挤出塑料物料的方法

专利名称：挤出塑料物料的方法
挤出塑料物料的方法本发明涉及一种借助于具有特定螺杆几何形状的多螺杆挤出机挤出塑料物料，特 别是聚合物熔体和聚合物熔体混合物，尤其是热塑性塑料和弹性体，特别优选地聚碳酸酯 和聚碳酸酯共混物(其中也可以掺混有其它物质例如具有改善的光学特性的固体、液体、气 体或其它聚合物或其它聚合物的共混物)的方法。挤出是聚合物的生产、混配和加工中的一种已知方法。挤出在这里和下文中是 指在同向旋转的双螺杆挤出机或多螺杆挤出机中处理物质或物质混合物，如[1] ([1]= Kohlgriiberj Der gleichlaufige Doppelschneckenextruderj Hanser Verlag Miinchen 2007)中所全面记述的。多螺杆挤出机在下文中还总是指环挤出机。在挤出过程中对塑料物料的处理包括以下工艺操作中的一或多个输送、熔化、分 散、混合、挤压出液体组分、脱气和升压。在聚合物生产中，挤出例如用于从聚合物中除去挥发性组分如单体和残余的溶剂 ([1]，第192-212页)、用于加聚和缩聚反应、任选地熔化和调制聚合物、以及任选地将添加 剂与聚合物混合。在聚合物混配过程中，挤出尤其是被用于产生聚合物与添加剂、助剂、增强材料和 染料的混合物，以及产生在例如化学组成、分子量或分子结构上不同的不同聚合物的混合 物(例如参见[1]，第59-93页)。混配工艺有助于混配聚合物以使用塑料原料(其通常是熔 融的)以及向聚合物中添加和混入填料和/或增强材料、增塑剂、粘合剂、润滑剂、稳定剂等 制备成品塑料模制物料(或复合物)。混配往往还包括除去挥发性组分例如空气和水。混 配还可以包括化学反应，例如接枝、官能团的改性、或通过有意地增大或减小分子量来改变 分子量。如已知和例如在[1 ]第169-190页所记述的，混合可分为分配混合和分散混合。分 配混合是指在给定的容积内不同组分的均勻分配。例如，当混合类似的聚合物时发生分配 混合。在分散混合中，固体颗粒、液滴或气泡首先被分开。为进行分开必须施加充分大的剪 切力以例如克服聚合物熔体与添加剂之间的界面处的表面张力。在下文中，混合始终是指 分配和/或分散混合。在出版物[1]第73页起记述了熔体输送和升压。熔体输送区用来将产物从一个 工艺区输送到下一个工艺区并引入填料。例如在产物从一个工艺区向下一个工艺区输送期 间、在脱气期间和在保温区中，熔体输送区通常被部分填充。在聚合物加工期间，所述聚合物优选地被转化成半成品、现成产品或构件的形式。 加工可以例如通过注塑、挤出、薄膜吹塑、压延或纺纱来进行。加工可以还包括将聚合物与 填料和辅助物质和添加剂混合以及化学改性例如硫化。如所属技术领域的专业人员所知，聚合物挤出优选地在具有两个或任选地两个以 上螺杆的挤出机上进行。其转子相互准确自刮净的同向旋转双螺杆或任选地多螺杆挤出机早已是已知的 (DE862668)。基于准确刮净型型线原则的螺杆挤出机已被用于聚合物生产、混配和加工中的许多不同应用。这种螺杆挤出机已知具有好的混合作用、好的脱气作用和好的熔融聚合 物作用。它们在用其制造的产品的质量上具有优势，因为聚合物熔体会粘附在表面上并在 通常的加工温度下随着时间的过去而降解，准确刮净型螺杆的自洁作用防止了这点。例如 在Klemens Kohlgriiber: Der gleichlaufige Doppelschneckenextruderj Hanser Verlag Munchen 2007, 96页起[1]中叙述了制造准确刮净型螺杆型线的准则。其中记述了单程、 双程和三程型线结构的设计。还记述了双螺杆挤出机的第一个螺杆的预定螺杆型线决定双 螺杆挤出机的第二个螺杆的螺杆型线。双螺杆挤出机的第一螺杆的螺杆型线由此被称为母 螺杆型线。双螺杆挤出机的第二螺杆的螺杆型线从双螺杆挤出机的第一螺杆的螺杆型线得 出，因此被称为子螺杆型线。在多螺杆挤出机的情况下，相邻螺杆总是以母螺杆型线和子螺 杆型线交替排列。据本领域技术人员所知，在螺杆齿顶区域有特别大量的能量被消散在熔体中，这 会导致在产品中局部严重过热。这在例如[1] 160页起有说明。此局部过热可能导致损害 产品，例如气味、颜色、化学组成或分子量的改变，或在产品中形成非均勻如胶粒或斑点。特 别是大的顶锥角在这点上是有害的。据所属领域技术人员所知，发生聚合物损害的反应速率取决于温度。如所 属领域技术人员所知禾口如可例如在J. Robertson Thermal Degradation Studies of Polycarbonate, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, 2001 第三章或在 K. Chrissafis: Kinetics of Thermal Degradation of Polymers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 95 (2009) 1, 273_ 283中所证实的，反应速度常数k (T)可用Arrhenius方程表示k (T) =A*exp (-Ea/(R*T))。 在此公式中，k表示反应速度常数，T表示绝对温度[K]，A表示频率因子，EA表示活化能[J/ mol]，R表示通用气体常数[J/mol/K]。还已知仅仅IOK的升温就可能导致反应速率常数加 倍。挤出塑料物料的工艺由此应当设计成通过塑料物料的加工和处理而使平均温度升高尽 可能低。特别是，用于挤出塑料物料的工艺应设计成使得在塑料物料的加工和处理过程中 避免如例如在现有技术的具有Erdmenger螺杆型线的螺杆元件的齿顶区域所发生的局部 温度高峰。现代的双螺杆挤出机具有积木式结构方式，其中在芯轴上可以安装不同的螺杆元 件。如此，所属领域技术人员可以使双螺杆挤出机适应进行中的具体工艺任务。通常，现在 使用具有双程和三程型线的螺杆元件，因为单程螺杆型线由于其大顶锥角而具有过高的能 量输入。除偏心排列的圆盘之外，现有技术已知的螺杆元件的特征在于型线曲线在其横截 面内包括至少一个扭折(例如参见

图1)，其出现在螺杆齿顶与螺纹面的过渡处。齿顶由半 径=型线外径的圆弧构成，且型线的旋转点作为中心点。向型线侧面过渡处的扭折在螺杆 元件上形成棱。在多螺杆挤出机上执行的一个主要任务是彼此不可均勻混溶的液相或熔体的分 散或固体在聚合物熔体中的分散。从技术文献(例如参见Chang Dae Han: Multiphase Flow in Polymer Processing, Academic Press, New York 1981)中已知对于困难的分散 任务来说剪切流动与伸展流动的结合是理想的。在物料一方面被螺杆的旋转所剪切而另一方面同时被螺槽的收敛向齿顶所伸展的螺槽中这种流动形式占主导。然而，在螺杆齿顶区域，在困难的分散任务中对分散几乎没 有贡献的纯剪切流动占主导。另一方面，输入能量的最大一部分被消散在螺杆齿顶与机筒 或相邻螺杆之间的间隙中。因此该区域对加热聚合物物料和由此可能对热损伤起主要贡 献，而对分散的工艺任务没有贡献。可以如已知的以准确刮净方式设置的偏心设置的圆盘是个例外。它们不包括具有 纯剪切流动的齿顶区域。它们以其出色的分散作用而为人所知，但由于它们在大的圆周区 域产生极窄的间隙而同时具有高的能量输入。此外它们的螺纹数限于z=l。因此，本发明的目的在于提供一种挤出塑料物料的方法，其中降低了平均和最大 升温以避免聚合物损伤。通过使用紧密啮合的、同向旋转的混配挤出机或脱气挤出机令人意外地实现了该 目的，其中采用具有特定几何形状的螺杆元件。这包括在整个横截面上的型线可用连续可 微的型线曲线表示的螺杆元件。通过在多螺杆挤出机中使用这些螺杆元件，可以实现相对 于现有技术来说尽可能最低的能量输入，其导致了更小的升温和由此更低的平均和最高温 度。同时，还实现了与现有技术相当或甚至更高的非常好的升压。令人惊讶地发现，根据本发明使用的输送元件的升压能力大于根据现有技术的具 有Erdmenger螺杆型线的输送元件。由此，借助于根据本发明所用的输送元件，可以例如在 更短的升压区域内产生期望的或必要的升压，借此缩短了挤出机结构，或者在不变的挤出 机长度下延长了其它工艺区例如脱气区或混合区，从而提高它们对塑料物料的作用。从而本发明提供一种使用同向旋转、紧密啮合的混配挤出机或脱气挤出机混配塑 料物料、特别是聚合物熔体和聚合物熔体混合物、尤其是热塑性塑料和弹性体、特别优选地 聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物(其中可混有其它物质例如固体、液体、气体或其它聚合物或其 它聚合物共混物)的方法，其中所述挤出机使用用于具有成对同向旋转并成对准确刮净的 螺杆(该螺杆具有两个或两个以上螺杆螺纹)的多螺杆挤出机的螺杆元件，其特征在于母和 子螺杆型线各自在整个横截面上都可以用连续可微的型线曲线表示。本发明在此并不仅限于由由螺杆元件与芯轴构成的螺杆的现今习用的模块结构 构成的螺杆元件，而且还可用于密实结构的螺杆元件。因此术语“螺杆元件“应当还指密 实结构的螺杆。根据本发明所用的螺杆元件的横断面型线(在下文中又简称为型线或螺杆型线) 可以清楚地用一系列圆弧来表示。根据本发明所用的母和子螺杆元件的螺杆型线整体由η个圆弧组成，其中η大于 或等于4。所述η个圆弧中的每一个都具有起点和终点。所述η个圆弧在其起点和终点彼 此成切线汇合，由此根据本发明它们构成连续可微的型线曲线。每个圆弧j(j=l到η)的位置可以通过给出两个不同的点来清楚确定。圆弧的位 置方便地通过给出中心点和起点或终点来确定。单个圆弧j的大小通过半径1_以及绕起 点和终点间的中心点所成的角α j来确定，其中半径h大于0且小于螺杆之间的轴线距离， 角的弧度大于或等于0且小于或等于2π，其中π为圆周率。根据本发明所用的螺杆元件的特征在于 -母螺杆型线与子螺杆型线位于同一平面内，
-母螺杆型线的旋转轴和相隔一定距离a (轴线距离)的子螺杆型线的旋转轴各自都垂直于螺杆型线的所述平面，母螺杆型线的旋转轴与所述平面的交点被指定为母螺杆型线 的旋转点，子螺杆型线的旋转轴与所述平面的交点被指定为子螺杆型线的旋转点， -整个母螺杆型线的圆弧数目η大于或等于4(η彡4)， -母螺杆型线的外半径ra大于0(ra>0)且小于轴线距离(ra<a)， -母螺杆型线的芯半径ri大于0(ri>0)且小于或等于ra(ri ( ra)， -母螺杆型线的所有圆弧彼此成切线汇合，
-所述圆弧形成闭合的螺杆型线，即所有圆弧j的角之和等于2π，，其中π为圆 周率(Ji ^ 3. 14159)，
-所述圆弧形成凸起的螺杆型线，
-母螺杆型线的每一个圆弧都位于外半径为ra且芯半径为ri的圆环界内或界上，所 述圆弧的中心点在母螺杆型线的旋转点上，
-母螺杆型线的至少一个圆弧在某个点Pa接触母螺杆型线的外半径ra， -母螺杆型线的至少一个圆弧在某个点P1接触母螺杆型线的芯半径ri， -子螺杆型线的圆弧数目η’等于母螺杆型线的圆弧数目η，
-子螺杆型线的外半径ra’等于轴线距离与母螺杆型线的芯半径ri之差(ra’ ， -子螺杆型线的芯半径ri’等于轴线距离与母螺杆型线的外半径ra之差(ri’ q-ra)， -子螺杆型线的第j’个圆弧的角α /等于母螺杆型线的第j个圆弧的角α)其中j 和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或η’的所有值，
-子螺杆型线的第j’个圆弧的半径r/与母螺杆型线的第j个圆弧的半径。之和等 于轴线距离 其中j和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或η’的所有值，
-子螺杆型线的第j’个圆弧的中心点与母螺杆型线的第j个圆弧的中心点的距离等 于轴线距离a，且子螺杆型线的第j’个圆弧的中心点与子螺杆型线的旋转点的距离等于母 螺杆型线的第j个圆弧的中心点与母螺杆型线的旋转点的距离，且子螺杆型线的第j’个圆 弧的中心点与母螺杆型线的第j个圆弧的中心点之间的连线平行于子螺杆型线的旋转点 与母螺杆型线的旋转点之间的连线，其中j和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或 η'的所有值，
-子螺杆型线的第j’个圆弧的起点相对于子螺杆型线的第j’个圆弧的中心点的方向 与母螺杆型线的第j个圆弧的起点相对于母螺杆型线的第j个圆弧的中心点的方向相反， 其中j和j’为整数，它们共同历数从1分别到圆弧数η或η’的所有值。根据本发明所用的螺杆元件的型线的特征在于它们可以仅使用角尺和圆规来设 计。母螺杆型线的第j个和第j+Ι个圆弧之间的切线过渡由此通过穿过第j个圆弧的终点 画一个半径为IV1的圆，且与母螺杆型线的旋转点较近的此圆与由第j个圆弧的中心点和 终点定义的直线的交点为第j+Ι个圆弧的中心点来设计。在实践中，不是使用角尺和圆规， 而是使用计算机软件来设计螺杆型线。双螺杆挤出机的第一螺杆的预定螺杆型线(“母"型线)清楚地确定了相邻的第 二螺杆的螺杆型线(“子"型线)。双螺杆挤出机的第一螺杆的螺杆型线由此被称作母螺杆 型线，而双螺杆挤出机的相邻的第二螺杆的螺杆型线被称作子螺杆型线。在多螺杆挤出机 的情况下，在相邻螺杆上总是母螺杆型线和子螺杆型线交替排列。用于根据本发明的方法的螺杆元件可以是不对称的或对称的；根据本发明所用的螺杆元件优选地是对称的。对称的螺杆元件可以是轴向对称的或点对称的；根据本发明所 用的螺杆元件优选地是轴向对称的。螺纹数为Z的轴向对称的螺杆型线可被分成2Z个对称的部分，其中通过在对称轴 上映射可以将所述对称部分彼此转化。由于其对称性，螺纹数为Z的轴向对称的螺杆元件 的型线由此可用位于型线的两个对称轴之间的360°/(2 Z)的扇形区内的型线线段完全 定义。型线的剩余部分通过在Z个对称轴上映射所述型线线段而获得，其中所述Z个对称 轴在旋转点相交并绕旋转点将360°角细分为2 Z个大小为360°/(2 Z)的角。而且在 轴向对称的螺杆元件中，相邻螺杆的相应螺杆型线(母和子型线)相同或者可以通过旋转 而重叠[1]。相似情形适用于点对称的螺杆型线，其中对称部分通过在对称中心处点映射而在 各自情形下可以彼此转化。根据本发明所用的螺杆元件的一种具体实施方案描述如下，其特征在于螺杆元件 是轴向对称的。根据本发明所用的这种轴向对称的螺杆元件的螺纹数Z优选地为2-8，特别 优选地为2-4。根据本发明所用的轴向对称的螺杆元件的截面的型线曲线可以再分成2 Z个型 线线段，它们可以通过在型线的对称轴上的轴向映射来彼此转化。构成一个型线线段的圆 弧数目η优选地为2-8，特别优选地为2-4。根据本发明所用的螺纹数为Z的轴向对称螺杆元件的型线的特征在于，在360°/ (2 Ζ)的扇形区内的一个型线线段之内，只有唯一一个点Pa离旋转点的距离相当于螺杆 元件的外半径ra。换句话说，在所述型线线段之内只有一个点Pa位于外半径为ra的绕旋 转点的圆(外圆)上。虽然在根据现有技术的螺杆型线中，顶锥角KW区域的所有点都以窄的间隙清洁 机筒(例如参见图1)，但在根据本发明所用的轴向对称螺杆元件的型线中，则只有位于外 半径上的所述点Pa(例如参见图2)。出于实用性的原因，进一步的描述将以笛卡尔坐标系为基准，其原点由螺杆元件 的旋转点D构成。该笛卡尔坐标系的χ轴穿过点Pa ;y轴在旋转点D处垂直于χ轴。图加 显示了这样一个坐标系。另外使用无量纲的特征值也是明智的，以简化向不同挤出机尺寸的可转移性。几 何变量例如长度或半径的基准值为轴线距离a，因为在挤出机中此值不可改变。以下惯例适 用于各附图坐标X和y的原点在一个所述螺杆的旋转点上。所有的角都以弧度表示。所有 其它有量纲的值都归一化到轴线距离并用大写字母表示:A=a/a -,Rj=TjZa ；RA=ra/a ；RI=ri/
Ct寸寸ο根据本发明所用的轴向对称螺杆元件的型线线段的特征在于，在位于型线外半径 上的点Pa与位于型线芯半径上的点P1之间，其由彼此成切线汇合的圆弧构成，其中穿过点 Pa和P1并在旋转点D相交的直线DPa和DP1构成360° / (2 Z)的角。在一个具体实施方案中，根据本发明所用的螺杆元件的型线线段在点Pa和P1之间 由刚好两个圆弧构成。在点Pfp，所述圆弧彼此汇合，并且根据本发明在整个型线线段上形 成连续可微的曲线。所述圆弧在点Pfp与直线FP相切。直线FP与旋转点的距离相当于轴 线距离A的一半，且其斜率(以弧度计)为-l/tan(Ji/(2 Ζ))。点Pfp离外圆在点切线与直线FP的交点的距离相当于该交点与Pa之间的距离。从点Pfp到直线FP形成的垂 直线与穿过点Pa和旋转点的直线DPa在第一母型线圆弧1的中心点M1处相交，而与穿过点 P1和旋转点的直线DP1在另一母型线圆弧1’的中心点Mr处相交(参见图2a)。由此母型
线圆弧1的半径Rf相应于线段
M1Pa;圆弧1’的半〒相应于线段MrPp
‘在另一具体实施方案中，根据本发明所用的螺杆元件的型线线段在点之间 由刚好三个圆弧构成。由此获得了额外的自由度且在清洁筒壁的点Pa附近可以通过选择 小的半径而使型线更细长，因此进一步减少了能量耗散。图2b举例显示了由三个圆弧构成的根据本发明所用的双螺纹螺杆元件的型线线 段。与点Pa邻接的圆弧1的半径R1可以在(KR^Rf的范围内自由选择。其中心点M1位 于连接线段D-Pa上。与点P1邻接的圆弧3的半径为R3=A-Rp其中心点M3位于线段D-P1上。在这两个圆弧之间是一个半径为&=A/2的连续可微的圆弧2。其中心点M2离点 P1的距离为A/2-队，离点M3的距离为R3_A/2。圆弧1 一方面由Pa限定，另一方面由与穿过P1和P2的直线的交点限定。圆弧3 —方面由P1限定，另一方面由与穿过M2和M3的直线的交点限定。通过对半径R1或R3之一进行选择自由，可以对于给定的轴线距离A设计不同的准 确刮净型的根据本发明所用的螺杆型线。由此通过在两个螺杆上在螺杆型线的相互对应的 大小为360°/(2 Z)的扇形区上提供相同的螺杆型线，但在一个螺杆上构建不同的大小为 360°/(2 Z)的扇形区，还可以设计根据本发明所用的不对称的螺杆型线。当为了分散任 务需要使输送的材料经受特定变形例如缓慢压缩继之以快速扩展时，这种设计是可取的。同样本发明还提供在360°/(2 Z)大小的型线线段内由三个以上圆弧构成的螺 杆元件。根据本发明，所述圆弧在其起点和终点彼此成切线汇合。螺杆元件的外半径ra与轴线距离a之比RA=ra/a优选地对于根据本发明所用的 双螺纹螺杆来说在0. 54-0. 7之间并特别优选地在0. 58-0. 63之间，对于三螺纹螺杆来说 优选地在0. 53-0. 57之间并特别优选地在0. 54-0. 56之间，对于四螺纹螺杆来说优选地在 0. 515-0. 535 之间。根据本发明所用的螺杆元件可构造成输送元件或捏合元件或混合元件。已知输送元件的特征在于(例如参见[1]，第227-248页)螺杆型线在轴向上连 续地成螺旋形旋转和延伸。输送元件可以是右旋或左旋的。输送元件的螺距t可以例如取 0.1-10倍于外直径的值，螺距是指螺杆型线的一个完整旋转所需的轴向长度。螺距t优选 地在0.3-3倍于外直径的范围内。出于实用原因，输送元件的轴向长度优选地构造为t/Z 的整数倍。已知捏合元件的特征在于(例如参见[1]，第227-248页)螺杆型线在轴向上以 捏合盘的形式不连续地延伸。捏合盘可以以右旋或左旋的方式或中立地排列。捏合盘的轴 向长度优选地在0. 02-2倍于外直径的范围内。两个相邻捏合盘之间的轴向距离优选地在 0. 001-0. 1倍于外直径的范围内。已知，混合元件是通过在螺杆齿顶内构造具有缺口的输送元件形成的(例如参见[1]，第227-248页)。混合元件可以是右旋或左旋的。它们的螺距t优选地在0. 1_10倍于 外直径的范围内。与输送元件类似，混合元件的轴向长度优选地构造为t/Z的整数倍。所述 缺口优选地采取U形或V形凹槽的形式。如果在主动输送型元件的基础上形成混合元件， 则凹槽优选地以反输送或轴向平行的方式排列。构成螺杆元件的优选材料为钢，特别是渗氮钢，铬钢、工具钢和不锈钢，以及基于 铁、镍或钴并通过粉末冶金制造的金属复合材料。在具有成对同向旋转且成对准确刮净型螺杆的多螺杆挤出机中，根据本发明所用 的螺杆元件构成在其整个圆周上延伸的通道。在这点上，所述通道具有交替增大和缩小的 通道宽度。这种通道在这里描述为收敛扩散通道。在这种收敛扩散通道中，工作时在其整 个长度上都呈现剪切流动与伸展流动的结合，其具有极好的分散作用。与现有技术已知的 在型线中具有扭折的传统螺杆元件相比，能量输入得到了降低。偏心排列的圆盘同样形成收敛扩散通道。然而，根据本发明所用的螺杆元件具有 比偏心排列的圆盘更小的其中存在极窄间隙的圆周区。因此，与使用偏心排列的圆盘相比， 在多螺杆挤出机中用本发明所用的螺杆元件在此方法中降低了能量输入。据所属领域技术人员所知，直接刮净型螺杆型线不能直接插入双螺杆挤出机中， 而是在螺杆元件与机筒之间以及螺杆元件本身之间需要有间隙。过大的间隙会降低自清 理作用且对输送作用和升压有负面影响。过小的间隙会增大能量输入并导致塑料物料温 度的不希望的升高。对于根据本发明所用的螺杆元件的螺杆型线，采用在螺杆型线直径的 0. 001-0. 1、优选地0. 002-0. 05并特别优选地0. 004-0. 02范围内的间隙。如所属领域技术 人员所知，所述间隙在螺杆与机筒之间以及螺杆与螺杆之间可以是不同或相同尺寸的。所 述间隙也可以是不变的或在指定界限内可变的。在所述间隙之内还可以偏移螺杆型线。从 预定的、准确刮净型螺杆型线导出具有间隙的螺杆型线的方法对所属领域技术人员来说是 已知的。实现此点的已知方法是例如记述在[1]观页起的轴线距离增大、纵截面等距和空 间等距的可能性，所有这些都是所属领域技术人员已知的。在轴线距离增大的情形，构造了 相对较小直径的螺杆型线并以螺杆之间的间隙量分开。在纵截面等距法中，将纵截面型线 曲线(平行于相应元件的旋转轴)垂直于型线曲线向内向旋转轴方向偏移螺杆-螺杆间隙 的一半。在空间等距法中，从螺杆元件在其上自清洁的三维曲线开始，在垂直于准确刮净型 型线面的方向上将螺杆元件的尺寸减小螺杆与螺杆之间间隙的一半。优选纵截面等距和空 间等距，特别优选空间等距。下面参照附图举例对本发明进行了更详细的说明，但并不局限于此。明智地使用了无量纲的特征值，以简化向不同挤出尺寸的可转移性。几何变量例 如长度或半径的适当的基准变量为轴线距离a，因为在挤出机中此变量不可改变。以下惯例适用于附图坐标χ和y的原点在一个螺杆的旋转点上。所有的角都以 弧度表示。所有其它有量纲的值都归一化到轴线距离并用大写字母表示:A=a/a -,Rj=TjZa ； RA=ra/a ；RI=ri/a ；T=t/a等等。Mx和My为母型线圆弧的圆心的χ和y坐标，R为归一化到 轴线距离a的半径，α为圆弧的弧度角。此外，RG=归一化的机筒半径，RV=归一化的虚机 筒半径，RA=准确刮净型型线的归一化的外半径，RF=待制造的螺杆的归一化的外半径，S= 螺杆相对于彼此的归一化的间隙(空隙)，D=归一化的螺杆与机筒间隙，VPR=归一化的型 线位移量，VPff=以弧度计的型线位移角，VLR=归一化的左旋螺杆位移量，VLff=左旋螺杆位移角，VRR=归一化的右旋螺杆位移量，VRff=右旋螺杆位移角。图1是根据现有技术彼此相隔距离A设置的两个准确刮净式双螺纹螺杆元件的截 面图。所述螺杆元件具有相同的轴向对称的型线。右侧的螺杆元件相对于左侧的旋转90 °。 标志了 1-1的点表示螺杆的旋转点，螺杆元件设置于这些点上。所示型线由多个对称的线 段组成。在所述线段的过渡处出现扭折(其中一个扭折用箭头1-2示出)。在具有这种螺 杆元件的多螺杆挤出机的工作过程中，在顶锥角KW区域产品受到高剪切力而无拉伸。具有图2所示型线的根据本发明所用的螺杆元件避免了此缺陷。图加显示了双 螺纹准确刮净式螺杆元件(母螺杆元件)的四分之一型线的横截面。该型线相对于X和y 轴轴向对称，因此通过将所示的四分之一在χ和y轴上映射将获得整个型线。然后通过将 母螺杆元件的型线旋转90°的角度就获得相应的(子)螺杆元件的型线。在此图和所有其 它图中，坐标原点都标记螺杆的旋转点D。在型线周围以外半径RA画了一个虚线的圆。机 筒内腔用与其同心且半径RG相对于所述外半径增大了间隙S的圆表示。(RG=RA+S)图加 所示的螺杆型线由两个圆弧构成，它们没有扭折地汇合在一起。图加中给出了所述圆弧的 坐标。圆1的中心点M1位于穿过旋转点的水平线上，圆1’的中心点Mr位于穿过旋转点的 垂直线上(Mly=O5Mrx=Oh从圆1到圆1’的过渡在点Pfp上进行，其中两个圆与直线FP相 切。所示型线线段可通过以下步骤设计
-确定离螺杆元件的旋转D点有相应于螺杆元件的外半径RA的一段距离的点PA， -确定离螺杆元件的旋转点D有相应于螺杆元件内半径RI的一段距离的点P1,其中点 P1位于穿过点D的直线DP1上，该直线与穿过点Pa和D的直线DPa形成360° / (2 Z)的角， -确定离旋转点D有相应于螺杆元件轴线距离A —半的一段距离、且以弧度计斜率 为-l/tan(Ji/(2 Z))的直线 FP，
-确定在点Pa处与半径为RA圆心为旋转点D的外圆相切的切线Ta与直线FP的交点， 和确定在直线FP上离所述交点的距离与Pa相同且离所述旋转点的距离小于半径RA的点 Pfp，
-确定中心点M1，其位于直线FP在点Pfp的垂直线与直线DPa的交点上， -确定中心点Mr，其位于直线FP在点Pfp的垂直线与直线DP1的交点上， -绕中心点M1在点Pa与Pfp之间产生圆弧1， -绕中心点M1,在点P1与Pfp之间产生圆弧1，。图2b举例显示了由三个圆构成的根据本发明所用的双螺纹螺杆元件的型线线 段。点D标记螺杆元件(母螺杆元件)的旋转点。与旋转点D相隔距离A的地方是对应 的螺杆元件(子螺杆元件)的旋转点。绕旋转点D所画的是螺杆元件的芯半径为RI的圆 (内圆)和外半径为RA的圆(外圆)。内圆和外圆构成圆环。型线线段和从其获得的根据 本发明所用的螺杆元件的整个型线的所有点都位于此圆环上。点Pa表示半径为R1和中心 点为M1的第一圆弧1的起点，该中心点位于连接线段D-Pa上。APa位于所述外圆上。点 P1表示半SR3=A-R1的圆弧3的起点。其中心点M3位于线段D-P1上。在圆弧1和圆弧3之 间是一个半径Sl=AA的连续可微的圆弧2。其中心AM2离点P1W距离为(AA)-R1，离点 M3的距离为R3-(A/2)。通过在穿过点D和Pa的直线和穿过点D和P1的直线上连续映射所 示型线线段，可以设计出根据本发明所用的螺杆元件(母螺杆元件)的整个型线。通过简单地将所述母螺杆型线的型线绕旋转点D旋转90°的角度就获得相应的螺杆元件(子螺杆 元件)的型线。图2c显示了根据本发明所用的螺杆元件的例子，其中虚线所示的型线线段不能 通过轴向映射与实线所示的型线线段叠合。相反所述型线是相对于旋转点点对称的。图3举例显示了根据本发明所用的螺杆元件的一个具体实施方案。其特征在于 机筒内腔构造成半径大于螺杆型线的外半径，且螺杆型线相对于机筒内腔的中心点成对偏 移，但是保留位于机筒内腔中心的旋转点(用小圈表示)。如此，令人惊讶地获得了能量输 入的进一步显著减少。可以在机筒内腔内部以任意方式偏移以这种方式偏心旋转的螺杆元 件。图3显示了需要特别强调的情形，即两个型线向穿过两个旋转点的直线方向与之垂直 地平行偏移相同的量，直至接触到机筒轮廓线。如此保证了螺杆是准确相互自刮净式的，但 是在每种情形下各个螺杆的两个螺杆齿顶中只有一个准确刮净机筒。这种方案使得可以完 全清洁所有表面并同时降低能量输入。本文迄今为止只涉及准确刮净式螺杆型线。然而，在工业构造的机器中，必须从准 确刮净式几何形状偏离到在清洁期间保持精确限定的间隙的程度。为防止金属"微振磨损 "、补偿制造公差和避免间隙中的过度能量耗散，这是必需的。有各种可能的策略来制造均 勻的间隙。应用最广的是产生通过机械而在纵截面中等距的间隙。[1]从103页起介绍了 产生相应的螺杆型线的工艺步骤。所述用于产生具有规定间隙的螺杆型线的准则同样适用于根据本发明所用的螺 杆元件。图4显示了具有间隙的根据本发明所用的螺杆元件型线的例子。在图如中，螺杆 相互清洁时选择间隙S与清洁机筒时的间隙D相同。在图4b中，间隙S小于D，而在图如 和4d中D反过来小于S。图5显示了根据本发明所用的偏心型线也可以通过设计具有间隙的螺杆型线然 后在所述间隙之内偏移型线来获得。图如_(1的型线与图4d的型线相同。偏移相对于穿过 螺杆元件旋转点的直线成0°角(图5a)、30°角(图5b)、60°角(图5c)和90°角(图 5d)进行。图5显示了两个螺杆都偏移相同的位移向量的例子。原则上，还可以使两个螺杆 在间隙内偏移不同的向量。在这种情况下，获得了在螺杆的一次旋转中具有不等间隙的自 刮净型型线。如已知的，一对型线的输送作用通过型线在轴向上不断成螺旋形旋转来产生。如 此获得了输送螺线，如图6a中所例示。通过在轴上设置相对彼此扭曲一个偏置角的由自洁型线构成的棱形盘，获得了相 对于所述输送螺线具有提高的分散能力的捏合元件。图6b显示了具有七个以30°的偏置 角设置在轴上的捏合盘的捏合元件的例子。图1-6仅涉及双螺纹螺杆元件。不过，相同的原则也可应用于具有三个或三个以 上螺纹的螺杆元件。图7是根据现有技术的两个三螺纹螺杆元件的截面图(参见例如[1]， 第103页)。图7的三螺纹型线由三个对称的线段构成。在所述线段的过渡处存在扭折，且 所述型线形成螺杆齿顶(例如用箭头7-1标记)。这里所述型线以离开机筒很短小的距离 旋转，并赋予聚合物熔体纯剪切力，具有上述缺陷。
相反，图8显示了根据本发明所用的三螺纹螺杆元件的型线线段。由于该型线是 相对于穿过坐标原点并彼此呈60°角设置的三条直线(S1，S2，S3)轴向对称的，所以这里 只显示了一个60°的扇形区。通过在映射直线S1、S2和S3上连续映射所示型线曲线就能 获得整个型线。该型线曲线在位于直线Sl与S3之间的图示线段中由两个圆弧组成。对于 所述螺杆，产生了收敛扩散通道，该通道在其整个圆周上都赋予混合物剪切流动和伸展流 动的组合。型线母圆1和1’之间的相切过渡在该型线与直线FP相切的点上进行。对于三 螺纹型线，直线FP以-1. 73的斜率从旋转点延伸轴线距离一半的距离。图8所示设计可以 以类似方式应用于0. 5-0. 577的所有外螺杆半径与轴线距离之比。对于三螺纹型线，可以设计偏心旋转的型线。这种螺杆型线显示在图9a_d中。步 骤与双螺纹型线的步骤相似。相对于机筒半径该型线的外半径缩小，且该型线成对偏移，其 中旋转点相对于机筒保持在中心。让人特别感兴趣的是其中螺杆彼此完全清洁且只用三个 齿顶中的一个清洁机筒的螺杆型线。图9a显示了通过水平向右偏移型线直到右侧的螺杆 齿顶达到机筒轮廓线来产生这种型线。利用这种方案，在型线与机筒之间产生对称的螺杆 螺纹。通过将型线相对于穿过旋转点的直线偏移20° (图9b)或40° (图9c)的角，获得 了其中三个螺杆齿顶中的一个清洁机筒的进一步的方案。对于这些型线，产生的螺杆螺纹 是不对称的。随着位移的增大，产生了具有更强剪切力的区域(在图％和9c的顶部)和 具有不太强的剪切力的区域(在图％和9c的底部)。当相对于穿过旋转点的直线将型线 偏移60°的角度时(图9d)，可以产生三个齿顶中的两个清洁机筒的方案。在这儿不对称 最明显。产生了两个具有非常强剪切应力的区域(图9d的顶部)和一个具有低剪切应力 的区域(图9d的底部)。待加工的物料由此暴露于变化极大的应力，这对于分散任务来说 是有益的。在型线的相互清洁过程中和清洁机筒过程中，间隙的产生以与用于双螺纹型线的 完全一致的步骤进行。三螺纹型线可作为图IOa所示的连续的输送螺线或作为图IOb所示的捏合盘用于 本发明。用45°的螺杆型线线段可以完全定义轴向对称的四螺纹螺杆型线。图11显示了 根据本发明所用的轴向对称的、四螺纹螺杆元件的型线线段，其由两个圆弧段组成。该设计 可以以类似方式应用于0. 5-0. 541的所有螺杆外半径与轴线距离之比。这里未示出当以与双和三螺纹型线类似的方式进行清洁时偏心型线的产生和间 隙的产生。四螺纹型线可作为图1 所示的连续的输送螺线或作为图12b所示的捏合盘使用。可以以类似方式制造具有超过四个螺纹的根据本发明所用的型线。同样，可以以 类似方式改变间隙和产生偏心型线。图13a是根据本发明所用的螺杆元件对的例子的截面简图。母螺杆型线用左侧的 螺杆型线说明。子螺杆型线用右侧的螺杆型线说明。所述两个螺杆型线由16个圆弧构成。 母和子螺杆型线的圆弧用粗实线表示，其具备相应数目的圆弧。圆弧的中心点用小圈表示。 用细实线连接圆弧的中心点与相应圆弧的起点和终点(限定线)。螺杆外半径在各自情形 下对于母和子螺杆型线来说大小相等。在螺杆机筒的附近螺杆外半径用细虚线表示，在啮合区域用细点线表示。由于多个圆弧和使用计算机软件作图的结果，单个圆弧的数目可能 与限定线重叠并由此不易读。尽管个别数目有时易读性差，但结合本说明书和图13b中所 给的坐标从上下文来看型线的结构仍然是清楚的。图13a所示的根据本发明所用的螺杆型线对是点对称的，但不是轴向对称的。直 线FP(用点线表示)没有切线。这种螺杆元件为分散作用提供了特别显著的自由性，因为 可以使对于分散作用来说关键的齿顶的上游和下游区域精确适应任务，而无需考虑由于直 线FP所产生的几何限制。图1 显示了图13a中所有圆弧的中心点的χ和y坐标(Mx和 My)、半径R以及圆弧的角a。所述角以弧度表示；所有其它有量纲的值都归一化到轴线距 离，因此是无量纲的。可以根据本发明高效并同时保护产品地挤出的塑料物料是例如悬浮液、浆料、玻 璃、陶瓷物料、熔体形式的金属、塑料、塑料熔体、聚合物溶液、弹性体和橡胶物料。优选使用塑料和聚合物溶液，特别优选热塑性聚合物。优选的热塑性聚合物为聚 碳酸酯、聚酰胺、聚酯，特别是聚对苯二甲酸丁二酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚交酯、聚 醚、热塑性聚氨酯、聚缩醛、氟聚合物，特别是聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚烯烃，特别是聚乙烯 和聚丙烯，聚酰亚胺、聚丙烯酸酯，特别是聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯醚、聚苯硫、聚醚酮、聚芳 醚酮、苯乙烯聚合物，特别是聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，特别是苯乙烯-丙烯腈共聚物，丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和聚氯乙烯系列中的至少一种。同样优选地使用所列塑料 的所谓共混物，对于所属领域技术人员来说这应理解为是指两种或更多种塑料的组合。特 别优选聚碳酸酯和含聚碳酸酯的混合物，极特别优选聚碳酸酯，其例如通过采用相边界法 或熔体酯交换法获得。其它优选的给料物质为橡胶。优选的橡胶为苯乙烯-丁二烯橡胶、天然橡胶、丁二 烯橡胶、异戊二烯橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁基橡胶、卤化 丁基橡胶、氯丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、聚氨酯橡胶、热塑性聚氨酯、古塔橡胶、丙烯 酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、硫化物橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶系列中的至少一种。当然也可以 使用两种或更两种所列橡胶的组合，或者是一或多种橡胶与一或多种塑料的组合。这些热塑性塑料和弹性体可以以纯物质的形式使用或者作为与填料和增强材料 如特别是玻璃纤维的混合物、作为它们彼此或与其它聚合物的混合物或作为与常规的聚合 物添加剂的混合物使用。在一个优选实施方案中，塑料物料特别是聚合物熔体和聚合物熔体混合物中混有 添加剂。这些添加剂可以作为固体、液体或溶液与聚合物一起放入挤出机中，或者至少一部 分所述添加剂或所有添加剂通过支流提供给挤出机。添加剂可以赋予聚合物许多不同的特性。它们可以例如为染料、颜料、加工助剂、 填料、抗氧化剂、增强材料、UV吸收剂和光稳定剂、金属减活剂、过氧化物清除剂、碱性稳定 剂、成核剂、作为稳定剂或抗氧化剂起作用的苯并呋喃和吲哚酮、脱模剂、阻燃剂、抗静电 剂、染料制剂和熔体稳定剂。例子有炭黑、玻璃纤维、粘土、云母、石墨纤维、二氧化钛、碳纤 维、碳纳米管、离子液体和天然纤维。当所述方法用于不同的聚合物时，实现的优点会根据挤出工艺的类型和塑料物料 成的类型而变化。当挤出聚乙烯和聚乙烯共聚物时，过高的温度会导致分子量增大、支化和交联。此外，在所属领域技术人员所知的自动氧化循环内，聚乙烯和聚乙烯共聚物还会与大气氧反 应([2] Hepperlej J. Schadigungsmechanismen bei Polymerenj Polymeraufbereitung 2002，VDI-Kj VDI-Verlag GmbHj [3] Zweifelj H. Stabilization of Polymeric Materials, Berlin, Springer 1997， [4] Schwarzenbachj K.等:Antioxidants,发 表于 Zweifelj H. (编辑):Plastics Additives Handbook, Munich, Hanser 2001， [5] Cheng, H. N. , Schilling, F. C. , Boveyj F. A. : 13C Nuclear Magnetic Resonance Observation of the Oxidation of Polyethylene, Macromolecules 9 (1976) p. 363-36 ，形成气味强烈的和由此破坏性的低分子量组分例如酮、醛、羧酸和醇。当挤出基于聚乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物时，过高的温度还会导致形成气味强烈 的腐蚀性乙酸。当挤出聚丙烯和聚丙烯共聚物时，过高的温度会导致分子量降低。在自动氧化循 环中，聚丙烯和聚丙烯共聚物进一步与大气氧反应，形成气味强烈的和由此破坏性的低分 子量组分例如酮、醛、羧酸和醇。当挤出聚氯乙烯时，过高的温度会导致聚氯乙烯褪色和分解出腐蚀性的气态盐 酸，其中所述盐酸接着在进一步的盐酸解离时起催化剂作用。当挤出聚苯乙烯时，过高的温度会导致形成有害健康的苯乙烯以及二聚和三聚苯 乙烯，降低分子量和相应地损害机械性能。当挤出聚苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)时，产物在暴露于热应力后会变黄，导致透 明度降低，并且会形成致癌的单体丙烯腈以及苯乙烯，降低分子量和损害机械性能。当挤出芳族聚碳酸酯时，产物在暴露于过高的热应力后，特别是由于氧气的作用， 会变黄，导致透明度降低，并特别是由于水的作用会表现出分子量降低。在高温下还会分解 成单体例如双酚A。当挤出聚酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙 二醇酯或聚交酯时，过高的温度和水的作用会导致分子量降低和分子中的端基取代。这特 别是在重复利用聚对苯二甲酸乙二醇酯时是有问题的。在高温下聚对苯二甲酸乙二醇酯会 分解出乙醛，这可能例如导致饮料瓶内容物的味道改变。当挤出用二烯橡胶、特别是丁二烯橡胶改进了冲击性的热塑性塑料，特别是冲击 性改进的聚苯乙烯(HIPS)和冲击性改进了的SAN(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，ABS)时，过 高的温度会导致分解出致癌的丁二烯和有毒的乙烯基环己烯。此外二烯橡胶会交联，导致 损害产物的机械性能。当挤出聚甲醛时，过高的温度会导致分解出有毒的甲醛。当挤出聚酰胺如聚酰胺6、聚酰胺6. 6、聚酰胺4. 6、聚酰胺11和聚酰胺12时，过高 的温度会导致产物褪色和分子量降低以及特别是在有水的情况下会导致形成单体和二聚 物，从而导致损害机械性能。当挤出热塑性聚氨酯时，过高的温度会导致分子结构被聚氨酯交换反应改变和， 在有水的情况下，导致分子量降低。这两种情况都会对热塑性聚氨酯的性能产生不利影响。当挤出聚甲基丙烯酸甲酯时，暴露于过高的热应力后会分解出甲基丙烯酸甲酯和 降低分子量，导致气味干挠和损害机械性能。当挤出聚苯硫时，过高的温度会导致分解出含硫的有机化合物和无机化合物，这会导致气味干挠并可能导致腐蚀挤出模头。还会形成低分子量的低聚物和单体以及降低分 子量，从而损害聚苯硫的机械性能。当挤出聚苯砜时，过高的温度会，特别是当有水存在时，分解出有机化合物。分子 量也会降低，导致损害机械性能。当挤出聚苯醚时，过高的温度会导致分解出低分子量的有机化合物，其中分子量 下降。这会导致损害产物的机械性能。当挤出二烯橡胶例如聚丁二烯(BR)、天然橡胶(NR)和合成聚异戊二烯(IR)、丁基 橡胶(IIR)、氯丁基橡胶(CIIR)、溴化丁基橡胶(BIIR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚氯丁 烯(CR)、丁腈橡胶(NBR)、部分氢化的丁腈橡胶(HNBR)和乙烯-丙烯二烯共聚物(EPDM)时， 过高的温度导致通过交联形成凝胶，该凝胶导致了由其制成的构件的机械性能变差。就氯 化和溴化丁基橡胶来说，高温可能导致分解出腐蚀性气态盐酸或氢溴酸，这接着又会催化 聚合物的进一步分解。当挤出包含硫化剂例如硫或过氧化物的橡胶混合物时，过高的温度会导致过早的 硫化。这导致了不再能够由这些橡胶混合物生产任何产物。当在过高温度下挤出一或多种聚合物的混合物时，在各自情形下会发生挤出单独 的聚合物的缺陷。在生产时使聚合物脱气的中间过程在所谓“脱气挤出机“上进行。脱气挤出机就 原理而论是所属领域技术人员已知的且例如在[1]中有记述。所谓"脱气拱顶"是脱气挤 出机的特征。它们是具有开口的机筒，产生的蒸气可通过所述开口逸出。已知如果生产限 制在脱气拱顶之间，不同的脱气拱顶可以工作在不同的压力下，从而在所述不同的压力之 间产生密封。根据本发明所用的螺杆元件优选地用于部分填充的区并特别优选地用于脱气区。根据聚合物采取的形式，根据本发明所用的脱气挤出机可以以各种各样的方式输 入产品。在一种优选的变体中，挤出机输入液相，所述液相除聚合物之外还可包含溶剂和任 选地剩余单体。反应和任选地初步蒸发之后获得的聚合物的形式是所属领域技术人员已知 的。例子有
带有残余的苯乙烯和可能的乙苯、甲苯、二甲苯、丁酮或另一种溶剂的聚苯乙烯； 带有残余的苯乙烯、残余的丙烯腈和可能的乙苯、甲苯、二甲苯、丁酮或另一种溶剂的 苯乙烯和丙烯腈共聚物；
具有溶剂如己烷、工业己烷、丙烷、异丁烷和单体如丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲 基-1-戊烯、1-辛烯的直链低或高密度聚乙烯、支链聚乙烯(涉及悬浮液的工艺有=Mitsui Chemicals 的 CX 工艺(己烷)、Basell 的 Hostalen 工艺(己烷)、Chevron Philips USA (异 丁烷)、比利时Boreal i s的Borstar工艺(丙烷)、和DSM在溶剂工艺中使用己烷)。关于 这一点详情记述在[6] (Comparative Analysis of Various Polyethylene Production Technologies, Chem. & Petroleum Eng. vol. 44, nos. 7-8, 2008)中； 带有溶剂例如氯苯和二氯甲烷的聚碳酸酯； 带有单体即甲基丙烯酸甲酯的聚甲基丙烯酸甲酯。在一个优选的变体中，产物提供给具有所谓"反向"脱气的液体进料脱气挤出机。 在这种情况下，将任选地预热过的聚合物溶液输入双螺杆挤出机中，在其中发泡。然后向后向穿过双螺杆挤出机的螺纹向脱气拱顶排出气体。这种反向脱气总的来说是现有技术，在 例如[1]第193-195页有记述。在这种情况下，输入到挤出机中时溶液中的聚碳酸酯浓度 优选地在55质量％-95质量％之间，特别优选地在65质量％-90质量％之间。向液体进料脱气挤出机提供产物的另一种优选变体涉及在挤出机入口处闪蒸。闪 蒸优选地直接在挤出机之上进行，由此使部分脱气的熔体直接落在螺杆上。由闪蒸产生的 蒸气优选地从同样位于挤出机之上的分离容器中借助于一或多条蒸气管线抽出。聚合物溶 液的温度优选地在180°C -300°C的范围内，特别优选地在200°C _250°C之间。闪蒸优选地 工作在0. 3-6巴，特别优选地0. 5-2巴之间的绝对压力范围内。将产物供给液体进料的脱气挤出机的另一种优选变体涉及位于挤出机入口处的 管束式换热器，此换热器设置在挤出机的螺杆之上，由此从管中出来的部分脱气的聚合物 溶液可以直接落在螺杆上。另外在管束式换热器的出口与挤出机螺杆之间还设有具有至少 一个蒸气出口的分离容器，蒸气和聚合物溶液在其中被彼此分离。聚合物溶液通过位于所 述落管蒸发器上端的入口引入，并通过分配板供给多个外加热的管。加热优选地通过压缩 水蒸汽、压缩有机传热介质或通过液体有机传热介质进行。用于蒸发溶剂的热能通过管的 内表面引入聚碳酸酯熔体中。从而溶剂组分蒸发，导致形成二相的气液混合物。由此有目 的地避免了聚合物熔体的过热。以蒸气形式逃逸的溶剂导致了持续的充分混合和聚合物熔 体的表面更新，从而导致其更有效率地浓缩。如此，明显地更高度浓缩的聚碳酸酯熔体被提 供给脱挥发成份挤出机，从而可以不仅有更低的能量输入，而且可以有更短的聚碳酸酯熔 体在挤出机中的停留时间，以实现相同乃至更高的聚碳酸酯熔体残余脱气。当输入管束式 换热器中时，聚合物溶液的浓度优选地在50-80重量％之间。管加热温度为240°C -360 优选地250°C -340°C，极特别优选地260°C -300°C。输入挤出机中时，聚合物浓度在80-99 重量％之间，优选地90-99重量％。分离容器中的绝对压力优选地在0.3-6巴之间，特别优 选地在0. 5-2巴之间。向液体进料脱气挤出机提供产物的另一种优选方式涉及泡沫蒸发器，如例如 EP1740638中针对聚碳酸酯所记述的。泡沫蒸发器可以由例如管束或由喷嘴板构成。聚合 物熔体一从泡沫蒸发器的开口出来就发泡，并被除去，只剩余低残留含量的残余溶剂。该泡沫蒸发器优选地设置在挤出机的螺杆之上，使得从管中出来的聚合物溶液可 以直接落到螺杆上。另外在管束式换热器的出口与挤出机螺杆之间还设有具有至少一个蒸 气出口的分离容器，蒸气和聚合物溶液在其中被彼此分离。特别优选地用聚碳酸酯溶液作为聚合物溶液。在这种情况下，在输入到泡沫蒸发器中时聚碳酸酯溶液的浓度在90重量％_99. 95 重量％之间。任选地还向聚碳酸酯溶液中添加发泡剂，例如氮气、co2。发泡剂连同剩余溶 剂的蒸气压为0. Ι-lOObar，优选地0. 5_60bar，特别优选地l_40bar。分离器中的压力为。 通过泡沫蒸发器的开口聚合物溶液被分成0. l-20mbar之间的子流。聚合物溶液的温度在 2500C _340°C之间。分离容器内的压力优选在0. l-20mbar之间。图14显示了一个其中螺杆元件被用于脱气挤出机的优选实施方案。在A区域，聚 碳酸酯溶液被通过闪蒸管1引入挤出机。在脱气容器2中，蒸气与聚碳酸酯溶液分离。C、 E、G、J和L区为脱气区域。在其中释放的蒸气在脱气拱顶3中被抽出。B、D、F和H区是滞 流区，其中限流单元产生产物堵塞，其使得可以在相应的相邻区域建立不同的压力。在K区还添加了夹带剂以使L区的脱气更有效率。在M区，聚合物与包含添加剂的支流混合，且为 了挤出机之后的过滤和模制而升压。图15显示了另一个其中螺杆单元被用于脱气挤出机的优选实施方案。在A区域， 聚碳酸酯溶液通过立式预热器1被引入挤出机。在脱气容器2中，蒸气与聚碳酸酯溶液分 离。C、E、G、J和L区为脱气区域。在其中释放的蒸气在脱气拱顶3中被抽出。B、D、F和H 区是滞流区，其中限流单元产生产物堵塞，其使得可以在相应的相邻区域建立不同的压力。 在K区还添加了夹带剂以使L区的脱气更加有效。在M区，聚合物与包含添加剂的支流混 合，且为了挤出机之后的过滤和模制而增大压力。图16显示了另一种其中螺杆单元用于在入口处具有泡沫蒸发器的脱气挤出机的 优选实施方案。在A区域，聚碳酸酯溶液通过泡沫蒸发器1被引入挤出机。在分离器2中， 蒸气与聚碳酸酯溶液分离。在B、D、F和H区，分别加入夹带剂和进行分散。在C、E、F、G和 J区，挥发性组分与聚合物分离。在K区，聚合物与包含添加剂和任选地其它聚合物的支流 混合，且为了挤出机之后的过滤和模制而增大压力。在聚合物生产过程中也可以向装有所述螺杆单元的双或多螺杆挤出机提供颗粒。 在这种情况下，根据本发明的挤出机首先用于熔融、转化和与添加剂混合。反应和任选地初 步蒸发或沉淀之后获得的聚合物的形式是所属领域技术人员已知的。例子有
聚丙烯，其中在最终的反应之后以粉末形式获得聚合物； 来自气相或浆料工艺的高密度聚乙烯；
乳液聚合物，例如沉淀和任选地干燥之后的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。在混配过程中，装有所述螺杆单元的双或多螺杆挤出机特别适合于涉及脱气的任 务。这里，在来自瓶子材料的再循环聚对苯二甲酸乙二醇酯的直接混配过程中(其包括在 最小热应力下进行脱气)尤其有利。根据本发明的方法特别优选地用于聚碳酸酯的生产和混配。其优点首先在聚碳酸 酯的颜色方面，在未着色的聚碳酸酯情况下该颜色用黄度指数(YI)度量。根据本发明所用 的螺杆单元在这里特别优选地用于脱气区域。适用于根据本发明的制造聚碳酸酯的方法的二酚在现有技术中多有记述。适合的二酚有例如对苯二酚、间苯二酚、二羟基联苯、双(羟苯基)链烷烃、双(羟 苯基)环烷烃、双(羟苯基)硫化物、双(羟苯基)醚、双(羟苯基)酮、双(羟苯基)砜、 双(羟苯基)亚砜、α，α’_双(羟苯基)-二异丙苯、及其烷基化的、环烷基化的和环卤代 的化合物。优选的二酚有4，4’ - 二羟基联苯、2，2-双(4_羟苯基)苯丙烷、1，1_双(4_羟 苯基)-苯乙烷、2，2-双(4-羟苯基)丙烷、2，4-双(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1，3_双 [2-(4-羟苯基)-2-丙基]苯(双酚M)、2，2-双(3-甲基_4_羟苯基)-丙烷、双(3，5-二 甲基-4-羟苯基)-甲烷、2，2-双(3，5-二甲基-4-羟苯基)-丙烷、双(3，5-二甲基-4-羟 苯基)砜、2，4-双(3，5-二甲基-4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1，3-双[2-(3，5-二甲基-4-羟 苯基)-2-丙基]-苯和1，1-双(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷(双酚TMC)。特别优选的二酚为4，4’-二羟基联苯、1，1-双(4-羟苯基)_苯乙烷、2，2-双 (4-羟苯基)丙烷、2，2-双(3，5-二甲基-4-羟苯基)丙烷、1，1_双(4-羟苯基)环己烷和 1，1-双(4-羟苯基)-3，3，5-三甲基环己烷(双酚TMC)。
对于均聚碳酸酯来说，只使用一种二酚，而对于共聚碳酸酯来说，则使用多种二 酚，其中所用的二酚，如合成中添加的所有其它化学试剂和助剂一样，显然可以被来自其合 成、操作和存储的杂质污染，虽然希望使用尽可能最纯净的原材料。控制分子量所需的单官能链终止剂，例如酚或烷基酚，特别是苯酚、对叔丁基苯 酚、异辛基苯酚、枯基苯酚、其氯甲酸酯或单羧酸的酰氯或这些链终止剂的混合物，与所述 一种或多种双酚盐一起被引入到反应中，或者在合成过程中的任意时间添加，只要反应混 合物中仍存在光气或氯甲酸端基，或者在酰氯和氯甲酸酯作链终止剂的情形下，只要有足 够多的所形成的聚合物的酚端基存在。不过，优选地，在光气化反应之后在不再存在光气但 尚未加入催化剂的时间或位点添加所述一种或多种链终止剂。或者，也可以在催化剂之前、 与催化剂一起或并行地计量加入链终止剂。任选地以相同方式向合成中添加支化剂或支化剂混合物。不过通常支化剂在链 终止剂之前添加。通常使用三苯酚、四苯酚、或三羧酸或四羧酸的酰氯、或多酚的混合物或 酰氯的混合物。适合用作支化剂的具有三个或三个以上酚羟基的化合物有例如间苯三酚、 4，6- 二甲基-2，4，6-三-(4-羟苯基)-2-庚烯、4，6- 二甲基-2，4，6-三-(4-羟苯基)-庚 烷、1，3，5-三-(4-羟苯基)-苯、1，1，1-三-(4-羟苯基)-乙烷、三-(4-羟苯基)-苯基甲 烷、2，2-双(4，4-双(4-羟苯基)环己基)丙烷、2，4-双(4-羟苯基异丙基)苯酚、四_(4_羟 苯基)甲烷。一些其它的三官能化合物有2，4- 二羟基苯甲酸、苯均三酸、氰尿酰氯和3，3-双 (3-甲基-4-羟苯基)-2-氧-2，3- 二氢吲哚。优选的支化剂为3，3-双(3-甲基-4-羟苯基)_2_氧_2’ 3_ 二氢吲哚和 1，1，1-三-(4-羟苯基)乙烷。优选地用于聚碳酸酯的相边界合成的催化剂有叔胺，特别是三乙胺、三丁胺、三辛 胺、N-乙基哌啶、N-甲基哌啶、N-异/正丙基哌啶，季铵盐如四丁铵、三丁基苄铵、四乙铵 的氢氧化物、氯化物、溴化物、硫酸氢化物、四氟硼酸盐以及对应于所述铵化合物的禱化合 物。这些化合物在文献中被记作典型的相边界催化剂，是可商购和所属领域技术人员所熟 知的。催化剂可单独地、作为混合物或者并行和相继地添加到合成中，任选地同样在光气 化反应之前，但除非使用備类化合物或働类化合物的混合物作催化剂，都优选地在引入光 气之后加入催化剂。在这种情况下，添加优选地在光气加入之前进行。催化剂的加入可以 本体形式、在惰性溶剂中、优选地在聚碳酸酯合成溶剂中、或作为水溶液，就叔胺来说作为 其与酸，优选地无机酸特别是盐酸的铵盐形式进行。当使用多种催化剂或按计量加入催化 剂总量的一部分时，在不同的位点或不同的时间当然可以采用不同的加入方法。相对于所 用的双酚的摩尔量，所用催化剂的总量为0. 001-10mol%,优选地0. 01-8mol%,特别优选地 0.05-5mol%。聚碳酸酯合成可以连续或不连续地进行。因此该反应可以在搅拌釜反应器、管式 反应器、强制循环反应器或级联搅拌釜反应器或其组合中进行。这里必须通过使用上述混 合元件确保水相和有机相尽可能直到合成混合物已经反应完全(即其不再包含任何可皂 化的光气或氯甲酸酯中的氯)之后才分离。在引入光气之后，在任选地添加支化剂(如果其未与双酚盐一起添加)、链终止剂 和催化剂之前，可能有利的是将有机相和水相彻底混合一定时间。这种后反应时间在每次计量加入之后都可能是有利的。这些后搅拌时间为10秒到60分钟，优选地30秒到40分 钟，特别优选地1-15分钟。有机相可以由一种溶剂或由多种溶剂的混合物构成。适合的溶剂为氯代烃(脂族 的和/或芳族的)，优选地二氯甲烷、三氯乙烯、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷和氯苯及 其混合物。不过，还可以单独、作为与氯代烃的混合物或除氯代烃之外使用芳烃如苯、甲苯、 间/对/邻二甲苯或芳香醚如苯甲醚。合成的另一种实施方案使用不溶解聚碳酸酯而是只 引起它膨胀的溶剂。因此还可以与溶剂结合使用聚碳酸酯的非溶剂。如果溶剂配伍形成第 二有机相，则可使用溶于所述水相的溶剂如四氢呋喃、1，3/1，4-二》露烷或1，3-二氧戊烷在 这里作为所述溶剂。已经反应完全并最多仍包含痕量(<2ppm)的氯甲酸酯的所述至少二相的反应混 合物被留待进行相分离。可将水性碱相完全或部分作为水相返回到聚碳酸酯合成中，或者 送住废水处理，其时将溶剂和催化剂组分分离并再循环。在另一种整理变体中，在分离出有 机杂质特别是溶剂和聚合物残渣之后和任选地在达到特定的PH值之后，就例如通过添加 氢氧化钠而分离盐，该盐可例如被送往氯碱电解，而水相被任选地被返回到合成。现在可以净化含聚碳酸酯的有机相，脱去所有碱性、离子性或催化特性的污染物。 甚至在一或多次澄清操作之后，有机相中仍包含一定比例的呈微滴的水性碱相和催化剂， 通常为叔胺。可任选地通过使有机相穿过澄清罐、搅拌釜反应器、聚结器或分离器或其组合 来辅助所述澄清操作，其中在每一或一些分离步骤中可任选地计量加入水，在某种情况下 同时使用主动或被动混合单元。在此碱性水相的粗分离之后，用稀的酸、无机酸、羧酸、羟基羧酸和/或磺酸冲洗 所述有机相一或多次。优选水性的无机酸，特别是盐酸、亚磷酸和磷酸，或这些酸的混合物。 这些酸的浓度应在0. 001-50重量％，优选地0. 01-5重量％的范围内。进一步用去离子水或蒸馏水反复冲洗所述有机相。在所述唯一冲洗步骤之后，用 澄清罐、搅拌釜反应器、聚结器或分离器或其组合进行有机相(任选地以一定比例的水相 分散)的分离，其中可以冲洗水任选地使用主动或被动混合单元在所述冲洗步骤之间计量 加入。在这些冲洗步骤之间或者在冲洗之后，可任选地加入酸，该酸优选地溶解在所述 聚合物溶液所基于的溶剂中。这里优选地使用气态氯化氢和磷酸或亚磷酸，它们也可以任 选地作为混合物使用。通过根据本发明的方法获得的塑料物料的性能可使用常规的添加剂和额外的物 质(例如助剂和增强材料)来调节。添加添加剂和附加的物质的目的是为了延长使用寿命 (例如水解或降解稳定剂)、提高颜色稳定性(例如热和UV稳定剂)、简化加工(例如脱模 剂、流动助剂)、提高使用特性(例如抗静电剂)、提高阻燃性、影响外观(例如有机染料、颜 料)或使聚合物特性适应特定的应力(冲击改性剂、细碎的矿物质、纤维材料、石英粉、玻璃 纤维和碳纤维)。以下实施例用于举例说明本发明，不应被看作是限制。借助于流动模拟计算根据现有技术的具有双螺纹Erdmenger螺杆型线的螺杆元 件和具有新型螺杆型线的根据本发明所用的螺杆元件的升压能力、需用功率和最大升温。如所属领域技术人员所知和如[1]第1四-146页所记述的，螺杆元件如输送、捏合和混合元件的工作特性可以用压差-通过量和功率-通过量特性来描述。为简化向不同 挤出机尺寸的可转移性，压差、功率和通过量等变量往往采用其无量纲形式。对于具有牛 顿流动特性的塑料物料来说，在压差与通过量以及功率与通过量之间存在线性关系。在压 差-通过量特性曲线中，轴的交点标记为Al和A2([l]，第133页)。工作点Al表示螺杆元 件的固有通过量。工作点A2表示无通过量的升压能力。在功率-通过量特性曲线中，轴的 交点标记为Bl和B2([l]，第136页)。点Bl为所谓涡轮机点。如果通过量大于Bi，则功率 被输出到螺杆。工作点B2表示无通过量的需用功率。在升压区，引入的功率只有一部分被转化成流动功率。引入的功率的其余部分耗 散。流动功率用通过量与压差的乘积来计算。所属领域技术人员很容易认识到，轴的交点 Al和A2处的流动功率都等于0，因为或者压差等于0 (Al)或者通过量等于0 (A2)。在Al与 A2之间的区域压差和通过量都大于0，导致正的流动功率。如果用某一工作点上由通过量 提供的流动功率除以在此工作点由螺杆输出的功率，则得到此工作点的升压效率。通过根 据通过量导出效率和随后归零，可以得到螺杆元件的最大效率。
对于一对螺杆元件内的流动，使用可商购的软件包Fluent，版本6. 3. 26,计算升压能 力和需用功率，使用开源软件工具包OpenFOAM，版本1. 5，计算最大升温。在例如[1]第 147-168页有对双螺杆挤出机的流动模拟的介绍。在每种情形下通过研究其长度等于螺距一半的螺杆元件来执行流动模拟。在流动 模拟过程中，在这些螺杆元件的轴头和轴尾提供周期性的约束，以计算水力确定的流动状 态。使用具有牛顿流动特性的液体作为塑料物料。使用的材料数据为典型值，如可从 例如参考书Polymeraufbereitung 2002，VDI-K, VDI-Verlag, Dusseldorf, 2002 第 159 页所获得的。塑料物料的密度为1000kg/m3。塑料物料的粘度为1000I^*S。。塑料物料的 热传导率为0. 2W/m/K。塑料物料的热容量为2000J/kg/K。
实施例对比实施例1
根据现有技术的输送元件的几何形状可从图17a_17c得知。图17a显示了根据现有技术的具有Erdmenger螺杆型线的螺杆元件的四分之一螺 杆型线横截面。图中央是xy坐标系，在其原点是螺杆型线的旋转点。螺杆型线的圆弧用粗 实线表示，其具备相应数目的圆弧。圆弧的中心点用小圈表示。用细实线连接圆弧的中心 点与相应圆弧的起点和终点。直线FP用细点线表示。无量纲的螺杆外半径RA用细虚线表 示，其数值在图右下方以4位有效数字给出。在图右侧，各自以4位有效数字给出了每个圆 弧的半径R、角α和圆弧中心点的χ和y坐标Mx和My。这些数据清楚地限定了螺杆型线。 该螺杆型线相对于χ和ι轴轴向对称，因此通过将所示的四分之一在χ和y轴上映射将获 得整个型线。其中四分之一螺杆型线由总共η个圆弧构成的螺杆型线在下面记作η-圆螺杆型线。在图17a中，η-圆螺杆型线上的圆弧按以下所述编号，即头η/2个圆弧以升序从1到η/2依次编号，后η/2个圆弧以降序从(η/2)’到1，依次编号。圆弧η/2和圆弧(η/2) ’ 各自接触直线FP。螺杆型线的每个圆弧i与螺杆型线的圆弧i’对应。由轴线距离减去圆 弧i的半径之差计算圆弧i’的半径，即R_i’=A-R_i。圆弧i’的角等于圆弧i的角，即α_ i’ = a_i。这意味着具有圆弧j的齿顶区域等于具有圆弧j’的凹槽区域。这还意味着具有 圆弧j的凹槽区域等于具有圆弧j’的齿顶区域。图17a显示了根据现有技术的双螺纹Erdmenger螺杆型线的四分之一，其由4个 圆弧组成。Erdmenger螺杆型线的特征在于半径R_1=RA，半径R_2=0，半径R_2' =A=1，半径 R_1'=A-RA=RI0角a_l、a_2、a _2'和α _1’取决于螺杆外半径和轴线距离。角α _1等 于双螺纹Erdmenger螺杆型线的顶锥角的二分之一。Erdmenger螺杆型线具有位于半径R_2 处的扭折。"扭折的大小"由角α _2决定，即从圆弧1到圆弧2’的过渡通过绕角a_2旋 转来完成。在图17a中，无量纲的螺杆外半径RA为0. 6069。半顶锥角为α _1=0. 18 。图17b显示了一对配置为输送元件的螺杆元件，其螺杆型线基于图17a。两个输 送元件的轴线距离的有量纲值a=26. 2mm，无量纲值为A=a/a=l。两个输送元件之间的间隙 的有量纲值为s=0. 2mm，无量纲值为S=s/a=0. 0076。两个输送元件与机筒之间的间隙的有 量纲值为d=0. 1mm，无量纲值为D=d/a=0. 0038。输送元件的螺距的有量纲值为t=28. 0mm, 无量纲值为T=t/a=1.0687。输送元件的长度的有量纲值为1=14. 0mm，无量纲值为L=I/ a=0. 5344，其相当于螺杆型线旋转π的角。机筒用两个输送元件左侧和右侧的细实线表 示。机筒直径的有量纲值为dg=31.8mm，无量纲值为DG=dg/a=2*RA=1.2137。在两个输送 元件表面上进一步画出了可能的计算网格，所述网格可用于计算双和多螺杆挤出机中的流 动。网格单元的数量在沿圆周方向上等于180，在轴向上等于90。图17c显示了根据图17b所示的那对螺杆元件的俯视图。在输送元件与机筒之间 的空隙容积上提供了可能的计算网格，所述网格可用于计算双和多螺杆挤出机中的流动。 在沿圆周方向上网格单元的数量等于180，在径向上等于10。两个螺杆元件的旋转轴用小 圈标记。与图17b和17c中所示的计算网格不同，压差-通过量特性曲线和功率-通过量 特性曲线使用在沿圆周方向上包括320个网格单元、在轴向上包括160个网格单元和在 径向上包括12个网格单元的计算网格来计算。压差-通过量特性曲线的轴段计算如下 Al=O. 263，A2=4250。功率-通过量特性曲线的轴段计算如下B1=1. 033，B2=4390。升压期 间的最高效率确定为7. 32%。根据图17b和17c的计算网格用于计算最大升温。用零向量初始化速度场和压力 场。沿旋转轴的压力梯度设为0，由此将固有通过量Al确定为通过量。温度场以300°C初 始化。机筒壁和两个输送元件的表面都假设为绝热的。监视在挤出机的两个回转上温度场 的变化。时间步长为0. 000925926秒。双螺杆挤出机的转速为360转/分。在两个回转之后达到了计算范围内的最高温度。在两个输送元件的表面上，具 体地在刚好清洁机筒的齿顶区域，最高温度在几乎相同的水平。根据计算，最高温度为约 400°C。实施例2:
根据本发明所用的输送元件的几何形状可由图18a-18c推出。
22
图18a显示了四分之一根据本发明所用的螺杆元件的螺杆型线的横截面。该图的 结构与上面已经详细描述的图17a相似。在图18a中，该四分之一螺杆型线由2个圆弧构 成。该螺杆型线的特征还在于其不包含扭折且齿顶区域(即位于螺杆外半径上的一个区 域)的齿顶锥角等于0。无量纲的螺杆外半径为RA=O. 6069。图18b显示了一对配置为输送元件的螺杆元件，其螺杆型线基于图18a。两个输送 元件的轴线距离的有量纲值为a=26. 2mm，无量纲值为A=a/a=l。两个输送元件之间的间隙 的有量纲值为s=0. 2mm，无量纲值为S=s/a=0. 0076。两个输送元件与机筒之间的间隙的有 量纲值为d=0. 1mm,无量纲值为D=d/a=0. 0038。输送元件的螺距的有量纲值为t=28. 0mm, 无量纲值为T=t/a=l. 0687。输送元件的长度的有量纲值为1=14. Omm,无量纲值为L=I/ a=0. 5344，其相当于螺杆型线旋转π的角。机筒用两个输送元件左侧和右侧的细实线表 示。机筒直径的有量纲值为dg=31.8mm，无量纲值为DG=dg/a=2*RA=1.2137。在两个输送 元件表面上进一步画出了可能的计算网格，所述网格可用于计算双和多螺杆挤出机中的流 动。网格单元的数量在沿圆周方向上等于180，在轴向上等于90。图18c显示了根据图18b所示的那对螺杆单元的俯视图。在输送元件与机筒之间 的空隙容积上提供了可能的计算网格，所述网格可用于计算双和多螺杆挤出机中的流动。 网格单元的数量在沿圆周方向上等于180，在径向上等于10。两个螺杆元件的旋转轴用小 圈标记。与图18b和18c中所示的计算网格不同，压差-通过量特性曲线和功率-通过量 特性曲线使用在沿圆周方向上包括320个网格单元、在轴向上包括160个网格单元和在 径向上包括12个网格单元的计算网格来计算。压差-通过量特性曲线的轴段计算如下 Al=O. 245，A2=4530。功率-通过量特性曲线的轴段计算如下B1=0. 803，B2=3640。升压期 间的最高效率确定为9. 05%。令人惊讶地发现，尽管齿顶区域最小化了(其在三维上仅仅是线性的)，但根据本 发明所用的输送元件的升压能力只比实施例1的根据现有技术的具有双螺纹Erdmenger螺 杆型线的输送元件大约6. 6%。由此，借助于根据本发明所用的输送元件，可以例如在更短的 升压区域内产生期望的或必要的升压，借此缩短了挤出机结构或者在不变的挤出机长度下 延长了其它工艺区例如脱气区或混合区，从而提高它们对塑料物料的作用。另外还发现，根据本发明所用的输送单元的功率参量B2比实施例1的根据现有技 术的具有双螺纹Erdmenger螺杆型线的输送单元低约17%。更低的能量输入减少了升温，并 因此还减少了不希望发生的聚合物损伤。根据图17b和17c的计算网格用于计算最大升温。用零向量初始化速度场和压力 场。沿旋转轴的压力梯度设为0，由此将固有通过量Al确定为通过量。温度场以300°C初 始化。机筒壁和两个输送单元的表面都假设为绝热的。监视在挤出机的两个回转上温度场 的变化。时间步长为0. 000925926秒。双螺杆挤出机的转速为360转/分。在两个回转之后找到了计算范围内的最高温度。在两个输送单元表面上，具体地 在刚好位于最小化的齿顶区域(其刚好位于啮合区域，即位于两个机筒内腔相互贯通的区 域)旁边的表面上，最高温度在几乎相同的水平。根据计算，最高温度为约365°C。根据计 算，刚好清洁机筒的最小化的齿顶区域上的最高表面温度为约340°C。与实施例1的根据现有技术的输送单元相比，实施例2的根据本发明所用的输送
23单元使最高温度降低了约35°C。对于齿顶区域，甚至形成了高达约60°C的温差。在温度每 升高10°C聚合物损伤反应的反应速率常数增加一倍的假设下，聚合物损伤在根据实施例1 的输送单元的螺杆齿顶区域比在实施例2的输送单元的螺杆齿顶区域快约50倍。
权利要求
1.使用用于多螺杆挤出机的螺杆元件挤出塑料物料的方法，其中所述多螺杆挤出机具 有成对同向旋转并成对准确刮净的螺杆，且具有两个或更多个螺杆螺纹，特征在于螺杆型 线在整个横截面中都可以用连续可微的型线曲线表示。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于螺杆型线在整个横截面中由4个或更多个圆 弧组成，其中所述圆弧在其起点和终点彼此成切线汇合。
3.根据权利要求2所述的方法，特征在于 -母和子螺杆型线彼此相隔轴线距离a，-母螺杆型线的圆弧数目为n，-母螺杆型线的外半径ra大于0(ra>0)且小于轴线距离(ra<a)， -母螺杆型线的芯半径ri大于0(ri>0)且小于或等于ra(ri ( ra)， -母螺杆型线的所有圆弧彼此成切线汇合，-所述圆弧形成闭合的螺杆型线，即所有圆弧j的角％之和等于2π，其中π为圆周 率(31 ^ 3. 14159)，-所述圆弧形成凸起的螺杆型线，-母螺杆型线的每一个圆弧都位于外半径为ra、芯半径为ri且中心点在母螺杆型线 的旋转点上的圆环界内或界上，-母螺杆型线的至少一个圆弧在点Pa接触母螺杆型线的外半径ra， -母螺杆型线的至少一个圆弧在点P1接触母螺杆型线的芯半径ri， -子螺杆型线的圆弧数目η’等于母螺杆型线的圆弧数目η，-子螺杆型线的外半径ra’等于轴线距离与母螺杆型线的芯半径ri之差(ra’ ， -子螺杆型线的芯半径ri’等于轴线距离与母螺杆型线的外半径ra之差(ri’ q-ra)， -子螺杆型线的第j’个圆弧的角α /等于母螺杆型线的第j个圆弧的角α)其中j 和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或η’的所有值，-子螺杆型线的第j’个圆弧的半径r/与母螺杆型线的第j个圆弧的半径。之和等 于轴线距离 其中j和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或η’的所有值，-子螺杆型线的第j’个圆弧的中心点与母螺杆型线的第j个圆弧的中心点的距离等 于轴线距离a，且子螺杆型线的第j’个圆弧的中心点与子螺杆型线的旋转点的距离等于母 螺杆型线的第j个圆弧的中心点与母螺杆型线的旋转点的距离，且子螺杆型线的第j’个圆 弧的中心点与母螺杆型线的第j个圆弧的中心点之间的连线平行于子螺杆型线的旋转点 与母螺杆型线的旋转点之间的连线，其中j和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或 η'的所有值，-子螺杆型线的第j’个圆弧的起点相对于子螺杆型线的第j’个圆弧的中心点的方向 与母螺杆型线的第j个圆弧的起点相对于母螺杆型线的第j个圆弧的中心点的方向相反， 其中j和j’为整数，它们共同历数从1到圆弧数η或η’的所有值。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，特征在于所述螺杆元件是点对称的，且在一个 360°/(2 Ζ)的扇形区内型线曲线由至少两个圆弧组成，其中Z是所述螺杆元件的螺纹数。
5.根据权利要求1-3之一所述的方法，特征在于它们是轴对称的，且在一个360°/ (2 Ζ)的扇区形内型线曲线由至少两个圆弧组成，其中Z是所述螺杆元件的螺纹数。
6.根据权利要求5所述的方法，特征在于所述扇形区内的型线曲线由两个圆弧组成，其中在点Pfp，所述圆弧彼此连续可微地汇合，其中所述点Pfp在直线FP上，直线FP的垂直 线在点Pfp穿过所述两个圆弧的中心点。
7.根据权利要求6所述的方法，特征在于所述螺杆元件具有旋转点D、位于以螺杆元件 的外半径ra绕所述旋转点的圆上的点Pa、位于以螺杆元件的内半径ri绕所述旋转点的圆 上的点P1、穿过点Pa和D和直线DPa，和穿过点P1和D的直线DP1,当采用笛卡尔坐标系并使 点D在原点和使点Pa在X轴上时，其特征在于所述垂直线在其中一个圆弧的中心点与直线 DPa相交，并在另一个圆弧的中心点与直线DP1相交，特征还在于直线FP离所述旋转点的距 离相当于所述轴线距离的二分之一且螺距以弧度表示为-l/tan( π Λ2 Ζ))。
8.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于所述螺杆元件构造为混合元件或输送 元件。
9.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于所述螺杆元件构造为捏合元件。
10.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于所述螺杆元件用于脱气区或输送区。
11.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于在螺杆单元与机筒之间和/或相邻 螺杆单元之间存在0.1-0. 001倍于所述螺杆型线直径的间隙。
12.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于所述塑料物料为热塑性塑料或弹性体。
13.根据权利要求12所述的方法，特征在于所用热塑性塑料为聚碳酸酯、聚酰胺、聚 酯，特别是聚对苯二甲酸丁二酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚醚、热塑性聚氨酯、聚缩醛、氟 聚合物，特别是聚偏二氟乙烯，聚醚砜、聚烯烃，特别是聚乙烯和聚丙烯，聚酰亚胺、聚丙烯 酸酯，特别是聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯醚、聚苯硫、聚醚酮、聚芳醚酮、苯乙烯聚合物，特别是 聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，特别是苯乙烯-丙烯腈共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共 聚物，聚氯乙烯或至少两种上述热塑性塑料的共混物。
14.根据权利要求13所述的方法，特征在于使用聚碳酸酯或聚碳酸酯与其它聚合物的 共混物作为所述热塑性塑料。
15.根据权利要求14所述的方法，特征在于所述聚碳酸酯是通过相边界法或熔体酯交 换法生产的。
16.根据权利要求12所述的方法，特征在于所用弹性体为苯乙烯-丁二烯橡胶、天然橡 胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁基橡 胶、卤化丁基橡胶、氯丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、聚氨酯橡胶、热塑性聚氨酯、古塔橡 胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、硫化物橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶或至少两种上述弹性体 的组合。
17.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于向所述聚合物中添加填料或增强材 料或聚合物添加剂或有机或者无机颜料，或它们的混合物。
全文摘要
本发明涉及一种借助于具有特定螺杆几何形状的多螺杆挤出机挤出其中可以掺有其它物质例如具有改善的光学特性的固体、液体、气体或其它聚合物或其它聚合物混合物的塑料物料、特别是聚合物熔体和聚合物熔体混合物、尤其是热塑性塑料和弹性体、特别优选地聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物的方法。
文档编号B29C47/40GK102123836SQ200980132196
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月20日
发明者C·康詹, J·雷赫纳, K·科尔格雷贝尔, M·比尔德尔, R·鲁多夫, T·克尼希, U·利森费尔德 申请人:拜尔材料科学股份公司