CN1275942A - 聚合物的切割装置和切割方法 - Google Patents

Abstract

一种具有旋转切割盘的聚合物刀具,在该切割盘上刀刃位于该盘的外周缘上,刀刃作剪切运动而不是切削运动。在旋转盘上的刀片其刃口角大于70°。此装置特别适用于切割热塑性塑料,以制造聚合物颗粒或聚合物片。

Description

聚合物的切割装置和切割方法

                       发明领域

本发明涉及切割聚合物尤其是切割聚合物条等的旋转切割盘以及用这种切割盘切割聚合物的方法。

                       技术背景

聚合物是量大的重要的商品，应用于许许多多领域。在处理、加工和回收聚合物期间，经常需要将聚合物切成不同大小和/或不同形状的较小的片。例如在模制热塑性塑料时需要将聚合切成尺寸相当小的片或颗粒，以便容易地将它们送入成形机例如注射模制机或挤压机。

切割聚合物的刀具现有多种结构。在一种普通结构中，应用一种旋转盘，该盘包括许多大体平行于转动轴线的刀，当向刀具盘输送聚合物时，这些刀对着固定刀转动而切割聚合物，这种刀具示意示于图2。在这些刀具中，刀被配置成以切片的动作进行切割，用很细的前部刀刃切开聚合物。尽管这种刀具已流行多年，但它们存在一些缺点。其中一个缺点是刀具的破裂和磨损，特别是在切割很硬和/或磨蚀性聚合时。众所周知，当采用刃口角很尖锐的刀时，在刀刃上的少量金属将使刀刃变得很脆弱，易于使刀刃断裂和/或很快使其磨损。当发生断裂或过分磨损时，便会对切割质量产生不好的影响，而且必须停止刀具运转，以便重新磨快刀片或替换已磨损或破裂的刀片。这种停机造成很大经济损失，一是花去实在的维修费，二是损失了生产时间。因此需要一种可以进行高速度切割的切割质量好的、同时停机时间又少的聚合物切割装置。

                       发明概要

本发明涉及一种具有一转动轴线的旋转刀具盘，该刀具盘包括一个或多个刀，各个刀在上述旋转刀具盘的外周缘上具有一刀刃，各个刀的进刀角在约+10°到约-15°，其刃口角为70°或更大，而且条件是，在上述刀的刃面上无任何一点比上述刀刃更远离上述转动刀具盘的上述转动轴线。

在本文中还描述了一种用于切割聚合物的旋转刀具，包括一固定刀、一旋转刀具盘以及将聚合物送入上述旋转刀具盘的装置，其中上述旋转刀具盘具有一转动轴线和一个或多个刀，各个刀在上述旋转刀具盘的外周缘上具有一刀刃，各个刀的进刀角在约+10°到约-15°，其刃口角为70°或更大，而且条件是，在上述刀的刃面上无任何一点比上述刀刃更远离上述旋转刀具盘的上述转动轴线。

本发明还涉及用旋转刀具切割聚合物的方法，其中改进包括采用具有一转动轴线和一个或多个刀的旋转刀具盘，各个刀在上述转动盘的外周缘上具有一刀刃，各个刀的进刀角在约+10°到约-15°，其刃口角为70°或更大，而且条件是，在上述刀的刃面上无任何一点比上述刀刃更远离上述旋转盘的上述转动轴线。

                   附图的简要说明

图1是垂直于转动轴线的横截面图，示出本发明典型的旋转切割盘的一部分，还示出固定刀、聚合物条以及切下的聚合物颗粒。

图2是垂直于转动轴线的横截面图，示出典型常规设计的旋转切割盘的一部分，还示出固定刀、聚合物条以及切下的聚合物颗粒。

图3是垂直于转动轴线的横截面图，示出本发明典型的旋转刀具盘。

图4示意示出本发明确定的旋转刀具盘的重要部件。

图5示出本文所示例子中所用的旋转刀具盘的盘身，尺寸单位为cm。图5a为盘身的平面图，而图5b示出垂直于转动轴线的盘身横截面图。图5c示出图5b中图示的细节。

图6示出用在所示旋转刀具盘例子中的楔形件和刀片，尺寸单位为cm。图6a是楔形件的平面图和截面图，而图6b是刀片的截面图。

                       发明细节

本文所说聚合物系指不包含添加剂的聚合物本身以及含有聚合物中通常含有的任何添加剂或添加剂混合物的聚合物。这种添加剂包括颜料例如TiO₂、抗氧化剂、抗臭氧剂、增韧剂、阻燃剂、润滑剂、染料、抗静电剂、抗着色剂和填料及增强剂例如滑石粉、粘土、碳墨、磨细的玻璃、玻璃纤维、碳纤维和芳族聚酰胺纤维。优选的聚合物是塑料(相对弹性体)，塑性塑料是特别优选的。

图1是总的横截面图，示出本发明切割装置的一部分旋转刀具盘和其它部件。示出的旋转刀具盘的部件是：旋转刀具盘盘身1，该盘身沿所示方向旋转；若干刀2；两个楔形件6，该楔形件使刀固定于盘身1上的位置(例如用螺栓，图中示出螺栓孔但未示出螺栓)。图中还示出静止的固定刀3，未示出其安装，还示出正沿所示方向输送的聚合物条4和刚被切下的聚合物颗粒5。

图2示出传统聚合物刀具的类似图，该刀具包括旋转刀具主体7、若干刀8和使刀固定就位和楔形件9。图中还示出固定刀10、聚合物条11和切下的聚合物颗粒12。

大体比较图1和图2便可以看出，本发明刀具和传统刀具之间的主要差别是，传统刀具的切割方式很像剃须刀剃除胡须，而本发明的刀具的操作更像是剪开聚合物。在两种刀具中，各个刀的刀刃和固定刀之间的间隙最好是尽量小而实用。这往往可以给出最整齐的切割，通常约在0.025-0.25mm之间，最好约在0.05 0-0.12mm。

一般讲，在这种刀具中，将聚合物连接推入旋转刀，在各个刀的刀刃经过固定刀之后，使各个刀具的刀掠过固定刀的刀刃。换言之，在刀上离转动刀具盘转动轴线最远的点通常是刀的刀刃，而在刃面上所有的点与刀刃相比较则更靠近旋转刀具盘的转动轴线。另外，如果合适，最好还将旋转刀具盘及其除刀之外的部件设计成能使聚合物进给。在图1的情况下，使旋转件和楔形件倾斜离开刀具盘的外缘，如图所示。为实现这一点，技术人员可以明显看出其它设计。

刀可以是分开的部件，它可以从旋转刀具盘上卸下来，以便将其磨快或进行替换，其它结构也是可能的，该刀可以用螺栓或如图所示用楔形件固定在旋转刀具盘上。或者旋转刀具盘可以作成一个整个的金属片，具有硬化的刀刃。这样可以省去图1所示的楔形件、孔等的加工。在刀刃不碎裂或不经常需要磨快时这是特别有用的。

图3是垂直于转动轴线的横截面图，示出本发明的完全的旋转刀具盘。该盘具有转动中心24、盘身25和许多用若干楔形件27固定于盘身的刀26。在操作时，该盘沿所示方向旋转。

图4是示意图，示出本发明转动刀具盘的重要部件及它们的相互关系。为完整起见，图中还包括固定刀。图4的旋转盘刀具具有转动轴线13。为便于说明，从轴线13到刀伸出盘身17的位置画有虚线14(实际上是半径)。在图4还示出具有刀刃15的固定刀16。从旋转刀具盘盘身17伸出的是刀18(当然可以存在一个以上的刀)，该刀具有刀刃面19和刀刃20。另外，该刀还具有刃口角21、刀的前表面23和进刀角22。该进刀角22从半径量起，例如从经过刀18伸出盘身17的点的半径14量起。图3示出进刀角22的正角度和负角度。

固定刀16和盘身17的位置通常是使得刀刃15大体平行于转动轴线13，此位置在旋转刀具盘操作时最好使刀刃15和刀刃20之间的间隙尽量减小。

刀的刃口角21至少70°或更大，最好在约80°或更大。此角度是刀刃面19和刀的前表面23之间的夹角。如刀刃面19和前表面23中的一个或二者是曲面，则刃口角度21可取作为切线和角的另一边之间的夹角或两条切线之间的夹角，该切线是(在刀刃面19和前表面23的一个或两个表面上)刀刃20处的切线。刃口角21的最大值由进刀角22以及一个条件确定，该条件是刀刃面19的任何一部分距转动轴线13的距离均不大于刀刃20距该轴线的距离。因为刃口角21是一个相当大的角度，所以围绕着该角度特别是在刀刃20的后部存在了大量金属(或其它的刀材料)。众所周知，靠近刀刃的这种材将使刀刃变得很结实，不太容易破碎。在刀刃20处存在大量材料被认为可以减缓磨损，因而减小了必须重新磨快刀刃20的频率。

另外，进刀角22是从轴线13伸出的半径和刀的前表面23(或者在刀刃20处切于表面23的切线，如果前表面23是曲线)之间的夹角，数值约在+10°到约-15°，优选在约0°到约-5°，最好在约0°。如果进刀角22太正，则可能损害刀刃20相对于刀刃15的剪切作用，这造成不能很好地切割聚合物，而如果进刀口22太负，则它不可能使刃口角21作得足够大。

在刃面19上无任何一点比刀刃20更远离轴线13。这从以下的事实可以明显看出来，即人们在切割聚合物时通常总喜欢使刀刃20尽实际可能地靠近刀刃15。如果刀刃面19的任何一部分离轴线13的距离超过刀刃20距该轴线的距离，则在盘身17转动动时，人们便不能简单地使刀刃20尽优选可能地靠近刀刃15而又不使刃面19碰到刀刃15。当然，在刀刃由于切割聚合物而受到某种程度的磨损时，紧邻刀刃20的小部分刃面19可能比刀刃20的实际刃口更远离轴线13。这是允许的，但是当刀刃20磨损太厉害时，最好还是再重新磨快，以保证高质量地切割聚合物。

虽然不是必须的；但优选地是使一些刀18，最好是使所有的刀18沿盘身17的整个长度延伸。这一点示于图5。

横跨盘身17的长度(垂直于图3所示的横截面图)，刀刃20可以平行于轴线13或围绕轴线13形成螺旋形，而刀刃20的整个长度距轴线13的距离基本上是恒定的。相对于轴线13的优选的螺旋角度约为0°～3°。当盘身十分长时，例如可以切割许多聚合物条时，如果刀顺序地接触聚合物条，则可以减小作用在任一刀上的总的压力，如果刀片围绕轴线13形成螺旋形，则会起到这种作用。

本发明还包括用于切割聚合物的装置，该装置包括上述旋转刀具盘、一固定刀和将聚合物推入旋转刀具盘的装置。固定刀通常是静止不动的部件，它被配置成使得旋转刀具盘的刀18之间的间隙在旋转刀具盘转动时可以尽量合理地靠近固定刀通过。固定刀的“刀刃”其角度通常约90°，该刀刃在刀碰到聚合物时起着防止聚合物弯曲或以其它方式运动的作用。最普通的方法是在固定刀的表面上将聚合物输送进入旋转刀具盘，如图1和图2所示。

如图1和图2所示，聚合物4或11通常连续地被推入旋转刀具盘的刀2或8的路径。这需要一种进给聚合物的装置。如果切割装置如此配置，则可以利用重力使聚合物“掉入”旋转刀具盘。然而更普通的方法是利用一对或多对传送辊或一对输入传送机进给聚合物。传送辊是指一对其间具有辊隙的辊。将聚合物送入辊隙，然后驱动该辊，使聚合物经辊隙进入旋转刀具盘。输入传送机也是类似的，是类似传送机的装置，具有两个传送带，聚合物夹在带之间被驱动通过将聚合物从模具挤出并由输入机构将其移经和移出模具到旋转刀具盘，可以简便地输送聚合物。还已知其它传送方法。

上述讨论的原义是说明用本文所述旋转刀具盘切割聚合物的方法。可以切割不同形状的聚合物例如板材、条材、带材和管材特别是厚壁管。如果要切割的聚合物太薄例如小直径纤维或薄膜，则聚合物可能弯曲，这样的聚合物可能可以切割或不能切割，但是即能够切割，切片的质量也是不好的，即参差不齐，并产生细屑(比要求小的颗粒)，或只能局部地或粗糙地切开。要切的聚合物最小横截面尺寸优选约为1mm或更大，最好约2mm或更大。可切的最大尺寸取决于要切的聚合物、刀具装置的动力以及该切割装置能够承受的机械应力。

待切割聚合物的一种优选形式是一个或多个聚合物条。所谓条是指一段棒形的基本上连续的聚合物，该条的最大横截面尺寸不超过6倍于其最小横截面尺寸，不超3倍比较好，最好不超过两倍。优选的条截面为约圆形或方形，而圆形是特别好的。条的最大横截面尺寸优选在约1-8mm，最好在约2-4mm。条被切成相当短的片，其长度约为1-8mm，或换一种表达方式，使切片的长度直径比约为1，这样便可以得到特别有用的通常称为切片或颗粒的聚合物形状。这是送入注射模制机、挤压机等机器内的最普通的固体聚合物形状。

                         举例

使用美国密西根州Bay City市的Conair Corp.公司制造的3508型刀具来切割圆形横截面的聚合物条。所用的刀具盘示于图5和6。进入刀具的条的直径约为2.3mm，切出切片的长度约为2.5mm。聚合物条经模孔挤压出来，其直径约为4.0-4.5mm，该条(在熔化状态)由刀具的输送机构拉制成直径约2.3mm。旋转刀和固定刀之间的间隙标称为0.076mm。

在例行操作期间，其生产产率平均约为545kg/h，生产率的范围在约455-635kg/h之间。这需要以约60-90m/min的线速度输送10-20根聚合物条。最大旋转速度为1800r/min。该速度可调节到生产上述切片。

在约4个月的期间(约1005个实际工时)，通过上述刀具总共处理约450000kg聚合物。所有这些聚合物填充有玻璃纤维，玻璃纤维的量占重量的13％-45％。在一些聚合物中还存在较少量的其它材料例如碳黑。

在不同时间切割的个别聚合物是聚对苯二甲酸乙酯、聚对苯二甲酸丁二脂、耐纶6，6和包含芳香族和脂肪族两种循环单元的聚酰胺。在整个试验中所有这些聚合物均得到很好的切片，例如，对于不同的聚合物从试验开始到试验结束生产的细粒量没有很大差别。结果还与使用如图2所示的常规型旋转刀具盘时采用同样的刀具得到的结果相当。

到这次试验结果结束，刀刃的磨损量经测量为0.032mm。很难将这种磨损量与用常规刀具时刀刃的磨损量相比，因为刀刃的几何形状不同，而且这种磨损影响切割质量。

Claims (16)

1.一种装置，为具有一转动轴线的旋转刀具盘，该刀具盘包括一个或多个刀，各个刀在上述旋转刀具盘的外周缘上具有一刀刃，各个刀的进刀角在约+10°到约-15°，而其刃口角为70°或更大，条件是，上述刀的刃面上无任何一点比上述刀刃更远离上述旋转刀具盘的上述转动轴线。

2.一种用于切割聚合物的装置，包括一固定刀、一转动刀具盘和用于将聚合物推入上述旋转刀具盘的装置，其中上述旋转刀具盘具有一转动轴线和一个或多个刀，各个刀在上述旋转刀具盘的外周缘上具有一刀刃，各个刀的进刀角在约+10°到约-15°，而其刃口角为70°或更大，条件是，上述刀的刃面上无任何一点比上述刀刃更远离上述旋转刀具盘的上述转动轴线。

3.一种用旋转刀具切割聚合物的方法，其中改进包括，应用具有一转动轴线和一个或多个刀的旋转刀具盘，各个刀在上述旋转刀具盘的外周缘上具有一刀刃，各个刀的进刀角在约+10°到约-15°，而其刃口角为70°或更大，条件是，上述刀的刃面上无任何一点比上述刀刃更远离上述旋转刀具盘的上述转动轴线。

4.如权利要求1、2或3所述的装置或方法，其特征在于，上述刃口角约为80°或更大。

5.如权利要求1、2或3所述的装置或方法，其特征在于，上述进刀角在约0°到约-5°。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，上述刀刃和上述固定刀之间的距离在约2到约5mm。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，上述刀刃和上述固定刀之间的距离在约2到约5mm。

8.如权利要求1、2或3所述的装置和方法，其特征在于，上述转动轴线和上述刀刃之间的螺旋角在约0°到约3°。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，上述聚合物是热塑性的。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，上述聚合物原始呈条的形状。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，上述聚合物连续地喂送到上述旋转刀具盘。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，上述条的最小横截面尺寸约2mm。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，上述条具有圆形或方形横截面。

14.如权利要求3所述的方法，其特征在于，上述聚合物包含至少一个填料或增强介质。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，上述聚合物包含至少一个填料或增强介质。

16.如权利要求3所述的方法，其特征在于，制造上述聚合物的切片或颗料。

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