專利名稱：塑料加工方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用添加劑/著色劑的塑料加工，例如擠出方法和設備。本發明特別可以與在塑料加工(例如擠出工藝)過程中向材料里按比例添加添加劑的方法和裝置一起使用，并且將在后面參考這種方法和裝置進行描述。適用的擠出工藝包括但不限于片材、薄膜和纖維。但是，應該理解，本發明也適合于其他的塑料應用和工藝。例如，本發明可以應用于多種場合:將添加劑添加到直接來自反應器(例如內部進行熔融聚合的反應器)的熔融聚合物的場合和/或沒有傳統上向其供給聚合物粒料的擠出機的場合。
背景技術：
塑料熔融工藝使用一個或多個螺桿迫使塑料小球進入擠出機的料筒內，料筒已加熱到所需的熔化溫度。塑料小球穿過料筒時會逐漸熔化。塑料熔融工藝高度依賴于將松散材料連貫一致供入進料口內，以保持連貫一致的輸出。連貫一致的輸出對于保證連貫一致的成品性能(例如大小、強度和外觀)是必要的。在工藝的熔化階段之前和期間混合的原材料、填料和包括染色劑在內的添加劑決定了成品的性能。添加劑(例如顏料、染料、阻燃劑、抗菌劑)經常添加到擠出和注射成型工藝中，以改變材料的物理和化學性能，使材料更加滿足需要。所有的塑料熔融工藝都具有多種控制措施，這些控制措施形成進料裝置的或長或短的反饋回路，以實現和維持正確的比例輸出。從各種工藝制造的粉末、顆粒、小球、不規則的厚塊和不規則的薄片形式的松散材料被輸送到擠出機或注射成型機。在輸送到擠出機或注射成型機的進料口之前，這些材料通常混合并保持在料斗或各種尺寸的材料線中。通常，這些材料通過重力進料到加工過程，材料首先進料到螺桿，在擠出機的該階段，螺桿用作將材料輸送到加工過程的用熱和壓力來熔化并混合材料的階段的輸送機。在材料通過重力不能連貫一致進料的情況下，尤其是當存在片狀或不規則形狀的材料時，使用例如填塞喂料機或填充機等機械裝置來試圖實現材料的連貫一致進料。在松散材料流被引入到螺桿之前，可以將干粉、粒狀和液體形式的添加劑添加到松散材料流中。在這種情況下，材料供料器可以是螺旋供料器、盤式或輪式供料器、皮帶、振動供料器，在液體添加劑的情況下材料供料器可以是簡單的計時器和泵。通過在松散材料流被引入到螺桿之前將這些材料添加到松散材料流中，會生成一定數量的如下材料:該材料在輸送時可能已經具有正確的比例，但正確的比例只是針對加工過程而言的，與加工過程的輸出時產生的材料的比例無關。另一種用于在材料中添加添加劑的方法是直接向設備的料筒中噴射液體添加劑。但是，這種方法所涉及的啟動協議很復雜，出現問題后恢復也極其困難。此外，由于上述問題，在該方法中產生的廢料量大幅地增加。由一個或多個螺桿處理過的材料的最終形式是粘性液態熔融物，該熔融物將被機器進一步處理，以產生最終的形狀或形式。該最終的形狀的范圍從制造纖維、股線和擠出的形狀到各種形式的注射成型產品。生產該熔融物的工藝需要大量的材料、時間和精力。在保持與材料成精確比例和與加工過程的輸出成正確比例地將聚合物流與添加劑充分混合、分散或攙和的同時，在最后可能的時刻將貴重的添加劑加入到加工過程中，此時存在的是天然效率。此外，對制造商而言，開發一致大小、形狀、熔融指數、密度和顏色的原料變得越來越難，因為在石油產品的價值越來越高的世界里，原材料變得更加昂貴，原料變得更貴重。對材料改性劑的要求還復雜了采購過程，并且常常會大大提高已經供不應求的材料的成本。與在不需要較高規格材料的地方使用較高規格材料相比，可取的是引入添加劑并且更重要的是能夠向加工過程提供液體添加劑。液體添加劑能夠在加工過程中選擇內含物和比例，以最大限度地降低成本。這樣，向加工過程中輸入的材料取決于成品的要求，而不是取決于較高規格的材料的可獲得性，這顯著地降低了成本。因為液體可以在高溫和高壓下泵送，所以液體添加劑噴射還使得加工過程的輸出具有很短的控制回路。松散材料的進料不連貫一致還導致加工過程不連貫一致且效率低，改變了擠出產品的大小及其可變的物理和外觀性能。在加工過程的最后時刻引入添加劑保證了相對于工藝條件(高溫和高壓)正確的比例，固體供料器是不能做到這一點的。此外，復雜的泵送系統允許在加工過程中混合的材料的量非常小，從而導致較少的材料參與顏色改變和實時地對在加工過程中的變化產生更迅速的反應。隨著加工過程輸出的改變，添加劑的引入幾乎同時按比例地改變，從而防止因添加劑的配量過高或過低而產生的問題。下面的參考文獻涉及多種著色塑料成型設備和系統，其公開內容將通過引用全文并入本文。美國專利N0.5486327公開了一種向螺桿型機構的料筒內引入液體添加劑的方案，該螺桿型機構用于將固體材料轉化為熔融材料。但是，該方法在接近進料口處引入添加齊U，從而導致了與較便宜的原材料相關聯的次料和密度變化不一致的輸入變量。美國專利N0.5439623提供了一種用于控制以多股的形式向切割機引入添加劑的方法。該方法利用每進料間隔每股的進料量、速度和增量位置來獲得所需的添加劑量。但是，該方法不使用邏輯控制的方法來根據擠出機的輸出按比例注入添加劑。因此，需要一種引入添加劑的方法，該方法可向塑料熔融工藝中提供連貫一致的、成比例的添加劑，同時降低成本和提高效率。從下面的詳細描述可以看出本發明的其它適用性范圍。但是，應當理解的是，有關本發明的優選實施例的詳細描述和具體實例僅僅是示例性的，對本領域的技術人員來說很明顯，在本發明的精神和范圍內可做出各種變化和修改。
發明內容
本文中公開了作為說明性實例的實施例。在一個實施例中，公開了一種在塑料加工期間(例如塑料熔融工藝期間)輸送添加劑的方法。該方法包括:在控制回路中建立組件網絡，該控制回路使用反饋方法來驅動至少一個泵。所述反饋方法包括:從與塑料加工裝置(例如熔塑機)相關聯的至少一個傳感器向控制器發送至少一個信號；從所述控制器向所述至少一個泵發送一個或多個信號；監測所述至少一個泵的壓力和檢測噴嘴閥的位置；以及向所述噴嘴閥發送一個或多個信號，以指示所述噴嘴閥打開或關閉。在另一個實施例中，公開了一種用于保持將成比例的添加劑輸送到塑料加工裝置(例如熔融機)中的方法。該方法包括:根據熔融機的電流強度和相關聯的泵的每分鐘轉數(RPM)建立比例；對具有各種階梯斜率多個區域進行編程，所述區域由所述熔融機內的具體條件的限定；根據相應的區域對向所述塑料加工裝置的添加劑輸送進行編程，以保持成比例地輸送添加劑。在另一個實施例中，公開了一種用于在塑料加工中精確引入添加劑的添加劑輸送系統，所述塑料加工例如是塑料熔融工藝。所述添加劑輸送系統包括:與塑料加工裝置相關聯的至少一個傳感器，所述塑料加工裝置例如是熔融裝置；高壓噴嘴控制器；至少一個泵；以及高壓噴嘴。所述添加劑輸送系統包括邏輯控制回路，所述邏輯控制回路使用反饋邏輯方法來驅動所述至少一個泵和噴嘴閥。在另一個實施例中，公開了一種用于在塑料加工(例如塑料熔融工藝)中在下游輸送添加劑的高壓噴嘴。該高壓噴嘴包括:長度在約3英寸和5英寸之間的通道，以促進在混合熔體/固體環境中的下游噴射；雙重密封系統，其包括外密封件和內密封件；高壓管；和防止噴嘴的熱量積聚的冷卻機構。作為另外一種選擇，該高壓噴嘴可包括用于熔體注入的短通道，這類高壓噴嘴用在計量段和靜態或動態的混合之前的擠出機螺桿后段。從后面的詳細描述中可以看出本發明其它應用范圍。但是，應當理解的是，用于解釋本發明的優選實施例的詳細描述和具體實例僅僅是示例性的，因為對于本領域的技術人員來說，在本發明的精神和范圍之內可以做出各種改變和修改。
本發明在于裝置的各個部分的構造、布局和組合，在下面的詳細描述、權利要求書和附圖中更詳細地示出了本發明的目的，在附圖中:圖1是在添加劑注入系統的定制模型的示意圖；圖2是與用戶當前的擠出機一起使用添加劑注入系統的方法的示意圖；圖3是高壓噴嘴的橫截面視圖；圖4是高壓噴嘴控制器的輸入和輸出的一個實例；和圖5是邏輯控制的添加劑注入系統的示意圖。
具體實施例方式本發明包括添加劑輸送系統，該添加劑輸送系統用于將液體添加劑按比例添加到塑料熔融工藝中。該方法采用短的控制回路系統，該控制回路系統的控制器可提供指令和反饋信號來控制和管理該系統。添加劑輸送系統是用戶特定的，因此，它可以自定義地設計以滿足特定的需求。雖然本文中的系統是參考塑化擠出機來進行描述和示出的，但應當理解的是，本發明也可適用于用于熔化和排出材料的其他類型的裝置。現在參考附圖進行說明，附圖僅用于展示示例性的實施例，而不是用于限制要求保護的主題，圖1示出了一個模型，該模型用于評估消費者需求，合理地定制添加劑輸送系統，以達到其最高和首選功能。在一個實施例中，一旦消費者確定了對液體添加劑注入系統中的需要，則第一步需要通過執行制造過程分析來評估用戶的產品要求11。對客戶或制造商的當前擠出系統進行評估和成本估算13。按照消費者期望的特性開發液體添加劑15，評估潛在的注入口的位置和環境17。在此過程中，根據注入的位置使用不同的材料。例如，如果注入發生在進料口內，則添加劑以丸劑、片劑、再研磨厚塊和細料的形式添加；如果注入發生在加料段，則添加劑將以丸劑、細料、片劑或再研磨厚塊和薄的熔融膜的形式注入；如果注入發生在計量段，添加劑將以熔體的形式注入。需要指出的是，如果注入發生在混合螺桿的下游處，那么可取的是采用空腔傳送混合器(CTM)。如本領域技術人員已公知的，CTM包括緊密配合的轉模和定模，轉模和定模的表面上形成有相間交錯排列的半球形空腔，以形成連續的螺旋路徑，流體成分在該螺旋路徑中經歷一系列的切割、折疊和扭曲變形。這有利于將低粘度液體混合成大量的高粘度流體。一旦確定了注入位置的位置19，就可以選擇溶液20。測試和評估添加劑與該溶液混合的能力21。然后可以設計和制造噴嘴組件、安全系統、混合系統和控制器系統25。開發具有由用戶的特定需求而確定的精確功能的自定義程序和控制機構27。一旦組裝和測試完添加劑輸送系統29，則潛在的購買者可能使用設備作為試驗裝置來試用系統31，從而該用戶能評估該過程中的添加劑和設備33。假設客戶對試驗裝置很滿意，那么就可在客戶期望的位置安裝系統35。作為另外一種選擇，如果消費者不需要定制的功能，或者用戶可以從功能菜單選擇所需的預編程功能，那么可使用默認設置對系統進行編程。功能菜單包括向用戶提出問題的一組屏幕信息，以便用戶指出哪些組件已安裝到機器上。例如，如果消費者既不具有計量泵也不具有預加壓泵，那么不包括在系統中的預加壓泵將被取消選擇。此編程步驟也可經由尋找連接的部件并能夠檢測連接的部件的PLC自動完成。圖2表示利用用戶當前的擠出機41來實施添加劑輸送系統的一個優選實施例。該系統包括:一個或多個泵45、46，建立各種控制回路的傳感器和控制器43。擠出機41上的傳感器為高壓噴嘴控制器43提供反饋，高壓噴嘴控制器43反過來又輸出信號，這些信號可以啟動系統、停止系統和/或向上和向下地改變系統的輸出。一般來說，高壓噴嘴控制器43確定噴嘴閥49何時打開和關閉，從而保持向擠出機的熔體中適當和成比例地輸送添加劑。優選的是，添加劑輸送系統的一個示例性實施例包括:高壓噴嘴，其適用于在擠出機料筒的下游輸送添加劑。圖3顯示了高壓噴嘴的一個實施例，其中高壓噴嘴可用于液體添加劑的成比例注入。高壓噴嘴與傳統的噴嘴不同之處在于，高壓噴嘴能夠在擠出機料筒的下游遠離進料口處進行注入。注入位置在進料口的下游是優選的，因為這有利于在擠出過程中把添加劑的添加推延到最后可能的時刻，同時還允許有足夠的時間進行充分的混合，從而保證了與輸出成精確比例地輸送添加劑。如果添加劑在松散材料被引入螺桿之前與松散材料混合，那么在松散材料被引入螺桿時曾經很準確的比例，最后可能因為壓力的變化改變了輸出的速度和數量而變成不準確的。另外，在下游直接注入到料筒內允許添加對大氣化學性敏感的材料。優選的是，注入位置位于進料口下游且與進料口的距離大于約2螺棱，更優選的是，注入位置位于進料口下游且與進料口的距離大于約3螺棱。通常情況下，添加劑在進料口的上游、在接近進料口的位置或在進料口內注入。對于這樣的注入，通常使用不帶閥的噴嘴。如果注入到螺桿的加料段，那么本發明的高壓噴嘴的通道長度/流道至成品距離(land length)優選為約3英寸至5英寸，更優選為約3.5英寸至4.5英寸，最優選為約4英寸。通道長度/流道至成品距離可能是至關重要的，這主要是因為在下游直接向熔體中注入的壓力比在上游接近進料口的位置注入的壓力高。根據本發明的高壓噴嘴具有硬化的噴嘴前端部和硬化的噴嘴閥銷，其中，所述噴嘴前端部由硬質工具鋼(例如D-2)制成。此外，該噴嘴優選包括能夠檢測噴嘴閥位置的線性位置指示器。高壓噴嘴能夠承受高的壓強。優選是，高壓噴嘴包括大約2英寸的缸體51和高壓鋼管57。高壓鋼管是能承受4000至7000psi的壓強的管。但是，更優選是，高壓鋼管是能承受5000psi的壓強的管。這種承受高壓強的能力可以產生數千磅每平方英寸(psi)的壓強。優選的是，所述噴嘴將產生8000至12000psi的壓強。在另一個實施例中，所述噴嘴將產生IOOOOpsi的壓強。更優選的是，高壓噴嘴具有密封系統，該密封系統包括:雙密封件59和由至少一個O形環61與多個四邊形密封件形成的組合，以便更好地防止發生典型噴嘴遇到的泄漏問題。添加劑通過位于噴嘴的側面上的開口流入噴嘴，通過高壓管57并流出噴嘴。密封系統的存在減少了添加劑的泄漏量。高壓噴嘴還可包括冷卻塊53，以便控制噴嘴63的溫度。由于噴嘴緊靠料筒加熱帶，所以噴嘴會積聚大量的熱，因此，必須冷卻噴嘴以防止噴嘴損壞。此外，如果積聚了過多的熱量，那么氣缸的操作會變得不穩定，并且密封件可能會不再正常起作用。在一個實施例中，冷卻塊51可圍繞噴嘴的料筒布置。通過使各種溫度的水流過冷卻塊的來調節冷卻塊的溫度。在另一實施例中，可用冷凍的銅線圈包裹噴嘴，以將噴嘴保持在較低的溫度。在又一個實施例中，使用包括隔熱套或織物隔熱體的熱屏蔽罩，其中，隔熱套可彎曲成成形泡沫。也可以用風扇吹噴嘴，以便進一步冷卻噴嘴。優選的是，高壓噴嘴控制器是一個可編程邏輯控制器(PLC)，其中，用戶可以輸入自定義的值和設置。正如在本領域中已公知的，PLC是可編程的計算機，其用于真實世界過程的自動化，專用于實時的多輸入和輸出管理，以便在有限的時間內對輸入條件產生反應。PLC是帶有模塊化的或集成的輸入/輸出電路的基于微處理器的設備，其根據存儲在微處理器的由電池供電的RAM存儲器中的由用戶創建的邏輯程序，監視現場連接的“傳感器”輸入的狀態和控制附連的輸出“致動器”(電動機起動器、電磁閥、指示燈/顯示器、速度傳動裝置、閥等)。一般都在個人電腦上的特殊應用軟件中編寫PLC程序，然后將PLC程序通過定制的電纜下載到PLC上。程序通常存儲在PLC中的由電池供電的RAM或其他的非易失性存儲器中。PLC與專用裝置的不同之處在于，PLC能夠根據用戶的特定要求編程并且能夠類似電話或計算機那樣與網絡對接。PLC允許將更多的繼電器分成允許進行更多的邏輯的小組件，以便更好地控制系統。高壓噴嘴控制器優選包括用于多個模擬控制回路的邏輯。另夕卜，高壓噴嘴控制器還可包括人機界面(HMI)，例如鍵盤或PC類型的工作站，以提供通信鏈路，從而協調各種子系統。PLC的特點是能夠根據模擬輸入來調整模擬輸出。在一個實施例中，高壓噴嘴控制器監視的模擬信號包括:由向其它泵進行供給的一個泵經受的壓力；在泵的下游但在噴嘴閥之前的壓力；擠出機的料筒頭處的熔體的壓力；和擠出機的輸出。通常根據螺桿的RPM或螺桿驅動電動機的電流強度來監視擠出機的輸出。圖4顯示了高壓噴嘴控制器的一個實施例的輸入和輸出的實例。擠出機71向噴嘴控制器73報告電流強度72和其他的過程輸出74，噴嘴控制器73又輸出75 —個或多個大量的可能信號。作為示例性實施例的實例，該控制器可以發出報警信號77，可以打開或關閉噴嘴閥79、81，和/或可以傳遞注入系統已準備好83。噴嘴控制器73還可以監視擠出機71的輸入，例如系統是否已啟動85以及螺桿是否旋轉87。本領域的許多從業者把擠出機的RPM作為他們的擠出機輸出的主要指標。簡化的工藝假定擠出機每轉的輸出是恒定的。這通常在未經最大輸出優化或“未滿負荷運行”的系統中是最準確的。隨著接近負荷極限，RPM和輸出之間的關系會變化。因此，示例性實施例中的添加劑輸送系統主要是一個壓力反饋系統，其中，壓力傳感器監測擠出機的輸出處的壓力，以便調節添加劑的輸入。但是，通常來說，只靠壓力仍然是不夠的，因為壓力可能導致不成比例的結果。因此，優選的是采用一種通過包括電流強度測量值來維持添加劑輸入和擠出機輸出之間的比例性的方法。電動機的電流強度一般是工藝輸出的最直接的相關指標。理論上講，隨著系統的優化，可以推導出數學模型以將添加劑輸送系統的輸出與擠出機的輸出進行關聯。但是，過于簡化的算法不允許對輸入的復合變化進行補償。本實施例采用了三個區域，包括:接近最優區域的范圍，低于最優區域的有限范圍，和高于最優區域的范圍。但是，也以為此目的確定無限數量的區域。為了實施用于維持添加劑輸入和擠出機輸出之間的比例性的電流強度測量系統，添加劑輸送系統可包括連接到擠出機的電流強度跟蹤裝置，以從擠出機向高壓噴嘴控制器提供電流反饋。優選的是，添加劑輸送系統包括高壓計量泵和高壓線路/閥傳感器，以便跟蹤擠出機的輸出以確保添加劑的輸送保持與輸出成比例。正如在本領域中已公知的，計量泵是具有可控的排出流量的低容量泵。高壓計量泵優選的是能夠承受約3000psi的壓強。該系統可以使用各種類型的泵(包括活塞泵、齒輪泵和螺桿泵)，并可以包括多個泵。該系統還可包括預加壓泵，該預加壓泵與高壓計量泵串聯以使系統的加壓能力加倍。該預加壓泵也優選具有約3000psi的加壓能力；因此，所有的泵加在一起可以有至少6000psi的持續加壓能力。還以串聯多個低壓泵以提高整體的加壓能力。例如，三個IOOOpsi的計量泵與一個3000psi的預加壓泵串聯在一起,形成6000psi的總加壓能力。當使用預加壓泵時，在預加壓泵的下游側放置壓力傳感器以檢測該預加壓壓泵中的壓力。在預加壓泵達到其壓力設定值后，高壓泵才會啟動。雙連泵組件(計量泵和預加壓泵)是非常重要的，因為它會保持第二個(計量)泵的穩定的排出壓力，這直接關系到保持穩定的輸出。高壓噴嘴控制器通常是一個邏輯/順序控制器，該邏輯/順序控制器接收各種模擬信號，然后通過模擬信號或直接驅動來驅動高壓計量泵和/或預加壓泵(如果包括的話)。圖5表示的是控制邏輯添加劑注入系統的優選實施例。一旦噴嘴控制器的電源接通91，該噴嘴控制器可以手動切換到0PEN93，READY，或任何其他顯示標記。一旦收到切換到OPEN的命令93，噴嘴閥會自動打開95，以允許添加劑流入擠出機料筒。這會向擠出機操作站97發送例如指示燈、文本消息等警報，表明工藝已經開始。如果噴嘴控制器沒有切換到OPEN，那么關閉噴嘴閥99并向擠出機操作站發送噴嘴關閉的信號，并且產生指示噴嘴關閉的警報101。高壓噴嘴控制器也以設置為AUT0103，當控制器通電時，它會向擠出機操作站105自動發送綠色的“READY”指示燈。作為另外一種選擇，控制器必須在收到三個信號之后才觸發綠色的“READY”指示燈。第一個信號表示該系統被激活并且開始授權動作107。第二個信號包括兩個指示器:許可指示器和螺桿指示器109。許可指示器顯示擠出機是否可操作和系統中是否存在適當的材料，螺桿指示器確認螺桿是否轉動。許可指示器和螺桿指示器對觸發第二個信號都是必要的。第三個信號是電流強度信號111，其指示電流或從擠出機排出的材料的流量。如果高壓噴嘴控制器沒有收到三個必要的信號中的任何一個信號，那么噴嘴控制器將不會啟動綠色的“READY”指示燈，將一直等到收到這樣的信號為止108。
在收到三個信號中的每一個信號后，高壓噴嘴控制器向擠出機操作站發送綠色指示燈，根據系統的構造和壓力，擠出機操作站開始啟動預加壓泵113或高壓計量泵115。高壓噴嘴控制器從噴嘴上游和下游的壓力傳感器接收信號，然后指示高壓泵或預加壓泵開始向高壓噴嘴泵送添加劑。高壓計量泵受控于擠出機的輸出，并且被驅動以便與擠出機的輸出相匹配并保持擠出機的壓力。在一個優選的實施例中，該系統包括串聯的預加壓泵和高壓計量泵。還可以使用額外的系統來監視在供給系統中是否存在足夠的液體產物。如果液體產物不足，那么這種系統將發出報警信號，并且預加壓泵將不會啟動。當接收到三個強制性信號107、109、111和表明在供給系統中有足夠的液體產物的信號后，高壓噴嘴控制器將啟動預加壓泵，并監視其變化的壓力113。如果預加壓泵未能達到預定的壓力，那么預加壓力傳感器117將向高壓噴嘴控制器提供輸入信號(模擬或數字信號)。根據編程的算法，高壓噴嘴控制器將提高或降低預加壓泵的速度，以保持在計量泵(123)的入口處具有所需的預加壓壓力。當達到指定的壓力并同時保持足夠的液體產物水平時，高壓噴嘴控制器將向高壓計量泵發出啟動信號，并且高壓噴嘴控制器將監測泵的壓力115。當達到指定的噴嘴壓力時，噴嘴將打開，將添加劑噴射到擠出機119中。如果沒有達到指定的壓力，那么高壓線路/閥傳感器121使高壓計量泵125加速，直至達到指定的壓力為止。在其指示閥門打開之前，高壓噴嘴控制器將保證添加劑的壓力高于熔體的壓力。高壓噴嘴控制器通過在監測擠出機的電流強度的同時控制泵的每分鐘的轉數(RPM)，來維持壓力關系。要建立這樣的關系，應作為設置條件的一部分來校準系統，以便告知控制器每分鐘每轉的輸出應該是多少。然后，將電流強度輸入與輸出進行關聯，以建立系統設置。這種校準通常通過手動校準來執行；但是，也以自動執行這種校準。高壓噴嘴控制器監視擠出機的壓力，并且保證噴嘴閥的壓力大于擠出機中的熔體的壓力。這個過程發生在三個不同的步驟中。首先，擠出機向控制器發送許可信號，以表明擠出機是運行的。然后，控制器使泵運轉以在系統中建立壓力。一旦壓力達到并超過閾值，熔體壓力閥打開。然后，通過高壓泵的RPM來保持該壓力。隨著擠出機速度減慢，安培數將下降，這會減少高壓計量泵的輸出(RPM)，直到安培數穩定在設定的值為止。每個擠出機都是不同的；因此，需要為每個應用確定安全的最小操作壓力。由于工藝輸入材料會因正常和不正常的原因(如密度或形狀的變化)而有所不同，所以擠出機的輸出可能會改變。將擠出機的輸出與輸送到工藝中的液體輸出進行配比，就能開發出帶有各種斜率的可編程區域，以便更精確地配比添加劑和聚合物。這些區域由擠出機內的具體條件限定，并且這些區域是輸入的液體和熔體壓力、擠出機驅動電動機的RMP和電流強度的組合。例如，當擠出機RPM保持穩定、熔體壓力和安培數下降時，可以將添加劑的泵送速率的具體減少編程為與這種改變成比例，以確保正確的比例并防止發生不成比例的情況。如圖5所示，如果噴嘴的壓力達到指定的清理警告水平131，則高壓噴嘴控制器會啟動清理行程，以減輕噴嘴的堵塞133。根據需要，高壓噴嘴控制器將啟動盡可能多的清理行程以清除任何障礙物。如果噴嘴壓力達到指定的尖峰壓力135，則高壓噴嘴控制器將停止預加壓泵和/或計量泵137，啟動表明噴嘴關閉的紅色報警燈139，并關閉噴嘴閥141。—旦接收到指示壓力已經達到合適的水平(如120psi)的信號，高壓噴嘴控制器就會發出信號來指示高壓噴嘴打開和鎖定，以允許添加劑流入擠出機的料筒內。系統的壓力可能會經歷壓力的上下波動；但是，高壓噴嘴不會重新鎖定和關閉，除非壓力上升和下降若干次，此時也將觸發相關聯的報警器。但是，壓力的快速變化表明系統中有可能存在問題，如冷凍或噴嘴堵塞等。因此，壓力的快速變化可以觸發高壓噴嘴的關閉。本發明的一個方面是:當發生這樣的問題時，擠出機不停止和關閉。關閉整個系統會浪費大量的時間和費用。相反，可以在系統仍然使用時完成必要的清理或其他工作，以保證適當的比例保持不變。添加劑注入系統優選包括具有多個報警條件的報警系統，以在發生某些情況時向用戶發出指示。優選的是，報警條件包括但不限于:指示高壓噴嘴的閥沒有完全關閉或噴嘴堵塞的嗔嘴報警；檢測系統中的壓力的壓力報警；電源報警；和指不系統中存在充足材料的材料報警。該報警系統優選包括視覺、電氣和聲音報警器。視覺報警器包括各種顏色的指示燈，每種顏色的指示燈指示不同的條件。例如，綠色的指示燈可以表示系統通電并準備啟動。紅色的指示燈可以表示系統停機。閃爍的指示燈可以表示噴嘴堵塞，琥珀色的指示燈可以表示在系統中有充足的材料。指示燈可以疊置安裝在控制器或操作站的底部或者用戶指定的地方。另一種形式的報警器是聲音報警器。聲音報警器包括各種聲音以表示不同的系統條件。此外，報警器可以是電氣報警器，其使系統關閉，直到條件得到評估為止。在噴嘴堵塞或急劇的壓力變化期間，這尤其重要。雖然具體的實施例涉及使用擠出機的塑料加工，但所描述的方法和裝置也可以適用于如下情況，即:不使用擠出機熔化聚合物，而是將添加劑引入到直接從聚合反應器(例如其中進行熔融聚合的聚合反應器)中得到的熔融塑料中。利用所述的方法和裝置并加以必要的變更，可以在反應器的下游引入添加劑。已經參考優選的實施例描述了示例性實施例。顯然，其他人在閱讀和理解前面的詳細描述后，會做出多種修改和改變。這些示例性實施例包括落入后附權利要求或其等同方案范圍內的所有的這類修改和改變。
權利要求
1.一種 在塑料加工期間輸送添加劑的方法，其中，所述方法包括: 在控制回路中建立組件網絡，所述控制回路使用反饋方法來驅動至少一個泵，所述反饋方法包括: 從與塑料加工裝置相關聯的至少一個傳感器向控制器發送至少一個信號； 從所述控制器向所述至少一個泵發送一個或多個信號； 監測所述至少一個泵的壓力和檢測噴嘴閥的位置；以及 向所述噴嘴閥發送一個或多個信號，以指示所述噴嘴閥打開或關閉。
2.如權利要求1所述的方法，其中， 所述塑料加工包括塑料熔融工藝。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中， 所述添加劑被輸送到聚合反應器的下游，在所述聚合反應器中，塑料材料被制成熔融的塑料材料，熔融的塑料材料離開所述聚合反應器，并且在離開所述聚合反應器之后，熔融的塑料材料的熔融狀態至少一直保持到向熔融的塑料材料中輸送添加劑。
4.如以上任一項權利要求所述的方法，其中， 所述控制器是高壓噴嘴控制器。
5.如權利要求4所述的方法，其中， 一旦系統壓力達到用戶指定的水平并且所述噴嘴閥處于合適的位置，所述噴嘴控制器就向所述噴嘴閥發出信號以指示所述噴嘴閥打開。
6.如權利要求4或5所述的方法，其中， 所述噴嘴控制器調節通過所述噴嘴閥的所述添加劑的流量，以使該流量與相關聯的擠出機的輸出相匹配。
7.如以上任一項權利要求所述的方法，其中， 所述噴嘴閥是聞壓噴嘴閥。
8.如以上任一項權利要求所述的方法，其中， 所述至少一個或多個泵包括高壓計量泵。
9.如權利要求8所述的方法，其中， 所述至少一個或多個泵包括與所述高壓計量泵串聯的預加壓泵控制器。
10.如權利要求9所述的方法，其中， 在壓力高于3000psi時，除了使用所述高壓計量泵之外，還要使用所述預加壓泵。
11.如權利要求10所述的方法，其中， 所述預加壓泵與所述高壓計量泵共同具有約6000psi的加壓能力。
12.如以上任一項權利要求所述的方法，其中， 所述輸入信號包括如下信號中的一個或多個信號:授權動作的至少一個啟動信號，至少一個電源指示信號，指示擠出機螺桿轉動的至少一個信號；指示清理行程和反堵塞行程中至少一種行程的至少一個信號；以及指示流量的至少一個電流強度信號。
13.一種用于在塑料加工中精確引入添加劑的添加劑輸送系統，所述塑料加工例如是塑料熔融工藝，所述添加劑輸送系統包括: 與塑料加工裝置相關聯的至少一個傳感器，所述塑料加工裝置例如是熔融裝置； 高壓噴嘴控制器；至少一個泵；以及 高壓噴嘴， 其中，所述添加劑輸送系統包括邏輯控制回路，所述邏輯控制回路適于使用反饋邏輯方法來驅動所述至少一個泵和噴嘴閥。
14.一種用于在塑料加工中在下游輸送添加劑的高壓噴嘴，所述高壓噴嘴包括: 促進下游噴射的長度在約3英寸至5英寸之間的通道； 具有外密封件和內密封件的雙重密封系統； 高壓管；以及 防止噴嘴的熱量積聚的冷卻機構。
15.如權利要求14所述的高壓噴嘴，其中， 所述雙重密封系統還包括組合壓蓋密封和唇部密封系統。
16.如權利要求14或15所述的高壓噴嘴，其中， 所述高壓管是鋼管。
17.如權利要求16所述的高壓噴嘴，其中， 所述高壓鋼管能承受約4000至7000psi的壓力。
18.如權利要求14-17中任一項所述的高壓噴嘴，其中， 所述冷卻機構具有調溫冷卻塊。
19.如權利要求14-18中任一項所述的高壓噴嘴，其中，所述冷卻機構具有:包裹在所述高壓噴嘴周圍的至少一個銅線圈，熱屏蔽罩和風扇。
20.如權利要求14-19中任一項所述的高壓噴嘴，其中， 所述添加劑注入發生在進料口下游的距離進料口大于2螺棱的位置。
21.如權利要求14-20中任一項所述的高壓噴嘴，其中， 所述通道的長度約為4英寸。
22.—種向塑料加工裝置中成比例地輸送添加劑的方法，所述塑料加工裝置例如是熔融機，所述方法包括: 根據例如是熔融機的塑料加工裝置的電流強度和相關聯的泵的每分鐘轉數(RPM)建立比例； 對具有各種階梯斜率的多個區域進行編程，所述區域由例如是熔融機的所述塑料加工裝置內的具體條件限定； 以及 根據所述區域對向例如是熔融機的所述塑料加工裝置的添加劑輸送進行編程，以保持成比例地輸送添加劑。
全文摘要
本發明公開了一種在塑料加工期間輸送添加劑的方法。所述方法包括在控制回路中建立組件網絡，所述控制回路使用反饋方法來驅動至少一個泵(46)，從而能夠在難以控制的環境里連續穩定地按比例輸送添加劑。所述反饋方法包括從與熔塑機相關聯的至少一個傳感器向控制器(43)發送至少一個信號；從所述控制器向所述至少一個泵(46)發送一個或多個信號；監測所述至少一個泵(46)的壓力和檢測噴嘴閥(49)的位置；以及向所述噴嘴閥(49)發送一個或多個信號，以指示所述噴嘴閥(49)打開或關閉。
文檔編號B29C47/92GK103140342SQ201180042749
公開日2013年6月5日 申請日期2011年7月5日 優先權日2010年7月8日
發明者邁克爾·D·西伊 申請人:嘉洛斯控股有限公司