ES2931981T3 - Máquina de moldeo por inyección para la detección en línea de la reología del material termoplástico y/o elastómero para la producción de piezas moldeadas por inyección - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para la detección en línea de la reología de materiales termoplásticos y/o elastómeros para la producción de piezas moldeadas por inyección, en el que una herramienta de medición (6) está dispuesta en una máquina de moldeo por inyección (1) entre el dispositivo de sujeción estacionario placa (2) y su placa de sujeción móvil (3) en lugar de una matriz de molde, donde la herramienta de medición (6) comprende un canal de medición (13), en el curso del cual al menos dos sensores de presión (16) y al menos se disponen dos sensores de temperatura (17) que transfieren valores medidos correspondientes del material inyectado por medio de un conjunto de inyección (5) en el canal de medición (13) a un controlador lógico programable (PLC) perteneciente a la máquina de moldeo por inyección (1) , siendo estos valores medidos procesados por medio de un algoritmo en el PLC,evaluados y puestos a disposición para el proceso de inyección real. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Máquina de moldeo por inyección para la detección en línea de la reología del material termoplástico y/o elastómero para la producción de piezas moldeadas por inyección

La invención se refiere a una máquina de moldeo por inyección para la detección en línea de la reología del material termoplástico y/o elastomérico para la producción de piezas moldeadas por inyección, con una herramienta de medición que se dispone en la máquina de moldeo por inyección entre sus placas fijas y móviles en lugar de un molde, teniendo la herramienta de medición un canal de medición, en el curso del cual se disponen al menos dos sensores de presión y al menos dos sondas de temperatura.

La idea básica es determinar la viscosidad, en particular de las mezclas de caucho en bruto, y otros parámetros específicos del material bajo pretratamiento y con cizallamiento que corresponda a las condiciones en el proceso de moldeo por inyección. Para que esto sea posible, la máquina de moldeo por inyección se equipa con una estructura similar a una forma que contiene un canal de medición con varios sensores. En la rendija tiene lugar un proceso de flujo definido, que se mide por los sensores. Los parámetros reológicos pueden obtenerse a partir de los datos de medición.

Ya se conoce por un artículo de G. Ausias, C. Mobuchon, P. J. Carreau, M.-C. Heuzey, M. Sepehr, “Extensional Properties on short glass fiber reinforced Polypropylene”, Compuestos de Polímero, 2005, 247 para probar las propiedades reológicas del material de polipropileno al medir la caída de presión en un canal de medición y al medir adicionalmente las temperaturas correspondientes, con una herramienta de medición correspondiente que se instala entre la placa fija y la móvil de una máquina de moldeo por inyección, cuyo canal de medición fue rellenado con el material de polipropileno, siendo el curso dentro del canal analizado por los sensores de presión y las sondas de temperatura, y el material es capaz de salir por el extremo opuesto del canal. Los datos de medición determinados se evaluaron en un dispositivo de evaluación externo (“Vista de Configuración del Laboratorio”).

Por lo tanto, una desventaja de este dispositivo es que los datos determinados para el proceso de moldeo por inyección real para la producción de piezas moldeadas por inyección no están disponibles directamente y además no se garantiza que los materiales elastoméricos puedan además probarse mediante el uso de este aparato.

El caucho en bruto, en particular, se lleva a la forma final para procesarse (“premezclado”) en un proceso discontinuo (generalmente un mezclador interno). Esto y las fluctuaciones en la calidad de la materia prima dan como resultado altas fluctuaciones en las propiedades de la masa en bruto de lote a lote y las piezas moldeadas resultantes que, por ejemplo, se producen en el moldeo por inyección de elastómero. Por lo tanto, siempre ha sido una preocupación de los procesadores determinar estas fluctuaciones de propiedades y más bien bloquear o usar un lote específico o adaptar las etapas de procesamiento o postratamiento.

Los siguientes métodos se usan típicamente para esto hoy en día:

• Vulcametría

• Viscometría Mooney / medición RPA

• Prueba de densidad (sin cantidad reológicamente relevante)

• Espectroscopia IR (sin cantidad reológicamente relevante)

Y menos a menudo

• Mezclador de medición

(de alta presión) viscosímetro capilar (HPCV)

• Prueba de desfogue.

Todos estos métodos tienen la desventaja de que no caracterizan la fluidez de la mezcla, o lo hacen de manera insuficiente con respecto al proceso de moldeo por inyección real. Las siguientes razones se han discutido en la literatura:

• Intervalo de velocidad de cizallamiento incorrecto

En el moldeo por inyección, el material se expone a velocidades de cizallamiento muy altas en el intervalo de 100­ 100001/s.

Los métodos mencionados anteriormente no funcionan con el método estándar, en particular en el intervalo por debajo de 1000 1/s y en el caso de HPCV por encima de 1000 1/s. Por lo tanto, las propiedades en el intervalo relevante solo se registran parcialmente.

• Otros pretratamientos del material (historial termo-reológico)

En la máquina de moldeo por inyección, el material se plastifica mediante el uso del tomillo y, por lo tanto, se cizalla previamente mientras que al mismo tiempo se lleva a una temperatura de procesamiento homogénea en el intervalo de 80 °C. El cizallamiento rompe, por ejemplo, los aglomerados de relleno y produce una masa fundida homogénea. Este no es el caso en los métodos anteriores. El material se inserta frío y no se plastifica.

• Ubicación y hora de la prueba

El examen debe llevarse a cabo lo más cerca posible del punto de uso (mismas condiciones ambientales) y a la hora del procesamiento. Este generalmente no es el caso con las pruebas de laboratorio como se mencionó anteriormente. El lote se prueba, por ejemplo, tras la entrega y luego se libera durante dos meses.

• Calentamiento por cizallamiento

En el caso de los métodos en el intervalo de velocidad de cizallamiento más alto, la mezcla generalmente se calienta más allá de la temperatura objetivo de forma descontrolada durante la prueba. Por lo tanto, no se obtienen valores medidos absolutos, lo que puede dar como resultado grandes desviaciones cuando se transfiere al proceso de moldeo por inyección.

• Efectos reológicos especiales

Un número de efectos especiales de la reología son relevantes en el procesamiento del caucho en el moldeo por inyección, pero generalmente no se examinan en la caracterización. Estos incluyen el deslizamiento de la pared, la pérdida de la presión de entrada y salida/efectos elásticos/flujos de elongación, la dependencia de la presión de la viscosidad.

• Alta inversión en equipos

Los dispositivos de medición de laboratorio mencionados cuestan cada uno alrededor de 100000 € y, por lo tanto, representan una inversión considerable.

Con el fin de eliminar estas desventajas, es conveniente un nuevo método de medición para su uso en la producción. Para este propósito, el uso de la propia máquina de moldeo por inyección de procesamiento como instrumento de medición ya se ha discutido varias veces en la literatura existente. Con ajustes en la trayectoria del flujo de material, los sensores y la evaluación, (la mayoría) de las desventajas mencionadas anteriormente pueden eliminarse. Pueden lograrse velocidades de cizallamiento muy altas de hasta 10 000/s mediante el uso de una trayectoria de suministro del material adecuada. La presión necesaria para esto está disponible típicamente en la máquina de moldeo por inyección. El pretratamiento tiene lugar de la misma manera que en el procesamiento real, ya que se usan la misma unidad de inyección y tornillo. La ubicación es en la producción y el tiempo de prueba puede elegirse convenientemente cuando la producción comienza realmente en la fabricación. Los efectos reológicos especiales corresponden a las condiciones reales encontradas en la unidad de inyección durante el procesamiento y no es necesario realizar suposiciones ni transferencias. Por lo tanto, es conveniente el desarrollo de tal método.

La publicación US 2013/0255371 A1 describe una máquina de moldeo por inyección en la que pueden integrarse un gran número de canales de medición.

Las publicaciones de las Patentes de los Estados Unidos núm. 8,329,075 B2, WO 2012/038769 A1 y JP 2011­ 240631 describen además máquinas de moldeo por inyección en las que pueden integrarse dispositivos de medición que tienen un canal de medición.

Sin embargo, los documentos dejan abierto cómo se centra y coloca exactamente el canal de medición. Es conveniente que el canal de medición pueda centrarse y colocarse con precisión de forma sencilla y fiable, de modo que sea posible una verificación exacta de la calidad del material de moldeo por inyección usado sin que el resultado de la medición sea falseado por imprecisiones en la disposición del canal de medición.

De acuerdo con la invención, una máquina de moldeo por inyección de elastómero estándar se equipa con una estructura similar a una forma que contiene una rendija (rectangular) como canal de medición que tiene sensores de presión y temperatura. En la rendija tiene lugar un proceso de flujo definido, que se mide por los sensores. Los parámetros reológicos pueden obtenerse de los datos de medición directamente en el controlador (el denominado PLC) de la máquina de moldeo por inyección. El material se plastifica en la unidad de inyección de la máquina y se inyecta al exterior a través del canal en forma de rendija. La tecnología se usará para elastómeros a base de carbono y elastómeros de silicona sólida y líquida (ATV y LSR).

El dispositivo de medición se usa en la producción, pero no durante la producción. Reemplaza la forma de serie. Por lo tanto, es necesaria una conversión en cada caso.

El principio de medición es el siguiente: Después de la plastificación, el material se suministra a través de una entrada adecuada en el capilar de rendija con una sección transversal rectangular, donde se cizalla de forma puramente viscosa. La caída de presión a lo largo de la rendija se mide mediante el uso de dos o más sensores de presión que se instalan a ras en la pared de la rendija. A partir de la caída de presión y la geometría de la rendija, la viscosidad se calcula de forma análoga a la ley de Hagen-Poiseuille. En principio, el principio de medición corresponde al de un viscosímetro capilar.

Debido a que los datos de medición de los sensores de presión y temperatura se procesan directamente por el propio PLC de la máquina de moldeo por inyección, puede prescindirse de los dispositivos de medición de laboratorio antes mencionados, que son considerablemente más caros. Los componentes costosos, tales como los medios de accionamiento/generación de presión, el controlador y los medios de suministro del material, ya están presentes en una máquina de moldeo por inyección, de modo que solo la capacidad de medición debe actualizarse a una fracción del precio.

En este método, ahora se usa la siguiente herramienta de medición de acuerdo con la invención en la máquina de moldeo por inyección:

Consta de dos placas de montaje, una de las cuales se denomina la placa de entrada y se une a la placa fija. En la placa fija se proporciona un deslizador, a través del cual la unidad de inyección introduce el material a probarse en la herramienta de medición a través de una abertura en la placa de entrada. La abertura en la placa de entrada se diseña de tal manera que la sección transversal redonda del deslizador se convierte en la sección transversal rectangular del canal de medición en la herramienta de medición. Con el fin de evitar puntos muertos y asegurar un flujo laminar, la sección transversal de la abertura en la placa de entrada se ensancha al ancho de la rendija y, mientras la altura permanece igual, esta se reduce luego a la altura correspondiente de la rendija. Las transiciones se diseñan para ser uniformes y redondeadas.

El canal de medición rectangular se encierra por una carcasa, que se dispone entre las dos placas de montaje y consta de una primera pieza interna de dos piezas que se estrechan cónicamente y forman el canal de medición, y una pieza externa que es complementaria a la pieza interna y encierra la pieza interna, en donde al menos dos sensores de presión y al menos dos sondas de temperatura se disponen en la pieza interna, de manera que al menos los diafragmas de medición de los sensores de presión estén a ras con la pared interior del canal de medición.

La pieza externa de la carcasa tiene un diseño cilíndrico en el exterior y tiene una abertura en el interior que se estrecha en la dirección de la placa fija. La cavidad interior corresponde a la de un cono truncado. La tarea de este componente es centrar la pieza interna de la carcasa. El canal de medición se dispone en esta pieza interna de la carcasa. Tiene la forma externa de un cono truncado. Consta de dos mitades que permiten abrir el canal de medición, por ejemplo, para la limpieza. Cada mitad contiene un lado del canal de medición dividido longitudinalmente pero ligeramente asimétrico. En el lado del sensor de presión, la altura del canal de medición (por ejemplo, 1,5 mm) es la misma, mientras que el lado opuesto es variable y tiene más bien una altura de, por ejemplo, 0,5 mm (asimétrico) o 1,5 mm (simétrico). En una mitad de la pieza interna de la carcasa, por ejemplo, hay tres orificios para el montaje de los sensores de presión. Los orificios se diseñan de tal manera que el diafragma de medición del sensor de presión está a ras con la pared del canal. Un escalón que es (por ejemplo, aproximadamente de 5 mm) más profundo en el orificio forma el borde de sellado, y una rosca en la pared posterior permite al sensor sujetarse con una tuerca de seguridad. En la circunferencia exterior del semicono truncado se ha retirado algo de material por encima del orificio con el fin de poder enrutar las líneas de medición de los sensores hacia el exterior. Al final del canal de medición, se forma una abertura hacia el exterior, a través de la cual puede escapar el material de prueba y luego puede retirarse de forma manual. Los lados internos del semicono truncado son planos al exterior de la rendija de medición con el fin de poder establecer una conexión uniforme entre sí. El componente se atornilla en la placa de montaje (placa de recepción) opuesto a la placa de entrada y, generalmente, no se retira para limpiarlo debido al delicado cableado de los sensores de presión.

Opuesto a los sensores de presión, en la otra mitad del semicono truncado que forma el canal de medición, se proporcionan orificios para alojar, por ejemplo, tres sensores de temperatura. Estos además se instalan a ras con la pared del canal de medición. Este semicono truncado se atornilla al semicono truncado que contiene los sensores de presión, pero no a la placa de recepción para garantizar la estabilidad durante la medición y poder retirar este semicono para su limpieza.

La placa de recepción se usa para unir los dos semiconos truncados a la placa móvil de la unidad de sujeción. Los dos semiconos truncados se alinean de esta manera entre sí. El semicono truncado del lado del sensor de presión se incrusta en una cavidad para su centrado y atornillado por detrás a la placa de recepción.

La estructura general se une a través de las rendijas en T en las placas de la máquina de moldeo por inyección y se centra en la punta de la boquilla. Los componentes individuales se centran entre sí a través del centrado del cono.

El calentamiento se lleva a cabo, por un lado, a través de las placas de calentamiento de la máquina de moldeo por inyección, de manera análoga a una herramienta de conformación. Por otro lado, el calentamiento se lleva a cabo a través de una cinta de calentamiento que se coloca alrededor de la pieza externa de la carcasa con el fin de conseguir la mayor homogeneidad de temperatura posible. La cinta de calentamiento se conecta a un módulo de calentamiento adicional de la máquina de moldeo por inyección.

Las señales de todos los sensores necesarios se suministran al controlador lógico programable (PLC) y se evalúan allí. La trayectoria del émbolo de inyección se registra en la propia máquina de moldeo por inyección. Esto se registra mediante una varilla de medición de distancia y se transmite al sistema de control de la máquina a través del bus CAN. Esto sucede como en la operación normal de la máquina de moldeo por inyección.

Los sensores de presión usados son aquellos que miden, por ejemplo, de acuerdo con el principio piezoeléctrico y transmiten la señal a través de un único cable a una conexión en la superficie del dispositivo de medición. La retroalimentación tiene lugar a través del dispositivo de medición al sensor. La señal se transmite desde el punto de transferencia en la superficie del dispositivo hasta el amplificador de medición a través de un cable blindado. El amplificador de medición se ubica más bien en un panel de revestimiento de la unidad de sujeción o en la cabina de control de la máquina. En el amplificador, la señal se convierte en una señal de corriente y se suministra a una entrada analógica del controlador a través de un cableado simple. Allí, la señal se digitaliza y se pone a disposición del programa de control. En el caso de los sensores de temperatura, la señal se enruta directamente al controlador a través de un cable que es adecuado para el termopar, donde se registra y digitaliza en una entrada analógica correspondiente.

Antes de una medición, la configuración de la medición se ensambla, atornilla e integra en la máquina y se conecta. La unidad de inyección y la estructura se templan a una temperatura de medición uniforme, por ejemplo, 80 °C. La mezcla de elastómero se suministra a la unidad de inyección como una tira y se dosifica al menos tres veces y se inyecta a través de la punta de la boquilla en la parte abierta (no en la configuración de la medición).

Luego, se desplaza la unidad de inyección a la estructura y se selecciona una dosis de 500 ccm, por ejemplo. Se inyecta a través del canal de medición a una velocidad de inyección baja y constante, y se registran la presión, la temperatura y el desplazamiento hasta que

(a) la presión medida en el espacio de medición sea constante, o

(b) se consume el volumen, en cuyo caso el cambio de presión debe extrapolarse a una presión final constante (exponencial).

Se espera hasta que la temperatura en el canal de medición esté de nuevo en un intervalo de 2 °C alrededor de la temperatura objetivo. Se plastifique de nuevo a 500 ccm. Luego, el experimento se repite a mayor velocidad para obtener los datos a una velocidad de cizallamiento mayor. Esto se establece en orden ascendente para el intervalo de velocidad de cizallamiento de interés (puntos de medición separados logarítmicamente, típicamente cinco puntos por década). El primer punto de medición se repite al final de la serie de mediciones para la verificación de la desviación o la vulcanización (parcial). Luego se repite la prueba a otras temperaturas.

La invención se explica e ilustra más abajo con referencia a los dibujos.

En los dibujos:

la Figura 1: es una representación esquemática de una máquina de moldeo por inyección;

la Figura 2: muestra una herramienta de medición en sección;

la Figura 3: muestra una herramienta de medición en un detalle en perspectiva.

La Figura 1 muestra muy esquemáticamente la estructura básica de una máquina de moldeo por inyección que opera de forma horizontal generalmente proporcionada con el signo de referencia 1. Se muestran la placa fija 2 y la placa 3 que es móvil con relación a esta placa 2. En la placa fija 2 se proporciona un deslizador 4 en el cual descansa la unidad de inyección 5, además se muestra esquemáticamente. La unidad de sujeción responsable del movimiento de la placa móvil 3 y de la acumulación de la presión de sujeción no se muestra por motivos de claridad. Una herramienta de medición indicada por el signo de referencia 6 y explicada con más detalle en las Figuras 2 y 3 se instala entre la placa fija 2 y la placa móvil 3. La herramienta de medición 6 es por medio de las placas de montaje 7 y 8, de las cuales la placa de montaje 7 se denomina la placa de entrada y la placa de montaje 8 se denomina la placa de recepción.

Las Figuras 2 y 3 muestran la herramienta de medición 6 con más detalle. La herramienta de medición 6 consta de dos piezas de la carcasa 9 y 10. La pieza externa de la carcasa 9 se diseña en forma de cilindro en el exterior, mientras que en el interior hay una abertura que se estrecha en dirección a la placa fija 2. Esta pieza de la carcasa 9 se monta en la placa de montaje 7. La pieza interna de la carcasa 10 dividida en dos piezas, la cual se une a la placa de montaje 8 y se construye en principio complementaria a la pieza de la carcasa 9, se inserta en la abertura cónica de la pieza de la carcasa 9. La pieza externa de la carcasa 9 sirve por tanto como dispositivo de centrado para la pieza de la carcasa 10. Las dos piezas de la pieza de la carcasa 10 se construyen como semiconos truncados 11 y 12 y, en el estado ensamblado, encierran entre ellas un canal de medición 13 con una sección transversal rectangular. El canal de medición 13 se conecta al deslizador 4 en la placa fija 2 a través de una abertura 14 en la placa de montaje 7. El canal de medición 13 conduce al exterior por su extremo opuesto en 15.

En el semicono truncado 12 se instalan tres sensores de presión 16 uno tras otro, cuyos diafragmas de medición de la presión están a ras con la pared del canal de medición. En el semicono truncado 11, las sondas de temperatura 17 se instalan opuestas a los sensores de presión 16 que además terminan a ras con la pared del canal de medición. En la circunferencia exterior del respectivo semicono truncado se retira algo de material por encima de los orificios que alojan los sensores con el fin de poder conducir las líneas de medición de los sensores hacia el exterior. Estas regiones se proporcionan con el signo de referencia 18.

La abertura 14 proporcionada en la placa de entrada 7 se diseña de tal manera que pasa de la sección transversal redonda del deslizador 4 a la sección transversal rectangular del canal de medición. El semicono truncado 12 que aloja los sensores de presión 16 se incrusta en una cavidad en la placa de recepción 8 con propósitos de centrado y se atornilla por detrás a la placa de recepción (no se muestra). El semicono truncado 11 no se sujeta a la placa de recepción 8, sino más bien se atornilla al semicono truncado 12 por razones de estabilidad y de modo que pueda retirarse más fácilmente para la limpieza del canal de medición 13.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. La máquina de moldeo por inyección para la detección en línea de la reología del material termoplástico y/o elastomérico para la producción de piezas moldeadas por inyección, que tiene una unidad de inyección (5), una placa fija (2), una placa móvil (3) y un dispositivo de cierre, en donde entre la placa fija y la placa móvil se dispone una herramienta de medición (6) que tiene un canal de medición (13) al que puede admitirse el material termoplástico y/o elastomérico por la unidad de inyección (5) a través de un deslizador ( 4) en la placa fija (2), en donde el canal de medición (13) se configura para estar abierto en su extremo (15) opuesto a la unidad de inyección (5),

caracterizado porque el canal de medición (13) se encierra por una carcasa (9, 10) que se dispone entre dos placas de montaje (7, 8) y consta de una primera pieza interna (10) de dos piezas que se estrechan cónicamente y forman el canal de medición ( 13) y una pieza externa (9) que es complementaria a la pieza interna (10) y encierra a la pieza interna (10), en donde al menos dos sensores de presión (16) y al menos dos sondas de temperatura (17) se disponen en la pieza interna (10) de manera que al menos los diafragmas de medición de los sensores de presión (16) estén a ras con la pared interior del canal de medición (13).

2. La máquina de moldeo por inyección de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el canal de medición (13) tiene forma de un capilar de rendija de sección transversal rectangular.

3. La máquina de moldeo por inyección de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada porque la línea de división entre las dos piezas (11, 12) de la primera pieza interna (10) de la carcasa que se estrecha cónicamente se extiende a lo largo del canal de medición (13).

4. La máquina de moldeo por inyección de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la transición del deslizador (4) al canal de medición (13) se forma en la placa de montaje correspondiente (7) de forma optimizada para el flujo.

5. La máquina de moldeo por inyección de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque los sensores de presión (16) se disponen opuestos a las sondas de temperatura (17).

6. La máquina de moldeo por inyección de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la pieza interna (10) de la carcasa se monta sobre la placa de montaje (8) que se sujeta a la placa móvil (3), y la pieza externa de la carcasa (9) se monta sobre la placa de montaje (7) que se conecta a la placa fija (2).