CN102414008B - 喷嘴板、挤出装置以及它们的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凹凸的喷嘴板（4），在凸形的侧面上布置喷嘴（3），该喷嘴板或装备该喷嘴板的挤出装置（2）适用于在线材成粒中挤出塑料熔体，在平面的熔体通道宽度与一条连线之间的角度大于0°并且最大为22°，所述连线为喷嘴边缘到一个交点的连线，所述交点为喷嘴板圆弧与在熔体通道宽度上的中垂线的交点，喷嘴板具有部分球面或部分圆柱面的形状，并且各喷嘴本身具有至少一个圆柱形部分，所述圆柱形部分在喷嘴板内部设置成使得喷嘴圆柱轴线经过构成喷嘴板的部分球面的球中心或者垂直于构成喷嘴板的部分圆柱面的圆柱旋转轴线。

Description

喷嘴板、挤出装置以及它们的应用
技术领域
本发明涉及一种凹凸的喷嘴板，多个喷嘴在凸形的侧面上布置，该喷嘴板例如在线材成粒中适用于挤出熔体。本发明还涉及该喷嘴板用于挤出熔体的应用、在使用喷嘴板时的相应方法以及配备该喷嘴板的挤出装置。
背景技术
挤出装置的喷嘴板从塑料加工中已知各种各样的。通过该喷嘴板挤压液化的塑料材料，其例如按照连续浇注法加工。
为了提高经济性，在这里原则上要求在挤出装置中的生产能力的提高。达到提高的生产能力的主要限制特征是在挤出机头部中的喷嘴板中的喷嘴的布置和数量。在给定的头部宽度中不能任意增多喷嘴的数量，因此在挤出的线材彼此逐渐缩小的间距时，因线材的波动，线材断裂的概率上升。因此通常的处理方式在于，在可供使用的面积的最充分利用下，提高排出速度，但较高的排出速度导致不平静的运行性能和过程可靠性的恶化。
全部已知的喷嘴板的几何形状的共同点是，在喷嘴板上的压力分布是不均匀的，并且压力从外面的线材向里面的线材那边改变。因此在喷嘴板的边缘区域内的线材不平静地和以相对于喷嘴板中心不同的排出速度行进。这明显地提高线材断裂的危险并同时限制最大可能的排出速度或每个喷嘴的生产率。
另一问题是线材离开喷嘴板向第一排出辊的引导及其转向。随着线材从喷嘴排出向线材导向的位置那边的偏转角的提高，线材断裂的概率上升。
由DD133918已知，通过在单个线材之间的桥式的连接可以达到过程稳定性和生产能力优化。这些连接通过桥式的缝隙产生，它们相互连接各个喷嘴。在这里不利的特别是片体在线材上的妨碍的粘附，这特别在进一步加工时应该避免。此外发生因各连桥引起的材料损失和在成粒中增加的废品。
DE-C-3334870中描述（塑料）熔体向大量喷嘴孔不均匀分配的问题。所述问题通过新型的喷嘴头的方案以高的设备费用为前提并同时需要在过程中使用附加的可蒸发的液体，因为喷嘴头附加设有填塞梁和温度平衡室，用于压力平衡。在此未提到生产能力提高和过程可靠性的问题。
此外在现有技术中也描述喷嘴在喷嘴板上的形状或布置的改型。
DE-A-2636998描述一种用于拉拔玻璃纤维的喷嘴板，其中，成组设置喷嘴，每一喷嘴组与另一组具有间距，该间距大于在一个喷嘴组的各个喷嘴之间的间距。
在WO2005/056891A2中披露一种喷嘴板，用于塑料的挤出装置。借此可以制造空心纤维。喷嘴孔具有设置在弧线上的末端。
最后DE-C-2011139描述一种喷嘴板，用于制造面食的压力机，其中，喷嘴的壁构成弹簧弹性的。
全部这些在现有技术中在不同应用领域中描述的喷嘴板的共同点是，它们构成平面的或水平的。
但由DE9212128U1也已知一种凹凸的喷嘴布置，用以挤出粉末物质。为了避免在小的喷嘴直径时喷嘴的堵塞而选择这种布置，另外在发明的实施形式中需要清理叶片。对于线材成粒和对于熔融流动的线材，这种装置由于喷嘴布置而在技术上是不适用的，特别是因为排出的线材在喷嘴边缘区域的偏转角过大；线材被拉长或甚至被扯断。此外清理叶片引起附加的脉动，这在线材成粒中是不符合要求的。此外按照DE9212128U1的喷嘴装置规定冲压的金属板具有在几毫米范围内的薄壁厚度，其不能经得住在塑料挤出时产生的压力。
最后由RU2205104C1已知喷嘴孔，各喷嘴孔的开口设置在一个圆弧上，不过各喷嘴本身平行设置，从而挤出的线材如在传统的装置中那样平行延伸并因此不允许关于生产能力和运行可靠性的改进。压力分布在这种布置中也与传统的装置相当。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种喷嘴板，其避免至今已知的结构的缺点并且在高的生产能力的同时能够提高过程可靠性。
通过一种凹凸的喷嘴板达到上述目的，在该喷嘴板中，在喷嘴板的凸形的侧面上设置喷嘴，在平面的熔体通道宽度与一条连线之间的角度大于0°并且最大为22°，所述连线为喷嘴边缘到一个交点的连线，所述交点为喷嘴板圆弧与在熔体通道宽度上的中垂线的交点，喷嘴板具有部分球面或部分圆柱面的形状，并且各喷嘴本身具有至少一个圆柱形部分，所述圆柱形部分在喷嘴板内部设置成使得喷嘴圆柱轴线经过构成喷嘴板的部分球面的球中心或者垂直于构成喷嘴板的部分圆柱面的圆柱旋转轴线。
本发明基于的原理或特征是，通过选择喷嘴的非平面的布置，增多喷嘴的数量或者说增加可供使用的挤出面积。特别是凹凸的结构和弧形的结构（圆弧段）证明是适用的。原则上通过新式的结构在给定的喷嘴数量时可以达到喷嘴彼此较大的间距而避免上述缺点。或者在保持间距的情况下实现更多数量的喷嘴，因此可以减小排出速度并从而可以提高过程可靠性和/或生产能力。这两种方案的组合，亦即喷嘴数量的增多和间距的增大是可能的。
按照本发明的喷嘴板的另一优点是在喷嘴头中的更均匀的压力分布，从而达到单个线材的更一致的排出速度而避免上述缺点。此外通过各线材的扇形排列，在各线材的随后的转向时，如例如在向水浴中的第一导辊的进入时减小线材的偏转，从而借此也可以达到更高的过程可靠性。
对于技术改进重要的是，除了均匀的压力形成，一方面在径向方向上（关于圆弧段的中心）同心地从喷嘴通道中并且与在圆弧段上的喷嘴孔的中心垂直地排出线材；另一方面通过各线材的扇形排列，由于通过凸形布置引起的较大的可供使用的面积，在细丝路段上实现线材从径向方向向排出方向（它相当于平面喷嘴板的垂直线）的最小转向。
按照本发明的喷嘴板不构成平面的，而构成凹凸的，在喷嘴板的凸形侧面上排出熔体、糊料或造型材料。因此在喷嘴板上的各喷嘴处在多边形的一部分上并优选处在圆的一部分上。各喷嘴在凹凸的喷嘴板上的布置（喷嘴图案）基本上可以是任意的，优选成排地或在圆弧上有规则地布置。
在此将圆弧构成使其延伸的长度（A-C-E）至少大于熔体通道的全宽（B），但小于在熔体通道的宽度上构成的半圆（HKr）的延伸长度。借助角度（D-K/B）描述实施形式。在平面的熔体通道宽度（B）与一条连线之间（在D-K与B之间，见图5）构成该角度，所述连线是从喷嘴边缘到一个交点的连线，该交点是圆弧（喷嘴板圆弧）与在熔体通道宽度（B）上的中垂线（Ms）的交点。按照本发明的喷嘴板具有大于0°和最大35°的角度。优选角度在8°与22°之间、特别优选12°。这些说明相应地适用于多边形上。
优选按照本发明的喷嘴板具有5～1000个喷嘴、特别是5～150个喷嘴，更特别优选5～50个喷嘴。它们优选成1～10排或圆弧、特别成1～5排、更特别优选成1～3排设置在喷嘴板上。喷嘴板本身与之相应地可以构成为部分圆柱面（在成排布置中）或部分球面（在成圆弧布置中）。
各喷嘴可以构成为喷嘴板中的孔或构成为插入喷嘴板的孔中的、有或无弹性壁的喷嘴。喷嘴形状原则上是任意的并且针对使用目的。在塑料加工的主应用领域中，圆形的喷嘴形状是优选的。
喷嘴本身具有至少一个圆柱形部分，其在喷嘴板内设置成使喷嘴圆柱轴线经过构成喷嘴板的部分球面的球中心或垂直于构成喷嘴板的部分圆柱面的圆柱旋转轴线。这些说明相应地适用到多边形上。
按照本发明的喷嘴板典型地具有大于10mm的材料厚度，以便抵抗在挤出头中存在的熔体压力。
作为材料适用耐磨材料、优选粉末冶金钢、铬钢、镍钢和调质钢。
按照本发明的喷嘴板一般适用于挤出熔体，该熔体按照连续浇注法加工。典型的熔体是热塑性塑料如聚烯烃、工程塑料、热塑性弹性体、可硫化的或可交联的造型材料如橡胶、胶乳和交联的弹性体、金属、金属合金、玻璃纤维、来自化妆品、食品、洗涤剂、压实洗涤和净化剂领域的其它熔体、造型材料和糊料。特别是喷嘴板也适用于制造纤维条如玻璃纤维和纺织纤维。喷嘴孔的尺寸匹配于相应的使用领域并且对于技术人员来说是已知的。
以下以优选使用领域为例，亦即作为用于挤出装置的喷嘴板在按连续浇注法加工塑料熔体中为例，更详细地说明按照本发明的喷嘴板的使用。
包括凹形的喷嘴布置（从挤出机侧看去，见图2）的喷嘴板代替通常的平面的喷嘴板固定在连续浇注机或挤出头上。
在加工过程中将通过单轴或多轴挤出机塑化的熔体通过挤出机本身或通过后接的熔体泵或排出螺杆供给至连续浇注机。在连续浇注机中一般实现熔体向喷嘴板的相应的入口横截面的分配。熔体均匀地分配于凹形的喷嘴板空腔中并被挤压通过各喷嘴。在喷嘴板的凸形的侧面上排出成形为线材或纤维的熔体，并供给至随后的材线成粒或水下材线成粒或按其它方法继续加工。
附图说明
以下举出的各图用于示例性进一步解释本发明。
图1示出按现有技术的平面的喷嘴板（1），其固定在连续浇注机上、挤出头上、熔体泵或压力机（2）的排出口上（对于本发明的目的，也称为挤出装置），包括多个喷嘴或喷嘴孔（3）。在这里所示的实例中：36个直径为3.6mm的喷嘴和在喷嘴之间4.9mm的间距。
图2示出按照本发明的凹凸的喷嘴板（4），以喷嘴板的凹形的侧面固定在挤出装置（2）上，该喷嘴板在装置（2）上有相同的连接宽度的同时同样具有36个直径为3.6mm的喷嘴（3），但在这里以凸形布置。但由于按照本发明的凸形的喷嘴布置，喷嘴之间的间距为6.9mm。
图3对应于图2，区别是在相同的连接宽度的同时喷嘴间距减小到5.8mm并因此喷嘴数量在相同直径3.6mm的情况下增加到41个。
图4示出如何在按照本发明的喷嘴板（4）中挤出的线材（5）成扇形排列的形式并且以彼此大的间距从喷嘴板（4）的凸形的侧面排出。
具体实施方式
因此除上述喷嘴板及其在极其不同的应用领域上和在配混、制备和高浓度染色配料制造的范围内用于挤出熔体、糊料和造型材料的应用之外，本发明还包括挤出装置，其形式例如为单轴或多轴挤出机、压力机或熔体泵，其具有按照本发明的喷嘴板，并且本发明包括该挤出装置在上述应用领域和范围内的应用。
通过以下实例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。在各实例中和在附图中列举的参数对于本发明分别是普遍适用的并且并不限于在实例或附图中列举的特定的参数组合。
实例
在双螺杆挤出机上以通常的连续浇注质量（原料的熔体体积流动速率，在250℃时每10min38cm3、2.16kg）带有30%玻璃纤维增强物地操纵聚对苯二甲酸丁二酯复合料。
对比例1
安装传统的平面的喷嘴板，包括单排36个喷嘴，前接的双螺杆挤出机的生产率为1700kg/h，跟随线材冷却浴和线材干燥路段的线材制粒机的排出速度为140m/min。
结果说明：
排出的线材由于熔体在喷嘴板之前的不均匀的压力分布而具有3～4mm的不同直径。
线材制粒机以140m/min已达到其最大的排出速度。
喷嘴数量不能进一步提高，因为排出的线材彼此的间距只还有约5mm并且该间距不能进一步减小，因为已经有时看到单个线材粘在一起。
线材的运行性能是不平静的，有时发生线材断裂。
对比例2
安装传统的平面的喷嘴板，包括双排40个喷嘴，前接的双螺杆挤出机的生产率为1700kg/h，跟随线材冷却浴和线材干燥路段的线材制粒机的排出速度为123m/min。
结果说明：
排出的线材由于熔体在喷嘴板之前的不均匀的压力分布而再次具有3～4mm的不同直径。
线材制粒机以123m/min已达到其最大排出速度的88%。
线材的运行性能是非常不平静的，经常发生线材断裂。
实例1
安装凹凸的喷嘴板，包括单排41个喷嘴，前接的双螺杆挤出机的生产率为1700kg/h。跟随线材冷却浴和线材干燥路段的线材制粒机的排出速度为120m/min。
结果说明：
排出的线材由于熔体在凹形的喷嘴板空腔中的更均匀的压力分布而具有3.4～3.8mm的几乎相同的直径。
线材制粒机以120m/min、也就是其最大排出速度的85%运转。
线材的运行性能是平静的和均匀的，不发生线材断裂。
实例2
再次安装实例1的喷嘴板，包括单排41个喷嘴。前接的双螺杆挤出机的生产率为2000kg/h。跟随线材冷却浴和线材干燥路段的线材制粒机的排出速度为140m/min。
结果说明：
排出的线材由于熔体在凹形的喷嘴板空腔中的更均匀的压力分布而再次具有3.4～3.8mm的几乎相同的直径。
由于较高的生产能力，线材制粒机现在如同在对比例1中以140m/min、也就是其最大排出速度的100%运转。
线材的运行性能是平静的和均匀的。
与单排的平面的36孔的喷嘴板相比，通过凹凸的构造形式的应用，喷嘴数量还可提高到45孔，直到排出的线材彼此间距同样为约5mm（见对比例1）。在描述的45孔喷嘴板的应用中可以将生产能力提高到约2125kg/h，并且虽然有较高的排出能力，仍减少因线材断裂引起的生产损失。

Claims (16)

1.凹凸的喷嘴板，在该喷嘴板中，在喷嘴板的凸形的侧面上设置喷嘴，在平面的熔体通道宽度(B)与一条连线之间的角度(D-K/B)大于0°并且最大为22°，所述连线为喷嘴边缘到一个交点的连线，所述交点为喷嘴板圆弧与在熔体通道宽度(B)上的中垂线(Ms)的交点，喷嘴板具有部分球面或部分圆柱面的形状，并且各喷嘴本身具有至少一个圆柱形部分，所述圆柱形部分在喷嘴板内部设置成使得喷嘴圆柱轴线经过构成喷嘴板的部分球面的球中心或者垂直于构成喷嘴板的部分圆柱面的圆柱旋转轴线。
2.按照权利要求1所述的喷嘴板，其特征在于，各喷嘴处在多边形的一部分上。
3.按照权利要求1所述的喷嘴板，其特征在于，各喷嘴处在圆的一部分或圆弧上。
4.按照权利要求1至3之一项所述的喷嘴板，其特征在于，所述角度(D-K/B)处在8°与22°之间。
5.按照权利要求4所述的喷嘴板，其特征在于，所述角度(D-K/B)为12°。
6.按照权利要求1至3之一项所述的喷嘴板，其特征在于，喷嘴板在1～5行中具有5～1000个喷嘴。
7.按照权利要求6所述的喷嘴板，其特征在于，喷嘴板在1～5行中具有5～150个喷嘴。
8.按照权利要求7所述的喷嘴板，其特征在于，喷嘴板在1～5行中具有5～50个喷嘴。
9.按照权利要求1至3之一项所述的喷嘴板，其特征在于，各喷嘴构成为孔或构成为插入孔中的、有或没有弹性壁的喷嘴。
10.挤出装置，其具有按照权利要求1至9之一项所述的喷嘴板。
11.按照权利要求1至9之一项所述的喷嘴板的应用，所述喷嘴板应用在加工糊料或造型材料中。
12.按照权利要求11所述的应用，所述喷嘴板应用在挤出热塑性塑料熔体、可硫化的或可交联的造型材料、玻璃、金属或食品中。
13.按照权利要求11所述的应用，所述喷嘴板用于线材成粒或带材成粒。
14.按照权利要求11所述的应用，所述喷嘴板应用在加工熔体中。
15.按照权利要求11所述的应用，所述喷嘴板用于水下成粒。
16.按照权利要求10所述的挤出装置的应用，所述挤出装置应用在挤出热塑性塑料熔体、可硫化的或可交联的造型材料、玻璃、金属或食品中。
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