CN114599498A

CN114599498A - 熔融树脂的流动性指标控制方法及装置

Info

Publication number: CN114599498A
Application number: CN202080075656.3A
Authority: CN
Inventors: 奥山浩司
Original assignee: Zhipu Machinery Co ltd
Current assignee: Zhipu Machinery Co ltd
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-06-07
Also published as: DE112020005189T5; WO2021085256A1; JP7333245B2; US20230302701A1; JP2021066157A

Abstract

本发明提供在进行连续成形的期间也不仅能够把握熔融树脂的流动性还能够控制成所希望的目标范围内的熔融树脂的流动性指标控制方法。将在熔融树脂的流路形成的狭窄流路假设成毛细管或节流装置，基于熔融树脂的计量树脂量和计量工序中作用于前述螺杆的背压，测定表示被计量的熔融树脂的流动性性状的流动性指标，将前述流动性指标的测定值反馈来与目标值比较，控制前述背压或前述螺杆的转速以使得没有偏差。

Description

熔融树脂的流动性指标控制方法及装置

技术领域

本发明涉及熔融树脂的流动性指标控制方法。

背景技术

注射成型机中，使螺杆旋转来使被投入加热桶内的成形材料的树脂可塑化。并且，使螺杆后退的同时将熔融树脂送向螺杆的前方来进行计量。注射工序中，通过螺杆的前进，熔融树脂被填充至模具内。

注射成型中，以流动的熔融树脂的处理为中心，所以为了得到高品质的成形品，预先评价熔融树脂的流动性来把握性状较重要。通常，熔融树脂的流动性由粘度(viscosity)表示。

过去，测定加热桶内的熔融树脂的粘度与温度、压力相比较为困难，所以多不进行。但近年来，用于测定熔融树脂的粘度的技术改良在发展。

例如，专利文献1中记载了如下内容：在除了成形工序之外的工序中，在不使喷嘴接触的状态下注射熔融树脂，根据此时的注射压力算出熔融树脂的粘度。

此外，专利文献2中记载了如下内容：为了能够实时通过在线(online)测定成形中的熔融树脂的粘度，在注射工序中，求出熔融树脂的压力和树脂流路处的树脂流量，由此在每次注射时算出树脂粘度。

此外，专利文献3中记载了如下内容：注射工序中，测定喷嘴末端部处的熔融树脂的压力，基于该压力算出熔融树脂的粘度。

专利文献1 : 日本特开2004-142204号公报。

专利文献2 : 日本特开平5-329864号公报。

专利文献3 : 日本特开平11-10693号公报。

然而，如专利文献1所示，除了成形工序以外，喷嘴从模具离开的状态下进行熔融树脂的冲洗来测定熔融树脂的粘度的方法中，为了得到能够信赖的粘度的值，需要重复多次的冲洗(purge)，被废弃的树脂的量也较大。此外，如专利文献2、3所示，注射工序中需要熔融树脂的粘度的情况下，只要未将熔融树脂注射至模具内就不能把握树脂的粘度。

鉴于连续成形中不能把握树脂的流动性状，本申请人为了解决该问题，提出了熔融树脂的流动性指标测定方法(日本特愿2019-95406号)。

另一方面，树脂材料被树脂制造商以颗粒的形态提供，但若制造批次(lot)不同则物性存在偏差，即使是作为相同的产品的树脂，若制造批次不同则熔融时的流动性状也存在变动，由于某种原因而树脂的流动性状的变动变大。

发明内容

本发明是鉴于前述现有技术具有的问题而作出的，其目的在于，提供即使在进行连续成形的期间也不仅能够把握熔融树脂的流动性还能够将其控制成所希望的目标范围内的熔融树脂的流动性指标控制方法及装置。

为了实现前述目的，本发明的一技术方案的熔融树脂的流动性指标控制方法为，在借助前进的螺杆将已在加热桶内熔融的树脂从喷嘴注射至模具内的注射成型机中控制熔融树脂的流动性指标的方法，其特征在于，将在熔融树脂的流路形成的狭窄流路假设成毛细管或节流装置，基于熔融树脂的计量树脂量和计量工序中作用于前述螺杆的背压，测定表示被计量的熔融树脂的流动性性状的流动性指标，将前述流动性指标的测定值反馈来与目标值比较，控制前述背压或前述螺杆的转速以使得没有偏差。

附图说明

图1是实施本发明的实施方式的熔融树脂的流动性指标控制方法的注射成型机的注射装置的剖视图。

图2是表示加热桶的纵剖面的图。

图3是表示被在螺杆的末端部设置的逆流防止用的逆止环的剖视图。

图4是毛细管流变仪法中使用的压力缸的示意图。

图5是熔融树脂的流动性指标控制装置的控制框图。

图6是表示第1实施方式的计量工序中的流动性指标的变化的图表。

图7是表示第2实施方式的螺杆的前方存积的被计量的树脂的图。

图8是表示第2实施方式的计量工序中的流动性指标的变化的图。

具体实施方式

以下，参照附图的同时对本发明的熔融树脂的流动性指标控制方法的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是实施本实施方式的熔融树脂的流动性指标控制方法的注射成型机的注射装置的剖视图。

图1中，附图标记10表示被在基座50上设置的注射装置。注射装置10被在基座50上能够沿轨道52移动地设置。注射装置10的前方表示的是合模装置的固定模板14。注射装置10具备被框20水平地支承的加热桶22、被在加热桶22的内部设置的螺杆24。在加热桶22的末端，设置有与模具连接的喷嘴21。在加热桶22的基端侧，设置有用于投入成形材料的树脂颗粒(pellet)的料斗(hopper)23。

螺杆24被能够滑动且能够旋转地容纳于加热桶22内。螺杆24的基端部与旋转驱动机构的滑轮25连结。旋转驱动机构将螺杆旋转马达26的旋转经由传动带27传动至滑轮25。在支承滑轮25的轴承28的后方设置有负载传感器30。该负载传感器30是计量在轴向上对螺杆24施加的载荷的载荷计量器。

螺杆24借助如下所述的前进后退机构32，在加热桶22内在轴向上前进及后退。前进后退机构32由被从图中未示出的前进后退用马达带传动的滑轮33、螺母部35、滚珠丝杠36、支承滚珠丝杠36的轴承37等构成。

另外，图1中，在基座50上，设置有使注射装置10的整体前进、后退的推进机构38。该推进机构38具备推进用马达39、由滚珠丝杠40和螺母41构成的滚珠丝杠机构。

接着，图2表示加热桶22的纵剖面，图3是表示被在螺杆24的末端部设置的逆流防止用的逆止环60的图。

图2、图3中，在螺杆24的末端安装有螺杆梢(screw tip)61。螺杆梢61经由小径轴62固定于螺杆24的前端。螺杆梢61具有圆锥形状，在其外周面和加热桶22的内周面之间形成有熔融树脂流动的第1流路64。在小径轴62处，逆止环60被能够沿轴向移动地装配。

逆止环60被在螺杆梢61的后端面63和处于螺杆24的前端面的阀座65之间配置。在逆止环60的内周面和小径轴62的外周面之间，形成有熔融树脂流动而与第1流路64连通的第2流路66。图3中，表示计量工序中的逆止环60的位置。螺杆24在旋转的同时将熔融树脂送入前方，但此时螺杆24后退的同时进行熔融树脂的计量。

图3中，虚线箭头表示计量时的熔融树脂的流动。计量时，随着螺杆24的后退，逆止环60向螺杆梢61侧相对移动，从阀座65离开。熔融树脂从狭窄流路68流入第2流路66，进而穿过第1流路64存积于螺杆梢61的前方。

另外，注射时，逆止环60的后端面被阀座65推压，狭窄流路68闭塞，所以熔融树脂的逆流被防止。

本实施方式的熔融树脂的流动性指标控制方法中，利用计量工序中逆止环60处产生的狭窄流路68、第2流路66算出熔融树脂的流动性指标，但在此之前，参照图4，对作为一般性的流体的粘度试验法的毛细管流变仪法(capillary rheometer)进行说明。

图4是毛细管流变仪法中被使用的压力缸的示意图。

图4中，附图标记70表示压力缸，附图标记71表示与压力缸70嵌合的活塞。在压力缸70的末端部设置有毛细管(capillary)72。

毛细管流变仪法为，借助恒定速度的活塞71将压力缸70内的熔融树脂从毛细管72推出，借助负载传感器73检测此时的载荷，根据以下那样的(1)至(4)式算出流体的粘度。粘度最终通过(4)式算出。

这里，若设为，Q：熔融树脂的流量(mm ³/s)

A：活塞截面积(mm ²)

ν：活塞的速度(mm/s)

γ：表观剪切速度(s ^-1)

D：毛细管内径(mm)

τ：表观剪切应力(Pa)

p：活塞载荷(Pa)

L：毛细管长度(mm)

η：熔融粘度(Pa・sec)；

则，Q＝Aν…(1)

γ＝32Q/πD ³ …(2)

τ＝pD/4L…(3)

η＝τ/γ …(4)

的关系成立。

但是，图4中，设定成测定粘度的流体为熔融树脂，若将图4中熔融树脂被活塞71推出的状况和图3的计量工序中熔融树脂通过螺杆24的后退被计量时的状况对比，可知两者相似。

毛细管流变仪法中，由于活塞71进行的加压，熔融树脂被穿过作为变窄的流路的毛细管72地推出，计量工序中，借助螺杆24施加压力，熔融树脂被穿过狭窄流路68地推出。这样，在将树脂从狭窄的流路施加压力来推出的方面是共通的。

两者中，关于活塞71和螺杆24、以及毛细管72和狭窄流路68，仅流路的尺寸等具体的形状不同，在测定熔融树脂的流动性上的本质的使流路变窄的功能相同。在本实施方式中，将狭窄流路68视为毛细管72来处理。

在计量工序中的螺杆24的末端部，在图3中，使图4的压力缸70的毛细管72的内径D与狭窄流路68的宽度D’对应。使毛细管72的长度L与狭窄流路68的半径向的长度L’对应，该情况下与逆止环60的厚度对应。

关于熔融树脂的流量，与每单位时间的计量树脂量对应，但该实施方式中，检测螺杆24的后退速度，基于螺杆24的每单位时间的后退距离和螺杆24的外径、加热桶22的内径等，计算螺杆24和加热桶22之间的容积来算出。

对螺杆24施加的背压能够根据负载传感器30检测。

计量工序中，与背压对应地控制螺杆24的后退速度。严格来说，后退速度并非恒定，但将计量工序整体行程中的平均速度或者将在多个点测定的速度的平均作为后退速度的值。

这样的对应关系中，(2)式、(3)式需要修正，但预先适当地修正系数即可。由此，根据修正的(4)式所得到的值并非作为严格根据毛细管流变仪法的绝对值的粘度的值，但作为根据该方法的熔融树脂的流动性的相对评价的指标在实际应用上已足够。

接着，图5是熔融树脂的流动性指标控制装置的控制框图。图5中，附图标记80表示控制器。控制对象是被注射装置10计量的熔融树脂的流动性指标(基于毛细管流变仪法、熔体流动速率法)。作为对该流动性指标造成影响的因素有计量中施加的螺杆24的背压和转速。该实施方式中，操作量为螺杆的背压及/或转速。关于背压，通过借助控制器80控制使螺杆24前进及后退的前进后退用马达34而被操作。螺杆24的转速通过借助控制器80控制螺杆旋转马达26而被操作。

熔融树脂的流动性指标基于根据螺杆24的后退速度测定计量树脂量的流量测定部81、检测螺杆24受到的背压的负载传感器30的各测定值，利用上述的测定方法借助流动性指标测定部82测定。测定的流动性指标被反馈至控制系统，与被从成形条件指令部83施加的目标指令值比较。控制器80控制螺杆24的背压或转速，使得没有目标指令值与检测值的偏差。

接着，关于以上那样的流动性指标的控制装置的动作，在与注射成型机的连续成形运转的关系中进行说明。

这里所说的连续成形是指，注射装置在模具与喷嘴接触的状态下，由闭模、合模、计量、注射、保压、开模、成形品取出的各工序构成的成形周期被遍及长时间地连续地重复进行。但是，也有在一个周期中由于冷却完成等而喷嘴21后退的情况。

各成形周期的计量工序中，根据螺杆24的后退速度测定计量树脂量，并且检测此时作用于螺杆24的背压，由此，能够借助流动性指标测定部82测定根据基于毛细管流变仪法的粘度测定的流动性指标值。因此，进行连续成形的期间，能够将被计量的熔融树脂的流动性特性基于该指标在线把握。

连续成形中的计量工序中，关于熔融树脂的流动性指标，流动性指标的目标值被预先设定。该目标值由事前借助实机进行成形而对于成形品优选的值确定。

然而，实际的连续成形中，原材料的树脂的批次不同、含有水分、树脂组成的不同等成为外部干扰，熔融树脂的流动性指标中产生来自目标值的误差。

因此，在本实施方式中，进行反馈控制，使得熔融树脂的流动性指标为目标值。

这里，图6是表示计量工序中的流动性指标的变化例的图表。横轴表示计量工序中的螺杆24的位置，纵轴表示熔融树脂的流动性指标。流动性指标的值越高，熔融树脂的粘性越大。以流动性指标的目标值为中央值的目标范围被根据距中央值具有既定的幅度的上限值和下限值设定。

在计量工序的初始阶段，由于存在应答延迟，所以流动性指标的实测值逐渐接近目标值。由于原材料的树脂的批次，组成上存在不均，这成为外部干扰，有超过流动性指标的目标范围的上限的可能。此时，被反馈的实测值与目标值比较，螺杆24处受到的背压被操作，使得消除目标值和实测值的偏差，流动性指标的值恢复至目标范围内。并且，重复振动性的变动的同时流动性指标的值大致收敛于目标范围内。这样，在进行连续成形的期间的计量工序中，熔融树脂的流动性指标被维持成所希望的目标范围内，所以能够进行由于连续成形引起的稳定的良品成形。

(第2实施方式)

上述的第1实施方式将计量工序中的熔融树脂的流动性指标以一个目标值为基准进行控制。与此相对，第2实施方式针对桶22内部的计量树脂的多个区域的每个设定不同的目标值，控制流动性指标。

图7是表示存积于螺杆24的前方的被计量的树脂的图。

在本实施方式中，例如，分为三个区域A、B、C地改变流动性指标的目标值。使末端侧的区域A的流动性指标小，后端侧的区域C的流动性指标大，中间的区域B具有中间的值。

图8是表示第2实施方式的计量工序中的流动性指标的变化图。在计量工序的区间1、区间2、区间3，流动性指标的目标值被分别确定，分别借助上限值和下限值设定目标范围I、II、III。区间1至区间3与图7的区域A至C对应。

螺杆24在区间1移动的过程中，流动性指标被反馈的实测值与目标值被比较，螺杆24处受到的背压被操作，使得消除目标值和实测值的偏差，流动性指标的值恢复至目标范围I内。同样地，在区间2、区间3，流动性指标的反馈控制也被进行，流动性指标被维持在目标范围II、目标范围III内。

根据这样的第2实施方式，如图7所示，能够将针对区域A、B、C的每个而具有不同的流动性特性的熔融树脂计量且向模具内注射。由此，能够对于模具内的腔送给针对每个部分适合的流动性的熔融树脂，能够提高成形品的品质。

(变形例)

前述的实施方式中，作为流动性指标，算出基于毛细管流变仪法的流动性指标，但此外，也能够将狭窄流路68视为节流装置，在计量时测定基于熔体流动速率法(MFR)的流动性指标。

熔体流动速率法是指，在图4中，对活塞71施加恒定的载荷，被从毛细管(节流装置)72推出的每10分钟的流体重量(g/10min)。

计量工序中，被控制成对螺杆24恒定地施加背压，所以算出每10分钟的计量树脂量即可。关于每10分钟的计量树脂量，将上述的实施方式求出的每单位时间的计量树脂量换算成每10分钟的树脂量。

若测定这样的基于熔体流动速率法(MFR)的流动性指标，将其反馈，由此，与基于毛细管变仪法的流动性指标同样地，能够控制成将流动性指标保持在目标范围内。

以上说明的实施方式是应用于使用热塑性树脂作为成形材料的注射成型的实施方式。本发明也能够应用于热固性树脂等的注射成型。热固性树脂等的注射装置中不在螺杆的末端设置逆止环。该情况下，树脂穿过被螺杆的外周的螺纹间隔的狭窄的通路，所以与热塑性树脂同样地，在计量行程中能够算出流动性指标。

此外，上述的实施方式中，利用螺杆的背压作为控制流动性指标的操作量，但也可以是，取代背压而利用螺杆的转速，或将背压和螺杆的转速、桶加热器的加热温度组合。

以上，列举适合的实施方式，对本发明的熔融树脂的流动性指标控制方法进行了说明，但这些实施方式仅作为例示列举，不意味着发明的范围的限制。显然，说明书所记载的新装置、方法及系统能够以各种各样的形态实施，进而，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够进行各种省略、取代、改变。权利要求书及其等同范围意味着在发明的宗旨的范围内包括实施方式或者其改良内容。

Claims

1.一种熔融树脂的流动性指标控制方法，是在借助前进的螺杆将已在加热桶内熔融的树脂从喷嘴注射至模具内的注射成型机中控制熔融树脂的流动性指标的方法，其特征在于，

将在熔融树脂的流路形成的狭窄流路假设成毛细管或节流装置，基于熔融树脂的计量树脂量和计量工序中作用于前述螺杆的背压，测定表示被计量的熔融树脂的流动性性状的流动性指标，

将前述流动性指标的测定值反馈来与目标值比较，控制前述背压或前述螺杆的转速以使得没有偏差。

2.如权利要求1所述的熔融树脂的流动性指标控制方法，其特征在于，

前述狭窄流路为，在计量中逆流防止用的逆止环从前述螺杆的前端的阀座离开而形成的流路。

3.如权利要求1或2所述的熔融树脂的流动性指标控制方法，其特征在于，

熔融树脂的流动性指标为，将前述狭窄流路视为毛细管而根据毛细管流变仪法算出的流动性指标。

4.如权利要求1或2所述的熔融树脂的流动性指标控制方法，其特征在于，

熔融树脂的流动性指标为，将前述狭窄流路视为节流装置而根据熔体流动速率法算出的流动性指标。

5.如权利要求1至4中任一项所述的熔融树脂的流动性指标控制方法，其特征在于，

熔融树脂的流动性指标的目标值被针对被计量的熔融树脂的多个区域的每个设定。

6.一种注射成型机，是实施权利要求1至5中任一项所述的流动性指标控制方法的注射成型机，其特征在于，

具备：

在计量工序中测定计量树脂量的机构，

在计量工序中测定作用于前述螺杆的背压的机构，

基于前述计量树脂量和背压测定前述流动性指标的测定机构，

流动性指标控制机构，前述流动性指标控制机构将前述流动性指标的测定值反馈，与目标值比较，控制前述背压或前述螺杆的转速以使得没有偏差。