专利名称：用于生产管状挤出产品的方法和挤出机喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产管状挤出产品，尤其是生产吹制的管状塑料薄膜(薄膜软管)的方法和挤出机喷嘴。这种塑料薄膜可用于例如包装不同的产品。
背景技术：
实际中已知用来使用挤出机喷嘴用热塑性材料生产吹制的薄膜软管的方法和设备。这种喷嘴大体上垂直布置，并具有与大致水平的挤出机螺杆的出口相连的用于热塑性材料的径向入口。在实际中，确保连续均匀的热塑性材料流是十分重要的问题。对管状产品—主要是从环形挤出机喷嘴挤出的薄膜软管—进行拉伸以达到所需的直径和壁厚。为了提供吹制所需的气室，通过两个夹紧辊引导所述薄膜软管，所述夹紧辊还施加取下产品所需的力。用于上述传统方法的主要参数·薄膜软管纵向拉伸5～10次；·薄膜软管横向拉伸1.3～5次；·喷嘴环形开口的尺寸0.5～1.5mm；·取下速度1～20m/min；·薄膜软管直径230～750mm；·挤出机喷嘴的冷却能力1～8kW。
生产均匀厚度薄膜的基本先决条件是对从挤出机喷嘴排出的吹制薄膜软管进行均匀冷却；这意味着薄膜软管的凝固点必须处于相同的水平，否则产品的某些部分会不同地伸展和膨胀，因此可能出现蠕变，这在卷绕产品时会导致严重的问题。
在上述挤出机喷嘴中，来自挤出机螺杆的材料流从水平入口前进到中央垂直管道内，然后该材料流被分配到多个小直径孔中，每个小直径孔均通向设在喷嘴的内部部件(插芯)与外部部件之间的相应螺旋通道。这些通道的长度都为一个螺距，并且通道的导向曲线和喷嘴芯的外裙部表面都为锥形。由于这两个锥形特性，所述螺旋通道在螺距末端脱离裙部表面延伸，并且一过渡横截面变换成共用狭窄环形横截面。通过调节喷嘴的内部部件和外部部件的相对轴向位置，可以调节出口横截面，即可以调节精整“拉拔”孔的直径和开度。
公知薄膜吹制机挤出机喷嘴的另一应用问题主要在于挤出机螺杆在薄膜吹制期间通常以水平布置安装，从而挤出机喷嘴具有垂直轴线。尽管在挤出机螺杆出口处形成了基本均匀的材料流，但是从水平方向到垂直方向的过渡经常使塑料材料流中产生不均匀的部分，从而不可避免地导致最终产品的质量变差。
公知挤出机喷嘴的另一问题在于，喷嘴的外部部件和内部部件的结构单元彼此紧固，因此它们的相对位置(同心性、同轴性)取决于装配以及相应组成部件的形状和位置公差。然而，精度受到目前的制造技术的限制，并且不精确性通常会导致拉拔开口尺寸不恒定。
另外，布置在外部喷嘴部件处的加热器单元加热公知挤出机喷嘴中的塑料材料。然而，根据申请人的实践经验，塑料材料沿着挤出机喷嘴的周边并未受到均匀的热载荷。至多50％的热量—通常由电力产生—通过热传递而到达塑料材料，因此，该材料实际上加热喷嘴芯，所以外部喷嘴部件的外壁必然比塑料材料热，从而更可能发生粘结—可能烧毁。众所周知，塑料易于粘结。
由于在已知的装置中，外部喷嘴部件和内部喷嘴部件通常一起转动，因此只能由轴向材料流来撕扯粘结的塑料材料。然而，这必然使得更多的颗粒粘结在已经粘结的颗粒上，因此它们在材料流中增大/隆起并“留下痕迹”。达到临界尺寸后，它们就从材料表面分离，并且结合到材料流中；它们在产品中形成“泪结(tear junction)”。而这会对薄膜软管的厚度造成高达±20％的偏差。由于这种现象起因于结构，因此这种缺陷率无法减少或只能稍微减少。薄膜软管厚度中的差别会在卷绕时导致锥形辊的出现。如果发生重大缺陷，则实际上将无法进行卷绕。
然而，外部喷嘴部件和内部喷嘴部件一起转动还带来了另外的问题。由于轴承系统在高温(大约200-250℃)下动作，因此润滑剂会熔化，从而需要持续更换润滑剂。另外，必须通过集电环来提供用于加热器的电源和机器控制所需的电连接，并且必须将用于加热器的控制单元安装在外部转动部件上。因此，挤出机喷嘴的结构设计、操作及维修都过于复杂。
US-PS 4,541,793公开了另一种用于生产塑料产品的挤出机喷嘴，其中，为了使材料均匀，在沿相反方向转动的内部和外部喷嘴部件之间布置一组支承球体，这些球体用作混合元件。喷嘴的外部部件嵌在由支承球体构成的支承系统中，所述支承球体与该外部部件的内部部分相对并一个接一个地沿轴向布置在分别由内部部件和外部部件限定的环形凹槽中，塑料材料流通过支承球体之间的间隙而被挤向环形通道出口端的拉拔孔。
这里也出现了上述与外部和内部喷嘴部件转动相关的问题，并且沿不同方向的转动需要更加复杂的转动驱动系统，这进一步增加了成本和结构的复杂性。另外，如上述螺旋通道的情况一样，在通过支承球体之间的间隙挤出的材料中出现了“拖尾”现象，这对产品质量不利。
根据申请人的实践，挤出机喷嘴起着复杂的作用改变材料流的方向、将材料分配到环形横截面、消除由方向改变而引起的不均匀性并且保证出口截面的拉拔孔大小不变。只有材料完全均匀并且拉拔孔的大小不变才可生产理想的产品；然而，这不可能通过已知现有技术的解决方案来保证。
发明内容
本发明的主要目的在于消除上述缺点，即创造一种改进的解决方案，通过该方案，能够比通过已知技术更经济地且以更均匀和更好的产品质量生产挤出产品，例如塑料薄膜，尤其是吹制的薄膜软管。
本发明的另一目的是在喷嘴中提供完全均匀/均质的材料流—即均匀分配且在结构简化的挤出机喷嘴内温度相同的材料流，并使得出口横截面的大小即拉拔孔的大小在整个操作期间不变。
根据本发明的方法可用于挤出管状产品，尤其是吹制的塑料薄膜软管。该方法包括步骤将加压材料尤其是热塑性材料流供应到挤出机喷嘴中，强制该材料流经过在外部和内部挤出机喷嘴部件之间形成的管道，然后通过将材料挤压通过挤出机喷嘴的管道的端部处的环形拉拔孔来形成管状产品。该方法的本质在于，通过入口进入挤出机喷嘴的材料流通过供应到环形膨胀腔室内而首先沿该进入材料流的前进方向分配，该环形膨胀腔室的横截面远大于入口的横截面，有利的是大至少一个数量级。当环形膨胀腔室已经被其压力已经变得高于均质化环形通道的流动阻力的材料流完全充满时，则在均质化环形通道中材料流被强制沿其进入方向的交叉方向运动，该均质化环形通道具有比环形膨胀腔室窄且与该环形膨胀腔室连接的过渡横截面；该材料流通过至少部分地界定了均质化环形通道的表面间的相对(相互)转动而被均质化，并且该材料流通过螺旋形(螺线形)强制运动而被引到拉拔孔。
根据本方法的又一特征，所述喷嘴芯可嵌在外部喷嘴部件中，并且至少部分地通过保持强制运动的材料流来定心(居中)。
挤出机喷嘴中的材料流通过因由该材料流的强制运动所进行的搓揉工作而在该材料流自身中产生的内热来保持所需的温度。
上述方法可通过根据本发明的用于生产管状产品的挤出机喷嘴来进行，该挤出机喷嘴包括外部喷嘴部件、嵌在该外部喷嘴部件中的内部喷嘴芯、以及布置在外部喷嘴部件和内部喷嘴芯之间的材料分配管道。外部喷嘴部件具有用于接收加压材料的入口，该入口通过所述管道连接到拉拔孔。挤出机喷嘴的外部喷嘴部件和内部喷嘴芯布置成可相对(相互)转动，为此，外部喷嘴部件和/或内部喷嘴芯设有转动驱动器，优选其转速可控。所述材料分配管道包括连接到入口的环形膨胀腔室，该环形膨胀腔室的横截面远大于入口的横截面，有利地大至少一个数量级。所述材料分配管道包括均质化环形通道，该均质化环形通道的一端与环形膨胀腔室的出口连接且其横截面相比于所述环形膨胀腔室按所需比例变窄，而该均质化环形通道的另一端连接到拉拔孔。
根据本发明，挤出机喷嘴的实施例也可这样，其包括外部喷嘴部件、嵌在该外部喷嘴部件中的内部喷嘴芯、以及形成或布置在外部喷嘴部件和内部喷嘴芯之间的材料分配管道。该外部喷嘴部件具有至少一个用于接收至少一种加压材料的入口，该入口通过至少一个管道连接到拉拔孔。其特征在于，挤出机喷嘴适用于生产多层管状产品，其中材料分配管道包括连接到用于接收第一材料流的第一入口的第一环形膨胀腔室，所述膨胀腔室的横截面远大于第一入口的横截面，有利地大至少一个数量级。另外，材料分配管道还包括优选同轴地连接到膨胀腔室的第一均质化环形通道。第一均质化环形通道的横截面相比于所述第一膨胀室按所需比例变窄，并且部分地由可自由转动地嵌在外部喷嘴部件中的限定套筒的裙部内表面界限定。该限定套筒的裙部外表面界定第二均质化环形通道，该第二均质化环形通道的横截面按所需比例变窄，其一端通过第二环形膨胀腔室连接到用于接收第二材料的第二入口，该第二环形膨胀腔室远大于第二均质化环形通道或第二入口的横截面，有利地大至少一个数量级。第一和第二均质化环形通道连接到接合所述均质化环形通道的共用环形腔室，而该共用环形腔室连接到拉拔孔。外部和内部喷嘴部件和所述至少一个限定套筒布置成可相对(相互)转动，并且外部喷嘴部件和/或内部喷嘴芯和/或限定套筒可连接到转动驱动器。
根据本发明的又一特征，设置有至少一个间隙控制凹槽，该间隙控制凹槽用于以预定方式控制间隙的并由此控制均质化环形通道中的材料流的横截面的大小和形状。
本发明的更多特征和改进在下面的说明和权利要求中公开。
下面将基于附图详细说明本发明，附图以示例的方式示出了根据本发明的解决方案的三个实施例，在附图中
图1示出根据本发明的挤出机喷嘴第一实施例的垂直剖视图；图2示出根据本发明的挤出机喷嘴第二实施例的垂直剖视图，该挤出机喷嘴用于生产双层塑料软管；图3示出根据图2的挤出机喷嘴的改进型的垂直剖视图；图4为沿图3中的线IV-IV截取的剖视图。
具体实施例方式
如图1所示，根据本发明的挤出机喷嘴1可用于挤出单层薄膜软管，该薄膜软管可用作包装薄膜。挤出机喷嘴1包括两个主要部分，即外部喷嘴部件2和可相对转动地嵌在该外部喷嘴部件2中的内部喷嘴芯3。在本示例中，外部喷嘴部件2以固定的方式布置，并且形成为基本转动对称的元件，即形成为具有垂直纵向轴线4的柱形壳体。
在本示例中，外部喷嘴部件2被轴向地分开，并包括上部2A、中部2B和2C、以及下部2D，它们相对于纵向轴线4同轴地布置并且以可拆卸的方式由5个螺钉彼此固定并在中心定位。外部喷嘴部件2的中部2B设有径向入口6，熔融的热塑性塑料例如聚乙烯在从公知挤出机螺杆(未示出)出来后在压力下通过该径向入口6供应到挤出机喷嘴1中。在本示例中，径向入口6的直径D1已选定为35mm。
根据本发明，挤出机喷嘴1的入口6与环形膨胀腔室7相连，该环形膨胀腔室7的横截面远大于入口6的横截面—有利地大至少一个数量级。在本示例中，环形膨胀腔室7与纵向轴线4同心，该腔室的外径D2在本示例中已选定为360mm，而柱形外裙部表面8的高度选定为50mm。
图1清楚地示出环形膨胀腔室7由可转动地嵌入在外部喷嘴部件2中的喷嘴芯3的柱形裙部表面9从内侧界定。喷嘴芯3的直径D3在本示例中已选定为300mm。图1还示出喷嘴芯3在下部设有柱形肩部10，并且在该柱形肩部10的上方和下方分别可转动地嵌入在轴向支承件11和径向支承件12中。在本示例中，将TEFLON衬套应用于支承件11和12；然而，它们嵌入转动的喷嘴芯3下部，从而使得该喷嘴芯的上部发生轻微位移，即所谓的“自动定位”。
根据图1，在环形膨胀腔室7上，固定的/直立的外部喷嘴部件2和转动的喷嘴芯3构成了与膨胀腔室7相比横截面较窄的圆形均质化环形通道13，该环形通道在挤出机喷嘴1的上部处的开口构成了环形的产品形成(“拉拔”)开口14。在本示例中，该均质化环形通道13包括大致柱形的下部段15、向上成锥形地变窄的中间段16和上部段17。下部段15通过锥形表面18连接到环形膨胀腔室7。转动的喷嘴芯3的从内侧界定均质化环形通道13的外裙部表面包括下部柱形表面19、成锥形向上变窄的表面20和成锥形稍微变宽的上部表面21。
图1示出，内部喷嘴芯3还是一转动对称的单元，因此其裙部表面可通过简单的加工来制成。喷嘴芯3在下端设有带槽的轴向孔22，所述轴向孔22可与公知转动驱动器(未示出)的带肋的轴相连，从而可使喷嘴芯3转动。另外，喷嘴芯3设有中央纵向管道23以将加压空气供应给所生产的薄膜软管。通过挤出机喷嘴1的拉拔开口14拉出并通过管道23由加压空气吹制的薄膜软管由标记为“T”的细点划线表示(图1)。
在图1中，外部喷嘴部件2的中部2B和2C之间留有间隔24，中部2B和2C之间仅通过较窄的环25彼此相连以便减少热传递。因此，当外部喷嘴部件2的上部2A和中部2B以大约250℃的操作温度工作时，部分2C和2D的操作温度不超过150℃。这样，可有效地减少嵌入有支承件11和12的部分2C和2D的热载荷。
连接到喷嘴芯3的孔22上的转动驱动器(未示出)可包含液力马达(例如，具有带肋的轴)，该马达的转数在申请人试验期间例如已选定为20/min。
对于图1中的挤出机喷嘴1，拉拔开口14的外径D4已选定为303mm，并且拉拔开口14的间隙v为1.5mm。出自垂直的挤出机喷嘴1的薄膜管T的厚度在试验期间设定为10微米，而该薄膜管T的柱形部分被吹制成具有大约1000mm的直径。
对于根据图1的挤出机喷嘴1的供热，存在沿着所述固定的外部喷嘴部件2的部分2A和2B的外裙部布置的加热装置26，该加热装置26可以为本身已知的电加热装置。考虑到外部喷嘴部件2是固定的，因此，布置、提供电源和控制加热装置26都极其简单。在本发明的优选实施例中，该加热装置26用于在起动操作之前加热挤出机喷嘴1并使其保持操作温度(下面将讨论)。
图1中的挤出机喷嘴1以如下方式操作。
首先，开启加热装置26并将挤出机喷嘴1加热到例如250℃的操作温度。然后，由挤出机螺杆(未示出)在例如30MP的压力和大约250℃的温度下通过径向入口6而将熔融且均质化的聚乙烯材料流连续地供应给挤出机喷嘴1。(将不叙述软管生产本身已知的其它制备操作，例如拉动软管并将软管插入拉拔辊对之间。)通过入口6，材料流突然进入具有横截面相当大的环形膨胀腔室7中，该环形膨胀腔室7由于其尺寸而使塑料材料流可在喷嘴芯3例如以大约20/min的转数转动的同时四处流动并首先填充环形膨胀腔室7，从而强制膨胀的塑料材料在膨胀腔室7中沿顺时针方向运动。
图1清楚地示出，较窄(相比于膨胀腔室7)的均质化环形通道13由于锥形表面18而以紧固的方式连接在膨胀腔室7的上部处，该环形通道的流动阻力由于限定而比环形膨胀腔室7大很多。由于喷嘴芯3的转动，在固定的外部喷嘴部件2的界定环形膨胀腔室7的内表面8与该外部喷嘴部件的限定较窄均质化环形通道13的段15、16和17以及转动的喷嘴芯13的外裙部表面9、19、20和21之间产生了相当大的相对速度差，这强制流体塑料材料在环形膨胀腔室7中以及—当塑料材料沿螺旋线上升时—在均质化环形通道13中因摩擦阻力而运动并保持运动。该速度差甚至可以为例如37m/min(根据申请人的试验结果)。
因此，通过使喷嘴芯3相对于外部喷嘴部件2转动，可产生高的速度差，其结果是固定的喷嘴部件2和转动的喷嘴芯3之间的塑料材料总是处于运动中，所以喷嘴芯3的转动在环形膨胀腔室7和均质化环形通道13中的塑料材料上进行搓揉和剪切工作。在搓揉工作期间，流体材料中会产生热，该热由于本发明而被利以便使挤出机喷嘴1中的塑料材料保持所需的温度。因此，在初始加热操作之后可关闭电加热器装置26，从而可显著降低操作成本。
因此，由于在结构部件之间的上述相对(相互)转动速度差以及通过对材料的搓揉和剪切工作，材料本身就已经产生热，从而使温度分布比在现有技术中所使用的非直接热传递的情况下明显更均衡。
对于技术人员而言，图1清楚且简明地示出，由于薄膜软管T是向上垂直吹制的，所以通过入口6水平且径向地进入的材料流在根据图1的装置中被强制改变方向。然而，由于这种方向改变而引起的潜在不均匀性通过如上详细所述的均质化环形通道13和膨胀腔室7的特殊设计而得以完全消除，从而根据本发明可进行十分有效且理想的塑料材料的均质化。
在根据本发明的解决方案中，在上部区域进一步变窄的均质化环形通道13的狭窄的横截面对材料具有比环形膨胀腔室7大得多的流动阻力，所以，材料流仅在完全充满环形膨胀腔室7之后才由于所产生的压力差而开始在均质化环形通道13中向上流动。然而，塑料材料流在环形膨胀腔室7中也已经略微均质化。在给定情况下，可精确地调节均质化环形通道13的流动阻力，例如通过选择内部喷嘴芯3的转数。
这里不详细说明薄膜软管T的吹制和冷却步骤；这些步骤可以以常规方式进行(并且它们不属于本发明的本质)。
由于从挤出机喷嘴1的膨胀环形腔室7流来的材料被强制在均质化环形通道13中沿“螺旋线”朝向拉拔孔14不变且持续地运动，因此，粘着到喷嘴表面上的可能性降到了最小。任何粘着的材料部分都会立即被在本发明的挤出机喷嘴1内径向和切向运动的材料流撕扯掉。申请人的试验结果表明，塑料材料的这种强制运动在该塑料中产生惊人的平整和独特的网状织构，从而使最终产品具有高度有利的特性。
如上所述，通过环形膨胀腔室7和与该环形膨胀腔室7同心的均质化环形通道13中的相对速度差和高压而被强制运动的流体塑料材料本身同时构成了“滑动支承件”和“润滑剂”，从而使喷嘴芯3的上部嵌入。这带来了令人惊讶的附加技术效果，即，转动的喷嘴3的上部在操作期间始终精确地调整到其中心位置，因此，根据申请人的试验，拉拔孔14的间隙v在操作期间保持绝对不变且与喷嘴1的纵向轴线4同轴，这对于薄膜软管T的产品质量来说极为重要。申请人的试验表明，通过本发明生产的产品的厚度偏差相比于传统的解决方案可减少几个数量级。因此，应将支承件11和12“间隙”选定成使得转动的喷嘴芯3的“自动定位”的上部能够略微径向移动。
在所示的实施例中，在环形膨胀腔室7的成锥形变窄的表面18上设有倒圆的角部，以防止塑料材料流中出现“浪费”的部分(图1)。
图1中示出，在本示例中转动的喷嘴芯3也被沿轴向分开，即，该喷嘴芯包括上部3A和下部3B，它们同轴地彼此固定从而可一起转动。这对于挤出机喷嘴1的使用者来说很重要，因为通过简单地更换部分3A且相应地校准用于拉拔开口14的开口，就可适当且简单地调节拉拔孔14的不同间隙v，以用于生产具有不同厚度的不同薄膜产品。
根据本发明的方法并使用上述挤出机喷嘴1所生产的薄膜软管T具有一致的结构和均匀的壁厚，因此，所述薄膜软管可在被引导通过拉拔辊对(本身已知且未在图中示出)之后被流畅地卷起，并可被进一步加工(以公知方式)。
如上所述，根据本发明的挤出机喷嘴1的一个重要区别特征在于，至少在界定膨胀腔室7的表面和均质化环形通道13之间产生相对(相互)速度差，从而对材料进行确定的处理。这种相对运动可在外部喷嘴部件2固定而内部喷嘴芯3转动时产生，或者即使它们沿相同方向或者不同方向同时以不同速度转动时也会产生；然而，我们认为本领域的技术人员不需要任何进一步的说明就可基于上述公开来实现本实施例。
在包装技术中，经常需要多层包装薄膜，其中一层—例如由于卫生原因—可接触待包装的产品，例如食品，该层可以由(可透气的)聚乙烯制成；而另一层可由聚酰胺制成，该层可不接触食品，但是提供紧凑的密封。
如图2所示，根据本发明的挤出机喷嘴的第二实施例适用于生产这种双层薄膜软管。为了简单和更好地比较，用(与图1中)相同的附图标记表示在图2中的相似的部分。
图2中所示的挤出机喷嘴1在结构和操作原理方面都与根据图1的解决方案大致相对应。所述挤出机喷嘴1也包括两个主要组成部分固定的外部喷嘴部件2和可转动地嵌入在所述外部部件2中的内部喷嘴芯3。外部喷嘴部件2被轴向分开，从而包括部分2A、2B、2C和2D。转动的喷嘴芯3用于以已知的方式连接到转动驱动器(未示出)上。
固定的外部喷嘴部件2还设有第一径向入口6，以便在压力下从第一挤出机螺杆(未示出)供应第一熔融塑料材料流，并且该入口6通向具有相当大的横截面的第一环形膨胀腔室7。第一环形膨胀腔室7还连接到流动横截面显著减小的第一均质化环形通道13，该第一均质化环形通道13与作为挤出机喷嘴1的出口的上部环形拉拔开口14连接，双层薄软管T在此处挤出并随后由加压空气以已知的方式充气。
转动的喷嘴芯3还设有适于接纳转动驱动器(未示出)上带肋的轴头的孔22和用于通过加压空气对薄膜软管T’充气的中央进气管道23。此处还设有间隔24和连接环23，以减少固定的喷嘴部件2的中部分2B和2C之间的热交换。沿固定的外部喷嘴部件2的部分2A和2B的外裙部布置有电加热器装置26。为了转动喷嘴芯3，可以优选采用液力马达、或电动马达或其它常规转动驱动器(主要具有高转矩、低RPM和均衡的操作)。
与根据图1的实施例相比，区别在于在根据图2的装置中，第一环形均质化环形通道13主要由环形限定套筒27的内表面28从外侧限定。所述套筒27为在底部设有凸缘29而在顶部具有断开的边缘的薄壁管，并且在本示例中通过支承件30可自由转动且同轴地嵌入在外部喷嘴部件2中。然而，套筒27的外裙部表面31从内侧界定了具有相当大的横截面的第二膨胀腔室32，并且相比于所述膨胀腔室32具有较小横截面的第二均质化环形腔室33在顶部处连接到该第二膨胀腔室32上。
固定的喷嘴部件2设有第二入口34，在本示例中，该第二入口34在与第一入口6相对的部分沿径向通向第二环形膨胀腔室32。通过所述第二入口34，第二熔融(大约250℃)塑料材料流在压力下从另一挤出机螺杆(未示出)供应进来。应注意的是，第二入口34、第二环形膨胀腔室32和第二均质化环形通道33的横截面比例与第一示例中的所述横截面比例基本相对应。
在进行操作时，通过电加热器装置26将挤出机喷嘴1加热到约250℃的操作温度。然后，在高压下通过第一入口6供应第一塑料熔融物，同时通过第二入口34供应第二塑料熔融物，并且在这些步骤期间通过转动驱动器以每分钟20转来转动喷嘴芯3。在30MPa的压力下通过第一入口6供应第一塑料材料，该塑料材料例如可以为聚乙烯并用于形成薄膜软管T’的内层；同时在30MPa的压力下通过第二入口34供应第二熔融塑料材料，该塑料材料例如可以为聚乙烯并用于形成薄膜软管T’的外层。
以高压进入的第一熔融材料流首先填充第一环形膨胀腔室7，而第二材料流填充第二环形膨胀腔室32，这也是由于转动的喷嘴芯3的强制转动冲击。同时，在喷嘴1中的所述两份塑料材料中都进行上文已详细说明的剪切和搓揉操作，这产生内部热。因此，外部加热器装置26在经过一定量的操作时间之后就可停止。
由于在喷嘴1中产生的压差，通过喷嘴芯3保持转动的高压的第一材料流从第一环形膨胀腔室7开始在第一均质化环形通道13中以“螺旋”形式向上，同时通过摩擦连接使限定套筒27转动。在第二膨胀腔室32和第二均质化环形腔室33中也发生同样的现象，但它们主要受转动的套筒27(通过第一材料流而被强制转动)的外裙部表面31和外部喷嘴部件2的内表面2X的限制。这就是根据本发明在相应的均质化环形通道13和33的界定元件与相应的环形膨胀腔室7和32之间产生相对转动速度差的原因。
在操作中，通过第一材料流而保持强制转动的转动限定套筒27由于第一材料流的压力与第二材料流的压力基本相同而始终保持在其中心位置，该第一材料流进行从第一膨胀腔室7向上到第一均质化环形通道13的螺旋形强制运动，该第二材料流通过转动的限定套筒27进行从第二环形膨胀腔室32向上到第二均质化环形通道33的螺旋形(螺线形)强制运动。同时，这些材料流也使得喷嘴芯3的上部定心，从而确保拉拔孔14处的孔间隙v恒定，如上所述，该间隙对于较高的产品质量极其重要。
图2清楚地示出，在限定套筒27的顶部上方的区域中，均质化环形通道13和33的出口在共用的环形接合腔室35中成为一体，该共用的环形接合腔室在本示例中成锥形向上变窄，在该接合腔室处构成最终薄膜产品T’的内层和外层的第一材料流和第二材料流接合到了一起。在本实施例中，该接合腔室35通过环形的环段36连接到已校准的拉拔孔14上。
根据图1和图2，在相应的环形膨胀腔室7和32与相应的均质化环形通道13和33之间插设有具有倒圆的边缘的、向上变窄的锥形过渡颈部37，均质化环形通道13和33具有比环形膨胀腔室7和33窄的过渡横截面，从而可获得更有利的流动条件。(锥形表面18也形成过渡颈部37的一部分)。
当然，已转动的限定套筒27的转数略低于直接被驱动的喷嘴芯3的转数。根据本发明，如在第一实施例中详细说明的，在环形膨胀腔室7和32中的相应界定表面与相应的均质化环形通道13和33之间产生相对速度差，从而在材料中产生惊人的有利的均质化效果。
根据本发明，通过控制挤出机喷嘴1中的流动阻力就以特别的方式完全消除了由于挤出机喷嘴1中的流动方向的变化而引起的材料流的不均匀性。为进行比较，让我们对常规挤出机喷嘴进行说明，材料一改变方向就将开始向上—这是由于材料未被强制形成较均质化的水平环，随后向上流到拉拔孔。相反，根据本发明，如果材料流已经均质化使得该材料流各处的压力都至少能克服突然变窄的均质化环形通道的流动阻力，则由于所提出的相对转动，材料只能从相应的环形膨胀腔室7和32向上流出到相应的均质化环形通道13和32。在相反的情况下，该材料仍试图保留在环形膨胀腔室中。该流动阻力可例如通过如上所述的喷嘴芯3的转动速度来控制。
由于在上述实施例的情况下，外部喷嘴部件2是固定的，但内部喷嘴芯3是转动的，在材料流限定表面之间产生相当大的相对速度差。因此，材料流处于连续的轴向和径向运动中，这样使得粘着的可能性最小。可能粘着的颗粒不仅会被轴向运动的材料流而且会被径向运动的材料流立即撕扯掉。由于高速转动和上述的压力条件，因此在以螺旋形式向上流动的材料中产生的网状织构使得最终的产品具有良好的特性。
除了通过加工的塑料材料本身使转动喷嘴芯3的上部特别定心地“嵌入”之外，根据本发明的挤出机喷嘴1的另一特性在于，所述均质化通道13和33也分别以原始的方式用作环形通道。可转动地嵌入在外部喷嘴部件2中的内部喷嘴芯3也由用作“滑动支承件”的熔融塑料材料来“润滑”。通过这种“嵌入”，能够开发一种基本上“理想的润滑状态”，因为高压“润滑剂”材料完全填充在腔室中，并且恒定的材料流一直提供新的“润滑剂”。因此，喷嘴芯3的上部不需要任何常规润滑，这进一步简化了结构并降低了操作成本。
在特殊情况下，根据图2的解决方案可用于生产三层和甚至更多层的薄膜软管。可例如通过产品的最外面第三层所需的良好印刷特性来保证多于两层的包装薄膜。
根据本发明其它实施例也是可实行的，尤其是就生产多层产品的挤出机喷嘴1而言。例如，具有这样一种潜在结构(未示出)，其中转动的喷嘴芯3通过剪切材料而使第一限定套筒转动，该第一限定套筒也通过塑料材料而使下一个或更多同样可转动地嵌入的限定套筒转动。根据驱动器的特性，限定套筒的速度将沿径向向外逐渐变少。当层由熔点以及粘性值相近的材料构成时，这种布置的是有利的。这种结构也可以以这样的形式来实现，即其中外部喷嘴部件2是转动的，而该转动通过剪切材料而使限定套筒转动。
在又一个实施例(未示出)中，转动的喷嘴芯3可通过强制联结件例如嵌齿轮来使第一限定套筒转动，而该限定套筒通过另一强制联结件例如嵌齿轮来使第二限定套筒转动(等等，直到最后的限定套筒)。在这种情况下，目的是相反的转动而不是速度差，因为这样我们将不用连续减速的限定套筒而是用例如以相同速度但沿相反方向转动的限定套筒来构成所有喷嘴1。这种喷嘴用于粘性非常不同的材料。
当然，根据本发明，也可以使喷嘴芯3嵌入在“自定位”结构(未示出)中来产生相对(相互)速度差；然而，喷嘴芯3并不转动，而是限定套筒27转动。在这种情况下，也形成了由塑料材料产生的“滑动支承件”，通过该“滑动支承件”喷嘴芯3可令人满意地定心。该方案主要用于采用具有非常不同的粘性和熔点值的材料的情况。
喷嘴芯1的温度由安装在外部喷嘴部件2的外表面上的加热装置26在起动时调节；接着，在开启转动驱动器之后，由于使塑料材料流保持在期望温度所需的热通过由转动喷嘴芯3进行的搓揉工作而在材料本身内产生，因此加热器装置26的作用逐渐减弱并最终结束。所以，实际上热是通过转动能量输入而在材料本身中直接产生的，因此能够确保均匀的塑料材料温度。
在根据本发明的解决方案中，通过所推荐的结构和喷嘴芯3的嵌入可实现令人惊奇的“自定心”效果，通过该“自定心”可保证出口横截面的流动同心性、恒定的孔间隙v和对材料的均匀的内部加热。另外，可完全消除粘结的危险。申请人的试验表明，这样生产的产品质量缺陷率与已知解决方案相比低一个数量级，即使已知的解决方案可将产品缺陷率惊人地保持低于±1％也是如此。
根据本发明的挤出机喷嘴1的另一优点是部件的数量和复杂性都大大简化。所述部件几乎仅由转动对称的表面构成；这意味着可省略在常规解决方案中采用的螺旋凹槽(其需要昂贵且专用的精加工机械)。除了驱动器之外，喷嘴仅由九个部件组成(而上述常规喷嘴由至少15个部件组成)。
应当注意，在具有4至8甚至10层的复杂薄膜的情况下，可根据当前操作参数和所选基本材料的变化来应用上述实施例中的一个或其组合。
图3和4示出图2中所示的挤出机喷嘴1的优选实施例，其中，可转动地嵌入在外部喷嘴部件2中的限定套筒27与外部环形插入件38和/或内部环形插入件39—在此处它们为可替换元件—相关联。在本示例中，环形插入件38和39邻近与所述喷嘴芯3同轴布置的限定套筒27在其各自的外裙部表面38A和39A上设有沿轴向为螺旋形、但横截面为半圆形的凹槽38B和39B(图4)。
根据本发明的另一特征，至少设置一个专用凹槽38B和39B以用于更精确地控制间隙的大小和形状，即控制均质化环形通道13和/或33中的材料流的横截面。在该实施例中，如上所述，间隙控制凹槽38B和39B分别形成在环形插入件38和39的表面上。
可部分地通过在限定套筒27的相应裙部外表面28和裙部内表面31与插入件38和39的相应的相邻裙部表面38A和39A之间的狭窄装配间隙，并且主要通过总是随待处理的材料变化的控制凹槽38B和39B的相应轮廓形式和尺寸来提前确定这种改进的间隙控制。
在根据图3和图4的实施例中，外部环形插入件38控制用于外部薄膜层的塑料材料的第二均质化环形通道33的横截面形状，而内部环形插入件33以上述方式控制用于内部薄膜层的材料的第一均质化环形套筒13的横截面形状。通过该结构也可控制在挤出机喷嘴1中的粘性转矩。
分别通过环形插入件38和39的上述结构，可以进一步改进挤出机喷嘴芯3在挤出机喷嘴1的出口附近—即接近拉拔开口14的“自定心”特征。
在其它实施例(未示出)中，可在至少一个限定套筒27的外表面和/或内表面中和/或在挤出机喷嘴部件2的内表面中和/或在喷嘴芯3的外表面中形成至少一个间隙控制凹槽38B(39B)，而不是使用插入件38和39。所述间隙控制凹槽38B(39B)可根据待处理材料和技术参数而具有轴向和/或螺线形式以及不同的横截面。
最后，应当指出，基于本公开，可在权利要求的保护范围内，将根据本发明的方法和挤出机喷嘴实现为许多其它形式和组合，这些对本领域的技术人员来说应当是显而易见的。尽管在上述示例中提及了热塑性的基本塑料材料，但是本发明可以以同样的优点用于挤出其它材料和产品，例如通心粉糊、塑料和金属管等。
权利要求
1.一种用于挤出管状产品尤其是挤出吹制的塑料薄膜软管的方法，包括步骤将加压材料尤其是塑料材料供应到挤出机喷嘴中，强制该材料流过形成在外部喷嘴部件与内部喷嘴部件之间的管道，然后通过将该材料流挤压通过位于挤出机喷嘴的管道端部处的环形拉拔孔来形成管状产品，其特征在于，所述进入挤出机喷嘴的材料流通过首先进入位于入口之后的环形膨胀腔室而在该进入的材料流的前进方向上沿管道分配，该环形膨胀腔室的横截面选定为远大于该入口的横截面，有利地大至少一个数量级；当环形膨胀腔室已经被其压力已变得高于均质化环形通道的流动阻力的材料流完全充满时，则在该均质化环形通道中所述材料流沿其进入方向的交叉方向运动，该均质化环形通道具有比环形膨胀腔室窄且与该环形膨胀腔室相连的横截面；该材料流通过至少部分地界定了所述均质化环形通道的表面间的相对转动而被均质化，并且所述材料流通过螺线形强制运动而被引到拉拔孔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将喷嘴芯嵌入外部喷嘴部件中并/或在外部喷嘴部件中至少部分地通过保持强制运动的所述材料流来定心。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过由于挤出机喷嘴中的所述材料流的强制运动所进行的搓揉工作而在该材料自身中产生的内热来使该材料流保持所需的温度。
4.一种用于通过加压材料生产管状产品，尤其是生产吹制的塑料薄膜软管的挤出机喷嘴，其包括外部喷嘴部件和嵌入在该外部喷嘴部件中的内部喷嘴芯、以及布置在该外部喷嘴部件与内部喷嘴芯之间的材料分配管道；该外部喷嘴部件具有用于接收加压材料的入口，该入口通过管道连接到拉拔孔，其特征在于，该挤出机喷嘴(1)的外部喷嘴部件(2)和内部喷嘴芯(3)布置成可相对或相互转动，为此，外部喷嘴部件(2)和/或内部喷嘴芯(3)设有转动驱动器；所述材料分配管道包括连接到径向入口(6)的环形膨胀腔室(7)，该环形膨胀腔室(7)的横截面远大于入口(6)的横截面，有利地大至少一个数量级；所述材料分配管道包括均质化环形通道(13)，该均质化环形通道的一端连接到该环形膨胀腔室(7)且其横截面相比于该环形膨胀腔室(7)按所需比例变窄，而该均质化环形通道的另一端连接到拉拔孔(14)。
5.一种用于通过加压材料生产管状产品，尤其是生产吹制的塑料薄膜软管的挤出机喷嘴，其包括外部喷嘴部件和嵌入在该外部喷嘴部件中的内部喷嘴芯、以及布置在该外部喷嘴部件与内部喷嘴芯之间的材料分配管道；该外部喷嘴部件具有用于接收至少一种加压材料的入口，该入口通过所述管道连接到拉拔孔，其特征在于，该挤出机喷嘴(1)适用于生产主要为薄膜软管(T’)的多层管状产品，其中所述材料分配管道包括连接到用于接收第一加压材料流的第一入口(6)的第一环形膨胀腔室(7)，所述膨胀腔室(7)的横截面远大于第一入口(6)的横截面，有利地大至少一个数量级；此外该材料分配管道还包括优选同轴地连接到该环形膨胀腔室(7)的第一均质化环形通道(13)，该第一均质化环形通道(13)的横截面相比于所述膨胀腔室(7)按所需比例变窄，并且部分地由可自由转动地嵌入在外部喷嘴部件(2)中的限定套筒(27)的裙部表面(28)界定；该限定套筒(27)的另一裙部表面(31)界定了其横截面按所需比例变窄的第二均质化环形通道(33)，该第二均质化环形通道的一端通过第二环形膨胀腔室(32)连接到用于接收第二材料的第二入口(34)，该第二环形膨胀腔室(32)的横截面远大于第二均质化环形通道(33)或第二入口(34)的横截面，优选大至少一个数量级；第一和第二均质化环形通道(13，33)的另一端优选连接到与拉拔孔(14)相连的共用接合腔室(35)上；外部喷嘴部件(2)、内部喷嘴芯(3)和所述至少一个限定套筒(27)布置成可相对或相互转动，外部喷嘴部件(2)和/或内部喷嘴芯(3)和/或限定套筒(27)可连接到转动驱动器上。
6.根据权利要求4或5所述的挤出机喷嘴，其特征在于，所述环形膨胀腔室(7、32)、均质化环形通道(13、33)和拉拔孔(14)布置成与挤出机喷嘴(1)的纵向轴线同轴。
7.根据权利要求6所述的挤出机喷嘴，其特征在于，所述可转动的喷嘴芯(3)的下端部嵌入在外部喷嘴部件(2)中的支承件(11、12)中，该喷嘴芯(3)的邻近均质化环形通道(13、33)的上端部以无支承、自定位的方式布置。
8.根据权利要求4或5所述的挤出机喷嘴，其特征在于，所述可转动的喷嘴芯(3)被沿轴向分开，该喷嘴芯的设有界定了拉拔孔(14)的开口的一个部分(3A)是可替换的。
9.根据权利要求4或5所述的挤出机喷嘴，其特征在于，所述外部喷嘴部件(2)被沿轴向分成多部分(2A、2B、2C、2D)，其中在相邻部分(2B、2C)之间设有间隔(24)和至少一个连接环(25)，以用于减少包括着用于所述喷嘴芯(3)的支承件(11、12)的部分(2C、2D)的热载荷。
10.根据权利要求4或5所述的挤出机喷嘴，其特征在于，设有至少一个间隙控制凹槽(38B；39B)，该间隙控制凹槽用于以预定方式控制均质化环形通道(13；33)中的材料流的横截面的大小和形状。
全文摘要
挤出管状产品尤其是吹制的塑料薄膜软管的方法和挤出机喷嘴。该方法包括通过入口将加压材料供应到挤出机喷嘴，强制材料流过形成在内、外部喷嘴部件之间的管道，然后通过将材料流挤压通过管道端部的环形孔来形成管状产品。其本质是通过首先供应到环形膨胀腔室内来分配进入挤出机喷嘴的材料流，该环形膨胀腔室的横截面远大于入口的横截面。当膨胀腔室已被其压力已高于均质化环形通道的流动阻力的材料流完全充满时，则在均质化环形通道中材料流被强制沿进入方向的交叉方向运动，该通道具有比环形膨胀腔室窄且与其相连的过渡横截面；该材料流通过至少部分地限定均质化环形通道的表面的相对转动而被均质化。该材料流通过螺线形强制运动而被引到拉拔孔。
文档编号B29C47/28GK1835682SQ200480023208
公开日2006年9月20日 申请日期2004年2月27日 优先权日2003年6月20日
发明者A·普尔茨, T·伊莱什, L·绍博 申请人:Dr－派克Ⅱ有限公司