KR19990023996A - 온라인 전류계 장치 - Google Patents

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KR19990023996A
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마하리 트자자디
요세프 마리아 헨리 얀센
조지 프레데릭 피셔
예-강 린
새프웨트 이 태드로스
갈리나 디 조지바
Original Assignee
제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹
제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

폴리머 용융물과 관련된 점성과 같은 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템은, 압력 하에서 폴리머 용융물을 수용하는 수단과, 상기 수용 수단으로부터 소정의 기하학적 형상의 오리피스를 통해서 직접 폴리머 용융물의 스트림을 전환하기 위한 수단으로, 상기 오리피스를 통과하는 상기 전환되는 부분의 유동은 방해되지 않으며 상기 주요 폴리머 용융물의 압력에 의존하고, 단면 영역은 상기 오리피스를 통과하는 유동이 증가하기 위해 상기 전환된 용융물 폴리머상에 작용하는 추가의 의존하는 수단의 부재를 통해서 상기 전환된 용융물 폴리머의 유동을 허용하는 크기인 상기 전환 수단과, 전환된 용융물 스트림의 온도를 측정하고 합성된 온도 신호를 제공하기 위한 온도 검출 수단과, 전환된 용융물 스트림의 압력을 측정하며 합성된 압력 신호를 제공하기 위한 압력 검출 수단으로서, 상기 압력 신호는 상기 주요 폴리머 용융물에서 폴리머의 압력 및 상기 오리피스의 소정 크기에 직접 의존하는 상기 압력 감지 수단과, 상기 오리피스를 통해 방출되는 적어도 상기 전환된 용융물 스트림의 일부를 계량하는 수단으로, 전환된 용융물 스트림의 무게를 측정하며 합성된 무게 신호를 제공하기 위한 무게 감지 수단을 구비하는 상기 계량 수단과, 주요 폴리머 용융물의 처리 특성을 결정하기 위한 온도, 압력 및 무게에 응답하는 컴퓨터 수단을 포함한다.

Description

온라인 전류계 장치
본 발명은 대체로 용융된 재료의 처리 특성의 측정에 관한 것으로, 특히 용용 플라스틱을 포함하는 제조 처리의 모니터링 및 제어의 목적을 위한 폴리머 용융물의 점성과 같은 특성의 온라인 측정(on-line measurement)에 관한 것이다.
흐름학적 테스트 장치는 다양한 제조 처리에 사용되는 폴리머 용융물의 어떤 중요한 특성의 실험용 측정을 전도하여 오랜 시간 동안 사용되어 왔다. 따라서, 점성 및 용융 유동 지수와 같은 이러한 특성은 현재 증가하는 실험에서 측정되고 있다. 최근의 노력은 처리에서 이용되는 용융물의 품질에 걸쳐 일정하고 폐쇄된 제어를 제공하기 위해서, 스스로 제조 처리 중에 이러한 온라인 특성의 측정을 향하고 있다. 온라인 측정은 비교적 사용 및 유지하기에 용이할 뿐만 아니라, 장치가 드러날 수 있는 작동 상태에 충분히 견디도록 단단한 장비를 요구한다. 효과적으로 되기 위해서, 장비는 감응하기 쉬워야 하고, 모니터되고(mornitored) 있는 제조 처리에 대한 방해를 피해야 된다.
현재에 이용할 수 있는 보다 성공적인 온라인 전류계 사이에는, 용융 플라스틱의 주요 스트림으로부터 폴리머 용융물의 일부를 전환시키고, 전환된 용융물상의 측정을 전도하며, 용융물을 대기 외부로 단순히 깨끗이 하는 모세관식 전류계가 있으며, 따라서 온라인 전류계라고 불려진다. 또한, 전류계는, 엣(또는 인)라인 전류계[at(or in)-line rheometer]라고 불려지는, 전환된 용융물이 주요 스트림으로 복귀되는 것이 개발됨으로써, 정화(purge) 스트림과 관련된 추가의 단계를 제거한다. 모든 온라인 및 인라인 전류계는 기어 펌프와 같은 제 1 미터링 펌프를 이용하여, 전환된 용융물의 제어된 흐름을 갖는 모세관 통로로 이송시키며, 인라인의 경우에, 제 2 미터링 펌프가 전환된 용융물을 주요 스트림으로 복귀시킨다. 모세관 통로를 따르는 압력 드롭이 측정되며, 전환된 용융물의 온도는 압력 드롭의 측정의 기능과 같은 점도를 측정하기 위해서 독립적인 가열 또는 냉각 장치와 함께 면밀히 제어되어, 처리를 제어하는데 필요한 정보를 얻는다.
전류계 시험에 대한 기술의 상태를 보다 완전히 이해하기 위해서, 블랜크 등(Blank et al.)의 미국 특허 제 4,817,416 호에 의해 나타난 공지된 방법 및 장치의 고려되는 어떤 경우는, 제 1 미터링 펌프가 용융물을 처리 주요 스트림으로부터 모세관 통로로 전환시키고, 제 2 미터링 펌프가 용융물을 모세관 통로로부터 처리 주요 스트림으로 전환시키며, 전환된 용융물의 점도가 용융물의 흐름률을 제어하는 것에 의해 측정되어 모세관 통로를 따라 이격된 위치 사이에 압력 드롭을 일정하게 유지시키며 모세관 통로의 온도를 측정하는 유형의 전류계를 이용하는 인라인 전류적 측정을 하기 위한 시스템을 개시한다. 측정은, 제 1 미터링 펌프의 속도에 의존하는 제 2 미터링 펌프의 속도를 제어하여 모세관 통로의 출구에서 주로 일정하게 압력을 유지시키게 만들어 질 수도 있다. 모세관 통로는, 전환된 용융물이 비교적 신속한 응답을 얻어 측정된 점도에서 변경되도록 처리 주요 스트림을 외부에 존재하는 동안 비교적 짧은 거주 시간을 유지하기 위해 처리 주요 스트림에 인접하게 배치된다.
커츠 등(kurtz et al.)의 미국 특허 제 4,449,395 호에는, 재료의 단편의, 연속적인, 용융된 및 흐름가능한 샘플이 동일한 온도 및 압력에서 유지되는 제어가능한 펌핑 영역이나 또는 일정한 유동률 및 온도에서 유지되는 제어가능한 압력 영역 및 다이 영역(die zone) 각각에 대해 연속하여 통하는 스트림처럼 통과됨으로써 재료의 연속적인 스트랜드(strand)를 형성하는 것에 관한 열가소성 재료를 시험하기 위한 시스템을 개시한다. 펌핑 및 다이 영역에서 재료의 점도가 측정된다. 탄성의 측정은 다이 영역에서 마크 검출(mark sensing) 점의 하류에 일정한 길이의 거리에 걸쳐 다이 영역으로부터 통로에서 스트랜드의 단면적 확대(swell) 비율의 측정을 획득하는 것에 제공된다. 점도 측정은 탄성 측정과 결합되어 재료를 충분한 유동학적 특성 자료를 제공한다.
린츠(Lindt)의 미국 특허 제 4,403,502 호에는 정지한 점도계(viscometer) 및 중합체 폼(polymeric foam)을 포함하는 수지 재료용 관련 방법이 개시되며, 비수지 재료는 저장부, 수용부 및 개재된 튜브를 포함한다. 폼이 발포되기 때문에, 연결 튜브 내부의 축방향 압력은 수용 요소 내부의 홈의 상승률로서 측정된다. 시간의 기능처럼 전단 점도 및 밀도가 결정될 수도 있다.
본 발명이 나타낸 것은 종래 기술에 대해 나타나며, 이하에 실시되고 있다.
본 발명에 따라서, 폴리머 용융물에 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템에 있어서, 압력 하에서 폴리머 용융물을 수용하는 수단과, 상기 폴리머 용융물의 스트림을 직접 상기 수용 수단으로부터 소정 단면적의 오리피스를 통해서 전환시키기 위한 수단으로서, 상기 오리피스를 통해서 상기 전환된 부분의 흐름은 방해되지 않고, 상기 주요 폴리머 용융물의 압력에 직접 의존하며, 상기 단면적이 상기 오리피스를 통하는 흐름을 증대시키기 위한 상기 전환된 용융물 폴리머상에 작용하는 추가의 독립 수단 없이도 상기 전환된 용융물 폴리머의 유동을 허용하는 크기가 되는 수단과, 상기 전환된 용융물 스트림의 온도를 측정하며 합력의 온도 신호를 제공하기 위한 온도 검출 수단과, 상기 전환된 용융물 스트림의 압력을 측정하며 합력의 압력 신호를 제공하기 위한 압력 검출 수단으로서, 상기 압력 신호가 상기 주요 폴리머 용융물에서 상기 폴리머의 압력 및 상기 오리피스의 소정 크기에 직접 의존하는, 상기 압력 검출 수단과, 상기 오리피스를 통해서 방출되는 상기 전환된 용융물 스트림의 적어도 일부의 무게를 재는 수단으로서, 상기 무게를 재는 수단은 전환된 용융물 스트림의 무게를 측정하며 합력의 무게 신호를 제공하기 위한 무게 검출 수단을 구비하는 수단과, 상기 주요 폴리머 용융물의 처리 특성을 결정하기 위한 온도, 압력 및 무게 신호에 대해 응답하는 컴퓨터 수단을 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템이 제공되어 있다.
본 발명에 있어서, 전환된 스트림의 흐름은 전환된 스트림내의 압력을 증가시키도록 이용될 수 있는 펌프 또는 다른 압력 증대 장치가 없음으로 인해 방해되지 않는 것을 특징으로 한다. 이것은 주요 폴리머 용융물에서의 압력 및 통상의 대기 압력인 오리피스 출구에서의 압력에 의해 제공되는 압력 차이를 통해서 폴리머 용융물의 실질적인 연속하는 흐름을 위해 제공되는 크기의 오리피스이다. 바람직하게는 오리피스의 개구는 약 0.05 내지 약 0.15 인치를 가지며, 또는 개구가 비원형이면 동등한 단면적이다. 폴리머 용융물을 함유하는 수단은 바람직하게는 사출기이다. 단일의 스크류 또는 트윈 스크류의 사출기는 약 5로부터 약 60까지의, 바람직하게는 약 20으로부터 약 40의 직경비에 대한 길이를 가지며, 폴리머 용융물의 사출기에서의 압력은 약 20 제곱 인치당 파운드(pound/inch2)보다 크며, 통상적으로 약 600 내지 약 2,000제곱 인치당 파운드(pound/inch2)이고, 보다 통상적으로는 800 내지 1,400 범위내이고, 약 3/4 내지 16인치의 사출기 직경, 바람직하게는 약 1 내지 약 8인치가 보다 바람직한 특징이 된다. 상기 시스템에 대해서, 통로는 상기 주요 폴리머 용융물과 소통하는 입구와 상기 오리피스에서의 출구 사이로 연장한다. 바람직한 실시예에 있어서, 통로는 상기 주요 폴리머 용융물에 대해 상기 입구에 선택적으로 부착되는 입구와 출구 단부 사이로 연장한다. 오리피스는 상기 배럴의 출구 단부의 내부에 장착되는 삽입물을 포함한다. 히터 수단은 통로의 온도를 대체로 일정하게 유지하기 위해 제공될 수도 있다. 오리피스가 사출기로부터 떨어진 위치에 배치되는 경우에 있어서, 바람직하게는 이것은 사출기의 약 5인치내에 배치되며, 압력 측정 수단 및 온도 측정 수단이 인접하거나, 또는 적어도 오리피스에 매우 인접하여 오리피스를 교차하여 떨어지는 압력 및 그 위치에서의 용융물 온도를 측정한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 전환된 용융물 스트림을 연속적으로 모으기 위한 수단과 무게를 위한 수단은 연속적인 모음 수단의 형태이다. 바람직하게는 이러한 모음 수단은 용융물 스트림과 상기 모음 스트림 사이에 상대적 이동을 위한 수단을 구비하여, 상기 스트림이 상기 모음 수단상에 대체로 일정하게 배치된다. 상대적 이동을 위한 수단은 바람직한 수단은 턴테이블을 포함한다. 용융물 스트림 사이의 상대적 이동은 드룰(drool)의 빌드업을 방지할 것이다. 드룰 빌드업(drool build-up)은 떨어지는 경향을 가진 캔들(candle) 또는 타워(tower)를 형성할 수도 있다. 드룰의 이러한 독립적인 이동은 측정의 정밀도가 다를 수 있다. 캔들의 형성을 방지하며 그들의 빌드업을 방지하는 것이 바람직하다. 턴테이블은 모세관 오리피스에 의해 방출되는 전환된 용융물 스트림에 의해 형성되는 작은 직경의 캔들의 제거를 허용한다. 턴테이블이 없는 경우에는, 이러한 캔들이 스케일(scale) 위로 높이가 증가하고 이들이 오리피스에 도달하기 전에 제거될 필요가 있으며, 이것은 작동자에 의해 빈번한 주의를 요구한다. 스케일 위의 턴테이블은 두꺼운 벽 실린더 또는 드롤 캔들보다 매우 큰 직경의 실린더를 형성하며, 소프트웨어나 오퍼레이터의 개입 없이 매우 오랜 시간동안 연속하여 무게 측정을 허용한다.
무게를 측정하기 위한 다른 바람직한 기술은 상기 모세관 오리피스를 조정하는 분리 수단 및 작은 유닛내로 적어도 부분적으로 고형화된 재료에 대해 감소시키기 위한 스케일 수단을 포함한다. 이러한 기술은 이하에 상세히 설명된다. 턴테이블 접근은 건조된 용융물 스트림의 분리 처리의 단점을 갖는 전환된 용융물의 보다 연속적인 측정을 허용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 폴리머 용융물과 관련해서 점도와 같은 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템에 관한 것으로, 폴리머 용융물의 주요 스트림을 수용하는 도관에 선택적으로 부착되는 입구와 출구 단부 사이로 연장하는 배럴 부재를 포함한다. 배럴 부재는 도관으로부터 전환된 용융물 스트림의 그의 입구 단부에서 수용하기에 적합하며, 전환된 용융물 스트림의 각각 온도와 압력을 측정하기 위한 온도 및 압력 센서를 구비한다. 모세관 오리피스는 전환된 용융물 스트림을 수용하고 그 다음 방출하기 위한 배럴 부재의 출구 단부에 제공된다. 방출되기 때문에, 용융물 스트림은 적어도 부분적으로 고형화될 수도 있다. 스케일은 모세관 오리피스에 의해 방출되는 전환된 용융물 스트림을 수용하고 무게를 재며, 고형화된 전환된 용융물 스트림의 무게를 측정하기 위한 무게 센서를 구비한다. 컴퓨터는 폴리머 용융물의 주요 스트림의 처리 특성을 결정하기 위해 온도, 압력 및 무게로부터 수신되는 신호에 대해 응답한다. 바람직하게는, 히터 재킷은 배럴 부재의 온도를 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 배럴 부재를 둘러싸고 있다. 모세관 오리피스는 약 3:1보다 큰 L/D를 가진다. 전환된 용융물 스트림은 그것이 모세관 오리피스로부터 방출된 후에 적어도 부분적으로 고형화된 재료내로 변형시키며, 연속적으로 무게를 재는 용기 표면상으로 떨어질 수도 있다. 표면의 회전과 그 회전의 중앙으로부터 이격되어 떨어지는 스트림을 방해하는 것에 의해, 많은 질량이 균일하고 고르게 퇴적될 수도 있으며, 긴 간격은 용기로부터 플라스틱의 제거 전에 허용될 수도 있다. 적절한 분리 장치는 작은 유닛내로 플라스틱을 붕괴시키기 위해 모세관 오리피스 및 용기 표면을 조정하도록 제공될 수도 있다.
본 발명은 유리 및/또는 미네랄 충전 및 비충전 열가소성 수지의 용융물 점도를 측정할 수 있는 온라인 전류계 장치에 관한 것이다. 몇몇의 상이한 유리 충전 화염 지연제 및 비 화염 지연제의 예비 결과는 온라인 사이의 차이가 나타나는 제조 파일롯 라인(pilot line)으로부터 등급이 매겨지며, 품질 보장 실험 측정은 실험 측정의 표준 편차내에 있다.
본 발명 전에, 점도, 유동 농도 및 실험 응답 시간과 같은 다양한 플질을 최고로 개선하기 위해서, 인라인/온라인 전류계가 높게 되는 것이 바람직하다는 것을 알게 된다. 본 발명으로 이끄는 문제를 역점으로 다루는 경우, 기대되는 것은 (a) 개선된 전류계가 인/온라인으로부터 품질 유지 실험까지 변형가능한 데이터 애플 대 애플(apples to apples)을 제공하는 것과, (b) 장치가 튼튼하고 사용자에게 안성맞춤이며 신속히 장착하고 용이하게 유지 보수하기 위해 단순함이 있다.
종래에는, 상업적으로 이용가능한 인/온라인 전류계가 상기 (a) 및 (b)에 나타나는 개대를 충족시킬 수 없다. 어려움은 기어 펌프, 응력 변환기, 센서 및 다른 이동 부품과 같이 공지된 전류계에서 구성요소의 무력함이 있어, 유리 섬유 및 미네랄과 같이 마모성 충전물에 의해 발생되는 마모에 견디는 것이다. 그 다음 본 발명에 의해 실현되는 목표는 품질 보장 실험 데이터와 비교하여 애플 대 애플을 제공해야 되는 실제 시간에 충전되지 않은 및 유리 및/또는 미네랄 충전된 수지의 용융물 점도를 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 그 결과의 장치는 튼튼하고, 다루기 용이하며, 사용자에게 안성맞춤이며, 다이 헤드로부터 신속하게 결합 및 해제될 수 있다. 전류계를 통하는 용융물 흐름은 자연스럽게 자동 세척되며, 따라서 폴리머 용융물 재료의 그레이드(grade) 사이에 물리적 세척할 필요가 없다. 또한 마모를 감소시키는 데에 바람직하게 하다.
본 발명의 온라인 전류계 장치는 변경식 다이 헤드, 모세관 오리피스, 오리피스의 상류에 위치되는 압력 및 온도 센서, 소형의 펠레타이저(mini-pelletizer) 또는 그라인더의 옵션, 정지부 또는 회전 용기 및 무게 리코더를 포함한다. 전류계의 하트(heart)는 도면부호(L) 및 도면부호(D)가 각각 길이 및 횡방향 직경이 되는, L/D 3:1을 갖는 모세관 오리피스이다.
폴리머 용융물의 주요 스트림을 수용하는 도관 또는 가능한 다이 헤드는, 작은 구멍, 직경이 약 0.5인치의 드링링에 의해 변경되어, 도관이 주요 스트림내로 탭됨으로써, 측면 스트림을 형성하고, 그 다음 그 축에 나사식으로 또는 장착되어 모세관 오리피스와 함께 측면 스트림까지 배럴 연장부를 추가한다. 다이 헤드의 외부로 연장되는 전류계 배럴은 히터 재킷과 함께 감싸여서 열 손실 또는 열 유입을 방지한다. 폴리머 용융물의 매우 작은 마찰은 전류계 배럴 및 모세관에 대해 변경된다. 그 다음 공기 냉각된 플라스틱은 스케일상의 정지 또는 회전 용기로 떨어진다. 전류계의 응답은 세트포인트(setpoint)를 조절한 후의 시간이 기록된다. 용기를 비우기 위해 요구되는 간격을 늘리기 위해서, 용기는 회전될 수도 있고 또는 그라인더/펠레타이저가 사용될 수도 있으며, 또는 양쪽 다 가능하다.
압력 및 온도 변환기 및 스케일과 관련되는 무게 리코더는 각각의 출력 신호[각각의 압력(P), 온도(T), 유량(Q)]를 컴퓨터의 인/아웃 보드로 보낸다. 컴퓨터는 사전 프로그램된 작업을 실행하여 점도에 대한 신호로 변환시킨다. 이러한 작업은 유체 기계론 및 유동학적 원리로부터 구동되는 어떤 수학적 함수 또는 알고리즘의 실행을 포함한다.
상업적으로 이용가능한 옵션과 같지 않은 상기의 전류계는 다이 헤드내 및 제어되는 모세관내에 압력 및 온도를 요구하지 않는다. 압력(P), 온도(T), 유량(Q)으로부터 실제의 틱(tic) 점도를 계산하기 위한 알고리즘은 유일하며, 알고리즘에서 사용되는 상수는 제품의 특성이며, 특징으로서 참조된다. 품질 보장 실험에서 사용되는 용융물 점도 미터계가 모세관 기하학적 형상(예컨대, ASTM D1238에 기술되는 용융물 인덱서)에 기초하기 때문에, 미터계의 모세관 오리피스는 품질 보장 데이터와 비교되는 애플 대 애플을 가능하게 한다. 또한, 기어 펌프의 제거는 본 발명의 전류계의 신축성 및 내구성을 증가시킨다.
본 발명은 몇몇의 특징을 가지고, 다수의 이점을 제공하며, 이것은 다음과 같이 요약될 수 있는데, 신속한 응답을 얻기 위한 바른 온라인 측정 및 폴리머 용융물을 포함하는 제조 처리의 보다 정밀한 제어가 가능하며, 임의의 다른 연속적인 믹서 및 니더(kneader)뿐만 아니라 단일의 및 2개의 스크류 사출기와 같이 다양한 폴리머 프로세서에 용이하게 장착하며, 최소의 방해를 갖는 온라인 측정의 수행을 허용하며 주요 처리 스트림의 오염 없이 모니터되며, 정보 자체의 정밀도를 증가시킬 뿐만 아니라 폴리머 용융물의 온라인 측정으로부터 구동되는 정보의 특징 및 확장의 융통성의 증가를 허용하며, 현재의 제조 장치 및 기술과 관련된 설치 및 사용의 용이함이 가능하며, 재료 및 작동 조건의 폭넓은 다양함과 관련되어 사용을 위한 편리한 적응을 허용하며, 세척 및 유지 보수를 촉진시키는 피드백 루프 제어기를 경유하여 제조 처리에 대한 조정 및 폴리머 용융물이 품질을 모니터링하기 위해 이용할 수 있는 추가의 검출 및 관찰을 위한 편리한 장소와, 특정 재료 및 작동 조건에 대해 수리하거나 적합하기 위한 구성요소 부품의 교체를 제공하며, 경제적 제조 및 신뢰성있는 오랜 기간 서비스를 위해 이동 부분 없는 단순하고 단단한 구조를 제공한다. 이러한 데이터는 연속되는 근거에 따라 점도를 결정하기 위한 입력으로서 사용될 수도 있다. 본 기술의 이점은 정지 용기를 사용할 때 발생하게 되는 무게 변이성에 대한 감소이다.
본 발명의 다른 것 및 다른 특징, 이점 및 이익은 다음의 도면에 따른 나타난 다음의 기술에서 명백해질 것이다. 전술한 일반적인 기술 및 다음의 상세한 기술이 예시되고 설명되었으나 본 발명을 제한하지는 않는다는 것을 인지할 것이다. 본 발명의 일부를 협동하고 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예 중 하나 및 기술과 함께 설명하며, 일반적인 용어에서 본 발명의 원리를 설명하는데 조력한다. 동일한 참조부호는 명세서를 통해서 동일한 부품에 대해 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 것으로, 어떤 부분이 단면으로 절개되고 도시되며, 시스템을 도시하고 본 발명을 구현하며, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 개략적 다이어그램,
도 2는 도 1에 도시되는 시스템과 함께 사용가능한 다이 헤드의 개략 단면도,
도 3은 도 1에 도시되는 어떤 부분의 상세도로, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 플라스틱 사출 장치 30 : 시스템
32 : 온라인 전류계 장치 40 : 결합부
64 : 컴퓨터 68 : 인/아웃 장치
이하, 도면에 대해서, 먼저 도 1은 복수의 폴리머 스트랜드(28)를 제공하는 폴리머 사출기의 다이 헤드(26)에서 끝나는 폴리머 용융물의 주요 스티림(24)을 수용하는 도관(26)(도 2)을 구비하는 플라스틱 사출 장치(20)의 부분을 개략적으로 도시한 도면이다. 플라스틱 사출 장치(22)는 폴리머 용융물에 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템(30)을 포함한다.
다름에는, 시스템(30)은 온라인 전류계 장치(32)를 포함하며, 온라인 전류계 장치는, 첫 번째 경우로서, 도관(22)(도 1)에 작동가능하게 부착될 수도 있으며, 또는 다른 경우로서, 다이 헤드(26)(도 2)까지 작동가능하게 부착될 수도 있다. 양쪽의 경우에 있어서, 배럴 부재(34)는 입구 단부(36)와 출구 단부(38) 사이를 연장한다. 배럴 부재는 그것과 같이 적절한 결합부(40)에 의해 도관(22)에[또는 다이 헤드(26)에] 선택적으로 부착되며, 예컨대, 그것은 외측 나사식 니플(44)을 내측 나사식 니플(46)로부터 분리시키는 중앙 주변 플랜지(42)를 가진다. 니플(44)이 배럴 부재의 입구 단부와 나사식으로 결합될 때, 결합부(40)는 배럴 부재(34)의 길이를 연장하는 종방향 보어(50)와 동축으로 및 가로질러 같은 공간에 걸쳐서 연장되는 것을 통하여 종방향의 연장 보어(48)를 가진다.
탭형 홀(50)은 니플(46)에 의해 나사식 리셉션용 도관의 내측벽내에 [또는 다이 헤드(26)내에] 적절하게 형성된다. 이러한 방법에 있어서, 배럴 부재(34)는 도관(24)으로부터 전환된 용융물 스트림(52)을 그의 입구 단부(36)에서 수용하기에 적절하다. 모세관 오리피스 또는 노즐(54)는, 전환된 용융물 스트림(52)을 수용하고 그 다음 방출하기 위해 배럴 부재의 출구 단부(38)상에 적절하게 결합 및 장착된다. 스케일 장치(56)는 모세관 오리피스(54)에 의해 방출되는 전환된 용융물 스트림(52)을 수용하기 위한 호퍼(58)를 포함하며, 또한 전환된 용융물 스트림(52)의 말단 컬렉션(62)의 무게를 측정하기 위해 도면부호(60)에 나타난 적절한 무게 센서를 포함한다. 전환된 용융물 스트림(52)의 말단 컬렉션(62)은 적어도 부분적으로 고형화된 재료이며, 실질적으로 충분히 고형화될 수도 있다. 센서(60)는 전환된 용융물 스트림(52)의 말단 컬렉션(62)의 무게에 대해 비례하는 합성의 무게 신호를 제공하며, 무게 신호는 리드(66) 및 인/아웃 장치(68)를 경유하여 컴퓨터(64)로 나아간다. 유사하게, 전환된 용융물 스트림(52)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(70)는 배럴 부재(34)상에 장착되며, 리드(72) 및 인/아웃 장치(68)를 경유하여 컴퓨터(64)로 나아가는 합성의 온도 신호를 제공한다. 또한, 전환된 용융물 스트림(52)의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(74)는 또한 배럴 부재(34)상에 장착되며, 리드(76) 및 인/아웃 장치(68)를 경유하여 컴퓨터(64)로 나아가는 합성의 압력 신호를 제공한다. 컴퓨터(64)는 폴리머 용융물의 주요 스트림의 처리 특성을 결정하기 위한 온도, 압력 및 무게 신호에 대해 응답된다.
용융물 스트림(52)의 말단 컬렉션(62)은 연속하여 무게를 잴 수 있는 표면상에 용융물 스트림(52)을 연속하여 아래에 놓는 것에 의해 실행될 수도 있다. 표면을 회전시키는 것에 의해, 스트림은 표면상에 균일하고 일정하게 놓여질 수도 있다. 이러한 기술에 따라, 스트림의 놓여진 무게의 연속적인 데이터 또는 리코드가 검출된다. 이러한 데이터는 연속적인 기초(basis)상에 점도의 결정을 위한 입력으로서 사용될 수도 있다. 이러한 기술의 이점은 펠레타이제이션 기술(pelletization technique)에 대해 종래에 참조되어 사용되는 경우에 발생되는 무게의 다양함에 대한 감소이다.
본 발명의 목적을 위해, 결정되는 바람직한 처리 특성은 폴리머 용융물의 주요 스트림(24)의 용융물 점도이다. 이것은 다음의 수식으로 나타날 수 있다.
여기서, OOL은 온라인 용융물 점도이고, B는 상수(3.14159)이며, )p/L은 모세관 오리피스(54)를 교차하는 압력 드롭이고, R은 오리피스 반경이며, Q는 유량(체적/시간)이다.
다양한 변수들 사이의 관계를 계산하기 위한 다른 나타난 함수는 아래와 같다.
여기서, ηOL은 온라인 용융물 점도이고, π는 상수(3.14159)이며, p는 모세관 오리피스(54)를 교차하는 압력 드롭이고, R은 오리피스 반경이며, L은 오리피스의 길이이고, ρ는 폴리머 용융물 밀도이며, W는 폴리머 질량 유량이다.
배럴 부재(34)가 배럴 부재의 온도를 실질적으로 일정하게 유지하기 위한 적절한 히터 재킷(78)을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 배럴 부재(34)의 온도를 측정하기 위한 제 2 온도 센서(80)는 또한 배럴 부재상에 장착되며, 리드(82) 및 인/아웃 장치(68)를 경유하여 컴퓨터(64)로 나아가는 합력의 제 2 온도 신호를 제공한다. 컴퓨터(64)는 히터 재킷(78)의 에너지제이션을 제어하기 위해 센서(80)에 의해 제공되는 온도 측정 장치에 응답하여 배럴 부재의 온도를 적절히 유지시킴으로써 전환된 용융물 스트림(52)의 온도 구배를 최소화시킨다.
모세관 오리피스(54)는 길이(L) 및 횡방향의 직경(D)에 의해 규정되는 방출 채널(84)을 가지며, 이것은 원형의 교차 섹션을 위한 직경이 될 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 목적을 위해, 길이(L) 및 직경(D)의 비율이 약 3:1보다 크며, 실험 전류계에서 사용되는 보다 작은 비율이 약 3인 반면, 큰 비율이 입구 및 출구 효과를 최소로하는 것이 바람직하다.
시스템(30)의 작동 중에, 전환된 용융물 스트림(52)은 이것이 모세관 오리피스(54)로부터 방출된 후에 적어도 부분적으로 고형화된 재료로 변경된다. 이러한 경우에, 도 3을 보면, 분리 장치(86)는 재료의 작은 유닛내로 적어도 부분적으로 고형화된 재료를 감소시키기 위해 모세관 오리피스(54) 및 스케일 장치(56) 및 호퍼(58)를 조정하는 분리 장치(86)를 제공하는 것이 바람직하다. 분리 장치(86)는 전환된 용융물 스트림(52)의 말단 컬렉션(62)과 같이 도 1에 나타난 그래뉼라 재료내로 적어도 부분적으로 고형화된 재료를 그라인딩하기 위해 그라인더(grinder)의 특성으로 될 수도 있다. 본 발명의 목적을 위한 그라인더는 뉴 햄프셔 뉴포트 글라에노 뉴프트 소재의 베튼필드 글라우시스터(Battenfeld Gloucester)에 의해 제조되는 4×4 이코노미 그라인더(economy grinder)일 수도 있다.
변형예로서, 이것이 모세관 오리피스로부터 방출된 후에 전환된 용융물 스트림이 고형화된 연속하는 스트랜드 재료로 변환되는 경우에, 분리 장치(86)가 고형화된 연속하는 스트랜드 재료(28)를 도 3에 도시된 바와 같이 펠릿(88)내로 잘개 자르기 위해 소형의 펠레타이저(mini-pelletizer)의 특성이 될 수도 있다. 본 발명의 목적을 위해 적절한 소형의 펠레타이저는 잉글랜드 체샤이어 워링톤의 액크래팩 시스템 회사(Accrapak System Limited)에 의해 제조되는 모델 750-1의 실험 펠레타이저가 될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 기술되어 있는 반면, 명세서에서 기술되고 첨부된 청구범위에서 규정되는 바와 같이 본 발명으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 다른 변형이 될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인지되어야 한다.
본 발명은 신속한 응답을 얻기 위한 바른 온라인 측정 및 폴리머 용융물을 포함하는 제조 처리의 정밀한 제어가 가능하며, 다양한 폴리머 프로세서에 용이하게 장착하며, 최소의 방해를 갖는 온라인 측정의 수행을 허용하며 주요 처리 스트림의 오염 없이 모니터되며, 정보 자체의 정밀도를 증가시킬 뿐만 아니라 폴리머 용융물의 온라인 측정으로부터 구동되는 정보의 특징 및 확장의 융통성의 증가를 허용하며, 현재의 제조 장치 및 기술과 관련된 설치 및 사용의 용이함이 가능하다.

Claims (27)

  1. 폴리머 용융물에 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템에 있어서,
    압력 하에서 폴리머 용융물을 수용하는 수단과,
    상기 폴리머 용융물의 스트림을 직접 상기 수용 수단으로부터 소정 단면적의 오리피스를 통해서 전환시키기 위한 수단으로서, 상기 오리피스를 통해서 상기 전환된 부분의 흐름은 방해되지 않고, 상기 주요 폴리머 용융물의 압력에 직접 의존하며, 상기 단면적이 상기 오리피스를 통하는 흐름을 증대시키기 위한 상기 전환된 용융물 폴리머상에 작용하는 추가의 독립 수단 없이도 상기 전환된 용융물 폴리머의 유동을 허용하는 크기가 되는 수단과,
    상기 전환된 용융물 스트림의 온도를 측정하며 합력의 온도 신호를 제공하기 위한 온도 검출 수단과,
    상기 전환된 용융물 스트림의 압력을 측정하며 합력의 압력 신호를 제공하기 위한 압력 검출 수단으로서, 상기 압력 신호가 상기 주요 폴리머 용융물에서 상기 폴리머의 압력 및 상기 오리피스의 소정 크기에 직접 의존하는, 상기 압력 검출 수단과,
    상기 오리피스를 통해서 방출되는 상기 전환된 용융물 스트림의 적어도 일부의 무게를 재는 수단으로서, 상기 무게를 재는 수단은 전환된 용융물 스트림의 무게를 측정하며 합력의 무게 신호를 제공하기 위한 무게 검출 수단을 구비하는 수단과,
    상기 주요 폴리머 용융물의 처리 특성을 결정하기 위한 온도, 압력 및 무게 신호에 대해 응답하는 컴퓨터 수단을 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스는 그것을 통해서 폴리머 용융물의 실질적으로 연속하는 흐름을 위해 제공되는 크기인, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스는 약 0.5 내지 약 0.15 인치(inch)의 직경을 갖는 개구에 대응하는 크기인, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    폴리머 용융물과 관련된 상기 수단은 사출기를 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사출기는 단일의 또는 2개의 스크류 사출기를 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 사출기는 약 5로부터 약 60까지의 길이 대 직경 비를 갖는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 사출기에서 상기 폴리머 용융물의 압력은 약 20 파운드/제곱 인치(pounds/inch2)보다 큰, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 사출기는 약 3/4 내지 약 16 인치의 직경을 갖는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    통로는 상기 주요 폴리머 용융물과 소통되는 입구 및 상기 오리피스에서의 출구 사이로 연장하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 주요 폴리머 용융물에 상기 입구에 선택적으로 부착되는 입구와 출구 단부 사이로 연장하는 배럴 부재를 포함하며, 상기 오리피스는 상기 배럴의 상기 출구 단부 내부에 장착되는 삽입물을 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 통로의 온도를 대체로 일정하게 유지시키기 위한 히터 수단을 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 오리피스는 길이(L) 및 횡방향 직경(D)에 의해 규정되는 방출 채널을 가지며, 상기 길이(L) 및 상기 횡방향 직경(D)의 비율이 약 3:1 보다 큰, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융물 스트림을 연속적으로 모으기 위한 수단 및 연속적인 모음 수단과 작동가능하게 결합되는 무게를 재기 위한 수단을 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연속하는 모음 수단은 상기 용융물 스트림과 상기 모음 스트림 사이의 상대적 이동을 위한 수단을 포함하며, 상기 스트림은 상기 모음 수단상에 대체로 균일하게 놓이는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대적 이동을 위한 수단은 턴테이블을 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융물 스트림을 모으기 위한 수단 및 무게를 재기 위한 수단은 상기 연속하는 모음 수단과 작동가능하게 결합되며, 용융물은 이것이 상기 모세관 오리피스로부터 방출된 후에 고형화된 연속하는 필라멘트 재료로 변형되는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 저환된 용융물 스트림은 이것이 상기 모세관 오리피스로부터 방출된 후에 적어도 부분적으로 고형화된 재료로 변형되며,
    분리 수단은 적어도 부분적으로 고형화된 재료를 그의 작은 유닛으로 감소시키기 위한 상기 모세관 오리피스 및 상기 스케일 수단을 조정하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 적어도 부분적으로 고형화된 재료를 입상 재료로 펠레타이징(pelletizing)하기 위한 펠레타이저를 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 모세관 오리피스와 상기 스케일 수단을 조정하는 분리 수단은 상기 고형화된 연속하는 스트랜드 재료를 펠릿으로 잘게 자르기 위한(chopping) 소형의 펠레타이저를 포함하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 수단은 상기폴리머 용융물의 상기 주요 스트림의 상기 용융물 점도를 결정하기 위한 상기 온도, 압력 및 무게 신호에 대해 응답하는, 폴리머 용융물과 관련된 처리 제어 정보를 제공하기 위한 시스템.
  21. 도관을 포함하는 플라스틱 사출 장치와 공동하여, 상기 폴리머 용융물의 상기 주요 스트림을 수용하는 상기 도관에 선택적으로 부착되는 입구와 출구 단부 사이로 연장하는 배럴 부재로, 상기 배럴 부재는 상기 도간으로부터 전환된 용융물 스트림을 상기 입구 단부에 수용하기에 적합한, 상기 배럴 부재와,
    상기 전환된 용융물 스트림의 상기 온도를 측정하며 합성의 온도 신호를 제공하기 위한 온도 검출 수단과,
    상기 전환된 용융물 스트림의 상기 압력을 측정하며 합성의 압력 신호를 제공하기 위한 압력 검출 수단과,
    상기 전환된 용융물 스트림을 수용하고 그 다음 방출하기 위한 상기 배럴 부재의 상기 출구 단부에서의 모세관 오리피스와,
    상기 모세관 오리피스에 의해 방출되는 상기 전환된 용융물 스트림을 수용하고 무게를 재기 위한 스케일 수단으로, 상기 스케일 수단은 상기 고형화된 전환된 용융물 스트림의 무게를 측정하며 합성의 무게 신호를 제공하기 위한 무게 검출 수단을 구비하는, 상기 스케일 수단과,
    상기 전환된 용융물의 상기 주요 스트림의 처리 특성을 결정하기 위한 상기 온도, 압력 및 무게 신호에 대해 응답하는 컴퓨터 수단을 포함하는 컴비네이션.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 배럴 부재의 상기 온도를 대체로 일정하게 유지시키기 위한 히터 수단을 포함하는 컴비네이션.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 모세관 오리피스는 길이(L) 및 횡방향 직경(D)에 의해 규정되는 방출 채널을 가지는 컴비네이션
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 전환된 용융물 스트림은 이것이 상기 모세관 오리피스로부터 방출된 후에 적어도 부분적으로 고형화되는 재료로 변형되며,
    분리 수단은 적어도 부분적으로 고형화된 재료를 그의 작은 유닛으로 분해시키기 위한 상기 모세관 오리피스 및 상기 스케일 수단을 조정하는 컴비네이션.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 적어도 부분적으로 고형화된 재료를 입상(granular) 재료로 그라인딩(grinding)하기 위한 그라인더를 포함하는 컴비네이션.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 전환된 용융물은 그것이 상기 모세관 오리피스로부터 방출된 후에 고형화된 연속하는 스트랜드 재료로 변형되며,
    상기 분리 수단은 상기 고형화된 연속하는 스트랜드 재료를 펠릿으로 잘게 자르기 위한 소형의 펠레타이저를 포함하는 상기 모세관 오리피스 및 상기 스케일 수단을 조정하는 컴비네이션.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 수단은 상기 폴리머 용융물의 상기 주요 스트림의 상기 용융물 점도를 결정하기 위한 상기 온도, 압력 및 무게 신호에 대해 응답하는 컴비네이션.
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