TWI400157B - Screw degasser degassing simulation device, and screw extruder degassing simulation program - Google Patents

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Description

螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，及螺旋式擠壓機的除氣模擬程式
本發明是關於為了要決定擠壓機的螺桿構成或預測擠壓機內的樹脂物性，模擬擠壓機內部充滿率、壓力、溫度、固相占有率、滯留時間、扭矩、動力、揮發成份濃度之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置、及螺旋式擠壓機的除氣模擬程式。
過去，預測單軸螺旋式擠壓機的樹脂物性之技術，已知有加拿大PolyDynamics INC.開發出來的「EXTRUCAD」「NEXTRUCAD」。
該軟體能夠預測擠壓機軸方向的壓力分布、溫度分布、固相占有率分布。美國Polymer Processing Institute的「Win SSD」、德國Paderborn大學的「REX」、Compulast公司的「EXTRUDER」，也同樣是以能夠進行單軸螺旋式擠壓機的樹脂物性預測之軟體而聞名。
有關二軸螺旋式擠壓機，已知有美國Akron大學開發出來的「AKRO－CO－TWIN SCREW」。該軟體是以計算結果來獲得對於同向旋轉二軸螺旋式擠壓機的軸方向之樹脂溫度、壓力、充滿率、固相占有率等的分布。
另外，Akron大學提出，J.L.White團隊(Intern.Polymer Processing,XII,3,P.278(1997))，針對異向二軸螺旋式擠壓機也進行同樣的物性預測之研究報告。
日本國內的富山團隊(富山、石橋、井上；日本製鋼所技報No.55(2003)32)，也針對同樣的軟體開發有載述。另外，已知有增加了分散及分配的指標來作為擠壓機運轉模擬系統之運算手法(參考下述日本專利文獻1)。
針對同向二軸螺旋式擠壓機的運算工具，日本製鋼所開發出來的「TEX－FAN」、美國Polymer Processing Institute開發出來的「TXS」、德國Paderborn大學的「SIGMA」、法國CEMEF的「LUDOVIC」，都是以與「AKRO－CO－TWIN SCREW」同樣的軟體而聞名。
對於擠壓機裏面之含在樹脂中之揮發成份的濃度預測，首推G..A.Latinen的除氣模式(”Devolatilization of plastics”,DVI－Gesellschaft kunstofftechinik(1980))，還有Wang團隊(N.H.Wang,N.Hashimoto：Jounal of Chemical Engineering of Japan,33,3(2000)353)或Yang(C.T.Tang and T.G..Smith：SPEANTEC,96Tech.paper(1996)350)、Lindt(W.R.Foster and J.T.Lindt：Polym.Eng.Sci.,30,11(1990)621)等物理性或理論性的試運轉已經進行過，根據這些研究提案出除氣理論式，作為預測擠壓機的除氣過程之技術。
〔專利文獻1〕日本專利3712762號公報。
「NEXTRUCAD」或「Win SSD」等可以預測對於螺桿軸方向的樹脂溫度、壓力、熔解率等，但無法進行設有排氣埠之除氣程序中之樹脂的含有水分或揮發成份濃度的預測。
即使「AKRO－CO－TWIN SCREW」，仍可以計算樹脂溫度、壓力、熔解率、動力或滯留時間之螺桿軸方向的分布，但對於二軸螺旋式擠壓被經常使用之除氣程序中的揮發成分濃度預測則無法計算，所以並不完善。也就是即使為了要解析而構成配置了排氣用氣筒之擠壓機形狀，仍無法模擬實際過程的狀況。
另外，一方面以Latinen為首之Wang或Yang團隊的除氣研究，係計算螺旋式擠壓機內的特定除氣區域內之揮發成份的濃度平衡，再利用樹脂中之揮發成份的擴散所形成氣液平衡模式等來進行預測。因而，這些研究係定位於以除氣結構的解析為主題之理論研究，並不是應用於對於螺旋式擠壓機的軸方向之程序預測的研究。
對於實際模擬螺旋式擠壓機的除氣程序，必須要計算樹脂溫度、壓力、滯留時間、充滿率、扭矩、動力、固相占有率及揮發成份濃度，作為擠壓機軸方向的分布。
本發明係為了要解決上述的問題而提案，其目的是提供可以實際模擬螺旋式擠壓機的除氣程序之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置及程式。
為了要解決上述過的課題，本發明是一種因應於擠壓機模擬系統之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，該擠壓機模擬系統係由擠壓機裝置的構成、及運轉條件和樹脂物性，計算擠壓機內部的樹脂溫度、壓力、滯留時間、充滿率、扭矩、動力、固相占有率及揮發成份濃度，作為擠壓機軸方向的分布，模擬除氣狀況，其特徵為：具備有：將含有樹脂的揮發成份濃度，利用排氣用氣筒來進行除氣，漸漸降低的程序予以運算之手段。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，含有樹脂的揮發成份濃度利用排氣用氣筒來進行除氣的程序運算，係由沖洗除氣、表面更新除氣、發泡除氣的任何一種或是該組合所組成。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：根據螺桿、氣筒、液體添加噴嘴的擠壓裝置構成，判別沖洗除氣、表面更新除氣、發泡除氣中最適合的除氣運算手法並進行運算之手段。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：經過前述沖洗除氣的程序運算，利用後段排氣裝置流入到擠壓機的樹脂，利用沖洗來使含有揮發成份濃度降低之運算手段。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，運算前述沖洗除氣步驟之手段，係用後述的式子(1)~(4)來進行。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：經過前述表面更新除氣的程序運算，在前段排氣利用螺桿旋轉造成溶液的表面更新性，使含有樹脂的揮發成份濃度降低之運算手段。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，前述表面更新除氣的程序運算之運算手段，係用由擠壓機內的具體螺桿構成、擠壓機尺寸以及充滿率來算出且除氣區域內揮發成份飛濺之樹脂的表面積L’，藉由後述的式子(5)~(7)來進行運算。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：經過前述發泡除氣的程序運算，將添加劑注入擴散在聚合物中，在減壓下予以發泡，使含有樹脂的揮發成份往氣泡內擴散以使含有揮發成份濃度降低之運算手段。
另外，如同本發明之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，前述發泡除氣的程序運算之運算手段，係由後述的式子(8)之揮發成份往氣泡內擴散的擴散式子所求出之後述的式子(9)之揮發成份的分壓、及後述的式子(10)之添加劑的分壓，算出氣泡的內壓，用後述的式子(11)、(12)，運算氣泡依隨該內壓成長的過程中之氣泡直徑及其內壓分布的時間變化。
另外，本發明是一種由擠壓機裝置的構成、及運轉條件和樹脂物性，計算擠壓機內部之物理性參數的分布狀態，模擬除氣狀況之螺旋式擠壓機的除氣模擬程式，其特徵為：將含有樹脂的揮發成份濃度，利用排氣用氣筒來進行除氣，漸漸降低的程序予以運算之步驟，用電腦來執行。
首先，說明本發明之實施形態的概要。本發明的實施形態之構成中，模擬手段係利用輸入了用於模擬之樹脂的剪斷黏度、比熱、熱傳導率、密度、熔點等之樹脂物性參數；及由擠壓機的螺桿或氣筒、液體添加嘴等所構成之裝置條件；及由擠壓機的尺寸、擠壓量、螺桿旋轉數、氣筒設定溫度等所構成之運轉條件，將擠壓機內部的充滿率、壓力、固相占有率、滯留時間、扭矩、動力計算出來，作為擠壓機軸方向的分布；構成：將使含在樹脂中的揮發成份藉由各排氣來漸漸地除去並使該含有濃度變化之過程予以計算出來之手段。
代表性擠壓機的除去程序，由第1圖所示的裝置構成所組成。從填料斗用氣筒，流入含有揮發成份的熔解樹脂，大部份的揮發成份，經過沖洗，就會從排氣用氣筒除去(除氣)。該過程之揮發成份濃度計算，能夠利用式子(2)、式子(3)、式子(4)、式子(5)來進行運算。
此外，這些的式子中，Cout 為流出揮發成份量，CAO 為平衡濃度，CDEV 為排出揮發成份量，ω為膨脹因數，ρ為混合溶液密度，ρAR 為基準溫度的揮發成份密度，ρA 混合溶液中的揮發成份密度，ρP 樹脂密度，SA 揮發成份的飽和蒸氣壓，PA 為揮發成份的分壓，χ為揮發成份的相互干涉係數。
ρA ＝ρAR ×ω－－－式子(3)
沖洗過後，含有殘留揮發成份的樹脂，在擠壓機中利用全程螺桿(full flight screw)進行輸送時，因應於所需利用進行混拌之後，利用前段排氣用氣筒進行表面更新除氣，除去揮發成份。
該過程的揮發成份濃度計算，一般是以普遍熟知的式子(8)來運算的手段，不過能夠用經由屬於上述輸入項目之擠壓機內的具體化的螺桿構成和擠壓機尺寸、及經過運算程序被運算出的充滿率所算出的除去區域內揮發成份飛濺之樹脂的表面機L’，用式子(9)、式子(10)、式子(11)來進行運算。
此外，這些式子中，Cin 為流入揮發成份濃度，Cout 為流出揮發成份濃度，CA 為除氣領域的平衡濃度，K為物質移動係數，D為擴散係數，S為每單位長度的曝露表面積，L為除氣區域的長度，K’為根據除氣擴散係數的參數，L’為在除去區域內揮發成份飛濺之樹脂的表面積，N為螺桿旋轉數，Q為擠壓量，PC 為氛圍壓力，Pv為揮發成份的蒸氣壓，ρg 為揮發成份密度，ρP 為樹脂密度，χ為相互干涉係數，X為除氣效率。
另外，如第1圖所示，還具有氣泡除氣過程，該氣泡除氣過程係在前段排氣用氣筒的之前之混拌區域內，使用液體添加嘴，將添加劑注入到擠壓機內，利用擠壓機內之樹脂壓力的變化來產生氣泡並予以成長，使含有樹脂的揮發成份往氣泡內擴散之後，利用排氣用氣筒的未充滿領域來一舉使氣泡破滅，一舉除去往氣泡內擴散的揮發成份。
經過該發泡除氣過程運算的手段，能夠由從式子(17)的往氣泡內之揮發成份的擴散式子所求出的式子(18)之揮發成份的分壓及添加劑的分壓，利用式子(19)來算出氣泡的內壓，由式子(13)、式子(14)來將氣泡依隨該內壓成長的過程中之氣泡直徑及其內壓分布的時間變化運算出來。
此外，這些式子中，Cin 為流入揮發成份濃度，Cout 為流出揮發成份濃度，CA 為除氣領域的平衡濃度，K’為根據除氣擴散係數的參數，A為氣泡的表面積，N為螺桿旋轉數，Q為擠壓量，n為每一個氣泡的揮發莫耳數，Rg 為氣體常數，T為氛圍溫度，PDA 為揮發成份的氣泡內分壓，PDB 為添加劑的氣泡內分壓。
P D ＝P DA ＋P DB －－－式子(19)
第1圖的程序係由沖洗、表面更新、發泡的除氣過程所構成，不過擠壓機的除氣程序，依據作為目的之樹脂、品質、擠壓機構等，若有只要施行沖洗、表面更新、發泡的任何1個過程的話，大多是施行沖洗和表面更新的2個過程等組合來使用。
本發明的實施形態中，經過程式運算後，利用螺桿、氣筒、液體添加嘴的構成或運轉條件的設定，能夠自動判別除氣程序的種類，且預測實際上擠壓程序所發生的除氣現象。
其次，針對沖洗的除氣計算進行說明。
含在流往擠壓機時的擠壓量Q〔Kg/h〕中之揮發成份(溶劑)濃度設為x〔wt%〕的情況，沖洗除氣的質量平衡，可以用第2圖來表示。
此情況，假設流出揮發成份量Cout 下降到平衡濃度CAO 為止，流出混合溶液中的揮發成份濃度平衡，可以用式子(1)來表示。
另外，排出揮發成份量CDEV ，可以由式子(2)來求出。從這些式子可以明白，算出CAO 的話就能夠求出揮發成份的殘存量Cout (式子1的流出揮發成份量)和排出揮發成份量CDEV 。
CAO 的算出係依照以下的順序來進行。首先，利用藉由揮發成份的分壓與臨界壓力、沖洗溫度(流入樹脂溫度)與臨界溫度的關係所導出之膨脹因數ω及基準溫度的揮發成份密度ρAR ，由式子(3)來求出混合溶液中的揮發成份密度ρA 。
其次，由式子(4)來求出沖洗溫度的混合溶液密度ρ。
此處，ρP 為樹脂密度。利用以此方式所求出的各密度，揮發成份的平行密度就可以從由式子(5)來求出。
此處，χ為揮發成份的相互干涉係數，該係數可以利用一般熟知的式子(6)所示之Flory－Huggins的式子(P.J.Flory：“Principles of Polymer Chimistry”,Cornell University Press,Ithaca,N.A.,(1953))來求出。
式子(6)中，P0 為揮發成份的蒸氣壓，VA 為樹脂中之揮發中的容積比。
計算揮發成份的排出量VA ，可以利用式子(7)來求出除氣的除熱能E，故可以將沖水除氣所造成樹脂溫度的下降量計算出來。式子(7)中，JA 為揮發成份的蒸發潛熱。
E ＝V A ×J A －－－式子(7)
其次，針對表面更新的除氣計算進行說明。擠壓機之表面更新除氣程序的理論模式，具代表性的是利用式子(8)的G.A.Latinen(“Devolatilization of viscous polymer systems”,Adv.Chem.Ser.,34,235(1962))所提案的式子來進行計算的手法。
利用過去的式子(8)之除氣區域的計算，一般是假設充滿率為一定之曝露表面積成為定數，故除氣擴散係數為K’＝KDl/2 ρP S，所以變換成ln((Cin －CA )/(Cout －CA ))＝K′′LNl/2 /Q或是將除去長度的該係數，變換為定數化的ln((Cin －CA )/(Cout －CA ))＝K′′N1/2 /Q之計算。
本發明的實施形態中，以擠壓機內之具體化的螺桿構成或擠壓機尺寸為基準的充滿率，也同時進行計算，能夠算出具體的除氣領域內揮發成份飛濺之樹脂的表面積。
將式子(8)的除氣擴散係數設為K’＝KD1/2 ρP ，除氣區域揮發成份飛濺之樹脂的表面積定義為L’＝SL，為了要求出除氣效果，式子(8)則可以用式子(9)來表示。
除氣擴散係數K’為受到原料樹脂的物性或螺桿的形狀等很大的影響之參數。由式子(9)的右邊來求出除氣效率X，就可以由式子(10)來求出除氣後的含有樹脂揮發成份濃度Cout 。
該式子中，平行濃度CA為使用藉由式子(11)所求出的值。
其次，針對發泡除氣計算進行說明。發泡除氣適用於經過排氣用氣筒除氣之前的混合區域內被添加液體的情況。添加劑注入後，一面均等擴散，一面升溫到沸點為止，該區域內的樹脂溫度藉由添加劑的顯熱來抑制發熱。以此方式所被氣化的添加劑變成氣泡，且藉由混拌區域的壓力變化，使氣泡成長。含在樹脂中的揮發成份也往氣泡內擴散，樹脂中的揮發成份濃度因而下降。樹脂流向排氣區域並成為未充滿狀態，氣泡就會一舉破滅，往氣泡內擴散的添加劑和揮發成份則在排氣區域被完全除去。
添加劑注入之後的氣泡個數係由式子(12)的氣泡核生成速度式來計算。式子(12)中，KB 為波子曼常數(Botzmann constant)，m為每一個粒子的質量，NA 為亞佛加德羅數(Avogadro number)，f0 及F為常數。
只藉由添加劑所成長的氣泡尺寸，利用上述過的式子(13)、式子(14)以及以下的式子(15)、式子(16)來計算。
式子(13)為從動量守恆原理所導出式子，也就是以日本瀧團隊(瀧健太郎，“高分子材料的微細發泡成形舉動的可視化實驗及計算機模擬”，京都大學博士論文(2005))為首，一般廣泛使用之氣泡成長模型。式子(14)為根據Fick的第一法則被定形化之氣泡內壓的時間變化模型，這模型也是因瀧團隊而被一般化。在式子(14)中使用例如Han團隊(C.Han and H.Yoo,Polym.Eng.Sci.,21(1981)518)提案的核酸支配下的成長速度式子，就會變成(14)’式子。
此處，R為氣泡半徑，η為樹脂黏度，PD 為氣泡內壓，PDB 為添加劑的氣泡分壓，PC 為氛圍壓力，γ為表面張力，D為擴散係數，Rg 為氣體常數，T為氛圍溫度，kH 為亨利常數(Henry constant)，R0 為初始氣泡半徑，PD0 為初始氣泡內壓，C0 為添加劑的濃度，t為時間。
式子(15)、式子(16)為氣泡直徑和該內壓的初始條件，可以從由式子(13)、式子(14)來導出的式子。
此處，一般作為發泡模型來使用，且氣泡只藉由添加劑來成長的情況為PD ＝PDB ，不過脫氣程序中的氣泡成長，並不只是被氣化過的添加劑擴散，含在樹脂中的揮發成份也必須擴散。可是，氣泡的成長，除了式子(13)~式子(16)之外，還必須外加以下的模式。
成長的氣泡內，不只是氣化過的添加劑擴散，含在樹脂中的揮發成份也擴散，往氣泡內揮發成份的擴散，藉由式子(17)來進行計算。
從氣泡尺寸所能夠算出之氣泡的表面積A，由式子(13)來求出。式子(17)為與式子(9)大致相同的式子，式中的物性值利用式子(10)、式子(11)就可以算出。
利用式子(10)、式子(11)、式子(17)，計算往氣泡內的擴散濃度，就可以從式子(18)來計算揮發成份的分壓。從以此方式所求出的分壓，藉由式子(19)就可以算出氣泡內壓力。
將以此方式所決定的PD 用於式子(13)、式子(14)，就能夠預測發泡除氣程序中的含有樹脂揮發成份濃度。
以上的3種除氣形態，經過計算充滿率、壓力、溫度、固相占有率、滯留時間、扭矩、動力的過程，依照第3圖的流程圖，也同時進行揮發成份濃度的計算。
本動作係輸入樹脂物性和操作條件，並且作成螺桿構成資料(步驟S1~S3)。流入熔解樹脂並存在後段排氣的情況(步驟S4，yes)，進行沖洗的揮發成份濃度計算、及樹脂溫度計算(步驟S5)。然後，進行擠壓機特性的式子中之壓力、充滿率、滯留時間的計算。
然後，進行能量平衡的式子中之樹脂溫度、固相占有率、動力、扭矩、ESP的計算(步驟S7)。此時，添加了液體的情況(步驟S8，yes)，進行發泡除氣的揮發成份濃度計算(步驟S9)。另外，有排氣氣筒又有未充滿區域的情況(步驟S10，yes)，進行表面更新除氣揮發成份濃度計算(步驟S11)。
然後，進行修正除氣的樹脂溫度(步驟S12)。然後，進行匯聚判定，無法從樹脂溫度、壓力的誤差來肯定判定的情況(步驟S13，yes)，回到步驟S6。一方面，判定為肯定的情況則顯示結果(步驟S14)，結束處理。
第4圖為表示本實施形態的模擬程式之啟動畫面。
第5圖為第4途中選出了新方式解析時才啟動之視窗。該畫面中，實施除氣解析的情況，在「實施除氣解析」項目附註檢查標記。未附註檢查標記的情況，變成無關之後所示螺桿、氣筒、液體添加嘴的構成，脫氣解析不會自動實施。以下，針對實施除氣解析的情況進行說明。
第6圖至第8圖為樹脂物性的輸入設定畫面之例子。第6圖為輸入依樹脂的各溫度、各剪斷速度所測量出來的剪斷黏度之畫面。第7圖為選出決定符合所輸入的剪斷黏度的黏度模式之畫面。第8圖為輸入設定樹脂的固體和熔解體個別的密度、比熱、熱傳導率以及熔點和熔解熱量之畫面。
利用這些畫面所設定的樹脂物性，能夠保存成檔案形式，之後實施以相同樹脂為對象的新方式解析的情況，該被保存的檔案利用第6圖來讀出的話，不必重新用第6~8圖的畫面來將該值輸入設定。
第9圖為將含在樹脂中之揮發成份的物性予以輸入設定之畫面。該畫面中，輸入除氣計算所必要的蒸氣壓參數、分子量、沸點、比熱、密度、蒸發潛熱、臨界溫度、臨界壓力、臨界密度、相互干涉係數的值。輸入的物性值，用於式子(1)至式子(19)各別的除氣計算。
第10圖~第12圖為分別作成螺桿、氣筒、液體添加嘴的構成之畫面。第10圖為決定螺桿構成之畫面例子。
第10圖的螺桿構成係由螺桿零件清單中來選出決定，最後構成為最適當的長度。第11圖中的氣筒構成則是從氣筒清單中來選出決定，最後構成為最適當的長度。此處，進行除氣解析的情況，必須將排氣氣筒設置在適切的位置。另外，實施沖洗除氣的情況，必須將排氣氣筒設置在比填料斗用氣筒還要更上游處。
第12圖中的液體添加嘴構成，係輸入氣筒號碼及氣筒內的設置位置，設置在最適當位置。實施注水發泡除氣解析的情況，必須在擠壓機的至少一個部位，設置該液體添加嘴。利用這些螺桿、氣筒、液體添加嘴的最適當位置，程式中可以進行該構成位置的判別，自動實施沖洗、表面更新、發泡除氣的最適當運算。
經由第10~12圖的操作所作成並予以保存之螺桿構成檔案，係用第13圖的畫面來進行選出。
第14圖為設定擠壓機的尺寸、擠壓量、螺桿旋轉數、擠壓機前端樹脂壓力、原料樹脂溫度、氣筒設定溫度之畫面。第15圖為設定液體添加量、初始揮發成份濃度、各排氣氣筒的真空度之畫面。
經過以上的操作，結束解析的初始設定，就會實施解析，結束解析就會自動顯示結果。
第16圖為解析結果之畫面。第16圖為顯示出將滯留時間、充滿率、扭矩、固相占有率、樹脂溫度、壓力、含有樹脂揮發成份濃度，對應於畫面下的的螺桿、氣筒構成之擠壓機軸方向的分布的例子。
第17圖為只從第16圖的結果中，將充滿率、樹脂溫度、壓力、含有樹脂揮發成份濃度抽出來再度予以顯示的例子。畫面右方顯示初始設定值，其他還顯示ESP及擠壓機出口的樹脂溫度，且又顯示經各排氣所被除氣過後之含有樹脂的揮發濃度。
第17圖所示的例子中，初始揮發成份濃度為100,000 ppm的樹脂流入擠壓機內，流入之後立即利用沖洗，使含有樹脂揮發成份濃度，變成下降到44,153 ppm，經過以C4的表面更新除氣而下降到11,125 ppm，經過隨著以C5氣的水造成液體添加1 wt%所帶來的發泡和以C6氣筒的表面更新除氣而下降到2,024 ppm，再經過以C7氣的水造成液體添加1 wt%所帶來的發泡和以C8氣筒的表面更新除氣下降到413 ppm的結果。該413 ppm為被擠壓出來之樹脂的最終含有揮發成份濃度。
〔發明效果〕
以上，依據本發明，當擠壓機的螺桿、氣筒、液體添加嘴的構成或擠壓機的運轉條件，或是擠壓的樹脂或該樹脂所含有的揮發成份物性改變的情況，能夠計算擠壓機內之含有樹脂的揮發成份濃度，作為螺旋軸方向的分布。另外，能夠在這同時，計算擠壓機內部的充滿率、壓力、溫度、固相占有率、滯留時間、扭矩、動力的分布及ESP值，故達到可以使除氣程序所必要之擠壓機內的狀況掌握，在運算裝置上，迅速地模擬出來之效果。
另外，不必為了要達到效果而進行過去至少數日就要施行的擠壓實驗，經過數分的程式操作就能夠進行計算，所以能夠進行多種多樣的裝置構成、運轉條件等的試運轉。進而，依據本發明，從小型擠壓機至大型擠壓機都能夠高精度地進行大規模預測。
1、2．．．液體添加嘴
3~6．．．排氣用氣筒
7．．．填料斗用氣筒
8．．．全程螺桿(full flight screw)
9．．．混拌圓盤(kneading disc)
第1圖為表示代表性的擠壓機的除氣擠壓程序之側面圖。
第2圖為表示沖水除氣的質量平衡之說明圖。
第3圖為表示本實施形態的動作之流程圖。
第4圖為表示啟動畫面之圖。
第5圖為表示實施新方式解析的情況的畫面之圖。
第6圖為表示樹脂黏度的輸入畫面之圖。
第7圖為表示黏度模型選出決定畫面之圖。
第8圖為表示樹脂物性資料輸入畫面之圖。
第9圖為表示揮發物性資料輸入畫面之圖。
第10圖為表示螺桿構成的作成畫面之圖。
第11圖為表示氣筒構成的作成畫面之圖。
第12圖為表示液體添加嘴構成的作成畫面之圖。
第13圖為表示作成完了之螺桿、氣筒、液體添加嘴構成的選出設定畫面之圖。
第14圖為表示擠壓機尺寸、擠壓條件、氣筒溫度設定畫面之圖。
第15圖為表示液體添加量、初始揮發成份濃度、各排氣氣筒的真空度設定畫面之圖。
第16圖為表示計算結果顯示畫面的其1之圖。
第17圖為表示計算結果顯示畫面的其2之圖。

Claims (10)

  1. 一種螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，是因應於擠壓機模擬系統之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，該擠壓機模擬系統係由擠壓機裝置的構成、及運轉條件和樹脂物性，計算擠壓機內部的樹脂溫度、壓力、滯留時間、充滿率、扭矩、動力、固相占有率及揮發成份濃度，作為擠壓機軸方向的分布，模擬除氣狀況，該除氣模擬裝置具備有：將含有樹脂的揮發成份濃度，利用排氣用氣筒來進行除氣，漸漸降低的程序予以運算之手段。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，含有樹脂的揮發成份濃度利用排氣用氣筒來進行除氣的程序運算，係由沖洗除氣、表面更新除氣、發泡除氣的任何一種或是該組合所組成。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：根據螺桿、氣筒、液體添加噴嘴的擠壓裝置構成，判別沖洗除氣、表面更新除氣、發泡除氣中最適合的除氣運算手法並進行運算之手段。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：經過前述沖洗除氣的程序運算，利用後段排氣裝置流入到擠壓機的樹脂，利用沖洗來使含有揮發成份濃度降低之運算手段。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，運算前述沖洗除氣步驟之手段，係用 以下的式子(1)~(4)來進行 ρ A =ρ AR ×ω ------式子(2)
  6. 如申請專利範圍第2項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：經過前述表面更新除氣的程序運算，在前段排氣利用螺桿旋轉造成溶液的表面更新性，使含有樹脂的揮發成份濃度降低之運算手段。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，前述表面更新除氣的程序運算之運算手段，係用由擠壓機內的具體螺桿構成、擠壓機尺寸以及充滿率來算出且除氣區域內揮發成份飛濺之樹脂的表面積L’，藉由式子(5)~(7)來進行運算
  8. 如申請專利範圍第2項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，具備有：經過前述發泡除氣的程序運算，將添加劑注入擴散在聚合物中，在減壓下予以發泡，使含有樹脂的揮發成份往氣泡內擴散以使含有揮發成份濃度降低之運算手段。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之螺旋式擠壓機的除氣模擬裝置，其中，前述發泡除氣的程序運算之運算手段，係由式子(8)之揮發成份往氣泡內擴散的擴散式子所求出的式子(9)之揮發成份的分壓、及式子(10)之添加劑的分壓，算出氣泡的內壓，用式子(11)、(12)，運算氣泡依隨該內壓成長的過程中之氣泡直徑及其內壓分布的時間變化 P D =P DA +P DB ------式子(10)
  10. 一種螺旋式擠壓機的除氣模擬程式產品，是由擠壓機裝置的構成、及運轉條件和樹脂物性，計算擠壓機內部之樹脂溫度、壓力、滯留時間、充滿率、扭矩、動力、固相占有率及揮發成份濃度，作為擠壓機軸方向的分布，模擬除氣狀況之螺旋式擠壓機的除氣模擬程式產品，其特徵為：將含有樹脂的揮發成份濃度，利用排氣用氣筒來進行除氣，漸漸降低的程序予以運算之步驟，用電腦來執行。
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