TWI341755B - Heat treated devolatilizer nozzle - Google Patents

Description

1341755 ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於脫揮發器噴嘴，尤其係關於形成脫 揮發性獲改善並維持或提高產製容量之經熱處理之脫揮發 器噴嘴之方法。 【先前技術】 希望減少聚合物樹脂中之污染物（如：單體和揮發物 )。一個減少此聚合物之揮發物含量（即，脫揮發）的方 法包含提高樹脂的外露表面積及據此促進揮發物釋出。常 用於此操作的一種設備被稱爲脫揮發器噴嘴。脫揮發器噴 嘴的例子可見於美國專利案 U S 5，5 4 0，8 1 3、4 : 2 9 4 ; 6 5 2、 4,934:433、5:118,388 和 5,874,525，茲將其列入參考。這 樣的噴嘴可爲各種形狀，通常鑽孔以允許聚合物流動。此 噴嘴可爲中空，使得熔融聚合物可被抽入中空內部中。將 聚合物抽至噴嘴的壓力也迫使聚合物通過噴嘴中的孔或洞 。與迫使熔融聚合物通過噴嘴有關的噴嘴兩側壓力差視許 多因素而定，包括聚合物黏度和密度、噴嘴孔徑、溫度、 流率和噴嘴尺寸。此噴嘴必須經設計以耐得住此壓力。 通常，希望噴嘴孔徑較小，此因它們提高脫揮發性之 故。另一方面，噴嘴上的壓力會隨著噴嘴直徑的降低而提 高。因此，欲藉降低噴嘴孔徑而增進脫揮發性，必須增進 脫揮發器噴嘴的強度和韌度，以因應提高的操作壓力。 強度較高的鋼耐得住較高壓力，但通常延展性較低且 -4 - (2) (2)1341755 硬度較高，製造脫揮發器噴嘴時，可能有製造和可靠性方 面的問題。較低延展性和較大硬度使得金屬難鑽繫及難捲 成噴嘴的框或圓形。此外，較高強度鋼的較高硬度使得它 們更易碎。 因此，希望改良脫揮發器噴嘴設計，提高脫揮發性（ 即，使得孔徑較小），提高壓力，提高產製率及控制製造 和材料成本。

【發明內容】 一個實施例中，提出一種鑽鑿鋼板，自鋼板形成脫揮 發器噴嘴，及熱處理此脫揮發器噴嘴的方法。另一實施例 中，脫揮發器噴嘴的屈服強度至少約 ]1 〇 ksi。另一實施 例中，此脫揮發器的抗張強度至少約]40 ksi。另一實施 例中，鋼板之鑿孔是噴嘴中的孔且直徑不超過約 〇 . 〇 5英 吋。另一實施例中，鋼板厚度由約〇至約〇. 7 5英吋。另 —實施例中，噴嘴包括至少約5 0 0,0 0 0個孔。另一實施例 中，中心-中心孔距離至少約 0.0 8英吋。另一實施例中 ’脫揮發器噴嘴容量約〇至約7 5,00 0磅/小時。 一個實施例中，提出自經熱處理和穿孔的鋼板形成的 脫揮發器。另一實施例中，脫揮發器噴嘴的屈服強度至少 約1 1 0 ksi。另一實施例中，此脫揮發器的抗張強度至少 約1 4〇 ksi。另一實施例中，脫揮發器噴嘴中的鑿孔或洞 直徑不超過約0.0 5英吋。另一實施例中，脫揮發器噴嘴 包括至少約5 00:000個孔。另一實施例中：脫揮發器噴嘴 -5- (3) (3)1341755 容量約〇至約7 5 , Ο Ο 0磅/小時。 一個實施例中，提出處理聚合物樹脂之方法。熔融聚 合物被餵至脫揮發器噴嘴中’於此處，其通過脫揮發器噴 嘴中的孔時，去除揮發物。此脫揮發器噴嘴是經熱處理且 穿孔的鋼板。另一實施例中，脫揮發器噴嘴容量約〇至約 7 5,0 0 0磅/小時。 【實施方式】 提出脫揮發器噴嘴及其製法。附圖1所示者是脫揮發 器噴嘴]0 0形狀實施例。所不噴嘴1 〇 〇無孔或洞。此噴嘴 形狀可爲聚合物可流動通過孔以進行脫揮發份作用的任何 形狀。據此，附圖1中的鉤型或甜甜圈型爲中空，使得熔 融聚合物可被抽至中空內部。將聚合物抽至噴嘴中空內部 的壓力迫使聚合物通過噴嘴表面的孔（未示），藉此去除 揮發物。 此處所提出之脫揮發器噴嘴及其製法的一個實施例中 ’鋼板經鑕孔，製成脫揮發器噴嘴並經熱處理。此熱處埋 或鍛煉獲致較強的經修整噴嘴，其能夠忍受與增進脫揮發 份作用之較小噴嘴孔徑有關的較高操作壓力。此外，除了 使用不須鍛煉便能符合提高強度需求的噴嘴材料以外，施 以熱處理以獲致較強的經修整噴嘴’使得所用的起始材料 更具延展性。此更具延展性的起始材料更易進行製造噴嘴 時的鑽孔和噴嘴形成步驟。更具延展性的起始材料於锻練 時不會堅硬’所得經熱處理的噴嘴更不易碎。此處所述熱 -6 - (4) (4)1341755 處理可以是能夠達到此說明中所述噴嘴性質的任何熱處理 。這樣的熱處理可以是金屬鍛煉技術中典型者。一個實施 例中，此熱處理於至少約2 0 0 °C進行。另一實施例中，此 熱處理於至少約3 〇 〇 t進行。附圖2是實例數據，所示者 是 AISI 431不銹鋼的抗張強度和屈服強度與硬化溫度之 間的關係。 此處所提出的脫揮發器噴嘴強度足以忍受與迫使聚合 物通過噴嘴孔有關的操作壓力。測定適當噴嘴強度的因子 包括孔徑、中心-中心孔距離（即’孔或洞的總數）、噴 嘴壁厚度和質流率。屈服強度是噴嘴的一種特性’其因熱 處理/鍛煉而增進。一個實施例中’此處所提出之經熱處 理的脫揮發器噴嘴於2 7 5 °C的屈服強度至少約1 1 〇 k s i。另 —實施例中，於2 7 5 t：的屈服強度至少約2 0 〇 k s i。另一實 施例中，於2 7 5 °C的屈服強度至少約2 7 0 k si。除了屈服強 度以外，此處所提出之經熱處理的脫揮發器噴嘴於2 7 5 °C 的抗張強度至少約I 4 0 k s i。另一實施例中’於2 7 5 °C的抗 張強度至少約2]〇kS]。另一實施例中’於2 75 t：的抗張強 度至少約2 9 0 k s 降低孔徑以增進脫揮發作用’此會提高脫揮發器噴嘴 上的壓力。熱處埋或鍛煉噴嘴以提高強度至少會部分補償 此影響。附圖3中的實例數據說明於兩個不同的噴嘴壁厚 度，壓力隨著孔徑提高而下降的情況。可藉計劃用以移動 聚合物通過噴嘴的幫浦容積限制橫跨脫揮發器噴嘴之可接 受的壓力下降程度。一個實施例中’此處所述脫揮發器噴 (5) (5)1341755 嘴的孔徑不超過約0.0 1英吋。另一實施例中，孔徑不超 過約0 · 0 3英吋。另一實施例中’孔徑不超過約〇 . 0 5英时 〇 可將噴嘴壁厚度列入考慮。通常，花費隨著壁厚的提 高而提高。噴嘴厚度提高時’橫跨噴嘴的壓力下降也會提 高。據此，隨著噴嘴厚度提高’壓力下降幅度提高，必須 提高幫浦容積以補償壓力下降情況。因此，噴嘴壁較厚須 要較昂貴的幫浦且熱處理較困難。噴嘴壁厚提高時，除了 提高幫浦花費以外’也因爲噴嘴壁厚提高，噴嘴製造成本 提高，所以製造噴嘴的花費隨也提高。較厚的鋼之鑽孔和 形成噴嘴通常較困難且花費較高。因此，限制厚度以均衡 成本和可製性。 噴嘴壁厚度也會影響可接受的孔徑。通常希望降低孔 徑以提高脫揮發性。隨著壓力下降幅度的提高，亦提高噴 嘴壁上的應力和幫浦要求。因此，噴嘴壁強度必須經設計 以因應任何壓力下降幅度之提高（即，孔徑之降低）。附 圖4中所示實例數據說明不同孔徑的壁厚和壓力關係。雖 然於任何厚度，孔徑由約3 / 64英吋至約1 / 64英吋，壓 力提高約9至9.5倍，於具任何孔徑的所有壁厚，自約 〇 . 3 7 5英吋至約0 . 1 6 5英吋，壓力也下降2.3倍。因此， 除了改善成本和可製性以外，降低噴嘴壁厚也會部分補償 因孔徑降低而造成之任何壓力下降幅度提高的情況。一個 實施例中，形成此處提出之脫揮發器噴嘴所用的鋼板厚度 由約〇至約0 · 75英吋。另一實施例中，鋼板厚度不超過 (6) (6)1341755 約Ο 4英吋。另一實施例中，鋼板厚度不超過約0.2 5英 吋。 此處所提出的脫揮發器噴嘴製自鋼板。選用的鋼類型 必須使其於鍛煉之前的延展性足以儘可能地降低於板的鑕 孔和捲成噴嘴形狀的步驟期間內之製造困難度。如果鋼板 的延展性不足或過於堅硬’其製造困難度會提高成本。較 硬的鋼更易碎。要求較大強度和優求產製性之間可達平衡 。一個實施例中，在鑽孔和形成噴嘴之前，鋼板經鍛煉以 增進延展性。 除具有足夠的延展性以外，鋼的類型必須使得鍛煉提 高屈服和抗張強度至此處提出的値。一個實施例中，鋼板 製自不銹鋼。另一實施例中，鋼板製自4 2 0不銹鋼（根據 American Iron and Steel Institute ( AIS I ) standards ) 。另一實施例中，鋼板製自4 0 0 A不銹鋼（根據A I S I標準 )° 鋼板經鑽孔，鋼板中的孔即爲脫揮發器噴嘴中的孔。 鋼板鑽孔的方法是能夠完成此處所述鑽孔的方法，其爲此 技術所知者並且是嫻於脫揮發器噴嘴設計/製造技術者習 知者。一個實施例中，形成噴嘴之前，先將鋼板鑽孔。鑽 繫夏通常由此處所δ寸Slffl的其他考量、質流率和中心-中心 孔距離而定。測定質流率和可忍受的中心-中心孔距離， 便可計算所須鑽鑿量及噴嘴總表面積。實施例中，此處所 述脫揮發器噴嘴包括至少約5 0 0 : 0 0 0個鑿孔。另一實施例 中，此處所述脫揮發器噴嘴包括至少約1 , 0 0 0,0 0 0個鏨孔 (7) (7)1341755 。另一實施例中’此處所述脫揮發器噴嘴包括至少約 ]，5 0 〇 : 〇 〇 〇 個鑿孔。 噴嘴的中心-中心孔距離通常固定，且可能與壓力容 忍度和孔徑有關。附圖5說明具有兩種不同孔徑的兩個不 同脫揮發器噴嘴壁區域2〇〇、21〇。第—個噴嘴區域200 的孔比第二個噴嘴區域2】〇的孔來得小，中心-中心孔距 維持相同。自整體噴嘴壁鑽鑿噴嘴中的孔，藉此，孔徑和 中心一中心孔距是決定噴嘴應力集中因子的參數。—個實 鲁 施例中’所提出脫揮發器噴嘴包括中心_中心孔距至少約 0 . 〇 8英吋。另—實施例中，中心一中心孔距至少約〇 · 1 3 央吋。另一實施例中，中心一中心孔距至少約〇. 1 8英吋 〇 附圖6所示者是應力集中因子的實例數據。附圖6的 ， 實例顯示’提高孔徑時，應力集中因子提高，此處’中心 一中心孔距約5 / 3 2英吋，鋼板厚度約3 /] 6英吋。用於 固定流率和中心-中心孔距，降低孔徑也會降低應力集中 φ 因子。因爲提高孔尺寸且中心-中心孔距固定時’孔洞之 間的材料量增加之故。反之亦然··孔尺寸提高’中心-中 心孔跑固定，孔之間的材料量減少’應力集中因子提高。 通常，孔徑和流率（固定所有其他因素）直接正比於 彼此。因此，降低孔徑以改善脫揮發化作用時，須要較低 流率。但是，此處所提出之噴嘴的熱處理和所得強度至少 平衡此效應，因此較小噴嘴孔徑維持較高流率。一個實施 例中’此處所提出脫揮發器噴嘴的容量由約0至約7 5，0 0 0 -10 - (8) (8)1341755 膀/小時。另一實施例中，此處所提出脫揮發器噴嘴的容 星由約2 0 , 〇 〇 〇至約5 〇，〇 〇 〇磅/小時。 已經以特別的設備和使用法說明和描述本發明，顯然 其封等技巧和成份可被替代，並可於所附申請專利範圍定 義之本發明之範圍內作出其他變化。 此處所揭示的特定實施例僅作說明之用，可以嫻於此 技術者瞭解之具此處所述優點之不同但對等方式修飾和實 施本發明。此外’不限於此處所示架構或設計的細節，僅 受限於下文所附申請專利範圍。因此，前文所揭示的實施 例可被改變或修飾，所有這樣的變化皆視爲屬本發明範圍 和精神內。據此，此處尋求的保護如下文所附申請專利範 圍中所揭示者。 【圖式簡單說明】 附圖]所示者是脫揮發器噴嘴形狀的一個實施例。 附圖2所示者是鋼板強度和硬化溫度之間之關係的實 例數據。 附圖3所示者是壓力隨孔徑降低而提高的實例數據。 附圖4所示者是不同孔徑之壁厚和壓力之關係的實例 數據。 附圖5所示者是具有兩種不同孔徑的兩個不同脫揮發 器噴嘴的部件實施例。 附圖6所示者是應力集中因子貿例數據。 -11 - (9) (9)1341755 【主要元件符號說明】 1 〇 0脫揮發器噴嘴 2 0 0脫揮發器噴嘴壁 2 ] 0脫揮發器噴嘴壁

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Claims (1)

1341755 十、申請專利範圍 附件2A : 第93 1 3 2799號專利申請案 中文申請專利範圍替，換本 民國96 i年:丨0月u日修正 Η 1 · 一種方法，包含·· 鑽鑿鋼板； 自該鋼板形成脫揮發器噴嘴； 熱處理該脫揮發器噴嘴：及 將揮發性成分通過該脫揮發器噴嘴中的磐孔。 2.如申請專利範圍第丨項之方法，其中該熱處理提 高該脫揮發器噴嘴的抗張強度。 3 ·如申δ靑專利範圍第1項之方法，其中該脫揮發器 噴嘴的屈服強度爲至少1 10 ksi。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該等繫孔包 含直徑不超過0.05英吋的孔。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該鋼板厚度 爲0至0.75英吋。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該脫揮發器 噴嘴包含至少500,000個鑿孔。 7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該脫揮發器 噴嘴包含中心一中心孔距至少0.0 8英吋。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，另包含在形成脫 揮發器噴嘴之前，將該鋼板退火。 9.如申請專利範圍第1項之方法，其中該鋼板包含 1341755

不銹鋼。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該脫揮發器 噴嘴容量（capacity)爲〇至75,000磅/小時。 11. 一種脫揮發器噴嘴’包含經熱處理和鑽鑿的鋼板 ，其中鑿孔包含直徑不超過0.05英吋的孔。 12. 如申請專利範圍第1 I項之噴嘴，其中該脫揮發 器噴嘴的屈服強度爲至少110 ksi。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之噴嘴，其中該脫揮發 器噴嘴的抗張強度爲至少140 ksi。 14.如申請專利範圍第11項之噴嘴，其中該鋼板厚 度爲0至〇 . 7 5英吋。 I5·如申請專利範圍第Π項之噴嘴，其中該脫揮發 器噴嘴包含至少5〇〇,〇〇〇個鑿孔。 16.如申請專利範圍第11項之噴嘴，其中該脫揮發 器噴嘴包含中心-中心孔距至少0.0 8英吋。 I7·如申請專利範圍第11項之噴嘴，其中該鋼板包 含不銹鋼。 1 8 ·如申請專利範圍第1 1項之噴嘴，其中該脫揮發 器噴嘴容量爲〇至75,000磅/小時。 19.—種製造脫揮發器噴嘴之方法，包含： 於一鋼板形成鑿孔，其中該等鑿孔包含直徑不超過 〇.〇5英吋之孔； 自該鋼板形成脫揮發器噴嘴；及 熱處理該脫揮發器噴嘴以提高該噴嘴的屆服強度到至 755 少 1 1 Ο k s i ο 20 .如申請專利範圍第1 9項之方法，其中該脫揮發器 噴嘴具有至少5 00,000個鑿孔。

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