CN113439018A - 过滤聚合物熔体的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于过滤聚合物熔体的方法和设备，其中聚合物熔体从过滤器元件的流入侧被压过过滤器元件，并且其中聚合物熔体进入过滤器元件的流出侧的过滤室。为了在过滤过程中允许聚合物熔体自由脱气，聚合物熔体从内向外穿透过滤器元件，其中过滤室中的压力为环境压力，并且其中聚合物熔体从过滤室无压排出。为此，内部流入侧和外部流出侧之间的过滤器元件具有耐压性，其中为了构建环境压力，过滤室通过壳体中的至少一个大气开口与环境相连。
Description
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于过滤聚合物熔体的方法和根据权利要求8的前序部分所述的用于过滤聚合物熔体的设备。
例如从DE 199 12 433 A1已知所述类型的方法和设备。
在热塑性塑料的加工过程中，通常的做法是，在生产例如链状产品的挤出过程中，聚合物熔体必须没有异物，因此必须过滤。在已知的方法和已知的设备中，聚合物熔体通过过滤器元件传导。为此，过滤器元件设置在壳体中，并形成过滤器元件的外部流入侧的压力室和内部流出侧的过滤室。聚合物熔体通过下部熔体入口进入处于正压的压力空间，并经由上部熔体出口从过滤室排出。杂质颗粒可通过过滤器元件从聚合物熔体中过滤。
然而，已知的方法和已知的设备的缺点在于，聚合物熔体中存在的挥发性杂质(例如单体、低聚物或溶剂)作为生产过程的残留物留在聚合物熔体中。在塑料加工中，这种挥发性成分通常经由所谓脱气的特殊工艺步骤来排出。为此，聚合物熔体的熔体表面与真空接触，以便挥发性成分能够从熔体中逸出。该操作优选在通过挤出机挤出聚合物熔体期间直接进行，例如在EP 1400 337 B1中公开的。
现在，本发明的一个目的是以这样的方式开发一种用于过滤所述类型的聚合物熔体的方法和设备，使得可以在过滤聚合物熔体期间释放和排出挥发性气体和蒸汽。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求8的特征的设备来实现。
本发明的有利开发由各从属权利要求的特征和特征组合来限定。
本发明基于以下发现：暴露于环境中的聚合物熔体自动经历挥发性成分的脱气，该脱气过程在聚合物熔体的熔融阶段持续地保持。为了使聚合物熔体的这种脱气成为可能，聚合物熔体从过滤器元件的内部流入侧传导到外部流出侧，其中过滤室中的压力为环境压力，聚合物熔体从过滤室无压排出。这使得可以将过滤室内的聚合物熔体转化为挥发性成分自由脱气的状态。
为此，在根据本发明的设备中，内部流入侧和外部流出侧之间的过滤器元件具有耐压性，其中为了构建环境压力，过滤室通过壳体中的至少一个大气开口与环境相连。因此，过滤器元件的耐压性使得能够实现压力室内的工作压力和过滤室中的环境压力之间的高压差。
为了允许无压聚合物熔体在过滤室内的限定传导，本发明提供了一种方法变体，其中聚合物熔体在过滤器元件流出侧的过滤室内传导。这使得根据过滤器元件的设计，可以在过滤室内实现相对较大的熔体表面积，这有利于挥发性杂质的蒸发。另外，过滤器元件处的流动不断更新过滤器元件流出侧的聚合物熔体的熔体表面积。
从聚合物熔体中出现的挥发性气体和蒸汽经由过滤室中的大气开口连续排出。这确保可特别捕获分离的物质和释放的蒸汽。
为了防止环境中的氧气的影响，尤其是对水解过程的不利影响，优先考虑执行方法变体，其中掩盖聚合物熔体的氮气经由大气开口引入过滤室。这有利地允许避免聚合物熔体表面的化学反应。
在本发明的有利开发中，过滤后的聚合物熔体被收集在过滤器元件下方形成的过滤室的收集槽中，并经由熔体出口排出。这使得能够实现可供给挤出过程的连续熔体流动。聚合物熔体以自然方式经由过滤器元件的流出侧传至设置在其下方的收集槽。
对于过滤，聚合物熔体在50巴至500巴的正压下经由熔体入口引入由过滤器元件界定的压力室。这允许聚合物熔体在任何已知挤出工艺中被有利地过滤。
根据杂质颗粒的污染情况，以10μm至1000μm的过滤器元件的过滤精度过滤聚合物熔体。因此，例如在熔纺过程中生产细丝时，需要相对较高的过滤精度以避免丝线断裂。
为了确保即使对于最细的过滤器元件和最高的工作压力也有足够的过滤性和穿透性，优选利用根据本发明的设备的开发，其中流入侧和流出侧之间的过滤器元件表现出50巴至500巴的压差的耐压性。
通过使用根据本发明的设备的开发，可以防止来自过滤室的蒸汽和气体直接进入环境，其中过滤室经由大气开口与用于气体和蒸汽的收集容器相连。这确保了从环境捕获和排出蒸汽和气体。
即使在无压过滤室的情况下，使用根据本发明的设备的开发也可特别有利地实现连续熔体流动，其中在过滤室的底部区域中，在过滤器元件下方形成连接至壳体中熔体出口的收集槽。这使得聚合物熔体在自然流动条件下首先被收集在收集槽中，然后连续排出。
取决于所需的聚合物熔体纯度，过滤器元件的过滤精度为10μm至1000μm。过滤精度取决于每种情况下的生产工艺和/或要生产的产品。
为了避免过滤室内的聚合物熔体表面的化学反应，本发明提供了根据本发明的设备的开发，其中壳体中的大气开口连接至氮气供应装置。这使得能够避免氧对聚合物熔体的影响。聚合物熔体的表面被过滤室内的氮气层屏蔽。
根据本发明的方法和根据本发明的设备适用于处理聚合物熔体的所有挤出过程。然而，从回收过程过滤聚合物熔体也是特别可能的。
下面参考附图，使用根据本发明用于过滤聚合物熔体的设备的多个示例性实施方式，更具体地说明根据本发明用于过滤聚合物熔体的方法。
附图说明
图1示出了根据本发明的用于过滤聚合物熔体的设备的第一示例性实施方式的示意性截面。
图2示出了根据本发明的用于过滤聚合物熔体的设备的另一示例性实施方式的示意性截面。
图3示出了根据本发明的用于过滤聚合物熔体的设备的另一示例性实施方式的示意性截面。
图1示出了根据本发明的用于过滤聚合物熔体的设备的第一示例性实施方式的示意性截面。该示例性实施方式包括壳体1，其在本示例中由圆柱形壳体容器1.1和壳体盖1.2构成。滤棒形式的过滤器元件4与壳体盖1.2的下侧相连。为此，滤棒5经由适配器(此处未显示)与壳体盖1.2以压紧的方式连接，并伸入壳体容器1.1的内部。在滤棒5的内部形成有压力室6，其与在壳体盖1.2中形成的熔体入口7相连。在滤棒5的外部，壳体容器1.1形成过滤室2。过滤室2与滤棒5同心地向下延伸至其中形成有收集槽8的容器底部。过滤室2下部区域中的收集槽8与壳体容器1.1中的熔体出口9相连。
在下部区域中，过滤室2通过大气开口3与环境相连。为此，大气开口3形成在壳体盖1.2中，并穿过外壳盖1.2向下进入过滤室2，如图所示。
滤棒5包括在过滤室2内的封闭壁，其内部由过滤材料5.1界定。过滤材料5.1形成过滤器元件4的流入侧19。过滤材料5.1由外部支撑壁5.2支撑。支撑壁5.2包括分布在出口区域的多个出口开孔5.3。支撑壁5.2形成过滤器元件4的外部流出侧20。
围绕壳体容器1.1的外周设置加热设备10。加热设备10优选包括此处未显示任何细节的电加热装置。
在操作中，熔体入口7具有与其相连的压力源11。在该示例性实施方式中，熔体泵显示为压力源11。熔体泵11经由熔体入口7将聚合物熔体输送至压力空间6。图1中示意性地显示了聚合物的熔体流动。压力空间6中存在例如50巴至500巴的工作压力。工作压力在图1中由附图标记pB表示。
因此，过滤器元件4被配置为在流入侧19和流出侧20之间具有耐压性。因此，滤棒5的支撑壁5.2充当压力容器以承受各种情况下压力空间6中存在的工作压力。
由于正压的作用，聚合物熔体穿过滤材料5.1，并经由出口开孔5.3到达滤棒5的流出侧20。如图1中的附图标记pU所示，过滤室2处于环境压力。因此，在过滤室2内在流出侧20的滤棒5的外周形成熔体套21。熔体套21中的聚合物熔体沿滤棒5流入过滤室2的下部区域，并在其中收集在收集槽8中。过滤室2由加热设备10加热，因此聚合物熔体的脱气在熔体套21中发生。挥发性组分(例如单体或低聚物形式的气体)以蒸汽形式从聚合物熔体中出现，并容纳在过滤室2中，且经由大气开口3排至环境中。
为实现连续的熔体流动，聚合物熔体经由熔体出口连续地输送出收集槽8。为此，熔体出口9具有与之相连的排放泵12。
图1所示的工作例不仅能够过滤聚合物熔体，而且随后能够在大气压力时使得挥发性成分直接脱气。取决于聚合物和工艺，以40μm至1000μm的过滤精度进行聚合物熔体的过滤。尤其通过加热设备10确保聚合物熔体的流动特性。聚合物熔体优选保持在超过200℃的熔体温度。
根据本发明的方法和根据本发明的设备原则上适用于所有热塑性熔体。连续熔体流动允许在短停留时间内对聚合物熔体进行联合过滤和脱气。
为了允许更高的熔体生产量(例如可由挤出机生产)，图2示出了根据本发明的用于过滤聚合物熔体的设备的另一示例性实施方式的示意性截面。该示例性实施方式基本上与根据图1的上述示例性实施方式相同，因此这里仅说明区别，并且以其他方式参考上述描述。
根据图2的示例性实施方式示出了多个过滤器元件4，这些过滤器元件突出地连接至壳体盖1.2，并伸入由壳体容器1.1形成的过滤室2中。过滤器元件4同样由滤棒5形成，过滤器壁的构造方面与上述示例性实施方式相同。滤棒5的数量是示例性的。原则上可以使用大量的滤棒(例如100到150个)来过滤聚合物熔体。滤棒5在其内部形成压力空间6，该压力空间与壳体盖1.2中的熔体入口7相连。滤棒5的流出侧20伸入过滤室2，其中滤棒5的活动端终止于在壳体容器1.1中形成的收集槽8的上方。收集槽8经由熔体出口9与排放泵12相连。
过滤室2位于经由大气开口3与环境连接的上部区域中。为此，大气开口3形成在壳体容器1.1的壁中。
氮气供应装置13也连接在大气开口3处。氮气供应装置13可用于将氮气引入过滤室2，以便对滤棒5的流出侧20处产生的熔融套进行氮气掩盖。这使得特别能够防止聚合物熔体表面的环境空气引起的化学反应。
在操作中，压力源11连接至熔体入口7。在该示例性实施方式中，压力源11是挤出机。这使得挤出的聚合物熔体经由熔体入口7直接引入滤棒5的压力室6。聚合物熔体的过滤和脱气功能与上述示例性实施方式相同，因此这里仅说明区别。
在过滤室2内，经由氮气供应装置13实现氮气气氛，因此避免了熔体的化学反应，尤其是与氧气的化学反应。然而，同时，产生的蒸汽和气体可通过大气开口3从过滤室2排出。为此，在过滤室2中存在环境压力pU。相比之下，在压力空间6中存在工作压力pB。
由于重力从滤棒5流出的聚合物熔体被收集在壳体容器1.1底部的收集槽8中。聚合物熔体通过排出泵12经由熔体出口9从收集槽8中抽出，并供应给例如挤出过程。
在过滤器元件4的构型中，由过滤器元件4提供的流出侧20总是大于用于过滤的流入侧19。因此，聚合物熔体从内向外压在滤棒5上，其中流出侧20产生熔体表面，用于在滤棒5的外周对蒸汽和气体进行脱气。原则上，除滤棒以外的过滤器元件也适用于执行组合过滤和脱气。为此，图3示出了另一个示例性实施方式，其中过滤器元件是滤片的形式。
图3是根据本发明的设备的另一示例性实施方式的示意性截面，图3所示的示例性实施方式包括其中形成有过滤室2的壳体1。过滤室2通过大气开口3与环境和收集容器17相连。收集容器17具有配备的抽风机18。
多个过滤器元件4设置在过滤室2内。在该示例性实施方式中，过滤器元件4由固定在接收脊15外周的过滤片14形成。接收脊15在其内部形成熔体通道15.1，该通道通过多个分配器开口15.2与过滤片14各自的压力空间6相连。接收脊15向外穿透壳体1并在开口端形成熔体入口7。
收集槽8形成在过滤室2内，位于垂直方向的过滤片14的下方。收集槽8呈漏斗形，并与壳体1中的下部熔体出口9相连。在本示例性实施方式中，熔体出口9和大气开口3在过滤室中彼此相对。
过滤片15被配置成使得它们在内部流入侧19和外部流出侧20之间具有耐压性，以承受例如压力空间6内的至多500巴的工作压力。相比之下，在过滤室2中存在环境压力pU。
在操作中，熔体入口7可与作为压力源11的挤出机直接相连。因此，聚合物熔体将穿过接收脊15的熔体通道15.1和分配器开口15.2进入过滤片15的压力空间6。过滤片15包括过滤材料，用于过滤出聚合物熔体中的杂质颗粒。过滤材料的过滤精度可为40μm至1000μm。在聚合物熔体穿过过滤片15处的过滤材料后，聚合物熔体传至过滤片15的外侧，从而在过滤室内的每个过滤片处形成熔体套。由于其重力，聚合物熔体可流至壳体1底部的收集槽8中。在此期间，聚合物熔体进行脱气。出现的蒸汽和气体经由大气开口3排出，并由收集容器17收集。收集容器17连接有抽风机18，并排出蒸汽和气体。这确保设备周围的环境没有蒸汽和气体。
收集在收集槽8中的聚合物熔体随后经由排料挤出机16排出。
在图3所示的示例性实施方式中，没有示出用于加热壳体1的加热设备10的任何细节。所示的过滤片的数量也是示例性的。原则上，更多数量的过滤片也可用于过滤聚合物熔体。
在图1至3所示的根据本发明的用于过滤聚合物熔体的设备的示例性实施方式中，过滤器元件的设置和选择是示例性的。这里最重要的是，过滤器元件具有耐压性，因此可以在过滤器元件的内部安全地保持相对于环境的高工作压力。另外，在过滤室内进行聚合物熔体的传导以使熔体可以自由脱气。
Claims (14)
1.一种用于过滤聚合物熔体的方法，其中所述聚合物熔体在正压下从过滤器元件的流入侧被压过所述过滤器元件，并且其中所述聚合物熔体进入所述过滤器元件的流出侧的过滤室，其特征在于，所述聚合物熔体从内向外穿透所述过滤器元件，所述过滤室中的压力为环境压力，并且所述聚合物熔体从所述过滤室无压排出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物熔体在所述过滤器元件的外部流出侧的所述过滤室内传导。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述聚合物熔体中的挥发性气体经由所述过滤室中的大气开口排出。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，掩盖所述聚合物熔体的氮气经由所述大气开口引入所述过滤室。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物熔体被收集在设置在所述过滤器元件下方的所述过滤室的收集槽中，并经由熔体出口从所述过滤室排出。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物熔体在50巴至500巴的正压下经由熔体入口引入由所述过滤器元件界定的压力室。
7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，以10μm至1000μm的所述过滤器元件的过滤精度过滤所述聚合物熔体。
8.一种用于过滤聚合物熔体的设备，所述设备包括设置在壳体(1)中的过滤器元件(4)，借此，所述过滤器元件(4)的流入侧(19)的压力室(6)和所述过滤器元件(4)的出口侧(20)的过滤室(2)分别形成在所述壳体(1)内，其中所述聚合物熔体可经由所述压力室(6)的壳体(1)中的熔体入口(7)提供，并可经由壳体(1)中的熔体出口(9)从所述过滤室(2)中排出，其特征在于，在内部流入侧(19)和外部流出侧(20)之间的过滤器元件(4)具有耐压性，并且为了构建环境压力，所述过滤室(2)通过所述壳体(1)中的至少一个大气开口(2)与环境相连。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，在流入侧(19)和流出侧(20)之间的过滤器元件(4)表现出50巴至500巴的压差的耐压性。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述过滤器元件(4)包括至少一个滤棒(5)或滤片(14)，其外部流出侧伸入所述过滤室(2)中。
11.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述过滤室(2)经由大气开口(3)与用于蒸汽和气体的收集容器(17)相连。
12.如权利要求8至11中任一项所述的设备，其特征在于，在所述过滤室(2)的底部区域中，在所述过滤器元件(4)的下方形成与所述壳体(1)中的所述熔体出口(9)相连的收集槽(8)。
13.如权利要求8至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述过滤器元件(4)的过滤精度为10μm至1000μm。
14.如权利要求8至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述壳体(1)中的所述大气开口(3)与氮气供应装置(13)相连。
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