通過氣冷熱模面造粒來生產表面結晶球形顆粒的方法以及用于執行該方法的設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種通過氣冷熱模面造粒來生產表面結晶球形顆粒的方法，W及一種 用于執行該方法的設備。
【背景技術】
[0002] 烙融材料目前一般例如通過造粒來被加工和處理。一般性地，經常用擠出機或烙 體累對烙融材料、尤其是例如烙融塑料進行造粒。運些擠出機或烙體累通過穿孔板中的噴 嘴將烙融的塑料基礎材料擠壓入冷卻媒介(例如水）中。從噴嘴中的開口出來的材料在此被 具有至少一個轉動切割刃的切割刃組件切割，從而生產粒料。執行例如水下造粒工藝的相 應設備被稱作水下造粒系統，例如Automatik Plastics Machinery Gm地公司的產品名稱 為SPHE民0液的水下造粒系統。
[0003] 歐洲專利申請EP 2 052 825A1描述了一種根據所謂的氣冷熱模面造粒方法、在冷 卻和供給空氣流中對塑料進行造粒的設備，該設備可W例如用于PVC材料。然而，該專利申 請沒有設及塑料的結晶。
[0004] 來自于同一申請人的德國未審查專利申請DE 10 2009 006 123 A1描述了對熱塑 性材料進行造粒的一種方法和一種設備，設置了冷卻液體的優化流動的徑向流入W由此減 小在液體冷卻劑中驅動切割刃所要求的能量的量。該公開也沒有設及制造具有相應設計的 可結晶產品的問題的特殊解決方式。
[0005] 在由烙融材料來制造可結晶產品中，產品均勻的尺寸并因此均勻的重量W及可均 勻地實現的形狀是根本的考量。大的量也是為人所期望的，運使得相應生產方法必須可靠 地W非常大數量(例如高達每小時5億個單元)的粒料來進行。
[0006] 由于代表了相對易于建造的對條狀擠出熱塑性材料進行造粒的機器，在作為冷卻 媒介的空氣中執行氣冷熱模面造粒的系統已經在市場上很長時間了。借助于盡可能接近表 面地轉動的切割刃并通過條材料固有的慣性，將從穿孔板出來的烙融條切成構成粒料的小 的個體。由于切割刃的轉動，或多或少自由地并相對于切割位置離屯、地承載粒料的空氣借 助于與切割刃一起轉動的風扇葉片從切割室的周圍或內部被吸入。所發生的問題在于切割 刃的不良冷卻（切割刃會隨時間推移過度加熱并卡住），W及由于作用于粒料上的切割刃的 轉動的離屯、加速度運些系統傾向于卡住和阻塞，尤其是在帶有現實生產條件下的大量待制 造粒料的高流率的情況下。由此制造的粒料還傾向于圓柱形和不規則形狀，尤其是如果烙 融材料的粘度相對高，在隨后的應用中要求大量具有在毫米直徑范圍內的均勻尺寸的球形 粒料，特別是在可結晶材料的情況下。該類型的微粒料通常具有直徑例如小于/等于1.5mm 的粒料尺寸。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種從烙融材料來生產可結晶產品的方法，該方法克服了 現有技術的缺點，并特別地，相對容易地且成本有效地方便對具有相同粒料尺寸和均勻且 不變的形狀的可結晶產品粒料進行有效造粒，即使是在要在現實生產條件下產生大量粒料 時。本發明的另一目的在于提供一種設備，該設備用于執行該通過氣冷熱模面造粒來生產 表面結晶球形粒料的方法。本發明的任務尤其是在于，結合根據本發明的、用于制造具有直 徑小于/等于1.5mm的粒料尺寸的微型顆粒的應用來實現或設置上述內容。
[0008] 根據本發明，該目的是通過具有符合獨立權利要求的特征的方法和設備來實現 的。本發明的優選實施例中在從屬權利要求中限定。
[0009] 本發明的第一方面設及一種方法，通過該方法，通過氣冷熱模面造粒在切割室中 生產表面結晶球形顆粒。為此，首先烙融可結晶塑料材料。該可結晶塑料材料然后穿過穿孔 板被擠出。在借助于至少一個相對于該穿孔板移動的切割刃來進行顆粒的氣冷熱模面造粒 期間，對穿孔板進行溫度控制的同時保持穿孔板的開口內的塑料材料烙體的粘性。通過向 屯、地流入的處理氣體來對被干切的顆粒進行表面冷卻，W冷卻到表面晶核形成溫度，該晶 核形成溫度低于最優晶體生長溫度但高于可結晶塑料材料的玻璃化轉變溫度。此后，通過 控制在絕熱設置的溫度下處理氣體的量，將平均顆粒溫度維持在最優晶體生長溫度范圍 內、高于晶核形成溫度并低于塑料材料的烙融溫度的水平。繼續進行處理氣體流動W使得 顆粒在切割室中不接觸壁地流動，直至顆粒具有從其表面開始生長的結晶層。
[0010] 該方法的優點在于，在切割后粒料的表面上的晶核形成最初被向屯、冷卻氣體傳導 和流入的處理氣體初始的低冷卻溫度強化，其中所述流入的處理氣體從表面上將粒料冷卻 到仍低于最優晶體生長溫度的溫度，由此確保粒料由于初始晶核形成階段和隨后的晶核生 長階段不接觸切割室的內壁并且不能夠粘附到內壁，運是因為粒料有利地在向屯、處理氣體 流中被引導。
[0011] 在表面晶核形成的該第一冷卻階段(或不如說是驟冷階段），處理氣體從粒料吸走 熱量并因此本身是被加熱的，由此促進晶核的進一步晶體生長，運是由于最優晶體生長溫 度高于晶核形成溫度但低于可結晶熱塑性材料的烙融溫度。存儲在粒料內的潛熱也促進晶 體生長，運是由于切割后的粒料的該潛在（即內在)熱量在氣冷熱模面造粒期間不像其在冷 卻液體中的造粒期間消散得那樣快。
[0012] 在氣冷熱模面造粒期間，縮聚過程和結晶過程不會像粒料表面接觸冷卻液體(例 如水)時那樣被如此高的熱量消散限制或甚至阻止，運是因為處理氣體的熱吸收能力比冷 卻液體的熱消散能力低得多。由對流引起的熱傳遞或熱傳遞系數α因此在冷卻液體(例如 水）中大約是在氣體(例如空氣）中的10倍或更高。因此，按照本發明將氣冷熱模面造粒用于 可結晶塑料材料，可W在顆粒體積中形成更長得多的縮聚鏈，并由此可W生產質量更高的 產品。符合本發明的方法的另一優點在于，直至形成顆粒的非粘著結晶近表面層之前，粒料 與壁的接觸都通過處理氣體引導而被阻止。
[0013] 特別是針對待結晶的熱塑性材料通常存在的濕度敏感性，有利地將冷卻和移走新 切割的粒料所需的氣態冷卻媒介運樣地提供到相應的造粒設備的切割室中的切割區域，使 其對切割刃組件的至少一個刃造成盡可能小的阻力，并同時盡可能快地將由可結晶烙融材 料制成的粒料從轉動區域、并由此從切割區域移走。因此材料的高單位產量(大量的直徑為 毫米級別的相對小的粒料)是可能的，與此同時，由于符合本發明的良好的干冷卻W及處理 氣體流(該處理氣體流包括包含在其中的來自于烙融材料的粒料）的均勻流動行為而能夠 避免粒料結塊，根據本發明是能夠被實現運種均勻流動的。
[0014] 在本發明的另一實施例中，當粒料隨處理氣體流達到切割室的出口并在滾動板上 滾走時，完成粒料的不粘結晶表面層的形成。顆粒的不粘結晶外殼或表面層的滾動有利地 支持粒料高質量的球形形狀的形成、成型和均勻化。
[0015] 根據本發明，在通過轉動區域之后，包含在處理氣體中的粒料可W流動到殼罩的 出口的區域上方，在該區域中粒料W與位于殼罩內的壁呈小于15°的角度被引導，使得滾動 運動被賦予給包含在處理氣體流中的粒料。根據本發明，由此能夠特別可靠地實現粒料的 均勻成形。
[0016] 優選地，根據符合本發明的方法，在切割室中的處理氣體的質量流率與包含在其 中的粒料的質量流率之間的比值可W構成負載比值一一其定義為每小時的粒料的質量與 每小時的處理氣體的質量的比值，該負載比值在0.3至0.7之間，優選地為0.5。因此還可W 特別可靠地阻止粒料粘在一起，尤其是在具有高產率的時候，運是因為存在足夠的處理氣 體將粒料單獨地無結塊地包圍起來，并由此冷卻并運輸粒料。
[0017] 在該方法的一個優選示例性實施例中，將可聚合和/或可縮聚的熱塑性材料用作 可結晶塑料材料。該類型的熱塑性材料在高于其軟化溫度時變成硬的、粘性粘著性材料，使 得當熱塑性材料的烙體被冷卻到高于軟化溫度的水平時，形成粘性表面，僅能夠通過快速 下降到該軟化溫度W下來避免運種情況