CN111801213A - 聚合物材料 - Google Patents

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Abstract

一种用于将液体制剂注入到熔融聚合物中的注射器14，其包括具有固定在挤出机19的壁内的区域44、46的导管117。导管117包括环形轴环120，其具有面向上的环形表面122，该环形表面被布置成抵靠套筒螺母124的一部分。导管117被布置在端口125内，该端口包括螺纹壁126。套筒螺母124包括圆柱形主体146，该圆柱形主体具有面朝内的圆柱形壁，该圆柱形壁被布置成在其自身与导管117的外壁147之间限定圆柱形气隙148。套筒螺母的区域150螺纹接合在挤出机的壁126中。在使用中将冷却压缩空气沿箭头170的方向引入到组件中，并且流过组件以对其进行冷却。

Description

聚合物材料
本发明涉及聚合物材料，并且具体地(但不排他地)涉及一种用于将流体(例如包括一种或多种着色剂的液体制剂)注入熔融聚合物材料中的组件和方法。
图1示出了用于在高压下将液体制剂注入熔融聚合物中的注射设备。该设备包括储器2，该储器在环境温度和压力下容纳液体制剂并且被布置成充满第一螺杆泵(progressing cavity pump，pcp)4的进料泵体3。第一螺杆泵4由马达6驱动并且被布置成将液体制剂准确地计量到第一螺杆泵下游的第二螺杆泵8中，由马达10驱动并且被布置成将液体制剂的压力增加到200巴或更高。压力传感器12位于第一螺杆泵4和第二螺杆泵8之间的流动管线中。
邻近第二螺杆泵8的出口设置第二压力传感器13，该第二压力传感器被布置成监测离开第二螺杆泵8的流体的压力。
泵8的下游是注射器14，该注射器由致动器15控制并且被布置成控制液体制剂经由导管17和出口21进入加压熔融聚合物流18的通道，所述加压熔融聚合物流存在于设置在出口21下游的挤出机19内。导管17以螺纹方式接合在挤出机的壁中。该挤出机包括用于监测聚合物流的压力的相关压力传感器20。
在使用中，该设备受到控制，使得第一螺杆泵用作计量泵。它被驱动以准确地并且根据挤出机19中聚合物的实时通过量递送连续的液体制剂流，从而在将聚合物挤出成产品(例如片材产品、型材产品和纺织长丝)之前，将包括相关添加剂的液体制剂准确地递送到聚合物中。
挤出机内的加压熔融聚合物流内的压力将显著大于第一螺杆泵4所能递送的压力。因此，当设备开始运行时，关闭注射器14，从而将设备与加压熔融聚合物流隔离。操作第一螺杆泵4以相对于第二螺杆泵8的入口22计量液体制剂，其中第一泵4和第二泵8之间的压力由压力传感器12监测。允许压力传感器12处的压力升高，直到达到预设压力。该预设压力相对较低，并且被选择成与泵4的优选排出压力能力相匹配。典型地为2-3巴。
一旦达到预设压力，第二螺杆泵8由马达10驱动以将液体制剂从压力传感器12/入口22输送出，同时保持由压力传感器12测量的预设压力。使用比例-积分-微分((P.I.D.)环路控制连续调节马达10的速度，以尽可能准确地保持传感器12处的预设压力，因为发现保持第一泵4的恒定且主动控制的排出压力优化了泵4的计量精度。
当泵8将液体制剂从泵4输送出时，在封闭的注射器14内产生压力。压力由第二压力传感器13监测。注射器14保持关闭，直到传感器13处的压力等于或略高于挤出机19中的熔融聚合物流的压力。熔融聚合物的压力可以通过另一个压力传感器20来评估。可替代地，对于给定的一组聚合物加工条件，聚合物的压力可以是已知的，然后编程到注射设备中。
一旦传感器13处的液体制剂的压力达到合适的水平(即等于或高于熔融聚合物流的压力)，操作致动器15以打开注射器14，从而允许液体制剂流入熔融聚合物流中。因此，传感器13处的液体制剂的压力将立即与注射位置处的挤出机19中的熔融聚合物流的压力相等。在此期间，泵8的转速将根据需要进行调节以保持传感器12处的预设压力。
参考图2，注射器14可包括在一端邻近出口21的外螺纹区域23，并且在其另一端被布置成经由联接壳体26连接至上游导管25(图1)，使得液体制剂可从导管25进入注射器。
注射器包括细长导管27，其中可滑动地布置有具有尖端29的细长阀销28。尖端被布置成在出口21内延伸，因此它能够从导管27排出所有液体制剂。销28可操作地连接至适配器30和气缸31，该气缸可操作以使销28朝向和远离出口21移动，以关闭/打开出口并控制液体制剂从注射器的排出。
尽管图1和2中所述的设备对于许多类型的液体制剂都工作良好，但是已经发现，当使用某些液体制剂(例如包括特定的媒介物和/或染料或颜料)时，注射器14可能被阻塞。另外，发现当液体制剂以相对低的稀释比(LDR)被注入到熔融聚合物材料中时，更可能发生注射器14的阻塞。
完全阻塞(或部分阻塞)的注射器可能是非常有问题的，并且必须被清洁。这通常需要将其与挤出机断开连接并进行清洁。然而，在断开连接之前，必须降低流经挤出机的聚合物的压力，并且必须停止挤出机下游的过程(例如，与纺丝或片材形成相关的过程)。然后，在清洁后，可以重新连接注射器，增加挤出机中的聚合物压力，并且重新启动挤出机下游的过程。清洁期间的停机时间可以是1-2小时，这意味着可能会损失大量的产品，例如纤维或片材。假定在例如纺丝中，一个挤出机可以喂入六到十二个纺丝头，那么损失的产品可能是显著的。
本发明的优选实施方式的目的是解决上述问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种组件，其包含：
(i)用于熔融聚合物的容纳装置；
(ii)用于将流体制剂注入到容纳在容纳装置中的熔融聚合物中的设备，其中，所述设备相对于容纳装置固定；
(iii)其中，所述设备包括用于将流体制剂注入到容纳在容纳装置中的熔融聚合物中的注射装置；
(iv)其中，所述注射装置包括导管和冷却流体通道，所述导管被布置成将流体制剂递送到容纳装置中的熔融聚合物中，所述冷却流体通道与导管相关联(例如布置在导管周围)，所述冷却流体通道被布置成容纳冷却流体，所述冷却流体被布置成在使用中冷却导管和/或存在于导管中的流体制剂。
冷却流体适当地被布置成消除导管和/或存在于导管中的流体制剂的温度的潜在有害升高。
所述容纳装置优选包括壁(A)，所述壁适当地限定了用于容纳熔融聚合物的区域。所述设备优选相对于壁(A)固定，更优选地直接固定到壁(A)上。
所述注射装置的所述导管优选在壁(A)内延伸。所述导管优选从壁(A)的第一侧延伸到壁(A)的第二侧，其中，所述第一侧是外壁，所述外壁适当地被设置成不接触在使用中可容纳在容纳装置中的聚合物，并且所述第二侧限定了例如通道的容积，在使用中聚合物置于其中和/或在其中流动。因此，壁(A)的所述第二侧在使用中适当地接触聚合物。
所述容纳装置优选是熔融加工设备的一部分。这种设备可以用于将熔融聚合物形成为预定形状，例如通过挤出或其他模制。所述容纳装置可以是挤出机的一部分或与挤出机相关联，所述用于注射的设备可以将流体制剂注入到所述容纳装置中。它可以是挤出机通道或机筒；它可以是混合器，其中熔融聚合物可以被布置以在使用中与流体制剂混合。混合器可以是任何动态或静态混合器，优选为中空式传送混合器(cavity transfer mixer)。所述容纳装置可以是注射成型机、压缩成型机、挤出吹塑机或其他聚合物成型设备的一部分。所述用于注射的设备可以与挤出机、喷嘴内合适的端口，成型模具、成型机射出罐、成型机输送阀、注射成型工具、压缩成型工具、机器挤出机、压缩成型机或泵(例如齿轮泵)相关联。
所述导管优选包括开口，通过该开口可以将流体制剂注入到容纳装置中的熔融聚合物中，其中，优选地，所述开口具有口，该口直接通向所述容纳装置中的区域，熔融聚合物在其中流动和/或在使用中定位。因此，所述导管中的所述开口优选与壁(A)的第二侧对齐。所述导管中的所述开口优选具有至少2mm(例如至少3mm)的直径。该直径可以小于8mm，例如小于5mm。前述直径适当地是指最窄点的直径。所述开口在其最窄点处的横截面积可以在12mm2至200mm2的范围内，更优选地在12mm2至50mm2的范围内。
所述导管优选包括外表面，该外表面适当地位于导管的末端，并且其中，优选地，所述开口延伸穿过外表面，可以经由开口将流体制剂注入到熔融聚合物中。所述外表面适当地面向流体制剂从设备中注出并注入到所述容纳装置中的方向。所述外表面的至少一部分(优选地，基本上全部)优选与壁(A)的第二侧邻接。
优选地，所述导管的所述外表面基本上是平面的，并且优选地，所述外表面的平面在与壁(A)的第二侧的平面相同的平面内。所述外表面优选是环形的，适当地，环的中心限定在使用中流体制剂通过的开口。优选地，在导管的外表面与由壁(A)的第二侧面限定的直接周围区域之间基本上没有限定任何台阶。前述布置适当地允许注射装置直接递送到容纳装置中所用的容纳的聚合物中和/或帮助降低阻塞的风险。
在所述导管的包括所述外表面的一端，导管可以限定第一圆柱形区域，其中，所述第一圆柱形区域优选是圆柱体。在该组件中，所述第一圆柱形区域适当地接合(优选基本上密封地接合)壁(A)中的相应开口，例如与壁(A)的第二侧邻接的开口和/或通向通道的开口，在使用中聚合物在该通道中流动。壁(A)中的相应开口适当地限定了接合第一圆柱形区域的座。
包括所述外表面的导管的端部优选位于壁(A)中限定的相应插座上，其中，插座包括与壁(A)的第二侧邻接的开口和/或通向通道的开口，在使用中聚合物在该通道中流动。
在包括所述外表面的所述导管的所述端部处，导管可以包括所述第一圆柱形区域以及在其上游的第二圆柱形区域。优选地，台阶被布置在第一圆柱形区域与第二圆柱形区域之间。优选地，所述第二圆柱形区域具有比第一圆柱形区域更大的直径。在第一圆柱形区域与第二圆柱形区域之间可以存在截头圆锥形区域。
优选地，第一圆柱形区域和第二圆柱形区域(如果提供的话，以及所述截头圆锥形区域)位于壁(A)中限定的所述插座的壁上。
所述第一圆柱形区域优选包括基本上光滑的壁，所述壁优选是不带螺纹的。
所述第二圆柱形区域优选包括基本上光滑的壁，所述壁优选是不带螺纹的。
所述截头圆锥形区域优选包括基本上光滑的壁，所述壁优选是不带螺纹的。
所述导管优选被布置成不直接拧入壁(A)中。所述导管优选不包括任何螺纹区域。所述导管优选不直接螺纹接合在壁(A)中。所述导管优选根本不包括任何螺纹区域。
如所描述的，优选地，所述容纳装置包括壁(A)，该壁包括第一侧和第二侧，其中所述第二侧限定了通道，在使用中聚合物置于其中和/或在其中流动。如上文(iv)中所述的所述冷却流体通道优选地至少部分地被布置在壁(A)内，并且适当地在壁(A)的第一侧与第二侧之间延伸。所述冷却流体通道可以从与壁(A)的所述第一侧间隔开的第一位置(并且适当地在壁(A)外侧)延伸到在壁(A)内(例如，通道嵌入在壁(A)中)的第二位置。所述冷却流体通道可以包括与壁(A)的所述第一侧间隔开的流体入口，并且优选包括也与壁(A)的所述第一侧间隔开的流体出口(并且适当地在壁(A)外侧)。
所述冷却流体通道的一个壁(称为壁W1)优选至少部分由所述导管限定，所述导管被布置成将流体制剂递送到熔融聚合物中。壁W1优选限定了冷却流体通道的内壁。所述导管优选包括具有第一表面(例如圆柱形表面)的壁，所述第一表面适当地为导管的内表面并且被布置成在将流体制剂注入到熔融聚合物之前当流体制剂通过导管时接触流体制剂。所述导管的所述壁优选包括第二表面，所述第二表面适当地为导管的外表面和/或面向外并且适当地当流体制剂通过导管时不接触流体制剂。所述导管的所述壁的所述第二表面优选限定了壁W1的至少一部分。该布置优选使得在使用中冷却流体通道中的冷却流体直接接触所述注射装置的所述导管，例如如上所述的所述导管的所述壁的所述第二表面。
所述导管的所述壁的所述第二表面可以是基本上光滑的。所述第二表面可以是基本上圆柱形的，或者优选地，被配置成与圆柱体的表面积相比具有更大的表面积。所述第二表面优选包括一系列突起，例如叶片。突起可以是细长的并且在冷却流体流过与导管相关联(例如围绕导管布置)的冷却流体通道的方向上适当地延伸。突起优选限定了一系列流动通道，所述流动通道优选是细长的。流动通道可以被布置成用于使冷却流体经由冷却流体通道的区域从入口通到出口，所述冷却流体通道嵌入在如上所述的所述容纳装置的壁(A)内。优选地，流动通道被布置成用于使冷却流体经由冷却流体通道的区域从所述入口通到所述出口，所述冷却流体通道位于出口处或附近(所述导管的外表面)。例如，流动通道可以到达距离所述导管的外表面小于3cm的距离内(例如小于2cm)，所述导管的外表面适当地位于所述导管的末端。导管的外表面在使用中适当地面向容纳装置和/或面向容器装置中的熔融聚合物。
冷却流体通道的第二壁(称为壁W2)优选围绕导管延伸。壁W2优选是圆柱形的。该壁优选是基本上光滑的。壁W2适当地被布置成在使用中接触冷却流体。
壁W2优选是固定装置的一部分，通过该固定装置的手段将所述注射装置的导管固定，优选可释放地固定在适当位置。所述固定装置优选包括螺纹区域，所述螺纹区域被布置成螺纹接合容纳装置(例如所述容纳装置(当提供时)的壁(A))。因此，所述容纳装置的壁(A)优选是带螺纹的以用于可释放地接合固定装置。所述固定装置优选地包括套筒螺母，该套筒螺母的套筒围绕导管延伸并且适当地限定壁W2。所述套筒螺母可以包括螺纹区域，所述螺纹区域具有至少10mm(优选至少15mm，更优选至少19mm)的直径。该直径可以小于50mm、小于40mm或小于30mm。
所述导管优选包括突起，例如轴环，其适当地位于所述导管的面向外的表面上。固定装置优选被布置成接触轴环并向突起(并由此向导管)施加力以促使导管与容纳装置密封接合，例如在所述容纳装置的壁(A)中。
固定装置优选包括用于冷却流体通入所述冷却流体通道的入口和用于冷却流体离开冷却流体通道的出口。所述冷却流体通道可以具有垂直于导管的细长轴线测量的小于1cm(例如小于0.8cm)的最大宽度。最大宽度可以适当地在所述通道的入口与通道的最下端之间的中间进行测量，通道的最下端最靠近所述导管中的开口，在使用中流体制剂经由该开口注入到容纳装置中的熔融聚合物中。
所述壁W2优选可在操作位置与第二非操作位置之间移动，在该操作位置壁W2被固定在壁(A)内并限定了围绕导管的所述冷却流体通道的一部分，在第二非操作位置壁W2被从操作位置撤回。壁W2优选可在其操作位置与非操作位置之间移动，例如在平行于所述注射装置的所述导管的细长轴线的方向上移动。
在优选实施方式中，所述用于注射流体制剂的设备包括所述导管和所述固定装置(其中，合适的所述导管和固定装置是分开的和/或可分开的部件)，其中，所述导管限定了所述冷却流体通道的壁W1，并且所述固定装置限定了所述冷却流体通道的壁W2，其中优选地，所述冷却流体通道仅由导管和所述固定装置限定，而不由注射设备的其他部件限定。所述导管可以是整体的。所述固定装置可以是整体的。
该组件可以包括可操作地连接至所述冷却流体通道的管。所述管优选地连接至冷却流体源。当在使用中在冷却流体通道内流动时，本文所述的所述冷却流体优选是气体。所述冷却流体可以包括压缩空气或氮气。
所述容纳装置可以容纳熔融聚合物。
优选地，所述聚合物包括合成热塑性聚合物。所述聚合物优选能够形成纤维。所述聚合物可以是缩合聚合物，例如可以在水和/或具有适当官能团(其可以包括但不限于羟基和羧酸种类)的载体存在下解聚的缩合聚合物。所述聚合物可以选自聚酯、聚酰胺、聚亚烷基聚合物(例如聚丙烯和聚乙烯)、聚己内酯、聚碳酸酯、丙烯酸和芳族聚酰胺。在一个优选实施方式中，所述聚合物是聚酯。
所述聚合物优选包括聚酯，其可以选自聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(PTT)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)、聚(1，4-亚环己基二亚甲基)对苯二甲酸酯(PCT)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-1，4-亚环己基二亚甲基)(PETG)、共聚(1，4-亚环己基二亚甲基/对苯二甲酸乙二醇酯)(PCTG)、聚(对苯二甲酸1，4-亚环己基二亚甲基-共-间苯二甲酸酯)(PCTA)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-间苯二甲酸酯(PETA)、聚(乳酸)(PLA)、聚(乙醇酸)(PGA)和它们的共聚物的共混物。所述聚合物优选包括，更优选基本上由PET组成。
典型的可纺缩合聚合物(例如聚酯，如PET)可以具有最多250或最多200个重复单元(例如，分子量最多为25,000或最多为20,000)。重复单元的数目可以在50-200范围内，适当地在75-200范围内，优选为75-125个重复单元。典型的可纺聚合物可以具有约100个重复单元。缩合聚合物可以是线性的并且能够达到在纺丝和拉伸过程期间引起的高水平的取向和结晶度。
典型的可纺聚酯具有0.62-1dl/g范围内的IV。当使用标准技术(例如ASTM D4603-03)测量时，优选的聚酯具有0.5-1.2dl/g范围内的IV。
所述设备可以包括容器，所述容器容纳用于例如经由所述注射装置注入到熔融聚合物中的流体制剂。
在该方法中递送的所述流体制剂可以具有至少5000cP(适当地至少10000cP，优选至少15000cP)的粘度。该粘度可以小于250,000cP。
除非另有说明，否则本文所述的粘度可以使用布鲁克菲尔德粘度计(BrookfieldViscometer)在20rpm和20℃下进行测量。
所述流体制剂可以包含媒介物和一种或多种添加剂。添加剂可以选自着色剂、UV过滤剂、氧气吸收剂，抗微生物剂、乙醛清除剂、再热添加剂、抗氧化剂、光稳定剂、荧光增白剂、加工稳定剂和阻燃剂。所述添加剂优选包括一种或多种包含颜料或染料的着色剂。所述流体制剂优选包含颜料。
所述流体制剂可以包含至少20重量％(优选至少35重量％，更优选至少50重量％)的添加剂。所述制剂可以包含少于85重量％的添加剂。所述流体制剂可以包含至少15重量％的液体。
优选地，所述流体制剂包含至少20重量％的着色剂，所述流体制剂可以包含一种或多种着色剂。所述流体制剂中着色剂的总量可以为至少30重量％、至少45重量％或至少55重量％。着色剂可以是颜料或染料。所述流体制剂可以包含在0℃和105Pa的压力下定义的标准温度和压力(STP)下不溶于媒介物中的着色剂。
所述流体制剂可以包含15-80重量％的媒介物和20-85重量％的添加剂。
所述流体制剂可以包含在STP下合适为液体的媒介物。所述媒介物优选具有大于300℃(优选大于350℃、更优选大于500℃)的沸点(在760mmHg的压力下)。该沸点可以小于1150℃或小于1000℃。媒介物的熔点可以小于0℃或小于-10℃。
在一个优选实施方式中，所述容纳装置是挤出机，并且在其下游是用于纺丝已经与流体制剂接触的熔融聚合物的纺丝装置。通过使用如上所述的组件和/或设备，可以准确地控制将流体制剂注入到熔融聚合物中(否则，如果由于暴露在高温下而导致注射装置存在一些局部阻塞或流体制剂的性能发生变化，则这种注入可能会很困难)。由于在这样的制剂中的微小变化会导致纺制纤维的缺陷的事实，例如导致如所生产的纤维断裂，因此在纺丝中所用的制剂的情况下的准确控制可能特别重要。
根据本发明的第二方面，提供了一种将流体制剂注入到熔融聚合物中的方法，该方法包括：
(i)根据第一方面选择组件；
(ii)在所述容纳装置中布置有熔融聚合物并且在所述冷却流体通道中布置有冷却流体，操作所述注射装置以将流体制剂递送到熔融聚合物中。
优选地，该方法包括在所述注射装置将流体制剂递送到熔融聚合物中的整个时间期间，使冷却流体在所述冷却流体通道中连续流动。
第二方面的组件可以包括第一方面的组件的任何特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种将根据第一方面的组件组装的方法，该方法包括相对于根据第一方面所述的容纳装置固定根据第一方面所述的注射装置。
该方法可以包括选择根据第一方面所述的导管，并将所述导管接合在开口(例如插座)中，该开口限定于壁(例如，所述第一方面的壁(A))中。
该方法可以包括选择根据第一方面所述的固定装置，并使用所述固定装置将导管可释放地固定在适当位置。该方法优选包括将固定装置螺纹接合在适当位置，例如接合在所述容纳装置的壁(例如壁(A))内。该导管优选滑动配合在所述容纳装置的壁(例如，壁(A))中。所述导管优选不通过所述导管的任何螺纹区域与任何其他螺纹区域的接合而固定在所述容纳装置的所述壁(例如壁(A))中，例如，在所述容纳装置的壁(例如壁(A))中限定的任何螺纹区域。
该方法优选包括限定冷却流体通道的至少一部分，该冷却流体通道被布置成通过将固定装置固定在适当位置(例如围绕导管)以容纳冷却流体。
该方法可以包括将组件连接至熔融聚合物源。
该方法可以包括将组件连接至冷却流体源。
本文所述的任何发明或实施方式的任何特征可以与本文所述的任何其他发明必要修改地组合。
现在将参考附图通过例子的方式描述了本发明的特定实施方式，其中：
图1是用于将液体制剂注入到熔融聚合物中的设备的示意图；
图2是注射器的剖视图；
图3是与挤出机的壁接合的已知设备的注射器的导管的示意图；
图4a和图4b是注射器的导管的示意图，示出了注射器如何被阻塞；
图5a是组件的示意图，该组件包括与挤出机的壁接合的根据本发明的优选实施方式的注射器的改进导管；
图5b是与图5a的组件接合之前的挤出机的壁的示意图；
图6a是用于接合到挤出机的壁上的改进组件的透视图(但不包括用于打开/关闭该组件的导管的出口的可移动销)；
图6b是通过图6a的组件的示意性剖视图(但包括可移动销)；
图6c是沿图6b的VIc-VIc线的剖视图；和
图6d是改进组件(包括可移动销)的等距视图。
在附图中，相同或相似的部分用相同或相似的附图标记标注。
以下提及的材料为：
制剂A1-包括媒介物和红色染料的专有液体制剂。
如上参考图1和图2所述，注射器14被布置成控制液体制剂经由导管17和出口21通入加压熔融聚合物流18中。如图3所示，导管17包括面向外的邻接出口21的螺纹区域23，通过该区域导管可以可释放地螺纹接合在挤出机19的金属壁42限定的螺纹开口内。在区域23的下游，导管17向内逐渐变细以限定截头圆锥形区域44，并且在其下游，它限定了其中限定出口21的圆柱形区域46。出口21通向容纳聚合物流18的通道48。区域44、46的形状与挤出机19的壁42中限定的圆锥形座相对应，因此导管可以向下紧固到圆锥形座上以防止聚合物从挤出机泄漏。在使用中液体制剂在导管17中限定的通道50内沿箭头52的方向朝向出口21通过，从该出口将其注入到聚合物流18中。销(未示出，但类似于图2的销28)可在导管17中移动以关闭/打开出口21。可以在50-200巴或更高的压力范围下注射液体制剂。
发现在使用中金属壁42可以通过从熔融聚合物流18传导热而处于高达约300℃的温度。反过来，测试表明了导管17可以被加热到与聚合物流基本上相同的温度。发现一些液体制剂受到这种加热的影响，特别是制剂A1，如以下实施例1所述。
实施例1
测试台(未示出)包括加热块，注射器的导管17以与如上参考图3所述的方式基本上相同的方式螺纹接合在该加热块中。可以调节块的温度，也可以调节通过导管的液体制剂的给料速率。此外，可以在测量的时间段内停止给料并重新开始给料以模拟实际情况。
使用测试台在2.92克/分钟(gpm)的相关给料速率(这等于实际上可能的最低添加速率)下在一定温度范围内评价液体制剂A1。观察结果提供在下表中。
Figure BDA0002662591990000131
因此，从上文应理解，所述制剂在某些情况下(例如当其被加热到较高温度时)可不利地导致注射器的阻塞。
在一系列实验中，研究了注射器被阻塞的原因。如图4a所示，可以发现，最初由固体材料(由附图标记33表示)引起的阻塞起源于凸缘31，该凸缘限定了用于阀销28的座。随后，如图4b中的附图标记33所示，固体材料的更广泛的堆积导致注射器的完全阻塞。随后所述的实施方式被研发以解决阻塞问题。
在图5a和图5b中示出了本发明的第一实施方式。参考附图，导管117与图3的导管17的相似之处在于，它包括截头圆锥形区域44和圆柱形区域46，它们的形状与挤出机19的壁42中限定的圆锥形座相对应。然而，导管117本身不包括螺纹区域，例如对应于图3中的区域23。
导管117包括环形轴环120，其具有面向上的(如图5a所示)环形表面122，该环形表面被布置成在使用中抵靠套筒螺母124的一部分。
导管117被布置在端口125内。与图3实施方式中的等同端口的直径相比，端口125的开口(其接收包括导管117和套筒螺母124的组件)具有更宽的直径。
端口125包括带螺纹的限定第一圆柱形部分的壁126；限定截头圆锥形部分的壁128；以及限定第二圆柱形部分的壁130。套筒螺母124包括头部140、下环形表面142，该下环形表面被布置成位于导管117的轴环120的环形表面122上。套筒螺母124包括圆柱形主体146，该圆柱形主体具有面朝内的圆柱形壁，该圆柱形壁被布置成在其自身与导管117的外壁147之间限定圆柱形气隙148。在区域150中，朝向其远端，套筒螺母的外圆柱形壁151是带螺纹的，并被设置成接合螺纹壁126。套筒螺母124还包括邻接头部140的空气入口160以及空气出口162。出口162相对于入口160绕圆柱形壁151的周边偏移大约180°，并且轴向地间隔开，使得出口162延伸穿过螺纹区域150，并且在使用中定位成邻接挤出机19的外壁。
图5a和图5b的组件元件的尺寸如下：
-导管117的内径“x”约为8mm。
-导管117的外径“y”约为13mm。
-端口125的直径“z”约为22mm。
-出口21的直径“p”约为3-4mm。
在组装期间，导管117的区域44、46位于端口125的壁128、130上，其中套筒螺母124预先安装在导管117上，螺纹区域150与螺纹壁126接合，并且螺母124向下拧紧以将导管117固定在适当位置。
在使用中将冷却压缩空气沿箭头170的方向引入到图5的组件中。如箭头172所示空气在环形气隙148内流动，从而冷却导管117(和其中的液体制剂)。然后，如箭头174所示加热的空气经由出口162离开组件。
图6a-图6d的组件200类似于图5a和图5b的组件。组件200包括套筒螺母224，该套筒螺母包括头部240、圆柱形主体246和区域250，该区域是带螺纹的并且被布置成接合螺纹壁126(图5b)，如图5a和图5b的实施方式所述。
头部240包括用于压缩空气的入口290和与其径向相对的出口292(未在图6a中显示，但在图6b和图6c中示出)。
与图5a和图5b的导管117相比，导管217被改进。在这方面，导管217包括中空毂(central hollow hub)293，一系列细长的径向延伸的叶片294从该中空毂突出。在图6c中，示出了六个叶片294，它们围绕毂293间隔60°。
每个叶片294包括台阶(沿其细长范围)。因此，每个叶片294包括沿其长度的第一部分295的第一厚度(径向测量)和沿其长度的第二部分296的第二更宽厚度。当组件200被完全组装时，增加的厚度被布置成填充存在于螺母224下方的更宽的间隙。
叶片294配合以限定用于压缩空气的通道。通道限定在导管217的外表面与套筒螺母224的圆柱形主体246的面向内的圆柱形壁297之间。除了叶片的远端298之外，限定了环形间隙299，该间隙被限定在导管217的环形区域244的内侧。
图6b至图6d还包括销228，该销可在导管217中的细长圆柱形开口内移动以关闭/打开出口221。
在使用中组件200接合在端口125中，如图5a和图5b的实施方式所述。然后，将压缩空气源连接至入口290，并且在使用中将空气注入到组件中。如图6b和图6c中的箭头300所示，空气进入组件。它沿着由叶片294限定的通道向下通过并穿过间隙299。此后，空气沿着由叶片294限定的通道向上通过并经由出口292离开组件。叶片294、间隙299、入口290和出口292的布置促进了空气流向和离开出口221。因此，如参考图4a和图4b所述，从预期变得最热和/或接近于发现的导管区域(导管开始阻塞的位置)的导管117的区域中除去热量。
如实施例2和3中所述测试图5和图6的设备。
实施例2
使用实施例1中所述的测试台，在一系列不同的压缩空气流量范围内评估了图5和图6的设备。结果提供在下表中。
Figure BDA0002662591990000151
结果说明了优选使用空气冷却尖端，并且相对于图5，图6的实施例得到了改进。
实施例3
在给料速率的范围内评估图5和图6的设备，同时将制剂A1注入到挤出机中的聚合物中。在图5和6中，空气流速为30升/分钟。结果提供在下表中。
Figure BDA0002662591990000161
假定在生产环境中制剂A-1的最低预期给料速率为约2.92克/分钟，则图5和图6的实施方式均适用于商业用途。对于较低的给料速率，优选图6的实施方式和/或可以增加空气流速。
本发明不限于前述实施方式的细节。本发明延及本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的任何新颖特征之一或任何新颖特征组合，或者延及如此所公开的任何方法或过程的任何新颖步骤之一或任何新颖步骤组合。

Claims (25)

1.一种组件，该组件包括：
(i)用于熔融聚合物的容纳装置；
(ii)用于将流体制剂注入到容纳在所述容纳装置中的熔融聚合物中的设备，其中，所述设备相对于所述容纳装置固定；
(iii)其中，所述设备包括用于将流体制剂注入到容纳在所述容纳装置中的熔融聚合物中的注射装置；
(iv)其中，所述注射装置包括导管和冷却流体通道，所述导管被布置成将流体制剂递送到所述容纳装置中的熔融聚合物中，所述冷却流体通道与所述导管相关联，所述冷却流体通道被布置成容纳冷却流体，所述冷却流体被布置成在使用中冷却所述导管和/或存在于所述导管中的流体制剂。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述容纳装置包括壁(A)，所述壁限定了用于容纳熔融聚合物的区域，其中，所述注射装置的所述导管在壁(A)内延伸，其中，所述容纳装置是熔融加工设备(例如挤出机)的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述导管从壁(A)的第一侧延伸到壁(A)的第二侧，其中，所述第二侧限定了在使用中聚合物置于其中和/或在其中流动的通道，所述导管包括开口，在使用中通过该开口将流体制剂注入到所述容纳装置中的熔融聚合物中，其中，所述开口具有口，该口直接通向所述容纳装置中的区域，熔融聚合物在其中流动和/或在使用中定位。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述导管中的所述开口与壁(A)的所述第二侧对齐，并且所述开口在其最窄点处的横截面积优选地在12mm2至200mm2的范围内。
5.根据权利要求3或4所述的组件，其中，所述导管包括外表面，该外表面位于所述导管的末端，并且其中，所述开口延伸穿过所述外表面，在使用中经由该开口将流体制剂注入到熔融聚合物中，其中，所述外表面的至少一部分与壁(A)的第二侧邻接。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的组件，其中，在所述导管的外表面与由壁(A)的第二侧面限定的直接周围区域之间基本上没有限定台阶。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，在所述导管的包括所述外表面的一端，所述导管限定了第一圆柱形区域，所述第一圆柱形区域接合壁(A)中的相应开口，所述壁限定了所述容纳装置的用于容纳熔融聚合物的区域；
其中，所述导管的包括所述外表面的一端位于限定在所述壁(A)中的相应插座上，其中，所述插座包括与壁(A)的第二侧邻接的开口和/或通向所述通道的开口，在使用中聚合物在该通道中流动；
其中，在包括所述外表面的所述导管的所述端部处，所述导管包括所述第一圆柱形区域以及在其上游的第二圆柱形区域，其中，台阶被布置在所述第一圆柱形区域与所述第二圆柱形区域之间。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第一圆柱形区域和所述第二圆柱形区域位于所述壁(A)中限定的所述插座的壁上。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，所述导管被布置成不直接拧入所述容纳装置的壁(A)中，其中，壁(A)限定了所述容纳装置的用于容纳熔融聚合物的区域。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，所述容纳装置包括壁(A)，该壁包括第一侧和第二侧，其中所述第二侧限定了通道，在使用中聚合物置于其中和/或在其中流动，其中，所述冷却流体通道至少部分地被布置在壁(A)内，并且在壁(A)的第一侧与第二侧之间延伸，其中，所述冷却流体通道从与壁(A)的所述第一侧间隔开的第一位置延伸到在壁(A)内的第二位置。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，所述冷却流体通道的一个壁W1至少部分由所述导管限定，所述导管被布置成将流体制剂递送到熔融聚合物中，其中，壁W1限定了所述冷却流体通道的内壁。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述导管包括具有第一表面的壁，所述第一表面为所述导管的内表面并且被布置成在将所述流体制剂注入到熔融聚合物之前当流体制剂通过所述导管时接触流体制剂，并且所述导管包括第二表面，所述第二表面为所述导管的外表面和/或面向外并且当流体制剂通过所述导管时不接触所述流体制剂，其中，该布置使得在使用中所述冷却流体通道中的冷却流体直接接触所述导管的所述壁的所述第二表面。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述导管的所述壁的所述第二表面包括一系列突起，所述突起是细长的并且在冷却流体流过所述冷却流体通道的方向上延伸，其中，所述突起限定了一系列流动通道。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的组件，其中，所述冷却流体通道的第二壁W2围绕所述导管延伸并且被布置成在使用中接触冷却流体，其中，壁W2是固定装置的一部分，通过该固定装置的手段将所述注射装置的导管固定在适当位置。
15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述壁W2可在操作位置与第二非操作位置之间移动，在该操作位置壁W2被固定在壁(A)内并限定了围绕所述导管的所述冷却流体通道的一部分，其中，在第二非操作位置壁W2被从所述操作位置撤回。
16.根据权利要求14或15所述的组件，其中，所述固定装置包括螺纹区域，所述螺纹区域被布置成螺纹接合所述容纳装置。
17.根据权利要求14、15或16所述的组件，其中，所述固定装置选包括用于冷却流体通入所述冷却流体通道的入口和用于冷却流体离开所述冷却流体通道的出口。
18.根据权利要求14-17中任意一项所述的组件，其中，所述用于注射流体制剂的设备包括所述导管和所述固定装置，其中，所述导管限定了所述通道的壁W1，并且所述固定装置限定了所述通道的壁W2，其中优选地，所述通道仅由所述导管和所述固定装置限定，而不由注射设备的其他部件限定。
19.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，所述组件包括可操作地连接至所述冷却流体通道的管，并且所述管连接至冷却流体源，并且所述容纳装置优选容纳熔融聚合物。
20.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，所述设备包括容器，所述容器容纳用于经由所述注射装置注入到熔融聚合物中的流体制剂。
21.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，所述容纳装置是挤出机，并且在其下游是用于纺丝已经与流体制剂接触的熔融聚合物的纺丝装置。
22.根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其中，在该方法中递送的所述流体制剂具有至少5000cP且小于250,000cP的粘度，该流体制剂包含添加剂，该添加剂包含一种或多种包含颜料或染料的着色剂，该流体制剂包含15-80重量％的媒介物和20-85重量％的添加剂。
23.一种将流体制剂注入到熔融聚合物中的方法，该方法包括：
(i)选择根据前述任意一权利要求所述的组件；
(ii)在所述容纳装置中布置有熔融聚合物并且在所述冷却流体通道中布置有冷却流体，操作所述注射装置以将流体制剂递送到所述熔融聚合物中。
24.根据权利要求23所述的方法，该方法包括在所述注射装置将流体制剂递送到所述熔融聚合物中的整个时间期间，使冷却流体在所述冷却流体通道中连续流动。
25.一种组装根据权利要求1-22中任意一项所述的组件的方法，该方法包括相对于容纳装置固定根据权利要求1-22中任意一项所述的注射装置。
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