聚合物水下造粒的設備和方法
2023-05-15 03:21:26 2
專利名稱：聚合物水下造粒的設備和方法
技術領域：
本發明涉及改進的含高熱導通道的水下熔體造粒機口模。更具體地說，本發明涉及具有自口模的熱源延伸至模孔出口附近的通道並在模孔出口處與冷卻介質絕熱的口模以及使用這種口模的方法。
背景技術：
熱塑性塑料(TP)是非常重要的工業品。它們一般用熔體成形法成形為各種零件或形狀，即熔化TP，乘它熔融時成形為一定的形狀，然後使該TP冷卻成固體以將其「固定」在那形狀。在大多數熔體成形機內，TP都以球粒或細粒形式餵入，尺寸一般在0.1～約0.6cm(最大尺寸)範圍內。為了使大多數熔體成形機有效地運轉，優選球粒或細粒自由流動且具有相當均勻的尺寸。
已發展了多種造粒TP的設備。這樣的設備應優選以低成本生產均勻且易流動的粒料。一種這類的造粒機是所謂的「水下熔體造粒機」(UMP)或切割機，見例如U.S.專利2,918,701和3,749,539。當UMP被適當操作時，它能生產大量均勻且自由流動的TP粒料。
UMP一直特別適用於切割熔點較低和/或相反不易凍結(固化)的TP。這是因為當熔融TP出模板時它要暴露於較冷的液態水中。在接觸水時，TP傾向於迅速凍結。如果TP的熔點高，則可以從TP以及與水接觸的模板面上帶走足夠的熱量，使一些尚未出模孔的聚合物也凍結，從而堵塞那個模孔(估計還有口模內其它模孔)。這個問題用熱水(其本身可能對操作者是一種燙傷危害)可以在一定程度上得到解決。已採用的另一種方法是把模孔與模體的其餘部分絕熱以儘量減少模體的熱損失，見例如U.S.專利4,678,423。但是這類方法和其它方法尚未證明對較高熔點和/或快速凍結的聚合物很有效。
U.S.專利3,749,539描述了一種UMP口模，其噴嘴和模體可以由「鎳200」製成。據報告這種合金的熱導率為約70W/m°K。但在模孔端沒有絕熱元件。
U.S.專利4,678,423描述了一種含有熱導率為約60W/m°K或更大的噴嘴的UMP口模。對模體其餘部分的熱導率未作具體說明，出口表面附近的噴嘴端與模體其餘部分絕熱，以及出口面的噴嘴尖端未絕熱。
U.S.專利4,728,276描述了一種模孔帶倒錐的「水下造粒機」。未提及這種模孔對起動的作用。
U.S.專利4,752,196描述了一種在噴嘴尖端附近部分絕熱的UMP口模。但所述口模沒有自熱源到模孔內表面的較高導熱通道，以及絕熱的布置方法與本發明不同。
日本專利申請5-253997描述了一種模孔有倒錐的口模。這類孔的目的可視作要儘量減少模滴及其降解，可能與非UMP切割機聯用。
因此本發明的目的是要提供一種適用於聚合物造粒，能儘量減少聚合物凍結可能性的設備。本發明的特點是策略地在該設備中介入了導熱材料以利於聚合物流動。本發明的一個優點是通過更有效和協調地操作配置了這種設備的UMP，同時降低成本和節省時間。本發明的這些目的和其它目的、特點與優點，如本文所公開和權利要求所述，將在參考以下對本發明的詳述中變得越來越清晰。
發明概述本文公開並要求權利的是一種聚合物水下熔體造粒用的口模，它包含模體，該模體包含拉伸屈服強度小於約200MPa和熱導率為50W/m°K或更大的第一部分以及拉伸屈服強度大於約250MPa和熱導率小於50W/m°K的第二部分，其中所述第二部分被構成支撐所述第一部分抵抗所述口模在操作中常存在的應力。
本發明還涉及一種用於聚合物水下熔體造粒用的口模組件，它包含(a)模體，它包含一種或多種第一熱導率為約50W/m°K或更大的導熱材料，所述模體有入口面和出口面；(b)一個或多個布置在該模體內的聚合物模孔，每個孔都有內表面，在所述入口面與所述出口面之間延伸；(c)加熱所述模體的裝置；(d)一個或多個與所述出口面接觸的絕熱元件，其第二熱導率為約20W/m°K或更小，並有與所述出口面接觸的第一側面和相對的第一外側面，還有與所述聚合物模孔共線的第一孔以允許所述聚合物流過所述絕熱元件；(e)一個或多個與所述絕熱元件的所述第一外側面接觸的第一耐磨元件，它有第二外側面和與所述聚合物模孔共線的第二孔以允許所述聚合物流過所述第一耐磨元件；或(f)或者，(d)和(e)可以被一個或多個第二耐磨元件所代替，該第二耐磨元件的第三熱導率為約20W/m°K或更小，且有第三外側面和與所述聚合物模孔共線的第三孔以允許所述聚合物流過所述第二耐磨元件；條件是所述導熱材料在至少部分加熱所述模體的所述裝置與所述模體的所述出口面附近的所述模孔的所述內表面之間形成通道。
本文還公開了用上述口模造粒或切割熱塑性塑料的方法，以及包含這些口模的水下熔體造粒機。
參考本文附圖將更好地理解本發明。
附圖簡述
圖1a和其相關的剖面X-X示意本發明由較高熱導率材料製成的模板。圖1b和1c分別示意用於圖1a模板的口模插件託架和口模插件。
圖2和其相關的剖面A-A示意本發明由較低熱導率材料和較高熱導率材料的組合製成的模板和組件。
圖3示意本發明由較低熱導率材料和較高熱導率材料的組合製成的模板的截面。
圖4示意帶倒錐的模孔。
發明詳述本文所述的UMP口模有自口模熱源至口模出口面，即聚合物從口模出來的側面或面，的(內)模孔表面附近的較高導熱「通道」。該通道由熱導率較高的材料製成，例如，金屬和金屬合金。每種高熱導率材料的熱導率為50W/m°K或更大，優選約80W/m°K或更大，非常優選約100W/m°K或更大，尤其優選約300W/m°K或更大。
這種材料是已知的，其中有些具有成為製造模型唯一主材的強度且仍經受住典型UMP口模所必須經受的應力，尤其是加壓熔體聚合物作用在口模面上的壓力。這種材料包括熱導率為70W/m°K和拉伸屈服強度為146MPa的鎳200、熱導率為365W/m°K和拉伸屈服強度為250+MFa的GlidCopAL-15級分散增強銅(OMG Americas，Research TrianglePark，NC 27709 USA)及熱導率為322W/m°K和拉伸屈服強度為400+MPa的AL-60級。但這類材料的成本通常較高且因此使得由它們製成的口模也昂貴。由這類較強材料製成的口模在某些方面可能與先前已知的口模類似，如圖1a-c所示。
本文中，優選第二和第三熱導率值小於約15W/m°K，更優選小於約10W/m°K。
圖1a示意按照本發明口模的前視圖和該口模的剖面(XX)。該口模有模體1，它有入口面(表面)2、出口面(表面)3、8個腔(用來放加熱器)4、螺栓孔(用來安裝1)即5和6、2個腔(用來放熱電偶)7以及8個模孔8。圖1b示意適合8的模孔插件託架9。圖1c示意適合9的口模插件10。
有了分立件9和10，就能方便地改變模孔的有效直徑。參考圖1a～c，熔融聚合物在2附近進入10，經由10流至3附近，並在3附近從10出來。未示出的有在10的出口端附近的3上或3附近的絕熱體或刀緊挨其旋轉的耐磨麵。所有1、9和10的材料都應具有較高的熱導率，即＞50W/m°K。例如，1和/或9可以用GlidCopAL-15和/或鎳200製成。在有些情況下，可優選10不僅具有較高的熱導率，而且還比較耐磨，而(高熱導率)碳化鎢(60-170W/m°K)適合於這種應用。可能存在的口模的其它零件或其連接件，如裝配螺栓、電加熱器、熱電偶、固定電加熱器的夾頭等也未示出。正如從這些圖一目了然，自電加熱器，當它插入4時就是該口模的熱源，至接觸熔融聚合物的10的內表面有一條高熱導率通道。須指出的是，雖然電加熱器通常被設計成儘可能接觸其腔壁，但在有些地方，在加熱器與1之間可以有一小個空氣間隙，為本發明的目的，把這個通常不可避免的間隙仍看成是較高熱導率通道的一部分。
還要指出，圖1c示意了一個帶倒錐的口模插件(見下文)，錐角為2.00°。
GlidCopAL-15和/或鎳200之類既強且熱導率又高的材料往往昂貴。但是許多其它通常不貴且熱導率很高的金屬或合金，如許多銅合金和鋁合金，往往強度較低，其本身不適合(單獨)用於這類口模，因為它們在正常使用中常會彎曲或屈曲。但口模可以用更強的材料增強並因此獲得改進的口模，只要存在高導熱通道和其它特點即可。具有較簡單結構的這類口模示於圖2。它與圖1所示的口模基本相同，但它是由已經連接在一起的2種不同金屬的板製成的。
圖2示意這種口模的前視圖和剖面(AA)圖。其主要結構元件是強度較高而熱導率較低的板21、強度較低而熱導率較高的板22、有助於組裝在一起的卡圈23(它通常具有較高的強度但不必具有高熱導率)以及較強的安裝孔襯裡24。口模的這些零件可以用「臨時」機械手段如螺栓(未示出)連接在一起，但優選用熔焊和/或釺焊永久連接在一起，如區25和26所示。例如，21和23可以是鋼或不鏽鋼，可以用熔焊連接。然後22可以釺焊到21和23上，所述22可以是銅或銅合金或鋁合金。在形成21、22和23的組件後，可以鑽安裝孔27並把安裝孔襯裡24(它可以是不鏽鋼或鋼管)釺焊和/或熔焊到組件上。然後可以進一步機加工該組件以形成所需的其它腔或孔。這裡的21和22當連接在一起時總稱為「模體」28。因此28有入口面29和出口面30。在面29和30之間貫穿28的是多個模孔31，各孔內都在朝30一側裝有口模插件32。口模插件的材料也應有較高的熱導率且優選有良好的耐磨性，可以用碳化鎢。在該情況下，30附近32的端部覆蓋有層碳化鎢33，其又覆蓋有層碳化鈦34。33和34含有與各31共線的孔，這樣聚合物就可以完全穿過口模設備流到34的外表面。33隻不過是把模孔周圍的表面擴展到34可便於擱置其上的平面的措施。在該例子中，34是絕熱體和耐磨表面的組合體，能用，例如，碳化鈦(7～15W/m°K)製造。圖2還示意了螺栓和定位電加熱器(未示出)的夾頭35、3個熱電偶井36以及熔融聚合物在口模設備內(在其剖面A-A內)的流向。在口模的部分30上是充滿空氣或在真空下的任選「罐」37，它起絕熱作用，避免在刀不接觸口模組件和附近沒有模孔的區域使過多的熱損失於冷卻水。37可以且優選由熱導率不高的材料製成。因此圖2示意了本文所述口模的所有基本特點和一些非基本特點。例如，它清楚地顯示了自熱源(電加熱器)至模孔內表面尤其設備出口面30附近的高熱導率通道。
圖2所示的口模是由熱導率較高(＞50W/m°K)而結構上較弱(拉伸屈服強度＜250MPa)的材料和熱導率較低(＜50W/m°K，優選＜30W/m°K，尤其優選＜10W/m°K)而拉伸屈服強度較高(即＞250MPa，優選＞1000MPa)的材料組合製成的口模的一個實例。如上所述，結構上強的材料為口模提供強度以經受操作期間的應力，而高熱導率材料提供口模更好的可操作性，特別對較高熔點和/或快速凍結的TP。
熱導率較低(＜30W/m°K)而拉伸屈服強度較高的材料包括碳鋼、工具鋼、不鏽鋼等。所有這些材料一般都適合作21之類的零件。如上所述，各種銅和銅合金、鋁和鋁合金、銀和銀合金、金和金合金以及鉑和鉑合金適合作高熱導率低拉伸屈服強度材料。這類具體的高熱導率材料包括鈹青銅(116～208W/m°K)、黃銅(116W/m°K)、紫銅(400W/m°K)和青銅(178W/m°K)。由上述兩種材料(較高和較低熱導率)製成的模體零件可用任何已知的方法以適當的構型結合在一起用於模具，例如，它們可以用螺栓或其它緊固件、用卡圈或其它夾頭機械結合在一起，也可以如通過熔焊和/或釺焊更永久結合在一起。優選把較高強度的材料熔焊在一起而把高熱導率的材料釺焊到高強度材料上。
另一種含強度高但熱導率較低的材料和熱導率較高但強度較低的材料的口模示於圖3中，其中強度高的材料以結構上略為不同的方式「支撐」熱導率較高的材料。
圖3示意本發明口模的剖面圖，它與圖2所示的剖面圖基本類似。圖2與圖3的主要區別在於模板的低強度和高強度零件的安排。因此圖3中的口模有低熱導率但高屈服強度的元件61，在該例子中，它「環抱」高熱導率(但低屈服強度)元件62的邊緣。與圖2中的口模類似，該口模的這些零件可以用「臨時」機械裝置如螺栓(未示出)連接在一起，但優選用熔焊和/或釺焊永久連接在一起。例如，61可以是鋼或不鏽鋼，而62可以是銅或銅合金或鋁合金，它可以釺焊到61上。在61和62組裝後，可以鑽安裝孔67並把安裝孔襯裡64(它可以是不鏽鋼或鋼管)釺焊和/或熔焊到該組件上。然後該組件還可以進一步機加工以形成所需的其它腔和孔。這裡61和62，當連接在一起時，總稱為「模體(die body)」68。因此68有入口面69和出口面70。元件62從它可與71同心的「噴嘴」63一直延伸以提供到71的出口面端的高熱導率通道。61中有相應的孔以容納各63。在面69和70之間貫穿68的是多個模孔71，其中每個孔都已裝有口模插件72(正如前面圖1c中介紹的10)。作口模插件的材料也應有較高的熱導率且優選具有良好的耐磨性，可以用碳化鎢。在該例子中，70附近72的端部覆蓋了層碳化鎢73，其又覆蓋了層碳化鈦74。73和74含有與各71共線的孔，因此聚合物可完全流過該口模設備到74的外面。73隻不過是把口模孔周圍的表面擴展到可便於擱置74的平面的措施。在該例子中，74是絕熱體和耐磨表面的組合體並能由，例如，碳化鈦(7～15W/m°K)製成。圖3還示意了加熱器井75之一和熔融聚合物在口模設備中的流向。所謂「熔化的」、「熔融的」或「液態」聚合物在這裡是指其溫度在或高於其最高熔點的聚合物，或如果聚合物沒有熔點(是無定形的)，則是指其溫度在或高於其最高玻璃化轉變溫度的聚合物。熔點和玻璃化轉變溫度按ASTM Method D3418方法測量。熔點取熔融吸熱最大值，以及玻璃化轉變溫度取轉變的中點。熔點和玻璃化轉變溫度採用二次加熱測量。熔融聚合物可以用本領域熟知的多種方法被「強制」通過口模和口模孔，例如，用擠出機或泵，如齒輪泵或螺旋泵，把熔融聚合物加壓到環境壓力之上(正如高於部分填充熔融聚合物的罐內的氣壓)，或用重力誘導流動。口模可以用本領域已知的任何方法加熱。例如，可以用下列方法加熱循環通過口模的熱流體(氣體和/或液體)，如飽和或過熱蒸汽、各種熱油和Dowtherm及類似物質；或用模體內部或在外部的電加熱器，例如，外部帶式加熱器或內部筒式加熱器。
在0℃以上優選50℃以上為固體且能被熔化的任何聚合物都能用本方法切割。聚合物的熔體粘度優選在熔融聚合物能較容易被強制通過模孔的範圍內。
適用的聚合物類型和這些類型內的特定聚合物包括聚酯，如聚(對苯二甲酸亞烷基酯)，如聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚(對苯二甲酸1，3-丙二酯)、聚(對苯二甲酸1，4-丁二酯)、聚(間苯二甲酸/對苯二甲酸亞烷基酯)、聚(2，6-萘二二酸亞烷基酯)，如聚(2，6-萘二二酸乙二酯)；對苯二甲酸、1，4-環己烷二甲醇的共聚物及其共聚酯；聚醯胺如尼龍-6、尼龍-6，6；聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯與α-烯烴尤其線形α-烯烴的共聚物、乙烯與(甲基)丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸和/或丙烯酸的共聚物及其鹽，以及上述烯烴的共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；氟化聚合物，包括共聚物，聚四氟乙烯、全氟聚合物、聚(氟乙烯)、乙烯和偏二氟乙烯的共聚物以及聚(偏二氟乙烯)；聚(醯亞胺醚)；聚碸如聚對苯碸；聚硫化物，如聚(苯硫醚)；聚(醚-酮)；聚(醚-醚-酮)；熱致液晶聚合物，如聚酯、聚(酯醯胺)和聚(酯-醯亞胺)；以及聚(氯乙烯)。也可以用其中兩種或多種的共混物和/或其它各聚合物和/或聚合物類型。
本發明方法中所用的聚合物可以含熱塑性聚合物中常加入的任何添加劑，如填料、增強劑、顏料、抗氧劑、增塑劑、螢光增白劑、抗臭氧劑、染料和穩定劑。適用的具體材料包括纖維形式的玻璃、微珠、碾磨玻璃和碾磨纖維、粘土、雲母、滑石粉和其它礦物質、粉末形式的碳(石墨和非石墨)、纖維和微纖、有機纖維、微纖和類纖維，如芳綸和液晶聚合物纖維，二氧化鈦、粉末金屬、短金屬線和纖維以及粉末有機物質如熱固性聚合物。這些物質能以常用量存在於上述組合物內。
在一種優選形式中，本文所述的口模含有倒錐模孔。所謂「倒錐模孔」是指模孔在模板(聚合物)出口側的直徑大於沿模孔其餘部分的直徑並隨著從模板的出口面向模板的(聚合物)入口面漸漸變小。這類模孔不必沿模孔的整個長度漸變，但在模板出口側必須漸變。一般錐的深度至少約3～約5cm。所謂「錐的深度」是指沿孔軸的長度(即圖4中區86的長度)。需指出，文獻中給出的UMP口模具有其截面自入口面至出口面漸減的模孔，因此這裡要稱為「倒錐」。
示意倒錐模孔的模板零件的截面如圖4所示。該模板81有聚合物(未示出)在那裡出口模(孔)的出口面82和(熔融)聚合物在那裡入模孔84的入口面83。在該特定例子中，84在其部分長度即區85範圍內是直的，而在其部分長度即區86範圍內有一個倒錐。倒錐部分有一個「錐角」88。口模和口模組件可能存在的其餘零件未示出。如果在82上存在絕熱體或耐磨表面材料，則穿過這些材料的孔與84共線，也優選有倒錐。如果這些表面材料很薄，則沒有倒錐也不會明顯影響口模的性能。雖然不是臨界的，但優選錐角至少為0.1°，更優選至少約0.2°，尤其優選至少約0.5°，非常優選至少約1.0°。還優選錐角為約10°或更小，更優選5°或更小，尤其優選約3°或更小。應理解以上給出的任何最小與最大錐角都可組合成優選的錐角範圍。用有倒錐的模孔可以使本口模更簡單的起動和重新起動。
如上所述，要切割的TP組合物可含有聚合物以外的材料。某些這類其它材料如玻璃或TiO2可能非常硬和/或磨耗性的，會迅速導致模孔內過度磨損，特別在許多較軟的材料如銅或鋁合金中。在這種情況下，可優選用更耐磨和/或更硬的材料的插件做模孔襯裡。該插件材料也應有較高的熱導率，即＞30W/m°K，且優選具有更高的熱導率，正如模體優選高熱導率材料一樣。適用於模孔的耐磨材料包括碳化鎢(60～170W/m°K)。優選的插件材料是碳化鎢。這種插件示於圖1c。
本口模可以非常象先前的UMP口模一樣操作，但本文所述特點的組合使該口模更容易操作，特別對適當具有較高熔點或玻璃化轉變溫度的聚合物。有關UMP的信息及其操作可見諸於U.S.專利2,918,701、3,749,539、4,678,423、4,728,276、4,752,196、4,388,456，所有這些都包括於此供參考。這對於熔點約200℃或更高，優選約250℃或更高的聚合物是特別真實的。
無意受任何具體理論的限制，相信本口模能把更多的熱量「傳遞」到模孔附近，尤其在水要從口模帶走熱量的出口面附近，還因為靠近模孔的口模出口側的模板因受絕熱體的保護而免於把過多的熱量損失給水(與口模的高熱導率材料相比)。因此例如，自電加熱器或蒸汽之類的口模熱源至模孔本身的內表面，特別是在口模出口面或其附近，有一條熱導率很高的通道。假設熱源能把足夠的熱量傳導到模體的高熱導率部分，則這種能量就能有效地傳導給模孔內的聚合物以及模孔附近特別是出口側附近可保持足夠熱，從而使模孔內的聚合物不會凍結。另一方面在模孔出口處的高熱導率模體部分受靠近出口的絕熱體保護而避免過多的熱量損失(冷卻)和隨後的聚合物凍結。
使用本口模提供優於先有技術口模的一項或多項優點。可操作性、起動和維持UMP操作的能力已獲得大大改進，特別對高熔點和/或快速凍結聚合物。用某些聚合物和先有技術口模，改進可操作性的常用方法是提高水溫，尤其要＞60℃。這就導致更嚴重的操作人員的安全性問題(熱水可能引起燙傷)，而且還常會提高所生產聚合物粒料的含溼量。本口模一般允許使用較冷的水，從而減少安全性問題。在有些情況下，生產含溼量減少的粒料。如上所述，含有本口模的UMP可以更易起動，尤其當口模帶有倒錐模孔時。本口模的另一個優點源自所用的較高熱導率材料，它把在口模內出現「熱斑」的可能性降到最低。尤其對於熱穩定性較差的聚合物，這就減少了聚合物在通過口模時熱降解的機會。口模內沒了熱斑，也常生產更均勻的粒料。
為本文的所有目的，材料的熱導率要按ASTM方法E-1225測定，拉伸屈服強度要按ASTM方法E-8測定。
實施例方法在一些實施例中，使用某種設計的口模。現描述如下口模A該口模用軟黃銅即360黃銅合金製成。雖然它可操作性良好，但在短期操作後該口模由操作壓力而變形(瓢曲)，並停止操作。該口模的所有材料都與圖1中所示的口模一樣，全徑為22.86cm，厚4.21cm。該口模栓接到擠出機端部。8個模孔裝有插件託架如9，其又能裝有口模插件如10，或被堵住從而使操作中的模孔少於8個。插件託架和插件也用360黃銅製成。該口模也配置有絕熱層，覆蓋在模孔出口端，類似於圖2中的33，其由碳化鈦製成。在插件10內的錐角88是2°，類似於85的區有5.14cm長(包括120°角的過渡段)以及類似於86的區有1.27cm長。
口模B該口模由GlidCopAL-15級製成。該口模的所有材料都與圖1所示的模體類似，全徑為22.86cm，厚6.35cm。該口模栓接到擠出機端部。8個等間距的模孔裝有口模插件如10，或者被堵住從而操作中的模孔少於8個。口模插件由碳化鎢製成。該口模也配置有絕熱層，覆蓋在模孔出口端，類似於圖2中的33，由碳化鈦和碳鋼支撐板製成。碳化鈦和支撐板的總厚度為4.75mm。在插件10中，錐角88為2°，類似於85的區有6.13cm長，錐角(非倒錐)為1.724°，類似於86的區有6.99mm長，包括碳化鎢和鋼支撐板的厚度在內(穿過這些層厚的模孔也有倒錐)。在模孔入口端，直徑為5.54mm，在出口端(在碳化鈦外表面)，其直徑為3.94mm。
口模C該口模與口模B相同，除下列變化外。碳化鈦與支撐板的總厚度為6.35mm，在鋼支撐板和碳化鎢層之間等分。插件由軟黃銅360製成，它們必須經常更換。在插件10內，錐角88為2°，類似於85的區有5.14cm長(包括帶120°角的過渡段)，以及類似於86的區有5.53mm長，包括碳化鈦和鋼支撐板的厚度在內(穿過這些層厚的模孔也有倒錐)。在模孔入口端直徑為5.08mm，在出口端(在碳化鈦的外面)，直徑為5.08mm。
在(對比)實施例中，使用了一些聚合物，這些聚合物列於表1中。所有這些聚合物都可從E.I.DuPont de Nemours Co.，Inc.，Wilmington，DE，USA獲得。
表1
*註冊商標**不包括少量添加劑如抗氧劑在內***馬來酸酐接枝無規丙烯共聚物****尼龍-6和聚乙烯共聚離聚物的共混物在實施例中用下列縮略語LCP1-由氫醌/4，4′-雙酚/對苯二甲酸/2，6-萘二羧酸/4-羥基苯甲酸按50/50/70/30/320摩爾份製成的共聚物。
LCP2-LCP1加30重量％玻璃纖維的聚合物。
LCP3-由3份4，4′-雙酚、37份乙二醇、40份對苯二甲酸和60份4-羥基苯甲酸製成的共聚物，所有份數都是指摩爾份。
對比實施例A-E和實施例1-17在這些實施例中使用不同的口模A、B或C(如上所述)來水下造粒各種聚合物配方。在所有情況下模孔都有2°的倒錐。用熔化聚合物組合物的擠出機把聚合物餵至口模。在擠出機內聚合物熔體溫度保持在聚合物生產廠家推薦的溫度下(或高於熔點)。在某些時刻中斷聚合物流動並允許聚合物在模孔出口端凍結。然後重新起動熔體切割機(假設其中已有聚合物)，方法是連接切割車(含刀和冷卻水)，起動刀和冷卻水循環，把口模溫度升至聚合物熔點左右。起動聚合物餵料擠出機並開始向擠出機餵聚合物。現在將聚合物餵料擠出機出口端上的已被設置成使熔融聚合物從造粒機導出的倒向閥，設置成使熔融聚合物餵進造粒機(口模)並在此刻開始造粒。在有些情況下，在起動聚合物餵料時，要以較低速率起動，然後漸增到所需的最終速率。在表2所示的所有實施例中，即使口模在循環水中，起動也順利進行，雖然並不總是報告起動壓力。用該簡化的起動程序起動聚合物流過口模所需的壓力示於表2中，同時給出造粒期間的穩態壓力、所用的模孔數、口模和冷卻水溫以及所用的聚合物。
表2中所有的實施例都被認為是成功的。起動(如以上概述)順利，所生產的粒料足夠均勻並具有工業規模的合格形狀。每個實施例的造粒操作要什麼時侯停止就什麼時侯停止，並不造成任何工藝或設備問題。
此外，在對比實施例D(用口模A的實施例都是對比實施例，因為口模A由強度較低的材料製成，換句話說，結果可直接與本發明的口模比較)和實施例1中，改變粒料尺寸和/或造粒的其它條件並測量所得粒料的含溼量。此外，在對比實施例E中，還運行了先有技術中市售可得的口模並測定了粒料的含溼量。在對比實施例E中，所用的聚合物是Zytel70G35，模體是鋼以及模孔襯裡是絕熱陶瓷。在所有情況下，口模用電阻加熱器加熱，口模A和C內的最終模孔直徑(指適當位置裝有模孔襯裡的模孔尺寸)是3.18mm，口模B的最終模孔直徑是3.94mm，以及商品口模的最終模孔直徑為4.57mm。表3中所示的條件和結果說明本發明的口模能給出含溼量降低的聚合物粒料，這一點在被造粒聚合物如果存在水就會在後續加工步驟中水解時特別重要。這一點是在設備中無需另有一個乾燥器的前提下實現的。
表2
表權利要求
1.聚合物水下熔體造粒的口模，其包含模體，該模體包含拉伸屈服強度小於約200MPa和熱導率為50W/m°K或更大的第一部分以及拉伸屈服強度大於約250MPa和熱導率小於50W/m°K的第二部分，以及其中所述第二部分被構成支撐所述第一部分抵抗所述口模操作中常存在的應力。
2.如權利要求1所述的口模，其中所述第一部分的熱導率為約100W/m°K或更大。
3.如權利要求1或2所述的口模，其中所述第二部分的熱導率小於約30W/m°K。
4.如權利要求1～3中任何一項所述的口模，其中所述第二部分的拉伸屈服強度大於約1000MPa。
5.用於聚合物水下熔體造粒的口模組件，包含(a)模體，它包含一種或多種第一熱導率為約50W/m°K或更大的導熱材料，所述模體有入口面和出口面；(b)一個或多個布置在所述模體內的聚合物模孔，每個孔都有內表面，在所述入口面與所述出口面之間延伸；(c)加熱所述模體的裝置；(d)一個或多個與所述出口面接觸的絕熱元件，其具有第二熱導率為約20W/m°K或更小，並具有與所述出口面接觸的第一側面和相對的第一外側面，還有與所述聚合物模孔共線的第一孔以允許所述聚合物流過所述絕熱元件；(e)一個或多個與所述絕熱元件的所述第一外側面接觸的第一耐磨元件，它有第二外側面和與所述聚合物模孔共線的第二孔以允許所述聚合物流過所述第一耐磨元件；或(f)或者，(d)和(e)可以被一個或多個第二耐磨元件所代替，該第二耐磨元件具有第三熱導率為約20W/m°K或更小，且有第三外側面和與所述聚合物模孔共線的第三孔以允許所述聚合物流過所述第二耐磨元件；條件是所述導熱材料在至少部分所述加熱所述模體的裝置與所述模體的所述出口面附近的所述模孔的所述內表面之間形成通道。
6.如權利要求5所述的口模組件，其中所述第一熱導率為約100W/m°K或更大。
7.如權利要求5或6所述的口模組件，其中所述第二或第三熱導率小於約15W/m°K。
8.如權利要求5、6或7中任何一項所述的口模組件，其中所述第二耐磨元件是碳化鈦。
9.如權利要求5～8中任何一項所述的口模組件，其中所述導熱材料包含碳化鎢。
10.用權利要求1～4中任何一項的口模在水下熔體造粒機內造粒或切割熱塑性塑料的方法。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述熱塑性塑料是聚酯、聚醯胺、聚烯烴、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氟化聚合物、聚(醯亞胺醚)、聚碸、聚硫化物、聚(醚-酮)、聚(醚-醚-酮)、熱致液晶聚合物或聚(氯乙烯)，或兩種或多種這些類型的熱塑性塑料的聚合物共混物。
12.用權利要求5～9中任何一項的口模組件在水下熔體造粒機內造粒或切割熱塑性塑料的方法。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述熱塑性塑料是聚酯、聚醯胺、聚烯烴、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氟化聚合物、聚(醯亞胺醚)、聚碸、聚硫化物、聚(醚-酮)、聚(醚-醚-酮)、熱致液晶聚合物或聚(氯乙烯)，或兩種或多種這些類型的熱塑性塑料的聚合物共混物。
14.包含權利要求1～4中任何一項的口模的水下熔體造粒機。
15.包含權利要求5～9中任何一項的口模組件的水下熔體造粒機。
全文摘要
水下熔體造粒機口模具有改進的可操作性並能對原本難以或不可能用這種設備造粒的熱塑性塑料造粒，所述口模具有自其熱源至其模孔的聚合物出口端附近的高導熱通道並在其模孔端有絕熱材料。這種口模的主要結構元件是強度較高但熱導率較低的板(21)、強度較低但熱導率較高的第二板(22)、有助於把組件固定在一起的卡圈(23)(它通常具有較高的強度但不必具有高熱導率)以及較強的安裝孔襯裡(24)。口模的這些零件可以由「臨時」機械裝置如螺栓(未示出)連接，但優選用區(25)和(26)所示的熔焊和/或釺焊永久地連接在一起。例如，(21)和(23)可以是鋼或不鏽鋼，並可以熔焊連接在一起。然後可以把(22)與(21)和(23)釺焊在一起，(22)可以是銅或銅合金或鋁合金。
文檔編號B01J2/20GK1829592SQ200480021959
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月28日 優先權日2003年7月30日
發明者R·A·傑克遜, D·J·羅耶, M·G·沃戈納 申請人:納幕爾杜邦公司