專利名稱：增大通過小孔的液體流速的設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及改變通過小孔的液體流速。
對(duì)熔融液體如熱塑性聚合物進(jìn)行擠壓以形成纖維和非編織布通常涉及迫使熔融聚合物通過多個(gè)小孔以形成多股熔融絲條，使熔融絲條與流體(通常為空氣)接觸，引導(dǎo)它們形成細(xì)絲或纖維并使其變細(xì)。然后將變細(xì)的細(xì)絲或纖維無序地沉積在表面上以形成非編織布。
制備非編織布所用的更普通和熟知的工藝是熔噴法、共成形法和紡粘法。
熔噴法的參考文件包括(例如)美國(guó)專利Perry，Jr.的No.3,016,599，Prentice的No.3,704,198，Keller等人的No.3,755,527，Butin等人的No.3,849,241，Butin等人的No.3,978,185和Wisneski等人的No.4,663,220.同時(shí)參見V.A.Wente，“超細(xì)熱塑料纖維”，工業(yè)和工程化學(xué)，Vol.48，No.8，pp.1342-1346(1956)；V.A.Wente等人，“超細(xì)有機(jī)纖維的制造”，海軍研究實(shí)驗(yàn)所，華盛頓特區(qū)，NRL(海軍研究實(shí)驗(yàn)所)報(bào)告4364(111437)，1954年5月25日，美國(guó)商務(wù)部，技術(shù)服務(wù)處；以及Robert R.Butin和Dwight T.Lohkamp，“熔噴法-新型非編織產(chǎn)品的一步成布工藝”，紙漿和造紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)雜志，Vol.56，No.4，pp.74-77(1973)。
共成形法的參考文件(即公開一種其中當(dāng)形成熔噴法纖維時(shí)混合有纖維或顆粒的熔噴法工藝的文件)包括美國(guó)專利Anderson等人的No.4,100,324和Hauser的No.4,118,531。
最后，紡粘法的參考文件其中包括美國(guó)專利Kinney的No.3,341,394，Dorschner等人的No.3,655,862，Dorschner等人的No.3,692,618，Dobo等人的No.3,707,068，Matsuki等人的No.3,802,817，Porte等人的No.3,853,651，Akiyama等人的No.4,064,605，Harmon等人的No.4,091,140，Schwartz等人的No.4,100,319，Appel和Morman的No.4,340,563，Appel和Morman的No.4,405,297，Hartman等人的4,434,204，Greiser和Wagner的No.4,627,811，以及Fowells的No.4,644,045。
熔體擠壓工藝通常遇到的某些困難或問題是(僅作為例示)聚合物的熱降解、擠壓模具的堵塞，以及纖維直徑、產(chǎn)量和生產(chǎn)率或和生產(chǎn)線速度方面的限制。纖維直徑通常是擠出聚合物的小孔直徑的函數(shù)，雖然使纖維變細(xì)的流體的溫度和速度可以有顯著影響。對(duì)于某些用途，希望纖維直徑小于約10微米。產(chǎn)量主要是聚合物熔體流速的函數(shù)，而生產(chǎn)率大部分取決于產(chǎn)量。換句話說，產(chǎn)量和生產(chǎn)率通常取決于被擠壓的熔融聚合物的粘度。剛才敘述的困難和問題大部分是由于控制熔體粘度以努力獲得所要的產(chǎn)量和/或生產(chǎn)率而產(chǎn)生的。因此，以改進(jìn)熔體粘度控制為基礎(chǔ)的熔體擠壓工藝中存在改進(jìn)的可能性。
發(fā)明概述本發(fā)明通過提供一種設(shè)備和方法來解決上述某些困難和問題，該設(shè)備和方法用于通過對(duì)一部分增壓液體施加超聲能量來增大通過小孔的增壓液體的流速。
該設(shè)備包括一個(gè)形成適合于接受增壓液體的腔室的壓模殼體和一個(gè)用于對(duì)一部分增壓液體施加超聲能量的裝置。該壓模殼體包括適合于接受增壓液體的腔室、適合于向腔室供給增壓液體的入口和一個(gè)由壓模頂端的壁形成的出口小孔(或多個(gè)出口小孔)，該出口小孔適合于接受從腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體。一般說來，施加超聲能量用的裝置位于腔室內(nèi)。例如，該施加超聲能量用的裝置可以是一個(gè)浸入式號(hào)角形超聲裝置。根據(jù)本發(fā)明，該施加超聲能量用的裝置以這樣一種方式安置在腔室內(nèi)，使得不會(huì)將超聲能量施加在壓模頂端上(也就是形成出口小孔的壓模頂端的壁上)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該壓模殼體可以有第一端部和第二端部。壓模殼體的一端形成一個(gè)壓模頂端，該壓模頂端的壁形成一個(gè)出口小孔，該小孔適合于接受從腔室來的增壓液體并使增壓液體沿第一軸線流出。該向一部分增壓液體施加超聲能量用的裝置是一種具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置。該號(hào)角形裝置適合于在受超聲能量激發(fā)時(shí)具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線。該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得號(hào)角形裝置的第一端部位于壓模殼體的外部而第二端部位于壓模殼體內(nèi)部的腔室中，并緊鄰該出口小孔。
號(hào)角形超聲裝置的縱向激發(fā)軸線最好基本上與第一軸線平行。而且，號(hào)角形裝置的第二端部的橫截面積最好基本上等于或大于壓模殼體中包圍所有出口小孔的最小面積。在受超聲能量激發(fā)時(shí)，號(hào)角形超聲裝置適合于對(duì)腔室(由壓模殼體形成)內(nèi)的增壓液體施加超聲能量但并不施加在壓模頂端上，該壓模頂端的壁形成出口小孔。
本發(fā)明考慮使用一種具有振動(dòng)裝置的號(hào)角形超聲裝置，該振動(dòng)裝置接合在號(hào)角形裝置的第一端部上。該振動(dòng)裝置可以是一個(gè)壓電換能器或一個(gè)磁致伸縮換能器。換能器可以直接耦合在號(hào)角形裝置上或利用一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管耦合在號(hào)角形裝置上。該細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管可以具有任何所要的輸入∶輸出機(jī)械激發(fā)比，雖然1∶1和1.5∶1的比例對(duì)許多用途是典型的。超聲能量通常具有約15kHz到約100kHz的頻率，雖然也考慮其它頻率。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，出口小孔的直徑可以小于約0.1英寸(2.54mm)。例如，出口小孔可以具有從約0.0001到約0.1英寸(0.00254到2.54mm)的直徑。作為另一個(gè)例子，出口小孔可以具有從約0.001到約0.01英寸(0.0254到0.254mm)的直徑。
根據(jù)本發(fā)明，出口小孔可以是單個(gè)出口小孔或多個(gè)出口小孔。出口小孔可以是出口毛細(xì)管。該出口毛細(xì)管的長(zhǎng)度直徑(L/D比)的范圍可以是從約4∶1到約10∶1。當(dāng)然，出口毛細(xì)管可以具有小于4∶1或大于10∶1的L/D比。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該出口小孔是自凈化的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可以適合于乳化一種增壓的多組分液體。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可以適合于產(chǎn)生液體噴霧。例如，該設(shè)備可以適合于產(chǎn)生微細(xì)化的液體噴霧。另外和/或附加地，該設(shè)備可以適合于產(chǎn)生均勻的錐形液體噴霧。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可以適合于使增壓液體產(chǎn)生空穴。
本發(fā)明包括一種增大通過小孔的增壓液體流速的方法。該方法涉及向上述設(shè)備供給增壓液體、在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置(并不將超聲能量施加在壓模頂端上)，并使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔。
根據(jù)本發(fā)明，增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)通過同一出口流出同一壓模殼體的同一增壓液體至少大25％左右。例如，增壓液體的流速至少大75％左右。作為另一個(gè)例子，增壓液體的流速至少大200％左右。
一般說來，實(shí)現(xiàn)增壓液體流速的增大可以不必顯著提高增壓液體溫度和/或不必顯著提高增壓液體的供給壓力。
本發(fā)明考慮，在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置(也即激發(fā)號(hào)角形超聲裝置)并使液體流出壓模頂端中的出口小孔的方法步驟還可以包括使出口小孔自凈化的步驟。本發(fā)明也考慮，在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置的方法步驟還可以包括乳化增壓多組分液體的步驟。
本發(fā)明考慮，使液體流出壓模頂端中的出口小孔的步驟還可以包括產(chǎn)生液體噴霧的步驟，包括(但不限于)微細(xì)化的液體噴霧和均勻的錐形液體噴霧。本發(fā)明也考慮，在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模頂端中的出口小孔的步驟還可以包括使增壓液體產(chǎn)生空穴的步驟。
本發(fā)明的設(shè)備和方法在增壓液體流出小孔的場(chǎng)合有非常廣泛的用途。例如，該設(shè)備和方法可以用于液體燃料燃燒器用的燃料噴射器。示范性的燃燒器包括(但不限于)鍋爐、爐窯、工業(yè)用爐和民用爐、燃燒爐。本設(shè)備和方法可以用于非連續(xù)流動(dòng)內(nèi)燃機(jī)(如往復(fù)式活塞汽油機(jī)和柴油機(jī))用的燃料噴射器中。本設(shè)備和方法也可以用于連續(xù)流動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)(如斯特林循環(huán)熱動(dòng)機(jī)和氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))用的燃料噴射器中。
本發(fā)明的設(shè)備和方法可以用于乳化多組分液體燃料以及液體燃料添加劑和污染物。
本發(fā)明的設(shè)備和方法也可以用于在各種裝置中的開路或閉路液壓系統(tǒng)中提供流動(dòng)控制，這些裝置包括(但不限于)汽車、建筑裝置、工業(yè)裝置、農(nóng)業(yè)裝置和機(jī)器人。
本發(fā)明的設(shè)備和方法可以用于通過使用諸如超聲控制熱膨脹閥之類設(shè)備來控制液體冷凍劑的相變速率。本發(fā)明的設(shè)備和方法也可以對(duì)許多種食品特別是易于有粘性的食品提供物料轉(zhuǎn)移和容器填充操作的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的設(shè)備和方法也可以通過對(duì)噴霧形成一定程度的控制來提供噴霧操作中的優(yōu)點(diǎn)，這些控制包括(但不限于)諸如液滴粒徑、液滴粒徑的均勻性、噴霧圖形形狀和/或噴霧密度均勻性之類特性。
本發(fā)明包括一個(gè)用于將液體燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)中的超聲燃料噴射設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)形成適合于接受增壓液體燃料的腔室的壓模殼體和一個(gè)將超聲能量施加到一部分增壓液體燃料上的裝置。該壓模殼體包括適合于接受增壓液體燃料的腔室、適合于向該腔室提供增壓液體燃料的入口和一個(gè)出口小孔(或多個(gè)出口小孔)，后者由壓模頂端的壁形成并適合地接受從腔室來的增壓液體燃料并使液體燃料流出壓模殼體。該施加超聲能量用的裝置安置在腔室內(nèi)并可以是(例如)一種浸入式號(hào)角形超聲裝置。根據(jù)本發(fā)明，該施加超聲能量用的裝置以這樣一種方式安置在腔室內(nèi)，就是使得沒有超聲能量施加在壓模頂端上(也就是形成出口小孔的壓模頂端的壁上)。
在超聲燃料噴射設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，該壓模殼體可以具有第一端部和第二端部而該出口小孔適合于接受從腔室來的增壓液體燃料并使增壓液體燃料沿第一軸線通過。該向一部分增壓液體燃料施加超聲能量用的裝置是一個(gè)具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置。該號(hào)角形裝置在用超聲能量激發(fā)時(shí)適合于有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線。該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在壓模殼體的外部而第二端部安置在壓模殼體的內(nèi)部并鄰近出口小孔。或者是，該號(hào)角形裝置的第一端部和第二端部可以安置在壓模殼體的內(nèi)部。
該號(hào)角形超聲裝置的縱向激發(fā)軸線最好基本上與第一軸線平行。而且，該號(hào)角形裝置的第二端部的橫截面積最好基本上等于或大于包圍壓模殼體中所有出口小孔的最小面積。
該超聲燃料噴射設(shè)備可以有一個(gè)具有振動(dòng)裝置的號(hào)角形超聲裝置，該振動(dòng)裝置接合在號(hào)角形裝置的第一端部上。該振動(dòng)裝置可以是一個(gè)壓電換能器或一個(gè)磁致伸縮換能器。換能器可以直接耦合在號(hào)角形裝置上或利用一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管耦合在號(hào)角形裝置上。該細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管可以具有任何所要的輸入∶輸出機(jī)械激發(fā)比，雖然1∶1和1.5∶1的比例對(duì)許多用途是典型的。超聲能量通常具有約15kHz到約100kHz的頻率，雖然也考慮其它頻率。
本發(fā)明包括一種利用超聲能量在熔融擠壓過程中幫助熔融擠壓熱塑性聚合物(例如)成為纖維和非編織布的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括一個(gè)壓模殼體和一個(gè)對(duì)一部分熔融熱塑性聚合物施加超聲能量用的裝置。該壓模殼體設(shè)有適合于接受熔融熱塑性聚合物的腔室、適合于向腔室供給熔融熱塑性聚合物的入口小孔(即入口)和適合于接受從腔室來的熔融熱塑性聚合物并擠壓聚合物的擠出小孔(即出口小孔)。
本發(fā)明也包括一個(gè)形成纖維的方法。該方法涉及供給熔融熱塑性聚合物和通過壓模裝置中的擠出小孔(即出口小孔)擠壓聚合物以形成絲條。該壓模裝置將是如上所述的一個(gè)壓模殼體和一個(gè)將超聲能量施加在一部分熔融熱塑性聚合物上用的裝置。該施加超聲能量用的裝置可以至少部分也受熔融熱塑性聚合物的包圍，并且適合于當(dāng)熔融熱塑性聚合物流入擠出小孔(即出口小孔)時(shí)將超聲能量施加在熔融熱塑性聚合物上。在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)，用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置。然后使從擠出小孔(即出口小孔)擠出的絲條變細(xì)，以形成纖維。
本發(fā)明還考慮一種從熱塑性聚合物形成沿其長(zhǎng)度具有夾帶氣泡的纖維的方法。該方法也涉及供給熔融熱塑性聚合物和通過壓模裝置中的擠出小孔(即出口小孔)擠壓聚合物以形成絲條。該壓模裝置可以是如上所述的一個(gè)壓模組件和一個(gè)將超聲能量施加在一部分熔融熱塑性聚合物上的號(hào)角形超聲裝置。在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)，在足以維持產(chǎn)生空穴的條件下用超聲能量激發(fā)該號(hào)角形超聲裝置。然后使從擠出小孔(即出口小孔)擠出的絲條變細(xì)，以形成纖維。
在熔融熱塑性聚合物絲條內(nèi)形成氣泡的過程中可以產(chǎn)生空穴，這些氣泡仍然被夾帶。形成纖維的變細(xì)過程拉長(zhǎng)氣泡但并不破壞氣泡。由于存在氣泡，纖維的密度小于不存在夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度。作為例子，含有氣泡的纖維的密度可以小于不存在夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度的約90％。作為另一個(gè)例子，纖維的密度可以位于不存在夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度的約20％到約90％的范圍內(nèi)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意橫截面圖。
圖2和3是根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例制備的纖維的顯微照片，其纖維具有夾在其中的氣泡。
圖4～8是不施加超聲能量和施加兩個(gè)不同功率水平的超聲能量時(shí)不同溫度下通過小孔的聚合物流速的圖線。
發(fā)明詳述如本文中所用的，術(shù)語“液體”指物體的介于氣體和固體之間的無定型的(非結(jié)晶的)形狀，其中分子濃度比氣體中要大得多，但比固體中要小得多。一種液體可以具有單一組分或多種組分。這些組分可以是其它液體、固體和/或氣體。例如，液體的特征是能夠由于外加的力而流動(dòng)。在力的施加下立即流動(dòng)而且其流動(dòng)速率正比于外加的力的液體通常被稱為牛頓液體。某些液體當(dāng)外加力時(shí)具有反常的流動(dòng)響應(yīng)并呈現(xiàn)非牛頓型的流動(dòng)性質(zhì)。
如本文中所用的，術(shù)語“熱塑性聚合物”和“熱塑性物料”指一種受熱時(shí)軟化而在冷卻至室溫時(shí)恢復(fù)到其初始狀態(tài)的高聚合物。該術(shù)語意味著包括任何能夠被熔融擠出的熱塑性聚合物。該術(shù)語也意味著包括兩種或更多種聚合物和交替共聚物、無規(guī)共聚物、嵌段共聚物的混合。熱塑性聚合物的例子包括(僅作為舉例說明)封端聚縮醛類，如聚氧化亞甲基或聚甲醛、聚三氯乙醛、聚正戊醛、聚乙醛、聚丙醛等；丙烯共聚物類，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚異丁烯酸、聚丙烯酸乙酯、聚異丁烯酸甲酯等；碳氟聚合物類，如聚四氟乙烯、全氟化乙烯-丙烯共聚物類、乙烯-四氟乙烯共聚物類、聚氯三氟乙烯、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、聚乙烯叉氟、聚乙烯基氟等；聚酰胺類，如聚6-氨基己酸或聚己內(nèi)酰胺、聚六甲撐己二酰二胺、聚六甲撐癸二酰二胺、聚11-氨基十一烷酸等；聚芳酰胺類，如聚亞氨基-1，3-苯撐亞氨基異酞酰或聚間苯撐異酞酰胺等；聚對(duì)二甲苯類，如聚對(duì)苯二甲基、聚氯對(duì)苯二甲基等；聚芳醚類，如聚氧基-2，6-二甲基-1，4-苯撐或聚對(duì)苯撐氧等；聚芳砜類，如聚氧-1，4-苯撐磺酰-1，4-苯撐氧-1，4-苯撐-異丙叉-1，4-苯撐、聚磺酰-1，4-苯撐氧-1，4-苯撐磺酰-4，4′-二苯撐等；聚碳酸酯類，如聚雙酚A或聚羰基二氧-1，4-苯撐異丙叉-1，4苯撐等；聚酯類，如聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯、聚四亞甲基對(duì)苯二甲酸酯、聚環(huán)乙烯-1，4-二甲叉對(duì)苯二甲酸酯或聚氧甲叉-1，4-環(huán)己烯甲叉氧對(duì)酞酰等；聚芳硫酯類，如聚對(duì)苯撐硫酯或聚硫-1，4-苯撐等；聚亞胺類，如聚均苯四酸亞胺-1，4-苯撐等；聚烯烴類，如聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚2-丁烯、聚1-戊烯、聚2-戊烯、聚3-甲基-1-戊烯、聚4-甲基-1-戊烯、1，2-聚-1，3-丁二烯、1，4-聚-1，3-丁二烯、聚異戊間二烯、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯叉氯、聚苯乙烯等；上述聚合物的共聚物，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物等；等等。
作為例子，熱塑性聚合物可以是一種聚烯烴，其例子如上所述。作為另一個(gè)例子，該熱塑性聚合物可以是一種只包含氫和碳原子并通過一種或多種不飽和單體加成聚合而制備的聚烯烴。此類聚烯烴的例子尤其包括聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚2-丁烯、聚1-戊烯、聚2-戊烯、聚3-甲基-1-戊烯、聚4-甲基-1-戊烯、1，2-聚-1，3-丁二烯、1，4-聚-1，3-丁二烯、聚異戊間二烯、聚苯乙烯等，以及兩種或更多種此類聚烯烴和由兩種或更多種不同的不飽和單體制備的交替共聚物、無規(guī)共聚物、嵌段共聚物的混合物。
如本文中所用的，術(shù)語“節(jié)點(diǎn)”指號(hào)角形超聲裝置縱向激發(fā)軸線上的那個(gè)點(diǎn)，在超聲能量激發(fā)時(shí)該點(diǎn)處不產(chǎn)生號(hào)角形裝置的縱向運(yùn)動(dòng)。在本技術(shù)中以及在本說明書中，節(jié)點(diǎn)的英文名稱node有時(shí)也稱為nodalpoint。
術(shù)語“緊鄰”在本文中只用于定性意義。也就是，該術(shù)語用于指施加超聲能量的裝置離出口小孔(如擠出小孔)足夠近，以便將超聲能量主要施加在通入出口小孔(如擠出小孔)的液體(如熔融的熱塑性聚合物)。該術(shù)語并不用于限定距擠出小孔的特定距離的意思。
如本文中所用的，術(shù)語“熔體流速”指在一定溫度下在壓力或載荷下在一個(gè)規(guī)定時(shí)間期間流過一個(gè)小孔的物質(zhì)量。熔體流速用質(zhì)量除以時(shí)間的單位(如克/10分鐘)表示。熔體流速的測(cè)定方法是，按照ASTM試驗(yàn)方法D1238-82“熱塑性塑料的流速利用擠出式塑度儀的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”，利用一臺(tái)VE4-78型擠出式塑度儀(美國(guó)賓夕法尼亞州Willow Grove市的Tinius Olsen試驗(yàn)機(jī)公司)，在規(guī)定溫度(如180℃)下在2.160kg載荷下在規(guī)定時(shí)間期間(如10分鐘)測(cè)量流過一個(gè)直徑2.0995±0.0051mm的小孔的熔融熱塑性聚合物的量。
如本文中使用的，“基本上由……組成”并不排除不顯著影響一種給定成分或產(chǎn)品的所需特性的附加物料的存在。此類物料的例子包括(不受限制)顏料、抗氧化劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、蠟、流動(dòng)促進(jìn)劑、溶劑、粉粒和被加入以增強(qiáng)成分的可處理性的物料。
一般說來，本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)壓模殼體和一個(gè)將超聲能量施加在一部分增壓液體(如熔融的熱塑性聚合物、烴油類、水、稀漿、懸浮體等)上用的裝置。壓模殼體形成一個(gè)適合于接受增壓液體的腔室、一個(gè)向該腔室供給增壓液體的入口(如入口小孔)和一個(gè)出口小孔(如擠出小孔)，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體的出口小孔。施加超聲能量用的裝置安置在腔室內(nèi)。例如，施加超聲能量用的裝置可以部分安置在腔室內(nèi)或者該施加超聲能量用的裝置可以完全安置在腔室內(nèi)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖中示出不一定成比例的用于通過小孔增大增壓液體流速的示范性設(shè)備。設(shè)備100包括一個(gè)壓模殼體102，后者形成一個(gè)適合于接受增壓液體(如油、水、熔融熱塑性聚合物、漿液等)的腔室104。壓模殼體102有一個(gè)第一端部106和一個(gè)第二端部108。壓模殼體102也有一個(gè)入口110(如入口小孔)，適合于向腔室104供給增壓液體。在壓模殼體102的第一端106中設(shè)置一個(gè)出口小孔112(它也可以稱為擠出小孔)；該出口小孔適合于接受從腔室104來的增壓液體并使其沿第一軸線114流出壓模殼體102。在壓模殼體102的第二端部108中安置一個(gè)號(hào)角形超聲裝置116。該號(hào)角形超聲裝置有一個(gè)第一端部118和一個(gè)第二端部120。號(hào)角形裝置116以這樣一種方式安置在壓模殼體102的第二端部108中，使得號(hào)角形裝置116的第一端部118安置在壓模殼體102的外部而號(hào)角形裝置116的第二端部120安置在壓模殼體102內(nèi)部的腔室104中，并緊鄰出口小孔112。在受超聲能量激發(fā)時(shí)，該號(hào)角形裝置116適合于有一個(gè)節(jié)點(diǎn)122和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線124。希望第一軸線114和機(jī)械激發(fā)軸線124基本上平行。更希望第一軸線114和機(jī)械激發(fā)軸線124基本上重合，如圖1中所示。
本發(fā)明設(shè)備的大小和形狀可以廣泛變化，取決于(至少部分地)出口小孔(如擠出小孔)的數(shù)目和配置與施加超聲能量用的裝置的操作頻率。例如，壓模殼體可以是圓筒形的、長(zhǎng)方體的或任何其它形狀。此外，該壓模殼體可以有單獨(dú)一個(gè)出口小孔或多個(gè)出口小孔。多個(gè)出口小孔可以配置成一個(gè)圖形，包括(但不限于)直線性圖形或圓形圖形。
施加超聲能量用的裝置安置在腔室內(nèi)，通常至少部分受增壓液體的包圍。此種裝置適合于當(dāng)增壓液體流入出口小孔時(shí)給液體施加超聲能量。換一種說法，此種裝置適合于在每個(gè)出口小孔的附近將超聲能量施加在一部分增壓液體上。此種裝置可以完全或部分地安置在腔室內(nèi)。
當(dāng)施加超聲能量用的裝置是一個(gè)號(hào)角形超聲裝置時(shí)，該號(hào)角形裝置方便地延伸通過壓模殼體，例如通如圖1中表示的壓模殼體第一端部。但是，本發(fā)明包括其它構(gòu)型。例如，該號(hào)角形裝置可以延伸通過壓模殼體的一個(gè)壁，而不是通過一個(gè)端部。此外，第一軸線或號(hào)角形裝置的縱向激發(fā)軸線都并非必須豎直。如果需要，號(hào)角形裝置的縱向機(jī)械激發(fā)軸線可以與第一軸線成一個(gè)角度。然而，希望號(hào)角形超聲裝置的縱向機(jī)械激發(fā)軸線與第一軸線基本上平行。更希望號(hào)角形超聲裝置的縱向機(jī)械激發(fā)軸線與第一軸線基本上符合，如圖1中所示。
如果需要，在壓模殼體形成的腔室內(nèi)可以安置多于一個(gè)施加超聲能量用的裝置。此外，單獨(dú)一個(gè)裝置可以將超聲能量施加在鄰近一個(gè)或多個(gè)出口小孔的部分增壓液體上。
將超聲能量施加在多個(gè)出口小孔上可以通過許多方法來完成。例如，再一次參考號(hào)角形超聲裝置的使用，該號(hào)角形裝置的第二端部可以有一個(gè)足夠大的橫截面，以便對(duì)壓模殼體中所有出口小孔鄰近處的部分增壓液體施加超聲能量。在這種情況下，號(hào)角形超聲裝置的第二端部的的橫截面最好近似地等于或大于包括壓模殼體中所有出口小孔的最小面積(即等于或大于壓模殼體中同一腔室內(nèi)產(chǎn)生的各出口小孔的面積之和的最小面積)?；蛘呤牵?hào)角形裝置的第二端部可以有多個(gè)凸出部或頂端，其數(shù)目等于出口小孔的數(shù)目。在這種情況下，每個(gè)凸出部或頂端的橫截面積最好近似等于或小于緊鄰該凸出部或頂端的出口小孔的橫截面積。
如已經(jīng)提到的，術(shù)語“緊鄰”在本文中用于指施加超聲能量用的裝置離出口小孔足夠近，以便將超聲能量主要施加在流入出口小孔的增壓液體上。施加超聲能量用的裝置離出口小孔的實(shí)際距離在任何給定的情況下將依賴于許多因素，其中的一些因素是增壓液體的流速(如熔融熱塑性聚合物的熔體流速或液體的粘度)、相對(duì)于出口小孔橫截面積施加超聲能量用的裝置的端部的橫截面積、超聲能量的頻率、施加超聲能量用的裝置的增益(例如施加超聲能量用的裝置的縱向機(jī)械激發(fā)的大小)、增壓液體的溫度，以及液體流出出口小孔的速率。
通常，施加超聲能量用的裝置離給定狀態(tài)的出口小孔的距離可以由本技術(shù)的一般熟練人員容易地決定而無需不適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)。在實(shí)際中，該距離為約0.002英寸(約0.05mm)到約1.3英寸(約33mm)，但是可以采用更大的距離。該距離決定超聲能量被施加到除了即將進(jìn)入出口小孔的增壓液體以外的增壓液體上的程度；也即，距離越大，接受超聲能量的增壓液體的量就越大。因此，通常希望距離較短，以便盡可能減小可能由于液體對(duì)超聲能量的暴露而產(chǎn)生的增壓液體的變壞和其它不良效果。
本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是自凈化。也就是，供給壓力和由于超聲激發(fā)將超聲能量供給增壓液體用的裝置(沒有將超聲能量直接施加到小孔上)而產(chǎn)生的力的組合能夠清除看來要堵塞出口小孔(如擠出小孔)的障礙。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)施加超聲能量用的裝置受超聲能量激發(fā)(沒有將超聲能量直接施加到小孔上)而出口小孔接受從腔室來的增壓液體并讓液體流出壓模殼體時(shí)，該出口小孔適合于自凈化。最好是，該施加超聲能量用的裝置是一種具有縱向機(jī)械激發(fā)軸線的浸入式號(hào)角形超聲裝置，其中安置在壓模殼中的號(hào)角形裝置的最靠近小孔的端部緊鄰出口小孔，但并沒有將超聲能量直接施加在出口小孔上。
本發(fā)明包括一種對(duì)壓模裝置的出口小孔進(jìn)行自凈化的方法。該方法包括下列步驟向上述壓模裝置供給增壓液體；用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置(安置在壓模裝置內(nèi))，同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓液體而超聲能量沒有直接施加在出口小孔上；使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔以除去會(huì)堵塞出口小孔的障礙，從而清除出口小孔。
本發(fā)明的一個(gè)方面包括一種用于乳化增壓的多組分液體用的設(shè)備。一般說來，該乳化設(shè)備具有上述設(shè)備的構(gòu)型，當(dāng)施加超聲能量用的裝置受超聲能量激發(fā)而同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓的多組分液體時(shí)，該出口小孔適合于乳化增壓的多組分液體。然后該增壓的多組分液體可以從壓模頂端中的出口小孔流出。該增加的步驟可以增強(qiáng)乳化作用。
本發(fā)明也包括一種乳化增壓的多組分液體的方法。該方法包括下列步驟向上述壓模裝置供給增壓液體；用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置(安置在壓模裝置內(nèi))，同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓液體而超聲能量沒有直接施加在出口小孔上；使液體流出壓模頂端中的出口小孔，從而乳化該液體。
本發(fā)明包括一種產(chǎn)生液體噴霧用的設(shè)備。一般說來，該產(chǎn)生噴霧的設(shè)備具有上述設(shè)備的構(gòu)型，當(dāng)施加超聲能量用的裝置受超聲能量激發(fā)而同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓液體并使液體流出壓模頂端中的出口小孔時(shí)，該出口小孔適合于產(chǎn)生液體噴霧。該設(shè)備可以適合于提供液體的微細(xì)化噴霧(即一種極細(xì)噴霧或極小液滴的噴霧)。該設(shè)備可以適用于產(chǎn)生均勻的錐形液體噴霧。例如，該設(shè)備可以適用于產(chǎn)生這樣一種液體的錐形噴霧，這種噴霧在整個(gè)錐形噴霧范圍內(nèi)具有相當(dāng)均勻的密度或液滴分布。或者是，該設(shè)備可以適用于在整個(gè)錐形噴霧范圍內(nèi)產(chǎn)生不規(guī)則的噴霧圖形和/或不規(guī)則的密度或液滴分布。
本發(fā)明也包括一種產(chǎn)生液體噴霧的方法。該方法包括下列步驟向上述壓模裝置供給增壓液體；用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置(安置在壓模裝置內(nèi))，同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓液體而超聲能量沒有直接施加在出口小孔上；使液體流出壓模頂端中的出口小孔而產(chǎn)生液體噴霧。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以調(diào)整狀態(tài)以產(chǎn)生液體的微細(xì)化噴霧、均勻的錐形噴霧、不規(guī)則圖形的噴霧和/或密度不規(guī)則的噴霧。
本發(fā)明包括一種使增壓液體產(chǎn)生空穴用的設(shè)備。一般說來，該產(chǎn)生空穴的設(shè)備具有上述設(shè)備的構(gòu)型，當(dāng)施加超聲能量用的裝置受超聲能量激發(fā)而同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓液體并使液體流出壓模頂端中的出口小孔時(shí)，該設(shè)備適合于使增壓液體產(chǎn)生空穴。
本發(fā)明也包括一種使增壓液體產(chǎn)生空穴的方法。該方法包括下列步驟向上述壓模裝置供給增壓液體；用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置(安置在壓模裝置內(nèi))，同時(shí)出口小孔接受從腔室來的增壓液體而超聲能量沒有直接施加在出口小孔上；使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔，從而使增壓液體當(dāng)其從腔室中被接受而流出出口小孔時(shí)產(chǎn)生空穴。
本發(fā)明的設(shè)備和方法在使增壓液體流出小孔時(shí)有非常廣泛的用途。例如，該設(shè)備和方法可以用于液體燃料燃燒器的燃料噴射器中。示范性的燃燒器包括(但不限于)鍋爐、爐窯、工業(yè)用爐和民用爐、燃燒爐。這些燃燒器中的許多使用重液體燃料，后者可以利用本發(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行有利的處理。
可以與燃燒噴射器一起使用本發(fā)明的設(shè)備和方法的另一應(yīng)用場(chǎng)合是內(nèi)燃機(jī)。例如，該設(shè)備和方法可以用于非連續(xù)流動(dòng)的往復(fù)式活塞汽油機(jī)和柴油機(jī)用的燃料噴射器中。更具體地說，在燃料噴射器中包括一個(gè)發(fā)出超聲振動(dòng)用的機(jī)構(gòu)。該振動(dòng)元件這樣安置，使得當(dāng)燃料進(jìn)入出口小孔時(shí)該振動(dòng)元件與燃料接觸。該振動(dòng)元件這樣準(zhǔn)直，使得它的振動(dòng)軸線與小孔的軸線相平行。緊接在液體燃料進(jìn)入出口小孔之前，與液體燃料接觸的振動(dòng)元件將超聲能量施加到燃料上。振動(dòng)看來改變了液體燃料的表觀粘性和流動(dòng)特性，導(dǎo)致當(dāng)燃料流進(jìn)入汽缸時(shí)改善其流速和/或改善其霧化狀況。振動(dòng)也導(dǎo)致?lián)羲楹蜎_洗出在出口小孔處的堵塞污染物。振動(dòng)也可以使液體燃料與燃料流中可能存在的其它組分(如液體組分)或添加劑產(chǎn)生乳化。
該設(shè)備和方法可以用于連續(xù)流動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)如斯特林熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用的燃料噴射器中。上類氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括反作用轉(zhuǎn)距發(fā)動(dòng)機(jī)如飛機(jī)的主要和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)、聯(lián)合發(fā)電廠和其它原動(dòng)機(jī)。其它氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括反作用推力發(fā)動(dòng)機(jī)如噴氣飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的設(shè)備和方法可以用于在將液體燃料引入燃燒器(如內(nèi)燃機(jī))的地方乳化多組分液體燃料以及液體燃料添加劑和污染物。例如，可以乳化某些燃料中夾帶的水，從而可以在燃燒器中使用燃料/水混合物?；旌先剂虾?或包括如甲醇、乙醇、柴油、液化丙烷氣、生物柴油等組分的燃料混合物也可被乳化。本發(fā)明在多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中的優(yōu)點(diǎn)是，它可以用于兼容在多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中可能使用的不同燃料的流速特性(如表觀粘度)。
本發(fā)明的設(shè)備和方法也可用于在開路和閉路液壓系統(tǒng)中提供流動(dòng)控制。示范性用途包括(但不限于)汽車傳動(dòng)裝置、動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置、吸震裝置和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)；建筑和農(nóng)業(yè)設(shè)備液壓系統(tǒng)和傳動(dòng)裝置；工業(yè)過程控制設(shè)備、射流放大器和開關(guān)、以及機(jī)器人液壓系統(tǒng)，包括(但不限于)設(shè)計(jì)用于通過在傳動(dòng)部件和無震運(yùn)動(dòng)止動(dòng)件中的溢流調(diào)節(jié)式無級(jí)速度變化來提供精確的壓力控制。
本發(fā)明的設(shè)備和方法提供粘性液體流動(dòng)增強(qiáng)方面的其它用途。例如，本發(fā)明可以用于增強(qiáng)熔融瀝青、粘性顏料、熱的熔融粘合劑、漿液、重油、乳化劑、稀漿和懸浮體等的流動(dòng)。
本發(fā)明的設(shè)備和方法也可用于利用(例如)超聲控制熱膨脹閥來控制液體冷凍劑的相位變化速率。
本發(fā)明的設(shè)備和方法也可有利于許多食品特別是往往有粘性的食品的物料轉(zhuǎn)移和/或容器填充操作。例如，本發(fā)明可以用于同時(shí)處理和填充操作食品乳濁液，包括(但不限于)蛋黃醬、色拉調(diào)味品、涂抹食品等。
本發(fā)明的設(shè)備和方法也可有利于噴霧操作，例如農(nóng)業(yè)噴霧、涂料噴霧、造雪噴霧機(jī)、噴霧加濕器等。本發(fā)明可以對(duì)噴霧提供一定程度的控制，包括(但不限于)這些特性，如霧滴粒徑、霧滴粒徑的均勻性、噴霧圖形分布形狀和/或噴霧密度的均勻性。
如上所述，本發(fā)明也與熱塑性聚合物纖維和從熱塑性聚合物制造纖維的方法有關(guān)。本發(fā)明考慮的方法首先涉及供給一種熔融的熱塑性聚合物并將它通過壓模裝置中的出口小孔(如擠出小孔)擠出，以形成絲條。該壓模裝置是已經(jīng)敘述的設(shè)備。施加超聲能量用的裝置至少受熔融熱塑性聚合物的部分圍繞，當(dāng)熱塑性聚合物流入擠出小孔時(shí)該裝置適合于將超聲能量施加到熔融的熱塑性聚合物上。當(dāng)熔融的熱塑性聚合物被擠出時(shí)，用超聲能量激發(fā)該施加超聲能量用的裝置。然后使擠出的絲條變細(xì)，形成纖維。
通常，供給熔融熱塑性聚合物、擠出聚合物和使擠出聚合物得到的絲條變細(xì)的過程都是根據(jù)本技術(shù)普通熟練人員熟知的工序和做法進(jìn)行的。例如，使絲條變細(xì)而形成纖維可以用機(jī)械方法完成或通過在流體中夾帶纖維。當(dāng)纖維準(zhǔn)備形成為非編織布時(shí)通常采用后一種方法。也就是，將纖維制成非編織布包括使絲條與流體流接觸以使之變細(xì)并將其制成纖維。然后將變細(xì)的絲條或纖維無規(guī)地沉積在收集表面上。
非編織布也可通過下列方法制造將熔融的熱塑性聚合物擠出成為連續(xù)絲條，用機(jī)械方法使絲條變細(xì)，將多根變細(xì)的絲條聚集成為纖維束，將纖維束切割成為切斷纖維(帶有或沒有附加的處理如加捻、假捻等)，將切斷纖維做成非編織布，后者隨后用公知方法粘合。
在一定條件下，將超聲能量施加到一部分熱塑性聚合物上即流入擠出小孔的一部分熱塑性聚合物上，可能導(dǎo)致在擠出的絲條中形成氣泡。當(dāng)絲條冷卻時(shí)氣泡殘留，結(jié)果，氣泡被夾帶。在使絲條變細(xì)時(shí)，氣泡延伸或擴(kuò)展。
通常，在足以保持產(chǎn)生空穴的條件下在擠出的絲條中形成氣泡。產(chǎn)生空穴是在強(qiáng)超聲場(chǎng)中的液體內(nèi)出現(xiàn)的一種公知現(xiàn)象。在液體中，空穴現(xiàn)象屬于在液體中形成氣泡或蒸汽泡，它們隨聲場(chǎng)的音頻交變壓力而膨脹和收縮。但是，鑒于熔融聚合物的極高蒸汽壓和相當(dāng)高的粘度，在熔融熱塑性聚合物中形成氣泡是令人驚奇的。
熔融熱塑性聚合物的空穴產(chǎn)生情況似乎是超聲激發(fā)水平和該熔融熱塑性聚合物進(jìn)入擠出小孔的流速的函數(shù)。例如，在給定的流速或物料通過量之下，增大超聲激發(fā)水平通常能夠誘生空穴，雖然通常存在一個(gè)流速，大于該流速時(shí)不能誘生空穴。
由于在纖維中存在氣泡，因此纖維的密度小于不存在夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度。例如，此種纖維的密度可能小于不存在夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度的約90％。作為另一個(gè)例子，此種纖維的密度可能是不存在夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度的約20％至90％。
本發(fā)明通過下述例子得到進(jìn)一步說明。但是，這些例子不能被認(rèn)為在任何方面限制本發(fā)明的精神或范圍。如例子中所用，術(shù)語“熔體流速”指根據(jù)ASTM方法D-1238測(cè)量的熔體流速。術(shù)語“流速”用于區(qū)別在本發(fā)明的設(shè)備內(nèi)通過出口小孔(如擠出小孔)的增壓液體(如熔融熱塑性聚合物、油等)的用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的流速。
例子1所用的聚合物是聚丙烯，其熔體流速為400克/10分鐘(美國(guó)特拉華州威爾明頓市的Himont公司的Himont HH-441型)，沒有熔體處理添加劑。該聚合物在由南卡羅亞納州Greenville市的Alex James公司制造的恒壓分批擠壓機(jī)中熔融。擠壓機(jī)的主要部件由一個(gè)帶1.0英寸(約25mm)直徑的軸孔的長(zhǎng)約3英寸(約80mm)的壓力桶組成。在壓力桶的端部中裝入一個(gè)直徑1.0英寸(約25mm)和長(zhǎng)約4英寸(約100mm)的增壓活塞，用一個(gè)封裝壓蓋密封。壓力桶的對(duì)置端部裝有用螺栓固定的法蘭，它容納一個(gè)過濾器和密封件，并提供一個(gè)用于將管道連接到壓力桶裝置的出口上的機(jī)構(gòu)。在操作中，壓力桶裝置是通過將它夾在埋置式筒式加熱器的外套中而被加熱的。壓力桶的溫度用熱電偶感測(cè)，熱電偶與壓力桶的外表面接觸。桶中的熔融料通過迫使活塞進(jìn)入桶中而受到增壓。該力由液壓油缸提供。系統(tǒng)壓力由與液壓油缸相連的壓力管上的壓力計(jì)監(jiān)測(cè)。
當(dāng)活塞在恒壓力下被迫進(jìn)入儲(chǔ)液容器時(shí)，通過儲(chǔ)液容器另一端中的出口流出的熔融聚合物進(jìn)入一個(gè)直徑1/4英寸(約6.4mm)的長(zhǎng)約4英寸(約10cm)的不銹鋼管子。該管子連接到圖1中所示的本發(fā)明設(shè)備的入口(如入口小孔)上。
再參照?qǐng)D1，設(shè)備的壓模殼體102是一個(gè)圓筒，其外徑為1.375英寸(約34.9mm)，其內(nèi)徑為0.875英寸(約22.2mm)，其長(zhǎng)度為3.086英寸(約78.4mm)。該壓模殼體的第二端部108的外端0.312英寸(約7.9mm)部分攻有16-螺紋距的螺紋。第二端中的內(nèi)面有一個(gè)斜削邊緣126或倒棱，從第二端部的面128向著第一端部106延伸0.125英寸(約3.2mm)的距離。該倒棱在第二端部的面上使壓模殼體的內(nèi)徑縮小到0.75英寸(約19.0mm)。在壓模殼體中鉆有一個(gè)入口110(也稱為入口小孔)，其中心離第一端部0.688英寸(約17.5mm)，并攻有螺紋。壓模殼體的內(nèi)壁由圓筒形部分130和截頭圓錐形部分132組成。圓筒形部分從第二端部處的倒棱向著第一端部延伸到離第一端部表面0.992英寸(約25.2mm)內(nèi)。截頭圓錐形部分從圓筒形部分延伸0.625英寸(約15.9mm)的距離，終止在第一端部中的螺紋開口134處。螺紋開孔的直徑為0.375英寸(約9.5mm)；該開口的長(zhǎng)度為0.367英寸(約9.3mm)。
壓模頂端136安置在第一端部的螺紋開口中。壓模頂端由具有圓形臺(tái)肩部分140的螺紋圓筒138組成。臺(tái)肩部分厚0.125英寸(約3.2mm)，并有兩個(gè)相隔0.5英寸(約12.7mm)的平行表面(未示出)。在臺(tái)肩部分中鉆有一個(gè)出口小孔112(也稱為擠出小孔)，該小孔向著螺紋部分延伸0.087英寸(約2.2mm)的距離。擠出小孔的直徑為0.0145英寸(約0.37mm)。擠出小孔終止于壓模頂端內(nèi)通道部分142處，通道部分142的直徑為0.125英寸(約3.2mm)，截頭圓錐形部分144使通道部分與擠出小孔相結(jié)合。截頭圓錐形部分的壁與豎直線成30°角。該通道部分從擠出小孔延伸到壓模頂端的螺紋部分端部，由此使壓模殼體形成的倒棱與擠出小孔連接。
施加超聲能量用的裝置是圓筒形號(hào)角形超聲裝置116。號(hào)角形裝置機(jī)加工到在20kHz的頻率處諧振。該號(hào)角形裝置的長(zhǎng)度為5.198英寸(約132.0mm)，該長(zhǎng)度等于諧振波長(zhǎng)的一半，裝置的直徑為0.75英寸(約19.0mm)。號(hào)角形裝置的第一端部118的表面146是鉆孔的并攻有一個(gè)3/8英寸(約9.5mm)的螺柱(未示出)。號(hào)角形裝置在節(jié)點(diǎn)122處加工有套環(huán)148。該套環(huán)寬0.094英寸(約2.4mm)并從號(hào)角形裝置的圓筒形表面向外伸出0.062英寸(約1.6mm)。號(hào)角形裝置在套環(huán)處的直徑為0.875英寸(約22.2mm)。號(hào)角形裝置的第二端部120的終端為長(zhǎng)0.125英寸(約3.2mm)和直徑0.125英寸(約3.2mm)的小圓柱形頂端150。該頂端與號(hào)角形裝置的圓柱形主體由長(zhǎng)約0.5英寸(約13mm)的拋物線截頭部分152隔開。也就是，如截面圖中看到的該截頭部分的曲線為拋物線形狀。該小圓柱形頂端的表面垂直于號(hào)角形裝置的圓柱形壁并安置在離擠出小孔約0.4英寸(約10mm)處。因此，號(hào)角形裝置的頂端表面即號(hào)角形裝置的第二端部安置在壓模頂端螺紋端部中的通道開口的緊上方。
壓模殼體的第一端部108用螺紋帽154密封，螺紋帽也用于將號(hào)角形超聲裝置保持就位。螺紋朝著帽的頂部向上延伸0.312英寸(約7.9mm)。帽的外徑為2.00英寸(約50.8mm)而帽的長(zhǎng)度或厚度為0.531英寸(約13.5mm)。帽中開口的大小能夠容納號(hào)角形裝置；也就是，該開口的直徑為0.75英寸(約19.0mm)。帽中開口的邊緣為倒棱156，后者是壓模殼體的第二端部處的倒棱的鏡像。倒棱處帽的厚度為0.125英寸(約3.2mm)，倒棱底部和螺紋端部之間留下一個(gè)0.094英寸(約2.4mm)的空間，該空間與號(hào)角形裝置上的套環(huán)長(zhǎng)度相同。該空間的直徑為1.104英寸(約28.0mm)。帽的頂部158中鉆了四個(gè)直徑1/4英寸×深度1/4英寸的洞孔(未示出)，相隔90°，用以容納一個(gè)銷扳手。因此，在緊固螺紋帽時(shí)號(hào)角形裝置的套環(huán)被壓緊在兩個(gè)倒棱之間，由此密封由壓模殼體形成的腔室。
一個(gè)輸入∶輸出的機(jī)械激發(fā)比為1∶1.5的Branson公司的鋁質(zhì)細(xì)長(zhǎng)波導(dǎo)管利用一個(gè)3/8英寸(約9.5mm)的螺栓接合在號(hào)角型超聲裝置上。一個(gè)壓電換能器(Branson公司502型轉(zhuǎn)換器)連接在細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管上，該換能器由以20kHz操作的Branson公司1120型電源供給動(dòng)力(美國(guó)康涅狄格州Danbury市Branson聲能公司)。動(dòng)力消耗用Branson公司A410A型功率表監(jiān)測(cè)。
從儲(chǔ)液容器引向壓模殼體的不銹鋼管子和壓模殼體本身用撓性加熱帶卷繞，加熱帶將熱電偶固定在每個(gè)管子和壓模殼體上。儲(chǔ)液容器溫度保持在約177℃，而管子和壓模殼體的溫度分別保持在190℃和260℃。用手提式光學(xué)高溫計(jì)--數(shù)字傳感式K型數(shù)字溫度計(jì)(美國(guó)伊利諾州Niles市Cole-Parmer儀器公司)測(cè)量的壓模頂端溫度為約190℃；擠出聚合物的溫度測(cè)得為約249℃。然后通過液壓油缸將150psig(表壓壓強(qiáng)磅/平方英寸)的液壓壓力施加到活塞上。當(dāng)從擠壓小孔來的熔融聚合物開始流動(dòng)時(shí)，在壓模頂端下方約2英寸(約5cm)處保持的除去皮重的鋁取樣鍋內(nèi)收集了2分鐘的熔體試樣。重新稱重取樣鍋，計(jì)算出以每分鐘克數(shù)(g/min)表示的擠出聚合物流速。然后接通超聲電源，使功率調(diào)整為100％，產(chǎn)生輸出負(fù)荷80瓦。取一個(gè)樣并如上所述計(jì)算流速。
當(dāng)通向號(hào)角形裝置的電源斷開時(shí)，流速為0.05g/min。當(dāng)100％的功率施加給號(hào)角形裝置時(shí)，流速為0.345g/min，雖然在兩種實(shí)驗(yàn)期間擠出壓力也恒定。在同樣的擠出壓力下，根據(jù)本發(fā)明，由于施加超聲能量，流速增大到約7倍。
當(dāng)施加超聲功率而取樣時(shí)，可以注意到，功率表的讀數(shù)稍許不穩(wěn)定，而由號(hào)角形裝置發(fā)出的聲頻諧音的變化似乎匹配功率變化的波形。這些觀察表明，極低的流速使得能夠在號(hào)角形裝置/聚合物界面上產(chǎn)生空穴。隨后進(jìn)行的對(duì)試樣杯中收集的擠出纖維的顯微鏡檢驗(yàn)表明在纖維中存在氣孔，顯然是由于空氣從熔體中跑出而形成的空穴。圖2中示出纖維的顯微圖片。此外，從壓模頂端下方約4英尺(約1.2米)處安置的收集盤中收集到在超聲影響下形成并通過重力拉制成的纖維。示于圖3的這些纖維的顯微照片表明，這些纖維中夾帶的氣泡已經(jīng)被拉長(zhǎng)到其直徑的數(shù)倍。
例子2除了所用聚合物為具有30g/10min的熔體流速的聚丙烯(美國(guó)得克薩斯州休斯頓市美國(guó)Exxon化學(xué)品公司的Escorene PP-3445型，郵編77079)和不用熔體處理添加劑以及細(xì)長(zhǎng)波導(dǎo)管用輸入∶輸出的機(jī)械激發(fā)比為1∶1以外，重復(fù)例子1的步驟。此外，在擠壓系統(tǒng)中加入精密的液壓表和氣動(dòng)壓力表以及一個(gè)精密的空氣壓力調(diào)節(jié)器。同時(shí)，在壓模頂端上固定一個(gè)1/4英寸(約6.4mm)厚的堅(jiān)硬礦石絕緣板層，以盡可以減小熱量損失。
進(jìn)行了六次試驗(yàn)，其條件和結(jié)果匯總于表1。在圖1中，“壓力”欄是例子1中所述的用psig單位表示的液壓，“溫度”欄表示例子1中所述的用℃表示的每個(gè)擠壓器、管子和壓模殼體的溫度，“功率”表示下的“％”欄指施加在號(hào)角形裝置上的最大超聲功率的百分率，“功率”表示下的“瓦”欄指給定的功率設(shè)定下的功率消耗，而“速率”欄指用g/min表示的每次試驗(yàn)測(cè)得的流速。
表1用Escorene PP-3445的試驗(yàn)總結(jié)功率試驗(yàn) 壓力 溫度 ％ 瓦 速率1 150 249 0 0 1.6250 50 1.9010080 3.502 150 232 0 0 1.1650 50 1.3810080 1.74a3 150 221 0 0 0.4450 50 0.59a10080 0.604 200 221 0 0 2.1850 45 2.64a10080 4.14a5 200 232 0 0 1.2450 45 2.5010080 3.50a6 200 249 0 0 1.3550 45 2.6310080 4.35a產(chǎn)生空穴和液流斷裂(形成氣泡)因?yàn)槊看卧囼?yàn)都需要拆卸擠壓機(jī)以便給儲(chǔ)液容器裝載聚合物，所以很難重新裝配擠壓機(jī)而在活塞封裝密封的緊密度、活塞在桶體中的配合、用加熱帶卷繞不銹鋼管子和壓模殼體以及手動(dòng)控制管子和壓模殼體溫度等方面不引入某些變化。這些變量以及其它變量妨礙了對(duì)一項(xiàng)試驗(yàn)與另一項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)密的比較。但是，每項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)部的趨勢(shì)以及試驗(yàn)之間的總的觀測(cè)是有意義的。
顯然，不管擠壓壓力和溫度如何，超聲能量的施加增大了通過擠出小孔的熔融聚合物的流速。改善的程度似乎是擠壓壓力和溫度的函數(shù)。換句話說，增大壓力或溫度會(huì)增大流速，但是壓力的影響似乎更大些。
例子3在這個(gè)例子中，用從美國(guó)佐治亞州Dawsonville市的J&M實(shí)驗(yàn)室公司得到的GM-25-1型格柵熔化器(Grid Melter)代替前兩個(gè)例子中使用的恒壓分批擠壓機(jī)。該裝置能夠每小時(shí)處理25磅聚合物(約每小時(shí)11千克)，并有一個(gè)排量為1.752cc/轉(zhuǎn)的整體的變速齒輪泵。在兩個(gè)區(qū)(預(yù)熔和主熔)內(nèi)調(diào)節(jié)熔體的溫度。壓力用內(nèi)可變旁通閥限制和調(diào)節(jié)，并用分辨增量為10psi的數(shù)字式讀出裝置指示。泵的驅(qū)動(dòng)速度受面板安裝式電位計(jì)控制。
格柵熔化器用于熔化聚合物并對(duì)其增壓。它不需要像上述例子中那樣在各次試驗(yàn)之間拆卸設(shè)備。所用的第一種聚合物為Escorene pp-3445型(試驗(yàn)1-18)而第二種聚合物為Himont HH-441(試驗(yàn)19-42)。泵驅(qū)動(dòng)速度在電位計(jì)范圍的約30％內(nèi)隨意調(diào)整，而壓力通過調(diào)整旁通閥來控制。一根長(zhǎng)9英寸(約23cm)而直徑為1/4英寸(約6.4mm)的不銹鋼管子從格柵熔化器的出口連接到壓模殼體的入口上。管子和擠壓杯用加熱帶卷繞成兩個(gè)區(qū)，而這兩個(gè)區(qū)用自動(dòng)加熱控制器調(diào)整和控制。格柵熔化器和擠壓設(shè)備中的所有加熱區(qū)都調(diào)整到同一點(diǎn)。此外，僅僅在每組試驗(yàn)的開始才調(diào)整格柵熔化器的壓力。試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)在表2和表3中。在表中，“壓力”欄是用psig單位表示的格柵熔化器壓力，“溫度”欄表示所有加熱區(qū)中用℃表示的溫度設(shè)定點(diǎn)，“功率”表頭下的“％”欄指施加在號(hào)角形裝置的最大超聲功率的百分率，“功率”表頭下的“瓦”欄指給定功率設(shè)定下的功率消耗，而“速率”欄指用g/min表示的每次試驗(yàn)測(cè)得的流速。
表2用Escorene PP-3445的試驗(yàn)總結(jié)功 率試驗(yàn) 壓力 溫度 ％ 瓦 速率1 350a188 0 0 0.762 350 188 3040 1.663 340 188 4050 2.084 340 194 0 0 0.765 340 194 3040 1.566 340 194 4050 2.017 350 182 0 0 0.688 350 182 3040 1.389 340 182 4050 1.8510 420a182 0 0 0.9711 420 182 3038 1.7812 410 182 4050 2.2913 410 188 0 0 1.0214 400 188 3040 1.8415 400 188 4050 2.3616 400 194 0 0 1.0617 390 194 3040 1.9618 380 194 4050 2.40a格柵熔化器的初始?jí)毫υO(shè)定表3用Himont HH-441的試驗(yàn)總結(jié)功率試驗(yàn) 壓力 溫度 ％ 瓦 速率19 360a177 0 0 1.6920 360 177 40 50 3.3321 340 177 70 75 4.6922 330 182 0 0 1.5123 330 182 44 50 3.1624 320 182 70 75 4.7525 340 188 0 0 1.8126 330 188 40 50 3.5327 320 188 70 75 4.9328 340 194 0 0 1.9629 320 194 40 50 3.9530 310 194 70 75 5.1431 500a177 0 0 3.4232 510 177 40 53 5.4233 510 177 70 75 7.3334 500 182 0 0 3.9635 510 182 40 50 6.1736 460 182 70 70 7.8537 500 188 0 0 4.4738 490 188 40 50 6.7239 490 188 70 72 9.1140 510 194 0 0 5.5141 500 194 40 50 7.9942 490 194 70 72 10.41a格柵熔化器的初始?jí)毫υO(shè)定表2和3中的數(shù)據(jù)表明，不管熔體的溫度如何，與不施加超聲能量的流速相比，施加超聲能量增大了通過小孔的聚合物流速。但是，為了更好地理解數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)按照超聲功率設(shè)定(％)對(duì)觀測(cè)到的以每分鐘克數(shù)表示的熔體流速相對(duì)的座標(biāo)畫圖。表2中的試驗(yàn)1-9的畫圖示于圖4，表2中的試驗(yàn)10-18的畫圖示于圖5。同樣，表3中的試驗(yàn)19-30和試驗(yàn)31-42的畫圖分別示于圖6和圖7。最后，圖8是表2中的試驗(yàn)1-3和表3中的試驗(yàn)19-21的數(shù)據(jù)的相似畫圖。
圖4-7(特別是圖6和7)表明，增大的超聲功率使觀測(cè)到的通過小孔的熔體流速基本上呈直線增長(zhǎng)。而且，在每一個(gè)研究的擠壓溫度均產(chǎn)生此種熔體流速增大。圖8表明，施加超聲能量能夠擠壓30熔體流速的聚合物，就像它是不施加超聲能量時(shí)的400熔體流速的聚合物一樣。當(dāng)然，隱含的意義是，在通常用于較高熔體流速的聚合物的處理?xiàng)l件下可以實(shí)現(xiàn)較低熔體流速的聚合物(即較高分子量的聚合物)的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括(僅作為舉例說明)，生產(chǎn)具有較高熔點(diǎn)和較高拉伸強(qiáng)度特征的纖維。相反，本發(fā)明的方法能夠在較低的溫度下擠壓給定的聚合物而不犧牲產(chǎn)率。
例子4本例子例示本發(fā)明的設(shè)備除去堵塞擠出小孔的障礙的能力。在這個(gè)例子中，格柵熔化器的料斗填充一定量的從美國(guó)明尼蘇達(dá)州圣保羅市的H.B.Fuller公司得到的實(shí)驗(yàn)壓敏熱熔體粘合劑HL-1295 ZP型。對(duì)樹脂推薦的應(yīng)用溫度為149℃。熔化器、管子和壓模殼體中的加熱區(qū)初始設(shè)定在138℃。當(dāng)熱水平穩(wěn)定下來，泵傳動(dòng)在全速的約15％處開始，得到450psig的壓力。在該點(diǎn)上沒有使用超聲功率。然后將所有區(qū)的溫度增大到約194℃或高于樹脂的推薦應(yīng)用溫度27℃。擠壓壓力穩(wěn)定在約130psig。在該點(diǎn)處壓出物發(fā)出氣味地燃燒并冒煙。在5分鐘內(nèi)流動(dòng)停止，擠壓壓力升高到超過400psig。在該點(diǎn)處超聲功率控制器被設(shè)定到50％而接通功率1秒鐘。流動(dòng)立即恢復(fù)而壓力下降到原先水平。在壓出物中可以看到黑色炭化物質(zhì)的顆粒。在3分鐘內(nèi)流動(dòng)重新停止，當(dāng)施加超聲功率時(shí)又如以前那樣重新開始。這一周期被又重復(fù)八次。在每次重復(fù)后功率控制被稍許向下調(diào)；在最后周期后功率控制設(shè)定在30％功率處，這導(dǎo)致功率表讀數(shù)為35瓦。功率供給留在30％水平上，觀察到流動(dòng)1小時(shí)。在壓出物中可以看到炭化顆粒，但試驗(yàn)期間流動(dòng)沒有停止。
例子5該例子例示本發(fā)明涉及相對(duì)自由流動(dòng)的液體如烴基油類的情況。該例子中使用的超聲裝置稱為浸入式號(hào)角形裝置。一種示范性浸入式號(hào)角型裝置的詳細(xì)說明可以見圖1和參照?qǐng)D1的說明書部分。
泵、傳動(dòng)馬達(dá)和馬達(dá)控制器是從美國(guó)伊利諾州芝加哥市的Dayton電器制造公司得到的。該泵是一種排量為1.34立方厘米/轉(zhuǎn)的液壓齒輪型。系統(tǒng)高壓側(cè)的管子是1/4英寸的不銹鋼管子。
毛細(xì)管頂端的小孔開口的直徑為0.0145英寸而毛細(xì)管長(zhǎng)度為0.087英寸。因此，毛細(xì)管的長(zhǎng)度對(duì)直徑比(L/D)為6。頂端上與毛細(xì)管對(duì)置的開口其直徑為0.125英寸。開口的壁以30度角變窄，直到開口處于合適的毛細(xì)直徑。
超聲裝置用Branson1120型電源供給動(dòng)力。動(dòng)力消耗用BransonA410A型功率表監(jiān)測(cè)。20kHz的超聲信號(hào)用Branson 502型轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器的輸出通過鋁質(zhì)的1∶1輔助裝置耦合到開口的號(hào)角型裝置上。轉(zhuǎn)換裝置、輔助裝置和號(hào)角形裝置組成超聲成套裝置。
安裝了一個(gè)Branson J-4型功率控制器以控制以總功率的百分率表示的電源輸出。
選定的試驗(yàn)用油是從美國(guó)賓夕法尼亞州州立學(xué)院的Cannon儀器公司得到的石油基粘度標(biāo)準(zhǔn)油，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)N1000，批號(hào)#92102。油的粘度在20℃為4216厘泊(cP)(SI單位為mPa·s)；25℃的粘度為2716cP；40℃的粘度為839cP；60℃的粘度為235cP；100℃的粘度為40cP。
流速試驗(yàn)是在具有0.0145英寸直徑頂端的浸入式號(hào)角形裝置上進(jìn)行的，或者沒有超聲功率，或者使用50％的可用功率。壓出物的溫度通過在出口的1/4英寸內(nèi)的液流中安置裸露接點(diǎn)熱電偶來監(jiān)控，并用手提式光學(xué)高溫計(jì)讀出熱電偶發(fā)出的信號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果示于表4。在圖4中，“壓力”欄是用psig單位表示的壓力，“泵”欄指用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示的泵速，“質(zhì)量”欄指收集的試驗(yàn)液體(如油)的質(zhì)量并用克表示，“溫度”欄表示從手提式光學(xué)高溫計(jì)讀到的溫度，“時(shí)間”欄指收集液體的時(shí)間并用秒表示，“瓦”欄指在給定的功率設(shè)定下的功率消耗，而“速率”欄指對(duì)每次試驗(yàn)測(cè)得的流速，用g/min表示。
表4
流速用0.0145英寸的頂端處于0和50％功率壓力泵 質(zhì)量溫度 時(shí)間瓦 速率1202.9 1.8267.830 03.641403.6 2.0767.430 4.141603.9 2.3466.930 4.681804.3 2.5566.330 5.102004.8 2.8566.030 5.702205.2 3.0765.630 6.142405.9 3.3065.430 6.602606.2 3.4965.130 6.9814025.07.9683.81590.0 31.8416034.010.96 81.51585.0 43.8418050.017.97 80.41580.0 71.8820053.016.32 96.01580.0 64.9222062.019.62 93.01580.0 78.48例子6該例子例示本發(fā)明涉及產(chǎn)生液體噴霧的情況，使用的超聲裝置(浸入式號(hào)角形裝置)與例子5相同，除了下述不同外均組裝成相同的構(gòu)型使用兩個(gè)不同的小孔。一個(gè)小孔其直徑為0.004英寸而長(zhǎng)度為0.004英寸(L/D比等于1)，另一個(gè)小孔其直徑為0.010而長(zhǎng)度為0.006英寸(L/D比等于0.006/0.010或0.6)。
所用的油是從美國(guó)賓夕法尼亞州Export市的Legbold-Heraeus真空產(chǎn)品公司購得的真空泵油，牌號(hào)為HE-200，產(chǎn)品目錄號(hào)為#98-198-006。產(chǎn)品樣本報(bào)道，該油的動(dòng)態(tài)粘度在104°F時(shí)為58.1厘泊(cP)，在212°F時(shí)為9.14cP。
流速試驗(yàn)是在沒有超聲功率、80瓦功率和90瓦功率的情況下在具有各種頂端的浸入式號(hào)角形裝置上進(jìn)行的。試驗(yàn)結(jié)果示于表5。在表5中，“壓力”欄是用psig單位表示的壓力，“頂端”欄涉及用英寸表示的毛細(xì)管頂端(即出口小孔)的直徑和長(zhǎng)度，“功率”欄指在給定的功率設(shè)定下用瓦表示的功率消耗，而“速率”欄指對(duì)每次試驗(yàn)測(cè)得的流速，用g/min表示。
在每次試驗(yàn)中，當(dāng)超聲裝置接上電源時(shí)，油流立即霧化為微細(xì)液滴的錐形均勻噴霧。
表5真空油HE-200頂端壓力直徑×長(zhǎng)度(英寸)功率速率150 0.004 0.004 0 11.8150 8012.6150 9016.08250 0.004 0.004 0 13.32250 8014.52250 9017.16150 0.010 0.006 0 20.76150 8022.08150 9025.80250 0.10 0.006 0 24.00250 8028.24250 9031.28例子7該例子例示本發(fā)明使用與例子6相同的超聲裝置(浸入式號(hào)角形裝置)，除了下述不同外均組裝成相同的構(gòu)型使用兩個(gè)不同的小孔。一個(gè)小孔其直徑為0.025英寸而長(zhǎng)工為0.045英寸(L/D比為1.8)，另一個(gè)小孔其直徑為0.0145而長(zhǎng)度為0.087英寸(L/D比為6)。
所用液體為美國(guó)新澤西州Englewood Cliffs市CPC國(guó)際公司頂好食品部購得的Karo牌輕質(zhì)玉米糊，產(chǎn)品制造代碼#214A5。該玉米糊的動(dòng)態(tài)粘度在25℃時(shí)為3392cP。
流速試驗(yàn)是在沒有超聲功率、90瓦功率(20％可用功率)和100瓦功率(30％可用功率)的情況下在具有各種頂端的浸入式號(hào)角形裝置上進(jìn)行的。試驗(yàn)結(jié)果示于表6。在表6中，“壓力”欄是用psig單位表示的壓力，“％”欄指作為可用功率百分率的功率消耗量，“瓦”欄指給定的功率設(shè)定下用瓦表示的功率消耗，而“速率”欄指對(duì)每次試驗(yàn)測(cè)得的流速，用g/min表示。
表6玉米糊頂端-0.025英寸直徑×0.045英寸長(zhǎng)度功率壓力 ％ 瓦 速率120 -0 47.1220 90 81.8830 100 103.08160 -0 93.5220 90 139.7230 100 170.60頂端-0.0145英寸直徑×0.087英寸長(zhǎng)度功率壓力 ％ 瓦 速率120-0 19.2020 90 37.8030 100 51.48160-0 35.0420 90 59.8430 100 66.36例8該例子例示本發(fā)明涉及各種不同液體的乳化。在該例子中，乳化液從水和烴基油形成。選定的試驗(yàn)用油是一種從美國(guó)賓夕法尼亞州州立學(xué)院的Cannon儀器公司得到的石油基粘度標(biāo)準(zhǔn)油，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)N1000，批號(hào)#92102。
該油由例子5中所述的泵、傳動(dòng)馬達(dá)和馬達(dá)控制器增壓和供給。在這種情況下，從泵來的輸出連接到1/4英寸三通接頭的一端上。三通接頭的平行對(duì)置端連接在從美國(guó)佐治亞州Savannah市的Ross工程公司得到的六元件1/2英寸直徑的ISG無運(yùn)動(dòng)混合器上。該混合器的出口連接在浸入式號(hào)角形超聲裝置(見圖1)的入口上。水通過活塞計(jì)量泵計(jì)量進(jìn)入油流。該泵由直徑9/16英寸乘5英寸的沖程液壓缸組成。液壓缸的活塞桿由變速馬達(dá)通過減速齒輪傳動(dòng)的螺旋千斤頂推進(jìn)。馬達(dá)速度用馬達(dá)控制器控制。水用軟管從液壓缸送到三通接頭的第三端。軟管的輸出端裝有一段內(nèi)徑約0.030英寸的不銹鋼注射管，當(dāng)軟管安裝在三通接頭上時(shí)，該注射管的終點(diǎn)位于油流的近似中心處(超聲裝置的上游)。
該浸入式號(hào)角形裝置裝有直徑為0.0145英寸的頂端。油被增壓到約250psig，產(chǎn)生約35g/min的流速。計(jì)量泵被調(diào)整到約3rpm，產(chǎn)生0.17cc/min的水流速。在沒有超聲功率和約100瓦超聲功率的情況下對(duì)壓出液(即從超聲裝置來的液體輸出)進(jìn)行取樣。樣品用光學(xué)顯微鏡檢驗(yàn)。當(dāng)沒有超聲功率時(shí)通過超聲裝置的試樣含有直徑范圍為約50-300微米的廣泛分散的水滴。當(dāng)超聲功率為100瓦時(shí)通過超聲裝置的試樣(即超聲處理的試樣)是一種乳化液，含有直徑范圍從約5微米到小于1微米的稠密濃度水滴。
雖然本發(fā)明書是相對(duì)于其特定實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說明的，但可以理解，本技術(shù)的熟練人員在理解上述內(nèi)容后可以容易地考慮這些實(shí)施例的修改、變化和等效替換。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)確定為附屬的權(quán)利要求書及其等效權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于增大通過小孔的增壓液體流速的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分增壓液體上而并不將超聲能量施加在壓模頂端上的裝置，其中該施加超聲能量用的裝置被安置在該腔室內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該施加超聲能量用的裝置是一種浸入式號(hào)角形超聲裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，出口小孔是多個(gè)出口小孔。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，出口小孔是單獨(dú)一個(gè)出口小孔。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，出口小孔的直徑為約0.0001到約0.1英寸。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，出口小孔的直徑為約0.001到約0.01英寸。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，出口小孔是出口毛細(xì)管。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，該出口毛細(xì)管的長(zhǎng)度對(duì)直徑比為約4∶1到約10∶1。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，出口小孔是自凈化的。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適合于乳化一種增壓的多組分液體。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適合于產(chǎn)生一種液體噴霧。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適合于產(chǎn)生一種微細(xì)化的液體噴霧。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適合于使增壓液體產(chǎn)生空穴。
15.一種用于增大通過小孔的增壓液體流速的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，具有第一端部和第二端部，并設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔被安置在壓模殼體的第一端部?jī)?nèi)并適合于接受從該腔室來的增壓液體且使液體沿第一軸線流出壓模殼體；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在壓模殼體的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在壓模殼體內(nèi)部的腔室內(nèi)并緊鄰出口小孔，但并不將超聲能量施加在壓模頂端上。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，該縱向機(jī)械激發(fā)軸線基本上平行于第一軸線。
18.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該號(hào)角形超聲裝置的第二端部的橫截面積近似地等于或小于壓模殼體中包圍所有出口小孔的最小面積。
19.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該號(hào)角形超聲裝置在其第一端部上接合了一個(gè)振動(dòng)裝置，作為縱向機(jī)械激發(fā)源。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該振動(dòng)裝置是一個(gè)壓電換能器。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該振動(dòng)裝置是一個(gè)磁致伸縮換能器。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，該壓電換能器利用一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管耦合在號(hào)角形超聲裝置上。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，該細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管的輸入∶輸出機(jī)械激發(fā)比為約1∶1到約1∶2.5。
24.一種通過小孔增大增壓液體流速的方法，該方法包括給壓模裝置供給增壓液體，該壓模裝置由下述部件組成壓模殼體，包括腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分增壓液體上的裝置；在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置，但不將超聲能量施加在壓模頂端上；以及使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該施加超聲能量用的裝置被安置在該腔室內(nèi)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該施加超聲能量用的裝置是一種浸入式號(hào)角形超聲裝置。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，出口小孔是出口毛細(xì)管。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約60kHz。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)從同一壓模殼體通過同一出口小孔流出的同一增壓液體的流速至少大25％左右。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)從同一壓模殼體通過同一出口小孔流出的同一增壓液體的流速至少大75％左右。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)從同一壓模殼體通過同一出口小孔流出的同一增壓液化的流速至少大200％左右。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，增壓液體流速的增大是在不顯著提高增壓液體溫度的情況下獲得的。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，增壓液體流速的增大是在不顯著提高增壓液體供給壓力的情況下獲得的。
35.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模頂端中的出口小孔的步驟還包括使出口小孔自凈化的步驟。
36.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置的步驟還包括乳化增壓多組分液體的步驟。
37.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，使液體流出壓模頂端中的出口小孔的步驟還包括產(chǎn)生液體噴霧的步驟。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，該液體噴霧是一種微細(xì)化的液體噴霧。
39.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模頂端中的出口小孔的步驟還包括使增壓液體產(chǎn)生空穴的步驟。
40.一種使通過小孔的增壓液體增強(qiáng)流動(dòng)的方法，該方法包括向壓模裝置供給增壓液體，該壓模裝置包括壓模殼體，包括腔室，適合于接受增壓液體；該腔室有一個(gè)第一端部和一個(gè)第二端部；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔被安置在腔室的第一端部?jī)?nèi)并適合于接受從該腔室來的增壓液體并使液體沿第一軸線流出壓模殼體；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在腔室的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在腔室的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在腔室的內(nèi)部并緊鄰擠出小孔；在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)號(hào)角形超聲裝置，但不將超聲能量施加在壓模頂端上；以及使液體流出壓模頂端中的出口小孔。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，出口小孔是出口毛細(xì)管。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)從同一壓模殼體通過同一出口流出的同一增壓液體的流速至少大25％左右。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)從同一壓模殼體通過同一出口流出的同一增壓液體的流速至少大75％左右。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，該增壓液體的流速比不存在超聲能量激發(fā)時(shí)從同一壓模殼體通過同一出口流出的同一增壓液體的流速至少大200％左右。
46.一種用于將液體燃料噴入內(nèi)燃機(jī)的超聲燃料噴射設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體燃料；入口，適合于向該腔室供給增壓液體燃料；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體燃料并使該液體燃料流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分增壓液體燃料上而并不將超聲能量施加在壓模頂端上的裝置，其中該施加超聲能量用的裝置被安置在該腔室內(nèi)。
47.一種用于將液體燃料噴入內(nèi)燃機(jī)的超聲燃料噴射設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，具有第一端部和第二端部，并設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體燃料；入口，適合于向該腔室供給增壓液體燃料；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔被安置在壓模殼體的第一端部?jī)?nèi)并適合于接受從該腔室來的增壓液體并使液體沿第一軸線流出壓模殼體；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在壓模殼體的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在壓模殼體內(nèi)部的腔室內(nèi)并緊鄰出口小孔，但并不將超聲能量施加在出口小孔上。
48.一種用于增大通過小孔的增壓液體流速的自凈化設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分增壓液體上而并不將超聲能量施加在壓模頂端上的裝置，其中，當(dāng)在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模殼體時(shí)，該出口小孔適合于自凈化。
49.一種用于增大通過小孔的增壓液體流速的自凈化設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，具有第一端部和第二端部，并設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔被安置在壓模殼體的第一端部?jī)?nèi)并適合于接受從該腔室來的增壓液體且使液體沿第一軸線流出壓模殼體；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在壓模殼體的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在壓模殼體內(nèi)部的腔室中并緊鄰出口小孔，但并不將超聲能量施加在壓模頂端上，其中，當(dāng)在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)號(hào)角形超聲裝置并使液體流出壓模殼體時(shí)，該出口小孔適合于自凈化。
50.一種用于乳化增壓多組分液體的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受增壓多組分液體；入口，適合于向該腔室供給增壓多組分液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓多組分液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分增壓多組分液體上而并不將超聲能量施加在壓模頂端上的裝置，其中，當(dāng)在出口小孔接受從腔室來的增壓多組分液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模殼體時(shí)，該出口小孔適合于乳化增壓多組分液體。
51.一種用于產(chǎn)生液體噴霧的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分增壓液體上而并不將超聲能量施加在壓模頂端上的裝置，其中，當(dāng)在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模殼體時(shí)，該出口小孔適全于產(chǎn)生液體噴霧。
52.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適合于產(chǎn)生微細(xì)化的液體噴霧。
53.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適合于產(chǎn)生均勻的錐形液體噴霧。
54.一種用于使增壓液體產(chǎn)生空穴的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室中的一部分分增壓液體上而并不將超聲能量施加在壓模頂端上的裝置，其中，當(dāng)在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置并使液體流出壓模殼體時(shí)，該出口小孔適合于使增壓液體產(chǎn)生空穴。
55.一種使壓模裝置的出口小孔自凈化的方法，該方法包括將增壓液體供給到壓模裝置上，該壓模裝置包括下列裝置組成壓模殼體，包括腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室內(nèi)一部分增壓液體上的裝置；在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置，但不將超聲能量施加在壓模頂端上；以及使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔，從而凈化出口小孔。
56.一種乳化增壓多組分液體的方法，該方法包括將多組分增壓液體供給到壓模裝置上，該壓模裝置包括下列裝置組成壓模殼體，包括腔室，適合于接受增壓多組分液體；入口，適合于向該腔室供給增壓多組分液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓多組分液體并使該多組分液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室內(nèi)一部分增壓液體上的裝置；在出口小孔接受從腔室來的多組分增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置，但不將超聲能量施加在壓模頂端上；以及使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔，從而乳化該多組分液體。
57.一種產(chǎn)生液體噴霧的方法，該方法包括將增壓液體供給到壓模裝置上，該壓模裝置包括下列裝置組成壓模殼體，包括腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室內(nèi)一部分增壓液體上的裝置；在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置，但不將超聲能量施加在壓模頂端上；以及使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔，從而產(chǎn)生液體噴霧。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，使增壓液體流出壓模頂端中出口小孔的步驟產(chǎn)生微細(xì)化的液體噴霧。
59.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，使增壓液體流出壓模頂端中出口小孔的步驟產(chǎn)生均勻的錐形的液體噴霧。
60.一種使增壓液體產(chǎn)生空穴的方法，該方法包括將增壓液體供給到壓模裝置上，該壓模裝置包括下列裝置組成壓模殼體，包括腔室，適合于接受增壓液體；入口，適合于向該腔室供給增壓液體；及出口小孔，由壓模頂端的壁形成，該出口小孔適合于接受從該腔室來的增壓液體并使該液體流出壓模殼體；以及用于將超聲能量施加在腔室內(nèi)一部分增壓液體上的裝置；在出口小孔接受從腔室來的增壓液體的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置，但不將超聲能量施加在壓模頂端上；以及使增壓液體流出壓模頂端中的出口小孔，從而當(dāng)從腔室接受增壓液體并使其流出出口小孔時(shí)該增壓液體產(chǎn)生空穴。
61.一種用于擠壓熔融熱塑性聚合物的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，包括腔室，適合于接受熔融熱塑性聚合物；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融熱塑性聚合物；及擠出小孔，適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并擠出聚合物；以及用于將超聲能量施加在一部分熔融熱塑性聚合物上的裝置，其中該施加超聲能量用的裝置被安置在該腔室內(nèi)。
62.如權(quán)利要求61所述的設(shè)備，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
63.一種用于擠壓熔融熱塑性聚合物的設(shè)備，該設(shè)備包括壓模殼體，具有第一端部和第二端部，并設(shè)有腔室，適合于接受熔融熱塑性聚合物；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融熱塑性聚合物；及擠出小孔，安置在壓模殼體的第一端部中，適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并沿第一軸線擠出該聚合物；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在壓模殼體的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在壓模殼體內(nèi)部的腔室內(nèi)并緊鄰擠出小孔。
64.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，超聲能量的頻率為約18kHz到約60kHz。
65.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，該聚合物被擠壓成一種纖維。
66.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，該縱向機(jī)械激發(fā)軸線基本上與第一軸線平行。
67.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，該號(hào)角形超聲裝置的第二端部的橫截面積近似地等于或小于壓模殼體中包圍所有擠出小孔的最小面積。
68.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，該號(hào)角形超聲裝置在其第一端部上接合了一個(gè)振動(dòng)裝置，作為縱向機(jī)械激發(fā)源。
69.如權(quán)利要求68所述的設(shè)備，其特征在于，該振動(dòng)裝置是一個(gè)壓電換能器。
70.如權(quán)利要求69所述的設(shè)備，其特征在于，該壓電換能器利用一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管耦合在號(hào)角形超聲裝置上。
71.如權(quán)利要求70所述的設(shè)備，其特征在于，該細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管的輸入∶輸出機(jī)械激發(fā)比為約1∶1到約1∶2.5。
72.一種從熱塑性聚合物形成纖維的方法，該方法包括供給熔融熱塑性聚合物；通過壓模裝置中的擠出小孔擠出熔融熱塑性聚合物以形成絲條，該壓模裝置包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受熔融熱塑性聚合物；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融熱塑性聚合物；及擠出小孔，適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并擠出該聚合物；以及用于將超聲能量施加在一部分熔融熱塑性聚合物上的裝置，該施加超聲能量用的裝置被安置在該腔室內(nèi)，部分受熔融熱塑性聚合物的包圍，并且適合于當(dāng)熔融熱塑性聚合物流入擠出小孔時(shí)將超聲能量施加在熔融熱塑性聚合物上；在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)用超聲能量激發(fā)施加超聲能量用的裝置；以及使絲條變細(xì)以形成纖維。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
74.一種從熱塑性聚合物形成纖維的方法，該方法包括供給熔融的熱塑性聚合物；通過壓模裝置中的擠出小孔擠出熔融熱塑性聚合物以形成絲條，該壓模裝置包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受熔融的熱塑性聚合物，該腔室具有第一端部和第二端部；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融的熱塑性聚合物；及擠出小孔，安置在該腔室的第一端部中，并適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并沿第一軸線擠出該聚合物；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在該腔室的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在該腔室內(nèi)并緊鄰擠出小孔；在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)用超聲能量激發(fā)號(hào)角形超聲裝置；以及使絲條變細(xì)從而形成纖維。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，超聲能量的頻率為約15kHz到約100kHz。
76.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，該縱向機(jī)械激發(fā)軸線基本上與第一軸線平行。
77.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，該號(hào)角形超聲裝置的第二端部的橫截面積近似地等于或小于壓模殼體中包圍所有出口小孔的最小面積。
78.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，使絲條變細(xì)是通過當(dāng)它流出壓模時(shí)使絲條與流體流相接觸而完成的。
79.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，該振動(dòng)裝置是一個(gè)壓電換能器。
80.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，該壓電換能器利用一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管耦合到該號(hào)角形超聲裝置上。
81.如權(quán)利要求80所述的方法，其特征在于，該細(xì)長(zhǎng)的波導(dǎo)管的輸入∶輸入機(jī)械激發(fā)比為約1∶1到約1∶2.5。
82.一種從熱塑性聚合構(gòu)形成沿其長(zhǎng)度具有夾帶的氣泡的纖維的方法，該方法包括供給熔融的熱塑性聚合物；通過壓模裝置中的擠出小孔擠出熔融熱塑性聚合物以形成絲條，該壓模裝置包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受熔融的熱塑性聚合物；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融的熱塑性聚合物；及擠出小孔，適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并擠出該聚合物；以及用于產(chǎn)生超聲能量的裝置，該裝置被安置在該腔室內(nèi)，至少被熔融的熱塑性聚合物部分包圍，并且適合于當(dāng)熔融熱塑性聚合物流入擠出小孔時(shí)將超聲能量施加在熔融熱塑性聚合物上；在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)在足以保持產(chǎn)生空穴的作用的條件下用超聲能量激發(fā)號(hào)角形超聲裝置；以及使絲條變細(xì)以形成纖維。
83.一種從熱塑性聚合物形成沿其長(zhǎng)度具有夾帶的氣泡的纖維的方法，該方法包括供給熔融的熱塑性聚合物；通過壓模裝置中的擠出小孔擠出熔融熱塑性聚合物以形成絲條，該壓模裝置包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受熔融的熱塑性聚合物，該腔室具有第一端部和第二端部；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融的熱塑性聚合物；及擠出小孔，安置在該腔室的第一端部中，并適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并沿第一軸線擠出該聚合物；以及具有第一端部和第二端部的號(hào)角形超聲裝置，該裝置適合于在用超聲能量激發(fā)時(shí)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)縱向機(jī)械激發(fā)軸線，該號(hào)角形裝置以這樣一種方式安置在壓模殼體的第二端部中，就是使得該號(hào)角形裝置的第一端部安置在該腔室的外部而該號(hào)角形裝置的第二端部安置在該腔室內(nèi)并緊鄰擠出小孔；在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)在足以保持產(chǎn)生空穴的作用的條件下用超聲能量激發(fā)號(hào)角形超聲裝置；以及使絲條變細(xì)形成纖維。
84.一種從熱塑性聚合物形成非織造布的方法，該方法包括供給熔融的熱塑性聚合物；通過壓模裝置中的擠出小孔擠出熔融熱塑性聚合物以構(gòu)成絲條，該壓模裝置包括壓模殼體，設(shè)有腔室，適合于接受熔融的熱塑性聚合物；入口小孔，適合于向該腔室供給熔融的熱塑性聚合物；及擠出小孔，適合于接受從該腔室來的熔融熱塑性聚合物并擠出該聚合物；以及用于產(chǎn)生超聲能量的裝置，該裝置被安置在該腔室內(nèi)，至少被熔融的熱塑性聚合物部分包圍，并且適合于當(dāng)熔融熱塑性聚合物流入擠出小孔時(shí)將超聲能量施加在熔融熱塑性聚合物上；在擠壓熔融熱塑性聚合物的同時(shí)用超聲能量激發(fā)號(hào)角形超聲裝置；使該絲條與流體流接觸，以使絲條變細(xì)并使其形成纖維；以及在收集表面上無序地沉積纖維。
85.一種從熱塑性聚烯烴制備的熔融擠壓纖維，該纖維沿其長(zhǎng)度夾帶氣泡。
86.如權(quán)利要求85所述的熔融擠壓纖維，其特征在于，該纖維的密度小于缺乏夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度。
87.如權(quán)利要求85所述的熔融擠壓纖維，其特征在于，該纖維的密度小于缺乏夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度的約90％。
88.如權(quán)利要求85所述的熔融擠壓纖維，其特征在于，該纖維的密度處于缺乏夾帶氣泡時(shí)同一纖維的密度的約20％到約90％。
全文摘要
通過對(duì)一部分增壓液體施加超聲能量來增大通過小孔的增壓液體流速的設(shè)備和方法。該設(shè)備(100)包括一個(gè)形成適于接受增壓液體的腔室(104)的壓模殼體(102)和一個(gè)將超聲能量施加在一部分增壓液體上的裝置(116)。壓模殼體(102)還包括一個(gè)適于向腔室供給增壓液體的入口(110)和一個(gè)由壓模頂端(136)的壁形成的出口小孔(112)。出口小孔(112)適于從腔室(104)接受增壓液體并使液體流出壓模殼體(102)。當(dāng)施加超聲能量的裝置(116)受激發(fā)時(shí)，它向增壓液體施加超聲能量而不將超聲能量施加到壓模頂端(136)上。該方法包括將增壓液體供給到上述設(shè)備(100)，將超聲能量施加到增壓液體但不加到壓模頂端(136)上，同時(shí)出口小孔(112)從腔室(104)接受增壓液體并使增壓液體流出壓模頂端(136)中的出口小孔(112)。
文檔編號(hào)D01D1/04GK1155301SQ95194593
公開日1997年7月23日 申請(qǐng)日期1995年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月23日
發(fā)明者L·K·杰姆森, L·H·吉普森, B·科恩 申請(qǐng)人:金伯利-克拉克公司