專利名稱：一種將添加劑加入擠出機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制向擠出機(jī)中加入添加劑，以制造熱塑成型制品，例如含有所述添加劑的纖維的方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)常在將聚合物擠出成為成型制品之前將添加劑，例如顏料，染料，穩(wěn)定劑，催化劑，阻燃劑和抗微生物劑與熔融熱塑性聚合物混合。這些添加劑可以在一種載體聚合物中成濃縮分散形式，該載體聚合物與要擠出的熱塑性聚合物相容。有許多已知的將添加劑母粒加入熱塑性聚合物的方法。
一種方法是用重力或容積加料器計(jì)量加到擠出機(jī)喉管的制成粒狀的添加劑母粒。這種方法的費(fèi)用高，難以控制，并且在更換添加劑母粒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢聚合物。
另一種將添加劑母粒加入熱塑性聚合物的方法是先將母粒熔融，然后計(jì)量加到熔融聚合物中的液體母粒。這種方法易于控制，并且在切換添加劑母粒時(shí)產(chǎn)生的廢聚合物較少。但是熔融添加設(shè)備的費(fèi)用很高。
另一種將添加劑加入熱塑性聚合物的方法是計(jì)量以母粒料條形式加到切粒設(shè)備的添加劑，在切粒設(shè)備中形成添加劑切片，然后靠重力將切片加料到擠出機(jī)中。美國(guó)專利3,530,754，4,848,915，4,919,872和德國(guó)專利DE 3523661介紹了這些工藝。當(dāng)需要將超過(guò)一種，含有不同添加劑母粒的料條同時(shí)計(jì)量，加到切粒機(jī)形成切片，再加料到擠出機(jī)時(shí)這些工藝是最通用的。但是在這些工藝中精確地控制幾種料條以不同速率同時(shí)向切粒機(jī)加料是困難的。當(dāng)一種料條的加料速率比其它一種或幾種料條的加料速率慢得多時(shí)尤其困難。移動(dòng)較慢的料條被切成重量輕的“細(xì)粒”，而不是切片。這些細(xì)粒不易靠重力加到擠出機(jī)中，并且在擠出產(chǎn)品中添加劑的含量可能隨時(shí)間而不均勻到不可接受的程度。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是精確地控制以多種料條形式加到切粒機(jī)的添加劑加料，以制造熱塑成型制品。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種將添加劑加入擠出機(jī)以制造熱塑成型制品的方法，它包括將添加劑以多種料條形式加料到一臺(tái)切粒機(jī)的步驟。每種料條被切成切片，再將切片加料到擠出機(jī)中，使它們與熔融的熱塑性聚合物混合。
將料條加料到切粒機(jī)是通過(guò)以下步驟控制的a)計(jì)算每種料條的加料速率(feed rate)，所述的加料速率對(duì)于料條中的至少兩種來(lái)說(shuō)是不同的；b)計(jì)算每種料條的速度(velocity)，對(duì)每種料條來(lái)說(shuō)所說(shuō)的速度是相同的；c)計(jì)算每個(gè)加料周期中每種料條的δ位，所說(shuō)的δ位對(duì)于料條中的至少兩種來(lái)說(shuō)是不同的；以及d)使每種料條以所計(jì)算的速度在每個(gè)加料周期中進(jìn)料為移動(dòng)所計(jì)算的δ位所需要的時(shí)間。
加料速率可根據(jù)一個(gè)包括在擠出制品中所要求的添加劑數(shù)量和料條性質(zhì)的配方來(lái)確定，此配方可以從一個(gè)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出。每種料條的速度可根據(jù)最好是恒定的切粒機(jī)速度以及所要求的切片長(zhǎng)度來(lái)確定，對(duì)每種料條來(lái)說(shuō)切片長(zhǎng)度最好大致相同。切粒機(jī)速度和所要求的切片長(zhǎng)度也可以從一個(gè)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出。切粒機(jī)最好是一種旋轉(zhuǎn)式切粒機(jī)。每種料條是通過(guò)切粒機(jī)前一對(duì)單獨(dú)的進(jìn)料輥加料的，由進(jìn)料輥的輸送量得到每種料條的δ位。進(jìn)料輥的輸送量是以料條速度，料條加料速率以及聚合物的擠出速率為基礎(chǔ)的。進(jìn)料輥的輸送量可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制，使每對(duì)進(jìn)料輥以所計(jì)算的料條速度將料條移動(dòng)一段所需的時(shí)間，從而將料條移動(dòng)所計(jì)算的δ位。
最好添加劑是包含被分散在一種聚合物母體中的顏料的著色母粒，同時(shí)被擠出的熱塑成型制品是一種著色纖維。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是說(shuō)明將多種添加劑料條同時(shí)加入到一個(gè)熱塑性聚合物擠出工藝過(guò)程的示意圖。
圖2是計(jì)量一種到切粒機(jī)的添加劑料條的過(guò)程的示意圖。
圖3是本發(fā)明計(jì)算機(jī)操作程序的邏輯流程圖。
圖4A是一種料條“A”被進(jìn)給到切粒機(jī)的時(shí)間特性曲線。
圖4B是一種料條“B”被進(jìn)給到切粒機(jī)的時(shí)間特性曲線。
發(fā)明詳述圖1示意說(shuō)明了本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中兩種“添加劑”以料條形式被加料到一臺(tái)切粒設(shè)備中。在此用“添加劑”表示一般被加到用于制造擠出制品的熔融熱塑性聚合物(例如，但不限于尼龍，聚丙烯和聚酯)中的輔助材料，包括，但不限于顏料，染料，穩(wěn)定劑，催化劑，阻燃機(jī)，抗靜電劑和抗微生物劑。
一般將添加劑分散到一種聚合物母體中，形成一種條狀或帶狀物。然后將每種料條切成切片，再將其加到擠出機(jī)中，與熔融的熱塑性聚合物混合。在圖1中所得到的聚合物和添加劑的熔融混合物經(jīng)過(guò)噴絲板被紡成合成纖維。最好是制成尼龍纖維。但是本發(fā)明并不限于僅加兩種添加劑料條的方法或擠出產(chǎn)品是纖維的方法。許多種料條可被加到一臺(tái)切粒機(jī)中，每臺(tái)切粒機(jī)的料條數(shù)最好在2-6的范圍中。除纖維以外，可將本發(fā)明的方法用于制造其它熱塑成型制品，例如模制塑料制品和薄膜。
料條10從料條供給源12被送到計(jì)量裝置13，然后到切粒機(jī)14，而料條16也同時(shí)從料條供給源18經(jīng)計(jì)量裝置19被送到同一臺(tái)切粒機(jī)14。切粒機(jī)14將料條切粒以便進(jìn)料到擠出機(jī)24。熱塑性聚合物20從聚合物供給源(未示出)被加到料斗22，然后被加料到擠出機(jī)24。從切粒機(jī)排出的添加劑切片與熱塑性聚合物混合和共熔融，并被擠出。在此實(shí)施方案中，混合物被擠出到傳送線26，并被計(jì)量泵28泵送到紡絲組件30，經(jīng)噴絲板32紡成絲34，然后被繞到紗筒36上。
圖2示意說(shuō)明了料條10的料條計(jì)量裝置和切粒機(jī)14。應(yīng)該了解每種被進(jìn)料到切粒機(jī)的料條均有它自己的與所示的料條10相似的計(jì)量裝置。料條10被首先送到張力調(diào)節(jié)輥38，它將在點(diǎn)40處作用在料條上的張力降低到大約0克。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能認(rèn)識(shí)到也可用張力調(diào)節(jié)輥以外的其它設(shè)備將料條張力降至零。然后將料條送過(guò)傳感器輥48，它帶有一個(gè)輔助光學(xué)編碼器50。接著將料條送過(guò)進(jìn)料輥42，它由伺服電機(jī)44驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)帶有一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)46控制的主編碼器(未示出)。在料條上要求低張力是為了防止在進(jìn)料輥42上發(fā)生滑動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)46實(shí)際上是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制幾個(gè)計(jì)量裝置，而一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)則控制幾臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)確定電機(jī)停和開(kāi)時(shí)間，加速度，轉(zhuǎn)速和料條位置。料條10從進(jìn)料輥42排出后，被送進(jìn)切粒機(jī)14，它最好是一種旋轉(zhuǎn)式切粒機(jī)?？梢詫⒃S多種料條，最好是2-6種送進(jìn)這同一臺(tái)切粒機(jī)，切粒機(jī)的速度最好也由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)46控制。切片52從切粒機(jī)排出，被加料到擠出機(jī)中。
在圖3中給出了本發(fā)明一種實(shí)施方案的計(jì)算機(jī)軟件邏輯流程圖，其中料條含有有色的顏料，而被擠出的熱塑成型制品是纖維。管理計(jì)算機(jī)保存一個(gè)顏色配方(即為使一種特定的纖維產(chǎn)品具有一種確定的顏色和色澤，每種顏料需要多少)，料條性質(zhì)(料條中的顏料含量，線密度，“顏料強(qiáng)度系數(shù)”)，所要求的切片長(zhǎng)度，切粒機(jī)速度以及擠出機(jī)的處理量(擠出速率)的數(shù)據(jù)庫(kù)。已經(jīng)知道不同的顏料批次在將一種熱塑性聚合物染成顏色的能力(染色能力)方面可能不同，在由不同制造商提供不同的顏料批次時(shí)這尤其是個(gè)問(wèn)題?！邦伭蠌?qiáng)度系數(shù)”就是一個(gè)被用來(lái)參考這種染色能力差別的數(shù)值。
在要求一種新顏色時(shí)，管理計(jì)算機(jī)從其數(shù)據(jù)庫(kù)中取出所要求的％PIF(纖維中的顏料百分含量)，顏料強(qiáng)度系數(shù)，料條中的顏料含量以及料條的線密度。然后計(jì)算機(jī)計(jì)算出為得到那種特定的顏色每種料條所需的加料速率。 加料速率被表示成每小時(shí)所擠出的成纖聚合物的每一磅所對(duì)應(yīng)的每秒鐘料條的mm數(shù)，可以看到在計(jì)算加料速率前可能需要調(diào)整上式中變量的單位。而且為了能體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)越性，加入切粒機(jī)的料條中至少兩種的加料速率應(yīng)該不同。
這個(gè)信息通過(guò)雙向串行通信被饋送到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，在那里根據(jù)給定的擠出機(jī)的聚合物處理量和所要求的加料周期計(jì)算出每個(gè)加料周期中每種料條的δ位，加料周期一般是1秒。
δ位＝(加料速率)(聚合物處理量)(加料周期)進(jìn)料到切粒機(jī)的料條中至少兩種的δ位也應(yīng)該是不同的。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中不是將聚合物的處理量存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，而是不斷地監(jiān)測(cè)聚合物處理量(未示出)，并利用瞬時(shí)聚合物處理量來(lái)計(jì)算每個(gè)加料周期的δ位。根據(jù)瞬時(shí)聚合物處理量不斷修正每個(gè)加料周期的δ位。當(dāng)使用多臺(tái)紡絲機(jī)，而一臺(tái)機(jī)器需要停車時(shí)這種修正功能尤其有用。聚合物的處理量減少，每種料條的δ位自動(dòng)被調(diào)整，以便由其它紡絲機(jī)紡出的纖維仍得到適當(dāng)?shù)念伾?br> 切粒機(jī)速度(切粒數(shù)/秒)和所要的切片長(zhǎng)度(mm)。旋轉(zhuǎn)切粒機(jī)的料條速度Vst被定義為Vst＝L×B×Vc其中L是所要求的切片長(zhǎng)度，以mm為單位，B是切粒機(jī)切刀數(shù)或切刀每轉(zhuǎn)動(dòng)一周的切斷次數(shù)，及Vc是切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，以RPS(每秒轉(zhuǎn)數(shù))為單位。理論上Vst可以取和給定的切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)以及所要求的切片長(zhǎng)度一致的任何值(受電機(jī)限制)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中在料條移動(dòng)時(shí)將每種料條的Vst保持恒定在300mm/sec，L＝2mm，B＝6次切斷/轉(zhuǎn)，以及Vc＝25轉(zhuǎn)/sec。
最好使每種進(jìn)料到切粒機(jī)的料條速度相同，并保持恒定。但是每種料條在被加料到切粒機(jī)時(shí)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始和停止它的移動(dòng)，以便生產(chǎn)出具有所要求顏色的色澤的擠出產(chǎn)品。這樣每種料條將以相同的速度移動(dòng)，但是在某些場(chǎng)合在同一段時(shí)期內(nèi)所有料條可能都不移動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)計(jì)算出使每種料條移動(dòng)所需的編碼器總計(jì)數(shù)(δ位)，并設(shè)定伺服電機(jī)44的轉(zhuǎn)速，使進(jìn)料輥對(duì)42旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給料條。編碼器計(jì)數(shù)連續(xù)地將進(jìn)料輥42的輸送量和位置反饋給現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，從而調(diào)整伺服電機(jī)44的轉(zhuǎn)速。這樣根據(jù)進(jìn)料輥42的輸送量來(lái)確定每種料條在每個(gè)加料周期中的δ位，由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算的δ位和料條速度控制進(jìn)料輥42的輸送量。
通過(guò)圖4A和4B中的時(shí)間特性曲線可以進(jìn)一步理解料條加料控制系統(tǒng)的操作。如果顏色配方和料條參數(shù)使得為制造一種特定顏色的纖維需要比料條B更多的料條A，同時(shí)如果料條速度Vst為300mm/s，時(shí)間特性曲線說(shuō)明在一個(gè)1秒鐘的加料周期中每種料條移動(dòng)多長(zhǎng)才能達(dá)到每種料條所要求的δ位。下式定義了每種料條在一個(gè)加料周期中移動(dòng)的時(shí)間Δt 在圖4A和4B中如顏色配方所規(guī)定的，比料條B更多的料條A被加到擠出機(jī)中(ΔtA＞ΔtB)。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，一個(gè)累加器機(jī)構(gòu)將每種料條的編碼器總計(jì)數(shù)累積，直到計(jì)數(shù)達(dá)到規(guī)定的切片長(zhǎng)度，例如2mm所要求的數(shù)值。而且傳感器輥48和輔助光學(xué)編碼器50連續(xù)地監(jiān)視每種料條的實(shí)際位置。如果在光學(xué)編碼器所傳送的編碼器計(jì)數(shù)中所測(cè)定的料條總輸送量與上述現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)為進(jìn)料輥42所做的規(guī)定不符，則一個(gè)錯(cuò)誤發(fā)生，觸發(fā)了相應(yīng)的糾正動(dòng)作。這種糾正動(dòng)作可包括各種報(bào)警輸出，或啟動(dòng)在備用狀態(tài)等待的另一個(gè)料條。
應(yīng)該看到對(duì)于一種特定的著色纖維，并非一定要如前所述的那樣從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出所需的配方，添加劑加料速率，擠出速率，切粒機(jī)速度，切片長(zhǎng)度等，現(xiàn)場(chǎng)的操作人員可以輸入這些信息中的部分或全部。
本發(fā)明方法的一個(gè)特點(diǎn)是切粒機(jī)速度保持恒定，即對(duì)每種料條來(lái)說(shuō)切粒機(jī)速度并不變化。而且除開(kāi)始和最后的切片外這種方法所生產(chǎn)的每一個(gè)切片事實(shí)上有同樣大小，并且容易加料到擠出機(jī)中。開(kāi)始和最后的切片可能比其它的小些。
為優(yōu)選實(shí)施方案中指定的設(shè)備單元的名稱和制造商列表于下
權(quán)利要求
1.一種將添加劑加入擠出機(jī)以制造熱塑成型制品的方法，它包括將添加劑以許多種料條的形式加料到一臺(tái)切粒機(jī)的步驟，其中每種料條被切成切片，然后將所說(shuō)切片加料到擠出機(jī)中，其中料條向切粒機(jī)的加料是通過(guò)以下步驟控制的a)計(jì)算每種料條的加料速率，多種料條中至少兩種的所說(shuō)加料速率是不同的；b)計(jì)算每種料條的速度，每種料條的所說(shuō)速度是相同的；c)計(jì)算每個(gè)加料周期中每種料條的δ位，多種料條中至少兩種的所說(shuō)δ位是不同的；以及d)使每種料條以所計(jì)算的速度在每個(gè)加料周期中進(jìn)料為移動(dòng)所計(jì)算的δ位所需的時(shí)間。
2.權(quán)利要求1的方法，其中每種料條的加料速率是根據(jù)一個(gè)包括在熱塑成型制品中一種添加劑所需數(shù)量以及包含在每種料條中的所說(shuō)添加劑數(shù)量的配方確定的。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該配方是從一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出的。
4.權(quán)利要求1的方法，其中每種料條的速度是根據(jù)切粒機(jī)轉(zhuǎn)速和所要求的切片長(zhǎng)度確定的。
5.權(quán)利要求4的方法，其中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，同時(shí)每種料條被切成相同長(zhǎng)度的切片。
6.權(quán)利要求4的方法，其中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速和所要求的切片長(zhǎng)度是從一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出的。
7.權(quán)利要求4的方法，其中切粒機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式切粒機(jī)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中每種料條是通過(guò)在切粒機(jī)前一對(duì)單獨(dú)的進(jìn)料輥進(jìn)料的，每種料條的δ位是由所進(jìn)料輥的輸送量決定的。
9.權(quán)利要求8的方法，其中每對(duì)進(jìn)料輥的輸送量是根據(jù)通過(guò)所說(shuō)進(jìn)料輥加料的料條的加料速率以及擠出機(jī)的聚合物擠出速率確定的。
10.權(quán)利要求9的方法，其中進(jìn)料輥的輸送量是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的，這樣每對(duì)進(jìn)料輥使通過(guò)它的進(jìn)料輥加料的料條以所計(jì)算的料條速度移動(dòng)一段為使該料條在每個(gè)加料周期中移動(dòng)所計(jì)算的δ位所需的時(shí)間。
11.權(quán)利要求9的方法，其中每種料條的加料速率和擠出速率是從一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出的。
12.權(quán)利要求1的方法，其中每臺(tái)切粒機(jī)的料條數(shù)在2-6的范圍中。
13.權(quán)利要求12的方法，其中添加劑是包含被分散在一種聚合物母體中的顏料的著色母粒。
14.權(quán)利要求13的方法，其中熱塑成型制品是一種著色纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制以多種料條(10，16)形式向切粒機(jī)(14)加入添加劑的方法。將料條(10，16)切成切片，并將切片加料到擠出機(jī)(24)中以制造熱塑成型制品(34)。料條(10，16)向切粒機(jī)(14)和擠出機(jī)(24)的加料包括通過(guò)計(jì)量裝置(13，19)加入料條以及計(jì)算每種料條的加料速率，速度和在每個(gè)加料周期中的δ位，以便在最終得到的熱塑性制品中獲得所需的添加劑量。
文檔編號(hào)B29C47/10GK1147223SQ95192850
公開(kāi)日1997年4月9日 申請(qǐng)日期1995年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月29日
發(fā)明者W·A·芬特爾 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司