用于将塑料排放到分配通道7的下游孔口6，所述分配沟槽7在大致垂直(考虑到其曲折形状)于流动方向(E)的用于分配的纵向方向(呈曲折形)上在流动平面中延伸。进料沟槽5的每个孔口3在上游连接到用于挤出塑料的装置(未显示出)。
所述底座也包括沿位于分配通道7下游的三角形分配器8而延伸的溢出槽13。因此，每个进料沟槽5可以通过其下游孔口6而将塑料流导向分配通道7，分配通道7的每部分将熔融材料扩展到三角形分配器8上，所有三角形分配器8相互作用，以形成共同的溢出槽13。
在所示的实施方案中，使用四个进料沟槽5、分配通道7的四个部分和四个V形三角形分配器8可以制备均匀的塑料进料，也就是说，可以得到连续的进料和在溢出槽13的出口处的所有点处都均匀和相同的温度分布、流速分布和压力分布。
在图4中，可以看到溢出槽13包括分别位于底座1和模具的盖子1bis中的两个表面14，所述表面平行于流动平面(P)且以相互离开的方式而延伸。溢出槽13可以通过下游注入口9而对沿流动方向(E)均匀引导流动的熔融塑料，以形成宽度基本对应用于形成三维结构的设备的下游模具的出口宽度的网状物。
为了控制和调节网状物的厚度和改进流体的控制和调节，在均衡材料流时，溢出槽13包括可以垂直于流动平面(P)进行移动的背压杆15。每个背压杆15放置在与每个三角形分配器8相对的溢出槽13的中心，以便能够根据温度差、流速差和压力差而利用位于底座下的传统调节装置(未显示出)使背压杆15独立于其相邻的背压杆15而发生移动，从而均衡材料流并在模具出口处获得均匀的塑料网状物。

Claims (8)

1.一种用于制备很宽的扁平塑料基结构的模具，其由底座(1)和盖子(1bis)组成，并包括：
-用于供应熔融塑料并敞开至分配通道(7)中的多个沟槽(5)；
-用于输出基本呈扁平结构的熔融塑料的纵向溢出槽(13)；
所述分配通道(7)和溢出槽(13)通过具有大致三角形截面的多个分配器(8)而连通，所述分配器具有下游顶点(6)和两个上游顶点，进料沟槽(5)在下游顶点附近露出，两个上游顶点形成分配沟槽(7)的交叉点和溢出槽(13)的交叉点，其特征在于，通过所述模具的特定的上游孔口(3)给每个进料沟槽(5)供应熔融塑料。
2.根据权利要求1所述的模具，其中所述分配器(8)并排地放置在溢出槽(13)的基本整个宽度上，并具有基本相同的尺寸和相同的形状。
3.根据权利要求1或2所述的模具，也包括放置在基本位于溢出槽(13)中心的底座(1)的凹槽中的背压杆(15)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述模具的用途，用于制备很宽的扁平热敏性热塑性聚合物基结构。
5.根据前述权利要求所述的应用，其中所述热敏性聚合物是PVC(聚氯乙烯)。
6.一种用于制备三维塑料基结构的设备，包括如权利要求1～3中任一项所述的模具和适于将从所述模具排出的扁平结构转变成三维结构的成形装置。
7.根据权利要求6所述设备用于制备多孔结构的用途。
8.根据前述权利要求所述的应用，其中所述多孔结构是PVC基。
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