熔化組件、熔化方法以及模制件制造設備和制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有權利要求1前序部分所述特征的用于熔化至少一種固態原料以制備聚合物的組件，以及涉及一種用于由至少兩種不同的固態原料制造聚合物模制件的設備。
[0002]本發明涉及熔化單體、預聚物或聚合物原料用于隨后反應加工的主題。
【背景技術】
[0003]作為現有技術，已知有各種不同的方法可用于熔化反應組分形式的固態原料以及用于隨后的反應加工。如果是內酰胺、尤其是己內酰胺并且隨后聚合成為聚酰胺6，那么在上下文中可以首先考察以下加工步驟:
[0004]已知在樹脂注入法的范圍內在反應裝置中對加入了添加劑的己內酰胺基熔體進行加工，其中，在攪拌的、通常施加壓力的或者抽真空的鍋爐中熔化或加熱原料.在此，通過栗系統或者雙柱塞系統循環輸送這些組分.在混合元件中實現多種反應組分的合并，從該混合元件將反應混合物排出到敞開或封閉的模具之中。相關示例可以參考DE1299885和DE60031851T2。
[0005]此外，已知在制備澆注聚酰胺的范圍內不連續地制造基于聚酰胺的構件或部件。在此，通常熔化無添加劑的單體，然后在排除濕氣的條件下高于熔體溫度地存放在相應設計尺寸的容器中，并且只在使用之前才加入添加劑.
[0006]如在ΕΡ2572851Α1中所述的剪切螺桿塑化裝置，示出熔化并且隨后加工反應組分尤其是ε-己內酰胺或月桂酰胺的另一種可能性，其中，在功能單元中實現相應的反應組分的熔化和注射過程.
[0007]就此而言，尤其對于低粘度物質可以利用基于聚合物的密封件進行操作(ΕΡ2454075Β1).加熱和熔化過程在此不僅基于剪切作用，而且基于熱擴散。
[0008]與此類似，已知主要用于非反應系統的基于柱塞的系統，其中，通過極其不同類型的剪切部件和混合部件在施加壓力的情況下擠壓待熔化的物質，并且因此在高粘度物料時能量輸入被最大化.這里引用DE102006038804B3作為示例.
[0009]如已在DE1942992中所述的一樣，已知還有基于柱塞的系統，其中，經過預熱的反應組分已經在單個柱塞中混合，并且只有在反應開始之后才將其排出，從而通過反應混合物的較高粘度，在注射柱塞移動的過程中簡化密封.尤其對于像風輪轉子葉片一樣的體積龐大的構件，優選具有熱固性樹脂系統進行真空灌注的工藝已得到認可，在“Composites:Part A 38 (2007) 666-681”中描述基于低粘度原料熱塑性聚合物如ε -己內酰胺的相應方法。
[0010]現有技術的缺點:
[0011]在用于加工反應組分的常見反應設備中，對液化的、低粘度的、加入了添加劑的組分進行連續加熱，并且在高壓下循環輸送這些組分，這就伴隨著極大能耗。此外，由于為了制造構件要定期取出等分量的組分以及供應新的組分，使得組分滯留時間很分散，這可能對各個組分或者添加劑的穩定性有不利影響。尤其是用于通過使用陰離子聚合作用來制備聚酰胺的添加劑可能會由于過早的自動聚合而受損或者失去活性.尤其是與在對應時刻用于進行加工所需的量相比，將多得多的熔體量連續加熱和保持在熔化溫度以上。
[0012]與使用基于熔體存儲裝置的方案的不同之處在于，在可用于熔化和配量相應的反應組分的基于往復螺桿的系統中，所產生的滯留時間分散可以忽略不計。然而，在功能單元中執行熔化和注射過程的弱點在于，需要設置使用在壓力形成和注射中防止熔化物料被壓回到熔化區域中的回流截止器.尤其對于低粘度系統來說，很難實現持久的密封和可重現性。此外，由于剪切作用，在低粘度系統中能量輸入可以忽略不計.
[0013]在注射柱塞中，共同注射預先混合后的反應組分的缺點主要是涉及可重現性以及在所使用的注射柱塞中可能會出現沉積。此外，在模具幾何形狀比較復雜并且流動路徑較長時，就無法以經濟方式實現該原理，因為可能會在完全填充構件空腔之前發生硬化。附加地，注射已經高粘度的混合物還會大大增加滲透織物增強元件例如纖維半成品或預制坯的難度.
【發明內容】
[0014]本發明的任務是，提供一種同類的組件以及提供一種由至少兩種不同的固態原料制造聚合物模制件的設備，其中，不會出現或者至少僅僅以減小的程度出現以上討論的問題。
[0015]該任務通過具有權利要求1所述特征的組件，以及包括至少兩個這樣的組件的用于由至少兩種不同的固態原料制造聚合物模制件的設備得以解決。
[0016]本發明使得可在不同的裝置元件中實現反應組分的熔化過程和注射過程的兩步法成為可能.優選地，所述熔化過程在為此設置的、必要時經過惰性化處理或抽真空的、優選配有圓柱形殼體的用于熔化的組件中進行.尤其優選地，設置有用于固態原料的與殼體開口連接的至少一個供料單元.注射到成型機的成型模具的模腔之中的注射過程通過與供料單元分離的注射單元實現。
[0017]在常見的以再循環方式運行的反應裝置中，將用于多個構件的熔化物料留在提高溫度的日用容器中并且循環栗送，與之不同地，本發明保證，僅僅將也用于隨后加工的熔化物料的量進行熔化，從而能夠抵制反應組分在較長時間范圍內的不必要的熱負荷，或者說能夠抵制不可控的滯留時間分散。
[0018]在從屬權利要求中限定本發明有利的實施方式。
[0019]在本發明中，粉末狀、鱗片狀或者丸粒狀原始原料(固態原料)優選從上方或者從側面借由至少一個供料單元輸送給熔化裝置.優選該熔化元件設計成圓錐形，并且例如以高于待熔化組分的熔點至少5°C的溫度運行.
[0020]當固態原料遇到熔化裝置的表面時，該固態原料熔化并且以熔融形態聚集在位于下方的、優選被加熱的收集區(例如熔體池)中。熔化裝置與殼體之間盡可能緊密的配合(0.05?2或5_)保證固體不會進入位于其下方的收集區中。
[0021]如果收集區中存在足夠的熔化物料，那么可以打開排放裝置，使得熔化物料抵達注射單元并且填充該注射單元。在填充注射單元之后(如果是柱塞前腔的柱塞式注射單元)，封閉排放裝置，并且(例如通過柱塞運動)在注射方向實現注射.通過對收集區進行相應結構設計可以用這種方式滿足很大的注射體積范圍。排放裝置優選具有可運動的封閉元件(滑動件或活門).
[0022]固態原料供應通過供料單元例如借由螺桿、螺旋、栗、輸送帶或者真空輸送設備實現，優選通過排料裝置例如利用振動斜槽、振動底板或類似物的振動排料器來輔助。
[0023]供料單元可以通過分隔裝置例如通過葉輪式閘門、活門、隔膜或者燒結盤與熔化裝置進行結構分離.
[0024]可以通過重力或者容積方式供應固態原料.
[0025]可以設置與至少一個加熱裝置分開的至少一個殼體調溫裝置。該調溫裝置可以構成為電熱帶調溫裝置、外套調溫裝置、感應式加熱裝置、電阻式加熱裝置或類似裝置.
[0026]優選地，熔化裝置居中設置在殼體中，并且設計成向上逐漸變細的，優選為圓錐形或者棱錐形形狀.優選熔化裝置可調節地設置在殼體中(例如高度可調和/或軸向可調和/或者徑向可調)。
[0027]所述熔化裝置可以例如由金屬或陶瓷構成.
[0028]優選熔化裝置在結構上構成為，使得固態原料能從側面或者從上方加入到經過加熱的、相對于水平線傾斜的面上。優選地，除了其它形狀之外，錐形也可考慮，但也可以考慮傾斜板(更易于清潔，但是表面積較少).
[0029]優選通過內部調溫對熔化裝置進行調溫.應針對待熔化的組分適配調溫，溫度范圍通常在70?250°C范圍內。
[0030]排放裝置可構成為能主動操作的排放閥(或者龍頭、活門、閘門、栗接口、滑動件).排放裝置的操作可以電動地、氣動地、液壓地、壓電地或者磁力地實現.
[0031]如果設置有調壓裝置，那么可以至少在所述至少一個熔化裝置和/或供料單元的范圍內通過施加負壓(真空)或過壓改變壓力水平，所述負壓或過壓例如在0.01?10巴、尤其在0.2?1.5巴范圍內。
[0032]在殼體之中可以設置保護氣體加入裝置(保護氣體例如是N2、Ar、合成空氣或干燥空氣).
[0033]可以設置物位傳感器(用于固態原料和/或熔體)。不僅可以在熔化裝置上方，而且也可以在收集區或旁通管的區域內進行物位測量.可以通過基于電容的、電阻的、電導的、輻射的、感應的、電子振動的、重力的或者聲波的測量原理來進行物位測量。
[0034]在收集區中，可以安裝用于促進均化的攪拌和/或混合裝置，其也許集成于同樣優選可旋轉的殼體中。
[0035]可借由熱交換器在所述組件和注射單元之間實現溫度均勻化措施，并且/或者可以設置靜態混合部件.
[0036]可以在熔化裝置下方設置用于加入液態或固態添加劑的加入裝置.
[0037]在多個組分在相應的組件中熔化時，各體積流可以在進入成型模具的模腔之前在獨立的混合頭/混合元件中或者在可屬于成型模具的自己的模腔中混合/均勻化.
[0038]優選使用ε -己內酰胺或月桂酰胺、熱塑性環氧樹脂原料或交聯有機硅樹脂原料的加入了添加劑的混合物作為制備聚合物的固態原料。
[0039]固態原料可以含有尤其用來引發和加速反應、調節鏈長及支化度、穩定所獲得的聚合物或交聯的最終產物的添加劑(防紫外線，阻燃，抗氧化劑)、功能性添加劑、染料和生色團、填料、結晶助劑和成核劑、用于改善機械特性尤其是抗沖性能的改性劑、用于支持可能的纖維/基材連接的偶聯劑、去除濕氣或其它低分子物質的添加劑、脫模助劑.
[0040]可以加入織物增強件，或者一般性將纖維和/或者填料單獨地加入到成型模具的一個或多個模腔之中。
[0041]可以用恒定的體積流量、恒定壓力、預先設定的壓力曲線或體積曲線、或者間歇地實現注射各個熔化的原料.
[0042]本發明也要求保護一種為了制備聚合物而熔化至少一種固