CN103384589B - 具有冷却的模头成型段的模头组件 - Google Patents

具有冷却的模头成型段的模头组件 Download PDF

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Abstract

提供了用于将聚合物涂料挤出到线材上由此赋予涂层表面以消光处理的模头组件(10)。所述模头组件(10)包括：A)模顶(13)，其包括线材能够穿过的管状通道(22)，所述通道(22)沿所述模头组件(10)的中心纵轴(26)配置；B)模身(12)，其包括干体(15)和头部(16)，头部(16)包括管状通道(20)，所述头部管状通道(20)包括模头成型段(21)，所述干体(15)围绕所述模顶(13)布置由此限定所述模顶(13)的外表面(23)和所述干体(15)的内表面(24)之间的环形空间(25)；C)模头座(11)，其围绕所述干体(15)的外表面(17)配置并与其接触；和D)散热器(14)，其围绕所述模身头部(16)的模头成型段(21)的外表面(19)配置并与其接触。

Description

具有冷却的模头成型段的模头组件
技术领域
本发明涉及线材和缆线涂层，特别是保护性护套。一方面，本发明涉及具有消光处理(mattefinish)的线材和缆线涂层，而另一方面，本发明涉及具有冷却的模头成型段(dieland)的模头组件，其用于赋予聚合物线材和缆线涂层消光处理。再在另一方面，本发明涉及无需使用无机添加剂或改变涂料制剂就可赋予线材和缆线涂层消光处理的方法。
背景技术
对于一些电线例如电源线、USB缆线、HDMI缆线、鼠标线等，一些制造商提出装饰要求，这需要这些线材和缆线匹配他们的电子产品。其中一些制造商期望这些线材和缆线具有消光表面。由于用于制造这些涂层的一些材料例如聚氯乙烯(PVC)、热塑性聚氨酯(TPU)等的固有性质，在未进行不管哪种改性的情况下，这些涂层中的很多本身会具有光泽表面。
添加有机或无机添加剂(例如，粒度超过5微米的三水合铝)到涂料制剂中可以降低线材和缆线涂层的光泽度，但是这会增加涂层制造工艺的成本、时间和复杂程度。而且，添加这样的物质可能会对涂层的一种或多种其它性质产生不利影响，所述性质例如挠性、拉伸性质等。
发明内容
在一种实施方式中，本发明是用于将聚合物涂料挤出到线材上的模头组件，所述模头组件具有中心纵轴并且包括：
A.模顶，其包括外表面和线材能够穿过的通道，所述通道沿所述模头组件的中心纵轴配置；
B.模身，其包括干体和头部，且所述干体和头部各自包括内表面和外表面且所述头部还包括通道，所述头部通道包括模头成型段，所述模身干体围绕所述模顶配置由此限定所述模顶的外表面和所述模身干体的内表面之间的环形空间，所述模身头部伸出所述模身干体和模顶且其配置使得所述模身头部的通道在所述模头组件的中心纵轴上且与所述模顶的通道对直，所述干体和头部的内表面彼此连续由此熔融的聚合物能够移动通过所述环形空间并且在所述线材穿过所述模身头部时涂布在该线材上；
C.模头座，其包括内表面并且围绕所述模身外表面配置并与其接触；和
D.散热器，其围绕所述模身头部的模头成型段的外表面配置并与其接触。
在本发明的一种实施方式中，散热器具有静态设计。在本发明的一种实施方式中，散热器具有动态设计。在本发明的一种实施方式中，冷却介质与散热器接触。在一种实施方式中，冷却介质是压缩空气。在一种实施方式中，使冷却介质循环通过散热器内的冷却芯以降低模头成型段的表面的温度。
在一种实施方式中，本发明是使用本发明模头组件制造具有消光处理的涂布线材的方法。在一种实施方式中，本发明是制备具有消光处理的涂布线材的方法，所述方法包括以下步骤：将具有整体温度的熔融聚合物组合物挤出到线材上，条件是在将所述熔融的聚合物组合物施涂于线材之后且在该线材离开所述模头组件之前，所述熔融的组合物在温度低于所述组合物的整体温度的模头成型段之上经过并与其接触。
在一种实施方式中，本发明是通过使用本发明模头组件的方法制备的具有消光处理的涂布线材。
该新颖的模头组件可在无需改变现有涂料制剂且无需使用降低表面光泽度的有机或无机成分即可制得具有优越消光表面的线材和缆线涂层。因此制剂仍保持相同，并且可以避免有机或无机添加剂迁移到涂层表面的等待时间。在宽范围的聚合物制剂和挤出和模头和模头成型段温度都可得到消光表面。
附图说明
仅针对说明某些实施方式的目的而非针对限制本发明范围的目的，通常参考附图描述本发明。在附图中，相同的数字用于表示相同的部件。
图1A是本发明模头组件的一种实施方式的侧视示意图。该组件包括具有静态设计的散热器。
图1B是图1的模头组件的静态散热器的正视示意图。
图1C是图1的模头组件的分解侧视示意图。
图2是本发明模头组件的一种实施方式的侧视示意图。该组件包括动态设计的散热器。
图3是图2的模头组件的正视示意图。
图4-6是显示三种示例性样品线材涂层表面形态学的扫描电子显微镜(SEM)照片，这些涂层包括相同的涂料制剂但是各自以不同的线速度制备，其中两种使用空气冷却制备，另一种不使用空气冷却制备。
图7是显示图4-6中所示三种样品线材涂层的表面光洁度差异的照片。
图8是显示两种样品表面光洁度差异的照片：其中一种线材涂层使用空气冷却制备，一种是未使用空气冷却制备的商业涂布线材。
具体实施方式
定义
除非指出，从上下文暗示或现有技术惯例，所有的份和百分比均基于重量，而且所有的测试方法是与本申请的提交日期同步的。针对美国专利实践的目的，任何涉及的专利、专利申请或公开的内容在此全部引入作为参考(或其等价的US同族也引入作为参考)，特别是关于本领域中的定义(不与本申请具体提供的任何定义不一致)和常识的披露。
本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有所指，否则其可以包括该范围以外的值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质，如分子量等是100至1,000，意味着明确地列举了所有的单个数值，如100、101、102等，以及所有的子范围，如100至144、155至170、197至200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1、1.5等)的范围，适当时将1个单位看作0.0001、0.001、0.01或0.1。对于包含小于10(例如1至5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是具体所意指的内容的示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合都被认为清楚记载在本申请中。
“组合物”和类似术语表示两种或更多种组分的混合物或共混物。“聚合物组合物”和类似术语表示其中至少一种组分是聚合物的组合物。在用于制造缆线外皮如缆线护套的材料的混合物或共混物的上下文中，组合物包括混合物的所有组分，例如，聚合物，填料，添加剂等。
“整体温度”和类似术语表示在将熔融的聚合物施涂于线材时该熔融的聚合物的温度。
“流体连通”和类似术语表示流体如气体、液体、熔融固体可以从一个限定区域移动至另一限定区域。例如，模身头部内的环形空间和通道彼此流体连通，因为熔融的聚合物可以无中断地从前者移动至后者。
模头组件
参考图1A-1C，模头组件10包括模头座11，模身12，模顶13和散热器14。模身12包括模身干体15和模身头部16。模头座11、模身干体15和模身头部16的横截面形状为图3所示的圆形。模头组件的组成部件可以由在操作条件下不与穿过部件的材料发生反应的任何材料制成，且通常由不锈钢制成。与熔融聚合物接触的各种组成部件的表面可以是装衬或涂布的，或者不是装衬或涂布的。
将模身干体15安装在模头座11内使得模身干体外表面17与模头座内表面18接触。模身头部16从模身干体15伸出使得模身头部外表面19不与模头座内表面18接触。模身头部16还包括通道20和模身头部成型段(或简称为模头成型段)21。模头成型段21包括下述长度的模身头部16的内表面，熔融的聚合物材料必须经过该长度的内表面并与其接触，以便通过模身头部通道20离开模头组件。
模顶13包括通道22和外表面23。模顶13连接(通常通过未显示的螺纹连接)于挤出机或类似装置(未显示)，将模身12围绕模顶13配置使得模顶外表面23和模身干体内表面24形成与通道20流体连通的环形空间25。环形空间25的构造和体积可以变化，但是当该空间接近于通道20时通常该构造减缩。通道20和22流体连通，通常具有管状构造，且位于模头组件10的中心纵轴26上且彼此对直。
散热器14可以具有循环设计或非循环设计。图1的散热器14具有非循环设计，即，其不包括冷却介质可以循环流通的过道、通道等结构。其通常为金属(例如，铜，铝)、所述金属中一种或两种的合金的结构体，且装备有散热片或类似结构以提供其上热量可以消散到周围环境中的充足表面积。散热器14围绕模头成型段21上模身头部外表面19配置且与其接触。热量从图1的散热器14的消散可以通过使散热器与冷却介质例如压缩空气(其来源未显示)接触增强。在该实施方式中，简单地使压缩空气在散热器14的表面上吹过。
在图2中，散热器14具有循环设计。在该设计中，散热器包括装备有空气分布器28和吹嘴29的内部冷却环27，并且与冷却介质例如压缩空气的来源(冷却介质来源未显示)流体连通。在图1A中，散热器14围绕模头成型段21上的模身头部外表面19配置且与其接触。将散热器14通过线路30连接于压缩空气源，线路30(例如，软管或管子)可以装备有通量计31和通量控制器32。
模头组件的操作
在将涂料施涂于线材的上下文中描述模头组件的操作，应该理解该线材可以用任何类似的长、薄、连续物体(例如，缆线，纤维光学细丝或捆束，纤维线材或捆束等)替代，且这样的物体可以是未涂布的或者已经带有某种或其它涂层。在保持涂料聚合物是充分熔融和流体状态所必需的温度和压力操作模头组件，使得所述聚合物可以流畅和连续地穿过通道22和20而在施涂该聚合物时其又可以粘附于线材。通常，这些条件包括正压(即，高于大气压)，和升高的温度(例如，165℃或更高)。
线材(未显示)进入模顶13的方式和位置使得可以沿穿过通道22的中心纵轴26流畅且连续地拉动或拖曳线材。拉动或拖曳线材通过模头组件的装置可以方便地变化，但是通常包括一对夹送辊和/或收卷滚筒(未显示)。从挤出机或其它涂布装置(未显示)穿过的包含一种或多种任何适当种类的聚合物(例如热塑性聚氨酯(TPU)、聚烯烃、聚氯乙烯等)的熔融的聚合物组合物(未显示)进入环形空间25并将其在模身头部通道20施涂于线材。聚合物涂布的线材在离开模身头部16之前通过模头成型段21之上。通过加热元件和剪切作用将热量传递至聚合物组合物，其中挤出机装备有该加热元件，并且聚合物组合物在挤出机和模头组件中的时候经受该剪切作用。
模头座11也可以装备有一个或多个加热元件(未显示)以有助于在聚合物组合物处于环形空间25内时使其保持熔融和流体的状态。如果使用，则从加热元件赋予模头座11的热量通过在环形空间25内对流传递给模头座干体15和聚合物组合物。这样的加热元件是任选的，但是，因为通过聚合物组合物在穿过环形空间25和通道20时所经受的剪切力所产生的热量使得无需额外加热以使组合物保持在这些空间内的流动性。
当熔融的聚合物从环形空间25移动进入通道20并到达线材之上时，其开始在线材上凝固和/或固化。涂布线材表面的光洁度是几种因素的函数，所述因素中的两种是模头成型段上涂布线材的速度和模头成型段的温度。通常，涂布线材在模头成型段上移动得越快和模头成型段的温度越接近熔融聚合物组合物的温度，该处理越有光泽。相反，涂布线材在模头成型段上移动得越慢和模头成型段的温度比聚合物组合物的整体温度低得越多，该处理越不光泽(或越消光)。消光处理是涂层表面粗糙度的函数，在微观水平，冷(相对于聚合物组合物的温度)表面促进熔融聚合物的较快凝固，而较快凝固通常得到粗糙表面(至少在微观水平上)。为此，模身头部16装备有散热器14，使得将散热器14的冷却效果赋予模身头部成型段21，其中涂布线材在即将离开模头组件10之前必须越过该模身头部成型段21之上。
散热器14的操作可以广泛变化。在一种实施方式中，散热器具有非循环设计，而热量通过从聚合物组合物对流传递到模身头部16到散热器14和最终到周围环境。热量传递的速率是多种不同变量的函数，例如，模身头部的尺寸，散热器的表面积，周围环境的温度等。热量传递的速率可以通过使散热器与冷却介质例如压缩空气接触增强。
在一种实施方式中，散热器具有循环设计，即，针对以下目的设计该散热器：使冷却介质穿过其内部以增强其将热量从模身头部和聚合物组合物传递走的能力。除了影响非循环散热器性能的那些因素之外，影响循环散热器性能的变量包括：循环通过散热器的冷却介质的类型和量，冷却介质循环通过散热器的速率，以及散热器冷却环或环路的尺寸。
在一种实施方式中，将来自未显示来源的压缩空气计量通过通量控制器32和通量计31进入线路30和冷却环27。在冷却环27内，压缩空气移动通过空气分布器28并通过吹嘴29的作用在模身头部成型段21之上冲击。压缩空气在成型段之上的冲击通常降低成型段的温度。在通道20内成型段的温度相对于聚合物材料的主体密度的降低程度是多种变量的函数，所述变量包括空气分布器和吹嘴的数目和设置，散热器及其冷却环的尺寸等。影响模头成型段的最终温度的另一个因素是模身头部的外径相对于模身头部的内径的差值(即，模身头部的壁厚)，其中OD越小(或壁越薄)，来自具有任何给定尺寸的散热器的冷却效果越好。在一种实施方式中，线材上聚合物的温度降至小于165℃。
实施例
一种缆线制剂使用TPU树脂与阻燃剂(三水合铝(ATH，40-50%)和抗氧化剂制备。配方报告于表1。
表1
缆线涂层配方
组分 供应商 A 1687 GY EXP1
TPU(Estane 58219) Lubrizol 32.64
MG1 MB(K7JK9) NHH 2.00
BDP(FP600) CCP 13.51
线型酚醛清漆(DEN431) Dow 1.69
ATH(H-42M) Showa 39.33
TiO2(R103) DuPont 9.22
168 BASF 0.09
1010 BASF 0.52
866 BASF 1.00
总和 100.00
加工本发明的组合物以及作为对比例的商购产品。加工条件报告于表2：
表2
缆线涂布条件
线速度 模头冷却 涂层外观
样品1 30m/min 未空气冷却 非常有光泽
样品2 72m/min 空气冷却；～200l/h，2巴 稍微有光泽
样品3 43m/min 空气冷却：～200l/h，2巴 消光
样品表面的扫描电子显微镜(SEM)照片显示于图4-6。SEM图像证明，与在非理想条件下加工的聚合物组合物(样品1和2)相比，样品3的表面粗糙度改善了。
比较三种本发明实施例(图7)，发现样品3具有应用所需的美观和消光表面。图8将本发明实施例3与使用商购树脂制备的缆线比较。图8显示本发明实施例和基准商购树脂都可提供类似的表面光泽度。本发明实施例3也可提供改善的表面匀称性，而商购产品在粗糙度方面存在问题。
尽管通过前面优选实施方式的描述以一定细节描述了本发明，但是该细节主要针对说明的目的。在不背离本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行很多变型和修改，而本发明的精神和范围由所附权利要求限定。

Claims (8)

1.用于将聚合物涂料挤出到线材上的模头组件，所述模头组件具有中心纵轴并且包括：
A.模顶，其包括外表面和线材能够穿过的通道，所述通道沿所述模头组件的中心纵轴配置；
B.模身，其包括干体和头部，且所述干体和头部各自包括内表面和外表面且所述头部还包括通道，所述头部通道包括模头成型段，所述模身干体围绕所述模顶配置由此限定所述模顶的外表面和所述模身干体的内表面之间的环形空间，所述模身头部伸出所述模身干体和模顶且其配置使得所述模身头部的通道在所述模头组件的中心纵轴上且与所述模顶的通道对直，所述干体和头部的内表面彼此连续由此熔融的聚合物能够移动通过所述环形空间并且在所述线材穿过所述模身头部时涂布在该线材上；
C.模头座，其包括内表面并且围绕所述模身外表面配置并与其接触；和
D.散热器，其围绕所述模身头部的模头成型段的外表面配置并与其接触。
2.权利要求1的模头组件，其中所述散热器具有非循环设计。
3.权利要求1的模头组件，其中所述散热器具有循环设计。
4.权利要求3的模头组件，其中所述散热器包括装备有空气分布器和吹嘴的冷却环，并且所述散热器与冷却介质源流体连通。
5.权利要求4的模头组件，其中所述冷却介质是压缩空气。
6.前述权利要求任一项的模头组件，其中所述模顶通道和所述头部通道是管状的。
7.制备具有消光处理表面的涂布线材的方法，所述方法包括使用前述权利要求任一项的模头组件涂布线材。
8.制备具有消光处理表面的涂布线材的方法，所述方法包括以下步骤：将具有整体温度的熔融的聚合物组合物挤出到线材上，条件是在将所述熔融的聚合物施涂于线材之后且在该线材离开前述权利要求1-6任一项的模头组件之前，所述熔融的组合物通过温度低于所述组合物的整体温度的模头成型段之上并与其接触。
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