[发明专利]塑料加工方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及使用添加剂/着色剂的塑料加工，例如挤出方法和设备。本发明特别可以与在塑料加工（例如挤出工艺）过程中向材料里按比例添加添加剂的方法和装置一起使用，并且将在后面参考这种方法和装置进行描述。适用的挤出工艺包括但不限于片材、薄膜和纤维。但是，应该理解，本发明也适合于其他的塑料应用和工艺。例如，本发明可以应用于多种场合：将添加剂添加到直接来自反应器（例如内部进行熔融聚合的反应器）的熔融聚合物的场合和/或没有传统上向其供给聚合物粒料的挤出机的场合。

背景技术

塑料熔融工艺使用一个或多个螺杆迫使塑料小球进入挤出机的料筒内，料筒已加热到所需的熔化温度。塑料小球穿过料筒时会逐渐熔化。塑料熔融工艺高度依赖于将松散材料连贯一致供入进料口内，以保持连贯一致的输出。连贯一致的输出对于保证连贯一致的成品性能（例如大小、强度和外观）是必要的。在工艺的熔化阶段之前和期间混合的原材料、填料和包括染色剂在内的添加剂决定了成品的性能。添加剂（例如颜料、染料、阻燃剂、抗菌剂）经常添加到挤出和注射成型工艺中，以改变材料的物理和化学性能，使材料更加满足需要。所有的塑料熔融工艺都具有多种控制措施，这些控制措施形成进料装置的或长或短的反馈回路，以实现和维持正确的比例输出。

从各种工艺制造的粉末、颗粒、小球、不规则的厚块和不规则的薄片形式的松散材料被输送到挤出机或注射成型机。在输送到挤出机或注射成型机的进料口之前，这些材料通常混合并保持在料斗或各种尺寸的材料线中。通常，这些材料通过重力进料到加工过程，材料首先进料到螺杆，在挤出机的该阶段，螺杆用作将材料输送到加工过程的用热和压力来熔化并混合材料的阶段的输送机。在材料通过重力不能连贯一致进料的情况下，尤其是当存在片状或不规则形状的材料时，使用例如填塞喂料机或填充机等机械装置来试图实现材料的连贯一致进料。

在松散材料流被引入到螺杆之前，可以将干粉、粒状和液体形式的添加剂添加到松散材料流中。在这种情况下，材料供料器可以是螺旋供料器、盘式或轮式供料器、皮带、振动供料器，在液体添加剂的情况下材料供料器可以是简单的计时器和泵。通过在松散材料流被引入到螺杆之前将这些材料添加到松散材料流中，会生成一定数量的如下材料：该材料在输送时可能已经具有正确的比例，但正确的比例只是针对加工过程而言的，与加工过程的输出时产生的材料的比例无关。

另一种用于在材料中添加添加剂的方法是直接向设备的料筒中喷射液体添加剂。但是，这种方法所涉及的启动协议很复杂，出现问题后恢复也极其困难。此外，由于上述问题，在该方法中产生的废料量大幅地增加。

由一个或多个螺杆处理过的材料的最终形式是粘性液态熔融物，该熔融物将被机器进一步处理，以产生最终的形状或形式。该最终的形状的范围从制造纤维、股线和挤出的形状到各种形式的注射成型产品。生产该熔融物的工艺需要大量的材料、时间和精力。在保持与材料成精确比例和与加工过程的输出成正确比例地将聚合物流与添加剂充分混合、分散或搀和的同时，在最后可能的时刻将贵重的添加剂加入到加工过程中，此时存在的是天然效率。

此外，对制造商而言，开发一致大小、形状、熔融指数、密度和颜色的原料变得越来越难，因为在石油产品的价值越来越高的世界里，原材料变得更加昂贵，原料变得更贵重。对材料改性剂的要求还复杂了采购过程，并且常常会大大提高已经供不应求的材料的成本。与在不需要较高规格材料的地方使用较高规格材料相比，可取的是引入添加剂并且更重要的是能够向加工过程提供液体添加剂。液体添加剂能够在加工过程中选择内含物和比例，以最大限度地降低成本。这样，向加工过程中输入的材料取决于成品的要求，而不是取决于较高规格的材料的可获得性，这显著地降低了成本。因为液体可以在高温和高压下泵送，所以液体添加剂喷射还使得加工过程的输出具有很短的控制回路。

松散材料的进料不连贯一致还导致加工过程不连贯一致且效率低，改变了挤出产品的大小及其可变的物理和外观性能。在加工过程的最后时刻引入添加剂保证了相对于工艺条件（高温和高压）正确的比例，固体供料器是不能做到这一点的。此外，复杂的泵送系统允许在加工过程中混合的材料的量非常小，从而导致较少的材料参与颜色改变和实时地对在加工过程中的变化产生更迅速的反应。随着加工过程输出的改变，添加剂的引入几乎同时按比例地改变，从而防止因添加剂的配量过高或过低而产生的问题。