擠壓設備和利用擠壓設備使塑料取向的方法
2023-05-05 22:47:01
專利名稱：擠壓設備和利用擠壓設備使塑料取向的方法
技術領域：
本發明涉及一種擠壓設備，該設備用於製造一種圓柱形的塑料製品或用於在該製品上塗敷至少一層塑料。該設備包括至少一個圓錐形的定子，至少一個圓錐形的轉子和至少一個處於二者之間的圓錐形的供料孔道用於將要被擠壓的塑料壓進導管。本發明還涉及一種方法，該方法用於在以上述擠壓設備製造或塗敷圓柱形的塑料製品時起分離纖維和/或使塑料取向的作用。圓柱形的塑料製品可能是比如塑料管，塑料膜或其他類似製品。
過去在塗敷管子時，首先在要被塗敷的管子的頂部形成一個外管。這時，比如，它不可能使外管具有希望的取向。不僅如此，在現有方法中，當利用一個長的螺釘時要被塗敷的管子將被升溫。
挪威公開專利159,841中公開了一種十字頭的工具，該工具具有一個與擠壓機相連的旋轉心軸。利用這種安排，在對電纜塗敷時它可以形成，但不能維持，所需要的取向，儘管該塗層可以至少大體上在壓力下緊貼電纜，從而可以改善塗層與被塗敷表面的附著力。
本發明的目的是避免前述問題，提供一種擠壓設備，該設備可以使製品具有原來希望的恆定的取向。
本發明的設備可以實現上述目標，其主要特點在於在其轉子的端部具有用於纖維分離和/或使塑料取向的裝置。
上述裝置最好包括一個基本上為圓柱形的延長部分，該部分延伸到位於轉子端部的擠壓導管。
這些裝置可能還包括通過轉子和/或它的延長部分的孔道。
在轉子或其延長部分的端部可能有一個環形的法蘭，法蘭上最好包括穿過其的孔。
本發明的方法的主要特點在於，轉子旋轉得非常快以至於螺旋線的方向與圓周方向幾乎為一個方向，並且擠壓設備的圓柱形塑料製品是利用一個拖出裝置拉出的，這樣塑料分子沿圓周方向的取向就被減少了，從而使製成品的取向角小，最好是在50到60°之間。
利用本發明的方法中的轉子，要被擠壓的塑料可以螺旋線方向供料，可以利用以適當的方法對管子或要被塗敷的製品進行冷卻，甚至也可能包括從外部對擠壓設備進行冷卻，來固定該取向。螺旋線取向主要是利用轉子的轉動，而螺旋形可以利用圓柱形延長部分來維持。取向可以利用對要被擠壓的材料作內部冷卻來加以改善。
本發明的一個重要特性是擠壓製品可以在其結晶化的同時冷卻成為製品的形式，即，設備輸出一個不需要為增加其強度而進行任何加工的製成品。但是，徑向的取向最好利用一個心軸進行處理來加以改善，而軸向的取向可以利用拖出裝置加以調節使其達到所需的水平，即最好比徑向低50％。
本發明的一個優點是當製作幾個相對薄的層時，它們可以被冷卻並且使取向被凍結。利用現有的擠壓技術實現上述目的是非常昂貴和困難的。根據本發明的設計，可以比如製作兩個薄膜並且以一臺機器進行中間冷卻，而用另一臺機器製造更多的層，由於該機器結構緊湊，可以顯著地節約空間與錢。
為了實現可以同時提供幾個薄塑料層的目的，擠壓設備包括至少兩個具有比如圓柱形延長部分的轉子和包圍轉子的定子，順序的轉子的旋轉方向是相反的。此時，最好在轉子之間具有中間冷卻設備，以保證薄層的取向被凍結。
特別當塑料被旋壓，結晶或交叉耦合時，在塑料流動的方向上至少一個轉子的圓柱形延長部分基本上成圓錐形擴大；具有用於引導在轉子背部的供料孔道中流動的塑料通向延長部分外表面，使其與轉子前面的供料孔道中流動的塑料相混合的裝置；以及引導在延長部分的外表面的塑料進一步通過延長部分進入其內部的裝置是有利的。
假定該擠壓設備用來對已有的製品，比如電纜進行塗敷，擠壓導管的入口端最好包括一個對進入導管的製品作預冷卻的冷卻裝置。
另一方面，假定擠壓設備用於生成塑料管，該擠壓導管具有一個卻心軸。
本發明的一個最佳實施例中，排出擠壓設備的一個圓柱形的預製型坯被一個拖出裝置拖拽至一個在擠壓設備後的回火心軸上，從而進一步增加在圓周方向的塑料分子的伸長，但是由於同時存在的軸向的伸長，取向角比原來要小，最好在上述的50到60°之間。
塑料纖維可以在一個通過冷的心軸或擠壓設備的製品上被旋壓和結晶。
交叉耦合的和非交叉耦合的塑料的混合物可以利用一個熱的心軸加熱到交叉耦合的溫度。
也可以在一個更高的溫度開始本方法，以形成一個具有標準尺寸的製品，該製品被拖到生產線上的其他裝置，比如冷卻槽，此後製品的製造溫度被降到接近取向溫度，使得取向被固定。
下面將參照附圖對本發明作詳細的介紹。
圖1為具有兩個轉子的擠壓設備。
圖2為本發明的擠壓設備過程的開始。
圖3為具有一個轉子的擠壓設備。
圖4到6為轉子延長部分和其周圍的實施例。
圖7和8為本發明的擠壓設備的其他應用。
圖9到13為轉子的其他實施例。
圖1為本發明的擠壓設備，它用於製造包括幾個薄塑料層的塑料管或對具有幾個薄塑料層的製品如電纜或管子進行塗敷。該擠壓設備包括兩個圓錐形的轉子1和2；用於隔開並且包圍轉子的定子3，4，5；位於轉子和定子間的供料孔道6，7，8和9用於將要被擠壓的塑料M壓到擠壓導管10中。擠壓導管10位於一個由穿過擠壓設備的孔道和通過孔道的冷卻心軸11之間形成的環狀的空間中。冷卻心軸11至少可以用於在其上製成一個新的多層管的情況。
轉子1和2被設置為反向旋轉，每個轉子包括一個延伸到擠壓導管10的圓柱形的延長部分12，13，以使由供料孔道6，7，8和9提供的塑料M取向和結晶。排出供料孔道的熱塑料在延長部分12，13和冷的冷卻心軸11之間被取向和結晶。將被分層並由各供料孔道提供的塑料層厚最好為1mm。
靠近擠壓管道10的起點有一個隔熱層14，而在擠壓導管的出口端有一另一個隔熱層15，從而使得處於熔融狀態的塑料M在擠壓設備中沒有熱損耗。在第二隔熱層15之後，在擠壓設備的出口端還具有一個冷卻噴嘴16用於冷卻排出設備的製成品。
參見圖1，可以看到在有些場合最好採用幾個順序排列的具有一個轉子擠壓設備，並在擠壓設備之間裝有中間冷卻裝置，從而可使不同層塑料之間具有充分的冷卻。
圖2為一個製造管子的過程的布置圖，該過程可以利用圖1所示的設備進行。此時在心軸的端部具有一個冷卻起動杆17，它是用，比如鋁，製成的並且被與擠壓設備的端部相連的拖出裝置18拖曳，直至心軸11就位，隨後連於心軸11與起動杆17之間的連接器19使起動杆脫離心軸11，之後開始形成一個結晶的管子P。
心軸11可以利用設置在其端部的水循環裝置冷卻，這裡水進口標號為20，出口標號為21。
為了冷卻由擠壓設備輸出的製品，在拖出裝置前有一個冷卻槽37。
現有的製品被塗敷時不能利用心軸11，因此對於要被塗敷的製品的預冷卻需用，比如，位於擠壓設備入口端的冷卻裝置進行。圖中沒有示出。
本發明的設備特別適於利用一種方法，其特徵為轉子1和2的轉速非常高，以至塑料的螺旋線方向幾乎與圓周方向相同，其後排出擠壓設備的塑料管被拖出設備18拖曳，從而使得塑料分子在周向的取向被減少相應地使製成品的取向角變小，最好在50至60°之間，這樣其徑向強度將幾乎為軸向強度的兩倍。
圖3的設備和圖1設備的不同點僅在於它具有一個轉子(轉子1)和相應的兩個定子(定子3和4)。採用如上設備僅可以製造雙層管，而採用圖1所示的設備可以製造四層管。
圖4到圖6的為轉子延長部分和其周圍的某些實施例。在所有這些實施例中，在塑料M流動的方向上轉子1，2的圓柱形延長部分12，13基本上成圓錐形擴大。這裡還有用於引導在轉子背面通向延長部分12，13的外表面的供料孔道6，7之中流動的塑料從而使其與在轉子前面的供料孔道8、9中流動的塑料相混合的裝置22，23；與將在延長部分的外表面的塑料進一步引導通過延長部分12，13進入其內部的裝置24。上述裝置包括一個接近位於背部的供料孔道6，7的定子延長部分22；穿過轉子1，2並接近定子延長部分的孔23，與穿過轉子延長部分12並且在塑料流動方向上為錐形，也即朝向擠壓器軸向的孔24。延長部分22的端部與擠壓設備的框架隔離，即位於延長部分22的上流的塑料僅通過延長部分22的孔24全部被轉化為欲製造的製品或塗敷在制品上。必須注意，對於具有幾個轉子的設備中，上述設計可以僅用於一個(比如最後一個)轉子或用於幾個轉子。
圖4所示為通過孔24的塑料纖維F在一個冷的管子P上被旋壓。旋壓也可以在一個冷的心軸(比如心軸11)上進行。此時，也可以利用純聚合物。
圖5的例中，塑料的混合物S在位於定子後的冷的心軸26上結晶，所形成的塗層或製品到擠壓導管25並由此被拉出。此時，塑料混合物S最好是由LD和HD塑料構成。一種有利於與基體塑料一起回火的融合摻合劑為比如易於進行纖維分離的液態結晶聚合物(LCP塑料)。圖中還示出當塑料顆粒穿過延長部分22的孔24時如何變成纖維狀。
圖6所示例子與圖5的不同處在於在前者中交叉耦合與非交叉耦合的塑料，最好是聚乙烯的混合物被熱的心軸26加熱到交叉耦合溫度。
在孔24，即纖維分離孔中，速率被增加到比如100倍，取向也將相應地增加，並且旋轉剪切力也進一步增強了取向。
塑料可以在流動方向的一側有較小壓力的條件下流過孔23和24。這可以利用在受壓一側調節流量或在該側的供料通道完全關閉來實現。
必須注意圖5和6中的冰凍線B和交叉耦合線C非常接近上述的纖維分離孔24。圖4中纖維被旋壓，附著和冷凍線A則離這些孔稍遠。
圖4到6的例中最基本的特性是不要求塑料的粘性不同，但是要求由於速度增加引起的滴狀物伸長不同。
還應注意到用圓錐形的擠壓器時，屈服比率和旋轉速度可以調節，因此纖維可以用希望的方法伸長。
圖7和圖8表示本發明的圓錐形擠壓器的其他應用。一個中心孔，即此時為一個中心擠壓導管10，延伸通過一個擠壓設備，該設備在基本上與圖3所示的為相同類型，包括軸向可移動的空心杆或心軸27，該軸具有至少一個擴大密封層28，該層被放於被擠壓的製品，即管子P的表面上；並包括在其端部的心軸錐體29。
圖7表示一個控制錐體30它位於心軸錐體29之後，具有縮小的尺寸；在心軸錐體29和控制錐體30中具有加熱/冷卻線路35和36用於加熱和/或冷卻錐體29，30和通過它們的塑料。擠奪設備的噴嘴部分40可以延伸到錐體29的向上的部分，延伸到錐體的最高點或甚至超過它。在噴嘴部分40和錐體29之間的導管41可能具有均勻的厚度或也可能朝錐體29的頂部略呈圓錐形。在錐體30之後可能有另一個密封層28，其後潤滑液可以在第一和最後一個密封層之間循環。
圖8表示了在兩個密封層28之間回火區域的可能結構。該結構是在密封墊28之間利用在心軸27以及與之相連的環形槽33上形成的液體進出孔道32和34使液體循環實現的。環形槽33的目的是使液體儘可能高效率地循環。這些回火裝置為簡明起見沒有在圖7中示出。
圖7和圖8的心軸27也用於管P的取向，這裡心軸27被部分作為內部回火心軸應用並且特別在開始時利用其運動。因此，圖7表示了管制造的開始階段而圖8表示了其後的階段，這裡已經被冷卻的管子在心軸錐體29上滑動。沿縱向移動的心軸27最好也用於調節正確的溫度。當擠壓速率高時，例如利用增加被加熱的心軸27的長度可以得到一個適當的交叉耦合時間。溫度可以利用心軸27的外表面和管子P的內表面之間的直接對流，或以密封層28分隔出一個區間，其中冷卻液在一個適當的溫度進行循環來加以調節。適用的液體包括比如水，矽油或乙二醇。這種設計還具有一個優點，即管子的內表面可以有一個薄膜，以減輕在管子P和心軸延長部分29之間的摩擦。
其最重要的特性是心軸27的外徑幾乎與排出擠壓導管10的塑料管P的內徑相等，因此管子P可以沿心軸27的外表面滑動並且管子的一部分可以被心軸擴大。
心軸27的長度與其回火和動作時間根據擠壓速率進行調整。
擴大的密封層28也可用於改變管子P的壁厚的目的，並且在需要時，管子P也可利用密封層28進行卷邊，即取向。這種密封層不用於具有不等的內徑的管子的生產。
參見圖7和圖8還可注意到其中公開的設計也可以用於本發明的其他擠壓機中，而不僅是用於以圖3為例的擠壓機。
圖9到13表示其他的一些轉子實施例。圖9到11表示轉子和/或其延長部分12包括通過轉子或其延長部分，用於纖維分離和/或取向塑料的孔23，24。還可能有在具有一個大體水平的延長部分的轉子中的孔23，24。圖9到11的轉子也可以如圖12所示，利用一個可包括纖維分離和/或取向的孔道39的環狀法蘭38加以延長。該法蘭38也可如圖13所示附於沒有延長部分的轉子上。
上面僅以例子對本發明加以了說明，一個熟悉工藝的人可以在附加的權利要求的範圍中以幾種不同的方式補充細節。因此，比如可以根據需要改變轉子數量，根據需要在轉子之間設置中間冷卻設備以確保塑料層的取向被凍結。
權利要求
1.一種擠壓設備，該設備用於製造圓柱形的塑料製品或在制品上塗敷至少一層塑料，該擠壓設備包括至少一個圓錐形定子(3，4，5)，至少一個圓錐形轉子(1，2)，與至少一個位於它們之間的圓錐形的供料孔道(6，7，8，9)用於將要被擠壓的塑料(M)壓進一個擠壓孔道(20，25)，其特徵在於在轉子(1，2)的端部具有用於纖維分離和/或使塑料(M)取向的裝置(23；12，13；24；38，39)。
2.根據權利要求1所述的擠壓設備，其特徵在於上述裝置包括穿過轉子(1，2)的孔(23)。
3.根據權利要求1或2所述的擠壓設備，其特徵在於上述裝置包括一個基本上是圓柱形的延長部分(12，13)，該部分位於轉子(1，2)端部並且延伸至擠壓導管(10，25)。
4.根據權利要求3所述的擠壓設備，其特徵在於上述裝置包括穿過圓柱形延長部分的孔(24)。
5.根據上述任一權利要求所述的抗壓設備，其特徵在於在轉子(1，2)或其延長部分(12，13)的端部具有一個環狀的法蘭(38)。
6.根據權利要求5所述的擠壓設備，其特徵在於上述環狀法蘭(38)包括穿過其的孔道(39)。
7.根據上述任一權利要求所述的擠壓設備，其特徵在於圓柱形的延長部分(12，13)在塑料(M)流動的方向上基本上以圓錐形擴大；並且具有將在轉子背面的供料孔道(6，7)中流動的塑料引導到延長部分(12，13)的外表面，與在轉子前面的供料孔道(8，9)中流動的塑料相混合的裝置(22，23)；和將在延長部分的外表面的塑料進一步引導通過延長部分(12，13)進入其內部的裝置(24)。
8.根據權利要求7所述的設備，其特徵在於上述引導塑料流動的裝置包括一個接近位於背面的供料孔道(6，7)的定子延長部分(22)；穿過定子(1，2)並且接近定子延長部分的孔(23)；和穿過轉子延長部分(12)的孔(24)。
9.根據上述任一權利要求所述的擠壓設備，其特徵在於為了提供幾個薄塑料層，該設備至少包括具有周圍的定子(3，4，5)的兩個轉子(1，2)；順序的兩個轉子(1，2)總是以相反的方向轉動，並且至少一個轉子(1，2)具有上述纖維分離和/或取向裝置。
10.根據權利要求9所述的擠壓設備，其特徵在於上述轉子、(1，2)之間具有中間冷卻設備用於確保薄層的取向被凍結。
11.根據上述任一權利要求所述的用於對現有製品，如電纜，塗敷的擠壓設備，其特徵在於在擠壓導管(10)的入口端具有一個對進入導管的製品進行預冷卻的冷卻裝置。
12.根據權利要求1至10中任一所述的用於製造圓柱形塑料製品的擠壓設備，其特徵在於具有一個心軸(11，26，27)，該心軸可被加熱和/或冷卻，並且置於與擠壓導管(10，25)相應的位置。
13.根據權利要求12所述的擠壓設備，其特徵在於心軸是一個可以軸向移動的杆(27)，它位於中心孔或貫穿擠壓設備的擠壓導管(10)中，並且在其端部有一個可被加熱和/或冷卻的心軸錐形體(29)。
14.根據權利要求13所述的擠壓設備，其特徵在於杆(27)包括至少一個密封層(28)，它可以相對於擠壓設備或要被擠壓的製品的內表面擴大。
15.根據權利要求14所述的擠壓設備，其特徵在於杆(27)為中空的並且包括加熱和/或冷卻用的裝置(35，36)；用於擴大至少一個密封層(28)的裝置；和在兩個密封層(28)中形成一個回火區的裝置(28，32，33，34)。
16.根據上述任一權利要求所述的擠壓設備，其特徵在於在擠壓導管(10)的輸出端有一個隔熱層(16)而在該隔熱層後有一個冷卻噴嘴。
17.一種在以擠壓設備製造或塗敷圓柱形塑料製品時使塑料取向的方法，該擠壓設備包括至少一個圓錐形定子(3，4，5)，至少一個圓錐形轉子(1，2)，與至少一個位於它們之間的圓錐形的供料孔道(6，7，8，9)用於將要被擠壓的塑料(M)壓進一個擠壓孔道(10，25)，其特徵在於轉子(1，2)以高速旋轉以致於螺旋線的取向幾乎與圓周具有同一個方向，並且排出擠壓設備的圓柱形塑料製品被一個拖出裝置(18)拖拽使得塑料分子在圓周方向的取向減少，從而使得製成品的取向角變小，最好約在50至60度中間。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於排出擠壓設備的圓柱形的預製型坯被拖出裝置(18)拖拽至位於擠壓設備後的回火心軸使得塑料分子在圓周方向的伸長進一步增加，但是由於同時產生的軸向伸長，取向角將比原來的要小，最好在50至60度之間。
19.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於塑料纖維(F)在通過一個冷的心軸或擠壓設備的製品上被旋壓和結晶。
20.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於交叉耦合的和非交叉耦合的塑料的混合物(S』)被用一個熱的心軸(26)加熱到交叉耦合的溫度。
21.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於心軸的長度和相應的回火和/或作用時間根據擠壓速率加以調節。
22.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於該方法是在一個更高的溫度進行，從而製成一個具有標準尺寸的製品並被拖到生產線上的其他裝置，如冷卻槽，此後製品的製造溫度被降到取向溫度附近，從而使取向被固定。
23.根據權利要求22所述的方法，其特徵在於利用增加回火部分降低溫度。
全文摘要
本發明涉及一種擠壓設備,該設備用於製造圓柱形塑料製品或在制品上塗敷至少一層塑料。抗壓設備包括至少一個圓錐形定子(3,4,5),至少一個圓錐形轉子(1,2),與至少一個位於它們之間的圓錐形的供料孔道(6,7,8,9)用於將要被擠壓的塑料(M)壓進一個擠壓孔道(10)。在轉子(1,2)的端部具有用於纖維分離和/或使塑料(M)取向的裝置(23;12,13;24;38,39)。本發明還涉及一種在製造或塗敷圓柱形塑料製品時進行纖維分離和/或塑料取向的方法。
文檔編號B29C47/52GK1190924SQ96195095
公開日1998年8月19日 申請日期1996年5月8日 優先權日1995年6月26日
發明者卡裡·基裡亞瓦伊寧, 於裡·耶爾文屈萊 申請人:科訥瑙有限公司