CN111163916A - 用于塑化螺杆的剪切件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于塑化螺杆的剪切件(1)，其具有至少一个进入通道(2、2a、2b)和至少一个排出通道(3、3a、3b)，它们螺旋形地围绕或平行于剪切件的纵轴线(X)延伸。所述至少一个进入通道在输送上游侧敞开并且在输送下游侧封闭，所述至少一个排出通道在输送下游侧敞开并且在输送上游侧封闭，进入通道和排出通道直接并排地且彼此邻接地设置并且在此在流动方面直接彼此连接，使得流入熔体能够直接从进入通道溢流到排出通道中，产生横向于剪切件的纵轴线(X)的流动方向。所述至少一个进入通道具有深度(T)，其中基本上避免对熔体的剪切作用。所述至少一个排出通道构造为剪切面(9、9a、9b)，使得存在对流过排出通道的熔体的剪切作用。

Description

用于塑化螺杆的剪切件
技术领域
本发明涉及一种用于塑化单元的螺杆的剪切件。优选应用领域是长纤维颗粒(LFT颗粒)的加工和由短切玻璃纤维和塑料构成的干混料的加工。在两种情况下提出以下问题，即，在构件中可能存在纤维的堆积。在LFT颗粒中，纤维堆积可以归因于半成品中的不良浸润，在加工干混料时，所应用的短切玻璃纤维是紧密的，使得这些短切玻璃纤维在塑化单元的内部不被强制性地完全分散
Figure BDA0002434875590000011
为了避免这样的纤维堆积(也称为纤维束)，由现有技术已知剪切件的不同实施方案。
背景技术
在所谓的螺旋剪切件中，纤维增强的塑料熔体穿过具有通常半圆形横截面的进入通道、溢流剪切接片并且然后流经具有通常同样半圆形横截面的排出通道(JP-57-34936)。进入通道具有敞开的进入通道始端和封闭的进入通道终端。与此相对，排出通道具有封闭的排出通道始端和敞开的排出通道终端。换言之，这意味着下述内容。进入通道构造为盲槽，其中，敞开的端部朝螺旋剪切件的输送上游侧的端部的方向指向。与此相对，排出通道构造为盲槽，其中，敞开的端部朝螺旋剪切件的输送下游侧的端部的方向指向。
由EP0904924A1已知具有槽的螺杆头的不同实施方式，所述槽螺旋形地围绕螺杆头的纵轴线延伸。按照第一种实施方式(图1至图5)，所述槽按照盲槽的类型构造为进入通道和排出通道并且通过剪切接片彼此分开。在另一种实施方式(图6)中，这个文献公开了一种螺杆头，其中，在该螺杆头的表面中设置有构造为槽的通道，这些通道在两个端部上敞开。平行于这些槽地并且在流动方面与这些槽连接地存在垂直于所述槽的纵轴线观察可以楔形地构造的面(图5)。
属于同族专利的文献WO02/00416A1和NL1015542公开了一种剪切件，其中，设有成对的构造为盲槽的进入通道和排出通道，其中，所述进入通道的敞开的端部朝剪切件的后端部的方向指向并且排出通道的敞开的端部朝剪切件的前端部的方向指向。按照第一种实施方式(图5和图6)，在进入通道与排出通道之间(沿流动方向观察)首先设置有一个具有小剪切间隙的剪切接片并且随后设置有一个具有与此相对增大的剪切间隙的剪切面。按照另一种实施方式(图1至图4)，在进入通道与排出通道之间(沿流动方向观察)仅设置有一个剪切面。在两种实施方式中，进入通道和排出通道分别具有深度，在该深度中基本上避免对流过这些通道的熔体的剪切作用。与此相对，剪切面的功能在于：在其溢流时使熔体经受剪切作用。流体元的剪切变形对应于剪切率关于时间的积分，在该时间中，熔体或流体元遭受剪切并且能够在长度、宽度和剪切面的间隙尺寸上调设。在两种实施方式中，熔体穿过进入通道、溢流剪切面并且随后穿过排出通道，熔体从该排出通道出来离开剪切件。
按照文首提及类型的螺旋剪切件、即具有盲槽和处于其之间的可由熔体溢流的剪切接片的螺旋剪切件在加工纤维加载的熔体时是不利的，因为在溢流剪切接片时在剪切率方面出现高峰值并且这样的峰值导致平均纤维长度的减小。然而，愿望始终是获得大的平均长度。
如文首解释的那样，在加工纤维增强的颗粒时可能产生纤维束。在分散这样的纤维束时的困难在于：尽管剪切变形大，仍获得大的平均纤维长度。
图1示出剪切率的变化曲线，熔体的流体元在穿流经剪切件期间经历该剪切率。所述经历示出：剪切率的变化曲线中的峰值如其在螺旋剪切件中出现的那样与平均纤维长度的减小相关联，而剪切变形(＝关于流经时间的剪切率积分)与纤维束分散的程度相关联。因此，为了分散纤维束致力于剪切率的变化曲线，如其在图1中用虚线示出的那样并且称为“用于在LFT颗粒中获得纤维长度的最优剪切变化曲线”。
为此直观的对比是棉花的撕开。快速撕裂棉花垫导致棉花中的个别纤维的撕裂，而缓慢撕开棉花垫导致纤维的解套并且由此获得大的平均纤维长度。
相反于LFT颗粒，在商业上可获得的短切玻璃纤维中的单丝束处于高度压缩、掺有粘合剂并且强烈地附着到彼此上。这对于半成品的可处理性、特别是可配量性是必要的。
按照文献WO02/00416A1和NL1015542的图1至图4中的实施方式的剪切件虽然具有以下优点，即，能实现缓慢拉开纤维束的前述效果并且由此保持大的平均纤维长度。通过剪切件(在横截面中观察(见NL101542的图4))具有进入通道、排出通道和处于其之间的剪切面的方式，由此得出以下缺点，即，在剪切面区域中存在的含纤维的塑料熔体经受在整个通道中相同的单轴剪切并且不发生翻转。因此，之前结块的单丝在流经剪切件之后虽然分散地存在，但没有发生用于补偿大规模浓度波动的宏观均匀化操作。特别是在加工短切玻璃纤维时，在输送上游侧的塑化变化曲线中的这种分离不能被排除并且必须对应地被补偿。
发明内容
由此出发，本发明的目在于：给出一种另外的混合件，该另外的混合件的特征在于几乎最优的剪切变化曲线并且在该另外的混合件中避免前述缺点。
所述目的通过一种具有权利要求1所述特征的剪切件得以实现。有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。
通过以下方式，即，所述进入通道和所述排出通道直接并排地并且彼此邻接地设置，并且所述进入通道沿周向方向观察直接过渡到所述排出通道中，其中，在此所述进入通道和所述排出通道在流动方面直接彼此连接，使得流入到所述进入通道中的熔体可以直接从所述进入通道溢流到所述排出通道中，其中，此外所述排出通道构造为剪切面，由此可以省去如在按照WO02/00416A1和NL1015542的现有技术中的单独的排出通道，并且由此阻曳流动在剪切面的区域中与翻转重叠。
所述进入通道沿周向方向观察直接过渡到所述排出通道中，此时所述进入通道和所述排出通道在流动方面直接彼此连接，使得流入到所述进入通道中的熔体可以直接从所述进入通道溢流到所述排出通道中。
在熔体从所述进入通道溢流到所述排出通道中时，产生基本上横向于所述剪切件的纵轴线的流动方向。
所述进入通道具有深度，在所述深度中基本上避免对流过所述进入通道的熔体的剪切作用，而所述排出通道构造为剪切面，使得存在对流过所述排出通道的熔体的剪切作用。
所述进入通道和所述排出通道可以螺旋形地围绕所述剪切件的纵轴线延伸或平行于所述剪切件(1)的纵轴线延伸。
按照第一种实施方式，所述剪切面沿所述剪切件的径向方向观察在其整个延伸尺寸上具有相同高度，使得构成具有恒定的间隙宽度的剪切间隙。根据需求可以调设适当大小的剪切间隙。在相对大的剪切间隙时出现纤维束通过关于长剪切时间的平均剪切率的缓慢分散并且对应地获得平均剪切变形。由此保留大的平均纤维长度，这对包含这种纤维的构件的机械性产生正面影响。在相对小的剪切间隙时获得关于长剪切时间的大的剪切率，对应地形成大的剪切变形。这在加工含纤维短切玻璃时是有利的，因为所述短切玻璃由此可以较好地分散。
在需要情况下也可以规定：所述剪切面的高度沿所述剪切件的径向方向和/或轴向方向观察变化，使得存在可变的间隙宽度的剪切间隙。这例如在流体图基于特定塑化物在剪切面高度恒定时的流动特性在流体机械方面观察具有死点时可以是有意义的。
在本发明的改进方案中，在所述进入通道与所述排出通道之间的过渡部处可以设置有倒圆部、特别是倒圆的通道边界。这种倒圆部提供多个优点。一方面，所述倒圆部导致流动的压缩并且导致拉伸流动的产生。这样的拉伸流动导致纤维束的改进的分散。此外不存在纤维可能断裂的棱边。特别是在具有适当大小的半径的倒圆部中可以显著地降低纤维断裂的风险。倒圆部应这样设计，使得不低于临界的纤维弯曲半径。
然而，在需要情况下通道边界也可以无倒圆部地构造。根据进入通道的横截面可以设置有锐角地、特别是直角地构造的通道边界。这例如可以是以下情况，即，不仅分配结块填料，而且还应中断该填料本身。这例如在加工彩色母料时是有利的。
按照一种特别有利的实施方式，可以设置有两个进入通道和两个排出通道，其中，相应一个进入通道与一个排出通道在流动方面彼此连接并且分别构成所述剪切件的一个半部，其中，两个半部螺旋形地围绕所述剪切件的纵轴线设置并且通过截止接片在流动方面彼此分开。由此获得成对的进入通道、剪切面和截止接片。
通过成对设置，产生关于螺杆轴线对称的压力特性。由此阻止剪切件或螺杆从螺杆轴线转出并且由此预防磨损。
进入通道的横截面可以基本上半圆形地或半椭圆形地构造。半圆形实施方案的优点由借助于球头铣刀的简单制造和没有流体机械死点的均匀流动剖面得出。
也可设想这样的情况，在这些情况中可以考虑进入通道的矩形横截面、即在应实现宽的停留时间分布时。
此外，所述进入通道始端优选漏斗形地构造。以这种方式避免通道入口处的压力峰值和与此相关的对纤维长度和过程常数的负面影响。
优选所述截止接片可以以如下方式构造，使得存在平行于所述进入通道的区段，并且所述截止接片在所述剪切件的输送上游侧端部上和输送下游侧端部上沿周向方向延伸地构造，使得所述截止接片具有正交于所述剪切件的纵轴线的端部区段。因此实现：熔体在相应的进入通道的端部上不能相对于螺杆尖部轴向地进一步流动，而沿周向方向被压到剪切面上。由此，相应的进入通道在剪切件的输送下游侧端部上具有封闭的进入通道终端。截止接片在输送上游侧如此继续延伸，使得熔体不能直接流入到剪切面中、而被压到流入通道中。通过所述截止接片的前述延伸，在所述排出通道中得出下述境况。在剪切件的输送下游侧端部上存在敞开的排出通道终端并且在输送上游侧端部上存在封闭的排出通道始端。
按照本发明的剪切件特别是可以在一种单螺杆塑化单元中得到应用，所述单螺杆塑化单元具有缸和容纳在所述缸中的螺杆。在此可以是挤出设备的塑化单元或者是注射成型机的塑化单元。在后一种情况下，所述螺杆是能转动驱动且能线性驱动的。
按照本发明的剪切件可以构成所述螺杆的头部并且在所述螺杆的前端部上优选可以锥形地构造。同样可能的是：按照本发明的剪切件与所述螺杆的前端部隔开间距地设置。在后一种情况下，在螺杆的输送下游侧可以选择性地设置有其他输送或混合区或者止逆流阀。
附图说明
下面借助实施例并且参照附图详细描述本发明。
附图中：
图1示出剪切率的变化曲线，熔体流动元关于时间经受该剪切率；
图2示出按照本发明的剪切件，该剪切件作为缸中的螺杆轴的部分；
图3示出沿着图2中的线A-A的剖视图；
图4示出按照图1的剪切件的展开图；
图5a示出沿着图4中的线B-B的剖视图，此时具有半圆形的进入通道横截面、没有通道边界的倒圆部；
图5b示出沿着图4中的线B-B的剖视图，此时具有半圆形的进入通道横截面、具有通道边界的倒圆部；
图5c示出沿着图4中的线B-B的剖视图，此时具有矩形的进入通道横截面；
图6示出按照本发明的剪切件的展开图，该剪切件具有仅一个截止接片、进入通道、排出通道和剪切面；
图7a示出沿着图6中的线C-C的剖视图，此时具有半圆形的进入通道横截面、没有通道边界的倒圆部；
图7b示出沿着图6中的线C-C的剖视图，此时具有半圆形的进入通道横截面、具有通道边界的倒圆部；
图8a示出按照本发明的剪切件中的流动剖面，该剪切件具有成对设置的截止接片、流入通道和用作剪切面的流出通道；
图8b示出按照WO02/00416A1和NL1015542、图1至图4的现有技术的类型的剪切件的流动剖面。
具体实施方式
图2示出按照本发明的剪切件在螺杆11的输送下游侧端部上的应用，该螺杆在缸12中能转动驱动且能线性驱动地设置。剪切件的输送下游侧设有止逆流阀13。按照图2和图3，按照本发明的剪切件1具有两个进入通道2a、2b和两个排出通道3a、3b，它们相应地在流动方面彼此连接并且构成剪切件1的各一个半部，如这用图3中的线L标明的那样。两个半部螺旋形地围绕剪切件1的纵轴线X设置并且通过截止接片4a、4b在流动方面彼此分开。要在下面详细描述剪切件的一个半部。这个半部包括一个进入通道2a和一个排出通道3a，该进入通道和该排出通道螺旋形地围绕剪切件1的纵轴线X延伸。进入通道2a具有处于剪切件的输送上游侧端部上的敞开的进入通道始端5，该进入通道始端当前漏斗形地向输送上游侧的方向渐收。进入通道在剪切件的输送下游侧端部上具有封闭的进入通道终端6a。排出通道3a在剪切件的输送下游侧端部上具有敞开的排出通道终端7a并且在输送上游侧端部上具有封闭的排出通道始端8a。
进入通道2a在剪切件1的输送上游侧端部与输送下游侧端部之间的区域中沿周向方向观察直接过渡到排出通道3a中，其中，进入通道2a与排出通道3a在流动方面直接彼此连接，使得流入到进入通道2a中的熔体能够直接从进入通道溢流到排出通道中，如这用箭头P标明的那样。进入通道2a在后截止接片与前截止接片之间的区域中具有深度T(见图3)，在该深度中基本上避免对流过进入通道的熔体的剪切作用。排出通道构造为剪切面9(见图3)，使得存在对流过排出通道3a的熔体的剪切作用。
在进入通道2a与排出通道3a之间的过渡部10上或者说过渡区域10中设置有倒圆部10，以便避免断裂棱边并且以便产生拉伸流动。倒圆部可以是倒圆的棱边或者(在横截面中)也可以假设其他形状，只要不低于可能导致纤维断裂的临界弯曲半径。
按照图3，进入通道2a的横截面可以基本上半椭圆形地构造；然而，该进入通道也可以基本上半圆形地构造(见图5a)或者具有其他横截面(见图5b和图5c)。
图4示出图2和图3中的按照本发明的剪切件的展开图，该剪切件具有成对设置的两个进入通道2a、2b和两个排出通道3a、3b。相应一个进入通道和一个排出通道在流动方面彼此连接并且构成剪切件1的一个半部，其中，两个半部螺旋形地围绕剪切件1的纵轴线设置。进入通道2a配设有第一截止接片4a并且进入通道2b配设有第二截止接片4b。截止接片安放在相应的进入通道2a、2b的沿转动方向观察的背离侧。所述截止接片4a、4b中的每个截止接片以如下方式构成，使得所述截止接片具有平行于进入通道2a、2b的并且限定该进入通道的区段M。在剪切件1的输送上游侧端部上并且在剪切件1的下游侧端部上，两个截止接片4a、4b沿周向方向延伸地构造并且由此具有正交于剪切件的纵轴线X的端部区段N。每个截止接片4a、4b沿输送方向则以如下方式继续延伸，使得熔体在相应的进入通道2a、2b的端部上不能相对于螺杆尖部轴向地进一步流动，而沿周向方向被压到剪切面9上(见图2中的箭头P)。由此，每个进入通道在剪切件的输送下游侧端部上具有封闭的进入通道终端6a、6b。截止接片4a、4b在输送上游侧如此继续延伸，使得熔体不能直接流入到剪切面9中，而被压到流入通道2a、2b中。因此，排出通道2a、2b在剪切件的输送下游侧端部上具有敞开的排出通道终端7a、7b并且在输送上游侧端部上具有封闭的排出通道始端8a、8b。由此，总体上产生成对的进入通道、排出通道、剪切面和截止接片。通过成对设置而产生关于螺杆轴线X对称的压力剖面。由此阻止剪切件1或螺杆11从螺杆轴线X转出。因此使塑化螺杆11和剪切件1经受减少的磨损。
图5a至图5c示出沿着图4中的线B-B的用于按照本发明的剪切件1的不同实施方式的剖视图。图5a示出进入通道2a和进入通道2b的半圆形横截面的剖视图。在图5b中示出的实施方式与图5a中的实施方式的不同之处在于：在从进入通道2a向排出通道3a中的过渡部上设置有通道边界14的设有附图标记10的倒圆部。图5c示出具有进入通道2a和进入通道2b的矩形横截面并且因此具有直角的通道边界14的实施方式。
按照图5b的具有通道边界的倒圆部的实施方式提供多个优点。一方面导致流动的压缩并且导致拉伸流动的产生。这样的拉伸流动导致纤维束的改进的分散。此外，不具有纤维可能断裂的棱边。特别是在具有适当大小的半径的倒圆部中可以显著降低纤维断裂的风险。倒圆部应这样设计，使得不低于临界纤维弯曲半径。按照图5a和图5c的实施方式(即没有倒圆部)于是可以在不仅应分布结块填料、而且应使填料本身断裂时得到应用。这例如在加工彩色母料时是有利的。
剪切面9可以沿剪切件的径向方向观察在其整个延伸尺寸上具有相同高度，使得构成具有恒定的间隙宽度S的剪切间隙。根据需求可以调设适当大小的剪切间隙。
图6示出按照本发明的剪切件的展开图，该剪切件仅具有一个进入通道2、一个排出通道3、一个剪切面9和一个截止接片4。在按照图7a的实施方式中，唯一的进入通道2具有半圆形横截面，它具有锐角的通道边界14。图7b示出具有通道边界14的倒圆部10的实施方式。
图8a示出按照本发明的剪切件的流动剖面，该剪切件具有成对设置的截止接片、流入通道和作为剪切面的流出通道。
图8b示出剪切件的流动剖面，该剪切件具有成对设置的截止接片、流入通道和流出通道，其中，分别在一个进入通道与一个排出通道之间设置有一个剪切面。这种类型的剪切件由WO02/00416A1和NL1015542、图1至4已知。
附图标记列表
1 剪切件
2、2a、2b 流入通道
3、3a、3b 流出通道
4、4a、4b 截止接片
5 流入部
6a、6b 进入通道终端
7a、7b 排出通道终端
8a、8b 排出通道始端
9、9a、9b 剪切面
10 具有棱边倒圆部的过渡区域
11 螺杆
12 缸
13 止逆流阀
14 通道边界

Claims (11)

1.用于塑化螺杆的剪切件，所述剪切件具有至少一个进入通道(2、2a、2b)和至少一个排出通道(3、3a、3b)，所述进入通道具有处于所述剪切件(1)的输送上游侧端部上的敞开的进入通道始端和处于所述剪切件(1)的输送下游侧端部上的封闭的进入通道终端(6、6a、6b)，所述排出通道具有处于所述剪切件(1)的输送下游侧端部上的敞开的排出通道终端(7、7a、7b)和处于所述剪切件(1)的输送上游侧端部上的封闭的排出通道始端(8、8a、8b)，其中，所述至少一个进入通道(2、2a、2b)和所述至少一个排出通道(3、3a、3b)螺旋形地围绕所述剪切件(1)的纵轴线(X)延伸或者平行于所述剪切件(1)的纵轴线(X)延伸，
其特征在于，
所述进入通道(2、2a、2b)和所述排出通道(3、3a、3b)直接并排地并且彼此邻接地设置，其中，所述进入通道(2、2a、2b)直接过渡到所述排出通道(3、3a、3b)中，并且在此所述进入通道(2、2a、2b)和所述排出通道(3、3a、3b)在流动方面直接彼此连接，使得流入到所述进入通道(2、2a、2b)中的熔体能够直接从所述进入通道(2、2a、2b)溢流到所述排出通道(3、3a、3b)中，其中，产生基本上横向于所述剪切件(1)的纵轴线(X)的流动方向，所述进入通道(2、2a、2b)具有深度(T)，在所述深度中基本上避免对流过所述进入通道(2、2a、2b)的熔体的剪切作用，并且所述排出通道(3、3a、3b)构造为剪切面(9)，使得存在对流过所述排出通道(3、3a、3b)的熔体的剪切作用。
2.按照权利要求1所述的剪切件，其特征在于，所述剪切面(9)沿所述剪切件的径向方向观察在其整个延伸尺寸上具有相同高度，使得构成具有恒定的间隙宽度(S)的剪切间隙。
3.按照权利要求1所述的剪切件，其特征在于，所述剪切面(9)的高度沿所述剪切件的径向方向和/或轴向方向观察变化，使得存在具有可变的间隙宽度(S)的剪切间隙。
4.按照上述权利要求中任一项所述的剪切件，其特征在于，在所述进入通道(2、2a、2b)与所述排出通道(3、3a、3b)之间的过渡部处设置有倒圆部(10)、特别是倒圆的通道边界(14)。
5.按照上述权利要求中任一项所述的剪切件，其特征在于，设置有两个进入通道(2a、2b)和两个排出通道(3a、3b)，其中，相应一个进入通道(2a、2b)与一个排出通道(3a、3b)在流动方面彼此连接并且分别构成所述剪切件(1)的一个半部，其中，两个半部螺旋形地围绕所述剪切件(1)的纵轴线(X)设置并且通过截止接片(4a、4b)在流动方面彼此分开。
6.按照上述权利要求中任一项所述的剪切件，其特征在于，所述进入通道(2、2a、2b)的横截面基本上半圆形地或半椭圆形地构造。
7.按照上述权利要求中任一项所述的机动车的剪切件，其特征在于，所述进入通道始端(5)漏斗形地构造。
8.按照上述权利要求中任一项所述的剪切件，其特征在于，所述截止接片(4、4a、4b)以如下方式构造，使得存在平行于所述进入通道(2、2a、2b)的区段(M)，并且所述截止接片(4、4a、4b)在所述剪切件的输送上游侧端部上和输送下游侧端部上延伸地构造，其中，所述截止接片(4、4a、4b)具有正交于所述剪切件(1)的纵轴线(X)的端部区段(N)。
9.单螺杆塑化单元，所述单螺杆塑化单元具有缸(12)和容纳在所述缸中的能转动驱动的并且在必要情况下能线性驱动的螺杆(11)，其中，所述螺杆(11)具有按照上述权利要求中任一项所述的剪切件(1)。
10.按照权利要求9所述的塑化单元，其特征在于，所述剪切件(1)构成所述螺杆的头部并且在所述螺杆的前端部上锥形地构造。
11.按照权利要求9所述的塑化单元，其特征在于，所述剪切件(1)与所述螺杆(11)的前端部隔开间距地设置。
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