專利名稱：連續(xù)擠出塊狀制品的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
及發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明涉及一種擠出機(jī)，尤其涉及一種連續(xù)擠出多孔活性炭塊狀過濾器制品的方法和設(shè)備。
螺桿擠出機(jī)和注射成型設(shè)備在本技術(shù)領(lǐng)域是常用的設(shè)備。目前已有的方法和設(shè)備在擠出樹脂粘結(jié)劑和粉末或顆粒料之類的復(fù)合材料時(shí)的很大缺陷是，當(dāng)材料流出螺桿進(jìn)入模具時(shí)開始冷卻硬化，螺桿上的螺旋片在材料的外表面形成了螺旋形的“粘合痕跡”。在材料的外表面形成的這種螺旋形的“粘合痕跡”導(dǎo)致了材料在整個(gè)軸向長(zhǎng)度方向上的螺旋形薄弱區(qū)，這個(gè)區(qū)域貫通整個(gè)材料長(zhǎng)度，具有低密度和更大的孔隙率。對(duì)于產(chǎn)品的強(qiáng)度和過濾性能都有不利影響。
為了彌補(bǔ)材料在螺旋形薄弱區(qū)內(nèi)的低密度和過大孔隙率的缺陷，目前已有的方法和設(shè)備采取了用更大的總體密度來制作產(chǎn)品的方法。這樣一來，由于使用的材料量的增加，生產(chǎn)率的降低，對(duì)擠出設(shè)備磨損增加和能源消耗的增加造成了生產(chǎn)成本的提高。
在Koslow的美國(guó)專利5,189,092和Koslow的美國(guó)專利5,249,948中試圖克服已有擠出方法和設(shè)備的問題。這兩個(gè)專利中披露了一種可生產(chǎn)更加均勻的擠出產(chǎn)品的設(shè)備和方法。在Koslow的專利提出利用螺桿輸送機(jī)使粉末材料通過擠出機(jī)筒體。材料在擠出機(jī)的筒體中被預(yù)熱器加熱，然后被送進(jìn)模具，在模具中加熱元件對(duì)材料進(jìn)一步加熱到所需的工作溫度。
材料在模具中的加熱很關(guān)鍵。如果材料流過模具時(shí)的加熱段太短，材料流動(dòng)太快，就不可能傳導(dǎo)形成固態(tài)產(chǎn)品所需的熱量，材料也不能適當(dāng)?shù)墓袒?。另一方面，如果加熱段太長(zhǎng)，背壓壓力的增加就無法控制，會(huì)使材料硬化堵塞擠出機(jī)。而且，材料的冷卻段必須足夠長(zhǎng)而使材料在離開模具時(shí)可保持結(jié)構(gòu)的完整性，不會(huì)造成導(dǎo)致材料堵塞的無法控制的背壓壓力。
但是，與其他已有擠出設(shè)備一樣，螺桿上的螺旋片在擠壓出的塊狀制品的外表面形成了螺旋形的“粘合痕跡”。擠壓出的塊狀制品在整個(gè)軸向長(zhǎng)度方向有薄弱區(qū)域。如前所述，這個(gè)薄弱區(qū)域具有低密度和更大的孔隙率。
因此，本發(fā)明的主要目的和特點(diǎn)是提出一種連續(xù)擠出塊狀制品的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備可避免在塊狀制品的外表面形成了螺旋形的“粘合痕跡”。
本發(fā)明的另一個(gè)目的和特點(diǎn)是提出一種連續(xù)擠出塊狀制品的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備可減少材料的使用量，提高生產(chǎn)率，降低能源消耗。
本發(fā)明的再一個(gè)目的和特點(diǎn)是提出一種連續(xù)擠出塊狀制品的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備可生產(chǎn)具有均勻密度和孔隙率的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種連續(xù)擠出塊狀制品的方法和設(shè)備。該設(shè)備包括中空的沿縱向軸線方向延伸的圓柱形筒體。筒體帶有進(jìn)料口，出料口和進(jìn)料口與出料口之間的可安裝螺桿的腔體。
與筒體同軸的螺桿安裝在螺桿安裝腔體中，可以繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)。加熱器安裝在進(jìn)料口與出料口之間，可將筒體加熱到預(yù)定溫度。模具組件沿縱向軸線方向安裝，并靠近筒體。模具組件帶有與筒體出料口相連的進(jìn)口和出口。可將模具組件的溫度冷卻到預(yù)定值的水冷套套在模具組件外面安裝。
本發(fā)明的方法包括制備預(yù)混料，將材料裝入筒體中。在筒體中材料被加熱成為燒結(jié)塊狀。螺桿上的螺旋片終止處的平面對(duì)燒結(jié)塊進(jìn)行攪拌并壓入模具。
將燒結(jié)塊冷卻即成為擠出的塊狀制品。
為了控制模具內(nèi)的壓力，須對(duì)模具壓力進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)模具擠壓出的材料流動(dòng)的速度進(jìn)行控制。使擠出的塊狀產(chǎn)品從第一和第二輪子之間通過即可實(shí)現(xiàn)上述目的。在輪子上施加制動(dòng)力來限制輪子之間材料的通過速度，也就改變了壓力。對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說明后面的附圖展示了本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中明確體現(xiàn)了本發(fā)明的上述的和其他的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，閱讀下面對(duì)圖示實(shí)施例的敘述可對(duì)本發(fā)明上述的和其他的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)有更好的理解，附圖包括

圖1為相應(yīng)于本發(fā)明的連續(xù)擠出塊狀過濾材料的設(shè)備的剖面圖；圖2為控制圖1所示擠出設(shè)備擠出的塊狀制品的背壓力的背壓控制裝置的側(cè)視圖3為用于圖1所示擠出設(shè)備中的螺桿的放大的側(cè)視圖；圖4為圖3所示的螺桿的端視圖；和圖5為用于圖1所示擠出設(shè)備中的螺桿的另一種端部結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述參見圖1，序號(hào)10為相應(yīng)于本發(fā)明的擠出機(jī)。在本實(shí)施例中，擠出機(jī)10設(shè)計(jì)成可利用預(yù)混料，如用碳顆?；蚍勰┮约熬巯N粘結(jié)劑如聚乙烯混合成的預(yù)混料，連續(xù)擠出多孔活性炭塊狀過濾器制品。但是，提出利用其他材料的混合物來生產(chǎn)其他中空的復(fù)合材料固體產(chǎn)品的擠出設(shè)備也應(yīng)認(rèn)為是屬于本發(fā)明的范圍。
如圖1所示，料倉(cāng)12中可以裝混合料?；旌狭鲜浅浞只旌系姆勰┎牧?，其中包括熱塑性粘結(jié)劑材料，如聚乙烯，和顆粒或粉末的主體材料，如活性炭。料倉(cāng)12包括可將混合料輸送到供料口16的垂直螺桿輸送器14。料倉(cāng)12的供料口16與圓柱形筒體20的內(nèi)部連通。
筒體20沿縱向軸線延伸，包括形成筒體20內(nèi)腔18的內(nèi)壁22，筒體內(nèi)腔由上游進(jìn)口23直至出口端42。在筒體20的內(nèi)腔18中設(shè)有與筒體20同軸的可旋轉(zhuǎn)的螺桿24。螺桿24帶有長(zhǎng)的外表帶有普通螺旋片28的圓柱形心軸26。螺桿的根部直徑(心軸26)由進(jìn)口23向下游方向逐漸增大。
參見圖3和4，螺桿24包括第一前端30。螺桿24的前端30為錐形，心軸26的直徑急劇減小。當(dāng)被加熱燒結(jié)的材料經(jīng)擠出機(jī)流到模具時(shí)，前端30的錐形段31的作用是為這些材料提供增大的體積空間，使流動(dòng)的材料能夠進(jìn)一步混合和攪拌。前端30還包括位于螺桿24前端表面34的凹槽32(圖中用虛線表示)以便與芯棒36的端部連接。螺旋片28在靠近螺桿24的前端30處終止，終止處的表面37與螺旋片28的縱向軸線呈橫向關(guān)系，最好與縱向軸線垂直。
參見圖5，圖中所示為螺桿24的第二實(shí)施例。為了便于理解，使用了相同的序號(hào)。螺桿24包括前端30。螺桿24的前端30是錐形的，心軸26的直徑逐步減小。螺桿24的錐形段35終止于軸肩39，軸肩39形成了圓盤形的表面41。圓盤形的表面41與螺桿24前端表面34之間有一段心軸26的圓柱部分43。
為了使預(yù)混材料保持流動(dòng)性，必須在筒體20中利用預(yù)熱元件38對(duì)預(yù)混的材料加熱。然后，利用主加熱器40對(duì)復(fù)合材料進(jìn)一步加熱到所需的樹脂熔化或低于樹脂熔化的工作溫度。隨著預(yù)混材料從筒體20吸收熱量，聚乙烯粘結(jié)劑變軟，部分熔化，開始在碳顆粒之間“搭橋”，最后形成燒結(jié)塊從筒體20的出口42擠壓出去。
筒體20的出口42與模具組件44的入口相連。模具組件44包括構(gòu)成穿過模具的長(zhǎng)的圓柱形流道的內(nèi)表面48。水冷套52套裝在模具外殼51之外。水冷套52包括進(jìn)水口54和出水口56，可使冷卻水流通過水冷套52。冷卻水的溫度保持在低于樹脂熔化的溫度。
如同后面的敘述，進(jìn)入模具組件的燒結(jié)塊在模具組件中部分固化形成了擠出的塊狀制品64。由模具46的輸出端58擠出的塊狀制品64須通過位置與模具46靠近的冷卻管60。冷卻管60包括入口62，冷空氣可經(jīng)入口62吹過擠出的塊狀制品64使最終的復(fù)合產(chǎn)品完全固化。
參見圖2，為了控制模具46中材料的壓力，設(shè)置了背壓控制裝置66。背壓控制裝置66可向擠出的塊狀制品64自模具46向外的運(yùn)動(dòng)施加阻力。背壓控制裝置66包括分開的第一和第二輪子68,70，當(dāng)連續(xù)擠出的產(chǎn)品64以所需擠出速度自冷卻管60中出來時(shí)，輪子68,70與擠出的產(chǎn)品形成旋轉(zhuǎn)接觸。在優(yōu)選實(shí)施例中，輪子68,70是用氨基甲酸乙酯材料制成，并且?guī)в信c擠出的產(chǎn)品的圓柱表面吻合的槽。
輪子68,70分別安裝在對(duì)應(yīng)的支承板72和74上。每個(gè)支承板72和74分別帶有支承構(gòu)件76和78。支承構(gòu)件76和78通過鉸鏈80互相連接，可使支承板72和74繞鉸鏈80轉(zhuǎn)動(dòng)來改變輪子68和70之間的垂直距離。拉桿82也與支承板72和74連接。拉桿82包括使支承板72和74分開的彈簧84。拉桿82的第一端88設(shè)有蝶形螺母86，借助輪子68和70蝶形螺母86可向在兩個(gè)輪子中間通過的擠出的產(chǎn)品施加確定的和可調(diào)的負(fù)荷力。
支承板74和固定的表面93之間裝有可檢測(cè)背壓力的負(fù)荷傳感器90。負(fù)荷傳感器90通過數(shù)據(jù)線92將與背壓力成比例的電信號(hào)輸送給壓力控制器94。壓力控制器94可通過空氣制動(dòng)器控制一個(gè)或兩個(gè)輪子68和70上的制動(dòng)壓力，壓力控制器94可以是自動(dòng)調(diào)節(jié)的或是由操作人員調(diào)節(jié)來設(shè)定背壓力，在擠出的產(chǎn)品64上施加恒定的背壓作用。空氣制動(dòng)器可以通過制動(dòng)器管路96的壓力來控制。
在操作中，碳和聚乙烯粘結(jié)劑的預(yù)混料在室溫下裝入料倉(cāng)12。垂直螺桿輸送器14以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過供料口16將預(yù)混料送進(jìn)筒體20的內(nèi)腔18。隨著螺桿24的旋轉(zhuǎn)，預(yù)混料沿著筒體20的內(nèi)腔18向螺桿24的前端30移動(dòng)。逐漸增大的螺桿心軸26的根部直徑使得前進(jìn)的預(yù)混料受到壓縮，預(yù)混料中夾帶的空氣被擠出去。預(yù)熱器38然后是加熱器40對(duì)預(yù)混料進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)混料從筒體20吸收熱量，聚乙烯粘結(jié)劑變軟，部分熔化，開始在碳顆粒之間“搭橋”。然后形成燒結(jié)塊從筒體20的出口42被擠壓出去進(jìn)入模具組件44。
錐形的直徑減小的螺桿24的前端30提供了使流動(dòng)的預(yù)混料能夠進(jìn)一步被螺旋片28混合和攪拌的空間，見圖3。螺旋片28的表面37的作用是攪拌燒結(jié)塊，將燒結(jié)塊壓入模具44?？梢宰C實(shí)在螺桿24的端部30處對(duì)材料的混合和攪拌能夠破壞復(fù)合材料沿螺桿移動(dòng)時(shí)所帶有的螺旋形態(tài)。本擠出方法可以連續(xù)形成均勻的擠出產(chǎn)品，消除可見的螺旋形痕跡和密度偏高或偏低的螺旋形區(qū)域。
在螺桿24的另一個(gè)實(shí)施例中，增大了圓柱表面24和筒體20的內(nèi)壁22之間的間隙，這樣就提供了使流動(dòng)的預(yù)混料混合和攪拌的空間。
燒結(jié)塊被壓入模具46的流道50中和芯棒36的四周的空間，芯棒36形成了待成形的擠出塊狀制品的內(nèi)徑。冷卻水流通過水冷套52循環(huán)，帶走燒結(jié)塊的過剩熱量，形成擠出的塊狀制品64。樹脂的熔化溫度一般在200-500°F范圍，因此冷卻水可以保持在任何適當(dāng)?shù)牡蜏囟?，一般?0-140°F范圍內(nèi)。由模具46擠出的塊狀制品64具有一定的剛性。因此，可使擠出的塊狀制品64通過冷卻管60，將擠出的塊狀制品64進(jìn)一步固化形成固態(tài)的最終產(chǎn)品。
然后，擠出的塊狀制品64從背壓控制裝置66的第一和第二輪子68,70之間通過。作用在擠出的塊狀制品64上的背壓可控制擠出的塊狀物64的密度。作用在擠出的塊狀制品64上的背壓越大，其密度就越大，反之亦然。
如前所述，擠出過程中的背壓是通過兩個(gè)氨基甲酸乙酯材料的輪子68,70控制的。操作人員可以通過編程來控制壓力控制器94確定背壓力。作用在第一和第二輪子68,70上的壓力最初通過調(diào)節(jié)蝶形螺母86在拉桿82上的上下位置來設(shè)定。第一和第二輪子68,70之間的壓力使輪子夾持住擠出的塊狀制品64。壓力控制器94通過改變制動(dòng)器管路96的壓力來控制輪子68和70的制動(dòng)器壓力。
作用在擠出的塊狀制品64上的背壓力的大小是由壓力控制器94控制的，壓力控制器94與安裝在支承板74和固定面93之間的負(fù)荷傳感器90相連接。負(fù)荷傳感器90可提供表示作用在擠出的塊狀物64上的背壓力大小的信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)線92將信號(hào)輸送給壓力控制器94，壓力控制器94就改變第一輪子68和/或第二輪子70的制動(dòng)器壓力以保持恒定的背壓力。
實(shí)施本發(fā)明的各種方式都可以看作是屬于后面的權(quán)利要求的范圍，特別提到的和權(quán)利要求中所明確的主要內(nèi)容可以看作是本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種利用螺桿擠出機(jī)將樹脂粘結(jié)劑和顆?；A(chǔ)材料的混合料連續(xù)擠出成多孔復(fù)合塊狀產(chǎn)品的方法，這種螺桿擠出機(jī)包括在圓柱形筒體內(nèi)部做可旋轉(zhuǎn)安裝的供料螺桿和與筒體相連可接受來自筒體的材料并形成擠出產(chǎn)品的模具，該方法包括以下步驟(1)將固體混合料裝入筒體；(2)加熱筒體中的混合料，使樹脂粘結(jié)劑熔化形成燒結(jié)混合料；(3)在筒體的下游端和模具的上游端，設(shè)置一個(gè)筒體中的混合區(qū)以增加材料的攪拌效果；和(4)將燒結(jié)材料直接向前送進(jìn)模具。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，供料螺桿包括心軸和由心軸徑向向外延伸的螺旋片，設(shè)置混合區(qū)的步驟包括在心軸下游端減小螺桿心軸的直徑。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，減小心軸的直徑的步驟包括在大約最后一節(jié)螺旋片的長(zhǎng)度上將心軸端做成錐形。
4．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，減小心軸的直徑的步驟包括制成一個(gè)軸肩，以形成直徑減小的圓柱形軸端部分。
5．一種可將具有特定工作溫度的樹脂粘結(jié)劑和顆?；A(chǔ)材料加工成復(fù)合塊狀產(chǎn)品的擠出裝置，包括沿縱向軸線延伸的中空的圓柱形筒體，筒體帶有可供粘結(jié)劑和基礎(chǔ)材料進(jìn)入的進(jìn)料口和出料口；在筒體中位于進(jìn)料口和出料口之間與筒體同軸且?guī)в新菪穆輻U，螺桿可繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)；位于進(jìn)料口和出料口之間可將樹脂粘結(jié)劑加熱到工作溫度的加熱器；由螺桿在筒體出料口處形成的混合和攪拌區(qū)域；沿縱向軸線延伸靠近筒體的模具組件，模具組件帶有與筒體出料口相連的進(jìn)口和復(fù)合塊狀物擠出的出口，模具組件的溫度保持在低于基礎(chǔ)材料的工作溫度；和套裝在模具組件外面的水冷套，水冷套的作用是將模具組件的溫度冷卻到預(yù)定值。
6．如權(quán)利要求5所述的擠出裝置，其特征在于，還包括沿著垂直于筒體縱向軸線的軸線設(shè)置的料倉(cāng)，料倉(cāng)帶有與筒體進(jìn)料口連通的供料口。
7．如權(quán)利要求6所述的擠出裝置，其特征在于，還包括沿著垂直于筒體縱向軸線的軸線設(shè)置并可繞此軸線旋轉(zhuǎn)的垂直螺桿輸送器。
8．如權(quán)利要求1所述的擠出裝置，其特征在于，螺旋片在出料口處以與筒體的縱向軸線呈橫向關(guān)系的平面形式終止。
9．如權(quán)利要求8所述的擠出裝置，其特征在于，螺桿的螺旋片分布在圓柱形心軸的外表面，心軸帶有靠近筒體進(jìn)料口的第一端和靠近筒體出料口的第二端。
10．如權(quán)利要求1所述的擠出裝置，其特征在于，模具組件包括位于模具組件進(jìn)口和出口之間的擠出塊狀制品成型腔。
11．如權(quán)利要求10所述的擠出裝置，其特征在于，還包括貫穿在模具組件擠壓的塊狀制品成型腔中的圓柱形的芯棒。
12．如權(quán)利要求1所述的擠出裝置，其特征在于，還包括靠近模具組件沿縱向軸線延伸的冷卻管，冷卻管中可通過預(yù)定溫度的空氣流。
13．如權(quán)利要求1所述的擠出裝置，其特征在于，還包括背壓控制裝置，背壓控制裝置包括可與模具出口擠壓出的塊狀制品配合的對(duì)置的第一和第二輪子，每個(gè)輪子可繞各自的與縱向軸線呈橫向布置的軸線旋轉(zhuǎn)。
14．如權(quán)利要求13所述的擠出裝置，其特征在于，還包括改變兩個(gè)輪子之間壓力的裝置。
15．如權(quán)利要求13所述的擠出裝置，其特征在于，還包括可限制兩個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的可變阻力制動(dòng)器。
16．如權(quán)利要求15所述的擠出裝置，其特征在于，還包括檢測(cè)制動(dòng)阻力并將制動(dòng)阻力調(diào)節(jié)到設(shè)定值的裝置。
17．一種連續(xù)擠出塊狀產(chǎn)品的方法，包括制備基礎(chǔ)材料和樹脂粘結(jié)劑的預(yù)混料；將材料加熱使材料形成燒結(jié)塊狀物；攪拌燒結(jié)塊狀物；將燒結(jié)塊狀物冷卻形成擠出塊狀制品。
18．如權(quán)利要求17所述的方法包括在加熱預(yù)混料之前對(duì)預(yù)混料進(jìn)行預(yù)熱的附加步驟。
19．如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，包括在加熱材料之前將材料裝入帶有進(jìn)料口和出料口的螺桿擠出機(jī)筒體中的附加步驟。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，包括在擠出機(jī)筒體中輸送材料的同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行加熱的附加步驟。
21．如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，將燒結(jié)塊狀物冷卻的步驟包括設(shè)置套裝在模具外面的水冷套；和使冷卻水通過水冷套。
22．如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，將燒結(jié)塊狀物冷卻的步驟包括將燒結(jié)塊狀物放置在冷卻管中；和使具有設(shè)定溫度的空氣吹過燒結(jié)塊狀物。
23．如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括控制模具內(nèi)的背壓的附加步驟。
24．如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，控制模具內(nèi)的背壓的步驟包括檢測(cè)模具內(nèi)的背壓；和改變由模具流出的材料流的速度。
25．如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，改變通過模具的材料流的速度包括以下附加步驟使擠出的塊狀產(chǎn)品從第一和第二輪子之間通過；和在輪子上施加制動(dòng)力來限制輪子之間的擠出塊狀產(chǎn)品的通過速度。
全文摘要
一種連續(xù)擠出多孔活性炭塊狀過濾器制品(64)的方法和設(shè)備。本發(fā)明包括將材料送入螺桿擠出機(jī)的筒體(20)中,在筒體中對(duì)材料進(jìn)行加熱使材料成為燒結(jié)塊狀。將燒結(jié)塊攪拌并壓入模具(46),在模具中燒結(jié)塊冷卻為半固體狀態(tài)。材料在這種半固體狀態(tài)下通過冷卻管(60),在冷卻管中材料固化形成活性炭塊狀過濾器制品。還設(shè)有可控制模具壓力的背壓控制裝置(66)。
文檔編號(hào)B29C47/86GK1233971SQ97198990
公開日1999年11月3日 申請(qǐng)日期1997年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月9日
發(fā)明者維優(yōu)·X·揚(yáng), 馬克·A·韋塞爾, 安東尼·C·科滕霍 申請(qǐng)人:普利茅斯產(chǎn)品公司