CN1827347A - 挤压成形装置、成形品的制造方法和挤压成形品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能使成形品的强度提高的挤压成形装置。从模具(1)的挤出孔(2)连续地挤出含有增强用纤维的成形材料，将上述成形材料形成为成形品，在上述挤出孔(2)内或挤出孔(2)附近的模具(1)内设有用于搅拌成形材料的搅拌机构。它是将位于挤出孔(2)内或其附近的模具(1)内，并设置在进行回转的销(5)的外周上的线材(7)等用作搅拌机构。用该挤压成形装置对上述成形材料进行成形而制造出成形品。
Description
技术领域
本发明涉及一种能制得机械强度提高的成形品的挤压成形装置，使用该装置的成形品的制造方法以及机械强度提高的挤压成形品。
背景技术
一般，将催化剂，催化剂载体，吸附剂，干燥剂，调湿剂等成形为直径为2～10mm、长度为2～20mm程度的圆柱形或圆筒形成形品，将其充填到反应器中而用于种种化学反应过程中。为了制造这种催化剂等成形品，至今还使用着挤压成形方法。
即，将连续地从模具挤出氧化铝等软质的粘土状材料的成形品较小地切断而制造成形品。专利文献1，2公开了使这种成形品的切断尺寸精度提高的挤压成形装置。
为了提高成形品的强度，使成形品不容易破损，采用将纤维混入、分散到成形材料中的工艺。但是，用挤压成形制造的成形品即使是分散有纤维，但在施加扔到地面上等冲击时，还是有容易破裂的问题，特别是在圆柱形或圆筒形成形品的场合下，更容易沿着其轴向破裂。
【专利文献1】特开2002-67020号
【专利文献2】特开2002-79568号
发明内容
本发明的课题是提供一种能使成形品的强度提高，便成形品不破裂的挤压成形装置和使用该装置的成形品的制造方法。
本发明的另一个课题是提供一种耐破裂的强度提高的挤压成形品。
本发明人对上述成形品沿着轴向，即在挤出方向上容易破裂的原因进行了种种调研，结果发现上述原因是由于成形品内的纤维朝向在挤出方向上一致。这被认为是由于在挤出时，当成形材料朝挤出孔流动过程中，纤维与该流动方向一致。由此，本发明人进行了重复的精心研究，结果发现了一个新的事实，即，借助在挤压成形装置内的模具上所设的挤出孔内或其附近的模具内，设置用于对成形材料进行搅拌的搅拌机构，挤出时成形材料内的纤维随机地分散，成形品的强度提高，由此作出了本发明。
即，本发明的挤压成形装置是从模具的挤出孔连续地挤出成形材料，将上述成形材料成形为成形品的，其特征在于，在上述挤出孔内或挤出孔附近的模具内设有用于搅拌成形材料的搅拌机构。
作为上述搅拌机构，例举出是位于挤出孔内或其附近的模具内，并设置在进行回转的销的外周上的突起物。
而本发明的成形品的制造方法，其特征在于，用上述的挤压成形装置，对含有增强用纤维的成形材料进行成形。
本发明的挤压成形品是含有增强用纤维的成形品，其特征在于，上述增强用纤维是相对于挤出方向的50％累积度数的角度为20°以上，而且90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差为40°以上。最好，上述增强用纤维是相对于挤出方向的50％累积度数的角度为30°以上，而且90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差为50°以上。
根据本发明的挤压成形装置，由于用上述搅拌机构对从挤出孔被挤出的近前侧的成形材料进行搅拌，成形材料在充分混合的状态下挤出，因而能提高成形品的强度，能抑制成形品的破裂等。
特别是，由于用本发明的挤压成形装置，对含有增强用纤维的成形材料进行成形，能使成形材料内的纤维朝向随机地分散，因而成形品在其挤出方向上的破裂减少，成形品的强度提高。
具体地说，由于本发明的挤压成形品中是增强用纤维相对于挤出方向的角度分散得非常宽，因而具有耐破裂的强度提高的效果。
附图说明
图1是表示作为本发明一个实施方式的挤压成形装置的主要部分的概略断面图。
图2是表示挤压成形装置的大致整体结构的概略断面图。
图3(a)是表示本发明中的销的另一个例子的侧视图，图3(b)是该销的正视图。
图4(a)是表示本发明中的销的再一个例子的侧视图，图4(b)是该销的正视图。
图5是表示在用实施例1制得的成形品中，增强用纤维相对于挤出方向的角度累积度数的图表。
图6是表示在用实施例2制得的成形品中，增强用纤维相对于挤出方向的角度累积度数的图表。
图7是表示在用实施例3制得的成形品中，增强用纤维相对于挤出方向的角度累积度数的图表。
图8是表示在用比较例制得的成形品中，增强用纤维相对于挤出方向的角度累积度数的图表。
具体实施方式
图1和图2表示本发明的一个实施方式，图1表示作为该实施方式的挤压成形装置主要部分的挤出孔及其周边的结构。
模具1安装在成形装置10的前面，设有将成形材料连续地挤出的挤出孔2。在挤出孔2的后方，形成使成形材料向挤出孔2流动的流路3。在挤出孔2的后方的流路3内设置着螺旋4。该螺旋4是用凸缘式挤出装置或螺旋式挤出装置等(图中没有表示)，按一定流量，将通过流路3压送来的成形材料从挤出孔2挤出。
在螺旋轴40的前端配置着销5，该销5插入在挤出孔2内。螺旋轴40构成筒形，在其外周面上设置着螺旋4。在该螺旋轴40的内部收容着使销5回转用的回转轴6。在螺旋轴40的内面和回转轴6的外周面之间设有滚珠轴承(滚针轴承等)(图中没有表示)，回转轴6和螺旋轴40作成能分别独立回转。
在上述销5的后端设有与回转轴6连接用的安装座50。在该安装座50上安装着作为搅拌机构的多根线材7(譬如钢丝等金属线)。线材7的前端从销5的外周沿径向突出地折弯。既可以将线材7大致与销5平行地安装，也可以相对于销5倾斜地卷上。而且，虽然线材7相对于1个销5的安装根数是只要得到成形材料的搅拌效果即可，没有特别的限定，但安装1～5根左右的线材7是比较适当的。
图2表示该实施方式的挤压成形装置的整体结构。成形装置10是本体构成筒状，前端面上固定着模具1。在模具1中，以成形装置10的中心轴为中心地围绕着该中心配设着多个(通常是2～8个)挤出孔2，2...。因此，在成形装置10的前端形成分成多个，并与挤出孔2，2...连通的各个流路3。
这里，使多个销5回转的结构如下所述。即，在将销5分别固定的多个回转轴6中的一个轴上，后部安装着皮带轮8，在该皮带轮8和电动机9的轴10上的皮带轮11之间架设着皮带12(譬如同步皮带)，由电动机9的回转驱动力使回转轴6中的一个轴进行回转。
在该回转轴6的外周面上安装着齿轮13，由与该齿轮13啮合的齿轮14，经由驱动轴15，使驱动皮带轮16回转。另一方面，在另一个回转轴6上，除了与上述回转轴6同样地设有齿轮13，齿轮14以外，还安装着从动轴115和从动皮带轮116。而且，在上述的皮带轮16，116之间架设着皮带17(譬如同步皮带)，这样，使全部回转轴6，6...以相等速度进行回转，由此使前端的各个销5回转，用线材7对各个挤出孔2内的成形材料进行搅拌。
这时，带有弹簧18的一组推顶器19与邻接的各个皮带轮16，116之间的皮带17相接，使皮带17的张力保持一定。这样，由于多个回转轴6，6...以相等速度进行回转，因而能用线材7对各个挤出孔2内的成形材料进行相等的搅拌，防止成形品的破裂。虽然对回转轴6、销5的回转速度没有特别的限定，但在成形材料移动10mm的期间进行2～20圈的回转；最好进行5～15圈的回转，这样，能得到适当的搅拌效果。
在本实施方式中，是使用齿轮13，14，轴15，115和皮带轮16，116，使全部回转轴6进行回转，这是因为在回转轴6和成形装置的圆筒本体之间没有空间的缘故。在能取得空间的场合下，也可以不使用上述的齿轮13，14，轴15，115和皮带轮16，116，而将皮带直接架设在各个回转轴6上而使其回转。
另一方面，螺旋4的回转如下所述地进行。即，在插入了回转轴6的螺旋轴40的外周上固定着正齿轮20。该正齿轮20经由正齿轮21而与安装在电动机22的轴上的正齿轮23啮合。因此，借助使电动机22的驱动，可使各个对应的螺旋4进行回转。
如图2所示，按每个螺旋4分别配设着电动机22，分别独立地对成形材料向各个挤出孔2的流量进行流量控制。由此可按各个挤出孔2进行不同的成形材料的挤出流量的调整。
这样，使螺旋4和销5相互独立的进行回转，用螺旋4以一定速度将成形材料挤出，并用设置在销5上的线材7对成形材料进行搅拌。因此，含在成形材料中的纤维的朝向是随机的，制得的成形品的强度提高。
虽然在本实施方式中，在销5上安装多根线材7而作为突起物，但并不局限于这种结构，只要能进行搅拌，则可使用种种突起物。图3和图4表示设有其他突起物的销的例子。
图3表示将线材26嵌合在按规定角度(譬如90°或45°)逐个错开地开设在销51上的贯通孔25中作为突起物的结构。设置1～5个贯通孔25是比较合适的。在销51的安装座53上设置着与回转轴6相连接用的阳螺纹部54。
图4是表示将具有突起27的圆环28嵌入在销52上，用点焊等工艺将其固定的结构。突起27并不局限于图示的+字形，可以是各种形状(譬如，也可以是1根具有突起的圆环)。其他部分与图3所示的销51相同。
即使用这样的销51，52，也能取得与使用线材7的销5同样的效果。
虽然用在上述实施方式制得的成形品是中空筒形的，但通过使销5的前端位于挤出孔2的出口内侧就能制得柱状的成形品。而且，只要得到搅拌效果，则突起物不必一定要设在挤出孔2内，突起物可位于挤出孔2附近的模具内。
下面，说明用上述成形装置制得的本发明的挤压成形品。如上所述，该挤压成形品含有增强用纤维。作为增强用纤维可例举出玻璃纤维，碳纤维，碳化硅纤维，氧化铝纤维等无机纤维，聚酯纤维，聚酰胺纤维(尼龙纤维)，聚酰亚胺纤维等合成纤维。
由于增强用纤维的长度是根据成形品的尺寸大小等参数决定，因而没有特别的限定，但可以将平均纤维长度取成0.01～1mm，最好是0.1～0.8mm。而且可以将纤维平均直径取成1～10μm，最好是1.5～5μm。此外，增强用纤维的含有量可以取成相对于成形材料(干燥重量)的3～30质量％，最好是5～20质量％。
在本发明中，将相对于挤出方向的50％累积度数的角度(A50)，90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差(A90-A10)用作对成形品内的增强用纤维的分散程度进行评价的尺度。
50％累积度数的角度(A50)称为增强用纤维的长度方向相对于挤出方向的平均角度。
而90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差(A90-A10)表示90％累积度数的增强用纤维分散角度和10％累积度数的增强用纤维分散角度之差。该差值越大，表示增强用纤维被分散得越好。这些测定方法如下述的实施例所记载。
本发明中，上述50％累积度数的角度(A50)是20～70°，最好是30～60°。
而90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差(A90-A10)是40°以上，最好是50°以上。
在上述(A50)小于20°时，和/或在上述(A90-A10)小于40°时，由于增强用纤维的分散程度不充分，因而有可能耐破裂的强度降低。
作为本发明的成形品的具体例子可以例举出如催化剂，催化剂载体，吸附剂，干燥剂，调湿剂等。而且成形品的材料并不局限于无机材料，即使对种种塑料等材料，本发明的挤压成形装置也是能适用的。
下面，例举实施例来说明本发明的挤压成形装置。
【实施例1】
用图1，图2所示的挤压成形装置，对粘土状的氧化铝催化剂成形材料进行挤压成形，制造其成形品。氧化铝成形材料是相对于100份重量的催化剂，含有平均纤维长度为0.4mm的6份重量的氧化铝纤维和38份重量的水。
使用的模具1是表面经过镀铬处理的，具有将8个挤出孔2配设成同心圆状的圆盘形状。挤出孔2的内径是6.6mm，长度是10mm。
内径2.5mm，长度22mm的销5被插入在挤出孔2内。如图1所示，将3根金属丝的后端固定在销5上，倾斜地卷绕在销5上，并使前端从销5稍稍翘起。
用该挤压成形装置，以10mm/分钟的挤出速度，对上述氧化铝催化剂成形材料进行挤压成形。这时，将回转速度调整成当成形材料在挤出孔2内前进6mm时销5回转6圈。
【实施例2】
除了用图3所示的销51替代图1所示的销5之外，其余与实施例1同样地进行挤压成形。但嵌合在销51的贯通孔中的线材26的根数是2根，两根线材26的交叉角度是90°。
【实施例3】
除了用图4所示的销52替代图1所示的销5之外，其余与实施例1同样地进行挤压成形。但十字形圆环28的个数是1个。
〔比较例〕
除了用没有突起物的销之外，其余与实施例1同样地进行挤压成形。
用下述的落下试验和耐压强度试验对用上述实施例和比较例制得的成形品的强度进行调研。
〔耐压强度试验〕
对切断成长度为6.6mm的成形品，沿着其厚度方向(径向)施加压力时，测定成形品破裂的压力，将此值作为耐压强度。
〔落下强度试验〕
将切断成长度为6.6mm的成形品放在25℃，80％RH环境下，干燥15小时，用550℃烧成之后，将其垂直地立起，在下端加上高度为30mm的硅橡胶制造的栓的内径为25.4mm程度，长度为5m的铁管中，测定从上端使其落下时的成形品的粉末化比例。即，将落下的成形品过筛，用以下的基准对粉碎品，半粉碎品和合格品的比例进行评价。
粉碎品：8筛孔下(-8#)〔通过8筛孔的筛子(网眼2.36mm)的比例(质量％)〕
半粉碎品：8筛孔上、4筛孔下(+8#～-4#)〔通过4筛孔的筛子(网眼4.75mm)，不通过8筛孔的筛子(网眼2.36mm)的比例(质量％)〕
合格品：4筛孔上(+4#)〔不通过4筛孔的筛子(网眼4.75mm)的比例(质量％)〕
而且，成形品中的增强用纤维的分散状态用下述的方法进行评价。先将成形品沿着与挤出方向平行地破开，用扫描电子显微镜(SEM)观测其破断面，进行倍率为500倍的SEM照相。接着，从得到的SEM照相进行增强用纤维相对于成形品的挤出方向的角度测定。即，在SEM照相上，以任意的间隔记入与成形品的挤出方向平行的细线，用量角器测定纤维相对于该细线的角度。
如上所述地，对用实施例1～3和用比较例分别制得的成形品进行多个增强用纤维角度的测定。图5～图8表示了显示该测定结果(角度分布)的图表(图中，n表示纤维数)。而且，从这些角度测定结果求出10％和90％的累积度数的角度，从它们的差值求出90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差(A90-A10)，还同样地求出50％累积度数的角度(A50)。
表1表示这些试验的结果。
【表1】
| 销的突起物 | 耐压强度daN/mm2 | 落下强度(质量％) | 增强用纤维角度(度) | ||||
| -8# | +8#～-4# | +4# | A50 | A90-A10 | |||
| 实施例1 | 3根金属线 | 0.021 | 8.5 | 9.2 | 82.3 | 40.3 | 66.0 |
| 实施例2 | 2个突起 | 0.019 | 9.0 | 9.4 | 81.6 | 52.4 | 71.7 |
| 实施例3 | 十字形圆环 | 0.018 | 9.6 | 9.0 | 81.4 | 53.6 | 80.5 |
| 比较例 | 没有 | 0.006 | 16.0 | 39.0 | 45.0 | 11.2 | 33.0 |
从表1和图5～图8可以看出，用实施例制得的成形品与比较例的成形品相比，由于增强用纤维的分散度较高，因而能减少纵长方向上的破裂，即能减少半粉碎品，还能提高耐压强度。
Claims (5)
1.一种挤压成形装置，从模具的挤出孔连续地挤压成形材料，将上述成形材料成形为成形品，其特征在于，在上述挤出孔内或挤出孔附近的模具内设有用于搅拌成形材料的搅拌机构。
2.如权利要求1所述的挤压成形装置，其特征在于，上述搅拌机构是位于挤出孔内或其附近的模具内，并设置在进行回转的销的外周上的突起物。
3.一种将上述成形材料形成为成形品的制造方法，其特征在于，用权利要求1或2所述的挤压成形装置，对含有增强用纤维的成形材料进行成形。
4.一种挤压成形品，含有增强用纤维，其特征在于，上述增强用纤维是相对于挤出方向的50％累积度数的角度为20°以上，并且90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差为40°以上。
5.如权利要求4所述的挤压成形品，其特征在于，上述增强用纤维是相对于挤出方向的50％累积度数的角度为30°以上，并且90％累积度数的角度和10％累积度数的角度之差为50°以上。
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