CN109693333B - 混合方法及其机构 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的混合方法，使高分子熔融体间歇性地进入一汇流空间中，而与超临界流体在该汇流空间中汇流后再经混合，据以降低该汇流空间的压力，使超临界流体易于流入。本发明同时提供的混合机构则可供实施该混合方法，而在构造上，是在一挤筒与一混合件间，设置有一汇流件，而使来自于该挤筒的高分子熔融体以及来自于一超临界流体供给部的超临界流体在该汇流件中汇流后再进入该混合件中混合为均质溶液，其中，位于该汇流件与该挤筒间，用供该高分子熔融体自该挤筒流入该汇流件的流动通道，为一单向流道，而仅容许高分子熔融体自该挤筒往该汇流件的方向流动。

Description

混合方法及其机构

技术领域

本发明与高分子加工技术有关，特别是关于一种混合方法及其机构，用以混合超临界流体与高分子原料。

背景技术

超临界流体的气泡成核作用所产生的气泡，在已知技术中已被用以形成高分子成型物品内部的泡孔，作为物理性发泡的技术，相关的先前技术，则有如公开于本案申请前的中国200810900A及201201996A号的专利公开前案以及US3792839号专利案，均揭露了将超临界流体与高分子热熔流体经混合后，再注入模具中进行模制成形的加工程序。

由于射出机或押出机等加工装置中，用以使固态高分子原料受热熔融的挤筒，其并非以混合超临界流体与高分子熔融体为目的所设计，因此，为避免超临界流体与高分子原料在挤筒内未能完全混合，前述的专利前案是在高分子原料已受挤筒热熔成可流动的熔融体后，再将高分子原料熔融体与超临界流体导入一混合空间中，通过混合空间中的流道，使超临界流体与高分子熔融体进行混合。

上开专利前案中所揭的技术，是利用挤筒推送高分子熔融体的背压或射出压力，使高分子熔融体在该混合空间中流动，因此，维持该混合空间与挤筒内部空间的常通，即为高分子原料熔融体与超临界流体间得以混合的必要条件，而为满足该项条件，上开专利前案是使该混合空间直接自该挤筒的出料端口往外延伸而成，并使混合空间的延伸端末，适于直接与模具进行对接，据以将经混合后的混合原料注入模具内，以进行模制成型的加工。

上开专利前案所揭的技术，以挤筒的背压或射出压力提供作为原料混合的动力来源，即受限于背压或射出压力自身的限制，并无法因应高分子原料熔融体与超临界流体的混合所需，例如过低的背压衍生熔融体总体密度降低，易混入空气而影响成型品质，过高的背压则造成温度过高，影响原料品质，因此，就背压而言，其压力的高低即取决于高分子原料的组成，而非高分子原料熔融体与超临界流体的混合所需，而难以确保混合的均匀。

同时，直接连通的混合空间与挤筒内部空间，则因欠缺适当的控制技术，无法避免所导入的超临界流体逆流至挤筒内部空间中，使得单位超临界流体混合了超出预定混合量的高分子原料熔融体，除造成当下混合比例的异常外，更持续地影响到后续的混合比例，致使整体的混合状态不均，影响后续发泡成型时的气泡分布状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合机构，使高分子原料熔融体与超临界流体彼此的混合得以独立于挤筒外，不受挤筒的限制，使二者的混合得以均匀。

本发明的另一目的则是提供一种混合方法，其在超临界流体汇入一汇流空间中而与已位于该汇流空间内的高分子熔融体汇流时，降低或避免用以将高分子熔融体推入该汇流空间所施加的一第一力，对该超临界流体进入该汇流空间的流动所形成的阻力。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种混合机构，它包括：

一汇流件，具有一座部，彼此间不直接连通的一第一入流道、一第二入流道与一出流道分设于该座部上，一汇流空间设于该座部内，并连通该第一入流道的一端、该第二入流道的一端与该出流道的一端，一单向阀设于该第一入流道中，用以阻挡由该汇流空间往该第一入流道方向的流动；

一挤筒，具有一筒身，一出料通道位于该筒身的一端并与该第一入流道的另一端连通；

一超临界流体供给部，具有一供给流道，与该第二入流道连通；

一混合件，具有一身部，一混料空间设于该身部中，一入料通道连通该混料空间与该出流道的另一端；

藉此，能以该挤筒将高分子熔融体由该出料通道流入该汇流空间中，并使超临界流体由该供给流道流入该汇流空间中，再经由该出流道流入该混料空间中，使得以该混合件将该高分子熔融体与该超临界流体混合为均质溶液。

所述第一入流道呈孔状，并沿孔轴依序地区隔成一第一推拔段、一大孔径段与一第二推拔段，所述第一推拔段自该第一入流道与所述汇流空间连通的一端，内径渐增地沿孔轴往另一端的方向延伸，所述大孔径段的内径为均一，并大于该第一推拔段的最大内径，所述第二推拔段自该大孔径段，内径渐减地沿孔轴延伸，并以延伸端末与所述出料通道连通。

所述汇流件更包含有复数凹槽，分设于所述第一推拔段的孔壁上。

所述凹槽沿所述第一入流道的孔径分别延伸地设于所述第一推拔段的孔壁上。

所述单向阀呈球状，可活动地容置于所述大孔径段中，外径小于该大孔径段的内径，而大于所述第一推拔段的最大内径以及所述第二推拔段的最小内径。

所述座部具有一第一座身，桥设于所述筒身与所述身部间，一容孔凹设于所述第一座身邻接该筒身的一侧，一第二座身与一第三座身彼此邻接地容设于所述容孔中，并使所述第一入流道设于所述第二座身与所述第三座身中。

所述混合件更包含有一混料转轴，容设于所述混料空间中。

所述混合件更包含有一动力部，施力于所述混料转轴的轴向一端，使之能在所述混料空间中转动。

所述混料转轴的轴向另一端位于所述入料通道中。

一种混合方法，使一高分子原料熔融体可受一第一力的作用，而自一原料源经由一第一入流道进入一汇流空间中，以及使一超临界流体可受一第二力的作用，经由一第二入流道而进入该汇流空间中，从而使高分子原料熔融体与该超临界流体在该汇流空间汇流后，再流入与该汇流空间连通的一混料空间中受混合为均质溶液，然后再由该混料空间流出以供加工，其中，该高分子原料熔融体间歇性地进入该汇流空间中。

所述超临界流体间歇性地进入所述汇流空间中，且与所述高分子原料熔融体交错地进入该汇流空间中，当该超临界流体流入该汇流空间时，暂时地停止该高分子原料熔融体流入该汇流空间中，反之，当该高分子原料熔融体进入该汇流空间时，则暂时地停止该超临界流体流入该汇流空间。

在所述超临界流体流入所述汇流空间前，释放所述第一力，使位于所述第一入流道中的高分子原料熔融体不受该第一力的作用。

所述高分子原料熔融体的供给是以一挤筒将来自于所述原料源的固态原料，以一螺杆以自身杆轴为轴地沿一第一方向自转而形成所述第一力，并以该第一力将所述固态原料往所述第一入流道方向推送，且在推送动作进行的同时，以热能使该固态原料热融为该高分子原料熔融体，以及，在所述超临界流体流入所述汇流空间前，则使所述螺杆沿相反于所述第一方向的一第二方向进行自转，以形成一第三力将该高分子原料熔融体拉回。

所述螺杆沿所述第二方向自转的行程小于该螺杆沿所述第一方向自转的行程。

所述第一入流道为单向流道，容许所述高分子原料熔融体自所述原料源往所述汇流空间方向的流动，而阻挡自该汇流空间往该原料源方向的流动。

所述的混合方法是通过所述的混合机构所实施。

本发明的有益效果是：本发明混合机构及其方法，能使高分子原料熔融体与超临界流体彼此的混合得以独立于挤筒外，不受挤筒的限制，使二者的混合得以均匀。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的立体图。

图2为本发明第一较佳实施例的局部分解图。

图3为本发明第一较佳实施例的局部分解图。

图4为本发明第一较佳实施例沿图1中a-a割面线的剖视图，显示该单向阀的顺向流动状态。

图5为本发明第一较佳实施例沿图1中a-a割面线的剖视图，显示该单向阀的逆向阻挡状态。

图6为本发明第一较佳实施例沿图1中6-6割面线的剖视图。

图7为本发明第一较佳实施例沿图1中7-7割面线的剖视图，显示已知阻料轴进行阻料与释放的作动状态。

图8为本发明第二较佳实施例的立体图。

图9为本发明第二较佳实施例的一局部分解图。

图10为本发明第二较佳实施例的另一局部分解图。

图11为本发明第二较佳实施例沿图8中11-11图割面线的剖视图。

附图标号：10、10’：混合机构；20：挤筒；21：筒身；211：管轴一端；22：螺杆；221：杆轴一端；23：出料通道；30、30’：汇流件；31：座部；311、311’：第一座身；312：容孔；313：第二座身；314：第三座身；32、32’：汇流空间；33：第一入流道；331：第一推拔段；332：大孔径段；333：第二推拔段；34：第二入流道；35、35’：出流道；36：单向阀；37：凹槽；40：超临界流体供给部；50、50’：混合件；51、51’：身部；52、52’：混料空间；53、53’：入料流道；54：混料转轴；541：杆轴一端；55、55’：动力部；56’：结合套；60：注料端件；61：注料孔；62：阻料轴。

具体实施方式

首先，请参阅图1至图3所示，在本发明第一较佳实施例中所提供的混合机构10，其主要包含了有一挤筒20、一汇流件30、一超临界流体供给部40以及一混合件50。

该挤筒20为已知技术，其可为已知射出机或押出机中以热能熔融固态高分子原料，并提供力使受热熔融的高分子熔融体往外流出，具体而言，该挤筒20具有一直管状的筒身21，一螺杆22同轴穿置于该筒身21的管孔中，并使该螺杆22的杆轴一端221伸出于该筒身21的管轴一端211管口外，一出料通道23设于该汇流件30中，而位于该筒身21的管轴一端外，且与该筒身21的管轴一端211管口连通。

该汇流件30具有一柱状座部31，设于该挤筒20与该混合件50之间，一直孔状的汇流空间32设于该座部31的内部，一呈孔状的第一入流道33同轴于该汇流空间32的孔轴，自该汇流空间32的轴向一端往外延伸并与该出料通道23连通，多数呈孔状的第二入流道34则彼此平行地分别设于该座部31中，而在该汇流空间32的径向方向上与该汇流空间32连通，一呈推拔孔状的出流道35自该汇流空间32的轴向另一端，同轴地往外延伸，一呈球体状的单向阀36可活动地位于该第一入流道33中，多数的凹槽37则分设于该第一入流道33部分的孔壁上；

更进一步来说，该座部31更具有一第一座身311，桥设于该筒身21的管轴一端211与该混合件50间，并使该汇流空间32、该些第二入流道34与该出流道35分设于该第一座身311内部的不同位置上，一容孔312凹设于该第一座身311的一侧，分呈柱状的一第二座身313与一第三座身314彼此同轴串联地嵌设于该容孔312中，并使该第一入流道33设于该第二座身313与该第三座身314中，以及使该出料通道23设于该第三座身314上；

而该第一入流道33则更进一步地沿着自身孔轴依序地被区隔为一第一推拔段331、一大孔径段332与一第二推拔段333，其中：

该第一推拔段331设于该第二座身313中，并以一端与该汇流空间32连通地往该大孔径段332的方向、渐次地增加内径，且使该些凹槽37凹设于该第一推拔段331的孔壁上，并沿该第一入流道33的孔轴延伸；

该第二推拔段333则设于该第三座身314中，且以一端与该出料通道23连通地往该大孔径段332的方向、渐次地增加内径；

以及，使该大孔径段332的内径为单一，该第一推拔段331的最大内径则小于该大孔径段332的内径，该第二推拔段333的最大内径与最小内径则分别与该大孔径段332的内径以及所连通的出料通道23部位的内径相等；同时令该单向阀36的外径小于该大孔径段332的内径，而大于该第一推拔段331的最大外径以及该第二推拔段333的最小内径。

该超临界流体供给部40为已知用以输送超临界流体的管路输送技术内容，是使管路的一端固接于该座部31上，并具有一供给流道(图上未示)以与该些第二入流道34连通，使超临界流体得以经由该些第二入流道34流入该汇流空间32中。

该混合件50具有一柱状身部51，以柱轴一端固接于该座部31上，一直孔状的混料空间52自该身部51柱轴一端往内延伸，并以该混料空间52位于该身部51柱轴一端的开口形成一入料流道53，以连通该混料空间52与该出流道35，一螺杆状的混料转轴54同轴穿伸于该混料空间52中，并使杆轴一端541伸入该出流道35中，一动力部55固设于该身部51的柱轴另一端上，用以对该混料转轴54的轴向另一端提供动力使该混料转轴54转动。

如图4所示，通过上述构件的组成，固态的高分子原料受该挤筒20的作用而成为可流动的熔融体后，即经由该出料通道23进入该第一入流道33并绕过该单向阀36流经该些凹槽37，而进入该汇流空间32中，而超临界流体则经由该该超临界流体供给部40自该些第二入流道34进入该汇流空间32内，以与高分子熔融体汇流，尔后，再经由该出流道35与该入料通道53流入该混料空间52中，受该混料转轴54的转动所形成的扰流，令高分子熔融体与超临界流体得以在该混料空间52中受混合成为均质溶液，再经由一已知的注料端件60供应至适当的成型装置中，以遂行模制的加工。

而所应特别加以提出说明的是，当超临界流体自该些第二入流道34进入该汇流空间32中时，若有造成该汇流空间32内的压力大于该出料通道23的压力时，该压力差将作用在该单向阀36上，使该单向阀36如图5所示般地，偏移至该第二推拔段333中，并阻塞该出料通道23经由该第二推拔段333与该大孔径段332间的连通，据此，即可避免超临界流体逆流至该挤筒20内部，造成超临界流体与高分子熔融体的混合比例受到影响，以确保成型产品的品质稳定。

为确保超临界流体与高分子熔融体间混合比例的正确性，除了前述以该单向阀36避免超临界流体逆流至预期混合的标的以外，进一步地使该混合件50与该注料端件60间为如图6所示般的气密结合，避免超临界流体由交界部位泄漏，同时，该注料端件60的注料孔61中所滑设的已知阻料轴62则如图7所示般，可在阻塞注料孔61之际，提供气密的效果，避免所混合的超临界流体外漏，据此，即得以确保超临界流体与高分子熔融体间混合比例的正确性。

再请参阅图8至图11所示，在本发明第二较佳实施例中所提供的混合机构10’，其主要的技术内容是与前述第一较佳实施例中所揭者相同，其不同处是在于第二较较佳实施例中，是使该汇流件30’与该混合件50’的结合构造不同于第一较佳实施例所揭。

具体而言，本实施例中是使该混合件50’的身部51’不直接于该汇流件30’结合，而是经由一阶状的结合套38’以螺栓等结合元件(图上未示)固接于该身部51’径向一侧与该第一座身311’上，以及使该入料流道53’呈直孔状地自该混料空间52’的孔壁径向延伸并贯穿该身部51’，而与贯设于该结合套56’上的该出流道53’同轴连通，从而使该汇流空间32’中汇流的超临界流体与高分子熔融体，得以经由该出流道53’与该入料流道53’由该混料空间52’的径向流入该混料空间52’中而受混合，而有别于第一较佳实施例般由轴向进入的构造。

换言之，该混合件50’、该汇流件30’与该注料端件60’间的结合，是使该注料端件60’与该动力部55’位于身部51’的柱轴两端，以及使该汇流件30’位于该身部51’径向一侧上，而有别于第一较佳实施例中所揭者，然而，该相对空间位置的改变，并不影响本实施例所能达成与第一较佳实施例所能达成的相同功效。

继之，本发明以第三较佳实施例所揭露，则为一种混合的方法，且能以上述的第一较佳实施例、第二较佳实施例或前述专利前案中所揭露的混合机构实施，具体而言，该混合方法主要的技术特征，是使高分子原料熔融体与超临界流体在不同时间交错地进入同一汇流空间中，以避免该汇流空间中的压力过大，而其具体的步骤则包含有：

a.在停止超临界流体进入该汇流空间时，以一第一力使该高分子原料熔融体经由一第一入流道进入该汇流空间中。

b.当该高分子原料熔融体经该步骤a流入该汇流空间预定之量后，则停止该高分子原料熔融体的继续进入。

c.以一第二力使原停止流动的该超临界流体，经由一第二入流道流入该汇流空间中。

d.重复地实施步骤a至步骤c。

e.位于该汇流空间内的高分子原料熔融体与超临界流体，是在汇流后往外流入一与该汇流空间连通的混料空间中。

f.对进入该混料空间中的高分子原料熔融体与超临界流体进行混合，使之成为均质的溶液后，作为外部加工装置的原料供应来源。

其中，在步骤b实施时，由于停止了高分子原料熔融体的继续进入，同时，已存在于该汇流空间中的高分子原料熔融体，仍可持续地往外流出以进入该混料空间，而可降低该汇流空间中的压力，如此一来，当该步骤c实施时，即得以减少用以使该超临界流体进入该汇流空间的该第二力，并使该汇流空间内部的压力降低，以减少高压作用的影响。

更进一步来说，该第一力的供给可如本发明两较佳实施例或前述专利前案中所揭的挤筒内部螺杆的自转运动所提供，但该构造是属已知射出机或押出机中的公知技术内容，本案并无需再加赘言，具体而言，当该步骤a实施时，该螺杆是以杆轴为轴地沿一第一方向(例如顺时针方向)进行转动以形成该第一力，而使固态的高分子原料经由该挤筒所供给的热能熔融成可流动的熔融体后，续受该第一力的推动，而进入该汇流空间中。

而在步骤b实施时，除可单纯地停止该螺杆的转动外，也可进一步地使该螺杆沿反向于该第一方向的一第二方向(例如逆时针方向)进行转动以形成一与该第一力反向的第三力，二者间的不同为：前者是仅停止该第一力对该高分子熔融体的推动，尚未进入该汇流空间中的高分子熔融体即得以阻挡已进入该汇流空间中的高分子熔融体产生逆流的状态，且由于需求较低的该第二力，因此在该步骤c中所进入的超临界流体，将不易往较高压力的挤筒方向逆流，而可避免衍生先前技术所述的缺失；而后者所述，以该第三力对高分子熔融体施加反向拉力时，例如沿该第一方向转动三圈后再沿该第二方向转动一圈，此际，为避免已进入该汇流空间中的高分子熔融体产生逆流，可以如本发明所揭露的两较佳实施例所提供以单向阀为主的单向流道构造，予以避免，并可大幅地降低该汇流空间中的压力，相较于单纯止该第二力的作用，施加该第三力可预期地能够更进一步地降低对该第二力所需求的强度。

Claims (13)

1.一种混合机构，其特征在于，它包括：

一汇流件，具有一座部，彼此间不直接连通的一第一入流道、一第二入流道与一出流道分设于该座部上，一汇流空间设于该座部内，并连通该第一入流道的一端、该第二入流道的一端与该出流道的一端，一呈球体状的单向阀可活动地容置于该第一入流道中；其中，该座部具有一第一座身，一容孔凹设于所述第一座身一侧，一第二座身与一第三座身彼此邻接地容设于所述容孔中，并使所述第一入流道设于所述第二座身与所述第三座身中；所述第一入流道呈孔状，并沿孔轴依序地区隔成一第一推拔段、一大孔径段与一第二推拔段，所述第一推拔段设于该第二座身中，且自该第一入流道与所述汇流空间连通的一端，内径渐增地沿孔轴往另一端的方向延伸，所述大孔径段的内径为均一，并大于该第一推拔段的最大内径，所述第二推拔段设于该第三座身中，并且自该大孔径段，内径渐减地沿孔轴延伸；所述单向阀可活动地容置于所述大孔径段中，外径小于该大孔径段的内径，而大于所述第一推拔段的最大内径以及所述第二推拔段的最小内径；

一挤筒，具有一筒身，一出料通道位于该筒身的一端并与该第一入流道的第二推拔段连通；若该汇流空间内的压力大于该出料通道的压力时，压力差将作用在该单向阀上，使该单向阀在该第一入流道中偏移，得以阻挡由该汇流空间往该第一入流道方向的流动；

一超临界流体供给部，具有一供给流道，与该第二入流道连通；

一混合件，具有一身部，一混料空间设于该身部中，一入料通道连通该混料空间与该出流道的另一端；

藉此，能以该挤筒将高分子熔融体由该出料通道流入该汇流空间中，并使超临界流体由该供给流道流入该汇流空间中，再经由该出流道流入该混料空间中，使得以该混合件将该高分子熔融体与该超临界流体混合为均质溶液。

2.如权利要求1所述的混合机构，其特征在于，所述汇流件更包含有复数凹槽，分设于所述第一推拔段的孔壁上。

3.如权利要求2所述的混合机构，其特征在于，所述凹槽沿所述第一入流道的孔径分别延伸地设于所述第一推拔段的孔壁上。

4.如权利要求1所述的混合机构，其特征在于，所述混合件更包含有一混料转轴，容设于所述混料空间中。

5.如权利要求4所述的混合机构，其特征在于，所述混合件更包含有一动力部，施力于所述混料转轴的轴向一端，使之能在所述混料空间中转动。

6.如权利要求5所述的混合机构，其特征在于，所述混料转轴的轴向另一端位于所述入料通道中。

7.一种混合方法，其特征在于，使一高分子原料熔融体受一螺杆以自身杆轴为轴地沿一第一方向自转而形成一第一力的作用，而自一原料源经由一第一入流道进入一汇流空间中，所述第一入流道呈孔状，并沿孔轴依序地区隔成一第一推拔段、一大孔径段与一第二推拔段，所述第一推拔段邻近并连通于所述汇流空间，内径渐增地沿孔轴往另一端的方向延伸，所述大孔径段的内径为均一，并大于该第一推拔段的最大内径，所述第二推拔段自该大孔径段，内径渐减地沿孔轴延伸，并在该大孔径段中可活动地容置有一呈球体状的单向阀，且外径小于该大孔径段的内径，而大于所述第一推拔段的最大内径以及所述第二推拔段的最小内径，用以阻挡由该汇流空间往该第一入流道方向的流动，以及使一超临界流体受一第二力的作用，经由一第二入流道而进入该汇流空间中，从而使高分子原料熔融体与该超临界流体在该汇流空间汇流后，再流入与该汇流空间连通的一混料空间中受一混料转轴扰动以混合为均质溶液，然后再由该混料空间流出以供加工，其中，该高分子原料熔融体间歇性地进入该汇流空间中，该混料转轴与该螺杆之间并非以同一个驱动轴来转动。

8.如权利要求7所述的混合方法，其特征在于，所述超临界流体间歇性地进入所述汇流空间中，且与所述高分子原料熔融体交错地进入该汇流空间中，当该超临界流体流入该汇流空间时，暂时地停止该高分子原料熔融体流入该汇流空间中，反之，当该高分子原料熔融体进入该汇流空间时，则暂时地停止该超临界流体流入该汇流空间。

9.如权利要求8所述的混合方法，其特征在于，在所述超临界流体流入所述汇流空间前，释放所述第一力，使位于所述第一入流道中的高分子原料熔融体不受该第一力的作用。

10.如权利要求9所述的混合方法，其特征在于，所述高分子原料熔融体的供给是以一挤筒将来自于所述原料源的固态原料，以该第一力将所述固态原料往所述第一入流道方向推送，且在推送动作进行的同时，以热能使该固态原料热融为该高分子原料熔融体，以及，在所述超临界流体流入所述汇流空间前，则使所述螺杆沿相反于所述第一方向的一第二方向进行自转，以形成一第三力将该高分子原料熔融体拉回。

11.如权利要求10所述的混合方法，其特征在于，所述螺杆沿所述第二方向自转的行程小于该螺杆沿所述第一方向自转的行程。

12.如权利要求8、9、10或11所述的混合方法，其特征在于，所述第一入流道为单向流道，容许所述高分子原料熔融体自所述原料源往所述汇流空间方向的流动，而阻挡自该汇流空间往该原料源方向的流动。

13.如权利要求12所述的混合方法，其特征在于，是通过如权利要求1至7中任一项所述的混合机构所实施。

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