静态混合器的制造方法
静态混合器的制造方法
【专利摘要】本发明提出一种在注塑过程用来制造静态混合器的方法，该方法包括下列步骤：在注入点以小于500巴的注入压力将包含发泡剂的聚合物熔体注入通道中；用包含发泡剂的聚合物熔体充填通道；包含发泡剂的聚合物熔体在通道中至少部分起泡，其中流动路径与壁厚之比达到至少10。一种静态混合器，它包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体（1，101），通过适合于注塑过程的注塑工具制造静态混合器，安装主体（1，101）具有纵向尺寸（24）和直径（36），纵向尺寸与直径之比大于1，且安装主体（1，101）至少部分地由泡沫塑料制成。纵向尺寸（24）与壁厚（7）之比达到至少10，且其中至少为10的流动路径与壁厚之比。
【专利说明】静态混合器
[0001]本申请是原案申请日为2009年10月19日、申请号为200910179797.5、发明名称
为《静态混合器》的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种塑料制的静态混合器，该静态混合器包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体。所述安装主体具有纵轴线，所述纵轴线沿流体流入安装主体的方向排列，以使得所述安装主体能跨越混合空间。所述混合空间在垂直于纵轴线的平面上具有横剖的流动面积(或区域)，该横剖的流动面积基本上对应于混合器管状壳体的横剖的流动面积。所述安装主体包括壁状部件，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离所述纵轴线的方向上。本发明还涉及一种用于制造这种静态混合器的方法。
【背景技术】
[0003]例如从专利文件EP1426099B1已知这种静态混合器。在这种静态混合器中，在由三部分组成的混合过程中通过相同类型的多个混合部件使两种成分或组分彼此混合，在该混合过程中，首先将物质分开,然后使物质扩散并移位。取决于各成的物理性质,这种混合过程必须实施多次。为此，多个相同构造的安装主体或装置主体顺序地布置在所述静态混合器中，这些混合器特别地用于少量成分，即几个毫升至大约1000毫升，的混合。因而，这些混合器的混合空间具有小于IOmm的直径和大于50mm的长度。这具有下列结果，即该混合器的壁状部件的壁厚可能达到小于1_，甚至常常小于0.5_。
[0004]根据专利文件EP1426099B1的塑料制的混合器优选地以注塑过程制造。利用注塑过程制造小于3_壁厚的30_长度的混合器以前是不可能的，因为从注塑工具的注入点到混合器的相对设置的端部的流动路径需要非常高的内部工具压力。所以要确保的是，最远离注入点的混合器的壁状部件也完全充满聚合物熔体，必须提供大于1000巴的内部工具压力。当必须以所上述的尺寸制造薄壁的静态混合器时，传统的注塑工具以前经受不起这些高的内部工具压力。因而，至今在注塑过程中，经济地制造壁厚小于3_且混合器长度与壁厚之比大于10的混合器，特别是塑料制的混合器，是不可能的。在通过注塑过程制造混合器长度与壁厚之比大于10的已知静态混合器时，必须把缩痕的形成看作进一步的问题。甚至在大于1000巴的内部工具压力的情况下，也不能预防具有如专利文件EP1426099B1中的几何形状的静态混合器具有缩痕。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种对现有的静态混合器以及现有的方法的改进，以使得能通过注塑过程制造具有较薄壁厚和较大长度的静态混合器。
[0006]本发明的目的通过一种用来通过注制或注塑过程制造静态混合器的方法得以实现的，所述方法包括以下步骤:在注入点或注入部位以小于500巴的注入压力将包含发泡剂的聚合物熔体注入通道中；用包含发泡剂的聚合物熔体充填所述通道，所述包含发泡剂的聚合物熔体在所述通道中至少部分起泡，其中流动路径与壁厚之比达到至少10。
[0007]相对于传统的注制过程，包含发泡剂的聚合物用于静态混合器的制造，其在注入过程中或直接在注入之后起泡。
[0008]根据本发明的注制方法特别地包括以小于300巴，特别优选地小于200巴，的注入压力将包含发泡剂的聚合物注入到注制工具中的步骤。
[0009]所述方法接着包括下列步骤直到从静态混合器移除:冷却在所述通道中的包含发泡剂的至少部分起泡的聚合物熔体；使所述聚合物熔体凝固以形成静态混合器；扩大所述通道的截面；移除所述静态混合器。
[0010]包含发泡剂的聚合物的注入有利地开始于单个注入点或部位。
[0011]包含发泡剂的聚合物至少在最远离所述注入点的区域中起泡。通过泡沫塑料减少每个制造的混合器所需的聚合物数量，因为所述泡沫塑料包含有气泡。这些气泡的平均直径有利地不大于100 μ m,优选地不大于50 μ m,特别优选地不大于10 μ m。
[0012]一种用包含发泡剂的聚合物熔体制造用于静态混合器的安装主体的注制工具包括通道和用于将包含发泡剂的聚合物熔体引入所述通道中的注入口，通道基本上具有用于静态混合器的安装主体的各尺寸且通道具有比率至少为10的流动路径与壁厚之比。流动路径与壁厚之比特别地可以大于50，优选地大于140，特别优选地大于180。注入口的区域内的注入压力小于500巴。注入压力优选地小于300巴，特别优选地小于200巴。
[0013]注制工具的通道具有纵轴线，所述纵轴线基本上与所述部件的纵轴线相对应并且具有横截面通道面积(或横剖的通道区域)，所述横截面通道面积布置成基本上垂直于所述聚合物熔体的流动方向，所述横截面通道面积具有宽度尺寸和厚度尺寸。厚度尺寸基本上对应于静态混合器的壁厚，并且通道具有静态混合器的几何形状。
[0014]厚度尺寸达到不大于2.5mm,优选地不大于2.3mm,特别优选地不大于2mm。
[0015]取决于静态混合器的几何形状，所述通道可以具有主通道和多个侧通道。
[0016]第一侧通道具有板状件的形状，所述板状件由所述侧通道的长度、宽度尺寸和厚度尺寸确定。所述第一侧通道的所述板状件的长度基本上沿所述通道的纵轴线的方向延伸，由宽度尺寸和厚度尺寸跨越的横截面通道面积被布置成基本上垂直于长度。
[0017]可设置具有板状件的形状的第二侧通道，其厚度尺寸基本上沿纵轴线的方向延伸并且由纵向尺寸和宽度尺寸跨越的平面布置成相对于纵轴线成一定角度。所述平面特别地能以90°角布置。
[0018]板状件可以包括一定的曲率或弯曲，即纵向尺寸和宽度尺寸之一包括有弯曲形状。
[0019]根据注制工具的优选实施例，混合喷嘴能布置在到达通道的进口的上游，以便于包含发泡剂的聚合物熔体的均质化。
[0020]本发明的目的是通过一种静态混合器得到实现的，所述静态混合器包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体，所述安装主体具有纵向方向和径向尺寸或直径，对于非圆形的混合器管状壳体来说，所述直径对应于当混合器管状壳体的横截面积是正方形时的边长，对于其他形状的混合器壳体来说，例如具有矩形或椭圆形横截面的混合器壳体，等效直径Da在下列假设条件下进行确定:如果横截面积是圆形的，即利用公式Da = 2* (Α/Π)1/2。其中Da代表等效直径;A代表实际的横截面积。纵向尺寸与直径之比至少是1，必须用圆形横截面的直径或非圆形横截面的等效直径作为直径。安装主体至少部分地由泡沫塑料制成。如果提供单个安装主体，则纵向尺寸对应于安装主体的纵向侧。如果多个安装主体彼此前后布置，则纵向尺寸得自纵向侧之和。纵向尺寸与直径之比特别地可以大于3，优选地大于5，特别优选地大于7。由于相当低的内部工具压力，所以大构造的长度的静态混合器特别地能进行经济地制造。较低的内部工具压力是由于下列事实导致:所用的塑料以包含发泡剂的聚合物形式出现，所述聚合物在注制过程期间起泡，以使得至少部分地由泡沫塑料制成的安装主体出现在注制过程结束之后。对于用作静态混合器的这种安装主体来说，流动路径与壁厚之比至少是10。流动路径与壁厚之比特别地可以大于50，优选地大于140，特别优选地大于180。
[0021]由于能呈现为物理或化学发泡剂的发泡剂降低了聚合物的粘性，所以包含发泡剂的聚合物具有比没有发泡剂的类似聚合物更低的粘性。特别地能使用这样一种聚合物熔体，所述聚合物熔体包含物理气体，特别是超临界气体如CO2，或化学发泡剂，并且其呈现为单相溶液。泡沫塑料具有微孔或微腔，所述微孔可提供有小于100 μ m的微孔尺寸，至少大于大约IO6微孔/cm3的微孔密度。为了用泡沫塑料制造静态混合器，在压力下将可流动的材料引入到注制工具。所述注制工具界定出具有静态混合器的形状的空腔。为了在起泡的聚合物中获得超临界流体的溶液，需要特定的混合时间，静态混合器的壁越薄，所述混合时间越少。
[0022]为了制造静态混合器，在第一过程步骤中，使塑料粒在挤压机中熔化。然后加入发泡剂，例如添加呈超临界气体形式的发泡剂，特别是co2。一方面，能通过致动合适的通流调节阀在增塑螺杆的选定位置加入发泡剂。调节发泡剂的温度和压力以使得发泡剂变化到其超临界状态。也能在引入发泡剂之前预热发泡剂，以避免在较高温度的突然压力增高。作为其备选方案，能在塑化筒外面加入发泡剂，特别是作为超临界流体。随后通过增塑螺杆使发泡剂在塑化筒中与聚合物熔体混合。这种混合过程增大了发泡剂随后向聚合物中的扩散直到发泡剂在聚合物中饱和。通过混合过程扩大了两种材料的接触面积，因而对于扩散过程所需的透入深度减小。因此，通过增塑螺杆的运动使发泡剂与熔化的聚合物混合，这有助于在聚合物中产生发泡剂的溶液。只要增塑螺杆旋转，它就在待混合的发泡剂/聚合物系统中产生二维的剪切场。在这方面，由发泡剂形成的气泡在剪切方向上拉伸，层流的扰动使被拉伸的气泡分解成较小的球形气泡。增塑螺杆有利地具有不规则布置的叶片，以使得发泡剂/聚合物的分界面的取向在流线的关系上发生改变，籍此层状混合的效率提高。在能使用静态混合器的混合过程中，气泡的扩散也在包围每个气泡的聚合物熔体中发生。二相混合物向单相溶液的转化随后仅仅发生在扩散室中。在单相溶液中，发泡剂的浓度是基本上一致的，所以可将溶液视为均质的。
[0023]在扩散之后，快速加热溶液，籍此在饱和溶液中发生成核现象。成核现象被理解为一种核生成，其代表具有100 μ m的最大值的平均微孔尺寸的泡沫的形成基础。由于聚合物中的发泡剂在这个较高的温度的溶解性降低，所以加热产生了热力学的不稳定性。当温度增高时溶解性降低得越多，成核速率就越大，且成核的微孔的数量越多。维持高压以使得这些微孔不会在塑化筒中已经生成，然后将具有成核的微孔的溶液引入到注制工具的中空的模制空间中。例如通过引入压缩空气在注制工具中控制压力。由于当注制工具中的压力快速下降时的压力不稳定性，所以仅仅在注制工具中发生微孔生长，因而使用包含发泡剂的聚合物时的流阻减小。因此，降低内部工具压力以使得工具的压力负荷处于允许的范围内才变得可能，在允许的范围内，不再会促使工具的过早破坏。然而，由于各种原因，迄今已经预见到用包含发泡剂的聚合物制造这种长的、薄壁的静态混合器。一方面，根本没有预料到能通过注入速度的降低来生产这种具有复杂几何形状的薄壁混合器，其中注入速度的降低由于内部工具压力的降低而导致。从注制过程得知的这种现象行业圈中被称为冷凝或凝固。在这个过程中，注入到注制工具中的聚合物熔体的凝固或固化发生在靠近相应的壁的注制工具的区域中，能通过熔体和壁之间的温度梯度引起这种凝固，但这种凝固也可能发生在具有聚合物熔体的温度的工具中，因为聚合物熔体的流速在注制工具的靠近壁比靠近中间区域的区域要低。通过注制工具的聚合物熔体的流动与通过封闭通道的流动相对应，这种流动的速度的流量型线基本上是抛物线的。所述抛物线的对称轴线基本上与通道的中心纵轴线相对应。流速在注制工具的壁处具有值O。由于这个流量型线(或流动曲线图)，聚合物在注制工具所形成的通道中具有不同的保压时间。因此，聚合物熔体的较大的保压时间造成流速低的壁区域，其具有下列结果:反应，例如交联反应，甚至在没有冷却的情况下也能发生在聚合物熔体内部。因此发生壁区域中聚合物熔体的凝固。这具有下列结果:减小了仍可用于聚合物熔体的通流的通道横截面。在相应的部件具有3mm以上壁厚的情况下，通道横截面的这个减小几乎不重要，这是因为凝固局限于通道的靠近壁的小区域，所以聚合物熔体能在基本上没有阻碍的情况下流过注制工具以制造具有3mm以上的壁厚的部件。
[0024]每个横截面积都具有一定的壁厚，纵向尺寸与壁厚之比达到至少40，优选地至少50，特别优选地至少75。横截面积能与多个壁状部件相交，所以壁厚不必由横截面积的指示单独清楚地确定。然而，实际的壁厚对于注制工具的设计是决定性的。这个壁厚越薄，在聚合物熔体注入到注制工具时前述的壁效应越显著。由此得出结论，比较高的内部工具压力将被提供给小的壁厚。在不超过允许的内部工具压力的情况下，静态混合器的壁厚可能小于3mm,优选地小于2mm,特别优选地小于1.5mm。
[0025]特别地能将多个安装主体沿着纵轴线彼此前后布置。这些安装主体能具有相同的构造或不同构造的安装主体能彼此相互组合，从而产生一种混合器装置，如专利文件EP1312409B1中所示的。相邻的安装主体有利地彼此相连，从而将由所述多个安装主体构成的混合器制成一整体式零部件或部分。这意味着混合器其整体在单个注制工具中进行制造。
[0026]安装主体或全体安装主体的纵向尺寸可可以在5至500mm之间，优选地在5至300mm之间，优先在50至IOOmm之间。
[0027]静态混合器有利地如此设计，使得安装主体具有一纵轴线，所述纵轴线沿流体流入所述安装主体的方向定向，以使得所述安装主体能跨越或横跨混合空间，其中所述混合空间在垂直于纵轴线的平面上具有横剖的流动面积(或过流区域)，所述横剖的流动面积基本上对应于混合器管状壳体的横剖的流动面积。所述安装主体包括壁状部件，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离纵轴线的方向上，能通过壁状部件与所述平面的相交产生横截面积，并且所述横截面积的最大值达到混合空间的横剖的流动面积的1/5，优选地达到1/10，特别优选地达到1/20。安装主体至少部分地由泡沫塑料制成，在使用泡沫塑料时，令人惊讶地发现，能用低得多的内部工具压力实现相同的流动路径。因此，与现有技术相比，泡沫塑料的使用使得延长流动路径变得可能，所以能制造具有更大纵向尺寸的混合器。
[0028]根据第一实施例的壁状部件的横截面积形成第一宽向边，能通过第一宽向边将混合空间分成两个部分区域，从而将混合产品流、流体物质流分成两个部分流，取决于混合空间中的宽向边的位置，所述两个部分流可以具有相同尺寸或不同尺寸。自然也能形成两个以上的宽向边，从而相应地出现两个以上的部分流。由于静态混合器的复杂的几何形状，导致包含发泡剂的聚合物熔体将流过的注制工具横截面的频繁变化。这些变化由形成静态混合器的安装主体的壁状部件的几何形状和布置所引起，相对于壁状部件，必须在注制工具中设置相应的空腔和通道。在这个特殊情况下进行注制工具中压力调节，以使得在注入过程开始时提供内部工具压力，包含发泡剂的聚合物熔体在所述内部工具压力仍呈现为单相溶液，并且在充填用于静态混合器的注制工具的中空模制空间的过程中降低这个压力。压力降低的发生使得在注入过程中形成泡沫，特别是形成微孔直径小于100 μ m和/或微孔密度大于至少大约IO6微孔/cm3的泡沫。由于泡沫已经在注入的过程中形成，所以聚合物熔体的粘性降低，这是因为出现的微孔在二相状态中作为包含可压缩气体的气泡而产生。因而，这种降低的粘性使得能相对于用于不起泡成分的传统注制过程在低得多的内部工具压力下降低注入速度。由于较低的粘性，壁效应上的变化，特别是在聚合物熔体偏转的区域中的壁效应的变化，也出现了。
[0029]已知对于具有基本上矩形横截面的简单几何形状而言，靠近注入工具的壁的区域较少地或根本不起泡。如果静态混合器特别地由如在下面更准确描述的几何形状之一所述的安装主体构成，则流体流的大的偏转产生或导致在壁状部件的每个边缘处和在通向后面的壁状部件的过渡部分处的聚合物熔体的流动路径，使得在第一壁状部件中设置在注制工具的孔口的边缘区域中的聚合物熔体在下面的第二壁状部件中流入所述第二壁区域的中心区域，并且发生二相泡沫的成形。因而，当注入压力如上所述而降低时，由于相邻的壁状部件彼此成一定角度的布置，特别是相邻的壁状部件的交叉布置，泡沫成形沿着混合器的整个纵向尺寸发生。
[0030]根据第二实施例的壁状部件具有基本上矩形的形状和第二宽向边，所述第二宽向边与第一宽向边相对地设置并且根据优选实施例，所述第二宽向边相对于第一宽向边旋转一定的角度，从而形成螺旋形结构。
[0031]根据第三有利的实施例，壁状部件包括条状件，所述条状件的第一宽向边形成分流边缘，所述条状件的第二宽向边与偏转件相邻，所述偏转件用于将来自混合空间的第一部分区域的流体流偏转到混合空间的第二部分区域中。由第一宽向边和第二宽向边界定出的壁状部件的表面基本上沿纵轴线的方向排列并且所述偏转件的表面基本上布置在横向平面中，所述横向平面特别地相对于纵轴线成45°至90°角排布，优选地成60°至90°角，特别优选地成75°至90°角。
[0032]根据具有小的死区和降低的压降以及高混合性能的混合器的第四、特别优选的实施例，安装主体包括多个壁状部件，每个壁状部件具有基本上矩形的横截面，基本上矩形的横截面包括第一宽向边、第二宽向边以及第一纵向侧边和第二纵向侧边。
[0033]壁状部件布置在安装主体中，使得所述纵向侧边基本上沿纵轴线的方向延伸且所述第一宽向边和所述第二宽向边相对所述纵轴线的方向横向地延伸。安装主体包括第一壁状部件，所述第一壁状部件将混合空间分成两个部分。与所述第一壁状部件相交的至少两个壁状部件邻接第一壁状部件，所述第一壁状部件有利地通过至少一个过渡件与第二壁状部件和第三壁状部件相连。
[0034]通过过渡件使混合产品流偏转，使得进入静态混合器的各成分或组分成流股地在它们经过所述静态混合器成为多个宽度减小的条带的路径期间被连续地分开，籍此也能用这个静态混合器处理难以混合或具有高粘性的各种成分。
[0035]相邻的安装主体有利地通过至少一个连接件彼此相连。静态混合器的构造由于所述连接件而变得更加刚性，所以混合器相对于其纵轴线的弯曲较不容易发生并且混合器能配装到包围混合空间的管中。
[0036]根据前述实施例的安装主体可以按照需要彼此相互组合或结合。
[0037]一旦相对应的注制工具被制造出来，由于上述的静态混合器的制造和材料成本就低，所以上述的静态混合器可适合作为一次性的混合器。此外，在计量和/或混合设备中使用静态混合器。特别地，能将含多成分(或组分)的筒(cartridge)视为一个示例，所述示例包括排出装置和联接到所述排出装置的管，并且含有根据前述实施例之一的静态混合器。
[0038]所述静态混合器可以安装到排出单元或排出筒，特别地连接到含多成分的筒上。所述静态混合器可以用来将各个可流动的成分混合成硬化混合产物。静态混合器的进一步可能的用途是在齿科领域中的铸造复合物的混合或多成分粘合剂的混合。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]下面将结合【专利附图】
【附图说明】本发明，其中:
图1是根据本发明的混合器的第一实施例；
图2是根据本发明的混合器的第二实施例；
图3是根据本发明的混合器的第三实施例；以及 图4是根据本发明的混合器的第四实施例。
【具体实施方式】
[0040]在图1中示出了根据本发明的静态混合器的第一实施例。所述静态混合器包括安装在未示出的管状壳体中的安装主体或装置主体I，所述管状壳体起位于所述管状壳体的内部的混合空间20的边界的作用。通常由至少两种不同成分(或组分)构成的待混合的流体流过所述混合空间20。在大多数情况下，所述成分或这些成分以流体状态或作为粘性物质存在，这例如包括糊状物、粘合剂，但也包括在医疗部门中使用的包含药剂的流体或用于化妆用途以及食物的流体。这种静态混合器还被特别地用作一次性混合器，用于可流动成分的硬化混合产物的混合，如多成分(或组分)粘合剂的混合。另一种优选的用途是在齿科领域中铸造复合物的混合。
[0041]安装主体I本身没有移动部件(或移动部分)，所以混合过程通过流体本身的流动来实现。缺少移动式安装件(或运动装置)被看作是这种混合器作为静态混合器的设计的主要理由。所述安装主体I具有纵轴线10，所述纵轴线10同时也是管状壳体的纵轴线。纵轴线10沿着流体的主流动方向设置，即处在沿着存在于没有任何安装件(或装置)或歧管的管状壳体中的流动的方向上。此外，所述安装主体具有直径或径向尺寸36。如果在任何所希望的点处，垂直于这个纵轴线地施加平面21、121使其通过混合空间20、120，则产生的横剖的流动面积(或过流区域)22、122基本上与没有安装件的混合器管状壳体的横剖的流动面积一致。在这方面必须注意到，安装主体I与平面21、121相交，籍此产生出横截面积(或横截面)或横剖的区域23、123。
[0042]因而，横剖的流动面积22、122在壁状部件或壁元件的区域内的值要小于混合器管状壳体的横剖的流动面积的值。横截面积(或横截面)的最大值达到横剖的流动面积22、122的1/5。在壁状部件的设计中尽力把它们设计成具有尽可能薄的壁，从而尽可能地降低用于制造安装主体的聚合物的材料需求。对于必须要在高压下经过所述混合器传送的流体如粘性流体或糊状物来说，横剖的流动面积的1/5的横截面积的比例是必需的。在这种情况下，混合器的一定程度的机械稳定性是必需的。对于粘性较低的流体或较短的混合器来说，可以将该比例降低到1/10或更小或者甚至降低到1/20或更小。
[0043]对于具有基本上将混合空间分成两个相等部分的至少一个对称面的安装主体I来说，纵轴线大致沿这个对称面设置。安装主体I包含至少一个壁状部件2、3、4、8、9，这些壁状部件用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离所述纵轴线的方向上。通常，流体在所述壁状部件的两侧流动。
[0044]壁状部件2具有第一宽向边或第一侧边5，所述第一宽向边5基本上在混合空间的整个宽度上或整个直径上延伸，即通常延伸到管状壳体的壁。壁状部件2具有布置在第一宽向边5下游的第二宽向边或第二侧边6。根据图1，第二壁状部件8邻接所述第二宽向边6且后面跟着的是第三壁状部件3，第四壁状部件9布置在所述第三壁状部件3的下游并且又与第五壁状部件4相邻接。壁状部件2相对于纵轴线10具有倾斜角，从而两个部分的流体流的偏转通过第一宽向边5来形成。
[0045]根据图中未详细示出的较简单的变型，相邻的安装主体101的壁状部件102可邻接第一壁状部件2 (或者相邻的安装主体101邻接安装主体1)，相邻的安装主体1、101优选地布置成相对于彼此旋转或偏转，特别地相对于彼此转动90°的角。因而，根据图1的安装主体1、101包括一系列的壁状部件2、3、4、102、103、104和中间件8、9、108、109，所述壁状部件2、3、4、102、103、104相对于纵轴线10以一定的角度被交替地顺序布置，而所述中间段
8、9、108、109基本上平行于纵轴线排列。安装主体101也可相对于安装主体I转动180°。
[0046]在图2中示出了第二实施例的静态混合器的安装主体或装置主体I。所述安装主体用于安装到管状壳体中，在这种情况下，可以选择地将管状壳体制造成具有矩形或菱形的横剖的流动面积或也可以将其制造成具有圆形或椭圆形的横剖的流动面积。这种安装主体I包括单个壁状部件2，所述壁状部件2被制造为具有矩形表面或/和横截面积(或矩形横截面)23的板形部件，所述横截面积23与壁厚7相对应。所述横截面积23是利用平面21而得到的作为板形部件的横截面积或横截面，所述平面21相对于纵轴线10垂直设置，所述纵轴线10在主流动方向上对应于所述板形部件的对称轴线。
[0047]在没有使流动偏转的安装件如安装主体的情况下，流体穿过混合空间的流动又被定义为主流动方向。板形部件具有第一宽向边5和第二宽向边6以及连接所述两个宽向边的两个纵向侧边25、35，第一宽向边和第二宽向边将由壁状部件2所跨越的混合空间20分成两个部分，在图2的情况下将所述混合空间分成两个半部。为了能使流体沿着壁状部件2的流动偏转，第一宽向边5相对于第二宽向边6绕纵轴线10扭转，使得两个纵向侧边25、35各自形成螺旋线或螺旋结构的表面。在图2示出的壁状部件中，第一宽向边5相对于第二宽向边6被旋转180°。所述纵向侧边25、35优选地接触包围它们的管状壳体或布置成离管状壳体至多有一小间隔，从而避免流体的部分流体流沿着管状壳体的内壁不受阻碍地流动并被排除在混合过程之外。
[0048]至少一个另外的安装主体101可以依次邻接安装主体I ;仅仅示出了其横截面积或横截面123。横截面积123的第一宽向边105布置成相对于安装主体I的第二宽向边成一角度。在图2的表示中，在横剖的流动面积122上测量，相对角度达到90°。
[0049]图3示出静态混合器的另一个实施例，所述静态混合器包括用于安装在管状壳体中的多个安装主体或装置主体1、101、201、301、401、501。第一安装主体I由具有矩形横截面的板形壁状部件2构成，所述壁状部件2包括第一宽向边5、第二宽向边6、第一纵向侧边25以及第二纵向侧边35。第一宽向边5设置在平面21中，所述平面21代表横剖的流动面积22，横剖的流动面积22设置成垂直于结合图1定义的主流动方向。两个纵向侧边25、35在这种情况下也接触未示出的管状壳体，或者离管状壳体至多有小的间隔。
[0050]壁状部件2具有条状件26的功能，所述条状件26将流体流分成两个部分，除了在第一宽向边5的边缘处的偏转之外，这两个部分的偏转可以忽略不计。为此，偏转件27在条状件的下游邻接条状件26。偏转件27优选地设置在平行于平面21排布的平面中或相对于所述平面以一定的倾斜角布置，所述倾斜角达到不大于60°，优选地不大于45°，特别优选地不大于30°。在所述偏转件27的表面与平面21之间的倾斜角越小，所需的构造长度越小，但压力损失增加得越多。或换句话说:偏转件的表面基本上设置在横向平面内，所述横向平面相对于纵轴线成45°至90°角排布，优选地成60°至90°角，特别优选地成75°至90°角。也可以理解偏转件27作为壁状部件3与图1 一致；然而，与图1的壁状部件相对比，混合空间20被分成4部分空间。所述偏转件将所流经的横截面局部地减小到4部分空间中的两个。根据图3，这些部分空间中的每一个都是一扇(形)区，当横剖的流动面积是圆形时，所述扇区具有90°的开度角。作为其备选方案，当偏转件也被设计成用于具有正方形横截面的混合器壳体时，所述部分空间中的每一个也可具有正方形的横截面。在这种情况下，代替所示的偏转件的弯曲，四边形的偏转件因而必须设有与管状壳体的未示出的内壁相邻的(各)边缘。
[0051]图4中示出了静态混合器的另一个实施例，其中可以在截面方向上将流体流分成两个以上的部分流。根据图4的塑料制的静态混合器包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体(或装置主体)1，其中安装主体1、101具有纵轴线10，所述纵轴线10沿流入安装主体1、101的流体的方向排布，以使所述安装主体1、101能跨越混合空间20、120，其中混合空间20、120在垂直于纵轴线10的平面21、121上具有横剖的流动面积22、122，所述横剖的流动面积22、122基本上对应于混合器管状壳体的横剖的流动面积，其中安装主体1、101包括壁状部件2、3、4、102、103、104，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离纵轴线的方向上。能通过使壁状部件2、3、4、102、103、104与平面21、121相交来产生横截面积23、123，并且所述横截面积23、123的最大值达到混合空间20、120的横剖的流动面积22、122的1/5，优选地是其1/10，特别优选地是其1/20。安装主体I包括多个壁状部件2、
3、4，每个壁状部件2、3、4都具有基本上矩形的横截面，每个所述壁状部件包括第一宽向边
5、第二宽向边6以及第一纵向侧边和第二纵向侧边25、35。壁状部件2、3、4中的每一个都布置在安装主体I中，以使得纵向侧边25、35基本上沿纵轴线10的方向延伸且第一宽向边5和第二宽向边6相对于纵轴线横向地延伸。所述安装主体包括将混合空间分成两个部分的第一壁状部件2，与第一壁状部件2相交的至少两个壁状部件3、4邻接第一壁状部件2。在根据图4的实施例中相交角达到90°，但相交角可采用与之不同的值。根据图4，第一壁状部件2通过至少一个过渡件11、12、13、111、112、113与第二壁状部件3和第三壁状部件4相连。如已经在图3中示出的，可将所述过渡件设计为将流体流从横剖的流动面积的一个部分区域偏转到另一个部分区域中的偏转件。
[0052]相邻的安装主体1、101能通过至少一个连接件14、15、114、115彼此相连，这种连接件增大了静态混合器的抗弯刚度。此外，通过所述连接件确保了聚合物熔体能从第一安装主体I流到第一安装主体101 (和布置在下游的任何其他另外的安装主体)。如果不存在这些连接件，则从壁状部件3或4到设置在下游的壁状部件102的过渡明确地由唯一的公共相交表面构成，所述公共相交表面在这种情况下由两个正方形构成，所述正方形的边长等于壁厚7。用于设置在下游的安装主体的全部聚合物熔体必须通过这些限制点，这将在工具中导致局部压力峰值。另外，聚合物熔体的长的保压时间将导致壁状部件的在使用时位于管状壳体附近的某些区域出现这样的情况，会使聚合物熔体发生变化，且在某些情况下，导致材料的物理性质的劣化和不均匀性。特别是当使用含有发泡剂的熔体产生泡沫结构时，这种死区将不利于注塑过程。
[0053]与图4中所示的方式相似，这些连接件也可设在根据图1或2的实施例中，然而，其被省略以简化图1和2的描绘。图3的过渡件27同样可满足连接件的功能。
[0054]根据图4，将相邻的安装主体1、101绕纵轴线10旋转180°角。根据前述实施例中任一个的安装主体能按照需要彼此相互组合或结合。特别地，也可提供另外的连接件以将不同实施例的安装主体彼此组合或结合，以形成混合结构来改进混合效果。
[0055]根据前述实施例中任一个的静态混合器由塑料制成，通过塑料甚至能在注塑过程中获得甚至更为复杂的几何形状 。特别地对于包括多个安装主体的静态混合器，全体安装主体(1，101，201，301，…)都具有纵向尺寸24，并且横截面积23、123中的每一个都具有壁厚7。所述纵向尺寸24与所述壁厚7之比达到至少40，优选地至少50，特别优选地至少75。对于用于小流体量的静态混合器的优选应用，壁厚7小于3mm,优选地小于2mm,特别优选地小于1.5mm。全体安装主体1、101的纵向尺寸24在5至500mm之间，优选地在5至300mm之间，优先在50至IOOmm之间。
[0056]经过实验，根据第四实施例的静态混合器能以泡沫结构制造成具有60_的纵向尺寸和0.42mm的平均壁厚。因而，流动路径与壁厚之比达到143:1。这种混合器由12个安装主体组成。
[0057]此外，根据第三实施例的静态混合器能以泡沫结构制造成具有IOOmm的纵向尺寸和0.42mm的平均壁厚。因而，流动路径与壁厚之比达到238:1。所述混合器由24个安装主体组成。
【权利要求】
1.一种静态混合器，所述静态混合器包括: 管状壳体，所述管状壳体具有纵轴线且确定用于流体的流动路径；至少两个安装主体，所述至少两个安装主体设置在所述管状壳体中且相对彼此以同轴的关系连接在一起，用于混合流经所述管状壳体的所述流动路径的流体，所述至少两个安装主体中的每一个相对其中的另一个转动，且至少部分地由泡沫塑料构成，所述泡沫塑料具有纵向尺寸、宽度尺寸和壁厚，其中所述纵向尺寸与所述宽度尺寸之比达到至少I ;且其中所述纵向尺寸与所述壁厚之比达到至少10。
2.如权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述至少两个安装主体中的至少一个具有纵轴线，所述纵轴线沿所述管状壳体的所述纵轴线的方向对齐，且所述至少一个安装主体跨越所述管状壳体以确定混合空间，所述混合空间在垂直于所述至少一个安装主体的所述纵轴线的平面上具有横剖的流动面积，所述至少一个安装主体具有至少一个壁状部件，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离纵向方向的方向上；且其中通过所述壁状部件与所述平面的相交产生横截面积，所述横截面积的最大值达到所述混合空间的横剖的流动面积的1/5。
3.如权利要求2所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件将所述混合空间分成两个部分区域。
4.如权利要求2所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件具有形成分流边缘的第一宽向边和相对设置的第二宽向边，且其中所述至少一个安装主体还包括与所述壁状部件的所述第二宽向边成一体的偏转件，用于将来自所述混合空间的第一部分区域的流体流偏转到所述混合空间的第二部分区域中。
5.如权利要求4所述的静态混合器，其特征在于，由第一宽向边、第二宽向边以及所述壁状部件的纵向侧边界定出的所述壁状部件的表面基本上在所述至少一个安装本体的所述纵轴线的方向上对齐。
6.如权利要求5所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件的表面设置在横向平面内，所述横向平面相对于所述至少一个安装本体的所述纵轴线成45°至90°角。
7.如权利要求5所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件的表面设置在横向平面内，所述横向平面相对于所述至少一个安装本体的所述纵轴线成60°至90°角。
8.如权利要求5所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件的表面设置在横向平面内，所述横向平面相对于所述至少一个安装本体的所述纵轴线成75°至90°角。
9.如权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，其还包括多个连接件，所述连接件在所述管状壳体内纵向上延伸且将所述至少两个安装主体连接在一起。
10.一种以注塑过程制造用于静态混合器的安装主体的方法，所述方法包括下列步骤:在注入点以小于500巴的注入压力将包含发泡剂的聚合物熔体注入通道中；用所述包含发泡剂的聚合物熔体充填所述通道，所述包含发泡剂的聚合物熔体在所述通道中至少部分起泡，其中所述所述包含发泡剂的聚合物熔体的流动路径与壁厚之比达到至少10，所述方法还包括下列步骤:冷却在所述通道中的包含发泡剂的至少部分起泡的聚合物熔体；使所述聚合物熔体凝固以形成所述静态混合器；扩大所述通道的横截面；移除所述安装主体。
【文档编号】B01F5/06GK103861490SQ201310742011
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2009年10月19日 优先权日:2008年10月17日
【发明者】S.哈比比-奈尼 申请人:苏舍米克斯帕克有限公司
【专利摘要】本发明提出一种在注塑过程用来制造静态混合器的方法，该方法包括下列步骤：在注入点以小于500巴的注入压力将包含发泡剂的聚合物熔体注入通道中；用包含发泡剂的聚合物熔体充填通道；包含发泡剂的聚合物熔体在通道中至少部分起泡，其中流动路径与壁厚之比达到至少10。一种静态混合器，它包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体（1，101），通过适合于注塑过程的注塑工具制造静态混合器，安装主体（1，101）具有纵向尺寸（24）和直径（36），纵向尺寸与直径之比大于1，且安装主体（1，101）至少部分地由泡沫塑料制成。纵向尺寸（24）与壁厚（7）之比达到至少10，且其中至少为10的流动路径与壁厚之比。
【专利说明】静态混合器
[0001]本申请是原案申请日为2009年10月19日、申请号为200910179797.5、发明名称
为《静态混合器》的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种塑料制的静态混合器，该静态混合器包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体。所述安装主体具有纵轴线，所述纵轴线沿流体流入安装主体的方向排列，以使得所述安装主体能跨越混合空间。所述混合空间在垂直于纵轴线的平面上具有横剖的流动面积(或区域)，该横剖的流动面积基本上对应于混合器管状壳体的横剖的流动面积。所述安装主体包括壁状部件，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离所述纵轴线的方向上。本发明还涉及一种用于制造这种静态混合器的方法。
【背景技术】
[0003]例如从专利文件EP1426099B1已知这种静态混合器。在这种静态混合器中，在由三部分组成的混合过程中通过相同类型的多个混合部件使两种成分或组分彼此混合，在该混合过程中，首先将物质分开,然后使物质扩散并移位。取决于各成的物理性质,这种混合过程必须实施多次。为此，多个相同构造的安装主体或装置主体顺序地布置在所述静态混合器中，这些混合器特别地用于少量成分，即几个毫升至大约1000毫升，的混合。因而，这些混合器的混合空间具有小于IOmm的直径和大于50mm的长度。这具有下列结果，即该混合器的壁状部件的壁厚可能达到小于1_，甚至常常小于0.5_。
[0004]根据专利文件EP1426099B1的塑料制的混合器优选地以注塑过程制造。利用注塑过程制造小于3_壁厚的30_长度的混合器以前是不可能的，因为从注塑工具的注入点到混合器的相对设置的端部的流动路径需要非常高的内部工具压力。所以要确保的是，最远离注入点的混合器的壁状部件也完全充满聚合物熔体，必须提供大于1000巴的内部工具压力。当必须以所上述的尺寸制造薄壁的静态混合器时，传统的注塑工具以前经受不起这些高的内部工具压力。因而，至今在注塑过程中，经济地制造壁厚小于3_且混合器长度与壁厚之比大于10的混合器，特别是塑料制的混合器，是不可能的。在通过注塑过程制造混合器长度与壁厚之比大于10的已知静态混合器时，必须把缩痕的形成看作进一步的问题。甚至在大于1000巴的内部工具压力的情况下，也不能预防具有如专利文件EP1426099B1中的几何形状的静态混合器具有缩痕。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种对现有的静态混合器以及现有的方法的改进，以使得能通过注塑过程制造具有较薄壁厚和较大长度的静态混合器。
[0006]本发明的目的通过一种用来通过注制或注塑过程制造静态混合器的方法得以实现的，所述方法包括以下步骤:在注入点或注入部位以小于500巴的注入压力将包含发泡剂的聚合物熔体注入通道中；用包含发泡剂的聚合物熔体充填所述通道，所述包含发泡剂的聚合物熔体在所述通道中至少部分起泡，其中流动路径与壁厚之比达到至少10。
[0007]相对于传统的注制过程，包含发泡剂的聚合物用于静态混合器的制造，其在注入过程中或直接在注入之后起泡。
[0008]根据本发明的注制方法特别地包括以小于300巴，特别优选地小于200巴，的注入压力将包含发泡剂的聚合物注入到注制工具中的步骤。
[0009]所述方法接着包括下列步骤直到从静态混合器移除:冷却在所述通道中的包含发泡剂的至少部分起泡的聚合物熔体；使所述聚合物熔体凝固以形成静态混合器；扩大所述通道的截面；移除所述静态混合器。
[0010]包含发泡剂的聚合物的注入有利地开始于单个注入点或部位。
[0011]包含发泡剂的聚合物至少在最远离所述注入点的区域中起泡。通过泡沫塑料减少每个制造的混合器所需的聚合物数量，因为所述泡沫塑料包含有气泡。这些气泡的平均直径有利地不大于100 μ m,优选地不大于50 μ m,特别优选地不大于10 μ m。
[0012]一种用包含发泡剂的聚合物熔体制造用于静态混合器的安装主体的注制工具包括通道和用于将包含发泡剂的聚合物熔体引入所述通道中的注入口，通道基本上具有用于静态混合器的安装主体的各尺寸且通道具有比率至少为10的流动路径与壁厚之比。流动路径与壁厚之比特别地可以大于50，优选地大于140，特别优选地大于180。注入口的区域内的注入压力小于500巴。注入压力优选地小于300巴，特别优选地小于200巴。
[0013]注制工具的通道具有纵轴线，所述纵轴线基本上与所述部件的纵轴线相对应并且具有横截面通道面积(或横剖的通道区域)，所述横截面通道面积布置成基本上垂直于所述聚合物熔体的流动方向，所述横截面通道面积具有宽度尺寸和厚度尺寸。厚度尺寸基本上对应于静态混合器的壁厚，并且通道具有静态混合器的几何形状。
[0014]厚度尺寸达到不大于2.5mm,优选地不大于2.3mm,特别优选地不大于2mm。
[0015]取决于静态混合器的几何形状，所述通道可以具有主通道和多个侧通道。
[0016]第一侧通道具有板状件的形状，所述板状件由所述侧通道的长度、宽度尺寸和厚度尺寸确定。所述第一侧通道的所述板状件的长度基本上沿所述通道的纵轴线的方向延伸，由宽度尺寸和厚度尺寸跨越的横截面通道面积被布置成基本上垂直于长度。
[0017]可设置具有板状件的形状的第二侧通道，其厚度尺寸基本上沿纵轴线的方向延伸并且由纵向尺寸和宽度尺寸跨越的平面布置成相对于纵轴线成一定角度。所述平面特别地能以90°角布置。
[0018]板状件可以包括一定的曲率或弯曲，即纵向尺寸和宽度尺寸之一包括有弯曲形状。
[0019]根据注制工具的优选实施例，混合喷嘴能布置在到达通道的进口的上游，以便于包含发泡剂的聚合物熔体的均质化。
[0020]本发明的目的是通过一种静态混合器得到实现的，所述静态混合器包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体，所述安装主体具有纵向方向和径向尺寸或直径，对于非圆形的混合器管状壳体来说，所述直径对应于当混合器管状壳体的横截面积是正方形时的边长，对于其他形状的混合器壳体来说，例如具有矩形或椭圆形横截面的混合器壳体，等效直径Da在下列假设条件下进行确定:如果横截面积是圆形的，即利用公式Da = 2* (Α/Π)1/2。其中Da代表等效直径;A代表实际的横截面积。纵向尺寸与直径之比至少是1，必须用圆形横截面的直径或非圆形横截面的等效直径作为直径。安装主体至少部分地由泡沫塑料制成。如果提供单个安装主体，则纵向尺寸对应于安装主体的纵向侧。如果多个安装主体彼此前后布置，则纵向尺寸得自纵向侧之和。纵向尺寸与直径之比特别地可以大于3，优选地大于5，特别优选地大于7。由于相当低的内部工具压力，所以大构造的长度的静态混合器特别地能进行经济地制造。较低的内部工具压力是由于下列事实导致:所用的塑料以包含发泡剂的聚合物形式出现，所述聚合物在注制过程期间起泡，以使得至少部分地由泡沫塑料制成的安装主体出现在注制过程结束之后。对于用作静态混合器的这种安装主体来说，流动路径与壁厚之比至少是10。流动路径与壁厚之比特别地可以大于50，优选地大于140，特别优选地大于180。
[0021]由于能呈现为物理或化学发泡剂的发泡剂降低了聚合物的粘性，所以包含发泡剂的聚合物具有比没有发泡剂的类似聚合物更低的粘性。特别地能使用这样一种聚合物熔体，所述聚合物熔体包含物理气体，特别是超临界气体如CO2，或化学发泡剂，并且其呈现为单相溶液。泡沫塑料具有微孔或微腔，所述微孔可提供有小于100 μ m的微孔尺寸，至少大于大约IO6微孔/cm3的微孔密度。为了用泡沫塑料制造静态混合器，在压力下将可流动的材料引入到注制工具。所述注制工具界定出具有静态混合器的形状的空腔。为了在起泡的聚合物中获得超临界流体的溶液，需要特定的混合时间，静态混合器的壁越薄，所述混合时间越少。
[0022]为了制造静态混合器，在第一过程步骤中，使塑料粒在挤压机中熔化。然后加入发泡剂，例如添加呈超临界气体形式的发泡剂，特别是co2。一方面，能通过致动合适的通流调节阀在增塑螺杆的选定位置加入发泡剂。调节发泡剂的温度和压力以使得发泡剂变化到其超临界状态。也能在引入发泡剂之前预热发泡剂，以避免在较高温度的突然压力增高。作为其备选方案，能在塑化筒外面加入发泡剂，特别是作为超临界流体。随后通过增塑螺杆使发泡剂在塑化筒中与聚合物熔体混合。这种混合过程增大了发泡剂随后向聚合物中的扩散直到发泡剂在聚合物中饱和。通过混合过程扩大了两种材料的接触面积，因而对于扩散过程所需的透入深度减小。因此，通过增塑螺杆的运动使发泡剂与熔化的聚合物混合，这有助于在聚合物中产生发泡剂的溶液。只要增塑螺杆旋转，它就在待混合的发泡剂/聚合物系统中产生二维的剪切场。在这方面，由发泡剂形成的气泡在剪切方向上拉伸，层流的扰动使被拉伸的气泡分解成较小的球形气泡。增塑螺杆有利地具有不规则布置的叶片，以使得发泡剂/聚合物的分界面的取向在流线的关系上发生改变，籍此层状混合的效率提高。在能使用静态混合器的混合过程中，气泡的扩散也在包围每个气泡的聚合物熔体中发生。二相混合物向单相溶液的转化随后仅仅发生在扩散室中。在单相溶液中，发泡剂的浓度是基本上一致的，所以可将溶液视为均质的。
[0023]在扩散之后，快速加热溶液，籍此在饱和溶液中发生成核现象。成核现象被理解为一种核生成，其代表具有100 μ m的最大值的平均微孔尺寸的泡沫的形成基础。由于聚合物中的发泡剂在这个较高的温度的溶解性降低，所以加热产生了热力学的不稳定性。当温度增高时溶解性降低得越多，成核速率就越大，且成核的微孔的数量越多。维持高压以使得这些微孔不会在塑化筒中已经生成，然后将具有成核的微孔的溶液引入到注制工具的中空的模制空间中。例如通过引入压缩空气在注制工具中控制压力。由于当注制工具中的压力快速下降时的压力不稳定性，所以仅仅在注制工具中发生微孔生长，因而使用包含发泡剂的聚合物时的流阻减小。因此，降低内部工具压力以使得工具的压力负荷处于允许的范围内才变得可能，在允许的范围内，不再会促使工具的过早破坏。然而，由于各种原因，迄今已经预见到用包含发泡剂的聚合物制造这种长的、薄壁的静态混合器。一方面，根本没有预料到能通过注入速度的降低来生产这种具有复杂几何形状的薄壁混合器，其中注入速度的降低由于内部工具压力的降低而导致。从注制过程得知的这种现象行业圈中被称为冷凝或凝固。在这个过程中，注入到注制工具中的聚合物熔体的凝固或固化发生在靠近相应的壁的注制工具的区域中，能通过熔体和壁之间的温度梯度引起这种凝固，但这种凝固也可能发生在具有聚合物熔体的温度的工具中，因为聚合物熔体的流速在注制工具的靠近壁比靠近中间区域的区域要低。通过注制工具的聚合物熔体的流动与通过封闭通道的流动相对应，这种流动的速度的流量型线基本上是抛物线的。所述抛物线的对称轴线基本上与通道的中心纵轴线相对应。流速在注制工具的壁处具有值O。由于这个流量型线(或流动曲线图)，聚合物在注制工具所形成的通道中具有不同的保压时间。因此，聚合物熔体的较大的保压时间造成流速低的壁区域，其具有下列结果:反应，例如交联反应，甚至在没有冷却的情况下也能发生在聚合物熔体内部。因此发生壁区域中聚合物熔体的凝固。这具有下列结果:减小了仍可用于聚合物熔体的通流的通道横截面。在相应的部件具有3mm以上壁厚的情况下，通道横截面的这个减小几乎不重要，这是因为凝固局限于通道的靠近壁的小区域，所以聚合物熔体能在基本上没有阻碍的情况下流过注制工具以制造具有3mm以上的壁厚的部件。
[0024]每个横截面积都具有一定的壁厚，纵向尺寸与壁厚之比达到至少40，优选地至少50，特别优选地至少75。横截面积能与多个壁状部件相交，所以壁厚不必由横截面积的指示单独清楚地确定。然而，实际的壁厚对于注制工具的设计是决定性的。这个壁厚越薄，在聚合物熔体注入到注制工具时前述的壁效应越显著。由此得出结论，比较高的内部工具压力将被提供给小的壁厚。在不超过允许的内部工具压力的情况下，静态混合器的壁厚可能小于3mm,优选地小于2mm,特别优选地小于1.5mm。
[0025]特别地能将多个安装主体沿着纵轴线彼此前后布置。这些安装主体能具有相同的构造或不同构造的安装主体能彼此相互组合，从而产生一种混合器装置，如专利文件EP1312409B1中所示的。相邻的安装主体有利地彼此相连，从而将由所述多个安装主体构成的混合器制成一整体式零部件或部分。这意味着混合器其整体在单个注制工具中进行制造。
[0026]安装主体或全体安装主体的纵向尺寸可可以在5至500mm之间，优选地在5至300mm之间，优先在50至IOOmm之间。
[0027]静态混合器有利地如此设计，使得安装主体具有一纵轴线，所述纵轴线沿流体流入所述安装主体的方向定向，以使得所述安装主体能跨越或横跨混合空间，其中所述混合空间在垂直于纵轴线的平面上具有横剖的流动面积(或过流区域)，所述横剖的流动面积基本上对应于混合器管状壳体的横剖的流动面积。所述安装主体包括壁状部件，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离纵轴线的方向上，能通过壁状部件与所述平面的相交产生横截面积，并且所述横截面积的最大值达到混合空间的横剖的流动面积的1/5，优选地达到1/10，特别优选地达到1/20。安装主体至少部分地由泡沫塑料制成，在使用泡沫塑料时，令人惊讶地发现，能用低得多的内部工具压力实现相同的流动路径。因此，与现有技术相比，泡沫塑料的使用使得延长流动路径变得可能，所以能制造具有更大纵向尺寸的混合器。
[0028]根据第一实施例的壁状部件的横截面积形成第一宽向边，能通过第一宽向边将混合空间分成两个部分区域，从而将混合产品流、流体物质流分成两个部分流，取决于混合空间中的宽向边的位置，所述两个部分流可以具有相同尺寸或不同尺寸。自然也能形成两个以上的宽向边，从而相应地出现两个以上的部分流。由于静态混合器的复杂的几何形状，导致包含发泡剂的聚合物熔体将流过的注制工具横截面的频繁变化。这些变化由形成静态混合器的安装主体的壁状部件的几何形状和布置所引起，相对于壁状部件，必须在注制工具中设置相应的空腔和通道。在这个特殊情况下进行注制工具中压力调节，以使得在注入过程开始时提供内部工具压力，包含发泡剂的聚合物熔体在所述内部工具压力仍呈现为单相溶液，并且在充填用于静态混合器的注制工具的中空模制空间的过程中降低这个压力。压力降低的发生使得在注入过程中形成泡沫，特别是形成微孔直径小于100 μ m和/或微孔密度大于至少大约IO6微孔/cm3的泡沫。由于泡沫已经在注入的过程中形成，所以聚合物熔体的粘性降低，这是因为出现的微孔在二相状态中作为包含可压缩气体的气泡而产生。因而，这种降低的粘性使得能相对于用于不起泡成分的传统注制过程在低得多的内部工具压力下降低注入速度。由于较低的粘性，壁效应上的变化，特别是在聚合物熔体偏转的区域中的壁效应的变化，也出现了。
[0029]已知对于具有基本上矩形横截面的简单几何形状而言，靠近注入工具的壁的区域较少地或根本不起泡。如果静态混合器特别地由如在下面更准确描述的几何形状之一所述的安装主体构成，则流体流的大的偏转产生或导致在壁状部件的每个边缘处和在通向后面的壁状部件的过渡部分处的聚合物熔体的流动路径，使得在第一壁状部件中设置在注制工具的孔口的边缘区域中的聚合物熔体在下面的第二壁状部件中流入所述第二壁区域的中心区域，并且发生二相泡沫的成形。因而，当注入压力如上所述而降低时，由于相邻的壁状部件彼此成一定角度的布置，特别是相邻的壁状部件的交叉布置，泡沫成形沿着混合器的整个纵向尺寸发生。
[0030]根据第二实施例的壁状部件具有基本上矩形的形状和第二宽向边，所述第二宽向边与第一宽向边相对地设置并且根据优选实施例，所述第二宽向边相对于第一宽向边旋转一定的角度，从而形成螺旋形结构。
[0031]根据第三有利的实施例，壁状部件包括条状件，所述条状件的第一宽向边形成分流边缘，所述条状件的第二宽向边与偏转件相邻，所述偏转件用于将来自混合空间的第一部分区域的流体流偏转到混合空间的第二部分区域中。由第一宽向边和第二宽向边界定出的壁状部件的表面基本上沿纵轴线的方向排列并且所述偏转件的表面基本上布置在横向平面中，所述横向平面特别地相对于纵轴线成45°至90°角排布，优选地成60°至90°角，特别优选地成75°至90°角。
[0032]根据具有小的死区和降低的压降以及高混合性能的混合器的第四、特别优选的实施例，安装主体包括多个壁状部件，每个壁状部件具有基本上矩形的横截面，基本上矩形的横截面包括第一宽向边、第二宽向边以及第一纵向侧边和第二纵向侧边。
[0033]壁状部件布置在安装主体中，使得所述纵向侧边基本上沿纵轴线的方向延伸且所述第一宽向边和所述第二宽向边相对所述纵轴线的方向横向地延伸。安装主体包括第一壁状部件，所述第一壁状部件将混合空间分成两个部分。与所述第一壁状部件相交的至少两个壁状部件邻接第一壁状部件，所述第一壁状部件有利地通过至少一个过渡件与第二壁状部件和第三壁状部件相连。
[0034]通过过渡件使混合产品流偏转，使得进入静态混合器的各成分或组分成流股地在它们经过所述静态混合器成为多个宽度减小的条带的路径期间被连续地分开，籍此也能用这个静态混合器处理难以混合或具有高粘性的各种成分。
[0035]相邻的安装主体有利地通过至少一个连接件彼此相连。静态混合器的构造由于所述连接件而变得更加刚性，所以混合器相对于其纵轴线的弯曲较不容易发生并且混合器能配装到包围混合空间的管中。
[0036]根据前述实施例的安装主体可以按照需要彼此相互组合或结合。
[0037]一旦相对应的注制工具被制造出来，由于上述的静态混合器的制造和材料成本就低，所以上述的静态混合器可适合作为一次性的混合器。此外，在计量和/或混合设备中使用静态混合器。特别地，能将含多成分(或组分)的筒(cartridge)视为一个示例，所述示例包括排出装置和联接到所述排出装置的管，并且含有根据前述实施例之一的静态混合器。
[0038]所述静态混合器可以安装到排出单元或排出筒，特别地连接到含多成分的筒上。所述静态混合器可以用来将各个可流动的成分混合成硬化混合产物。静态混合器的进一步可能的用途是在齿科领域中的铸造复合物的混合或多成分粘合剂的混合。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]下面将结合【专利附图】
【附图说明】本发明，其中:
图1是根据本发明的混合器的第一实施例；
图2是根据本发明的混合器的第二实施例；
图3是根据本发明的混合器的第三实施例；以及 图4是根据本发明的混合器的第四实施例。
【具体实施方式】
[0040]在图1中示出了根据本发明的静态混合器的第一实施例。所述静态混合器包括安装在未示出的管状壳体中的安装主体或装置主体I，所述管状壳体起位于所述管状壳体的内部的混合空间20的边界的作用。通常由至少两种不同成分(或组分)构成的待混合的流体流过所述混合空间20。在大多数情况下，所述成分或这些成分以流体状态或作为粘性物质存在，这例如包括糊状物、粘合剂，但也包括在医疗部门中使用的包含药剂的流体或用于化妆用途以及食物的流体。这种静态混合器还被特别地用作一次性混合器，用于可流动成分的硬化混合产物的混合，如多成分(或组分)粘合剂的混合。另一种优选的用途是在齿科领域中铸造复合物的混合。
[0041]安装主体I本身没有移动部件(或移动部分)，所以混合过程通过流体本身的流动来实现。缺少移动式安装件(或运动装置)被看作是这种混合器作为静态混合器的设计的主要理由。所述安装主体I具有纵轴线10，所述纵轴线10同时也是管状壳体的纵轴线。纵轴线10沿着流体的主流动方向设置，即处在沿着存在于没有任何安装件(或装置)或歧管的管状壳体中的流动的方向上。此外，所述安装主体具有直径或径向尺寸36。如果在任何所希望的点处，垂直于这个纵轴线地施加平面21、121使其通过混合空间20、120，则产生的横剖的流动面积(或过流区域)22、122基本上与没有安装件的混合器管状壳体的横剖的流动面积一致。在这方面必须注意到，安装主体I与平面21、121相交，籍此产生出横截面积(或横截面)或横剖的区域23、123。
[0042]因而，横剖的流动面积22、122在壁状部件或壁元件的区域内的值要小于混合器管状壳体的横剖的流动面积的值。横截面积(或横截面)的最大值达到横剖的流动面积22、122的1/5。在壁状部件的设计中尽力把它们设计成具有尽可能薄的壁，从而尽可能地降低用于制造安装主体的聚合物的材料需求。对于必须要在高压下经过所述混合器传送的流体如粘性流体或糊状物来说，横剖的流动面积的1/5的横截面积的比例是必需的。在这种情况下，混合器的一定程度的机械稳定性是必需的。对于粘性较低的流体或较短的混合器来说，可以将该比例降低到1/10或更小或者甚至降低到1/20或更小。
[0043]对于具有基本上将混合空间分成两个相等部分的至少一个对称面的安装主体I来说，纵轴线大致沿这个对称面设置。安装主体I包含至少一个壁状部件2、3、4、8、9，这些壁状部件用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离所述纵轴线的方向上。通常，流体在所述壁状部件的两侧流动。
[0044]壁状部件2具有第一宽向边或第一侧边5，所述第一宽向边5基本上在混合空间的整个宽度上或整个直径上延伸，即通常延伸到管状壳体的壁。壁状部件2具有布置在第一宽向边5下游的第二宽向边或第二侧边6。根据图1，第二壁状部件8邻接所述第二宽向边6且后面跟着的是第三壁状部件3，第四壁状部件9布置在所述第三壁状部件3的下游并且又与第五壁状部件4相邻接。壁状部件2相对于纵轴线10具有倾斜角，从而两个部分的流体流的偏转通过第一宽向边5来形成。
[0045]根据图中未详细示出的较简单的变型，相邻的安装主体101的壁状部件102可邻接第一壁状部件2 (或者相邻的安装主体101邻接安装主体1)，相邻的安装主体1、101优选地布置成相对于彼此旋转或偏转，特别地相对于彼此转动90°的角。因而，根据图1的安装主体1、101包括一系列的壁状部件2、3、4、102、103、104和中间件8、9、108、109，所述壁状部件2、3、4、102、103、104相对于纵轴线10以一定的角度被交替地顺序布置，而所述中间段
8、9、108、109基本上平行于纵轴线排列。安装主体101也可相对于安装主体I转动180°。
[0046]在图2中示出了第二实施例的静态混合器的安装主体或装置主体I。所述安装主体用于安装到管状壳体中，在这种情况下，可以选择地将管状壳体制造成具有矩形或菱形的横剖的流动面积或也可以将其制造成具有圆形或椭圆形的横剖的流动面积。这种安装主体I包括单个壁状部件2，所述壁状部件2被制造为具有矩形表面或/和横截面积(或矩形横截面)23的板形部件，所述横截面积23与壁厚7相对应。所述横截面积23是利用平面21而得到的作为板形部件的横截面积或横截面，所述平面21相对于纵轴线10垂直设置，所述纵轴线10在主流动方向上对应于所述板形部件的对称轴线。
[0047]在没有使流动偏转的安装件如安装主体的情况下，流体穿过混合空间的流动又被定义为主流动方向。板形部件具有第一宽向边5和第二宽向边6以及连接所述两个宽向边的两个纵向侧边25、35，第一宽向边和第二宽向边将由壁状部件2所跨越的混合空间20分成两个部分，在图2的情况下将所述混合空间分成两个半部。为了能使流体沿着壁状部件2的流动偏转，第一宽向边5相对于第二宽向边6绕纵轴线10扭转，使得两个纵向侧边25、35各自形成螺旋线或螺旋结构的表面。在图2示出的壁状部件中，第一宽向边5相对于第二宽向边6被旋转180°。所述纵向侧边25、35优选地接触包围它们的管状壳体或布置成离管状壳体至多有一小间隔，从而避免流体的部分流体流沿着管状壳体的内壁不受阻碍地流动并被排除在混合过程之外。
[0048]至少一个另外的安装主体101可以依次邻接安装主体I ;仅仅示出了其横截面积或横截面123。横截面积123的第一宽向边105布置成相对于安装主体I的第二宽向边成一角度。在图2的表示中，在横剖的流动面积122上测量，相对角度达到90°。
[0049]图3示出静态混合器的另一个实施例，所述静态混合器包括用于安装在管状壳体中的多个安装主体或装置主体1、101、201、301、401、501。第一安装主体I由具有矩形横截面的板形壁状部件2构成，所述壁状部件2包括第一宽向边5、第二宽向边6、第一纵向侧边25以及第二纵向侧边35。第一宽向边5设置在平面21中，所述平面21代表横剖的流动面积22，横剖的流动面积22设置成垂直于结合图1定义的主流动方向。两个纵向侧边25、35在这种情况下也接触未示出的管状壳体，或者离管状壳体至多有小的间隔。
[0050]壁状部件2具有条状件26的功能，所述条状件26将流体流分成两个部分，除了在第一宽向边5的边缘处的偏转之外，这两个部分的偏转可以忽略不计。为此，偏转件27在条状件的下游邻接条状件26。偏转件27优选地设置在平行于平面21排布的平面中或相对于所述平面以一定的倾斜角布置，所述倾斜角达到不大于60°，优选地不大于45°，特别优选地不大于30°。在所述偏转件27的表面与平面21之间的倾斜角越小，所需的构造长度越小，但压力损失增加得越多。或换句话说:偏转件的表面基本上设置在横向平面内，所述横向平面相对于纵轴线成45°至90°角排布，优选地成60°至90°角，特别优选地成75°至90°角。也可以理解偏转件27作为壁状部件3与图1 一致；然而，与图1的壁状部件相对比，混合空间20被分成4部分空间。所述偏转件将所流经的横截面局部地减小到4部分空间中的两个。根据图3，这些部分空间中的每一个都是一扇(形)区，当横剖的流动面积是圆形时，所述扇区具有90°的开度角。作为其备选方案，当偏转件也被设计成用于具有正方形横截面的混合器壳体时，所述部分空间中的每一个也可具有正方形的横截面。在这种情况下，代替所示的偏转件的弯曲，四边形的偏转件因而必须设有与管状壳体的未示出的内壁相邻的(各)边缘。
[0051]图4中示出了静态混合器的另一个实施例，其中可以在截面方向上将流体流分成两个以上的部分流。根据图4的塑料制的静态混合器包括用于安装在混合器管状壳体中的安装主体(或装置主体)1，其中安装主体1、101具有纵轴线10，所述纵轴线10沿流入安装主体1、101的流体的方向排布，以使所述安装主体1、101能跨越混合空间20、120，其中混合空间20、120在垂直于纵轴线10的平面21、121上具有横剖的流动面积22、122，所述横剖的流动面积22、122基本上对应于混合器管状壳体的横剖的流动面积，其中安装主体1、101包括壁状部件2、3、4、102、103、104，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离纵轴线的方向上。能通过使壁状部件2、3、4、102、103、104与平面21、121相交来产生横截面积23、123，并且所述横截面积23、123的最大值达到混合空间20、120的横剖的流动面积22、122的1/5，优选地是其1/10，特别优选地是其1/20。安装主体I包括多个壁状部件2、
3、4，每个壁状部件2、3、4都具有基本上矩形的横截面，每个所述壁状部件包括第一宽向边
5、第二宽向边6以及第一纵向侧边和第二纵向侧边25、35。壁状部件2、3、4中的每一个都布置在安装主体I中，以使得纵向侧边25、35基本上沿纵轴线10的方向延伸且第一宽向边5和第二宽向边6相对于纵轴线横向地延伸。所述安装主体包括将混合空间分成两个部分的第一壁状部件2，与第一壁状部件2相交的至少两个壁状部件3、4邻接第一壁状部件2。在根据图4的实施例中相交角达到90°，但相交角可采用与之不同的值。根据图4，第一壁状部件2通过至少一个过渡件11、12、13、111、112、113与第二壁状部件3和第三壁状部件4相连。如已经在图3中示出的，可将所述过渡件设计为将流体流从横剖的流动面积的一个部分区域偏转到另一个部分区域中的偏转件。
[0052]相邻的安装主体1、101能通过至少一个连接件14、15、114、115彼此相连，这种连接件增大了静态混合器的抗弯刚度。此外，通过所述连接件确保了聚合物熔体能从第一安装主体I流到第一安装主体101 (和布置在下游的任何其他另外的安装主体)。如果不存在这些连接件，则从壁状部件3或4到设置在下游的壁状部件102的过渡明确地由唯一的公共相交表面构成，所述公共相交表面在这种情况下由两个正方形构成，所述正方形的边长等于壁厚7。用于设置在下游的安装主体的全部聚合物熔体必须通过这些限制点，这将在工具中导致局部压力峰值。另外，聚合物熔体的长的保压时间将导致壁状部件的在使用时位于管状壳体附近的某些区域出现这样的情况，会使聚合物熔体发生变化，且在某些情况下，导致材料的物理性质的劣化和不均匀性。特别是当使用含有发泡剂的熔体产生泡沫结构时，这种死区将不利于注塑过程。
[0053]与图4中所示的方式相似，这些连接件也可设在根据图1或2的实施例中，然而，其被省略以简化图1和2的描绘。图3的过渡件27同样可满足连接件的功能。
[0054]根据图4，将相邻的安装主体1、101绕纵轴线10旋转180°角。根据前述实施例中任一个的安装主体能按照需要彼此相互组合或结合。特别地，也可提供另外的连接件以将不同实施例的安装主体彼此组合或结合，以形成混合结构来改进混合效果。
[0055]根据前述实施例中任一个的静态混合器由塑料制成，通过塑料甚至能在注塑过程中获得甚至更为复杂的几何形状 。特别地对于包括多个安装主体的静态混合器，全体安装主体(1，101，201，301，…)都具有纵向尺寸24，并且横截面积23、123中的每一个都具有壁厚7。所述纵向尺寸24与所述壁厚7之比达到至少40，优选地至少50，特别优选地至少75。对于用于小流体量的静态混合器的优选应用，壁厚7小于3mm,优选地小于2mm,特别优选地小于1.5mm。全体安装主体1、101的纵向尺寸24在5至500mm之间，优选地在5至300mm之间，优先在50至IOOmm之间。
[0056]经过实验，根据第四实施例的静态混合器能以泡沫结构制造成具有60_的纵向尺寸和0.42mm的平均壁厚。因而，流动路径与壁厚之比达到143:1。这种混合器由12个安装主体组成。
[0057]此外，根据第三实施例的静态混合器能以泡沫结构制造成具有IOOmm的纵向尺寸和0.42mm的平均壁厚。因而，流动路径与壁厚之比达到238:1。所述混合器由24个安装主体组成。
【权利要求】
1.一种静态混合器，所述静态混合器包括: 管状壳体，所述管状壳体具有纵轴线且确定用于流体的流动路径；至少两个安装主体，所述至少两个安装主体设置在所述管状壳体中且相对彼此以同轴的关系连接在一起，用于混合流经所述管状壳体的所述流动路径的流体，所述至少两个安装主体中的每一个相对其中的另一个转动，且至少部分地由泡沫塑料构成，所述泡沫塑料具有纵向尺寸、宽度尺寸和壁厚，其中所述纵向尺寸与所述宽度尺寸之比达到至少I ;且其中所述纵向尺寸与所述壁厚之比达到至少10。
2.如权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述至少两个安装主体中的至少一个具有纵轴线，所述纵轴线沿所述管状壳体的所述纵轴线的方向对齐，且所述至少一个安装主体跨越所述管状壳体以确定混合空间，所述混合空间在垂直于所述至少一个安装主体的所述纵轴线的平面上具有横剖的流动面积，所述至少一个安装主体具有至少一个壁状部件，用于将流体流分开和/或使所述流体流偏转到偏离纵向方向的方向上；且其中通过所述壁状部件与所述平面的相交产生横截面积，所述横截面积的最大值达到所述混合空间的横剖的流动面积的1/5。
3.如权利要求2所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件将所述混合空间分成两个部分区域。
4.如权利要求2所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件具有形成分流边缘的第一宽向边和相对设置的第二宽向边，且其中所述至少一个安装主体还包括与所述壁状部件的所述第二宽向边成一体的偏转件，用于将来自所述混合空间的第一部分区域的流体流偏转到所述混合空间的第二部分区域中。
5.如权利要求4所述的静态混合器，其特征在于，由第一宽向边、第二宽向边以及所述壁状部件的纵向侧边界定出的所述壁状部件的表面基本上在所述至少一个安装本体的所述纵轴线的方向上对齐。
6.如权利要求5所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件的表面设置在横向平面内，所述横向平面相对于所述至少一个安装本体的所述纵轴线成45°至90°角。
7.如权利要求5所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件的表面设置在横向平面内，所述横向平面相对于所述至少一个安装本体的所述纵轴线成60°至90°角。
8.如权利要求5所述的静态混合器，其特征在于，所述壁状部件的表面设置在横向平面内，所述横向平面相对于所述至少一个安装本体的所述纵轴线成75°至90°角。
9.如权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，其还包括多个连接件，所述连接件在所述管状壳体内纵向上延伸且将所述至少两个安装主体连接在一起。
10.一种以注塑过程制造用于静态混合器的安装主体的方法，所述方法包括下列步骤:在注入点以小于500巴的注入压力将包含发泡剂的聚合物熔体注入通道中；用所述包含发泡剂的聚合物熔体充填所述通道，所述包含发泡剂的聚合物熔体在所述通道中至少部分起泡，其中所述所述包含发泡剂的聚合物熔体的流动路径与壁厚之比达到至少10，所述方法还包括下列步骤:冷却在所述通道中的包含发泡剂的至少部分起泡的聚合物熔体；使所述聚合物熔体凝固以形成所述静态混合器；扩大所述通道的横截面；移除所述安装主体。
【文档编号】B01F5/06GK103861490SQ201310742011
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2009年10月19日 优先权日:2008年10月17日
【发明者】S.哈比比-奈尼 申请人:苏舍米克斯帕克有限公司
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1