CN104936754B - 用于控制湿润陶瓷挤出物周界硬度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供硬化湿润挤出物外层的方法,其中该挤出物(426)具有蜂窝体多孔结构。所述方法包括经过挤出设备(402)挤出所述挤出物(426)和将基本上均匀流动的流体引导至挤出物(426)的外层上。所述方法还包括将挤出物(426)的粘合剂材料的温度增加到它的凝胶点，并至少硬化挤出物(426)的外层。

Description

用于控制湿润陶瓷挤出物周界硬度的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§120要求于2012年8月30日提交的美国专利申请系列号13/599,405的优先权权益，本文以该申请为基础并将其全部内容结合于此。

领域

本发明涉及用于形成挤出体的挤出系统和方法,具体来说涉及用于控制挤出体的硬度，以减少或防止在挤出体中形成缺陷的挤出系统和方法。

背景技术

把塑化材料混合物挤出成多孔结构(即,蜂窝体)要求变形能力(用于成形模制)和结果完整性(用于保留形状)之间的精细平衡。这种混合物可包括无机陶瓷粉末,粘合剂组分和液体组分,其量控制成在挤出过程中保持低压力,扭矩,和温度，同时形成在成形时能处理的自我支撑的体。

可形成挤出物的多孔结构，从而与靠近体中间或中央的孔相比，靠近形成的体周界的孔可具有较小或减少的横截面。在理想或原始的多孔结构中,在各孔的内压力和体以外的环境或大气压力实现压力平衡。但是,在一些挤出过程中,用切割工具例如锯刀片将挤出物是切割到所需的长度。当切割挤出物时,刀片可“涂沫(smear)”或坍塌更加易碎的结构的外孔。因为它们的较小尺寸，具有较小截面积的那些孔在切割步骤中趋于更易于涂沫或坍塌。

如果靠近挤出物周界或外层的孔因为涂沫发生坍塌，坍塌孔和环境之间失去压力平衡。因为挤出物具有长度维度,各孔形成由这个长度限定的细长通道。因此,因为当孔坍塌时损坏压力平衡,密封了通道的一端，导致其余的通道向内坍塌。坍塌的孔,或通道，由此沿着挤出物的长度形成称作“表皮凹槽”的可见的缺陷。

表皮凹槽是不需要的，因为它是许多客户不希望在挤出零件中出现的可见缺陷。更重要的是,表皮凹槽可为较高应力集中的来源,在一些情况下,在凹槽中可形成裂纹或微观裂纹。因为形成裂纹或微观裂纹，降低了成形零件的机构完整性，且可导致失效的零件。

用于减少或消除表皮凹槽的常规技术，虽然只取得了温和到较小的成功，包括改善的切割过程、通过机械或其它划割方法使表皮通风、通过降低批料水百分数硬化批料材料、以及用红外或微波能力凝胶化和/或干燥挤出物的表皮。经过使用微波能量硬化湿润挤出陶瓷体的一种这种示例参见美国专利公开号2005/0093209(贝尔曼(Bergman)等)，该文的全部内容通过引用纳入本文。虽然使用微波能量在一些情况下取得了积极结果,微波能量可导致非均匀的加热图案，特别是在挤出物的外层处或靠近该外层处。

因此,需要改善挤出过程,具体来说,改善湿润陶瓷挤出物在切割之前的结构完整性。还需要提供系统，其通过均匀的方式在其周界处或靠近其周界处改善挤出物的结构完整性。

概述

在本发明的示例性实施方式中,提供用于硬化湿润挤出物外层的方法,其中挤出物具有蜂窝体多孔结构。所述方法包括经过挤出设备挤出该挤出物和将所述流体基本上均匀的流引导至挤出物的外层上。所述方法还包括将挤出物的粘合剂材料的温度增加到它的凝胶点，至少硬化挤出物的外层。

在实施方式的一方面中,所述方法可包括至少从该挤出物外层去除部分的水。此外,所述方法可包括用切割工具切割硬化的挤出物。在另一种方面中,所述方法包括防止外层因切割步骤而发生坍塌。此外,所述方法可包括使用加热装置将流体加热到基本上均匀的温度。这样做,所述方法可包括在引导步骤之后测量挤出物外层的温度，和控制加热步骤以实现粘合剂材料的凝胶化。

在其它方面中,所述方法可包括测定来自挤出设备的挤出物的挤出速率，控制加热步骤或挤出速率来实现粘合剂材料的凝胶化。此外,可将挤出物外层加热到基本上均匀的温度。

在另一种实施方式,提供包括挤出机的挤出系统，该挤出机构造成接收含粘合剂组分的批料材料以及经过模头挤出该批料材料以形成挤出物。所述系统包括控制器、包含流体的流体供应、和结合到控制器并流体结合到流体供应的温度单元。控制器可调节地控制温度单元的输出以取得所需的流体温度。所述系统还包括与模头隔开的施涂机设备，其具有进口和出口从而进口流体结合到温度单元以接收流体。出口包括限定开孔，其构造成将基本上均匀流动的流体引导至挤出物外层上，以将粘合剂组分的温度升高到它的凝胶点和/或从外层去除部分水。

在这个实施方式的一方面中,所述系统包括与施涂机设备隔开的切割工具。切割工具适于将挤出物分离成至少两个部分。系统可还包括与控制器电连通的测量系统。所述测量系统可包括构造成测量从流体供应到温度单元的流体流动的流量计以及构造成测量挤出物外层的温度的温度传感器。基于温度测量,控制器构造成可控制地调节来自流体供应的流体流动。

在一相关方面中,挤出系统可还包括与控制器电连通的编码器。编码器适于测量来自挤出机挤出物的挤出速率。基于温度测量,控制器构造成可控制地调节挤出速率,温度单元的输出,或来自流体供应的流体流动。在一个不同的方面,施涂机设备和编码器设置在模头和切割工具之间。施涂机设备设置邻近切割工具，编码器设置邻近模头。

在本实施方式的方面,施涂机设备可包括具有第一部分和第二部分的环状壳体,其中第一部分和第二部分相互枢轴地连接。壳体在第一部分和第二部分之间限定挤出物经过的开孔。施涂机设备还包括设置在第一部分中并结合到施涂机设备的进口的第一体，以及设置在第二部分中的第二体。第一体和第二体限定外腔室和内腔室,其中外腔室流体结合到进口，以及内腔室和外腔室经过挡板相互流体结合。设备还包括嵌块，其设置在第一和第二体的内腔室中，从而该嵌块是流体结合到出口。关于这个方面,在施涂机设备的出口限定的开孔包括多个限定于嵌块中的狭缝。

在不同的实施方式中,提供用于控制由具有粘合剂组分的批料材料形成的湿润多孔陶瓷挤出物硬度的方法。所述方法包括经过挤出设备挤出该挤出物,向温度单元提供流体,在温度单元控制流体温度,和将挤出物从挤出设备移动到施涂机设备。所述方法还包括引导来自温度单元的流体经过在施涂机设备中限定的开孔,使挤出物外层接触该流体均匀的流,将粘合剂组分的温度增加到它的凝胶点,和使挤出物经过施涂机设备以硬化挤出物。

在这个实施方式的一方面中,所述方法包括测量挤出物排出施涂机设备时的温度。在另一种方面,所述方法包括测量供应到温度单元的流体的流动速率,和测量挤出物的挤出速率。和这个相关，所述方法可包括测定所测量温度是否对应于粘合剂组分到达其凝胶点的阈值温度,从而如果所测量温度低于阈值温度,所述方法包括可调节地控制流体流动速率、挤出速率、或温度单元的输出直到所测量温度到达阈值温度。在其它方面中,所述方法可包括在施涂机设备的外腔室中接收流体,绕着外腔室循环流体,通过在施涂机设备的外腔室和内腔室之间的挡板中限定的多个开孔渗漏流体,和使流体均匀地通过在施涂机设备的嵌块中限定的一个或多个狭缝或孔。附图说明

通过参考下面的示例性实施方式的描述，以及结合附图上述的本发明的方面以及获得它们的方式将变得更显而易见，且所要求保护的发明本身也将更易于理解，其中：

图1是湿润陶瓷体的原始外部多孔层的部分截面视图；

图2是湿润陶瓷体的涂沫的外部多孔层的部分截面视图；

图3就温度和硬度而言图形化显示两种不同的挤出物；

图4是挤出系统的第一实施方式的方框图；

图5是施涂机设备的第一实施方式的截面视图；

图6是图5的施涂机设备的分解图。

图7是挤出系统的第二实施方式的方框图；

图8是施涂机设备的第二实施方式的等距视图；

图9是图8的所示的施涂机设备的截面图；和

图10是挤出过程的流程图。

在全部的几个视图中，相同的附图标记用来表示相应的部分。

具体描述

下文所述的实施方式无意于穷指或限制。相反地，选择并描述这些实施方式从而使得本领域技术人员能了解并理解本文所要求保护的本发明的原理和实践。

出于本发明的目的，本文所用术语“挤出阶段”或者“挤出”指的是将批料材料传输或输送通过挤出机的筒，并迫使批料材料通过模头组件。术语“流动方向”和“挤出方向”可互换使用，并表示批料材料传输通过筒并迫使通过模头组件的方向。此外，术语“挤出机”和“挤出设备”可互换使用。

如本文所使用，术语“批料材料”可为干燥的陶瓷原料的润湿混合物，例如粘土、滑石、氧化铝和多铝红柱石，粘合剂/增塑剂例如甲基纤维素(一种纤维素醚)或者聚乙烯醇，和/或水。作为一种示例，批料材料中可存在约50-75重量％干燥的成分和约25-50重量％的湿润成分。当反应后，批料材料可以形成陶瓷材料，例如碳化物或耐火氧化物或堇青石。

参考图1,显示了用湿润的锯子切割之后的示例性湿润陶瓷挤出物的截面部分。挤出物由蜂窝体结构100形成，其中由内壁106材料限定多个孔102。如图1所示,许多内孔102可形成为具有四个或更多边缘。这些内孔102的形状或结构可取决于待成形的挤出物的种类和模头组件的结构。

但是,如图1所示,靠近挤出物的周界形成的内孔可具有比远离周界108的那些内孔102更小的截面积。周界108,或外壁,挤出物可将最外面的内孔的截面积减小约一半。作为一种示例,显示了一个这种内孔104，其具有基本上三角形横截面。在该实施例中，内孔104具有限定的内部(即,孔104是处于理想状态)。

参考图2,但是,内孔104是涂沫的或坍塌的。图2的蜂窝体结构200可代表湿润陶瓷挤出物的不同的实施方式，其中一个或多个最外面的内孔202已坍塌。结构200还包括具有较大截面积的多个内孔102。较小截面孔202显示为已坍塌，并由此沿着挤出物的长度形成表皮凹槽204。如上所述,一旦在挤出物一端的孔202坍塌，坍塌的孔202内部压力和大气压之间的压力失去平衡，由此导致孔202沿着它的整个长度坍塌。这种在挤出物的周界108处整个孔坍塌导致形成表皮凹槽204。

通过不同的研究，已测定这些表皮凹槽的形成随着时间的演变而发生。换句话说，第一圆棒(log)(或湿润挤出物)可形成为具有类似于如图1所示的横截面。但是，在形成并切割多个圆棒之后，靠近圆棒外层的较小的内孔趋于被切割工具弄涂沫并最终坍塌。当形成更复杂的挤出物时,这些内孔的截面积持续变小，因此形成表皮凹槽的可能性增加。

如上所述，表皮凹槽缺陷可归因于材料通过挤出机挤出时的软度和变形。期望材料是可变形的，从而可形成所需的终端产品，但同样期望材料保持一定水平的结构完整性。虽然常规的方法寻求通过微波、射频或者红外能量来硬化材料，但因为不能均匀地硬化材料内孔的外层结果比较形形色色。

本发明提供几种实施方式，用于有效地硬化内孔的外层，以减少或防止这些孔中的一个或多个发生坍塌。本发明适用于能通过挤出模制和成形的任何可塑性变形的材料。这种材料可包括无机粉末(即,陶瓷原材料)和有机成形化合物(即,粘合剂、表面活性剂、增塑剂、润滑剂等)的混合物。至少一种有机化合物可具有热凝胶点，在许多情况下是粘合剂组分。特别合适的塑性材料可包括能形成陶瓷制品的混合物，其包括堇青石和/或多铝红柱石。这种混合物的示例可包括2％-60％多铝红柱石,和30％-97％堇青石,余量是其它相，通常最高达10重量％。用于形成堇青石且具有热凝胶点的合适的粘合剂是纤维素醚粘合剂,例如甲基纤维素,和/或甲基纤维素衍生物。

可使陶瓷原材料,粘合剂和其余的有机组分与液体载体例如水混合，以形成增塑的批料。批料可进入挤出机和通过模头挤出。挤出机是本技术领域所公知的，且可包括迫使材料通过模头的活塞或螺杆进料。当陶瓷材料离开挤出机模头时，它是长管状物质形状(称为“圆棒(log)”)，其随后使用切割工具例如刀片或湿润锯切割到所需形状。

本发明可适用于不同类型的基片,特别是很适于挤出陶瓷基片的过程。在常规的挤出过程中，刚挤出的圆棒通常具有低的湿润强度,且因为是非常薄的卷材通常不够牢固来自我支撑(即,如图1和2所示的蜂窝体结构)。这可使得难以在后续的加工步骤(即,湿润处理,切割,和干燥)中例如通过变形来处理圆棒。还使得难以将圆棒切割到所需长度，却不形成表皮凹槽。

如上所述类型的可塑性变形材料可包括有机粘合剂组分，其具有热凝胶点。随着温度向凝胶点升高，材料的粘度下降。但是，当到达凝胶点时，随着温度增加粘度可快速增加。因此，在大多数常规的过程中，这种可塑性变形的材料趋于在刚刚低于有机粘合剂凝胶点的温度下加工和成形。

如图3所示,但是,本发明提供实施方式其中将可塑性变形的材料的粘合剂组分的温度增加到到达或超过凝胶点。参考图3,图形显示300显示了对具有不同的水含量的两种基本上相同可塑性变形的材料的研究。第一种材料,在图3中由线302表示具有约34％水。第二种材料,在图3中由线304表示具有约32％水。

在这个研究中，使用流变学方法通过均匀地施加热量将各材料暴露于升高的温度，从而就各材料中有机粘合剂的硬化而言测定材料有什么反应。为此,进行毛细管流变仪温度吹扫，来分析从各材料驱除至少部分水相对于加热各材料的影响。在图3中,在各材料通过挤出机之前，所测表皮温度为约31℃。这在参比点306显示第一种材料，以及在参比点308显示第二种材料。

在挤出过程,两种材料呈现不同的毛细管压力，其对应于材料的硬度。这里，虽然材料处于稳定态条件，但硬度的不同归因于材料之间的不同水分含量。这种差异通过参比点316表示，在本研究中等于约100psi。因此，水中2％的差异对应于约100psi的硬度测量变化。换句话说，测定出从材料驱除至少一部分的水可对应于约100psi的压力(因此硬度)变化。

当各材料通过挤出机挤出时,再次测量表皮温度。在许多常规的挤出过程中,期望将挤出控制在接近粘合剂组分的凝胶点却不超过它。在双螺杆挤出机中,可通过更快地选择双螺杆来挤出更多的材料。当双螺杆旋转时，在批料材料中诱导更大的剪切，这增加材料的温度。在图3中,参比点310表示第一种材料的粘合剂组分的凝胶点。类似地,参比点312表示第二种材料的粘合剂组分的凝胶点。在小于或等于粘合剂组分的凝胶点下，挤出各材料。

但是,在挤出过程之后,随后使各材料通过温度单元(例如,加热器)以进一步增加表皮温度。如图3所示,当第二种材料排出温度单元时,所测表皮温度到达约47℃，如参比点314所示。因此，所测表皮温度超过了约40℃的凝胶点。

如图3,增加表皮温度超过粘合剂组分的凝胶点可改善硬化。具体来说,参比点314和参比点308之间的压力差表示为约317psi(即,通过参比点318确定),或通过将粘合剂组分加热到它的凝胶点大约改善85％。剩余的15％归因于在挤出之后从材料取出至少一部分的水。因此，通过在排出挤出机时向湿润挤出物均匀地施加热量从而粘合剂组分材料到达它的凝胶点,可增加表皮层的硬度来减少或防止在该层中形成表皮凹槽。

参考图4-6,显示了用于增加挤出材料硬度的挤出系统的示例性实施方式,具体来说,通过凝胶化批料材料的粘合剂组分来增加材料表皮或外层的强度。系统400包括常规的挤出机402和模头组件404用于形成所需的挤出物。批料材料可经过进口(未显示)进入挤出机402，通过双螺杆挤出设备来混合、筛选、去除空气、传输和迫使批料材料经过模头组件404。当挤出物通过模头组件404时,它是湿润圆棒426的形式，其通过沿着空气轴承428设置的气囊支撑。空气轴承428包括铝主体，其包括在其中限定并允许空气通过的多个孔。空气轴承428可具有轮廓匹配湿润挤出物426的截面形状，以为挤出物426提供支撑。

系统400可包括电源414，其向主控制器416提供动力。主控制器416可与可编程的逻辑控制器412或PLC电气连接或者通讯连接。PLC412可经过软件编程、校准、计算机可读的指令、程序循环等，控制系统400的操作。下面将更加详细描述PLC412和它的功能。

在图4中,系统400包括编码器422，其测量挤出物426的挤出速度。编码器422可经过无线网络或经过有线通讯连接中的任一种与PLC412进行电连通。通讯连接432,不管是有线的还是无线的，允许PLC412控制系统中的各种设备。

系统400还包括切割工具424。切割工具424可为湿润锯,切割刀片,或任何已知的切割设备。切割工具424可以基本上等于挤出速度的速度移动。此外,切割工具424可它自己的控制器，用于控制切割步骤和进行切割的时机。或者,切割工具424可操作地连接到主控制器416或PLC412。

在图4所示的实施方式中,系统400还可包括温度单元410，用于调节排出挤出机402时挤出物426的温度。温度单元410电气连接到主控制器416,但在一些实施方式中，可操作地连接到PLC412并受其控制。可在主控制器416或PLC412之间提供通讯连接436。

温度单元410可包括进口和出口。进口可流体结合到流体供应406。流体供应406可包括加工气体，例如压缩空气、压缩氮气或氩气。在其它实施方式中,在流体供应406中可包含液体例如水。出于本发明之目的，流体供应可包供应到温度单元410的液体或气体。这样，术语“流体”可称为气体或液体。

可将流量计408连接在流体供应406和温度单元410之间以测量流体流量。流量计408形成系统400的测量单元的一部分，且可电气连接到PLC412。电气连接可允许信号通过流量计408和PLC412之间的有线或无线连接430。在这种排布中,PLC412可监控和控制流体供应的流动速率以确保均匀的流动。当流体经过进口流入温度单元410时,可根据所需的或阈值温度来调节流体温度。在许多情况下,温度单元410用作增加流体温度的加热器。但是,可存在其它情况,其中降低流体温度，从而温度单元410用作冷却器。温度单元410理想地为通过其中的流体提供均匀的温度变化。

温度单元410的出口流体结合到施涂机设备418。施涂机设备418与挤出机402分开，并设置在切割工具424和挤出机402之间。如下文所更加详细描述，参考图5和6,施涂机设备418接收来自温度单元410的流体，并均匀地将流体引导至挤出物426上，该挤出物426经过施涂机设备418中的开口。

期望将流体均匀地引导至或施涂至挤出物426的表皮层，从而粘合剂组分到达它的凝胶化温度。如果一部分表皮层没有暴露于流体的均匀流动,形成内孔壁的材料可能没有硬化到所需硬度，因此当切割工具424切割经过材料时可能发生坍塌。其中流体经过施涂机设备均匀地分配的结构和方式见图5和6。此外,可期望流体到达大于或等于粘合剂组分的凝胶化温度的均匀温度。因此,可在基本上均匀流动和温度下，将流体暴露于挤出物426的表皮层。

但是,在转到图5和6之前,系统400的测量部分还可包括温度传感器420。温度传感器420可为下述形式：热电偶、红外热图像照相机或者电子成像设备、高温计温度传感器,或用于检测温度的其它已知传感设备。温度传感器420可设置位于当挤出物426通过施涂机设备418时测量表皮温度。温度传感器420可与经过有线或无线通讯连接434与PLC412电连通。因此,在操作系统时,编码器422可将挤出物426经过系统的挤出速度通讯至PLC412。流量计408可将表明提供到温度单元410的流体的流动速率的信号发送给PLC412，温度传感器420可将表明表皮温度是否到达粘合剂组分发送凝胶化的阈值温度的温度测量发送给PLC412。基于这些测量,PLC412可控制输出温度单元410(例如,增加加热器的输出来增加流体温度),由流体供应406提供的流体的流动速率(例如,开启的阀门的量),或在一些情况下,甚至挤出速率(例如,双螺杆的旋转速度)。

鉴于上述，系统400的过程控制可均匀地加热绕着湿润挤出陶瓷圆棒426的周界的表皮。理想地将表皮加热到足以确保有机粘合剂(在本发明中还称作“粘合剂组分”)“凝胶化”的温度，并由此硬化圆棒外周界或表皮层以消除或减少凹槽缺陷。过程控制可硬化表皮和周界多孔结构从而两者耐受因为切割工具进行切割造成的涂沫(smearing)。这样做,系统可消除或显著减少主要诱发因素(涂沫的封闭孔)，其导致继续挤出挤出物时表皮向内坍塌(由此形成凹槽)。过程控制是还能取得表皮的均匀硬化。均匀施加热量增加表皮的模量(硬度)，这抑制表皮“吸入”或坍塌甚至在切割工具处的确发生少量涂沫时。这种均匀表皮硬化是一个可额外的允许减少/消除产生表皮凹槽的因素。

图4的施涂机设备418构造成均匀地将热量施加到湿润陶瓷挤出物，然后用切割工具424切割挤出物是。参考图5和6,显示了示例性施涂机设备500。设备500可包括第一部分504和第二部分506。第一部分504和第二部分506可绕着枢轴点536相互地枢轴地连接。在一方面中,枢轴点536可为铰接。本领域普通技术人员可设想用于小于或等于相互枢轴两部分的已知装置。

第一部分504可包括进口联结器510。进口联结器510可限定进口604或开孔。如图5所示,进口联结器510可通过连接器或配件508连接到流体管道或管子502。配件508可同时螺纹啮合到进口联结器510和管子502。或者,连接可为压配合、滑入配合或其它已知的连接装置。在图4中，流体管道或管子502可结合到温度单元410和流体供应406，从而压迫流体经过管子502和经过进口联结器510的进口604。这样,施涂机设备500与下述设备流体连通,或流体结合到下述设备：流体供应406和温度单元410。在一方面中,施涂机设备500

施涂机设备500还包括外壳体，其由第一壳体512和第二壳体514形成。当第一部分504和第二部分506相互结合时,第一壳体512和第二壳体514形成单一外壳体。可将包括夹持部分600和闭锁部分642(见图6)的夹持元件516设置在第一壳体512或第二壳体514的任一种上，用于将两种壳体结合在一起。当相互结合时，第一和第二壳体可形成基本上六方形-形状结构。但是,在其它实施方式,壳体可形成半圆-形状或半球-形状或其它所需成形结构。或者,第一壳体512可具有与第二壳体514不同的尺寸和形状。

如图6所示,第一壳体512和第二壳体514是基本上中空的，且具有弯曲的内部边界。可将一个或多个安装板602结合到任一壳体，用于将施涂机壳体500安装到另一结构(例如,栏杆或梁)。当两种壳体相互结合时，弯曲的内部边界限定壳体中的开孔以允许挤出物通过。具体来说,当挤出物通过壳体中限定的开孔时,第一壳体512和第二壳体514完全环绕挤出物。这允许挤出物的整个周界或表皮层暴露于经过施涂机设备500的流体。挤出物经过的壳体开口可相对于第一壳体512和第二壳体514居中限定。在其它实施方式,开孔可相对于第一和第二壳体偏移限定。

施涂机设备500可包括第一内壳体518和第一嵌块522。第一内壳体518可构造成稍微小于第一外壳体512从而配合其中。第一内壳体518可具有外径和内径。内径可对应于或基本上对齐第一壳体512的弯曲的内边界。因此,第一内壳体518不干扰经过施涂机设备500的挤出物。第一内壳体518也结合到进口联结器510。这可为整体结合、螺纹结合、压配合结合、滑入配合结合或者用于将第一内壳体518结合到进口联结器510的其它已知装置。

第一嵌块522可构造成具有内和外径的新月状方式。第一嵌块522的尺寸和形状是这样的，从而它可可拆卸地结合到第一内壳体518,其中当结合时，第一内壳体518基本上环绕第一嵌块522。第一嵌块522可具有多个凸片或销钉606,608,610，其纵向地从其向外突出。当将第一嵌块522结合到第一内壳体518时,第一销钉606啮合第一内壳体518中的第一开孔或狭缝612。类似地,第二销钉608啮合第二狭缝614和第三销钉610啮合第三狭缝616。这样,第一嵌块522结合到第一内壳体518，不能旋转或者枢轴转动大于几度，如果真会发生的话。

施涂机设备500还包括第二内壳体520和第二嵌块524，其同时以类似于第一内壳体518和第一嵌块522的方式构造和相互结合。具体来说,第二嵌块524可包括销钉624，其啮合对应的内壳体520中的狭缝630。类似地,第二销钉626和第三销钉628可分别啮合狭缝632,634。

参考图5,第一嵌块522和第二嵌块524基本上同时分别被第一和第二外壳体以及第一和第二内壳体环绕。这样,第一和第二嵌块设置靠近经过施涂机设备500的挤出物。第一和第二嵌块都包括绕着其内径径向地限定的至少一种开孔或狭缝。出于本发明之目的,图5中径向方向由线R-R表示，且纵向方向由线X-X表示。开孔可包括绕着第一和第二嵌块径向限定的多个开孔。

在图5所示的实施方式中,开孔是第一嵌块522中多个径向限定的狭缝526，以及对应的第二嵌块524中的数个狭缝528的形式。径向限定的狭缝526,528可绕着纵向方向X-X相互隔开，从而各嵌块可包括两种或更多种狭缝。依次,各径向限定的狭缝形成施涂机设备500的出口。可构造狭缝526,528，从而流体以基本上垂直于纵向方向X-X的方向流向挤出物。或者,狭缝526,528可相对于纵向方向以一定角度设置。当第一部分504和第二部分506相互结合时,施涂机设备500可具有多个出口，流体经过其排出设备和引导至挤出物的表皮层上。

为了进一步理解经过施涂机设备500的流体流动,第一和第二内壳体可限定外流体腔室530和内流体腔室532。各外流体腔室530和内流体腔室532在第一和第二内壳体中限定。外流体腔室530和内流体腔室532通过多个在挡板534中限定的进料孔(未显示)相互流体结合。挡板534设置在两种腔室之间，从而流体以均匀的方式从外腔室530流入内腔室532。

在这个实施方式,挡板534在外腔室530中形成流体压力来增加流动均匀性。因此,当流体通过施涂机设备500的进口604时,流体进入外腔室530。流体可绕着外腔室530在第一内壳体518和第二内壳体520之间循环。当在外腔室530中形成压力时,挡板534中限定的进料孔允许流体渗漏进入内腔室532。一旦流体进入内腔室532,出口或狭缝526,528流体结合到内腔室532以允许将流体施涂到引导至挤出物的表皮层。流体可均匀地施涂或引导至挤出物上，以将表皮温度升高到所需的或阈值温度。因为流动接触挤出物时是均匀的,还将表皮层暴露于流体温度和表皮温度之间的均匀温度差异，然后经过施涂机设备500。换句话说,流体通过温度单元和取得所需的,均匀温度。因此,表皮层被暴露于均匀的流动和温度，导致有机粘合剂发生凝胶。

参考图7,提供了挤出系统700的另一种实施方式。图7的不同的组分和特征类似于图4的组分和特征，且这样标记，附图标记用‘7’开始而不是‘4’。例如,图4中的湿润陶瓷挤出物426标记为图7中的726。

类似于图4的系统400,系统700包括可编程的逻辑控制器(PLC)712，其能控制挤出过程和进行必须的调节来确保挤出物726中有机粘合剂的凝胶化。PLC712可具有存储器，用于以软件的形式储存指令以实现所需的挤出过程。PLC712是结合到主控制器716。主控制器716通过电源单元714供电，并通过连接736向温度单元710提供电流。可调节主控制器716发送到温度单元710的电流的量，来控制单元的温度输出。PLC712经过通讯连接734与温度传感器720电连通,可与主控制器716通讯来调节温度单元710的输出。

温度传感器720可为热电偶,红外热成像照相机或数码成像设备，高温计，或其任意组合。可存在一个或多个传感器720，来在沿着挤出物的多个位置测量挤出物726的表皮温度。温度传感器720可设置于邻近施涂机设备718的位置，从而当挤出物726通过设备718时,传感器720测量表皮温度并将所测温度通讯至PLC712。

图7中的施涂机设备718设置邻近挤出机702的出口。挤出机702可包括靠近挤出机702前面的模头704。当挤出物726通过模头704挤出时,类似于图4中轴承428的空气轴承728为挤出物726提供气囊支撑。空气轴承728支撑通过施涂机设备718和切割工具724的挤出物726。切割工具724可为湿润锯,刀片,小刀,或用于在所需的位置切割来切割挤出物的其它已知装置。

系统700可还包括编码器722，用于测量系统的挤出速度。编码器722可与PLC712电连通，以经过通讯连接732将挤出测量传送到那里。PLC712也经过通讯连接730与流量计708电连通。通讯连接730,732,和734可为有线或无线连接。流量计708设置在流体供应706和温度单元710之间。流体供应706可包括流体，例如液体或气体，例如压缩空气、压缩氮气、氩气等。流体供应706可包括泵或其它供应装置，用于将流体经过流体管线738从流体供应706分配到温度单元710。当流体通过温度单元710时，它经过流体管线740流向施涂机设备718。参考图8,部分流体管线740显示为施涂机设备800的进口管子804。

参考图4和7中所示的系统，一个区别是施涂机设备相对于挤出机的位置。在图4中,施涂机设备418在挤出机402的下游。具体来说,施涂机设备418位于靠近切割工具424，从而最小化了挤出物426从施涂机设备418移动到切割工具424的距离。通过保持这个短距离，可实质上减少在设备418和切割工具424之间从湿润陶瓷挤出物耗散的热量。这可应注意减少或防止靠近表皮层的内孔被涂沫，以及当被切割工具424切割时发送坍塌。换句话说,当被切割工具424切割时，表皮层是更硬的，因为施涂机设备418相对于切割工具424的这种设置使温度降更小。

但是,在图7中,施涂机设备718设置邻近挤出机702，并与切割工具724离得更远。取决于系统中所用的施涂机设备类型，这种设置可为优选地。可受益于这种设置的施涂机设备的这种实施方式见图8和9。这里，施涂机设备800具有截头圆锥状主体或壳体802。壳体802可具有外径和内径,其中进口管子804结合到或靠近外径。进口管子804可为基本上中空的，并具有限定的通道。通道可包括进口806，其结合到图7的流体管线740。因此,当流体排出温度单元710时,它通过流体管线740和进口806进入施涂机设备的壳体802。一旦流体进入壳体802,可沿着那里的流体路径引导它，并经过设备800的出口808引导出去。出口808可为一个或多个绕着壳体802内径径向限定的孔。或者,出口808可形成一个或多个类似于图5那些的径向限定的狭缝。

为了进一步显示流体经过施涂机设备800的流动路径,图9是沿着图8中的线A-A拍摄的设备横截面。如图所示，设备800包括靠近其外径的平坦部分902，从平坦部分902倾斜向挤出机702的基本上圆锥部分904。这形成具有内表面916的碗状或凹面状形状。施涂机设备800的内径D2大于外径D1或挤出物914的宽度，从而挤出物914可通过设备800。

如图9所示,流体可经过进口806进入施涂机设备800。当流体进入靠近设备800的外径时,它绕着外径循环，因为设备的尺寸和形状,流体压力在设备800的腔室-状部分918中形成。流体随后开始沿着方向906流向挤出物914。施涂机设备800的出口908被限定靠近内径和可为一个或多个开孔的形式。开孔可包括限定的小孔、孔、狭缝或其组合。如图所示，出口908限定紧紧靠近挤出物914从而当流体经过出口908沿着方向910排出时，将它引导至接触挤出物914的表皮层。

挤出物914沿着挤出方向(其由箭头912确定)移动经过挤出机702和模头704。当均匀流动的流体沿着方向910排出施涂机设备800的出口908时，它沿着其整个周界接触表皮层。此外,当施涂机设备800设置邻近挤出机702时,在挤出机702,挤出物914,和施涂机设备800的锥形部分904之间形成环状腔体928。具体来说,挤出机702包括前面900，其延伸通过模头702并形成外唇。结果，外唇具有内表面924，其基本上环绕挤出物914。另一表面926基本上垂直于表面924和基本上与模头704对齐，也形成腔体928。因此,当流体排出施涂机设备800时，将它导向接触挤出物914和导向表面926。流体可随后绕着方向920在腔体928内循环，以进一步加热挤出物914的表皮层。因为压力在腔体928内形成,流体可沿着方向922经过在施涂机设备800的锥形部分904和挤出机702之间限定的间隙渗漏。

如以上针对各施涂机设备所示和所述的,出口各设备可包括一圈紧密设置在一起的限定的开孔、单一环状狭缝,或多个环状狭缝。一圈限定开孔可提供足够的空气流动，且当期望在一个或多个区域中提供热集中时是特别优选地。包括一个或多个环状狭缝的实施方式可提供更加均匀的绕着挤出物表皮层的流动。狭缝可切割到所需尺寸以提供所需量的流动，来实现有机粘合剂的凝胶化。

上面稍微详细地描述和参考了用于将有机粘合剂温度增加到超过其凝胶点的过程方法和控制。在图10中,已知用于控制有机粘合剂的凝胶化的示例性方法。方法1000无意于限制，因为取决于系统中所用施涂设备的类型，以及PLC对系统中不同的元件的控制量，所述方法可以是不同的。作为进一步解释过程控制方法1000手段，可参考图4-9的实施方式。

如图10所述,方法1000可包括多个步骤。同样，这只是个示例，并无意于表示用于本发明所提供的所有可能的控制方法。在一些控制方法,可涉及附加或更少的步骤。此外,这些步骤可以不同的顺序来执行，因此图10所示的步骤排布只是作为一种这种实施方式。

在步骤1002,提供用于经过挤出设备挤出湿润陶瓷体(或挤出物,圆棒等)的方法1000。挤出设备可包括活塞,双或单螺杆,或其它已知用于经过挤出机挤出批料材料的装置。批料材料可包括不同的组分，包括有机粘合剂，其具有有机粘合剂凝胶化的温度。在这种方法中,所需的或阈值温度对应于有机粘合剂到达其凝胶点的这个温度。

在步骤1004,流体供应或圆筒可包含流体例如压缩空气、压缩氮气或氩气或其它已知加工气体。取决于实施方式，流体还可为液体。流体供应可包括阀门或其它计量装置，以从工艺将流体释放到温度单元。流体供应和温度单元可通过流体管线相互结合或连接。流体的量和流体的供应速率可通过控制器例如可编程的逻辑控制器(PLC)来控制。或者,流体供应可具有其自己的控制器，其与系统控制器或PLC电连通。这样,PLC可控制供应给温度单元的流体的量，并调节这个量来取得所需的有机粘合剂的温度。

可将流量计结合到或安装到流体供应和温度单元之间的流体供应管线。在步骤1006中,流量计可测量提供给温度单元的流体的流动速率。这样,流量计可与PLC电连通，以将测量数据发送到PLC。当PLC调节流体供应的流动速率时,流量计可反复地和连续的测量流动速率，并将所测流动速率通讯到PLC。流量计还可包括阀门或其它计量装置来控制流体流动速率。

转向步骤1008,必要时，可通过PLC控制或调节流体温度。具体来说,可如有需要的增加或降低来影响经过温度单元的流体的温度。这可基于所测的湿润陶瓷体的表皮层的温度。可存在用于增加或降低流体通过温度单元时温度的其它需求。在其中需要加热湿润陶瓷体表皮层的实施方式中,温度单元可输出热量，以增加流经其的流体的温度。此外,温度单元将流体的温度调节到基本上均匀温度。在一方面中,温度单元可将流体温度调节到基本上均匀温度，其大于或等于有机粘合剂的凝胶化温度。

在步骤1010中,流体排出温度单元和通过施涂机设备的进口。进口可限定靠近施涂机设备的外径或周界，类似于在图5-6和8-9中所示的实施方式。当流体在施涂机设备的进口接收时,在步骤1012中使流体流动均匀。这在例如,参考图5和6所述，其中流体绕着施涂机设备的外腔室530循环。将其中具有限定进料孔的挡板534设置在外腔室530和内腔室532之间，从而当在外腔室530中形成流体压力时，流体经过进料孔渗漏进入内腔室532。这可使流体均匀的流动进入施涂机设备的内腔室532。施涂机设备的出口还基于开孔或狭缝的排布和构造形成均匀流体流动。

在步骤1014中,可将流体流动均匀地引导至湿润陶瓷的外或表皮层。如上文实施方式所述,施涂机设备可包括出口，其由流体流动经过的多个开孔或狭缝限定。多个开孔或狭缝绕着施涂机设备的内径径向设置。在一种实施方式中,多个开孔限定于1施涂机设备的出口处。在另一种实施方式中，在出口处限定单一、薄的狭缝。狭缝是绕着施涂机设备的整个内径形成的，从而当湿润陶瓷体通过施涂机设备时,将整个外层暴露于排出设备的流体。在一种类似的实施方式中，在出口处限定两种或更多种狭缝，其中各狭缝与相邻的狭缝隔开。狭缝可纵向或径向地相互隔开。

当湿润陶瓷体的外层,或表皮层暴露于流体时，该体继续沿着挤出方向移动，通过施涂机设备中限定的开孔。当体通过时,在步骤1016中温度传感器测量外层温度。可使用温度测量来确定有机粘合剂是否已到达其凝胶点,和因此是否被硬化，然后到达切割工具。PLC可编程来接收来自温度传感器的温度测量，以及测定表皮温度是否满足阈值温度。虽然没有在方法1000中作为步骤显示,PLC还可与测量挤出速度的编码器电连通。

在步骤1018中,PLC可决定所测量温度是否满足有机粘合剂将凝胶化的阈值温度。在所测量温度不满足阈值温度的情况下,PLC或其它控制器可调节由流体供应提供的流体的流动速率。PLC还可调节温度单元，以增加或降低经过其中流体的流体温度。在图4和7所示的实施方式中,主控制器向温度单元供应电流。在这些实施方式中,PLC可指令主控制器向温度单元供应更大或更小的电流。PLC还可决定以控制挤出速率。例如,如果挤出速率减少,湿润陶瓷体不快速地通过施涂机设备，因此将外层暴露于流体较长的时间段。在一种实施方式,PLC可只控制流动速率,温度单元的输出,或挤出速率中的一种。在另一种实施方式,PLC可只控制这三种输出中的两种。在一个不同的实施方式,PLC可调节或控制各三种输出直到所测量表皮温度满足用于有机粘合剂凝胶化的温度阈值。

在步骤1020中,湿润陶瓷体可用切割工具切割到所需的长度，例如湿润刀片,锯,小刀或其它已知切割设备。通过控制流动速率,流体温度,和挤出速率,控制方法1000可将湿润陶瓷体中有机粘合剂的温度增加到它的凝胶点。结果,可硬化体，从而当将体切割到所需的长度时，靠近表皮层的内孔不发生涂沫或坍塌。结果,使用本文所述的系统和方法可减少或消除表皮凹槽和相关缺陷。

虽然上文已经结合所要求保护的本发明的原理揭示了示例性实施方式，但是本发明不限于所揭示的实施方式。相反地，本发明旨在涵盖使用本文所述的通用原理的所要求保护的本发明的任意变化、应用或改动。另外，本申请旨在涵盖属于本发明所属领域的已知或常规实践以及落入所附权利要求书的限定内的与本发明相偏离之处。

Claims (9)

1.一种用于控制湿润多孔陶瓷挤出物的硬度的方法，所述湿润多孔陶瓷挤出物由具有粘合剂组分的批料材料形成，所述方法包括：

经过挤出设备挤出所述批料材料以形成所述湿润多孔陶瓷挤出物；

向温度单元提供流体；

在温度单元控制所述流体的温度；

沿挤出方向移动所述湿润多孔陶瓷挤出物，并使所述湿润多孔陶瓷挤出物经过在施涂机设备中限定的开孔；

引导来自所述温度单元的流体经过所述施涂机设备径向限定的多个开孔；

使所述湿润多孔陶瓷挤出物外层接触所述流体均匀的流；

利用所述流体将所述粘合剂组分的温度增加到它的凝胶点；

沿挤出方向使所述湿润多孔陶瓷挤出物经过所述施涂机设备以硬化所述湿润多孔陶瓷挤出物；和

用与所述施涂机设备隔开的切割工具切割硬化的所述湿润多孔陶瓷挤出物，其中，所述施涂机设备设置在所述切割工具与所述挤出设备之间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

测量所述湿润多孔陶瓷挤出物排出所述施涂机设备时的温度；

测量供应到所述温度单元的流体的流动速率；和

测量所述湿润多孔陶瓷挤出物的挤出速率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括测定所测量温度是否对应于所述粘合剂组分到达其凝胶点的阈值温度；

其中，如果所测量温度低于所述阈值温度,所述方法包括可调节地控制所述流体流动速率、所述挤出速率、或所述温度单元的输出直到所测量温度到达所述阈值温度。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述施涂机设备的外腔室中接收所述流体；

绕着所述外腔室循环所述流体；

通过在所述施涂机设备的所述外腔室和内腔室之间的挡板中限定的多个开孔渗漏所述流体；和

使所述流体均匀地通过在所述施涂机设备的嵌块中限定的一个或多个狭缝或孔。

5.一种挤出系统，其包括：

挤出机，所述挤出机构造成接收含粘合剂组分的批料材料以及经过模头挤出所述批料材料以形成挤出物；

控制器；

包含流体的流体供应；

结合到所述控制器并流体结合到所述流体供应的温度单元，其中所述控制器可调节地控制所述温度单元的输出以取得所需的均匀的流体温度；和

与所述模头隔开的施涂机设备，其具有进口和出口，所述进口流体结合到所述温度单元以接收所述流体；

其中，所述出口包括限定的开孔，其构造成将均匀流动的流体引导至所述挤出物外层上，以将所述粘合剂组分的温度升高到它的凝胶点；

其中，所述施涂机设备包括：

具有第一部分和第二部分的环状壳体,其中所述第一部分和所述第二部分相互枢轴地连接，其中所述壳体在所述第一部分和所述第二部分之间限定所述挤出物经过的开孔；

设置在所述第一部分中并结合到所述施涂机设备的所述进口的第一体；

设置在所述第二部分中的第二体，所述第一体和所述第二体限定外腔室和内腔室,其中所述外腔室流体结合到所述进口，以及所述内腔室和所述外腔室经过挡板相互流体结合；和

嵌块，其设置在所述第一和第二体的内腔室中，从而所述嵌块流体结合到所述出口。

6.如权利要求5所述的挤出系统，其特征在于，还包括与所述施涂机设备隔开的切割工具，所述切割工具适于将所述挤出物分离成至少两个部分。

7.如权利要求5所述的挤出系统，其特征在于，还包括与所述控制器电连通的测量系统，所述测量系统包括：

构造成测量从所述流体供应到所述温度单元的流体流动的流量计；和

构造成测量所述挤出物外层的温度的温度传感器；

其中，基于温度测量,所述控制器构造成可控制地调节来自所述流体供应的流体流动。

8.如权利要求5-7中任一项所述的挤出系统，其特征在于，所述挤出系统还包括：

与所述控制器电连通的编码器，所述编码器适于测量来自所述挤出机的挤出物的挤出速率；

其中基于温度测量,所述控制器构造成可控制地调节所述挤出速率、所述温度单元的输出、或来自所述流体供应的流体流动。

9.如权利要求8所述的挤出系统，其特征在于，所述施涂机设备和所述编码器设置在所述模头和所述切割工具之间，所述施涂机设备设置邻近所述切割工具且所述编码器设置邻近所述模头。