CN1197693C - 塑料粘度控制设备 - Google Patents

Abstract

一种用于连续地降低熔融的模塑聚合材料的粘度的设备和方法，系利用拉伸流动下的剪切振动来引起剪切稀化和/或解开。一个或多个工位处理腔(3)由间隙所限定，该间隙是由以一定转速并且/或者以一定的频率和振幅相对振荡、以便在熔融的材料上形成剪切变形和使间隙尺寸作可控变化的、彼此相对运动的两个接近的分离表面(6，7)所构成的。这些表面具有凸肋和/或突部和/或沟槽(5，12)的外部轮廓，熔融的模塑材料可从其上流过，并且/或者可被牵引和/或被推过和/或泵送过。处理腔具有熔融的模塑材料可通过其流入的入口(30)和可通过其流出各处理腔的出口(31)。

Description

塑料粘度控制设备

参照的相关申请

本申请是1999年6月15日提交的、题为“在模塑操作之前控制熔融塑料的粘度方法和设备”的美国专利申请09/333,544号部分延续申请，在此援引该申请以供参考。

技术领域

本发明总的涉及用聚合物进行模塑，尤其涉及一种用于通过剪切稀化和/或解开来控制各种聚合材料的粘度的新颖且实用的设备和方法，以及用于控制能够在一可防止在最佳条件下发生解开的温度上冷却的同时又结晶的聚合材料的粘度的特殊措施。例如，这是针对诸如尼龙66之类的半结晶聚合物的情况。

背景技术

众所周知，对于模塑聚合材料而言，加工参数(例如，温度、压力、流率、流程等)是由高分子的缠结状态所决定的熔体粘度的直接结果。树脂“熔体指数”通常表现熔体流度的特征，并可用于确定适用于给定的模塑应用的某种树脂等级。该熔体指数是高分子链的分子量及其缠结度的函数。高熔体指数对应于高流动性树脂。模塑产品的机械性能也是其分子量特性的强大函数，高分子链越长，成品就越坚固和坚硬。不幸的是，塑料在其使用期间所需的高强度往往导致在模塑操作过程中缺乏流度，其结果是带来高操作模塑成本和模塑缺陷(熔接线、下陷痕迹(sink mark)等)。设计用来补偿这种缺乏对熔体流度的控制的一种公认的作法包括减小被模塑的高分子的分子量。虽然这样能降低粘度，显著改善流程，但往往会导致机械性质、尤其是强度和硬度的降低。此外，这种作法不能使用在那些其中模塑成品必须极小和/或薄、诸如薄壁注射成型应用之类的场合中。

树脂供应商已成功地向塑料工业提供降低粘度以便于(ease up)加工、或者通过使不同的分子量级混和来提高熔体弹性的手段。此种方案的问题在于，同样大大降低了分子量较小的聚合物的机械性能，加工者们不得不想出用于较佳的加工性能的折衷方案。

该工业应欢迎一种能降低塑料熔体的粘度而无须改变树脂的分子量、同时又能有利地降低树脂厂商不得不提供的等级数量的处理。

塑料的剪切稀化是众所周知的，实际上它用于在注射模塑的充填阶段通过加快注射柱塞的速度来降低熔体粘度。这尤其适用于薄壁注射模塑的情况中，在这种情况下，当熔体粘度保持准牛顿(quasi-Newtonian)时，需要相当大的力来充满模具。

同样众所周知的是，可在给定温度下通过增加剪切率或者增大熔体以固定振幅的振荡频率来获得剪切稀化。尤其，众所周知的是，通过由振动所引起的剪切稀化可降低塑料熔体的粘度。参见Lee的美国专利4,793,954号；J.P.Ibar的“通过在注射模塑的充填期间进行振动来降低塑料熔体的粘度”(ANTEC1997，Toronto，SPE再版本(1997))；以及，J.P.Ibar的“通过振动控制的剪切稀化和取向的新型塑料加工方法”(1997ASME国际机械工程大会暨展览会再版本MD-Vol.79，pp 223-348，1997)。

剪切稀化不要求采用与用于通过解开来大幅度地降低粘度所需的相同的粘度降低机构。例如，参见Ibar的美国专利5,885,495号。剪切稀化是由称之为构象异构体的高分子部分之间的相互作用的网络的弹性协同度所产生的。粘度降低是瞬间的，而仅仅在振动下才会发生，即，倘若振动停止的话，则它也停止。然而，剪切稀化是有用的，并可根据本发明以本技术领域中的普通技术人员不知晓或显而易见的方式来使塑料最优化或最有利。

由振动剪切稀化所引起的粘度降低是已知的。J.P.Ibar的“通过振动控制的剪切稀化和取向的新颖塑料加工方法”(1997ASME国际机械工程大会暨展览会)中描述了一种例子。

美国专利5,885,495号中讲授了利用振动来改变模塑处理和/或模塑材料的性质的三种已知的处理：

1.机械震动/振荡或超声波振动装置，用于以宏观级或是微观级使模塑材料的密度在液化阶段或是在固化阶段均匀且增大：参见Lemelson的美国专利4,288,398号；Pendleton的美国专利3,298,065号；以及Allen等人的美国专利4,925,161号。这些专利没有直接涉及利用振动来降低熔体粘度以便提高它们在转化期间的加工性能，也没有提出利用填料(packing)振动来提高熔体弹性。

2.基于这样一个事实：材料流变不仅是温度和压力、而且也是振动频率和振幅的函数为基础的加工方法：参见美国专利4,469,649号；欧洲专利0 273830号；美国专利5,306,129号；美国专利4,919,870号；加拿大专利1,313,840号；以及欧洲专利0 274 317号(上述专利均被授予Ibar)。然而，这些专利中的原理没有以使粘度降低的方式来改变熔体的粘度，也没有通过在表面上引入凸肋以形成振荡拉伸流动而使剪切稀化作用最优化。

3.利用振动通过内部摩擦局部产生热量、或者降低介于熔体与桶体或模具之间的壁界面处的表面应力来提高产量的加工方法：例如，参见Casulli等人的“振荡模具：聚合物挤压中的实用概念”polym.Eng.Sci.；30(23)，1551(1990)和Wong等人的“在平行振荡下环状模具中的热塑性塑料的流动”polym.Eng.Sci.；30(24)，1574(1990)。这些方法都没有试图以类似于降低高分子的平均分子量的方式来改变熔体本身的粘度。

聚合物模塑工业应非常欢迎一种降低高分子的粘度而不改变其机械性能的设备和/或方法。Ibar的美国专利5,885,495号中揭示了这样一种处理方法，其中使高分子断开，以便产生担负着降低粘度的重任的解开作用。

通常，为了利用在经济上切实可行以便在工业上实施的、用于振荡拉伸流动的频率，必须将熔体温度降至正好落在聚合物的粘胶状流动区域之中的温度区。

对于非晶态聚合物而言，能够使流动发生的可能的温度最低极限是聚合物的玻璃化转变温度Tg。低于该温度，聚合物就不再为熔体，而变成不会流动的固体玻璃。对于此类聚合物，通常可找到正好位于Tg之上的一解开处理温度，在该温度上，聚合物仍然可流动，并可根据美国专利5,885,495号在恒定温度上机械加工聚合物。

诸如尼龙66之类的半结晶聚合物在其结晶温度Tc之上为非晶态熔体，并在低于Tc时固化而呈现出晶体结构。通常，所出现的、与晶相共同存在的非品相的玻璃化转变温度要比Tc低得多，因此，聚合物处于固化状态。对于此类半结晶聚合物，由于解开处理窗口只能被设置在Tc之上，因此它会受到限制。

对于某些半结晶聚合物，诸如由Dupont-Dow Elastomers LLP出售的、商标为ENGAGE 8180的金属茂聚乙烯聚合物，缠结量很高，并且所形成的熔体弹性对剪切振荡作用很敏感，以致于可控制的机械低频(低于50Hz)甚至在正好位于结晶温度之上的温度时也能将熔体带入对能够产生解开[2]的拉伸剪切稀化有利的最佳弹性区域。例如，ENGAGE 8180的结晶温度为60℃，而使能够产生解开的剪切稀化最优化的最有利的温度范围为110℃到160℃之间。结果，从结晶现象可以得出，不会对可流动且可挤压的ENGAGE 8180获得高弹性状态有任何的干扰或限制。而对于诸如尼龙66之类的其它的半结晶聚合物而言，在位于聚合物的结晶温度Tc之上的温度，在(可控频率的)剪切振荡和温度的组合作用下无法获得想要的高弹性状态。对于此类半结晶聚合物，在到达结晶温度之前不能充分地降低温度，从而会影响解开处理。

本发明系一种将美国专利5,885,495号中所揭示的解开处理应用在工业范围中、并且还发现了包括温度控制和剪切稀化技术的、较已有技术新颖且非显而易见的附加措施的设备和方法。

发明内容

本发明以一种能制造新颖的产品的方法和设备来克服已有技术中的问题和缺点，其中，当熔融塑料被连续地挤压以通过处理工位时，在某段时间当中、且在用于各工位的特定的振动条件下，在该熔融塑料上施加以一定温度、振动频率和振幅的拉伸剪切振动，以便获得易使高分子之间的缠结递减的可控程度的剪切稀化(弹性状态)，从而以一种对将来需要较低的熔体粘度的模塑操作有益的方式显著且有控制地降低被挤压的熔体的粘度。

本发明揭示了一种用于在诸如注射模塑、挤压、热成形、吹模或混和之类的模塑操作之前或期间，以连续的方式来降低诸如金属茂聚乙烯或聚碳酸酯之类的熔融聚合物的粘度的方法和设备。当想要显著地降低粘度时，使塑料熔体受到具有最小或不具有外部压力、且在特定范围内的熔体振荡的振幅和频率的特殊的机械拉伸剪切振动，以使熔体变得高度弹性，并同时使其在拉伸流动条件下疲劳一段时间，保持与高度剪切稀化相对应的该高弹性状态，直到高分子以一种可控方式部分或完全解开为止，在此阶段，该熔体准备好用于模塑操作、诸如简单的淬火操作或随后进行淬火，以便形成小粒或者混和得更好或当重新熔融时具有较低粘度的混和物的挤压加工，抑或注射模塑或类似的模塑操作，其中大大降低了熔体的粘度，以使注塑部件具有更好的可加工性能，例如，允许使用较低的注塑温度、较低的注塑压力、或者同时使用两者，或者甚至在阀门或挤压机中，这些装置的杆、柱、转子或螺杆的表面可配备有本发明的凸肋装置，并根据本发明移动，以便获得剪切稀化和粘度降低的作用。

因此，本发明的一个目的在于提供一种模塑设备和/或方法，它可通过剪切稀化/解开高分子(此时树脂呈熔体状)以一定可控的程度降低熔体的粘度。

本发明的另一个目的在于提供一种模塑设备和/或方法，它可连续地产生粘度降低的树脂，该树脂可被作为特殊的低熔体粘度制粒来储存和装袋，或者被泵送至用于直接使用的另一个模塑点。

这些和其它的目的可通过一种新颖的设备和/或及其使用方法来实现。该新颖的设备包括(只是其中之一)限定一腔室—处理腔的至少一个工位，其中，熔融的模塑材料可流入和/或流过其以待处理，以便形成至少部分解开的熔体，或者甚至仅仅经受例如根据美国专利5,885,495号中所描述的处理的剪切稀化的熔体。

设备的处理工位包括当熔融的模塑材料从处理工位的入口流至其出口时、用于施加该模塑材料的一定应变率的剪切牵引的装置。

处理工位包括当熔融的模塑材料从该工位的入口流至其出口时、用于施加该模塑材料的剪切应变率的变化、以使其产生流动的拉伸加速/减速的凸肋装置。

该设备包括用于使熔体移动、例如将工位处理腔中的熔体从入口管道朝着其出口管道连续地推动和/或牵引和/或泵送的装置。

该设备还包括用于改变熔融的模塑材料可从中通过和/或流过的间隙的装置。

该设备还包括用于使处理腔连续通风、以便防止在处理期间形成气泡或气穴的装置。

该设备还包括各种已知的、对施加在容纳于处理腔中的熔融的模塑材料的温度、压力、转矩进行监控的监控装置。

本发明的又一个目的在于提供一种用于处理半结晶聚合物的新颖的方法，为了在没有结晶干扰的情况下解开它们的熔体，该方法在剪切稀化或解开处理期间以一种在结晶开始时下压至较低温度、并因此允许利用较低的温度通过剪切振荡方法来增加熔体弹性的可控的方式来改变温度。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于通过拉伸流动下的剪切振动引起至少剪切稀化来降低熔融的模塑聚合材料的熔体的粘度的设备，该设备包括：

由包括第一和第二表面的间隙所构成的至少一个处理腔，该第一和第二表面彼此隔开，以便在表面之间形成处理腔间隙；

用于使其中至少一个表面相对于另一个表面移动的驱动装置；

位于第一和第二表面的至少其中之一上的凸肋装置，熔体流过该凸肋装置的整个外部轮廓，该外部轮廓被选择成：当熔体流过间隙时、并且当至少一个表面移动、以便形成熔体的局部拉伸加速和减速时，凸肋装置在熔体上施加周期性变化的剪切应变率；

间隙入口，熔体通过间隙入口流入间隙；

间隙出口，熔体通过间隙出口流出间隙；

与间隙入口相连接的、用于制备熔体并将熔体进给至间隙入口的进料器，其中，驱动装置与凸肋装置相协配，用于在间隙中的熔体上施加与疲劳拉伸流动相关联的所选频率和振幅的剪切振动；

与间隙出口相连接的、用于收集来自间隙出口的熔体的储料器；

用于改变施加在熔体上的剪切振动的振幅的装置；

用于使熔体从入口朝着出口连续地移动通过间隙的装置；

用于监视和控制容纳在处理腔间隙之中的熔体的温度的装置；

用于监视和控制位于间隙中的熔体的压力的装置，以及

用于监视和控制施加在容纳于处理腔间隙之中的熔体上的转矩的装置。

较佳地，该设备还包括用于使处理腔间隙连续通风、以便防止在处理期间形成气泡或气穴的装置。

较佳地，该设备包括通过齿轮泵或螺旋泵彼此相连的多个间隙，该多个间隙包括：直接或通过齿轮泵和/或静态混和器与挤压机相连接的第一处理工位，与间隙出口相连接的、用于收集来自间隙出口的熔体的储料器，以及与至少一个储料器相连接的末尾工位。

较佳地，凸肋装置包括凸肋、突部和沟槽的至少其中之一。

较佳地，用于使熔体连续移动的装置包括用于推动、牵引和泵送熔体的装置的至少其中之一，该设备还包括用于有控制地改变间隙的宽度的装置。

较佳地，间隙是大致平坦的，第一和第二表面是平坦的。

较佳地，间隙呈环形。

较佳地，第一和第二表面的至少其中之一呈圆柱形。

较佳地，第一和第二表面的至少其中之一呈锥形。

较佳地，该设备还包括用于使其中至少一个表面轴向移动、以便改变处理腔间隙的宽度的轴向驱动装置。

较佳地，凸肋装置包括间隔设置的凸肋壁，该凸肋壁的间距被选择成可使由位于熔体中的一个凸肋壁所引起的应力场与由位于熔体中的一相邻的凸肋壁所引起的应力场相重叠。

较佳地，凸肋壁以径向、周向和螺旋形方向的其中一种方式延伸。

较佳地，凸肋壁是连续的。

较佳地，凸肋壁是间断的。

较佳地，凸肋壁的高度沿着第一和第二表面的至少其中之一变化。

较佳地，凸肋壁呈V形。

较佳地，间隙呈环形，并且其半径在处理腔间隙的间隙入口与间隙出口之间至少改变一次。

较佳地，凸肋装置包括多个间隔设置的突部。

较佳地，突部呈多边形。

较佳地，突部具有被选择成用以消除熔体流过突部时的湍流的圆形外部轮廓。

较佳地，间隙形成在可彼此对着旋转而形成内部空间的多个外部转子与可在内部空间内旋转的内部转子之间，该内部转子承载着凸肋装置。

较佳地，间隙是由圆环形外壳、内部转子和一系列彼此相连且与转子相连接的椭圆形件所形成的，该椭圆形件可在圆环形外壳中旋转。

较佳地，间隙包括通过泵和转子彼此相连接的一对壳体，该转子可在每个壳体中旋转，并在各转子与其相应的壳体之间形成间隙。

较佳地，间隙呈环形，第一表面系转子的外表面，而第二表面系用于容纳转子的桶体的内表面。

较佳地，驱动装置包括用于使转子作连续旋转、并用于使转子作所选频率和振幅的剪切振动的振荡旋转的双重驱动装置。

较佳地，双重驱动装置包括能够独立地控制连续旋转和振荡旋转的频率和振幅的差动驱动装置。

较佳地，差动驱动装置包括周转驱动装置。

较佳地，该设备还包括与间隙相连接的挤压机，周转驱动装置与挤压机相连接，以便驱动挤压机。

较佳地，驱动装置与凸肋装置相协配，以便在间隙中的熔体上施加与疲劳拉伸流动相关联的所选频率和振幅的剪切振动、加到至少使熔体解开的程度。

较佳地，包括：与间隙出口相连接的、用于收集来自间隙出口的熔体的储料器，以及位于储料器中、用于使熔体在储料器中移动、以使熔体中保持解开的解开保持装置。

较佳地，第一表面系挤压转子的外表面，而第二表面系用于容纳挤压转子的挤压桶的内表面，该设备包括用于加热和冷却位于间隙中的熔体的温度控制装置，并且驱动装置包括用于使转子旋转的马达装置。

较佳地，第一表面系阀门杆的外表面，而第二表面系用于容纳杆的阀门套筒的内表面。

较佳地，该设备还包括：具有出口、并构成进料器的至少一部分的挤压机，以及连接在挤压机出口与间隙入口之间、用于将熔体从挤压机出口进给至间隙入口的十字头模具。

较佳地，第一表面系转子的外表面，并承载着凸肋装置，第二表面系用于容纳转子的桶体的内表面，间隙通过位于桶体上的、用于挤出熔体且用于解开熔体的多个工位。

较佳地，工位的至少其中之一包含有位于转子上的、用于使熔体沿着间隙移动的螺旋结构，工位的至少其中之一包含有用于给位于间隙中的熔体加压的装置，并且工位的至少其中之一具有用于解开熔体的凸肋装置。

较佳地，该设备还包括与间隙相连的、用于接纳来自间隙出口的已处理的熔体、或者向间隙入口提供未处理的熔体的至少其中一种的注射模塑机。

较佳地，该设备还包括连接在间隙的下游部分与间隙的上游部分之间的、用于再循环至少一部分熔体、以便在间隙中进行额外的粘度降低处理的再循环装置。

较佳地，该设备还包括用于沿着间隙控制温度的温度控制装置。

较佳地，温度控制装置沿着间隙控制温度，以使熔体保持所选弹性。

较佳地，温度控制装置沿着间隙控制温度，以使熔体沿着间隙保持其所选温度轮廓。

较佳地，凸肋装置具有沿着第一和第二表面的至少其中之一的凸肋分布密度，该设备包括用于沿着间隙控制温度的温度控制装置，该温度被控制成：沿着间隙作为凸肋密度的函数而变化，其中越高的温度对应越高的凸肋密度。

较佳地，该设备还包括：

用于升高混和物的温度、直到它熔融成熔体为止的装置；

用于通过拉伸疲劳变形下的剪切振荡来使熔体经受解开处理、直到已将聚合物高分子之间的缠结状态改变成如通过熔体粘度中的变化所测得的所需的级别为止的剪切装置；

用于在解开处理期间、以使聚合物的结晶温度藉由结晶开始时的冷却速率的动力作用而降低、同时又避免越过该转变区域的方式来改变熔体温度的熔体温度控制装置；

用于将熔体输送至工位的输送装置；以及

用于使熔体经受使聚合物凝固的进一步操作的处理装置。

较佳地，熔体温度控制装置能以所选速率来冷却熔体，直到到达所选温度为止，同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡频率，以使熔体保持有利于解开效率的特定弹性状态。

较佳地，熔体温度控制装置能以所选速率来冷却熔体，直到到达所选温度为止，同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡频率，以使熔体保持有利于解开效率的特定弹性状态，并且避免熔体断裂。

较佳地，熔体温度控制装置能以所选速率来冷却熔体，直到到达所选温度为止，同时调节熔体所经受的、作为熔体温度的函数的剪切流率，以使熔体保持有利于解开效率的特殊特性状态。

较佳地，剪切装置包括与熔体相接合的旋转表面，与熔体相接触的旋转表面的转速被编制成为熔体温度的函数，以使熔体保持有利于解开效率的特定弹性状态。

较佳地，旋转表面的至少其中之一具有凸肋，旋转表面上每转的凸肋数量被选择成：用以形成局部拉伸剪切周期变形，凸肋数量随着该位置上的熔体温度一同变化。

较佳地，根据需要，当温度下降时，位于解开处理的任何给定位置上的表面上的凸肋的密度减小，相反，当温度升高时，则增加，以使熔体在各位置上保持有利于解开的特定弹性状态。

较佳地，通过交替地冷却和加热熔体、同时进行解开、并且同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡的频率和振幅、以使熔体保持有利于解开效率的特殊弹性状态，熔体温度控制装置能使熔体温度有控制地在两个温度之间变化。

较佳地，通过控制在处理腔的模具和/或桶体内部的冷却剂转轮或冷却外套中循环的冷却剂热流体的流率，使熔体温度的轮廓沿着流动熔体的路径分布。

较佳地，冷却剂热流体可在横截面减小的螺旋形转轮中从处理工位的出口端朝着入口循环，当它更靠近工位的入口端时，进一步远离熔体腔，从而形成沿着熔体流动轴线的冷却能力梯度。

较佳地，模塑温度控制领域中的那些熟练技术人员已知的熔体温度控制装置、诸如带状加热器、热管、散热片、空气间隙等被设计并致动成：用以在处理工位的入口与出口之间产生恰当的温差，以便当熔体流过时形成所需的冷却速率轮廓。

较佳地，工位与工位之间可重复相同的温度轮廓，以便当解开进行时，使熔体保持非晶态。

较佳地，在各工位的处理腔之中加上不同的温差轮廓，以便在处理从一个工位进行到下一个工位时，考虑到被解开熔体的变化性质，并在解开时，使熔体保持非晶态。

在阅读了以下的说明书和其后所附的权项之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将对本发明的其它目的、方面和优点一目了然。

体现本发明特征的各种新颖性特点由所附的权利要求具体指出，并构成该内容的一部分。为了更好地理解本发明、其操作优点以及通过使用其所获得的特定目的，请参阅附图和以下内容，图中示出的是本发明的较佳实施例。

附图说明

图1A、1B、1C、1D、1E和1F是根据本发明设计的一种剪切稀化和/或解开设备的实施例的示意图，该设备具有单个进料器和单个处理腔，其中拉伸流动下的剪切振动是通过以固定转速和/或调制转速旋转、和/或通过单纯地振荡向外流过设置在至少一个表面上的凸肋的引入熔体所形成的。

图2A是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，该解开设备具有单个进料器和单个处理腔，其中拉伸流动下的剪切振动是通过将熔融的模塑材料通过间隙供给所形成的，该间隙由至少一个旋转和/或振荡表面所构成，出现在该表面的外部轮廓上的是熔融材料流过和/或可被牵引和/或正被推过和/或被泵送过的轮廓。

图2B是沿着图2A的轴线剖切的图2A的剖视图。

图3是根据本发明设计的剪切稀化和/或解开设备的一种实施例的示意图，该设备具有单个进料器和由泵送工位所隔开的一个以上的处理腔，其中处理腔部分中的、拉伸流动下的剪切振动是通过将熔融的模塑材料通过间隙供给所形成的，该间隙由至少一个旋转和/或振荡表面所构成，出现在该表面的外部轮廓上的是熔融材料流过和/或可被牵引和/或正被推过和/或泵送过的轮廓。图3还示出了本发明在挤压机中的使用。

图4是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动形成在彼此之间相对运动的同心锥面的间隙中，其中至少一个表面上呈现一排凸肋和突部，并且以固定转速和/或调制转速旋转，和/或处于单纯的振荡模式中。

图5是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图。

图6是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图。

图7是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，其中进料器系挤压机和/或柱塞，并且解开处理发生在通过齿轮或螺旋泵相连的一系列工位中，并且末尾工位的储料器与制粒管线和/或挤压机或注射模塑设备的进料口、或注射模腔相连接。

图8是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动形成在彼此接近接触、且形成滚动和/或振动壁的圆柱形或锥形滚筒与中心上的内芯表面之间的间隙中，其中至少一个表面以固定转速和/或调制转速旋转，和/或处于单纯的振荡模式中。

图9是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动是通过以固定转速或调制转速在与入口管道和出口管道连通的圆环中环行的一连串潜艇状运输件的熔融模塑材料中的相对运动所形成的。

图10是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，其中进料器系挤压机和/或柱塞，解开处理发生在由管状轨迹所构成的一系列重叠且互连的环形工位中的各工位中，一连串潜艇状运输件以可控转速环行通过该管状轨迹，末尾环形工位的储料器与制粒管线和/或挤压机或注射模塑设备的进料口相连接。

图11是根据本发明设计的剪切稀化/解开设备的动力传动装置的一种实施例的示意图，其中由单纯的旋转所获得的剪切流动以及由振荡所产生的处理腔中的熔融模塑材料的可控的拉伸疲劳被单独施加在结合旋转和振荡的差动器(differential)的两条轴线上(也称之为周转(epicyclycloidal)驱动)。

图12A是根据本发明设计的解开设备的剪切振动传动装置的一种实施例的示意图，其中处理腔中的熔融模塑材料中的剪切振动是藉由连接在周转差动器的一条轴线上的同心锥形组件的内锥体的振荡所形成的，旋转振荡是通过凸轮和柱塞所形成的。

图12B是图12A的侧视图。

图13是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中熔融的模塑材料中的、拉伸流动下的剪切振动是通过以固定速度或调制速度、或者以组合的固定和调制速度的两个同心锥面的相对运动所形成的，同时熔融的模塑材料从入口管被推动和/或牵引和/或泵送至处理腔的出口管。

图14A是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，其中一个或几个进料器将熔融的模塑材料供给至一系列相互啮合或不啮合的管状腔中，这些管状腔自己直接或者通过泵送部分与其它系列的管状腔相连接，直到最后一系列处理工位为止，这最后一系列处理工位与收集器和制粒管线和/或挤压机或注射模塑设备的进料口相连接。

图14B是类似于图14A的视图，但示出了一种不同的操作模式。

图15A、15B和15C是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中凸肋装置是位于与熔融的模塑材料相接触的表面的至少其中之一上的凸肋/突起具有用于形成拉伸下的应变率和应变率变化的给定轮廓的特殊形状，且相对于表面的旋转轴线以一种用于形成一定的引流量的特殊方式排列。图15A-15C限定一部分形状参数和倾角。凸肋的外部轮廓被推算成可消除任何可能的湍流或者流动中的其它非线性缺陷，流动应保持层流状。限定用于使流动加速(R1)或减速(R3)的曲率的凸肋高度e、凸肋的宽度w、半径R1、R2和R3沿着横截面aa和bb(这里未示出横截面bb)可以是不同的。应变率矢量分解成两个分量，限定了引流的两个方向。沿着各轴线aa或bb的凸肋的形状可由这些方向中所需的应变率轮廓(加速后紧接着减速)所决定。这两种轮廓可用于限定可结合起来以使形成解开作用的熔体的弹性(剪切稀化)最优化的剪切振动和/或拉伸疲劳的条件。

图16是绘出了来自Dupont de Nemours公司(瑞士日内瓦)的Zytel 101、尼龙66以两种不同的冷却速率的比容(cc/g)对温度(℃)的曲线图，其中一种温度对应于缓慢冷却速率，另一种温度则对应于例如包含在注射模塑中的淬火操作型冷却速度。这些曲线对应于从300℃冷却至室温的、2毫米厚的尼龙66厚片。

图17是绘出了针对尼龙66同时以10℃/min冷却的剪切模式中的相对弹性G’/G^*的曲线图。G’是弹性模量，而G^*则是针对10rad/s频率的复数模量。

图18是具有两个同心处理腔室的本发明一种实施例的剖视图。

图19是具有本发明蜂窝状凸肋装置的转子、杆或柱的局部侧视图。

图20是与图19相类似的视图，它示出了具有用作为本发明凸肋装置的轨道装置的本发明一种实施例。

图21是轨道装置的放大立体图。

图22是根据本发明所制成的一种阀门的局部轴向剖视图。

具体实施方式

本发明涉及用于通过解开处理来降低模塑材料(例如聚合物)的粘度的设备。它还涉及此类设备的使用方法。

本发明所包含的设备包含有至少一个狭腔—处理腔，其中熔融的模塑材料在发生拉伸流动下的剪切振动的条件下流过，以便能进行解开。该设备并不仅限于任何特定的腔室设计或结构，所提供的层流在没有干扰或空穴的情况下进行。例如，该腔室可具有固定间隙或可变间隙。该腔室也可具有固定间隙部分和紧随其后的可变间隙部分。在流动路径的任何给定点上的间隙的横截面尺寸决定了位于该点的熔融模塑材料上的应变和变形的应变率。在纽约图书馆的的会议目录卡片#：76-93301的、第二版“John Wiley & Sons”中第640页附录C的“聚合物的粘弹性性质”(J.D.Ferry)中可找到作为间隙的几何形状的函数的应变和应变率的计算的例子。对于环隙(圆形狭槽)而言，间隙的横截面是由该间隙的半径和高度所决定的。压降、壁上的剪切应力和流率是随着应变率、温度和间隙轮廓变化的熔体粘度的强大函数。总之，间隙轮廓不仅对于确定流程(即产量)、而且对于实现某种类型的流动而言是至关重要的。例如，间隙的收敛会使流动加速，并使其延伸。相反，间隙的发散转换成流动的减速和收缩。显然，间隙在熔融的模塑材料的流动路径中的一系列限制和扩大会引起应变率从加速至减速、以及应变从延伸至收缩的周期性变化。倘若凸肋规则地设置在与流动在由两个相邻表面所形成的间隙中的熔体相接触的至少一个表面上，则形成拉伸流动下的周期性剪切振荡，根据本发明，该剪切振荡可被设置成，可形成有利于利用美国专利4,885,495号中所讲授的应变率和应变的操作条件来产生解开作用的高弹性状态(剪切稀化)。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将知道，在实施本发明时可采用哪些类型的狭槽的几何形状和结构。例如，解开处理腔可为挤压桶/螺杆模具或阀门套筒/杆，其可被改型以适应能将熔体带入到美国专利4,885,495号所需的处理窗口区域中、以便形成能发生解开的凸肋装置的特点。这可通过重新设计螺杆轮廓和介于桶体与螺杆之间的间隙、并通过在桶体的内表面和螺杆上同时增设特别设计的凸肋和/或沟槽来得以实现。变形的螺杆在匹配的桶体内部旋转，剪切整个构形间隙中的熔融模塑材料。可构建多螺旋处理腔，其中螺纹相互啮合。在这种情况下，相互啮合的螺杆的作用除了形成拉伸下的振动流动之外，还因正的位移而以与齿轮泵略为相似的方式使熔融的模塑材料向前移动。单螺旋腔和相互不啮合的多螺旋解开腔缺少这种正的位移，但凸肋和沟槽可相对于旋转运动间隔设置成使纵向应变率增加至由压力流动所引起的程度。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将知道，为了实施本发明、并同时产生泵送作用，在挤压桶和螺杆模具中可增设哪些类型的凸肋和沟槽。

本说明书晚些将结合图22来叙述在阀门中使用本发明的情况。

一般而言，本发明较佳的处理腔设计将部分取决于要被赋予弹性或解开的树脂的特性、所需的产量以及可为本发明的从业人员所获取的资源。例如，倘若可获取足够的资源，则需要一种包括多个解开工位的设备，其中各个工位被设置成可使产量、而不是解开效率最优化，但在各工位上再同时降低粘度，以便迅速生产具有适当的最终粘度降低比的最终的解开熔体。例如，一种具有五个工位的解开设备以每个工位27.5％的低效率(μ_out/μ_in＝0.725)进行工作，生产出具有最终粘度降低5、即(0.725)^-5的熔体。此类多工位解开设备的产量要高出形成相同的粘度降低的单工位产量的许多倍。而且还大大降低了每单位产出的操作成本。

熔融的模塑材料通过其流入处理腔的入口与至少一个用于制备熔融的模塑材料的进料器相连接。该进料器与处理腔及可能存在的任何其它的进料器相隔离。该进料器包括用于将熔融的模塑材料通过其出口进行排放的装置。该排放作用可通过本技术领域中的那些熟练技术人员所已知的任何合适的装置来实现。包含有此类排放装置的进料器的一些例子包括(但不仅限于此)：使用在挤压和注射模塑设备中的螺旋泵，与混和物一起使用的双螺杆，使用在两段式模塑设备中的柱塞、齿轮泵等。该排放作用可包括如参考文献[12，13，14-16，19，20]中所描述的、用于向熔体施加压力脉冲以有利于其流动的装置，当然本发明中并不需要这种条件。

同样属于本发明范围中的是，该设备包括多个进料器。倘若采用多个进料器，则在各个进料器中制备的熔融模塑材料无须相同。例如，每个进料器可含有相同的材料。它们还含有材质相同、但温度不同、和/或分子量特性不同、以及/或者解开程度不同的材料。具体地讲，一个进料器中的一种材料可为来自一不同的处理工位(下游或其它)的高度解开的碎片，而另一种材料的解开程度可低些。这样就能改变解开的碎片的浓度，并允许将具有不同解开状态的等级进行工程规格的双峰混和。分离的进料器还可含有在一个中是原始的、而在另一个中是再生的材料。此外，独立的进料器可含有完全不同的材料、或者填充或未填充有纤维、填料(诸如木料、面粉或ESD粉末)、不同浓度的聚合物和/或聚合物/液态晶体聚合物、颜料、抗氧化剂、阻燃复合物等、以及/或者其任何组合的混和物的材料。第二或第三进料器可引入到解开系统中、位于头尾相连、以便连续地生产一定粘度特性的解开熔体的多个工位的任何入口段处。

该设备还可包括用于在已处理的熔融模塑材料送入到制粒系统或泵送工位之前收集该模塑材料的至少一个储料器。在本发明的一种实施例中，该储料器限定一腔室，该腔室继续剪切被收集的解开熔体，并且容纳有一系列浸没的相互啮合的滚筒，这些滚筒的表面上具有凸肋，以便保持解开状态，直到熔体藉由螺旋泵或齿轮泵的可控致动泵出储料器为止。此类解开保持装置的一种非限制性例子是图8所示的装置。在本发明的另一种实施例中，被解开的熔体被泵送至使其迅速凝固成小粒的制粒管线中，这些小粒被干燥和装袋后以备装运。可使用任何类型的制粒管线。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的熟练技术人员将知道，为了实施本发明，可将哪些类型的制粒管线增设到储料器中，以使经处理所获得的解开状态凝固。

处理工位包括用于在容纳于处理腔之中的熔融的模塑材料上施加与拉伸流动相关联的剪切振动的装置。该振动通过振荡装置直接产生，或者通过使与熔融的模塑材料相接触的至少一个构形(即，具有凸肋装置)表面旋转来间接产生。换句话说，由于存在当熔体流过处理间隙中的凸肋、突部或沟槽时、可周期性地局部加速和减速熔体的凸肋装置的存在，因而甚至仅朝一个方向的纯粹的连续旋转也能局部振荡熔体。在本发明的一种实施例中，支承与熔融的模塑材料相接触的表面的轴藉由本技术领域中的技术人员已知的装置、或者其任意组合来振荡。通过液压、气动、电气、电磁装置以及使用凸轮、连接杆、以及/或者机轴都可引起旋转振动。本技术领域中的任何一名熟练技术人员将知道根据装置的总的尺寸，如何来产生频率在1-100Hz之间、且振幅在0.1-20度之间的旋转振荡。所产生的周期性运动无须为纯粹的正弦波，而可为用于产生此类周期性振荡的几种正弦波的混和，如矩形波、三角形波等。

在本发明的另一种实施例中，与和熔融的模塑材料相接触的至少一个表面相连接的轴的振荡与以每分钟一定转数发生的轴的连续旋转相结合。两种运动的结合可通过编制与调制旋转相对应的组合运动的轮廓、且使PID控制器以跟随所需的信号来实现的。但这种方案可能需要来自电动机或液压致动器的外部努力，而在本发明的另一种实施例中，这两种运动分别由诸如两个电动机之类的独立的装置来执行，并通过周转差动器相结合，以便在处理腔的轴上重新产生调制旋转。在本发明的又一种实施例中，不同频率和振幅的两种振荡运动通过周转差动器相结合，以使熔融模塑材料的剪切振动和拉伸疲劳最优化，以便实施本发明。

本发明的另一个目的在于能使拉伸流动下的剪切振动与应变率以及剪切应变的加速和减速的全控制一起发生。美国专利5,885,495号中讲授了如何在一定温度上设置剪切振动的频率和振幅，以便获得形成有利于使高分子解开的拉伸剪切稀化的熔体的高弹性状态，并使熔体粘度降低。但应变、应变率及应变加速度均是彼此的导数(derivative)，而不能单独设置。如先前所述的，利用凸肋和/或沟槽和/或突部(这里被统称为“凸肋装置”)来构形和调制间隙尺寸、再加上承载着那些凸肋/沟槽的表面相对运动，就允许进一步控制拉伸流动、熔体疲劳以及熔体流动加速/减速度。凸肋/沟槽的数量、凸肋/沟槽间的间距、凸肋/沟槽的高度、凸肋/沟槽的宽度、凸肋的表面积对沟槽的表面积均是本发明的相关参数，它们被设置成用于在熔体中形成高弹性状态，以便产生大幅度的粘度降低和解开。增设凸肋装置使得用于向熔体施加所选应变率、应变幅度及拉伸疲劳下的剪切振动的频率的能力增至3或4个自由度(取决于是一个还是两个表面上形成有凸肋/沟槽)，以此取代美国5,885,495中的2个自由度。在本发明的一种特殊实施例中，可利用额外自由度的优点，以使粘度降低和解开作用最优化，即，减小解开一定数量的缠结树脂所需的能量，和/或通过使运动加速来提高产量。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将知道，为了实施本发明，如何计算凸肋的尺寸、它们的数量以及横向牵引流的转速，以便在处理腔中形成所需和受控的应变率及加速/减速。

在本发明的另一种实施例中，使凸肋/突部的顶表面成曲线形，以便消除会不利于流动的任何尖角，尤其考虑到可能由包括形成微泡在内的非圆角所引起的非线性流动的缺陷。具体地讲，突部/凸肋的形状可消除此类非线性流动的缺陷。

在本发明的又一种实施例中，凸肋/突部的形状和相对部署(间距)是由它们形成可渗入到用于转速Ω、剪切振动的频率ω和振幅α、以及温度的协同网络中的局部应力场的能力所决定的。一个凸肋的应力场必须与相连凸肋的应力场相重叠。

同样包含在该设备中的是用于使熔体连续移动、以便例如将位于工位处理腔中的熔体从入口管道朝着其出口管道牵引和/或泵送的装置。这是通过相对于旋转流动方向部署凸肋来实现的。倘若凸肋垂直于旋转方向设置，则熔融的模塑材料被沿着那个方向牵引，并因施加于处理腔的入口处的压力流动而沿纵向方向运动。压力可能会对剪切稀化和/或解开动力产生消极作用，为此，应当将其保持在不会对处理产生不利影响的范围之中。通过使凸肋相对于旋转轴线成一定角度来取向，可形成具有其自身的应变率和加速度的纵向牵引分量。该旋转运动的的纵向分量产生泵送作用，它能减小形成一定流率所需的压力，并致力于输送和解开熔融的模塑材料。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将知道，为了实施本发明，哪些凸肋取向将会在处理腔中产生所需和受控的泵送作用。

在本发明的一种实施例中，凸肋/沟槽的表面轮廓是通过机加工和在处理腔的表面上永久地开槽所形成的，而在本发明的另一种实施例中，单独制造的构形箔条覆盖和牢固地安装、例如点焊在处理表面的本体上。在本发明的一种实施例中，条状物是由金属材料制成的，在另一种实施例中，它们是由能够维持处理所需的、剪切力、振动和温度的组合的任何其它材料制成的。

处理工位包括用于当熔融的模塑材料从处理工位的入口流至出口时、改变施加在该模塑材料上的剪切振动的振幅的装置。美国专利5,885,495号中提到，高振幅的熔体剪切振荡中可能会产生损害解开处理的效率的滑动。当突然施加所需的解开幅度时，滑动的风险也随之增加，建议逐步增加振动的应变幅度，直到获得频率—温度和应变％的正确组合为止。在间断处理中，诸如美国专利5,885,495号中所述的，设定值和参数被编制成逐步变化，从而避免了滑动问题。具体地讲，在给定一定温度和振荡频率的情况下，剪切振动的应变％以步进方式逐渐增加。同样地，在一定温度和应变％的情况下，频率逐渐增加，直到获得所需的组合设定值为止。对于连续解开处理而言，应变％的逐步增加可通过间隙的几何形状沿着熔体流动路径的逐步变化来实现。如前所述，应变幅度是间隙几何形状的函数。例如，可通过增大形成间隙的环状桶的半径来增加剪切应变％。具体地讲，本发明的一种较佳实施例采用—对用于在处理腔中限定间隙的同心锥形表面。该较佳实施例提供了能够通过相对于外锥形表面牵拉内锥形表面而使间隙尺寸易于变化的附加优点。那样可获得0.5-5毫米之间的间隙，当熔融的模塑材料在处理腔中流动时，该间隙可在飞行中调节。另一种较佳实施例由同心圆柱形表面所组成，其半径在液流从处理腔的入口流向出口的过程中分级增加。

在本发明的一种特殊实施例中，间隙的高度由以间歇性间隔增加或减小间隙的致动器和控制器来自动调节，从而以一种可控方式来调制间隙尺寸。

同样包含在该设备中的是用于控制位于进料器、储料器和/或处理腔之中的材料的温度的装置。当实施本发明时，可采用任何合适的温度控制装置。

合适的温度控制装置的例子包括(但不仅限于此)：(a)通过注塑机、储料器、注塑喷嘴和/或模具中的通道进行循环的热和冷油，(b)设置在注塑机、储料器、注塑喷嘴和/或模具之中的电阻筒(resistance cartridge)，(c)插入到注塑机、储料器、注塑喷嘴和/或模具中的热管，以及/或者(d)埋设在注塑机、储料器、注塑喷嘴和/或模具中的、并且其温度可由介质装置控制的流体。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将能选择最能满足他们需要的温度控制装置。

同样包含在该设备中的是用于控制位于进料器、储料器和/或解开处理腔之中的压力的装置。尤其，螺旋泵、齿轮泵、处理腔和挤压机中的流率可由压力传感器和转换器所测得的处理腔中的熔体压力来控制。当实施本发明时，可采用任何合适的压力控制装置。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将能选择最能满足他们需要的压力控制装置。

同样包含在该设备中的是用于监视和/或控制处理腔中的材料的转矩的装置。该转矩与正被处理的熔融模塑材料的模量直接相关，且反映了粘度状态。当实施本发明时，可采用任何合适的转矩监视和/或控制装置。

合适的转矩控制装置的例子包括(但不仅限于此)：(a)测量马达所使用的电流，以便保持驱动与要解开的熔融的模塑材料相接触的至少一个表面的相对运动的轴的一定转速，(b)在处理腔的末端处安装剪切应力转换器，(c)测量超声波通过处理腔中的间隙传播和衰减的速度。在阅读了本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将能选择最能满足他们需要的转矩控制装置。

除上述内容之外，该设备可包含许多不同的任选装置。例如，该设备可包括可置于储料器与模具之间、以及/或者进料器与储料器之间的净化阀。

可包含在本发明中的另一种任选装置是置于至处理腔的入口、以及/或者处理腔的出口处的路径中的混和腔。在一种较佳实施例中，可由静态混和器构成的该混和腔可使熔融模塑材料中的温度和粘度均匀化，并使在处理腔的间隙中处理的熔融模塑材料的不同片段之间的混和最优化。在采用几个进料器的情况下，该混合腔形成一种更均匀的不同成分的混和物。

在附图中示出了本发明的诸特殊实施例。这些图示内容仅仅是实施本发明的方式示例。它们决不会对本发明的范围构成任何限制。

在阅读了以下的说明书和所附的权项之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将对本发明的其它目的、方面和优点一目了然。

当结合以下简要说明的附图来考虑时，通过参照下文中的详细描述将能更好地理解本发明，对本发明更全面的鉴赏及其许多优点将易于探知。

现在请参阅图1A-1F，图1A是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，该解开设备具有单个进料器4和介于上件54的底表面2与下件58的顶表面56之间的单个处理腔3，其中拉伸流动下的剪切振动是通过以固定转速和/或调制转速旋转、并且/或者通过单纯地振荡向外流过设置在至少一个表面2上的凸肋或凸肋装置5的引入熔体1所形成的。熔融的模塑材料1自圆盘中心环行流动至轮缘，在那里，刮片将其收集，并且齿轮(gear)泵将其正向泵离处理腔。腔隙3是由凸肋5所构成的，凸肋5的形状和结构可以多种方式制成，如图1C、1D、1E和1F所示，被具体设计成对应变率、具有给定频率的应变率周期振动、以及当熔体流过凸肋装置从入口流至出口时的拉伸应变进行最大控制，并且使其解开最优化。

在本发明的一种实施例中，与熔体相接触的一个表面以固定转速Ω旋转，而另一个表面则固定。应变率是由存在的凸肋被局部调制的，这些凸肋形成产生担负着剪切稀化和按时解开作用的重任的高弹性状态所需的拉伸振动。凸肋的数量、它们之间的间距、凸肋的高度、凸肋的宽度以及凸肋间的间隙高度均是本发明的相关参数，它们必须被具体设计成能产生具有合适频率的适当的周期应变率、能够产生解开作用的应变幅度和频率，如美国专利5,885,495号中所讲授的。例如，对于0.5至4毫米之间的间隙高度，凸肋高度可接近间隙高度的25％，而凸肋宽度则约为间隙高度的50％。等距离间隔的凸肋的数量取决于提高用于解开处理的弹性/剪切稀化所需的应变和频率，且取决于决定横过凸肋的角速度、并由此切向速度的转速。当凸肋间的间距较大时，应注意要设计凸肋拐角和构形角，以避免局部湍流和其它非线性流动缺陷。图1A-1F示出了用于凸肋5的几种可能的几何形状。在本发明的一种实施例中(图1F)，凸肋高度在整个半径范围内是不固定的，而是自圆盘中心至边缘略有增加(反之亦然)。在本发明的另一种实施例中，凸肋表面不是平坦的，取而代之的是垂直于流动半径方向等间距地开设沟槽(图1C和1D)。

在本发明的另一种实施例中，移动表面是不转动的，但却以某一振幅α和频率ω来回振荡。然而，在本发明的又一种实施例中，振荡和固定旋转共同作用在移动表面上。振幅和振动频率的值以及熔体温度的值是根据美国专利5,885,495号(以便提高熔体中的弹性量)以及通过剪切稀化来确定的。固定转速Ω也被确定为以便将熔体带入到合适的处理窗口中进行解开，并且其值连同凸肋的数量、凸肋的几何形状及其相对于熔体的流向的部署一起被调节，以使解开最优化，也就是说使粘度降低动力最有利，以使其在尽可能最短的时间里尽可能高效。

在本发明的另一种较佳实施例中，与熔融的模塑材料相接触的两个表面都具有凸肋和/或沟槽。然而，在本发明的另一种重要的实施例中，与熔融的模塑材料相接触的两个表面均作受控的独立运动。在这种情况中，虽然设备的设计和操作更为复杂，但解开更为高效，并且能较深入地贯穿腔隙发生，从而允许采用较宽的间隙，由此提高生产力。

图2A和2B是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，该解开设备具有单个进料器和单个处理腔，其中拉伸流动下的剪切振动是通过将熔融的模塑材料3通过间隙(也由标号3来表示)供给所形成的，该间隙由至少一个旋转和/或振荡表面6或7所构成，出现在该表面的外部轮廓上的是熔融材料流过和/或可被牵引和/或正被推过和/或被泵送过的轮廓。在图2B中，外侧表面6可以固定转速Ω和固定的振荡频率和振幅旋转/振荡(当附加振荡时)，而另一个、例如、圆柱形表面7可固定，或者，相反地，表面7可以固定速度旋转/振荡(图2A)，而表面6可固定，抑或这两个表面均可独立地旋转/振荡。应变率是由存在于表面6或7、或者两个表面上的凸肋和/或沟槽来局部调制的，这些凸肋和/或沟槽形成带有产生解开作用所需的振动的拉伸和疲劳流动。如已强调过的那样，凸肋/沟槽的数量、凸肋/沟槽的高度、凸肋/沟槽的宽度均是本发明的相关参数，它们必须被具体设计成能产生适当的周期应变率、能够产生解开作用的应变幅度和频率，如美国专利5,885,495号中所讲授的。例如，位于其中一个表面上的凸肋可为被构成为右螺旋结构的连续突起，而位于横穿间隙的相对表面上的其对应物则是具有相同间距但左转的螺旋结构。这两个螺旋结构可与螺旋结构的轴线成一定角度地开设沟槽，以便沿着螺旋形凸肋的顶表面形成间隙高度的周期振动。在此类情况中，当两个表面藉由其中至少一个表面的旋转而相对运动时，熔体不仅在拉伸流动下被剪切和振荡，而且还被朝着出口端牵引。熔融的模塑材料3从位于图2A左侧的处理腔的入口螺旋形流向位于右侧的出口，在那里，该模塑材料收集，并且一齿轮泵将其正向泵离处理腔，或者，当本发明在例如热转轮(hot runner)应用中与阀门系统协作时，该模塑材料用于充满一模腔。腔隙3的轮廓是由凸肋所构成的，凸肋的形状和结构可以多种方式制成，如图1A-1F所示，被具体设计成对应变率、应变率变化、以及当熔体从入口流至出口时的拉伸应变进行最大控制，并且使粘度降低和解开最优化。带状加热器8环绕构成腔室的金属表面设置，并由PID控制回路32中的热电耦(图2A中未图示)来控制。

图2A和2B中所示的本发明的设备用于通过拉伸流动下的剪切振动形成对于解开而言理想的剪切稀化条件来连续地降低熔融的模塑聚合材料3的粘度，该设备包括至少一个由一间隙所构成的工位处理腔，该间隙由两个接近的独立表面6和7构成，这两个表面以一定速度彼此相对运动，并且/或者以一定频率和振幅相对振荡，以便在熔融的模塑材料3上形成剪切变形，并且通过表面6或7、或者这两个表面上的轴向、圆周、径向或者其它的波动使间隙尺寸有控制地变化，出现在这两个表面的外部轮廓上的是熔融的模塑材料3可流动和/或可被牵引和/或正被推过和/或被泵送过的凸肋和/或突部和/或沟槽的轮廓。处理腔具有入口30和出口31，熔融的模塑材料3可通过该入口流入，而后又通过该出口流出该处理腔。处理腔的几何形状允许施加在途经的熔融模塑材料上的剪切应变和剪切应变率有控制地变化。至少一个进料器33用于制备熔融的模塑材料3，该进料器包括用于将熔融的模塑材料通过其出口排放到工位处理腔入口30的装置。在该实施例中，设有至少一个储料器34，该储料器用于在已处理的熔融模塑材料被输送至制粒(pelletizer)系统、或者泵送工位、或者模腔之前将其收集。设有诸如驱动器35之类的装置，该装置用于将伴随着疲劳拉伸流动的、一定频率和振幅的剪切振动施加在容纳在处理腔之中的熔融模塑材料3上。用于使熔融的模塑材料可途经和/或流过的间隙的尺寸有控制地变化的装置的一个例子如图6所示的实施例中所示，该设备的中心件呈基本圆锥形，并可轴向(横向)移动以改变间隙。用于使处理腔连续通风、以防在处理期间形成气泡或气穴的装置的一个例子如图2A中的36所示。用于监视和控制容纳在进料器33之中的熔融模塑材料的温度的装置的一个例子如图2A中的37所示，用于处理腔的如38所示，用于泵送工位的如39所示。用于监视和控制容纳在进料器、处理腔以及泵送工位中的熔融模塑材料的压力的装置的一个例子分别如47、48和49所示。用于监视和控制施加在容纳在处理腔中的熔融模塑材料上的转矩的装置的一个例子如图2A和2B中的50所示。在具备通过诸如那些如图3中的11或者图7中的26所示的齿轮泵或螺旋(screw)泵彼此相连接的若干工位的情况下，处理工位链具有直接或者通过一齿轮泵和/或静态混和器(例如图7中的52)与一挤压机相连接的第一工位、和与制粒管线或泵送工位、或者用于立即使用已解开的熔体的模腔相连接的末尾工位。

在本发明的一种实施例中，与熔体相接触的、具有如图1A所示的凸肋图案的一个表面、如图所示是针对图2A中的表面7以速度V纵向移动，而另一个表面则旋转/振荡。熔体受到带有被调节以施加最优的解开作用的其纵向和旋转方向两个分量的组合(张量)周期应变率的作用。然而，在本发明的另一种实施例中，表面7的纵向运动以调制的周期速度进行，以便加入易便于提高间隙内的熔融模塑材料的弹性的振荡分量，同时具有或不具有其自身振荡的表面6的横向旋转有助于拉伸疲劳(只是其中之一)，以便根据美国专利5,885,495号解开熔体。

在本发明的另一种实施例中，移动表面是不转动的，但却以某一振幅α和频率ω来回振荡。然而，在本发明的又一种实施例中，振荡和固定旋转共同作用在移动表面上。振幅和振动频率的值、熔体温度以及固定转速Ω、连同连同的数量一起是根据美国专利5,885,495号来确定的，以便提高熔体中的弹性量，并且使熔体以一定的熔体弹性(剪切稀化)值经受拉伸流动和疲劳，以便形成用于解开的两种关键条件。具体地讲，凸肋的数量、凸肋的几何形状及其相对于熔体的流向的部署被设计成不仅用于最有利于解开动力的腔隙内的特殊的加速和减速图案，而且，与此同时，还藉由来自与流动的纵向方向对齐的应变率张量的分量的牵引作用允许将熔体朝着处理腔的出口泵送。

图3是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，该解开设备具有单个进料器和由泵送工位11所隔开的一个以上的处理腔，其中处理腔部分中的、拉伸流动下的剪切振动是通过将熔融的模塑材料3通过间隙供给所形成的，该间隙由至少一个旋转和/或振荡表面10和桶体9所构成，出现在该表面的外部轮廓上的是熔融材料流过和/或可被牵引和/或正被推过和/或泵送过的轮廓12，桶体9也可旋转/振荡、或者可固定，它藉由外部装置(未图示)加热/冷却。表面轮廓或凸肋装置12由取决于处理工位沿着挤压轴线的位置、且适合粘度的逐步变化的不同的图案所组成。图3示出了若干可能的图案，诸如表面上的小正方形/圆形突起、或者沿着旋转和纵向轴线形成应变率的分裂的细长斜肋，但是本技术领域中的熟练技术人员在阅读了这些内容之后能够设想到许多其它的设计，这些设计在此均称之为凸肋装置。泵送工位11是由具有一定间距和螺旋角的螺旋泵的少数螺纹所形成的，以便通过旋转内芯表面10将熔体以一定速率从一个处理工位泵送至下一个处理工位。图3中所示的设备可适于与挤压机的基本硬件交互，该基本硬件已提供了桶体9、加热和冷却装置以及使移动表面10旋转的马达，藉此来取代挤压机的螺旋装置(screw)。在本发明的一种实施例中，向处理腔提供液态的熔融模塑材料的进料器本身系另一个挤压机或与齿轮泵相连接的挤压机。例如，熔融的模塑材料由第一挤压机形成，并通过破碎板和十字头模具分配到垂直于第一挤压机的第二挤压机的入口部分，如图3的左端侧所示，且如图7中的部件23和24所示。移动表面10藉由第二挤压机旋转，而其桶体9是固定的。桶体的总长是可调节的，并且是要实现某种程度的粘度降低和想要的产量所需的工位数量的函数。

然而，在本发明的另一种实施例中，只需要一个挤压机，但为了实施本发明而已由图3中所示的处理设备所取代的螺旋装置大致沿长度方向延伸，以便具有第一部分，该第一部分象具有其自身的熔化、测量和加压区的标准螺旋装置一样运行，紧随其后的是图3中所示的解开部分。

图4是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动形成在彼此之间相对运动的同心锥面13和14的间隙3中，其中至少一个表面上呈现一排凸肋和突部12，并且以固定转速Ω、以及/或者调制转速[Ω+∑α_i ^*sin(ω_i ^*t+θ_i)]旋转，并且/或者处于单纯的振荡模式∑α_i ^*sin(ω_i ^*t+θ_i)中，其中α_i，ω_i，θ_i分别是调制振幅、振荡频率和振荡相位(次标“i”是指将周期运动分解成其傅立叶分量)。如前所述，转速、振荡参数、凸肋间的间距、凸肋/突起和(凸肋间的)沟槽的形状和尺寸以及相对于凸肋的锥体轴线的倾角均相互关连，并取决于产生解开所需的应变率和加速度，如美国专利5,885,495号中所讲授的。

在图4中，通过同心锥体的相对轴向或横向平移可增加或减少间隙的高度或宽度，这可通过轴上的线性轴承沿双箭头所示的笔直方向进行操作来得以实现。在本发明的一具体和特殊的实施例中，间隙宽度可通过致动器和控制器来自动调节，该致动器和控制器打开或关闭间隙，允许以间歇性间距来增大间隙，以便于将已处理的熔融模塑材料挤出处理腔。该特点的原因可易于理解：解开处理需要较窄的间隙，以使应变和应变率的条件易于解开熔体；但这些条件对产量是不利的。通过使间隙在有利于处理的值与有利于产量的值之间间歇性地打开和关闭，可找到一种使解开处理最优化的折衷方案。介于间隙的两次连续打开之间的时间可被编制为1秒钟-10分钟之间；当然也不排除其它可能的值。间隙的宽度或高度在其最小与最大值之间的变化可被编制为处理值的5％-200％之间。

本发明的另一个目的在于具有控制解开处理的所有参数的值的中央计算机。具体地讲，在图4中，标号8和15如图所示分别表示用于精确地调节与熔融模塑材料相接触的表面体的温度的带状加热器和冷却电路。温度探头(未图示)接近熔融的模塑材料插入，以便将电信号回送至中央处理单元，用于激活加热或冷却装置，以使间隙中的温度保持恒定。操作者可与用户友好的计算机屏幕交互，以便输入要根据本发明来操作解开设备所需的所有参数。例如，操作者输入处理腔中的温度、内锥体14的转速、该锥体的振荡频率(当仅仅存在恒定旋转、且凸肋装置独自产生振动作用时，可为零)、以及间隙间歇性打开的时间和幅度(其变化也可为零)的值。

图5是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动形成在彼此之间相对运动的、直径递增的一系列同心圆柱形表面13和14的间隙中，其中至少一个表面上呈现一排凸肋和突部12，并且以固定转速以及/或者调制转速旋转，并且/或者处于单纯的振荡模式中。

图6是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动形成在具有因彼此之间相对运动的同心表面的相对分离而出现的可变间隙的处理腔的连续部分中，其中至少一个表面上呈现结构和部署特殊的凸肋和突部12，并且以固定转速以及/或者调制转速旋转，并且/或者处于单纯的振荡模式中。如图6所示，凸肋/突起的形状及其相对位置根据局部熔体压力的数量、所需的纵向牵引应变率的大小以及移动表面的旋转速度和模式沿着处理腔中的熔融模塑材料的路径进行变化。

图7是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，其中进料器23系挤压机和/或柱塞，并且解开处理发生在通过齿轮或螺旋泵26相连的一系列工位24中。在各工位24中设有装置25，该装置用于旋转和/或振荡与流经其中的熔融模塑材料相接触的至少一个表面，以便形成有利于解开的流动条件，如美国专利5,885,495号和本文中所讲授的。温度、转速、振幅和振荡频率对于各工位而言是单独设定的，但均由监视该多工位解开处理的所有方面的一中央处理单元来进行控制。对于实施本专利申请中先前描述过的诸特殊实施例，工位24和装置25可由传统的挤压机驱动装置来提供，桶体和螺旋装置可被具体地改装和变形，以便符合图3、4、5或6中所指定的内容。在装置26以及装置25中可增设混和室，以便间歇性地调制间隙的尺寸。在多工位的末尾处，已分解的熔体被泵送到储料器中(图7中未示出，但本文中有描述)，以便防止熔体重新缠结，并且该储料器与制粒管线和/或挤压机或注射模塑设备的进料口相连接；或者，流出的熔体被直接送入到一腔室中，诸如采用被改装成包含本发明的阀门的热转轮系统的模腔。

图8是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中熔融的模塑材料3上的、拉伸流动下的剪切振动形成在彼此接近接触的圆柱形或锥形滚筒27与具有凸肋、突起或沟槽12的、呈圆柱形或锥形的中心28上的内芯表面之间的间隙中。图8可被认为是圆柱体系统的剖切图，应该想象它们的轴线与图相垂直，熔融的模塑材料从位于顶部的入口沿着圆柱体或锥体的轴线流向位于底部的出口。更通常地是，至少一个表面27或28以固定转速和/或调制转速旋转，并且/或者处于单纯的振荡模式中，如先前的几幅图中所示的那样。例如，这两个表面分别以固定转速Ω和Ω’旋转。滚筒27的旋转可由独立的电源、或者通过如图8中的29所示的共用驱动装置来驱动，该共用驱动装置可为传送带或者本技术领域中已知的任何其它适当的驱动机构。在至少一个表面上具有一组凸肋/突起12或沟槽，其形状、部署和结构被做成为可实施本发明，如先前针对其它附图几次描述的那样。易于想到在圆柱芯体28上存在凸肋/突起或沟槽。图8中示出了其中的一部分。滚筒27接近接触、但彼此之间不直接触碰，所以它们可沿相同方向转动(图8中为逆时针方向)。在本发明的一种实施例中，它们之间的间距极小，约为0.03-0.05毫米，以便防止熔融的模塑材料3流过它们之间的间隔。一组弹簧加载的滚珠轴承可用于使滚动的圆柱体保持极其接近，同时通过装置29沿相同方向旋转。在本发明的另一种实施例中，在滚筒27的表面上可设有凸肋和突起，从而它们在最接近的区域中相互啮合。图14的底部示出了该实施例的一个例子。以某一转速Ωc起动，与滚筒27相接触的熔融模塑材料层具有从滚筒27的转速所构建而来的足够的弹性来得以“伸展(stretch over)”，即，忽略形成在滚筒相互啮合或接近接触的地方的间隙的外部轮廓，并形成一均质环行的旋转层，该层密封且带动其余被封闭在介于滚筒27与滚筒28之间的间隙中的熔融模塑材料旋转。在本发明的一种较佳实施例中，由横过旋转滚筒的协同运动所形成的伸展移动壁可用于避免或使该壁的滑动最小化，同时通过滚筒28的旋转/振荡来执行解开处理。此外，由于已知壁的滑动会阻碍快速挤压的产量，因而该实施例允许通过处理腔的挤压速度要比通常在低压降上所获得的大得多。最后，根据28的转速，在形成伸展层的条件下处理熔融的模塑材料会对解开动力产生积极的益处。

图9是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中拉伸流动下的剪切振动是通过以固定转速或调制转速在与入口管道21和出口管道22连通的圆环中环行的一连串椭圆形件或者卵形运输件16的熔融模塑材料17中的相对运动所形成的。16的运动是由圆柱体19通过连接件18来驱动的。该圆柱体19是由与马达相连的致动器所驱动的。连接件18是刚性连接19和16、且无阻力或干扰地允许流体通过的蛛形环。圆环外覆有热流体和/或带状加热器和水通道，以便控制环内温度。当19驱动16在熔融的模塑材料17中运动时，处于圆环的任何特殊位置上的间隙周期性地增大或在卵形运输件通过时减小，由此用环绕运输件的强烈的拉伸流动来形成周期剪切应变条件。当应变率和应变率变化(加速/减速)的条件被设置成可根据美国专利5,885,495号在熔融的模塑材料中实行解开时，已处理的熔体在一个工位完成后被向前推向与下一个圆环的入口21连通的出口孔22。图10中示出了堆积在彼此顶部上、且通过它们相应的入口和出口孔连通的圆环67的组件。

图10是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，其中进料器系将熔融的模塑材料供给到第一圆环的21的挤压机和/或柱塞，解开处理发生在由管状轨迹所构成的一系列重叠且互连的环形工位17中的各工位中，一连串卵形运输件16藉由与运输件相连的一共用圆柱芯体19的驱动以可控转速环行通过该管状轨迹。如图9中所述的，熔融的模塑材料被根据本发明来处理后，通过与位于其下方的环形工位的入口直接相连的22流出环形工位。各工位上的温度适于说明由解开所产生的粘度中的变化。在图10所示的柱状物的底部上，末尾圆环的出口与储料器20相连接，该储料器自身与制粒管线和/或挤压机或注射模塑设备(未图示)的进料口相连接。

图11是根据本发明设计的解开设备的动力传动装置的一种实施例的示意图，其中处理腔中的熔融模塑材料的剪切振动和可控的拉伸疲劳同时施加在周转差动器(epicyclycloidal differential)的轴线310和320上。周转差动器由三个主要部件构成：(a)壳体行星齿轮架310；(b)转矩臂套恒星齿轮320；以及(c)中心孔恒星齿轮330。这三个部件藉由构成周转差动齿轮组的恒星和行星齿轮机械相连。

连接在表面上、用以在本发明的处理工位中旋转和/或振荡的轴进入330。威利斯(Willis)方程式建立了三个部件310、320和330的转速之间的关系，以便在330处使于310和320处单独施加的运动相结合：

N₃＝ρN₂+N₁/K

其中N1是壳体310的转速，N2是转矩臂套320运动的瞬间转速，而N3则是被发现用于中心孔330的运动的转速。p是转矩臂套320与中心孔330之间的固有比(internal ratio)，即在轴线310上不存在旋转(壳体保持固定)的情况下。同样，威利斯(Willis)方程式中的K是壳体310与中心孔330之间的传动比(reduction ratio)，即在N2上不存在旋转振荡的情况下。因此，差动器还用作为传动比为K的齿轮箱。

具体地讲，可在320上设置旋转振动运动，而在310上设置具有一定可控转速的单纯旋转运动。轴线310和320上的运动是完全独立的，并可独立编制。运动310和320的组合自然出现在330处，不具有或带有最小的后冲(backlash)。根据本发明的一种实施例，该周转差动器可取代将挤压机的马达与驱动螺旋装置的轴相连的齿轮箱。这样取代就能同时旋转和振荡诸如图3或4中被引入到桶体中的轴，所提供的周转差动器的其它轴线由旋转振动装置来驱动。该装置也可用于驱动注射模塑机的螺旋装置，使该螺旋装置的旋转和振荡相结合，这种结合更易于形成拉伸剪切稀化。

图12是根据本发明设计的解开设备的剪切振动传动装置的一种实施例的示意图，其中处理腔中的熔融模塑材料中的剪切振动是藉由连接在周转差动器的一条轴线上的同心锥形组件114的内锥体的振荡来形成的，旋转振荡是通过凸轮110和柱塞112所形成的。在该实施例中，处理腔是诸如图4中所示的带有固定间隙114的一对同心锥体，通过用柱塞112来致动手柄110使熔融的模塑材料(它充满着114)在该间隙中剪切和来回振荡。构架116包含有充满热流体的加热/冷却外壳和热电偶，以便控制温度。在操作开始时，可将两个锥体之间的间隙调节到0.5毫米-5毫米之间。一旦被调节，该间隙就在整个处理过程中保持不变。柱塞臂可连接到手柄110上的不同的高度位置113上，这样就能改变剪切旋转振动的幅度，连同可获得的转矩。也可改变柱塞的位移，以便能自由地改变旋转振荡的旋转幅度。熔融的模塑材料通过如111所示的挤压机和齿轮泵流入到设备中，并通过另一个齿轮泵115流出锥体组件。在该特殊实施例中，出口处的齿轮泵将产物通过分离的连接装置再送回至入口111，以便熔体在被泵送出解开设备之前多次通过该设备。在该实施例中，已解开的熔体是间歇而不是连续产生的。当熔融的模塑材料以闭循环方式多次通过处理腔时，挤压机的入口阀和至制粒单元的出口阀117都是关闭的。当所需的粘度降低已实现时，在多次通过之后，挤压机受到信号通知而将新的一批未经处理的熔融模塑材料送入到处理腔中。在清除期间，间隙可打开得更宽些，以防已解开的熔融被加压。在处理腔的清除期间，至制粒管线的出口阀117保持打开，而再循环出口阀(未图示)则保持关闭。相反地，在多次通过处理期间，那些阀相应地关闭和打开。

图13是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中熔融的模塑材料中的、拉伸流动下的剪切振动是通过以固定速度或调制速度(即组合的固定和振动速度)、或者单纯的旋转振荡下的两个同心锥面的相对运动所形成的，同时熔融的模塑材料从入口管220被推动和/或牵引和/或泵送至处理腔的出口管270(图13)。在该实施例中，与图12所示的、实施间歇性释放已处理的熔融材料的实施例所不同的是，处理腔及其附件清楚地构成一适用于连续解开处理的工位，如图7中的标号24所示。从图13中可清楚地看到，凸缘220和270是相同的，这样就允许重复至其它工位，这在该工位的描述中被认为是标准特点。熔融的模塑材料250通过入口220流入处理工位，流经一蛛形件(spider)后充满由限定一间隙的两个同心锥体所形成的腔。入口220可与一齿轮或螺旋泵相连接。对于第一工位，如图7所示，挤压机被用在齿轮泵的前面，以制备熔融的模塑材料，并将其加压至给定值。内锥体延伸超过处理部分260直至280，它与图11所示的、具有两条独立的运动轴线的周转差动器相连接。由于压力流动与内锥体的旋转以及如图4或6所示的、存在于内外锥体的表面上的斜肋的组合，熔融的模塑材料250从入口220流至出口270。当熔融的模塑材料250流过由锥体所形成的间隙时，它因内锥体260通过轴280的旋转和/或振荡的组合作用而解开。沿着从220至270的路径、在若干位置210上测量熔融模塑材料的温度和压力。带状加热器230缠绕在构架上，水通道240和242被做成用于从外部(240)和内部(242)来冷却250，以便保持其精确控制的温度。出口270可与一齿轮或螺旋泵相连接。在齿轮泵的情况中，该泵的转速被控制成用于使熔体压力回到下一个处理工位所需的值。图7揭示了如何构建诸如图13中所示的完整的处理工位链，以便连续且经济地解开聚合树脂。这些锥体可由圆柱形腔所取代。

图14A和14B是根据本发明设计的解开设备的一种实施例的示意图，其中一个或几个进料器420将熔融的模塑材料供给至一系列相互啮合或不啮合的管状腔中，这些管状腔自己直接(图14B)或者通过泵送部分400与其它系列的管状腔相连接，直到最后一排处理工位为止，这最后的处理工位与收集器410和制粒管线和/或挤压机或注射模塑设备(未图示)的进料口相连接。管状腔的表面覆有被设计成用于合成合适的应变率轮廓的凸肋/突起和/或沟槽450，以便实现解开，并将熔融的模塑材料朝着下一个管状工位且沿着管状腔的轴线牵引至该管状工位。至少一个表面430移动，以便在振动下剪切熔体并实现拉伸疲劳，这是有效地形成解开的两个必要条件。这是通过使转子430以一定转速旋转、或者使转子430以一定频率和幅度旋转振动、抑或先前这两种运动的组合来进行的。在图14B中，两个管状腔被设置成沿着它们的轴线在它们的中心处相互啮合，该实施例用于在最后的出口处在制粒管线之前先施加到储料器中，以防解开复原。

图15A-15C是根据本发明设计的解开设备的处理腔的一种实施例的示意图，其中位于与熔融的模塑材料相接触的表面的至少其中之一上的凸肋/突起具有用于形成拉伸下的应变率和应变率变化的给定轮廓的特殊形状，且相对于表面的旋转轴线以一种用于形成一定的引流量的特殊方式排列。图15A-15C限定一部分形状参数和倾角。凸肋的外部轮廓被推算成可消除任何可能的湍流或者流动中的其它非线性缺陷，流动应保持层流状。限定用于使流动加速(R1)或减速(R3)的曲率的凸肋高度e、半径R1、R2和R3沿着横截面aa和bb(这里未示出横截面bb)可以是不同的。应变率矢量分解成两个分量，限定了引流的两个方向。沿着各轴线aa或bb的凸肋的形状可由这些方向中所需的应变率轮廓所决定。这两种轮廓可用于限定可结合起来以使剪切稀化和解开作用最优化的剪切振动和/或拉伸疲劳的条件。

根据本发明的另一个目的，模塑设备的温度控制是变化的，以便能以一定速率来冷却熔体直到到达给定温度为止，同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡频率，以便保持有利于解开效率的熔体的特定弹性状态。根据本发明的另一项技术，通过在解开或简单地剪切发生的同时交替地冷却和加热熔体，并且同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡频率以便保持有利于解开效率的熔体的特定弹性状态，而使熔体温度控制在两个温度值之间变化。

在本发明的一种实施例中，通过使流动在埋设于桶壁内的冷却剂转轮中的热冷却流体的速度逐渐变化，使得各处理工位中的熔体温度沿着从中通过的压出物的路径变化，以便产生具有从工位的入口至出口的确定了的速率的冷却作用，所提供的最冷的温度大于Tc，该Tc的值是由一定冷却速率所确定的。

在本发明的一种实施例中，冷却流体在位于处理工位的短小部分中的转轮之中循环，每个部分具有其自身的、由位于冷却部分的入口或出口处的针门的打开/关闭的量所控制的流体速度。

在本发明的另一种实施例中，处理工位内的冷却作用可通过增大或减小转轮的横截面积、并且/或者使它们的位置相对于处理下的移动熔体变化、以及/或者在冷却媒质与熔体通道之间插入材料、散热片或者不同导热性的间隙(例如空气间隙)来实现。

在本发明的又一种较佳实施例中，流过所埋设的转轮的热流体的温度例如通过两个不同温度的两种流体的有控制的混和、或者保持不同温度的两种流体连续通过的不断重复的顺序来变化。

在本发明的另一种实施例中，处理工位中的熔体温度藉由与导电装置相结合的介质加热器和/或微波加热器而局部变化。

当实施本发明时，可采用任何适当的温度控制装置。在阅读本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将能够选择最能满足他们需要的温度控制装置。

在本发明的另一种实施例中，产生熔体拉伸下的剪切振荡的设备被固定地调节为熔体温度的函数，同时在工位中发生解开处理，以便保持与预定值相等的相对弹性(G’/G^*)。当实施本发明时，可采用任何适当的、作为温度函数的振荡频率和振幅的控制装置，包括(但不仅于此)闭环控制器、PID控制器、模糊逻辑控制器等。在阅读本说明书之后，本技术领域中的那些熟练技术人员将能够选择最能满足他们需要的控制装置。

在本发明的又一种实施例中，通过限定熔体的表面的相对移动来形成熔体恒速连续牵引的装置恒定地调节为熔体温度的函数，同时在工位中发生解开处理，以便保持与预定值相等的相对弹性(G’/G^*)。当实施本发明时，可采用任何适当的、作为温度函数的牵引速度的控制装置，包括(但不仅于此)闭环控制器、PID控制器、模糊逻辑控制器等。

图16示出了半结晶聚合物熔体的结晶温度Tc的开始值上的冷却速率的作用。以接近10℃/min冷却的缓慢冷却的熔体在240℃时开始结晶。这与图16所示的下部迹线中的、与更密集相、即微晶的形成有关的比容的急剧下降相对应。图17示出了非晶态的熔体弹性由于存在用作为高分子之间的交联点的微晶而被分裂和干扰。相对弹性不会因作为引起解开的标准的高分子间协同交互作用的增加而急剧增加，而是因交联点的增加而增加。

图16所示的上部迹线与以接近200℃/min冷却的熔体相对应。结晶开始点现在为Tc＝180℃，低于用于缓慢冷却的熔体的结晶温度60℃。

Tc值上的冷却速率的作用的结果是，熔体的非晶性质可保持至较低的温度，这里为额外的60℃。当使熔体迅速冷却时，温度下降，并最终到达发生结晶的新的Tc。例如，以200℃/min要花费18秒钟从240℃冷却至180℃。倘若我们以这样一种方式来控制温度、即温度刚好在到达新的Tc之前开始升高，则熔体不结晶，并在整个延长的60℃上保持非晶态，这可通过拉伸疲劳下的剪切振荡来增加它的弹性来获得，以供解开之用。例如，倘若选择当非晶态熔体的相对弹性(G’/G^*)＝0.83时来解开该非晶态熔体，则图17示出：对于10 rad/s的频率而言，不能没有在Tc＝242℃时开始发生强烈结晶的干扰而到达该弹性级别。对于该频率而言，(G’/G^*)的值在结晶开始时仅等于0.3。通过采用更高的剪切振荡频率可使该值升高。利用施加给粘弹性熔体的流变特性的时间—温度重叠原理，可计算应施加用以将T＝242℃时的熔体弹性从(G’/G^*)＝0.3升高至(G’/G^*)＝0.83的频率。建议频率为5,382rad/s(857Hz)。虽然实现该振荡频率是确实可行的，但它不够经济，并且/或者会在生产环境中引起严重的噪声问题。一种较佳的方案正好是本发明的目的。处于经济的原因，倘若温度能被降至220℃，即低于缓慢冷却速率上的Tc(因此，在不具备本发明装置的情况下是不可行的)、但高于迅速冷却速率的Tc，则用于升高至合适的解开范围的振荡频率就变成为166rad/s(27Hz)，该频率落在可接受的工业方案的实施范围之内。将温度进一步降至200℃可使振荡频率降得更低，以便保持(G’/G^*)的相同值。

根据本发明，例如当应用于尼龙66，熔体温度在解开处理期间以这样一种方式下降，即通过在Tc上的迅速冷却速率的作用而使Tc降低例如60℃，随后又升高，以避免冷却超过180℃(系迅速冷却的熔体的Tc)，直到到达另一个温度为止，冷却循环在该阶段上再次开始。更具体地讲，上限温度可为T＝245℃，而下限温度为185℃。用于使温度变化倒转的循环时间为18秒钟。这可由将能够选择最能满足他们需要的温度控制装置的本技术领域中的那些熟练技术人员以多种不同的方式来实现。

一种有利且经济的装置在于以快速流率交替地泵送以两个温度积聚在等温保持的液槽中的热流体，其中一个温度比循环范围的上限温度高大约15℃，而另一个温度则比该范围的下限温度低同样15℃。各个流体仅仅被泵送循环时间中的一段时间，以考虑在泵送流体转换时发生的惯性作用。液槽中流体的温度、连同用于交替泵送两种流体的比例定时一起可进行调节，以便获得适合解开处理的恰当的温度轮廓。本技术领域中的那些熟练技术人员应知道如何设计和控制这种由均处于可从主计算机来方便地编程的伺服回路中的温度控制器、热电偶、加热和冷却装置、以及伺服控制的转换阀所构筑的系统。

在本发明的另一种实施例中，通过控制在位于处理腔的模具和/或桶体的内部的冷却剂转轮或冷却外套中循环的冷却剂热流体的流率，使温度的轮廓沿着流动熔体的路径分布。例如，冷却剂热流体可在横截面减小的螺旋状转轮中从处理工位的出口端朝着入口循环，当它更靠近工位的入口端时，进一步远离熔体腔，从而形成沿着熔体流动轴线的冷却能力梯度。模塑温度控制领域中的那些熟练技术人员已知的其它装置、诸如带状加热器、热管、散热片、空气间隙等，可用于在处理工位的入口与出口之间产生恰当的温差，以便当熔体流过时形成所需的冷却速率轮廓。工位与工位之间可重复相同的温度轮廓，以便当解开进行时使熔体保持非晶态。

温度一定，弹性与频率一同增加。频率一定，当温度下降时，弹性增加。为了精确地控制各温度上熔体的弹性量，本发明的一种较佳实施例在于调节剪切振荡频率的值，以使各熔体温度上的解开最优化。因此，在本发明的一种较佳实施例中，处理工位的旋转表面上每转的凸肋、突部或沟槽的数量随着该位置上熔体的温度一同变化。当温度下降时，凸肋装置的密度减小，相反，当温度沿着路径升高时，则凸肋装置的密度增加。

当解开系统由可单独机械和热控制的一系列小段部组成时，各段部温度可与该温度上的最优解开变量相关联：最佳振荡频率、最佳转速以及用于拉伸疲劳的最佳应变幅度。温度轮廓可由相邻段部之间的温差所决定。

当热流体的温度按时循环时，使振荡频率同步，以便根据程序变化，从而保持使解开在所有时间均最优化的所需的弹性轮廓。对于大多数实际应用而言，频率可在1-100Hz之间变化。

图18示出了本发明的一种实施例500，它包含有形成在可连续旋转(Ω)和/或可旋转振荡(ω，α)的转子或圆柱体508的内外表面与内部固定的圆柱体或锥体504的外表面、以及外部固定的圆柱体或锥体512的内表面之间的一对聚合物熔体处理腔室或环形(圆柱形或锥形或两者)间隙506和510。转子506的表面设有本发明的凸肋装置，并且/或者限定间隙506和510的固定件504和512的表面上具有凸肋装置，只要在每个腔室中至少存在一组凸肋装置。固定轴或支承件502承载着固定件504。

用于图18所示实施例中诸表面的直径的可能的例子为：502的外径为7.62厘米；504的外径为15.24厘米；508的内径为15.88厘米；508的外径为23.50厘米；512的内径为24.36厘米；以及512的外径为32.98厘米。间隙506和510通常为1.6-6毫米，但取决于熔体类型和部件直径也可更厚或薄些。这是针对用于聚碳酸酯的最小生产量65公斤/小时的。

图19示出了本发明的一种实施例，它具有用于限定熔体处理间隙的内部、且可绕其轴线旋转和/或振荡的转子、柱、螺杆、管或轴602。转子602的表面中的凸肋装置604采用蜂窝状凸肋装置的形式。虽然图中示出的是六边形蜂房的蜂窝状装置604，但也可采用其它的多边形形状。每个蜂房具有与流动方向F成角θ延伸的一对侧壁606，该流动方向也与转子的轴线相平行。每个蜂房还具有上游和下游横向壁612、608，以及上游和下游倾斜壁614、610。横向壁与流动方向F成斜角延伸，而倾斜壁则以锐角延伸。这些壁还与蜂窝状装置中的下一个侧壁606的上游和下游端相交。发明人已发现，这种布局是非常有用的，当转子旋转时，它能在熔体流过各相交点时反复且周期性地分割熔体，由此在各相交点处促进熔体的局部加速/减速，并产生粘度降低的作用。用于蜂窝状装置的壁的典型壁厚约为0.15-1.0毫米，这取决于转子602的直径D和转速(连续和/或振荡)、频率和幅度以及熔体类型。壁高通常约为0.1-1.0毫米。介于侧壁606之间的距离d也取决于转子直径、转速和熔体类型。该距离d通常约为1.50-5.0毫米。角θ可为2-85°，或者较佳地约为30-60°。

图20和21所示的实施例包括用于限定熔体处理间隙的内部、且可绕其轴线旋转和/或振荡的转子、柱、螺杆、管或轴702。转子702的表面中的凸肋装置704采用使人联想起铁轨的轨道装置的形式。该轨道装置704是由相隔可与图19所示的蜂窝状装置的距离d相比的距离1(大约0.1-1.2毫米)、且如图19所示的实施例那样、与流动方向F成角θ延伸的成对的平行轨道壁708所形成的。多个交叉或连接壁708延伸在轨道壁之间。轨道壁706的壁高hr约为0.5-1.5毫米，其宽度wr约为0.4-1.2毫米。取决于应变率加速要求，交叉壁708的基底沿着轨道壁彼此隔开的距离wb约为0.5到几个厘米，且要短于轨道壁706，其高度e约为0.1-1.5毫米。各交叉壁的顶部宽度wt约为0.1-1.5毫米。交叉壁708的两侧与转子702的表面成约为25-89°的角δ倾斜。

图22是本发明应用在注射模塑机的热转轮系统中的阀门上的一种实施例。该阀门具有带有用于容纳聚合物熔体的通道804的门部分802并具有可由已知的驱动装置沿着箭头812轴向移动的阀面或端818的柱或杆808。为了打开或关闭通道、并允许或阻止熔体流入阀门套筒806，柱808朝着箭头812所指的方向移动。在本发明其它实施例的情况下，柱808和/或套筒806的内表面承载着凸肋装置810，且绕其轴线连续地和/或振荡地旋转(Ω；ω，α)。这样就能显著地降低熔体粘度和注射压力。在温度升高或不升高的情况下降低粘度，由此缩短循环时间。

可使柱808旋转、且甚至轴向运动，以便将熔体在套筒806中推进。柱808的连续转速是柱的直径(例如约为6-15毫米)的函数，并且要比采用直径大得多的管子的挤压机的转速(1-125rpm)要高得多(大约300-1700rpm)。

类似的布局也可适用于挤压机部分、注射部分和已知的用于处理聚合物熔体的设备的各种其它可能的部件。

本发明的复合凸肋装置可例如利用：电铸；电蚀刻；激光焊接；激光成形；放电加工(EDM)；蜡模铸造或机械加工来制造。适用于转子和桶体的材料为不锈钢、4140钢、高洛氏硬度的铜等。对于转子而言，例如直径为9毫米、且长度为23厘米的杆的外表面可形成有凸肋装置。对于桶体而言，可沿着平行于管子轴线的一平面切下例如直径为18毫米的管子，其内表面形成有凸肋装置，并且半圆柱形或半锥形的半部从背后焊接在一起。

作为总的考虑事项，应取决于要处理的聚合物熔体的类型、并根据本人的美国专利5,885,495号的标准来选择和制造凸肋装置的凸肋、突部和/或沟槽的形状、几何形状、尺寸和间距。在具备该专利中所指导的流变参数(尤其是关于G’/G^*)、由于熔体因凸肋装置的压挤和放松所形成的应变的频率和幅度的情况下，这些设计标准对于特定的熔体而言可能是最佳的。

虽然已图示且详细地描述了本发明的具体实施例、以示出本发明原理的应用，但要理解的是，在不脱离这些原理的情况下，本发明还可由其它方式来实施。

Claims (54)

1.一种用于通过拉伸流动下的剪切振动引起至少剪切稀化来降低熔融的模塑聚合材料的熔体的粘度的设备，所述设备包括：

由包括第一和第二表面的间隙所构成的至少一个处理腔，所述第一和第二表面彼此隔开，以便在表面之间形成所述处理腔间隙；

用于使其中至少一个表面相对于另一个表面移动的驱动装置；

位于所述第一和第二表面的至少其中之一上的凸肋装置，所述熔体流过所述凸肋装置的整个外部轮廓，所述外部轮廓被选择成：当熔体流过所述间隙时、并且当所述至少一个表面移动、以便形成熔体的局部拉伸加速和减速时，凸肋装置在熔体上施加周期性变化的剪切应变率；

间隙入口，熔体通过所述间隙入口流入所述间隙；

间隙出口，熔体通过所述间隙出口流出所述间隙；

与所述间隙入口相连接的、用于制备熔体并将熔体进给至间隙入口的进料器，其中，所述驱动装置与所述凸肋装置相协配，用于在所述间隙中的所述熔体上施加与疲劳拉伸流动相关联的所选频率和振幅的剪切振动；

与所述间隙出口相连接的、用于收集来自间隙出口的熔体的储料器；

用于改变施加在熔体上的剪切振动的振幅的装置；

用于使熔体从所述入口朝着所述出口连续地移动通过所述间隙的装置；

用于监视和控制容纳在处理腔间隙之中的熔体的温度的装置；

用于监视和控制位于间隙中的熔体的压力的装置，以及

用于监视和控制施加在容纳于处理腔间隙之中的熔体上的转矩的装置。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括用于使所述处理腔间隙连续通风、以便防止在处理期间形成气泡或气穴的装置。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括通过齿轮泵或螺旋泵彼此相连的多个间隙，所述多个间隙包括：直接或通过齿轮泵和/或静态混和器与挤压机相连接的第一处理工位，与所述间隙出口相连接的、用于收集来自间隙出口的熔体的储料器，以及与所述至少一个储料器相连接的末尾工位。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸肋装置包括凸肋、突部和沟槽的至少其中之一。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述用于使熔体连续移动的装置包括用于推动、牵引和泵送熔体的装置的至少其中之一，所述设备还包括用于有控制地改变所述间隙的宽度的装置。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙是大致平坦的，所述第一和第二表面是平坦的。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙呈环形。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一和第二表面的至少其中之一呈圆柱形。

9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一和第二表面的至少其中之一呈锥形。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，包括用于使其中至少一个表面轴向移动、以便改变所述处理腔间隙的宽度的轴向驱动装置。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸肋装置包括间隔设置的凸肋壁，所述凸肋壁的间距被选择成可使由位于熔体中的一个凸肋壁所引起的应力场与由位于熔体中的一相邻的凸肋壁所引起的应力场相重叠。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述凸肋壁以径向、周向和螺旋形方向的其中一种方式延伸。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述凸肋壁是连续的。

14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述凸肋壁是间断的。

15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述凸肋壁的高度沿着所述第一和第二表面的至少其中之一变化。

16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述凸肋壁呈V形。

17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙呈环形，并且其半径在所述处理腔间隙的间隙入口与间隙出口之间至少改变一次。

18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸肋装置包括多个间隔设置的突部。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述突部呈多边形。

20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述突部具有被选择成用以消除熔体流过所述突部时的湍流的圆形外部轮廓。

21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙形成在可彼此对着旋转而形成内部空间的多个外部转子与可在所述内部空间内旋转的内部转子之间，所述内部转子承载着所述凸肋装置。

22.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙是由圆环形外壳、内部转子和一系列彼此相连且与所述转子相连接的椭圆形件所形成的，所述椭圆形件可在所述圆环形外壳中旋转。

23.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙包括通过泵和转子彼此相连接的一对壳体，所述转子可在每个壳体中旋转，并在各转子与其相应的壳体之间形成间隙。

24.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隙呈环形，所述第一表面系转子的外表面，而所述第二表面系用于容纳所述转子的桶体的内表面。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述驱动装置包括用于使所述转子作连续旋转、并用于使所述转子作所选频率和振幅的剪切振动的振荡旋转的双重驱动装置。

26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述双重驱动装置包括能够独立地控制所述连续旋转和所述振荡旋转的频率和振幅的差动驱动装置。

27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述差动驱动装置包括周转驱动装置。

28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，包括与所述间隙相连接的挤压机，所述周转驱动装置与所述挤压机相连接，以便驱动挤压机。

29.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驱动装置与所述凸肋装置相协配，以便在所述间隙中的所述熔体上施加与疲劳拉伸流动相关联的所选频率和振幅的剪切振动、加到至少使熔体解开的程度。

30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，包括：与所述间隙出口相连接的、用于收集来自间隙出口的熔体的储料器，以及位于所述储料器中、用于使熔体在储料器中移动、以使熔体中保持解开的解开保持装置。

31.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一表面系挤压转子的外表面，而所述第二表面系用于容纳所述挤压转子的挤压桶的内表面，所述设备包括用于加热和冷却位于所述间隙中的熔体的温度控制装置，并且所述驱动装置包括用于使所述转子旋转的马达装置。

32.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一表面系阀门杆的外表面，而所述第二表面系用于容纳所述杆的阀门套筒的内表面。

33.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括：具有出口、并构成所述进料器的至少一部分的挤压机，以及连接在所述挤压机出口与所述间隙入口之间、用于将熔体从挤压机出口进给至间隙入口的十字头模具。

34.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一表面系转子的外表面，并承载着所述凸肋装置，所述第二表面系用于容纳所述转子的桶体的内表面，间隙通过位于所述桶体上的、用于挤出熔体且用于解开熔体的多个工位。

35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述工位的至少其中之一包含有位于所述转子上的、用于使熔体沿着所述间隙移动的螺旋结构，所述工位的至少其中之一包含有用于给位于所述间隙中的熔体加压的装置，并且所述工位的至少其中之一具有用于解开熔体的凸肋装置。

36.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括与所述间隙相连的、用于接纳来自所述间隙出口的已处理的熔体、或者向所述间隙入口提供未处理的熔体的至少其中一种的注射模塑机。

37.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括连接在所述间隙的下游部分与所述间隙的上游部分之间的、用于再循环至少一部分熔体、以便在间隙中进行额外的粘度降低处理的再循环装置。

38.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于沿着所述间隙控制温度的温度控制装置。

39.如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述温度控制装置沿着所述间隙控制温度，以使熔体保持所选弹性。

40.如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述温度控制装置沿着所述间隙控制温度，以使熔体沿着所述间隙保持其所选温度轮廓。

41.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸肋装置具有沿着所述第一和第二表面的至少其中之一的凸肋分布密度，所述设备包括用于沿着所述间隙控制温度的温度控制装置，所述温度被控制成：沿着所述间隙作为所述凸肋密度的函数而变化，其中越高的温度对应越高的凸肋密度。

42.如权利要求1所述的设备，包括：

用于升高混和物的温度、直到它熔融成熔体为止的装置；

用于通过拉伸疲劳变形下的剪切振荡来使所述熔体经受解开处理、直到已将聚合物高分子之间的缠结状态改变成如通过熔体粘度中的变化所测得的所需的级别为止的剪切装置；

用于在解开处理期间、以使聚合物的结晶温度藉由结晶开始时的冷却速率的动力作用而降低、同时又避免越过该转变区域的方式来改变熔体温度的熔体温度控制装置；

用于将熔体输送至工位的输送装置；以及

用于使熔体经受使聚合物凝固的进一步操作的处理装置。

43.如权利要求42所述的设备，其特征在于，所述熔体温度控制装置能以所选速率来冷却熔体，直到到达所选温度为止，同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡频率，以使熔体保持有利于解开效率的特定弹性状态。

44.如权利要求42所述的设备，其特征在于，所述熔体温度控制装置能以所选速率来冷却熔体，直到到达所选温度为止，同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡频率，以使熔体保持有利于解开效率的特定弹性状态，并且避免熔体断裂。

45.如权利要求42所述的设备，其特征在于，所述熔体温度控制装置能以所选速率来冷却熔体，直到到达所选温度为止，同时调节熔体所经受的、作为熔体温度的函数的剪切流率，以使熔体保持有利于解开效率的特殊特性状态。

46.如权利要求45所述的设备，其特征在于，所述剪切装置包括与熔体相接合的旋转表面，与熔体相接触的旋转表面的转速被编制成为熔体温度的函数，以使熔体保持有利于解开效率的特定弹性状态。

47.如权利要求46所述的设备，其特征在于，所述旋转表面的至少其中之一具有凸肋，所述旋转表面上每转的凸肋数量被选择成：用以形成局部拉伸剪切周期变形，凸肋数量随着该位置上的熔体温度一同变化。

48.如权利要求47所述的设备，其特征在于，根据需要，当温度下降时，位于解开处理的任何给定位置上的表面上的所述凸肋的密度减小，相反，当温度升高时，则增加，以使熔体在各位置上保持有利于解开的特定弹性状态。

49.如权利要求42所述的设备，其特征在于，通过交替地冷却和加热熔体、同时进行解开、并且同时调节作为熔体温度的函数的剪切振荡的频率和振幅、以使熔体保持有利于解开效率的特殊弹性状态，所述熔体温度控制装置能使熔体温度有控制地在两个温度之间变化。

50.如权利要求42所述的设备，其特征在于，通过控制在所述处理腔的模具和/或桶体内部的冷却剂转轮或冷却外套中循环的冷却剂热流体的流率，使所述熔体温度的轮廓沿着流动熔体的路径分布。

51.如权利要求50所述的设备，其特征在于，冷却剂热流体可在横截面减小的螺旋形转轮中从处理工位的出口端朝着入口循环，当它更靠近工位的入口端时，进一步远离熔体腔，从而形成沿着熔体流动轴线的冷却能力梯度。

52.如权利要求47所述的设备，其特征在于，模塑温度控制领域中的那些熟练技术人员已知的熔体温度控制装置、诸如带状加热器、热管、散热片、空气间隙等被设计并致动成：用以在处理工位的入口与出口之间产生恰当的温差，以便当熔体流过时形成所需的冷却速率轮廓。

53.如权利要求42所述的设备，其特征在于，工位与工位之间可重复相同的温度轮廓，以便当解开进行时，使熔体保持非晶态。

54.如权利要求42所述的设备，其特征在于，在各工位的处理腔之中加上不同的温差轮廓，以便在处理从一个工位进行到下一个工位时，考虑到被解开熔体的变化性质，并在解开时，使熔体保持非晶态。

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