CN109176956A - 用于注塑塑料材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于注塑塑料材料的方法和装置，其中对有待处理的初始塑料材料首先进行预处理，其中在容纳容器中，在持续地混合的情况下，在低于熔化温度的温度下，给塑料材料加热，同时使得塑料材料结晶、干燥和/或清洁和/或提高塑料材料的极限粘度。根据本发明规定，使得采用这种方式经过预处理的塑料材料转移到蜗杆注塑装置（10）中，并在该蜗杆注塑装置中塑化和注塑为成型件例如预制坯，该蜗杆注塑装置具有在壳体（17）中旋转的且在其中可轴向移动的或者用作活塞的蜗杆（16）。

Description

用于注塑塑料材料的方法和装置

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的方法以及一种根据权利要求8的前序部分的装置。

注塑是用于制造成型部分的最重要的方法。在全部塑料加工机器中大约有60％是注塑机（30％是挤压机，10％是“外围机构（Exoten）”）。在注塑机上制造的成型部分的注塑重量为少数几个毫克至30kg。

注塑尤其适合于大宗产品，因为原材料（粒料）多数情况下在一道工序中即可转变为成品。后续加工比较少，甚至完全可以取消，即使几何形状复杂也能在一道工序中制好。另外，可以加工各种各样的填充物，例如玻璃纤维、滑石粉、炭黑、金属屑、颜料、聚合物添加剂等，这样就能有针对性地改变成品的特性。

成品特性决定于所使用的材料、造型和加工方式。这些因素对塑料特别是热塑性塑料的影响要比金属更为明显。作为（部分结晶的/非晶态的）材料，要选取“正确的”的塑料，这在很大程度上取决于其分子结构。采用注塑方法通常几乎仅能加工热塑性的聚合物。热塑性塑料由线性巨大分子组成，这些巨大分子在成品中在统计上卷绕成团（非晶态的）、有规则排列（结晶的）或者也可能拉直（定向的）。在多数情况下，所有这三种状态在一件成品中都会混合存在。由于所有塑料的分子重量都比较大，所以在成品中绝不会有100％的结晶状态存在，这就涉及到结晶度（结晶体积与总体积的比值）。部分结晶的成品的结晶度通常在50％和80％之间，且除了专属于材料的特性外，尤其还取决于（工具的）结构和加工参数。

用于正确地选取材料的另一个重要的方面是成品的以后的使用温度。这里尤其必须要注意玻璃过渡温度范围。就某些类型的塑料而言，由于玻璃过渡温度处于室内温度范围内，所以在玻璃过渡温度之上还是之下使用就会成为一个很重要的问题，因为在玻璃过渡温度范围内会有很多机械特性发生“突然”变化。

最重要的注塑加工参数是材料温度、工具温度、模具装填时间或注射体积或工具中的压力变化（模具内部压力）。

装填时间和工具中的压力变化在根本上决定着模具装填过程，进而决定了成品的机械特性。由于多数塑料在冷却过程期间收缩，所以必须在后补压力（Nachdruck）下向后推动（nachschieben）造型材料，直至达到封点（Siegelpunkt）（浇注件凝固）。在达到封点之后，切断后补压力。但成型部分仍在封闭的工具中停留一段时间（剩余冷却时间）。在这段剩余冷却时间内，成型部分的温度下降到熔化温度或软化温度以下，从而抑制在接下来抛出成品时发生变形。从开始装填工具到下一次开始的整段时间称为周期时间。

要选取的材料温度或工具温度是材料特有的参数，且在大多数情况下由塑料制造商预先设定或推荐。这些参数会对成品的特性产生影响。因而例如就PET而言，工具温度完全决定着成品的结晶结构：工具温度低会使得冷却比较快，成品为非晶态且透明；工具温度高就会使得结晶度提高，进而例如提高成品的机械特性。在加工塑料材料（PP、PE、PS、…）时，材料温度通常在220℃～280℃的范围内，工具温度在30℃和120℃之间。高效塑料（PEEK、PPS、LCP…）要求材料温度不超过480℃，工具温度不超过200℃。热塑性注塑是所有其它注塑方法的基础，是当今最常用的塑料加工方法。

注塑机―还有当前情况下使用的注塑机―通常由两部分构成：注射单元或塑化单元，其制备塑料粒料，并在压力下将塑料粒料注射到所述工具中；和封闭单元，其容纳所述工具（也叫模具），并使得所述工具打开和关闭。

注射单元的核心部件是蜗杆轴，也称为蜗杆，其插在圆筒或壳体中。圆筒的内直径等于蜗杆的外直径。圆筒通常称为蜗杆圆筒（Schneckenzylinder）。在蜗杆圆筒的后部区域中有一个漏斗，塑料粒料被装填到这个漏斗中。粒料经由开口（装填部件）喷洒到圆筒中。蜗杆圆筒中的蜗杆被驱动器旋转驱动，并将粒料向前输送。就热塑性注塑而言，利用电热带从外部给蜗杆圆筒加热。利用这种热量和蜗杆的特殊几何形状，粒料不仅被输送，而且被剪切，在这里，塑料熔化且塑化和均匀化。在蜗杆圆筒的尖端处有一个喷嘴，该喷嘴形成通至所述工具的过渡部分。

在定量输送过程期间，造型材料多数情况下通过回流截止器被输送至喷嘴，在这之前被堆装。为了给造型材料提供足够用的储藏室，在轴向给蜗杆仅施加较小的压力（差压），使得该蜗杆能朝向装填漏斗移动，由此在回流截止器与喷嘴之间形成所谓的蜗杆前室，一定体积的材料就位于该蜗杆前室中。差压反作用于熔融物，从而该熔融物被压缩，而不会拉回蜗杆。熔融物所施加的压力使得蜗杆往回移动。

在注射过程中，轴向地将蜗杆压向喷嘴，其中回流截止器锁止，从而一定体积的材料经由喷嘴被注射到所述工具中。

回流截止器是注塑机的一个构件。它主要由锁止环、蜗杆尖端和压紧环构成，且位于定量输送蜗杆的尖端处。注塑部件的质量主要取决于其功能。在注塑过程期间，回流截止器防止熔融材料回流到蜗杆导程（Schneckgang）中。回流截止器在定量输送时还能使得材料从蜗杆室流入到缓冲室（Polsterraum）中。在定量输送螺杆旋转时，它将塑性材料经由打开的回流截止器输入到缓冲室中，且使得蜗杆沿着轴向向后移动至调节好的值。在注射时，蜗杆通过液压机构向前移动。现在，堆装和锁止环关断朝向蜗杆的通路。定量输送的材料于是在没有压力损失和量损失的情况下被压入到注塑模具中。

在装填完90％～98％之后，切换为后补压力。此时材料必须保留在圆筒中（剩余材料缓冲），因为否则压力无法影响材料。后补压力用于补偿体积减小。

在热塑性加工时通常使用三区蜗杆。在所谓的喂入区中，塑料粒料被喂入，并被输入到下一个区即压缩区中，在那里，塑料被塑化和压缩（必要时被脱气）。然后，熔融物在计量区中被均匀化，最后通过回流截止器被压到蜗杆之前，随着差压越来越大，该蜗杆在圆筒中轴向向后移动。

由现有技术已知用于注塑的不同的方法和装置。

例如由DE 198 03 422 A1已知用于注塑纤维增强的塑料的方法和装置。

这种公开的方法规定，将塑料初始材料例如碎化的或粒化的塑料初始材料输送给由挤压机壳体和在挤压机壳体中围绕纵轴旋转的挤压机蜗杆构成的塑化机构，并将其在塑化机构中塑化，且朝向造型工具输送。在塑化机构的区域中，给塑化的塑料材料添加纤维材料，且在后续输送时在塑化机构中与塑化的塑料材料混合。然后，将含有纤维的塑化材料输送给注射机构，并利用注射机构经由注射喷嘴将其注射到由至少两个部分构成的造型工具中，接下来，在造型工具中将其压制成型坯（Formling）。塑料初始材料经由破碎机（Schredder）被输送给挤压机，其中必要时在破碎机中向输出材料掺入添加剂。

用于实施所述方法的被公开的装置具有：塑化机构，其带有挤压机壳体和在挤压机壳体中可围绕纵轴旋转的挤压机蜗杆；用于纤维材料的定量输送机构；注射机构，其带有注射圆筒、注射活塞和注射喷嘴；以及压制造型工具，其带有可相向移动的造型工具半部。此外，在挤压机圆筒的起始处，有一个破碎机，它一方面将塑料初始材料碎化，利用摩擦热将其加热，另一方面将其输送给挤压机圆筒中的挤压机蜗杆。

所述方法和装置已表明是完全适宜的，但并不适合于加工塑料混合物，特别是与至少一种聚合物混合的混合物，因为特别是聚合物在接近其熔点时会对自然空气湿度做出敏感的反应，也就是说，由于水解而使得分子链长度缩短，这会使得材料特性产生不利的变化，例如强度减小，或者颜色改变。这种对材料特性的不利影响在有待生产的终端产品中是并非所愿的。

其它塑料例如聚酰胺，在接近其熔点时会受到氧化的危险，这在塑料特性或终端产品特性方面同样会带来上述缺点。

为了避免这些缺点，由EP 390 873已知一种用于制备热塑性塑料物料的装置。这种装置具有容纳容器，该容纳容器可在上面被一个用于有待装入的塑料物料的闸阀至少基本气密地封闭。为了抽真空或者为了将保护气体引入到容纳容器的内腔中，该内腔与至少一个管路在如下部位连通，即该部位高于容纳容器中的最高的料位，其中该管路与用于气态介质的抽吸泵连接，或者与用于保护气体的泵连接。这种装置特别是能确保在聚合物不发生分解反应的前提下实现干燥和加热。容纳容器最好设有破碎刀具、搅拌叶片或搅拌棒，它们相对于容器内腔同样是气密的。此外，破碎机的输入口相对于挤压机圆筒也是气密的。这种装置已表明实际上也是适宜的。

为了制备塑料混合物，在WO 01/68345中记载了另一种方案，即一种用于注塑塑料混合物的方法，该塑料混合物特别是具有至少一种聚合物和至少一种变性组分尤其是其回收物的塑料混合物，以及记载了一种用于实施该方法的装置，该方法能制备这种塑料混合物，同时在很大程度上保持材料特性，或者可以充分地利用对这种塑料混合物的材料特性的已知改进。特别是当一种或多种变性组分的熔点接近聚合物组分的在容纳容器中产生的干燥温度时，由此将防止在制备装置中出现可能的烘烤或形成烧结块。

类似于EP 390 873，热塑性聚合物组分或PET混合物在初始状态下在预处理站中被加热和干燥。然后，经过加热和干燥的PET组分被输送给塑化单元，且混合有至少一种变性组分。由热塑性聚合物组分和变性组分构成的混合物在塑化单元中均匀化，且熔融物被输入到注射单元中，然后注射到打开的造型工具中。

对注塑设备中的塑料材料的加工主要取决于输送给注塑设备的材料的不同的参数或特性，特别是取决于其粘度、结晶度、分子结构、表面层的方向性、可能的各向异性等。所有这些参数都受到在塑化之前或者在熔化之前对材料的加工方式或制备方式的决定性的影响。但熔化方式和注射过程方式也会对终端产品的最终质量产生影响。就此而言，当然也可以考虑实际的和经济的方面，例如周期时间等。

特别是当采用该方式制得的物件并不是终端产品，而是例如还要改变形状的中间产品，例如是预制坯时，这种产品最好能具有较高的质量。

因此，本发明的目的是，提出一种方法，借此能采用注塑方法，顺畅地高效地且成本低廉地将塑料继续加工成高价值的终端产品或中间产品，例如加工成预制坯。此外还要提出一种适合于该方法的装置。

采用权利要求1和权利要求8的特征部分的特征，便能以有利的方式实现该目的。

已令人意想不到地表明，采用本发明的方法和装置，即使敏感的或不稳定的特别是吸湿的塑料或者含有大量水分的塑料，也能得到顺畅的加工。此外，有待回收的塑料特别是聚乳酸PLA也可以独立于其类型、形状和组分而得到干燥，必要时在一个步骤中同时被结晶化。另外，可以对这些塑料进行快速的尽可能节省能量的回收，其中通过注塑回收得到的重复利用的终端产品或物件具有高的粘度值，其粘度特别是可与有待回收的物料的粘度值相媲美。此外，采用该方法可以加工污染或沾染严重的或者受压强烈的塑料，其特别是具有可蒸发的物质，而不会不利地影响塑料的机械特性和/或塑料的熔融特性。回收的重复利用的塑料或得到的塑料熔融物或由熔融物制得的注塑产品对于食品是安全的，也就是说，符合食品技术规定，适宜用于食品，或者经过欧洲ILSI文献或FDA认证。因而采用该方法能将在输送的原材料中含有的有害物质、移动产品（Migrationsprodukt）或沾染物在很大程度上尽可能地分离。

因此采用该有利的方法，利用结构简单且工作快速的装置，能得到具有高价值特性的产品特别是预制坯。

本发明的方法分为两步，首先包括对热塑性的初始材料进行预处理或制备，然后在注塑装置中对其进行后续加工（喷射模制）。简单地说，使得一种特殊的制备容器与特殊设计的注塑机连接，在该制备容器中对初始材料进行预处理，由此仅使得特别是被预处理的具有特殊特性的材料进入到注塑机中，并在那里熔化和注射成型。

预处理的第一步骤即对热塑性塑料材料的加工和回收，在其所有有利的设计中，通常在一个容纳容器或反应器中进行。有待处理的塑料材料位于该容纳容器或反应器中，并在持续地混合或运动中和/或在碎化的情况下，经过高温处理。

为了混合和加热塑料材料，在反应器中设有至少一个、必要时布置在多个上下叠置的平面上的、可围绕竖直轴旋转的碎化或混合工具，其具有对物料产生碎化作用和/或混合作用的工作边。利用这种碎化或混合工具，给聚合物材料施加以机械能量，由此进行加热，同时使得聚合物材料混合和运动。加热通过对所施加的机械能量的转变来进行。

聚合物材料最好轻柔地但持续地运动。这样就能防止材料在结晶温度范围内粘合或粘接，直至微粒表面充分结晶，由此防止各个微粒粘接在一起。此外，通过运动能提高过程温度。在处理容器中，在轻柔且持续地运动的情况下，除了要阻止粘接外，还要考虑到使得容器内的温度足够高，或者保持足够高，且每个微粒都顺畅地被加热到相应的温度或保持相应的温度。同时，通过运动，有助于移动的分子脱离于微粒的表面。为此，有利地在连续的过程中使用处于不同平面上的工具，或者在批次过程中使用混合工具。

这种反应器也得到了实际应用，例如已知为“EREMA塑料回收系统PC”或“单级或双级Vacurema设备”。

加工时的温度低于塑料材料的熔化温度，且优选高于其玻璃过渡温度，其中聚合物材料均匀且持续地运动和混合。由此在一个步骤中使得塑料材料结晶、干燥和清洁。

作为有待处理的塑料材料，尤其使用聚乳酸（PLA）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚萘二甲酸乙二酯（PEN）、聚酰胺（PA）、聚酰亚胺（PI）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、苯乙烯共聚物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、苯乙烯-丙烯氰（SAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和/或特别是基于淀粉基的生物塑料或淀粉混合物。也使用这些塑料材料的混合物，例如PET/PE、PET/PA或PP/PA。

作为新货或再生品，塑料材料的存在形式通常为至少部分结晶的或不结晶的或非晶态的粒料。但塑料材料的存在形式也可以是：非晶态的、碎化的薄膜废料，其特别是由拉伸得到，厚度特别是在100μm～2mm之间；由拉伸设备得到的薄膜废料，厚度特别是在5μm～100μm之间；和/或纤维废料和毛布（Vlies）废料。塑料材料的存在形式还可以是瓶废料或注塑废料。

确切的方法参数特别是温度要视材料的形式和厚度而定，当然也要视聚合物本身的类型而定。

该方法针对形式尤其为粒料、薄片等的块状聚合物料，优选在单级的Vacurema反应器中实施。这种反应器具有上述特征，且可以被施加以真空。

对于形式为薄膜、纤维或毛布的聚合物料来说，该方法有利地在单级的EREMA PC反应器中实施。通常，在环境压力下即在无真空的情况下实施该方法也就足够了。该反应器也具有上述特征。

该方法也可以分两步进行。因此，在两级的Vacurema反应器的结晶干燥器中有待清洁的材料例如可以是薄片或者由结晶的和非结晶的粒料构成的混合物。在前置的干燥器中设有可围绕竖直轴旋转的碎化或混合工具，其配备有对物料产生碎化和/或混合作用的工作边。利用这些碎化或混合工具给材料施加以机械的能量，由此对材料进行预热，同时使得材料混合和运动。接下来，对预热的、预干燥的、预结晶的材料进行主要处理。

为了能以有利的方式实施本发明的方法的第一步骤，例如可以使用如下装置，该装置具有用于有待加工的塑料物料的容器，物料经由装入口被输送给该容器，利用至少一个与容器侧壁连接的蜗杆从该容器中输出物料，其中在容器底部区域中设有至少一个可围绕竖直轴旋转的工具，该工具设有对物料产生碎化和/或混合作用的工作边，蜗杆的喂入口至少接近工具的高度，优选设有至少一个与容器连接的管路，用于在容器内腔中产生真空和/或吸气。这种装置例如被实现为Vacurema反应器或EREMA PC反应器。

这种方法实施起来通常比较友好，即使加工对空气中氧气和/或湿度敏感的塑料也比较友好，因为通过给容器抽真空或者将保护气体装入到容器内部，可以保护塑料材料免受这些有害影响。

但已表明，在有些情况下，输入到蜗杆中的塑料材料的均匀度不够用，特别是这种材料的干燥度不够用，为了避免降级，所述塑料在塑化之前就必须已经完全干燥。

厚度较大的薄膜要求随着厚度的增加，干燥成本也上升，因而对于这种物料来说，需要特殊的干燥过程，例如在专用的干燥器中使用脱水的空气进行干燥。另外，这些干燥器在仅适于结晶的物料的温度范围内工作，非晶态的物料可能会粘接，因此会烧结在一起。

这意味着，在干燥过程之前必须进行结晶过程。但如果有待加工的物料在容器内被工具加工很长时间，则特别是在装置连续地工作时会产生危险，使得某些塑料微粒过早地被输出蜗杆捕获，而其它塑料微粒却太晚。被过早捕获的塑料微粒可能仍然比较冷，因此得不到充分的预处理，以至于在输送给注塑设备的材料中产生不均匀性。

为了避免此点和明显地改善输出材料的均匀度，本发明的方法可以在另一装置中实施，即就该装置而言，在主要容器的进入口上连接有至少一个其它容器的输出口，在所述其它容器中，也在容器底部区域中设有至少一个可围绕竖直轴环绕的工具。因而串联地设有两个或多个容器，有待加工的塑料材料必须依次经过这些容器。在第一容器中产生已经预碎化的、预热的、预干燥的、预压缩的进而预均匀化的材料，该材料被输送给下一个容器。由此确保未处理的即冷的未压缩的未碎化的或不均匀的材料不会直接被输送给输出蜗杆，或者输入到注塑设备中，或者通过输出蜗杆被输送给后置的挤压机等。

如果在第二和/或下一个容器中对热塑性的塑料物料进行真空处理或保护气体处理，则也能实现所述优点。溢流横截面通常比较小，由于材料输送而大大地抑制了压力补偿。此外，在前置的容器中形成的混合凝结物（Mischthrombe）会堵住该容器的出口，因而也在一定程度上起到密封作用。

如果另一容器的即前置容器的出口至少接近在该容器中的即在容器底部区域中的工具的高度，则所述情况特别有利。在该容器中环绕的工具于是利用离心力输入到出口中，从而溢流横截面始终都顺畅地装填有材料。

根据一种有利的改进，出口与入口通过接管而连接，在该接管中设有截止机构。这样就能在两个容器之间实现完全密封，从而完全避免真空损失或保护气体损失。在最简单的情况下，根据本发明，该截止机构可以是滑阀（Schieber），一旦在后置的容器中进行真空处理或吸气，该滑阀就封闭。但由此就无法再连续地工作。而根据本发明的一种优选的实施方式，如果截止机构具有闸阀特别是中央闸阀，则在两个容器之间的所述密封就能得以保持，却能实现连续的工作。闸阀的小室也可以采用本已公知的方式被吸气或抽真空。

在后置的容器中形成的真空有助于从前置容器中吸入有待加工的物料。就这种设备而言，因此通常可以将这些容器布置在相同的高度。但如果利用重力来改善对后置容器的装填，则根据本发明的一种改进，可以采取适当的布置方式，使得沿着物料流动方向前置的容器高于后置的容器。后置容器因此也可以在其侧壁的中间区域或上部区域中被输送物料，必要时还可以经由顶盖从上面输送。

如前所述，该第一方法步骤可以采用有利的方式在相应地为此设计的装置中也分为两级。在实施该方法时，对落下的或装入的物料进行第二级处理，其中在预处理机构中进行预处理期间，物料并不进行塑化，但在干燥的同时进行结晶和/或一定程度的预压缩。在相应的温度下通过机械地加载或者将能量引入到物料中来实现预压缩。特别是机械地加载物料，或者基于所产生的摩擦消耗将至少一个混合和/或碎化部件的旋转能量转变成为热能，由此提高或调节温度。

在主处理机构中进行主处理期间，提高温度使得物料进一步干燥、消毒，并在需要时结晶化，且在高真空条件下保持停留一定的平均时间。利用至少一个混合或碎化部件，同样进行机械加载或材料压缩和能量引入，所述混合或碎化部件基于其旋转将相应的热能引入到物料中，并给该物料进一步加热。

在真空条件下进行主处理会将剩余湿度减小至预先给定的一定的平均值，还会使得挥发性的有害物质从物料中分离出去。

主处理的温度保持在物料的熔化温度以下。但力争使得该温度尽可能高。

在出版文献EP 123 771、EP 390 873、AT 396 900、AT 407 235、AT 407 970、AT411 682、AT 411 235、AT 413 965、AT 413 673或AT 501 154中精确地特定地说明的装置连同其所有有利的设计，都引入到本公开内容中，并且作为本公开内容的整体的组成部分。这些装置也得到了实际应用，例如已知为“EREMA塑料回收系统PC”或“单级或双级Vacurema设备”。

在制备或预处理塑料材料之后，作为本发明的方法的第二级，对从处理容器排出的塑料材料进行塑化，以及在注塑装置中进行注塑。

利用注塑设备的与主处理机构或切削压缩器优选直接地连接的挤压机，来进行塑化。由于直接的真空密封的连接，所以主处理机构中的真空作用到挤压机的入口区域中。挤压机通常具有塑化区，压缩和堵塞区与该塑化区连接。吸气或抽真空区与该堵塞区连接，在真空的特别是高度真空的所述吸气或抽真空区中，将挥发物质从熔融物中抽出。可以规定进行单级或多级的吸气；也可以相继地设有多个真空程度不同的压缩和去压缩区域。由此也可以将顽固的或难以蒸发的沾染物蒸发掉，

在预处理和主处理中相应地选择温度和停留时间，就可以调节从挤压机得到的熔融物和由熔融物制得的注塑产品的粘度值。利用真空中相应长的停留时间和相应高的温度，将对粘度产生有利的影响，或者进行再次聚合。

已知的注塑机有活塞式注塑机、蜗杆活塞式注塑机或蜗杆式注塑机。自从1956年以来，主要使用活塞式注塑机。当今常用的蜗杆活塞式注塑机通常将塑料以粒料的形式从漏斗引入到蜗杆导程中，并将所述塑料分割和切断。由此产生的摩擦热与由被加热的圆筒所提供的热量一起，用于形成相对均匀的熔融物。这种熔融物在退回的蜗杆的尖端之前积聚。在喷射阶段，蜗杆背面受到液压压力，或者受到机械压力。此时，熔融物在高压下（通常在500和2000bar之间）―不同于注塑―通过回流截止器、压紧在注塑工具上的喷嘴、必要时的热管道系统（对于现代串联式工具比较常见）和抽吸管道，压入到被温度调节的注塑工具的造型的空腔中。减小的压力作为后补压力（Nachdruck）仍然作用到熔融物上，直至接合部分（浇注件）凝固（冻结）。由此在很大程度补偿在冷却时产生的体积波动。采取该措施将实现稳定性和所希望的表面质量。然后蜗杆开始旋转。采用该方式制备用于后续成型件的压射材料（Schussmasse），在此期间，成型件在工具中仍被冷却，直至核心部分（Seele）（液态核心）凝固。工具打开，并抛出制好的成型件。

通过蜗杆的旋转运动来使得粒料塑化―必要时用外部加热带作辅助―这确保了温度分布非常均匀。如前所述，通过蜗杆本身的运动进行喷射。因此，蜗杆还承担了活塞的功能。有利的是，成型件质量高、周期时间短，且可以制得大型成型件。

封闭单元必须使得分开的注塑工具经受得住注射压力和后补压力的影响。在经过剩余冷却时间之后，封闭单元必须打开模具，在抛出制好的成型件之后，使得模具再次封闭。封闭单元通常含有辅助机构（分析单元），用于改善成型件的脱模。

通过控制器来调节所有重要的加工参数。同时，在自动工作中进行的制造期间，控制器还进行全部过程监控。

注塑方法流程主要可以分为：

－ 定量输送和塑化过程；

－ 注射和后补压力，直至封点；

－ 冷却过程；

－ 脱模过程；

在喷嘴之前具有环形回流截止器的蜗杆通常液压地进给，由此注射熔融物，从而熔融物能不基于反压而被压回到蜗杆通道中。进给速度经过调节，由此得到一定的熔融物流：“喷射流”。喷射流通常可以在多个区段被调节成不同的高度，由此得到“喷射变化轮廓”。

原则上，熔融物尽快地喷射到模具中，但喷射流必须保持在极限以内，以避免材料受损。可以―视熔融物的粘度而定―针对一定的喷射体积，根据理想的喷射流粗略地算得相应的模具装填时间，给模具装填时间以表格形式给出，并在具体情况下被考虑用作控制值。

只有当施加足够的液压压力时，才能实现喷射流。为了保护调节阀，液压压力应保持得尽可能小，但当然要足以实现预定的喷射流。

喷射到模具中的熔融物在工具中快速冷却，且体积发生波动，这种体积波动在很大程度上要用后补压力来补偿。但对此所需要的压力不应导致部件中的固有压力不必要地高。还应及时地将喷射压力切换至后补压力（约为模具装填时的98％），由此防止过喷。因此，如果在工具中起作用的喷射压力为满压力，则会使得工具和封闭单元负荷较大，这会导致分隔面由于内压过高而略微张开，并使得熔融物进入到中间腔中（“过喷”，形成“波动面”）。

由于熔融物在工具中连续地冷却，在薄壁部位，特别是在注射点，在任何时候熔融物都会冻结，从而通过后补压力不再有其它熔融物能输入到腔穴中。此时就可以切断后补压力。

在成型件重量不再改变时，就达到了最大需要的后补压力时间和/或所需要的后补压力。为了避免固有压力，最好不要施加恒定的后补压力，而是施加一种变化的后补压力，其从最高的后补压力降低为两级或三级。

在蜗杆前室中，在回流截止器之前提供喷射的熔融物。热量沿着受热的圆筒壁传导，在蜗杆旋转时产生摩擦热量，这两种情况相组合，由此在喷射单元内粒料进行塑化。蜗杆旋转，由此将熔化的材料输入到蜗杆前室中，其中利用所产生的压力，在蜗杆前室中使得蜗杆回退，回退的距离与其输送距离相同。

例如在施加到蜗杆上的反压（“差压”）的作用下，增大蜗杆摩擦，或者提高蜗杆转速（圆周速度），由此可以使得熔融物均匀化。

蜗杆摩擦太大会造成蜗杆的机械负荷，这会使得塑料分解，因此必须予以限制。最大圆周速度的标准值为02~0.3m/s。

为了有助于均匀地熔化，通常使用40~150bar的压力。对于较短的蜗杆来说（主要是L/D比值），所选择的差压必须略高于较长的蜗杆，较长的蜗杆一开始就允许均匀的加热和均匀化。通常的蜗杆的L/D比值在18和22之间。

为了使得注塑件脱模，必须使其充分冷却。脱模温度取决于材料，且由材料提供商预先给定。在脱模之后，在任何情况下都不允许出现事后延迟或者例如由于起模杆（Auswerferstift）而使得部件出现塑性变形。

为此所需要的冷却时间由定量输送时间和剩余冷却时间组成。理想情况下，定量输送时间就足以冷却脱模温度。但通常必须附加地设定剩余冷却时间，其使得周期时间相应地延长。对于冷却时间重要的是：工具温度、喷射时的材料温度、工具材料（导热性）、塑料类型（导热性和热传递性）或注塑件的壁厚。最大的影响因素是壁厚。冷却时间可以根据一定材料的壁厚，从材料制造商的图表中读出。

通过当前对两个特殊方法步骤的有益组合，或者将两种特殊设计的装置相互耦联，就能以简单的方式得到高价值的产品。

最好将连续工作的切削压缩器与非连续工作的轴向蜗杆注塑装置相组合，其中切削压缩器最好在没有中间级的情况下直接与注塑装置连接。

在制备塑料材料时，如在本发明的情况下，材料不仅蓬松地混合，而且受热地混合，如在权利要求1中所规定，使其处于粘接松软却呈块状的状态，采用这种方式预处理的聚合物材料并不能通过开口的漏斗蓬松地或者自由流动地装入到蜗杆注塑单元中。恰恰对于这种蜗杆注塑设备来说，喂料（Fütterung）很关键，例如对于优化的方法实施来说很关键，因为采用这种方式预处理后的塑料材料相比于未经预处理的薄片具有较高的充填密度。

因此需要将经预处理的制备好的聚合物材料从切削压缩器直接通过强制喂入（force feeding）而装入到或压入到蜗杆注塑装置的喂入区域中，以便达到所希望的装填度。由此一方面可以使得即使敏感的或不稳定的例如吸湿的塑料或者具有较高湿度的塑料也能在保持质量的情况下得到顺畅的加工，因为恰恰是在这种软化受热的状态下，表面积增大的块状塑料微粒非常易受氧化或水解的分解过程。

通过这种强制喂入或者直接的组合或者切削压缩器与注塑装置的直接连接，制备好的材料通过由混合工具引起的在切削压缩器中的运动，强制地朝向注塑装置，由此在注塑壳体的喂入区域中实现较高的装填度，因为软化的薄片相比于未经预处理的薄片具有较高的充填密度。这一方面使得注塑设备的蜗杆可以比较短，由此还使得注塑周期时间比较短，进而能使得整个流程加快进行。

这种组合装置实际上主要用于由废旧PET瓶制造新的PET瓶。其过程大致如下：提供用过的有待回收的PET瓶，必要时事先彻底清洁，接下来在切削压缩器中燃烧。一方面为了将沾染物或干扰气味等从材料中去除，另一方面为了保持PET材料的质量或者必要时通过粘度提高进一步予以改善，不可缺少地要进行相应的特殊的加工或制备，所述PET材料对湿度比较敏感，这是公知的。简单地混合和碎化PET瓶通常并不足够。在制备过程中，还要提高温度，并使得聚合物微粒处于一种软化的但仍为块状的状态，且在这种状态下保持一定的停留时间。如上所述，只有这样才能确保最终得到的产品对食品安全，且符合质量要求。

恰恰在制造大宗产品如PET瓶等时，要达到的每个瓶的制造时间对于设备的经济效益很重要。就标准设备而言，每个PET瓶的制造时间在大约8～10秒钟的范围内变动。如前所述，这种PET瓶通常采用注塑方法制得。

利用本发明的组合设备，现在就能使得制造瓶所需要的时间约缩短2秒钟以上，这意味着能有利地节省20％的时间。恰恰对于大宗产品而言，即使少量的方法加速也很重要，并会使得价格大大地下降。

从属权利要求中说明了其它有益的方法设计以及有益的装置设计。

蜗杆通过其轴向移动将在储藏室内在喷嘴之前积聚的熔融物在高压下直接喷射到注塑模具中，或者将蜗杆用作或设计成能产生（高）压力的用于熔融物的活塞，这样就能提供一种成本低廉且简单的方法或一种成本低廉且简单的装置。

蜗杆通过其轴向移动，以较小的压力将熔融物压到在空间上与壳体分开的、但与该壳体流体连接的注射筒中，或者利用特别是独立于蜗杆连接的活塞，从那里将熔融物在高压下注射到注塑模具中，或者利用这种具有在结构上分开的注射筒的装置，这样就能通过缩短周期时间来提高产量。

对材料的所有加工步骤或预处理或制备和/或转移和/或注塑，都在真空或保护气体下进行，这样就能防止氧化分解或水解分解。

就此而言特别有利的是，在结构上简单地规定，壳体具有喂入口，壳体利用该喂入口与容纳容器的排出口例如径向地或切向地特别是直接地优选气密地或真空密封地连接，其中排出口优选在侧壁上靠近容纳容器的底面布置，特别是布置在混合工具的高度。

另外有利的是，特别是在蜗杆与注塑模具之间设有至少一个熔融物过滤器，和/或蜗杆注塑装置包括回流截止器，回流截止器的形式特别是为布置在注射筒和蜗杆之间的和/或布置在通道中的止回阀。

此外有利的是，容纳容器连续地工作，而蜗杆注塑装置则非连续地工作。

下面在不局限于有利的实施方式的前提下示范性地介绍本发明：

图1示出本发明的装置的没有注射筒的第一实施方式；

图2示出本发明的装置的具有注射筒的第二实施方式。

根据图1的装置主要包括反应器或切削压缩器1和与其直接特别是真空密封地连接的部分示出的―此前也详细地说明过―蜗杆式注塑装置10。通过这种有利的组合可以由塑料材料例如PET材料如薄片（Flake）制得预制坯（Preform）。

为了混合和加热塑料材料，在反应器1中―该反应器或切削压缩器（Schneidverdichter）此前已详细地说明过，这里参见所述说明―设有可围绕竖直轴8旋转的碎化或混合工具12，其具有对物料产生碎化和混合作用的工作边。利用该碎化或混合工具，使得位于切削压缩器1中的聚合物材料混合，并给其施加机械的能量，由此进行加热，但并不熔化，同时使得聚合物材料混合且运动。这种处理在真空条件下进行。这样既能确保使得吸湿材料例如PET、PLA等干燥，又能使得非晶态材料例如PS可能结晶，以及实现消毒或净化。例如也可以在一个两级的系统中给反应器1供应以干燥的PET薄片，由此提高极限粘度。在预处理之后，将材料输送到蜗杆式注塑装置10中。

与切削压缩器1连接的注塑装置是所谓的蜗杆式注塑装置10。该注塑装置及其工作方式同样已在前面详细地说明过，这里参见所述说明。蜗杆式注塑装置10包括蜗杆16，该蜗杆支承在壳体17中。在图1中示出没有注射筒（shooting pot）35的实施方式，在图2中示出带有注射筒35的实施方式。蜗杆16的喂入口（Einzugsöffnung）27接近混合工具12的高度，或者与混合工具12的底部相隔一定距离，且优选设有至少一个与切削压缩器1连接的管路，该管路用于产生真空或者用于在容器内腔中吸气（Begasung）。喂入口27切向地、气体密封或真空密封地直接与容纳容器1的排出口15连接。此外，蜗杆16的壳体17朝向驱动器20气体密封。熔液朝向注塑模具本来就密封。

注塑机通常由两部分构成，即：注射单元或塑化单元，其制备塑料粒料，并在压力下将塑料粒料注射到所述工具中；和封闭单元，其容纳所述工具，并使得所述工具打开和关闭。在图1和2中仅示出注射或塑化单元。

壳体17的内直径等于蜗杆16的外直径。切削压缩器1布置在壳体17的后部区域中。蜗杆16通过电动机20被驱动。

经过预处理的受热的或软化的但仍为块状的材料，经由喂入口27进入到壳体17中。壳体17中的蜗杆16被驱动器20旋转驱动，并将材料向前输送。在热塑性注塑的情况下，必要时利用电热带从外面给壳体17加热。利用这种热量和蜗杆16的特殊几何形状，粒料不仅被输送，而且被剪切，在这里，塑料熔化且塑化和均匀化。

在壳体的尖端处有一个在图1中未示出的喷嘴25，该喷嘴形成通至所述工具的过渡部分。

在定量输送过程期间，熔化的造型材料多数情况下通过必要时存在的回流截止器（Rückströmsperre）被输送至喷嘴25，在这之前，被堆装在储藏室26中。为了给造型材料提供足够用的储藏室26，在轴向给蜗杆16仅施加较小的压力（差压），使得该蜗杆能向后朝向切削压缩器1或发动机20移动（见箭头），由此在回流截止器与喷嘴25之间形成所谓的蜗杆前室26，一定体积的材料就位于该蜗杆前室中。差压反作用于熔融物，从而该熔融物被压缩，而不会拉回蜗杆16。熔融物所施加的压力使得蜗杆16往回移动。

在随后进行的注射过程中，轴向地将蜗杆16压向喷嘴25，其中回流截止器锁止，从而一定体积的材料经由喷嘴25被注射到所述工具中。

蜗杆式注塑装置10因此连续地工作，且与图2不同，它没有注射筒35。

该实施方式结构简单且成本低廉。必要时也可以设有用于过滤熔融物的过滤器。

在图2中示出另一实施方式，其确保产量（Durchsatz）较大。在这里，熔融的材料从壳体17，经由必要时配备有止回阀的管道37，被蜗杆16压入到前置的（vorgeschaltet）注射筒35中，并从那里，利用独立于蜗杆16动作的活塞36，经由喷嘴25，以高压被注射到模具中。

在这种情况下，注射单元用于在蜗杆中产生熔融物，由此缩短周期时间。

在两种情况下，切削压缩器1连续地工作，而注塑挤压机10非连续地工作。也可以设有用于过滤熔融物的机构。

Claims (15)

1.一种用于注塑特别是热塑性的塑料材料的方法，其中有待处理的、特别是以块状或微粒状地存在的聚合物微粒或薄片的形式而存在的、优选来自新货和/或废料的初始塑料材料首先经受预处理或制备，其中在至少一个容纳容器、反应器或切削压缩器（1）中，在持续地混合或运动和/或碎化的情况下，在低于塑料材料的熔化温度而优选高于玻璃过渡温度的温度下，给塑料材料加热且由此同时地、特别是在一个步骤中、使得塑料材料结晶、干燥和/或清洁和/或提高塑料材料的极限粘度，其中为了混合和/或加热塑料材料，优选使用至少一个必要时布置在多个上下叠置的平面上的、特别是可围绕竖直轴旋转的碎化或混合工具（12），该碎化或混合工具具有对物料产生碎化和/或混合作用的工作边，其中特别是通过施加以机械能量进行加热，其特征在于，使得采用这种方式经过预处理的或软化的且特别是仍为块状的塑料材料，特别是直接地在没有中间级的情况下转移到蜗杆注塑装置（10）中，并在该蜗杆注塑装置中塑化和注塑为成型件例如预制坯，该蜗杆注塑装置具有在壳体（17）中旋转的且在其中可轴向移动的或者用作活塞的蜗杆（16）。

2.一种用于注塑特别是热塑性的塑料材料的方法，其中有待处理的、特别是以块状或微粒状地存在的聚合物微粒或薄片的形式而存在的、优选来自新货和/或废料的初始塑料材料首先经受预处理或制备，其中在至少一个连续工作的容纳容器、反应器或切削压缩器（1）中，在持续地混合或运动和/或碎化的情况下，在低于塑料材料的熔化温度而优选高于玻璃过渡温度的温度下，给塑料材料加热且由此同时地、特别是在一个步骤中、使得塑料材料结晶、干燥和/或清洁和/或提高塑料材料的极限粘度，其中为了混合和/或加热塑料材料，使用至少一个必要时布置在多个上下叠置的平面上的、特别是可围绕竖直轴旋转的碎化或混合工具（12），该碎化或混合工具具有对物料产生碎化和/或混合作用的工作边，其中特别是通过施加以机械能量进行加热，其特征在于，使得采用这种方式经过预处理的或软化的且特别是仍为块状的塑料材料，直接地在没有中间级的情况下转移到非连续工作的蜗杆注塑装置（10）中，并在该蜗杆注塑装置中塑化和注塑为成型件例如预制坯，该蜗杆注塑装置具有在壳体（17）中旋转的且在其中可轴向移动的或者用作活塞的蜗杆（16），该蜗杆注塑装置直接与切削压缩器（1）连接。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，蜗杆（16）通过其轴向移动将熔融物在高压下直接喷射到注塑模具中，或者，蜗杆（16）充当产生（高）压力的用于熔融物的活塞。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，蜗杆（16）通过其轴向移动，以较小的压力将熔融物压到在空间上与壳体（17）分开的、但与该壳体流体连接的注射筒（35）中，并且，利用特别是能够独立于蜗杆（16）地接入的活塞（36），从那里将熔融物在高压下注射到注塑模具中。

5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，对材料的所有加工步骤或预处理或制备和/或转移和/或注塑，都在真空或保护气体下进行。

6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，容纳容器（1）连续地工作，而蜗杆注塑装置（10）则非连续地工作。

7.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，使得熔融物在蜗杆注塑装置（10）中被过滤。

8.一种用于实施根据权利要求1～7中任一项所述的方法的装置，具有至少一个特别是基本为圆筒形的容纳容器或切削压缩器（1），该容纳容器或切削压缩器（1）具有底面（3）和侧壁（2），在该容纳容器或切削压缩器中设有至少一个特别是可围绕竖直轴（8）旋转的混合或加工工具（12），该混合或加工工具使得位于容纳容器（1）的内部中的、有待制备的、优选块状或微粒状的材料特别是未熔化聚合物微粒等形式的塑料材料运动或旋转、混合、加热、软化或必要时碎化或者对该材料产生作用，其特征在于，在容纳容器（1）上特别是直接地在没有中间级的情况下连接有蜗杆注塑装置（10），其中蜗杆注塑装置（10）具有可在壳体（17）中旋转的蜗杆（16），该蜗杆用于从容纳容器（1）中输出经过预处理的材料，且用于随后使得材料塑化，其中蜗杆（16）可轴向移动地支承在壳体（17）中，且充当产生压力的用于熔融物的活塞。

9.一种用于实施根据权利要求1～7中任一项所述的方法的装置，具有至少一个特别是基本为圆筒形的连续工作的容纳容器或切削压缩器（1），该容纳容器或切削压缩器（1）具有底面（3）和侧壁（2），在该容纳容器或切削压缩器中设有至少一个特别是可围绕竖直轴（8）旋转的混合或加工工具（12），该混合或加工工具使得位于容纳容器（1）的内部中的、有待制备的、优选块状或微粒状的材料特别是未熔化聚合物微粒等形式的塑料材料运动或旋转、混合、加热、软化或必要时碎化或者对该材料产生作用，其特征在于，在容纳容器（1）上直接地连接有非连续工作的蜗杆注塑装置（10），其中蜗杆注塑装置（10）具有可在壳体（17）中旋转的蜗杆（16），该蜗杆用于从容纳容器（1）中输出经过预处理的材料，且用于随后使得材料塑化，其中壳体（17）具有喂入口（27），壳体利用该喂入口在没有中间级的情况下直接地与容纳容器（1）的排出口（15）例如径向地或切向地优选气密地或真空密封地连接，其中蜗杆（16）可轴向移动地支承在壳体（17）中，且充当产生压力的用于熔融物的活塞。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，壳体（17）具有喂入口（27），壳体利用该喂入口与容纳容器（1）的排出口（15）例如径向地或切向地特别是直接地优选气密地或真空密封地连接，其中排出口（15）优选在侧壁（2）中靠近容纳容器（1）的底面（3）布置，特别是布置在混合工具（12）的高度中。

11.如权利要求8～10中任一项所述的装置，其特征在于，切削压缩器（1）构造成连续工作的机构，而蜗杆注塑装置（10）构造成非连续工作的机构。

12.如权利要求8～11中任一项所述的装置，其特征在于，蜗杆（16）被设计成且充当产生（高）压力的活塞，并且，蜗杆通过其轴向移动将在储藏室（26）中在喷嘴（25）之前积聚的熔融物直接在高压下经由喷嘴（25）喷射到注塑模具中。

13.如权利要求8～12中任一项所述的装置，其特征在于，设有置于壳体（17）之后的喷射筒（35），该喷射筒特别是与壳体（17）经由通道（37）在流体技术上连接，必要时在结构上分开，且蜗杆（16）特别是通过其轴向移动，以较小的压力将熔融物压到该喷射筒（35）中，其中在喷射筒（35）中设有至少一个活塞（36），利用该活塞将熔融物从喷射筒（35）中在高压下喷射到注塑模具中。

14.如权利要求8～13中任一项所述的装置，其特征在于，蜗杆注塑装置（10）包括至少一个回流截止器，回流截止器的形式特别是为布置在注射筒（35）和蜗杆（16）之间的和/或布置在通道（37）中的止回阀。

15.如权利要求8～14中任一项所述的装置，其特征在于，特别是在蜗杆（16）与注塑模具之间布置有至少一个熔融物过滤器。