TW201831295A - 用於自塑料生產粉狀物質的方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用於生產結構儘可能為球形的粉狀塑料粒子的方法，其中使由塑料組成之起始產物(30)、特別是黏稠至固狀的起始產物(30)與以相對於該起始產物(30)至少5m/s之速度v移動之物體(20)之光滑表面(24)接觸。在該起始產物(30)與該物體(20)之間的該接觸區(34)中，該起始產物(30)經局部加熱且呈粉狀形式沿該物體(20)移動方向自該接觸區(34)噴出。

Description

用於自塑料生產粉狀物質的方法與裝置
本發明係關於一種用於自塑料生產結構儘可能為球形的粉狀物質的方法與裝置。
目標為粒度低於500μm，特別是低於100μm，例如，粒子在30至100μm範圍內。可經指定之最大上限為800μm。下限在奈米範圍內。若可能的話，與球形的偏差應使得粒子之最小橫截面尺寸不小於此等粒子之最大橫截面尺寸的20%、較佳不小於此等粒子之最大橫截面尺寸的50%。
例如用於3D印刷、粉末塗料等之多個使用領域需要此類粉狀材料。個體粒子愈為球形的，粉末愈可流動。
用於製造此類粉狀物質之裝置自DE 20 2016 106 243 U1係已知。該文獻中，將起始產物之熱熔體供應至噴嘴裝置，熔融物自該噴嘴裝置離開且分離成小液滴而下落。其藉助於致冷劑(cryogas)冷卻且收集於下方的區域。
類似裝置及對應方法亦自EP 945 173 B1已知。US 6 903 065 B2描述根據上文所提及之歐洲專利說明書EP 945 173 B1之此方法。其係關於製造50μm至300μm、特別是大於100μm之典型粒度。
在此等方法中，用作起始產物之塑料在各情況下經加熱以使得 其可經噴射。然而，此加熱僅可在達到塑料沒有明顯變化的溫度下進行。過度加熱導致塑料發生化學過程，產生不容許的變化。在此情況下，塑料在高溫保持多長的時間似乎亦扮演某種角色。
此外，首先將塑料溶解於溶劑中且自其中得到粒子係已知的；例如，霧化或噴霧所得溶液且保持所得小液滴呈分離形式直至溶劑實質上蒸發。在此方法中，不必要使塑料達到較高溫度，因此就此而言不期望化學變化。然而，溶劑對塑料產生作用。
然而，用習知方法及裝置無法生產足夠圓的塑料粒子。需要另一種生產方法。因此本發明之一目標為指定一種方法，用該方法可以低成本且以工業規模生產儘可能為球形的塑料粒子。另一目標係指定對應裝置。
關於該方法，此目標係藉由一種用於生產結構儘可能為球形的粉狀塑料粒子之方法來達成，其中使由塑料組成之起始產物、特別是黏稠至固狀的起始產物，較佳在靜止時與以相對於起始產物至少5m/s之速度v移動之物體之光滑表面接觸，由此起始產物在起始產物與物體之間的接觸區中經局部加熱且呈粉狀形式沿物體移動方向自接觸區噴出。關於裝置，目標為藉由具有請求項13之特徵之裝置來達成。
本發明採用一種新方法。該方法稱為摩擦噴射。使起始產物與相對較快移動的物體表面接觸。出於此目的，起始產物不必整體被加熱。的確發生加熱程序，但限於起始產物與物體之間的極小接觸區。因此，在各情況下，一次僅使少量塑料達到足夠用於粉碎的較高溫度維持極短時間。因此，可能的化學變化之時間受到限制。塑料發生化學變化之可能性顯著低於根據噴霧方法加熱至相同溫度之塑料的情況，例如，根據EP 945 173 B1。
出人意料地，已發現實質上球形的塑料粒子係在接觸區中形成。一方面，相對移動生成摩擦熱，另一方面，其導致塑料材料分離且甚至很可能導致形狀生成，亦即最終導致小球形粒子之形成及成形。最終，相對移動使此等球形粒子加速且自接觸區噴出。離開動作實質上相切，在任何情況下較佳在離開楔內。自接觸區離開之球形粒子之溫度顯著低於以噴霧方法離開噴嘴的粒子。因此，不必以冷卻氣體或其類似物專門冷卻。冷卻在粒子通過空氣沿軌跡飛入收集容器時進行。在收集容器中，粒子如此足夠堅固的以至於其表面不再黏稠且由於該原因其不彼此黏附。
該方法應以使得塑料無法沉積於物體表面上或塗佈物體表面的該種方式進行。甚至在該方法已進行較長時期之後，物體表面應保持與開始時同樣純淨及乾淨。為達成此目的，可採用幾種量測。相對速度可增大例如至高於10或高於20m/s之數值；因此，加速度及離心力變得更高以使得抵消任何黏著性。表面應為如此光滑的且具有塑料不黏附於表面的該種品質。物體可經溫度調節，由此大致上減少塑料黏著之危險。物體及因此其表面之材料可經選擇，以呈現所用塑料儘可能低的黏著力水平。此外，起始產物壓靠物體表面之力可變化。較佳地，施加至少1N之力。，在較大力下比較小力的情況下更可能發生表面上的抹污(smearing)。此外，較高產率之塑料粒子一般用較大力獲得。本文中，必須發現一種適用的平均值。最終，該方法亦視在各情況下所用塑料而定。並非所有塑料可或應以相同方式處理；相反地，各塑料的個別參數(相對速度、物體材料、表面之表面品質，亦即粗糙度等)不同。
已證明將物體形成為圓柱體係有利的，其圍繞圓柱體軸線旋轉，及使起始產物與圓柱體外殼接觸。尤其在半徑小於10cm、特別是小於2 cm的圓柱體之情況下，曲率大到以至於噴出之塑料粒子自由移動。與其比較，平面表面則不會如此。由於曲率之故，亦更易於在收集容器中收集塑料粒子且將收集容器安置於裝置中。塑料粒子以楔形噴流之形狀離開接觸區。如果塑料粒子以自由噴流離開有利。
提供具有間斷之另外的光滑表面為有利的。間斷較佳以常規方式安置。間斷可經組態為槽溝或肋線。間斷沿移動方向相對較短，例如，短於1mm，較佳短於0.2mm。間斷高度或深度亦受限；其最大高度或深度較佳為1mm或0.2mm。物體表面之不間斷區位於兩個相鄰間斷之間。沿移動方向，此區域較佳比上文所提及之間斷尺寸長十倍，特別是二十倍。
較佳地，表面粗糙度經標定尺寸以使得所生產之塑料粒子可絕不沉積在表面輪廓之相鄰峰之間。較佳地，物體表面之最大粗糙度Rz比塑料粒子之平均粒度大至少十倍。較佳地，大至少50倍。
在一較佳具體實例中，起始產物位於導管中且在其中以可移動方式經引導。此使得亦使用更軟的塑料化合物作為起始產物(例如，黏性材料)有可能。
用於製造由結構儘可能為球形之塑料組成之粉狀物質的裝置包含具有實質上光滑表面且以至少5m/s之速度v移動的物體；此外，其具有進料裝置以用於黏稠至固狀的起始產物，該產物在接觸區中與表面接觸，且其亦具有位於接觸區附近處之收集容器。一方面，進料裝置儲存起始產物，另一方面，其有助於用一定力或一定壓力相對於表面移動起始產物，同時甚至供應起始產物。其因此實現足夠量之起始材料不斷與表面接觸。
較佳地，進料裝置具有導管，其具有緊鄰接觸區之自由端。起始產物以可移動方式在導管中經引導。導管允許使用自身不具有穩定形狀的起始材料。因此，若起始產物剛性夠以至於其不必經支撐，則導管可省略。
較佳地，提供擠出機，其具有位於接觸區附近處的出口區，且形成起始產物之塑料材料自該出口區離開，其中此起始產物與表面接觸。在此情況下，事實上很大的優點為仍溫熱的起始產物可經直接粉碎而無需同時冷卻或進行其他步驟(諸如中間儲存)。以此方式，熔融物可在線上經處理，且因此在混合之後直接形成粉末。省下運輸途徑，工作以能量上更有效的方式進行。
在接觸區中所形成之塑料粒子於其中儘可能地加速為有利的。加速度大於100g、特別是大於1000g為有利的。
溫度調節起始產物(例如，使其冷卻或使其加熱)可為有利的。特別是在進料裝置中進行。若起始產物之狀態指定為黏性至硬質，則「黏性」之界限由起始產物與表面接觸之前不分離的起始產物界定，但黏性起始產物仍如此足夠堅固以至於其能夠吸收發生在接觸區中之摩擦過程之反作用力。使用導管，其實現反作用力在極短距離內(亦即在導管自由端與表面之間的清晰距離內)出現。導管提供大部分反作用力。
表面之粗糙度值對成功生產粉末很關鍵。對應於自中心線之上下偏差之算術平均值的所謂的Ra值較佳為小於10μm，特別是小於3μm，且較佳小於1μm。較佳比粒子之平均直徑小，特別是至少十倍、較佳50倍。適合之表面為根據ASTMA A 480/480A之至少3個、較佳更多(亦即4個、5個或更多)表面。此外，適合之表面為具有根據EN 10088-2之至少1D、較佳2D或更高(即例如，2B、2G等)的指定表面的表面。
術語靜止應理解為意謂起始產物為實質上靜止的。其能夠被移動。在氣候反轉中，有可能迅速移動起始材料但使物體實質上靜止。關於總成，優點來自起始產物不移動且全部相對移動藉由物體之驅動機制來達成。
本發明之其他特徵可發現於附屬申請專利範圍中。不理解為限 制性的本發明之示範性具體實例將在下文更詳細地描述。
此參考圖式進行。在圖式中：圖1 展示根據第1具體實例適合於粉末生產之裝置之示意性圖示，圖2：展示第2具體實例之示意性圖示，圖3：展示第3具體實例之示意性圖示，以及圖4：展示具有直接分配之擠出機的與第3具體實例類似之第4具體實例之示意性圖示。
根據圖1之具體實例全面地如下描述。其他具體實例僅以其不同於第1具體實例之程度加以描述。
圖1展示物體20，其在此情況下的構造為圓柱體。其圍繞軸線22旋轉，該軸線在此情況下為圓柱體軸線。旋轉驅動根據先前技術實現，例如，用約30,000r.p.m。圓柱形物體之半徑為大約20mm。因此，物體20之表面(在此情況下為圓柱體外殼)以約63m/s之速度移動。
此表面24除幾個間斷26之外為光滑的。間斷的構造為平行於軸線22延伸之凹槽或槽溝。間斷深度為例如0.5mm且在圓柱體上全部軸向長度延伸。間斷均勻分佈於圓周上；例如，4-8個該等間斷26提供於圓柱體外殼上。間斷寬度為大約0.5mm。
物體20沿箭頭28方向移動。因此，表明物體20之移動方向。沿移動方向，物體20之表面24之不間斷的區域係位於兩個相鄰間斷26之間。不間斷的區域之長度顯著較大，在此情況下比沿移動方向量測之間斷26之寬度大四十倍。
固狀起始產物30之棒與表面24接觸。其壓靠此表面24且用一力 向其傳送，參見箭頭32。箭頭32亦表示進料裝置。其不斷地供應起始產物30之材料以使得固定維持起始產物30與表面24之所例示的接觸。
此接觸在接觸區34中發生，該接觸區之尺寸實質上藉由起始產物30之截面來測定且一般小於此截面。在所例示之示範性具體實例中，起始產物30為圓棒。然而，其亦可具有不同形狀，例如，提供為具有矩形截面之平坦輪廓。在此情況下，矩形之較大側平行於軸線22而延伸。
大量的摩擦熱在接觸區34中產生。其導致接近接觸區34之起始產物30之材料局部極有限的熔融。在此情況下，材料不斷地分離，亦即與起始產物30之其餘部分的黏結撕裂，且形成。出人意料地，已發現球形粒子正在形成。其經顯著加速且呈噴流36離開接觸區34。其到達收集容器38。如圖展示，塑料粒子40實質上沿切線方向且垂直於起始產物離開接觸區34。其以楔形離開接觸區34。起始產物30較佳以使得力向量(參見箭頭32)延伸穿過軸線22之方式被引導至表面24。可使用之驅動馬達在先前技術中係已知。
在根據圖2之具體實例中，物體20由纏繞於兩個捲筒42周圍且圍繞其轉動之傳動帶形成。箭頭28再次展示移動方向。驅動至少一個捲筒42。如以虛線所示，起始產物30可推入傳動帶形物體20之無支撐區域；然而，參見實線，其亦可在捲筒42外部接觸傳動帶。
在根據圖3之示範性具體實例中，旋轉盤用作物體20。移動方向再次藉由箭頭28表明。起始產物30位於導管44中。起始產物為靜止的。起始產物30以可移動方式在導管44中經引導。導管44具有位於緊鄰表面24之自由端46。因此，起始產物30不經引導，特別是不經橫向地支撐，僅在自由端46與表面24之間的距離內，其儘可能地小。其僅在並非必須能夠吸收反作用力本身之較短區域內。否則，其由導管44吸收。根據圖3之構造因此尤其適合於較少固狀起始產物30。
最終，圖4展示根據本發明之裝置與擠出機48的合作。經由導管44引導，擠出機供應作為起始產物30的溫熱塑料材料、，該塑料材料與如在根據圖3之示範性具體實例中形成物體20之旋轉盤接觸。在此具體實例中，若起始產物30足夠穩定，則導管44可省略。
舉例而言，物體20係由金屬(例如，不鏽鋼)製成。其亦可由陶瓷製成。
在用於生產結構儘可能為球形的粉狀塑料粒子的方法中，使由塑料組成之起始產物30、特別是黏稠至固狀的起始產物30與以相對於起始產物30至少5m/s之速度v移動之物體20之光滑表面24接觸。在起始產物30與物體20之間的接觸區34中，起始產物30經局部加熱且呈粉狀形式沿物體20移動方向自接觸區域34噴出。
20‧‧‧物體
22‧‧‧軸線
24‧‧‧表面
26‧‧‧間斷
28‧‧‧箭頭
30‧‧‧起始產物
32‧‧‧箭頭
34‧‧‧接觸區
36‧‧‧噴流
38‧‧‧收集容器
40‧‧‧塑料粒子、粒子
42‧‧‧捲筒
44‧‧‧導管
46‧‧‧自由端
48‧‧‧擠出機

Claims (15)

  1. 一種用於生產結構儘可能為球形之粉狀塑料粒子(40)之方法，其中使由塑料組成之起始產物(30)、特別是黏稠至固狀的起始產物(30)在靜止時與以相對於該起始產物(30)至少5m/s之速度v移動之物體(20)之光滑表面(24)接觸，由此該起始產物(30)在該起始產物(30)與該物體(20)之間的接觸區(34)中經局部加熱且呈粉狀形式沿該物體(20)移動方向自該接觸區(34)噴出。
  2. 如請求項1所述之方法，其特徵在於該物體(20)為圓柱體，其係圍繞圓柱體軸線旋轉，且該起始產物(30)與該圓柱體之圓柱體外殼接觸或與該圓柱體之圓形圓柱體表面接觸。
  3. 如請求項1或2所述之方法，其特徵在於該物體(20)之該另外光滑表面(24)具有經組態為突起及/或凹陷之間斷(26)。
  4. 如請求項3所述之方法，其特徵在於沿該物體(20)之移動方向，該間斷(26)比在兩個相鄰間斷(26)之間的距離短10%、特別是短5%。
  5. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於該速度v為至少10m/s。
  6. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於該起始產物(30)係用至少1N之力壓靠該物體(20)。
  7. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於該粉狀塑料之平均粒度大於該物體(20)之該表面(24)的最大粗糙度Rz，特別是大至少十倍。
  8. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於該物體(20)之該表面(24)係彎曲，且由該接觸區(34)開始形成該粉狀塑料之楔形離開區域。
  9. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於用於該等塑料粒子(40)之收集容器(38)係沿移動方向安置在該物體(20)後。
  10. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於選擇該物體(20)之材料及/或該速度以使得該起始產物(30)無部分黏附至該光滑表面(24)。
  11. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於提供圍繞該起始產物(30)之導管(44)，在該導管中該起始產物(30)以可移動方式經引導，且該導管終端緊鄰該物體(20)之該表面(24)但不與此表面(24)有任何接觸。
  12. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於提供擠出機(48)，其輸送該起始產物(30)，且該起始產物(30)離開該擠出機(48)的出口區域係位於該物體(20)附近，且該正離開之起始產物(30)係與該物體(20)接觸。
  13. 一種用於製造根據如前述請求項中任一項所述之方法之由結構儘可能為球形的塑料組成的粉狀物質的裝置，該裝置含具有實質上光滑表面(24)且以至少5m/s的速度v移動的物體(20)，具有在接觸區(34)中與該表面(24)接觸之黏稠至固狀的起始產物(30)，且具有位於該接觸區(34)附近的收集容器(38)。
  14. 如請求項13所述之裝置，其特徵在於提供導管(44)，其具有緊鄰該接觸區(34)之自由端(46)，且在該導管中該起始產物(30)係以可移動方式經引導。
  15. 如請求項13或14所述之裝置，其特徵在於提供擠出機(48)，其具有位於該接觸區(34)附近之出口區域，且形成該起始產物(30)之該塑料材料自該出口區域離開，且此起始產物(30)係與該表面(24)接觸。
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