CN117836115A - 挤出机混合器、挤出机混合部段、挤出机系统及其混合聚合物的使用方法 - Google Patents

Abstract

提供了挤出机混合器和挤出机混合器部段。挤出机混合器部段包括入口通道和出口通道以及中间通道，其由泵分开并由阶梯部分界定。还提供了用挤出机混合器部段混合聚合物的方法。还提供了使用挤出机混合器部段的挤出系统。

Description

挤出机混合器、挤出机混合部段、挤出机系统及其混合聚合物 的使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年6月11日提交的美国临时申请第63/209,591号的优先权，该美国临时申请的内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及挤出机、挤出机混合器部段及用于混合聚合物的其应用。

背景技术

US 6,962,431 B1公开了用于利用长形(elongated，细长)螺杆混合塑料材料的挤出机混合器和方法，该挤出机混合器具有与第一交叉轴流泵(cross-axial pump)连接的入口通道，其与螺杆轴线成角度地向后续通道供料，其中，该后续通道成为与至少一个后续交叉轴流泵连接的另一入口通道，并且其中，交叉轴流泵在至少一侧上由阶梯(flight，螺纹)界定。

尽管在挤出机混合器和用于混合的方法方面进行了这样的现有改进，但是在性能、挤出物性质和使用效率中的至少一个方面仍然需要进一步改进。

发明内容

提供了一种围绕长形能旋转螺杆的中心轴线定位的挤出机混合器。该挤出机混合器包括在长形能旋转螺杆的上游端10与下游端之间的至少一个混合部段。该至少一个混合部段中的每一个具有：

入口通道，沿相对于长形能旋转螺杆的中心轴线成角度的方向定向，入口通道具有上游开口、下游端和下游侧，

中间通道，与入口通道周向间隔开且沿着入口通道的方向定向，中间通道具有上游侧、下游端和下游侧，

出口通道，与中间通道周向间隔开且沿着入口通道的方向定向，出口通道具有上游侧、下游侧和下游开口，

第一泵，介于入口通道的下游侧与中间通道的上游侧之间，

第二泵，介于中间通道的下游侧与出口通道的上游侧之间，以及

下游阶梯部分(flight portion，螺纹部分)，沿着出口通道定位。

入口通道、中间通道、出口通道、第一泵、第二泵和下游阶梯部分被如下布置。入口通道在下游侧处由第一泵界定。第一泵在上游侧处由入口通道界定且在下游侧处由中间通道界定。中间通道在上游侧处由第一泵界定且在下游侧处由第二泵界定。第二泵在上游侧处由中间通道界定且在下游侧处由出口通道界定。出口通道在下游端处开放，并在下游侧处由下游阶梯部分界定且在上游侧处由第二泵界定。在从长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，下游阶梯部分的高度大于第一泵和第二泵的高度。

提供了一种用于在挤出机系统中混合至少一种聚合物的方法，该挤出机系统具有挤出机筒，该挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔。该方法包括以下步骤。

首先，将至少一种聚合物从聚合物供料器38供给到挤出机筒的孔中。然后，使在挤出机筒的孔内延伸的挤出机螺杆围绕挤出机筒的中心轴线旋转。接下来，通过使至少一种聚合物沿相对于挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向从入口通道的上游开口到入口通道的下游侧流动到挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，供给到挤出机筒的孔中的至少一种聚合物混合。之后，使用第一泵将至少一种聚合物从入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧。接下来，使至少一种聚合物从中间通道的上游侧流动到中间通道的下游侧。然后使用第二泵将至少一种聚合物从中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧。之后，使至少一种聚合物从出口通道的上游侧流动到出口通道的下游开口。然后，使用下游阶梯部分沿着出口通道引导至少一种聚合物，从而产生至少一种聚合物的挤出混合物。

提供了一种用于降低挤出机系统5000中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法，该挤出机系统5000具有挤出机筒，该挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔。该方法包括以下步骤。首先，干燥湿的吸湿性聚合物以产生干燥的吸湿性聚合物。然后将干燥的吸湿性聚合物从聚合物供料器供给到挤出机筒的孔中。接下来，使在挤出机筒的孔内延伸的挤出机螺杆围绕挤出机筒的中心轴线旋转。然后，通过首先使干燥的吸湿性聚合物沿相对于挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向从入口通道的上游开口到入口通道的下游侧流动到挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，使供给到挤出机筒的孔中的该干燥的吸湿性聚合物混合。之后，使用第一泵将聚合物从入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧。然后，使聚合物从中间通道的上游侧流动到中间通道的下游侧。接下来，使用第二泵将聚合物从中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧。之后，使聚合物从出口通道的上游侧流动到出口通道的下游开口。然后使用下游阶梯部分沿着出口通道引导聚合物。由此，产生与干燥的吸湿性聚合物相比具有降低的吸湿性能的挤出聚合物，使得挤出聚合物的吸水率(waterabsorption rate)小于干燥的吸湿性聚合物的吸水率。

还提供了一种使用挤出机系统抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法，该挤出机系统具有挤出机筒，该挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔。该方法包括以下步骤。首先，将湿的吸湿性聚合物从聚合物供料器供给到挤出机筒的孔中。接下来，使在挤出机筒的孔内延伸的挤出机螺杆围绕挤出机筒的中心轴线旋转。然后，通过执行以下步骤使供给到挤出机筒的孔中的湿的吸湿性聚合物混合。首先，使聚合物沿相对于挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向从入口通道的上游开口到入口通道的下游侧流入挤出机螺杆的混合部段的入口通道中。接下来，使用第一泵将聚合物从入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧。然后，使聚合物从中间通道的上游侧流动到中间通道的下游侧。之后，使用第二泵将聚合物从中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧。然后，使聚合物从出口通道的上游侧流动到出口通道的下游开口。之后，使用下游阶梯部分沿着出口通道引导聚合物，从而产生基本上无气泡的挤出物并消除了在挤出之前干燥吸湿性聚合物的需要。

附图说明

图1A-图1F示出了本发明的实施例的侧视图、横截面视图和截面的侧视图；

图2示出了本发明的另一个实施例的侧视图；

图3A-图3C示出了本发明的另一个实施例的侧视图和横截面视图；

图4示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图5示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图6A和图6B示出了本发明的实施例的侧视图和横截面视图，显示出其操作；

图7示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图8示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图9示出了本发明的实施例的横截面视图；

图10示出了本发明的实施例的侧横截面视图；

图11示出了本发明的实施例的侧横截面视图；

图12示出了本发明的实施例的侧横截面视图；

图13示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图14示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图15示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图16示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图17示出了本发明的实施例的视图，显示出其操作；

图18示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图19示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图20示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图21示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图22示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图23示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图24示出了本发明的实施例的横截面视图，显示出其操作；

图25是示出了根据本发明的实施例的聚合物的混合方法的流程图；

图26是示出了根据本发明的实施例的改变聚合物的吸湿性能的方法的流程图；

图27是示出了根据本发明的实施例的抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法的流程图；以及

图28-图41是示出了在示例中和比较示例中获得的结果的照片。

具体实施方式

尽管本文参考具体实施例示出和描述了本发明，但是本发明并不旨在局限于所示的细节。相反，在权利要求的等同物的范围内并且在不脱离本发明的情况下可以对细节进行各种修改。

具有共转双螺杆的双螺杆挤出机在两个螺杆的相交处提供伸长混合(elongational mixing)，在该相交处只有总流的小百分比驻留。尽管在一些应用中双螺杆可以是可接受的替代方案，但是一些双螺杆挤出机在获得均匀良好混合的聚合物方面具有许多缺陷。

例如，双螺杆挤出机可以是非常无序的混合器，因为它们不会反复重复相同的混合。另外，在双螺杆挤出机中混合聚合物时的期望拉伸可能受限于挤出机中位于两个螺杆相交处的聚合物总质量的小百分比。每次螺杆相交时，该量可以少到质量的5％或更低。因此，在双螺杆挤出机中可能无法实现所有聚合物质量的混合。

即使所有材料都要在双螺杆挤出机中被拉伸，但一些材料也可能比其他材料拉伸得更多。因此，两个螺杆相交处的拉伸可能非常不均匀。例如，朝配合螺杆的较小根部穿透的飞越区域(overflight region)的差速(differential speed，速度差)可能相当大。此外，相交处仅在一个维度中拉伸聚合物流。这对于混合可能不如其本应该的那样有效，因为可能在平面中和平面外方向上不充分地混合。

根据本发明的示例性实施例，挤出机混合器部段能够在三个维度中提供更均匀、极小规模的混合，同时在混合时不向聚合物添加过分的热量和过度的剪切。发明人惊奇地发现，具有本文公开的挤出机混合器部段的单螺杆能够在三个维度中提供大规模和小规模的极其均匀的混合，同时避免对正在混合的塑化可流动材料(例如聚合物)的不期望的过热和高剪切历史。

设备

总体上参考附图，本发明提供了挤出机混合器、挤出机混合器部段和挤出机系统。如本文所使用的，术语“混合器部段”和“混合器元件”是可互换的。

提供了围绕长形能旋转螺杆100、200的中心轴线11定位的挤出机混合器。挤出机混合器包括位于长形能旋转螺杆100的上游端10与下游端12之间的至少一个混合部段1001、1002、1003、400、401。至少一个混合部段1001、1002、1003、400、401中的每一个具有：

入口通道14、1401、1402、1403，沿相对于长形能旋转螺杆100的中心轴线11成角度的方向定向，所述入口通道14、1401、1402、1403具有上游开口、下游端和下游侧，

中间通道18、1801、1802、1803，与入口通道14、1401、1402、1403周向间隔开且沿着入口通道的方向定向，中间通道18、1801、1802、1803具有上游侧、下游端和下游侧，

出口通道16、1601、1602、1603，与中间通道18、1801、1802、1803周向间隔开且沿着入口通道的方向定向，出口通道16、1601、1602、1603具有上游侧、下游侧和下游开口，

第一泵20、2001、2002、2003，介于入口通道的下游侧与中间通道的上游侧之间，

第二泵22、2201、2202、2203，介于中间通道的下游侧与出口通道的上游侧之间，以及

下游阶梯部分24、2401、2402、2403，沿着出口通道16、1601、1602、1603定位。

入口通道14、1401、1402、1403，中间通道18、1801、1802、1803，出口通道16、1601、1602、1603，第一泵20、2001、2002、2003，第二泵22、2201、2202、2203和下游阶梯部分24、2401、2402、2403如下布置。入口通道14、1401、1402、1403在下游侧处由第一泵20、2001、2002、2003界定。第一泵20、2001、2002、2003在上游侧处由入口通道14、1401、1402、1403界定，且在下游侧处由中间通道18、1801、1802、1803界定。中间通道18、1801、1802、1803在上游侧处由第一泵20、2001、2002、2003界定，且在下游侧处由第二泵22、2201、2202、2203界定。第二泵22、2201、2202、2203在上游侧处由中间通道18、1801、1802、1803界定，且在下游侧处由出口通道16、1601、1602、1603界定。出口通道16、1601、1602、1603在下游端处开放，并在下游侧处由下游阶梯部分24、2401、2402、2403界定，且在上游侧处由第二泵22、2201、2202、2203界定。在从长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，下游阶梯部分的高度大于第一泵和第二泵的高度。

挤出机混合器还可以包括横向阶梯部分26、2601、2602、2603，该横向阶梯部分相对于下游阶梯部分24、2401、2402、2403横向定向。横向阶梯部分26、2601、2602、2603可以被定位成终止入口通道和中间通道的下游端。入口通道14、1401、1402、1403在下游端处可以由横向阶梯部分26、2601、2602、2603界定。第一泵20、2001、2002、2003在下游端处可以由横向阶梯部分26、2601、2602、2603界定。中间通道18、1801、1802、1803在下游端处可以由横向阶梯部分26、2601、2602、2603界定。第二泵22、2201、2202、2203在下游端处可以由横向阶梯部分26、2601、2602、2603界定。在从长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，下游阶梯部分和横向阶梯部分的高度大于第一泵和第二泵的高度。

挤出机混合器可以包括至少两个混合部段1001、1002、1003、400、401，所述至少两个混合部段1001、1002、1003、400、401中的一个是上游混合部段，并且混合部段中的另一个是下游混合部段。上游混合部段1001、1002、1003、400、401的出口通道16、1601、1602、1603的下游开口与下游混合部段的入口通道14、1401、1402、1403的上游开口流动连通。

入口通道14、1401、1402、1403的方向相对于长形旋转螺杆100、200的中心轴线11可以以30度至60度的角度定向。入口通道14、1401、1402、1403的方向相对于长形旋转螺杆100、200的中心轴线可以以40度至50度的角度定向。第一泵20、2001、2002、2003相对于入口通道14、1401、1402、1403的方向可以以30度至60度的角度布置。

挤出机混合器还可以包括位于出口通道14、1401、1402、1403中的流体插入孔口(fluid insertion aperture，流体加入孔口)30。流体插入孔口30可以被配置和布置成与长形能旋转螺杆100、200内的流体输送通路32流体连接。

还提供了包括挤出机混合器1001、1002、1003、400、401的挤出机螺杆100、200。挤出机螺杆100、200还可以包括位于至少一个混合部段1001、1002、1003、400、401上游的阶梯状部段(flighted section，螺纹部段)202。阶梯状部段202可以被配置和布置成控制塑化可流动材料到至少一个混合部段1001、1002、1003、400、401的入口通道14、1401、1402、1403的上游开口中的流动。挤出机螺杆100、200还可以包括位于所述至少两个混合部段1001、1002、1003、400、401的上游混合部段1001、1002、1003、400、401与下游混合部段1001、1002、1003、400、401之间的阶梯状部段202。阶梯状部段202可以被配置和布置成控制塑化可流动材料到下游混合部段1001、1002、1003、400、401的入口通道14、1401、1402、1403的上游开口中的流动。

提供了挤出机系统5000。挤出机系统5000包括挤出机筒34，该挤出机筒具有沿中心轴线11延伸的孔36。挤出机系统还包括与挤出机筒34相关联的聚合物供料器38，并且聚合物供料器38被配置为将聚合物供给到挤出机筒34的孔36中。挤出机系统5000包括长形能旋转螺杆100、200，其在挤出机筒34的孔内延伸并被安装成围绕挤出机筒34的中心轴线11旋转。至少一个挤出机混合器1001、1002、1003、400、401被设置在长形能旋转螺杆100、200上，并被配置为使供给到挤出机筒34的孔36中的聚合物混合。

现在出于说明的目的参考附图中所示的具体实施例，现在将描述挤出机混合器、挤出机混合器和挤出机系统的示例性实施例的细节。如本领域中已知的，本发明的挤出机混合器部段可以在本文中常规地描述，如同筒围绕静止螺杆移动并使用平板模型。

图1A示出了长形能旋转挤出机螺杆100的侧视图，挤出机螺杆100包括围绕长形能旋转螺杆100的中心轴线定位的三个第一实施例挤出机混合器部段1001和四个第二实施例挤出机混合器部段1002。长形能旋转螺杆100可以包括一个(或多于一个)这样的挤出机混合器部段1001、1002。如果存在多于一个这样的挤出机混合器部段，则它们可以相同或不同。它们可以沿着挤出机螺杆100彼此紧邻，如图1A所示，或者它们可以由阶梯状部段分开。如果需要，这些阶梯状部段可以被配置和布置成限制到挤出机混合部段的流动，使得它们可以被饥饿式供料。例如，阶梯状部段可以具有宽阶梯和浅通道。

挤出机混合器部段1001或1002中的每一个通常是相似的，但可以具有不同的纵横比(L/D)，如图1所示。例如，挤出机混合器部段1001、1002可以具有0.25、0.50、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2、2.25、2.5、2.7、3、3.25、3.5、3.75、4、4.25、4.5、4.75、5、5.25、5.5、5.75或6的纵横比，但是也可以考虑更低和更高的纵横比。混合器部段1000、1001的纵横比没有特别限制，但可以在0.25至6、1至4或2至3的范围内。纵横比被定义为挤出机混合器1001、1002中的每一个沿着螺杆100的长度L除以螺杆100的标称直径D。在挤出机混合器1001的情况下，它们均为5英寸(12.7cm)长，并且螺杆具有1英寸(2.54cm)的标称直径，因此挤出机混合器部段1001的L/D为5。类似地，挤出机混合器部段1002为约2.7英寸(7cm)长，因此具有约2.7的L/D纵横比。

在图1A中，在图的左侧示出螺杆100的供料部段10，在图的右侧示出螺杆端部12。因此，当能旋转螺杆100旋转时，塑化可流动材料通过挤出机从螺杆100的供料部段10流到其端部12。出于参考目的，在整个说明书中，“上游”因此更靠近供料部段10而不是螺杆端部12，“下游”更靠近螺杆端部12而不是供料部段10。在图1A中可以看出，出口通道1601、1602紧邻下游向混合部段的入口通道1401、1402中供给。

根据一个实施例，挤出机螺杆100可以包括紧邻第一混合部段上游的屏障部段。如本领域中已知的，屏障螺杆或螺杆的屏障部段可以包括辅助或屏障阶梯，如本领域中已知的。屏障阶梯有效地将“固体通道”和“融化(melt，熔化)通道”分开。固体通道通向上游供料部段，而融化通道通向第一混合部段的上游。虽然固体通道深度沿着螺杆的长度减小，但融化通道深度增加。当固体床(solid bed，坚硬层)沿着供料螺杆的长度融化时，熔融聚合物流过屏障阶梯通过紧密的间隙进入融化通道中。屏障间隙防止任何未融化的粒料流入融化通道中。因此，第一混合部段将被供以熔融聚合物。

图1B、图1C、图1D和图1E分别示出了沿着线A-A、B-B、C-C和D-D取得的挤出机混合器1000和1002的横截面视图。如在这些横截面视图中可以看到的，除了入口通道1401、1402和出口通道1601、1602之外，在它们之间还存在阶梯和一个或多个中间通道1801、1802。

如图1A所示，每个混合部段1001、1002具有相应的入口通道1401、1402和出口通道1601、1602。这些以类似的方式布置，因此为了简化和易于理解，以下讨论仅针对混合部段1001。本领域技术人员将理解，其他混合部段(诸如第二实施例的混合部段1002)以类似的方式布置，并且将仅在某些细节(诸如混合部段中的通道的尺寸和/或例如L/D)上不同，但是布置和功能如全文针对示例性挤出机混合器部段1001所述。图1F示出了挤出机混合器部段1001的示例性实施例，其示出了相对于螺杆轴线垂直布置的泡罩1702形式的真空密封。泡罩1702在下游桥接入口通道1401和出口通道1601。泡罩1702与挤出机筒具有小间隙，使得熔融聚合物从入口通道1401通过其到达出口通道1601。熔融聚合物因此提供真空密封。例如，泡罩1702与挤出机筒的间隙可以为0.01英寸至0.06英寸(0.254cm至0.1524cm)。间隙可以是0.02英寸至0.05英寸(0.0508cm至0.127cm)或0.03英寸至0.04英寸(0.0762cm至0.1016cm)。本领域技术人员将认识到，从泡罩1702到挤出机筒的间隙可以根据螺杆尺寸而变化。根据一实施例，泡罩1702可以被放置在入口通道中以促进融化，而不是仅仅作为通气密封。

图2是长形能旋转螺杆100的另一个形式(rendition)，其示出了挤出机混合器部段1001、1002。仅观察长形能旋转挤出机螺杆100上的第一实施例挤出机混合器部段1001，可以看出，除了入口通道1401之外，还存在中间通道1801，第一泵2001介于入口通道1401的下游侧与中间通道2001的上游侧之间。还存在介于中间通道1401的下游侧与出口通道1601的上游侧之间的第二泵2201。下游阶梯部分2401沿着出口通道1601定位，并且任选的横向阶梯部分2601相对于下游阶梯部分2401横向定向。如果存在，横向阶梯部分2601可以被定位成终止入口通道1401和中间通道2001两者的下游端。

图3A示出了长形能旋转挤出机螺杆200的另一个实施例。在该实施例200中，存在8个挤出机混合器部段1003(L/D均为3)和一个挤出机混合器部段1001(L/D为5)。长形能旋转挤出机螺杆200的该实施例还包括在第一混合部段1003上游的阶梯状部段202。阶梯状部段202的目的是控制塑化可流动材料到混合部段1003的入口通道1403的上游开口中的流动。

如图1、图2和图3所示，入口通道1401、1402和出口通道1601、1602以及中间通道1801和1801相对于长形能旋转螺杆100、200、300的中心轴线11成角度。该角度相对于长形能旋转螺杆100、200、300的中心轴线11可以为5度至85度、或20度至70度、或30度至60度、或40度至50度。例如，图1、图2和图3中所示的角度为约45度。中间通道1801、1802可以大致平行于入口通道1401、1402，或者它们可以以非平行的方式布置，如下面将描述的。

图3B和图3C分别是挤出机混合部段1003和1001的横截面视图。这些横截面视图示出了第一泵2001、2003和第二泵2201、2203的高度如何低于下游阶梯部分2401、2403和任选的横向阶梯部分2601(在横截面视图中未示出)的高度。这意味着挤出机筒(未示出)与下游阶梯部分2401、2403及任选的横向阶梯部分2601之间的间隙小于挤出机筒与第一泵2001、2003及第二泵2201、2203之间的间隙。第一泵2001、2003和第二泵2201、2203的合适间隙取决于螺杆和挤出机混合部段的精确几何形状，但可以在例如0.03英寸至1.0英寸(0.0762cm至2.54cm)、0.04英寸至0.8英寸(0.1016cm至2.032cm)、或0.03英寸至0.5英寸(0.0762cm至1.27cm)之间变化。间隙可以根据螺杆的标称直径而改变。

图4示出了两个示例性挤出机混合器部段400和401的“展开”视图。在该视图中，应当理解，挤出机混合器部段已经沿轴向X方向展开，如图所示。挤出机部段400位于挤出机混合器部段401的上游。在图4中，塑化可流动材料的流动应理解为在图中从右到左，并且由方向X表示。因此，“上游”和“下游”是指从右到左的总体流动方向。流还轴向移动穿过本发明的挤出机混合部段，但这将在后面更详细地描述。因此，在混合器部段400和401中的每一个中，可以看出，阶梯部分、通道和泵如下布置。

入口通道14在下游端处可以由任选的横向阶梯部分26界定，并且在下游侧处由第一泵20界定。第一泵20在上游侧处由入口通道14界定，在下游侧处由中间通道18界定，并在下游端处由任选的横向阶梯部分26(如果存在的话)界定。中间通道18在上游侧处由第一泵20界定，在下游侧处由第二泵22界定，并在下游端处由任选的横向阶梯部分26界定。第二泵22在上游侧处由中间通道18界定，在下游侧处由出口通道16界定，并在下游端处由任选的横向阶梯部分26界定。出口通道16在下游端处开放，并在下游侧处由下游阶梯部分24界定，并在上游侧处由第二泵22界定。因此，如果存在，可以看到横向阶梯部分26相对于下游阶梯部分24横向定向，因此任选的横向阶梯部分26可以被定位成终止入口通道14和中间通道18两者的下游端。尽管图4中未示出，但是在从长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，下游阶梯部分24和横向阶梯部分26的高度大于第一泵20和第二泵22高度。

图4示出了上游混合部段400的出口通道16的下游开口与下游混合部段401的入口通道14的上游开口流动连通。图4中的粗虚线箭头示出了塑化可流动材料流如何进入图右侧处的上游挤出机混合部段400的入口通道14。因为入口通道14的下游端被横向阶梯部分26(如果存在)阻挡，所以塑化可流动材料流过第一泵20进入中间通道18中。由于螺杆(或筒，根据常规惯例)的拖拽(drag)，即使不存在横向阶梯部分，塑化可流动材料也将被拖动经过泵20。中间通道18在其下游端处同样可以被横向阶梯部分26(如果存在的话)阻挡。因此，由于拖拽，塑化可流动材料流过第二泵22并进入出口通道16中。混合部段400的出口通道的下游端与下游混合部段401的入口通道14的上游端能流动连通。因此，塑化可流动材料流动到下游混合部段401的入口通道14中，并通过下游混合部段401重复流动。

尽管上面进行了讨论，但是在图4中也可以看出，入口通道14的方向相对于长形旋转螺杆10的中心轴线11以30度至60度或40度至50度的角度定向。

图5示出了本发明的多个挤出机混合器部段的布置的展开视图，类似于图4，其中“上游”被理解为在图5的右侧且下游在该图的左侧。在图5中可以看出，每个上游混合部段的出口通道16变成紧邻下游混合部段的入口通道14。

图6示出了本发明的多个挤出机混合器部段的布置的另一展开视图，类似于图4，其中“上游”被理解为在图6的右侧且下游在该图的左侧。在图6中可以看出，不存在任选的横向阶梯部分。根据惯例，筒流(barrel flow)沿Y方向移动。因此，塑化可流动材料(例如聚合物)主要(mostly，大部分)沿Y方向移动，尽管它具有小的X分量。因此，挤出机混合器部段400、401、4001、1002、1003不需要使入口通道14和中间通道18的下游端由横向阶梯部分26界定。同样，出口通道的上游端也不需要由横向阶梯部分26界定。

图6示出了没有任选的横向阶梯部分26的两个挤出机混合器部段的视图。第一泵的各种几何形状是可能的。例如，如图7和图8所示，第一泵20可以相对于入口通道14以一定角度布置。第一泵20相对于入口通道14的方向可以以15至85的角度布置。第一泵20相对于入口通道14的方向可以以20至60、或30至50、或40至60的角度布置，这提供了中间通道18的宽度沿着螺杆轴线的变化。同样地，第二泵22可以相对于出口通道16以20至60、或30至50、或40至70、或40至60的角度布置，这将提供中间通道18的宽度沿着其长度的变化。例如，宽度可以在0.050英寸至7英寸(0.127cm至17.78cm)、或0.15英寸至3英寸(0.381cm至7.62cm)、或0.125英寸至0.5英寸(0.3175cm至1.27cm)之间变化。

如图9所示，第一泵20和/或第二泵22的高度也可以沿着其长度变化。如图9所示，优选的是，如果第一泵20或第二泵22的高度在高度上变化，则其朝向其下游端更高。因此，从第一泵20和/或第二泵22的顶部到挤出机筒的间隙在下游端处可以小于在上游端处。该变化可以是0.02英寸至0.1英寸(0.025cm至0.25cm)、或0.040英寸至0.08英寸(0.1016cm至0.2032cm)、或0.008英寸至1英寸(0.02032cm至2.54cm)。

在图10中以部分横截面示出的另一个实施例中，挤出机混合器400、401还可以包括位于出口通道16中的流体插入孔口30。如图10所示，流体插入孔口30可以有利地放置在第二泵22的下游边缘或侧处。流体插入孔口30被配置和布置成与长形能旋转螺杆内的流体输送通路32流体连接。流体插入孔口30可以是狭槽。可以存在定位于第二泵22的下游边缘或下游侧处的多于一个这样的孔口30。从图10中可以看出，下游阶梯部分24具有比第二泵22更小的与挤出机筒34的间隙。添加的流体可以是液体，或者可以是由气体携带的流化颗粒，或者可以是气体。

图11示出了混合部段400、401的横截面。在该横截面视图中，可以看出，第一泵20和第二泵22的高度低于上游阶梯部分28。因此，上游阶梯部分28(以及下游阶梯部分和横向阶梯部分，均未示出)与挤出机筒之间的间隙小于第一泵20和第二泵22到挤出机筒34的间隙。入口通道14的宽度可以比中间通道18更宽或相同。入口通道14和出口通道16的宽度理想地相同。例如，入口通道14和出口通道16可以是0.02英寸至0.1英寸(0.025cm至0.25cm)、或0.040英寸至0.08英寸(0.1016cm至0.2032cm)、或0.008英寸至1英寸(0.0635cm至2.54cm)宽。中间通道可以是0.02英寸至0.1英寸(0.025cm至0.25cm)、或0.040英寸至0.08英寸(0.1016cm至0.2032cm)、或0.008英寸至1英寸(0.0635cm至2.54cm)宽。同样，通道深度也可以变化。例如，入口通道14和出口通道16从它们的最低点到第一泵20或第二泵22的顶部测量的深度可以是约0.180英寸、或0.1英寸至0.375英寸(0.254cm至0.9525cm)。同样，中间通道18从其最低点到第一泵20或第二泵22的顶部测量的深度可以是0.1英寸至0.375英寸(0.254cm至0.9525cm)。如果泵20、22具有不同的高度，则相应通道的深度被认为是较小的测量值。对于所有前述尺寸，尺寸通常可以与螺杆直径成比例，使得较小的螺杆将倾向于具有较小的尺寸，而较大的螺杆将因此倾向于具有较大的尺寸。

图12示出了挤出机系统5000，其包括挤出机筒34，该挤出机筒具有沿着其中心轴线111延伸的孔36。挤出机筒34的中心轴线111与能旋转螺杆100的中心轴线11重合。挤出机系统5000包括与挤出机筒34相关联的聚合物供料器38。如图12所示，聚合物供料器38可以在挤出机筒34的上方或旁边，或者在挤出机料斗40的上方，或者可以直接联接到挤出机筒34或挤出机料斗。聚合物供料器38被配置为将聚合物供给到挤出机筒34的孔36中。挤出机系统5000中还包括长形能旋转螺杆100，其在挤出机筒34的孔36内延伸。螺杆100被安装成围绕挤出机筒34的中心轴线111旋转。如图12所示，本发明的任何实施例的一个或多个挤出机混合器1001、1002、400、401设置在长形能旋转螺杆100上，并且被配置为使供给到挤出机筒34的孔36的聚合物混合。挤出机系统5000还可以包括模具42。

工艺

总体上参考附图，本发明提供了用于在挤出机系统中混合聚合物的方法，用于降低挤出机系统中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法，以及使用挤出机系统抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法。本发明还提供了将颗粒(例如颜料、填料等)混合到聚合物中的方法。

图25示出了用于在挤出机系统5000中混合至少一种聚合物的方法，该挤出机系统具有挤出机筒34，该挤出机筒具有沿着中心轴线11延伸的孔36。如图25所示，该方法包括以下步骤。

首先，将至少一种聚合物从聚合物供料器38供给到挤出机筒34的孔36中。然后，使在挤出机筒34的孔36内延伸的挤出机螺杆100、200围绕挤出机筒34的中心轴线11旋转。接下来，通过沿相对于挤出机螺杆100、200的中心轴线11成角度的方向，从入口通道14、1401、1402、1403的上游开口到入口通道的下游侧，使至少一种聚合物流动到挤出机螺杆100、200的混合部段400、401、1001、1002、1003的入口通道14、1401、1402、1403中，来混合供给到挤出机筒34的孔36中的至少一种聚合物。之后，使用第一泵20、2001、2002、2003将至少一种聚合物从入口通道的下游侧泵送到中间通道18、1801、1802、1803的上游侧。接下来，使至少一种聚合物从中间通道的上游侧流动到中间通道的下游侧。然后使用第二泵22、2201、2202、2203将至少一种聚合物从中间通道的下游侧泵送到出口通道16、1601、1602、1603的上游侧。之后，使至少一种聚合物从出口通道的上游侧流动到出口通道的下游开口。然后，使用下游阶梯部分24、2401、2402、2403沿着出口通道引导至少一种聚合物，从而产生至少一种聚合物的挤出混合物。

根据另一个实施例，在使用下游阶梯部分24、2401、2402、2403沿着出口通道16、1601、1602、1603引导至少一种聚合物之后，混合至少一种聚合物还包括使用相对于下游阶梯部分24、2401、2402、2403横向定向的横向阶梯部分26、2601、2602、2603抑制至少一种聚合物从入口通道和中间通道两者的下游端流动的步骤。

根据混合至少一种聚合物的另一个实施例，聚合物包括至少两种聚合物。该方法还可以包括将至少一种添加剂供给到挤出机系统5000的孔36中的步骤。根据另一个实施例，该方法还可以包括使混合部段400、401、1001、1002、1003排气(vent，通风)的步骤。

提供了一种用于降低挤出机系统5000中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法，该挤出机系统5000具有挤出机筒，该挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔。该方法在图26中示出。该方法包括以下步骤。首先，干燥湿的吸湿性聚合物以产生干燥的吸湿性聚合物。然后将干燥的吸湿性聚合物从聚合物供料器38供给到挤出机筒34的孔36中。接下来，使在挤出机筒34的孔36内延伸的挤出机螺杆100、200围绕挤出机筒34的中心轴线11旋转。然后，通过首先沿相对于挤出机螺杆100、200的中心轴线11成角度的方向，从入口通道的上游开口到入口通道的下游侧，使聚合物流动到挤出机螺杆100、200的混合部段400、401、1001、1002、1003的入口通道14、1401、1402、1403中，来混合供给到挤出机筒34的孔36中的干燥的吸湿性聚合物。之后，使用第一泵20、2001、2002、2003将聚合物从入口通道的下游侧泵送到中间通道18、1801、1802、1803的上游侧。然后，使聚合物从中间通道的上游侧流动到中间通道的下游侧。接下来，使用第二泵22、2201、2203将聚合物从中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧。之后，使聚合物从出口通道的上游侧流动到出口通道的下游开口。然后使用下游阶梯部分24、2401、2402、2403沿着出口通道引导聚合物。因此，产生与干燥的吸湿性聚合物相比具有降低的吸湿性能的挤出聚合物，使得挤出聚合物的吸水率小于干燥的吸湿性聚合物的吸水率。

根据降低吸湿性聚合物的吸湿性的另一个实施例，在使用下游阶梯部分沿着出口通道引导至少一种聚合物之后，可以执行如下步骤，即，使用相对于下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分26、2601、2602、2603抑制所述聚合物从入口通道和中间通道两者的下游端流动。根据另一个实施例，可以在保持挤出机混合器部段400、401、1001、1002、1003中的压力小于75psi的同时执行供料。

图27示出了使用挤出机系统5000抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法，挤出机系统5000具有挤出机筒34，该挤出机筒具有沿着中心轴线11延伸的孔36。如图27所示，该方法包括以下步骤。首先，将湿的吸湿性聚合物从聚合物供料器38供给到挤出机筒34的孔36中。接下来，使在挤出机筒34的孔36内延伸的挤出机螺杆100、200围绕挤出机筒34的中心轴线11旋转。然后，通过执行以下步骤使供给到挤出机筒34的孔36中的湿的吸湿性聚合物混合。首先，沿相对于挤出机螺杆100、200的中心轴线11成角度的方向，从入口通道的上游开口到入口通道的下游侧，使聚合物流入挤出机螺杆100、200的混合部段400、401、1001、1002、1003的入口通道14、1401、1402、1403中。接下来，使用第一泵20、2001、2002、2003将聚合物从入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧。然后，使聚合物从中间通道的上游侧流动到中间通道的下游侧。之后，使用第二泵22、2201、2202、2203将聚合物从中间通道的下游侧泵送到出口通道16、1601、1602、1603的上游侧。然后，使聚合物从出口通道的上游侧流动到出口通道的下游开口。之后，使用下游阶梯部分24、2401、2402、2403沿着出口通道引导聚合物，从而产生基本上无气泡的挤出物并消除了在挤出之前干燥吸湿性聚合物的需要。

根据另一个实施例，用于抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法还可以包括：在使用下游阶梯部分沿着出口通道16、1601、1602、1603引导至少一种聚合物之后，使用相对于下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分26、2601、2602、2603抑制所述聚合物从入口通道和中间通道两者的下游端流动的步骤。根据另一个实施例，可以在保持挤出机混合器部段400、401、1001、1002、1003中的压力小于75psi的同时执行供料。

现在参考为了说明的目的在附图中示出的具体实施例，现在将描述用于在挤出机系统中混合聚合物的方法、用于降低挤出机系统中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法、以及使用挤出机系统抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法的示例性实施例的细节。

提供了一种用于在挤出机系统5000中混合至少一种聚合物的方法，该挤出机系统具有挤出机筒34，该挤出机筒具有沿着中心轴线11延伸的孔36。该方法包括以下步骤。

将塑化可流动材料(诸如至少一种聚合物)从聚合物供料器38供给到挤出机筒34的孔36中。根据本发明的实施例，塑化可流动材料可以从聚合物供料器38饥饿式供料到挤出机筒34的孔36中。如本领域所理解的，当通过供料装置38将至少一种聚合物计量送入挤出机孔36中时，发生饥饿式供料。在料斗40(如果存在的话)中没有积聚；而是材料直接落到螺杆100上，并且螺杆100的通道以及因此挤出机混合器的通道仅部分填充。部分填充通道有利于实现良好的混合，因此对本发明的挤出机混合器部段进行饥饿式供料是期望的，但是任选的。

如果这样做(进行饥饿式供料)，则例如可以通过使用上游挤出机、泵、固体饥饿式供料器或减小上游通道的体积来完成饥饿式供料。也可以通过调节螺杆的旋转速度(RPM)来实现饥饿式供料。如果挤出机混合器被饥饿式供料，则压力应是低的，例如在紧邻入口通道14上游的点(point，位置)处或在靠近第二泵22的入口的点处(即，在中间通道18的下游端处)接近零、或是零、或小于零。如本领域已知的，该压力可以随着螺杆旋转而变化。

使在挤出机筒34的孔36内延伸的挤出机螺杆100围绕挤出机筒34的中心轴线111旋转。如上所述，可以调节该旋转速度以实现挤出机混合器部段的饥饿式供料。

如图13所示，通过沿相对于挤出机螺杆100的中心轴线11成角度的方向，从入口通道14的上游开口到入口通道14的下游侧，使至少一种聚合物42流动到挤出机螺杆100的混合部段400、401、1001、1002的入口通道14中，来混合供给到挤出机筒34的孔36中的塑化可流动材料(例如，至少一种聚合物)42。

还如图14中的横截面所示，然后使用第一泵20将至少一种聚合物42从入口通道14的下游侧泵送到中间通道18的上游侧。不希望受任何理论的束缚，该流动可以在入口通道14的下游侧处引起至少一种聚合物42的螺旋流。这种可能的螺旋流经过泵20进入中间通道18。如图14所示，入口通道14仅部分填充。这是期望的，因为它使得能够发生螺旋混合流。

入口通道14的部分填充可以通过任选地对挤出机混合器部段进行饥饿式供料来实现。根据另一个实施例，挤出机混合器可以是泻流式供料的(flood fed)，即，入口通道可以是满的。如果入口通道14是满的(泻流式供料)，则混合可能不那么有效。在这种情况下，通常紧邻入口通道14的上游看到压力波动。图15A和图15B示出了从入口通道14的下游端和下游侧处流过第一泵20进入中间通道18的至少一种聚合物42流(由向上箭头表示)的另一视图。

图16示出了使至少一种聚合物42从中间通道18的上游侧流动到中间通道18的下游侧，然后使用第二泵22将聚合物42从中间通道18的下游侧泵送到出口通道16的上游侧的横截面视图。图16示出了使至少一种聚合物42从出口通道16的上游侧流动到出口通道16的下游开口的视图。图16中还示出了使用下游阶梯部分24沿着出口通道16引导至少一种聚合物42。

图17还示出了使用相对于下游阶梯部分24横向定向的任选的横向阶梯部分26任选地抑制所述聚合物42从入口通道14和中间通道两者的下游端流动，从而产生挤出聚合物42。根据该方法，可以在保持挤出机孔36中的压力小于50-100psig的同时执行饥饿式供料。该压力优选为0，但随着螺杆100旋转且还取决于聚合物粘度，该压力可以在0至50或100psig之间变化。期望在入口通道14上游的点处测量压力。还可以在第二泵22的入口处的点处测量压力。如果这些压力不小于50-100psi表压，则可以通过增加螺杆100的旋转速度或通过降低聚合物向螺杆的供料速率来重新建立饥饿式供料。

根据另一个实施例，通过将至少两种聚合物供给到挤出机混合部段可以混合至少两种聚合物。根据另一个实施例，可以将添加剂(流体、液体、颗粒或气体)供给到挤出机混合器部段，并因此与至少一种聚合物混合。

假定固定输入流(如从另一个挤出机或许多众所周知的供料机构)进入本发明的挤出机混合器元件，增加的螺杆速度将以更大的速率输送塑化可流动材料。由于供料是恒定的，这导致入口通道14和出口通道16的填充体积减小。通过向上调节螺杆RPM，到第二泵的入口处的压力将变为大约零，然后塑化可流动材料被限制到上游通道14的壁，如图14所示。

由于螺杆的输出在给定的旋转速度下是恒定的，因此降低从上游挤出机或供料装置的供料速率将减小通道中材料的体积。通过向下调节供料体积，压力将降低直到其为零并适当填充。由于入口通道14具有长度，因此沿着通道14的侧面的一定范围的填充(和输出)是可能的。

然后，本发明的挤出机混合器部段可以将材料输送到下游泵(例如螺杆或齿轮泵的计量部段)以建立足够的压力来克服例如，来自模具的上游阻力。这样的泵可以被构造和布置成匹配本发明的挤出机混合器部段的输出。然而，因为挤出机混合器部段能够具有一定范围的输出，所以挤出机混合器部段可以灵活地匹配任何下游泵的输出。

还提供了一种降低吸湿性聚合物的吸湿性能的方法。“降低吸湿性能”是指对聚合物从空气中吸收水分的趋势有影响。例如，降低吸湿性能的改善可以是，与未经根据本发明加工的聚合物的吸水趋势(或量)相比，聚合物从空气中吸收水分的能力的趋势降低或聚合物从空气中吸收的水分的量降低。

本发明人已经发现，的、聚合物在挤出之前通常需要进行干燥以产生基本上无缺陷的部件或具有减少的气泡形成的部件，如果在通过本发明的挤出机混合器加工之前被干燥，则在后续加工以产生基本上无缺陷的部件或具有减少的气泡形成的部件之前不再需要进行干燥，即使在湿条件下长期储存之后也是如此。将受益于该方法的通常在加工之前需要干燥的这样的聚合物的非限制性示例是：丙烯酸酯及其共聚物；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚碳酸酯；聚醚醚酮(polyetheretherketone)、聚芳醚酮(polyetherketoneketone)等；聚醚酰亚胺；苯乙烯丙烯腈；聚对苯二甲酸丁二醇酯聚酯；尼龙；聚苯硫醚；丙烯腈丁二烯苯乙烯；聚乳酸；包含吸湿性填料(诸如二氧化钛、炭黑或某些着色剂)的聚合物；热塑性聚氨酯；以及它们的共聚物和共混物。

这种用于降低挤出机系统5000中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法包括以下步骤，该挤出机系统5000具有挤出机筒34，该挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔36。

首先，干燥湿的吸湿性聚合物以产生干燥的吸湿性聚合物。“干燥”是指实现比湿聚合物更低的水含量。该干燥步骤可以在本领域已知的用于特定聚合物的合适条件下进行。非限制性示例包括例如真空和环境加热干燥器。通常，这些使用干燥剂以向聚合物提供干燥的空气。

接下来，将干燥的吸湿性聚合物从聚合物供料器38供给到挤出机筒34的孔36中。根据本发明的实施例，可以将聚合物饥饿式供料到挤出机筒34的孔36中。根据本发明的实施例，可以将聚合物泻流式供料到挤出机筒34的孔36中。

然后，使在挤出机筒34的孔36内延伸的挤出机螺杆100围绕挤出机筒34的中心轴线111旋转，以产生聚合物流。

当通过使聚合物沿相对于挤出机螺杆100的中心轴线11成角度的方向，从入口通道14的上游开口到入口通道14的下游侧，流动到挤出机螺杆100的混合部段400、401、1001、1002的入口通道14中而将聚合物供给到挤出机筒34的孔36中时，发生干燥的吸湿性聚合物的混合。

然后，使用第一泵20将聚合物从入口通道14的下游侧泵送到中间通道18的上游侧。

接下来的步骤是使聚合物从中间通道18的上游侧流动到中间通道18的下游侧，并使用第二泵22将聚合物从中间通道18的下游侧泵送到出口通道16的上游侧。

然后，使聚合物从出口通道16的上游侧流动到出口通道16的下游开口，在此使用下游阶梯部分24沿着出口通道16引导聚合物。可以通过相对于下游阶梯部分24横向定向的任选的横向阶梯部分26来抑制所述聚合物从入口通道14和中间通道18两者的下游端的流动。

该方法产生与干燥的吸湿性聚合物相比具有降低的吸湿性能的挤出聚合物，使得挤出聚合物的吸水率小于干燥的吸湿性聚合物的吸水率。因此，该方法产生这样的挤出吸湿性聚合物，当在25℃和50％相对湿度下以团粒(最大尺寸为1/4英寸或更小的粒料)或粒状形式储存三天或更长时间后加工时，该挤出吸湿性聚合物将产生无缺陷部件，而不需要在挤出之前进行干燥。

聚合物通过挤出机混合器部段400、401、101、1002的流动在该方法中与上述混合方法相同。根据该方法，可以在保持挤出机孔36中的压力小于50psig或小于75psig或小于100psig的同时执行供料。理想地，在紧邻入口通道14的上游的点处测量该压力。如本领域已知的，压力可以取决于被挤出的聚合物的粘度而变化。压力也将随着螺杆旋转而变化。

提供了在挤出机系统5000中由吸湿性聚合物生产基本上无气泡(或基本上无缺陷)的挤出物的方法，该挤出机系统具有挤出机筒34，该挤出机筒具有沿着中心轴线11延伸的孔36。该方法包括以下步骤。

首先，将湿的吸湿性聚合物从聚合物供料器38供给到挤出机筒34的孔36中。然后，使在挤出机筒34的孔36内延伸的挤出机螺杆100围绕挤出机筒34的中心轴线111旋转。

通过相对于挤出机螺杆100的中心轴线11成角度的方向，从入口通道14的上游开口到入口通道14的下游侧，使聚合物沿流入挤出机螺杆100的混合部段400、401、1001、1002的入口通道14中，而发生供给到挤出机筒34的孔36中的湿的吸湿性聚合物的混合。然后使用第一泵20将聚合物从入口通道14的下游侧泵送到中间通道18的上游侧。然后，使聚合物从中间通道18的上游侧流动到中间通道18的下游侧。使用第二泵22将聚合物从中间通道18的下游侧泵送到出口通道16的上游侧。然后，使聚合物从出口通道16的上游侧流动到出口通道16的下游开口，在此使用下游阶梯部分24沿着出口通道16引导聚合物。可以使用相对于下游阶梯部分24横向定向的任选的横向阶梯部分26来抑制所述聚合物流从入口通道14和中间通道18两者的下游端流动。

因此，该方法产生基本上无气泡的挤出物，并且消除了在挤出之前干燥吸湿性聚合物的需要。

根据该方法，可以在保持挤出机孔36中的压力小于50psig或小于75psig或小于100psig的同时执行供料。

应用

本发明的挤出机混合器部段以及包括挤出机混合器部段的挤出螺杆和挤出机系统的用途的非限制性示例如下。

将吸湿性聚合物直接从反应器中造粒以产生不需要被干燥的吸湿性聚合物。这些本发明的挤出机混合部段和包括它们的挤出系统可以用作造粒挤出机，或者它们可以用于向这样的挤出机供料。

存在许多类型的聚合物杂质或缺陷，其局部浓度可以通过使用本发明的挤出机混合部段来降低，诸如凝胶、添加剂、碳规格、降解的聚合物和晶体，以用于性能改进。

由于聚合物具有一定范围的分子量，因此本发明的挤出机混合器部段可以用于均匀分布较低重量的聚合物链，以降低它们的局部浓度，从而改善聚合物的整体性能。

另一种用途是将颗粒或低粘度添加剂、尤其是吸湿性添加剂混合到聚合物中。这样的添加剂的非限制性示例是：发泡剂(blowing agents)(尤其是颗粒状发泡剂)、油、填料、着色剂、增塑剂和用于任何多种目的的其他颗粒状添加剂，诸如纤维、纳米纤维、石墨烯、碳纳米管、炭黑、阻燃剂、抗氧化剂和其他功能性添加剂。尼龙可以与填料混合，否则填料将不能很好地分散到尼龙中。还可以将包括增塑剂的纤维素混合到合适的聚合物中。增塑剂也可以有利地掺入PVC(聚氯乙烯)中。

制造不同聚合物的共混物(合金)。例如，某些聚合物难以与其他聚合物共混，而使用本发明的挤出机混合部段可以提供共混物的更完全、均匀的混合。例如，聚苯乙烯和HDPE可以有利地共混在一起以形成合适的复合材料。在相同温度下具有非常不同粘度的聚合物也可以有利地使用本发明的挤出机混合器部段共混在一起。

这些混合元件可以在单螺杆或双螺杆挤出机之后有效地使用以增强混合。例如，在聚合物反应器中，通常存在现有的单螺杆或双螺杆挤出机。具有采用根据本发明的混合元件的螺杆的挤出机可以被放置在这些现有挤出机之后。

操作理论

不希望受任何特定理论的束缚，发明人认为本发明的挤出机混合器可以根据以下描述操作。

如图14所示，入口通道14在其长度上具有恒定的深度。诸如通过限制供料(通常称为使通道饥饿)，进入入口通道14的材料任选地可以被限制为小于入口通道14的体积。如果需要，这可以通过例如上游挤出机、泵、固体饥饿式供料器或减小上游通道的体积来容易地实现。

通过限制挤出机混合器部段的该部分或使其饥饿，在箭头处沿着第一泵20的侧面，材料被筒34沿着入口通道14向下拖动。(回想一下，我们使用的是筒围绕螺杆移动的惯例。)如虚线所示，材料流也被向上拉动，从而提供朝向入口通道14的下游端拉伸且更窄的螺旋流。在第一泵20的顶部上方左箭头所示的流动保留了该沿通道向下的螺旋流。应当理解，流的芯沿通道向下流动。由于入口通道不是满的，因此其中的(表压)压力为零。

这种流动可以被认为是“系留拉伸(tethered stretching，系绳拉伸)”。流被系留在箭头处，因为它不相对于入口通道14的下游侧移动，但是当它被原本空的入口通道14内的筒34拉向下游时，它原本可以自由拉伸。这导致流的一部分向下游移动，流的一部分旋转和变薄，以及流的一部分沿着y方向沿着筒并在第一泵20上方移动。在图18、图19和图20中示意性地示出了当螺旋流沿入口通道14向下移动时不同的填充量。最大系留拉伸近似为最小圆。

图17示出了入口通道14中的材料如何可以成形为类似于塔螺壳(turritella，锥螺壳)，其纵向(lengthwise)放置在入口通道14中，其中大端位于入口端处。流可以是逐渐减小的螺旋，因为第一泵20以恒定速率泵送塑化可流动材料(假设第一泵20间隙不改变)，从而均匀地排出塑化可流动材料，直到入口通道变空。因为第一泵20间隙位于入口通道14流的顶部处，所以它排出可用入口通道流的最外部分。入口通道14流的最内部分具有X轴分量。

入口通道14流的旋转次数在入口流的上游处(由于直径的差异)可以小于在下游处(假设第一泵20的间隙恒定)。本发明的挤出机混合器部段内的Z轴旋转可以大致计算如下。(在下面的讨论中忽略在系留区域处的塑化可流动材料的摩擦)。筒速度可以被认为是挤出机内筒的周长。假设筒直径为1英寸(2.54cm)，则长度为每次旋转3.14英寸(7.98cm)。流可以被近似为直锥(right cone)。在入口通道14的上游端处，假设深度为0.180英寸(0.4572cm)，入口通道14的周长将为0.562英寸(1.4275cm)。这是每次旋转约5圈(3.14/0.562＝5.5；或7.98/1.4275)。最远的下游部分(锥形螺旋流的尖端)直径为0.04英寸(0.1016cm)，因为这是第一泵20与筒的间隙。因此，螺杆每次旋转(3.14x 0.04＝0.1256和3.14/0.1256＝～25)，在入口通道14的上游端与下游端之间可以存在约25倍或约半个数量级的旋转差。这与单螺杆挤出机螺杆的计量部段中的经典通道流相反，其每1L/D螺杆提供大约1转。

入口通道14中的旋转螺旋流的最外材料被第一泵20移除，并且渐缩芯向下游移动。入口通道14流的表面连续地暴露新材料。这可以提供以下优点。在具有筒排气的两级单螺杆中，抵靠阶梯的推动侧的流不会暴露流动材料的芯。这意味着截留在芯内(即，靠近螺旋根部)的气体不能容易地逸出。然而，单螺杆挤出机混合器的入口通道14内的流不断地暴露新材料。这意味着气体可以容易地逸出，从而提供排气和除去挥发成分(devolatilizing，液化)过程的机会。材料可以容易地添加到连续膨胀的表面，并且可以连续均匀地混合，从而提供在挤出机的下游部分添加低粘度液体或细颗粒的机会，如上所述。

简单的平面剪切对于混合是众所周知的。图21示出了第一泵20上方的平面流动。由于入口通道14中没有压力，因此可以优化第一泵20/筒间隙中的平面剪切以用于剪切加热和最小的温升。所有材料可以均匀地通过第一泵20(假设第一泵20到筒34的间隙不变)。

剪切速率计算为：

(3.14D N)/第一泵20上方的间隙(s-1)

D是筒34内径，N是以每秒转数(RPS)为单位的螺杆转速。因此，在120RPM(等于2RPS)下，对于1英寸(2.54cm)筒挤出机和0.04英寸(0.1016cm)的间隙，剪切速率为大约157s^-1。对于更大的挤出机，为了避免第一泵20上方的过大剪切速率，可以增加到筒的间隙。

图22示出了第一泵20上方的流动如何系留塑化可流动材料。材料在筒34处的速度远高于第一泵20最上表面处的排出速度。在不受约束的情况下，筒34快速拉伸材料远离第一泵20处的系留表面。如中间通道18上方的箭头所示，在一个实验中，中间通道18上方并抵靠筒体34的拉伸膜被测量为约1密耳(25微米)，并且由于第一泵20/筒间隙为约40密耳(1mm)，Y轴下拉比(draw-down ratio，下拉率)呈指数并恒定地产生新的表面。

这种新表面的产生提供了某些优点。例如，新表面的暴露意味着气体可以容易地逸出。添加剂、填料等可以容易地添加到连续膨胀的表面，并且因此连续均匀地混合到塑化可流动材料中。由于抵靠筒34的塑化可流动材料的膜可以是薄的，因此可以增强塑化可流动材料膜与筒34之间的能量传递。当需要除去诸如来自拉伸的热量时，或者当使用本发明的挤出机混合器进行冷却时，诸如在注入物理发泡剂之后，这可能是尤其有利的。因此，第二泵22的目的可以是将中间通道18限定为用于塑化可流动材料的延伸的区域，并且在必要时进行泵送。

返回参考图16，可以看出，出口通道16接收由筒34拖行的塑化可流动材料的薄膜，直到其遇到下游阶梯部分24。下游阶梯部分24上方的塑化可流动材料可以抵抗流动，导致大部分塑化可流动材料42沿着下游阶梯部分24向下迁移，如由较大的虚线箭头所示。该流将从下游阶梯部分24壁释放，因为它被筒24向上拉动并被拉伸而变得更薄。这是可以在一个本发明的挤出机混合器部段内发生的第三系留拉伸。随着每次旋转，虚线流线变得更细，朝向螺旋流的芯移动。因此流将在三个维度上移动。

注意，出口通道16中的旋转方向与入口通道14中的旋转方向相同。因此，进一步增强了在入口通道14中发生的Z轴旋转。如图13所示，这可以为混合程度增加另一个数量级。如图17所示，出口通道16流再次成形为类似于塔螺壳，但现在具有在上游的小端，使得流是加宽的螺旋。再次参见图17，可以理解，出口通道16的标记为SP的区域中的流可以是空的或满的。当出口通道16的SP区域充满时，当与另一个挤出机混合器部段(上游或下游)中的另一个这样的密封部配对时，它可以用作真空脱气所需的密封部。因此，如果需要，可以密封任何一个挤出机混合器部段。密封部可以是稍后的若干挤出机混合器部段，使得来自所述若干挤出机混合器部段的所有表面都能够通过单一排气口去除气体。根据如图13所示的混合器部段的另一个实施例，可以存在任选的泡罩19，其桥接从一个混合器部段的出口通道到下一个(下游)混合器部段的入口通道的开口。泡罩19沿径向方向具有与筒的小间隙，使得仅塑化可流动材料(即，熔融聚合物)能够越过(go over)泡罩19，从而在两个混合器部段之间提供真空密封。根据一个实施例，泡罩19可以沿垂直于螺杆轴线的方向定向。泡罩19的定向不受特别限制，只要它桥接从一个混合器部段的出口通道到下一个(下游)混合器部段的入口通道的开口即可。例如，泡罩可以相对于螺杆轴线以45度定向。根据另一个实施例，泡罩19可以被放置在入口通道的下游。在该实施例中，这将促使材料流过P1泵。

泡罩可以是任何合适的尺寸，只要与筒的间隙是合适的尺寸以仅允许塑化可流动材料在其与挤出机筒之间流动即可。尺寸和间隙可以根据螺杆和筒尺寸以及塑化可流动材料的粘度来选择。例如，对于1英寸(2.54cm)的筒直径，泡罩可以具有0.25英寸(0.635cm)的宽度和0.035英寸(0.0889cm)的间隙。

气体(例如干燥空气或氮气)可以用于方便地接载(pick up)颗粒添加剂并将它们输送到特定的挤出机混合器部段，或穿过许多挤出机混合器部段，将添加剂分配到塑化可流动材料的许多可用的暴露表面。这可能特别适合于掺入诸如碳纳米管或石墨烯等添加剂，因为它们轻且多尘，并且将粘附到许多表面以进行非常细的分布。这样的密封系统可能在挤出机筒内含有危险的碳尘。

当纤维(诸如碳纳米管)从一个挤出机混合器部段移动到另一个挤出机混合器部段时，其可以粘附到塑化可流动材料的暴露表面并在三个维度上对准。石墨烯可能倾向于在中间通道18和第二泵22上方在薄膜中平放，并在出口通道处卷绕。

图23示出了当塑化可流动材料可以通过每个随后的挤出机混合器部段而变得更细地混合时，塑化可流动材料如何可以被认为是一系列同心薄层，这些同心薄层前进(但未绘出)到芯并且在入口通道中表示为同心虚线圆。应当理解，这些流的同心圆继续到中心，但为了清楚而未绘制。图24示出了塑化可流动材料的x轴流从上游挤出机混合器部段400通过y轴流向下游挤出机混合器部段401的转变。从主要x轴流通过y轴流且然后x轴流的该转变是令人惊讶的并且有助于混合。在上游挤出机混合器部段400的出口通道14中，示出了即将进入下游挤出机混合器部段401的入口通道14的流的横截面。这些层被示出为平行于出口通道14的轴线。

如图24所示，在下游挤出机混合器部段401的入口通道14(其也是上游混合部段400的出口通道)中，层将主要沿y方向从外部剥离，同时精细地螺旋，如图23所示。应当理解，由于挤出机螺杆的旋转，上游混合器400向上的通道14中的平行线在沿z方向螺旋时同时沿x方向流动。该效果在图23的横截面中示出。当螺旋流被拉动跨过混合部段401中的阶梯18(P1)时，其转变为y轴流。因此，当流到达下游挤出机混合器部段401的出口通道16时，该流被重新定向。先前，Z方向和Y方向混合被显示为呈指数。在从上游挤出机混合器400的出口通道16到下游挤出机混合器部段的出口通道16的转变期间，X方向流可以转变成Y方向流并因此变成指数混合。

可以根据以下示例性方案来总结本发明。

方案1.一种围绕长形能旋转螺杆的中心轴线定位的挤出机混合器，所述挤出机混合器包括：

至少一个混合部段，位于所述长形能旋转螺杆的上游端与下游端之间，所述至少一个混合部段中的每一个具有：

入口通道，沿相对于所述长形能旋转螺杆的中心轴线成角度的方向定向，所述入口通道具有上游开口、下游端和下游侧，

中间通道，与所述入口通道周向间隔开且沿着所述入口通道的方向定向，所述中间通道具有上游侧、下游端和下游侧，

出口通道，与所述中间通道周向间隔开且沿着所述入口通道的方向定向，所述出口通道具有上游侧、下游侧和下游开口，

第一泵，介于所述入口通道的下游侧与所述中间通道的上游侧之间，

第二泵，介于所述中间通道的下游侧与所述出口通道的上游侧之间，以及

下游阶梯部分，沿着所述出口通道定位；

其中，所述入口通道、所述中间通道、所述出口通道、所述第一泵、所述第二泵和所述下游阶梯部分被如下布置：

所述入口通道在下游侧处由所述第一泵界定，

所述第一泵在上游侧处由所述入口通道界定，并在下游侧处由所述中间通道界定；

所述中间通道在上游侧处由所述第一泵界定，并在下游侧处由所述第二泵界定；

所述第二泵在上游侧处由所述中间通道界定，并在下游侧处由所述出口通道界定；以及

所述出口通道在所述下游端处开放，并在下游侧处由所述下游阶梯部分界定，并在上游侧处由所述第二泵界定；

其中，在从所述长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，所述下游阶梯部分的高度大于所述第一泵和所述第二泵的高度。

方案2.根据方案1所述的挤出机混合器，包括横向阶梯部分，所述横向阶梯部分相对于所述下游阶梯部分横向定向，所述横向阶梯部分被定位成终止所述入口通道和所述中间通道两者的下游端，其中：

所述入口通道在所述下游端处由所述横向阶梯部分界定；

所述第一泵在所述下游端处由所述横向阶梯部分界定；

所述中间通道在所述下游端处由所述横向阶梯部分界定；以及

所述第二泵在所述下游端处由所述横向阶梯部分界定；

并且其中，在从所述长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，所述横向阶梯部分的高度大于所述第一泵和所述第二泵的高度。

方案3.根据方案1或方案2所述的挤出机混合器，包括至少两个混合部段，所述至少两个混合部段中的一个是上游混合部段，并且所述混合部段中的另一个是下游混合部段，其中，所述上游混合部段的所述出口通道的所述下游开口与所述下游混合部段的所述入口通道的所述上游开口流动连通。

方案4.根据方案1-3中任一项所述的挤出机混合器，包括泡罩，其中，所述泡罩被布置在所述上游混合部段的所述出口通道的所述下游开口与所述下游混合部段的所述入口通道的所述上游开口之间，其中，所述泡罩被构造和布置成使得塑化可流动材料在所述泡罩上的流动在两个混合部段之间提供真空密封。

方案5.根据方案1-4中任一项所述的挤出机混合器，所述入口通道的方向相对于所述长形旋转螺杆的中心轴线以30度至60度的角度定向。

方案6.根据方案1-5中任一项所述的挤出机混合器，所述入口通道的方向相对于所述长形旋转螺杆的中心轴线以40度至50度的角度定向。

方案7.根据方案1-6中任一项所述的挤出机混合器，所述第一泵相对于所述入口通道的方向以30度至60度的角度布置。

方案8.根据方案1-7中任一项所述的挤出机混合器，还包括位于所述出口通道中的流体插入孔口，所述流体插入孔口被配置和布置成与所述长形能旋转螺杆内的流体输送通路流体连接。

方案9.根据方案1-8中任一项所述的挤出机混合器，还包括在所述至少一个混合部段的至少一个入口通道中的泡罩。

方案10.一种挤出机螺杆，包括根据方案1-9中任一项所述的挤出机混合器。

方案11.根据方案10所述的挤出机螺杆，还包括在所述至少一个混合部段上游的阶梯状部段，其中，所述阶梯状部段被配置和布置成控制塑化可流动材料到至少一个混合部段的入口通道的上游开口中的流动。

方案12.根据方案10或方案11所述的挤出机螺杆，还包括在所述至少两个混合部段的上游混合部段与所述至少两个混合部段的下游混合部段之间的阶梯状部段，其中，所述阶梯状部段被配置和布置成控制塑化可流动材料到所述下游混合部段的所述入口通道的所述上游开口中的流动。

方案13.根据方案10-12中任一项所述的挤出机螺杆，还包括至少一个屏障阶梯，其中，所述至少两个混合部段位于所述至少一个屏障阶梯的下游。

方案14.一种挤出机系统，包括：

挤出机筒，具有沿着中心轴线延伸的孔；

聚合物供料器，与所述挤出机筒相关联并且被配置为将聚合物供给到所述挤出机筒的所述孔中；

长形能旋转螺杆，在所述挤出机筒的所述孔内延伸并被安装成围绕所述挤出机筒的中心轴线旋转；以及

至少一个根据方案1-9中任一项所述的挤出机混合器，设置在所述长形能旋转螺杆上并且被配置为使供给到所述挤出机筒的所述孔中的聚合物混合。

方案15.一种用于在挤出机系统中混合至少一种聚合物的方法，所述挤出机系统具有挤出机筒，所述挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔，所述方法包括：

将所述至少一种聚合物从聚合物供料器供给到所述挤出机筒的所述孔中；

使在所述挤出机筒的所述孔内延伸的挤出机螺杆围绕所述挤出机筒的所述中心轴线旋转；以及

通过以下步骤使供给到所述挤出机筒的所述孔中的所述至少一种聚合物混合：

沿相对于所述挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向，从入口通道的上游开口到所述入口通道的下游侧，使所述至少一种聚合物流动到所述挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，

使用第一泵将所述至少一种聚合物从所述入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧，

使所述至少一种聚合物从所述中间通道的上游侧流动到所述中间通道的下游侧，

使用第二泵将所述至少一种聚合物从所述中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧，

使所述至少一种聚合物从所述出口通道的上游侧流动到所述出口通道的下游开口，和

使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述至少一种聚合物；

从而产生所述至少一种聚合物的挤出混合物。

方案16.根据方案15所述的方法，其中，所述供料是饥饿式供料。

方案17.根据方案15或方案16所述的方法，还包括：在使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述至少一种聚合物之后，使用相对于所述下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分抑制所述至少一种聚合物从所述入口通道和所述中间通道两者的下游端流动的步骤。

方案18.根据方案15-17中任一项所述的方法，其中，所述聚合物包括至少两种聚合物。

方案19.根据方案15-18中任一项所述的方法，还包括将至少一种添加剂供给到所述挤出机的所述孔中。

方案20.根据方案15-19中任一项所述的方法，还包括使所述混合部段排气。

方案21.一种用于降低挤出机系统中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法，所述挤出机系统具有挤出机筒，所述挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔，所述方法包括：

干燥湿的吸湿性聚合物以产生干燥的吸湿性聚合物；

将所述干燥的吸湿性聚合物从聚合物供料器供给到所述挤出机筒的所述孔中；

使在所述挤出机筒的所述孔内延伸的挤出机螺杆围绕所述挤出机筒的所述中心轴线旋转；以及

通过以下步骤使供给到所述挤出机筒的所述孔中的所述干燥的吸湿性聚合物混合：

沿相对于所述挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向，从入口通道的上游开口到所述入口通道的下游侧，使所述聚合物流动到所述挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，

使用第一泵将聚合物从所述入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧，

使聚合物从所述中间通道的上游侧流动到所述中间通道的下游侧，

使用第二泵将聚合物从所述中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧，

使聚合物从所述出口通道的上游侧流动到所述出口通道的下游开口，和

使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述聚合物；

由此产生与所述干燥的吸湿性聚合物相比具有降低的吸湿性能的挤出聚合物，使得所述挤出聚合物的吸水率小于所述干燥的吸湿性聚合物的吸水率。

方案22.根据方案21所述的方法，其中，所述供料是饥饿式供料。

方案23.根据方案21或22所述的方法，还包括：在使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述至少一种聚合物之后，使用相对于所述下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分抑制所述聚合物从所述入口通道和所述中间通道两者的下游端流动的步骤。

方案24.根据方案21-23中任一项所述的方法，在保持压力小于75psi的同时执行供料。

方案25.一种使用挤出机系统抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法，所述挤出机系统具有挤出机筒，所述挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔，所述方法包括：

将湿的吸湿性聚合物从聚合物供料器供给到所述挤出机筒的所述孔中；

使在所述挤出机筒的所述孔内延伸的挤出机螺杆围绕所述挤出机筒的所述中心轴线旋转；以及

通过以下步骤使供给到所述挤出机筒的所述孔中的所述湿的吸湿性聚合物混合：

相对于所述挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向，从入口通道的上游开口到所述入口通道的下游侧，使所述聚合物沿流入所述挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，

使用第一泵将聚合物从所述入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧，

使聚合物从所述中间通道的上游侧流动到所述中间通道的下游侧，

使用第二泵将聚合物从所述中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧，

使聚合物从所述出口通道的上游侧流动到所述出口通道的下游开口，和

使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导聚合物；

从而产生基本上无气泡的挤出物并消除了在挤出之前干燥吸湿性聚合物的需要。

方案26.根据方案25所述的方法，其中，所述供料是饥饿式供料。

方案27.根据方案25或26所述的方法，还包括：还包括在使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导至少一种聚合物之后，使用相对于所述下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分抑制所述聚合物从所述入口通道和所述中间通道两者的下游端流动的步骤。

方案28.根据方案25-27中任一项所述的方法，在保持压力小于75psi的同时执行供料。

示例

示例1：将咖啡糠(coffee chaff，咖啡渣)混合到聚乙烯中

天然材料(诸如咖啡糠)通常含有水。典型地，在加工之前去除水或在挤出期间排出水。咖啡糠还含有不能通过干燥去除的油。加热的油可能变成蒸气，并在挤出期间，这些蒸气必须通过排气被去除。一个或多个排气口去除水或油性蒸气的能力是有限的。如果存在过多的水或油，则通过将材料加热到聚合物工艺条件而形成的气体会产生气泡或不受控制地排出材料。

LDPE：然后将未干燥的咖啡糠以5wt％(重量百分比)与低密度聚乙烯(LDPE)混合。使用包括本发明的挤出机混合器部段的螺杆来加工LDPE/咖啡糠，使用用于LDPE的典型温度分布。然后使用图1中所示的螺杆在泻流式供料条件下加工LDPE和5％咖啡。这提供了混合不良的发泡的股线(strand)。虽然挤出物的质量差，但应当注意，产生股线的该结果简直是令人惊讶的。由于水汇集并在股线冷却时引起断裂，导致传统的螺杆根本不能提供股线。用图1的螺杆将5wt％的咖啡糠饥饿式供料到LDPE中，产生光滑的高质量挤出物，没有融化破裂。

示例2：未干燥的丙烯酸(聚甲基丙烯酸甲酯)

丙烯酸是吸湿性材料，因此从空气中吸收水蒸气。当水从蒸气的收集而“汇集”成较大的“水坑”(可以这么说)时，这些水坑变得显著并形成大的可见气泡，这些气泡典型地在挤出材料时破裂。未干燥材料的泻流式供料的传统挤出机螺杆提供了凹凸不平的质量差的挤出物，如图25的顶部股线所示。图28中拍摄的底部股线示出了通过图1的螺杆饥饿式供料而挤出的湿PMMA。该股线具有光滑的表面，并且仅包括由过快冷却引起的真空气泡。图29-图31中的照片示出了下股线如何弯曲甚至打结。

示例3：未干燥的聚碳酸酯

图32-图34中的照片显示了在距模具不同距离处在用于聚碳酸酯的典型温度分布下挤出的饥饿式供料的未干燥的聚碳酸酯。所使用的螺杆是图1中所示的螺杆。从照片中可以看出，未干燥的聚碳酸酯提供了光滑、无气泡的挤出物。

示例4：未干燥的PEEK(聚醚醚酮)

图35中的照片示出了在用于PEEK的典型温度分布下挤出的饥饿式供料的未干燥的PEEK当其从模具中出现时的状态。所使用的螺杆是图1中所示的螺杆。从照片中可以看出，未干燥的PEEK提供了光滑、无气泡的挤出物。

示例5：在SAN中的未干燥的二氧化钛浓缩物

使用用于SAN(苯乙烯丙烯腈)的典型温度分布，通过膜模具，将SAN中的未干燥的二氧化钛浓缩物通过传统螺杆挤出。从膜模具出来的挤出物示于图36中。膜起泡且质量非常差。图37在左侧示出了使用传统螺杆由SAN中的未干燥的二氧化钛浓缩物制成的膜，并且在右侧示出了使用包括本发明的混合部段的螺杆由SAN中的未干燥的二氧化钛浓缩物制成的膜样品。从图中可清楚地看出，使用本发明的混合部段制成的膜是光滑的并且具有高质量，而使用传统螺杆制成的膜是粗糙的并且具有开孔。

示例6：未干燥的丙烯酸(PMMA)

使用用于PMMA的典型温度分布，将未干燥的PMMA通过传统螺杆、通过膜模具挤出。从膜模具出来的挤出物如图38所示。膜起泡且质量非常差。相比之下，图39示出了通过使用图1的螺杆使用相同的温度分布挤出的饥饿式供料的相同的未干燥丙烯酸材料。可以看出，该膜具有优异的质量，没有气泡或可见缺陷。

示例7：SAN中的未干燥炭黑浓缩物

使用用于SAN的典型温度分布，将SAN中的未干燥炭黑浓缩物通过传统螺杆、通过膜模具挤出。从膜模具出来的挤出物示于图40中。膜起泡且质量非常差。相比之下，图41示出了通过使用图1的螺杆使用相同的温度分布挤出的饥饿式供料的相同SAN材料中的未干燥炭黑浓缩物。可以看出，该膜具有优异的质量，没有气泡或可见缺陷。

示例8：粒化的干燥丙烯酸

使用图1中所示的螺杆将干燥的丙烯酸造粒。然后，使用控制螺杆(使用制造商推荐的加工参数)在不干燥的情况下挤出这些粒料。随时间推移而测量粒料的水分吸收。与未使用图1螺杆挤出的粒料相比，粒料显示出较慢的水分吸收速率。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是应当理解，这些实施例仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员将想到许多变化、改变和替换。因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有这些变化。

Claims (28)

1.一种围绕长形能旋转螺杆的中心轴线定位的挤出机混合器，所述挤出机混合器包括：

至少两个混合部段，位于所述长形能旋转螺杆的上游端与下游端之间，所述至少两个混合部段中的每一个具有：

入口通道，沿相对于所述长形能旋转螺杆的中心轴线成角度的方向定向，所述入口通道具有上游开口、下游端和下游侧，

中间通道，与所述入口通道周向间隔开且沿着所述入口通道的方向定向，所述中间通道具有上游侧、下游端和下游侧，

出口通道，与所述中间通道周向间隔开且沿着所述入口通道的方向定向，所述出口通道具有上游侧、下游侧和下游开口，

第一泵，介于所述入口通道的下游侧与所述中间通道的上游侧之间，

第二泵，介于所述中间通道的下游侧与所述出口通道的上游侧之间，以及

下游阶梯部分，沿着所述出口通道定位；

其中，所述入口通道、所述中间通道、所述出口通道、所述第一泵、所述第二泵和所述下游阶梯部分被如下布置：

所述入口通道的下游侧由所述第一泵界定，

所述第一泵的上游侧由所述入口通道界定，并且其下游侧由所述中间通道界定；

所述中间通道的上游侧由所述第一泵界定，并且其下游侧由所述第二泵界定；

所述第二泵的上游侧由所述中间通道界定，并且其下游侧由所述出口通道界定；以及

所述出口通道的下游端开放，并其下游侧由所述下游阶梯部分界定，而且其上游侧由所述第二泵界定；

其中，在从所述长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，所述下游阶梯部分的高度大于所述第一泵和所述第二泵的高度；并且

其中，所述至少两个混合部段中的一个是上游混合部段，并且所述至少两个混合部段中的另一个是下游混合部段，并且其中，所述上游混合部段的所述出口通道的下游开口与所述下游混合部段的所述入口通道的上游开口流动连通。

2.根据权利要求1所述的挤出机混合器，包括横向阶梯部分，所述横向阶梯部分相对于所述至少两个混合部段中的至少一个混合部段的所述下游阶梯部分横向定向，所述横向阶梯部分被定位成终止所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的入口通道和所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的相应中间通道的相应下游端，其中：

所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的相应入口通道在相应下游端处由所述横向阶梯部分界定；

所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的相应第一泵在相应下游端处由所述横向阶梯部分界定；

所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的中间通道在相应下游端处由所述横向阶梯部分界定；并且

所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的相应第二泵在相应下游端处由所述横向阶梯部分界定；

并且其中，在从所述长形旋转螺杆的中心轴线径向向外的方向上，所述横向阶梯部分的高度大于所述至少两个混合部段中的所述至少一个混合部段的所述第一泵和所述第二泵的高度。

3.根据权利要求1所述的挤出机混合器，包括泡罩，其中，所述泡罩被布置在所述上游混合部段的所述出口通道的下游开口与所述下游混合部段的所述入口通道的上游开口之间，其中，所述泡罩被构造和布置成使得塑化可流动材料在所述泡罩上的流动在两个混合部段之间提供真空密封。

4.根据权利要求1所述的挤出机混合器，所述入口通道的方向相对于所述长形旋转螺杆的中心轴线以30度至60度的角度定向。

5.根据权利要求1所述的挤出机混合器，所述入口通道的方向相对于所述长形旋转螺杆的中心轴线以40度至50度的角度定向。

6.根据权利要求1所述的挤出机混合器，所述第一泵相对于所述入口通道的方向以30度至60度的角度布置。

7.根据权利要求1所述的挤出机混合器，还包括位于所述出口通道中的流体插入孔口，所述流体插入孔口被配置和布置成与所述长形能旋转螺杆内的流体输送通路流体连接。

8.根据权利要求1所述的挤出机混合器，还包括位于所述至少两个混合部段的至少一个入口通道中的泡罩。

9.一种挤出机螺杆，包括根据权利要求1所述的挤出机混合器。

10.根据权利要求9所述的挤出机螺杆，还包括位于至少一个混合部段上游的阶梯状部段，其中，所述阶梯状部段被配置和布置成控制塑化可流动材料到所述至少一个混合部段的入口通道的上游开口中的流动。

11.一种挤出机螺杆，包括根据权利要求2所述的挤出机混合器。

12.根据权利要求9所述的挤出机螺杆，还包括位于所述至少两个混合部段的上游混合部段与所述至少两个混合部段的下游混合部段之间的阶梯状部段，其中，所述阶梯状部段被配置和布置成控制塑化可流动材料到所述下游混合部段的入口通道的上游开口中的流动。

13.根据权利要求9所述的挤出机螺杆，还包括至少一个屏障阶梯，其中，所述至少两个混合部段在所述至少一个屏障阶梯的下游。

14.一种挤出机系统，包括：

挤出机筒，具有沿着中心轴线延伸的孔；

聚合物供料器，与所述挤出机筒相关联并且被配置为将聚合物供给到所述挤出机筒的所述孔中；

长形能旋转螺杆，在所述挤出机筒的所述孔内延伸并被安装成围绕所述挤出机筒的中心轴线旋转；以及

至少一个根据权利要求1所述的挤出机混合器，所述挤出机混合器设置在所述长形能旋转螺杆上并且被配置为混合供给到所述挤出机筒的所述孔中的聚合物。

15.一种用于在挤出机系统中混合至少一种聚合物的方法，所述挤出机系统具有挤出机筒，所述挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔，所述方法包括：

将所述至少一种聚合物从聚合物供料器供料到所述挤出机筒的孔中；

使在所述挤出机筒的孔内延伸的挤出机螺杆围绕所述挤出机筒的中心轴线旋转；以及

通过以下步骤使供给到所述挤出机筒的所述孔中的所述至少一种聚合物混合：

沿相对于所述挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向，从入口通道的上游开口到所述入口通道的下游侧，使所述至少一种聚合物流动到所述挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，

使用第一泵将所述至少一种聚合物从所述入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧，

使所述至少一种聚合物从所述中间通道的上游侧流动到所述中间通道的下游侧，

使用第二泵将所述至少一种聚合物从所述中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧，

使所述至少一种聚合物从所述出口通道的上游侧流动到所述出口通道的下游开口，以及

使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述至少一种聚合物；

从而产生所述至少一种聚合物的挤出混合物。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述供料是饥饿式供料。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：在使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述至少一种聚合物之后，使用相对于所述下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分抑制所述至少一种聚合物从所述入口通道和所述中间通道两者的下游端流动的步骤。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述聚合物包括至少两种聚合物。

19.根据权利要求15所述的方法，还包括将至少一种添加剂供给到所述挤出机的孔中。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括使所述混合部段排气。

21.一种用于降低挤出机系统中的吸湿性聚合物的吸湿性能的方法，所述挤出机系统具有挤出机筒，所述挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔，所述方法包括：

干燥湿的吸湿性聚合物以产生干燥的吸湿性聚合物；

将所述干燥的吸湿性聚合物从聚合物供料器供料到所述挤出机筒的孔中；

使在所述挤出机筒的孔内延伸的挤出机螺杆围绕所述挤出机筒的中心轴线旋转；以及

通过以下步骤使供给到所述挤出机筒的孔中的所述干燥的吸湿性聚合物混合：

沿相对于所述挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向，从入口通道的上游开口到所述入口通道的下游侧，使所述聚合物流动到所述挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，

使用第一泵将所述聚合物从所述入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧，

使所述聚合物从所述中间通道的上游侧流动到所述中间通道的下游侧，

使用第二泵将所述聚合物从所述中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧，

使所述聚合物从所述出口通道的上游侧流动到所述出口通道的下游开口，以及

使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述聚合物；

由此产生与所述干燥的吸湿性聚合物相比具有降低的吸湿性能的挤出聚合物，使得所述挤出聚合物的吸水率小于所述干燥的吸湿性聚合物的吸水率。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述供料是饥饿式供料。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：在使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导至少一种聚合物之后，使用相对于所述下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分抑制所述聚合物从所述入口通道和所述中间通道两者的下游端流动的步骤。

24.根据权利要求21所述的方法，在保持压力小于75psi的同时执行供料。

25.一种使用挤出机系统抑制在吸湿性聚合物的挤出物中形成气泡的方法，所述挤出机系统具有挤出机筒，所述挤出机筒具有沿着中心轴线延伸的孔，所述方法包括：

将湿的吸湿性聚合物从聚合物供料器供料到所述挤出机筒的孔中；

使在所述挤出机筒的孔内延伸的挤出机螺杆围绕所述挤出机筒的中心轴线旋转；以及

通过以下步骤使供给到所述挤出机筒的孔中的所述湿的吸湿性聚合物混合：

沿相对于所述挤出机螺杆的中心轴线成角度的方向，从入口通道的上游开口到所述入口通道的下游侧，使所述聚合物流入所述挤出机螺杆的混合部段的入口通道中，

使用第一泵将所述聚合物从所述入口通道的下游侧泵送到中间通道的上游侧，

使所述聚合物从所述中间通道的上游侧流动到所述中间通道的下游侧，

使用第二泵将所述聚合物从所述中间通道的下游侧泵送到出口通道的上游侧，

使所述聚合物从所述出口通道的上游侧流动到所述出口通道的下游开口，以及

使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导所述聚合物；

从而产生基本上无气泡的挤出物并消除了在挤出之前干燥所述吸湿性聚合物的需要。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述供料是饥饿式供料。

27.根据权利要求25所述的方法，还包括：在使用下游阶梯部分沿着所述出口通道引导至少一种聚合物之后，使用相对于所述下游阶梯部分横向定向的横向阶梯部分抑制所述聚合物从所述入口通道和所述中间通道两者的下游端流动的步骤。

28.根据权利要求25所述的方法，在保持压力小于75psi的同时执行供料。