技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及生產(chǎn)中空顆粒的一種擠出方法，其中一個(gè)插入件被設(shè)置于一個(gè)擠出模具的模具孔中，熔融材料圍繞其被擠出以形成那些中空顆粒。

背景技術(shù)：

造粒設(shè)備及其在擠出加工后的用途已經(jīng)由受讓人引入和/或用于申請(qǐng)中多年，如包括下述公開所示：美國(guó)專利第4,123,207號(hào)、第4,251,198號(hào)、第4,500,271號(hào)、第4,621,996號(hào)、第4,728,276號(hào)、第4,888,990號(hào)、第5,059,103號(hào)、第5,403,176號(hào)、第5,624,688號(hào)、第6,332,765號(hào)、第6,551,087號(hào)、第6,793,473號(hào)、第6,824,371號(hào)、第6,925,741號(hào)、第7,033,152號(hào)、第7,157,032號(hào)、第7,171,762號(hào)、第7,172,397號(hào)、第7,318,719號(hào)、第7,402,034號(hào)、第7,421,802號(hào)、第7,524,179號(hào)、第7,771,635號(hào)、第8,007,701號(hào)、第8,011,912號(hào)、第8,080,196號(hào)、第8,205,350號(hào)、第8,220,177號(hào)、第8,303,871號(hào)、第8,361,364號(hào)、第8,366,428號(hào)、第8,444,923號(hào)、第8,512,021號(hào)、第8,562,883號(hào)、第8,671,647號(hào)和第8,708,688號(hào)；美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2012/0084993號(hào)、第2012/0280419號(hào)、第2012/0000161號(hào)、第2013/0036714號(hào)、第2012/0298475號(hào)和第2009/0206507號(hào))；美國(guó)專利申請(qǐng)第14/198,270號(hào)；德國(guó)專利和申請(qǐng)，包括DE3243332、DE3702841、DE8701490、DE19642389、DE19651354和DE29624638；以及歐洲專利和申請(qǐng)，包括EP1218156，EP1582327和EP2008784。這些專利和申請(qǐng)全部由受讓人擁有，并且通過(guò)引用的方式將其全部包括在本文中。

這些公開內(nèi)容沒(méi)有提及在造粒過(guò)程中使用插入件。更具體地，這些公開內(nèi)容沒(méi)有提及在擠出模具中使用插入件，其中熔融材料圍繞擠出模具和插入件流動(dòng)，從而產(chǎn)生中空顆粒。

本發(fā)明的各種實(shí)施方案提供了一種用來(lái)制備可重復(fù)的中空顆粒的具有成本效益的方法，通過(guò)使用等效多重模具孔中的多重插入件穿過(guò)一個(gè)擠出模具板。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了一種通過(guò)使用至少一個(gè)插入件穿過(guò)一個(gè)擠出模具中的至少一個(gè)模具孔，來(lái)擠出中空顆粒的方法。熔融材料去往并通過(guò)包含所述插入件的所述模具孔。所述熔融材料被擠出，優(yōu)選在壓力下被擠出，在冷卻時(shí)提供一個(gè)中空顆粒，這樣形成的中空腔可以至少是下述中的一個(gè)：貫穿所述顆粒并被完全地和周向地封閉在所述顆粒內(nèi)的連續(xù)中空，以及其間的許多組合，從而使得所述封閉中空腔至少在一個(gè)中心位置上至少穿孔地連接到所述顆粒的外部。

所述中空顆粒在結(jié)構(gòu)上是可重復(fù)的，并且可以是任何熔融材料，優(yōu)選聚合物，顆粒形狀以及中空腔都可以是任何幾何形狀。所獲得的所述中空顆粒取決于，但不限于，擠出粘度、模具膨脹、材料組成、熔融物溫度、冷卻速率、結(jié)晶度、熔融物指數(shù)、造粒過(guò)程的切割速度等等。

因此，本發(fā)明一方面提供了一種廉價(jià)且具有成本效益的方法，利用在擠出模具的至少一個(gè)孔中的至少一個(gè)插入件來(lái)生產(chǎn)相對(duì)一致且可重復(fù)的中空顆粒，熔融材料在擠出模具周圍被擠出，從而控制顆粒形狀、顆粒直徑、腔形狀、腔直徑和該腔的穿透或其在顆粒中和/或通過(guò)顆粒對(duì)其的缺乏。

本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一種用于生產(chǎn)中空顆粒的擠出方法，該方法包括通過(guò)一個(gè)擠出模具擠出熔融材料并冷卻擠出的熔融材料，以有效地產(chǎn)生一個(gè)具有一個(gè)中空腔的顆粒。擠出模具可以是一個(gè)單體擠出模具、一個(gè)可移除插入件擠出模具組件或其它結(jié)構(gòu)。在一些情況下，可以使用壓力進(jìn)行擠出。擠出模具可以包括一個(gè)模具孔和設(shè)置在模具孔中的一個(gè)插入件。所述插入件可以包括一個(gè)后部和一個(gè)前部。在一些實(shí)施例中，后部可包括一個(gè)中空罐。在一些實(shí)施例中，所述罐可以在其中具有一個(gè)中空腔。在一些實(shí)施例中，所述前部可包括一個(gè)心軸。在一些實(shí)施例中，所述心軸可包括多個(gè)翅片，當(dāng)所述熔融材料被擠出時(shí)，所述多個(gè)翅片保持所述心軸在所述模具孔中的位置。

在一些實(shí)施例中，熔融材料可以流過(guò)中空罐。在一些實(shí)施例中，熔融材料可以穿過(guò)設(shè)置在中空罐和心軸的翅片之間的至少一個(gè)孔。

在一些實(shí)施例中，翅片可包括鄰接模具孔的突起，以在熔融材料圍繞翅片流動(dòng)時(shí)保持心軸的位置。在一些實(shí)施例中，心軸的翅片中的至少一個(gè)可以是錐形的。在一些實(shí)施例中，心軸還可包括突起，以將熔融材料擠成單一的均勻流。

在一些實(shí)施例中，罐可以是帶螺紋的。在一些實(shí)施例中，心軸可以是一個(gè)可移除的心軸，并且心軸可通過(guò)螺紋方式連接到罐上。

在某些實(shí)施方案中，顆粒的中空腔可以穿透顆粒的第一表面并繼續(xù)延伸通過(guò)顆粒的第二表面。或者，中空腔可以被完全地封閉在顆粒內(nèi)。中空腔還可能穿透顆粒的第一表面并且向內(nèi)延伸到顆粒的主體的內(nèi)部。如果一個(gè)顆粒具有多于一個(gè)的中空腔，則這些類型的中空腔中的任何一種或多種可以納入到顆粒中。

在一些實(shí)施方案中，用于制備中空顆粒的熔融材料可以選自聚合物、共聚物、生物聚合物、生物塑料及其組合。還可以將一種或多種添加劑與熔融材料包括在一起。聚合物、共聚物和添加劑可以包含可交聯(lián)的反應(yīng)性官能團(tuán)。反應(yīng)性官能團(tuán)可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)(包括通過(guò)膨脹)來(lái)改性。

本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括一種用于生產(chǎn)中空顆粒的擠出方法，該方法涉及將一種熔融材料進(jìn)料到一個(gè)造粒機(jī)中，并通過(guò)該造粒機(jī)的一個(gè)擠出模具擠出該熔融材料，使得在擠出期間該熔融材料可以流過(guò)一個(gè)插入件的中空罐、穿過(guò)該插入件的至少一個(gè)孔并且圍繞設(shè)置在該插入件的心軸上的翅片。在一些實(shí)施方案中，該造粒機(jī)可以是一個(gè)流體下造粒機(jī)，例如水下造粒機(jī)。在一些實(shí)施例中，在熔融材料圍繞翅片流動(dòng)之后，熔融材料可以圍繞插入件的不具有翅片的部分流動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，插入件可以包括在插入件的一個(gè)后邊緣和中空罐之間的一個(gè)錐體，并且熔融材料然后可以流過(guò)錐體。

在一些實(shí)施方案中，該方法還可以包括冷卻擠出的熔融材料，以有效地產(chǎn)生具有一個(gè)中空腔的一個(gè)顆粒。在一些實(shí)施例中，顆粒的中空腔可以穿透顆粒的第一表面并且繼續(xù)延伸穿過(guò)顆粒的第二表面?；蛘撸锌涨豢梢员煌耆忾]在顆粒內(nèi)。中空腔還可能穿透顆粒的第一表面并且向內(nèi)延伸到顆粒的主體的內(nèi)部。如果顆粒具有多于一個(gè)的中空腔，則這些類型的中空腔中的任何一種或多種可以納入到顆粒中。

本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括一個(gè)造粒機(jī)。所述造粒機(jī)可以包括用于接收一種熔融材料的一個(gè)入口、用于擠出可能在入口下游的所述熔融材料的一個(gè)模具孔，以及設(shè)置在所述模具孔中的一個(gè)插入件。在一些實(shí)施例中，所述插入件可包括一個(gè)后部和一個(gè)前部。在一些實(shí)施例中，所述后部可以包括一個(gè)中空罐，并且所述罐可以在其中具有一個(gè)中空腔。在一些實(shí)施例中，所述前部可以包括一個(gè)心軸，并且所述心軸可以包括多個(gè)翅片。在一些實(shí)施例中，所述插入件可包括被配置成實(shí)現(xiàn)所述熔融材料從所述中空罐流動(dòng)到所述心軸的至少一個(gè)孔。

在一些實(shí)施例中，所述多個(gè)翅片可以包括在所述熔融材料被擠出時(shí)保持所述心軸在所述模具孔中的位置的突起。在一些實(shí)施例中，所述心軸離所述插入件的所述后部最遠(yuǎn)的區(qū)域可以不包括翅片。

在一些實(shí)施例中，被擠出的所述熔融材料可以包括具有一個(gè)中空腔的一個(gè)顆粒。在一些實(shí)施方案中，所述造粒機(jī)還可以包括用于從所述造粒機(jī)輸送擠出的所述熔融材料的一個(gè)出口。所述造粒機(jī)可以是一臺(tái)流體下造粒機(jī)，例如一臺(tái)水下造粒機(jī)。

通過(guò)閱讀下面的說(shuō)明書并結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的單體擠出模具組件的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)垂直剖面示意圖，其中穿孔的是單體結(jié)構(gòu)。

圖2是本發(fā)明的一個(gè)可移除插入件擠出模具組件的一個(gè)垂直剖面示意圖，其中穿孔的是可移除中心結(jié)構(gòu)。

圖3是示出模具孔和插入件的關(guān)聯(lián)的一個(gè)垂直剖面示意圖。

圖4是插入件的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)示意圖。

圖5是圖4的插入件在模具孔中的一個(gè)橫截面視圖。

圖5a是圖4的插入件在線a處的模具孔中的一個(gè)水平橫截面視圖。

圖5b是圖4的插入件在線b處的模具孔中的一個(gè)水平橫截面視圖。

圖5c是圖4的插入件在線c處的模具孔中的一個(gè)水平橫截面視圖。

圖5d是圖4的插入件在線d處的模具孔中的一個(gè)水平橫截面視圖。

圖6a是插入件的第二實(shí)施例的背面仰視透視圖。

圖6b是插入件的一個(gè)替代實(shí)施例的一個(gè)側(cè)視透視圖。

圖6c是圖6a的插入件的主透視圖。

圖7a是圖6a的插入件在模具孔中的一個(gè)橫截面視圖。

圖7b是插入件的另一實(shí)施例的一個(gè)背面仰視透視圖。

圖7c是圖7b的插入件的一個(gè)主透視圖。

圖8a和8b示出了插入件的又一實(shí)施例的一個(gè)側(cè)面橫截面視圖。

圖8c是圖8a和8b的插入件的主透視圖。

圖9a-i是各種顆粒幾何形狀的俯視、橫截面和側(cè)視的圖示，包括示出了中空完全穿過(guò)的一個(gè)圓柱形顆粒的俯視圖9a。

圖9b示出了來(lái)自圖9a的中空大致圓柱形的顆粒的一個(gè)橫截面視圖。

圖9c示出了來(lái)自圖9a的中空大致圓柱形的顆粒的一個(gè)側(cè)視圖。

圖9d示出了一個(gè)大致圓形的顆粒的一個(gè)俯視圖。

圖9e示出了穿過(guò)圖9d中的所述圓形顆粒的一個(gè)橫截面。

圖9f示出了一個(gè)大致矩形的顆粒的一個(gè)俯視圖。

圖9g示出了穿過(guò)圖9f(其顯示了在矩形顆粒內(nèi)的一個(gè)圓形中空或腔)中的顆粒的一個(gè)橫截面視圖。

圖9h示出了一個(gè)大致圓形的顆粒的一個(gè)俯視圖。

圖9i示出了穿過(guò)圖9h中的顆粒的一個(gè)橫截面視圖，其中一個(gè)空腔具有進(jìn)入并穿過(guò)顆粒壁的穿孔。

具體實(shí)施方式

盡管僅詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍不限于在以下描述中闡述或在附圖中示出的部件的構(gòu)造和設(shè)置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施例并且能夠以各種方式實(shí)踐或?qū)嵭小４送?，在描述這些實(shí)施例時(shí)，為了清楚起見將采用特定的術(shù)語(yǔ)。應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)特定術(shù)語(yǔ)包括以類似方式操作以實(shí)現(xiàn)類似目的的所有技術(shù)等同物。

參見附圖，圖1示出了與一個(gè)造粒機(jī)的部件相關(guān)聯(lián)的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。所述造粒機(jī)包括來(lái)自一個(gè)熔化和/或混合設(shè)備(未示出)的一個(gè)入口殼體12。所述入口殼體12包括用于熔融材料或其他擠出物(以下統(tǒng)稱為“加工熔融物”)的一個(gè)通道14，該加工熔融物可以包括有機(jī)材料、低聚物、聚合物、蠟及其組合，而不意欲限制。鼻錐16將所述加工熔融物引導(dǎo)到所述單體擠出模具10的上游側(cè)，通過(guò)一個(gè)螺桿(未示出)附接地連接到該該單體擠出模具10。所述螺紋桿在一端以螺紋連接到所述鼻錐16的螺紋孔18中，并且螺紋在其遠(yuǎn)端處連接到單體擠出模具10的螺紋孔20中?；蛘?，所述鼻錐16可以與所述單體擠出模具10連續(xù)，并且不需要如本文所述那樣附接地連接。

所述單體擠出模具10包含至少一個(gè)模具孔22，優(yōu)選多個(gè)模具孔22，所述模具孔22單獨(dú)地或多個(gè)地同心地設(shè)置在至少一個(gè)環(huán)中，其從上游面24延伸到單體擠出模具10的下游面26。安裝在一個(gè)切割室(未示出)中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)切割器輪轂30上的多個(gè)刀片組件28將擠出的、冷卻的并且至少部分固化的加工熔融物切割成顆粒。由此形成的所述顆粒被機(jī)械地、氣動(dòng)地、液壓地、以及通過(guò)它們的組合輸送到下游工序中。

下游面26的區(qū)域可選地被切除，以提供與所述模具孔22周圍相鄰的至少一個(gè)環(huán)形凹部或腔32，使得所述模具孔22被容納在與單體擠出模具10的基板36連續(xù)的突出部34中。在具有或不具有突出部34的模具孔22內(nèi)，是下文詳述的等同數(shù)量的插入件50。環(huán)形蓋板38覆蓋所述環(huán)形凹部或腔32，并通過(guò)釬焊、焊接或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的類似技術(shù)附接地連接到基板36和突起34。所述蓋板38可以是一種耐磨損和耐腐蝕金屬(優(yōu)選鎳鋼)、一種硬質(zhì)表面材料(優(yōu)選碳化鎢)及其許多組合中的至少一種。類似地，所述蓋板38至所述基板36和/或突起34的附接優(yōu)選通過(guò)焊接、釬焊等實(shí)現(xiàn)。所述蓋板38的表面以及由此所述單體擠出模具10的下游面26可選地涂覆有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的一種耐磨蝕、腐蝕和耐磨涂層的化合物。

圖2示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例中的一個(gè)可移除插入件擠出模具組件100。可移除插入件擠出模具組件100包括基板105和可移除插入件110。類似于圖1，所述可移除插入件擠出模具組件100附接地連接到來(lái)自一個(gè)熔化和/或混合設(shè)備(未示出)的一個(gè)入口殼體12。所述入口殼體12包括用于如上所述的用于加工熔融物的一個(gè)通道14。鼻錐16將所述加工熔融物引導(dǎo)到所述可移除插入件110的上游側(cè)，通過(guò)螺桿(未示出)將其附接地連接到該可移除插入件110。所述螺桿在一端以螺紋連接到鼻錐16的螺紋孔118中，并且以螺紋在其遠(yuǎn)端處連接到可移除插入件110的螺紋孔120中。

所述可移除插入件110包含至少一個(gè)模具孔22，且優(yōu)選地多個(gè)模具孔22，所述模具孔22單獨(dú)地或多個(gè)地同心地設(shè)置在從可移除插入件110的上游面124延伸到下游面126的至少一個(gè)環(huán)中。安裝在一個(gè)切割室(未示出)中的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的切割器輪轂30上的多個(gè)刀片組件28將擠出的、冷卻的和至少部分固化的加工熔融物切割成顆粒。由此形成的顆粒被機(jī)械地、氣動(dòng)地、液壓地、以及通過(guò)它們的組合輸送到下游加工中。

下游面126的區(qū)域可選地被切除，以提供與所述模具孔22周圍相鄰的至少一個(gè)環(huán)形凹部或腔132，使得所述模具孔22被容納在與單體擠出模具10的基板136連續(xù)的突出部134中。在具有或不具有突出部134的模具孔22內(nèi)，是下文詳述的等同數(shù)量的插入件50。環(huán)形蓋板138覆蓋所述環(huán)形凹部或腔132，并通過(guò)釬焊、焊接或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的類似技術(shù)附接地連接到基板136和突起134。所述蓋板138可以是一種耐磨損和耐腐蝕金屬(優(yōu)選鎳鋼)、一種硬質(zhì)表面材料(優(yōu)選碳化鎢)及其許多組合中的至少一種。類似地，所述蓋板138至所述基板136和/或突起134的附接優(yōu)選通過(guò)焊接、釬焊等實(shí)現(xiàn)。所述蓋板138的表面以及由此可移除插入件110的下游面126可選地涂覆有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的一種耐磨蝕、腐蝕和耐磨損涂層的化合物。

如所公開的，加熱和/或冷卻過(guò)程，可以通過(guò)電阻、感應(yīng)、蒸汽或傳熱流體為所述單體擠出模具10以及所述可移除插入件擠出模具組件100提供。所述可移除插入件110和所述基板105可替換地通過(guò)類似或不同的機(jī)構(gòu)單獨(dú)地加熱。優(yōu)選地，加熱元件46分別被插入所述單體擠出模具10或所述可移除插入件擠出模具組件100中，如圖1和圖2所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它設(shè)計(jì)通過(guò)引用的方式包括在本文中，而不意在限制。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到所述單體擠出模具10的圖3，插入件50示出在模具孔22內(nèi)，該模具孔22從上游面24延伸進(jìn)入并穿過(guò)基板36中的可選突起34到蓋板38的下游面26?？蛇x環(huán)形凹部或者腔32也是為了清楚的目的而示出。類似組件隨附可移除插入件110，并且未示出。

圖4示出了插入件50的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造細(xì)節(jié)。如圖4所示，插入件50a包括一個(gè)心軸52、多個(gè)插入翅片錐體54和多個(gè)翅片56。所述插入件50a可由任何耐磨材料(優(yōu)選是金屬)組成。金屬可以是鋁、黃銅、青銅、紫銅、鋼、工具鋼、碳鋼、釩鋼、不銹鋼、鎳鋼、鎳等，但不限于此。更優(yōu)選地，金屬是包括黃銅、青銅、紫銅的一種良好熱導(dǎo)體。不意受任何理論束縛，據(jù)信導(dǎo)熱金屬在散布到并通過(guò)模具孔22的加工熔融物中保持溫度均勻性。這對(duì)于最小化熱損失和/或溫度變化方面有效，因?yàn)椴牧显谟啥鄠€(gè)翅片56形成的多個(gè)路徑中流動(dòng)。

插入件50a的尺寸必須這樣：其在加工溫度下不超過(guò)模具孔22的尺寸，并且在插入件50a的金屬與基板36或可移除插入件110的金屬不同的情形下，同時(shí)必須考慮到不同的膨脹。翅片56不僅形成用于所述加工熔融物的多個(gè)流動(dòng)路徑，而且還用于保持插入件50a在模具孔22中的位置。翅片的最少數(shù)量為至少兩個(gè)，優(yōu)選至少三個(gè)。更優(yōu)選地，在插入件50a上具有至少四個(gè)翅片56。多個(gè)翅片56可以相對(duì)于相鄰翅片以任何角度定向，以形成聚合物熔融物流過(guò)的路徑。優(yōu)選地，翅片間隔180度或更小。更優(yōu)選地，翅片間隔120度或更小。最優(yōu)選地，翅片間隔90度或更小。因此，在一些情況下，插入件具有圍繞插入件50a設(shè)置的至少四個(gè)翅片，使得所述至少四個(gè)翅片中的每一個(gè)設(shè)置成與相鄰翅片間隔小于或等于大約90度。

圖5示出了在模具孔或孔22內(nèi)的插入件50a。如該圖所示，心軸52顯著地被包含在模具成型面60內(nèi)，插入翅片錐體54在尺寸上大致對(duì)應(yīng)于模具孔錐體62，并且翅片56大致被包含在預(yù)成型面管64內(nèi)。模具成型面60的長(zhǎng)度通常在至少約3.8毫米(約0.15英寸)至約31.75毫米(約1.25英寸)的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選為至少約6.4毫米(約0.25英寸)至約25毫米(約1.00英寸)。模具成型面60內(nèi)的心軸52優(yōu)選地與所述擠出模具的下游面齊平。在一個(gè)替代實(shí)施例中，心軸52的長(zhǎng)度可以小于模具成型面60的長(zhǎng)度。在這種替代實(shí)施例中，心軸52的長(zhǎng)度相比模具成型面60的長(zhǎng)度，短了約0.50毫米(約0.020英寸)至約5.0毫米(約0.20英寸)，從而使心軸52的尖端從擠壓模具的下游面非常輕微地凹陷。模具成型面60和/或心軸52可以是圓柱形或錐形，并且在幾何形狀上可以是圓形、橢圓形、矩形等。類似地，模具成型面60和心軸52可以具有相似或不同的幾何形狀。插入件50a可以壓配合，并且優(yōu)選地滑動(dòng)配合進(jìn)入到模具孔22中。

如從在與模具孔錐體62的接合處的預(yù)成型面管64的直徑上設(shè)置的垂直柱體所測(cè)量的，插入翅片錐體54在角度66處與模具孔錐體62的角度相似，其范圍可從0°至90°。如本文所述，角66優(yōu)選的范圍是從15°到45°。插入翅片錐體54可以具有與模具孔錐體62相同的輪廓或不同的輪廓，并且在尺寸上，必須從翅片56的直徑到心軸52的直徑逐漸變細(xì)。類似地，翅片56可以與預(yù)成型面管64的所述幾何形狀類似，如圓柱形或錐形以及它們的組合，或者可以在幾何形狀上不同。預(yù)成型面管6和翅片56優(yōu)選是圓柱形的。翅片56的長(zhǎng)度可以與預(yù)成型面管64的長(zhǎng)度相同，但是優(yōu)選為小于預(yù)成型面管64的長(zhǎng)度。翅片56的長(zhǎng)度相比預(yù)成型面管64的長(zhǎng)度，更優(yōu)選為至少短了約0.50毫米(約0.020英寸)，使得翅片不突出在外部。

圖5a示出了在線a處的在預(yù)成型面管64中的翅片56的一個(gè)示例性橫截面設(shè)計(jì)。圖5b示出了在線b處的在模具孔錐體62中的插入翅片錐體54的一個(gè)示例性橫截面設(shè)計(jì)。圖5c示出了在連接點(diǎn)處的心軸52的一個(gè)示例性橫截面設(shè)計(jì)，用于在線c處的模具成型面60中插入翅片錐體54。圖5d示出了在線d處的模具成型面60中的一個(gè)可選遞減錐形心軸52。

圖6a-6c示出了插入件50的替代實(shí)施例的構(gòu)造的細(xì)節(jié)。首先參見圖6a，插入件50b包括后部70和前部72。后部70包括罐74。前部72包括心軸76，該心軸76包括多個(gè)翅片78和多個(gè)翅片錐體80。插入件50b的后部70中的罐74包括一個(gè)后邊緣82和一個(gè)中空腔84。后邊緣82是敞開的，以便在其中接收其中的所述加工熔融物。在后邊緣82和中空腔84之間是一個(gè)可選螺紋86。螺紋86可以用于將插入件50b從模具孔22中取出或放入模具孔22中，例如通過(guò)將一個(gè)工具插入到螺紋86中以便抓住插入件50b，以便將其從模具孔22中移除或放置在模具孔22內(nèi)。該可選螺紋的有用特征是能夠以最小的投資將造粒操作從生產(chǎn)中空顆粒轉(zhuǎn)換為正常的非中空(固體)顆粒并再次轉(zhuǎn)換的靈活性。

罐74的所述中空腔84包括一個(gè)前壁88。前壁88可以是平坦的，如圖6a所示。前壁88包括至少一個(gè)孔90。前壁88還可以包括至少兩個(gè)孔90、至少三個(gè)孔90或至少四個(gè)孔90。或者，前壁88不是平的，該區(qū)域包括多個(gè)錐形入口91，如圖6b所示。錐形入口91有助于將熔融材料漏入至少一個(gè)孔90中，并且還有助于防止材料在前壁88處堆積。

返回參見圖6a，至少一個(gè)孔90起始于中空腔84的前壁88，并延伸到插入件50b的后部70的前壁92。所述至少一個(gè)孔90實(shí)現(xiàn)加工熔融物從中空腔84流動(dòng)并且向插入件50b的前部72進(jìn)料，而不會(huì)阻礙所述加工熔融物的流動(dòng)或引起不必要的壓力增加。所述前壁92可以可選地包括一個(gè)倒角94。

圖6c是插入件50b的一個(gè)主透視圖，更清楚地示出了插入件50b的前部72，其包括心軸76、在心軸76上的多個(gè)翅片78，以及多個(gè)翅片錐體80。心軸76具有至少三個(gè)不同的區(qū)域，優(yōu)選是一個(gè)基部區(qū)域102、一個(gè)中間區(qū)域104和一個(gè)前部區(qū)域106。在基部區(qū)域102中，翅片78沿著心軸76從后部70的前壁92朝前部區(qū)域106和所述擠出模具的所述下游面向前延伸。這使得加工熔融物可能通過(guò)至少一個(gè)孔90，并且保持通過(guò)所述至少一個(gè)孔90并且沿著翅片78的恒定層流或其它期望流。翅片78用作加工熔融物的引導(dǎo)件，而不會(huì)阻礙加工熔融物的流動(dòng)。在中間區(qū)域104中，翅片78具有突出部108。翅片78終止于心軸76的中間區(qū)域內(nèi)的翅片錐體80。插入翅片錐體80從翅片78的直徑尺寸漸縮至沒(méi)有翅片78的心軸76的直徑。因此，心軸76的前部區(qū)域106可以沒(méi)有翅片。在前部區(qū)域106中缺少翅片可以實(shí)現(xiàn)加工熔融物圍繞心軸76的所述前部區(qū)域106流動(dòng)，使得當(dāng)加工熔融物被擠出模具孔22時(shí)，所得到的中空顆?？梢詻](méi)有間隙地完全形成，如果翅片78被延伸到心軸76的尖端112則可能導(dǎo)致間隙。

位于心軸76上的翅片78的最少數(shù)量為至少兩個(gè)，并且在一些情況下為至少三個(gè)。在一些實(shí)施例中，至少有四個(gè)翅片78位于心軸76上。心軸76上的多個(gè)翅片78可相對(duì)于相鄰翅片以任何角度定向以形成流過(guò)聚合物熔融物的路徑。翅片78可以彼此等間隔。因此，翅片78可圍繞心軸76以約180度或更小角度彼此分開，圍繞心軸76以約120度或更小角度彼此分開，或者圍繞心軸與相鄰翅片以約90度或更小角度分開。

現(xiàn)在參見圖7a，插入件50b示出在模具孔22內(nèi)。插入件50b的尺寸必須這樣：其在加工溫度下不超過(guò)模具孔22的尺寸，并且在插入件50a的金屬與基板36或可移除插入件110的金屬不同的情形下，同時(shí)必須考慮到不同的膨脹。

翅片78不僅形成用于加工熔融物的多個(gè)流動(dòng)路徑，而且還用于保持心軸76在模具孔22中的位置。模具孔22中的壓力或流動(dòng)差異和/或具有刀片28的旋轉(zhuǎn)切割器轂30的力可以將一個(gè)力施加到心軸76上，這可以導(dǎo)致心軸76移動(dòng)。心軸76上的翅片78為心軸76提供額外的支撐和穩(wěn)定性，使心軸76穩(wěn)定地保持在模具孔22中并防止心軸76發(fā)生任何不期望的移動(dòng)。突起108鄰接模具孔22，有助于保持心軸76在模具孔22中的位置。

插入件50b在模具孔22內(nèi)，從而使得心軸76的中間區(qū)域104和前部區(qū)域106顯著地包含在模具成型面60內(nèi)。還可以看出，模具孔椎體62可以包括兩個(gè)區(qū)域：114和116。區(qū)域114可以可選地彎曲(示出)或平坦(未示出)。類似地，區(qū)域116可以可選地是直的、錐形的、對(duì)角區(qū)域(示出)或可以是平坦的(未示出)。當(dāng)突出部108可緊靠所述模具成型面60以保持心軸76的位置，翅片78延伸穿過(guò)模具孔錐體62并進(jìn)入模具成型面60。

再次地，模具成型面60的長(zhǎng)度通常在至少約3.8毫米(約0.15英寸)至約31.75毫米(約1.25英寸)的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選為至少約6.4毫米(約0.25英寸)至約25毫米(約1.00英寸)。模具成型面60內(nèi)的心軸76優(yōu)選為與所述擠出模具的下游面齊平。在一個(gè)替代實(shí)施例中，心軸76的長(zhǎng)度可以小于模具成型面60的長(zhǎng)度。在這種替代實(shí)施例中，心軸76的長(zhǎng)度相比模具成型面60的長(zhǎng)度，短了約0.50毫米(約0.020英寸)至約5.0毫米(約0.20英寸)，從而使心軸76的尖端112從擠壓模具的下游面非常輕微地凹陷。

模具成型面60和心軸76可以具有相似或不同的幾何形狀。模具成型面60可以是圓柱形或錐形的，并且可以是圓形、橢圓形、矩形、星形等幾何形狀。心軸76可以是圓柱形或錐形的，并且可以是圓形、橢圓形、矩形、星形等幾何形狀。前部區(qū)域72經(jīng)由翅片78，可以是一個(gè)壓配合插銷，并且優(yōu)選地滑動(dòng)壓配合進(jìn)入到模具孔22中。

圖7b和7c示出了模具孔22內(nèi)的插入件50b的另一實(shí)施例的細(xì)節(jié)。圖7b是所述插入件的一個(gè)仰視背面透視圖，而圖7c是所述插入件的一個(gè)主透視圖。如圖所示，心軸76包括突起118。在前壁88包括多于一個(gè)孔90的情況下，突起118可用于將離開孔90的聚合物流擠到一起成為單一的均勻流。當(dāng)所述熔融物流經(jīng)過(guò)突起118時(shí)，突起118通過(guò)在突起118和模具孔22的壁120之間向外擠出熔融物流動(dòng)而工作，從而獲得熔融材料的單一均勻流而不是多個(gè)流。

插入件50a可由任何耐磨材料(優(yōu)選是金屬)組成。金屬可以是鋁、黃銅、青銅、紫銅、鋼、工具鋼、碳鋼、釩鋼、不銹鋼、鎳鋼、鎳等，但不限于此。在一些實(shí)施例中，金屬可以是包括黃銅、青銅、紫銅的一種良好熱導(dǎo)體。不意受任何理論束縛，據(jù)信導(dǎo)熱金屬在散布到并通過(guò)模具孔22的加工熔融物中保持溫度均勻性。這對(duì)于最小化熱損失和/或溫度變化方面是有效的，因?yàn)椴牧显谟啥鄠€(gè)翅片78形成的多個(gè)路徑中流動(dòng)。所選擇的金屬更優(yōu)選為的強(qiáng)度更大和耐磨性更高，例如不銹鋼，其也具有更低的熱導(dǎo)率并且是一個(gè)更好的熱絕緣體

在一個(gè)實(shí)施例中，所述插入件可以是一個(gè)包括罐和心軸的一體式組件。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述心軸可以與所述罐分離，從而使得多件式組件成為可能。圖8a-8c示出了所述插入件的一個(gè)多件式組件。首先參見圖8a，如圖8a所示，插入件50b包括罐74和心軸76。在該多件式實(shí)施例中，心軸76可從罐74中移除。如圖8b所示，心軸76可旋入罐74中。在所述替代方案中，心軸可以以某種其它方式附接地連接到罐。圖8c是多件式組件的主透視圖，示出了附接到罐74的心軸76。

圖9a-i示出了根據(jù)本發(fā)明形成的所述中空顆粒的所述各種幾何形狀。圖9a示出了一個(gè)圓柱形顆粒的俯視圖，所述中空腔完全穿透該圓柱形顆粒。圖9b示出了來(lái)自圖9a的所述中空的圓柱形顆粒的一個(gè)橫截面視圖，而圖9c示出了同一顆粒的一個(gè)側(cè)視圖。圖9d示出了一個(gè)大致圓形的顆粒的俯視圖，而圖9e示出了橫穿該顆粒的一個(gè)橫截面。圖9f示出了一個(gè)大致矩形的顆粒的一個(gè)俯視圖，圖9g示出了橫穿該顆粒的一個(gè)橫截面視圖，示出了在該矩形顆粒內(nèi)的一個(gè)圓形的中空腔。圖9h示出了一個(gè)大致圓形的顆粒的一個(gè)俯視圖，而圖9i示出了橫穿該顆粒的一個(gè)橫截面視圖，示出了具有穿入并穿過(guò)所述顆粒壁的一個(gè)腔。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，許多顆粒形狀和腔形狀可以通過(guò)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)，而不意在限制。

中空顆粒的形成極大地受到熔融物流變學(xué)并且特別是熔融物粘度控制。如上文所述的圖9a-c中所示，部分熔融物材料通常形成環(huán)形或面包圈形狀的顆粒。當(dāng)所述熔融物粘度降低，并且因此所述熔融物流動(dòng)指數(shù)增加時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)顆粒的更多閉合以形成一個(gè)完全封閉的腔，如圖9d-g所示。因?yàn)槿廴谖镎扯壤^續(xù)下降，并且由此熔融物流動(dòng)指數(shù)增加，產(chǎn)生較少完全封閉的腔，引入穿孔，并且最終發(fā)現(xiàn)所述腔塌陷或部分塌陷，這導(dǎo)致不規(guī)則的腔幾何形狀。

另外，諸如化學(xué)組成、熔點(diǎn)范圍和結(jié)晶度等是重要的因素，因?yàn)檫@些影響加工熔融物的流動(dòng)性和溫度。結(jié)晶通常會(huì)放熱，并且會(huì)增加熔融物過(guò)程溫度，從而降低粘度。熔點(diǎn)范圍越窄，顯著增加固化所需的冷卻越少，因此與腔完全穿透的環(huán)形或面包圈形狀顆粒相比，形成一個(gè)完全封閉的腔更具挑戰(zhàn)性。聚合物的極性、支枝化和疏水/親水相互作用影響熔融相中的屬性以及導(dǎo)致固化的過(guò)程。對(duì)于評(píng)估顆粒的閉合，以及為獲得一個(gè)期望直徑的顆粒(含有具有一個(gè)特定直徑的腔)的心軸和模具成型面的直徑的必要差異，材料在離開模具時(shí)膨脹的能力也是重要因素。因?yàn)楫?dāng)熔融物粘度降低時(shí)，這些變量的控制降低，并且結(jié)晶的溫度的影響(如果存在的話)增加。

水分吸收被評(píng)價(jià)為闡明可能的水分截留的方法，其中在優(yōu)選的水下造粒中進(jìn)行造粒。預(yù)期水分將成比例地高，其中輸送流體(優(yōu)選水)的截留發(fā)生在產(chǎn)生的中空腔中。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在考慮到可比直徑固體顆粒的質(zhì)量與中空顆粒的減少質(zhì)量的差異之后，水分含量顯著低于預(yù)期，甚至更令人驚奇的是，隨著材料的極性增加，水分減少增加。例如，發(fā)現(xiàn)聚乙烯和聚丙烯中空顆粒具有可比較的含水量，具有可比直徑的固體顆粒，而乙基乙酸乙烯酯中空顆粒被發(fā)現(xiàn)具有固體顆粒的約一半至三分之二的水分。

用于根據(jù)本發(fā)明制備的中空顆粒的材料的實(shí)例包括但不限于聚合物、共聚物、生物聚合物和生物塑料及其組合。

可用于根據(jù)本發(fā)明制備中空顆粒的聚合物可以是聚烯烴、可交聯(lián)的聚烯烴、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚碳酸酯、聚硫醚、聚砜、聚氨酯、聚醚、聚硫醚、蠟、熱熔粘合劑、瀝青、熱塑性彈性體、橡膠、纖維素、膠基、乙烯基聚合物和包括芳族和脂族乙烯基聚合物、芳香族鏈烯基聚合物如聚苯乙烯，以及上述物質(zhì)的共聚物。

作為最終中空顆?；蜃鳛榫哂谢虿痪哂腥魏纹渌锘蚍巧锞酆衔锘虿牧系闹苿┑囊粋€(gè)組分的生物塑料的實(shí)例包括但不限于：聚羥基鏈烷酸酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚乙二醇、多糖、纖維素和淀粉、油酸酐、脂族聚酯和聚碳酸酯、聚原酸酯、聚磷腈、聚內(nèi)酯和聚內(nèi)酰胺。

可用于本發(fā)明的聚烯烴可以是超低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丁烯、離聚物、聚甲基戊烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、烷基和芳基取代的乙烯基、鹵化和多鹵代乙烯類、聚乙烯基酯、乙烯醇及其共聚物。

在制備根據(jù)本發(fā)明的中空顆粒中，可以將一種或多種添加劑與熔融材料包括在一起。添加劑可以包括但不限于：流變改性劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、抗氧化劑、紫外線穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、染料、顏料、填料、纖維、成核劑、膨脹劑、包封的農(nóng)業(yè)和藥物活性成分、矯味劑和香料、增粘劑、防粘劑、顆粒涂層、增塑劑、潤(rùn)滑劑、蠟、生物材料添加劑(其可以包括但不限于纖維素、淀粉和蛋白質(zhì)材料)、偶聯(lián)劑、粘合劑、清除劑、增效劑、加工助劑和造粒助劑。一種或多種添加劑可以是單組分或多組分制劑。

可用于本發(fā)明的聚合物、共聚物和一種或多種添加劑可以是無(wú)定形的、結(jié)晶的或它們的組合。聚合物、共聚物和一種或多種添加劑可以包含可交聯(lián)的反應(yīng)性官能團(tuán)。反應(yīng)性官能團(tuán)可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改性，包括通過(guò)膨脹來(lái)改性。

如所預(yù)期的，擠出工藝上的背壓隨著插入件的使用而增加，并且發(fā)現(xiàn)其通過(guò)至少下述中的一個(gè)來(lái)減輕：通過(guò)增加穿過(guò)模具的孔的數(shù)量、通過(guò)提高加工熔融物的溫度、以及通過(guò)提高模具的溫度。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，這些因素不是令人驚訝的結(jié)果。

不意受任何理論束縛，與正常的固體顆粒相比，根據(jù)本發(fā)明制備的中空顆粒具有更大的表面積與體積比、減少了從外表面到“核心”的距離，從而為中空顆粒提供了與固體顆粒相比的幾個(gè)益處。例如，使用中空顆?？梢蕴岣呱a(chǎn)率，因?yàn)橹锌疹w粒不僅更快地熔化，而且干燥、結(jié)晶和/或固態(tài)聚合更快。在形成后，一些顆粒被放入溶劑中，中空顆粒比正常的固體顆粒溶解得更快。中空顆粒在預(yù)混合共混物中也具有改進(jìn)的混合和分散性能，從而在擠出或以其他方式使用之前可以更好地與其它材料干混合。在一些情況下，需要較便宜的顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)諸如吸收沖擊能量或降低總重量的功能，中空顆?？梢宰龅竭@一點(diǎn)。另外，膨脹劑例如戊烷可以包括在熔融材料中，所得到的顆?？梢耘蛎洺芍T如“泡沫面包圈”的形狀，并直接用于包裝應(yīng)用中。

前述內(nèi)容僅被認(rèn)為對(duì)是本發(fā)明原理的說(shuō)明。因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到許多的修改和變化，所以不意將本發(fā)明限制為所示出和描述的確切實(shí)施例。因此，所有合適的修改和等同可以訴諸于并落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。