專利名稱：熔化和均勻化多峰形和雙峰形的聚烯烴的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的方法。
背景技術：
雙峰形或多峰形的聚烯烴具有單個顆粒之間的分子量分布變化非常大的特性，從而具有非常不同的熔體粘度和彈性特性。大顆粒可由小顆粒聚集而成。通常，所述微觀的不均勻性在加工成作為最終產品的均勻聚烯烴時會帶來一些問題。
在制備上述粉末混合物的過程中，使單個顆粒熔化，但高分子量以及由此高粘性和高彈性的顆粒留在低粘度的熔融基體中，從而在剪切場內不能充分變形或分開，或者局部根本不變形或分開，這導致在微觀結構中存在不均勻的基體。當由這種制備得不好的用于制造管件的黑色聚烯烴剪切成顆粒作為最終產品時，這些顆粒呈現出不均勻性，甚至是在視覺上呈現小白點形式的不均勻性。關于這個問題可以從Peter Heidemeyer和JoergPheiffer的文章“Macromol.Symp.181，167-176(2002)”中獲知。
WO 98/15591說明了一種所述類型的方法，其中，在第一雙軸擠出機中進行塑化，在下游的第二擠出機中進行均勻化。第一擠出機在低剪切速率下工作，而第二擠出機在高剪切速率下工作。該方法不能令人滿意地解決文章開頭所述的問題。
DE 43 01 431 C2、美國專利3 261 056和德國公開的專利申請23 04 088(對應于US專利3 860 220)教導，使用兩個前后順序連接的單軸擠出機來熔化和均勻化塑料，第一擠出機具有直徑較小、轉速較高的蝸桿軸，而第二擠出機具有直徑較大、轉速較低的蝸桿軸。已經證明，這種類型的制備設備不適于制備開頭所述的聚烯烴。
EP 1 005 411 B1還公開了一種制造氨基塑料和/或酚塑料的方法，其中，在第一擠出機中形成預濃縮溶液，然后將該預濃縮的溶液連同添加劑和填充物提供給第二擠出機。這里，使用了蝸桿可沿相同方向轉動的雙蝸桿擠出機。第一擠出機被以12～20轉/分的非常低的轉速驅動，第二擠出機被以20～300轉/分的較高轉速-優選以80～150轉/分的轉速-驅動。這種擠出機級聯不可用在所述類型的方法中以解決開頭所述的問題。

發明內容
本發明的目的是，以在所述類型的方法中這樣對聚烯烴進行加工，以得到完全均勻的熔融基體。
根據本發明，該目的可以通過權利要求1的特征部分的特征實現。本發明的核心在于，通過輸入略大于熔融焓的能量，在構成第一階段的第一擠出機中熔化多峰形或雙峰形的聚烯烴。該熔化作業在高剪切速率下進行，這確保了能夠真正在任何需要的位置輸入能量。可能仍然存在的能量輸入的局部差異由從已經形成的熔化聚烯烴向還未熔融的聚烯烴的熱流補償，從而在構成第一階段的第一擠出機的排出端可獲得基本上熔融的聚烯烴。另外，如果擠出機的幾何形狀不變，則高剪切速率由高轉速形成。然后，在構成第二階段的第二擠出機中以低得多的剪切速率對聚烯烴進行均勻化。較低的剪切速率由相應較低的速度形成。低剪切速率避免了局部的高能量輸入。因此，熔點也很低，從而變形和破碎所必須的剪切力可以作用在造成不均勻性的微觀結構上。經驗表明，在這些方法中，嵌有高分子顆粒的基體由于的顆粒熔點低而具有比高剪切速率較高的情況下高的粘度。為了完整起見，應注意剪切速率定義為剪切體積元的速率，即兩個流過的層的速度差與它們之間在垂直于流動方向上的距離的比。在一次粗略近似中，蝸桿內的平均剪切速率可以用蝸桿的圓周速度與通道的平均深度的比描述。使用多軸、尤其是雙軸擠出機有助于獲得高的傳輸穩定性，從而獲得非常均勻的加工過程。這些出人意料的優點尤其在采用粉末狀的、顆粒狀的多峰形或雙峰形的聚烯烴以及顆粒和粉末混合物時變得非常明顯。
從屬權利要求說明了根據本發明的教導的有利且部分具有創造性的改進。


從下面結合附圖對示例性實施例的說明中，可以發現本發明的其它特征、優點和細節，其中圖1是用于實施根據本發明的方法的制備設備的俯視圖，其中示出剖開的擠出機；圖2是根據圖1中的箭頭II的制備設備的側視圖，其中示出剖開的擠出機；圖3是沿圖2中線III-III的第一擠出機的橫向剖視圖；以及圖4是沿圖1中線IV-IV的第二擠出機的縱向剖視圖。
具體實施例方式
附圖中所示的制備設備包括第一擠出機1和第二擠出機2。第一擠出機1位于第二擠出機2的上方。第一擠出機1經由第一聯軸器4和第一傳動裝置5由第一馬達3驅動。第二擠出機2經由第二聯軸器7和第二傳動裝置8由第二馬達6驅動。馬達3和6由控制裝置9控制。
第一擠出機1包括設有加熱系統10的殼體11，所述殼體中形成兩個相互平行延伸并以近似“8”字形地互相接合的第一殼體孔12、13。兩根聯接到第一傳動裝置5的第一蝸桿軸14、15布置在所述殼體孔12、13內。沿相同方向、即沿相同旋轉方向16驅動蝸桿軸14、15。它們是所謂的緊密接合的自清潔式蝸桿軸14、15。第一擠出機1包括沿傳輸方向17設置在第一傳動裝置5下游的進料斗18，它后面是入口區19，在所述入口區內蝸桿軸14、15具有螺紋部分20。入口區19的后面是熔化區21，在所述熔化區內蝸桿軸14、15上配有塑化部分-例如捏合部分22。然后是進給區23，在所述進給區內軸14、15上又配有螺紋部分24。部分20、22、24具有第一內徑Di和第一外徑Da。緊接著該進給區的是排料區25。除了兩個殼體孔和相應的兩個蝸桿軸，也可以采用三個或更多孔和相應數量的蝸桿軸。可能存在不能自清潔的局部部分。
第二擠出機2也具有殼體26，所述殼體中形成兩個彼此平行并互相接合的第二殼體孔27、28，所述殼體孔同樣圍成“8”字形的截面形狀。兩個與第二傳動裝置8聯接的蝸桿軸29、30布置在第二殼體孔27、28內；它們也可沿相同方向、即沿相同旋轉方向31驅動旋轉。第二蝸桿軸29、30也是所謂的緊密接合的，并從而也是自清潔式的蝸桿軸29、30。與第二傳動裝置8相連，第二擠出機2包括進料連接件32，該連接件通過構成輸送區33的管狀彎頭34連接到第一擠出機1的排料區25。在輸送區33中，布置濾板、篩網等作為保持裝置35。濾板上具有1～4mm的孔徑。篩網的篩孔尺寸明顯較小，例如約0.2mm。同樣地，第二擠出機2也可以具有多于兩個殼體孔和相應地多于兩個蝸桿軸，并且在所述蝸桿軸上也可布置非自清潔式的局部部分。此外，在第二擠出機2中，也可以沿相反方向驅動蝸桿軸，這樣可以形成比沿相同方向驅動蝸桿軸高的壓力。
在進料連接件32的上游-沿朝向第二傳動裝置8的方向-設置有一所謂的逆向排氣裝置形式的排放區36。當然，也可以在認為必要的位置設置任何其它適當形式的排氣系統。沿傳輸方向17，進料連接件32后面是入口區37，在所述入口區內第二蝸桿軸29、30上具有螺紋部分38。其后是細長的均勻化區39，在所述均勻化區中，混合和捏合部分40和螺紋部分41交替布置在蝸桿軸29、30上。然后是壓力形成區42，在壓力形成區中蝸桿軸29、30上設有螺紋部分43。
在壓力形成區42的下游設置有可調限制器(Drossel)44，通過該限制器可在蝸桿軸29、30轉速度不變的情況下改變能量輸入。設置有熔體泵45，以形成特別高的壓力；該熔體泵是由帶有傳動裝置47的泵馬達46驅動的齒輪泵。
部分38、40、43的第二內徑為di，第二外徑為da。
在上述制備設備中制備多峰形、尤其是雙峰形的聚烯烴。在通過進料斗18供給塑料的第一擠出機1內，通過輸入機械能和必要時經由加熱系統10從外部輸入熱能，在熔化區21內發生熔化。熔化過程在高剪切速率和第一蝸桿軸14、15相應的高轉速下進行。該轉速在200～1200轉/分的范圍內，優選在300～900轉/分，特別優選在400～600轉/分的范圍內。
熔融的塑料材料在輸送區33離開第一擠出機1，并幾乎無壓力即壓力很低地被送到第二擠出機2。在第二擠出機2中對熔融的塑料進行均勻化；然后直接排出或者由熔體泵45送出以進一步加工。
第二擠出機2中的均勻化在與第一擠出機1相比低得多的剪切速率以及由此第二蝸桿軸29、30的低轉速下進行。所述轉速在50～250轉/分的范圍內，優選在60～190轉/分的范圍內，更優選在80～150轉/分的范圍內。在任何情況下，第二蝸桿軸29、30的轉速都比第一蝸桿軸14、15的轉速低。這里，如果在運行中第一蝸桿軸14、15的速度恒定而第二蝸桿軸29、30的速度可調，可以獲得特別高的效率。
由于擠出機1、2的通過量(Durchsatz)必須相同，因此第二軸29、30的輸送橫截面大于第一軸14、15的輸送橫截面。外徑Da與da的比滿足0.3≤Da/da≤0.8，優選為0.5≤Da/da≤0.8。第一蝸桿軸的直徑比Da/Di滿足1.4≤Da/Di≤2.1。相應地，第二蝸桿軸29、30的直徑比da/di滿足1.4≤da/di≤2.1。通過所述尺寸和所述運行方式可以實現，在第一擠出機1內的熔化快速進行，而在第二擠出機2內的均勻化卻進行較長時間。由于所使用的擠出機1、2為雙軸或多軸機器，因此與有抽吸(抽氣)傾向的單軸擠出機相比可以確保持續地輸送穩定的運行。
所使用的多峰形或雙峰形的聚烯烴以粉末、顆粒或粉末和顆粒混合的形式供給。如果所供給的聚烯烴趨向聚集或燒結，則在熔化區21形成大的粉末或顆粒聚集體，在包圍它們的熔化材料中，它們的特性與固體相似并與熔化的材料一起被第一擠出機1排出。它們由設計成大網眼的篩網或濾板的保持裝置35收集，并在這里熔化，直到顆粒的直徑降低到濾板的孔徑或篩網的網孔尺寸。這種顆粒在包圍它們的熱熔化材料中由于熱傳導而較快地熔化，因此可以確保到進入均勻化區39時所有顆粒已完全熔化。
權利要求
1.一種在第一擠出機(1)和沿傳輸方向(17)布置在第一擠出機(1)下游的第二擠出機(2)內熔化和均勻化多峰形或雙峰形的聚烯烴的方法；其中，第一擠出機(1)是具有多個可驅動旋轉的第一蝸桿軸(14、15)的多軸擠出機；其特征在于，第二擠出機(2)是具有多個可驅動旋轉的第二蝸桿軸(29、30)的多軸擠出機；第一蝸桿軸(14、15)的外徑(Da)比第二蝸桿軸(29、30)的外徑(da)小；第一蝸桿軸(14、15)被以比第二蝸桿軸(29、30)的轉速高的轉速驅動；以及第一擠出機(1)內的剪切速率比第二擠出機(2)內的剪切速率高。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第一擠出機(1)內的剪切速率是第二擠出機(2)內的剪切速率的至少兩倍，優選為四到五倍，更優選為六到十倍。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二蝸桿軸(29、30)的轉速是可調的。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，第一蝸桿軸(14、15)被以200～1200轉/分、優選為300～900轉/分、更優選為400～600轉/分的轉速驅動。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，第二蝸桿軸(29、30)被以50～250轉/分、優選為60～190轉/分、更優選為70～150轉/分的轉速驅動。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，第一蝸桿軸(14、15)的外徑(Da)與第二蝸桿軸(29、30)的外徑(da)的比為0.3≤Da/da≤0.8，優選為0.5≤Da/da≤0.8。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，第一蝸桿軸(14、15)的外徑(Da)與內徑(Di)的比為1.4≤Da/Di≤2.1。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，第二蝸桿軸(29、30)的外徑(da)與內徑(di)的比為1.4≤da/di≤2.1。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，第一蝸桿軸(14、15)的轉速是恒定的。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，采用雙軸擠出機作為第一擠出機(1)和/或第二擠出機(2)。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，以粉末形式向第一擠出機(1)供給聚烯烴。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，沿相同的方向驅動第一蝸桿軸(14、15)和/或第二蝸桿軸(29、30)旋轉。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，采用緊密接合的蝸桿軸作為第一蝸桿軸(14、15)和/或第二蝸桿軸(29、30)。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，基本上無壓力地將熔融的聚烯烴從第一擠出機(1)輸送到第二擠出機(2)。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，在進入第二擠出機(2)之前對熔融的聚烯烴進行過濾或過篩。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于，在第二擠出機(2)的排出區和/或在第二擠出機(2)的下游形成壓力。
全文摘要
本發明公開了一種熔化和均勻化多峰形和雙峰形的聚烯烴的方法，該方法使用了一多軸形式的第一擠出機(1)和一第二擠出機(2)，該第二擠出機(2)沿傳輸方向布置在第一擠出機(1)的下游并且也是多軸形式的。第一擠出機(1)的第一蝸桿軸(14、15)的外徑比第二擠出機(2)的第二蝸桿軸(29、30)的外徑小。第一擠出機(1)被以比第二擠出機(2)的轉速高的轉速驅動。第一擠出機(1)內的剪切速率比第二擠出機(2)內的剪切速率高。
文檔編號B29C47/40GK1780724SQ200480011615
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月8日 優先權日2003年4月30日
發明者U·布克哈特 申請人:科倍隆W&P有限及兩合公司