CN112469547A - 用于在线感测用于制造注塑件的热塑性和/或弹性体材料的流变的方法 - Google Patents

用于在线感测用于制造注塑件的热塑性和/或弹性体材料的流变的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在线感测用于制造注塑件的热塑性和/或弹性体材料的流变的方法，其中，在注塑机(1)中在所述注塑机的固定夹紧板(2)和所述注塑机的能运动的夹紧板(3)之间替代于成型工具地布置测量工具(6)，其中，所述测量工具(6)具有测量通道(13)，在该测量通道的走向中布置有至少两个压力传感器(16)和至少两个温度感应器(17)，所述压力传感器和温度感应器将借助于注射仪器(5)注射到所述测量通道(13)中的材料的相应测量值传递给所述注塑机(1)本身的能编程的控制装置(SPS)，其中，这些测量值在所述SPS中借助于算法处理、分析并且可供用于实际的注塑方法。

Description

用于在线感测用于制造注塑件的热塑性和/或弹性体材料的 流变的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在线感测用于制造注塑件的热塑性和/或弹性体材料的流变的方法，其中，在注塑机中在所述注塑机的固定夹紧板和所述注塑机的可运动的夹紧板之间替代于成型工具布置有测量工具，其中，测量工具具有测量通道，在该测量通道的走向中布置有至少两个压力传感器和至少两个温度感应器。此外，本发明涉及一种用于实施所述方法的注塑机。
背景技术
作为基本思想，粘性尤其应由生胶混合物以及另外的材料特定的参数在预处理的情况下并且在剪切时获得，所述剪切相应于在注塑过程中的实际条件。为了能够实现这种情况，注塑机配备有形状类似的构造，该构造包含具有不同传感器的测量通道。在缝隙中进行限定的流动过程，该流动过程通过传感器测定。由测量数据可以得到流变特征值。
由G.Ausias、C.Mobuchon、P.J.Carreau、M.-C.Heuzey、M.Sepehr的文章“Extensional Properties auf short glass fiber reinforced Polypropylene”，Polymer Komposite，2005年，247已知，通过测量在测量通道中的压力降并且通过附加测量相应的温度测试聚丙烯材料的流变特性，其中，在注塑机的固定夹紧板和可运动的夹紧板之间已经装入相应的测量工具，在该测量工具的测量通道中已经注入聚丙烯材料，在通道内部的走向已经通过压力传感器和温度感应器分析并且材料可以在通道的对置端部处排出。所获得的测量数据已经在外部分析处理设备(“Lab View-Setup”)中被分析处理。
因此，在这种设备中的缺点是，所获得的数据不直接用于真正的注塑过程以用于制造注塑件并且也不保证，借助于该设施也可以测试弹性体材料。
特定的生胶以不连续的方法(典型地在内部混合器中)变成(“混合成”)最终要加工的形式。这和原材料质量中的波动导致批次间的原料特性的波动并且由此导致以弹性体注塑制造的成型件的波动。因此，确定这些属性波动一直是制造者关注的问题，由此要么阻止或使用特定批次，要么适配加工或后处理步骤。
典型地，现今为此考虑下列措施：
·硫化测量(Vulkametrie)
·穆尼粘性测量/RPA测量
·密度检测(没有流变相关的参数)
·IR光谱学(没有流变相关的参数)
并且更少地考虑下列措施
·测量捏合机(Meβkneter)
-(高压)毛细管粘性计(HDKV)
·Defo检测。
所有这些措施具有以下缺点：这些措施在真正的注塑过程方面没有或者仅不充分地描述混合的流动性。在文献中已经讨论下列原因：
·错误的剪切速率范围
在注塑中，材料承受在100-10.001/s的范围中的非常高的剪切速率。上面提到的方法主要在低于10001/s的范围中工作并且在HDKV中在超过10001/s的情况下不以标准方法工作。在相关范围中的特性仅被部分地感测。
·材料的另外的预处理(热流变历史)
在注塑机中，材料借助于蜗杆塑化并且这样预剪切并且同时变成在80℃的范围中的均匀的加工温度。预剪切例如破开填充物结块并且制造均匀的熔液。在上面提到的措施中不是这种情况。材料被冷却地放入并且不被塑化。
·测试位置和时间点
研究应尽可能靠近使用的部位(相同的环境条件)并且在加工的时间点实施。在如上面提到的实验室测试中通常不是这种情况。批次例如在交货时被测试并且随后释放(freigegeben)两个月。
·剪切加热
在较高剪切速率范围中的措施中所述混合物在测试期间通常不受控制地超过理论温度加热。因此，得不到绝对测量值，所述绝对测量值在过渡到注塑过程时会导致大的偏差。
·流变特殊效应
一系列流变特定效应在注塑中加工橡胶时是重要的，但通常在描述特性时不被研究。这包括壁滑(Wandgleiten)、进入压力损失和流出压力损失/弹性效应/拉伸流动、粘性的压力相关性。
·器具方面的高投入
所提到的实验室测量器的相应花费在100.000€的数量级并且因此表现为巨大的投资。
为了消除这些缺点，期望的是应用在生产中的新的测量措施。针对该目的，已经在现存文献中多次探讨进行加工的注塑机本身作为测量机构的使用。通过在材料流动长度、传感机构和分析处理方面的适配，可以消除上面提到的(大部分)缺点。在使用合适的材料引导路径可以实现直至10.000/s的非常高的剪切速率。为此所需的压力可在注塑机中提供。预处理像在真正的加工中那样发生，因为使用相同的注射单元和蜗杆。在实际投产的过程中，可以有利地选择生产地点和试验时间点。流变特定效应相应于在加工时在注射单元中存在的实际条件，并且不必进行假设或转变。由此，这种方法的开发是期望的
发明内容
根据本发明，标准弹性体注塑机配备有类似形状的构造，该构造包含具有压力和温度传感器的(矩形的)缝隙作为测量通道。在缝隙中进行限定的流动过程，该流动过程通过传感器测量。由测量数据可以直接在注塑机的控制装置(所谓的SPS)中得到流变特征值。材料在机器的注射单元中塑化并且通过缝隙状的通道注射到自由空间中。所述技术应用于基于碳的弹性体和固态的以及液态的硅橡胶(ATV和LSR)。
测量装置在生产中使用，但不用于生产过程。它取代了系列模具。由此相应地需要改造。
测量原理如下：材料在塑化之后通过合适的入口导入到具有矩形横截面的缝隙毛细管并且在那里纯粘性剪切。通过齐平地装入到缝隙壁中的两个或更多个压力传感器测量沿着缝隙的压力降。由缝隙的压力降和几何结构类似于哈根泊肃叶定律计算出粘性。所述测量原理原则上相应于毛细管粘性计的测量原理。
压力和温度传感器的测量数据直接由注塑机本身的SPS中处理，由此可以取消上面提到的非常贵的实验室测量器。昂贵的部件如驱动/压力产生装置、控制装置和材料供应装置在注塑机中已经存在，使得测量能力仅需以价格的一部分进行加装。
在根据本发明的方法中使用下列测量工具：
所述测量工具由两个装配板组成，这两个装配板中的一个装配板被称为进入板并且在该进入板上紧固有固定夹紧板。在固定夹紧板中设置有浇道，注射仪器通过所述浇道将要测试的材料经由在进入板中的开口引入到测量工具中。在此，在进入板中的开口这样构型，使得圆的浇道横截面转化成存在于测量工具中的测量通道的矩形横截面。在此，为了避免死点并且确保层流，进入板中的开口的横截面扩宽为缝隙宽度并且在保持相同宽度的情况下所述开口降低到相应的缝隙高度。在此，过渡部均匀地并且倒圆地构型。
矩形的测量通道安置在壳体中，该壳体布置在两个装配板之间并且由第一个两件式的、锥形逐渐变窄的、形成测量通道的内部件和与内部件互补的、围绕内部件的外部件组成，其中，在内部件中布置有至少两个压力传感器以及至少两个温度感应器，使得至少压力传感器的测量膜片与测量通道的内壁齐平地结束。
外壳体部件在外部柱形地构型并且在内部具有开口，所述开口锥形地朝着固定夹紧板的方向逐渐变窄。在内部的凹部相应于一个截锥部。该构件的任务是内壳体部件的对中。在该内部壳体部件中布置有测量通道。所述内部壳体部件具有截锥的外形。所述内部壳体部件由两个半部组成，所述半部允许例如为了清洁打开测量通道。每个半部包含测量通道的根据长度划分的一侧，但稍微不对称。在压力传感器侧上测量通道的高度是相等的(例如1.5mm)，而对应侧是可变的并且具有例如0.5mm的高度(非对称)或1.5mm的高度(对称)。在内壳体部件的一个半部中例如引入三个用于装配压力传感器的孔。所述孔这样设计，使得压力传感器的测量膜片在前端与通道壁齐平地结束。更深地(例如约5mm)位于孔中的凸肩(Absatz)形成密封棱边，并且在更后面在壁上的螺纹允许传感器借助锁紧螺母的固定。在截锥半部的外周上，在孔上方除去一些材料，以便传感器的测量导线可以向外引导。在测量通道的端部上是通向自由空间的开口，测试材料泄漏到该开口中并且随后可以用于取下。截锥半部的内侧在测量缝隙外部是平的，以便能够建立相对彼此的平滑连接。所述构件被拧紧到相对于进入板的装配板(接收板)上并且通常不为了清洁而移除，原因是压力传感器的敏感的线缆布设。
在形成测量通道的截锥半部的另一个半部中，相对于压力传感器设置有用于接收例如三个温度传感器的孔。这些温度传感器也与测量通道壁前端齐平地装入。该截锥半部与包含压力传感器的截锥半部拧紧，但不与接收板拧紧，以便在测量期间确保稳定性并且可以为了清洁移除该半部。
接收板用于将两个截锥半部固定在锁模单元的可运动的夹紧板上。由此，两个截锥半部相对彼此定向。压力传感器侧的截锥半部为了对中装入在凹部中并且与接收板从后面拧紧。
总构造通过T形槽固定在注塑机的夹紧板中并且通过喷嘴对中。各个构件通过锥形对中件相对彼此对中。
加热一方面通过注塑机的加热板与成形工具类似地实施。另一方面通过围绕外壳体部件放置的加热带实现尽可能大的温度均匀性。加热带连接在注塑机的附加加热模块上。
所有必需的传感器的信号被引导至中央机器控制装置(SPS)并且在那里被分析处理。由注塑机本身记录注射活塞的路径。该路径通过路径测量杆感测并且通过CAN总线传递给机器控制装置。这像在注塑机的正常运行中那样发生。
作为压力传感器使用以下这种传感器，所述传感器例如按照压电原理测量并且将信号通过芯线(“单线”)传递给测量装置的表面上的连接部。给传感器的反馈通过测量装置进行。从装置表面上的传递点将信号通过屏蔽电缆传递至测量放大器。测量放大器要么位于锁模单元的衬里板材上要么位于机器开关柜中。在放大器中，信号被转换成电流信号并且通过简单的电缆布设引导至控制装置的模拟输入端。信号在那里被数字化并且提供给控制程序。在温度传感器的情况下，信号通过适配于热电偶的电缆直接引导至控制装置并且在那里在相应的模拟输入端被记录并且数字化。
在测量之前组装、拧紧测量构造，并且将所述测量构造装入机器中并且连接好。注射单元和所述构造被调温到均匀的测量温度、例如80℃。弹性体混合物作为条带被供应给注射单元并且配给至少三次并且通过喷嘴注射到自由空间中(没有注射到机器构造中)。
然后，注射单元被运到所述构造处并且例如配给500ccm。以恒定的低注射速度注射经过测量通道并且在此记录压力、温度和路径，直至
(a)在测量间隙中测量的压力时恒定的，或者
(b)容积被耗尽，其中，在该情况下压力变化必须(以指数方式)外推出恒定的最终压力。
一直等到测量通道中的温度又在理论温度的2℃的区间中。再塑化500ccm。然后以更高的速度重复实验，以便得到在更高的剪切速率的情况下的数据。这按感兴趣的剪切速率范围的升序调整(测量点以对数平均分布，通常每十次五点)。第一测量点在测量系列结束时重复，以便测试漂移或硫化(焦蚀)。然后在不同的温度下重复测试。
附图说明
下面参照附图阐释并且示出本发明。附图示出：
图1：注塑机的示意性示图，
图2：测量工具的剖面，
图3：测量工具的立体剖视图
具体实施方式
在图1中非常示意性地示出水平工作的注塑机的原理性构造并且一般设有附图标记1。示出了固定夹紧板2以及相对于该夹紧板2可运动的夹紧板3。在固定夹紧板2中设置有浇道4，在该浇道中贴靠有同样示意性示出的注射单元5。负责可运动的夹紧板3的移动和锁模压力形成的锁模单元出于概要性原因未示出。在固定夹紧板2和可运动的夹紧板3之间装入标有附图标记6的并且在图2和3中详细阐释的测量工具。测量工具6借助于装配板7和8布置，所述装配板中的装配板7被称为进入板并且装配板8被称为接收板。
在图2和3中详细示出测量工具6。测量工具6由两个壳体部件9和10组成。外壳体部件9在外部柱形地构型，而在内部存在开口，该开口锥形地朝着固定夹紧板2的方向逐渐变窄。该壳体部件9安装到装配板7上。在壳体部件9的锥形开口中导入两件式的内壳体部件十，该内壳体部件固定在装配板八上并且原则上与壳体部件九互补地构造。因此，外壳体部件9用作为用于壳体部件10的对中件。壳体部件10的两个部分构造为截锥半部11和12并且在组装状态下在它们之间围成在横截面中呈矩形的测量通道13。测量通道13通过在装配板7中的开口14与固定夹紧板2中的浇口4连接。测量通道13在所述测量通道的对置端部15处通到自由空间中。
在截锥半部12中相继地装入三个压力传感器16，所述压力传感器的压力测量膜片在前端与测量通道壁齐平地结束。在截锥半部11中与压力传感器16相对置地装入温度感应器17，所述温度感应器同样在前端与测量通道壁齐平地结束。在各个截锥半部的外周上在接收传感器的孔上方除去一些材料，以便传感器的测量导线可以向外引导。该区域设有附图标记18。
设置在进入板7中的开口14这样构型，使得所述开口从浇道4的圆横截面过渡至测量通道的矩形横截面。接收压力传感器16的截锥半部12为了对中装入接收板8中的凹部中并且从后面与接收板拧紧(未示出)。截锥半部11没有固定在接收板8上，而是与截锥半部12拧紧(更确切地说出于稳定性的原因)，并且由此为了清洁测量通道13可以更简单地移除所述截锥半部。

Claims (9)

1.用于在线感测用于制造注塑件的热塑性和/或弹性体材料的流变的方法，其中，在注塑机(1)中在所述注塑机的固定夹紧板(2)和所述注塑机的能运动的夹紧板(3)之间替代于成型工具地布置测量工具(6)，其中，所述测量工具(6)具有测量通道(13)，在该测量通道的走向中布置有至少两个压力传感器(16)和至少两个温度感应器(17)，所述压力传感器和温度感应器将借助于注射仪器(5)注射到所述测量通道(13)中的材料的相应测量值传递给所述注塑机(1)本身的能编程的控制装置(SPS)，其中，这些测量值在所述SPS中借助于算法处理、分析并且可供用于实际的注塑方法。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为在所述测量工具(6)中的测量通道(13)设置具有矩形横截面的缝隙毛细管。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，除了测量温度和压力之外，也获取所注射材料的混合状态和壁滑行为。
4.用于实施根据权利要求1-3中任一项所述的方法的注塑机，具有注射仪器(5)、固定夹紧板(2)、能运动的夹紧板(3)以及锁模装置，其中，在所述固定夹紧板和所述能运动的夹紧板之间布置有测量工具(6)，该测量工具具有测量通道(13)，该测量通道能够通过在所述固定夹紧板(2)中的浇道(4)经由所述注射仪器(5)加载以热塑性和/或弹性体材料，其中，所述测量通道(13)在所述测量通道的与所述注射仪器(5)相对置的端部(15)上敞开地构造，
其特征在于，所述测量通道(13)由壳体(9、10)围绕，所述开口布置在两个装配板(7、8)之间并且由第一个两件式的、锥形逐渐变窄的、形成所述测量通道(13)的内部件(10)和与所述内部件(10)互补的、围绕所述内部件(10)的外部件(9)组成，其中，在所述内部件(10)中布置有至少两个压力传感器(16)以及至少两个温度感应器(17)，使得至少所述压力传感器(16)的测量膜片与所述测量通道(13)的内壁齐平地结束。
5.根据权利要求4所述的注塑机，其特征在于，所述测量通道(13)构造为具有矩形横截面的缝隙毛细管。
6.根据权利要求4或5所述的注塑机，其特征在于，所述壳体的第一个锥形逐渐变窄的所述内部件(10)的两个部分(11、12)的分隔线沿着所述测量通道(13)走向。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的注塑机，其特征在于，从所述浇道(4)到所述测量通道(13)中的过渡部在相应的装配板(7)中流动优化地构造。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的注塑机，其特征在于，所述压力传感器(16)与所述温度感应器(17)相对置地布置。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的注塑机，其特征在于，所述壳体的所述内部件(10)安装在装配板(8)上，该装配板固定在所述能运动的夹紧板(3)上并且所述外壳体部件(9)安装在与所述固定夹紧板(2)连接的装配板(7)上。
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