专利名称：改进的挤压机组合件的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种用于制备模制材料熔体的改进型挤压机组合件。更特定而言，但非唯一地，本发明涉及对单螺杆复合挤压机的改进，其中在挤压机螺杆通道的低压区域(例如，毗邻去挥发排气口或辅助添加剂进料口)中设置至少一个刮拭元件，以促进所述复合材料的强制输送。本发明在其中需要装置及步骤来制备具有夹带添加剂的熔体(例如，长玻璃纤维增强型聚丙烯)的直列式复合领域中具有特别的实用性。
背景技术：
当今，大百分比的塑料是与大致水平的填充物(例如，玻璃、碳及天然纤维、矿物质、颜料、有机添加剂等)混合在一起。通常使用复合挤压机来制作此等复合物，例如，颁于Rauwendaal等人的第6,136,246号美国专利中所阐述的双螺杆互啮合式复合挤压机。通常，所述挤压机被配置成制作模制复合物的颗粒或坯料，供随后以大致去耦合方式用作原料喂入典型的注射或压缩模制机中。另一选择为，所述复合挤压机可被配置成将熔融的模制复合物直接喂入所述模制机中，此过程通常被称作「直列式复合」或「直接挤压」。例如，颁于Boissonnat等人的第5,358,680号美国专利即阐述了一种直列式复合系统，所述直列式复合系统包括双螺杆复合挤压机，所述挤压机被配置成用于制作与增强纤维掺合的热塑性模制复合物；及注塑机，其被配置成直接自所述挤压机接收模制复合物，另外，所述注塑机以已知方式制作模制物件。
传统上，尽管其具有某些重大缺陷(例如，明显更昂贵、螺杆磨损、需要下游抽送等)，但双螺干复合挤压机因其多用性及效率而已胜过那些具有单螺杆的挤压机。双螺杆挤压机的某些固有优点包括互啮合螺杆螺纹与柄体的外表面的自刮拭、模制材料于低熔融压力区域中的强制输送、良好的分散及分配混合、紧密(即，短L/D)、灵活的过程控制(即，由于其缺料喂入操作)及高物料通过量。人们偏好双螺杆复合挤压机的另一原因是模块式螺杆及筒体的适用性，因此通过简单地添加或拆除处理段即可灵活地配置所述挤压机以实现最优的复合过程。常见的可用筒体模块的实例包括主进料、平面、排气、侧填料及辅助进料段等。类似地，常见的可用螺杆段包括各种螺纹元件(即，进料、压缩、排气、抽送等)、混合元件及分区元件(即，隔离挤压机内的操作)。
相反，单螺杆复合挤压机传统上被看作仅能提供有限的处理灵活性及一更狭窄的处理窗口。如Rauwendaal Extrusion Engineering Incorporated的Chris Rauwendaal提供的标题为「新单螺杆挤压机」(New Single Screw Compounding Extruder)的最新论文中的详细论述，对单螺杆挤压机的这种感觉是通过以下情形而形成挤压机满溢式进料的常例、挤压机长度的实际限制、缺乏配置有多个进料口的挤压机、使用具有单一结构的螺杆及筒体(即，不易改变配置)。所述论文还提出可如何解决此等诸多限制。例如，可使用源于双螺旋挤压机技术的模块式螺杆与筒体配置来提供额外的处理灵活性。此外，如后文中所述，可将额外的混合器及/或更高效的混合器纳入螺杆及/或筒体中以最小化达到可接受的添加剂分布及分散水平所需的挤压机长度。同样，所述挤压机可被配置成沿所述筒体包括一系列排气/辅助口供分段添加复合材料及移除挥发物。论文中还提出一种在单螺杆挤压机中进行复合的具改进的处理灵活性的方法，其包括缺料喂入所述挤压机的步骤。
如前文中所介绍，存在多种设计用于现有技术中的混合器/捏合机，其可配置于单螺杆复合挤压机中以改进其混合效率且因此最小化挤压机长度。所述混合器可形成或直接整合于螺杆、筒体或其两者上。例如，颁于Rauwendaal的第5,932,159号美国专利即阐述了一种直接整合于螺杆上的混合器。所述混合器通常被称作「CRD混合器TM」(其为Rauwendaal Extrusion Engineering Inc公司的商标)，是通过以下方式来实现简单地改变螺杆螺纹配置以使所述螺纹的前推面与筒体中螺杆通道的内表面相互交作来形成逐渐变窄的通道，材料穿过所述通道被强迫进入多个具有高伸长及剪切应力的区域，由此提供分散及分布混合。作为替代形式，通常阐述于第6,709,147号美国专利的背景技术中的「Buss Ko-捏合机」(其为Coperion Holding GmbH公司的商标)阐述了一种混合器，其具有可整合于螺杆及筒体两者内的数个元件。特定而言，所述混合器需要所述挤压机的筒体包括沿所述挤压机高压级中的螺杆通道的内表面布置的一个或多个捏合元件轴向行以及形成于所述螺杆螺纹中的互补形槽沟。于运作中，所述捏合元件经过螺杆螺纹的槽沟以对中间正抽送的熔体产生有效混合作用。所述捏合元件、齿或销等通常为压配合或旋拧于挤压机的筒体中。为易于安装及维护起见，将所述捏合元件整合入配置有蛤壳结构的模块式筒体部分中也是惯常作法。
因此，当被适当配置时，单螺杆复合挤压机具有极大潜能来匹配双螺旋挤压机的处理灵活性，但资本及运作成本却低得多。尽管有此可能性，但仍存在至少一个主要问题。特定而言，当处理至少一种呈现黏着或另外聚结于所述螺杆的边界表面(即，螺杆根部或螺纹)的趋势的复合材料时，单螺杆复合挤压机中缺乏螺杆螺纹及柄体刮拭可导致穿过低压挤压机级(即，毗邻排气口及辅助口)的明显熔体流动问题。遗憾地，当挤压机正缺料喂入时，所述问题特别严重。
因此，现有技术中需要提供一种刮拭器，用于刮拭单螺杆复合挤压机的低压级中螺杆螺纹及/或柄体的至少一部分(其毗邻排气口及/或辅助口)以促使穿过其中适当输送模制材料。由于极相同的原因，所述问题于单螺杆挤压机(即，非复合)中也显而易见。
当按设计配置及使用时，如前文中所介绍，现有技术「Buss Ko-捏合机」(其为Coperion Holding GmbH公司的商标)的混合销均位于具有充足高熔体压力的挤压机级中，以确保熔体将连续流动，直至达到随所述熔体在所述销与螺杆螺纹段之间受到剪切而实现充分混合/捏合所需的程度。然而，于现有技术中，尚不了解于挤压机的相对低压级(即，接近周围压力)中使用类似配置来履行完全不同的用途(从螺杆螺纹及/或柄体上刮除且另外擦掉已停滞的复合材料)以促使其与螺杆及筒体部分进一步交互作用以确保有效通过低压级挤压机级。特定而言，于现有技术中，尚不了解可在单螺杆复合挤压机的排气/夹带挤压机级中安装螺杆刮拭元件。
已知当将某些原材料喂入挤压机的主进料喉管中时会出现类似问题，其中所述原料受热时会变得「发黏」，因而具有黏着至螺杆外表面的趋势，由此，阻碍或阻止模制材料的喂入。颁于Smith的第3,929,323号美国专利中提供了此问题的解决方案。特定而言，Smith阐述了一种包括辅助进料螺杆的单螺杆挤压机，所述辅助进料螺杆用于刮拭所述挤压机螺杆的螺杆螺纹以确保模制材料的强制输送。
以下是已在直列式复合模制系统上实施的实验的说明，其结果对前文中所界定的问题具说明性且现在可通过根据后文中的本发明实施例对挤压机实施改进来有利地解决所述问题。
参照图1，图中显示直列式复合模制系统10包括实验性HuskyTM(其为HuskyInjection Molding Systems Ltd公司的注册商标)P100/110 E100两级挤压/挤压/注射单元14，其耦合至HuskyTM(其为Husky Injection Molding Systems Ltd公司的注册商标)GL300PET夹持单元12。
所述夹持单元通常用于注塑系统，且图中显示其包括夹座18，其具有牢固地保持于其一端的固定压板16；夹块22，其以可滑动方式连接在夹座18的对置端处；及移动压板20，其被布置成在一组系杆32(其另外互连固定压板16与夹块22)上于其中间移动。如周知，夹持单元12进一步包括装置，其用于相对于所述固定压板冲击(未显示)移动压板20以打开及关闭布置在其中间的注射模半26、27。如通常所知，一整合于夹块22内用于产生夹持力的夹持装置(未显示)穿过夹持柱24链接至所述移动压板，以便在使用时于模制材料熔体的注射期间在铸模半26、27之间提供夹持力。热的注射模半27安装至固定压板16的面上，而互补的冷铸模半26安装至移动压板20的对置面上。图中还显示注射模25包括形成于铸模半26、27之间的模制腔83及熔体通道48G，所述熔体通道穿过热的铸模半27的浇口衬瓦部分85以便将模制腔83互连至机器喷嘴46的熔体通道48F。
挤压/注射单元14为被修改的两级注射单元，且图中显示其包括设置在注射组合件29上方并与其液体连通的单螺杆复合挤压机组合件38。挤压及注射组合件38和29两者均支撑在支架30上，而支架30本身则支撑在设置于注射单元基座28的顶床上的导轨33上。因此，挤压及注射组合件38及29可相对于夹持单元12一起移动，以便以可控方式使机器喷嘴46与热铸模半27的浇口相耦合。将支架30连接至夹持单元12的固定压板16的支架缸体31提供支架30的定位。
挤压机组合件38包括螺杆驱动组合件36，其被配置成用于在沿挤压机筒体40的圆柱形内表面49延伸的螺杆通道48A内旋转挤压机螺杆60。在操作中，如图2A中所示，挤压机螺杆60的旋转将第一复合材料自料斗34经由进料喉管58吸入螺杆通道48A中，且随后如图2B中所示及后文中的详细阐述，将所述第一复合材料输送穿过连续的挤压机级到达筒体40的排放端。于所述实验中，所述第一模制材料是聚丙烯热塑性塑料。与其中在使用时驱动组合件36使螺杆往复运动以将挤压机组合件38中所积聚的模制材料量传输至注射组合件29供后续注射的传统两级注射单元相比，本发明设备是以挤压机螺杆60被纵向固定而不在螺杆通道48A中往复运动的模式操作且其中依序实施挤压及注射步骤。参见后文对本发明较佳实施例的说明，将明显看出以此方式操作挤压/注射单元14的优点。挤压机组合件38还包括用于为第二复合材料提供中间储存的辅助料斗35，所述第二复合材料是经由辅助口59(其被布置成在主进料喉管58与筒体40的排放端的中间穿过筒体40)引入螺杆通道48A中。于所述实验中，所述第二模制材料是增强玻璃纤维82。如众所周知，辅助口59还可用作用于排放第一复合材料中挥发性成分的排气口。图中还显示挤压机组合件38包括筒体封头41，其包括环形部分42、弯头部分43及输送部分44，其中熔体通道部分48B、48C及48D序列被配置成分别穿过其中间，以将筒体40的排放端以流体方式连接至注射组合件分配器阀45的熔体通道48E。
典型的注射组合件29包括分配器阀45、机器喷嘴46、喷射罐52及喷射罐活塞组合件53。特定而言，分配器阀45包括熔体通道部分48E，所述熔体通道部分48E被配置成用于通过以可控方式定向滑阀47来交替地使熔体积聚室48P(其配置于喷射罐52内)与筒体封头41的熔体通道48D相连接来为积聚室48P充注模制复合物，或连接至延伸穿过所述机器喷嘴的熔体通道48F以将积聚的熔体随后注射至铸模浇口的熔体通道48G中。喷射罐52包括(自前至后)环形封头部分57、缸体部分55及活塞54的头部(其被配置成在缸体部分55的镗孔中往复运动)。积聚室48P是活塞54前面的缸体55的容积，且还包括延伸穿过环形封头部分57的锥形通道。积聚室48P可在容积上具明显变化，此取决于活塞54的位置。在操作中，当在自挤压机输送熔体的步骤期间正充注积聚室48P时，迫使活塞54回缩至缸体55内，且随后在注射步骤期间，迫使活塞54前进至缸体中以排空积聚室48P。如众所周知，活塞54是喷射罐活塞组合件53的部件且也包括注射缸体56。
如众所周知，筒体40、筒体封头41、分配器阀45、喷射罐52及机器喷嘴46各自被配置成包括沿其布置的加热器50(如参照图2B所示)，以便在使用时沿螺杆及熔体通道部分48A、48B、48C及48D、48E、48F以及积聚室48P对模制材料进行可控加热。
参照图2A，图中可看到筒体40及挤压机螺杆60的详细配置。挤压机螺杆60包括圆柱形柄体，其外表面具有螺旋形螺杆螺纹61围绕其延伸的螺杆根部62。参照图2B(注意出于说明性目的，图中放大了根部62直径的变化而略去了螺杆螺纹61)，图中显示螺杆根部62的直径沿挤压机螺杆60的长度而变化以提供众所周知的熔体喂入、压缩/熔融及计量段。图中显示所述螺杆还包括后随圆柱形剪切段69的圆锥形剪切部分68，如众所周知，此两者均用来帮助在毗邻的挤压机级之间建立边界以帮助在下游处排放挥发性成分。
再次参照图2B，挤压机级S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7及S8与筒体热控制区T1、T2及T3各自的边界及范围皆显示为被配置成用于使用表1中所列复合材料(其是以约180公斤/小时的物料通过速率缺料喂入筒体40内)进行实验的目的
相应地，挤压机螺杆60、挤压机级S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7及S8与筒体热控制区T1、T2及T3分别配置为表2、3及4中所列情形表1
表2
表3
使用上述直列式复合模制系统在操作包括以下步骤的挤压/注塑过程的同时实施了所述实验(i)在挤压机组合件38熔体通道部分48A、48B、48C、48D、注射组合件熔体通道部分48E(其位于分配器阀45内)与积聚室48P(其位于喷射罐52内)之间构建第一连续熔体通道；(ii)大体上同时挤压模制复合物，使其穿过所述第一连续熔体通道，以便为积聚室48P充注所需容量的复合材料a.将所述第一复合材料的缺料喂入流经由主筒体进料喉管59提供至筒体40的螺杆通道48A中；b.将所述第二复合材料的缺料喂入流提供至螺杆通道48A，同时经由下游辅助口59排放第一复合材料中的挥发物；c.旋转挤压机螺杆60以输送所述第一及第二复合材料穿过多个挤压机级；d.加热筒体40以获得且此后维持所述第一、第二及最终组合复合材料的处理温度；(iii)重新配置熔体通道以隔离挤压机组合件38的熔体通道部分并在注射组合件积聚室48P、熔体通道部分48E与熔体通道部分48F(其位于机器喷嘴中)之间构建第二连续熔体通道；(iv)将积聚容积48P中的一部分复合材料经由所述第二连续熔体通道注射至位于铸模浇口85内的熔体通道48G中，以填充至少经大致封闭的注射铸模的模制腔83；(v)大体上同时重新配置第一熔体通道以重新充注积聚室48P并使铸模夹持单元12循环以实现从所述注射模中移除模制物件以为后续的模制循环进行准备。
所述实验的结果揭示出前文所介绍的问题，其中在排气及夹带级S6中毗邻辅助口/排气口59处缺乏对螺杆螺纹及柄体的刮拭会在熔体流经其中时导致明显的熔体流动问题。特定而言，已观察到无论螺杆螺纹61是否偶尔间歇性地轴向进料，所述第一复合材料(即，聚丙烯掺合物)均会黏结在螺杆根部62上。
发明内容
本发明提供一种供在挤压机组合件中使用的刮拭器，其用于在低压挤压机级中刮拭挤压机螺杆及/或螺杆根部的至少一部分，由此可维持模制材料穿过其中的流动。本发明特别适合在单螺杆复合挤压机的低压排气及夹带级中使用。包括本发明刮拭器的经改进的挤压机组合件可有利地结合入直列式复合模制系统的挤压/注射单元中。
根据本发明的主要态样，提供一种挤压机组合件，所述挤压机组合件的特征在于其包括在低压挤压机级中用于刮拭毗邻螺杆部分的刮拭器，由此改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。所述刮拭器较佳包括静止刮拭元件，其中所述静止刮拭元件的至少一部分可布置在螺杆通道内且被配置成在使用时与毗邻的螺杆部分相配合以对其进行刮拭。所述挤压机组合件通常包括被加热的筒体、挤压机螺杆及驱动组合件，所述驱动组合件以运作方式连接至螺杆以旋转所述螺杆并视需要使所述螺杆在布置于所述筒体中的螺杆通道内做往复运动。所述筒体包括主进料喉管，其被配置成穿过所述筒体的侧壁且靠近所述筒体的第一端，以在使用时适合向所述螺杆通道内喂入第一模制材料。所述筒体视需要包括辅助口，其被配置成穿过所述筒体的侧壁且在所述筒体的两端中间，以在使用时适应来自所述螺杆通道的气态挥发物排放或第二模制材料的喂入中的至少一者。
根据本发明的另一态样，提供一种挤压机组合件，所述挤压机组合件的特征在于其包括在毗邻辅助口的低压挤压机级中的刮拭器，所述刮拭器被配置成用于刮拭毗邻的螺杆部分，由此改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。所述挤压机组合件通常包括被加热的筒体、挤压机螺杆及驱动组合件，所述驱动组合件以运作方式连接至所述螺杆，以旋转所述螺杆并视需要使所述螺杆在所述筒体中的螺杆通道内做往复运动。所述筒体包括主进料喉管，其被配置成穿过所述筒体的侧壁且靠近所述筒体的第一端，以在使用时适合将第一模制材料喂入所述螺杆通道内。所述筒体还包括辅助口，所述辅助口被配置成穿过所述筒体的侧壁且在所述筒体的两端中间，以在使用时适应来自从所述螺杆通道的气态挥发物排放，或第二模制材料的喂入中的至少一者。所述刮拭器较佳包括静止刮拭元件，其中所述静止刮拭元件的至少一部分可布置于所述螺杆通道中并被配置成在使用时与毗邻的螺杆部分相配合以对其进行刮拭。另一选择为，所述刮拭器可包括可旋转刮拭元件，其配置在所述筒体中以在使用时围绕平行旋转轴随所述挤压机螺杆一起旋转。所述可旋转刮拭元件的至少一部分可布置在所述螺杆通道内且被配置成在使用时与毗邻的挤压机螺杆部分相配合以对其进行刮拭。
根据本发明的再一态样，提供一种供在直列式复合模制机中使用的挤压/注射单元，其包括具有本发明刮拭器的挤压机组合件。
根据本发明的另一态样，提供一种本发明的刮拭器。
现在将参照附图阐述本发明的实例性实施例，其中图1是贯穿根据本发明的较佳实施例的一直列式复合模制系统10的部分截面图；图2A是根据现有技术的挤压机组合件的筒体及螺杆的一部分的部分透视图；图2B是如图2A中所描绘的挤压机组合件的筒体及螺杆的一部分的示图，其中出于说明性目的略微放大了螺杆根部直径的变化而略去了螺杆螺纹；图3是在靠近辅助口/排气口处贯穿挤压机组合件的筒体及螺杆的一部分的部分截面图，其显示根据本发明的较佳实施例的螺杆刮拭设备；图4是如参照图3所示截取的贯穿挤压机组合件的横截面图，其显示根据本发明的较佳实施例的螺杆刮拭设备；图5是在靠近辅助口/排气口处贯穿挤压机组合件的筒体及螺杆的一部分的部分截面图，其显示根据本发明的第一替代实施例的螺杆刮拭设备；图6是如参照图5所示截取的贯穿挤压机组合件的横截面图，其显示根据本发明的第一替代实施例的螺杆刮拭设备；图7是在靠近辅助口/排气口处贯穿挤压机组合件的筒体及螺杆的一部分的部分截面图，其显示根据本发明的第二替代实施例的螺杆刮拭设备；图8是如参照图7所示截取的贯穿挤压机组合件的横截面图，其显示根据本发明的第二替代实施例的螺杆刮拭设备；图9是在靠近辅助口/排气口处贯穿挤压机组合件的筒体及螺杆的一部分的部分截面图，其显示根据本发明的第三替代实施例的螺杆刮拭设备；图10是如参照图9所示截取的贯穿挤压机组合件的横截面图，其显示根据本发明的第三替代实施例的螺杆刮拭设备。
具体实施例方式
参照图3及4，图中显示根据本发明较佳实施例的挤压机组合件138的一部分，如前文中所论述，其被配置成减轻在毗邻辅助口59的低压排气及夹带挤压机级S6中的熔体流动问题。因此，如后文中的详细阐述，挤压机组合件138被配置成包括用于刮拭挤压机螺杆160的刮拭器，所述刮拭器用于从挤压机螺杆160的所选部分上擦除复合材料以使其重新融合至熔体流中且因此将流量重新激励至确保所述熔体横流过下游螺杆螺纹部分161A、161B、161C、161D或161E且不会出现进一步滞流所需的程度。挤压机组合件138按照先前所述以不同方式配置及操作，且因此后文将仅阐述那些为提供所述刮拭器而添加、移除或另外修改的挤压机组合件138态样。类似地，如前文中所述，螺杆挤压机138被配置成与实验性直列式复合模制系统10配合使用，且因此将不再对模制系统10进行任何进一步的详细阐述。
用于刮拭挤压机螺杆160的较佳刮拭器包括一行四个等间距的细长形静止刮拭元件90，所述刮拭元件各自布置于经互补配置的镗孔104(其沿大致垂直定向延伸穿过筒体140的侧壁)中。每一刮拭元件90均包括在其末端处的突出部93以延伸至螺杆通道48A内与设置在螺杆螺纹161中大致互补形状之间隙部分相吻合的数个位置内，由此将螺杆螺纹细分为前文中介绍的离散螺杆螺纹部分161A、161B、161C、161D、161E组。在操作中，挤压机螺杆160的旋转动作将导致螺杆柄体根部162的邻接表面部分及毗邻的螺杆螺纹部分161A、161B、161C、161D、161E的导入及导出面166、167分别围绕并扫过刮拭元件90的突出部93，由此擦除其上的复合材料(未显示)。
更详细地，如参照图4所示，每一静止刮拭元件90较佳配置成在形状上类似于具有圆柱形柄体和多个六角头部分的螺栓紧固件。具体而言，刮拭元件90包括(自顶部至底部)六角头部94；其顶表面上布置有小的径向指示突出部分96；圆锥形柄体98，其具有螺纹上部100及下突出部93。柄体98比头部94窄狭以提供围绕头部94的底部在使用时与锁紧垫圈102配合的环形面。在使用时，刮拭元件90被夹持在穿过筒体140侧壁设置的经互补配置的镗孔104中，以使刮拭元件90的突出部93定位于螺杆通道48A中。镗孔104与刮拭元件90之间的紧密配合还将用于防止任何熔体自其中间泄漏。每一刮拭元件镗孔104的上部被配置成包括用于配合所述刮拭元件上螺纹部分100的互补螺纹部分106，且所述筒体的外表面为锁紧垫圈104提供第二配合面，由此可将刮拭元件90可靠地夹持在筒体140中，其中突出部93可设定成如头部94上指示器96所量测的任何期望的角度定向。
较佳地，突出部93还包括沿浅平面离隙设置的输送面92，所述浅平面离隙延伸跨过大致平行于所述刮拭元件纵向轴的突出部93。刮拭元件90的角度定向β较佳经设定以将输送面92定位在与毗邻的螺杆螺纹部分161A、161B、161C相同的螺旋角度α处，由此流动的复合材料可在此处从上游螺纹部分(例如，161A)横跨至下游部分(例如，161B)而不会受到过度阻碍。如此，将突出部93对置侧上的圆柱形背面91设置在上游处，由此使任何夹带的固体物(例如，诸如增强玻璃纤维的第二模制复合物)可靠地围绕背面91偏转(即，促使所述熔体流流过所述背面而不存在任何滞流机会)。另外，已发现可通过将刮拭元件90的底面95构造成具有当紧靠近其定位时紧密沿循螺杆柄体根部162的外形的凹形外形来实现对螺杆根部162的特别有效刮拭。
参照图5及6，图中显示根据本发明第一替代实施例的挤压机组合件的一部分，其包括用于刮拭挤压机螺杆60的第一替代刮拭器，以减轻毗邻辅助口59的低压排气及夹带挤压机级S6中的熔体流动问题。如前所述，除提供用于刮拭挤压机螺杆60的刮拭器的外，挤压机组合件238的配置及操作作在其它方面与前文中针对实验性挤压机组合件38提供的说明一致，且因此意欲将其用于直列式复合模制系统10中。
用于刮拭挤压机螺杆60的第一替代刮拭器包括一行四个等间距的细长形静止刮拭元件290，所述刮拭元件290各自沿其纵向轴以可滑动方式布置于沿大致垂直定向延伸穿过筒体240的侧壁的互补配置衬套镗孔204内。所述刮拭器还包括驱动器，其用于使刮拭元件290在回缩位置与延伸位置之间往复运动，以将配置在刮拭元件290末端处的突出部293大体上分别交替定位于衬套镗孔204的范围内或螺杆通道48A内。在操作中，挤压机螺杆60的旋转动作导致螺杆柄体根部62的邻接表面部分及螺杆螺纹61的引导及拖曳面64、65各自围绕并扫过静态定向、往复运动的刮拭元件290，由此自其上擦除复合材料(未显示)。刮拭元件290的往复运动是与挤压机螺杆60的旋转同步以使每一刮拭元件290仅在螺杆螺纹61通过其下方时回缩以避免碰撞及以其它方式干扰其通过。
更详细地，每一静止刮拭元件290皆包括(自顶部至底部)大致圆柱形头部294，其顶部上形成有凹形凸轮随动件表面296；及细长圆柱形柄体298，其包括沿其末端配置的突出部293。延伸跨过头部294的一侧的浅平面离隙(未显示)用作键，所述键配合沿衬套镗孔204上部形成的互补形状的键槽部分(未显示)以用于防止当其往复运动时刮拭元件290旋转，由此可将如后文所述配置于突出部293上的输送面292保持在合意的定向上。柄体298比头部94狭窄以提供围绕头部94的底部的环形面，所述环形面在使用时与共轴弹簧244相配合以将刮拭元件290偏置至回缩位置中。
更详细地，每一衬套镗孔204包括上部及下部205、206，以用于分别容纳刮拭元件290的头部及柄体294、298。衬套镗孔206的下部与刮拭元件的柄体298之间的紧密配合既在其往复运动时用于引导刮拭元件290还用于大体上防止任何熔体自其中间泄漏。位于相对较宽上部205的基座处的环形面为刮拭元件偏置弹簧244提供座。
用于使刮拭元件290往复运动的驱动器包括偏心形凸轮242，其旋转地布置在每一刮拭元件290的旁边，其中外凸轮表面243的一部分啮合刮拭元件290的头部294上的互补凸轮随动件表面296。当凸轮表面243的扩张及凹陷部分分别扫过凸轮随动件表面296时，凸轮242的偏心外形会导致刮拭元件290延伸及回缩，所述刮拭元件的回缩是借助于弹簧244的偏置动作。凸轮242各自键接(未显示)至驱动轴238，驱动轴238以与毗邻螺杆螺纹部分的角度定向相匹配的角度定向沿毗邻刮拭元件290的线的筒体240侧延伸，以使每一刮拭元件290可依序回缩。如参照图1及6所示，位于毗邻螺杆驱动组合件36处的辅助驱动器236使轴承座240支撑的驱动轴238(其通过紧固件51沿筒体40的外表面加以连接)与挤压机螺杆60同步旋转。
较佳地，突出部293还包括沿浅平面离隙设置的输送面292，所述浅平面离隙延伸跨过大致平行于所述刮拭元件的纵向轴的突出部293。较佳地，刮拭元件290的角度定向经设定以将输送面292定位在与螺杆螺纹61相同的螺旋角度处，由此流动的复合材料可横穿过此处而不会受到过度阻碍。如此，将突出部293对置侧上的圆柱形背面291设置在上游处，由此使任何夹带的固体物均可靠地围绕背面291偏转。另外，已发现可通过将刮拭元件290的底面295配置成具有当紧靠近其定位时紧密沿循螺杆柄体根部162的外形的凹形外形来实现对螺杆柄体根部62的特别有效刮拭。
参照图7及8，图中显示根据本发明第二替代实施例的挤压机组合件的一部分，其包括用于刮拭挤压机螺杆360的第二替代刮拭器，以减轻在毗邻辅助口59的低压排气/夹带挤压机级S6中的熔体流动问题。所述第二替代刮拭器是所述较佳实施例的较小变型，其主要差异在于突出部393的圆形外形且其伸入螺杆通道48A中的更浅程度。相反，替代完全分割螺杆螺纹161以提供离散的螺杆螺纹部分161A、161B、161C、161D、161E，螺杆螺纹361保持连续性，虽然其通过毗邻一行静止刮拭元件390形成螺杆螺纹峰顶高度363而具有数个具有明显减小的螺杆螺纹深度的部分。螺杆螺纹峰顶形成部分363A在形状上大致与刮拭元件390的突出部393互补。因此，本实施例是折衷方案，其无需给挤压/注射单元14改装用于使刮拭元件往复运动的驱动器(如前文所述)即提供一种连续式螺杆螺纹361，但具有减小的螺杆根部362刮拭效率。
较佳地，刮拭元件390的突出部393具有半球形外形。相应地，螺杆螺纹峰顶363具有穿过螺杆螺纹峰顶形成部分363A的更逐渐过渡。
参照图9及10，图中显示本发明第三替代实施例的挤压机组合件438的一部分，其包括用于刮拭挤压机螺杆60的刮拭器，以减轻毗邻辅助口59的低压排气/夹带挤压机级S6中的熔体流动问题。如前所述，除提供用于刮拭挤压机螺杆60的刮拭器外，挤压机组合件438的配置及操作在其它方面与前文中针对实验性挤压机组合件38提供的说明一致，且因此其意欲用于直列式复合模制系统10中。
用于刮拭挤压机螺杆60的第三替代刮拭器包括刮拭元件490，其毗邻挤压机螺杆60布置，从而大致跨越排气及夹带挤压机级S6的范围，且被配置成围绕与挤压机螺杆60平行的旋转轴旋转以从挤压机螺杆根部大致所有部分及毗邻于其的螺纹62、61上刮拭复合材料(未显示)。
较佳地，将刮拭元件490配置为辅助螺杆，其中连接至挤压机螺杆螺纹61的大致成互补配置的螺杆螺纹491(即，具有相同的螺旋角度α及螺纹深度)围绕其延伸。将刮拭元件490布置得紧靠挤压机螺杆60以使螺杆螺纹61、491处于一种互啮合关系，可在其与互补螺杆根部及螺纹部分492、491相配合时实现对挤压机螺杆根部的大致所有部分及螺纹部分62、61的有效刮拭。如参照图1所示，本实施例的优点是刮拭元件490可被配置成将长纤维(例如，玻璃)切割成较短的长度，此为在所述挤压机组合件中从直接来自纱框80的长纤维粗纱81的长丝进料制作合意长度的增强纤维提供一种可靠的手段。
较佳地，刮拭元件490不由任何外部源来驱动，而是通过互啮合的螺杆螺纹491、61的引导与拖曳面494、65、495、64的交互作用由挤压机螺杆本身沿与挤压机螺杆60相反的旋转方向驱动。
更详细地，刮拭元件490包括布置在其末端处的多个共轴转轴496，以使刮拭元件490旋转地支撑于槽沟502(其设置在外壳498内)中。较佳地，槽沟502是半圆柱形状，其内圆周表面与刮拭元件490呈紧密间隔关系。为接纳外壳409，挤压机筒体440包括被布置成穿过其侧壁的互补开口404。筒体440还包括一组适当定位的螺纹孔以接纳用于将外壳498夹持在开口404内的紧固件51。
因此，根据本发明的挤压机组合件138、238、338、438各自包括用于刮拭螺杆60、160、360的刮拭器的各种实施例，所述实施例解决了穿过所述低压挤压机级的熔体输送问题。
尽管已根据目前认为的较佳实施例阐述了本发明，但应理解，本发明并非局限于所揭示的实施例。相反，本发明意欲涵盖随附权利要求的精神及范畴内所包含的各种修改及等效布置。须赋予以下权利要求的范畴最宽广的解释以涵盖所有此等修改及等效结构和功能。
例如，尽管使用了预切断增强纤维来实施上述试验，但另外可使用如欧洲专利申请案0960715中大致阐述及参照图1所示的粗纱切刀70直接自纱框80上切割纤维。因此，粗纱切刀70包括一对喂入辊72及73以用于将长纤维81的长丝自纱框80喂入至围绕旋转切割辊74的外表面布置的一组刀片75的路径中，以将所述长丝切割成较短的增强纤维82。增强纤维82被直接引导至辅助料斗35以随后引入至如前文所述的挤压机中。因此，在通过辅助料斗35将其引导至挤压机中之前，可使用组配装置76组合长玻璃纤维的一根或多根长丝。
或者，所述复合过程还意欲涵盖满溢喂入的复合材料。
或者，可通过在挤压机组合件38与注射组合件29之间包括熔体输送步骤而同时完成挤压及注射步骤，其中允许所述螺杆往复运动(当然，此将需要在所述螺杆中设置适当配置的间隙部分或为所述刮拭元件的纵向往复运动提供进一步自由度)。因此，直列式复合系统10可配置为往复运动的螺杆挤压/注射设备而无需单独的注射组合件29。
或者，挤压机组合件38可包括多个辅助口/排气口59以用于支持分级式复合过程。因此，本发明的刮拭器可配置于毗邻所述多个口/排气口59的一个或多个低压级中，以帮助在其中维持熔体流动。
或者，用于使所述刮拭元件往复运动的驱动器可为空气式、液压式、机电式或任一其它类型的致动器。所述驱动器可另外配置成转动或输送刮拭元件。
或者，所述挤压机组合件可包括用于第二复合材料的侧填料器。
或者，适合的复合材料的范围并非限于本文所述的那些复合材料。
或者，所述挤压机组合件可仅具有单个刮拭元件或其任一可设想的数量或布置(例如，多行刮拭元件)。
或者，所述刮拭元件的形状(具体而言，其突出部)无需为大致圆柱形。例如，所述刮拭元件的突出部可具有刀片或螺旋外形等多种形状。
或者，所述刮拭元件可与筒体、较佳与一拼合或一蛤壳式筒体结构形成为一整体。
或者，所述旋转刮拭元件可另外由其自己的驱动器来驱动，此还允许其与所述挤压机螺杆共同旋转以减小潜在的螺杆磨损且也视需要减小熔体剪切。
或者，所述挤压机的筒体头部可被配置成包括(例如)用于将复合材料制成颗粒的压模。
或者，本发明的刮拭器可用于具有多于一个挤压机螺杆的挤压机组合件的低压挤压机级中(例如，双螺杆复合挤压机)。
当然，本发明的刮拭器可被配置成用于其中发生熔体输送问题的任一低压挤压机级中。例如，本发明的刮拭器可另外配置在毗邻主要进料喉管58的低压级中。
附图中以外形显示或由方块表示的单个组合件均在模制技术中众所周知，且其特定结构及操作对于实施本发明的操作或最佳模式并非具决定意义。
权利要求
1.一种挤压机组合件，其包括筒体，其包括内表面，其提供延伸穿过所述筒体的螺杆通道；主进料喉管，其被配置成穿过所述筒体的侧壁且靠近所述筒体的第一端，以在使用时适于将第一模制材料喂入所述螺杆通道内；及加热器，其用于在使用时加热所述筒体的至少一部分；设置于所述螺杆通道内的螺杆，所述螺杆包括细长柄体；及螺杆螺纹，其螺旋地环设于所述柄体的外表面上；所述柄体的毗邻所述螺杆螺纹的暴露外表面提供螺杆根部；驱动组合件，其被布置成毗邻所述筒体的第一端，其操作部分耦合至所述螺杆的第一端；及第一刮拭器，其连接至所述筒体且位于低压筒体挤压机级内，所述第一刮拭器包括静止刮拭元件；所述静止刮拭元件的至少一部分可布置于所述螺杆通道内且被配置成在使用时与毗邻的螺杆部分相配合以对其进行刮拭；藉此，所述螺杆部分的所述刮拭改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。
2.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述筒体进一步包括辅助口，所述辅助口被配置成穿过所述筒体的侧壁且在所述筒体的两端中间，以在使用时适应来自所述螺杆通道的气态挥发物排放或第二模制材料的喂入中的至少一者。
3.如权利要求1或2所述的挤压机组合件，其中所述第一刮拭器被配置在毗邻所述主进料喉管配置的低压挤压机级中。
4.如权利要求1或2所述的挤压机组合件，其中所述第一刮拭器被配置在毗邻所述辅助口配置的低压挤压机级中。
5.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件的可布置于所述螺杆通道内的部分具有圆柱形配置。
6.如权利要求5所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件的可布置于所述螺杆通道内的所述部分进一步包括输送面，所述输送面被布置成大致平行于所述螺杆螺纹的螺旋角度。
7.如权利要求5所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件的末端具有半球形配置。
8.如权利要求5所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件的末端具有凹形轮廓，当紧靠近所述螺杆根部定位时，所述凹形轮廓紧密沿循所述螺杆根部的轮廓。
9.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件的可布置于所述螺杆通道内的所述部分具有螺旋外形。
10.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件的可布置于所述螺杆通道内的所述部分具有刀片外形。
11.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件被配置成穿过设置于所述筒体侧壁内的镗孔，所述静止刮拭元件包括延伸至所述螺杆通道内的突出部分。
12.如权利要求11所述的挤压机组合件，其中所述至少一个静止刮拭元件被布置成沿大致垂直于其的定向延伸至所述螺杆通道内。
13.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件形成于所述筒体的所述内表面上。
14.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件以可更换方式连接至所述筒体的所述内表面。
15.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中多个所述静止刮拭元件被设置于所述低压挤压机级中。
16.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述多个静止刮拭元件在所述低压挤压机级中呈等间距线性布置。
17.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中待刮拭的螺杆部分包括延伸穿过所述螺杆螺纹的间隙部分，以在使用时另外适应所述螺杆螺纹经过所述静止刮拭元件的旋转。
18.如权利要求17所述的挤压机组合件，其中所述待刮拭的螺杆部分包括所述螺杆根部的一部分。
19.如权利要求17所述的挤压机组合件，其中所述间隙部分及所述静止刮拭元件的在所述螺杆通道内的所述部分具有互补配置。
20.如权利要求18所述的挤压机组合件，其中所述间隙部分将所述螺杆螺纹细分为一组离散的螺杆螺纹部分。
21.如权利要求17所述的挤压机组合件，其中所述间隙部分沿成形螺杆螺纹配置且其中所述螺杆螺纹在其下方保持连续。
22.如权利要求11所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件以可滑动方式布置于所述镗孔中且所述第一刮拭器进一步包括驱动器，所述驱动器的操作部分连接至所述静止刮拭元件，以同步地随着所述螺杆的旋转将所述静止刮拭元件定位于延伸位置与回缩位置之间，借此可在使用时将所述静止刮拭元件在所述螺杆通道内作用的部分间歇地回缩至所述镗孔内，以避免干扰经过其下方的螺杆螺纹部分。
23.如权利要求22所述的挤压机组合件，其中所述用于定位所述刮拭元件的驱动器包括用于偏置所述静止刮拭元件的位置的弹簧及驱动并使所述静止刮拭元件的往复运动与所述螺杆的旋转同步的凸轮设备。
24.如权利要求1或2所述的挤压机组合件，其中第二刮拭器连接至所述筒体且位于毗邻所述辅助口配置的所述低压挤压机级内，所述第二刮拭器包括可旋转刮拭元件，其配置于所述筒体内以在使用时围绕平行旋转轴与所述挤压机螺杆一起旋转；所述可旋转刮拭元件的至少一部分可布置于所述螺杆通道内且被配置成在使用时与毗邻的挤压机螺杆部分相配合对其进行刮拭；藉此，所述螺杆部分的所述刮拭改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。
25.如权利要求24所述的挤压机组合件，其中所述可旋转刮拭元件被配置成辅助螺杆，所述辅助螺杆具有与所述挤压机螺杆螺纹的配置大致成互补配置的螺杆螺纹，且所述可旋转刮拭元件被布置成将所述互补螺杆螺纹放置成相互啮合关系。
26.如权利要求24所述的挤压机组合件，其中所述可旋转刮拭元件通过一对转轴被旋转地支撑于沿外壳设置的槽沟内，所述外壳被接纳于穿过所述筒体的所述侧壁设置的互补形状的开口中。
27.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述筒体及螺杆通道被配置成容纳多个挤压机螺杆。
28.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述刮拭器被配置成适应所述刮拭元件围绕平行轴的随所述挤压机螺杆的纵向往复运动。
29.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述多个静止刮拭元件在所述低压挤压机级内布置成阵列。
30.如权利要求2所述的挤压机组合件，其中所述挤压机组合件包括用于喂送所述第二复合材料的侧填料器。
31.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述筒体为模块式结构。
32.如权利要求31所述的挤压机组合件，其中包括所述刮拭器的筒体模块为拼合壳式结构。
33.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述螺杆进一步包括至少一个混合器。
34.如权利要求1所述的挤压机组合件，其中所述螺杆进一步包括至少一个剪切部分。
35.一种挤压机组合件，其包括筒体，其包括内表面，其提供延伸穿过所述筒体的螺杆通道；主进料喉管，其被配置成穿过所述筒体的侧壁且靠近所述筒体的第一端，以在使用时适应第一模制材料至所述螺杆通道内的喂入；辅助口，其被配置成穿过所述筒体的侧壁、在所述筒体的两端中间，以在使用时适应来自所述螺杆通道的气态挥发物排放或第二模制材料的喂入中的至少一者；及加热器，其用于在使用时加热所述筒体的至少一部分；螺杆，其设置于所述螺杆通道内，所述螺杆包括细长柄体；及螺杆螺纹，其螺旋地环设于所述柄体的外表面上；所述柄体的毗邻于所述螺杆螺纹的暴露外表面提供螺杆根部；驱动组合件，其被布置成毗邻所述筒体的第一端，其操作部分耦合至所述螺杆的所述第一端；及刮拭器，其连接至设置于毗邻所述辅助口配置的低压筒体挤压机级中的所述筒体，以在使用时刮拭毗邻的螺杆部分；藉此，所述螺杆部分的所述刮拭改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。
36.如权利要求35所述的挤压机组合件，其中所述刮拭器包括静止刮拭元件；所述静止刮拭元件的至少一部分可布置在所述螺杆通道内且被配置成在使用时与毗邻的螺杆部分相配合以对其进行刮拭。
37.如权利要求35所述的挤压机组合件，其中所述待刮拭的螺杆部分包括延伸穿过所述螺杆螺纹的间隙部分，以在使用时另外适应所述螺杆螺纹经过所述静止刮拭元件的旋转。
38.如权利要求37所述的挤压机组合件，其中所述待刮拭的螺杆部分包括所述螺杆根部的一部分。
39.如权利要求37所述的挤压机组合件，其中所述间隙部分及所述静止刮拭元件的在所述螺杆通道内的部分具有互补配置。
40.如权利要求36所述的挤压机组合件，其中所述静止刮拭元件以可滑动方式布置于设置在所述筒体内的镗孔中，且所述刮拭器进一步包括驱动器，所述驱动器的操作部分连接至所述静止刮拭元件以同步地随所述螺杆的旋转将所述静止刮拭元件定位于延伸位置与回缩位置之间，借此所述静止刮拭元件的在所述螺杆通道内作用的部分可在使用时间歇地回缩至所述镗孔中，以避免干扰正经过其下方的螺杆螺纹部分。
41.如权利要求35所述的挤压机组合件，其中所述刮拭器包括可旋转刮拭元件，其被配置于所述筒体中以在使用时围绕平行轴随所述挤压机螺杆一起旋转；所述可旋转刮拭元件的至少一部分可布置于所述螺杆通道内且被配置成在使用时与毗邻的螺杆部分相配合来对其进行刮拭；藉此，所述螺杆部分的所述刮拭改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。
42.如权利要求41所述的挤压机组合件，其中所述可旋转刮拭元件被配置成辅助螺杆，所述辅助螺杆具有与所述挤压机螺杆螺纹的配置大致成互补配置的螺杆螺纹，且所述可旋转刮拭元件被布置成将所述互补螺杆螺纹放置成相互啮合关系。
43.如权利要求42所述的挤压机组合件，其中所述可旋转刮拭元件通过一对转轴被旋转地支撑于沿外壳设置的槽沟中，所述外壳被接纳于穿过所述筒体的侧壁设置的互补形状的开口内。
44.一种直列式复合模制机器的挤压/注射单元，其包括前面权利要求中任一权利要求所述的挤压机组合件。
45.一种根据前面权利要求中任一权利要求所述的刮拭器。
全文摘要
本发明提供一种改进的挤压机组合件，其包括用于刮拭低压挤压机级中的螺杆部分的刮拭器，由此所述螺杆部分的刮拭改进穿过所述低压挤压机级的熔体输送。当用在单螺杆复合挤压机的低压排气及夹带挤压机级中时，本发明具有特别的实用性。本发明还提供一种供含纳所述改进的挤压机组合件的直列式复合模制系统使用的挤压/注射单元。
文档编号B29C47/60GK101039791SQ200580034580
公开日2007年9月19日 申请日期2005年9月14日 优先权日2004年10月15日
发明者杰弗里·D·麦克唐纳, 阿里礼萨·莫尔塔扎维, 丹尼丝·达维纳·克雷格, 罗伯特·伊尔莫宁, 杰弗里·高 申请人:赫斯基注射器成型系统有限公司