专利名称：塑料加工方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用添加剂/着色剂的塑料加工，例如挤出方法和设备。本发明特别可以与在塑料加工(例如挤出工艺)过程中向材料里按比例添加添加剂的方法和装置一起使用，并且将在后面参考这种方法和装置进行描述。适用的挤出工艺包括但不限于片材、薄膜和纤维。但是，应该理解，本发明也适合于其他的塑料应用和工艺。例如，本发明可以应用于多种场合:将添加剂添加到直接来自反应器(例如内部进行熔融聚合的反应器)的熔融聚合物的场合和/或没有传统上向其供给聚合物粒料的挤出机的场合。
背景技术：
塑料熔融工艺使用一个或多个螺杆迫使塑料小球进入挤出机的料筒内，料筒已加热到所需的熔化温度。塑料小球穿过料筒时会逐渐熔化。塑料熔融工艺高度依赖于将松散材料连贯一致供入进料口内，以保持连贯一致的输出。连贯一致的输出对于保证连贯一致的成品性能(例如大小、强度和外观)是必要的。在工艺的熔化阶段之前和期间混合的原材料、填料和包括染色剂在内的添加剂决定了成品的性能。添加剂(例如颜料、染料、阻燃剂、抗菌剂)经常添加到挤出和注射成型工艺中，以改变材料的物理和化学性能，使材料更加满足需要。所有的塑料熔融工艺都具有多种控制措施，这些控制措施形成进料装置的或长或短的反馈回路，以实现和维持正确的比例输出。从各种工艺制造的粉末、颗粒、小球、不规则的厚块和不规则的薄片形式的松散材料被输送到挤出机或注射成型机。在输送到挤出机或注射成型机的进料口之前，这些材料通常混合并保持在料斗或各种尺寸的材料线中。通常，这些材料通过重力进料到加工过程，材料首先进料到螺杆，在挤出机的该阶段，螺杆用作将材料输送到加工过程的用热和压力来熔化并混合材料的阶段的输送机。在材料通过重力不能连贯一致进料的情况下，尤其是当存在片状或不规则形状的材料时，使用例如填塞喂料机或填充机等机械装置来试图实现材料的连贯一致进料。在松散材料流被引入到螺杆之前，可以将干粉、粒状和液体形式的添加剂添加到松散材料流中。在这种情况下，材料供料器可以是螺旋供料器、盘式或轮式供料器、皮带、振动供料器，在液体添加剂的情况下材料供料器可以是简单的计时器和泵。通过在松散材料流被引入到螺杆之前将这些材料添加到松散材料流中，会生成一定数量的如下材料:该材料在输送时可能已经具有正确的比例，但正确的比例只是针对加工过程而言的，与加工过程的输出时产生的材料的比例无关。另一种用于在材料中添加添加剂的方法是直接向设备的料筒中喷射液体添加剂。但是，这种方法所涉及的启动协议很复杂，出现问题后恢复也极其困难。此外，由于上述问题，在该方法中产生的废料量大幅地增加。由一个或多个螺杆处理过的材料的最终形式是粘性液态熔融物，该熔融物将被机器进一步处理，以产生最终的形状或形式。该最终的形状的范围从制造纤维、股线和挤出的形状到各种形式的注射成型产品。生产该熔融物的工艺需要大量的材料、时间和精力。在保持与材料成精确比例和与加工过程的输出成正确比例地将聚合物流与添加剂充分混合、分散或搀和的同时，在最后可能的时刻将贵重的添加剂加入到加工过程中，此时存在的是天然效率。此外，对制造商而言，开发一致大小、形状、熔融指数、密度和颜色的原料变得越来越难，因为在石油产品的价值越来越高的世界里，原材料变得更加昂贵，原料变得更贵重。对材料改性剂的要求还复杂了采购过程，并且常常会大大提高已经供不应求的材料的成本。与在不需要较高规格材料的地方使用较高规格材料相比，可取的是引入添加剂并且更重要的是能够向加工过程提供液体添加剂。液体添加剂能够在加工过程中选择内含物和比例，以最大限度地降低成本。这样，向加工过程中输入的材料取决于成品的要求，而不是取决于较高规格的材料的可获得性，这显著地降低了成本。因为液体可以在高温和高压下泵送，所以液体添加剂喷射还使得加工过程的输出具有很短的控制回路。松散材料的进料不连贯一致还导致加工过程不连贯一致且效率低，改变了挤出产品的大小及其可变的物理和外观性能。在加工过程的最后时刻引入添加剂保证了相对于工艺条件(高温和高压)正确的比例，固体供料器是不能做到这一点的。此外，复杂的泵送系统允许在加工过程中混合的材料的量非常小，从而导致较少的材料参与颜色改变和实时地对在加工过程中的变化产生更迅速的反应。随着加工过程输出的改变，添加剂的引入几乎同时按比例地改变，从而防止因添加剂的配量过高或过低而产生的问题。下面的参考文献涉及多种着色塑料成型设备和系统，其公开内容将通过引用全文并入本文。美国专利N0.5486327公开了一种向螺杆型机构的料筒内引入液体添加剂的方案，该螺杆型机构用于将固体材料转化为熔融材料。但是，该方法在接近进料口处引入添加齐U，从而导致了与较便宜的原材料相关联的次料和密度变化不一致的输入变量。美国专利N0.5439623提供了一种用于控制以多股的形式向切割机引入添加剂的方法。该方法利用每进料间隔每股的进料量、速度和增量位置来获得所需的添加剂量。但是，该方法不使用逻辑控制的方法来根据挤出机的输出按比例注入添加剂。因此，需要一种引入添加剂的方法，该方法可向塑料熔融工艺中提供连贯一致的、成比例的添加剂，同时降低成本和提高效率。从下面的详细描述可以看出本发明的其它适用性范围。但是，应当理解的是，有关本发明的优选实施例的详细描述和具体实例仅仅是示例性的，对本领域的技术人员来说很明显，在本发明的精神和范围内可做出各种变化和修改。
发明内容
本文中公开了作为说明性实例的实施例。在一个实施例中，公开了一种在塑料加工期间(例如塑料熔融工艺期间)输送添加剂的方法。该方法包括:在控制回路中建立组件网络，该控制回路使用反馈方法来驱动至少一个泵。所述反馈方法包括:从与塑料加工装置(例如熔塑机)相关联的至少一个传感器向控制器发送至少一个信号；从所述控制器向所述至少一个泵发送一个或多个信号；监测所述至少一个泵的压力和检测喷嘴阀的位置；以及向所述喷嘴阀发送一个或多个信号，以指示所述喷嘴阀打开或关闭。在另一个实施例中，公开了一种用于保持将成比例的添加剂输送到塑料加工装置(例如熔融机)中的方法。该方法包括:根据熔融机的电流强度和相关联的泵的每分钟转数(RPM)建立比例；对具有各种阶梯斜率多个区域进行编程，所述区域由所述熔融机内的具体条件的限定；根据相应的区域对向所述塑料加工装置的添加剂输送进行编程，以保持成比例地输送添加剂。在另一个实施例中，公开了一种用于在塑料加工中精确引入添加剂的添加剂输送系统，所述塑料加工例如是塑料熔融工艺。所述添加剂输送系统包括:与塑料加工装置相关联的至少一个传感器，所述塑料加工装置例如是熔融装置；高压喷嘴控制器；至少一个泵；以及高压喷嘴。所述添加剂输送系统包括逻辑控制回路，所述逻辑控制回路使用反馈逻辑方法来驱动所述至少一个泵和喷嘴阀。在另一个实施例中，公开了一种用于在塑料加工(例如塑料熔融工艺)中在下游输送添加剂的高压喷嘴。该高压喷嘴包括:长度在约3英寸和5英寸之间的通道，以促进在混合熔体/固体环境中的下游喷射；双重密封系统，其包括外密封件和内密封件；高压管；和防止喷嘴的热量积聚的冷却机构。作为另外一种选择，该高压喷嘴可包括用于熔体注入的短通道，这类高压喷嘴用在计量段和静态或动态的混合之前的挤出机螺杆后段。从后面的详细描述中可以看出本发明其它应用范围。但是，应当理解的是，用于解释本发明的优选实施例的详细描述和具体实例仅仅是示例性的，因为对于本领域的技术人员来说，在本发明的精神和范围之内可以做出各种改变和修改。
本发明在于装置的各个部分的构造、布局和组合，在下面的详细描述、权利要求书和附图中更详细地示出了本发明的目的，在附图中:图1是在添加剂注入系统的定制模型的示意图；图2是与用户当前的挤出机一起使用添加剂注入系统的方法的示意图；图3是高压喷嘴的横截面视图；图4是高压喷嘴控制器的输入和输出的一个实例；和图5是逻辑控制的添加剂注入系统的示意图。
具体实施例方式本发明包括添加剂输送系统，该添加剂输送系统用于将液体添加剂按比例添加到塑料熔融工艺中。该方法采用短的控制回路系统，该控制回路系统的控制器可提供指令和反馈信号来控制和管理该系统。添加剂输送系统是用户特定的，因此，它可以自定义地设计以满足特定的需求。虽然本文中的系统是参考塑化挤出机来进行描述和示出的，但应当理解的是，本发明也可适用于用于熔化和排出材料的其他类型的装置。现在参考附图进行说明，附图仅用于展示示例性的实施例，而不是用于限制要求保护的主题，图1示出了一个模型，该模型用于评估消费者需求，合理地定制添加剂输送系统，以达到其最高和首选功能。在一个实施例中，一旦消费者确定了对液体添加剂注入系统中的需要，则第一步需要通过执行制造过程分析来评估用户的产品要求11。对客户或制造商的当前挤出系统进行评估和成本估算13。按照消费者期望的特性开发液体添加剂15，评估潜在的注入口的位置和环境17。在此过程中，根据注入的位置使用不同的材料。例如，如果注入发生在进料口内，则添加剂以丸剂、片剂、再研磨厚块和细料的形式添加；如果注入发生在加料段，则添加剂将以丸剂、细料、片剂或再研磨厚块和薄的熔融膜的形式注入；如果注入发生在计量段，添加剂将以熔体的形式注入。需要指出的是，如果注入发生在混合螺杆的下游处，那么可取的是采用空腔传送混合器(CTM)。如本领域技术人员已公知的，CTM包括紧密配合的转模和定模，转模和定模的表面上形成有相间交错排列的半球形空腔，以形成连续的螺旋路径，流体成分在该螺旋路径中经历一系列的切割、折叠和扭曲变形。这有利于将低粘度液体混合成大量的高粘度流体。一旦确定了注入位置的位置19，就可以选择溶液20。测试和评估添加剂与该溶液混合的能力21。然后可以设计和制造喷嘴组件、安全系统、混合系统和控制器系统25。开发具有由用户的特定需求而确定的精确功能的自定义程序和控制机构27。一旦组装和测试完添加剂输送系统29，则潜在的购买者可能使用设备作为试验装置来试用系统31，从而该用户能评估该过程中的添加剂和设备33。假设客户对试验装置很满意，那么就可在客户期望的位置安装系统35。作为另外一种选择，如果消费者不需要定制的功能，或者用户可以从功能菜单选择所需的预编程功能，那么可使用默认设置对系统进行编程。功能菜单包括向用户提出问题的一组屏幕信息，以便用户指出哪些组件已安装到机器上。例如，如果消费者既不具有计量泵也不具有预加压泵，那么不包括在系统中的预加压泵将被取消选择。此编程步骤也可经由寻找连接的部件并能够检测连接的部件的PLC自动完成。图2表示利用用户当前的挤出机41来实施添加剂输送系统的一个优选实施例。该系统包括:一个或多个泵45、46，建立各种控制回路的传感器和控制器43。挤出机41上的传感器为高压喷嘴控制器43提供反馈，高压喷嘴控制器43反过来又输出信号，这些信号可以启动系统、停止系统和/或向上和向下地改变系统的输出。一般来说，高压喷嘴控制器43确定喷嘴阀49何时打开和关闭，从而保持向挤出机的熔体中适当和成比例地输送添加剂。优选的是，添加剂输送系统的一个示例性实施例包括:高压喷嘴，其适用于在挤出机料筒的下游输送添加剂。图3显示了高压喷嘴的一个实施例，其中高压喷嘴可用于液体添加剂的成比例注入。高压喷嘴与传统的喷嘴不同之处在于，高压喷嘴能够在挤出机料筒的下游远离进料口处进行注入。注入位置在进料口的下游是优选的，因为这有利于在挤出过程中把添加剂的添加推延到最后可能的时刻，同时还允许有足够的时间进行充分的混合，从而保证了与输出成精确比例地输送添加剂。如果添加剂在松散材料被引入螺杆之前与松散材料混合，那么在松散材料被引入螺杆时曾经很准确的比例，最后可能因为压力的变化改变了输出的速度和数量而变成不准确的。另外，在下游直接注入到料筒内允许添加对大气化学性敏感的材料。优选的是，注入位置位于进料口下游且与进料口的距离大于约2螺棱，更优选的是，注入位置位于进料口下游且与进料口的距离大于约3螺棱。通常情况下，添加剂在进料口的上游、在接近进料口的位置或在进料口内注入。对于这样的注入，通常使用不带阀的喷嘴。如果注入到螺杆的加料段，那么本发明的高压喷嘴的通道长度/流道至成品距离(land length)优选为约3英寸至5英寸，更优选为约3.5英寸至4.5英寸，最优选为约4英寸。通道长度/流道至成品距离可能是至关重要的，这主要是因为在下游直接向熔体中注入的压力比在上游接近进料口的位置注入的压力高。根据本发明的高压喷嘴具有硬化的喷嘴前端部和硬化的喷嘴阀销，其中，所述喷嘴前端部由硬质工具钢(例如D-2)制成。此外，该喷嘴优选包括能够检测喷嘴阀位置的线性位置指示器。高压喷嘴能够承受高的压强。优选是，高压喷嘴包括大约2英寸的缸体51和高压钢管57。高压钢管是能承受4000至7000psi的压强的管。但是，更优选是，高压钢管是能承受5000psi的压强的管。这种承受高压强的能力可以产生数千磅每平方英寸(psi)的压强。优选的是，所述喷嘴将产生8000至12000psi的压强。在另一个实施例中，所述喷嘴将产生IOOOOpsi的压强。更优选的是，高压喷嘴具有密封系统，该密封系统包括:双密封件59和由至少一个O形环61与多个四边形密封件形成的组合，以便更好地防止发生典型喷嘴遇到的泄漏问题。添加剂通过位于喷嘴的侧面上的开口流入喷嘴，通过高压管57并流出喷嘴。密封系统的存在减少了添加剂的泄漏量。高压喷嘴还可包括冷却块53，以便控制喷嘴63的温度。由于喷嘴紧靠料筒加热带，所以喷嘴会积聚大量的热，因此，必须冷却喷嘴以防止喷嘴损坏。此外，如果积聚了过多的热量，那么气缸的操作会变得不稳定，并且密封件可能会不再正常起作用。在一个实施例中，冷却块51可围绕喷嘴的料筒布置。通过使各种温度的水流过冷却块的来调节冷却块的温度。在另一实施例中，可用冷冻的铜线圈包裹喷嘴，以将喷嘴保持在较低的温度。在又一个实施例中，使用包括隔热套或织物隔热体的热屏蔽罩，其中，隔热套可弯曲成成形泡沫。也可以用风扇吹喷嘴，以便进一步冷却喷嘴。优选的是，高压喷嘴控制器是一个可编程逻辑控制器(PLC)，其中，用户可以输入自定义的值和设置。正如在本领域中已公知的，PLC是可编程的计算机，其用于真实世界过程的自动化，专用于实时的多输入和输出管理，以便在有限的时间内对输入条件产生反应。PLC是带有模块化的或集成的输入/输出电路的基于微处理器的设备，其根据存储在微处理器的由电池供电的RAM存储器中的由用户创建的逻辑程序，监视现场连接的“传感器”输入的状态和控制附连的输出“致动器”(电动机起动器、电磁阀、指示灯/显示器、速度传动装置、阀等)。一般都在个人电脑上的特殊应用软件中编写PLC程序，然后将PLC程序通过定制的电缆下载到PLC上。程序通常存储在PLC中的由电池供电的RAM或其他的非易失性存储器中。PLC与专用装置的不同之处在于，PLC能够根据用户的特定要求编程并且能够类似电话或计算机那样与网络对接。PLC允许将更多的继电器分成允许进行更多的逻辑的小组件，以便更好地控制系统。高压喷嘴控制器优选包括用于多个模拟控制回路的逻辑。另夕卜，高压喷嘴控制器还可包括人机界面(HMI)，例如键盘或PC类型的工作站，以提供通信链路，从而协调各种子系统。PLC的特点是能够根据模拟输入来调整模拟输出。在一个实施例中，高压喷嘴控制器监视的模拟信号包括:由向其它泵进行供给的一个泵经受的压力；在泵的下游但在喷嘴阀之前的压力；挤出机的料筒头处的熔体的压力；和挤出机的输出。通常根据螺杆的RPM或螺杆驱动电动机的电流强度来监视挤出机的输出。图4显示了高压喷嘴控制器的一个实施例的输入和输出的实例。挤出机71向喷嘴控制器73报告电流强度72和其他的过程输出74，喷嘴控制器73又输出75 —个或多个大量的可能信号。作为示例性实施例的实例，该控制器可以发出报警信号77，可以打开或关闭喷嘴阀79、81，和/或可以传递注入系统已准备好83。喷嘴控制器73还可以监视挤出机71的输入，例如系统是否已启动85以及螺杆是否旋转87。本领域的许多从业者把挤出机的RPM作为他们的挤出机输出的主要指标。简化的工艺假定挤出机每转的输出是恒定的。这通常在未经最大输出优化或“未满负荷运行”的系统中是最准确的。随着接近负荷极限，RPM和输出之间的关系会变化。因此，示例性实施例中的添加剂输送系统主要是一个压力反馈系统，其中，压力传感器监测挤出机的输出处的压力，以便调节添加剂的输入。但是，通常来说，只靠压力仍然是不够的，因为压力可能导致不成比例的结果。因此，优选的是采用一种通过包括电流强度测量值来维持添加剂输入和挤出机输出之间的比例性的方法。电动机的电流强度一般是工艺输出的最直接的相关指标。理论上讲，随着系统的优化，可以推导出数学模型以将添加剂输送系统的输出与挤出机的输出进行关联。但是，过于简化的算法不允许对输入的复合变化进行补偿。本实施例采用了三个区域，包括:接近最优区域的范围，低于最优区域的有限范围，和高于最优区域的范围。但是，也以为此目的确定无限数量的区域。为了实施用于维持添加剂输入和挤出机输出之间的比例性的电流强度测量系统，添加剂输送系统可包括连接到挤出机的电流强度跟踪装置，以从挤出机向高压喷嘴控制器提供电流反馈。优选的是，添加剂输送系统包括高压计量泵和高压线路/阀传感器，以便跟踪挤出机的输出以确保添加剂的输送保持与输出成比例。正如在本领域中已公知的，计量泵是具有可控的排出流量的低容量泵。高压计量泵优选的是能够承受约3000psi的压强。该系统可以使用各种类型的泵(包括活塞泵、齿轮泵和螺杆泵)，并可以包括多个泵。该系统还可包括预加压泵，该预加压泵与高压计量泵串联以使系统的加压能力加倍。该预加压泵也优选具有约3000psi的加压能力；因此，所有的泵加在一起可以有至少6000psi的持续加压能力。还以串联多个低压泵以提高整体的加压能力。例如，三个IOOOpsi的计量泵与一个3000psi的预加压泵串联在一起,形成6000psi的总加压能力。当使用预加压泵时，在预加压泵的下游侧放置压力传感器以检测该预加压压泵中的压力。在预加压泵达到其压力设定值后，高压泵才会启动。双连泵组件(计量泵和预加压泵)是非常重要的，因为它会保持第二个(计量)泵的稳定的排出压力，这直接关系到保持稳定的输出。高压喷嘴控制器通常是一个逻辑/顺序控制器，该逻辑/顺序控制器接收各种模拟信号，然后通过模拟信号或直接驱动来驱动高压计量泵和/或预加压泵(如果包括的话)。图5表示的是控制逻辑添加剂注入系统的优选实施例。一旦喷嘴控制器的电源接通91，该喷嘴控制器可以手动切换到0PEN93，READY，或任何其他显示标记。一旦收到切换到OPEN的命令93，喷嘴阀会自动打开95，以允许添加剂流入挤出机料筒。这会向挤出机操作站97发送例如指示灯、文本消息等警报，表明工艺已经开始。如果喷嘴控制器没有切换到OPEN，那么关闭喷嘴阀99并向挤出机操作站发送喷嘴关闭的信号，并且产生指示喷嘴关闭的警报101。高压喷嘴控制器也以设置为AUT0103，当控制器通电时，它会向挤出机操作站105自动发送绿色的“READY”指示灯。作为另外一种选择，控制器必须在收到三个信号之后才触发绿色的“READY”指示灯。第一个信号表示该系统被激活并且开始授权动作107。第二个信号包括两个指示器:许可指示器和螺杆指示器109。许可指示器显示挤出机是否可操作和系统中是否存在适当的材料，螺杆指示器确认螺杆是否转动。许可指示器和螺杆指示器对触发第二个信号都是必要的。第三个信号是电流强度信号111，其指示电流或从挤出机排出的材料的流量。如果高压喷嘴控制器没有收到三个必要的信号中的任何一个信号，那么喷嘴控制器将不会启动绿色的“READY”指示灯，将一直等到收到这样的信号为止108。
在收到三个信号中的每一个信号后，高压喷嘴控制器向挤出机操作站发送绿色指示灯，根据系统的构造和压力，挤出机操作站开始启动预加压泵113或高压计量泵115。高压喷嘴控制器从喷嘴上游和下游的压力传感器接收信号，然后指示高压泵或预加压泵开始向高压喷嘴泵送添加剂。高压计量泵受控于挤出机的输出，并且被驱动以便与挤出机的输出相匹配并保持挤出机的压力。在一个优选的实施例中，该系统包括串联的预加压泵和高压计量泵。还可以使用额外的系统来监视在供给系统中是否存在足够的液体产物。如果液体产物不足，那么这种系统将发出报警信号，并且预加压泵将不会启动。当接收到三个强制性信号107、109、111和表明在供给系统中有足够的液体产物的信号后，高压喷嘴控制器将启动预加压泵，并监视其变化的压力113。如果预加压泵未能达到预定的压力，那么预加压力传感器117将向高压喷嘴控制器提供输入信号(模拟或数字信号)。根据编程的算法，高压喷嘴控制器将提高或降低预加压泵的速度，以保持在计量泵(123)的入口处具有所需的预加压压力。当达到指定的压力并同时保持足够的液体产物水平时，高压喷嘴控制器将向高压计量泵发出启动信号，并且高压喷嘴控制器将监测泵的压力115。当达到指定的喷嘴压力时，喷嘴将打开，将添加剂喷射到挤出机119中。如果没有达到指定的压力，那么高压线路/阀传感器121使高压计量泵125加速，直至达到指定的压力为止。在其指示阀门打开之前，高压喷嘴控制器将保证添加剂的压力高于熔体的压力。高压喷嘴控制器通过在监测挤出机的电流强度的同时控制泵的每分钟的转数(RPM)，来维持压力关系。要建立这样的关系，应作为设置条件的一部分来校准系统，以便告知控制器每分钟每转的输出应该是多少。然后，将电流强度输入与输出进行关联，以建立系统设置。这种校准通常通过手动校准来执行；但是，也以自动执行这种校准。高压喷嘴控制器监视挤出机的压力，并且保证喷嘴阀的压力大于挤出机中的熔体的压力。这个过程发生在三个不同的步骤中。首先，挤出机向控制器发送许可信号，以表明挤出机是运行的。然后，控制器使泵运转以在系统中建立压力。一旦压力达到并超过阈值，熔体压力阀打开。然后，通过高压泵的RPM来保持该压力。随着挤出机速度减慢，安培数将下降，这会减少高压计量泵的输出(RPM)，直到安培数稳定在设定的值为止。每个挤出机都是不同的；因此，需要为每个应用确定安全的最小操作压力。由于工艺输入材料会因正常和不正常的原因(如密度或形状的变化)而有所不同，所以挤出机的输出可能会改变。将挤出机的输出与输送到工艺中的液体输出进行配比，就能开发出带有各种斜率的可编程区域，以便更精确地配比添加剂和聚合物。这些区域由挤出机内的具体条件限定，并且这些区域是输入的液体和熔体压力、挤出机驱动电动机的RMP和电流强度的组合。例如，当挤出机RPM保持稳定、熔体压力和安培数下降时，可以将添加剂的泵送速率的具体减少编程为与这种改变成比例，以确保正确的比例并防止发生不成比例的情况。如图5所示，如果喷嘴的压力达到指定的清理警告水平131，则高压喷嘴控制器会启动清理行程，以减轻喷嘴的堵塞133。根据需要，高压喷嘴控制器将启动尽可能多的清理行程以清除任何障碍物。如果喷嘴压力达到指定的尖峰压力135，则高压喷嘴控制器将停止预加压泵和/或计量泵137，启动表明喷嘴关闭的红色报警灯139，并关闭喷嘴阀141。—旦接收到指示压力已经达到合适的水平(如120psi)的信号，高压喷嘴控制器就会发出信号来指示高压喷嘴打开和锁定，以允许添加剂流入挤出机的料筒内。系统的压力可能会经历压力的上下波动；但是，高压喷嘴不会重新锁定和关闭，除非压力上升和下降若干次，此时也将触发相关联的报警器。但是，压力的快速变化表明系统中有可能存在问题，如冷冻或喷嘴堵塞等。因此，压力的快速变化可以触发高压喷嘴的关闭。本发明的一个方面是:当发生这样的问题时，挤出机不停止和关闭。关闭整个系统会浪费大量的时间和费用。相反，可以在系统仍然使用时完成必要的清理或其他工作，以保证适当的比例保持不变。添加剂注入系统优选包括具有多个报警条件的报警系统，以在发生某些情况时向用户发出指示。优选的是，报警条件包括但不限于:指示高压喷嘴的阀没有完全关闭或喷嘴堵塞的嗔嘴报警；检测系统中的压力的压力报警；电源报警；和指不系统中存在充足材料的材料报警。该报警系统优选包括视觉、电气和声音报警器。视觉报警器包括各种颜色的指示灯，每种颜色的指示灯指示不同的条件。例如，绿色的指示灯可以表示系统通电并准备启动。红色的指示灯可以表示系统停机。闪烁的指示灯可以表示喷嘴堵塞，琥珀色的指示灯可以表示在系统中有充足的材料。指示灯可以叠置安装在控制器或操作站的底部或者用户指定的地方。另一种形式的报警器是声音报警器。声音报警器包括各种声音以表示不同的系统条件。此外，报警器可以是电气报警器，其使系统关闭，直到条件得到评估为止。在喷嘴堵塞或急剧的压力变化期间，这尤其重要。虽然具体的实施例涉及使用挤出机的塑料加工，但所描述的方法和装置也可以适用于如下情况，即:不使用挤出机熔化聚合物，而是将添加剂引入到直接从聚合反应器(例如其中进行熔融聚合的聚合反应器)中得到的熔融塑料中。利用所述的方法和装置并加以必要的变更，可以在反应器的下游引入添加剂。已经参考优选的实施例描述了示例性实施例。显然，其他人在阅读和理解前面的详细描述后，会做出多种修改和改变。这些示例性实施例包括落入后附权利要求或其等同方案范围内的所有的这类修改和改变。
权利要求
1.一种 在塑料加工期间输送添加剂的方法，其中，所述方法包括: 在控制回路中建立组件网络，所述控制回路使用反馈方法来驱动至少一个泵，所述反馈方法包括: 从与塑料加工装置相关联的至少一个传感器向控制器发送至少一个信号； 从所述控制器向所述至少一个泵发送一个或多个信号； 监测所述至少一个泵的压力和检测喷嘴阀的位置；以及 向所述喷嘴阀发送一个或多个信号，以指示所述喷嘴阀打开或关闭。
2.如权利要求1所述的方法，其中， 所述塑料加工包括塑料熔融工艺。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中， 所述添加剂被输送到聚合反应器的下游，在所述聚合反应器中，塑料材料被制成熔融的塑料材料，熔融的塑料材料离开所述聚合反应器，并且在离开所述聚合反应器之后，熔融的塑料材料的熔融状态至少一直保持到向熔融的塑料材料中输送添加剂。
4.如以上任一项权利要求所述的方法，其中， 所述控制器是高压喷嘴控制器。
5.如权利要求4所述的方法，其中， 一旦系统压力达到用户指定的水平并且所述喷嘴阀处于合适的位置，所述喷嘴控制器就向所述喷嘴阀发出信号以指示所述喷嘴阀打开。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中， 所述喷嘴控制器调节通过所述喷嘴阀的所述添加剂的流量，以使该流量与相关联的挤出机的输出相匹配。
7.如以上任一项权利要求所述的方法，其中， 所述喷嘴阀是闻压喷嘴阀。
8.如以上任一项权利要求所述的方法，其中， 所述至少一个或多个泵包括高压计量泵。
9.如权利要求8所述的方法，其中， 所述至少一个或多个泵包括与所述高压计量泵串联的预加压泵控制器。
10.如权利要求9所述的方法，其中， 在压力高于3000psi时，除了使用所述高压计量泵之外，还要使用所述预加压泵。
11.如权利要求10所述的方法，其中， 所述预加压泵与所述高压计量泵共同具有约6000psi的加压能力。
12.如以上任一项权利要求所述的方法，其中， 所述输入信号包括如下信号中的一个或多个信号:授权动作的至少一个启动信号，至少一个电源指示信号，指示挤出机螺杆转动的至少一个信号；指示清理行程和反堵塞行程中至少一种行程的至少一个信号；以及指示流量的至少一个电流强度信号。
13.一种用于在塑料加工中精确引入添加剂的添加剂输送系统，所述塑料加工例如是塑料熔融工艺，所述添加剂输送系统包括: 与塑料加工装置相关联的至少一个传感器，所述塑料加工装置例如是熔融装置； 高压喷嘴控制器；至少一个泵；以及 高压喷嘴， 其中，所述添加剂输送系统包括逻辑控制回路，所述逻辑控制回路适于使用反馈逻辑方法来驱动所述至少一个泵和喷嘴阀。
14.一种用于在塑料加工中在下游输送添加剂的高压喷嘴，所述高压喷嘴包括: 促进下游喷射的长度在约3英寸至5英寸之间的通道； 具有外密封件和内密封件的双重密封系统； 高压管；以及 防止喷嘴的热量积聚的冷却机构。
15.如权利要求14所述的高压喷嘴，其中， 所述双重密封系统还包括组合压盖密封和唇部密封系统。
16.如权利要求14或15所述的高压喷嘴，其中， 所述高压管是钢管。
17.如权利要求16所述的高压喷嘴，其中， 所述高压钢管能承受约4000至7000psi的压力。
18.如权利要求14-17中任一项所述的高压喷嘴，其中， 所述冷却机构具有调温冷却块。
19.如权利要求14-18中任一项所述的高压喷嘴，其中，所述冷却机构具有:包裹在所述高压喷嘴周围的至少一个铜线圈，热屏蔽罩和风扇。
20.如权利要求14-19中任一项所述的高压喷嘴，其中， 所述添加剂注入发生在进料口下游的距离进料口大于2螺棱的位置。
21.如权利要求14-20中任一项所述的高压喷嘴，其中， 所述通道的长度约为4英寸。
22.—种向塑料加工装置中成比例地输送添加剂的方法，所述塑料加工装置例如是熔融机，所述方法包括: 根据例如是熔融机的塑料加工装置的电流强度和相关联的泵的每分钟转数(RPM)建立比例； 对具有各种阶梯斜率的多个区域进行编程，所述区域由例如是熔融机的所述塑料加工装置内的具体条件限定； 以及 根据所述区域对向例如是熔融机的所述塑料加工装置的添加剂输送进行编程，以保持成比例地输送添加剂。
全文摘要
本发明公开了一种在塑料加工期间输送添加剂的方法。所述方法包括在控制回路中建立组件网络，所述控制回路使用反馈方法来驱动至少一个泵(46)，从而能够在难以控制的环境里连续稳定地按比例输送添加剂。所述反馈方法包括从与熔塑机相关联的至少一个传感器向控制器(43)发送至少一个信号；从所述控制器向所述至少一个泵(46)发送一个或多个信号；监测所述至少一个泵(46)的压力和检测喷嘴阀(49)的位置；以及向所述喷嘴阀(49)发送一个或多个信号，以指示所述喷嘴阀(49)打开或关闭。
文档编号B29C47/92GK103140342SQ201180042749
公开日2013年6月5日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年7月8日
发明者迈克尔·D·西伊 申请人:嘉洛斯控股有限公司