用于将聚合物制品成形的改进方法

专利名称：用于将聚合物制品成形的改进方法
用于将聚合物制品成形的改进方法要求优先权本申请要求美国临时申请61/036，692 (Walia等的2008年3月14日提交的“用于 将聚合物制品成形的方法(PROCESS FOR SHAPING POLYMERIC ARTICLES)”)的申请日的权 益，该美国临时申请的全部内容通过引用结合在此。发明领域本发明涉及成形的热塑性制品及其制备方法，并且在一个具体方面中，涉及在成 形之前在压机上复合的模塑聚烯烃制品。
背景技术：
在塑料共混物领域中，仍需要用于复合塑料材料的改进方法。例如，需要减少用于 制备制件的加工步骤的数量。在热塑性聚烯烃领域中，例如，仍然有吸引力的是具有降低对 预制复合步骤的依赖性的有效材料体系，特别是使原料经受热历史的材料体系，需要用于 加工的能耗的材料体系，或者两者。特别是，有吸引力的是改进方法提供具有与通常依赖于 预制复合步骤的目前方法类似的稠度(consistency)和质量的制件。这样的改进方法可以 具有包括以下各项中一个或多个的优点迅速改变共混材料的组成的能力、通过消除至少 一个复步骤而降低塑料的热降解的能力、减少废物的能力或减少总加工成本的能力。一种 特别有吸引力的“在压机上(at-press)，，复合的方法公开于美国专利申请11/736，342和 11/821，706中，该美国专利申请是为了各种目的而特意通过引用结合的。在这样的“在压 机上”复合中，可以避免在高温将各个聚合物成分预复合在一起的步骤，特别是避免将一种 或多种烯烃彼此预复合或者将一种或多种烯烃与弹性体材料如热塑性聚烯烃一起复合的 步骤。在压机上复合的努力中遭遇到的一个可能的难点是一些材料由于粒度、密度、弹 性、导电性或其它性能的差别而分离的趋向所带来的结果。一种或多种所述材料还可能形 成聚集。如果一种或多种所述材料干扰定量给料机构，例如干扰控制将材料进料至料斗或 混合器中的阀门，则可能必然地出现另一个可能的困难来源。尽管近来在本领域中看到了 进步，但是仍需要另外的改进方法来避免这些考虑因素中的一个或多个。在本领域中解决所述工艺的文献的实例包括公布的美国申请3，797，707 ； 4，286，883 ；6，111，306 ；5，559，099 ；6，951，900 ；和 6，403，691 ；欧洲专利 958118 Bl ； W01997021528 Al ；Troxel, T. G.，“用于高度分离材料的机筒混机的模型化和放大 (Modeling and scale-up of tumble blenders for highly segregating materials)，，， AIChE Spring National Meeting， Conference Proceedings， Orlando， FL, United States，2006年4月23-27 ；McGlinchey, D.等，“在气动输送管线中的粒子分离(Particle segregation in pneumatic conveying lines)，，，IMechE Conference Transactions， 2000 ；和Trng，P.，等，“用于使分离最小化的方法综述(Methods for Minimizing Segregation :A Review) ”，Particulate Science and Technology，第 22 卷，第 4 期，2004， 第321-337页；它们全部是为了各种目的而通过引用结合的。
发明概述在一个方面中，本发明涉及一种用于制备成形制品的方法，所述方法包括以下步 骤将多种不同的粒状成分(例如，包含第一聚烯烃的第一材料、包含粒状填料和第二聚烯 烃的混合物的第二材料、包含弹性体的第三材料，或其它材料)干混，以形成基本上均勻的 粒子共混物；通过使所述粒子共混物流过具有内插件(insert)的排出装置，将所述粒子共 混物再混合并且基本上防止所述粒子共混物的分离，其中在所述内插件内部的流的特征在 于质量流(mass flow)，而在所述内插件外部的流的特征在于质量流；将经再混合的粒子共 混物引入到部件成形机的螺杆和机筒组件中；在所述螺杆和机筒组件中熔融共混所述粒状 成分以形成熔体共混物；和在所述部件成形机中将所述熔体共混物成形以形成所述成形制 品。有利地，该方法在干混步骤和将经再混合的粒子共混物引入到部件成形机的螺杆和机 筒组件中的步骤之间没有熔融共混多种不同的粒状成分的步骤。成形制品典型地具有大于 约Ig的质量。预期的是，该方法可以具有以下特征中的一个或多个多种不同的粒状成分包括 包含第一聚烯烃的材料(例如，第一材料)；多种不同的粒状成分包括包含粒状填料和第二 聚烯烃的混合物的材料(例如，第二材料)；多种不同的粒状成分包括包含弹性体的材料 (例如第三材料)；所述弹性体是熔融温度或玻璃化转变温度高于约40°c的热塑性物质；所 述材料中的至少一种(例如，第一、第二或第三材料中的至少一种)还包括i)用于减少基 本上相同的粒子的聚集的添加剂， )用于减少材料沿着混合器壁的积累、用于减少粒子的 固有分离或用于两者的抗静电化合物，或iii) :i)和ii)两者；所述材料中的至少一种(例 如，第一、第二或第三材料中的至少一种)包括吸湿性的抗静电化合物；所述材料中的至少 一种(例如，第一、第二或第三材料中的至少一种)包括选自甘油一酸酯、乙氧基化脂肪酸 胺和二乙醇酰胺中的抗静电化合物；基于含抗静电剂的材料的总重量，抗静电化合物的浓 度低于约5% ；该方法在干混步骤之前还包括预复合第一材料、第二材料和第三材料中的 至多两种的步骤；排出装置(例如，混合器排出装置或部件成形机料斗)包括外部结构体， 所述外部结构体具有与垂线形成第一角度的向内且向下倾斜内表面，并且所述内插件包括 内部结构体，所述内部结构体是在所述外部结构体内被支撑的，并且具有与垂线形成第二 角度的向内且向下倾斜外表面，所述第二角度小于第一角度；所述外部结构体的所述向内 且向下倾斜外表面延伸至第一开口，所述第一开口大体上位于所述外部结构体的底部，用 于排出第一部分的粒子共混物(例如，含有分离的相同粒子的粒子共混物)，并且所述内部 结构体的所述向内且向下倾斜外表面延伸至第二开口，所述第二开口大体上位于所述内部 结构体的底部，用于排出第二部分的粒子共混物(例如，含有分离的相同粒子的粒子共混 物)；在穿过排出装置的水平面，在外部结构体的内表面和内部结构体的外表面之间形成 第一平均垂直质量通量F1，并且在内部结构体的内表面之间形成第二平均垂直质量通量 F2，其中Fl与F2的比率为约0. 1至约10 ；在外部结构体的环状向内且向下倾斜外表面与所 述水平面之间的第一角度大于约60度；所述内插件包括多个翅片，所述多个翅片连接至内 部结构体的内表面，用于限定第二质量流，所述第二质量流包括在内插件内具有不同质量 通量的至少2个区域，其中所述质量通量是在相同的水平面上测量的；所述内插件还包括 被构造成允许中心的质量流量通过其中的中心结构体，所述中心结构体在内插件内纵向向 下延伸，并且具有大体上恒定的横截面；排出装置(例如，混合器排出装置)的向内且向下倾斜内表面、内插件的向内且向下倾斜外表面或两者是具有截头圆锥体式封闭环状结构体 的圆锥体、具有收敛壁的多面体或者两者的组合；该方法还包括控制滑动间门的步骤，所述 滑动闸门具有阀门内插件，所述阀门内插件用于防止在向混合器进料的步骤之前所述材料 中的一种或多种(例如第一、第二和第三材料中的一种或多种)积累在滑动闸门中；所述阀 门内插件是楔形的或曲线形的；该方法还包括将均勻的粒子共混物从混合器输送至部件成 形机的步骤；所述混合器是重力混合器，所述部件成形机是注射模塑机；该方法还包括使 均勻的粒子共混物通过静态混合器的步骤；所述均勻的粒子共混物包括包含第一热塑性 物质的第一材料和包含粒状填料和第二热塑性物质的混合物的第二材料；第一热塑性物质 包含弹性体、聚烯烃或两者；第二热塑性物质包含弹性体、聚烯烃或两者；基于均勻的粒子 共混物的总重量，第一材料以约30至约90重量份的浓度存在；基于均勻的粒子共混物的总 重量，第二材料以约10至约50重量份的浓度存在；基于均勻的粒子共混物的总重量，均勻 的粒子共混物具有大于约3重量％的总弹性体浓度；基于均勻的粒子共混物的总重量，均 勻的粒子共混物具有大于约30重量％的总聚烯烃(例如，聚丙烯)浓度；该方法还包括从 至少一个供给源各自向混合器分开供给以下材料的步骤i)约30至约90重量份的第一材 料，所述第一材料包含第一聚烯烃；ii)至多约50重量份的第二材料，所述第二材料包含粒 状填料、第二聚烯烃和抗静电剂的混合物，所述抗静电剂具有甘油单硬脂酸酯、乙氧基化脂 肪酸胺、二乙醇酰胺或它们的任何组合；和iii)约3至约40重量份的第三材料，所述第三 材料包含弹性体；所述内插件被外部结构体同轴地支撑；所述混合器是集中式混合器，并 且该方法包括将均勻的粒子共混物输送至多个部件成形机中的步骤；所述输送步骤包括通 过大体上封闭的管输送均勻的粒子共混物，所述管在所述排出装置的接收区域具有出口， 其中在出口的粒子共混物的平均流动方向与向下垂直方向之间的角度小于约30° ；或所述 输送步骤包括在排出装置的接收区域使均勻的粒子共混物通过分配器，其中分配器改变均 勻的粒子共混物的平均速度、速度的标准偏差。在另一个方面中，本发明涉及一种用于制备成形制品的系统，所述系统包括与单 独的第一、第二和第三材料源连通的混合器；与混合器连通的排出装置(例如，混合器排出 装置、或部件成形机料斗)，其中排出装置包括外部结构体，所述外部结构体具有与垂线形 成第一角度的向内且向下倾斜内表面，并且排出装置包括内插件，所述内插件具有内部结 构体，所述内部结构体是在所述外部结构体内被支撑的，并且具有与垂线形成第二角度的 向内且向下倾斜外表面，所述第二角度小于第一角度；和与所述排出装置连通的部件成形 机；其中所述混合器被构造成用于将第一、第二和第三材料共混，以形成大体上均勻的粒子 共混物，并且所述内插件被构造成用于通过基本上(substantially)限定在所述排出装置 中的质量流而再合并(例如再混合)从均勻的粒子共混物分离的相同粒子。可预期的是，该系统可以具有以下特征中的一个或任意组合以下材料的独立源 i)包含第一聚烯烃的第一材料；ii)包含粒状填料、第二聚烯烃和抗静电剂的混合物的第 二材料，所述抗静电剂具有甘油单硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺或它们的任何 组合；和iii)包含弹性体的第三材料；至少一个滑动间门组件，其被构造成用于对混合器 所接收的第一、第二和第三材料中的一种或多种进行定量给料，其中至少一个滑动间门组 件包括具有阀门内插件的阀门，所述阀门内插件被构造成基本上防止流过滑动闸门组件的 第一、第二和第三材料中的至少一种的堵塞；所述混合器包括外圆锥体，所述外圆锥体具有与垂线形成第一角度的截头圆锥体式封闭环状向内且向下倾斜内表面，所述混合器被构造 成用于共混第一、第二和第三材料以形成大体上均勻的粒子共混物；所述内插件被构造成 用于通过基本上限定排出装置中的质量流而将从均勻的粒子共混物分离的相同粒子的再 合并；或所述内插件还包括多个翅片，所述多个翅片连接至内部结构体的内部，以在水平面 上，产生在外部结构体的内表面与内部结构体的外表面之间的第一垂直质量通量，以及在 翅片和内部结构体的内表面之间的多个不同的第二垂直质量通量。附图简述图IA显示本发明的一个方面的工艺步骤的一个示例性流程图。图IB显示本发明的一个方面的系统的一个示例性流程图。图2A-2B分别显示处于关闭位置和打开位置的示例性滑动闸门组件的透视图。图3显示现有技术实施方案的一个示例性横截面。图4显示本发明的另一个方面的一个示例性横截面。图5显示本发明的另一个方面的一个示例性横截面。图6A、6B和6C显示本发明的另一个方面的一个横截面。图7显示一个示例性分配器。图8显示一个示例性料斗，所述料斗中包含有多种粒状成分。图9显示一个示例性料斗，所述料斗中包含有多种粒状成分。

图10显示一个示例性料斗，所述料斗包含有带静电荷的粒子。发明详述对于如图IA和IB中所示的一个具体实施方案，本发明提供了一种用于制备成形 制品的方法，所述成形制品特别是由聚合物化合物制成的制品。方法2可以包括各自进料 的步骤4。进料步骤4典型地包括将聚合物化合物的成分从它们各自的相应供给源11、11’、 11”进料至混合器20或混合器料斗。如本文中使用的，“成分”是指一种或多种成分或材 料。本文中使用的参照成分的实例包括但不限于第一材料、第二材料和第三材料，但是可预 期其它或更少的材料的使用。因此，第一、第二或第三的使用目的是区别材料，并且不意在 限制本发明的范围。通常，本文中的方法预见的是，聚合物化合物包括来自至少2个供给源的成分，所 述供给源是例如，聚合物成分源和第二聚合物成分源或填料或增强材料源。一种特别优选 的方法是使用至少3个供给源，例如，第一聚合物(例如，第二热塑性物质)源、第二聚合物 (例如，第二热塑性物质)源，和填料或增强材料(例如，滑石母炼胶)源。在一个特别优选 的实施方案中，从三个源供给所述成分，所述源用于以下各项材料中的每一项包含第一聚 烯烃的第一材料；包含粒状填料、热塑性物质(例如，第二聚烯烃)和任选的抗静电剂(如 甘油单硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺，或它们的任何组合)的第二材料；以及 包含弹性体(例如，热塑性聚烯烃)的第三材料。该方法可以包括如图IA中所示的控制至少一个滑动闸门组件的步骤6。图2A和 2B分别显示处于关闭位置和打开位置的示例性滑动间门组件观。在一个方面中，滑动闸门 组件观可以位于至少一个用于对至少一种成分(例如，第一、第二和第三材料中的至少一 种)进行定量给料的混合进料器下。滑动间门组件观可以包括滑动间门22和阀门内插 件对。阀门内插件M可以是楔形的、曲线形的或另外被构造成用于防止第一、第二和第三材料中的一种或多种在被混合器接收之前积累(例如，积聚、阻塞、楔形挤入(wedging)或 其它方式)在滑动闸门组件观(例如，当滑动闸门观在关闭位置(图2A)和打开位置(图 2B)之间移动时)中。参考图IA和1B，预期的是，该方法包括干混步骤8，在该步骤中，将第一、第二和第 三材料的各个粒子(例如，粒料)在混合器20中混合，以形成基本上均勻的粒子共混物，优 选在不熔融材料的情况下混合(例如，最高干混温度低于第一、第二和第三材料中的至少 一种，优选其全部的最高熔融温度或玻璃化转变温度)。在干混步骤8之后，该方法还可以 包括例如通过混合器排出装置19排出均勻的粒子干混物(S卩，均勻的粒子共混物)的步骤 10。优选地，不将均勻的粒子共混物熔融共混，直至将其在部件成形机15的螺杆和机筒中 加热(例如，在压机共混)。应理解，在一个实施方案中，粒子共混物可以包含三种材料中的 仅仅两种，一种材料可以包含聚合物，而另一种材料可以包含填料或增强材料(例如，滑石 母炼胶、玻璃纤维浓缩物或两者)。应理解，在另一个实施方案中，共混物可以包含一种或多 种其它成分如着色剂，由成形部件的研磨得到的再研磨料(regrind)或如本文中所述的其 它材料。还应理解的是，共混步骤可以是间歇方法、连续方法或其它方法，或它们的任何组 合。类似地，进料(例如，定量给料)步骤可以是间歇方法、连续方法或其它方法，和它们的 任何组合。例如，如图3中所示，使用典型的混合器30，其具有没有内插件的排出装置32(例 如，混合器排出装置19、成形机料斗5或其它装置)。在不受理论束缚的情况下，据认为使 用图3的设备和可能具有或可能不具有类似的尺寸、形状、密度、弹性或其它性质的各种材 料(例如，粗制物、非粗制物或其它的)或它们的任何组合的典型共混(例如，重力混合、机 械混合或其它混合，或它们的任何组合)可以导致多种内部流量或通量。通过从混合器排 出材料共混物，这些内部流量或通量可能导致材料共混物中的各种材料的一些分离。作为 一个实例，排出装置32具有特征为“漏斗状(funnel) ”类型流的质量流，因此在水平横截面 的粒子的流量或垂直质量通量(即，每单位面积的局部流量)随着离排出装置内表面34的 距离而变化。“漏斗状”类型流趋向于防止各种材料的再合并，趋向于导致各种材料的分离， 或者两者。因此，如由外部31所示，漏斗状类型流趋向于使第一粒子(例如，粗粒子)朝内 表面34聚集，从而限定第一流量，并且第二粒子(例如，细粒)趋向于朝中心部分33聚集， 从而限定第二流量，第一流量通常小于第二流量。沿着水平面50，粒子共混物在外部31附 近以第一垂直质量通量36流动，并且以第二垂直质量通量38朝中心部分33流动，第一垂 直质量通量36通常小于第二垂直质量通量38。可预期的是，部分31的聚集的第一粒子可 以包括“死(dead)”流或非流动区域，这可能进一步促进相同粒子或其它粒子的分离。所得 到的漏斗状流典型地将相同的粒子从来自共混步骤的通常均勻的(例如，均相的)粒子共 混物中分离，从而形成不均勻的(例如，非均相的)粒子共混物。例如，在具有漏斗状流的 一个实施方案中，应理解，一种材料(例如，细小材料)通常排出更快或首先排出，因而最初 排出的材料具有较高浓度的细小材料。之后，排出的是具有较低浓度的这种材料(例如，细 小材料)和较高浓度的另一种材料(例如，粗大材料)的混合物。因此，可以理解，漏斗状 类型流典型地导致具有不同组成的粒子共混物和/或具有不同组成的部件。优选地，该方法还包括再合并(例如，再混合)来自均勻的粒子共混物(例如，干 混物)的已离析的(例如，已分离的)的相同粒子的步骤。再合并步骤是通过在排出装置44(例如，混合器排出装置(discharge)、成形机料斗或其它装置)中安置内插件39而实现 的。在一个方面中，内插件39适宜地被构造成用于通过限定流过排出装置44的至少一种 质量流来显著降低各种不同的粒子的径向分离(例如，边到边)。在“质量(mass)”类型流 中，典型地不存在“死”流或非流动区域。由此，应理解，内插件可以被构造成基本上保持均 勻的粒子共混物穿过排出装置(即，防止或显著降低分离12)，被构造成通过在排出装置内 强加质量流来允许可能分离的相同粒子的有效再合并(例如，再混合)，或两者。如图4-5中所示，使用具有内插件39的排出装置44 (例如，混合器排出装置、成形 机料斗、或其它装置)，所述内插件比如在美国专利3，797，707 (Jenike等，于1974年3月19 日授权)和4J86，883(Johanson，于1981年9月1日授权)中论述的内插件，该美国专利 为了各种目的而通过引用结合在此。在不受理论束缚的情况下，据认为内插件44的内表面 48和外表面47显著降低或消除在没有内插件的类似排出装置中由排出步骤(例如，混合 器排出步骤或从部件成形机料斗排出至部件成形机的螺杆和机筒组件的步骤)引起的“漏 斗状”流。此外，据认为内插件显著降低或消除粒子的分离(例如，粗粒子与细粒的分离)。 内插件可以导致均勻的粒料共混物流，这种流的特征在于“质量”类型流。例如，在内插件 内部和在内插件外部的流可以特征在于质量流。对于如图4-5中所示的具体实施方案，还预期的是，排出装置44可以包括具有封 闭周边(例如，环状或其它形状)的外部结构体41，其中向内且向下倾斜内表面43与垂线 形成第一角度46。内插件39可以包括内部结构体49，其在外部结构体41内部被支撑(例 如，同轴地支撑)并且具有封闭周边(例如，环状或其它形状)，其中向内且向下倾斜内表 面48和外表面47与垂线形成第二角度45。优选地，内部结构体的第二角度小于第一角度。 例如，在一个实施方案中，在外部结构体的环状向内且向下倾斜外表面和垂线之间的第一 角度可以小于约30度(即，在外表面和水平面之间的角度可以大于约60度)。应理解，外 部结构体、内部结构体或它们两者的倾斜表面通常可以形成圆锥体(例如，截头圆锥体)、 收敛多面体(例如，四面体、金字塔或其它)或其它的形状。更具体而言，如在一个具体实例中所看到的，图4显示了排出装置44(例如，连接 至混合器20)，其具有第一开口 35，第一开口 35通常与内插件39的第二开口 37共平面。 在该实例中，外部垂直质量通量40通常类似于内部垂直质量通量42 (例如，外部质量流量 通常类似于内部质量流量)，如图4中沿着水平面50所示。在排出装置中的流(例如，内 插件的内部和外部)具有“质量”类型流的特征。在另一个具体实例中，图5显示了排出装 置44’，其具有第二开口 37，第二开口 37通常与第一开口 35不共平面使得第二开口 37移 位(displace)在第一开口 35的平面下面。应理解，第二开口 37因此贯穿第一开口 35。在 该实例中，开口的尺寸(例如，半径)和内插件与排出装置的角度(即，第一和第二角度) 与图4中相同。第二开口 37相对于第一开口 35的定位产生外部垂直质量通量40，该外部 垂直质量通量40通常小于内部垂直质量通量42 (例如，外部质量流量通常小于内部质量流 量)，如图5中沿着水平面50所示。如上述实例中所示，在给定的水平面，在内插件外部(即，在外部结构体的内表面 和内部结构体的外表面之间)的平均垂直质量通量流量Fl可以与内插件内部(S卩，在内 部结构体的内表面之间)的平均垂直质量通量流量F2相同或不同。典型地，F1/F2的比率 为约0. 1至约10，更典型为约0. 2至约5，并且最典型为约0. 25至约4 (例如，约0. 4至约2.5)。然而，可以使用更高和更低的通量比率。如上所示，F1/F2的比率可以是约1(例如， 约0. 8至约1. 25)。第一开口的横截面积Al为内部结构体的外表面47和外部结构体的内表面43之 间的在第一开口 35处的面积。第二开口的横截面积A2为被内部结构体的内表面48限定 的在第二开口 37处的面积。应理解，通过第一开口和通过第二开口的相对流量将随着面积 Al和A2而变化。例如，通过第一开口的流量与通过第二开口的流量的比率将随着比率Al/ A2增加而增加。典型地，A1/A2的比率为约0. 1至约10，更典型为约0. 2至约5，最典型为 约0.4至约2. 5。然而，可以使用更高和更低的A1/A2比率。比率A1/A2可以是约1 (例如， 约0. 8至约1. 25)。相对于图6A、6B和6C，本发明的另一个实施方案显示为安置具有改进的内插件60 的排出装置44”(例如，混合器排出装置，成形机料斗或其它装置)。与上述内插件类似的 是，改进的内插件60可以包括封闭的周边，该封闭的周边具有向内且向下倾斜内表面63和 外表面65。应理解，改进的内插件60可以被排出装置44”的内表面64支撑(例如，同轴支 撑)，可以与排出装置44”的内表面64连接或采用其它方式。图6A示例了排出装置44”， 其是混合器20’或料斗的一部分。改进的内插件还可以包括一个或多个翅片66，中心结构 体67或两者的组合。翅片46可以连接至改进的内插件60的内表面63，连接至中心结构体 67(当包含中心结构体67时)，或这两种情况的组合。中心结构体67通常可以是纵向(例 如，垂直)延伸的结构体。在一个方面中，中心结构体67可以包括恒定的剖面，但这不是必 需的。在另一个方面中，中心结构体67可以是允许粒子流在其中通过的空心结构体(例如， 在如图6B所示的一个具体实施方案中，由垂直质量通量52显示的)，但这不是必需的。在 如图6B中所示的一个具体实施方案中，中心结构体67是具有与其连接的翅片46的空心结 构体。翅片66可以优选地包括平滑的表面，但这不是必需的。翅片66可以包括大体平坦 的表面，大体弯曲的表面，扭曲的或其它形状或它们的任何组合。翅片66可以类似地相隔 或不相隔。翅片可以具有类似的长度、宽度、半径或其它性质或它们可以是不同的。由此， 翅片66可以被设计成产生各种垂直质量通量或局部质量流量(例如，在如图6B所示的一 个具体实施方案中，由不同的质量流量或垂直质量通量53、54、55和56表示)。应理解，外 部垂直质量流量或垂直质量通量(例如，在如图6B所示的一个具体实施方案中，由质量流 量或垂直质量通量51表示)可以形成在外部结构体60的内表面64与改进的内插件60的 外表面65之间。还应理解的是，在图6B中所示的垂线质量通量(例如，垂直质量通量51、 52,53,54,55和56)还显示在图6C中，图6C显示了具有改进的内插件60的排出装置44” 的横截面。图6C示例了当材料在外部结构体的内表面64与改进的内插件60的外表面65 之间，在改进的内插件60的内表面63与中心结构体67的外表面69之间，以及在中心结构 体67的内表面68之间移动时共混的材料的各个质量通量61。在一个方面中，改进的内插件60可以被构造成通过限定穿过如本文中所述的排 出装置44”(例如，混合器排出装置、成形机料斗或其它装置)的至少一种质量类型流来显 著降低各种不同的粒子的径向分离(例如边至边)。在另一个方面中，应理解，改进的内插 件可以被构造成通过限定穿过排出装置44”的一种或垂直的多种质量通量、一种或多种质 量流量或两者来显著降低各种不同的粒子的轴向分离(例如上至下)。例如，在导致共混物分离(如可以由漏斗状类型流、静电、涡流类型流等所引起)的方法中，可以适宜的是具有 多个通量以降低组成随时间的变化。当成分的浓度变化导致一种或多种性质变化时，这可 以是特别有吸引力的。由此，通过提供如图6B和6C中所示的多个垂直质量通量，可以实现 粒子的再合并(例如再混合)，从而降低在不同时间制造的成形部件的性质和/或相同的粒 状成分的性质在轴向上的变化。如图IA和IB中所示，该方法还包括将均勻的粒子共混物进料至排出装置如料斗 5(优选包括内插件或改进的内插件)并且进料至部件成形机15 (例如，通过将粒子共混物 引入到部件成形机的螺杆和机筒组件)的进料步骤14、在成形机中将粒子共混物成形以形 成成形制品17 (例如，通过成形工具如模具、模头或其它工具)的成形步骤16，或两者的组合。从混合器排出的步骤和进料至部件成形机的步骤可以通过相同设备或步骤(例 如，混合器排出装置和部件成形机的料斗整合在一起或是相同的部件)或通过如本文中所 述的不同设备或步骤(例如，混合器排出装置和部件成形机料斗没有整合在一起或是不同 的部件)而实现。该方法可以在本文中所述的一个或多个步骤之间包括输送步骤18，输送 步骤18包括输送第一材料、第二材料、第三材料中的至少一种或它们的任何组合(例如，从 至少一个材料供给源至混合器，从混合器排出装置至料斗，或其它方式)。本发明还包括部件成形机15，其可以被构造成用于接收含有不同材料的固体聚合 物粒子的共混物。部件成形机的一个或多个特性的实例包括但不限于，使用热能、机械能 或两者来熔化聚合物；提供剪切能或其它方式以混合(例如，均化)不同的材料；将熔融的 聚合物成形为成形制品或其它方式；或它们的任何组合。部件成形机的实例可以包括但不 限于，注射模塑机、吹塑机、片材或膜挤出机、型材挤出机或其它机器。另外，部件成形机可 以与另一个部件成形机连接，以使用多种材料制备部件(例如共注射模塑、共挤出机，或其 它，或它们的任何组合)。典型地，部件成形机可以用于制备塑料部件，其可以包括螺杆和机筒组件。螺杆和 机筒组件可以包括一个或多个下列特性长度/直径比大于约15 1，可以对螺杆和机筒 组件中的第一、第二和第三材料施加的背压为至少约lOOpsi，可在螺杆和机筒组件中使用 的螺杆速度为约25至约250rpm，温度为约180至约270°C，或它们的任何组合。优选的方 法在螺杆和机筒组件中使用在均勻的粒料共混物中的至少一种，更优选全部的聚合物材料 (例如，第一、第二和第三材料)均处于熔融状态的温度。如美国专利申请11/736，342 (Jones等，2007年4月17日提交)和 11/821，706 (Wevers等，2007年6月25日提交)(它们特意通过引用结合在此)中所述，螺 杆和机筒组件中的螺杆可以适合于提供分散和分布式混合。例如，它可以包括多个流入通 道和流出通道、包括至少一个用于提供分散式混合的底切(undercut)的混合刮板(mixing flight)、至少一个用于提供分布式混合的旁通通道，或其它用于分散式混合和分布式混合 的通常已知的手段。还应理解的是，螺杆可以适合与上述手段组合以用于提供分散式和分 布式混合。由部件成形机制备的成形部件可以具有任何尺寸或形状。优选地，成形部件的质 量大于lg，优选大于3g，最优选大于10g。成形部件优选不是粒料，或者其它意图在另外的 螺杆和机筒组件中熔融处理的部件。
将粒子共混物从材料供给源输送13至混合器的步骤，将粒子共混物从混合器输 送13至部件成形机的步骤或其它步骤(在存在时)将在适合的输送距离上进行。此外，输 送距离可以典型地小于约100米，但是可以更大，更典型地小于约50米，最典型地小于约10 米。在本发明的一个实施方案中，输送距离应当优选小于8米，更优选小于5米，最优选地 小于3米。将粒子共混物从混合器输送13至部件成形机的步骤可以包括将粒子共混物输送 (例如，进料)至多个部件成形机的步骤。即，单个系统将干混的成分供给至多个部件成形 机。所述输送步骤可以包括使用粒子输送机13输送均勻的粒子共混物。例如，所述 输送步骤可以包括以下步骤通过具有出口的输送管将粒子共混物(即，均勻的粒子共混 物)输送至混合器或料斗(例如，包括具有内插件或改进的内插件的排出装置的混合器或 料斗)，使得粒子共混物流入混合器或料斗的接收区域。粒子共混物在离开管时(即，在管 出口)的平均流动方向优选为大体向下的方向。例如，在平均流动方向和向下垂直方向之 间的角度可以小于约30°，优选小于约10°，更优选地小于约5°，最优选地小于约2°。离 开输送管的粒子共混物流可以基本上没有切向流，因而基本上不形成涡流。例如，输送管可 以优选地在料斗的盖的中心或中心附近连接至盖(例如，在盖的顶部)。输送可以通过任何适合的手段进行，包括但不限于重力流、气动输送或它们的组 合。优选地，输送条件使得在料斗中的材料的顶层基本上没有跃移(saltation)。例如，输 送条件可以包括较低的流量、较低的真空或两者。在进入混合器或料斗的接收区域时，粒料共混物可以穿过用于通常更均勻地分布 粒子流的分配器或其它装置或可以传递到通常更均勻地分布粒子流的分配器或其它装置 上。分配器可以改变均勻的粒子共混物的平均速度、速度的标准偏差或两者。例如，分配器 可以使平均速度(例如，速度的向下分量)降低和/或速度的向外径向增加。分配器可以导 致在料斗中的粒料共混物的上表面通常是水平的(例如，其角度小于20°，优选地小于约 12°，更优选地小于约8°，并且最优选地小于约4°。分配器可以连接至料斗、料斗盖或输 送管。通常，分配器位于输送管中，在输送管的端部或在输送管的出口下面。适合的分配器 包括具有固体表面的分配器，例如平坦的大体上水平的板或盘，或具有大体上向上且向内 倾斜表面，如向上指的圆锥体或金字塔等之类的其它分配器。其它适合的分配器包括具有 多个开口的那些(例如，筛)，因此小于35% (优选小于观％，更优选小于15%)的粒子通 过任何单个开口。参考图7，分配器74可以连接至料斗盖70。例如，分配器可以连接至料 斗的中心入口 76，如在料斗盖72的底部的分配器。在图7中所示的分配器具有4个开口， 然而，可以使用更多或更少的开口(如上所述，分配器可以不具有开口，如置于入口下面的 平坦的水平板或盘)。具有开口的分配器优选包括至少3个开口，更优选至少4个开口。分 配器开口 78的尺寸和形状可以通常类于如图7中所示，或者它们的尺寸和形状可以变化。输送管可以由任何适合的材料制成。优选地，输送管由导电材料(例如，导电金 属)制成，或包括导电装置(例如，使用金属丝或丝网，优选在输送管的内部)。在本发明的一个方面中，可以适宜的是第一材料、第二材料和第三材料的定量给 料的可变性低。定量给料的可变性的一个度量是变化系数，其被定义为通过将定量给料率 (dosing rate)的标准偏差除以定量给料率的平均值而得到的商，其中标准偏差和平均值是通过对定量给料率抽样而得到的。在一个具体实例中，将所述材料中的一种或多种到混 合器中的定量给料率的变化系数应当小于5 %，优选小于3 %。还预期的是，在本发明的一个实施方案中，可以将粒子共混物从混合器直接进料 至部件成形机中。优选地，直接将粒子共混物进料至部件成形机中的该步骤可以在不使用 输送步骤的情况下实现。在本文中的优选方法的特征可以在于基本上没有以下步骤在将粒子共混物进料 至部件成形机的接收点(例如，料斗的接收点)之前，将多种成分(例如，第一、第二和第三 材料)预复合(即熔融共混)在一起。然而，还应理解的是，该方法可以包括预复合一些， 但不是全部成分(例如，第一材料、第二材料和第三材料中的至多两种)的步骤。可预期的是，本发明还可以包括向部件成形机15中引入一种或多种添加剂。可以 将添加剂包含在第一材料、第二材料和第三材料中的至少一种中，或者作为一种或多种其 它的材料。在没有限制的情况下，所述添加剂可以降低或甚至基本上消除多种不同的粒状 成分中的至少一种的聚集、分离或这两种情况。例如，在本发明的一个优选实施方案中，材料之一，优选第二材料，即，粒状填料和 第二聚烯烃的混合物可以另外包含至少一种抗静电材料。抗静电组分优选为内部抗静电 剂，并且可以是离子的(例如阳离子或阴离子的)，非离子的，或离子和非离子抗静电化学 品的混合物。在一个优选的实施方案中，抗静电化学品可以是非离子的。在一个优选的实 施方案中，有效的非离子抗静电化学品可以是吸湿的，充分小的因而它们能够迁移到表面， 或者这两种情况的组合。在迁移至表面之后，抗静电化学品的亲水性部分可以与大气水分 氢键键合，从而可能在表面上形成水的薄涂层。据认为这种水的涂层典型地提供抗静电性 能。通常用于聚烯烃的非离子抗静电化学品的实例包括但不限于甘油一酸酯、乙氧基 化脂肪酸胺、二乙醇酰胺、或其它物质，或它们的任何组合。甘油一酸酯是可以典型地通过 甘油和脂肪酸的反应形成的单酯。示例性甘油一酸酯的通式是
权利要求
1.一种用于制备成形制品的方法，所述方法包括以下步骤a)将多种不同的粒状成分干混，以形成均勻的粒子共混物；b)通过使所述共混物流过具有内插件的排出装置，将所述粒子共混物再混合并且基本 上防止所述粒子共混物的分离，其中在所述内插件内部的流的特征在于质量流，而在所述 内插件外部的流的特征在于质量流；c)将已再混合的粒子共混物引入到部件成形机的螺杆和机筒组件中；d)在所述螺杆和机筒组件中熔融共混所述粒状成分以形成熔体共混物；和e)在所述部件成形机中将所述熔体共混物成形以形成所述成形制品，其中所述方法在 所述干混步骤和所述将已再混合的粒子共混物引入到螺杆和机筒组件中的步骤之间没有 熔融共混多种不同的粒状成分的步骤，并且所述成形制品具有大于约Ig的质量。
2.权利要求1所述的方法，其中所述多种不同的粒状成分包括包含第一聚烯烃的第一材料；包含粒状填料和第二聚烯烃的混合物的第二材料；和包含弹性体的第三材料，其中所述弹性体是熔融温度或玻璃化转变温度高于约40°C的 热塑性物质。
3.权利要求1或2所述的方法，其中所述第一、第二或第三材料中的至少一种还包括i)用于减少基本上相同的粒子的聚集的添加剂； )用于减少材料沿着排放装置的壁的积累、用于减少粒子的固有分离或用于上述两 种情况的抗静电化合物；或iii)i)和 )两者。
4.权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一、第二或第三材料中的至少一种 包括吸湿性的抗静电化合物。
5.权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一、第二或第三材料中的至少一种 包括选自甘油一酸酯、乙氧基化脂肪酸胺和二乙醇酰胺中的抗静电化合物，其中基于含抗 静电剂的材料的总重量，所述抗静电化合物的浓度低于约5%。
6.权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在所述干混步骤之前，所述方法还包括预 复合所述第一材料、第二材料和第三材料中的至多两种的步骤。
7.权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述排出装置包括外部结构体，所述外部 结构体具有与垂线形成第一角度的向内且向下倾斜内表面，并且所述内插件包括内部结构 体，所述内部结构体是在所述外部结构体内被支撑的，并且具有与垂线形成第二角度的向 内且向下倾斜外表面，所述第二角度小于所述第一角度。
8.权利要求7所述的方法，其中所述外部结构体的所述向内且向下倾斜外表面延伸至 第一开口，所述第一开口 一般位于所述外部结构体的底部，用于排出第一部分的粒子共混 物，并且所述内部结构体的所述向内且向下倾斜外表面延伸至第二开口，所述第二开口一 般位于所述内部结构体的底部，用于排出第二部分的粒子共混物。
9.权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在穿过所述排出装置的水平面上，在所述 外部结构体的内表面和所述内部结构体的外表面之间形成第一平均垂直质量通量F1，并且 在所述内部结构体的内表面之间形成第二平均垂直质量通量F2，其中Fl与F2的比率为约 0. 1至约10。
10.权利要求7至9中任一项所述的方法，其中在所述外部结构体的环状向内且向下倾 斜外表面与所述水平面之间的第一角度大于约60度。
11.权利要求7至10中任一项所述的方法，其中所述内插件包括多个翅片，所述多个翅 片连接至所述内部结构体的内表面，用于限定第二质量流，所述第二质量流包括在所述内 插件内具有不同质量通量的至少2个区域，其中所述2个区域在相同的水平面上。
12.权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述内插件还包括被构造成允许中心 的质量流量通过其中的中心结构体，所述中心结构体在所述内插件内纵向向下延伸，并且 具有大体上恒定的横截面。
13.权利要求7至12中任一项所述的方法，其中所述排出装置的所述向内且向下倾斜 内表面、所述内插件的所述向内且向下倾斜外表面或它们两者是具有截头圆锥体式封闭环 状结构体的圆锥体、具有收敛壁的多面体或者是具有截头圆锥体式封闭环状结构体的圆锥 体和具有收敛壁的多面体的组合。
14.权利要求1至13中任一项所述的方法，所述方法还包括控制滑动间门的步骤，所述 滑动闸门具有阀门内插件，所述阀门内插件用于防止第一、第二和第三材料中的一种或多 种在向所述混合器进料的步骤之前积累在所述滑动间门中，其中所述阀门内插件是楔形的 或曲线形的。
15.权利要求1至14中任一项所述的方法，所述方法还包括将均勻的粒子共混物从所 述混合器输送至所述部件成形机的步骤。
16.权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述混合器是重力混合器或所述部件 成形机是注射模塑机，或所述混合器是重力混合器且所述部件成形机是注射模塑机。
17.权利要求1至16中任一项所述的方法，其中向所述成形机进料的步骤包括使均 勻的粒子共混物通过静态混合器的步骤。
18.权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述均勻的粒子共混物包括包含第 一热塑性物质的第一材料、包含粒状填料和第二热塑性物质的第二材料；所述第一热塑性 物质包含弹性体、聚烯烃或两者；所述第二热塑性物质包含弹性体、聚烯烃或两者；基于所述均勻的粒子共混物的总重量，第一材料以约30至约90重量份的浓度存在，而 第二材料以约10至约50重量份的浓度存在；和基于所述均勻的粒子共混物的总重量，所述均勻的粒子共混物具有大于约3重量％的 总弹性体浓度和大于约30重量％的总聚烯烃浓度。
19.权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤a)从至少一个供给源各自向混合器单独供给以下材料i)约30至约90重量份的第一材料，所述第一材料包含第一聚烯烃； )不超过约50重量份的第二材料，所述第二材料包含粒状填料、第二聚烯烃和抗静 电剂的混合物，所述抗静电剂具有甘油单硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺或它们 的任何组合；和iii)约3至约40重量份的第三材料，所述第三材料包含弹性体；b)控制至少一个滑动闸门，所述滑动闸门具有楔形的阀门内插件，所述阀门内插件被 构造成用于防止所述第一、第二和第三材料中的一种或多种在被所述混合器接收的步骤之 前积累在所述至少一个滑动闸门中；和c)将所述均勻的粒子共混物从所述混合器输送至部件成形机； 其中所述共混步骤包括共混所述第一、第二和第三材料的多种粒子以在混合器中形成 均勻的粒子共混物；其中所述排出装置包括外圆锥体，所述外圆锥体具有与垂线形成第一角度的截头圆锥 体式封闭环状的向内且向下倾斜内表面，并且所述内插件包括内圆锥体，所述内圆锥体是 在所述外圆锥体内被同轴支撑的，并且具有与垂线形成第二角度的封闭环状的向内且向下 倾斜外表面，所述第二角度小于第一角度；并且其中所述外圆锥体的向内且向下倾斜外表面延伸至第一开口，所述第一开口一般位于 所述外圆锥体的底部，用于排出所述第一、第二和第三材料，并且所述内圆锥体的所述向内 且向下倾斜外表面延伸至第二开口，所述第二开口 一般位于所述内圆锥体的底部，用于排 出所述第一、第二和第三材料，所述第一和第二开口处于基本上彼此共用或不共用的位置。
20.权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述混合器是集中式混合器，而所述方 法包括将所述均勻的粒子共混物输送至多个部件成形机的步骤。
21.权利要求15至20中任一项所述的方法，其中所述输送步骤包括i)通过大体上封闭的管输送所述均勻的粒子共混物，所述管在所述排出装置的接收区 域具有出口，其中在所述出口处的所述粒子共混物的平均流动方向与向下垂直方向之间的 角度小于约30° ； )在所述排出装置的所述接收区域使所述均勻的粒子共混物通过分配器，其中所述 分配器改变所述均勻的粒子共混物的平均速度或所述速度的标准偏差，或所述均勻的粒子 共混物的平均速度和所述速度的标准偏差；或 iii)⑴和( )两者。
22.一种用于形成权利要求1至21任一项所述的成形制品的系统，所述系统包括a)与单独的第一、第二和第三材料源连通的混合器；b)与所述混合器连通的排出装置，其中所述排出装置包括外部结构体，所述外部结构 体具有与垂线形成第一角度的向内且向下倾斜内表面，并且所述排出装置包括内插件，所 述内插件具有内部结构体，所述内部结构体是在所述外部结构体内被支撑的，并且具有与 垂线形成第二角度的向内且向下倾斜外表面，所述第二角度小于第一角度，c)与所述排出装置连通的部件成形机；其中所述混合器被构造成用于将所述第一、第二和第三材料共混，以形成大体上均勻 的粒子共混物，并且所述内插件被构造成用于通过基本上限定在所述排出装置中的质量流 而再合并从所述均勻的粒子共混物分离的相同粒子。
23.权利要求22所述的系统，其中所述系统还包括a)以下材料的独立源i)包含第一聚烯烃的第一材料； )包含粒状填料、第二聚烯烃和抗静电剂的混合物的第二材料，所述抗静电剂具有甘 油单硬脂酸酯、乙氧基化脂肪酸胺、二乙醇酰胺或它们的任何组合；和 iii)包含弹性体的第三材料；以及b)至少一个滑动间门组件，所述滑动间门组件被构造成用于将混合器所接收的第一、 第二和第三材料中的一种或多种定量给料，其中所述至少一个滑动间门组件包括具有阀门内插件的阀门，所述阀门内插件被构造成基本上防止流过滑动闸门组件的第一、第二和第 三材料中的至少一种的堵塞； 其中所述排出装置包括外圆锥体，所述外圆锥体具有与垂线形成第一角度的截头圆锥体式 封闭环状的向内且向下倾斜内表面，所述混合器被构造成用于共混所述第一、第二和第三材料以形成大体上均勻的粒子共 混物；并且所述内插件还包括多个翅片，所述多个翅片连接至所述内部结构体的内部，以在水平 面上，产生介于所述外部结构体的内表面与所述内部结构体的外表面之间的第一垂直质量 通量，以及介于所述翅片和所述内部结构体的内表面之间的多个不同的第二垂直质量通量。
全文摘要
一种用于制备成形制品(17)的方法(2)，所述方法(2)包括以下步骤将多种不同的粒状成分(11)干混(8)，以形成均匀的粒子共混物；通过在包括内插件(39，60)的排出装置(19)中基本上限定质量流，以将所述粒子共混物再混合；和在部件成形机(15)中将所述粒子共混物成形以形成成形制品(17)。
文档编号B29C70/28GK102046359SQ200980108908
公开日2011年5月4日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月14日
发明者内斯特·A·瓦斯克斯, 卡尔·V·雅各布, 帕尔文德·S·瓦利亚, 詹姆斯·D·厄尔贝格 申请人:陶氏环球技术公司