[发明专利]用于加工聚合物材料的机器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工聚合物材料的机器。

特别地，本发明涉及一种包括定子、可绕转动轴旋转的并与该定子连接的转子和在所述定子和转子之间用于加工所述聚合物材料的加工通道的机器。

背景技术

本发明通常涉及上述类型的机器，并配置为通过将至少两种组分进行融化或混合或脱气以加工聚合物材料，其中第一组分是粘性液体，而另一个第二组分是粘性液体或颗粒状固体或气体或上述成分的组合。

用于加工上述类型的聚合物材料的机器包括螺杆机或螺杆挤出机，其中螺杆在圆柱(cylinder)中是可旋转的，从而限定螺旋状加工通道。

所述螺杆机具有一些缺陷。

首先，所述螺杆机中的聚合物的流速受如下事实限制：通过流动通道的宽度是螺距的函数，相应地，螺距是螺杆的角度和螺纹的厚度的函数，以及受如下事实限制：聚合物材料的流动有两个速度分量，其中只有一个速度分量有助于该材料流向输出，决定排放流速。聚合物材料的流动具有平行于该螺纹且为螺旋角的余弦函数的速度分量，和垂直于该螺纹且为螺旋角的正弦函数的速度分量，其对所述通道内的材料朝向输出的流动没有贡献。由于速度分量的这种分布，物理上不可能知道是哪些流体颗粒沿两个路径中的一个或另一个路径行进。特别是，不可能知道是哪些颗粒沿着垂直于所述螺纹的环路行进，然而，在某些情况下，沿轨迹控制液体的速度剖面(speedprofile)和其变形将是特别感兴趣的。

所述螺杆机还存在其他问题，例如不充分且低效的液体的延展分布，不充分的且低效的气液二相混合物的脱气，不充分的且低效的热塑性固体物质的融化。

在前两种情况下，加工问题与液体颗粒穿过位于螺纹和圆柱之间的间隙相关联。在这些情况下，事实上，相当大量的液体颗粒沿着平行于螺纹的轨迹设置，而不是沿垂直于螺纹的环形轨迹设置，从理想的过程中溢出。为了弥补这个缺陷，已知的解决方案是通过加长所关注的段从而增加所述挤出机的局部环形流速。这增加了所有颗粒以理想的方式进行“变形”的概率。所需的流速增加通常是非常显著的且范围是从排放流速的理论最小值的4倍、6倍到20倍以上。然而，远远大于必须的混合或脱气区域的设计，导致了相当大的缺陷，包括更高的投资、更大的占用空间、降低的能源效率和聚合物材料的降解风险。

最后，螺杆机要经受脱气烟道区域中的污垢。在螺杆机中，脱气经过形成于所述圆柱的表面上的液体薄膜、在液体/气体交界面处发生。因为聚合物材料中的至少一部分，无论多小，必须要与圆柱和螺杆二者相接触从而允许其供给，与圆柱和螺杆二者相接触的这部分材料是强制性的，从而在脱气烟道的前方经过，每一轮一次，并因此“弄脏”该烟道区域。

为了弥补上述缺陷，机器已被设想为使用环状加工通道以加工聚合物材料，换句话说，不是螺旋状的加工通道。

例如，在美国专利申请US5,200,204(DouglasJ.Horton)，US4,012,477(Beck)，US4,813,863(GranvilleJ.Hahn)，US4,501,543(Rutledge)，US3,880,564(Beck)中，已知一种机器包括圆柱形转子、具有用于该转子的底座的定子以及在该转子与该定子之间形成的加工通道。环状加工通道的形成是由于如下事实：该定子的底座的直径大于转子的直径，该转子相对于该底座以可旋转的方式绕旋转偏心轴安装，或该底座具有椭圆形的形状。

用于加工聚合物材料的机器的另一种类型如US4,194,841(Z.Tadmor)、US4,606,646(S.Metha)以及WO2008071782(G.Ponzielli)中所示。如上所述的所有专利都示出了具有形成在转子中的环状加工通道的挤出机。

如上所述的多种机器的主要缺陷在于如下事实：既不可能在某些情况下，也不仅在其他情况下，局部改变加工通道的高度并且因此根据特定的需要沿着路径点对点限定加工通道。

发明内容

本发明的目的是提供一种如上所述类型的且不受已知的现有技术中的缺陷影响的机器。

根据本发明，提供了一种用于加工聚合物材料的机器，所述机器包括绕转动轴可旋转的转子；与该转子密封地连接的定子；至少一个环形凹槽，沿着小于360°的角度在所述定子中延伸并与该转子形成用于所述聚合物材料的加工通道；至少一个输入通道，用于将该聚合物材料供给到该加工通道；以及输出通道，用于从所述加工通道排出该聚合物材料。

由于本发明，可以提供一种具有适合于加工类型的几何特性的加工通道，必须设计用于该加工类型的且没有特殊结构限制的机器。