CN101022933A - 用于制造注塑件的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造注塑件特别是PET预成型坯的装置，包括一用于预加工和/或塑化加工优选颗粒状材料的挤出机(1)、一个用于容纳已预加工和/或塑化加工的材料的输送储存器(2)和一个用于进一步加工材料的活塞机组(3)，在实现注塑件节约能量、节约空间以及可普遍使用的生产方面如此设计，即挤出机(1)设计为双螺杆挤出机(4)并且至少两个处理区域(6，8)设计为排气区域。

Description

用于制造注塑件的装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造注塑件特别是PET预成型坯的装置，包括一用于预加工和/或塑化加工优选颗粒状材料的挤出机、一用于容纳已预加工和/或塑化加工的材料的输送储存器和一用于进一步加工材料的活塞机组，其中挤出机至少具有两个处理区域。
此外，本发明还涉及一用于制造注塑件特别是PET预成型坯(聚对苯二甲酸乙二酯预成型坯)的装置，包括一用于预加工和/或塑化加工材料的挤出机、一用于容纳已预加工和/或塑化加工的材料的输送储存器，和一用于进一步加工材料的机组，其中挤出机至少具有两个处理区域。
背景技术
用于制造注塑件特别是PET预成型坯的装置在实践中长期以来已知。在此，使用一个用于预加工和/或塑化加工优选颗粒状材料的挤出机，其中，使用一个用于容纳预加工和/或塑化加工的材料的输送储存器，并设置一个用于进一步加工材料的活塞机组。在以注射成型方法制造PET预成型坯时，通常使用用于塑化加工材料特别是塑料颗粒的螺旋挤出机。为了进一步加工，塑化加工的材料通过一活塞机组(注射槽)被注射或者直接通过一可轴向推移的螺杆喷射。由于PET具有吸湿性并且相关的湿度导致水解聚合链分解，所以特别当材料呈颗粒状时，材料预干燥的费用极大。
在预干燥时，用电或借助燃气加热的空气被引入一大容量的、隔热的储备容器。其中，材料被脱水并且经历温度升高。在借助预干燥的单螺杆塑化加工时，与材料的温度升高相比，能量需求明显提高，通常为0.55kWh/kg。此外，干燥设备还需要很大的结构空间，该结构空间导致用于制造注塑件的装置在垂直方向上的大幅度增加。例如仅参照EP 0 538 286 B1。
此外已知的是，材料特别是PET颗粒和再循环利用的材料(Recyclat)通过从下方加料的双螺杆挤出机无干燥地在应用合适的处理件和一合适的真空抽取装置的情况下加工成薄膜和纤维。然而，这样的无预干燥的塑化加工方法却在特定范围内比如PET预成型坯不能够应用，因为考虑到在熔体中存在水解分解和乙醛含量(AA含量)。但是，一低的AA含量是预成型坯设备重要的性能特征，因为绝大多数制造的预成型坯用于灌装水和CSD(碳酸软饮料)。其中，高的AA含量会破坏性地影响饮料的口味。
此外，在使用一双螺杆挤出机制造PET预成型坯时的问题还在于，一注射成型机的循环运行和一始终运转的双螺杆挤出机的同步。早在使用集成在注射混料机中的双螺杆混料机时可以考虑的是，这些机器的连接需要一挤出机和注射槽(Shot-Pot)之间的储备装置。
在装备有单螺杆作为塑化加工组件的注射成型机上制造PET预成型坯是已知的。为此，将PET预干燥几小时达到大约20ppm的剩余湿度，在单螺杆中进行塑化加工，并注射成为预成型坯件。如果必须加工含有任一种添加剂的产品，所述添加剂必须在一前接的混合工序中加入。
对于制造用于牛奶瓶、果汁瓶或类似应用的预成型坯来说，各种注塑件必须具有特定的阻挡特性，以便阻止内装物的变化，如这在从注塑件中扩散内装物或者材料渗入时发生。此类阻挡特性能够例如用于防止光电氧化、紫外线光或氧化作用。当前，此类添加剂的处理在一螺旋挤出机上是不可能的或者质量不够。因此，只有对于在一前接的混料步骤中进行加入的应用才能够加工所述产品。即使加入50％二氧化钛(TiO2)-PET母料，为了在一牛奶瓶中获得对于足够的O2阻挡特性是必要的10％的TiO2含量，由于一螺旋挤出机的不充分的混合作用也是不可能的。至少一必需数量的粉末状TiO2不能够借助单螺杆挤出机加工。用于保护此类注塑件内装物的另一可能性在于在一额外加工步骤中加入一阻挡层。但这却需要额外的设备，花费大量时间并且从而成本高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的用于制造注塑件的装置，在该装置上实现具有不同特征的注塑件节约能源、节省空间、保护材料的以及能够普遍使用的生产。
按本发明，上述目的通过按权利要求1所述的用于制造注塑件的装置实现。照此，所提及的装置如此设计并扩展，使得挤出机设计为双螺杆挤出机，并且至少两个处理区域设计为排气区域。此外，该目的还通过按权利要求12所述的用于制造注塑件的装置实现。
按本发明的方式可以看出，在使用一具有双重真空抽取装置和一用于PET塑化加工的合适的处理件(Verfahrensteil)的双螺杆挤出机以及在经由一个中间组件将直接塑化加工与PET预成型坯-注射成型机的注射槽(Shot-Pot)连接时，可以以特别高质量制造注塑件而无需昂贵的预干燥。在此，一方面，通过取消预干燥节约能量成本。另一方面，由于缺少的干燥设备，该装置一压缩的结构是可能的，其中塑料件的低的AA含量成为可能。在公知设备上需要的用于预干燥和塑化加工PET的能量大约0.55kWh/kg，通过按本发明的装置可以降到大约0.26kWh/kg。由于在制造预成型坯时能量消耗是材料消耗之后的第二大的成本分额，所以由此能够实现显著的客户收益。
用于制造注塑件特别是PET预成型坯的传统的装置具有预干燥容器，为了限制调整面和隔热的导管，该预干燥容器设置在挤出机上方。由此，结构高度达到12至15米。按本发明的装置只具有3至4米的高度，由此，生产也能够在一多层建筑物中进行。此外，在传统的装置启动时预干燥的长时间持续既浪费时间又不方便。按本发明的装置能够在几乎无需预运行时间的情况下在几分钟内开动。
在一种特别简单的构造方面，双螺杆挤出机可以具有优选五个处理区域。但可选择的是，双螺杆挤出机也可以具有更多或更少的处理区域，根据用于哪一种应用情形使用所述装置。在一个优选第一处理区域中，加入的材料能够实现熔化优选达至少90％。其中在该区域内，能够尽可能快地且良好地加热该材料特别是颗粒状的材料，并且实现材料的熔化。
此外，第二和第四处理区域可以设计为排气区域。在所述排气区域中，熔体能够减压缩且在一大平面上承受例如小于5mbar的第一真空。由此，水和分解产物比如AA含量尽可能地通常抽出达80％。
在一种有利的方式中，至少一个优选第三处理区域设计为缓冲区域(Beruhigungszone)。额外地或者可选择地，在设计为排气区域的第四处理区域内，大约20％的剩余的挥发性的部分能被抽出，其中在一大的平面上有通常小于5mbar的另一真空。在此，可以设置至少一个真空泵和分离技术，它们能够在考虑抽出的低聚物情况下配置。
此外，以有利的方式可以在一个优选第五处理区域中进行熔体的压缩。由此实现一压力形成区域，其中一排气的熔体能够再次被压缩，以便接着能够供给输送储存器。
在一特别简单的构造的框架内，双螺杆挤出机能够从下方加料(Unterfütterung)。
双螺杆挤出机加料能够以特别简单的方式借助一重力计量的配料装置完成。借助所述重力计量的配料装置，双螺杆挤出机从下方加料能够特别简单地实现。
双螺杆挤出机也能够以有利的方式设计为同向旋转的。在此，在一简单的运转方面，双螺杆挤出机能够连续地运转。在加工未干燥材料特别是PET方面，双螺杆挤出机在低转速时能够以高的转矩运转。
此外，在有利的方式中，在连续的挤出过程和循环注射成型过程之间可以设置一个用于与运转类型匹配的可变化的、典型地液压驱动的输送储存器。
为改变待加工的材料的特性，在一个处理区域内能够混合添加剂。这些添加剂可能是填充材料，例如二氧化钛TiO2、滑石粉、纳米复合材料或者其它添加剂，它们用于改变待加工材料的材料特性，以便例如提高对光致氧化的保护。这样的添加剂的例子是去氧剂，它用于改善用于阻止氧气穿透的阻挡特性。例如，这样的去氧剂可以在市场上从ColorMatrix公司的产品名称为Amasorb中获得。额外地或者可选择地能够加入添加剂，例如，它能够作为紫外线稳定剂、作为光反射屏或者用于提高粘度。此外，彩色添加剂也是可以考虑的，比如，它们能够以液体或者母料为形式存在。此外，聚酰胺添加物PA和/或部分芳化作用的PA作为芳香族阻挡(Aromabarriere)是可能的。其它用于改善阻挡特性的材料也是可以考虑的。
在其它按本发明的方式中，该目的通过按权利要求12所述的装置实现，该装置的特征在于，挤出机设计为多螺杆挤出机，在所述处理区域之一中可混合添加剂。在特别有利的方式中，挤出机能够设计为双螺杆挤出机。通过使用这样的可配备有连续工作的多螺杆的注射成型混料机会产生很多优点。例如，添加剂能够没有问题地例如以粉末的形式添加到材料中。此外，其它产生的优点在于，PET或者另一可取代PET使用的材料例如可承受延展负荷的PP(聚丙烯)、具有良好的阻挡特性的PEN(聚蔡二甲酸乙二醇酯)或者PET/PEN(聚对苯二甲酸乙二酯/聚蔡二甲酸乙二醇酯)、或者PET/PA(聚对苯二甲酸乙二酯/聚酰胺)以及PET/EVOH混料(聚对苯二甲酸乙二酯/乙烯/乙烯醇混料)的组合，可以又借助良好的阻挡特性以及非结晶形的/部分结晶的再循环利用的材料和薄片比如PLA(聚乳酸)预干燥。所述材料也能够在按本发明的装置中使用，该装置具有一排气装置、优选地一真空排气装置。但是如上所述，如果设置一足够的真空排气装置，能够省去这样的预干燥。与常规的预加工相比，这意味着明显地节约能源，因为能够省去预干燥步骤。这在再循环利用的材料的加工时起更关键的作用，因为为此使用的干燥器由于薄片太小的堆密度(Schüttgewichts)必须具有大约三倍的大小。此外，必须搅动该干燥器，因为薄片在预结晶时会粘结。额外的优点在于，能够完全省去塑化加工步骤。
此外按本发明的装置有利的是，在加工添加剂如填充材料时，例如当需要添加剂时，能够作为粉末计量。填充材料可以是TiO2(二氧化钛)、滑石粉、纳米复合材料或者类似材料，它们可以添加用于对各种损害的特性的保护，比如光致氧化。此外，作为添加给所有添加剂都是可以考虑的，其中它们可以作为紫外线稳定剂、作为光反射屏或者用于提高粘度，或者用于改变其他特性。另一可能的添加剂可以为去氧剂，例如ColorMatrix公司的Amasorb。添加PA(聚酰胺)或者部分芳化作用的PA作为芳香族阻挡也是可能的。由此，彩色添加剂、液体或作为母料能够可以以简单的形式作为添加剂配料。这样的机器系统的塑化加工功率实际上是不受限制的，因为它仅依赖于所安装的马达功率或者所使用的挤出机。
由此这种装置的优点特别在于单级的制造工艺，并且在于处理例如粉末状或其它组分和未干燥的材料的可能性，其中与此相关的能量消耗和成本减少。此外，聚合物仅仅经过一个塑化加工过程，这再次导致一对于产品的负荷。如上所述，按本发明的构思，能够转移到其它包装物品和其它包装材料上并且由此不限于PET预成型坯。
为了特别有效地预干燥和/或排气，一个处理区域可以设计为排气区域。在一种极其特别有利的方式中，至少两个处理区域可以设计为排气区域。由此实现特别有效的预干燥。特别有利的是，添加剂的混合用于实现加工的材料的阻挡特性。
现在存在以优选的方式设计和扩展本发明的理论的各种可能性。为此，一方面，能够参照从属于权利要求1的权利要求，另一方面参照以下借助附图对按本发明的用于制造注塑件的装置的一优选实施例的说明。在与借助附图对按本发明的用于制造注塑件的装置的优选实施例的说明的联系中，也说明本理论普遍优选的设计和扩展构造。
附图说明
附图中唯一的图示出按本发明的用于制造注塑件的装置的示意图。
具体实施方式
在唯一的图中示出的实施例中，用于制造注塑件的装置用于制造PET预成型坯。它具有一挤出机1，该挤出机用于预加工和塑化加工颗粒状的材料，在此为塑料。此外，该装置还具有一用于容纳预加工和塑化的材料的输送储存器2以及一用于进一步加工所述材料的活塞机组3。特别是在输送储存器2和活塞机组3的组合中，可以将以连续形式生产的熔体转为注塑件。
在按本发明的方式中，挤出机1设计为双螺杆挤出机4，并且至少两个处理区域6、8设计为排气区域。
双螺杆挤出机4具有五个处理区域5、6、7、8、9，其中在第一处理区域5中，加入的材料至少熔化90％。加料在该实施例中通过一重力计量的配料装置10进行，它以特别简单的方式实现双螺杆挤出机4从下方加料。
第二处理区域6设计为排气区域，其中在这里在一大的表面上接上大约5mbar的第一真空，它借助一真空泵11产生。由此，水和其它分解产物例如AA大约80％被抽出。
第三处理区域7以及第四处理区域8的组合作为缓冲和排气区域实现继续抽出大小为大约20％的挥发性部分。这里也使用一用于产生和接上一大约5mbar的第二真空的真空泵。真空泵和分离技术在考虑抽出的低聚物(Oligomere)情况下配置。
在该实施例中，双螺杆挤出机4连续地且以相同方向旋转，其中双螺杆挤出机4在低转速时以高的转矩运转。借助活塞机组3，熔化的材料注入到预成型坯模具中。
其它细节方面，为避免重复参照通常的说明。
最后，需要着重指出，上述实施例只用于解释所要求保护的教导，但并不限于该实施例。
附图标记清单：
1挤出机
2输送储存器
3活塞机组
4双螺杆挤出机
5第一处理区域
6第二处理区域
7第三处理区域
8第四处理区域
9第五处理区域
10重力计量的配料装置
11真空泵

Claims (15)

1.一种用于制造注塑件特别是PET预成型坯的装置，包括一用于预加工和/或塑化加工优选颗粒状材料的挤出机(1)、一用于容纳已预加工和/或塑化加工的材料的输送储存器(2)和一用于进一步加工材料的活塞机组(3)，其中挤出机(1)具有至少两个处理区域，其特征在于，挤出机(1)设计为双螺杆挤出机(4)，并且至少两个处理区域(6，8)设计为排气区域。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双螺杆挤出机(4)优选地具有五个处理区域(5，6，7，8，9)。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在一个处理区域优选第一处理区域(5)中，加入的材料实现熔化优选达至少90％。
4.按权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，第二处理区域(6)和第四处理区域(8)设计为排气区域。
5.按权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，一个处理区域优选是第三处理区域(7)设计为缓冲区域。
6.按权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，在一个处理区域优选第五处理区域(9)内进行熔体的压缩。
7.按权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，双螺杆挤出机(4)从下方加料。
8.按权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，双螺杆挤出机的加料借助一重力计量的配料装置(10)完成。
9.按权利要求1至8任一项所述的装置，其特征在于，双螺杆挤出机(4)设计为同向旋转的。
10.按权利要求1至9任一项所述的装置，其特征在于，双螺杆挤出机(4)在低转速时可以以高的转矩运转。
11.按权利要求1至10任一项所述的装置，其特征在于，在一个处理区域中可混合添加剂。
12.一种用于制造注塑件特别是PET预成型坯的装置，包括一用于预加工和/或塑化加工材料的挤出机、一用于容纳已预加工和/或塑化加工的材料的输送储存器和一用于进一步加工材料的机组，其中挤出机具有至少两个处理区域，其特征在于，挤出机设计为多螺杆挤出机，在所述处理区域之一内可混合添加剂。
13.按权利要求12所述的装置，其特征在于，其中一个处理区域设计为排气区域。
14.按权利要求13所述的装置，其特征在于，至少两个处理区域设计为排气区域。
15.按权利要求12至14任一项所述的装置，其特征在于，添加剂的混合用于实现加工的材料的阻挡特性。
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