CN88103326A - 改进的复合材料挤压装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种新颖的复合材料挤压装置，在其推荐的实施例中有一个模子装在装料部分中。这一装置包括边缝形成通道，它可以得到芯子材料夹在相邻夹层之间并具有整体封闭边部的夹层材料。本发明还提出一种生产芯子材料夹在相邻夹层之间的夹层材料的独特的方法。

Description

本发明是关于一种复合材料挤压，特别是关于热敏感材料或腐蚀性材料，尤其是象聚偏二氯乙烯及乙烯乙酸乙醇之类的热塑材料的复合挤压。

大家知道，在美国专利4，197，069号中提出了一种在料流通道之间有可调节叶片的挤压装置。这种可调叶片可使料流会聚时具有大体相同的流速。

将芯子材料包起来的方法从以下一些专利中可以找到：这些专利包括美国专利3，397，428号，美国专利3，479，425号以及美国专利3，860，372号。在日本专利文件55/28825中提到一种多功能模子，从该文件的图7中可以看到，这种模子可以生产出芯子层夹在上下层之间形成的夹层材料。

另外大家也知道有一种复合材料挤压装置，其特征在于：它在装料部分有一个可拆换的模子。这个模子固定在第一料流通道与第二料流通道之间。从模子中挤出的芯子材料被夹在从上述这些料流通道中挤出的材料之间。

在这个复合材料挤压装置的第一料流通道与第三料流通道之间安装了一个可以转动调节的叶片装置。同样，在第二料流通道与第四料流通道之间也安装有一个可以转动调节的叶片装置。在每一个叶片装置的一端都有一个切口端面。

每一个料流通道包括一个带锥度的流量限制通道。比如在美国专利4，197，069号中，可以通过径向调整叶片装置的端部来调节流量限制通道的宽度，该装置可以使料流会聚时具有大体相同的流动速度。

在靠近每一个叶片尖端的位置上安装有一个可拆换的可调的分配杆。从外面可以靠近这个分配杆以便进行调整。用这种分配杆与可调的叶片尖端相配合使用，必要时就可以控制从料流通道中流出的材料的形状。

通过这种形状控制就可以使夹层材料各层在宽度方向具有大体均匀的断面。在控制夹层断面形状的过程中，料流的断面形状从垂直于料流方向看去是从一种矩形转变另一种形状，这就是当汇合的料流形成熔融夹层材料的时候，材料从下游的模子中通过时又变成其原来的矩形。

上述复合材料挤压装置的缺点在于它不能始终如一地防止芯子材料的横向泄漏。因此，有时候会在热不稳定聚合物芯心层材料的边部出现一点材料老化的情况，也就是可以看到这种热不稳定聚合物有些变色。

另一个缺点是在可调叶片装置的两侧都有料流存在，从而使料流控制条件复杂化了。结果，操作人员就难以确定需要怎样调整叶片位置。

另外，还可能会出现这样的情况，叶片装置每一侧的料流需要在相反的方向进行调整。比如，从第一和第二料流通道流出的量以及模子的流量应该保持恒定的比例关系。但是，如果在第三料流通道中出现了湍流，那么就应调整叶片装置以消除这种湍流现象，而这种调整 又破坏了上述的比例关系。此外，这种比例失调就可能引起芯子料流的横向泄漏。

所以，有必要提供一种改进的复合材料挤压装置，它可以始终如一地防止芯子材料的横向泄漏。如果这种改进型挤压装置能够简化和改进料流的控制，那么这种装置将更有利于复合材料的挤压。另外，这种挤压装置将有可能使芯子材料密封起来的复合材料挤压方法得到改进。

因此，本发明的一个目的就是要提供一种可以防止芯子材料横向泄漏的改进型复合材料挤压装置。

本发明的另一个目的在于提供一种改进的复合材料挤压装置，它可以生产没有老化现象的芯子材料夹层。

本发明还有一个目的，即提供一种简化并改进料流控制的复合材料挤压装置。

本发明进一步还有一个目的，那就是要提供一种改进的复合材料挤压方法以便得到密封的芯子材料夹层。

本发明的其他目的，优点和新的特点将在随后的说明中加以阐述，通过对下面的说明进行审查，本专业技术人员可以明白，同时也可以通过使用本发明来学会它。通过权利要求中提到的各种手段和它们的组合，就可以实现和达到本发明的目的和优点。

为了达到上述目的并且按照本发明的目的提供一种改进的复合材料挤压装置，本发明将在下面具体说明。本装置的主体包括第一料流通道和第二料流通道。而第一和第二料流通道各自又包括一个输送通道。

在本装置的第一料流通道与第二料流通道之间装有一个模子。本装置的主体有一个平面，它与模子的一个棱面相配合形成了第一料流通道的输送通道，主体部分还有一个平面，它与模子的另一个棱面相配合形成了第二料流通道的输送通道。

本装置还包括一对边缝形成通道，分别位于输送通道的每一端，并与其有液体流通。每一对边缝形成通道在一个会聚点相汇合，这个会聚点位于输送通道与模子出口通道的会聚点的上游。

还提供一种复合材料挤压方法用来生产芯子材料被夹在相邻材料层之间的夹层材料。这种方法包括芯子材料与第一和第二料流相汇合的过程。在这种方法中，第一和第二料流的边部先行汇合，也就是在芯子材料与第一和第二料流汇合以前先汇合在一起。这样，先行封闭的边部就可以防止芯子材料的横向泄漏。

在随后的附图以及本发明的详细说明中，仅仅是按照我认为是说明本发明的最佳方式对本发明的推荐实施例加以表示和必要的说明。应该认识到，本发明可以有其他不同的实施方法，在本发明的范围内可以进行各种的改进。因此，这里的附图和详细说明应该认为是为了说明之用而不是一种限制。

现在参看附图，这些附图作为本发明的说明书的一部分，说明按照本发明的改进型复合材料挤压装置的推荐实施例。

图1所示是按照本发明的改进型复合材料挤压装置的推荐实施例的平面图，图上将外盖13的一部分取掉了

图2所示是图1中复合材料挤压装置沿2-2线所取的断面图;

图3所示是图1中那个可移动的模子24的放大的透视图;

图4所示是沿图2中4-4线看的放大图

图5所示是沿图2中5-5线看的放大的剖面图，图上表示出输 送通道32，34的详细情况，并且表示出中心料流和侧面料流在汇合点134会聚的情况。

图6所示是沿图2中沿6-6线的放大的剖面图，图上表示出边缝通道150，154，并且表示出从这些通道中流出来的材料在汇合点154处的会聚情况。

图7所示是沿图2中7-7线的复合材料流N的放大断面图;

图8所示是本发明的复合材料挤压装置的另一个推荐实施例的断面图，它与图5所示的断面图大致相似;

图9所示是图8中的分配杆204的透视图。

如上所述，本发明是一种改进的复合材料挤压装置和方法。本发明主要是用于热敏感或腐蚀性的热塑材料的隔绝，这些材料包括聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、乙烯乙酸乙醇以及丙烯腈等。此外，由于本发明具有芯子部分材料隔绝的特点，所以本发明对于贵重芯子材料的复合挤压也是适用的。

聚偏二氯乙烯是一种热敏感和受剪敏感的树脂。因此，要限制这种树脂同复合挤压装置的金属部分之间的接触和滞留时间。否则，将会加速树脂的老化。

现在参看图1，图上示出本发明的复合材料挤压装置10的一个推荐实施例。图中所示的装置是其装料部分12。该装置的外盖13局部剖开，以便看到装置的内部。图上还示出该装置的凹槽14，槽的底部为15，这个凹槽在装料部分的主体16之中。外盖13由螺栓18固定在装料部分的主体上。

在装料部分12的主体上设有上游供料通道20、22。在这些供料通道之间装有一个模子24，这个模子可以很容易地移动。由喂 料管道26向模子24供料。上游供料通道的喂料通道在图上没有示出。

每一个上游供料通道包括一个歧管28，30和一个输送通道32、34。料流的横向流动是在一个歧管中进行。歧管对面的输送通道的逐渐减小的断面可以限制料流从歧管流入中心料流通道36。

在下游方向，中心料流通道36同下游料流通道40、42在汇合点38会聚在一起，形成一个料流出口通路44。下游料流通道的喂料通道在图上未示。料流通道40，42分别包括带锥度的限流通道46、48。

如图所示，在料流通道40和36之间，以及在料流通道36和42之间安装着可以摆动的叶片50、52。这些叶片装置可以调整，从而可以任意地限制通道40，42的流量，这是十分有利的。

在叶片装置的端部54，56附近安装有可以移动的分配杆58，60，这些分配杆可以按照需要分别用于料流通道40，42。

下面参看图2，可移动的模子24具有流线型的通道，因此可以得到流线型的料流，缩短其滞留的时间。模子的通道包括一个歧管70（最好采用涂敷涂层的结构），一个预先输送通道71（如图5所示）以及一个模子出口或输送通道72，输送通道的两壁最好是相互平行的。

料流的横向流动在模子的歧管中进行。模子出口通道的长度和间隙大小可以保证材料在进入模子出口通道时在横向均匀分布。

叶片装置是可以调整的，而模子最好是固定在下面所叙述的位置上。模子一端有一个圆轴74，这个轴由支承面76支撑，而支承面处于外盖13中，模子的另一端78通过一个法兰82用螺栓84固 定到外盖80上。

拧下螺栓84并握住法兰82，就可以使模子从装料部分中抽出来。外盖80上装的螺栓（图上只画了一个），使外盖固定在装料部分的主体16上。

外盖13，80的内壁88，90分别用来限定料流通道36，40，42，44的宽度W。图上所示是中心料流通道36的宽度。对于装料部分这一典型情况来说，这一宽度等于4″。

现在参看图3，可移动的模子的外观从图上可以看得很清楚，模子具有一个矩形断面的出口窄缝100。如果所用的一种树脂的流动阻力比所用的其他树脂大，当用它作为芯子材料时，最好从模子中提供一层较厚的流动阻力大的树脂作为侧面料流，这样可以通过一个下游模子歧管得到横向均匀的分布。这一层较厚的侧面料流可以通过使用一个两头间隙比中间间隙大一些的出口窄缝来得到。聚偏二氯乙烯就是流动阻力大的一种树脂。

从图3可以看到模子的主棱面102，104，并在模子圆轴一端可看到端面106，这些面已经被切割，形成切口端面108和切口面110，112。切口面110，113在出口窄缝100的上游相交，形成一个交汇点114。

现在参照图4，在模子的另一端78也有相似的情况，主棱面102，104已被切割形成了切口端面116和切口面118，120，而切口面在出口窄缝100的上游相交，形成一个交汇点122。在模子的这一端78也有一个端面124，在形成切口端面116的时候，端面124的一部分暴露出来了。端面124和外盖13，80的内壁88，90限定着料流通道20，22的宽度，这 个宽度与图2所示的宽度W相同。

参看图5，装料部分的平面130与模子的主棱面102构成了输送通道32的间隙G。输送通道具有一个窄缝，其长度应该足以限制料流，使歧管28中产生一个合适的反压力，从而使进入输送通道的料流在横向均匀地分布。

输送通道的间隙大小应该使材料流出的速度与从模子24流出的速度相匹配，从而促使会聚点那里得到一种分层的料流。假定从输送通道流出的量是一个常量，那么较大的间隙就得到比较低的出口流速，而较小的间隙将产生较高的出口流速。

输送通道的长度也要保证料流从模子24中出来时，在会聚点以前使流出的材料具有均匀的速度曲线。

输送通道的两壁最好是相互平行的。不过，两壁可以在流动方向有一定的锥度。

装料部分的平面132与模子的主面104形成了输送通道34的间隙。这一输送通道的间隙大小和长度可以用上面对于输送通道32所采用的方式予以控制。因此，输送通道34与输送通道32一般来说是相同的。

此外，还可以看出，模子24的出口通道72的间隙大小和长度也是按照同样的方式来考虑。不过，一个重要的不同点在于，一般是首先确定模子24的流量大小，而输送通道的尺寸是根据模子的流量来选择的。

在会聚点134那里，输送通道32，34与可移动模子的出口通道72汇合到一起，形成了一个主通道36。各个输送通道与主通道36之间所形成的会聚角一般以45°为宜。

再参看图4，模子的主棱面102，104的宽度为U，这决定了输送通道32，34的宽度。换一种说法，同时也参看图3，主棱面102的边部136，138决定了输送通道32的边部，而主棱面104的边部决定了输送通道34的边部。

参看图6，料流通道20包括一个边缝形成通道150，这个通道的间隙为D，它是由装料部分的平面130与切口面110构成的。通道150在会聚点152处与料流通道22的边缝形成通道154相交。在通道20中材料流动方向上，间隙D是逐渐加大的，它比图5中的间隙G要大一些。

通道154的间隙由装料部分的平面132与切口面112构成。这个间隙一般是与边缝形成通道150相同的。因此，这两个通道在材料流动方向都具有反向的锥度。

比较图5和图6就可以看出，边缝形成通道150，154的汇合点152是在会聚点134的上游。这就保证了在芯子材料从模子出口通道中挤出来并且芯子材料与通道20，22中出来的料流汇合以前，就已经形成了完整的边缝部分。

再参看图4，通道150，154具有宽度V，这个宽度是由外盖13的内壁88和切口端面108限定的。在模子的另一端78，切口端面116和切口面118、120与模子另一端78的端面124一起分别构成了料流通道20，22的边缝形成通道156，158。这些通道在某一点（图上未示）相交，相交的这一点最好是在与汇合点152相对于会聚点134的那个位置上。

边缝形成通道156，158的间隙宽度最好与边缝形成通道150，154的宽度相一致。通道156、158的宽度（用V表 示）是由切口端面116和端面124限定的。

模子24的刚性安装以及装料部分平面130、132与模子面相配合形成输送通道32，34，这些都使得输送通道具有固定不变的几何形状。因此，就可以使输送通道的流量与模子的流量之间保持一个恒定的比例关系。

可以很容易计算出来，通道20，22，36的宽度W（图2上画出中心通道36的宽度），等于输送通道的宽度U加上边缝形成通道的宽度V。为了说明起见，当宽度W为4″时，宽度V等于1/64″。如果需要比较宽些的边缝，就可以选择较大的宽度V。

模子24的可拆卸性的好处在于，这个模子可以用一个可以互换的模子来代替，更换的模子可以具有不同的宽度，和/或不同的出口窄缝100，也可以使边缝会聚通道具有不同的宽度。

如前所述，料流通道20，22包括输送通道32、34以及边缝形成通道150、154、156、158。这样，从料流通道20，22中挤出来的侧面料流将在会聚点134的上游先行会合，在芯子材料从模子出口窄缝100中出来以前先形成了边缝部分。结果，芯子材料便被夹在从料流通道20、22中出来的料流之间，同时，也可避免芯子材料的横向泄漏。

下面对于用聚偏二氯乙烯作为芯子材料的情况，对复合材料挤压装置10的操作加以说明。任何其他愿意采用的适合材料都可以用做芯子材料，但是，一般所选用的材料都是热敏感的，腐蚀性的或者贵重的热塑材料。

将芯子材料夹在中间所用的侧面材料是乙烯乙酸乙烯酯，这是一种典型的热塑粘合物。也可以用其他类型的适当材料，不论是粘合物 还是非粘合物，来作为芯子材料的夹层材料，在选择这些材料时通常要看所选的芯子材料。

用镍制做的模子24具有一个3 (15″)/(16″) ×0.115″的出口窄缝，将这样的模子安装在装料部分12中，其料流通道的宽度W为4″。模子24的通道72的长度为0.25″。

模子具有一个输送通道，其间隙G等于0.055″。这一间隙的大小使从输送通道中挤出的粘合料流的速度与从模子中出来的芯子材料的流动速度相匹配。影响间隙大小选定的因素有：料流速度以及输送通道内壁上的剪切应力。输送通道32，34的长度为1″。

装配后的复合材料挤压装置的边缝形成通道的宽度V为1/64″。交点114，116位于模子出口窄缝100的上游大约1/32″的地方。边缝形成通道的间隙D是按照交点114，116的位置确定的。

在生产操作中，熔化的乙烯乙酸乙烯酯粘合材料进入料流通道20，22，在装料部分的歧管28、30中进行横向流动，并且进入输送通道32，34和边缝形成通道150、154、156、158之中。在通道150、154以及156、158的交点处，粘合物材料形成整体的边缝部分。

与此同时，熔化的聚偏二氯乙烯通过喂料管道26进入模子24中，这个模子也是用镍制造的，材料在模子的歧管70中进行横向流动，材料通过模子的出口通道72并由窄缝100中挤出来。在会聚点134处，从输送通道32，34出来的粘合物材料与聚偏二氯乙烯料流相汇合。

聚偏二氯乙烯的芯子材料被包在连续不断的粘合物夹层之中。如 图7所示，一种熔融夹层材料N具有用聚偏二氯乙烯做成的芯子层M，芯子层夹在相邻的粘合物层0和相邻的粘合物层P之间。边缝部分K，L使O层和P层相汇合形成“三明治”的边部。边缝形成通道保证使熔融夹层材料具有均匀的边部宽度。

在会聚点38处，熔融夹层材料N与熔融的热塑材料相汇合;烯属聚合物等热塑材料通过料流通道40流出来，而另外一种熔融的热塑材料，比如苯乙烯聚合物则通过料流通道42流出，形成一种由五层组成的熔融夹层材料，各层的排列次序如下：顶面一层是苯乙烯聚合物、接着是乙烯乙酸乙烯酯粘合物层，芯子层是聚偏二氯乙烯，下面是乙烯乙酸乙烯酯粘合物层，下面一层是烯属聚合物。应当指出，除烯属聚合物和苯乙烯聚合物以外的其他任何一种适合的材料都可以选用，一般都是按照对夹层产品性能的要求来确定选用什么样的材料。

在熔融夹层材料通过一个下游的模子歧管以后就可以得到所要的夹层产品。经检查表明，这种夹层产品的芯子层没有任何老化现象。

现在参看图8来说明本发明的复合材料挤压装置200的另一个推荐实施例。在图8中，带撇的编号表示与前面一个实施例中相同号的部分。这样就可以容易看明白，这一实施例与前面讲的装置10是一样的，所不同的是可调的分配杆202，204，它们安装的位置靠近芯子料流与侧面料流的汇合点134′处。这两个分配杆202，204最好是可以移出的，其优点是可以从外面靠近它们以便进行调节。

如图9所示，分配杆204的轴206上有一个长槽208，这个槽位于轴长度的大约一半处。在分配杆的一端有一个伸出部分 210用来调节分配杆的转动角度，既可以使长槽208朝向料流通道22′流出的料流，也可以使长槽隐蔽起来，背向通道。

在使用当中，当分配杆204的长槽208朝向通道时，长槽邻近部分的料流阻力要比长槽两侧的阻力小一些，因为在长槽两侧部分处，熔融材料遇到的是分配杆整个直径的阻力。相反，当长槽208背向通道的料流时，料流受到的阻力在整个分配杆长度上是均匀一致的。这样，分配杆就有可能根据压力的变化来影响料流的分布曲线。

分配杆202的特性和功能与分配杆204相同。因此，有可能影响汇合的料流的形状，包括边缝料流在内。比如，通过减小中间部分的阻力，侧面料流的边缝部分流量将会减小，反之，如增加中间部分的阻力，侧面料流的边缝部分流量将会增加。这种调节能力使其具有更大的灵活性。

此外，可调节的分配杆可以通过形状来影响边缝形成通道的有效使用，这些通道一般是在料流方向具有反向的锥度。反向锥度可以提供一种低压的通道。因此，任何形状变化对于侧边料流的影响要比对通过输送通道的料流的影响大一些。

另外，这种形状变化特点再加上分配杆可以移动的能力，如果需要可以移动分配杆，从而可以使芯子料流的中间流量增加。同时也可看出，分配杆202，204也可增加芯子料流的侧面流量。

在前面对本发明的叙述中，只对本发明的推荐实施例做了必要的说明，但是如上所述，本发明可以在本说明书表达的发明构思范围内进行变化或者改进。为了说明问题，已经对几个变化或改进做了简单的说明。

本发明可以用来将热敏感的、腐蚀性的或贵重的材料做为芯子材料包在熔融的夹层之中。

Claims (13)

1、一种复合材料挤压装置包括：

(a)一个主体，它有第一料流通道和第二料流通道，每一料流通道都有一个输送通道；

(b)一个模子，它安装在第一料流通道和第二料流通道之间，该模子有一个横向供料室，一出口通道与其有液体流通，其中上述主体具有一个第一平面，它与该模子的第一个棱面相配合形成上述第一料流通道的输送通道，该模子还具有一个第二平面，它与该模子的第二个棱面相配合形成上述第二料流通道的输送通道；而且每条输送通道的宽度都小于各自料流通道的宽度；

c)在上述每条输送通道的每条边缘都有一条边缝形成通道，与输送通道有液体相流通，每一对边缝形成通道在一个会聚点相汇合，这个会聚点位于上述输送通道和上述模子出口通道的会聚点的上游。

2、按照权利要求1所述的复合材料挤压装置，其特征在于：一装料部分包括上述主体。

3、按照权利要求1所述的复合材料挤压装置，其特征在于：在上述模子的一端有一对会聚的边缝形成通道，分别由上述主体第一端面与上述模子的第一切口面，以及由上述主体第二端面与上述模子的第二切口面构成的。

4、按照权利要求1所述的复合材料挤压装置，其特征在于：上述边缝形成通道在料流方向，向着有关会聚点，具有反向的锥度。

5、一种复合材料挤压装置包括：

（a）一个主体，它有第一料流通道和第二料流通道，每一料流通道有一输送料道。

（b）一个模子，它安装在第一料流通道和第二料流通道之间，该模子有一个横向供料室，一出口通道与其有液体流通，其中上述主体具有一个第一平面，它与该模子的第一个棱面相配合形成上述第一料流通道的输送通道，该模子还具有一个第二平面，它与该模子的第二个棱面相配合形成上述第二料流通道的输送通道;而且每条输送通道的宽度都小于各自料流通道的宽度;

（c）在上述每条输送通道的每条边缘都有一条边缝形成通道，与输送通道有流体相流通，每一对边缝形成通道在一个会聚点相汇合，这个会聚点位于上述输送通道和上述模子出口通道的会聚点的上游;

（d）位于上述会聚点附近的用于控制形式的可调分配杆。

6、按照权利要求5所述的复合材料挤压装置，其特征在于：一装料部分包括上述主体。

7、按照权利要求5所述的复合材料挤压装置，其特征在于：在上述模子的一端有一对会聚的边缝形成通道，分别由上述主体的第一端面与上述模子的第一切口面，以及由上述主体第二端面与上述模子的第二切口面构成的。

8、按照权利要求5所述的复合材料挤压装置，其特征在于：上述边缝形成通道在料流方向上，向着有关会聚点，具有反向的锥度。

9、按照权利要求5所述的复合材料挤压装置，其特征在于，上述用于控制形状的装置是可以装卸式的。

10、一种用来使芯子材料夹在第一料流和第二料流之间的复合材料挤压方法，这种方法包括：在一定宽度上横向分布芯子材料，而第一料流和第二料流的横向分布都宽于上述一定宽度;然后，使上述第一料流两边与上述第二料流两边汇合以形成防止上述芯子材料泄漏的封闭边缘;然后使上述芯子材料，上述第一料流和上述第二料流汇合以形成熔合的夹层材料。

11、按照权利要求10所述的复合材料挤压方法，其特征在于该方法还包括：使上述第一料流的一部分比上述第一料流其它部分承受较低的流动阻力。

12、按照权利要求10所述的复合材料挤压方法，其特征在于该方法还包括：使上述第一料流的一部分比上述第一料流的其它部分承受较低的流动阻力以改变上述第一料流的边缘流动。

13、按照权利要求10所述的复合材料挤压方法，其特征在于该方法还包括：在上述第一料流和第二料流的边缘汇合以前，使上述第一料流每边的断面以及上述第二料流每边的断面发生膨胀。

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