能量传递螺杆和改进的挤出过程制造技术

通过用能量传递(ET)螺杆装备单筒挤出机，在所述挤出机中加工包括聚合物，例如聚乙烯，和过氧化物的可熔融固体可交联组合物获得较低的排放温度和改进的流动速率，所述螺杆包括：(1)ET部分，其距离平均ET部分深度为所述挤出机筒内径的8.0％至10％，以及(2)计量部分，其计量部分深度为所述挤出机筒内径的6.0％至8％。

Energy transfer screw and improved extrusion process

A single-barrel extruder is equipped with an energy transfer (ET) screw, in which a molten solid cross-linkable composition comprising polymers, such as polyethylene, and peroxide is processed to obtain a lower discharge temperature and an improved flow rate. The screw includes: (1) an ET portion whose distance from the average ET portion is 8.0% to 10% of the inner diameter of the extruder barrel, and (2) metering. The measuring depth of the part is 6.0% to 8% of the inner diameter of the extruder barrel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量传递螺杆和改进的挤出过程
本专利技术涉及塑料材料的挤出。一方面，本专利技术涉及一种能量传递螺杆，而另一方面，本专利技术涉及一种使用能量传递螺杆的挤出方法。
技术介绍
挤出机和使用挤出机挤出塑料材料的方法是本领域熟知的。USP4,405,239教导一种单螺杆挤出机，其将螺杆可旋转地容纳在圆柱形筒中，用于塑化或熔融固体塑料材料。螺杆具有进料端和排料端，并且在进料端和排料端之间实现新的混合部分。USP6,599,004教导一种挤出机螺杆，其包括分成连续屏障部分的能量传递部分，其中由第一螺纹形成的通道被第二螺纹分成至少两个子通道。螺纹外径差的比率与相邻的屏障部分的长度比大致成反比。USP9,156,201教导一种单螺杆挤出机，其包括：圆筒，其包括过渡区和连接到过渡区的均化区；以及螺杆，其可旋转地支撑在圆筒中并且在均化区中具有至少两个连续的位移部分，其在输送方向上的第二位移部分被设计为剪切部分。与非能量传递螺杆设计相比，传统的能量传递螺杆设计通常为塑料材料提供改进的流动速率和更低的排放温度。然而，即使这种设计在流动速率增加时也会增加排放温度。当然，这在含过氧化物的组合物(例如用于制造电力电缆的组合物)中存在问题，因为高温可以激活过氧化物，从而导致焦化。用于配电和传输应用的电力电缆由国际电工委员会分类为低压(小于1kV)，中压(1kV至30kV)，高压(30kV以上至150kV)和超高压(150kV以上)。中压至超高压电缆芯由三重挤出工艺制成，其中导体涂有含过氧化物的聚烯烃组合物，所述组合物针对以下层设计：半导电导体屏蔽、电绝缘(最厚的聚合物层)和半导电绝缘屏蔽。聚合化合物的挤出通常在低于140℃(优选135℃或更低)的温度下进行，以防止过早交联(“焦化”)，并且涂覆的导体随后通过在高达约300℃的温度下操作的连续硫化管，其中过氧化物完全分解以使聚合物交联。绝缘厚度随电压等级增加，例如，从5mm(针对69kV电缆)到27mm(针对400kV电缆)。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术是用于单螺杆挤出机的能量传递(ET)螺杆，所述挤出机包括具有内径的挤出机筒，所述螺杆包括：(1)ET部分，其距离平均ET部分深度为所述挤出机筒内径的8.0％至10.0％，以及(2)计量部分，其计量部分深度为所述挤出机筒内径的6.0％至8.0％。在一个实施例中，挤出机包括在所述能量传递部分的整个长度上相同的多个屏障间隙。在一个实施例中，挤出机包括在所述能量传递部分的整个长度上减少的多个屏障间隙。在一个实施例中，本专利技术是在单螺杆挤出机中熔融和挤出可交联组合物的方法，所述挤出机包括能量传递(ET)螺杆和具有内径的筒，所述螺杆可旋转地安装在筒内，所述方法包括以下步骤：(A)将可熔性固体可交联组合物馈入挤出机中；(B)旋转挤出机筒内的螺杆；和(C)随着组合物因螺杆旋转移动通过挤出机，使挤出机内的固体可交联组合物熔融；螺杆包括：(1)ET部分，其距离平均ET部分深度为挤出机筒内径的8.0％至10.0％，以及(2)计量部分，其计量部分深度为挤出机筒内径的6.0％至8.0％。在一个实施例中，可交联组合物包含自由基引发剂。在一个实施例中，自由基引发剂是过氧化物。附图说明图1是USP4,405,239的图1中所示的螺杆结构的局部示意图。图2是USP4,405,239的图2中所示的螺杆结构的局部示意图。图3是报告DFDA-1216NTLDPE树脂(不具有过氧化物和任何其它添加剂)的依赖于温度的复数粘度的曲线图。图4是报告ENGAGE-PP树脂共混物(不具有过氧化物和任何其它添加剂)的依赖于温度的复数粘度的曲线图。(91.0wt％ENGAGETM8200树脂、9.0wt％BraskemFF018FPP)。图5是报告在135℃的温度下DFDA-1216NT和ENGAGE-PP树脂共混物(不具有过氧化物和任何其它添加剂)(91.0wt％ENGAGETM8200树脂、9.0wt％BraskemFF018FPP)的复数粘度的曲线图。图6是报告对于DFDA-1216NTLDPE树脂来说本专利技术的ET螺杆和双螺纹Maddock螺杆的性能比较的曲线图。图7是报告对于ENGAGE-PP共混物来说本专利技术的ET螺杆(红色方块)和双螺纹Maddock螺杆(蓝色菱形)的性能与对于POE1-PP共混物来说本专利技术的ET螺杆(绿色三角形)的性能的比较的曲线图。图8是报告对于ENGAGE-PP共混物来说本专利技术的ET螺杆(红色方块)和双螺纹Maddock螺杆(蓝色菱形)以及对于POE1-PP共混物来说本专利技术的ET螺杆(绿色三角形)的性能的比较的曲线图。具体实施方式定义为了美国专利实践的目的，任何提及的专利、专利申请或公开案的内容，特别是关于各定义的公开内容(限度是不能与本公开中具体提供的任何定义不一致)、螺杆的描述和本领域的一般知识，通过全文引用的方式并入(或其等效美国版本也如此通过引用并入)。本文公开的数值范围包括下限值到上限值的所有值，并且包括所述下限值和上限值。对于含有确切值(例如1或2；或3到5；或6；或7)的范围，包含任何两个确切值之间的任何子范围(例如1到2；2到6；5到7；3到7；5到6等)。术语“包含”、“包括”、“具有”和其衍生词并不打算排除任何另外组分、步骤或程序的存在，无论所述组分、步骤或程序是否具体地公开。为了避免任何疑问，除非相反地陈述，否则通过使用术语“包含”所要求的所有组合物可以包括任何另外的添加剂、佐剂或化合物，无论聚合或以其它方式。相比之下，术语“基本上由......组成”从任何随后列举的范围中排除任何其它组分、步骤或程序，除对操作性来说并非必不可少的那些之外。术语“由......组成”排除没有具体叙述或列出的任何组分、步骤或程序。除非另有说明，否则术语“或”是指单独列出的成员以及在任何组合中列出的成员。单数形式的使用包括复数形式的使用，并且反之亦然。除非相反地陈述，从上下文暗示或本领域的惯例，否则所有份数和百分数都按重量计，并且所有测试方法都是截至本公开的提交日期最新的。“基于乙烯的聚合物”和类似术语是指含有按聚合物总重量计的聚合形式的衍生自乙烯的单元的主要重量百分比的聚合物。基于乙烯的聚合物的非限制性实例包含低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、极低密度聚乙烯(VLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)、中等密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)，以及官能化聚乙烯，例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸乙酯(EEA)等。如用于描述聚合组合物的“可熔”和类似术语意味着通过施加热和/或由机械混合产生的剪切力，组合物可以从固体变为粘性液体。在挤出的情况下，可熔性组合物是如下组合物，如果以固体形式馈入挤出机中，由于组合物在从馈入部分到计量部分移动通过挤出机时受到的热和剪切力，其将改变并且以粘性液体形式离开挤出机。如用于描述聚合组合物的“可交联的”和类似术语意味着组合物未交联并且未经受或暴露于已诱导大量交联的处理，尽管所述组合物包含添加剂或官能性，其在经受或暴露于这类处理(例如暴露于活化的自由基引发剂，例如过氧化物)时引起、促进或实现显著的交联。如用于描述聚合组合物的“交联的”和类似术语意味着组合物已经受或暴露于诱导交联的处理(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于单螺杆挤出机的能量传递(ET)螺杆，所述挤出机包括具有内径的挤出机筒，所述螺杆包括：(1)ET部分，其距离平均ET部分深度为所述挤出机筒内径的8.0％至‑10％，和(2)计量部分，其计量部分深度为所述挤出机筒内径的6.0％至8％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.28 US 62/4140981.一种用于单螺杆挤出机的能量传递(ET)螺杆，所述挤出机包括具有内径的挤出机筒，所述螺杆包括：(1)ET部分，其距离平均ET部分深度为所述挤出机筒内径的8.0％至-10％，和(2)计量部分，其计量部分深度为所述挤出机筒内径的6.0％至8％。2.根据权利要求1所述的ET螺杆，其进一步包括在所述能量传递部分的整个长度上相同的多个屏障间隙。3.根据权利要求1所述的ET螺杆，其进一步包括在所述能量传递部分的整个长度上减少的多个屏障间隙。4.一种在单螺杆挤出机中熔融和挤出可交联组合物的方法，所述挤出机包括能量传递(ET)螺杆和具有内径的筒，所述螺杆可旋转地安...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟茜，M·A·斯伯丁，B·I·乔杜里，K·塞文，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US