用于分配组合物的设备的制作方法

1.提供了用于聚合物组合物的分配器，特别是能够连续地分配聚合物组合物的那些分配器，以及相关方法和分配系统。


背景技术：

2.螺杆分配器通常用作连续制造或转换操作中聚合物材料的进料机构。这些机器使用容置于圆柱形料筒内的旋转螺杆。料筒包括通常位于料筒顶部的入口和位于料筒末端的出口。沿着其长度，料筒可包括一个或多个电阻加热元件，该一个或多个电阻加热元件可被精确控制。
3.这些分配器通常接收和转换含有一种或多种聚合物的进料。进料可包括在环境温度下为固体的一种或多种热塑性树脂。在通过入口被进给到分配器中之后，进料通过沿着料筒壁的热传导和螺杆旋转所生成的高压和摩擦的组合被加热到其熔融温度以上。进料因此在通过旋转螺杆沿着料筒长度进行输送时被计量、熔融和混合，并且最终通过出口从料筒的远侧端部排出。
4.螺杆可使用电动马达驱动单元和齿轮箱以预定速度来操作。温度控制器在沿着料筒的一个或多个区域处连接到加热和/或冷却元件以维持设定点温度。螺杆和料筒组件挤出给定材料的能力是基于料筒和螺杆的特性或构造、所分配的组合物的特性以及系统被操作的情况。


技术实现要素：

5.在配置单螺杆分配器时考虑了许多设计考虑和权衡，尤其是对于需要精确计量大量材料的应用。移动大量材料通常需要扩大螺杆和料筒的大小或提高螺杆的转速。扩大机器的大小会大大增加重量和成本。更快的螺杆速度通常会增加扭矩水平，并且可能需要更大的驱动马达，这也会增加重量和成本。
6.另一个问题涉及热传递。为了有效地分配固体热塑性塑料，其温度必须提高到其熔融温度以上。热量可通过料筒传递，但传热速率会受到热塑性塑料在分配器内的停留时间的限制。在这些情况下，分配器的长度通常会增加，以提供充分熔融热塑性塑料的时间。此外，分配器必须应对在液体熔体中搅动的各种大小的固体的不均匀混合物，从而提出如何有效地将热量递送至固体而不会使熔体过热的问题。
7.本文提供了一种使用中空芯螺杆的自动分配解决方案，该中空芯螺杆提供了非常规流动路径，该非常规流动路径以减轻许多这些技术挑战的方式逐渐分离组合物的固体部分和液体部分。令人惊讶的是，所提供的螺杆可提供与常规单螺杆分配器相似或更大程度的通过量，但剪切力显著减小并且扭矩显著减小。减小的扭矩源于螺杆的外向通道中空气量的增加，并且允许更小且更轻的驱动马达。重量的减轻又可允许分配器在自动制造过程中被安装在更小且更具成本效益的机械臂上。
8.所提供的分配器的操作还提供可持续性益处。中空芯螺杆增加的表面积和流动路
径可改善热传递，并且可在较低的挤出机温度下提供改进的熔融，以降低功耗。更快的熔融可允许更高的通过量，而不需要更长的螺杆/料筒。组合物上的剪切力减小还可减少热降解、提高质量同时减少浪费。
9.已发现所提供的设备可尤其适用于压敏粘合剂的使用点分配，如先前在共同待决的美国临时专利申请号62/810,221(napierala等人)、62/810,248(napierala等人)和62/907,325(napierala等人)中描述的。
10.在第一方面，提供了一种用于分配组合物的设备。该设备包括：料筒，该料筒具有入口和出口；螺杆，该螺杆被接收在料筒中，该螺杆具有远侧端部和柄端；和驱动机构，该驱动机构可操作地联接到柄端并且能够使螺杆在料筒内旋转。螺杆是中空的并且包括内表面和外表面两者，该内表面限定与出口相邻的腔，并且其中螺杆还包括多个孔口，腔和外表面通过该多个孔口彼此连通。多个孔口沿着腔的穿孔部分定位，并且该穿孔部分可具有随着远离柄端而增加的横向尺寸。
11.在第二方面，提供了一种用于分配组合物的设备，该设备包括：料筒，该料筒具有入口和出口；螺杆，该螺杆被接收在料筒中，该螺杆具有远侧端部和柄端；和驱动机构，该驱动机构可操作地联接到柄端并且能够使螺杆在料筒内旋转。螺杆是中空的并且包括内表面和外表面两者，该内表面限定与出口相邻的腔，并且其中螺杆还包括多个孔口，腔和外表面通过该多个孔口彼此连通。螺杆包括围绕轴延伸的螺旋螺纹，并且螺旋螺纹可包括凸起螺纹区段和与凸起螺纹区段相邻的一个或多个降低螺纹区段，凸起螺纹区段和降低螺纹区段沿着螺旋螺纹彼此平行延伸。降低螺纹区段可位于凸起螺纹区段的远侧并且与轴的暴露表面相邻，其中多个孔口至少部分地位于一个或多个降低螺纹区段上。
12.在第三方面，一种用于分配组合物的设备，该设备包括：料筒，该料筒具有入口和出口；螺杆，该螺杆被接收在料筒中，该螺杆具有远侧端部和柄端；和驱动机构，该驱动机构可操作地联接到柄端并且能够使螺杆在料筒内旋转。螺杆是中空的并且包括内表面和外表面两者，该内表面限定与出口相邻的腔，并且其中螺杆还包括多个孔口，腔和外表面通过该多个孔口彼此连通。多个孔口沿着腔的穿孔部分定位，并且该穿孔部分可具有相对于螺杆的外表面的随着远离柄端而增加的孔面积。
13.在第四方面，提供了一种螺杆，该螺杆具有远侧端部和柄端，用于与用于分配组合物的设备一起使用。该设备包括：料筒，该料筒具有入口和出口；和驱动机构，该驱动机构可操作地联接到柄端并且能够使螺杆在料筒内旋转。该螺杆包括：轴；螺旋螺纹，该螺旋螺纹围绕该轴延伸，其中该轴是中空的并且包括内表面和外表面两者，该内表面限定与出口相邻的腔；和多个孔口，腔和外表面通过该多个孔口彼此连通。多个孔口沿着腔的穿孔部分定位，该穿孔部分具有随着远离柄端而增加的横向尺寸。
14.在第五方面，提供了一种螺杆，该螺杆具有远侧端部和柄端，用于与用于分配组合物的设备一起使用。该设备包括：料筒，该料筒具有入口和出口；和驱动机构，该驱动机构可操作地联接到柄端并且能够使螺杆在料筒内旋转。该螺杆包括：轴；螺旋螺纹，该螺旋螺纹围绕该轴延伸，其中该轴是中空的并且包括内表面和外表面两者，该内表面限定与出口相邻的腔；和多个孔口，腔和外表面通过该多个孔口彼此连通。螺旋螺纹包括凸起螺纹区段和与凸起螺纹区段相邻的一个或多个降低螺纹区段，凸起螺纹区段和降低螺纹区段沿着螺旋螺纹彼此平行延伸。降低螺纹区段可位于凸起螺纹区段的远侧并且与轴的暴露表面相邻，
sensitive adhesive technology)，d.satas，第2版，第172页(1989年)中描述的dahlquist标准。该标准将压敏粘合剂定义为在其使用温度下(例如，在15℃至35℃范围内的温度下)一秒蠕变柔量大于1
×
10-6
cm2/达因的粘合剂。
[0030]“螺杆长度”是指挤出螺杆的螺纹部分(通常与挤出物接触的部分)的长度，但不包括柄。
具体实施方式
[0031]
如本文所用，术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而，在相同的情况或其他情况下，其他实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。
[0032]
如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。
[0033]
值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、垂直等，并且如果是这样，则它们来自在具体附图中所观察的视角。然而，这些术语仅用于简化描述，而并非以任何方式限制本发明的范围。
[0034]
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用，意指关于该实施方案所描述的具体特征、结构、材料或特性包含在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不是必须指本发明的相同实施方案。在适用的情况下，商品名以全部大写的字母列出。
[0035]
本文描述了一种分配设备以及其系统和方法，用于以熔融形式连续地分配聚合物进料。所分配的组合物任选地为压敏粘合剂。分配设备可被制造成非常紧凑并且在分配器出口处基本上存在零背压的环境中操作。
[0036]
图1是示例性分配系统100的示意图，该分配系统包括安装到可移动臂104的端部的分配设备102。可移动臂104粘附到基部106，该基部可以是桌子或其它平台的一部分。可移动臂104可具有任何数量的接头105以允许分配设备102在至多六个自由度上平移和旋转。可移动臂104(其可手动地或自动地控制)允许分配设备102精确且可再现性地在相对于基部106的宽泛位置范围内分配粘合剂组合物。
[0037]
任选地并且如图所示，分配系统100包括长丝粘合剂108，该长丝粘合剂可被连续地进给到分配设备102中，如图1所示。长丝粘合剂108可如图所示从卷轴114连续地退绕。应当理解，卷轴114相对于分配系统100的其它部件的位置不是关键性的并且可安装在方便的位置。卷轴114可被固定到基部106或基部106通常安装到的结构上。
[0038]
图1的分配设备102被示出为将热熔融形式的熔融组合物110分配到给定基底112的粘结表面上。基底112不必受到限制，并且可以是例如要以粘附方式联接到组件的工业零
件。作为一种选项，基底112可安装到基部106上，从而提供用于定位分配设备102的空间参考点。这在使用计算机控制分配设备102的位置和取向的自动过程中可尤其有用。
[0039]
有利地，熔融组合物110的分配可以是自动的或半自动的，因此几乎不需要或不需要人类操作者的干预。例如，能够根据由计算机提供的指令基于预定图案将熔融组合物110分配到基底112上。预定图案可以是2维的(沿平面表面)或3维的(沿非平面表面)。预定图案可由计算机上的数字化模型表示，从而能够针对任何数量的基底定制预定图案。
[0040]
图1的分配系统100特别适于接收长丝粘合剂。长丝粘合剂是以连续线状构型提供的粘性物质。长丝粘合剂优选地具有均匀的横截面。
[0041]
有利地，长丝粘合剂可从卷轴连续地进给到分配设备(诸如分配设备)中。
[0042]
特别有用的长丝粘合剂具有芯-皮长丝构型，如国际专利公布号wo2019/164678(nyaribo等人)中所述。芯-皮长丝材料具有其中第一材料(即，芯)被第二材料(即，皮)围绕的构型。优选地，芯和皮是同心的，共用共同的纵向轴线。芯的末端不需要被鞘包围。有利地，非粘性皮会防止长丝粘合剂108自身粘附，从而能够方便地在卷轴114上储存和处理长丝粘合剂108。
[0043]
芯-鞘长丝的直径不受特别限制。影响长丝直径的选择的因素包括对粘合剂分配器的尺寸限制、期望的粘合剂通过量以及对粘合剂施加的精度要求。芯-皮长丝可包括1毫米至20毫米、3毫米至13毫米、6毫米至12毫米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、6毫米、7毫米、8毫米、9毫米、10毫米、11毫米、12毫米、13毫米、14毫米、15毫米、16毫米、17毫米、18毫米、19毫米或20毫米的平均直径。长丝粘合剂108可为常备物品并且以适于施加的任何长度提供。
[0044]
本文所述的分配方法提供许多潜在的技术优点，这些优点中的至少一些是出人意料的。这些技术优点包括：分配后粘合剂特性的保留，低挥发性有机化合物(voc)特性，避免模切，设计灵活性，实现复杂的非平面粘结图案，在薄和/或精细基底上打印，以及在不规则和/或复杂的拓扑结构上打印。
[0045]
根据本公开的芯鞘长丝粘合剂可使用任何已知的方法制备。在示例性实施方案中，这些长丝粘合剂通过将熔融聚合物挤出通过同轴模头来制备。关于上述芯-皮长丝粘合剂的技术细节、选项和优点在nyaribo等人的公布中有所描述。
[0046]
应当理解，所提供的分配设备102不必限于图1中所示的分配系统100。在其它实施方案中，分配设备102可具有固定的位置和/或取向。此外，分配设备102可接受除长丝粘附以外的进料；例如，分配设备102可通过本领域技术人员已知的料斗或其它进料机构接受聚合物粒料、薄片或颗粒。
[0047]
图2更详细地示出了图1的分配设备102。如图所示，分配设备102包括料筒120和接收在其中的可旋转螺杆122。齿轮箱124和马达126提供可操作地联接到螺杆122的驱动机构。当设备102在操作时，该驱动机构为螺杆122在料筒120内的旋转提供动力。有利地，马达126具有高扭矩限制，使其在超过设定扭矩水平时停止，以避免在操作期间发生堵塞时螺杆122的断裂。
[0048]
料筒120含有一个或多个加热元件，以将进料组合物(诸如热塑性组合物)加热到超过其熔融温度。与螺杆122的一端相邻的是入口128，在此长丝粘合剂108可进入设备102并且因与加热的料筒120的热接触以及螺杆122在其中的旋转所赋予的剪切作用而变得熔
融。在螺杆122的相对端上，料筒120具有与螺杆122的纵向轴线144(图4所示)对准的出口129，在此熔融组合物连续地从设备102进行分配。
[0049]
为了适当操作，期望螺杆122与料筒120的内表面紧密啮合。在其间通常存在小间隙以允许螺杆122的自由旋转并促进其插入料筒120和从该料筒移除。在操作期间，该间隙容纳少量熔融组合物，从而提供针对料筒120的液体密封。下面参考图3提供关于螺杆122的结构和操作的其它细节。
[0050]
参考图3，螺杆122由轴130和设置在其上的单个螺旋螺纹132组成。位于螺杆122的一端的是柄端134，该柄端具有能够与驱动机构机械联接的构型。在螺杆122的相对端的是远侧端部136(术语“远侧”在下文中是指朝着远侧端部136的方向)。从柄端134到远侧端部136，轴130的直径逐渐变大。在螺杆122的外部轮廓被限定在圆柱体内的情况下，如在这里一样，螺纹132的高度随着轴130的直径增加而逐渐变小。这具有在组合物沿着螺杆122纵向行进时增加赋予组合物的剪切量的效果。
[0051]
为了支持较高总通过量，期望螺杆122具有相对大的通道深度(或在柄端的螺纹深度)以容纳大量进料流入。更深的通道可在旋转螺杆上提供更低的扭矩。已发现螺杆122的配置在通道深度为以下百分比时有效地分配组合物：为与料筒120的入口128相邻的螺杆122的直径的15％至35％、20％至30％、25％至30％，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。总螺杆直径可为5毫米至100毫米、10毫米至50毫米、15毫米至35毫米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于5毫米、10毫米、15毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米或100毫米。
[0052]
螺纹132可具有任何合适的螺纹间距，表示沿着螺杆122的纵向方向测量的螺纹132的连续前缘之间的距离。螺纹间距可具有以下平均螺纹间距：螺杆直径的40％至80％、50％至70％、60％至70％，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于40％、42％、45％、47％、50％、52％、55％、57％、60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％或80％。所提供的分配螺杆122提供比常规螺杆更大的流动稳定性，从而能够使用对应于更高通过量的更高间距。
[0053]
有利地，螺杆122的有效操作使得其能够具有比常规分配螺杆显著更短的长度。螺杆122的长度:直径(l:d)比可为6:1至20:1、8:1至18:1、10:1至16:1，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1或20:1。值得注意的是，l:d比太高意味着螺杆长，需要高水平的扭矩才能操作。高扭矩又需要大型马达，这会消耗更多的能量并且使轻量化变得困难。如果l:d太低，则螺杆分配材料或进料的功能就会下降。熔融速率将受到限制，因此需要将通过量保持在较低水平。
[0054]
任选地，螺杆122包括靠近螺杆122的柄端134的多个抓持凸耳138。抓持凸耳138通过将凹口设置到螺杆122的螺纹中并且提供附加边缘而形成，该附加边缘有助于抓住连续长丝粘合剂并主动牵拉连续长丝粘合剂穿过入口128并进入料筒120中。这显著优于需要将粘合剂推入进料区中的进料机构，这种进料机构可能引起长丝粘合剂的不良屈曲和扭结。
[0055]
抓持凸耳138可延伸穿过标称螺杆长度的1％至30％、3％至25％、5％至20％，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、
11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、22％、25％、27％或30％。对于要分配颗粒进料的应用，可省略抓持凸耳138。
[0056]
如图3进一步所示，多个孔口140或径向通孔存在于螺杆122的螺纹132上。孔口140在设备102的操作期间提供螺杆122内的外表面和内表面之间的连通。孔口140可具有足以使得熔融组合物能够从其通过的任何大小，应当理解，适当的大小将取决于诸如组合物的粘度特性、温度和压力等因素。孔口140可具有任何合适的形状，并且大小可以是均匀的或多分散的。
[0057]
在示例性实施方案中，孔口140可具有以下平均直径：0.2毫米至5毫米、0.5毫米至3毫米、1毫米至2.5毫米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.7毫米、1毫米、1.5毫米、2毫米、2.5毫米、3毫米、3.5毫米、4毫米、4.5毫米或5毫米。
[0058]
图4的横截面视图揭示了螺杆122的内表面，这些内表面共同限定腔142。腔142在螺杆122的远侧端部136处打开并且沿着纵向轴线144朝着柄端134延伸。在此，腔142具有通常关于纵向轴线144对称的细长形状，尽管情况并非必须如此。
[0059]
腔142在到达柄端134之前终止，使得腔142沿着纵向轴线144的长度显著小于螺杆122的总长度。在一些实施方案中，腔142沿着螺杆122的总长度的以下百分比延伸：20％至70％、30％至60％、40％至55％，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于20％、22％、25％、27％、30％、32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％、50％、52％、55％、57％、60％、62％、65％、67％或70％。这些腔尺寸有利地在进料组合物熔融时将该进料组合物高效抽空到腔142中，从而导致低操作扭矩和高通过量。
[0060]
孔口140沿着腔142的穿孔部分146定位。任选地并且如图所示，穿孔部分146具有通常随着远离柄端134而增加的横向尺寸。该横向尺寸没有特别限制，并且可以是垂直于轴线144测量的腔142的横截面积或直径。
[0061]
在进给到达穿孔部分146之前，期望将最小量的进料熔融。在一些实施方案中，该最小量可以是进料重量的至少10％。
[0062]
当设备102进行操作时，熔融组合物通过螺杆122的螺纹132向前输送，在整个穿孔部分146中注入腔142中，并且最终通过料筒120的出口129排出。有利地，随着材料连续不断地渗透通过孔口140，腔142的锥形形状可在腔142内提供一致的熔融组合物向前流动。
[0063]
如图4所示，横向(即，径向)尺寸的增加能够以不连续的方式发生，其中腔142由直径逐渐增加的一系列连续圆柱形区段组成。其它构型也是可能的；例如，腔142可具有圆锥形形状，其中其横向尺寸沿着其长度连续增加。腔的横向尺寸可线性地增加或可不线性地增加。更广泛地，腔142的加宽可以不是单调的，并且可包括横向尺寸随着远离柄端134而减小的有限区域。
[0064]
沿着螺杆122的外表面，孔口140可由相关联的孔面积来表征，该相关联的孔面积是无单位量(例如，％)，表示沿着外表面每单位面积的孔的总横截面积，并且是孔的数量和大小的函数。如从图2至图4显而易见的是，沿着螺杆122的孔口140的数量通常在接近螺杆122的远侧端部136时增加。因此，穿孔部分146具有相对于螺杆122的外表面的随着远离螺杆122的柄端134而增加的孔面积。
[0065]
任选地，孔面积可根据进料组合物的熔融速率单独分布在螺杆的长度上。具有更
多(或更大)的孔口140允许到达螺杆122的远侧端部136的未熔融聚合物在熔融时进入腔142。作为另一选项，可存在基于上述的孔口140的双峰分布以促进高熔融速率。
[0066]
图5示出了螺杆122的又一横截面细节。该图示出了孔口140相对于螺纹132的位置。如图所示，螺纹132由凸起螺纹区段150和一个或多个降低螺纹区段152组成，每个螺纹区段沿着螺纹132的长度延伸。当设置在料筒120内时，凸起螺纹区段150面向螺杆122的柄端134，而降低螺纹区段152在凸起螺纹区段150的远侧并且面向螺杆122的远侧端部136。
[0067]
凸起螺纹区段150具有比降低螺纹区段152更高的轮廓。凸起螺纹区段150具有接近料筒120的内径的直径，从而在螺纹132与料筒120的内表面之间形成密封。孔口140至少部分地位于降低螺纹区段152上靠近该密封。在设备102的操作期间，沿着降低螺纹区段152紧邻凸起螺纹区段150的远侧产生加压区，以推动熔融组合物通过孔口140并进入腔142。
[0068]
有利地，孔口140位于螺纹132的面向料筒120的表面上，因为螺纹132周围的狭窄环形空间内的进料组合物倾向于立即熔融，从而防止进料的固体颗粒堵塞孔口140。大固体颗粒也可由于它们的大小而被阻止进入该环形空间。虽然在本实施方案中所有孔口140均设置在降低螺纹区段152上，但是至少一些孔口可在沿着螺杆122的其它位置处与腔142连通。考虑到以上考虑因素，优选的是使任何此类孔口位于它们不太可能堵塞的位置。
[0069]
堵塞可能导致许多技术问题。例如，孔口140的显著堵塞可导致再循环流动，其中停留时增加间、进料速率损失、所需螺杆扭矩增加和压力激增。
[0070]
优选的是熔融组合物经历的剪切程度随着在远侧方向上距凸起螺纹区段150的距离增加而单调减小，从而促进熔融组合物流动到孔口140中。对于图2至图5中描绘的螺杆122，螺纹132的后续部分不驻留于给定孔口140的远侧方向上并且高度大于降低螺纹区段152的高度。在优选实施方案中，并且如图所示，降低螺纹区段152与轴130的暴露表面相邻。在其它实施方案中，至少一个附加降低螺纹区段位于降低螺纹区段152的远侧并且与轴130的暴露表面相邻。
[0071]
在其远侧端部136处，螺杆122终止于泡环154中，该泡环具有接近料筒120的内表面直径的直径。在其上的熔融组合物薄层的帮助下，泡环154可形成针对料筒120的密封，从而防止组合物从螺杆122和料筒120的外表面之间的环形凹槽121(图2中示出)流出泡环154之外。由于环形凹槽121与出口129之间的基本上所有连通都是通过多个孔口140，因此环形凹槽121内的任何剩余熔融组合物最终被迫通过孔口140进入腔142。
[0072]
图6至图8示出了根据另选实施方案的螺杆222。螺杆222在大多数方面具有类似于螺杆122的构型的构型。与螺杆122一样，螺杆222具有类似的柄端234和远侧端部236，其中单个螺旋螺纹232围绕轴230延伸，其直径通常从柄端234到远侧端部236增加。如前所述，多个孔口240从螺杆222的外表面径向延伸到内腔242。
[0073]
如在图6中和在图8的放大视图中可见的，螺杆222的螺纹232具有沿着螺纹232连续延伸的凸起螺纹区段250以及沿着螺纹232不连续地扩散并且在凸起螺纹区段250的远侧的多个降低螺纹区段252。降低螺纹区段252在沿径向方向观察时具有半圆形形状并且延伸到凸起螺纹区段250中以提供在螺纹通道旁边的开口，来自相邻螺纹通道的熔融组合物可通过该开口进入孔口140。
[0074]
螺杆222的优点包括简化了螺杆螺纹的制造以及在操作期间改进了螺纹232与周围料筒的内表面之间的密封。凸起螺纹区段250还在更宽的区域上延伸，从而降低了螺杆
222在长期使用期间的磨损率并提高了使用寿命。
[0075]
螺杆222的其它特征和相关联优点基本上类似于在螺杆122中描述的那些特征和相关联优点，并且不应重复。
[0076]
任选地，前述分配螺杆中的任一者可包括本文未明确说明的某些特征或质量。例如，螺杆内的腔可含有一个或多个结构，该一个或多个结构可帮助进一步改进分配设备中的混合质量。此类结构可包括静态混合器，该静态混合器可被配置成或可不被配置成在分配操作期间与螺杆一起旋转。
[0077]
使用所提供的设备的方法包括在连续分配过程期间可同时发生的操作。首先是将进料组合物进给到料筒的入口中。其次是旋转中空分配螺杆以将组合物朝向螺杆的远侧端部输送。第三是通过该螺杆旋转生成足够的压力，以将组合物推动通过多个孔口并进入螺杆内的腔。第四是通过料筒的出口从腔中排出组合物。下面将更详细地检查这些步骤。
[0078]
进料组合物没有特别限制。除了图1的示例性实施方案中所示的连续进给的长丝粘合剂之外，进料可包括常见的热塑性塑料，诸如聚乙烯(pe)、聚丙烯、缩醛、丙烯酸、尼龙(聚酰胺)、聚苯乙烯、含氟聚合物、聚氯乙烯(pvc)、聚氨酯、热塑性弹性体、热塑性氨基甲酸酯、聚酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚碳酸酯以及它们的共混物。这些材料通常以离散形式(粒料、颗粒、薄片、粉末等)提供，并且通过任何已知的进料机构进给到料筒中。
[0079]
分配螺杆的旋转由驱动机构驱动，并且理想地以与用于分配操作的期望通过量相当的速度操作。虽然取决于螺杆的直径，但螺杆速度可为30rpm至400rpm、50rpm至300rpm、70rpm至120rpm，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm、100rpm、110rpm、120rpm、150rpm、170rpm、200rpm、220rpm、250rpm、270rpm、300rpm、350rpm或400rpm。
[0080]
当进料沿着料筒向前输送时，其通过在其后面流入的进料组合物而被熔融和加压。在该压力下，熔融材料流入多个孔口并进入螺杆腔。腔在螺杆的首先发生熔融的区域附近最小，并且随着更多的固体进料组合物变得熔融，该腔逐渐变大以容纳附加的材料。该构型的显著益处在于，熔融组合物可在形成之后不久从螺纹通道中抽空，从而提高到残留未熔融组合物的热传递效率。这又提高了熔融速率并且使螺纹通道深度能够沿着螺杆的长度更快地逐渐减小。因此，可减少螺杆的总长度，从而节省重量。
[0081]
所提供的螺杆构型的高效率实现更高的通过量。该增加的通过量允许与料筒入口相邻的通道深度增加，以获得更高的进料速率以及更长且更激进的螺纹间距，这可比常规分配器更快速地将材料移动通过料筒。此外，较短的螺杆减小了总扭矩，使得能够相对于常规分配器显著增加螺杆速度的上限。
[0082]
在进入腔后，熔融组合物在有序的流动轮廓中向前输送，直到最终通过料筒的远侧端部处的出口排出。在优选实施方案中，流动轮廓是大致层状的，其特征在于平行圆柱形层，该平行圆柱形层在中断较小的情况下在各层之间流动。腔沿着其穿孔部分的喇叭形状在技术上是重要的，因为其有助于维持组合物的一致流动并且缩小分配设备内的停留时间分布。此外，通过在远离料筒的入口移动时增加腔体积，减小或维持压力以允许材料流向远侧端部。停留时间分布的长尾通常导致混合不良，并且在一些情况下导致组合物的热降解。
[0083]
所提供的分配螺杆和分配设备在重量和大小最小化很重要的应用中提供了显著的优势。在一些实施方案中，分配设备具有至多10kg、至多8kg或至多6kg的总重量。分配设
备的工作例是轻的并且足够紧凑以安装到目前在制造设施中使用的轻型机械臂。
[0084]
尽管不是穷举的，但在下文中提供了特定示例性实施方案：
[0085]
1.一种用于分配组合物的设备，所述设备包括：料筒，所述料筒具有入口和出口；螺杆，所述螺杆被接收在所述料筒中，所述螺杆具有远侧端部和柄端；和驱动机构，所述驱动机构可操作地联接到所述柄端并且能够使所述螺杆在所述料筒内旋转，其中所述螺杆是中空的并且包括内表面和外表面两者，所述内表面限定与所述出口相邻的腔，并且其中所述螺杆还包括多个孔口，所述腔和所述外表面通过所述多个孔口彼此连通，所述多个孔口沿着所述腔的穿孔部分定位，并且所述穿孔部分具有随着远离所述柄端而增加的横向尺寸。
[0086]
2.根据实施方案1所述的设备，其中所述螺杆包括螺旋螺纹，所述螺旋螺纹围绕轴延伸，所述螺旋螺纹包括凸起螺纹区段和与所述凸起螺纹区段相邻的一个或多个降低螺纹区段，每个降低螺纹区段位于所述凸起螺纹区段的远侧并且与所述轴的暴露表面相邻，并且进一步其中所述多个孔口至少部分地位于所述一个或多个降低螺纹区段上。
[0087]
3.根据实施方案1或2所述的设备，其中所述穿孔部分具有相对于所述螺杆的所述外表面的随着远离所述柄端而增加的孔面积。
[0088]
4.一种用于分配组合物的设备，所述设备包括：料筒，所述料筒具有入口和出口；螺杆，所述螺杆被接收在所述料筒中，所述螺杆具有远侧端部和柄端；和驱动机构，所述驱动机构可操作地联接到所述柄端并且能够使所述螺杆在所述料筒内旋转，其中所述螺杆是中空的并且包括内表面和外表面两者，所述内表面限定与所述出口相邻的腔，并且其中所述螺杆还包括多个孔口，所述腔和所述外表面通过所述多个孔口彼此连通，并且其中所述螺杆包括螺旋螺纹，所述螺旋螺纹围绕轴延伸，所述螺旋螺纹包括凸起螺纹区段和与所述凸起螺纹区段相邻的一个或多个降低螺纹区段，并且每个降低螺纹区段位于所述凸起螺纹区段的远侧并且与所述轴的暴露表面相邻，并且其中所述多个孔口至少部分地位于所述一个或多个降低螺纹区段上。
[0089]
5.根据实施方案4所述的设备，其中所述多个孔口沿着所述腔的穿孔部分定位，所述穿孔部分具有随着远离所述柄端而增加的横向尺寸。
[0090]
6.根据实施方案4或5所述的设备，其中所述多个孔口沿着所述腔的穿孔部分定位，并且其中所述穿孔部分具有相对于所述螺杆的所述外表面的随着远离所述柄端而增加的孔面积。
[0091]
7.一种用于分配组合物的设备，所述设备包括：料筒，所述料筒具有入口和出口；螺杆，所述螺杆被接收在所述料筒中，所述螺杆具有远侧端部和柄端；和驱动机构，所述驱动机构可操作地联接到所述柄端并且能够使所述螺杆在所述料筒内旋转，其中所述螺杆是中空的并且包括内表面和外表面两者，所述内表面限定与所述出口相邻的腔，并且其中所述螺杆还包括多个孔口，所述腔和所述外表面通过所述多个孔口彼此连通，并且其中所述多个孔口沿着所述腔的穿孔部分定位，所述穿孔部分具有相对于所述螺杆的所述外表面的随着远离所述柄端而增加的孔面积。
[0092]
8.根据实施方案7所述的设备，其中所述穿孔部分具有随着远离所述柄端而增加的横向尺寸。
[0093]
9.根据实施方案7或8所述的设备，其中所述螺杆包括螺旋螺纹，所述螺旋螺纹围
绕轴延伸，并且其中所述多个孔口位于所述螺旋螺纹上。
[0094]
10.根据实施方案9所述的设备，其中所述螺旋螺纹包括凸起螺纹区段和与所述凸起螺纹区段相邻的一个或多个降低螺纹区段，并且每个降低螺纹区段位于所述凸起螺纹区段的远侧并且与所述轴的暴露表面相邻，并且进一步其中所述多个孔口至少部分地位于所述一个或多个降低螺纹区段上。
[0095]
11.根据实施方案1至10中任一项所述的设备，其中所述螺杆的所述外表面和所述料筒共同限定环形凹槽，并且其中所述环形凹槽与所述出口之间的基本上所有连通均是通过所述多个孔口。
[0096]
12.一种螺杆，所述螺杆具有远侧端部和柄端，用于与用于分配组合物的设备一起使用，所述设备包括料筒和驱动机构，所述料筒具有入口和出口，所述驱动机构可操作地联接到所述柄端并且能够使所述螺杆在所述料筒内旋转，所述螺杆包括：轴；螺旋螺纹，所述螺旋螺纹围绕所述轴延伸，其中所述轴是中空的并且包括内表面和外表面两者，所述内表面限定与所述出口相邻的腔；和多个孔口，所述腔和所述外表面通过所述多个孔口彼此连通，所述多个孔口沿着所述腔的穿孔部分定位，所述穿孔部分具有随着远离所述柄端而增加的横向尺寸。
[0097]
13.一种螺杆，所述螺杆具有远侧端部和柄端，用于与用于分配组合物的设备一起使用，所述设备包括料筒和驱动机构，所述料筒具有入口和出口，所述驱动机构可操作地联接到所述柄端并且能够使所述螺杆在所述料筒内旋转，所述螺杆包括：轴；螺旋螺纹，所述螺旋螺纹围绕所述轴延伸，其中所述轴是中空的并且包括内表面和外表面两者，所述内表面限定与所述出口相邻的腔；和多个孔口，所述腔和所述外表面通过所述多个孔口彼此连通，其中所述螺旋螺纹包括凸起螺纹区段和与所述凸起螺纹区段相邻的一个或多个降低螺纹区段，并且每个降低螺纹区段位于所述凸起螺纹区段的远侧并且与所述轴的暴露表面相邻，并且进一步其中所述多个孔口至少部分地位于所述一个或多个降低螺纹区段上。
[0098]
14.一种螺杆，所述螺杆具有远侧端部和柄端，用于与用于分配组合物的设备一起使用，所述设备包括料筒和驱动机构，所述料筒具有入口和出口，所述驱动机构可操作地联接到所述柄端并且能够使所述螺杆在所述料筒内旋转，所述螺杆包括：轴；螺旋螺纹，所述螺旋螺纹围绕所述轴延伸，其中所述轴是中空的并且包括内表面和外表面两者，所述内表面限定与所述出口相邻的腔；和多个孔口，所述腔和所述外表面通过所述多个孔口彼此连通，其中所述多个孔口沿着所述腔的穿孔部分定位，所述穿孔部分具有相对于所述螺杆的所述外表面的随着远离所述柄端而增加的孔面积。
[0099]
15.一种使用实施方案1至11中任一项所述的设备来分配组合物的方法，所述方法包括：将所述组合物进给到所述料筒的所述入口中；旋转所述螺杆以将所述组合物朝着所述螺杆的所述远侧端部输送，并且生成足够的压力以推动所述组合物通过所述多个孔口并进入所述腔中；以及通过所述料筒的所述出口从所述腔中排出所述组合物。
[0100]
实施例
[0101]
表1：材料
[0102][0103]
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
[0104]
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。
[0105]
测试方法：
[0106]
材料转变测试：将第一透明长丝进给到分配头中至少三分钟以达到稳态。分配在215℃下进行。使分配器停止，并且切断第一长丝。将第二黑色长丝拼接到分配头中。片段之间的连接依赖于长丝末端的固有粘性。分配器运行五秒，以便使第二长丝进入料筒的入口孔。随后，将粘合剂分配到被涂成白色的钢板上持续五秒钟。连续测量在丢弃五秒钟的分配粘合剂和将粘合剂持续五秒钟分配到涂成白色的钢板上之间交替进行。在料筒内监测第二长丝的停留时间。使用x-rite color i5品牌色度计来定量离开喷嘴的第二长丝的不存在或存在。使用l*a*b*光谱测量颜色。小于或等于3.0的δe*值被认为不包括任何第二长丝，并且因此表明嵌段共聚物之间转变的开始或结束。
[0107]
熔体质量测试：在116摄氏度下，将粘合剂样本分配到钢化玻璃基底(50mm
×
150mm
×
6mm)上。螺杆以每分钟200转的速度运转，并且进料轮以每分钟13转的速度运转。在达到116摄氏度的恒定温度后，将粘合剂样本分配至少三分钟以达到稳态。通过以25mm/s的速率在喷嘴下方以6mm至10mm的间隙手动移动玻璃基底来收集试样。将喷嘴设置为离基底足够远，以便其不会弄脏珠粒，这会影响粘合剂的所得表面粗糙度。将样本冷却至少30分钟以在室温下平衡。使用keyence vk-x100激光显微镜来定量表面粗糙度。在1.7mm
×
1.4mm矩形的
对角线上在每个样本上的三个不同位置进行测量。对给定样本的所有测量值进行平均。小于20微米的评估轮廓的算术平均偏差ra值被认为通过了熔体质量测试。
[0108]
通过量测量测试：将粘合剂样本分配到215℃下的预称重铝盘中。将螺杆和进料轮的每分钟转数(rpm)设定为规定值。分配进行一分钟，并且使用所分配的材料的质量来计算通过量(以千克/小时(kg/h)计)。对于每个设定点条件，进行三次测量，并且将结果平均。在各样本之间，分配器保持运行以维持稳态。
[0109]
预备实施例1和2(pe1-pe2)：
[0110]
多模非对称嵌段共聚物的制备
[0111]
多模非对称星形嵌段共聚物(“pasbc”)是根据美国专利号5,393,787(nestegard等人)的实施例1进行制备，该专利的主题据此全文以引用方式并入。通过使用聚苯乙烯标准校准的sec(尺寸排阻色谱法)测量，聚合物的数均分子量，对于两个末端嵌段，为约4,000道尔顿和约21,500道尔顿，对于臂，为127,000-147,000道尔顿，对于该星形物，为约1,100,000道尔顿。聚苯乙烯含量在9.5重量百分比至11.5重量百分比之间。估计高分子量臂的摩尔百分比为约30％。
[0112]
芯-皮长丝的制备
[0113]
第一长丝和第二长丝的组合物在表2中表示。用于组装长丝构造的技术和过程的进一步描述包含在pct专利公布号2019/1646798(nyaribo等人)中。将芯粘合剂原料在于212℃下操作的30mm steer双螺杆分配器中混合。使用zenith齿轮泵来推动熔融粘合剂通过内径为25毫米且长度为2.4米的加热软管。将熔融粘合剂通过同轴模具的中心孔分配到30℃的水浴中并手动缠绕到纤维筒中。芯-皮长丝被制成具有8mm /-1mm的直径。使用设定为204℃的30mm单螺杆分配器来进给皮材料，并且通过同轴模具的外环孔分配该皮材料。
[0114]
表2.长丝的组合物
[0115][0116]
实施例1-3和比较例1-3(ex1-ex3和ce1-ce3)
[0117]
粘合剂的分配
[0118]
组装在pe2中的芯-皮长丝直接从纤维筒进给到分配头中。分配头含有中空芯螺杆(ex1-ex3)或非中空芯螺杆(ce1-ce3)，这两者均如下文进一步所述那样制造。分配头被设定为215℃(用于通过量测量)或116℃(用于材料转变测试)。如表3所示，螺杆和进料轮的rpm被设定为期望速率。在其离开喷嘴时收集试样。使用具有5mm圆形孔和25mm长度的喷嘴。通过量测量测试结果记录在表3中。
[0119]
表3.通过量测量测试结果(在215℃下)
[0120][0121]
[0122]
实施例4(ex4)和比较例4(ce4)
[0123]
材料转变测试
[0124]
组装在pe1和pe2中的芯-皮长丝经历了材料转变测试。分配头含有中空芯螺杆(ex4)或非中空芯螺杆(ce4)。材料转变测试结果记录在表4中。n/a指示“不适用”。
[0125]
表4.材料转变测试结果
[0126][0127]
实施例5(ex5)和比较例5(ce5)
[0128]
熔体质量测试
[0129]
组装在pe2中的芯-皮长丝经历了熔体质量测试。分配头含有中空芯螺杆(ex5)或非中空芯螺杆(ce5)。熔体质量测试结果记录在表5中。
[0130]
表5.熔体质量测试结果
[0131][0132]
中空芯螺杆制造：
[0133]
在计算机数控(cnc)四轴垂直端铣刀中机加工如图3和图4所示的直径为1.91cm(0.75英寸)的22.9cm(9.0英寸)螺杆。使用两个操作在实心铝圆柱体上执行机加工工艺。在第一步骤中，外部几何形状被铣出，包括通孔(140)。在第二步骤中，将螺杆安装到车床上，以使用三个不同直径的钻头将中心腔钻出适当的深度。间距(即，螺纹之间的高度到高度距离)为12.5mm，导致螺纹在螺杆上有17转。螺杆根部直径(直径减去螺纹高度)为8.9mm。通孔直径为1.6mm。中空芯由腔中深度逐渐增加的4个台阶组成，从台阶1开始(直径9.1mm，深50mm)，台阶2(直径8.23mm，深75.4mm)，台阶3(直径7.1mm，深102mm)和台阶4(直径4.1mm，深128mm)。中空芯中的每个台阶具有对应的通孔频率，这些通孔在螺杆周围以给定的旋转度数间隔开(台阶1＝50度，台阶2＝70度，台阶3＝90度，并且台阶4＝110度)。中空芯的最深区段具有间隔最远的通孔。通孔的频率增加，并且螺纹深度朝着分配端(与马达支架相反的端部)减小，因为未熔融的粘合剂的量在该方向上增加。
[0134]
非中空螺杆制造：
[0135]
制造非中空芯螺杆以进行比较。设计被选择为也使扭矩最小化并增加通过量。这通过相对深的螺纹来实现。在计算机数控(cnc)三轴垂直端铣刀中机加工直径为1.91cm(0.75英寸)的22.9cm(9.0英寸)螺杆。使用两个操作在实心铝块上执行机加工工艺。在第一步骤中，在沿螺杆轴线向下观察时，机加工螺杆的上半部。将部分铣削的块翻转过来，并且然后机加工螺杆的另外半部。设计被选择为也使扭矩最小化并增加通过量。这通过相对深的螺纹来实现。从马达联接端开始，前126mm(4.95英寸)与中空螺杆设计相同。从126mm至177mm，螺杆根部直径(直径减去螺纹高度)从8.9mm增加到13mm。此外，螺纹中包含的凹口在170mm与197.1mm之间。这种设计在螺杆的出口端处留下相对深的螺纹高度，6.1mm。这允许
扭矩减小和通过量更高，未熔融树脂穿过分配器的风险增加。
[0136]
分配系统部件制造：
[0137]
其它分配系统部件是根据在共同待决的美国临时专利申请号62/810248(napierala等人)中描述的制造技术来组装。
[0138]
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本技术之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。
[0139]
为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。