CN1315633C - 用于转变结晶或半结晶聚合物的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于转变具有熔点和固化温度的热塑性材料的方法和设备，该方法在于将热塑性材料加热到高于熔点的温度，因此在成形设备中，通过将其中的热塑性材料的温度从至少接近于熔点的温度，降低到固化温度以下的温度，而转变该受热的材料。该方法的特征在于在热塑性材料通过成形设备的通道之前和/或期间，使其承受在与热塑性材料接触的正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间的静电场。

Description

用于转变结晶或半结晶聚合物的方法和设备
本发明的目的是加工热塑性材料，更特别的是包含至少一种具有熔点、结晶温度和玻璃化转变温度的结晶或半结晶聚合物或共聚物的材料的方法。
聚合物加工，特别是固体或中空型材的挤出，在现有技术中是公知的。常规的设备如真空罐、挤出模头等，适于粘度不会出现突然变化的热塑性塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯等。
由于非常低粘度的相非常快速地被凝胶相跟随，换言之从太为液体而不能引入到成形夹具中的材料到太刚性而不能成形的材料有非常快速的转变，已知设备不能和结晶或半结晶聚合物如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)一起使用。另一方面，成形心轴杆的抽出，例如在管挤出的情况下，得到不能由挤出机螺杆的推力补偿的较大摩擦。
本发明的目的是一种方法，它使得可以，尤其是，挤出结晶或半结晶聚合物，更特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯，但同样地一种方法，它使得可以更容易地挤出热塑性材料如聚乙烯、聚丙烯、PVC、聚碳酸酯等。
根据本发明的方法特别适于加工结晶或半结晶聚合物，优选具有在结晶温度以下的固体晶体，有利的是在结晶温度以下的基本仅是固体晶体的聚合物或聚合物混合物。特别地，该结晶聚合物或共聚物包含小于40wt％非结晶或半结晶聚合物或具有在结晶温度以下的液晶。更特别地，结晶或半结晶聚合物包含小于20wt％液晶聚合物和/或小于20wt％聚烯烃，特别是没有或基本没有液晶聚合物和聚烯烃(例如小于10wt％液晶聚合物和小于10wt％聚烯烃)。液晶聚合物是在低于结晶温度但高于硬化点的温度下呈现液晶的热致聚合物。
根据本发明的方法是用于加工具有熔点和固化温度的热塑性材料的方法，
-其中将热塑性材料加热到高于熔点的温度，和
-其中在成形设备中，通过将其中热塑性材料的温度从至少接近于熔点的温度，降低到固化温度以下的温度，而加工该受热的材料，
该方法的特征在于在热塑性材料通过成形设备之前和/或期间，使其承受在正极和负极或接地极之间的静电场，该电极或该电极和接地极与热塑性材料接触。
有利的是，如果热塑性材料在成形设备中通过之前和/或期间，使其承受在与热塑性材料接触的正极和负极之间的至少800,000V/m，优选至少1,000,000V/m，更优选5,000,000-20,000,000V/m的静电场。
在热塑性材料区域上电场的施加时间可以，例如从几分之一秒变化到几秒，或甚至几分钟。此施加时间可例如为0.5-45秒。
有利的是，如果热塑性材料在成形设备中通过之前和/或期间，其在与热塑性材料接触的正极和负极或接地极之间移动，该场基本垂直于在正极和负极或接地极之间热塑性材料的流动。
优选在正极和负极或接地极之间的热塑性材料中产生电致伸缩和/或相反的压电效应。
有利的是如果在从大于或接近于熔点的材料温度，低到相应于材料固态的温度，在将热塑性材料成形的同时，使其承受基本径向的电场。
根据一个优选的实施方案，根据本发明的方法是包括加工热塑性材料的方法，该热塑性材料包含至少一种具有熔点、低于熔点的结晶温度、和玻璃化转变温度的结晶或半结晶聚合物或共聚物，该聚合物或共聚物优选基本仅具有结晶温度以下的固体晶体，
-其中将材料加热到高于结晶或半结晶聚合物或共聚物熔点的温度，和
-其中在成形设备中，通过将其中材料的温度从高于结晶温度的温度，降低到低于结晶或半结晶聚合物或共聚物玻璃化转变温度的温度，而加工该受热的材料。
所述方法具有的特征是至少在关于高于玻璃化转变温度的温度，和优选关于高于结晶温度的温度(有利的是至少关于高于玻璃化转变温度的温度范围，和优选关于高于结晶温度的温度范围)，使材料承受静电场。
根据所述方法的一个实际实施方案，至少在将温度从高于结晶温度的温度，降低到在玻璃化转变温度和结晶温度之间的温度的同时，使材料承受电场。
特别施加电场以产生电致伸缩效应和/或相反的压电效应。电致伸缩效应特别在接近于结晶聚合物或共聚物的结晶温度的温度下产生，然而相反的压电效应在接近于玻璃化转变温度的温度下产生。这些效应使得聚合物可以更容易地流动和在接触面上滑动，显著地在与材料接触的电极表面上滑动。
在实施方案的一个优选形式下，至少在将温度从高于结晶温度的温度，降低到在结晶温度和玻璃化转变温度之间的温度[特别是降低到接近玻璃化转变温度的温度(优选低于或大概等于玻璃化转变温度)]的同时，使材料承受静电场。观察到除对于摩擦的较小阻力以外，这样改进了产物的机械性能或特性。
例如，在一定的温度范围内使材料承受静电场，该温度范围从高于结晶温度的温度，降低到至少低于结晶温度20℃的温度，有利的是至少低于结晶温度50℃的温度，和优选至少低于结晶温度100℃的温度。
根据一个实际实施方案，至少在关于接近于熔点的温度，使材料承受静电场。这样是有利的原因在于观察到在通过模头的恒定材料生产量下，在其中施加电场的情况下强制材料通过模头所需的压力更小，例如相对于不施加电场时需要的压力至少减半。
根据一个特别实际的实施方案，至少在关于接近于熔点的温度，以及关于在高于结晶温度的第一温度和一个第二温度之间延伸的温度范围，该第二温度位于结晶温度和玻璃化转变温度之间，优选在关于从接近于(特别是高于)熔点的温度，到低于结晶温度，特别是接近于玻璃化转变温度的温度延伸的温度范围，使材料承受静电场。
根据包含在一个实施方案中的特征，电场强度至少为800,000V/m，有利的是至少1,000,000V/m，更优选至少2,000,000V/m，例如2,000,000V/m-20,000,000V/m，更特别地5,000,000V/m-20,000,000V/m，显著的是5,000,000V/m，8,000,000V/m和10,000,000V/m。
在根据本发明的方法中，有利的是使材料承受径向和/或纵向和/或横向电场，但优选径向或在通过材料厚度的方向上，更特别地在基本垂直于其中材料在模头或成形设备中流动方向的方向上。
根据一个实施方案，以绝热或基本绝热的方式在成形设备中将材料变成熔体。
根据一个实际的实施方案，加工包含至少一种添加剂的材料以增加介电特性，即介电常数或电容率。这例如包括向材料中加入足够量的添加剂以将结晶或半结晶聚合物或共聚物的介电常数或电容率提高至少10％。合适添加剂的例子是钛基化合物如钛酸钡、二氧化钛(TiO2)等。
根据本发明的方法特别适当地适于加工可能被污染的或包含添加剂或填料的PET，例如衍生自PET预成型品或瓶子制造废料的PET。
根据本发明方法的一种详细情况，成形设备是在挤出机上的成形夹具或模具。也可以将电场施加到模头上，更特别地在挤出模头上。模头或成形设备有利地含有设计成用于形成挤出物或挤出制品的内部形状的心轴杆和设计成用于形成挤出物或挤出制品外部形状或轮廓的壁。将此心轴杆有利地相对模头或成形夹具固定或基本固定。因此有利地在心轴杆和设计成用于形成挤出物或挤出制品外部形状的壁之间产生径向电场，心轴杆有利地构成负极或接地极，然而壁有利地构成正极。
本发明方法的成形设备有利地是模具和/或挤出机的成形夹具，例如与生产型材、管子等的模头操作性相关联的成形夹具。成形设备也可以是模具和/或模头，或注射流道或模具的流道，例如以降低注射压力和/或增加模具中的型腔数目。
本发明的另一个目的是从由根据本发明方法获得的结晶或半结晶聚合物或共聚物(被污染的或别的方式)制备的产物。有利的是如果从可能被污染的或包含添加剂或填料的PET制备产物。观察到通过诱导轴向静电场，特别是相对产物壁是径向的电场，可以增加该侧壁的机械特性。在根据本发明制品的一个特别的实施方案下，产物是瓶子预成型品。
本发明的仍然另一个目的是在根据本发明的方法下向热塑性材料赋予形状的设备。此设备包括：
-含有用于引入热塑性材料(例如在接近于熔点，优选高于熔点的温度下，或在高于结晶温度的温度下或在低于结晶温度的温度下)的通道的模头和/或成形腔室，该腔室或模头含有一个或多个与热塑性材料接触的壁(以将它成形)；
-用于至少部分地冷却一个或多个壁的冷却设施；和
-用于将与热塑性材料接触的腔室或模头的至少一个壁或部分壁(壁的局部或部分)连接到电源，以在至少该壁或部分壁(壁的部分或壁的局部)与腔室或模头的另一个壁或部分壁(壁的局部或壁的部分)(与热塑性材料接触的壁或部分壁)之间产生静电场的设施。
有利的是如果该设备包括用于将第一壁或壁的一部分(部分壁)连接到电源电极(例如正极)的第一设施，和用于将另一个壁和壁的一部分连接到电源的另一个电极(例如负极)或连接到接地极的第二设施，使得第一壁或壁的一部分(部分壁)形成正极。
根据一个可能的实施方案，该设备包括如下设施或操作性地与如下设施相关联：用于产生静电场的设施和含有正极和负极或接地极的设施，该电极或接地极与热塑性材料接触，该设施在该电极之间和在正极和接地极之间产生至少800,000V/m，优选至少1,000,000V/m(更特别地高于2,000,000V/m，例如5,000,000V/m-20,000,000V/m)的静电场。
正极和负极或接地极优选构成沟槽的壁，其中热塑性材料在一个方向移动，布置该电极或接地极以产生基本垂直于材料在沟槽中流动方向的静电场。
根据一个实施方案的详细情况，该设备含有操作性地与成形腔室相关联的模头，和用于将模头和成形腔室的一个或多个壁连接到至少一个电源，以在模头中产生静电场和在成形腔室中产生静电场的设施。
根据一个实际的实施方案，有利地操作性与模头相关联的成形设备，具有在正极的一个壁和负极或接地极的一个壁之间的确定沟槽，该沟槽具有将熔融(或接近熔点)的热塑性材料引入沟槽中的通道。基本上与热塑性材料接触的成形设备的沟槽的壁的整个表面(如合适时，加上模头的那个或那些)由电极壁或由电极壁和接地极构成。有利的是如果安置或布置电极和/或接地极使得基本径向地贯穿成形设备，以及如果合适时在模头中施加电场。当成形设备具有用于成形材料离开(例如在低于结晶温度的温度下，例如位于玻璃化转变温度和结晶温度之间的温度)的通道时，有利地布置或排列电极(或电极和接地极)以在材料中产生径向电场，其基本从用于将材料引入到成形设备中的通道，延伸远到用于材料离开成形设备的通道。
根据一个实际的实施方案，与材料接触的成形设备或成形夹具或模具和/或模头的壁或多个壁含有氧化铝，显著地被包含氧化铝的层覆盖。
根据一个实施方案，该设备含有设计成用于形成在成形腔室中成形的制品内部形状的心轴杆，后者具有设计成用于形成制品外部形状的壁。心轴杆和设计成用于形成制品外部形状的壁构成电极或用于产生径向电场的电极和接地极，心轴杆有利地构成负极或接地极，同时壁有利地构成正极。
有利的是如果该设备含有正极和负极，排列正极和负极以在它们之间形成电场和构成与热塑性材料接触的成形腔室的壁，正极有利地由铝合金制成，电极与热塑性材料的接触面优选含有至少为25μm厚的氧化铝层。
根据一个值得注意的特征，与热塑性材料接触的成形设备或成形夹具或模头的壁含有氧化铝，更特别地被包含氧化铝的层覆盖。
根据一个实施方案成形腔室是模具。
有利的是如果一个或多个绝缘设施在正极或连接到电源正极的电极，和接地极或负极或连接到电源负极的电极之间延伸，一个绝缘设施有利地由绝缘或介电流体或液体的层形成。
所述设备有利地具有与正极接触，包含绝缘流体或液体的腔室，和与该腔室互通的通道，该通道含有将腔室连接到绝缘流体或液体循环系统的设施，该系统有利地引入冷却系统。
根据一个实施方案的详细情况，与材料接触的正极的长度-在其中材料在成形腔室或模头中前进的方向上计算该长度-大于5cm，有利地大于10cm，和优选大于20cm。此长度例如在一定程度上为20cm-2m，或甚至更大。正极的长度会响应于其中要施加电场的区域，响应于材料的产率，响应于要生产的制品的等级，响应于制品的尺寸和厚度等来确定。
根据本发明的设备更特别是使用根据本发明的方法，用于将由结晶或半结晶聚合物或共聚物组成的材料成形的设备。该设备包括：
-具有用于在高于结晶温度的温度下引入材料的端口的成形腔室，该腔室至少在第一壁或壁的第一部分和第二壁或壁的第二部分之间延伸；
-用于冷却腔室的至少一个壁或壁的一部分的冷却设施；
-如合适时的模头，它的出口与端口互通用于将材料引入成形腔室中；和
-用于在第一壁的至少一部分或第一部分壁和第二壁的至少一部分或壁的第二部分之间和/或在模头中产生静电场的设施。
所述设备优选含有模头和用于在模头中和在成形设备中产生电场的设施。
有利的是如果根据本发明的设备含有用于在高于结晶温度的温度下，绝热或基本绝热地(即没有换热或传热)将材料加入成形腔室的设施。
成形腔室优选具有离开端口，通过该端口成形材料在低于玻璃化转变温度的温度下离开。例如，成形腔室是挤出模头，更特别是用于挤出中空型材、管子、导管、护套等的模头。
根据实施方案的可能形式，用于产生电场的设施引入至少两个布置的电极以产生径向和/或横向和/或纵向电场。用于产生电场的设施优选引入至少两个布置的电极以在成形腔室中产生径向电场。根据一个特别实际的变化方案，该设备进一步引入至少两个布置的电极以在模头中产生径向电场。
根据实施方案的一种优选形式，相对于冷却设施排列用于产生电场的设施，以至少在成形腔室的一个区域中产生电场，其中材料经过从高于结晶温度的温度达到基本等于玻璃化转变温度的温度。
根据实施方案的另一种可能形式，该设备引入一个或多个设施用于至少在模头的一个区域中和至少在成形腔室的一个区域中产生电场，以从高于熔点的温度下至低于结晶温度的温度，例如下至接近于玻璃化温度，或甚至低于玻璃化温度的温度来施加电场到材料上。
根据一个实施方案的详细情况，该设备含有设计成用于形成在成形腔室中成形的制品的内部形状的心轴杆，该腔室含有设计成用于形成制品外部形状的壁。心轴杆和设计成用于形成制品外部形状的壁构成用于产生径向电场的电极，心轴杆有利地构成负极或接地极，同时壁有利地构成正极。
根据一个实施方案的另一种详细情况，该设备含有正极和负极，排列正极和负极以在它们之间形成电场和构成与结晶或半结晶聚合物或共聚物接触的成形腔室的壁，正极有利地由铝合金制成，优选处理与结晶或半结晶聚合物或共聚物的接触面以得到至少为25μm厚的氧化铝层。
从一些示例性实施方案的描述，本发明的进一步值得注意的特征和详细情况是显然的。此描述参见附图，其中：
-图1是装配有本发明设备的挤出机的示意图；
-图2是图1的挤出模头详细情况的剖视图；
-图3是通过挤出模头的横向剖视图；
-图4-7是显示电极的布置以获得特定场的图；
-图8是根据本发明模具的示意图；
-图9表示由DSC(差示扫描量热法)方法获得的PET的焓曲线；
-图10-12是根据本发明的设备的具体实施方案的示意图；
-图13表示电极在模具注射流道中的布置；
-图14显示POM通过成形设备所需的压力如何随时间变化(其中时间0相应于将聚合物引入到设备中的开始时间)，施加和不施加径向电场；
图15-17是相似于图14的图，区别在于挤出材料分别是PET、高密度PE、和聚丙烯。
图1显示通过进料料斗1接收结晶或半结晶聚合物(例如形式为颗粒或薄片的PET)的挤出机2。将聚合物在挤出机2中熔融和强制送入机头3中，其中它的区域A装配有设计成用于产生挤出物内部形状的心轴杆4。然后挤出物进入绝热区B(区域5，其中没有，或基本没有换热)。有利的是如果区域是聚流式的，即如果该区域的贯穿截面在其中材料前进的方向中减小。聚合物在区域5中的温度略高于结晶峰，例如比结晶峰高1-20℃。其后熔融聚合物进入区域C，使它承受强冷却和承受强电场。区域C因此构成冷凝器6。保持此电场直到聚合物的温度相同或小于聚合物的玻璃化转变温度(区域D)。因此稳定化的产物7从挤出模头离开。
图2是由成形设备延伸的挤出模头的剖视图。包括模头/成形设备的单元10含有引入通道的封套11，心轴杆4沿通道延伸。心轴杆4形成负极或机器的接地极，然而封套11形成正极。因此产生的电场是指向心轴杆4的径向场。径向电场(见图3)在微晶中诱导电致伸缩现象，它自身表现为聚合物相对于正极的轻微分离(聚合物的温度低于结晶温度或结晶峰)。将封套11的内表面例如由铝合金制成，有利地采用氧化铝Al2O3的层处理和涂敷。轻微分离使得产物可以在挤出模头中由于挤出机螺杆的力而移动和能够使产物从挤出模头离开。在目前情况下，电极之间的电场是5,000,000V/m的场。材料例如在高于熔点的温度下进入单元10和在低于结晶温度的温度下离开。
将正极11与接地极绝缘(例如通过电绝缘垫)和操作性与一个或多个冷却管相关联。
单元10(挤出模头和/或成形设备)的冷却例如通过具有高热值的电绝缘流体，更特别通过介电油实现。一种可能性是会使用低温气体循环，例如采用氮气，以进行该冷却。因此绝缘流体也用作正极的电绝缘体。如果在正极和接地极之间形成其中流体流动的沟槽，此绝缘例如是有用的，但同样用于将正极与绝缘流体循环系统或冷却系统绝缘。
在图1的情况下，离开挤出模头的产物是外径为9cm和壁为0.5cm厚的管子。
图4表示通过相似于图3的挤出模头得到的横截面，区别在于心轴杆构成正极和封套11构成负极。
图5表示通过用于挤出具有矩形横截面的中空型材的模头得到的横截面。在此实施方案中，矩形横截面的心轴杆构成正极，而封套11构成负极。
图6简要表示通过挤出模头得到的纵截面，它的封套11含有一系列不同元件12、13，它们形成正极和负极，正极12与负极13由绝缘元件分离开。将电极垂直于挤出物的位移轴布置，因此使聚合物承受纵向电场，其是方向平行于其中挤出物转移的方向的场。
图7是显示模头的部分剖视图，它的封套11含有形成正极和负极的一系列不同元件14、15，一个正极14与负极15由绝缘元件16分离开。将电极相对于彼此布置以确定横向电场，它的方向垂直于其中挤出物转移的方向。
理所当然的是通过以合适的方式布置电极，可以产生由操作性相关联的径向电场、纵向电场和/或横向电场构成的电场。如果，例如，心轴杆是负极，除纵向或横向场以外，在如图6和7所示的设备中会产生径向和斜电场。
图8表示由外部封套21构成的模具20，外部封套包括两个部件21A、21B，它们彼此分离以能够抽出模塑部件。空腔23在封套21中确定。向此空腔23中延伸芯，例如圆筒体芯24，该芯固定在注射机上。模具有利地装配有冷却设施。封套21例如构成正极，而芯24构成负极，或反之亦然。
图9表示PET焓曲线，该曲线显示相应于PET玻璃化转变温度的(空心)玻璃化转变峰，相应于PET结晶温度的结晶峰，和相应于PET熔点的(空心)熔融峰。
为提高PET的介电常数，有用的是可以向结晶或半结晶聚合物中加入具有介电性能的添加剂。这样的添加剂对于本领域技术人员是熟悉的。特别地，使用钛酸钡和/或TiO2，形式为粉末或细片状。例如，具有介电性能的添加剂的数量为0.01-25wt％，有利地0.1-10wt％，基于结晶或半结晶聚合物，和特别是相对于PET聚合物的重量。
图10是显示根据本发明设备的图，该设备相似于图1中的设备。此设备特征是：
-挤出机2；
-绝热区5；
-模头10；
-成形夹具6；和
-将产物7从成形夹具中抽出的牵引系统11。
在图10所见到的实施方案中，成形夹具6装配有用于施加径向静电场的设施。与当不施加电场时获得的产物相比，获得的产物显示出改进了30％的机械特性。
在图11所见到的实施方案中，设备相似于图10中所示的设备，区别在于没有绝热区5(从挤出机离开的产物直接进入模头10)和将静电场施加到进入模头10的材料上而不是施加到成形夹具6。电场有利地是径向的。观察到通过在模头中施加径向电场，更小的挤出机压力足以保证与不施加电场时相同的挤出产物产量。在结晶聚合物的情况下，观察到当施加至少5,000,000V/m的径向电场时，挤出机压力可以降低5-10倍，同时保持与关于不施加电场的模头操作性相关联的挤出机相同的产量。
通过在模头中施加这样的电场，因此通过采用在其中不向模头施加电场的情况下采用的挤出压力，可以增加挤出材料的产量。通过控制径向电场的力和/或通过控制挤出机的压力，因此可以控制挤出材料的产量。
最后，在图12中所见到的设备相似于图11中的设备，区别在于将径向电场施加到成形夹具6上。此设备使得可以一方面增加现有挤出机的产量和另一方面改进挤出产物的机械特性。
图13简要地显示在模具33的注射流道32中电极(正极30，负极或接地极31)的一种可能排列，该模具含有相对于注射器头部的固定部件33A和适于执行相对于部件33A的相对运动的移动部件33B，以使模塑制品能够从空腔34中取出。注射流道32含有指状件或设施36用于将聚合物流分布到模具的各种空腔34中或分布到在模具空腔中的多个位置中。模具的固定部件具有正极30，该正极由绝缘层35与部件33A的框架33A1绝缘。将框架33A1结合到注射器的接地极上。排列移动部件33B以被连接到注射器接地极上，至少当部件33B放置在部件33A上(模具处于关闭位置)时。因此至少当模具33处于关闭位置时，移动部件33B也形成接地极。在所示的实施方案中，指状件或设施36由部件33B携带。绝缘层35也提供正极和注射器头部之间的绝缘。如果注射器头部含有正极，模具的正极有利地连接到注射器的正极上，则注射器的正极与框架33A1绝缘。
在注射期间，熔融的材料流入注射流道32，和显著地在正极和设施36和部件33B的一个表面之间。因此使材料承受垂直于其中材料流入部件33A方向的场。
在其中部件33A含有冷却管的情况下，这些管会沿正极的表面排列，该正极不与被注射的材料接触，则冷却流体是电绝缘流体，更特别地是电绝缘冷却油，或介电油。
图14显示由挤出机螺杆施加的压力，从在接近于熔点的温度下将材料引入的时间开始，螺杆将聚甲醛(结晶聚合物)推入极化的成形设备中[从将材料引入设备(接近于熔点的温度)直到它在接近于玻璃化转变温度的温度下离开设备的时间，施加径向电场]和推入未极化的成形设备中。从此图可以看出当成形设备不极化时(曲线I)，流动是在第一绝热时间段(±15秒)，其后观察到压力的向前或突然增加(由于聚合物的结晶峰)。其后至多为在材料引入之后30秒的时间，观察到压力增量。然后，压力持续增加直到达到成形设备和挤出机的最大可能压力(120巴)。由于被冷却的材料，在成形设备中形成材料的栓塞和120巴的压力不足以将材料强制送出成形设备。
当它来到成形设备时(施加到材料上的5,000,000V/m的径向电场)，就在材料进入成形设备之后，压力低于当不施加电场时观察到的值(曲线II)，随后为至多60秒(从当引入材料时测量的时间)的20巴增量。其后由于成形设备中材料温度的下降，观察到压力的突然增加，随后大约60巴的压力增量。成形材料在约60巴的压力下离开设备。
因此此图显示，通过在成形设备中施加电场，可以极大地降低需要施加以将材料强制通过成形设备的最大压力。
图15是相似于图14的图，但显示电场在成形设备中对于PET的效应。从此图可以看出，通过施加电场(曲线II)，降低了使材料通过设备所需的最大压力。曲线I显示不施加电场时需要的压力。
最后，图16和17是相似于图14的图，但分别施加到重复使用的高密度聚乙烯和聚丙烯上。此图也显示通过施加电场(在此实施例中，径向：曲线II)，可以降低使材料通过成形设备所需的最大压力。曲线I显示不施加电场时需要的压力。
这样的压力降低显示，通过施加电场，基本降低了材料在成形设备的一个或多个壁上的摩擦。此更小的摩擦使得可以增加产量或降低对挤出机和/或成形设备的磨损，以降低由于材料在成形设备中的意外阻塞等的事故。
也通过在成形设备中施加5,000,000V/m的电场，制备PET、POM和高密度PE测试片，同时在成形设备中不施加电场制备其它测试片。因此观察到对于牵引的阻力，采用电场的测试片与没有电场的测试片基本相同。然而，至于涉及的弹性模量，观察到与在电场不存在下制备的试样的模量相比，当施加电场时POM和PET测试片的弹性模量大约高60％。在其中将采用电场制备的测试片后固化(在高于玻璃化转变温度20℃的温度下进行后固化48小时)的情况下，与不使用电场制备和后固化的测试片的弹性模量相比，使用电场制备和后固化的测试片的弹性模量仍然高大约20-30％。
下表给出如下测试片的弹性杨氏模量(以MPa表示)：没有电场模塑的测试片(A)，没有电场但采用后固化模塑的测试片(B)，和采用电场制备的测试片。
  测试片   模量MPa     模量比测试片X/测试片C
    A     1297     1.61
    B     1725     1.33
    C     2088     1
根据本发明的方法可用于制造许多不同的部件，如模塑部件、挤出部件、面板、滑轨、型材、片材、槽(如电缆槽)、具有T截面的型材、具有U截面的型材、具有I截面的型材、具有L截面的型材、具有X截面的型材等。

Claims (44)

1.一种加工具有熔点和固化温度的热塑性材料的方法，
-其中将热塑性材料加热到高于熔点的温度，和
-其中在成形设备中，通过将其中热塑性材料的温度从至少接近于熔点的温度，降低到固化温度以下的温度，而加工该受热的材料，
该方法的特征在于在热塑性材料通过成形设备之前和/或期间，使其承受在与热塑性材料接触的正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间的静电场。
2.根据权利要求1的方法，其中热塑性材料在通过成形设备之前和/或期间，使其承受在与热塑性材料接触的正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间的至少800,000V/m的静电场。
3.根据权利要求1的方法，其中热塑性材料在通过成形设备之前和/或期间，使其承受在与热塑性材料接触的正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间的至少1,000,000V/m的静电场。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中热塑性材料在通过成形设备之前和/或期间，在与该热塑性材料接触的正极和负极之间移动热塑性材料，该场基本垂直于在与热塑性材料接触的正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间材料的流动。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于在正极和负极或接地极之间的热塑性材料中产生电致伸缩效应。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，包括加工包含至少一种具有熔点、低于熔点的结晶温度、和玻璃化转变温度的结晶或半结晶聚合物或共聚物的热塑性材料，该聚合物或共聚物基本仅具有低于结晶温度的固体晶体，
-其中将材料加热到高于结晶或半结晶聚合物或共聚物熔点的温度，和
-其中在成形设备中，通过将其中材料的温度从高于结晶温度的温度，降低到低于结晶或半结晶聚合物或共聚物玻璃化转变温度的温度，而加工该受热的材料，
该方法的特征在于至少在关于高于玻璃化转变温度的温度或温度范围，使材料承受静电场。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于至少在关于高于结晶温度的温度或温度范围，使材料承受静电场。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于至少在将温度从高于结晶温度的温度，降低到玻璃化转变温度和结晶温度之间的温度的同时，使材料承受电场。
9.根据权利要求7的方法，其特征在于至少在将温度从高于或接近结晶温度的温度，降低到接近玻璃化转变温度的温度的同时，使材料承受静电场。
10.根据权利要求6-9中任一项的方法，其特征在于至少在关于接近熔点的温度使材料承受静电场。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于至少在关于接近熔点的温度，以及关于在高于结晶温度和如下温度之间延伸的温度范围，该温度位于结晶温度和玻璃化转变温度之间，使材料承受静电场。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于电场强度至少为1,000,000V/m。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于电场强度至少为2,000,000V/m。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于使材料承受电场，该电场至少与其中材料流动的方向成径向或垂直于其中材料流动的方向。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于材料包含至少一种添加剂以增加介电特性。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于材料是PET，其可能被污染或包含添加剂或填料。
17.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于成形设备是挤出机的成形夹具或模具和/或在于在挤出机模头中施加电场。
18.根据权利要求14的方法，其特征在于模头或成形设备引入设计成用于形成挤出物或挤出产物的内部形状的心轴杆和设计成用于形成挤出物或挤出产物外部形状的壁，和在于在心轴杆和设计成用于形成挤出物或挤出产物外部形状的壁之间产生径向电场。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于心轴杆构成负极或接地极，而壁有利地构成正极。
20.根据权利要求1-19中任一项的方法，其特征在于使用电绝缘流体以冷却正极。
21.一种通过权利要求1-20中任一项的方法向热塑性材料赋予形状的设备，该设备包括：
-含有用于引入热塑性材料的通道的模头或成形腔室，该腔室或模头含有一个或多个与热塑性材料接触的壁；
-用于至少部分地冷却一个或多个壁的冷却设施；和
-用于将与热塑性材料接触的腔室或模头的至少一个壁或壁的一部分连接到电源，以在至少该壁或壁的一部分与腔室或模头的另一个壁或壁的一部分之间产生静电场的设施。
22.根据权利要求21的设备，其特征在于它包括用于将第一壁或壁的一部分连接到电源电极的第一设施，和用于将另一个壁或壁的一部分连接到电源的另一个电极或连接到接地极的第二设施，使得第一壁或壁的一部分形成正极。
23.根据权利要求21或22的设备，其特征在于它包括或操作性地与这样的设施相关联，该设施用于在正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间产生静电场，该设施在该电极之间或在正极和接地极之间产生至少800,000V/m的静电场。
24.根据权利要求21或22的设备，其特征在于它包括或操作性地与这样的设施相关联，该设施用于在正极和与热塑性材料接触的负极或接地极之间产生静电场，该设施在该电极之间或在正极和接地极之间产生至少1,000,000V/m的静电场。
25.根据权利要求21-24中任一项的设备，其特征在于正极和负极或接地极构成沟槽的壁，在该沟槽中热塑性材料在一个方向上移动，布置该电极或接地极以基本垂直于材料在沟槽中流动方向的静电场。
26.根据权利要求21的设备，其特征在于它含有操作性地与成形腔室相关联的模头，和用于将模头和成形腔室的一个或多个壁连接到至少一个电源，以在模头中产生静电场和在成形腔室中产生静电场的设施。
27.根据权利要求21-26中任一项的成形设备，其特征在于成形腔室是连接到挤出模头的成形夹具。
28.根据权利要求21-27中任一项的设备，其特征在于布置其间产生静电场的壁或壁的一部分以产生径向电场。
29.根据权利要求21-28中任一项的设备，其特征在于相对于冷却设施排列用于产生电场的设施，以至少在成形腔室的一个区域中产生电场，其中材料经过从高于结晶温度或接近于结晶温度的温度到低于结晶温度的温度。
30.根据权利要求21-28中任一项的设备，其特征在于相对于冷却设施排列用于产生电场的设施，以至少在成形腔室的一个区域中产生电场，其中材料经过从高于结晶温度或接近于结晶温度的温度到接近于或基本等于玻璃化转变温度的温度。
31.根据权利要求21-30中任一项的设备，其特征在于它含有设计成用于形成在成形腔室中成形的产物内部形状的心轴杆，后者具有设计成用于形成产物外部形状的壁，和在于心轴杆和设计成用于形成产物外部形状的壁构成用于产生径向电场的电极和接地极。
32.根据权利要求31的设备，其特征在于心轴杆构成负极或接地极，而壁构成正极。
33.根据权利要求21-32中任一项的设备，其特征在于它含有正极和负极，排列正极和负极以在它们之间形成电场和构成与热塑性材料接触的成形腔室的壁，电极与热塑性材料的接触面含有至少为25μm厚的氧化铝层。
34.根据权利要求33的设备，其特征在于正极由铝合金制成。
35.根据权利要求21-34中任一项的设备，其特征在于与材料接触的成形设备或成形夹具和/或模头的壁含有氧化铝。
36.根据权利要求21-34中任一项的设备，其特征在于与材料接触的成形设备或成形夹具和/或模头的壁由包含氧化铝的层覆盖。
37.根据权利要求21-36中任一项的设备，其特征在于成形腔室是模具。
38.根据权利要求21-37中任一项的设备，其特征在于一个或多个绝缘设施在正极或连接到电源正极的电极，和接地极或负极或连接到电源负极的电极之间延伸。
39.根据权利要求38的设备，其特征在于一个绝缘设施由绝缘或介电流体或液体的层形成。
40.根据权利要求38或39的设备，其特征在于它具有与正极接触，包含绝缘流体或液体的腔室，和在于它具有与该腔室互通的通道，该通道含有将腔室连接到绝缘流体或液体循环系统的设施。
41.根据权利要求40的设备，其特征在于该系统引入冷却系统。
42.根据权利要求20-40中任一项的设备，其特征在于与材料接触的正极的长度-该长度在其中材料在成形腔室或模头中前进的方向上计算-大于5cm。
43.根据权利要求42的设备，其特征在于所述长度大于10cm。
44.根据权利要求42的设备，其特征在于所述长度大于20cm。
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