SE452129B - Forfarande for styrning av bearbetning och utmatning av plastmassa vid strengsprutning - Google Patents

Description

452 129 2 Skruvens åsar arbetar ej med absolut tätning mot den omgivande cylinderväggen utan en viss tillbakaströmning av materialet sker däremellan, vilket förbättrar homogeniseringen och råvarublandningen av smältan innan denna via ett silpaket, som silar bort föroreningar i massan matas in i munstycket eller gjutaren.

Så länge som skruven i extrudern är i gott skick arbetar maskinen vanligtvis med förhållandevis jämn uteffekt. Skruvens åsar slits emellertid och därmed blir spalten mellan dessa och den omgivande cylinderväggen allt större. Tryckfallet i silpaketet ökar med finheten hos silduken och graden av igensättning av denna på grund av de i silduken fastnande orenheterna i massan. För att då kunna hålla en jämn plastmasseutmatning från silpaketet måste trycket hos massan före detta ökas. Detta kan då endast ske genom en ökning av skruvens varvtal, vilket då ökar återströmningen i den nämnda spalten. Resultatet blir då följande återverkningar: A. Den specifika genomströmningen genom extrudern minskar.

B. Den specifika mekaniska energitillförseln ökar, vilket medför en höjd smälttempertur före silpaketet med åtföljande viskositetssänkning på massan med åtföljande ytterligare sänkning av den specifika genomströmningen genom ökning av tillbakaströmningen och ytterligare ökning av den specifika mekaniska energitillförseln etc. intill dess ett jämviktstill- stånd uppstått.

C. Den ökade tillbakaströmningen innebär dessutom att poly- merernas molekylkedjor utsättes för en ökad specifik mängd skjuvkraft med åtföljande nedbrytning och avskjuvning av molekylkedjorna, vilket drastiskt ändrar polymerernas mekanis- ka och optiska egenskaper efter kristalliseringen. En avskjuv- ning av molekylkedjorna sänker dessutom viskositeten ytterligare, vilket ökar den ovannämnda återströmningen.

D. Höjningen av massans temperatur innebär en ökning av kyl- 452 129 3 behovet för att man skall få en konstant frostlinjehöjd, dvs. den linje där kristalliseringen sker efter eller över munstycket eller gjutaren. Frostlinjens läge är därvid av betydelse ur kvalítetssynpunkt vad gäller såväl optiska som mekaniska egenskaper hos den färdiga plastvaran. Ökar frost- linjens höjd över munstycket eller gjutaren, vilket innebär otillräcklig kylning, måste produktionstakten sänkas. Med andra ord, frostlinjens läge är av betydelse för produktionsmängden per tidsenhet.

En konstanthållning av det mekaniska energitillskottet per massaenhet, vilket oftast fackmässigt benämnes “bearbetnings- graden" är därför av avgörande betydelse för att en slutpro- dukt med reproducerbara och'konstanta mekaniska och optiska egenskaper skall kunna produceras.

Av vad som ovan beskrivits framgår tydligt att hearbetnings- graden direkt kommer att påverkas om produktionskapaciteten på en given produktionslinje förändras. I detta ligger då varia- tioner hos ingående råvaror liksom variationer hos maskinut- rustningen och dess drivenheter, vilket allt påverkar kvalitetsegenskaperna hos slutprodukten genom variationer av den optimala bearbetningsgraden. Hittills har en noggrann kontroll av bearbetningsgraden icke varit möjlig, utan processerna har körts mera på empiriskt kunnande och önskan om högsta möjliga produktion. Bearbetningsgraden har varit i hög grad varierande och vanligtvis alldeles för hög för att nå en så hög produktion, att man uppnått en acceptabel produktionskostnadsnivâ. ' I takt med behovet att få högre produktion från varje produktionsenhet har man försökt att minska behovet av stor tryckuppbyggnad efter extrudern, antingen genom att konstruera gjutare med lägre tryckbehov eller genom att komplettera extrudern med en särskild matningspump, t.ex. en kugghjulspump. Denna pump svarar då för tryckuppbyggnad och jämn och pulseringsfri utmatning till munstycket eller ~gjutaren. Detta ger i sin tur möjligheter till en högre 452 129 4 utmatningsmängd per tidsenhet än vad fallet är när sådan pump saknas, och därmed högre produktion. Den löser dock icke huvudproblemet, vilket är en konstanthållning av önskad bearbetningsgrad oberoende av variationer hos råvaran, i genomströmningen av silpaketet och/eller i produktion per tidsenhet.

Genom uppfinningen löser man ovannämnda huvudproblem samtidigt som man uppnår följande fördelar: A. Den tillförda specifika energimängden blir konstant och motsvarande exakt den önskade, vilket innebär en väsentlig energibesparing och ger en slutprodukt med önskade mekaniska och optiska egenskaper. Genom en maximering av de mekaniska egenskaperna kan man uppnå samma styrkeegenskaper hos slutprodukten med en lägre godstjocklek än tidigare genom den jämna kvaliteten på denna. Då råvarukostnaden oftast motsvarar 60-70 % av värdet på slutprodukten ger detta tillsammans med energibesparingen en väsentlig ekonomisk besparing, B. Genom att utmatningstemperaturen minskas och utmatnings- hålles blir kylbehovet och frostlinjehöjden konstanta, vilket tillåter en produktions- mängdens nivå konstant kapacitet, som väsentligt överstiger den tidigare kapaciteten.

Föreliggande uppfinning syftar till att undanröja ovannämnda problem och att uppnå ovannämnda fördelar. Detta syfte uppnås genom ett förfarande av i kraven angivet slag, av vilka även det, som särskilt kännetecknar uppfinningen, framgår.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande i anslutning till bifogade ritning, som schematiskt visar en produktions- anläggning i sidovy.

I figuren visas en i huvudsak konventionell produktionsanlägg- ning, som består av en plastsprutningsmaskin eller extruder 1, ett silpaket 2, en matningspump 3, en ringformig gjutare 4, ett flatläggnings- och nypvalsverk 5. samt ett upprullnings- 452 129 verk 6.

Råvaror och tillsatsmedel A,B,C,D matas via en tratt 7 in i extrudern l, vilken innefattar en cylinder 8 och en i denna roterande skruv 9. Skruven 9 drivs av en icke visad drivmotor.

Skruven 9 matar in råvaran och tillsatsmedel A,B,C,D i cylindern 8, som där bearbetas och blandas till en smält massa. Skruven 9 transporterar denna massa samtidigt som ett tryck hos denna bygges upp.

Vid inmatning av en viss materialblandning A,B,C,D med en uppmätt mängd per tidsenhet och vid ett bestämt varvtal Vl hos extruderns 1 skruv 9, sker en tryckuppbyggnad Pl hos massan vid utmatningen från extrudern 1 före silpaketet 2. Detta tryck Pl hålls i stort sett konstant oberoende av ändringar i tryckfallet över silpaketet 2. En ökning av tryckfallet över silpaketet 2 innebär mindre genomströmning i detta och ändras inga.parametrar hos extrudern1.kommer därför bearbetnings- graden att öka, något som icke är önskvärt.

Pumpen 3 är inställd att utmata en förutbestämd mängd plast- massa per tidsenhet genona munstycket eller gjutaren 4.

Gjutaren 4 är i det visade exemplet en sådan som har en ringformig munstycksspalt genom vilken plastmassan utmatas i form av en rörformad folie 10, som utspännes och hålles utspänd genom att luft hålles instängd eller konstanthålles inuti denna. Ett stycke över gjutaren kristalliseras plasten genom kylning, företrädesvis genom tillförd kylluft, och man får där den markanta frost- eller kristalliseringslinjen ll.

Ovanför eller efter denna linje ll har man sålunda den färdiga plastfolien 12, som tillplattas och lyftes från gjutaren 4 genom valsverket 5 och därifrån överföres till upprullnings- verket 6 under eventuell önskad sträckning av folien 12.

Genom att variera uteffekten från pumpen 3 ändras produktions- mängden per tidsenhet. Det krävs därvid att utmatningen från silpaketet 2 hela tiden är minst lika med den från pumpen 3.

Av detta skäl uppmätes trycket P2 efter silpaketet 2 och 452 129 6 trycket P3 mellan pumpen 3 och gjutaren K4. Det tryck P3, som föreligger före gjutaren är summan av P2 och den tryckuppbygg- nad som pumpen 3 ger, varför om denna har ett maximitryck, som man vill överskrida, detta kan ske i den grad, som trycket efter silpaketet kan hålla.

En faktor som också kan vara av betydelse är temperaturen hos massan i olika delar av produktionsanläggningen. Sålunda är det viktigt att temperaturen icke vid något tillfälle får överskrida det värde, vid vilket massan kommer till skada. Det är också viktigt att temperaturen icke hålls högre än vad som är nödvändigt för att massan skall få de önskade egenskaperna, eftersom en kylning av massan då måste till, något som innebär produktivitets- och energiförluster. Dessutom kan man även betrakta temperaturen som ett mått på bearbetningsgraden, eftersom en viss bearbetning av en viss mängd massa under vissa betingelser ger en viss temperatur.

För utövande av uppfinningen kan man sålunda välja olika parametrar. Som mått på bearbetningsgraden torde det dock vara lättast att utgå från trycket P1 före silpaketet 2 i kombina- tion med ett bestämt tryckfall över silpaketet 2. I annat fall måste en kombination av varvtal hos och tillförd material- mängd per tidsenhet till extrudern l liksom tillförd extra energi t.ex. för uppvärmning utgöra en utgångsparameter, som sedan skall avstämmas mot mängden framställd plastvara per tidsenhet eller någon annan parameter.

Problemet är emellertid, som tidigare nämnts, att silpaketet 2 efter hand sätts igen och tryckfallet över detta ökar. Detta tryckfall framgår av trycket P2 som uppmätes efter silpaketet 2 men före pumpen 3. Tryckfallet indikerar alltså dels att bearbetningsgraden ökar och dels att utmatningen från pumpen 3 kan bli förändrad.

Pumpen 3 måste såsom tidigare nämnts matas med en viss mängd massa per tidsenhet för att kunna hålla den bestämda produk- tionsmängden, och denna mängd måste också hållas över ett 452 129 7 förutbestämt lägsta tryck. Trycket P2 som avkännes mellan silpaketet 2 och pumpen 3 står i ett bestämt förhållande till denna mängd per tidsenhet. När därför trycket P2 närmar sig ett lägsta förutbestämt värde närmar man sig den kritiska punkt, under vilken mängden massa till pumpen 3 blir för liten för att produktkraven skall vara uppfyllda.

I detta läge får man antingen rengöra eller byta silen i silpaketet 2 eller också minska uteffekten från gjutaren 4.

Det senare medför då att man får inte bara minska effekten hos pumpen 3 utan även minska varvtalet hos verken 5 och 6. Med andra ord, produktionen minskar.

För att övervaka körningen är lämpligen en tryckavkännare anordnad även mellan pumpen 3 och gjutaren 4.

I sammanfattning innebär föreliggande uppfinning att man i sprutningsmaskinen eller extrudern l strävar efter att hålla en förutbestämd, konstant bearbetningsgrad, vilket enklast övervakas och regleras genom avkänning av trycket hos den extruderade plastmassan före och efter det efterföljande silpaketet 2. Trycken Pl och P2 är sålunda ett lämpligt mått på bearbetningsgraden. En särskild pump 3 svarar för matningen av gjutaren 4,så att denna hela tiden tillföres en konstant mängd plastmassa per tidsenhet. För att denna pump 3 skall tillföras en tillräcklig mängd plastmassa per tidsenhet med ett förutbestämt lägsta tryck som inte får underskridas, övervakas även för detta styrningsändamål trycket P2 mellan silpaketet 2 och pumpen 3. Lämpligtvis övervakas även trycket P3 mellan pumpen 3 och gjutaren 4 för att man skall veta att gjutaren 4 tillföres en rätt mängd plastmassa för den önskade slutprodukten.

Genom ovannämnda till synes enkla men icke tidigare praktise- rade åtgärder uppnår man det inledningsvis ställda syftet.

Uppfinningen kan av fackmännen modifieras på olika sätt men sådana modifikationer är avsedda att ligga inom uppfinningens ram, såsom den definieras i de bifogade patentkraven.

Claims (5)

452 129 8 PATENTKRAV
1. l. Förfarande för styrning av bearbetning och utmatning av plastmassa vid strängsprutning med hjälp av en anläggning innefattande en bearbetningsdel för bearbetning av plastmate- rialet, en pump för utmatning av plastmassan till en gjutare eller motsvarande, samt ett mellan bearbetningsdelen och pumpen placerat silpaket, k ä n n e t e c k n a t av att plastmassan i bearbetningsdelen hålles vid en konstant bearbetningsgrad, samt att trycket hos plastmassan mellan silpaketet och pumpen hålles över en förutbestämd nivå.
2. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att såsom ett mått på bearbetningsgraden användes trycket hos plastmassan mellan bearbetningsdelen och silpaketet.
3. 3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att såsom ett mått på bearbetningsgraden användes tryck- fallet hos plastmassan över silpaketet.
4. 4. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att såsom mått på bearbetningsgraden användes temperaturen på massan före och/eller efter pumpen ensamt eller i kombina- tion med trycket hos plastmassan mellan bearbetningsdelen och silpaketet.
5. 5. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e tue c k n a t av att ingående mängd plastråvara och/eller tillverkad produkt kontinuerligt övervakas och att tillförd mängd energi styrs till en konstant nivå per enhet plastråvara såsom mått på bearbetningsgraden, ensamt eller i kombination med trycket hos plastmassan mellan bearbetningsdelen och silpaketet och/eller temperaturen på massan före och/eller efter pumpen.