CN105517765A - 绝热的熔体加工装置及其熔融加工的方法 - Google Patents

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富兰克林·埃伦斯贝克
萨德·威廉·艾伦
史蒂芬·迈克尔·华莱士
托马斯·厄舍·埃布尔
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Abstract

一种绝热的熔体加工装置，包括：筒体(10)和布置在筒体上的加热器(40)。该加热器包括与筒体的表面接触的绝缘材料(42)和布置在绝缘材料中的加热构件(44)，该加热构件被配置为响应流经加热构件的电流的传导而提供热。

Description

绝热的熔体加工装置及其熔融加工的方法
背景技术
由于向挤压机(extruder，压出机)的热传递的效率低，所以在受热的情况下挤压聚合物材料需要相当大的功率。该低效率部分地是由于外部金属加热器和挤压机之间的低效率热接触。此外，热辐射至挤压机周围的区域而不是传递至挤压机的本体，从而造成向周围区域的热损失，这导致该区域的温度升高。因此由于诸如通过挤压机周围的强制空气或冷却空气对流而对该区域进行主动冷却，这导致该区域需要增加的功率耗损。此外，在足以驱动挤压机的热负载及其聚合内含物的温度下运行的暴露的加热器通常处于超过皮肤组织损伤阈值的温度下，该温度是大约52℃。为了避免皮肤与这样的加热器直接接触，将金属盖放置在挤压机和加热器上方。金属盖与加热器隔开；然而，金属盖由从加热器发射的红外辐射加热，这使得该盖在挤出期间也达到相当高的温度。
另外，因为加热器具有与挤压机的不均匀的热接触，所以会出现热的热点，并且挤压机的某些部件会受到热损伤。此外，挤压出的聚合物产品由于热点会受到不需要的化学或物理特性变化的影响。
在本领域中总是欢迎用于控制挤压过程的改善的加热过程和设备。
发明内容
以上所述的特征和其他特征通过以下附图和详细描述进行举例说明。
本发明公开一种绝热的(thermallyinsulated)熔体加工装置(meltprocessor，熔融处理器)，包括：筒体；以及加热器，该加热器布置在筒体上并且包括：绝缘材料，与筒体的表面接触；以及加热构件，布置在绝缘材料中并且被配置为响应流经加热构件的电流的传导而提供热量。
本发明另外公开一种用于熔融加工聚合物的系统，该系统包括：绝热的熔体加工装置；以及控制器，电连接至加热构件。
本发明另外公开一种用于减少在熔融加工聚合物期间的功率消耗的方法，该方法包括：将聚合物布置在绝热的熔体加工装置中，其中绝热的熔体加工装置进一步包括布置在筒体中的螺旋构件；使电流流经加热构件以加热筒体；通过使螺旋构件旋转而将力施加至聚合物；并且熔化聚合物，其中，根据达到有效熔化聚合物的温度所需的流经加热构件的电流的量，利用流经加热构件的电流加热筒体的效率是大于或等于70％。
附图的简要说明
现在参考附图，其中同样的元件以同样的方式进行编号：
图1是熔体加工装置的筒体的照片；
图2示出熔体加工装置的筒体的侧视图；
图3示出绝热的熔体加工装置的横截面；
图4示出加热器的横向横截面；
图5示出在图3中示出的加热器的纵向横截面；
图6示出加热器的横向横截面；
图7和图8示出用于熔体加工装置的加热器的立体图；
图9示出加热器和法兰盖的立体图；
图10和图11示出法兰盖的立体图；
图12是用于熔融加工的系统的框图；
图13是绝热的熔体加工装置的照片；
图14是在图13中示出的绝热的熔体加工装置的照片的部分的放大图；
图15是绝热的熔体加工装置的熔体过滤器部分的照片；以及
图16是布置在熔体加工装置的筒体上的金属加热器的照片。
具体实施方式
本文中通过范例而不是限制来呈现详细说明。
已经发现绝热的熔体加工装置具有一些有利的特性。一种建立熔体加工装置的基础筒体和表面外部之间的明显的温差的加热器，致使减少用于熔融加工聚合物的冷却需求和总操作费用。另外，不存在热点，沿着筒体产生均匀的温度。此外，与金属加热器相比功率消耗显著地减少。此外，本文中的加热器是柔性的(flexible)、重量轻的、并且可容易地配置为各种筒体形状。
根据实例，绝热的熔体加工装置可以包括筒体和布置在筒体上的加热器。加热器可以包括与筒体的表面接触的绝缘材料和布置在绝缘材料中的加热构件，并且被配置为响应流经加热构件的电流的传导而提供热量。
如图1所示，熔体加工装置的筒体10包括重复的接头部分19。每个接头19具有介于组成一对法兰18的第一法兰14和第二法兰16之间的管12。在一些熔体加工装置中，代替重复的接头19，筒体包括具有或没有法兰(14，16)的单个管12。法兰14，16可以，例如，通过焊接而附接至管12，使得它们在物理上附接至管12。接头19可以连接至彼此使得相邻的接头19的法兰接触。紧固件，例如，螺栓与螺母，可以横穿相邻接头19的邻接法兰而施加力以便筒体10可以是连续本体。支柱20可以将筒体10悬置在地板以上并且将调整筒体10的竖直高度以使其与其他设备接触，诸如聚合物进料来源、熔体过滤器、染料等。为了进一步说明，在图2中示出熔体加工装置的筒体10的侧视图。在此，筒体的长度被表示为图2中的“L”。
在实例中，如图3所示，绝热的熔体加工装置具有布置在一对法兰18之间的管12上的加热器40。法兰盖可以布置在邻接法兰14，16上，以及支撑体52布置在加热器40的外表面上以提供对管12上的加热器40的支撑。图4和图5分别示出在横向截面和纵向截面上的加热器40的更多细节。在加热器40中，加热构件44布置在绝缘材料42中。加热器40具有围绕将熔体加工装置的筒体插入其中的中空空间50的内表面46。外表面48是绝缘材料42的外边界。支撑体52可以布置在绝缘材料42的与筒体10相反的外表面48上。支撑体防止加热器40和筒体10之间的间隙。电导线54可以电连接至加热构件44，并且电连接器56可以布置在电导线54的末端。电连接器56可以连接至外部电力缆线以将电力经由电导线54传输至加热构件44。
加热构件44可以布置在绝缘材料42中，使得绝缘材料42具有在加热构件44和加热器的内表面46之间的第一厚度T1。同样地，厚度T2存在于加热构件44与加热器40的外表面48之间。厚度T1可以大于、小于或等于厚度T2。在实例中，厚度T1小于厚度T2。在这个布置中，加热构件44相对靠近内表面46并且进一步远离加热器40的外表面48。因此，在加热构件44辐射热时的操作期间，加热器44的内表面46会比外表面48更热。厚度T1与厚度T2的比例可以是，例如，从2:1至1:100，特别地，从1:1至1:10，并且更特别地，从1:2至1:4。
在一些示例性加热器中，加热器40包括布置在绝缘材料42上的外部层49，如图6所示。外部层49可以布置在绝缘材料42的整个外表面上，使得加热器44的外表面48完全是外部层49。可替换地，仅绝缘材料42的外表面的部分可以用外部层49覆盖，使得外表面48包括外部层49的部分和绝缘材料42的部分。
熔体加工装置的筒体的形状对于确定加热器的内表面的形状有用。有利地，本文中的加热器是柔性的并且符合筒体的形状。因此，不考虑筒体的形状，加热器的热量可以在加热器的内表面与管之间没有间隙的情况下接触筒体的管。尽管熔体加工装置的筒体示出为矩形，但筒体的示例性截面形状可以包括圆形、椭圆形、正方形、矩形、多边形等。根据实例，加热器的形状可以选择为对应于筒体的形状，以优化加热器和筒体之间的热接触。
图7和图8示出加热器的实例。在此，除上述特征之外，加热器可以包括，例如，索环58，电导线54布置在索环中以减轻电导线54的弯曲应力。另外，索环58可以相对于加热器40的外表面48机械地稳定电导线54，使得如果电导线54经受诸如猛拉或拖拉的拉力，电导线54不会容易地从加热器40移去或者与加热器40内部的加热构件(未示出)电断开。在图7中示出的加热器40具有四条边的矩形横截面。紧固件60可以布置在外表面48上，以便使加热器40紧密地配合在筒体上。可以考虑到加热器40的邻接壁可以在转角68处相遇并邻接。在一些构造中，这些壁是连续的一体件，使得沿着内表面46或外表面48没有不连续处。在示例性加热器中，壁可以是与另一个壁不连续的，使得转角68通过将两个壁接触在一起而形成。根据实施方式，如图8所示，一部分(诸如加热器40的壁)的不存在，这使得加热器具有敞开结构，这与在图7中示出的封闭结构相反。
关于紧固件60，紧固件60可以是，例如，带子、条等，提供对加热器的压缩力以便使加热器40的壁结合，使加热器40保持处于筒体上的位置，防止加热器40的内表面46和筒体之间的间隙，增加加热器40和筒体之间的热接触等。紧固件60可以完全或部分地(如图7和图8中所示)布置在加热器40的周边上。在一些示例性加热器中，加热器40不包括紧固件60。紧固件60包括，例如，带扣以将紧固件60收紧并勒紧在加热器上。示例性紧固件60包括这样的带子：这些带子具有D环或其他带扣或扣环、扣钩和系紧材料、襟板(flaps)、孔眼(eyelets)、织物带子等。这样的紧固件60在没有拆开的情况下将加热器40保持在筒体上的位置处，但是通过例如操作者可以容易地操纵使其拆开。以这种方式，加热器40可以从筒体容易地并迅速地拆卸。
为了有助于结构完整性并且为了避免在熔体加工装置的加热器40和筒体之间形成间隙，可以在加热器上布置支撑体52。如图7、图8和图9所示，支撑体52可以布置在外表面48的侧面上并且包括附接引导件62，该附接引导件具有附接孔64，该附接孔用于插入，例如，与可选择的垫圈72(参照图9)接合的诸如螺栓或螺钉的紧固件70。附接孔64可以是带有螺纹或没有螺纹的通孔。附接引导件62耦接至位于加热器40中的键槽66中。键槽66锁住附接引导件62，以便支撑体52不会在无意中滑出加热器40。可替换地，键槽66相对于附接引导件62的形成过大的尺寸，使得支撑体52容易从加热器40卸下。因此，支撑体52可以从加热器40卸下或者可以永久附接至加热器。在一些熔体加工装置中，熔体加工装置的筒体包括附接联接器，该附接联接器接受来自支撑体52的紧固件70以将支撑体固定地附接至筒体。附接联接器是，例如，螺纹孔、套筒、紧固件70被压配合至其中的孔等。筒体上的附接联接器可以不穿入至发生熔融加工的筒体的核心内。
支撑体52可以整体布置在加热器40的绝缘材料42中。可以考虑到在这里没有或者部分支撑体52暴露于外部环境，而没有由绝缘材料42覆盖。
图9还示出两个加热器40和法兰盖59的组件。加热器40在法兰盖59内部彼此接触或不接触。法兰盖完全地或部分地围绕加热器40的周边。再次参考图3，应当理解，法兰14、16可以将法兰盖59内的相邻的加热器40分开。根据实例，多于一个加热器40布置在单个管体上，并且法兰盖可选地布置在彼此邻接的相邻的加热器40的接合处上。在实例中，法兰盖与加热器重叠。在此，重叠的量可进行选择，例如，为了优化熔体加工装置的操作条件、加热器的加热效率、易于接近熔体加工装置或加热器等。在一些构造中，法兰盖与加热器不重叠。
法兰盖59的实施方式在图10和图11中示出。法兰盖包括绝缘材料80，该绝缘材料与包括在加热器中的绝缘材料相同或不同。图10的法兰盖59还包括插入工具的通孔84(例如，诊断工具，诸如热电偶、测隙规、高温计、扳钳等)。然后这样的工具与法兰盖布置在其上的法兰相互作用。对于某些法兰盖形状，可选择的转角包含于法兰盖59中。外表面88与形成并围绕法兰盖59中的中空核心92的内表面90相对。法兰盖59还可以包括紧固件86。法兰盖59的部分可以不存在，使得法兰盖具有如图11中的敞开构造，这与在图10中示出的封闭构造不同。
另外，法兰盖可以包括布置在绝缘材料中并且被配置为加热法兰的次要加热构件。在一些情况下，在法兰盖中不存在次要加热构件。
传感器可以应用于绝热的熔体加工装置。示例性传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、疲劳传感器、加速计等。温度传感器可以布置在筒体上以感测筒体的温度。
绝缘材料可以是热绝缘的并且可以具有比有效执行熔体加工装置中的聚合物的熔融加工的温度更大的熔融温度或热分解温度。根据实例，绝缘材料具有大于或等于600℃，并且更特别地，大于500℃的熔融温度。绝缘材料可以纤维(短的或连续的)或丝状体。示例性绝缘材料包括玻璃、陶瓷、高温聚合物等，诸如二氧化硅、玻璃纤维等。绝缘材料可以具有小于或等于按重量计的百万分之(ppm)1000，特别地小于500ppm的硼。绝缘材料可以具有小于或等于各种材料的10ppm，诸如石棉、铅、水银、镉和砷。绝缘材料可以不含这些材料(例如，到本申请的提交日期为止利用计量标准不可测量的量)。
绝缘材料可以阻燃或抑燃。根据实例，绝缘材料是电绝缘的。对于具有外部层的加热器，外部层和绝缘材料可以是相同的或不同的材料。外部层为加热器提供防水性或耐化学性。绝缘材料的厚度不受具体限制，而是大于0.5英寸或更厚，例如，从1”至20”厚，特别地从1”至5”厚。
对于加热构件，加热构件可以是裸导线或利用高温涂层进行绝缘。加热构件是通过焦耳加热将热提供至加热器和筒体的电阻元件。加热构件可以加热至大于700℃，特别地大于600℃，并且更特别地，大于350℃。可以考虑到导线在热循环、冷却、加热、或温度浸泡期间不容易受到的氧化降解。加热构件可以是任意数量的形式，包括具有可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形等的横截面的带、条、导线等。这样的加热构件可以是直的或卷绕的。用于加热构件的结构的电阻金属包括Ni、Cr、Al、Fe、Cu、它们的合金等。示例性加热构件是镍铬合金、铬铝钴耐热钢、铜镍合金等。此外，加热构件仍然是柔性的，即使在获得高温之后，并且可容易地弯曲使得加热器符合筒体的形状。加热构件还连接至电引线，该电引线可以是导电金属，尽管其可以是与加热构件相同的或不同的电阻金属材料。
加热器还可以包括支撑体。该支撑体可以由金属、陶瓷、聚合物或包含前述中的至少一种的组合制成。这种材料可以具有与加热器的外表面的温度相一致的高的热降解性。在实施方式中，该支撑体是铝。该支撑体的形状不受限制，并且可以选择为实现熔体加工装置的加热器与筒体之间的高度热接触。
绝热的熔体加工装置具有许多优点和好处。加热器可以建立在加热器的筒体和外表面之间的明显温差。筒体的表面处的温度与加热器的外表面处的温度的差异可以大于或等于500℃，特别地大于或等于400℃，并且更特别地，大于或等于300℃。在实例中，加热器的外表面小于65℃，特别地小于40℃，并且更特别地小于35℃，而筒体的内部是从190℃至450℃。根据实例，当筒体具有对包含聚烯烃、聚碳酸酯的聚合物或者包含上述聚合物中的至少一种的组合有效进行熔融加工的温度时，加热器的外表面的温度小于或等于130℃。由于横穿加热器的温差，使得本文中绝热的熔体加工装置的操作具有减少的冷却需求以及减少的用于熔融加工聚合物的总的操作费用。
另外，由于在柔性的且适合的加热器与筒体之间的高度热接触，使得热点不存在或者基本不存在，从而使得沿着筒体产生均匀温度。此外，产品聚合物的品质超过没有该加热器操作的其他熔融加工装置，因为筒体的温度更容易由该加热器控制。因为该加热器包含绝缘材料，该加热器还避免了筒体的热量损失。例如，当聚合物通过布置在筒体中的螺旋构件而被卷入时，可以在筒体内部产生热量。然而，由于熔体加工装置的筒体上的加热器的存在，可以避免这个加热传递至周围环境。因此，与例如金属加热器相比，显著地减少功率消耗。
本文中的加热器还可以是重量轻的，并且可容易地配置为适于各种筒体形状。在实例中，加热器可以具有以下重量，即小于或等于50磅，特别地30磅，更特别地小于或等于20磅，更特别地小于或等于10磅，并且甚至更特别地小于或等于5磅。
绝热的熔体加工装置可以具有包括多个筒体部分的筒体，并且每个筒体部分可以具有插入于一对法兰之间的管，这对法兰被焊接至该管。多个加热器可以布置在筒体上，使得加热器布置在每个筒体部分的一对法兰之间的管上，并且法兰盖可以布置在相邻的筒体部分的法兰上。加热器可以被配置为沿着绝热的熔体加工装置的长度(例如，沿着如图2中示出的“L”)产生温度梯度。在一些构造中，加热器可以被配置为沿着绝热的熔体加工装置的长度产生等温温度。筒体进一步可以包括钻孔管(boretube)，在钻孔管中布置有沿着钻孔管的长度延伸的钻孔。螺旋构件可以布置在钻孔管中并且被配置为将力施加至布置在钻孔管中的聚合物。
根据实例，多个加热器可以被控制为达到相同的或不同的温度。它们可以被布线为独立地控制或者布线被并联或串联在一起。因此，可以沿着筒体的长度创造单个温度或多个温度区域。
用于熔融加工聚合物的系统可以包括图12的绝热的熔体加工装置102以及电连接至加热器的加热构件的控制器。就是说，如图12所示，该系统具有电连接至布置在筒体10上的加热器40内部的加热构件44的控制器102。温度传感器104布置在筒体10上。该系统可选地包括次要26。控制器可以电连接至次要温度传感器106，该次要温度传感器被配置为感测加热器40的外表面的温度。温度传感器104和次要温度传感器106独立地可以是热电偶、电阻温度探测器(RTD)、热敏电阻器、红外照相机、红外卡、高温计等。
布置在筒体10中的螺旋构件108可以连接至驱动单元110。螺旋构件108还可以被配置为将力施加至在筒体中经受熔融加工的聚合物。驱动单元110可以被配置为使螺旋构件108旋转。电连通线路112可以将控制器102电连接至温度传感器104、次要温度传感器106、加热构件44和驱动单元110。驱动单元110可以机械地或电连接至螺旋构件108。可以为这些连接的部件之中的单向连通或双向连通配置连通线路112。
根据示例性系统，控制器102可以被配置为将电流提供至加热构件44。在此，控制器102可以被配置为将加热构件44加热至用于熔融加工的选定温度，基于由温度传感器104获得的筒体10的温度而确定功率量。控制器还还可以将命令提供至用于驱动螺旋构件的驱动单元110。
在一些系统中，螺旋构件是单个螺旋体。在一个系统中，螺旋构件是共同旋转的双螺旋体。螺旋体的直径可以是从10mm至300mm。
加热器使熔体加工装置热隔离，并且由于加热器和筒体之间的大的热接触，在提供从熔体加工装置的加热构件至筒体的部分地高效热传递的同时，经历从加热构件至加热器的外表面的非常低的热量损失。此外，因为法兰盖布置法兰上，所以不会在法兰处损失热量。因此，设置有本文中的加热器的绝热的熔体加工装置与没有使用本文中的加热器的布置相比降低了能量消耗。
因此，用于减少在熔融加工聚合物期间的功率消耗的方法可以包括将聚合物布置在具有布置在筒体中的螺旋构件的绝热的熔体加工装置中。该方法还可以包括使电流流经加热构件以加热筒体，通过旋转螺旋构件将力施加至聚合物，并且使聚合物熔化。根据达到有效熔化聚合物的温度所需要的流经加热构件的电流的量，利用流经加热构件的电流加热筒体的效率可以是大于或等于85％，特别地大于或等于75％，并且更特别地大于或等于65％。在实例中，当筒体具有有效熔化聚合物(例如，聚烯烃、聚碳酸酯或者包含上述聚合物中的至少一种的组合)的温度时，加热器的外表面的温度可以小于或等于130℃。
绝热的熔体加工装置可以包括其他部件。在一些构造中，该方法可以包括使聚合物经过布置在连接至筒体的室中的熔体过滤器、模具以及其他挤压机部件。
以下阐述该设备、系统和方法的一些实施方式。
实施方式1：一种绝热的熔体加工装置包括：筒体；以及加热器，布置在所述筒体上，其中，所述加热器包括：绝缘材料，与所述筒体的表面接触；以及加热构件，布置在所述绝缘材料中并且被配置为响应流经所述加热构件的电流的传导而提供热量。
实施方式2：根据实施方式1所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器进一步包括：支撑体，布置在所述绝缘材料的与所述筒体相反的表面上，所述支撑体防止所述加热器和所述筒体之间的间隙。
实施方式3：根据实施方式2所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述支撑体从所述加热器可拆卸。实施方式4：根据实施方式2-3中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述支撑体包括金属、陶瓷、聚合物或包含前述中的至少一种的组合。
实施方式5：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料具有厚度并且在形状上是具有以下高度、宽度和长度的矩形，其中高度是1.5至5.0倍的宽度，长度是2.0至10.0倍的高度，并且厚度是从1cm至10cm。
实施方式6：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括筒体部分，并且其中每个筒体部分周围的所述绝缘材料包括仅在一点上与其本身接合的单片式绝缘围绕物(例如，形成单个接缝)。
实施方式7：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料包括不含石棉的陶瓷纤维。
实施方式8：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料包括不含铅、汞、镉和砷中的每一种的陶瓷纤维。
实施方式9：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料包括具有小于1000ppm的硼的陶瓷纤维。
实施方式10：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热构件包括导线加热元件，其中所述导线加热元件具有0.5mm至4.0mm的直径，并且在安装在所述筒体上时，所述导线加热元件距所述筒体的表面小于或等于10mm。
实施方式11：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热构件包括导线加热元件，其中所述导线加热元件形成为扁平线圈的形状，其中所述扁平线圈是正弦波形状的，并且其中正弦波的幅度是所述导线加热元件的直径的至少10倍。
实施方式12：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热构件包括导线加热元件，并且其中所述导线加热元件是合金，并且其中所述合金包含镍、铬、铁、铜、钼、钨和锰中的至少两种，(例如，优选地，包含镍和铬)。
实施方式13：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器消耗小于或等于6000瓦特的功率(例如，0W和6000W之间，并且特别地，100W和4000W之间)。
实施方式14：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器进一步包括形成防水屏障的外层，其中所述外层包含金属、硅树脂、热固性树脂、或包含前述中的至少一种的组合。
实施方式15：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器直接与所述筒体接触使得所述加热器和所述筒体之间不存在间隙。
实施方式16：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括布置在管的末端处的法兰。
实施方式17：根据实施方式16所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器布置在所述管上，并且法兰盖布置在所述法兰上，并且进一步包括如下的法兰盖：所述法兰盖包含与所述加热器的绝缘材料相同的或不同的法兰绝缘材料。
实施方式18：根据实施方式17所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述法兰盖进一步包括次要加热构件，该次要加热构件被布置在所述绝缘材料中并且被配置为加热所述法兰。
实施方式19：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括：
多个筒体部分，每个筒体部分包括：
管；以及
一对法兰，由所述管分开并且附接在所述管的相反的末端处，其中，所述筒体部分布置为使得相邻筒体部分的法兰彼此接触，并且在所述筒体上布置有多个加热器，使得加热器布置在每个筒体部分的一对法兰之间的所述管上，并且法兰盖布置在相邻的筒体部分的法兰上。
实施方式20：根据实施方式1-18中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括：管；钻孔，布置在所述管中并且沿着所述管的长度延伸；以及螺旋构件，布置在所述钻孔中并且被配置为施加力至聚合物。
实施方式21：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，进一步包括温度传感器，该温度传感器布置在所述筒体上以感测所述筒体的温度。
实施方式22：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器进一步包括电连接器，将所述加热构件电连接至电源。
实施方式23：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器是柔性的并且符合所述筒体的形状。
实施方式24：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器从所述筒体可拆卸。
实施方式25：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器被配置为产生沿着所述绝热的熔体加工装置的长度的温度梯度。
实施方式26：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器被配置为产生沿着所述绝热的熔体加工装置的长度的等温温度。
实施方式27：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，在所述筒体的表面处的温度和在所述加热器的外表面处的温度的差异大于或等于300℃。
实施方式28：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，当所述筒体具有对包含聚烯烃、聚碳酸酯的聚合物或者包含上述聚合物中的至少一种的组合物有效进行熔融加工的温度时，所述加热器的外表面的温度小于或等于130℃。
实施方式29：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料是电绝缘的。
实施方式30：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器具有小于或等于20磅的重量。
实施方式31：根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述熔体加工装置是具有以100rpm至500rpm运行的1.0英寸至8.0英寸直径的螺旋体的单个螺旋挤压机。
实施方式32：根据实施方式1-29中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述熔体加工装置是具有以200rpm至1000rpm运行的1.0英寸至8.0英寸直径的螺旋体的共旋转式双螺旋挤压机。
实施方式33：一种用于熔融加工聚合物的系统，所述系统包括：
根据前述实施方式中的任一项所述的绝热的熔体加工装置；以及
控制器，电连接至所述加热构件。
实施方式34：根据实施方式33所述的系统，其中，所述控制器被配置为将电流提供至所述加热构件。
实施方式35：根据实施方式33-34中的任一项所述的系统，其中，所述控制器电连接至布置在所述筒体上的温度传感器。
实施方式36：根据实施方式33-35中的任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述筒体的温度将所述加热构件加热至选定温度。
实施方式37：根据实施方式33-36中的任一项所述的系统，其中，所述控制器电连接至次要温度传感器，所述次要温度传感器被配置为感测所述加热器的外表面的温度。
实施方式38：根据实施方式33-37中的任一项所述的系统，其中，所述绝热的熔体加工装置进一步包括：螺旋构件，布置在所述筒体上，所述螺旋构件被配置为将力施加至在所述筒体中经受熔融加工的聚合物；以及驱动单元，连接至所述螺旋构件并且被配置为旋转所述螺旋构件；并且其中所述控制器电连接至驱动单元并且被配置为控制所述驱动单元。
实施方式39：一种用于减少熔融加工聚合物期间的功率消耗的方法，所述方法包括：
在根据实施方式1-32中的任一项所述的绝热的熔体加工装置中加工聚合物，其中所述绝热的熔体加工装置进一步包括布置在所述筒体中的螺旋构件；
使电流流经所述加热构件以加热所述筒体；
通过旋转所述螺旋构件将力施加至所述聚合物；以及
熔化所述聚合物；并且
其中，根据达到有效熔化所述聚合物的温度所需的流经所述加热构件的电流的量，利用流经所述加热构件的电流加热所述筒体的效率是大于或等于70％。实施方式40：根据实施方式39所述的方法，进一步包括：使所述聚合物经过布置在连接至所述筒体的容器中的模具。
实施方式41：根据实施方式39-40中的任一项所述的方法，其中，在所述筒体具有有效熔化所述聚合物的温度时所述加热器的外表面的温度小于或等于130℃。
实施方式42：根据实施方式39-41中的任一项所述的方法，其中，所述聚合物包括聚烯烃、聚碳酸酯、或包含上述聚合物中的至少一种的组合物。
通过下列各项非限制的实例进一步说明这些实施方式。
实例1：绝热的熔体加工装置。
一种配备有如上所述的加热器的熔体加工装置。该熔体加工装置具有筒体，该筒体具有273.0mm×412.8mm的矩形横截面，并且长度是3570mm。在筒体内部是133mm的双螺旋机构。加热器被加热使得筒体达到287.8℃的温度并且保持该温度>24小时。聚碳酸酯聚合物被引入筒体中，并且双螺旋体旋转以熔化聚合物并且沿着筒体的长度向下移动聚合物。如图13所示，尽管筒体的温度是287.8℃，但加热器的外表面是约120℃。在获取在图13中示出的照片的前一刻去除先前围绕加热器的覆盖物(在图13中未示出)，这个外部温度降低至55℃。在图14中示出图13中由“A”标记的区域的放大图。
实例2：绝热的熔体过滤器组件
一种配备有如上所述的加热器的熔体过滤器组件。熔体过滤器室具有从381mm至762mm的直径的圆形横截面和406mm至1016mm的长度。该组件内部的熔体过滤器包括一系列盘或筒状过滤元件。加热器被加热使得室达到310℃的温度并且保持该温度>24小时。来自实例1的熔融加工的聚合物被引入该组件进行过滤。如图15所示，尽管室的温度是390℃，但加热器的外表面是约46℃。
比较例：金属带加热器。
熔体加工装置配备有缠绕在熔体加工装置的筒体周围的金属带加热器。该熔体加工装置具有筒体，该筒体具有273.0mm×412.8mm的矩形横截面，并且长度是3570mm。在筒体内部是133mm的双螺旋机构。金属带加热器被加热使得筒体达到287.8℃的温度并且保持该温度>24小时。聚碳酸酯聚合物被引入筒体中，并且双螺旋体旋转以熔化聚合物并且沿着筒体的长度向下移动聚合物。如图17所示，加热器的外表面的温度>350℃。因此，具有金属带加热器的外部温度显著高于实例1中的加热器的温度，是其大约6.4倍。
一般而言，本发明可以可替换地包括、包含或者基本上包含任何在此公开的适当的部件。本发明可以另外，或者可替代地，进行设计以便不含，或基本上没有现有技术组合物中使用的或另外对实现本发明的功能和/或目标并非必要的任何组分、材料、成分、佐剂或物质。
本文公开的全部范围均包含端点，并且端点可彼此独立地组合(例如，“高达25wt.％或者更特别地，5wt.％至20wt.％”的范围包含端点以及“5wt.％至25wt.％”的范围内的全部中间值，等等)。“组合物”包括共混物、混合物、合金、反应产物等等。此外，所述术语“第一”、“第二”等，在本文中并不表示任何顺序、数量、或重要性，而是用于表示一个元件有别于另一个元件。所述术语“一(a)”和“一个(an)”和“这个(the)”在本文中并不表示对数量的限制，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾，而应解释为包括单数和复数两者。如本文使用的后缀“(s)”旨在包括所修饰的词语的单数和复数两者，从而包括该术语中的一个或者多个(例如，薄膜(film(s))包括一个或者多个薄膜)。整个说明书中提及“一个实施方式(oneembodiment)”、“另一个实施方式(anotherembodiment)”、“一实施方式(anembodiment)”等是指，结合该实施方式所描述的具体要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所描述的至少一个实施方式中，并且可以存在于或者可以不存在于其他实施方式中。此外，应该理解的是，所描述的要素可以以任何合适的方式组合于所述各个实施方式中。
虽然已经描述了具体的实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员可以想到目前没有或可能没有预见到的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所附权利要求(如所提交的和如它们可以被修改的)旨在涵盖所有这样的替代、修改、变化、改进、和实质等同物。

Claims (22)

1.一种绝热的熔体加工装置，包括：
筒体；以及
加热器，布置在所述筒体上，其中所述加热器包括：
绝缘材料，与所述筒体的表面接触；以及
加热构件，布置在所述绝缘材料中并且被配置为响应流经所述加热构件的电流的传导而提供热量。
2.根据权利要求1所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器进一步包括支撑体，所述支撑体布置在所述绝缘材料的与所述筒体相反的表面上，所述支撑体防止所述加热器与所述筒体之间的间隙。
3.根据权利要求2所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述支撑体能从所述加热器拆卸，并且其中所述支撑体包含金属、陶瓷、聚合物或包含前述中的至少一种的组合。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料具有厚度并且在形状上是具有高度、宽度和长度的矩形：其中所述高度是1.5至5.0倍的所述宽度，所述长度是2.0至10.0倍的所述高度，并且所述厚度是从1cm至10cm。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括筒体部分，并且其中围绕每个所述筒体部分的所述绝缘材料包括仅在一点处与自身接合的单片式绝缘围绕物。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料包括陶瓷纤维，所述陶瓷纤维包含小于10ppm的石棉、小于10ppm的铅、小于10ppm的汞、小于10ppm的镉、和小于10ppm的砷、以及小于1000ppm的硼。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热构件包括导线加热元件，其中所述导线加热元件具有0.5mm至4.0mm的直径，并且在安装在所述筒体上时，所述导线加热元件距所述筒体的表面小于或等于10mm。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热构件包括导线加热元件，其中所述导线加热元件形成为扁平线圈的形状，其中所述扁平线圈是正弦波形状的，并且其中所述正弦波的幅度是所述导线加热元件的直径的至少10倍。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热构件包括导线加热元件，并且其中所述导线加热元件是合金，并且其中所述合金包含镍、铬、铁、铜、钼、钨和锰中的至少两种。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器消耗小于或等于6000瓦特的功率。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器进一步包括形成防水屏障的外层，其中所述外层包含金属、硅树脂、热固性树脂、或包含前述中的至少一种的组合。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器直接与所述筒体接触，使得所述加热器与所述筒体之间不存在间隙。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括布置在管的末端处的法兰，其中所述加热器布置在所述管上，并且法兰盖布置在所述法兰上，并且进一步包括如下的法兰盖：所述法兰盖包含与所述加热器的所述绝缘材料相同的或不同的法兰绝缘材料，并且其中所述法兰盖进一步包括次要加热构件，所述次要加热构件被布置在所述绝缘材料中并且被配置为加热所述法兰。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括：
多个筒体部分，每个所述筒体部分包括：
管；以及
一对法兰，由所述管分开并且附接在所述管的相反的末端处，
其中所述筒体部分被布置为使得相邻的所述筒体部分的所述法兰彼此接触，并且
在所述筒体上布置有多个所述加热器，使得在位于每个所述筒体部分的一对所述法兰之间的所述管上布置有加热器，并且在相邻的所述筒体部分的所述法兰上布置有法兰盖。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述筒体包括：
管；
钻孔，布置在所述管中并且沿着所述管的长度延伸；以及
螺旋构件，布置在所述钻孔中并且被配置为向聚合物施加力。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器是柔性的并且符合所述筒体的形状，其中所述加热器能从所述筒体拆卸，并且其中所述加热器被配置为产生沿着所述绝热的熔体加工装置的长度的温度梯度。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述加热器被配置为产生沿着所述绝热的熔体加工装置的长度的等温温度。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，在所述筒体的表面处的温度与在所述加热器的外表面处的温度的差异大于或等于300℃，并且其中当所述筒体具有对包含聚烯烃、聚碳酸酯的聚合物或者包含上述聚合物中的至少一种的组合物有效进行熔融加工的温度时，所述加热器的外表面的温度小于或等于130℃。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述绝缘材料是电绝缘的，和/或其中所述加热器具有小于或等于20磅的重量。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的绝热的熔体加工装置，其中，所述熔体加工装置是具有以100rpm至500rpm运行的1.0英寸至8.0英寸的直径的螺旋体的单个螺旋挤压机，或者其中所述熔体加工装置是具有以200rpm至1000rpm运行的1.0英寸至8.0英寸的直径的螺旋体的共旋转式双螺旋挤压机。
21.一种用于熔融加工聚合物的系统，所述系统包括：
根据前述权利要求的任一项所述的绝热的熔体加工装置；以及
控制器，电连接至所述加热构件；
其中所述控制器被配置为将电流提供至所述加热构件，其中所述控制器电连接至布置在所述筒体上的温度传感器，并且其中所述控制器被配置为基于所述筒体的温度将所述加热构件加热至选定温度，并且其中所述控制器电连接至次要温度传感器，所述次要温度传感器被配置为感测所述加热器的外表面的温度。
22.一种用于减少在熔融加工聚合物期间的功率消耗的方法，所述方法包括：
在根据权利要求1-20中的任一项所述的绝热的熔体加工装置中加工聚合物，其中所述绝热的熔体加工装置进一步包括布置在所述筒体中的螺旋构件；
使电流流经所述加热构件以加热所述筒体；
通过使所述螺旋构件旋转而将力施加至所述聚合物；以及
熔化所述聚合物，
其中，根据达到有效熔化所述聚合物的温度所需的流经所述加热构件的电流的量，利用流经所述加热构件的电流加热所述筒体的效率是大于或等于70％；并且
其中所述聚合物包括聚烯烃、聚碳酸酯、或包含上述聚合物中的至少一种的组合物。
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