TW201718339A - 聚合材料 - Google Patents

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布萊恩 喬恩斯
大衛 懷特赫德
伊恩 坎普貝爾
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Abstract

本發明係關於一種用於將視情況包括其他添加劑的液體顏料調配物投入聚合物中的裝置2，該裝置包括用於液體顏料調配物之第一貯槽4、用於沿著管8向出口10泵送調配物之位於貯槽下游的行進式空腔泵6。壓力感測器12監測管8中之壓力。液位感測器16與貯槽4之頂部相關聯，且經配置以監測貯槽4中之液位且將資料傳達至呈可程式化邏輯控制器(PLC)形式之電腦中。為了使得貯槽4中之液位改變轉換成液體之體積(及隨後轉換成重量)，貯槽4在跨越該貯槽之大部分高度中具有恆定的內部橫橫截面面積。發現使用所述液位感測器具有高度精確性。

Description

聚合材料
本發明係關於聚合材料，且特定言之(但不排他地)，係關於用於將流體調配物投入聚合材料中的裝置及方法。可製備注塑成型產品(諸如容器預成型體)或連續擠壓產品(諸如纖維)。
將流體調配物〔例如包含顏料及/或功能性添加劑(諸如UV阻斷劑)之液體調配物〕投入熱塑性聚合材料中以產生注塑成型或擠壓產品已為人所熟知。然而，難以確認投料系統以合適精確度運行及/或保證正確量(不會過少或過多)之液體調配物投入聚合材料中。舉例而言，飲料瓶製造商需要確定所製備瓶子中包括的添加劑(例如著色劑)含量。當希望瓶子或其他貯槽包括特定含量之功能性添加劑(諸如UV光阻斷劑)以防止貯槽中所含產物變質時，從品質保證觀點來看，重要的為對貯槽含有適量之功能性添加劑有信心。
諸多貯槽由在注塑成型機中藉由注塑成型製備之預成型體製成。預成型體接著靜置一段時間以使其適應，隨後將其在拉伸吹塑成型機上吹塑且拉伸。所製備貯槽接著可定期取樣且評估。舉例而言，儘可能地評估所選擇貯槽之顏料且可評估任何功能性添加劑之含量。在一些情況下，評估吹製貯槽中某些功能性添加劑之含量可能不容易或不方便，在此 情況下貯槽製造商難以為該等貯槽(至少在此類功能性添加劑方面)提供可信賴的品質保證(QA)方法。
在以貯槽顏料或貯槽中之功能性添加劑水準作為QA方法評估的情形下，應瞭解該評估在顏料或功能性添加劑引入隨後經拉伸吹塑成型以界定貯槽之預成型體的位置之下游遠處進行。若QA評估展示貯槽在某些方面有缺陷，則在有缺陷貯槽之預成型體製備時段與發現貯槽有缺陷的時間之間製備的所有貯槽亦必須假定具有缺陷(或將需要經受嚴格的測試)且可能需要丟棄。鑒於在預成型體製備與自其製備之貯槽評估之間可易於超過一小時，且鑒於通常貯槽以高速(例如15000個/小時)製備，接著可製備上萬個有缺陷的貯槽，而其均需要丟棄。
由於貯槽可充滿了未評估添加劑水準的產品，且被銷售給消費者，所以在無法輕而易舉或方便評估預成型體或貯槽中所包括之特定功能性添加劑水準的情形下，製備有缺陷的貯槽(例如含有過少添加劑)可甚至更加嚴重。有缺陷的貯槽(例如具有過少功能性添加劑，諸如UV阻斷劑)不能充分保護其所含產品，從而減少其存放期。存在此類具有經縮短存放期之產物可迫使召回好幾萬個含產品貯槽，其為零售商、貯槽中所含產品之製造商及/或貯槽製造商造成顯著損失。
本發明之一個目標為在一個較佳具體實例中解決上述問題且提供精確的QA系統，其能夠在可製備有缺陷的預成型體及/或貯槽之情況下相對快速地提供警示。
US7958915解決在製備塑膠部件中維持所需速率之液體顏 料遞送的問題，以便在製備該等部件中預防過度使用著色劑。藉由提供液體顏料重量計量裝置解決問題。裝置包括在自液體顏料濃縮物之容器泵送液體顏料至塑膠材料中的過程中連續量測液體顏料濃縮物之容器重量的天平、用於泵送液體顏料濃縮物之泵及基於所需使用比率之液體顏料濃縮物，將液體顏料濃縮物之所量測重量與液體顏料濃縮物之容器之預期重量進行連續比較的控制器。為回應相較於液體顏料濃縮物之容器之預期重量的液體顏料濃縮物之容器之所量測重量而連續調節泵之速度，由此將所需量之液體顏料濃縮物連續供應至塑膠材料中。然而，不利地，申請人已發現液體顏料濃縮物之重量量測往往會具有較低精確度，且使用不精確地測定參數(亦即液體顏料濃縮物之所量測重量)連續調整將液體顏料濃縮物遞送至塑膠材料中的泵導致在熔融處理裝置中實際上投入聚合材料中的液體顏料濃縮物之量具有較低準確性。
本發明之較佳具體實例之目標為解決上述問題。
本發明之較佳具體實例之目標為在大體上連續的基礎上提供一種用於確定將液體顏料調配物投入聚合材料中之裝置以合適精確度運行的裝置及/或方法。
根據本發明之第一態樣，提供將流體調配物投入聚合材料中之裝置，該裝置包含：含有流體調配物之貯槽(A)；泵送流體調配物使其離開該貯槽(A)之泵(A)；及量測該貯槽(A)中流體液位之液位感測器。
該貯槽(A)可具有至少2公升或至少3公升之總內部體積(亦即填滿)用於含有流體調配物。該總內部體積可小於50公升或小於20公升。
該貯槽(A)可具有跨長度L之大體上恆定的內部橫截面面積，其中L為至少50mm，較佳為至少100mm。長度L可小於400mm或小於200mm。可含於該大體上恆定的橫截面面積內之流體體積可為至少500cm3，較佳為至少1000cm3。其可小於20000cm3、小於10000cm3或小於7000cm3。
該大體上恆定的內部橫截面面積可為至少100cm2，較佳為至少200cm2。其可小於2000cm2、小於1000cm2或小於600cm2。
該大體上恆定的內部橫橫截面較佳沿著其整個範圍彎曲；較佳地其為圓形或橢圓形的。
大體上恆定的內部橫截面面積除以貯槽(A)之總內部體積之比率可在0.01-0.20範圍內、較佳在0.02-0.14範圍內、更佳在0.03-0.10範圍內。
該貯槽(A)較佳包括上面安放該貯槽(A)及/或液位延伸的基座。該大體上恆定的內部橫截面面積較佳與該基座大體上平行延伸。長度L較佳大體上垂直於該基座量測。
該貯槽(A)較佳為剛性的。其較佳為自撐式。其較佳不配置成經壓縮自其遞送流體調配物。其內部體積在自其移除流體調配物期間較佳不配置成可改變(例如減小)。
該貯槽(A)適當地具有將流體調配物輸入該貯槽中的入 口。該入口較佳定位於該貯槽(A)之上部中。其較佳定位於貯槽(A)之最大填充面上方，其中該最大填充面(例如其位置)之資料儲存於適當地作為該裝置之組件的電腦中。
該貯槽(A)與適當配置以含有與貯槽(A)中所含流體調配物相同的流體調配物之貯槽(B)適當地成流體連通，且該裝置適當配置以將來自貯槽(B)之流體轉移至貯槽(A)中以補充貯槽(A)中之流體。管較佳在貯槽(A)與貯槽(B)之間延伸以將來自貯槽(B)之流體調配物轉移至貯槽(A)，該管之內徑可在0.5至3cm範圍。較佳提供泵(B)以將來自貯槽(B)之流體泵送至貯槽(A)。
貯槽(B)較佳具有大於貯槽(A)之總內部體積。貯槽(B)之總內部體積除以貯槽(A)之總內部體積之比率可至少為1.5，例如在1至500範圍內或較佳在1.5至10範圍內。
貯槽(B)可為可收縮的。其可包含包圍塑膠貯槽之卡紙板箱。其可包含箱中袋型配置。
該貯槽(A)較佳包括用於流體調配物之出口。該出口較佳定位於貯槽(A)之下部中。其可定位於該貯槽(A)之內部基座側壁處或與其鄰接。該內部基座側壁可為貯槽(A)之內壁，其面向與上面安放貯槽(A)之基座的對置方向。該出口可延伸穿過上面安放貯槽(A)及/或液位延伸之該貯槽(A)基座。
該泵(A)較佳經配置以泵送流體調配物使其離開該貯槽(A)，例如離開該貯槽(A)之該出口。第一管較佳在該貯槽(A)，例如其出口與該泵(A)之間延伸。
該液位感測器較佳為非侵入性的。其較佳經配置使得其在貯槽(A)中不接觸流體調配物同時進行量測，例如同時感測貯槽(A)中之流體調配物液位。該液位感測器較佳包括用於傳輸信號，例如波之傳輸器。該信號經適當配置以朝向貯槽(A)中之流體，較佳朝向流體與空氣之界面傳輸，亦即該波經適當配置以衝擊貯槽(A)內所含流體調配物之頂部傳輸，適當地促進測定貯槽(A)中之流體調配物液位。該液位感測器較佳包括接收器，其用於接收自貯槽(A)中之流體調配物反射的信號，例如波。該液位感測器及/或與其相關聯之電腦經適當配置以自該等傳輸且反射信號，例如波評估貯槽(A)中之流體調配物液位。
該液位感測器之該傳輸器及該接收器較佳固定在彼此相對應之位置及/或固定至同一外殼上。該外殼可以可解除方式固定於貯槽(A)。
該液位感測器，例如該外殼較佳以在其使用時佔據高於貯槽(A)中之流體調配物的位置的方式安裝。該液位感測器較佳安裝於該貯槽(A)之上部。
該液位感測器較佳經配置以發射信號，例如波。該液位感測器較佳經配置以傳輸大於15000Hz，例如大於20,000Hz之該信號，例如波。該液位感測器較佳經配置以傳輸(且適當接收)超音波。該液位感測器較佳為超音波感測器。其適當地包含容納超音波傳輸器及超音波接收器之外殼。
較佳地，該液位感測器，例如超音波感測器經配置以產生模擬輸出。適當地如自感測器之傳輸面所量測，感測器之操作範圍可為至多350mm，通常為30至250mm。
該裝置之電腦經適當程式化使得貯槽(A)用流體調配物填充至與液位感測器之傳輸面間隔至少30mm距離的液位。
該液位感測器較佳經配置以將液位資訊傳達至電腦或適當作為該裝置之一部分的該電腦。
該泵(A)可為正排量泵、行進式空腔泵(pcp)或適用於計量液體添加劑的其他類型之正排量泵，諸如蠕動泵。其較佳為pcp。
如所描述，該貯槽(A)適當位於泵(A)上游，其中該貯槽(A)經由第一管直接連接至該第一泵。該第一管較佳在貯槽(A)與泵(A)之間提供不間斷的流體連接。
該貯槽(A)較佳經配置以在小於1.5巴壓力下將流體調配物遞送至該泵(A)之入口。該貯槽(A)較佳對大氣開放。有利地，其較佳不經加壓。適當地，該裝置經配置使得泵(A)入口處壓力由貯槽(A)中流體之靜落差及大氣壓界定，且不提供另外方式加壓該貯槽(A)。較佳地，該貯槽(A)及泵(A)經配置以使得泵(A)自貯槽(A)溢流式泵送流體。
當該泵(A)為pcp時，較佳的為該pcp可包括2個至20個空腔、較佳2個至10個空腔、更佳3個至8個空腔。空腔的體積可在0.05ml至1.2ml範圍內，例如在0.06ml至0.9ml範圍內。該pcp適當地包括轉子/定子組裝件，其包括彈性定子，例如橡膠(例如腈橡膠)定子。其可包括金屬，例如鋼(例如不鏽鋼或經鉻塗覆)轉子。
在第一具體實例中，泵(A)可經佈置以將流體調配物泵送至該裝置出口。在此情況下，較佳地，提供於該貯槽(A)之出口與該裝置 之出口之間的唯一泵為該泵(A)。此類配置可用於將液體調配物引入在相對較低壓力下之聚合材料(例如不為熔融的及/或在環境壓力下之聚合材料)中。在此情況下，該裝置之出口可經佈置以將流體調配物遞送至聚合材料之固體丸粒上。該等固體丸粒可位於熔融處理裝置之熔融區域上游，其中用於給與之裝置可與該熔融處理裝置相關聯及/或以操作方式與其連接。
在第二具體實例中，該裝置可經配置以將液體調配物引入在相對較高壓力下(例如在大於50巴下)之聚合材料(例如熔融聚合材料)中。在此情況下，該裝置之出口可經配置以將流體調配物遞送至熔融處理裝置(例如注塑成型機或擠壓機)中之熔融聚合物中。用於給與之裝置可與如所描述之熔融處理裝置相關聯及/或以操作方式與其連接。
如第二具體實例中所描述，為了在相對較高壓力下引入液體調配物，該裝置可包括位於泵(A)下游且適當地位於該裝置之出口上游的泵(C)。該泵(C)較佳經配置以增加液體調配物之壓力。該泵(C)經適當配置以使壓力增加至少10000KPa(100巴)、更佳至少15000KPa(150巴)、尤其至少19000KPa(190巴)。該泵(C)可包括至少10個或至少20個空腔。適當地其包括少於96個空腔。
較佳地，用於給與之該裝置以操作方式連接至熔融處理裝置，適當地因此該裝置之出口經配置以將來自該裝置之流體調配物遞送至聚合材料，其經配置在該熔融處理裝置中進行熔融處理。該熔融處理裝置可包含注塑成型機或擠壓機。
該裝置，例如該貯槽(A)及泵(A)及較佳貯槽(B)(當提供時)可安裝於運輸載具上。較佳地，該運輸載具支撐含有液體調配物之 貯槽(A)及貯槽(B)。該運輸載具可經配置以滾動至應使用其之位置，例如鄰接熔融處理裝置之位置。該運輸載具可包括輪子或滾輪(例如至少三個、較佳至少四個輪子或滾輪)。經適當配置以控制操作泵(A)且接收來自該液位感測器之資料的電腦較佳為運輸載具之組件。該載具之高度較佳小於1.8m。該載具之佔據面積可小於2m2或小於1m2；且其可為至少0.2m2。
除非另外陳述，否則本文所描述之黏度可使用布氏黏度計(Brookfield Viscometer)在20rpm及23℃下量測。
該流體調配物之黏度可為至少5000cP、適當地至少10000cP、較佳至少15000cP。黏度可小於45,000cP、較佳小於40,000cP、更佳小於35,000cP。
該流體調配物可包括至少20重量%、適當地至少30重量%、較佳至少40重量%、更佳至少50重量%、尤其至少60重量%固體。該固體可包含粒狀材料，例如固體顏料及/或染料。該流體調配物可包括85重量%或更少所描述類型之固體。該流體調配物適當地包括15至70重量%、較佳15至50重量%流體，例如液體。該等固體呈適當地作為媒劑之流體中分散液的形式適當地提供。因此，該等固體一般不可溶於媒劑中。使用高度裝載調配物(且因此相對較低媒劑液位)之能力對於將有關媒劑併入聚合材料中的任何有害效應最小化而言為有利的。
該等固體可經配置以調整塑膠材料之特性而使該等固體可藉由該裝置遞送至塑膠材料中。該等固體可包含任何需要引入塑膠材料中之材料且可選自著色劑、UV濾光器、氧吸收劑、抗微生物劑、乙醛清除劑、再熱添加劑、抗氧化劑、光穩定劑、光學增亮劑、處理穩定劑及阻燃劑。 著色劑可包含顏料或染料。
該等固體較佳包含不可溶著色劑(亦即不可溶於媒劑中)，例如不可溶顏料或染料。在一些具體實例中，可使用部分可溶著色劑或其他添加劑。
該媒劑適當地在STP下為液體。該流體調配物在STP下較佳為液體。該媒劑之沸點(在760mmHg大氣壓下)較佳大於300℃、較佳大於350℃、更佳大於500℃。該沸點可小於1150℃或小於1000℃。
該貯槽(A)較佳含有如所描述之流體調配物。貯槽(B)(當提供時)適當地包括流體調配物，其中貯槽(A)及貯槽(B)中之流體調配物相同。該裝置經適當配置以自貯槽(A)遞送流體調配物，因此其接觸聚合材料，其中接觸該聚合材料之流體調配物與貯槽(A)中之流體調配物相同。
根據本發明之第二態樣，提供一種將流體調配物投入聚合材料中之方法，該方法包含：(i)泵送流體調配物使其離開貯槽(A)且朝向聚合材料；(ii)在步驟(i)期間評估例如量測貯槽(A)中之流體液位；及(iii)將該流體調配物投入聚合材料中。
該流體調配物可具有第一態樣之流體調配物之任何特徵。
該貯槽(A)可具有第一態樣之貯槽(A)之任何特徵。
貯槽(A)中之流體液位可藉由具有第一態樣之液位感測器之任何特徵的液位感測器量測。
如(i)中所描述，泵(A)較佳泵送流體調配物。該方法可 利用例如如第一態樣中所描述之一或多個其他泵以促進流體調配物在貯槽(A)與該聚合材料之間通過。
該方法較佳包括將步驟(ii)中收集之資料傳達至電腦。該電腦可包括第一態樣之電腦之任何特徵。
該方法較佳使用如所描述之液位感測器，且在該方法中該電腦可控制操作及/或接收來自該液位感測器之資料。
在該方法中該電腦可控制操作及/或接收來自泵(A)之資料。
在該方法中步驟(iii)之該聚合材料較佳藉由熔融處理裝置進行熔融處理。舉例而言，其可經注塑成型或擠壓。在該方法中該電腦較佳與該熔融處理裝置連通。在該方法中資料較佳自熔融處理裝置發送至該電腦。
該方法較佳包含操作員，其在該方法之步驟(iii)中選擇關於待給與之液體調配物之量的參數。該量可定義為排出比(LDR)。在該方法中，計量裝置，例如計量泵可經配置以將經計量之量(例如量/單位時間)的液體調配物遞送至該聚合材料中。本文所描述之泵(A)較佳為該計量泵。
該電腦較佳經程式化以基於如步驟(ii)中所描述較佳藉由該液位感測器所量測的貯槽(A)中之流體液位變化來計算步驟(i)中泵送離開貯槽(A)的流體調配物之體積及/或重量。該電腦較佳經程式化以基於如步驟(ii)中所描述量測的貯槽(A)中之流體液位變化來計算步驟(i)中流體調配物離開貯槽(A)的通過速率。
該方法較佳包含將基於貯槽(A)中之流體液位變化(較佳基於來自該液位感測器之量測值)的流體調配物之該通過速率與經配置以 藉由該計量裝置(例如所描述之計量泵)遞送的流體調配物之量(速率)進行比較(例如電腦比較)。若在該比較中基於來自該液位感測器之資料評估的量與基於該計量裝置之量相差大於預定量，則該電腦將配置輸出信號，例如發出警報聲以警示操作員該裝置之一些態樣的偏差及/或可能的故障發生。操作員可接著研究偏差之原因。
在一個較佳具體實例中，當該方法之步驟(iii)包含循環方法(例如預成型體之注塑成型)時，該方法包含電腦基於自該液位感測器傳達至該電腦之資料來計算關於引入該聚合材料/循環中的液體調配物之量(例如重量)的資料。該資料適當地藉由電腦與來自該計量泵之資料(例如計量泵轉動數目)進行比較，該計量泵經配置以計量步驟(iii)中投入該聚合材料中之液體調配物。若來自該液位感測器之資料與來自該計量泵之資料的比較表明不一致，則如所描述輸出信號(例如警報)。
在一個較佳具體實例中，當該方法之步驟(iii)包含連續方法(例如纖維擠壓)時，該電腦可經配置以定期比較來自該液位感測器之資料與來自該計量泵之資料，例如當每一次貯槽(A)中之液體調配物液位降低到預定量(例如1mm)時。
該方法可包含操作員選擇關於待投入該聚合材料中之該流體調配物之量的參數，且將關於該參數之資訊輸入電腦中，該電腦控制操作裝置以根據該參數將該調配物投入該聚合材料中。該參數可關於投入該聚合材料中的該流體調配物之所需給與速率。
該方法可包含將關於該聚合材料之輸送量，例如循環或連續(例如每小時)輸送量的資訊輸入該電腦中的操作。
較佳地，在該調配物與該聚合材料之間接觸之後，混合物包括小於15重量%(例如小於10重量%)衍生自該調配物之材料及大於85重量%(例如大於90重量%)該調配物在該方法中接觸之聚合材料。
較佳地，以將小於15重量%、更佳小於10重量%或小於8重量%之媒劑引入該聚合材料中的速率選擇且給與調配物。亦即調配物與聚合材料之間接觸之後，該混合物中媒劑之量較佳小於15重量%、小於10重量%或小於8重量%。較佳地，調配物與熔融聚合材料之間接觸之後，經由該調配物引入該聚合材料中的所有液體之量總和以該接觸之後包含該調配物及該聚合材料的混合物總重量計小於15重量%、小於10重量%或小於8重量%。
該聚合材料可選自聚酯(尤其PET)、聚碳酸酯、聚烯烴、PVC、含氟聚合物及其他工程改造聚合物。該聚合材料較佳為聚酯、更佳PET。
在該調配物與該聚合材料之間接觸之下游，該混合物可用於形成板材或纖維；或注塑成型物品，例如用於貯槽之預成型體。
該方法可包括初步方法，其適當地先於步驟(iii)且可針對該方法中應給與之該流體調配物進行單次。該初步方法適當地包含適當地使用第一態樣之裝置測定該流體調配物之比重。因此在第三態樣中，提供一種測定流體調配物之比重與根據第一態樣之裝置相關聯的方法，該方法包含：(a)選擇該第一態樣之裝置；(b)操作泵(A)以泵送流體調配物使其離開貯槽(A)； (c)使用該裝置之該液位感測器監測該貯槽(A)中該液體調配物之液位改變； (d)該裝置之電腦基於來自步驟(c)之資料計算歷經已知時間自該貯槽(A)移除之液體調配物體積；(e)藉由將歷經該已知時間每次泵(A)旋轉所排放之重量值除以步驟(d)中測定之體積來計算該比重。
步驟(e)中提及的每次泵(A)旋轉所排放之重量值可利用以下方法測定：(i)操作泵(A)持續已知時間段；(ii)收集在該時間段期間泵送離開貯槽(A)之流體，且稱重其；及(iii)記錄在該時間段期間關於泵(A)旋轉數目的資料。可接著計算每次泵旋轉所排放之重量。
本發明涉及使用第一態樣之裝置用於將流體調配物注射至聚合材料中。
任何本發明之任何態樣之任何特徵或本文所描述之具體實例可與任何其他本發明之任何態樣之任何特徵或本文中細節上作必要修改後之具體實例合併。
現將參考附圖藉助於實例描述本發明之特定具體實例，其中：圖1為給與裝置之示意性表示；圖2為給與裝置之正視圖； 圖3為圖2之給與裝置之後視圖； 圖4為示意性側視圖，部分為併入液位感測器之貯槽之橫截面；圖5為可置放在圖1至圖3之裝置下游的給與裝置之任選部分之示意性表示；圖6為曲線，其表示第一次開始時歷經50個成型機週期以公克為單位的射出重量改變，且比較由操作員輸入之投料比率所計算之射出重量、使用液位感測器測定之射出重量及使用荷重計測定之射出重量；及圖7為關於圖6之曲線，但其稍後取得且以不同比例表示。
在圖式中，相同或類似部件用相同的圖式元件符號標註。
參考圖1，大體而言，用於將液體顏料調配物(視情況包括其他添加劑)投入聚合物中之裝置2包括用於液體顏料調配物之第一貯槽4、用於沿著管8向出口10泵送調配物之位於貯槽下游的行進式空腔泵6。壓力感測器12監測管8中之壓力。液位感測器16與貯槽4之頂部相關聯且經配置以監測貯槽4中之液位且將資料傳達至呈可程式化邏輯控制器(PLC)形式之電腦中。
為了使貯槽4中之液位改變轉換成如下文所述之液體體積(及隨後轉換成重量)，貯槽4在跨越貯槽之大部分高度中具有恆定的內部橫截面面積。參考圖4，貯槽4包括具有恆定內部橫截面面積之區域200，其中液位感測器16經配置以獲取量測值。區域A定位於相對於液位感測器16之發射面的距離D1處且延伸至相對於發射面之距離D2之位置處。
對於裝置中所用之任何貯槽4而言，內部橫截面面積保持恆定之距離為已知的(實際面積之量值亦已知)，例如憑藉經驗確定，且此距 離極大地限定了液位感測器的量測上邊界及下邊界。亦即除非液位在貯槽之恆定內部橫橫截面之面積內，否則液位感測器不宜配置量測液位。關於邊界之資料宜儲存於PLC中，其宜經程式化以使得僅當液位在如前述邊界內時量測液位。
可使用之貯槽4之特徵可如下：
參考圖2及圖3，展示裝置安裝於推車20上，其包括平台22及支撐在四個輪子24上之相關結構。
推車20包括上面以可移除方式支撐第二貯槽28之平台26。貯槽28為箱中袋貯槽，且為用於顏料調配物之儲存貯槽，其經配置以定期經由管道30、管道31及蠕動(或偏心螺旋)泵32進料至第一貯槽4中以補充貯槽4中液體調配物之量。當第一貯槽4中之液體調配物液位降低到低於預定液位時，可開始自貯槽28傳輸液體調配物。
液位感測器16裝配至貯槽4頂部，且經配置以大體上連續地量測貯槽4中距液體頂部之距離。在一個較佳具體實例中，液位感測器16為超音波液位感測器，其涉及量測由感測器發射聲波至自貯槽4中液體表面返回所需要的時間。距離可係關於隨時間推移所用液體體積，且轉換成如下文所述隨時間推移所用液體重量。感測器16之控制及自其獲取之資料經由導線34饋送至PLC 36。
發現超音波液位感測器特別宜與一系列可需要引入聚合物 中之調配物(例如不同黏度、彩色或非彩色、透明、不透明或半不透明)一起使用。另外，發現使用超音波液位感測器與較佳使用裝置遞送之相對黏性調配物組合允許隨時間推移相對精確且穩定地量測貯槽4中之液體調配物液位，即使裝置2受到操作員無意撞擊或經受另一外部原因。
管道38與貯槽4之下端連通且延伸至泵6之下端。
泵6可為任何類型之可精確計量由裝置遞送之液體調配物的泵。在圖3中，其展示為行進式空腔泵(pcp)。適合的pcp可相對較輕量且具有2或3巴之排放能力。其可包括4個或6個可在0.08ml至2.6ml範圍內之大體上相同體積的空腔。泵之速度在方法期間可藉由PLC控制。
泵之出口端40與管8連通，該管8可經配置以將精確計量之液體顏料調配物之量遞送至聚合物中或遞送至其上。
在第一具體實例中，管8可經置放以將液體調配物遞送至與熔融處理裝置相關聯但位於其熔融區域上游之固體聚合物丸粒中或至其上。在此情況下，液體調配物可以相對較低壓力(例如小於5巴)投入聚合物丸粒上。
在第二具體實例中，在圖4中表示，管8可將液體調配物遞送至齒輪泵42之入口中。泵42上游之壓力轉換器12量測管8中之壓力。齒輪泵42下游為壓力感測器48及壓力調節器51。齒輪泵藉由伺服馬達驅動且經配置以升高液體調配物之壓力，因此其可直接注射至熔融處理裝置中之熔融聚合物料流中。齒輪泵可用於將壓力增加至大於100巴或大於150巴。包括可與圖1至圖3之裝置一起使用之計量泵及壓力增加泵的裝置描述於WO2014207472中。
作為在第二具體實例中提供齒輪泵作為壓力升高泵之替代方案，齒輪泵可由如GB1516143.3中所描述經配置以增加液體調配物之壓力的pcp替換。
PLC 36經配置以與裝置2之組件連通且控制其，且與方法中可引入液體調配物之熔融處理裝置，例如注塑成型機或擠壓機連通。PLC包括供輸入且輸出資訊之觸控式螢幕42。可輸入之資訊包括關於以下之資料：聚合材料之壓力(尤其當液體調配物注射至熔融聚合物中時)、相關熔融處理裝置之輸送量、來自注塑成型機之啟動信號或在連續擠壓之情況下的運行信號。
當裝置2操作時，其由於管8中之阻力及摩擦而產生壓力。鄰接泵出口裝配之壓力感測器12記錄各循環之壓力(或當諸如在連續製備纖維期間，裝置用於將液體調配物連續遞送至聚合物中或至其上時，例如每隔30秒定期記錄壓力)以確保其屬於預定參數內。
在使用中時，PLC控制器經程式化使得若其接收啟動信號(例如當液體調配物引入熔融處理裝置中開始時，由操作員手動輸入或自動產生)，則需要貯槽4中之當前液位及量測時間作為資料點。PLC控制器在以下情況中亦可獲取貯槽4中之當前液位作為資料點：
(i)當其感知到排出比(LDR)變化時，例如由於導致泵速度變化之參數變化。
(ii)當其感知到聚合物輸送量變化(其可手動改變或可經監測且自動改變)時。
(iii)當藉由液位感測器16量測已使用1mm液體調配物時。
在下文中，實施例1描述如何校準泵6；實施例2描述可如何校準給與裝置以使輸出液體調配物之重量/單位時間(另外或而非所用液體調配物之體積/單位時間，倘若第一貯槽4之相關橫截面面積為已知的，則其可直接自藉由液位感測器16量測之距離計算)；實施例3描述可如何報導所遞送液體調配物之量；實施例4描述可如何操作裝置以確認至熔融聚合物中之給與處於所要精確液位下；及實施例5為評估藉由使用剪切樑荷重計測定之給與精確度的比較實施例。
實施例1-泵之校準
泵6本身能夠可靠地遞送精確用量之液體調配物/旋轉。精確度通常超過98%。
重量排出量/泵旋轉利用以下方法計算：操作泵持續預定義時段(其可由使用者定義但通常可為至多300秒)，收集容器中之排放且記錄將液體調配物遞送至容器中期間之泵旋轉數目。接著稱量容器中之液體，且資料進入PLC中，接著該PLC計算關於公克/泵旋轉的值。此值用於後續計算。
實施例2-校準裝置以允許報導液體調配物之重量
液體顏料調配物投入與貯槽4中所含熔融處理裝置相關聯之聚合物中，操作裝置2以使調配物通過裝置且自出口10離開。進行以下步驟：
(i)當自貯槽4已使用固定量(例如1mm)之液體時，液位感測器16評估。
(ii)接著液位在貯槽中下降之距離(亦即1mm)乘以所選擇貯存器 之表面面積計算值(其係基於貯存器之已知內部橫截面面積)，得到所得體積。
(iii)接著所計算之所得體積除以在使用液體體積所需時間期間出現之泵旋轉數目，獲得毫升/泵旋轉值。
(iv)比重藉由使公克/旋轉(如實施例1中所描述測定)除以毫升/旋轉值計算。
當已測定比重時，可基於如藉由液位感測器16所量測之貯槽中液體高度改變報導隨時間推移自貯槽4遞送之液體調配物重量。如將瞭解，重量/單位時間等於歷經單位時間之體積乘以比重；且體積等於貯槽中液體高度改變乘以表面面積。
實施例3-報導遞送至方法中之液體調配物之量
倘若自貯槽2遞送之液體調配物重量可如實施例2中所描述測定且推測所有該調配物遞送至與位於出口10下游之熔融處理裝置相關聯的聚合物中，則關於液體調配物重量(及液體調配物各組分之量)之詳情可如下使用：
(i)若熔融處理裝置(例如注塑成型機)以循環方法操作，則可計算每次循環所引入之液體調配物重量(或例如著色劑重量)。在此方面，用於貯槽中液位每下降1mm之重量可自實施例2計算值已知且資料儲存於PLC中。若泵及液位感測器運行正確，則PLC亦包括關於泵之旋轉數目的資料，該泵之旋轉數目將在貯槽中液位每下降1mm時進行。在循環操作熔融處理裝置期間，監測且藉由PLC記錄關於泵之轉動數目/循環。自前述，PLC基於貯槽中之液體高度改變(如藉由液位感測器評估)計算每次循環已引入 聚合物中之液體量。
(ii)若熔融處理裝置操作連續方法(例如纖維擠壓)，則所計算重量可用於產生以公克/小時為單位的液體調配物之消耗水準；其中此藉由PLC針對貯槽中液位每下降1mm來報導。
在兩種情況(i)及(ii)下，若意欲每次循環(在非連續方法(i)之情況下)或每隔30秒(在連續方法(ii)之情況下)藉由泵(如在PLC中經程式化)遞送之液體調配物量與如基於藉由液位感測器之量測值所計算之每次循環或每隔30秒(如所應用)所遞送之量差異大於預定量(其液位可藉由操作員設定)，則發出警報聲以警示操作員偏差。操作員可接著中止方法且研究。應瞭解，快速報導所遞送液體調配物之偏差(例如在約1次循環或30秒內)意謂若存在問題且產物用不正確液體調配物液位製備(意謂著色劑及/或其他添加劑之液位為不正確的)，則在可評估且解決該情形之前，將製備最少的有缺陷產物。
應注意，來自液位感測器之資料不用於自動調整泵之速度。如所描述，發出警報聲且操作員研究出現任何偏差之原因。此係由於如所描述使用之泵本身高度精確，且不認為基於來自液位感測器之資料調整泵速度為合適的，來自該液位感測器之資料不能視為比泵自身更加精確。所描述之任何偏差可由於多個原因中之任一者(例如有缺陷的泵、有缺陷的液位感測器、漏泄或堵塞)。
實施例4-操作裝置且建構曲線確定隨時間推移液體調配物之射出重量
設置圖1至圖3之裝置以計量至經配置以製備72 x 25.5g PET預成型體/循環之注塑成型機中聚合物中之液體調配物。操作員便於經 由PLC輸入及/或調整LDR、聚合物射出重量或輸送量、用於貯槽4之高及低液位(低液位決定貯槽4自貯槽28補充)，且輸入關於貯槽4之尺寸等的詳情(由此使得基於來自液位感測器之資料計算待分配之液體體積)。
在給與方法期間，諸如來自液位感測器16之資料發送至PLC控制器，且如圖6及圖7中所說明，產生噴射重量(至各預成型體中之液體調配物)/循環之連續即時曲線，在下文中提供其論述。
若在裝置操作過程中，來自貯槽28之液體調配物轉移至貯槽4以補充其，則PLC經程式化使得在該轉移期間不發出警報聲。在轉移之後，獲得表示貯槽4中液體調配物之新液位的資料點，且裝置之操作如前繼續。
實施例5-操作包括評估射出重量之荷重計的裝置(比較實施例)
圖1至圖3之裝置經修改以除了液位感測器16以外亦包括在貯槽4下方裝配之剪切樑荷重計，其經配置以隨時間推移量測貯槽重量且將資訊傳達至PLC控制器。PLC記錄重量至最接近0.1g，且使先前記錄之重量減去該重量，得到循環之射出重量。
液位感測器16及荷重計在比較實施例中同時操作以實現如所圖6及圖7中所說明之輸出比較。
圖6及圖7之論述
圖記錄當同時操作圖1至圖3之液位感測器及如實施例5中所描述之荷重計時所獲得的資料。線A指示藉由操作員輸入PLC中之給與重量所測定的經計算公克/循環，線B指示藉由液位感測器評估之公克/循環及線C指示藉由荷重計評估之公克/循環。圖6及圖7清楚地說明相較 於荷重計使用液位感測器之優點。更特定言之，使用荷重計之精確度相對較低且導致隨時間推移報導較大重量變動(其不代表真正情形)。因此，若在射出重量顯著改變的情況下(由來自荷重計之資料察覺)，荷重計用於操作警報，則警報操作之臨限值將需要較寬，其意謂射出重量可在警報不運作的情況下在循環內顯著改變。另外，一些已知的系統，例如如US7958915中所描述，使用藉由重量(例如荷重計)量測測定之給與速率基礎使泵加速或減速，由此遞送較多或較少液體調配物。圖6及圖7說明與此類方法相關的不準確風險。
在較佳具體實例中，認為給與第一且首先為體積的，給與泵之經校準排放體積經離線核對且接著在後續運行過程期間藉助於超音波液位感測器驗證。如自模擬液位感測器所計算，如基於LDR及聚合物射出重量或輸送量，貯存器之重量損失與理想的計算添加速率相比較。使用者可將此資料按次序輸出至品質系統中以恆定地監測理想計算給與速率與感測器所量測給與速率之間的差值。若理想的及量測的速率相差大於使用者指定界限，則品質系統可產生警報，其發指令給操作員研究原因。藉由監測充分精確的警報，使用者可減少或消除定期檢查計量泵之校準的需要，其正常每天均需要。該檢查將需要採用離線給與系統且中止方法。藉由以下所描述具體實例，可避免不必要的校準，由此避免材料損耗及製備時間損失。在來自液位感測器之讀數不穩定或遮擋的時段期間，系統將繼續基於體積校準給與，且來自感測器之不可靠的讀數可自資料集排除，其將導致不連續的資料記錄。在補充貯存器體積期間之時段當前視為不可用的資料。在更加完善的具體實例中將有可能計算某些類型之轉移泵的遞送速 率，且因此全部體積測定數學上扣除轉移泵之份額，且因此克服不連續的資料集。
本發明不限於前述具體實例之細節。本發明擴展至本說明書(包括任何隨附申請專利範圍、摘要及圖式)中所揭示之特徵中之任何新穎特徵或任何新穎組合，或擴展至如此揭示之任何方法或製程之步驟中之任何新穎步驟或任何新穎組合。
2‧‧‧裝置
4‧‧‧第一貯槽
6‧‧‧行進式空腔泵
8‧‧‧管
10‧‧‧出口
12‧‧‧壓力感測器/壓力轉換器
16‧‧‧液位感測器

Claims (30)

  1. 一種用於將流體調配物投入聚合材料中之裝置，該裝置包含：含有流體調配物之貯槽(A)；泵送流體調配物使其離開該貯槽(A)之泵(A)；及量測該貯槽(A)中流體液位之液位感測器。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該貯槽(A)具有2公升至50公升範圍內之內部體積用於容納流體調配物。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之裝置，其中該貯槽(A)在長度L上具有大體上恆定的內部橫截面面積，其中L在50mm至400mm範圍內。
  4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該大體上恆定的橫截面面積內可容納之該流體體積在500cm3至20000cm3範圍內。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該貯槽(A)與貯槽(B)流體連通，該貯槽(B)經配置以含有與貯槽(A)中所含流體調配物相同的流體調配物，且該裝置經配置以將來自貯槽(B)之流體轉移至貯槽(A)中以補充貯槽(A)中之流體。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該液位感測器包括傳輸器，其用於傳輸信號，例如波；且包括接收器，其用於接收自該貯槽(A)中之流體調配物反射的信號，例如波。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該液位感測器及與其相關聯之電腦經配置以利用該傳輸且反射信號評估該貯槽(A)中之流體調配物液位。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該液位感測器經配置以傳 輸信號，例如大於15000Hz，例如大於20,000Hz之波。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該液位感測器為超音波感測器，其經配置以產生模擬輸出。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該裝置之電腦經程式化，使得貯槽(A)用流體調配物填充至與該液位感測器之傳輸面間隔至少30mm距離的最大液位。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該液位感測器經配置以將液位資訊傳達至電腦或作為該裝置之一部分的該電腦。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該泵(A)為行進式空腔泵(pcp)。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該貯槽(A)經配置以將流體調配物在小於1.5巴之壓力下遞送至該泵(A)之入口。
  14. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中泵(A)經配置以將流體調配物泵送至該裝置之出口，其中在該貯槽(A)之出口與該裝置之出口之間提供的唯一泵為該泵(A)；或該裝置經配置以將液體調配物在大於50巴之壓力下引入聚合材料中。
  15. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該投料裝置以操作方式連接至熔融處理裝置，且該裝置之出口經配置以將來自該裝置之流體調配物遞送至經配置以在該熔融處理裝置中經熔融處理的聚合材料中。
  16. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中該貯槽(A)含有流體調配物。
  17. 一種將流體調配物投入聚合材料中之方法，該方法包含： (i)泵送流體調配物使其離開貯槽(A)且送往聚合材料；(ii)在步驟(i)期間評估例如量測貯槽(A)中之流體液位；及(iii)將該流體調配物投入該聚合材料中。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中貯槽(A)中之該流體液位藉由液位感測器量測且泵(A)如(i)中所述泵送流體調配物。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該方法包括將步驟(ii)中所收集之資料傳達至電腦。
  20. 如申請專利範圍第17項至第19項中任一項之方法，其中該方法使用液位感測器，且電腦或該電腦控制該方法中該液位感測器之操作及/或自其接收資料。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該電腦控制該方法中泵(A)之操作及/或自其接收資料。
  22. 如申請專利範圍第17項至第21項中任一項之方法，其中步驟(iii)之該聚合材料藉由該方法中的熔融處理裝置進行熔融處理，且該電腦與該方法中的該熔融處理裝置通信。
  23. 如申請專利範圍第17項至第22項中任一項之方法，其中該電腦經程式化以基於如步驟(ii)中所述藉由該液位感測器評估之貯槽(A)中流體液位變化來計算步驟(i)中抽離貯槽(A)之流體調配物的體積及/或重量。
  24. 如申請專利範圍第17項至第23項中任一項之方法，其中電腦或該電腦經程式化以基於如步驟(ii)中所述評估之貯槽(A)中流體液位變化來計算步驟(i)中離開貯槽(A)之流體調配物的通過速率。
  25. 如申請專利範圍第17項至第24項中任一項之方法，其中該方法包含將基於貯槽(A)中之流體液位變化(較佳基於來自該液位感測器之量測值)的流體調配物通過速率與經配置以藉由計量裝置，例如該裝置之計量泵遞送的流體調配物之量，例如速率進行比較(例如電腦比較)。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中在該比較中，若基於來自該液位感測器之資料評估的量與基於該計量裝置之量相差大於預定量，則該電腦將配置輸出信號以警示操作員該偏差。
  27. 如申請專利範圍第17項至第26項中任一項之方法，其中該方法包含操作員選擇關於待投入該聚合材料中之該流體調配物之量的參數，以及將關於該參數之資訊輸入電腦中，該電腦控制該裝置操作以根據該參數將該調配物投入該聚合材料中。
  28. 如申請專利範圍第17項至第27項中任一項之方法，其中在該調配物與該聚合材料之間接觸位置下游，該混合物用於形成板材或纖維；或注塑成型物品，例如貯槽之預成型體。
  29. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項之裝置，其例如藉助於電腦控制配置以操作如申請專利範圍第17項至第28項中任一項之方法。
  30. 一種測定有關如申請專利範圍第1項至第16項中任一項之裝置或用於如申請專利範圍第17項至第28項中任一項之方法的流體調配物之比重的方法，該方法包含：(a)選擇如申請專利範圍第1項至第16項中任一項之裝置；(b)操作泵(A)以泵送流體調配物使其離開貯槽(A)；(c)使用該裝置之該液位感測器監測該貯槽(A)中該液體調配物之液 位改變；(d)該裝置之電腦基於來自步驟(c)之資料計算已知時間內自該貯槽(A)移出之液體調配物體積；(e)藉由將泵(A)在該已知時間內每次旋轉所排出之重量值除以步驟(d)中測定之體積來計算該比重。
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