專利名稱：擠壓成形裝置、成形品的制造方法和擠壓成形品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能制得機械強度提高的成形品的擠壓成形裝置，使用該裝置的成形品的制造方法以及機械強度提高的擠壓成形品。
背景技術(shù)：
一般，將催化劑，催化劑載體，吸附劑，干燥劑，調(diào)濕劑等成形為直徑為2～10mm、長度為2～20mm程度的圓柱形或圓筒形成形品，將其充填到反應(yīng)器中而用于種種化學(xué)反應(yīng)過程中。為了制造這種催化劑等成形品，至今還使用著擠壓成形方法。
即，將連續(xù)地從模具擠出氧化鋁等軟質(zhì)的粘土狀材料的成形品較小地切斷而制造成形品。專利文獻(xiàn)1，2公開了使這種成形品的切斷尺寸精度提高的擠壓成形裝置。
為了提高成形品的強度，使成形品不容易破損，采用將纖維混入、分散到成形材料中的工藝。但是，用擠壓成形制造的成形品即使是分散有纖維，但在施加扔到地面上等沖擊時，還是有容易破裂的問題，特別是在圓柱形或圓筒形成形品的場合下，更容易沿著其軸向破裂。
專利文獻(xiàn)1特開2002-67020號專利文獻(xiàn)2特開2002-79568號發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的課題是提供一種能使成形品的強度提高，便成形品不破裂的擠壓成形裝置和使用該裝置的成形品的制造方法。
本發(fā)明的另一個課題是提供一種耐破裂的強度提高的擠壓成形品。
本發(fā)明人對上述成形品沿著軸向，即在擠出方向上容易破裂的原因進(jìn)行了種種調(diào)研，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述原因是由于成形品內(nèi)的纖維朝向在擠出方向上一致。這被認(rèn)為是由于在擠出時，當(dāng)成形材料朝擠出孔流動過程中，纖維與該流動方向一致。由此，本發(fā)明人進(jìn)行了重復(fù)的精心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個新的事實，即，借助在擠壓成形裝置內(nèi)的模具上所設(shè)的擠出孔內(nèi)或其附近的模具內(nèi)，設(shè)置用于對成形材料進(jìn)行攪拌的攪拌機構(gòu)，擠出時成形材料內(nèi)的纖維隨機地分散，成形品的強度提高，由此作出了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的擠壓成形裝置是從模具的擠出孔連續(xù)地擠出成形材料，將上述成形材料成形為成形品的，其特征在于，在上述擠出孔內(nèi)或擠出孔附近的模具內(nèi)設(shè)有用于攪拌成形材料的攪拌機構(gòu)。
作為上述攪拌機構(gòu)，例舉出是位于擠出孔內(nèi)或其附近的模具內(nèi)，并設(shè)置在進(jìn)行回轉(zhuǎn)的銷的外周上的突起物。
而本發(fā)明的成形品的制造方法，其特征在于，用上述的擠壓成形裝置，對含有增強用纖維的成形材料進(jìn)行成形。
本發(fā)明的擠壓成形品是含有增強用纖維的成形品，其特征在于，上述增強用纖維是相對于擠出方向的50％累積度數(shù)的角度為20°以上，而且90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差為40°以上。最好，上述增強用纖維是相對于擠出方向的50％累積度數(shù)的角度為30°以上，而且90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差為50°以上。
根據(jù)本發(fā)明的擠壓成形裝置，由于用上述攪拌機構(gòu)對從擠出孔被擠出的近前側(cè)的成形材料進(jìn)行攪拌，成形材料在充分混合的狀態(tài)下擠出，因而能提高成形品的強度，能抑制成形品的破裂等。
特別是，由于用本發(fā)明的擠壓成形裝置，對含有增強用纖維的成形材料進(jìn)行成形，能使成形材料內(nèi)的纖維朝向隨機地分散，因而成形品在其擠出方向上的破裂減少，成形品的強度提高。
具體地說，由于本發(fā)明的擠壓成形品中是增強用纖維相對于擠出方向的角度分散得非常寬，因而具有耐破裂的強度提高的效果。


圖1是表示作為本發(fā)明一個實施方式的擠壓成形裝置的主要部分的概略斷面圖。
圖2是表示擠壓成形裝置的大致整體結(jié)構(gòu)的概略斷面圖。
圖3(a)是表示本發(fā)明中的銷的另一個例子的側(cè)視圖，圖3(b)是該銷的正視圖。
圖4(a)是表示本發(fā)明中的銷的再一個例子的側(cè)視圖，圖4(b)是該銷的正視圖。
圖5是表示在用實施例1制得的成形品中，增強用纖維相對于擠出方向的角度累積度數(shù)的圖表。
圖6是表示在用實施例2制得的成形品中，增強用纖維相對于擠出方向的角度累積度數(shù)的圖表。
圖7是表示在用實施例3制得的成形品中，增強用纖維相對于擠出方向的角度累積度數(shù)的圖表。
圖8是表示在用比較例制得的成形品中，增強用纖維相對于擠出方向的角度累積度數(shù)的圖表。
具體實施例方式
圖1和圖2表示本發(fā)明的一個實施方式，圖1表示作為該實施方式的擠壓成形裝置主要部分的擠出孔及其周邊的結(jié)構(gòu)。
模具1安裝在成形裝置10的前面，設(shè)有將成形材料連續(xù)地擠出的擠出孔2。在擠出孔2的后方，形成使成形材料向擠出孔2流動的流路3。在擠出孔2的后方的流路3內(nèi)設(shè)置著螺旋4。該螺旋4是用凸緣式擠出裝置或螺旋式擠出裝置等(圖中沒有表示)，按一定流量，將通過流路3壓送來的成形材料從擠出孔2擠出。
在螺旋軸40的前端配置著銷5，該銷5插入在擠出孔2內(nèi)。螺旋軸40構(gòu)成筒形，在其外周面上設(shè)置著螺旋4。在該螺旋軸40的內(nèi)部收容著使銷5回轉(zhuǎn)用的回轉(zhuǎn)軸6。在螺旋軸40的內(nèi)面和回轉(zhuǎn)軸6的外周面之間設(shè)有滾珠軸承(滾針軸承等)(圖中沒有表示)，回轉(zhuǎn)軸6和螺旋軸40作成能分別獨立回轉(zhuǎn)。
在上述銷5的后端設(shè)有與回轉(zhuǎn)軸6連接用的安裝座50。在該安裝座50上安裝著作為攪拌機構(gòu)的多根線材7(譬如鋼絲等金屬線)。線材7的前端從銷5的外周沿徑向突出地折彎。既可以將線材7大致與銷5平行地安裝，也可以相對于銷5傾斜地卷上。而且，雖然線材7相對于1個銷5的安裝根數(shù)是只要得到成形材料的攪拌效果即可，沒有特別的限定，但安裝1～5根左右的線材7是比較適當(dāng)?shù)摹?br> 圖2表示該實施方式的擠壓成形裝置的整體結(jié)構(gòu)。成形裝置10是本體構(gòu)成筒狀，前端面上固定著模具1。在模具1中，以成形裝置10的中心軸為中心地圍繞著該中心配設(shè)著多個(通常是2～8個)擠出孔2，2...。因此，在成形裝置10的前端形成分成多個，并與擠出孔2，2...連通的各個流路3。
這里，使多個銷5回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)如下所述。即，在將銷5分別固定的多個回轉(zhuǎn)軸6中的一個軸上，后部安裝著皮帶輪8，在該皮帶輪8和電動機9的軸10上的皮帶輪11之間架設(shè)著皮帶12(譬如同步皮帶)，由電動機9的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力使回轉(zhuǎn)軸6中的一個軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)。
在該回轉(zhuǎn)軸6的外周面上安裝著齒輪13，由與該齒輪13嚙合的齒輪14，經(jīng)由驅(qū)動軸15，使驅(qū)動皮帶輪16回轉(zhuǎn)。另一方面，在另一個回轉(zhuǎn)軸6上，除了與上述回轉(zhuǎn)軸6同樣地設(shè)有齒輪13，齒輪14以外，還安裝著從動軸115和從動皮帶輪116。而且，在上述的皮帶輪16，116之間架設(shè)著皮帶17(譬如同步皮帶)，這樣，使全部回轉(zhuǎn)軸6，6...以相等速度進(jìn)行回轉(zhuǎn)，由此使前端的各個銷5回轉(zhuǎn)，用線材7對各個擠出孔2內(nèi)的成形材料進(jìn)行攪拌。
這時，帶有彈簧18的一組推頂器19與鄰接的各個皮帶輪16，116之間的皮帶17相接，使皮帶17的張力保持一定。這樣，由于多個回轉(zhuǎn)軸6，6...以相等速度進(jìn)行回轉(zhuǎn)，因而能用線材7對各個擠出孔2內(nèi)的成形材料進(jìn)行相等的攪拌，防止成形品的破裂。雖然對回轉(zhuǎn)軸6、銷5的回轉(zhuǎn)速度沒有特別的限定，但在成形材料移動10mm的期間進(jìn)行2～20圈的回轉(zhuǎn)；最好進(jìn)行5～15圈的回轉(zhuǎn)，這樣，能得到適當(dāng)?shù)臄嚢栊Ч?br> 在本實施方式中，是使用齒輪13，14，軸15，115和皮帶輪16，116，使全部回轉(zhuǎn)軸6進(jìn)行回轉(zhuǎn)，這是因為在回轉(zhuǎn)軸6和成形裝置的圓筒本體之間沒有空間的緣故。在能取得空間的場合下，也可以不使用上述的齒輪13，14，軸15，115和皮帶輪16，116，而將皮帶直接架設(shè)在各個回轉(zhuǎn)軸6上而使其回轉(zhuǎn)。
另一方面，螺旋4的回轉(zhuǎn)如下所述地進(jìn)行。即，在插入了回轉(zhuǎn)軸6的螺旋軸40的外周上固定著正齒輪20。該正齒輪20經(jīng)由正齒輪21而與安裝在電動機22的軸上的正齒輪23嚙合。因此，借助使電動機22的驅(qū)動，可使各個對應(yīng)的螺旋4進(jìn)行回轉(zhuǎn)。
如圖2所示，按每個螺旋4分別配設(shè)著電動機22，分別獨立地對成形材料向各個擠出孔2的流量進(jìn)行流量控制。由此可按各個擠出孔2進(jìn)行不同的成形材料的擠出流量的調(diào)整。
這樣，使螺旋4和銷5相互獨立的進(jìn)行回轉(zhuǎn)，用螺旋4以一定速度將成形材料擠出，并用設(shè)置在銷5上的線材7對成形材料進(jìn)行攪拌。因此，含在成形材料中的纖維的朝向是隨機的，制得的成形品的強度提高。
雖然在本實施方式中，在銷5上安裝多根線材7而作為突起物，但并不局限于這種結(jié)構(gòu)，只要能進(jìn)行攪拌，則可使用種種突起物。圖3和圖4表示設(shè)有其他突起物的銷的例子。
圖3表示將線材26嵌合在按規(guī)定角度(譬如90°或45°)逐個錯開地開設(shè)在銷51上的貫通孔25中作為突起物的結(jié)構(gòu)。設(shè)置1～5個貫通孔25是比較合適的。在銷51的安裝座53上設(shè)置著與回轉(zhuǎn)軸6相連接用的陽螺紋部54。
圖4是表示將具有突起27的圓環(huán)28嵌入在銷52上，用點焊等工藝將其固定的結(jié)構(gòu)。突起27并不局限于圖示的+字形，可以是各種形狀(譬如，也可以是1根具有突起的圓環(huán))。其他部分與圖3所示的銷51相同。
即使用這樣的銷51，52，也能取得與使用線材7的銷5同樣的效果。
雖然用在上述實施方式制得的成形品是中空筒形的，但通過使銷5的前端位于擠出孔2的出口內(nèi)側(cè)就能制得柱狀的成形品。而且，只要得到攪拌效果，則突起物不必一定要設(shè)在擠出孔2內(nèi)，突起物可位于擠出孔2附近的模具內(nèi)。
下面，說明用上述成形裝置制得的本發(fā)明的擠壓成形品。如上所述，該擠壓成形品含有增強用纖維。作為增強用纖維可例舉出玻璃纖維，碳纖維，碳化硅纖維，氧化鋁纖維等無機纖維，聚酯纖維，聚酰胺纖維(尼龍纖維)，聚酰亞胺纖維等合成纖維。
由于增強用纖維的長度是根據(jù)成形品的尺寸大小等參數(shù)決定，因而沒有特別的限定，但可以將平均纖維長度取成0.01～1mm，最好是0.1～0.8mm。而且可以將纖維平均直徑取成1～10μm，最好是1.5～5μm。此外，增強用纖維的含有量可以取成相對于成形材料(干燥重量)的3～30質(zhì)量％，最好是5～20質(zhì)量％。
在本發(fā)明中，將相對于擠出方向的50％累積度數(shù)的角度(A50)，90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差(A90-A10)用作對成形品內(nèi)的增強用纖維的分散程度進(jìn)行評價的尺度。
50％累積度數(shù)的角度(A50)稱為增強用纖維的長度方向相對于擠出方向的平均角度。
而90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差(A90-A10)表示90％累積度數(shù)的增強用纖維分散角度和10％累積度數(shù)的增強用纖維分散角度之差。該差值越大，表示增強用纖維被分散得越好。這些測定方法如下述的實施例所記載。
本發(fā)明中，上述50％累積度數(shù)的角度(A50)是20～70°，最好是30～60°。
而90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差(A90-A10)是40°以上，最好是50°以上。
在上述(A50)小于20°時，和/或在上述(A90-A10)小于40°時，由于增強用纖維的分散程度不充分，因而有可能耐破裂的強度降低。
作為本發(fā)明的成形品的具體例子可以例舉出如催化劑，催化劑載體，吸附劑，干燥劑，調(diào)濕劑等。而且成形品的材料并不局限于無機材料，即使對種種塑料等材料，本發(fā)明的擠壓成形裝置也是能適用的。
下面，例舉實施例來說明本發(fā)明的擠壓成形裝置。
實施例1用圖1，圖2所示的擠壓成形裝置，對粘土狀的氧化鋁催化劑成形材料進(jìn)行擠壓成形，制造其成形品。氧化鋁成形材料是相對于100份重量的催化劑，含有平均纖維長度為0.4mm的6份重量的氧化鋁纖維和38份重量的水。
使用的模具1是表面經(jīng)過鍍鉻處理的，具有將8個擠出孔2配設(shè)成同心圓狀的圓盤形狀。擠出孔2的內(nèi)徑是6.6mm，長度是10mm。
內(nèi)徑2.5mm，長度22mm的銷5被插入在擠出孔2內(nèi)。如圖1所示，將3根金屬絲的后端固定在銷5上，傾斜地卷繞在銷5上，并使前端從銷5稍稍翹起。
用該擠壓成形裝置，以10mm/分鐘的擠出速度，對上述氧化鋁催化劑成形材料進(jìn)行擠壓成形。這時，將回轉(zhuǎn)速度調(diào)整成當(dāng)成形材料在擠出孔2內(nèi)前進(jìn)6mm時銷5回轉(zhuǎn)6圈。
實施例2除了用圖3所示的銷51替代圖1所示的銷5之外，其余與實施例1同樣地進(jìn)行擠壓成形。但嵌合在銷51的貫通孔中的線材26的根數(shù)是2根，兩根線材26的交叉角度是90°。
實施例3除了用圖4所示的銷52替代圖1所示的銷5之外，其余與實施例1同樣地進(jìn)行擠壓成形。但十字形圓環(huán)28的個數(shù)是1個。
〔比較例〕除了用沒有突起物的銷之外，其余與實施例1同樣地進(jìn)行擠壓成形。
用下述的落下試驗和耐壓強度試驗對用上述實施例和比較例制得的成形品的強度進(jìn)行調(diào)研。
〔耐壓強度試驗〕對切斷成長度為6.6mm的成形品，沿著其厚度方向(徑向)施加壓力時，測定成形品破裂的壓力，將此值作為耐壓強度。
〔落下強度試驗〕將切斷成長度為6.6mm的成形品放在25℃，80％RH環(huán)境下，干燥15小時，用550℃燒成之后，將其垂直地立起，在下端加上高度為30mm的硅橡膠制造的栓的內(nèi)徑為25.4mm程度，長度為5m的鐵管中，測定從上端使其落下時的成形品的粉末化比例。即，將落下的成形品過篩，用以下的基準(zhǔn)對粉碎品，半粉碎品和合格品的比例進(jìn)行評價。
粉碎品8篩孔下(-8#)〔通過8篩孔的篩子(網(wǎng)眼2.36mm)的比例(質(zhì)量％)〕半粉碎品8篩孔上、4篩孔下(+8#～-4#)〔通過4篩孔的篩子(網(wǎng)眼4.75mm)，不通過8篩孔的篩子(網(wǎng)眼2.36mm)的比例(質(zhì)量％)〕合格品4篩孔上(+4#)〔不通過4篩孔的篩子(網(wǎng)眼4.75mm)的比例(質(zhì)量％)〕而且，成形品中的增強用纖維的分散狀態(tài)用下述的方法進(jìn)行評價。先將成形品沿著與擠出方向平行地破開，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀測其破斷面，進(jìn)行倍率為500倍的SEM照相。接著，從得到的SEM照相進(jìn)行增強用纖維相對于成形品的擠出方向的角度測定。即，在SEM照相上，以任意的間隔記入與成形品的擠出方向平行的細(xì)線，用量角器測定纖維相對于該細(xì)線的角度。
如上所述地，對用實施例1～3和用比較例分別制得的成形品進(jìn)行多個增強用纖維角度的測定。圖5～圖8表示了顯示該測定結(jié)果(角度分布)的圖表(圖中，n表示纖維數(shù))。而且，從這些角度測定結(jié)果求出10％和90％的累積度數(shù)的角度，從它們的差值求出90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差(A90-A10)，還同樣地求出50％累積度數(shù)的角度(A50)。
表1表示這些試驗的結(jié)果。
表1


從表1和圖5～圖8可以看出，用實施例制得的成形品與比較例的成形品相比，由于增強用纖維的分散度較高，因而能減少縱長方向上的破裂，即能減少半粉碎品，還能提高耐壓強度。
權(quán)利要求
1.一種擠壓成形裝置，從模具的擠出孔連續(xù)地擠壓成形材料，將上述成形材料成形為成形品，其特征在于，在上述擠出孔內(nèi)或擠出孔附近的模具內(nèi)設(shè)有用于攪拌成形材料的攪拌機構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的擠壓成形裝置，其特征在于，上述攪拌機構(gòu)是位于擠出孔內(nèi)或其附近的模具內(nèi)，并設(shè)置在進(jìn)行回轉(zhuǎn)的銷的外周上的突起物。
3.一種將上述成形材料形成為成形品的制造方法，其特征在于，用權(quán)利要求1或2所述的擠壓成形裝置，對含有增強用纖維的成形材料進(jìn)行成形。
4.一種擠壓成形品，含有增強用纖維，其特征在于，上述增強用纖維是相對于擠出方向的50％累積度數(shù)的角度為20°以上，并且90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差為40°以上。
5.如權(quán)利要求4所述的擠壓成形品，其特征在于，上述增強用纖維是相對于擠出方向的50％累積度數(shù)的角度為30°以上，并且90％累積度數(shù)的角度和10％累積度數(shù)的角度之差為50°以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能使成形品的強度提高的擠壓成形裝置。從模具(1)的擠出孔(2)連續(xù)地擠出含有增強用纖維的成形材料，將上述成形材料形成為成形品，在上述擠出孔(2)內(nèi)或擠出孔(2)附近的模具(1)內(nèi)設(shè)有用于攪拌成形材料的攪拌機構(gòu)。它是將位于擠出孔(2)內(nèi)或其附近的模具(1)內(nèi)，并設(shè)置在進(jìn)行回轉(zhuǎn)的銷(5)的外周上的線材(7)等用作攪拌機構(gòu)。用該擠壓成形裝置對上述成形材料進(jìn)行成形而制造出成形品。
文檔編號B29K105/06GK1827347SQ20061005508
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者野村好三郎, 山西修, 土本和也 申請人:住友化學(xué)株式會社