专利名称:生产填充材料颗粒的方法
本发明涉及到生产可倾注的外凸内凹的球弓形塑料填充材料颗粒的方法，在此过程中，塑料经过加料斗从挤塑螺杆的套筒开口进入挤塑机，然后在通过挤塑机的过程中，使塑料塑化，由于物流横截面上各处的速度不同，从口模出口挤出来的塑料就呈曲面形，并在塑料显著膨胀之前，就在口模出口处直接把挤出的塑料切开。
这种方法在美国专利3，961，000中已见报导。这种方法是这样的，可膨胀的聚苯乙烯(EPS)及其添加剂经过加料斗进入挤塑机。挤塑螺杆再使这种塑料通过挤塑机，在通过挤塑机的过程中，特殊设计的芯轴直径渐增的挤塑螺杆以及适当的温度分布使塑料塑化，塑料从口模出口一挤出来，就用切割装置把它切下。这就使切下来的颗粒在第一次膨胀过程中能膨胀成表面为外凸内凹的特殊形状。在以后的几次膨胀过程中，填充材料颗粒便加工成最后形状。
这个连续过程要由许多参数来确定。从经济角度来看，挤塑机单位时间处理的塑料量特别重要。这个处理量也取决于许多参数，主要与挤塑机的设计有关，即挤塑螺杆及其套筒的尺寸。要保证能再现的最终产品质量波动小，就必须熟知挤塑机内进行的化学及物理过程。
为了得到结构均匀的挤塑的填充材料，原料(EPS)和添加剂，如着色剂、发泡剂以及类似的物质，必须均匀地送入这个连续过程。初始阶段均匀加料影响最终产品的质量，自然也影响其数量。挤塑机的所谓“强迫加料过程”使均匀加料成为可能，也就是说，借助于“强迫加料装置”将原料压入挤塑机，如利用“固体输送螺旋”把塑料从供料箱压入挤塑机。这一初始阶段需要加以控制，并且在完成上述过程的机构中容易出现故障。要用加料螺旋将塑料压入挤塑机，就必须从供料箱向其供应物料，这种均匀加料法需要相当多的结构及操作两方面的费用。
不用附加的加料螺旋加料，均匀性及产量都较低，因此上述过程的效益降低了。
本发明的目的就是要改进这种方法，使其不用加料装置就能达到产量高且物料更加均匀地通过挤塑机的效果。
改进的方法是，塑料从挤塑螺杆及其套筒之间的一个区域进入挤塑机，在塑料进入区，套筒沿纵向开有凹槽，有些塑料可能滑进槽内，这就使物料通过挤塑机的量增加且更加均匀地通过挤塑机。
在这个过程中，加料斗下口装在挤塑机进料区套筒的相应开口上，塑料粒料仅仅通过自身的重量被带入所谓的凹槽入口区。
螺旋形挤塑螺杆的推进面把塑料粒料推进，从而通过挤塑机。颗粒的运动可分为轴向前进运动和周向运动，两种运动速度的比值决定了粒料在传送方向上通过挤塑机的速度。如粒料粘在挤塑机内的任何一点，它就将只进行周向运动而不再沿轴向前进。比值越大，轴向传送的物料就越少，后来的物料在此处也就被堵塞了。这就是说，与螺杆一起同步作周向旋转的粒料越多，轴向传送的粒料就越少，即粒料的通过量越少，同时，物料通过的均匀度也不能令人满意。在套筒上的凹槽，对于在入口区某一横断面上的某些塑料粒料，提供了一个“逃逸区”。这样，直接在螺杆上慢下来的粒料较少，即总的说来粘在螺杆上的粒料较少，也就是在周向与螺杆作同步旋转的粒料较少，因而在传送方向上被传送的物料量就增加。这样，凹槽里的粒料就更多地被带到了螺杆心轴的方向上，或者通过压力被压出加料斗。总而言之，增加了粒料的运动和因此而产生的掺和作用。同时，由于减少了“堵塞”，粒料所占体积亦减小，而使单位体积内粒料更加紧密而且更加均匀地压实。
在凹槽入口区，凹槽深为常数。
同光滑内表面的套筒相比，在相同螺杆转速下，挤塑机产量可以增加约一倍。
使塑料粒料在加料区内不发生塑化，这一点具有决定性的重要意义。如果塑料塑化了，粒料就会挤进凹槽，使凹槽塞满而失去其积极的效果。在一定的凹槽尺寸(槽深、槽宽及开槽数目)下，塑料粒子的粒径可以在比较宽的范围内变化，而不会对凹槽的效果产生明显的影响。
凹槽的断面成U形为好，其U形的两条边稍为向外张开。
在紧接着凹槽入口区的过渡区内，凹槽深度减小到零。与过渡区相连的是塑化区，其套筒内表面是完全光滑的。
在过渡区，由于粒料所占空间逐渐减小，塑料渐趋密实。所产生的摩擦热决不能达到足以使物料塑化的热量，过量的热必须冷却掉，塑料塑化只能在紧接着过渡区的塑化区内发生。
在特别优先选用的实施方案中，在直径约为50毫米的套筒内表面开有八个螺旋状凹槽。同光滑内表面套筒相比，可膨胀的聚苯乙烯(EPS)的产量可自50公斤/小时大约增加到90公斤/小时。
使用本发明的装置，这个过程可以用特别简单且经济的方式来完成，而无须加料螺旋或其它加料装置。
下面将用附图所示实施方案来详细说明本发明。
图1为生产填充材料颗粒的装置的示意图。
图2为挤塑装置及加料区的部分侧视图。
图3为加料区的部分剖面俯视图。
图4为开有凹槽的挤塑机套筒的部分放大图。
图5为图4里沿Ⅴ-Ⅴ线的剖视图。
图6为螺旋状凹槽的螺旋线设计图。
完成本发明生产方法所需装置如图1所示，包括带有驱动马达11的挤塑装置10，齿轮机构12，加料区13和挤塑机14。切割装置16直接装在挤塑机14的口模出口15的前面。可挤塑并能膨胀的热塑性材料经过加料斗17然后经过加料区13进入挤塑机14，加入的物料最好为颗粒状或片状，塑料可为聚苯乙烯或其它适宜的聚合物。
物料在纵向通过挤塑机的过程中塑化，然后成熔融态从出口15处出来，由于物流横截面上各点速度不等，塑料从口模出口内挤出时就成曲面形。挤出来的塑料直接在出口15处用切割装置16切下。
切下来的塑料颗粒在自由落下的过程中第一次膨胀，膨胀后颗粒已具有外凸内凹的表面，用收集器19将固化且冷却下来的塑料颗粒18收集起来。
上述第一次膨胀后的泡沫颗粒，用鼓风机20经过管道21送到贮存器22。
经过一定的贮存时间后，第一次膨胀成的塑料颗粒18从贮存器22送到再膨胀器23，在此，塑料再一次膨胀。
从再膨胀器23出来，再次膨胀后的塑料颗粒18被送到贮存器24。贮存器24最好是由筛网材料或另外的网孔材料制成，这样空气便能自由流通，使再膨胀后的塑料颗粒容易干燥。
为了起到填充材料的作用，膨胀到最后形状的颗粒必须具有稳定且均匀的结构。特别是在堆积和运输中产生的影响填充材料的压力一定不能使颗粒破裂。此外，单个颗粒必须具有相当光滑的表面，当颗粒互相摩擦时，不至于产生“破碎”现象。另一个对填充材料的质量和均匀性起决定作用的因素是加料的均匀性。挤塑机单位时间传送的物料量决定了挤塑机挤出的塑料量，因此，在切割装置等速操作的情况下，也决定了第一次膨胀成的填充材料颗粒的大小。
图2为装有加料斗17的加料区13的放大图，加料区13右边与减速齿轮25相连，齿轮由马达11带动。
在物料传送方向上，加料区13与塑化区26相接，塑化区26及加料区13之间，在连接件27处用保温材料隔热。
挤塑螺杆(这里没有画出)贯穿加料区及塑化区，并由马达11通过减速齿轮25带动。在加料区内，挤塑螺杆由套筒28定位，套筒由支座29支承。套筒28上有一开口30，物料就从加料斗17通过此开口进入挤塑机14。加料斗17的下口31与支座29上的法兰盘32联接。套筒28上的开口30所在区域形成凹槽入口区33。在物料传送方向上与这个区域连接的套筒区域为过渡区34。从图3可以清楚地看到，套筒28上开有几个纵向延伸的螺旋状凹槽35，在凹槽入口区33内，凹槽35的深度36为常数。在传送方向与凹槽入口区33相连接的过渡区34内，凹槽深度36沿物料传送方向减小到零。
套筒28上的开口30约为80毫米长，50毫米宽，过渡区34约为185毫米长。
套筒28的壁厚37约为13毫米。
图4为凹槽入口区33内套筒28的部分剖视放大图，套筒内开有槽深36不变的凹槽35。
凹槽35的断面38为U形，U形的两条边39向外倾斜α角，就本实施方案来说，α为15°。凹槽35的深度36约为1.5毫米，凹槽35的宽度40约为10毫米。在附图所示的实施方案里，凹槽之间的间距41不变，此间距约为15.5毫米。
凹槽之间的间距是由套筒28的直径，开槽数目及其宽度来决定的。
图5为图4所示凹槽35沿Ⅴ-Ⅴ线的剖视图。从传送方向看，在套筒28的一端，凹槽有一起始区42，在此以后槽深36达到最大，而在凹槽入口区33内这个槽深保持不变。
图6为加料区13中凹槽螺旋线的设计图。套筒28沿纵向切开，将其展开后即呈“矩形”，沿套筒28的园周43，开有8个等间距的凹槽35。在传送方向上经过一段距离44后，螺旋线就正好绕了360°。在附图所示的实施方案里，距离44约为203毫米。
从图3可以清楚地看到，在操作过程中，物料通过开口30进入套筒28。挤塑螺杆(附图没有画出)将塑料粒料带入螺杆与凹槽入口区33之间的空间，此凹槽入口区33内开有深度36相同的凹槽35。
在凹槽入口区33内，塑料粒料，如平均粒径为0.5毫米的粒料，能够滑进凹槽。由于有这种滑入和逸出的可能性，随挤塑螺杆沿周向作同步旋转的塑料粒料就减少了，这样在传送方向上，挤塑螺杆就会把更多的物料送进过渡区34。
总之，由于塑料本身的压力以及凹槽入口区内滑移的可能性，总的说来，螺杆就会在纵向传送更多的物料。传送速度越快，滑移的可能性就越大，对随后从加料斗17进入凹槽入口区33的物料来说，被堵塞的可能性就越小。
在过渡区34里，凹槽的深度36沿传送方向减小到零，这样塑料就挤压得更加紧密且更加均匀。所产生的摩擦热一定不能达到足以使物料塑化的程度。因此，在本实施方案的过渡区34内(见图2)，在套筒28的周围加装了冷却肋45，以便发散热量。
物料在进入塑化区26之前，不能已经塑化，因此，过渡区34与塑化区26之间要用保温材料隔热。
进行加工的物料粒径可在一定范围内变化，而不会对有利的效果产生大的影响。根据物料及加料速度的情况，套筒28在凹槽入口区33内也可加装冷却肋，以保证物料在整个加料区13内不至于塑化。如物料塑化，就会使凹槽填塞而达不到有利的效果。
根据本发明，采用带凹槽的加料区而不用强迫加料装置，就可以使进料速度加快而且物料流动更加均匀，从而有利于提高最终产品的质量和数量。
权利要求
1.生产可倾注的外凸内凹的球弓形塑料填充材料颗粒的方法，过程是，塑料经过加料斗从挤塑螺杆的套筒开口进入挤塑机，在通过挤塑机的过程中，塑料被塑化，由于物流横截面上各点速度不同，从口模出口挤出来的塑料就带有一个曲面，并在塑料显著膨胀之前，直接在口模出口处把挤出来的塑料切下，其特征是，在加料区(13)内，塑料是从挤塑螺杆及其开有纵向凹槽(35)的套筒(28)之间的空间被带进挤塑机(14)的进料区(13)的，由于有些塑料粒料可能滑进凹槽(35)，因而增加了挤塑机的处理量而且使塑料的输送更加均匀。
2.根据权项1所述的方法，其特征是，在凹槽入口区(33)内，凹槽(35)的深度(36)为常数。
3.根据权项2所述的方法，其特征是，在传送方向上与凹槽入口区(33)相连的过渡区(34)内，凹槽(35)的深度(36)逐渐减小到零，而通过过渡区(34)的塑料虽然密度增加但并不塑化。
4.根据权项3所述的方法，其特征是，在紧接凹槽入口区(33)和过渡区(34)并与其绝热的塑化区(26)内，塑料进行塑化过程。
5.实施权项1到4中任何一项所述的方法的装置，包括加料斗(17)，由挤塑螺杆及其套筒以及切割装置(16)组成的挤塑机(14)，该切割装置(16)直接装在挤塑机(14)的口模出口(15)处，其特征是，在加料区(13)内，挤塑机套筒(28)开有纵向凹槽(35)。
6.根据权项5所述的装置，其特征是，加料区(13)包括凹槽入口区(33)和在传送方向上紧接着的过渡区(34)。
7.根据权项6所述的装置，其特征是，在凹槽入口区(33)内，凹槽(35)的深度(36)为常数。
8.根据权项6所述的装置，其特征是，在过渡区(34)内，凹槽(35)的深度(36)沿传送方向逐渐减小到零。
9.根据权项5所述的装置，其特征是，套筒(28)上的纵向凹槽成螺旋线状并行排列。
10.根据权项5所述的装置，其特征是，8个纵向凹槽均匀地分布在套筒(28)的园周上。
11.根据权项10所述的装置，其特征是，套筒(28)的直径约为5厘米，在凹槽入口区(33)内，凹槽(35)的深度(36)约为1.5毫米，宽度(40)约为10毫米。
12.根据权项5所述的装置，其特征是，凹槽(35)的断面(38)为U形其两条边(31)向外倾斜。
13.根据权项12所述的装置，其特征是，U形断面(38)的两条边(39)向外倾斜约15°。
14.根据权项6所述的装置，其特征是，凹槽入口区(33)长约为80毫米，过渡区(34)长约为180毫米。
专利摘要
一种生产可倾注的外凸内凹的球弓形塑料填充材料颗粒的方法，塑料是用加料斗通过挤塑螺杆套筒上的开口加入的。塑料被塑化，由于物流横截面上各点速度不同，从口模出口出来的塑料就呈曲面形，并在塑料显著膨胀之前，直接在口模出口处把挤出来的塑料切下。本发明中，在加料区(13)内，塑料被带进挤塑螺杆及其沿纵向开有凹槽(35)的套筒(28)之间的空间内，这使有些塑料粒子能滑进纵向凹槽(35)，从而增加了挤塑机的产量，而且塑料的流动也更加均匀。
文档编号B29C47/36GK85101233SQ85101233
公开日1987年1月24日 申请日期1985年4月1日
发明者格尔德·福斯 申请人:施托奥皮克汉斯赖兴埃克有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan