專利名稱：用于引入發(fā)泡劑的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來向熔融聚合物引入發(fā)泡劑或添加劑，從而通過擠 壓法來生產(chǎn)發(fā)泡部件或半成品零件的裝置和方法。
背景技術(shù)：
例如，由DE 198 53 021 Al已知一種此類裝置，該裝置用于向熔 融聚合物注入流體，其尤其用于利用注模機制造發(fā)泡的成形零件。為 此在增塑集料(plastification aggregate)之后布置了注入體，在包含可旋 轉(zhuǎn)螺桿的圓筒中被熔融的熔融聚合物進入該注入體。注入體包含魚雷 形筒(torpedo)，該魚雷形筒以熔融物通道為中心，且該魚雷形筒的外 側(cè)由燒結(jié)金屬制成。環(huán)形間隙的外周邊由同樣從燒結(jié)金屬制成的圓筒 形成。發(fā)泡劑既可以通過多孔的魚雷形筒的外殼也可以通過圓筒的燒 結(jié)金屬表面而引入熔融物。會發(fā)現(xiàn)該解決方案的一個缺點是由于短的 構(gòu)造空間，只可能在極其有限的程度內(nèi)進行熱量的散發(fā)。為此根據(jù) DE 198 53 021 Al的裝置迄今僅用于注塑領(lǐng)域。
同樣用于擠壓法的根據(jù)EP1892034的解決方案也被認(rèn)為是進一 步的發(fā)展。其中描述的設(shè)備具有用于添加劑，尤其是發(fā)泡劑的計量裝 置，添加劑被加入液體或糊狀的介質(zhì)。在液體介質(zhì)的情況下，該介質(zhì) 尤其可以是具有高粘性的液體，例如熔融聚合物，而熔融聚合物尤其 可用于用來生產(chǎn)發(fā)泡成形零件的設(shè)備。輸送裝置用于呈顆粒狀的聚合 物的液化，且該輸送裝置尤其可形成為擠壓機。該輸送裝置可以設(shè)計 成用于擺動運動，或者可以執(zhí)行繞圓筒和螺桿活塞的公共軸線的旋轉(zhuǎn) 運動。如果模制成分要計量加入(meterinto)到注塑機中，則螺桿和/或 螺桿活塞的擺動運動是有利的。聚合物在圓筒中熔化后，液化的聚合物進入計量裝置，在其中添加劑和呈液態(tài)或糊狀合成物的熔融物混 合。在計量裝置之后布置至少一個靜態(tài)混合器元件，通過它可以實現(xiàn) 在熔融物流中添加劑的均勻分布。為了增加壓力和/或為了計量，從混 合器元件排出的模制物料被引入壓縮空間和/或體積存儲空間，該空間 的體積可由在注入圓筒中能夠來回移動的供料活塞改變。為了模制物 料的熱處理，注入圓筒在封閉體積的至少一部分上配備加熱裝置。如 果在通道的長度上會發(fā)現(xiàn)模制物料的明顯溫度下降，用于從切斷機構(gòu) 到達并進入壓縮存儲空間和/或體積存儲空間的輸送模制成分的連接通道也可同樣地設(shè)有加熱裝置。因此，在EP 1892034所示的用于計量 發(fā)泡劑的裝置的范圍內(nèi)，熱量不能#1有效的轉(zhuǎn)移，且熱量的轉(zhuǎn)移也與 根據(jù)EP 1892034的裝置的目的相悖。然而，對于連續(xù)操作中的大流率，尤其是如果要生產(chǎn)低密度的泡 沫，可4是供的冷卻能力不足的問題依然存在。由于所需的發(fā)泡流體的 高比例，這些泡沫具有如下特征，即如果不確保單元壁(cellwall)具有 足夠的穩(wěn)定性的話，這些泡沫會掛縮。增強單元壁穩(wěn)定性的一項措施 是增強熔融物強度。通過提高熔融聚合物的粘性可以增加熔融物強 度，這導(dǎo)致增加的冷卻要求，因為為此必須冷卻熔融聚合物。為此前 述解決方案迄今僅限于重介質(zhì)到重泡沫的制造，且這種重泡沫具有基 于壓緊的泡沫即還未發(fā)泡的聚合物50% -90%的密度。由于低密度的泡沫需要高熔融物強度，因而擠壓工具出口處的溫 度必須保持盡可能低。由于有限的結(jié)構(gòu)空間，熱量的散發(fā)只可能在有 限的程度，因而迄今為止當(dāng)使用如上所述設(shè)計的計量裝置時，還不能 用擠壓方法來令人滿意地生產(chǎn)低密度泡沫。在EP 0 463 759中提議使用動態(tài)混合器來混合擠壓機下游的發(fā)泡 劑。根據(jù)EP 0463 759的動態(tài)混合器包括不一定為靜態(tài)的中空圓柱形 定子，以及在該定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓柱形轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和定子相對的表面具 有在圓周上延伸的多個開口，當(dāng)物料流過該混合器時，物料在相對的 表面間混合。該動態(tài)混合器是不利的，因為通過轉(zhuǎn)子的運動，附加量200910149558.5說明書第3/7頁的能量被加入到熔融物中，并且動態(tài)混合器的機械部件在其生產(chǎn)和維 護中更加復(fù)雜。作為對該問題的一種解決方案，可以提高冷卻能力，而這當(dāng)然會 和可提供的最大熱交換器表面的限制相沖突。因此冷卻能力接近最大 邊界值。作為一種常規(guī)方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員毫無疑義地將會考 慮在計量裝置以及靜態(tài)混合器元件的設(shè)計中使用具有更高熱傳遞系 數(shù)的材料。作為另一個解決方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會考慮擴大擠壓裝 置，以增大熱交換表面。但這樣還會出現(xiàn)另一個問題。擠壓裝置的擴 大導(dǎo)致更高的壓力損失，這同樣是不希望的，原因尤其是因為擠壓裝 置的生產(chǎn)能力被增加的壓力累積和/或引入熔融物的能量而降低，這又 需要更高的冷卻能力。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是生產(chǎn)相對于壓緊的或者甚至未發(fā)泡的聚合物而 言低密度的泡沫，即尤其是具有低于50%的密度的泡沫，優(yōu)選地低于20 % ，尤其優(yōu)選地低于10 % 。該目的通過一種用于生產(chǎn)泡沫的裝置而實現(xiàn)，該裝置包括用于熔 融聚合物的增塑的擠壓裝置，用于熔融聚合物的冷卻的熱交換器，以 及用于擠壓裝置到熱交換器的連接的連接件，且該連接件包括用于將 發(fā)泡劑引入熔融聚合物的計量裝置。該計量裝置包括用于均化 (homogenisation)的元件，且該用于均化的元件尤其包括靜態(tài)混合器。該計量裝置尤其可包括流體噴嘴。此外該擠壓裝置還可以包括這 類流體噴嘴或根據(jù)EP 1892034或DE 198 53 021 Al的計量裝置。連 接件可形成為熔融聚合物通過其中而流動的通道。該通道可尤其為環(huán) 形的，或者甚至形成為環(huán)形間隙。發(fā)泡劑優(yōu)選地包括物理發(fā)泡劑，尤 其是C02, N2， H20或這些發(fā)泡劑的組合。熱交換器可以形成為擠壓 裝置。備選地，熱交換器可以形成為靜態(tài)裝置，該裝置例如具有包含容納著發(fā)泡劑的熔融聚合物的內(nèi)部空間，并且該內(nèi)部空間包括裝置 物，且能夠引導(dǎo)冷卻劑通過至少其中一些裝置物。在該裝置中執(zhí)行一種用來制造低密度泡沫的方法，該方法包括如下步驟 在擠壓裝置中的聚合物的增塑 在計量裝置中向熔融聚合物通過計量而添加發(fā)泡劑，從而產(chǎn)生包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 在熱交換器中冷卻包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 其中，熔融聚合物在離開沖齊壓裝置后流進包含計量裝置的連接件中。包含發(fā)泡劑的熔融聚合物在連接件中被有利地均化，以便形成均 勻的泡沫，即具有基本上均勻分布的空腔或單元的泡沫。在均化之后， 包含發(fā)泡劑的熔融聚合物被輸送至熱交換器，以便可以對包含發(fā)泡劑 的熔融聚合物進行冷卻，從而獲得足夠的熔融物強度，尤其是如果泡 沫相對于壓緊的即未發(fā)泡的聚合物制成為具有小于50%的密度，優(yōu)選 地小于20% ，且尤其優(yōu)選地小于10% 。擠壓裝置和計量裝置的分離導(dǎo)致擠壓裝置可以關(guān)于增塑進行優(yōu) 化的優(yōu)點。通過這一點使得能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的機器，而無需對于增塑性 能、或者例如溫度靈敏度的靈敏度加工性或者纖維性材料做出折衷。 由于該原因可以以低成本實現(xiàn)第一擠壓裝置。此外，還有另一個好處 是不再必須在擠壓裝置中布置用來引入發(fā)泡劑的計量裝置。由于該原 因，可以無需將具有密集剪切機構(gòu)的動態(tài)混合裝置作為擠壓裝置的部 件。對于靈敏性材料的處理尤其是有利的，因為將充分避免將這些材 料暴露于高剪力下。此外，擠壓裝置和計量裝置的分離還導(dǎo)致如下優(yōu)點，即通過用含 有卣素的添加劑例如阻燃劑來處理熔融聚合物，尤其是通過添加水作 為發(fā)泡劑，包含溴化物的反應(yīng)產(chǎn)物只能出現(xiàn)在擠壓裝置的下游，并且 因而對于擠壓裝置的傷害，尤其是腐蝕性介質(zhì)對于增塑螺桿的傷害可以消除。從而擠壓裝置中增塑螺桿的壽命可以極大地增加。發(fā)泡劑的計量獨立于第一擠壓裝置而在其之后發(fā)生于連接件中。 該連接件可以是可互換的，并因而用于現(xiàn)有設(shè)備的計量裝置可以筒單 地進行升級。如果在同 一設(shè)備中要處理具有不同成分的熔融聚合物， 還可以快速地更換計量裝置，以對其進行維修或用另 一個計量裝置來替代。通過設(shè)備的三個部分的模塊化結(jié)構(gòu)擠壓裝置，帶有計量裝置以及如果需要的話帶有均化裝置的中間件，以及熱交換器，各部件可 以單獨地更換，從而可以極大地降低維修成本。也可以在對用于壓緊熔融聚合物即不包含任何發(fā)泡劑的熔融聚 合物的標(biāo)準(zhǔn)擠壓裝置進行維修之后，再升級整個計量裝置。各混合器 元件也可以日后安裝、更換或互換，因為包括至少一個圓筒及相關(guān)蝸 桿的擠壓裝置、計量裝置和各混合元件各自本身代表一個模塊。


在以下將借助附圖解釋本發(fā)明，附圖顯示了圖1是貫通根據(jù)本發(fā)明并根據(jù)第一實施例的裝置的截面圖。圖2是貫通根據(jù)本發(fā)明并根據(jù)第二實施例的裝置的截面圖。
具體實施方式
圖1顯示了根據(jù)第一實施例用于生產(chǎn)泡沫的根據(jù)本發(fā)明的裝置 1。該裝置l包括用于熔融聚合物的增塑的擠壓裝置2，用于冷卻熔融 聚合物的熱交換器3,并包括用于將擠壓裝置2連接到熱交換器3上 的連接件4。連接件4包括計量裝置5,用于將發(fā)泡劑引入熔融聚合 物。根據(jù)圖1，所謂串列式擠壓設(shè)備(tandem extrusion plant)被用于擠 壓結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。在這種情況下擠壓裝置l接管了增塑和增壓的任務(wù)， 但不管發(fā)生在連接件4的通道7中的發(fā)泡劑的計量和混入的任務(wù)。例 如可使用根據(jù)EP1892034和DE 198 53 021 Al的計量裝置。計量裝置 5尤其使得能夠通過與熔融聚合物相接觸的其中一個或多個表面引入8發(fā)泡劑。均化裝置6設(shè)于計量裝置5之后。該均化裝置包括用于均化 的元件13，其形成為靜態(tài)混合器14。多個靜態(tài)混合器可以相繼地連 續(xù)布置。在計量裝置5和均化裝置6中產(chǎn)生的包括發(fā)泡劑的熔融聚合 物被引入熱交換器3。根據(jù)圖1，熱交換器3形成為擠壓裝置，在后 文中稱為第二擠壓裝置8。該第二擠壓裝置8主要用于熔融泡沫的冷 卻。其尤其包括低速運行的螺桿15，通過該螺桿使包含發(fā)泡劑的熔融 聚合物保持移動，^f旦僅引入低的剪力。通過熔融聚合物在該第二擠壓 裝置中的持續(xù)重新定位，可以改善均化。同時通過移動可以改善熱傳 遞。圖2圖示了另一個實施例，其基本上包含和根據(jù)圖1的裝置相同 的部件，這將在后文中提及。與圖l相反的是提供了形成為靜態(tài)裝置 9的熱交換器3。該術(shù)語例如可以理解為包括管狀集束熱交換器。靜 態(tài)裝置9具有包含含有發(fā)泡劑的熔融聚合物的內(nèi)部空間10并包含裝 置物11?？梢龑?dǎo)冷卻劑12通過該裝置物11的至少一部分。在根據(jù)圖1或圖2的裝置中執(zhí)行一種用于制造低密度泡沫的方 法，該方法包括如下步驟 在擠壓裝置2中的聚合物的增塑 在計量裝置5中向熔融聚合物通過計量而添加發(fā)泡劑，從而產(chǎn)生包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 在熱交換器(3， 8， 9)中冷卻包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 其中，熔融聚合物在離開擠壓裝置2后流進包含計量裝置5的連 接件4中。包含發(fā)泡劑的熔融聚合物還可以在均化裝置6中另外地均 化。隨后在均化后將包含發(fā)泡劑的熔融聚合物輸送至熱交換器(3, 8, 9)。通過該方法可以生產(chǎn)相對于壓緊聚合物即未發(fā)泡聚合物而言具 有小于50%,優(yōu)選地小于20%,尤其優(yōu)選地小于10%的密度的泡沫。 換句話說，該泡沫比壓緊的即未發(fā)泡的聚合物輕多于50%,優(yōu)選地輕 多達80 % ，尤其優(yōu)選地輕多達90 % 。如2003年Carl Hanser Verlag Munich出版的Osswald, Tim A.和 Menges, Georg 所著的手冊 "Materials Science of Polymers for Engineers"第2版中所指出，壓緊的未發(fā)泡的聚合物的密度對于例如 低密度的聚乙烯(LDPE)在910 - 925(kg/m3)的范圍之間，而對于高密度 的聚乙烯(HDPE)在941 - 965(kg/m3)的范圍之間。而如 www.wikipedia.org中在聚丙烯詞條下所示,對于無定形聚丙烯，密度 為大約855(kg/m3)，而對于晶體狀聚丙烯，密度為大約946(kg/m3)。 當(dāng)例如使用具有950(kg/m"的HDPE制造泡沫時，可以制造具有小于 50% x 950(kg/m3"475(kg/m3)的密度的泡沫，優(yōu)選地小于190(kg/m3)， 尤其優(yōu)選地小于95(kg/m3)。尤其是可以制造密度小于100(kg/m"的泡 沫。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)泡沫的裝置(1)，包括用于熔融聚合物的增塑的擠壓裝置(2)，用于冷卻該熔融聚合物的熱交換器(3，8，9)，以及用于將所述擠壓裝置(2)連接到所述熱交換器(3，8，9)上的連接件(4)，其中，所述連接件(4)包含用于將發(fā)泡劑引入所述熔融聚合物的計量裝置(5)，其中所述計量裝置(5)包含用于布置在所述計量裝置(5)的下游用于均化的元件(13)，其特征在于，該用于均化的元件包括靜態(tài)混合器(14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述計量裝置(5) 包括流體噴嘴。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 連接件(4)形成為包含所述熔融聚合物的通道(7)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 發(fā)泡劑包括物理發(fā)泡劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)泡劑包含水。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 熱交換器(3)形成為擠壓裝置(8)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 熱交換器(3)形成為靜態(tài)裝置(9)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述靜態(tài)裝置具 有包含所述熔融聚合物的內(nèi)部空間(10)并包括裝置物(11),其中可以將 冷卻劑引導(dǎo)通過至少其中一些所述裝置物(ll)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 熔融聚合物包含包括卣素的添加劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述包括卣素的 添加劑包括阻燃劑。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，該泡沫具有相對于壓緊的即未發(fā)泡的聚合物而言小于50%的密度，有利的是小于20%，尤其優(yōu)選地是小于10%。
12. —種用于制造低密度泡沫的方法，包括如下步驟 在擠壓裝置中的聚合物的增塑 在計量裝置中向熔融聚合物通過計量而添加發(fā)泡劑，從而產(chǎn)生包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 在熱交換器中冷卻包含發(fā)泡劑的熔融聚合物 其中，所述熔融聚合物在離開所述擠壓裝置后流進包含所述計量 裝置的連接件，其中所述計量裝置包含布置在所述計量裝置的下游用 于均化的元件，從而通過在靜態(tài)混合器中混合所述熔融聚合物而在該 用于均化的元件中將所述熔融聚合物均化。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，制造出相對于 壓緊的即未發(fā)泡的聚合物而言具有小于50%的密度的泡沫，有利的是 小于20%，尤其優(yōu)選的是小于10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于引入發(fā)泡劑的裝置和方法，具體而言，一種用于制造泡沫的裝置(1)包括用于熔融聚合物的增塑的擠壓裝置(2)，用于冷卻該熔融聚合物的熱交換器(3，8，9)，以及用于將該擠壓裝置連接到該熱交換器(3，8，9)上的連接件(4)，其中該連接件(4)包含用于將發(fā)泡劑引入熔融聚合物中的計量裝置(5)。
文檔編號B29C44/00GK101612771SQ200910149558
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者C·施盧默 申請人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司