通过气冷热模面造粒来生产表面结晶球形颗粒的方法以及用于执行该方法的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种通过气冷热模面造粒来生产表面结晶球形颗粒的方法，W及一种 用于执行该方法的设备。
【背景技术】
[0002] 烙融材料目前一般例如通过造粒来被加工和处理。一般性地，经常用挤出机或烙 体累对烙融材料、尤其是例如烙融塑料进行造粒。运些挤出机或烙体累通过穿孔板中的喷 嘴将烙融的塑料基础材料挤压入冷却媒介(例如水）中。从喷嘴中的开口出来的材料在此被 具有至少一个转动切割刃的切割刃组件切割，从而生产粒料。执行例如水下造粒工艺的相 应设备被称作水下造粒系统，例如Automatik Plastics Machinery Gm地公司的产品名称 为SPHE民0液的水下造粒系统。
[0003] 欧洲专利申请EP 2 052 825A1描述了一种根据所谓的气冷热模面造粒方法、在冷 却和供给空气流中对塑料进行造粒的设备，该设备可W例如用于PVC材料。然而，该专利申 请没有设及塑料的结晶。
[0004] 来自于同一申请人的德国未审查专利申请DE 10 2009 006 123 A1描述了对热塑 性材料进行造粒的一种方法和一种设备，设置了冷却液体的优化流动的径向流入W由此减 小在液体冷却剂中驱动切割刃所要求的能量的量。该公开也没有设及制造具有相应设计的 可结晶产品的问题的特殊解决方式。
[0005] 在由烙融材料来制造可结晶产品中，产品均匀的尺寸并因此均匀的重量W及可均 匀地实现的形状是根本的考量。大的量也是为人所期望的，运使得相应生产方法必须可靠 地W非常大数量(例如高达每小时5亿个单元)的粒料来进行。
[0006] 由于代表了相对易于建造的对条状挤出热塑性材料进行造粒的机器，在作为冷却 媒介的空气中执行气冷热模面造粒的系统已经在市场上很长时间了。借助于尽可能接近表 面地转动的切割刃并通过条材料固有的惯性，将从穿孔板出来的烙融条切成构成粒料的小 的个体。由于切割刃的转动，或多或少自由地并相对于切割位置离屯、地承载粒料的空气借 助于与切割刃一起转动的风扇叶片从切割室的周围或内部被吸入。所发生的问题在于切割 刃的不良冷却（切割刃会随时间推移过度加热并卡住），W及由于作用于粒料上的切割刃的 转动的离屯、加速度运些系统倾向于卡住和阻塞，尤其是在带有现实生产条件下的大量待制 造粒料的高流率的情况下。由此制造的粒料还倾向于圆柱形和不规则形状，尤其是如果烙 融材料的粘度相对高，在随后的应用中要求大量具有在毫米直径范围内的均匀尺寸的球形 粒料，特别是在可结晶材料的情况下。该类型的微粒料通常具有直径例如小于/等于1.5mm 的粒料尺寸。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种从烙融材料来生产可结晶产品的方法，该方法克服了 现有技术的缺点，并特别地，相对容易地且成本有效地方便对具有相同粒料尺寸和均匀且 不变的形状的可结晶产品粒料进行有效造粒，即使是在要在现实生产条件下产生大量粒料 时。本发明的另一目的在于提供一种设备，该设备用于执行该通过气冷热模面造粒来生产 表面结晶球形粒料的方法。本发明的任务尤其是在于，结合根据本发明的、用于制造具有直 径小于/等于1.5mm的粒料尺寸的微型颗粒的应用来实现或设置上述内容。
[0008] 根据本发明，该目的是通过具有符合独立权利要求的特征的方法和设备来实现 的。本发明的优选实施例中在从属权利要求中限定。
[0009] 本发明的第一方面设及一种方法，通过该方法，通过气冷热模面造粒在切割室中 生产表面结晶球形颗粒。为此，首先烙融可结晶塑料材料。该可结晶塑料材料然后穿过穿孔 板被挤出。在借助于至少一个相对于该穿孔板移动的切割刃来进行颗粒的气冷热模面造粒 期间，对穿孔板进行溫度控制的同时保持穿孔板的开口内的塑料材料烙体的粘性。通过向 屯、地流入的处理气体来对被干切的颗粒进行表面冷却，W冷却到表面晶核形成溫度，该晶 核形成溫度低于最优晶体生长溫度但高于可结晶塑料材料的玻璃化转变溫度。此后，通过 控制在绝热设置的溫度下处理气体的量，将平均颗粒溫度维持在最优晶体生长溫度范围 内、高于晶核形成溫度并低于塑料材料的烙融溫度的水平。继续进行处理气体流动W使得 颗粒在切割室中不接触壁地流动，直至颗粒具有从其表面开始生长的结晶层。
[0010] 该方法的优点在于，在切割后粒料的表面上的晶核形成最初被向屯、冷却气体传导 和流入的处理气体初始的低冷却溫度强化，其中所述流入的处理气体从表面上将粒料冷却 到仍低于最优晶体生长溫度的溫度，由此确保粒料由于初始晶核形成阶段和随后的晶核生 长阶段不接触切割室的内壁并且不能够粘附到内壁，运是因为粒料有利地在向屯、处理气体 流中被引导。
[0011] 在表面晶核形成的该第一冷却阶段(或不如说是骤冷阶段），处理气体从粒料吸走 热量并因此本身是被加热的，由此促进晶核的进一步晶体生长，运是由于最优晶体生长溫 度高于晶核形成溫度但低于可结晶热塑性材料的烙融溫度。存储在粒料内的潜热也促进晶 体生长，运是由于切割后的粒料的该潜在（即内在)热量在气冷热模面造粒期间不像其在冷 却液体中的造粒期间消散得那样快。
[0012] 在气冷热模面造粒期间，缩聚过程和结晶过程不会像粒料表面接触冷却液体(例 如水)时那样被如此高的热量消散限制或甚至阻止，运是因为处理气体的热吸收能力比冷 却液体的热消散能力低得多。由对流引起的热传递或热传递系数α因此在冷却液体(例如 水）中大约是在气体(例如空气）中的10倍或更高。因此，按照本发明将气冷热模面造粒用于 可结晶塑料材料，可W在颗粒体积中形成更长得多的缩聚链，并由此可W生产质量更高的 产品。符合本发明的方法的另一优点在于，直至形成颗粒的非粘着结晶近表面层之前，粒料 与壁的接触都通过处理气体引导而被阻止。
[0013] 特别是针对待结晶的热塑性材料通常存在的湿度敏感性，有利地将冷却和移走新 切割的粒料所需的气态冷却媒介运样地提供到相应的造粒设备的切割室中的切割区域，使 其对切割刃组件的至少一个刃造成尽可能小的阻力，并同时尽可能快地将由可结晶烙融材 料制成的粒料从转动区域、并由此从切割区域移走。因此材料的高单位产量(大量的直径为 毫米级别的相对小的粒料)是可能的，与此同时，由于符合本发明的良好的干冷却W及处理 气体流(该处理气体流包括包含在其中的来自于烙融材料的粒料）的均匀流动行为而能够 避免粒料结块，根据本发明是能够被实现运种均匀流动的。
[0014] 在本发明的另一实施例中，当粒料随处理气体流达到切割室的出口并在滚动板上 滚走时，完成粒料的不粘结晶表面层的形成。颗粒的不粘结晶外壳或表面层的滚动有利地 支持粒料高质量的球形形状的形成、成型和均匀化。
[0015] 根据本发明，在通过转动区域之后，包含在处理气体中的粒料可W流动到壳罩的 出口的区域上方，在该区域中粒料W与位于壳罩内的壁呈小于15°的角度被引导，使得滚动 运动被赋予给包含在处理气体流中的粒料。根据本发明，由此能够特别可靠地实现粒料的 均匀成形。
[0016] 优选地，根据符合本发明的方法，在切割室中的处理气体的质量流率与包含在其 中的粒料的质量流率之间的比值可W构成负载比值一一其定义为每小时的粒料的质量与 每小时的处理气体的质量的比值，该负载比值在0.3至0.7之间，优选地为0.5。因此还可W 特别可靠地阻止粒料粘在一起，尤其是在具有高产率的时候，运是因为存在足够的处理气 体将粒料单独地无结块地包围起来，并由此冷却并运输粒料。
[0017] 在该方法的一个优选示例性实施例中，将可聚合和/或可缩聚的热塑性材料用作 可结晶塑料材料。该类型的热塑性材料在高于其软化溫度时变成硬的、粘性粘着性材料，使 得当热塑性材料的烙体被冷却到高于软化溫度的水平时，形成粘性表面，仅能够通过快速 下降到该软化溫度W下来避免运种情况