帶有從漸開面回縮的表面結構的梳理部件的製作方法
2023-11-08 12:26:07 1
專利名稱：帶有從漸開面回縮的表面結構的梳理部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有同向旋轉、緊密嚙合的螺杆的雙螺杆擠壓機用的新式梳理部件。
背景技術：
在這種擠壓機中通常使用的螺杆部件的特徵在於緊密嚙合的漸開面。這種螺杆部件在各種布置順序中用於進行混合、搓揉和輸送作業。其中得到應用的漸開面或外輪廓例如從M.L.Booy、聚合物工程與科學、1978年9月第18卷第973-984頁中是已知的。
另外還已知在塑料熔液擠壓成型中往塑料熔液中加進纖維材料，其中，一方面使纖維儘量均勻分布，而另一方面保持儘量長的纖維長度是這種作業的目的。由此通過加進的纖維使塑料獲得的最大的強化效應。
至今成問題的是，為了使纖維在塑料中均勻分布，必須有較長的擠壓長度供使用，這等於用長時間的混合和搓揉作業，其中隨著這些作業時間的增加，纖維斷裂增加，同樣可觀察到纖維的熱分解，特別是在天然纖維中。後者導致異味形成，由此許多使用情況不適合天然纖維。
發明內容
本發明的任務是建議一種螺杆部件，用它們可以無損傷地把纖維、特別是也包括天然纖維，加進塑料熔液中，並保持儘可能長的纖維長度。
這個任務按本發明通過一種帶有同向旋轉、緊密嚙合的螺杆的雙螺杆擠壓機用的帶有緊密嚙合的漸開面的梳理部件(comb element)來解決，其中這種梳理部件在其漸開面上有許多表面結構單元，它們從漸開面回縮地(rueckspringend)構成。
漸開面不是梳理部件的實際外表面，後者由於布置的表面結構單元而具有各種各樣的結構。
原則上所有已知的橫截面幾何形狀，如它們從前述文獻中舉例性已知的那樣，都適合作為按本發明的螺杆部件的基體。此外，圓形基體也適合，其中始終僅須保證漸開面緊密嚙合。在本發明的意義上，特別是當梳理部件的漸開面之間的距離最大為5mm時，認為是緊密嚙合狀態。
在按本發明的梳理部件中現在有緊密嚙合的部件，然而，這僅是對部件的漸開面，而不是對帶有加進了表面結構單元的梳理部件的實際當前表面有效的。
換言之，梳理部件與其基體是緊密嚙合地構成的，其中不出現在平行螺杆軸上相鄰布置的兩個螺杆部件的各個表面結構單元的嚙合接觸。
由此避免產生切割運動，並且纖維將僅僅在螺杆部件表面上互相梳通。
在基體中帶有一至四個熔液通道的緊密嚙合的部件是可能的，但帶有更多的熔液通道和如前所述帶有圓形幾何形狀的部件，也是可考慮的和可能的。重要的僅僅是，漸開面在楔範圍中緊密嚙合，即如前所述最大距離為5mm。
優選的梳理部件具有從梳理部件漸開面垂直於切向向內延伸5mm的表面結構單元。由此可防止梳理部件漸開面上出現過大的凹處(Vertiefung)，纖維成分侵入其中並且然後能在那裡或長或短地停留。通過表面結構單元垂直於漸開面切向的小的深度將保證，進入到相鄰表面結構單元之間的自由空間內的纖維，能夠重新從該凹處中輸出，而不會長久停留在梳理部件內。
優選將這些表面結構單元應用到按本發明的梳理部件中，其在各個表面結構的尖端處的表面，即鄰近於梳理部件漸開面的表面為＜＝2mm2，更優選的是＜＝1.8mm2。這使表面結構的尖端能特別有效地壓進到輸給擠壓機加工的纖維束中。由此能夠使單根纖維在儘可能短的時間內從纖維束中「梳理(Auskaemmen)」並將它們分布在塑料熔液中。
例如角錐、角錐臺、圓錐、截錐、圓柱體或平行六面體或者也包括混合形狀都適合作為基體。
按本發明的梳理部件中，表面結構單元優選有一從裡向外，即向漸開面的方向看減小的橫截面。
如圓錐或角錐那樣出現的錐形結構是優選的。它特別是使表面結構單元容易壓入纖維材料(粗紗)中，但也使這些材料能沒有問題地釋放到周圍的塑料熔液中，並且這樣促使這些材料儘可能快的和有效地均勻分布在周圍的塑料熔液中。
特別有效的梳理部件在表面結構單元上有一個這樣的表面密度，即，對於一根柔性纖維在每100mm2單位面積上有至少108個纏繞可能。更優選的是，纏繞可能的數量為1012或更多。
按本發明的梳理部件做成為使它們有一漸開面，各梳理部件在裝配狀態下、在兩個相鄰安裝在平行的螺杆軸上的梳理部件中、在其漸開面上保證在楔區域的間距最大為5mm。
在製造按本發明的梳理部件時，可先製造一個帶有所希望的漸開面的梳理部件，然後通過去除材料在漸開面上加工出表面結構單元。
可以選擇的是，一個尺寸比預期完成的漸開面小的梳理部件也可用作為起點。通過往原始的梳理部件表面上加上表面結構單元才形成漸開面。
本發明還涉及一種帶有同向轉動、緊密嚙合的螺杆的雙軸擠壓機，如前所敘，它在每個螺杆軸上包括一個或多個按本發明的梳理部件。
在此，按本發明的梳理部件在擠壓機輸送方向上看，可布置在纖維材料供給裝置之後，其中，分散和均化作用可通過在每根軸上依次地布置的梳理部件的數量來變換和匹配。
一般推薦，將按本發明的梳理部件在螺杆軸的軸向方向上隔開一定距離地布置，以及在需要時，將其它可選擇的混合元件布置在按本發明的梳理部件之間。
這裡例如可推薦，在螺杆軸上首先布置用於纖維粗分的螺杆部件，然後再布置按本發明的用於纖維成分在塑料材料中均勻化的梳理部件。
另外，本發明還涉及將按本發明的梳理部件用於將纖維分散和加入到塑料熔液中的完全普通的應用，其中，本發明特別適合於對溫度敏感的天然纖維。
作為天然纖維可以考慮特別是亞麻纖維、大麻纖維、洋麻纖維、劍麻纖維、椰殼纖維、棉纖維或黃麻纖維。當然也可用按本發明的螺杆部件很好地加工無機纖維和合成有機纖維。這特別是適合於玻璃纖維和碳纖維以及芳族聚醯胺纖維。
本發明的這些以及其它優點將在下面藉助於附圖詳細說明。附圖中圖1按本發明的梳理部件的漸開面簡圖；圖2按本發明的梳理部件的照片及細部的放大圖；圖3按本發明的梳理部件的表面結構單元的示意性局部視圖；圖4安裝在一個雙螺杆擠壓機的螺杆軸上的按圖1的梳理部件；圖5一個用於檢測按本發明的梳理部件性能的測試裝置。
具體實施例方式
圖1表示本發明梳理部件的四種不同類型的漸開面，它們由於其不同的漸開面而在雙螺杆擠壓機中形成一個、兩個、三個或四個熔液通路。這裡圖1左上圖表示兩個梳理部件10，它們與其漸開面12共同作用並且在軸14的兩根軸線的連線上形成一個楔(Zwickel)17，按本發明為此優選應給出最大的距離為5mm。
由於往梳理部件10的漸開面12上安上表面結構單元(這裡未詳細示出)，使得在楔17的範圍內纖維從供給擠壓機的纖維束中梳理以及使這些纖維相互分散並分布在周圍的塑料熔液中。
同樣的過程發生在按本發明的梳理部件20(圖1右上部)的另一實施形式中，它們安裝在擠壓機軸22上，並以其漸開面24、25互相滾動，並在軸中點的連接軸線上形成一個楔26，在這裡進行與在前面描述型式相關地發生的梳理作用和分布過程。
兩個梳理部件20形成兩個熔液通道，而在圖1左下角示出的型式形成三個熔液通道。這裡兩個梳理部件30的漸開面34、35互相滾壓，並且在軸32中點的連線上形成一楔37，在其中進行纖維的梳理作用。最後，在圖1右下角示出了另一個方案，其中梳理部件40設置在軸42上。由於在梳理部件外圓周上帶有四個尖端的構型，形成了四個通道，以及漸開面44、45互相滾壓並形成一個楔47，在其中發生前述的梳通過程。
圖2詳細表示了梳理部件的一個優選實施形式，它取圓形作為漸開面，然後在其中以七個平行列的形式加工出近似角錐形的齒54。由於角錐形狀，各個表面結構單元54的橫截面面積在朝向漸開面的方向上基本上連續變細。在這個實例中，尖端(亦即鄰近於漸開面52)的面積在小於1mm2的範圍內。齒深在5mm以下。在這種情況下它約為1.5mm，而它也大致相當於齒尖之間的距離。
這裡示出的表面結構單元的角錐結構不僅可在本發明梳理部件的圓形漸開面中實現，而且也可在圖1中所示的各方案中實現。
這裡示出的角錐形狀或角錐臺形狀，可在不大改變按本發明的梳理部件對於將纖維從纖維束中分散出來的性能的情況下，改變為例如截錐形狀或其它不規則構型，其中，在圖2的例子中角錐形由於其簡單的製造方法而被選中。
對按本發明的梳理部件的梳理作用的優化來說重要的是，元件橫截面在朝向漸開面52的方向上變細，以致元件大致具有針形、或如這裡所示的角錐形。由此，表面結構單元的尖端較易於擠入纖維束並能使纖維容易地從其中梳出。
表面結構單元深度或齒深的選擇，取決於在梳理作用中將纖維重新釋放到周圍的聚合物熔液中的願望，以使纖維不粘附在表面結構單元的底部並摻入它。表面結構單元的逐漸變細的形狀也是作用於此的，它使得在各個表面結構單元之間鉤住的纖維易於脫開。
根據從要加工的增強纖維56的典型纖維粗細出發的理論考慮，可根據一數學模型計算，對於一個為希望的梳理作用所需要的表面結構單元密度，優選是每100mm2單位面積上的纏繞可選方案的最小數為108。在此如圖3中所示，藉助於在表面結構單元54上的20個三行，它們分別提供四個纏繞可能進行計算。
進一步優選的是纏繞可選方案的最小數為1012。
換算到100mm2的表面元件上則得出，這個表面至少用7至9個表面結構單元覆蓋。
根據表面結構單元不突出於梳理部件50的漸開面52的事實，因為相鄰布置在平行的螺杆軸上的梳理部件以其漸開面在梳理部件50的漸開面52上滾動，就不可能出現剪切作用並在兩個梳理部件之間的楔中保持前面描述的梳理作用。
現在圖4以照片表示按本發明的梳理部件50在一個帶有兩個螺杆軸62、63的雙螺杆擠壓機60中的可能布置的不同透視圖。這裡在兩個軸62、63上，在相同的高度上各布置了按本發明的梳理部件50，在此它們通過其他螺杆部件64互相保持一定距離。雙元件形式的螺杆部件64可用於粗分纖維，而在圖4的這個例子中精分與粗分交替進行。
在按本發明的梳理部件50前面和後面，可用傳統的螺旋形的螺旋輸送部件，如在圖4中藉助螺杆部件66、67表示的那樣。
為了更好地展示按本發明的梳理部件的梳理作用並使之能量化，下面藉助圖5描述一種測試，用它可確定按本發明的梳理部件的效率。
這裡特別是該表面結構單元的針形結構與傳統的刺式混合元件、螺杆混合元件、齒形混合元件和渦輪混合元件相比是明顯的，後面這些元件的作用限於搓揉、混合和/或輸送功能。
在測試中，敷設一層彈性體塑料顆粒74(例如Engage 8200型的乙烯/辛烯共聚物)的單層(Monoschicht)72，它們的直徑為2mm。通過圖5中示出的支架70，在預定的實驗寬度上互相排成一列、可旋轉地支承的、按本發明的梳理部件50以一預定的力(F＝100N)導引到單層72上。值得期望的是，在支架70相應於所使用的梳理部件50的漸開面周長的運行路程上的至少5％的收集效果。運行速度不是關鍵的，然而推薦約10cm/30s的數值。
按本發明的梳理部件特別適合於將天然纖維材料加工成天然纖維複合材料，其中柔性的天然纖維均勻並平滑地互相梳理髮，並且以極均勻的分布加入到聚合物熔液中。特別是在完成的構件中可觀察到只有或多或少的基本纖維，而不再有纖維積聚舞或纖維凝塊，長纖維(lF＞1mm)份額至少達20％重量百分比。
在試製的帶有以1phr順丁烯二酸酐處理的聚丙烯基體的板中，加進了30％重量百分比的浸解亞麻。接著在一壓制過程中制出的厚度為3mm的板的特徵是，不論在靜負荷還是在動負荷中突出的力學性能。在垂直於和縱向於擠壓方向的試樣上測得的拉伸強度和衝擊韌性的平均特徵值大小為бb＝93N/mm2和ak＝18kJ/m2。
權利要求
1.帶有緊密嚙合的漸開面的梳理部件，用於帶有同向旋轉、緊密嚙合的螺杆的雙螺杆擠壓機，其中，所述梳理部件在其漸開面上有許多表面結構單元，這些表面結構單元從漸開面回縮地構成。
2.按權利要求1的梳理部件，其特徵為所述表面結構單元從梳理部件漸開面垂直於切向方向向內最大延伸5mm。
3.按權利要求1或2的梳理部件，其特徵為所述表面結構單元在其鄰近漸開面的尖端處具有小於等於2mm2，更優選的是小於等於1.8mm2的表面。
4.按前述權利要求之一的梳理部件，其特徵為所述表面結構單元具有類似於角錐、截錐、圓柱體或平行六面體或者這些基本形狀的混合形狀的基體。
5.按權利要求1至4之一的梳理部件，其特徵為所述梳理部件具有其橫截面從其基部向尖端逐漸減小的表面結構單元。
6.按權利要求5的梳理部件，其特徵為所述表面結構單元優選做成為基本上錐形的。
7.按權利要求1至6之一的梳理部件，其特徵為所述表面結構單元以這樣的表面密度布置，即，在100mm2的單位面積上至少給出108個對一種柔性纖維纏繞可能。
8.按前述權利要求之一的梳理部件，其特徵為所述梳理部件的漸開面是這樣構成的，即在平行螺杆軸上的兩個梳理部件之間給出一最大為5mm的漸開面間距。
9.按前述權利要求之一的梳理部件，其特徵為所述表面結構單元是這樣構成的，即它們相對於一個與此共同作用的梳理部件的那些表面結構單元保持一最小距離，從而避免剪切作用。
10.帶同向旋轉、緊密嚙合的螺杆的雙螺杆擠壓機，每根螺杆軸包括一個或多個按權利要求1至9之一的梳理部件。
11.按權利要求10的雙螺杆擠壓機，其特徵為所述各梳理部件在擠壓機輸送方向上看、在纖維材料供給裝置之後布置在各軸上。
12.按權利要求10或11的雙螺杆擠壓機，其特徵為每根軸依次設置有多個梳理部件。
13.按權利要求12的雙螺杆擠壓機，其特徵為所述梳理部件在其各自的軸上沿軸向互相相隔開地布置。
14.按權利要求10至13之一的雙螺杆擠壓機，其特徵為在擠壓機輸送方向上、在一個纖維材料供給裝置之後，首先設有用於粗分纖維材料的螺杆部件，以及接著設置用於將纖維材料均勻分布在塑料熔液中的梳理部件。
15.按權利要求1至9之一的梳理部件的應用，用於將纖維分散和加進到塑料熔液中。
16.按權利要求15的應用，其特徵為纖維是天然纖維，特別是亞麻纖維、大麻纖維、洋麻纖維、劍麻纖維、椰殼纖維、棉纖維或黃麻纖維。
17.按權利要求15的應用，其特徵為纖維是無機天然纖維，特別是玻璃纖維或碳纖維。
18.按權利要求15的應用，其特徵為纖維是芳族聚醯胺纖維。
19.按權利要求15至18之一的應用，其特徵為在複合過程後纖維的平均纖維長度最小為1mm。
全文摘要
為了給帶有同向旋轉的螺杆軸和一安裝在其上的螺杆部件的緊密嚙合的外輪廓的雙螺杆擠壓機提供螺杆部件，用它們能夠將纖維，特別是天然纖維平滑地加進塑料熔液中並且保持儘量長的纖維長度，建議在螺杆部件(60)的表面區域內設置許多的表面結構單元(54)，它們不突出於螺杆部件的外輪廓。
文檔編號B29C47/40GK1561282SQ02819373
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月25日 優先權日2001年10月2日
發明者約阿西姆·魯赫, 漢斯-格哈德·弗裡茨, 馬蒂亞斯·阿本德沙因 申請人:卡勞斯-馬菲塑料工業股份公司