专利名称：造粒用口模、造粒装置及发泡性热塑性树脂粒子的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于由热切法形成热塑性树脂的粒子的造粒用口模及造粒装置，特别涉及可以防止喷嘴的堵塞并可高效生产粒径均匀的粒子的造粒用口模及造粒装置。本发明还涉及使用所述口模的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法。
本申请以日本专利申请特愿2003-67016号为基础，将其内容加入本申请中。
背景技术：
用于形成热塑性树脂的颗粒的装置(被称为造粒器)是众所周知的，通常其具备挤出机、安装在该挤出机前端的口模、刀具而构成，利用挤出机将熔融混炼的树脂材料从口模中挤出，用刀具将其切断，制造成所需大小的颗粒。作为从口模的喷嘴挤出的树脂材料的剪切法，已知有热切法和冷切法。冷切法是将从口模的喷嘴挤出的树脂材料导入水槽中冷却，制成线状后进行切断的方法。另一方面，热切法是将开有多个喷嘴的口模前端面与循环的水流接触，将刚刚挤出到水流中的高温树脂用刀具切断的方法。
利用热切法的造粒中，因为树脂在未充分固化的状态下被切断，不会发生作为冷切法缺点的树脂的粉末化。此外，利用热切法的造粒中，有可得到球状粒子等的优点。
图4～图6是例示出以往利用热切法造粒中使用的造粒用口模的图，图4是安装在未图示的挤出机的前端的造粒用口模A和腔室12(切割室)部分的截面图，图5是图4中I-I线的向视图、图6是表示筒状流路的配置的筒状流路部展开图。
此造粒用口模A具备固定在挤出机前端的口模支架1和固定在该口模支架1的前端的口模主体5。呈筒状的口模支架1的内部成为与挤出机前端连通的熔融树脂流路2。此外，符号3是口模支架部加热器、4是安装口模主体5用的螺栓。口模主体5内，多个筒状流路7沿着所描绘的圆周设置在树脂喷出面5a上，该多个筒状流路在与熔融树脂流路2连通的同时，与开口在口模主体5的树脂喷出面5a上的多个喷嘴8连通。口模主体5中插有多个棒状加热器6。该造粒用口模A，将树脂从挤出机前端通过熔融树脂流路2和筒状流路7，由设置在树脂喷出面5a上的多个喷嘴8中挤出。在该以往的造粒用口模A中，如图6所示，喷嘴8和筒状流路7沿着所描绘的圆周等间隔地设置在树脂喷出面5a上。
与该造粒用口模A的树脂喷出面5a连接设置的腔室12中，在装有刀具的同时，设有工艺用水入口13和工艺用水出口14，所述刀具具备刀具旋转轴9、刀刃保持器具10、用于切割的刃11。该腔室12，在水流中使刀具旋转驱动，在水中直接切断由树脂喷出面5a喷出的树脂，得到的粒子可以与流水一起从工艺用水出口14中移出。
但是，在热切法中，口模的树脂喷出面与水流接触，所以，有时热从这里被水流夺取，口模的内部部分地降低到树脂的熔点以下的温度。其结果是，出现发生堵塞的喷嘴孔，生产性降低。此外，即使不发生堵塞，也会有口径变小的喷嘴，出现颗粒的粒径不均匀、品质降低的情况。进而，如果堵塞变多，有时会在无法挤出的同时，压力异常变高，会对口模的上游的装置、例如挤出机等造成不良影响。
以往，在利用热切法来造粒所使用的造粒用口模中，作为防止喷嘴堵塞的技术，例如有人提出一种造粒用口模，在该口模内的各流路的中心设置棒状加热器，与这些各流路相对应地分别配设多个喷嘴，可以均匀加热喷嘴(例如，参照特开平7-178726号公报)。
此外，为了抑制造粒用口模内部的温度降低，有人提出了用热传导率小的多孔金属材料覆盖造粒用口模的喷嘴开口的附近的造粒用口模(例如，参照特开平11-58374号公报)。
但是，为了防止造粒用口模的堵塞，即使使用上述以往技术，其防止堵塞的效果也并不充分。特别是，在热塑性树脂中加入发泡剂，利用热切法制造用于制造发泡成形体的发泡性树脂粒子的情况下，如果在制造通常的非发泡性树脂粒子时的水温(通常60～80℃左右)下挤出，树脂会发泡，所以必须将水温设定得比通常低，其结果是，有特别容易产生喷嘴堵塞、生产性降低、制品的粒径变得不稳定的问题。
为了在利用热切法造粒时使用的造粒用口模中防止喷嘴的堵塞，本发明人进行了锐意研究，结果发现，容易发生堵塞的喷嘴与水流方向之间有关系，此外，发现使载热体流经口模主体，通过与水的接触而补充失去的热能，可以有效地防止喷嘴的堵塞，从而完成了本发明。
本发明是鉴于前述情况而完成的，其目的在于，提供造粒用口模，其可以防止利用热切法的造粒用口模中的喷嘴的堵塞，有效地生产粒径均匀的粒子。
发明内容
本发明的造粒用口模，具备与水流接触而设置的树脂喷出面、与挤出机的机筒连通并开口在所述树脂喷出面上的多个喷嘴，所述喷嘴未设置在所述树脂喷出面的选自处于所述水流的流入方向及流出方向的位置和处于与所述水流的流入方向及流出方向垂直方向的位置中的至少任一位置。
所述造粒用口模是在容易发生堵塞的选自处于水流的流入方向及流出方向的位置和处于与水流的流入方向及流出方向垂直方向的位置中的至少任一位置的树脂喷出面上未设置喷嘴而构成，所以，难以发生喷嘴的堵塞。因此，通过所述造粒用口模，可以改善由堵塞导致的生产效率的降低，可以制造粒径均匀的高品质的粒子。
前述的多个喷嘴，可以沿所描绘的圆周配置在所述树脂喷出面上。
在造粒用口模的内部，在形成与所述机筒和所述喷嘴连通的树脂流路的同时，也可设置加热该树脂流路内的树脂的载热体流路。此时，在口模主体的内部，通过设置对与喷嘴连通的树脂流路内的树脂进行加热的载热体流路，可以更加提高防止喷嘴堵塞的效果。因此，通过所述造粒用口模，特别在将水温设定得很低的发泡性树脂粒子的制造中，也可以防止喷嘴的堵塞、有效地生产粒径均匀的粒子。
所述载热体流路的入口和出口也可以设置在所述树脂喷出面的未设置所述喷嘴的位置的附近。
所述造粒用口模，其构成也可以是在处于水流的流入方向及流出方向的位置和处于与水流的流入方向及流出方向垂直方向的位置上都不设置喷嘴。此情况下，因为在继水流的流入方向和流出方向之后容易发生堵塞的、处在与水流的流入方向和流出方向垂直方向的树脂喷出面上也没有设置喷嘴，所以可以更进一步提高防止喷嘴堵塞的效果。
本发明的造粒装置，包含所述的造粒用口模、在前端安装有所述造粒用口模的挤出机和腔室，该腔室在装有切断从所述造粒用口模的喷嘴喷出的树脂的刀具的同时，使水流与造粒用口模的树脂喷出面接触。
在该造粒装置中，可以在所述造粒用口模的内部形成与所述机筒和所述喷嘴连通的树脂流路，同时还可以设置加热该树脂流路内的树脂的载热体流路。
在所述的造粒装置中，所述载热体流路的入口和出口也可以设置在所述树脂喷出面的未设置所述喷嘴的位置的附近。
本发明的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法，具备如下工序向安装有所述造粒用口模的挤出机中供给热塑性树脂，使其熔融混炼的工序；一边使所述热塑性树脂向所述造粒用口模移动，一边向所述热塑性树脂中注入发泡剂，形成含发泡剂树脂的工序；在水流中用刀具将从所述造粒用口模的喷嘴喷出的所述含发泡剂树脂切断的工序。
根据该方法，在容易发生堵塞的选自处于水流的流入方向及流出方向的位置和处于与水流的流入方向及流出方向垂直方向的位置中的至少任一位置的树脂喷出面上没有设置喷嘴，所以难以发生喷嘴的堵塞。因此，改善了因堵塞导致的含发泡剂树脂的生产效率的降低，可以制造粒径均匀的高品质的含发泡剂树脂的粒子。
该方法中，在所述造粒用口模的内部可以形成与所述机筒和所述喷嘴连通的树脂流路，也可以使载热体在所述载热体流路中流动，对该树脂流路内的树脂进行加热。
进而，在所述方法中，所述载热体流路的入口和出口也可以设置在所述树脂喷出面的未设置所述喷嘴的位置的附近。
图1是表示本发明的造粒用口模的一种实施方式的截面图。
图2是图1中II-II线的向视图，图3是同一造粒用口模的筒状流路部的展开图。
图4是表示本发明的造粒用口模的一种实施方式的截面图。
图5是图4中I-I线的向视图，图6是同一造粒用口模的筒状流路部的展开图。
具体实施例方式
以下参照附图来说明本发明。
图1～图3是例示出本发明的造粒用口模的图。本发明的造粒用口模B被用在利用热切法的造粒中，该造粒法是用挤出机将熔融混炼的热塑性树脂从喷嘴挤出到水中，同时进行剪切来制作粒子(颗粒)。图1是安装在未图示的挤出机前端的造粒用口模B和腔室12(切割室)部分的截面图，图2是图1中II-II线的向视图，图3是显示筒状流路的配置的筒状流路部展开图。
该造粒用口模B具备固定在挤出机(图示省略)的前端的口模支架1和固定在该口模支架1的前端的口模主体5。呈筒状的口模支架1的内部成为与挤出机前端连通的熔融树脂流路2。符号3为口模支架部的加热器，4为用于安装口模主体5的螺栓。口模主体5中插有多个棒状的加热器6。该造粒用口模B，将树脂从挤出机前端通过熔融树脂流路2和筒状流路7而由设置在树脂喷出面5a上的多个喷嘴8中挤出。在例示的例子中，显示出筒状流路7的分别具有单独孔的喷嘴8，不过，喷嘴8的孔的形状也可以是诸如莲根的截面形状那样的多孔。
与该造粒用口模B的树脂喷出面5a连接而设置的腔室12中，在装有刀具的同时，设有工艺用水入口13和工艺用水出口14，所述刀具具备刀具旋转轴9、刀刃保持器具10、用于切割的刃11。该腔室12，使刀具在工艺用水流中旋转驱动，在水中直接切断由树脂喷出面5a喷出的树脂，将得到的粒子与流水一起从工艺用水出口14中移出。
在口模主体5内，将与熔融树脂流路2连通的同时与开口在口模主体5的树脂喷出面5a上的多个喷嘴8连通的多个筒状流路7，沿着所描绘的圆周设置在树脂喷出面5a上，但在树脂喷出面5a的处于水流流入方向和流出方向的位置P以及与其垂直的位置R上，不设置喷嘴8和筒状流路7。仅在它们以外的区域Q形成喷嘴8。如果根据图2所示的例子进行说明，该口模主体5的树脂喷出面5a呈圆环形，从圆环的中心看去，喷嘴8仅设置在除上下左右的各区域P、R之外的区域Q中，沿着比树脂喷出面5a的外周的半径小且与树脂喷出面5a呈同心的假想圆周设置。
树脂喷出面5a的下方与工艺用水入口13的方向一致，树脂喷出面5a的上方与工艺用水出口14的方向一致，此外，树脂喷出面5a的左右方向处在与连接工艺用水入口13和工艺用水出口14的方向垂直的方向。
更具体地说，该实施例中，喷嘴8仅形成在树脂喷出面5a中的、除与工艺用水入口13和工艺用水出口14分别邻近的中心角为10～50°的区域P以及处在与连接工艺用水入口13和工艺用水出口14的方向垂直的方向的中心角为10～50°的区域R之外的区域Q中。此外，在该实施例中，相同的区域Q内的喷嘴8之间隔开一定的间隔。
所述中心角如果不足10°，有容易发生喷嘴堵塞的危险，中心角如果超过50°，喷嘴形成位置变窄，有生产性降低的危险。区域P或R的中心角更优选为10～30°、更进一步优选为15～25°。
树脂喷出面5a上未设置喷嘴8的区域中，邻近工艺用水入口13和工艺用水出口14的区域P特别容易发生喷嘴堵塞，通过在该两方不设置喷嘴8和筒状流路7的构成，可以得到一定程度的防止堵塞的效果。
在本实施方式中，进一步在处于与工艺用水的水流垂直的树脂喷出面5a的左右方向的区域R中未设置喷嘴8和筒状流路7而构成。树脂喷出面5a的左右方向被确认是继作为工艺用水入口13和工艺用水出口14的方向的树脂喷出面5a的上下方向之后容易产生堵塞的区域。因此，通过在树脂喷出面5a的左右的区域R也不设置喷嘴8和筒状流路7，可以得到更加良好的防止堵塞效果。
此外，本实施方式中，其构成为，在口模主体5的内部设置对与喷嘴8连通的筒状流路7内的树脂进行加热的载热体流路17。流经该载热体流路17的载热体可以根据加热温度等适宜地选择，例如200℃左右的载热体流过的情况下，适宜使用合成油等。该载热体的温度例如可以与挤出机内的树脂加热温度或者熔融树脂流路2的树脂温度一致，也可以各自分别设定不同的温度。此外，载热体的流量以可以补充因树脂喷出面5a与水接触而失去的热能的程度为宜。载热体的温度和流量优选以可以根据喷嘴8的堵塞情况进行增减的方式来构成。此外，优选将载热体通过未图示的载热体供给装置来循环供给到载热体流路17中，在供给到载热体流路17之前加热到规定温度。
再有，本实施方式中，在树脂喷出面5a的未设置喷嘴8的区域P的附近设置有载热体入口15a和载热体出口16a。在图2的例示中，树脂喷出面5a的上侧和下侧的区域P中，设有与设置在口模主体5内的载热体流路17连通的载热体入口15a，在树脂喷出面5a的右侧和左侧的区域R中，设有与载热体流路17连通的载热体出口16a。通过这样的构成，加热到规定温度的载热体向着因工艺用水的流动通过而导致热损失大的树脂喷出面5a的上部和下部供给，所以可以提高树脂喷出面5a的温度分布的均匀性。
如图1所示，该造粒用口模B，通过口模支架1而安装在挤出机的前端。在挤出机内经熔融混炼的树脂通过熔融树脂流路2流入筒状流路7中。筒状流路7前端的口径缩小，前端成为开口在树脂喷出面5a上的喷嘴8。流经口模主体5内的树脂，经口模支架部加热器3和棒状加热器6加热，维持熔融状态。从喷嘴8喷出的树脂，与流经腔室12内的工艺用水接触，在水中被刀具的用于切割的刃11切断。被切断而固化成球状的粒子，一边被冷却一边与工艺用水一起从腔室12中移出，经脱水、干燥成为树脂粒子。被分离的工艺用水循环供给到腔室12中。
在该利用热切法的造粒工艺中，造粒用口模B的树脂喷出面5a与工艺用水接触，所以容易发生热损失。特别是，靠近工艺用水入口13和工艺用水出口14的树脂喷出面5a容易发生局部的温度降低。该造粒用口模B，在容易发生局部温度降低的靠近工艺用水入口13和工艺用水出口14的树脂喷出面5a上未设置喷嘴8，所以，可以防止设置在上述位置以外的树脂喷出面5a上的喷嘴8的堵塞，改善了由堵塞引起的生产效率的降低，可以制造粒径均匀的高品质的粒子。
此外，该造粒用口模B，在继工艺用水入口13和工艺用水出口14之后容易产生堵塞的、与连接工艺用水入口13和工艺用水出口14的线垂直的方向的树脂喷出面5a上，也未设置喷嘴8，所以，防止喷嘴堵塞的效果优异。
再有，该造粒用口模B，在口模主体5的内部通过设置对与喷嘴8连通的树脂流路内的树脂进行加热的载热体流路17，可进一步提高喷嘴8的防堵塞效果。因此，特别是在需要将水温设定得很低的发泡性树脂粒子的制造方法中，可以防止喷嘴的堵塞，高效地生产粒径均匀的粒子。
该造粒用口模B可以适用于以往公知的各种造粒装置，该造粒装置具备挤出机和腔室而构成，该挤出机在前端安装有造粒用口模，该腔室在装有将从所述造粒用口模的喷嘴喷出的树脂切断的刀具的同时，使水流与造粒用口模的树脂喷出面接触。再有，还可以提供具备上述造粒用口模B的造粒装置。构成该造粒装置的挤出机，可以根据造粒树脂的种类等而从树脂成形领域以往公知的各种挤出机中适当地选择使用，例如，优选单轴挤出机、双轴挤出机、串联式挤出机等。此外，装有刀具的腔室也可以使用在热切法中使用的以往公知的装置。
本发明中，未限定热塑性树脂的种类，例如，可以将聚苯乙烯类树脂、聚乙烯类树脂、聚丙烯类树脂、聚酯类树脂、氯化乙烯类树脂、ABS树脂、AS树脂等单独使用或者两种或更多种混合使用。再有，作为树脂制品可以使用用过后回收得到的热塑性树脂的回收树脂。特别是，优选使用聚苯乙烯(GPPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)等聚苯乙烯类树脂。
使用所述造粒装置制造发泡性热塑性树脂粒子的情况下，将热塑性树脂供给到前端安装有造粒用口模B的挤出机中，对其进行熔融混炼。接着，一边使热塑性树脂向着造粒用口模B移动，一边向该热塑性树脂中注入发泡剂，形成含发泡剂树脂。再有，一边从造粒用口模B的各喷嘴8喷出含发泡剂树脂，一边在水流中用刀具的用于切割的刃11直接切断。以包围造粒用口模B的树脂喷出面5a的方式配置腔室12，前述刀具配置在腔室12内。
该方法中，优选在造粒用口模B的内部形成与喷嘴8连通的树脂流路2，载热体流经载热体流路17，对树脂流路2内的树脂进行加热。
再有，该方法中，载热体流路17的入口15a和出口16a优选设置在树脂喷出面5a的未设置喷嘴8的区域P、R的附近。
对所述发泡剂没有限制，例如可以将正戊烷、异戊烷、环戊烷、环戊二烯等单独使用或者两种或更多种混合使用。此外，也可以以上述戊烷类为主要成分而与正丁烷、异丁烷、丙烷等混合使用。特别优选使用戊烷类。
前述发泡性热塑性树脂粒子，是指使所述热塑性树脂含有所述发泡剂而形成的粒状、优选小球状的树脂粒子。该发泡性热塑性树脂粒子，在自由空间内加热而预发泡，将该预发泡粒子放入具有所需形状的模槽的成形模具的模槽内，蒸气加热而使预发泡粒子之间相互熔粘，然后脱模，如此可用于制造所需形状的发泡树脂成形品。
工业上的可利用性根据本发明的造粒用口模，其构成为，在容易发生堵塞的、选自处于水流的流入方向和流出方向的位置以及处于与水流的流入方向和流出方向垂直方向的位置中的至少一种位置的树脂喷出面上不设置喷嘴，所以，难以发生喷嘴堵塞，改善了因堵塞导致的生产效率的降低，可以制造粒径均匀的高品质的粒子。
权利要求
1.造粒用口模，其具备与水流接触而设置的树脂喷出面和与挤出机的机筒连通并开口在所述树脂喷出面上的多个喷嘴，其中，所述喷嘴未设置在所述树脂喷出面的选自处于所述水流的流入方向及流出方向的位置和处于与所述水流的流入方向及流出方向垂直方向的位置中的至少任一位置。
2.根据权利要求1所述的造粒用口模，其中，多个所述喷嘴沿着所描绘的圆周配置在所述树脂喷出面上。
3.根据权利要求1或2所述的造粒用口模，其中，在其内部形成与所述机筒和所述喷嘴连通的树脂流路的同时，设置加热该树脂流路内的树脂的载热体流路。
4.根据权利要求3所述的造粒用口模，其中，所述载热体流路的入口和出口设置在所述树脂喷出面的未设置所述喷嘴的位置的附近。
5.造粒装置，其中包含权利要求1或2所述的造粒用口模、在前端安装有所述造粒用口模的挤出机和腔室，该腔室在装有切断由所述造粒用口模的喷嘴喷出的树脂的刀具的同时，使水流与造粒用口模的树脂喷出面接触。
6.根据权利要求5所述的造粒装置，其中，在所述造粒用口模的内部形成与所述机筒和所述喷嘴连通的树脂流路的同时，设置加热该树脂流路内的树脂的载热体流路。
7.根据权利要求6所述的造粒装置，其中，所述载热体流路的入口和出口设置在所述树脂喷出面的未设置所述喷嘴的位置的附近。
8.发泡性热塑性树脂粒子的制造方法，其具备如下工序向安装有权利要求1或2所述的造粒用口模的挤出机中供给热塑性树脂，使其熔融混炼的工序；一边使所述热塑性树脂向所述造粒用口模移动，一边向所述热塑性树脂中注入发泡剂，形成含发泡剂树脂的工序；在水流中用刀具将从所述造粒用口模的喷嘴喷出的所述含发泡剂树脂切断的工序。
9.根据权利要求8所述的发泡性树脂粒子的制造方法，其中，在所述造粒用口模的内部形成与所述机筒和所述喷嘴连通的树脂流路的同时，载热体流经所述载热体流路来加热该树脂流路内的树脂。
10.根据权利要求9所述的发泡性树脂粒子的制造方法，所述载热体流路的入口和出口设置在所述树脂喷出面的未设置所述喷嘴的位置的附近。
全文摘要
造粒用口模B具备与水流接触而设置的树脂喷出面5a，该树脂喷出面5a上形成与挤出机的机筒连通的多个喷嘴8。在树脂喷出面5a上，这些喷嘴8不形成在选自处于水流的流入方向及流出方向的区域P和处于与水流的流入方向及流出方向垂直方向的区域R中的至少任一区域，而只形成在它们以外的区域Q。
文档编号B29B9/02GK1758994SQ200480006399
公开日2006年4月12日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月12日
发明者山中秀男, 竹内茂 申请人:积水化成品工业株式会社