TWI423875B - 批次型擠壓機 - Google Patents

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Description

批次型擠壓機
本發明關於用於加工材料之一擠壓機，其包含具有一洞孔和定位於該洞孔內的至少一擠壓機螺桿之一擠壓機筒體，該洞孔具有用於進給即將加工材料之一上游入口部分，以及可連接一擠壓機出口以供加工過材料通過該擠壓機之一下游出路部分。
 發明背景
依據材料類型，該加工步驟可包括混合、揉捏、及/或熔化。舉例而言，熱塑材料，特別是聚合物或聚合物混合品，可被熔化進一加熱擠壓機且在熔化狀態被定型為，例如測試樣本。添加劑可被混合進該相同製程裏。其餘，非熱塑材料，例如食物或其餘可食用材料，可與擠壓機裏其餘組份混合並作為一混合物被給定一所需形狀，例如一薄膜和顆粒。
特別地，依據本發明之批次型擠壓機係具有一有限尺寸和有效容積之一擠壓機，使其適合用於熔化和混合僅可得少許數量之聚合物。該等產量範圍可介於0.05g/min至約10g/min之間，或者若該擠壓機係一批類型品，其等有效容積範圍可介於5至50ml。此類擠壓機可特別應用於將試驗材料等級和混合物加工成測試樣本之使用僅少量可得之一實驗室環境裏。可得數量範圍可自50g低至15g，且甚至僅為5克。該形成測試樣本之步驟藉將混合及/或熔化材料進給至 穿過一壓模或進入一模具，各者均具有一合適形狀，之該擠壓機洞孔之一下游出口，以一種來源於工業擠壓機之習知方式加以實施。
此類一擠壓機可自美國專利案第4,695,240號獲知。該公告教示小型擠壓機不可能藉縮小大規模工業擠壓機而簡單加以組構。為獲得充分停留時間，該擠壓機筒體將不得不相對較長，然而該擠壓機螺桿接著就變得相對較細。肇因於由即將被加工聚合物之變化黏度所引起的高扭轉力之螺桿失效就可預測到。關聯於縮小之問題在此藉引進擠壓機洞孔的入口和出路部分之間之一加熱分離區得以解決。據稱他們的結構消除關聯于成比例縮小傳統擠壓機裝置之擠壓機螺桿的永久失效問題。但是，在該文獻裏，沒有揭示所提出措施怎樣消除該問題。
本發明之目的係提供具有一固態結構和適合加工多種少許可得量聚合物之一擠壓機。
該目的依據本發明加以實現，原因為一批次型擠壓機包含至少一擠壓機螺桿具有低於20：1之一長度：直徑比，原因為該擠壓機進一步包含自該洞孔出路部分運行之至少一循環通道，和將一循環通道連接至位於該出路部分上游之洞孔之至少兩個循環出口，且原因為其進一步包含用於引導該材料穿過該至少一個循環通道和該循環出口及/或該擠壓機出口之裝置。
因此，在依據本發明之該擠壓機裏，該至少一個螺桿 係較有利的固態，然而，藉引導該擠壓機裏的材料流穿過該循環通道至具體循環出口，可循環穿過該擠壓機之該材料的有效容積可被改變，以使該擠壓機適應可得材料之總量。
依據本發明之該擠壓機進一步包含具有至少兩個循環出口之一循環通道。這就僅需要一個通道存在於筒體裏，但提供有效容積可被改變之一擠壓機。藉選擇該等至少兩個循環出口之其中一者，可實際用於流通該材料之通道長度是可被改變的，因而被使用的容積也一樣可變動。置於該通道和該循環出口之間且作為用於引導該材料的裝置之閥可被操作以選擇所需容積。通常至少一循環出口終止於該洞孔的入口部分且更遠出口終止於一更下游位置。所使用的出口越下游，擠壓機螺桿混合材料和另外加工之時間越短。這就提供一機會，從而在材料僅傳輸於通道期間和其被擠壓機螺桿揉捏且混合之時期之間選擇一所需平衡。
在依據本發明之另一替代方案中，存在各者均具有至少一循環出口之至少兩個循環通道。因此，舉例而言，藉被適當放置的閥，該等通道之零個、一個或兩個可用于適應流通於該擠壓機內之材料容積。該等至少兩個循環通道具有不同容積，如不同剖面面積或不同長度所產生之。在用於適應一循環通道容積之另一方法中，此通道延伸于最上游循環出口外且終止於該擠壓機罩壁內一開口處。然後自該外部，密封安裝於該循環通道內之一板條可被推進該通道內以阻擋一個或更多個循環通道，因此強迫該迴路材 料流經未被該板條阻擋之循環通道。藉推動該板條更淺或更深進入循環通道，所阻擋之循環出口數量可被擇定。在該示例中，該筒體是由2個或更多部分組成，其等可被樞轉離以釋開該擠壓機螺桿，插入可被利用，從而如所需以阻擋循環出口或將其等連接至循環通道。此等可選方法之一優點係不需要閥以打開或關閉該等循環出口。
另外，僅具有一個或具有更多循環出口或具有不同長度或剖面之循環通道之結合可呈現，提供一廣泛種類的有效容積。具有具不同剖面面積之通道使得該擠壓機適於加工具有不同熔化黏度之材料，一較窄通道適於高黏度，一較寬通道適於較低黏度類型材料。
在將加工過的材料確實進給至擠壓機出口之前，藉由流通即將被加工聚合物穿過該擠壓機洞孔和任何連接循環通道一段時期的時間，用於加熱和混合該可得數量聚合物之所需程度之一合適加工時間可被獲得。因此該擠壓機除去在手邊具備若干不同擠壓機，各者配合加工一定數量聚合物，之必要性。這和往往僅存在少許試驗量的材料之實驗室環境尤其相關。
自美國專利案第6,129,450號獲知一小型擠壓機，其內存在一回饋通道，連接著該擠壓機洞孔之入口和出口部分。該即將被加工聚合物自該洞孔流通進該回饋通路，以獲得由位於該回饋通道裏之感測器在其上測得某些流變參數之一層流。該通道直徑必須相當寬以獲得一靜止層流。
本發明所蘊含的洞見，即，藉將至少兩個不同出口設 在該擠壓機洞孔內，就可產生具有各種不同有效容積之一擠壓機的創見，在此文獻中，並未被論及到。
所設計之擠壓機使得該等至少一螺桿之長度較其直徑相對較短，其等之比係低於20：1，較佳低於15：1或甚至低於10：1。當一圓錐狀螺桿加以應用時，該直徑則被讀為其最大直徑。此類螺桿比習知縮小螺桿可更容易承受由該正加工聚合物材料透過該筒體所施加之扭轉力。
如此類之擠壓機習知於該領域中，參見諸如第DE 1269334 B號及第WO 03/018288 A號，且通常包含一金屬罩或筒體，其包含具有混合和輸送功能之一個或更多旋轉螺桿存在於內部之一中空主要軸向洞孔。在該洞孔之上游入口部分，存在一入口以將即將被加工材料進給入該擠壓機。所進給材料借助該至少一螺桿旋轉進行加工，因此該筒體可被加熱以熔化該材料且合適螺桿組態促成合適混合和傳輸至該筒體之下游出路部分。該洞孔終止于開向擠壓機外部之一出口內，容許混合及/或熔化材料在該至少一螺桿傳輸作用下離開該擠壓機。該擠壓機出口開孔可裝設使該材料在壓模形狀裏離開之一壓模，因而其形狀藉冷卻該熔化出路流而得以保持。該出路也可連接至包含一所需形狀的空腔之一模具。該空腔接著再用熔化材料填充，且在冷卻之後獲得具該空腔形狀之一物體。此類空腔可，舉例而言，具有用於某一測試程式之指定測試樣本之形狀。
在依據本發明之該擠壓機裏，存在至少一通道和至少兩個循環出口，其等將該洞孔之出路部分連接至其一上游 位置處。藉此方法可產生回路，透過該回路，由螺桿傳輸之材料在到達該洞孔的出路部分時，流進一個或更多個循環通道且穿過該等通道透過一個或更多個循環出口回到該洞孔，於此處其又被加進該螺桿且再次透過該筒體下移。因此，該熔化聚合物流可流通，直到其被混合和熔化至一定程度以透過該擠壓機出口排出並給予它所希望形狀，如前所述。
依據本發明，存在具有進入該洞孔之至少兩個循環出路之至少一個循環通道。藉此方法，有可能僅藉由一個循環通道就可實現兩個和甚至三個不同有效容積，其使得該結構更簡單。
依據本發明，存在容積不同之至少兩個循環通道，例如由長度方面之一不同及/或垂直于其等長度方向的其等剖面面積方面之一不同所引起之不同。
依據本發明，存在其等剖面面積及/或其等長度不同之至少兩個循環通道。
此等不同容許循環容積之一較寬變化，且當具有不同剖面之通道存在時，容許具有不同黏度之組份被循環。該較大剖面通道容許較高黏度材料被循環，該較小剖面通道可被用於更容易流動材料之方面。
一合適閥系統存在於該筒體的該出路部分和該擠壓機出口之間，且如果應用於具有不只一個循環出口之一循環通道內，以選擇所需流道穿過一個或更多個循環通道且至一個或更多個其等出口或間接至該擠壓機出口。該等通道 一般運行穿過該筒體，但是它們也可在其外側運行。如果材料在一熔化狀態里進行加工，該筒體和任何外側運行通道被加熱以保持該等材料在熔化狀態下流經它們。
該洞孔形狀可為圓柱狀或圓錐狀。在兩個螺桿存在情況下，該洞孔實質為具有部分重合圓柱狀或圓錐狀洞孔之8字形狀，在各洞孔裏存在一圓柱狀或圓錐狀螺桿。此類結構本身習知用於單一或多螺桿擠壓機。又，具有不只兩個螺桿之擠壓機眾所周知於該領域內，且可施加于依據本發明之該擠壓機裏。如果存在兩個螺桿，則該等螺桿可逆向旋轉，但是較佳地讓它們共旋轉。這就表現為用於快速混合之一高效配置且其確保一界定傳輸路徑。
圖式簡單說明
本發明藉所呈附圖作進一步說明，其中第1圖係具有兩個循環通道，其等之一者具有不只一個之循環出口，之一單一螺桿擠壓機之一剖面圖。第1圖代表本發明的工作示例之其中一者，但不限制本發明之範圍。
 較佳實施例之詳細說明
在第1圖裏，一擠壓機1顯示具有擠壓機筒體3。在筒體3裏存在一圓柱體洞孔5，其終止於位於一擠壓機出口7之其下游出路部分。該出口連接一個三通閥9，其可引導由擠壓機螺桿11所下游輸送之材料流至循環通道13和15之其中一者或兩者以供重新流通或至出口17以離開該擠壓機。出口17可被設計為給予離開它，或者為此目的可連接出口17的 具有所需出路形狀之一壓模(未示)之材料流之一所需形狀。
通道15具有在不同上游高度開入洞孔5內之三個循環出口19、21和23。閥25、27和29之所以存在是為了依所需打開和關閉出口19、21及/或23，因此改變該有效擠壓機容積及/或該循環時間以及該總循環時間之揉捏/混合部分。閥29可被省去且主要用作防止材料自擠壓機洞孔進入出口通道23，這可發生於擠壓機進料過多之時。為該同樣之目的，一閥可存在於位於循環通道13上游端之循環出口內。
具有不同於通道15的一直徑之通道13自洞孔出路部分7直接運行回其入口部分。用於將基本未加工材料加進擠壓機之進料通道沒有顯示於此附圖中，且存在於循環出口23上游處。
1‧‧‧擠壓機
3‧‧‧擠壓機筒體
5‧‧‧圓柱體洞孔
7‧‧‧擠壓機出口
9‧‧‧三通閥
11‧‧‧擠壓機螺桿
13‧‧‧循環通道
15‧‧‧循環通道
17‧‧‧出口
19‧‧‧循環出口
21‧‧‧循環出口
23‧‧‧循環出口
25‧‧‧閥
27‧‧‧閥
29‧‧‧閥
第1圖係具有兩個循環通道，其等之一者具有不只一個之循環出口，之一單一螺桿擠壓機之一剖面圖。
1‧‧‧擠壓機
3‧‧‧擠壓機筒體
5‧‧‧圓柱體洞孔
7‧‧‧擠壓機出口
9‧‧‧三通閥
11‧‧‧擠壓機螺桿
13‧‧‧循環通道
15‧‧‧循環通道
17‧‧‧出口
19‧‧‧循環出口
21‧‧‧循環出口
23‧‧‧循環出口
25‧‧‧閥
27‧‧‧閥
29‧‧‧閥

Claims (10)

  1. 一種批次型擠壓機，其係用於熔化和混合各種介於50公克與5公克之間的微小數量聚合物，該批次型擠壓機包含具有一洞孔和定位於該洞孔內的至少一擠壓機螺桿之一擠壓機筒體，該洞孔具有用於進給即將被加工的材料之一上游入口部分，以及可連接至一擠壓機出口、且供加工過的該材料穿過該擠壓機之一下游出路部分，其特徵在於，該至少一擠壓機螺桿具有低於20：1之一長度：直徑比，以及在於該擠壓機進一步包含自該洞孔的該出路部分運行之至少一循環通道，以及將一循環通道連接至位於該出口部分上游的該洞孔之至少兩個循環出口，以及在於其進一步包含用於引導該材料穿過該至少一個循環通道和該等循環出口及/或該擠壓機出口之裝置，其中該等至少一循環通道中之一者具有至少兩個循環出路。
  2. 一種批次型擠壓機，其係用於熔化和混合各種介於50公克與5公克之間的微小數量聚合物，該批次型擠壓機包含具有一洞孔和定位於該洞孔內的至少一擠壓機螺桿之一擠壓機筒體，該洞孔具有用於進給即將被加工的材料之一上游入口部分，以及可連接至一擠壓機出口、且供加工過的該材料穿過該擠壓機之一下游出路部分，其特徵在於，該至少一擠壓機螺桿具有低於20：1之一長度：直徑比，以及在於該擠壓機進一步包含自該洞孔的該出路部分運行之至少一循環通道，以及將一循環通道 連接至位於該出口部分上游的該洞孔之至少兩個循環出口，以及在於其進一步包含用於引導該材料穿過該至少一個循環通道和該等循環出口及/或該擠壓機出口之裝置，其中該等至少兩個循環通道至少在其容積及/或其剖面之面積及/或其長度係不同的。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之批次型擠壓機，其中該裝置導引該材料穿過該至少一循環通道及該等循環出口或該擠壓機出口。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之批次型擠壓機，其中該長度：直徑比係低於15：1。
  5. 如申請專利範圍第4項之批次型擠壓機，其中該長度：直徑比係低於10：1。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之批次型擠壓機，其包含兩個共旋轉的擠壓機螺桿。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之批次型擠壓機，其中該擠壓機具有一自5ml至50ml之範圍之有效容積。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之批次型擠壓機，其中該至少一循環通道運行穿過該筒體。
  9. 一種批次型擠壓機用於加工測試樣品的用途，該批次型擠壓機係為申請專利範圍第1~8項中之任一項之批次型擠壓機。
  10. 如申請專利範圍第9項之用途，其中該等測試樣品係加工於自5公克至50公克之數量範圍。
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