TWI665074B

TWI665074B - Hybrid method and mechanism

Info

Publication number: TWI665074B
Application number: TW106135589A
Authority: TW
Inventors: 陳璟浩
Original assignee: 歐特捷實業股份有限公司
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-07-11
Also published as: TW201916992A

Abstract

本發明所提供之混合方法者，乃使高分子熔融體係間歇性地進入一匯流空間中，而與超臨界流體於該匯流空間中匯流後再經混合，據以降低該匯流空間之壓力，使超臨界流體易於流入。本發明同時提供之混合機構則係可用供實施該混合方法者，而在構造上，係於一擠筒與一混合件間，設置有一匯流件，而使來自於該擠筒之高分子熔融體以及來自於一超臨界流體供給部之超臨界流體於該匯流件中匯流後再進入該混合件中混合為均質溶液，其中，位於該匯流件與該擠筒間，用供該高分子熔融體自該擠筒流入該匯流件之流動通道，係為一單向流道，而僅容許高分子熔融體自該擠筒往該匯流件之方向流動。

Description

混合方法及其機構

本發明係與高分子加工技術有關，特別是關於一種混合方法及其機構，用以混合超臨界流體與高分子原料者。

超臨界流體之氣泡成核作用所產生之氣泡，於習知技術中係已被用以形成高分子成型物品內部之泡孔，作為物理性發泡之技術，相關之先前技術，則有如公開於本案申請前之我國200810900A及201201996A號之專利公開前案以及US3792839號專利案，均揭露了將超臨界流體與高分子熱熔流體經混合後，再注入模具中進行模製成形之加工程序。

囿於射出機或押出機等加工裝置中，用以使固態高分子原料受熱熔融之擠筒，其並非以混合超臨界流體與高分子熔融體為目的所設計者，因此，為避免超臨界流體與高分子原料在擠筒內未能完全混合，前述之專利前案乃係於高分子原料已受擠筒熱熔成可流動之熔融體後，再將高分子原料熔融體與超臨界流體導入一混合空間中，藉由混合空間中之流道，使超臨界流體與高分子熔融體進行混合。

上開專利前案中所揭之技術，係利用擠筒推送高分子熔融體之背壓或射出壓力，使高分子熔融體於該混合空間中流動，因此，維持該混合空間與擠筒內部空間之常通，即為高分子原料熔融體與超臨界流體間得以混合之必要條件，而為滿足該項條件，上開專利前案乃係使該混合空間直接自該擠筒之出料端口往外延伸而成，並使混合空間之延伸端末，適於直接與模具進行對接，據以將經混合後之混合原料注入模具內，以進行模製成型之加工。

上開專利前案所揭之技術，以擠筒之背壓或射出壓力提供作為原料混合之動力來源，即受限於背壓或射出壓力自身之限制，並無法因應高分子原料熔融體與超臨界流體之混合所需，例如過低之背壓衍生熔融體總體密度降低，易混入空氣而影響成型品質，過高之背壓則造成溫度過高，影響原料品質，因此，就背壓而言，其壓力之高低即取決於高分子原料之組成，而非高分子原料熔融體與超臨界流體之混合所需，而難以確保混合之均勻。

同時，直接連通之混合空間與擠筒內部空間，則因欠缺適當之控制技術，無法避免所導入之超臨界流體逆流至擠筒內部空間中，使得單位超臨界流體混合了超出預定混合量之高分子原料熔融體，除造成當下混合比例之異常外，更持續地影響到後續之混合比例，致使整體之混合狀態不均，影響後續發泡成型時之氣泡分布狀態。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種混合機構，係使高分子原料熔融體與超臨界流體彼此之混合得以獨立於擠筒外，不受擠筒之限制，使二者之混合得以均勻。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供之混合機構，其主要之技術特徵係於一擠筒與一混合件間，設置有一匯流件，而使來自於該擠筒之高分子熔融體以及來自於一超臨界流體供給部之超臨界流體於該匯流件中匯流後再進入該混合件中混合為均質溶液，其中，位於該匯流件與該擠筒間，用供該高分子熔融體自該擠筒流入該匯流件之流動通道，係為一單向流道，而僅容許高分子熔融體自該擠筒往該匯流件之方向流動。

其中，該匯流件係具有一座部，彼此間不直接連通之一第一入流道、一第二入流道與一出流道則分設於該座部上，一匯流空間係設於該座部內，並連通該第一入流道之一端、該第二入流道之一端與該出流道之一端，一單向閥係設於該第一入流道中，用以阻擋由該匯流空間往該第一入流道方向之流動。

更進一步來說，該第一入流道係呈孔狀，並沿孔軸依序地區隔成一第一推拔段、一大孔徑段與一第二推拔段，該第一推拔段係自該第一入流道與該匯流空間連通之一端，內徑漸增地沿孔軸往另端之方向延伸，該大孔徑段之內徑為均一，並大於該第一推拔段之最大內徑，用以容置該單向閥於該大孔徑段中活動，該第二推拔段係自該大孔徑段，內徑漸減地沿孔軸延伸，並以延伸端末與該出料通道連通。

其中，該單向閥係呈球狀，外徑係小於該大孔徑段之內徑，並大於該第一推拔段之最大內徑以及該第二推拔段之最小內徑。

本發明之另一目的則係在提供一種混合方法，其係於超臨界流體匯入一匯流空間中而與已位於該匯流空間內之高分子熔融體匯流時，降低或避免用以將高分子熔融體推入該匯流空間所施加之一第一力，對該超臨界流體進入該匯流空間之流動所形成之阻力。

緣是，為達成上述之目的，本發明所提供之混合方法，係使高分子熔融體間歇性地進入該匯流空間中，以減少對該超臨界流體進入該匯流空間之流動所形成之阻力。

而就該超臨界流體進入該匯流空間之流動而言，其除可不受該高分子熔融體是否流入該匯流空間所影響，而持續地流入該匯流空間外，亦可間歇性地進入該匯流空間中，而與高分子熔融體交錯地流入該匯流空間中，亦即，當該超臨界流體流入該匯流空間時，係暫時地停止該高分子原料熔融體流入該匯流空間中，反之，當該高分子原料熔融體進入該匯流空間時，則暫時地停止該超臨界流體流入該匯流空間。

其中，該第一力，係可在該超臨界流體流入該匯流空間之流動實施前即被釋放，且可進一步地對該高分子原料熔融體以一反向於該第一力之一第三力進行拉回，以進一步地降低該匯流空間中之壓力，此際，為避免位於該匯流空間之高分子熔融體逆流，則可阻斷該高分子熔融體流入該匯流空間之通道，其中，為阻斷該高分子熔融體流入該匯流空間之通道，係可使該通道為單向流道，僅容許高分子熔融體流入該匯流空間中，而阻擋反向之流動。

首先，請參閱第一圖至第三圖所示，在本發明第一較佳實施例中所提供之混合機構(10)，其主要乃係包含了有一擠筒(20)、一匯流件(30)、一超臨界流體供給部(40)以及一混合件(50)。

該擠筒(20)係為習知之技術，其可為習知射出機或押出機中以熱能熔融固態高分子原料，並提供力使受熱熔融之高分子熔融體往外流出者，具體而言，該擠筒(20)係具有一直管狀之筒身(21)，一螺桿(22)係同軸穿置於該筒身(21)之管孔中，並使該螺桿(22)之桿軸一端(221)伸出於該筒身(21)之管軸一端(211)管口外，一出料通道(23)係設於該匯流件(30)中，而位於該筒身(21)之管軸一端外，且與該筒身(21)之管軸一端(211)管口連通。

該匯流件(30)具有一柱狀座部(31)，係設於該擠筒(20)與該混合件(50)之間，一直孔狀之匯流空間(32)係設於該座部(31)之內部，一呈孔狀之第一入流道(33)係同軸於該匯流空間(32)之孔軸，自該匯流空間(32)之軸向一端往外延伸並與該出料通道(23)連通，多數呈孔狀之第二入流道(34)則彼此平行地分別設於該座部(31)中，而於該匯流空間(32)之徑向方向上與該匯流空間(32)連通，一呈推拔孔狀之出流道(35)係自該匯流空間(32)之軸向另端，同軸地往外延伸，一呈球體狀之單向閥(36)係可活動地位於該第一入流道(33)中，多數之凹槽(37)則分設於該第一入流道(33)部分之孔壁上；

更進一步來說，該座部(31)更具有一第一座身(311)，係橋設於該筒身(21)之管軸一端(211)與該混合件(50)間，並使該匯流空間(32)、該些第二入流道(34)與該出流道(35)分設於該第一座身(311)內部之不同位置上，一容孔(312)係凹設於該第一座身(311)之一側，分呈柱狀之一第二座身(313)與一第三座身(314)係彼此同軸串聯地嵌設於該容孔(312)中，並使該第一入流道(33)設於該第二座身(313)與該第三座身(314)中，以及使該出料通道(23)設於該第三座身(314)上；

而該第一入流道(33)則更進一步地沿著自身孔軸依序地被區隔為一第一推拔段(331)、一大孔徑段(332)與一第二推拔段(333)，其中：

該第一推拔段(331)係設於該第二座身(313)中，並以一端與該匯流空間(32)連通地往該大孔徑段(332)之方向、漸次地增加內徑，且使該些凹槽(37)凹設於該第一推拔段(331)之孔壁上，並沿該第一入流道(33)之孔軸延伸；

該第二推拔段(333)則係設於該第三座身(314)中，且以一端與該出料通道(23)連通地往該大孔徑段(332)之方向、漸次地增加內徑；

以及，使該大孔徑段(332)之內徑為單一，該第一推拔段(331)之最大內徑則小於該大孔徑段(332)之內徑，該第二推拔段(333)之最大內徑與最小內徑則分別與該大孔徑段(332)之內徑以及所連通之出料通道(23)部位之內徑相等；同時令該單向閥(36)之外徑小於該大孔徑段(332)之內徑，而大於該第一推拔段(331)之最大外徑以及該第二推拔段(333)之最小內徑。

該超臨界流體供給部(40)為習知用以輸送超臨界流體之管路輸送技術內容，係使管路之一端固接於該座部(31)上，並具有一供給流道(圖上未示)以與該些第二入流道(34)連通，使超臨界流體得以經由該些第二入流道(34)流入該匯流空間(32)中。

該混合件(50)具有一柱狀身部(51)，係以柱軸一端固接於該座部(31)上，一直孔狀之混料空間(52)係自該身部(51)柱軸一端往內延伸，並以該混料空間(52)位於該身部(51)柱軸一端之開口形成一入料流道(53)，以連通該混料空間(52)與該出流道(35)，一螺桿狀之混料轉軸(54)係同軸穿伸於該混料空間(52)中，並使桿軸一端(541)伸入該出流道(35)中，一動力部(55)係固設於該身部(51)之柱軸另端上，用以對該混料轉軸(54)之軸向另端提供動力使該混料轉軸(54)轉動。

如第四圖所示，藉由上述構件之組成，固態之高分子原料受該擠筒(20)之作用而成為可流動之熔融體後，即經由該出料通道(23)進入該第一入流道(33)並繞過該單向閥(36)流經該些凹槽(37)，而進入該匯流空間(32)中，而超臨界流體則經由該該超臨界流體供給部(40)自該些第二入流道(34)進入該匯流空間(32)內，以與高分子熔融體匯流，爾後，再經由該出流道(35)與該入料通道(53)流入該混料空間(52)中，受該混料轉軸(54)之轉動所形成之擾流，令高分子熔融體與超臨界流體得以於該混料空間(52)中受混合成為均質溶液，再經由一習知之注料端件(60)供應至適當之成型裝置中，以遂行模製之加工者。

而所應特別加以提出說明者係，當超臨界流體自該些第二入流道(34)進入該匯流空間(32)中時，若有造成該匯流空間(32)內之壓力大於該出料通道(23)之壓力時，是等壓力差將作用在該單向閥(36)上，使該單向閥(36)如第五圖所示般地，偏移至該第二推拔段(333)中，並阻塞該出料通道(23)經由該第二推拔段(333)與該大孔徑段(332)間之連通，據此，即可避免超臨界流體逆流至該擠筒(20)內部，造成超臨界流體與高分子熔融體之混合比例受到影響，以確保成型產品之品質穩定。

為確保超臨界流體與高分子熔融體間混合比例之正確性，除了前述以該單向閥(36)避免超臨界流體逆流至預期混合之標的以外，進一步地使該混合件(50)與該注料端件(60)間為如第六圖所示般之氣密結合，避免超臨界流體由交界部位洩漏，同時，該注料端件(60)之注料孔(61)中所滑設之習知阻料軸(62)則如第七圖所示般，可在阻塞注料孔(61)之際，提供氣密之效果，避免所混合之超臨界流體外漏，據此，即得以確保超臨界流體與高分子熔融體間混合比例之正確性。

再請參閱第八圖至第十一圖所示，在本發明第二較佳實施例中所提供之混合機構(10’)，其主要之技術內容係與前述第一較佳實施例中所揭者相同，其不同處係在於第二較較佳實施例中，係使該匯流件(30’)與該混合件(50’)之結合構造不同於第一較佳實施例所揭者。

具體而言，本實施例中係使該混合件(50’)之身部(51’)不直接於該匯流件(30’)結合，而係經由一階狀之結合套(38’)以螺栓等結合元件(圖上未示)固接於該身部(51’)徑向一側與該第一座身(311’)上，以及使該入料流道(53’)呈直孔狀地自該混料空間(52’)之孔壁徑向延伸並貫穿該身部(51’)，而與貫設於該結合套(56’)上之該出流道(53’)同軸連通，從而使該匯流空間(32’)中匯流之超臨界流體與高分子熔融體，得以經由該出流道(53’)與該入料流道(53’)由該混料空間(52’)之徑向流入該混料空間(52’)中而受混合，而有別於第一較佳實施例般由軸向進入之構造。

換言之，該混合件(50’)、該匯流件(30’)與該注料端件(60’)間之結合，係使該注料端件(60’)與該動力部(55’)位於身部(51’)之柱軸兩端，以及使該匯流件(30’)位於該身部(51’)徑向一側上，而有別於第一較佳實施例中所揭者，惟，是等相對空間位置之改變，並不影響本實施例所能達成與第一較佳實施例所能達成之相同功效。

繼之，本發明以第三較佳實施例所揭露者，則係為一種混合之方法，且得以上述之第一較佳實施例、第二較佳實施例或前述專利前案中所揭露之混合機構實施之，具體而言，該混合方法主要之技術特徵，係使高分子原料熔融體與超臨界流體在不同時間交錯地進入同一匯流空間中，以避免該匯流空間中之壓力過大，而其具體之步驟則包含有：

a.在停止超臨界流體進入該匯流空間時，以一第一力使該高分子原料熔融體經由一第一入流道進入該匯流空間中。

b.當該高分子原料熔融體經該a步驟流入該匯流空間預定之量後，則停止該高分子原料熔融體之繼續進入。

c.以一第二力使原停止流動之該超臨界流體，經由一第二入流道流入該匯流空間中。

d.重覆地實施步驟a至步驟c。

e.位於該匯流空間內之高分子原料熔融體與超臨界流體，係在匯流後往外流入一與該匯流空間連通之混料空間中。

f.對進入該混料空間中之高分子原料熔融體與超臨界流體進行混合，使之成為均質之溶液後，作為外部加工裝置之原料供應來源。

其中，在步驟b實施時，由於停止了高分子原料熔融體之繼續進入，同時，已存在於該匯流空間中之高分子原料熔融體，仍可持續地往外流出以進入該混料空間，而可降低該匯流空間中之壓力，如此一來，當該步驟c實施時，即得以減少用以使該超臨界流體進入該匯流空間之該第二力，並使該匯流空間內部之壓力降低，以減少高壓作用之影響。

更進一步來說，該第一力之供給係可如本發明兩較佳實施例或前述專利前案中所揭之擠筒內部螺桿之自轉運動所提供者，但是等構造乃屬習知射出機或押出機中之公知技術內容，本案並無需再加贅言，具體而言，當該a步驟實施時，該螺桿係以桿軸為軸地沿一第一方向(例如順時針方向)進行轉動以形成該第一力，而使固態之高分子原料經由該擠筒所供給之熱能熔融成可流動之熔融體後，續受該第一力之推動，而進入該匯流空間中。

而在b步驟實施時，除可單純地停止該螺桿之轉動外，亦可進一步地使該螺桿沿反向於該第一方向之一第二方向(例如逆時針方向)進行轉動以形成一與該第一力反向之第三力，二者間之不同係為：前者係僅停止該第一力對該高分子熔融體之推動，尚未進入該匯流空間中之高分子熔融體即得以阻擋已進入該匯流空間中之高分子熔融體產生逆流之狀態，且由於需求較低之該第二力，因此於該步驟c中所進入之超臨界流體，將不易往較高壓力之擠筒方向逆流，而可避免衍生先前技術所述之缺失；而後者所述，以該第三力對高分子熔融體施加反向拉力時，例如沿該第一方向轉動三圈後再沿該第二方向轉動一圈，此際，為避免已進入該匯流空間中之高分子熔融體產生逆流，係得以如本發明所揭露之兩較佳實施例所提供以單向閥為主之單向流道構造，予以避免，並可大幅地降低該匯流空間中之壓力，相較於單純止該第二力之作用，施加該第三力可預期地能夠更進一步地降低對該第二力所需求之強度。

(10)(10’)混合機構 (20)擠筒 (21)筒身 (211)管軸一端( (22)螺桿 (221)桿軸一端 (23)出料通道 (30)(30’)匯流件 (31)座部 (311)(311’)第一座身 (312)容孔 (313)第二座身 (314)第三座身 (32)(32’)匯流空間 (33)第一入流道 (331)第一推拔段 (332)大孔徑段 (333)第二推拔段 (34)第二入流道 (35)(35’)出流道 (36)單向閥 (37)凹槽 (40)超臨界流體供給部 (50)(50’)混合件 (51)(51’)身部 (52)(52’)混料空間 (53)(53’)入料流道 (54)混料轉軸 (541)桿軸一端 (55)(55’)動力部 (56’)結合套 (60)注料端件 (61)注料孔 (62)阻料軸

第一圖係本發明第一較佳實施例之立體圖。第二圖係本發明第一較佳實施例之局部分解圖。第三圖係本發明第一較佳實施例之局部分解圖。第四圖係本發明第一較佳實施例沿第一圖a-a割面線之剖視圖，係顯示該單向閥之順向流動狀態。第五圖係本發明第一較佳實施例沿第一圖a-a割面線之剖視圖，係顯示該單向閥之逆向阻擋狀態。第六圖係本發明第一較佳實施例沿第一圖6-6割面線之剖視圖。第七圖係本發明第一較佳實施例沿第一圖7-7割面線之剖視圖，係顯示習知阻料軸進行阻料與釋放之作動狀態。第八圖係本發明第二較佳實施例之立體圖。第九圖係本發明第二較佳實施例之一局部分解圖。第十圖係本發明第二較佳實施例之另一局部分解圖。第十一圖係本發明第二較佳實施例沿第八圖11-11割面線之剖視圖。

Claims

一種混合機構，包含有：一匯流件，具有一座部，彼此間不直接連通之一第一入流道、一第二入流道與一出流道係分設於該座部上，一匯流空間係設於該座部內，並連通該第一入流道之一端、該第二入流道之一端與該出流道之一端，一單向閥係設於該第一入流道中，用以阻擋由該匯流空間往該第一入流道方向之流動；一擠筒，具有一筒身，一出料通道係位於該筒身之一端並與該第一入流道之另端連通；一超臨界流體供給部，具有一供給流道，係與該第二入流道連通；一混合件，具有一身部，一混料空間係設於該身部中，一入料通道係連通該混料空間與該出流道之另端；該第一入流道係呈孔狀，並沿孔軸依序地區隔成一第一推拔段、一大孔徑段與一第二推拔段，該第一推拔段係自該第一入流道與該匯流空間連通之一端，內徑漸增地沿孔軸往另端之方向延伸，該大孔徑段之內徑為均一，並大於該第一推拔段之最大內徑，該第二推拔段係自該大孔徑段，內徑漸減地沿孔軸延伸，並以延伸端末與該出料通道連通；藉此，係得以該擠筒將高分子熔融體由該出料通道流入該匯流空間中，並使超臨界流體由該供給流道流入該匯流空間中，再經由該出流道流入該混料空間中，俾得以該混合件將該高分子熔融體與該超臨界流體混合為均質溶液。
如請求項1所述之混合機構，其中，該匯流部係更包含有複數凹槽，係分設於該第一推拔段之孔壁上。
如請求項2所述之混合機構，其中，該些凹槽係沿該第一入流道之孔徑分別延伸地設於該第一推拔段之孔壁上。
如請求項2或3所述之混合機構，其中，該單向閥係呈球狀，可活動地被容置於該大孔徑段中，外徑並小於該大孔徑段之內徑，而大於該第一推拔段之最大內徑以及該第二推拔段之最小內徑。
一種混合機構，包含有：一匯流件，具有一座部，彼此間不直接連通之一第一入流道、一第二入流道與一出流道係分設於該座部上，一匯流空間係設於該座部內，並連通該第一入流道之一端、該第二入流道之一端與該出流道之一端，一單向閥係設於該第一入流道中，用以阻擋由該匯流空間往該第一入流道方向之流動；一擠筒，具有一筒身，一出料通道係位於該筒身之一端並與該第一入流道之另端連通；一超臨界流體供給部，具有一供給流道，係與該第二入流道連通；一混合件，具有一身部，一混料空間係設於該身部中，一入料通道係連通該混料空間與該出流道之另端；該座部具有一第一座身，係橋設於該筒身與該身部間，一容孔係凹設於該第一座身鄰接該筒身之一側，一第二座身與一第三座身係彼此鄰接地容設於該容孔中，並使該第一入流道設於該第二座身與該第三座身中；藉此，係得以該擠筒將高分子熔融體由該出料通道流入該匯流空間中，並使超臨界流體由該供給流道流入該匯流空間中，再經由該出流道流入該混料空間中，俾得以該混合件將該高分子熔融體與該超臨界流體混合為均質溶液。
如請求項1或5所述之混合機構，其中，該混合件係更包含有一混料轉軸，係容設於該混料空間中。
如請求項6所述之混合機構，其中，該混合件係更包含有一動力部，係施力於該混料轉軸之軸向一端，使之得以於該混料空間中轉動。
如請求項7所述之混合機構，其中，該混料轉軸之軸向另端係位於該入料通道中。
一種混合方法，係使一高分子原料熔融體可受一第一力之作用，而自一原料源經由一第一入流道進入一匯流空間中，以及使一超臨界流體可受一第二力之作用，經由一第二入流道而進入該匯流空間中，從而使高分子原料熔融體與該超臨界流體於該匯流空間匯流後，再流入與該匯流空間連通之一混料空間中受混合為均質溶液，嗣後再由該混料空間流出以供加工；其中，該高分子原料熔融體係間歇性地進入該匯流空間中，該超臨界流體係間歇性地進入該匯流空間中，且與該高分子原料熔融體交替地進入該匯流空間中，亦即，當該超臨界流體流入該匯流空間時，係暫時地停止該高分子原料熔融體流入該匯流空間中，反之，當該高分子原料熔融體進入該匯流空間時，則暫時地停止該超臨界流體流入該匯流空間。
如請求項9所述之混合方法，其中，在超臨界流體流入該匯流空間前，係釋放該第一力，使位於該第一入流道中之高分子原料熔融體不受該第一力之作用。
如請求項10所述之混合方法，其中，高分子原料熔融體之供給係以一擠筒將來自於該原料源之固態原料，以一螺桿以自身桿軸為軸地沿一第一方向自轉而形成該第一力，並以該第一力將該固態原料往該第一入流道方向推送，且於推送動作進行之同時，以熱能使該固態原料熱融為該高分子原料熔融體，以及，在超臨界流體流入該匯流空間前，則使該螺桿沿相反於該第一方向之一第二方向進行自轉，以形成一第三力將該高分子原料熔融體拉回。
如請求項11所述之混合方法，其中，該螺桿沿該第二方向自轉之行程係小於該螺桿沿該第一方向自轉之行程。
如請求項9、10、11或12所述之混合方法，其中，該第一入流道為單向流道，係容許該高分子原料熔融體自該原料源該往該匯流空間方向之流動，而阻擋自該匯流空間往該原料源方向之流動。
一種實施請求項9所述之混合方法，其係藉由請求項1至請求項8任一項所述之混合機構實施請求項9所述之混合方法。