DE60132761T2

DE60132761T2 - Treibmittelzuführsystem

Info

Publication number: DE60132761T2
Application number: DE60132761T
Authority: DE
Inventors: Roland Y. Somerville KIM; Juan C. Lowell CARDONA; Kevin J. Andover LEVESQUE; Theodore A. Melrose BURNHAM; Alan F. Fitchburg MATTHIEU
Original assignee: Trexel Inc
Current assignee: Trexel Inc
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: ATE385885T1; EP1263561A1; US20010033040A1; AU2001241626A1; DE60132761D1; US6926507B2; JP2003525780A; EP1263561B1; JP4711587B2; KR20030007452A; WO2001066331A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Polymerschaumverarbeitung und ein System zum Zuführen eines Treibmittels in die Polymerverarbeitungsvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Polymermaterialien werden unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken verarbeitet. Viele Techniken verwenden einen Extruder, der Polymermaterial mittels Drehung einer Verarbeitungsschraube in einer Trommel plastifiziert. Einige Verarbeitungstechniken, wie beispielsweise Spritzgießen oder Blasformen, sind diskontinuierlich. D. h. während der Verarbeitung plastifiziert die Schraube Polymermaterial nicht kontinuierlich. Beispielsweise kann die Schraube die Drehung sowohl stoppen, nachdem eine Füllmenge von Polymermaterial, das mit dem Treibmittel gemischt ist, sich stromabwärts der Schraube angesammelt hat, und folglich aufhört Polymermaterial zu plastifizieren, als auch während eines Spritzgusszyklus, wenn sich die Schraube in einer Stromabwärtsrichtung bewegt, um Polymermaterial in eine Form einspritzen.
Polymerschaummaterialien, die mikrozellulare Materialien enthalten, können durch Einspritzen eines physikalischen Treibmittels in das Polymermaterial in die Trommel verarbeitet werden. Viele herkömmliche Treibmittel-Zuführsysteme spritzen Treibmittel kontinuierlich in das Polymermaterial in der Trommel ein. In diskontinuierlichen Verarbeitungen können kontinuierliche Zuführsysteme eine Steuerung des Anteils des Treibmittels, der in das Polymermaterial eingespritzt wird, verhindern, und zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Treibmittels in der Polymerschmelze führen. Im Besonderen kann das Polymermaterial in der Umgebung des Treibmittelanschlusses, wenn die Schraube aufhört Polymermaterial zu plastifizieren, höhere Mengen von Treibmittel enthalten, aufgrund dessen Verweilzeit in der Umgebung des Treibmitteleinspritzanschlusses. Die ungleichmäßige Verteilung des Treibmittels kann Schwankungen der Viskosität innerhalb des Polymermaterials zur Folge haben, was Ausgabeunstimmigkeiten in dem Extruder und anderer Probleme zur Folge haben kann.
In einigen Polymerverarbeitungen, die einige diskontinuierliche Verarbeitungen enthalten, können solche herkömmlichen Treibmittelzuführsysteme angemessen sein. Allerdings können in anderen Verarbeitungen, wie beispielsweise diskontinuierliche Verarbeitungen, die eine relativ genaue Steuerung der Treibmittelzufuhr erfordern, die herkömmlichen Systeme die Wirksamkeit der Verarbeitung verringern. Beispielsweise können bestimmte Verarbeitungen bzw. Arbeitsabläufe zur Herstellung von mikrozellularem Material nachteilig beeinflusst werden, wenn das Treibmittel nicht genau gesteuert wird.
Folglich besteht eine Notwendigkeit für ein System, das Treibmittel auf eine kontrollierte bzw. gesteuerte Weise einem diskontinuierlichen Polymerverarbeitungssystem zuführt. Die US-A-4211523 offenbart eine Gasstromsteuervorrichtung zum Zuführen eines konstanten Gasstroms. Die Vorrichtung enthält ein Umgehungsventil und ein Rückführkreis zum Umleiten von Gas zurück zum Kompressor anstelle zum Extruder.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist unten in Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche sind auf optimale und bevorzugte Merkmale der Erfindung gerichtet. Die Erfindung stellt ein Treibmittelzuführsystem zum Einbringen bzw. Einspritzen eines Treibmittels in ein Polymerschaumverarbeitungssystem bereit. Das Zuführsystem ist gestaltet, um ein Treibmittel von einer kontinuierlichen Quelle in ein Polymermaterial in einen sich hin und her bewegenden Extruder diskontinuierlich einzubringen. Das System kann folglich eine Steuerung der Treibmittelzufuhr in diskontinuierlichen Polymerverarbeitungssystemen, wie beispielsweise Spritzgussoder Blasformsystemen, verbessern. Das Treibmittelzuführsystem richtet den Treibmittelstrom selektiv von der Quelle entweder zur Extrudertrommel oder durch einen Umgehungsdurchgang. Auf diese Weise kann das Treibmittel kontinuierlich von der Quelle zugeführt werden, aber diskontinuierliche in die Extrudertrommel eingebracht bzw. eingespritzt werden. Während der Verwendung kann das Zuführsystem das Treibmittel veranlassen, durch den Umgehungsdurchgang zu strömen, beispielsweise wenn die Schraube das Plastifizieren von Polymermaterial stoppt.
Die Erfindung stellt ein System zum Einspritzen eines Treibmittels in Polymermaterial in einer Trommel einer Polymerverarbeitungsvorrichtung bereit. Das System enthält einen Kanal, der einen Einlass aufweist, der mit einer Treibmittelquelle verbindbar ist, und einen Auslass, der mit einem Anschluss in der Trommel verbindbar ist, um einen Weg bereitzustellen, durch den Treibmittel von der Quelle zum Polymermaterial in der Trommel fließt bzw. strömt. Das System enthält ferner ein Flusssteuersystem, das einen Umgehungsdurchgang enthält, der mit dem Kanal an einer Position zwischen dem Einlass und dem Auslass fluidförmig (fluidly) verbunden ist. Das Flussteuersystem ist gestaltet, um den Treibmittelfluss von der Quelle zum Polymermaterial in der Trommel oder durch den Umgehungsdurchgang selektiv zu richten.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Einspritzen von Treibmittel durch einen Multiöffnungs-Auslass in eine Trommel einer Polymerverarbeitungsvorrichtung, wie es in Anspruch 39 definiert ist, bereit. Das Verfahren enthält ein kontinuierliches Zuführen von Treibmittel mit einer konstanten Flussrate von einer Treibmittelquelle, die mit der Trommel einer Polymerverarbeitungsvorrichtung verbunden ist, wobei das Treibmittel von der Quelle in die Trommel diskontinuierlich eingespritzt wird.
Die vorliegende Erfindung weist einen Multiöffnungs-Auslass auf. Vergleiche US-A-4043715 Für eine ältere Veröffentlichung eines Mulitöffnungs-Auslasses.
Neben weiteren Vorteilen kann das Treibmitteleinspritzsystem Treibmittel auf eine kontrollierte und gleichförmige Weise in ein diskontinuierliches Polymerverarbeitungssystem einbringen bzw. einspritzen. Das fördert eine einheitliche Verteilung einer ausgewählten Menge von Treibmittel in der Polymerschmelze, beispielsweise basierend auf dem Gewicht des Polymermaterials, während der gesamten Verarbeitung, selbst wenn die Verarbeitung diskontinuierlich ist. Das verringert bzw. verhindert deutlich Schwankungen der Viskosität, die in herkömmlichen Treibmittelzuführsystemen auftreten, die Treibmittel in ein diskontinuierliches Verarbeitungssystem kontinuierlich einbringen. Eine Verringerung solcher Schwankungen der Viskosität vergrößert das Verarbeitungsfenster (d. h. eine akzeptable Schwankung des Drucks und der Temperatur), verhindert Ausgabeunstimmigkeiten des Extruders und stellt ein konsistenteres und steuerbares Produkt her. Die Treibmitteleinspritzsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Besonderen in Verarbeitungen nützlich, die von der genauen Steuerung bzw. Kontrolle der Dosierung des Treibmittels in die Polymerschmelze profitieren, wie beispielsweise bestimmte Verarbeitungen zur Herstellung von mikrozellularem Material.
Das Treibmitteleinspritzsystem kann verwendet werden, um einen großen Auswahl von Treibmitteln zuzuführen, die Gase, Flüssigkeiten und superkritische Fluide enthalten. Ferner kann das Treibmitteleinspritzsystem Treibmittel mit einer hohen Massenstrombeständigkeit über einen breiten Bereich von Drücken, enthaltend Hochdrücke in dem Bereich von 3,45–34,5 MPa (zwischen 500 psi und 5000 psi) oder sogar höher, einspritzen.
Andere Vorteile, Aspekte und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen berücksichtigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt schematisch eine Ausführungsform des Treibmittelzuführsystems dar, welches das Einbringen von Treibmittel in die Extrudertrommel zeigt, während der Extruder Polymermaterial plastifiziert.
1A stellt schematisch das Treibmittelzuführsystem von 1 dar, in der ein Zweiwegeventil benachbart zur Extrudertrommel Treibmittel selektiv in die Extrudertrommel oder durch einen Umgehungsdurchgang richtet.
2 stellt schematisch das Treibmittelzuführsystem von 1 dar, das Treibmittel darstellt, welches von der Extrudertrommel über einen Umgehungsdurchgang umgeleitet wird, wenn der Extruder das Plastifizieren von Polymermaterial angehalten hat.
3 stellt schematisch eine weitere Ausführungsform des Treibmittelzuführsystems mit einer Druckregulator dar, der den Treibmittelfluss in dem Umgehungsdurchgang steuert.
4 stellt schematisch eine weitere Polymerverarbeitungsvorrichtung mit einem einzelnen Ventil zum Steuern des Flusses von Treibmittel zum Umgehungsdurchgang und zum Extruder dar.
5 stellt schematisch einen Multöffnungs-Treibmitteleinspritzanschluss dar.
6 stellt schematisch eine Treibmitteleinspritzanordnung dar, die ein Absperrventil enthält und einen Multiöffnungs-Treibmittelanschluss definiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung enthält ein Treibmittelzuführsystem zur Verwendung in einer Polymerschaummaterialverarbeitung, um Treibmittel von einer kontinuierlichen Quelle in ein diskontinuierliches Polymerverarbeitungssystem, wie beispielsweise eine Spritzguss- oder Blasformvorrichtung einzubringen. Das Treibmittelzuführsystem findet in diskontinuierlichen Verarbeitungen bzw. Verfahren Anwendung, die eine relativ genaue Steuerung der Dosierung von Treibmittel erfordern, wie beispielsweise bestimmte Verarbeitungen zum Herstellen von mikrozellularem Material.
In 1 und 2 ist ein Treibmittelzuführsystem schematisch in Verbindung mit einem Spritzgusssystem 10 gezeigt. Das Spritzgusssystem enthält einen Extruder 14, der eine Schraube 38 aufweist, die in einer Trommel 32 angebracht ist, um dazwischen einen Polymerverarbeitungsraum 34 zu definieren, durch den Polymermaterial in einer Stromabwärtsrichtung 33 befördert werden kann. Ein Treibmittelflusssteuersystem 12 ist gestaltet, um Treibmittel selektiv von einer Quelle 20 in das Polymermaterial in dem Extruder einzubringen, wodurch eine Polymer-/Treibmittelmischung in dem Verarbeitungsraum ausgebildet wird. In einer Betriebsart, die typischerweise auftritt, wenn die Schraube Polymermaterial plastifiziert (d. h. wenn sich die Schraube dreht), veranlasst das System 12 das Treibmittel durch eine Leitung 18, die mit einem Treibmittelanschluss 16 verbunden ist, in die Trommel und in das Polymermaterial zu fließen bzw. zu strömen (1). In einer zweiten Betriebsart, die typischerweise auftritt, wenn die Schraube nicht länger Polymermaterial plastifiziert (d. h. wenn die Schraube still steht bzw. freiläuft, richtet das System 12 den Treibmittelfluss von der Quelle durch einen Umgehungsdurchgang 22, der mit der Leitung stromaufwärts von Anschluss 16 (2) an einer Verbindung 17 verbunden ist. Wie es weiter unten beschrieben ist, bewirken ein Umgehungsventil 30 in dem Umgehungsdurchgang stromabwärts der Verbindung 17 und ein Absperrventil 31, das zwischen der Verbindung und dem Anschluss angeordnet ist, eine Steuerung der Flussrichtung des Treibmittels in dieser speziellen Ausführungsform.
Das Spritzgusssystem 10 kann von irgendeiner Art sein, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Beispiele geeigneter Spritzgusssysteme wurden beispielsweise in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 98/31521 (Pierick et. al.) beschrieben. In diesem erklärenden Beispiel wird Polymermaterial, typischerweise in geperlter Form, einer Trommel 32 von einem Trichter 44 durch eine Öffnung 46 zugeführt. Die Trommel 32 kann mit Temperatursteuereinheiten 42 an ausgewählten Positionen entlang der Länge der Trommel ausgestattet sein. Temperatursteuereinheiten können verwendet werden, um den Strom von geperltem oder fluidem Polymermaterial in der Extrusionstrommel zu heizen, um das Schmelzen zu vereinfachen und/oder den Strom zu kühlen, um beispielsweise die Viskosität zu steuern. Während eines Spritzgusszyklus, sammelt das System 10 eine Füllmenge einer Mischung von Polymermaterial und Treibmittel in einem Bereich 50 stromabwärts der Schraube 38 an, und spritzt die angesammelte Füllmenge in eine Form 70, die bezüglich Extruders stromabwärts angeordnet ist und mit dem Polymerverarbeitungsraum über einen Durchgang 67 auf fluide Weise verbunden ist. Nach einer ausreichenden Kühlzeit wird die Form geöffnet, um einen ausgeformten Schaumartikel zu gewinnen. Der Zyklus wird typischerweise wiederholt, um weitere ausgeformte Artikel herzustellen. In den bevorzugten mikrozellularen Ausführungsformen, wie es in der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 98/31521 beschrieben ist, sammelt sich eine homogene einphasige Lösung eines Polymermaterials und eines Treibmittels in einem Bereich 50 an und keimt (ist nucleated), wenn die Füllmenge in die Form eingespritzt wird. Ein ausgeformter mikrozellularer Artikel wird in der Form ausgebildet.
Obwohl das Treibmittelzuführsystem 12 in Verbindung mit einem Spritzgusssystem dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass das Treibmittelzuführsystem gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit irgendeinem Polymerverarbeitungssystem verwendet werden kann, enthaltend kontinuierliche Systeme, wie beispielsweise Extrusionssysteme oder andere diskontinuierliche Systeme, wie beispielsweise Blasformsysteme. Beispiele geeigneter Extrusionssysteme wurden beispielsweise in der internationalen Anmeldung WO 98/08667 beschrieben. Beispiele geeigneter Blasformsysteme wurde beispielsweise in der internationalen Anmeldung Nr. WO 99/32544 (Anderson et. al.) beschrieben. Durch Ausführungsformen des Blasformens kann mikrozellulares Material durch Ansammeln bzw. Akkumulieren einer homogenen einphasigen Lösung des Polymermaterials und des Treibmittels in dem Bereich 50 und Keimen der Lösung hergestellt werden, während die Füllmenge von dem Bereich durch eine ringförmige Öffnung ausgegeben wird, wodurch ein mikrozellulares Extrudat ausgebildet wird.
In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) des Blasformens oder Spritzgießens ist ein getrennter Akkumulator auf fluide Weise mit der Extrudertrommel verbunden, und eine Füllmenge von Polymermaterial und Treibmittel (vorzugsweise eine homogene, einphasige Lösung) wird darin angesammelt und in eine Form eingespritzt oder durch eine Öffnung extrudiert, um ein Extrudat durch eine Öffnung auszubilden.
Zum Beginn des Ausformungszyklus befindet sich die Schraube in einer Ansammlungsbetriebsart und dreht sich in der Trommel 32, um Polymermaterial zu plastifizieren und das Material in einer Stromabwärtsrichtung 33 (1) zu befördern. Wie es oben beschrieben ist, spritzt das Zuführsystem 12 typischerweise Treibmittel in das Polymermaterial in dem Extruder, wenn die Schraube Polymermaterial plastifiziert, um eine Mischung aus Polymermaterial und Treibmittel in dem Polymerverarbeitungsraum 34 auszubilden. Ein Flusssteuerungssystem enthält ein Umgehungsdurchgang 22, eine Leitung 18 und eine Vielzahl von Kombinationen von Absperrventilen, Druckregulatoren und/oder Kontrollventilen, die angeordnet sind, um Treibmittel, das von der Quelle zum Polymermaterial in der Trommel oder alternativ durch den Umgehungsdurchgang fließt bzw. strömt, selektiv zu richten. Eine solche Anordnung ist in 1 gezeigt und wird im Folgenden beschrieben. Um den Fluss des Treibmittels aus der Leitung 18 durch den Anschluss 16 und in das Polymermaterial in dem Extruder zu erlauben, wird das Absperrventil 31 in einer „geöffneten" Position angeordnet, die den Fluss des Treibmittels dahindurch ermöglicht, und im Allgemeinen wird das Absperrventil 30 in einer „geschlossenen" Position angeordnet, um den Fluss des Treibmittels durch den Umgehungsdurchgang zu verhindern. Die Schraube verbleibt in der Ansammlungsbetriebsart und plastifiziert Polymermaterial bis sich eine ausreichende Menge von Polymermaterial und Treibmittelmischung in der Region 50 angesammelt hat. Zu dieser Zeit stoppt die Schraube 38 die Drehung und plastifiziert oder fördert folglich nicht länger Polymermaterial. Anschließend bewegt sich die Schraube in der Stromabwärtsrichtung 33, um die angesammelte Menge in die Form 70 (2) einzuspritzen. Wenn es gewünscht ist, die Zufuhr von Treibmittel in die Trommel zu beenden, beispielsweise wenn oder bevor das Plastifizieren beendet wird, ist das Treibmittelzuführsystem 12 gestaltet, um den Fluss des Treibmittels in das Polymermaterial durch Öffnen des Umgehungsabsperrventils 30 und Schließen des Absperrventils 31 zu verhindern, wodurch der Fluss des Treibmittels von der Quelle durch den Umgehungsdurchgang 22 gelenkt wird.
In vielen Ausführungsformen sind der Betrieb des Ventils 30 und des Ventils 31 so gekoppelt, dass wenn sich das Ventil 31 in der geöffneten Position befindet, sich das Ventil 30 in der geschlossenen Position befindet und umgekehrt. Der Betrieb des Umgehungsventils und Absperrventils kann in einigen Ausführungsformen auch mit der Schraube gekoppelt sein. In diesen Ausführungsformen können die Ventile in Abhängigkeit der Schraubenposition, ob sich die Schraube dreht oder still steht bzw. freiläuft und/oder basierend auf der Zeit geöffnet oder gesperrt sein. Beispielsweise, wenn sich die Schraube 38 in der Ansammlungsposition befindet und sich dreht, ist das Ventil 30 geschlossen und das Ventil 31 geöffnet, und wenn sich die Schraube in der Einspritzposition befindet und ruht bzw. freiläuft, ist das Umgehungsventil offen und das Absperrventil geschlossen. Ein Controller (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um die Position der Ventile oder die Drucktoleranz der Rückdruckregulatoren gemäß irgendeiner der Anordnungen festzulegen, die hierin beschrieben sind, oder Anordnungen, die der Fachmann der Polymerverarbeitung als angemessen für die Verwendung kennt. Controller können manuelle Schalter, elektromechanische Schaltungen, Computerprozessoren und dergleichen enthalten und sind einfach vom Fachmann gestaltbar, um die Aufgaben der Erfindung zu lösen.
Das Umgehungsabsperrventil 30 kann irgendwo entlang des Umgehungsdurchgangs 22 an oder stromabwärts der Verbindung 17 angeordnet sein. Es ist im Allgemeinen vorzuziehen, dass der Ort von 31 relativ nahe am Treibmittelanschluss 16 liegt. Es ist ferner im Allgemeinen vorzuziehen, dass das Gesamtvolumen der Leitungen, die das System 12 definieren, minimiert wird. Es wird besonders bevorzugt, dass das Innenvolumen der Leitungen, die von dem Ventil 31, Ventil 30 und einem Druckregulator 28 (unten beschrieben) begrenzt ist, minimiert wird. Ein Druckregulator 28 kann in dem Durchgang der Leitung 18 stromaufwärts der Verbindung 17 vorgesehen sein, um das Aufrechterhalten eines konstanten Drucks zu unterstützen, was die genaue Dosierung des Treibmittels vereinfacht. D. h. es ist vorzuziehen, dass der Abstand zwischen Ventil 30 und Verbindung 17, Ventil 31 und Verbindung 17 und Regulator 28 und Verbindung 17 minimiert wird. Wenn das Ventil 30 durch einen Druckregulator (weiter unten genauer beschreiben) ersetzt wird, definiert der Druckregulator die Grenze des Leitungsvolumens, das idealerweise minimiert wird, wie es diskutiert wurde. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Leitungsvolumen des Systems 12, das von dem Ventil 31, Ventil 30 (oder einem ersetzten Druckregulator) und dem Druckregulator 28 begrenzt ist, kleiner als ungefähr 100 cm³, noch bevorzugter kleiner als ungefähr 10 cm³, noch bevorzugter kleiner als ungefähr 1 cm³.
In einer Ausführungsform die in 1A dargestellt ist, ist das Ventil 31 kein Absperrventil, sondern ein Zweiwegeventil 31a, das zwischen einer ersten Position, die dem Treibmittel erlaubt, von der Quelle in die Trommel zu fließen, und einer zweiten Position umschaltbar ist, die das Treibmittel durch den Umgehungsdurchgang 22 umleitet. D. h. der Umgehungsdurchgang ist direkt mit dem Ventil verbunden. Das unterstützt die Minimierung des Volumens in dem System 12, wie es oben beschrieben ist (1), durch wirkungsvolles vollständiges Eliminieren irgendeines Volumens zwischen den Ventilen 30, 31 (das Ventil 31a bedient, wenn es ein Zweiwegeventil ist, beide Funktionen der Ventile 30 und 31, die oben beschrieben sind).
In den meisten Ausführungsformen ist der Fluidwegabstand zwischen dem Ventil 30 oder 31a und dem Treibmittelanschluss 16 kleiner als 254 cm (10 Fuß), in einigen Ausführungsformen kleiner als 125 cm (5 Fuß), in einigen Ausführungsform kleiner als 25 cm (1 Fuß) und in einigen Ausführungsformen kleiner als 12,5 cm (6 Inch) von dem Treibmittelanschluss 16 weg oder sogar näher. Die Formulierung „Fluidwegabstand", wie sie hierin verwendet wird, bedeutet den Abstand, den ein Fluid zwischen zwei Referenzpunkten zurücklegt.
Das Ventil 31 kann an irgendeinem Punkt stromabwärts der Verbindung 17 angeordnet sein, aber ist vorzugsweise sehr nahe am Treibmittelanschluss 16 angeordnet. Wenn das Ventil 31a verwendet wird (1A), das ein Zweiwegeventil definiert, ist dieses auch idealerweise sehr nahe am Treibmittelanschluss 16 angeordnet. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der Fluidwegabstand d zwischen dem Ventil 31 oder 31a und einem Auslass 67 (vergleiche 5) des Treibmittelanschluss 16 kleiner als 12,5 cm (6 Inch), in anderen kleiner als 7,5 cm (3 Inch), in anderen kleiner als 5 cm (2 Inch) und anderen kleiner als 2,5 cm (1 Inch) sein. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Ventil 31 oder 31a im Wesentlichen benachbart zum Treibmittelanschluss 16 angeordnet. Wie es genauer weiter unten beschrieben ist, bedeutet das Positionieren des Ventils „im Wesentlichen benachbart" zum Treibmittelanschluss, das Positionieren des Ventils so nah wie möglich an dem Polymer, das in den Extruder fließt, ohne dass die Funktionsfähigkeit des Ventils eingeschränkt wird. Speziell in dieser Ausführungsform ist das Ventil typischerweise wenigstens teilweise in einer Öffnung angeordnet, welche die Wand des Extruders definiert. Mittels Verringern des Fluidwegabstands wird das eingeschlossene Volumen des Treibmittels zwischen dem Absperrventil und dem Auslass des Treibmittels verringert. Das verringert vorteilhaft das Resttreibmittel, das in das Polymermaterial eingespritzt wird, nachdem das Ventil geschlossen ist, was die Genauigkeit der Treibmittelzufuhr verbessert. In einigen Ausführungsformen kann das Volumen zwischen dem Ventil 31 oder 31a und dem Auslass des Treibmittelanschluss kleiner als 5,0 cm³, in anderen kleiner als 1,0 cm³, in anderen kleiner als 0,10 cm³ und in anderen kleiner als 0,05 cm³ sein. In einigen Ausführungsformen, die im Besonderen zur Verringerung des Fluidwegabstands und des eingeschlossenen Volumens zwischen dem Ventil 31 oder 31a und dem Auslass des Treibmittelanschlusses nützlich sind, kann das Ventil und der Treibmittelanschluss ein Teil derselben Anordnung sein, wie es weiter unten beschrieben ist und in 6 dargestellt ist.
Das Umgehungsabsperrventil 30 und das Absperrventil 31 können irgendeine Einrichtung aus dem Stand der Technik sein, die selektiv den Fluss eines unter Druck stehenden Gases, eines Flüssiggases oder eines superkritischen Fluids dadurch in einer Konfiguration erlauben und den Fluss dieser Fluide dadurch in einer anderen Konfiguration verhindern. Geeignete Arten von Ventilen enthalten Wege- bzw. Magnet-, Kolben- oder andere äquivalente Ventile. In einigen Fällen können die Ventile 30 und 31 von derselben Art sein, während in anderen Fällen die Ventile von verschiedener Art sein können. Wenn ein Zweiwegeventil 31a verwendet wird (1A) kann das Zweiwegeventil ein Wege- bzw. Magnet-, Kolben- oder irgendeine andere Art eines Zweiwegeventils sein, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Der Umgehungsdurchgang kann einen Rückdruckregulator 25 enthalten, wie dargestellt, um einen ausgewählten Druck in dem System stromaufwärts des Regulators 25 aufrechtzuerhalten, wenn das Ventil 30 geöffnet ist (in Ausführungsformen, in denen das Ventil 30 enthalten ist; in einer anderen Ausführungsform, die in 3 beschrieben ist, ist das Ventil 30 eher durch einen Regulator 25 ersetzt, als mit dem Regulator 25 ergänzt). Der Regulator kann irgendeine Art, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, sein und ist in bestimmten Ausführungsformen nutzlicht, in denen es vorteilhaft ist, den Druck in dem System auf einem vorbestimmten Niveau relativ zum Druck in dem Extruder aufrechtzuerhalten, typischerweise ein Druck, der sich dem Druck in dem Extruder in der Umgebung des Anschlusses annähert, gleich ist oder etwas größer ist, wenn die Schraube Polymermaterial plastifiziert, der sich im Allgemeinen in dem Bereich von 3,45 und 27,6 MPa (500 psi und 4000 psi) befindet, aber von dem Verfahren abhängt. Das veranlasst den Umgehungsdurchgang und die Trommel einen ähnlichen Widerstand gegen den Treibmittelfluss aufzuweisen. Folglich, wenn das Treibmittelzuführsystem den Weg des Treibmittels von dem Umgehungsdurchgang zur Trommel oder umgekehrt verändert, verbleibt die Flussrate relativ konstant. Das kann die Genauigkeit und Beständigkeit der Rate vergrößern, bei der das Treibmittel in das Polymermaterial eingebracht wird, was die Gleichförmigkeit des Treibmittels und der Polymermischung fördert.
In der dargestellten Ausführungsform öffnet sich der Umgehungsdurchgang zur Atmosphäre, wodurch sich das Treibmittel in die Umgebung verflüchtigt, wenn es von der Quelle umgeleitet wird. Oft sind Treibmittel relativ preiswert, so dass die Kosten, die mit der Verflüchtigung des Treibmittels verbunden sind, nicht signifikant sind. Ferner sind Treibmittel, die für die Verwendung in dieser Erfindung bevorzugt werden, umweltfreundlich und können sicher in die Atmosphäre abgegeben werden. Aber in einer Situation, in der es wünschenswert ist, abgezweigtes Treibmittel zu sammeln, kann der Umgehungsdurchgang mit einem Speichertank oder einer ähnlichen Vorrichtung zum Ansammeln und/oder Verarbeiten von Treibmittel verbindbar sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Umgehungsdurchgang mit der Treibmittelquelle so verbindbar sein, dass das Treibmittel, das von der Quelle umgeleitet wird, recycelt werden kann, beispielsweise zur Speicherquelle zurückgeführt werden kann.
Die Treibmittelquelle 20 kann irgendeine Art eines physikalischen Treibmittels, das dem Fachmann bekannt ist, enthaltend Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, Chlorfluorkohlenstoffe, Edelgase und dergleichen oder Mischungen davon, zuführen. Das Treibmittel kann in irgendeinem fließbaren physikalischen Zustand, beispielsweise als Gas, Flüssigkeit oder superkritisches Fluid zugeführt werden. Beispielsweise stellt die Quelle 20 Kohlendioxid als Treibmittel bereit. In einem weiteren Beispiel stellt die Quelle 20 Stickstoff als Treibmittel bereit. In bestimmten Ausführungsformen wird lediglich Kohlendioxid oder Stickstoff verwendet. Treibmittel, die sich in dem superkritischen Fluidzustand nach dem Einspritzen in dem Extruder befinden (und optional auch vor dem Einspritzen), im Besonderen superkritisches Kohlendioxid und superkritischer Stickstoff, werden in bestimmten Ausführungsformen im Besonderen bevorzugt.
Die Quelle 20 führt Treibmittel in vielen Ausführungsformen der Leitung kontinuierlich zu. Die Quelle kann eine Pumpe (nicht dargestellt) zum Überbringen des Treibmittels zur Leitung bei erhöhten Drücken enthalten. Eine Dosiereinrichtung 29 kann mit einem Auslass der Quelle 20 verbunden sein, um die Flussrate bzw. die Fließgeschwindigkeit des Treibmittels zu überwachen und zu steuern, das der Leitung 18 von der Quelle zugeführt wird. Die Dosiereinrichtung 29 kann irgendeine Art sein, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, und dosiert in einigen Ausführungsformen den Massendurchfluss des Treibmittels. In diesen Ausführungsformen kann der Massendurchfluss des Treibmittels, das der Leitung von der Quelle zugeführt wird, über einen großen Bereich variiert werden, wie es von der speziellen Verarbeitung gefordert wird. Beispielsweise liegt der Treibmittelmassendurchfluss im Allgemeinen zwischen ungefähr 0,45g und 45,4kg pro Stunde (0,001 lbs/hr und 100 lbs/hr), in einigen Fällen zwischen ungefähr 0,9 g und 27,24 kg pro Stunde (0,02 lbs/hr und 60 lbs/hr) und in einigen Fällen zwischen ungefähr 9 g und 4,54 kg pro Stunde (0,02 lbs/hr und ungefähr 10 lbs/hr). Wie es weiter unten beschrieben ist, wird das Treibmittel durch den Anschluss 16 in das Polymermaterial in dem Extruder so eingebracht, dass ein Gewichtsprozent des Treibmittels in Abhängigkeit des bestimmten Verfahrens aufrechtzuerhalten wird. Im Allgemeinen ist das Treibmittelniveau allgemein kleiner als ungefähr 15 Gew.-% des Polymermaterials und der Treibmittelmischung. In vielen Ausführungsformen ist das Treibmittelniveau kleiner als ungefähr 8%, in andere kleiner als ungefähr 5%, in anderen kleiner als ungefähr 3%, in anderen kleiner als ungefähr 1% und in wiederum anderen kleiner als 0,1% oder selbst noch kleiner hinsichtlich des Gewichtsprozents von Polymermaterial und Treibmittelmischung.
Leitungen des Systems, enthaltend die Leitung 18 und den Umgehungsdurchgang 22, können irgendwelche aus dem Stand der Technik Bekannte sein, die zum Transportieren von Treibmittel geeignet sind. Beispielsweise kann die Leitung 18 eine Röhre sein, die aus irgendeinem aus dem Stand der Technik bekannten Material gefertigt ist, das zum Transportieren von unter Druck stehendem Gas, verflüssigtem Gas und/oder superkritischem Fluid geeignet ist, wie beispielsweise eine Metallröhre, vorzugsweise aus Edelstahl. Die Leitungen könnten ferner mittels Durchgängen innerhalb eines Materialblocks definiert sein, wie beispielsweise gedrehte Durchgänge innerhalb eines Metallblocks, wie beispielsweise aus Edelstahl. die Treibmitteldurchgänge weisen typischerweise einen Querschnittsdurchmesser im Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 0,1 mm auf. Wie es oben erwähnt ist, wird das Volumen innerhalb der Leitungen des Systems 12 vorzugsweise minimiert, folglich werden Leitungen mit noch kleinerem Durchmesser in vielen Fällen bevorzugt. Die Länge und der Aufbau der Leitung 18 ist nicht beschränkt und hängt im Allgemeinen von Faktoren wie beispielsweise dem verfügbaren Herstellungsraum und dem Layout des Polymerverarbeitungssystems ab. Die Leitung 18 kann in einigen Ausführungsformen und wie dargestellt eine oder mehrere Verzweigungen aufweisen, um beispielsweise die Verbindung mit dem Umgehungsventil zu vereinfachen.
Der Treibmitteleinspritzanschluss 16 kann ein einzelner Anschluss oder eine Vielzahl von Anschlüssen sein, die in der Trommel angeordnet sind. Wenn mehrere Anschlüsse verwendet werden, können die Anschlüsse radial um die Trommel oder auf eine lineare Weise entlang des Schraubenwegs angeordnet sein. Anschlüsse, die entlang der Länge der Trommel angeordnet sind, können das Einspritzen des Treibmittels an einer relativ konstanten Position relativ zur Schraube erleichtern, das sich ungefähr in der Trommel bewegt, wenn eine angesammelte Füllmenge in dem Bereich 50 ausgebildet ist. In dieser Anordnung kann ein getrenntes Absperrventil 31 an jedem Ort entlang der Trommel vorgesehen sein, an dem Treibmittel eingespritzt werden kann. Die Ventile können so geöffnet und geschlossen werden, dass sie das Einspritzen des Treibmittels an einen gewünschten Ort relativ zur Position der Schrauben steuern. Diese Ventile können als eine Funktion der Zeit oder Position gesteuert werden. Wenn radial angeordnete Anschlüsse verwendet werden, können eine Vielzahl von Anschlüssen 16 an den 12:00 Uhr, 3:00 Uhr, 6:00 Uhr und 9:00 Uhr Positionen um die Extrudertrommel angeordnet sein, oder in irgendeinem anderen Aufbau, wie gewünscht. Wie es in 5 dargestellt ist, enthält der Anschluss 16 eine Vielzahl von Öffnungen 64, welche die Treibmittelquelle mit der Extrudertrommel verbinden, wobei jede Öffnung 64 als eine Treibmittelöffnung angesehen wird. Der Anschluss enthält wenigstens 2 und kann in einigen Fällen wenigstens 4, in anderen wenigstens ungefähr 10, in anderen wenigstens ungefähr 40, in anderen wenigstens ungefähr 100, in anderen wenigstens ungefähr 300, in anderen wenigstens ungefähr 500 und in noch anderen wenigstens ungefähr 700 Treibmittelöffnungen enthalten. Der Anschluss 16 einer anderen Ausführungsform enthält eine Öffnung, die ein poröses Material enthält, das dem Treibmittel erlaubt durch eine Vielzahl von Poren und in die Trommel zu fließen, ohne die Notwendigkeit eine Vielzahl von individuellen Öffnungen herzustellen.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen kann der Treibmittelanschluss 16 an einem Treibmitteleinspritzabschnitt 62 der Schraube angeordnet sein, wenn die Schraube in der Trommel in der Ansammlungsbetriebsart angeordnet ist. Der Treibmitteleinspritzabschnitt der Schraube kann vollständige, ununterbrochene Schraubengänge enthalten. Auf diese Weise passiert oder „wischt" jeder Schraubengang periodisch den Treibmittelanschluss, der Öffnungen enthält, wenn sich die Schraube dreht. Dieses Wischen erhöht das schnelle Mischen des Treibmittels und Polymermaterials in dem Extruder, wobei das Resultat eine Verteilung relativ fein unterteilter, isolierter Abschnitte von Treibmittel in dem Polymermaterial sofort nach dem Einspritzen in die Trommel und vor irgendeinem Mischen ist. Das fördert das Ausbilden einer gleichförmigen Polymer- und Treibmittelmischung, die in verschiedenen Arten einer Polymerverarbeitung, enthaltend mikrozellulares Verarbeiten, gewünscht sein kann. Stromabwärts des Treibmitteleinspritzabschnitts kann die Schraube einen Mischabschnitt 60 enthalten, der stark gebrochene Schraubengänge enthält, um die Polymer- und Treibmittelmischung weiter zu mischen, um ein Ausbilden einer gleichförmigen Mischung zu fördern. Eine bevorzugte gleichförmige Mischung ist eine homogene, einphasige Lösung.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Treibmittelzuführsystems schematisch gezeigt. In dieser dargestellten Ausführungsform enthält das Treibmittelzuführsystem 12 einen Druckregulator 25, aber kein Umgehungsabsperrventil 30 zum Steuern des Flusses des Treibmittels durch den Umgehungsdurchgang 22. Der Rückdruckregulator 25 ist gestaltet, um dem Treibmittelfluss einen größeren Widerstand entgegenzusetzen, als der Druck in dem Extruder, wenn die Schraube Polymermaterial in der Ansammlungsposition plastifiziert. Aufgrund des geringeren Druckzustands in dem Extruder wird Treibmittel vorzugsweise durch die Leitung 18 und in das Polymermaterial in dem Extruder fließen, wenn das Ventil 31 offen ist, entgegen des Flusses durch den Umgehungsdurchgang 22. Wenn das Absperrventil 31 geschlossen ist, wird Treibmittel daran gehindert, in den Extruder zu fließen, und der Druck des Treibmittels in der Leitung 18 erhöht sich auf einen Druck oberhalb desjenigen, der von dem Druckregulator 25 begrenzt ist. Folglich fließt Treibmittel durch den Druckregulator und den Umgehungsdurchgang 22 und wird von dem Extruder umgeleitet. Ein Controller (nicht gezeigt) kann den Widerstand einstellen, der von dem Rückdruckregulator 25 bereitgestellt wird, als Antwort auf eine Veränderung von Zuständen in dem Extruder.
Eine alternative Ausführungsform des Treibmittelzuführsystems ist schematisch in 4 dargestellt. In dieser dargestellt Ausführungsform ersetzt ein einzelnes Zweiwegeventil 24 das Umgehungsventil 30 und Ventil 31. In einer ersten Position veranlasst das Ventil 74 das Treibmittel, durch die Leitung 18 in den Extruder zu fließen. Das Ventil 74 veranlasst in einer zweiten Position, das Treibmittel durch den Umgehungsdurchgang 22 zu treten. Wie es oben diskutiert ist, bezüglich der anderen Ausführungsformen, befindet sich das Ventil 74 vorzugsweise so nah wie möglich an der Extrudertrommel, besonders bevorzugt im Wesentlichen benachbart zum Treibmittelanschluss 16. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist ein Kontrollventil im Allgemeinen an dem Anschluss 16 zwischen dem Ventil 74 und dem Polymer in dem Extruder vorgesehen. Wenn das Ventil 74 in der Nähe oder im Wesentlichen benachbart zum Extruder angeordnet ist, ist die daraus resultierende Anordnung im Wesentlichen identisch zu der, die oben mit Bezug auf 1A diskutiert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Lehre umfasst das Anordnen eines Absperrventils zwischen der Treibmittelquelle 20 und der Trommel der Vorrichtung so nah wie möglich an dem Polymer innerhalb der Trommel. Das Absperrventil kann innerhalb von Abständen und Volumenbeschränkungen, die oben beschrieben sind, von der Trommel positioniert sein, und vorzugsweise wenigstens teilweise in einer Bohrung der Trommel, wie es in 6 gezeigt ist, positioniert sein. Als ein Beispiel dieser Anordnung, mit Bezug auf 6, enthält eine Treibmitteleinspritzanordnung 76 ein Absperrventil 31 und definiert einen Multiöffnungs-Treibmittlanschluss 16, der mehrere Öffnungen, wie es oben beschrieben ist, enthält. Die Kombination des Absperrventils und des Treibmittelanschlusses in einem einzigen Aufbau, erlaubt dem Absperrventil, in der Nähe zum Treibmittelanschluss angeordnet zu sein, der, wie es oben beschrieben ist, die Genauigkeit der Treibmittelzufuhr durch Verringern eines Resttreibmittels, das in das Polymermaterial eingespritzt wird, nachdem das Absperrventil geschlossen ist, verbessert. Wie es dargestellt ist, ist das Ventil 31 ein Teil eines Einspritzkörpers 78, der in einer Einspritzhülse 80, die den Anschluss 16 definiert, eingebracht ist, obwohl andere Konstruktionen möglich sind. Der Aufbau 76 ist mit der Leitung 18 (1) verbunden und in einer Bohrung 82 in einer Trommel 34 des Extruders positioniert. Ein innerer Durchgang 83, der sich durch den Einspritzkörper 78 erstreckt, stellt einen Fluidweg für den Fluss des Treibmittels von der Leitung zum Treibmittelanschluss bereit, wenn das Ventil geöffnet ist. In anderen Ausführungsformen, die zu der, die in 6 gezeigt ist, alternativ sind, ist das Absperrventil 31 durch ein Zweiwegeventil, wie es in 1A gezeigt ist, ersetzt. In dieser Ausführungsform kann das Zweiwegeventil gleichermaßen wenigstens teilweise in der Bohrung des Trommeleinspritzabschnitts angeordnet sein.
Wie es oben in Verbindung mit anderen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben ist, kann das Absperreventil 31 irgendeinen Aufbau aufweisen, der aus dem Stand der Technik bekannt ist, der den Fluss bzw. Strom des Treibmittels dahindurch erlaubt oder verhindert. Wenn ein Zweiwegeventil 31a verwendet wird, kann dieses irgendeinen Aufbau, der aus dem Stand der Technik bekannt ist, aufweisen, der Treibmittel selektiv in die Trommel des Extruders oder durch den Umgehungsdurchgang lenkt. Das dargestellte Ventil enthält einen Ventilschaft 84, der beispielsweise durch komprimierte Luft relativ zu einem Ventilsitz 86 betätigbar ist, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. In der geöffneten Position (wie es in 6 gezeigt ist) ist der Ventilschaft von dem Ventilsitz getrennt, um einen Weg bereitzustellen, der dem Treibmittel erlaubt durch das Ventil zu fließen. In der geschlossenen Position steht der Ventilschaft mit dem Ventilsitz in Kontakt, wodurch eine Dichtung erzeugt wird, die den Fluss des Treibmittels dahindurch verhindert. Der Betrieb des Absperrventils kann in dieser Ausführungsform mit dem Betrieb des Umgehungssperrventils 30 und/oder der Position der Schraube gekoppelt sein, wie es oben beschrieben ist.
Der Einspritzkörper 78 kann ferner optional ein Rückflussventil 88 enthalten, das zwischen dem Absperrventil und dem Treibmittelanschluss positioniert ist, um zu verhindern, dass Polymermaterial in dem Extruder nach oben in das Absperrventil fließt. Das Kontrollventil ist vorzugsweise so nah wie möglich an dem Polymer positioniert und das Absperrventil ist vorzugsweise so nah wie möglich an dem Kontrollventil positioniert. Diese Anordnung ist in der Definition von „im Wesentlichen benachbart" des Trommelanschlusses enthalten. Wie es dargestellt ist, enthält das Rückflussventil einen Kugelrückschlag 90, der nach oben vorgespannt ist und durch eine Feder 92 in Position gehalten wird, obwohl andere Ventilanordnungen auch verwendet werden können. Typischerweise zwingt, wenn das Absperr- oder Zweiwegeventil geöffnet ist, der Druck des Treibmittels den Kugelrückschlag 90 von einer Dichtungsoberfläche 92 weg, um einen Weg für den Treibmittelfluss zum Anschluss 16 bereitzustellen. Allerdings kann in einigen Fällen, wie beispielsweise, wenn das Ventil geschlossen ist, oder wenn der Druck des Polymermaterials in dem Polymerverarbeitungsraum in der Umgebung des Treibmittelanschlusses den Treibmitteleinspritzdruck übersteigt (beispielsweise während rascher Druckspitzen in dem Extruder), der Kugelrückschlag gegen die Dichtungsoberfläche 92 gezwungen werden, um eine Dichtung zu erzeugen. Die Dichtung verhindert, dass geschmolzenes Polymermaterial durchfließt und sich möglicherweise in dem Absperr- oder Zweiwegeventil verfestigt, was dessen Betrieb bzw. Arbeitsablauf beispielsweise durch Verhindern, dass sich das Absperrventil schließt, behindern kann.
Die Systeme der Erfindung ermöglichen das diskontinuierliche Einspritzen des Treibmittels in die Polymerverarbeitungsvorrichtung. Das Einspritzen kann durchgeführt werden, um als eine Funktion einer Vielzahl von Faktoren in der Polymerverarbeitungsvorrichtung aufzutreten, enthaltend, aber nicht darauf begrenzt, die Schraubenposition, den Schraubenbetriebszustand (plastifizieren oder einspritzen), der Zeit während der Ladungs-(Schuss) Formungs- oder Ansammlungsbetriebsart oder dergleichen, oder irgendeiner Kombination davon, wobei ein zeitbasiertes Einspritzsteuersystem bevorzugt wird. Eine zeitbasierte Steuerung über das diskontinuierliche Einspritzen stellt die beste Steuerung über die genaue Masse des Treibmittels bereit, das in das System in einem gegebenen Betriebsstadium eingespritzt wird.
Es sollte verstanden werden, dass in anderen Ausführungsformen die Treibmitteleinspritzanordnung nicht unbedingt ein Rückflussventil enthalten muss. Ferner kann in Ausführungsformen, die keine Treibmitteleinspritzanordnung, wie beispielsweise die Ausführungsform von 1, enthält, ein Rückflussventil zwischen dem Treibanschluss und dem Absperrventil vorgesehen sein.

Claims

Polymerverarbeitungsvorrichtung, die eine Schraube (38) enthält, die in einer Trommel (32) angebracht ist und gestaltet ist, um sich zwischen einer Ansammlungsposition, in der die Schraube Polymermaterial, das sich stromabwärts der Schraube ansammelt, plastifiziert, und einer Einbringposition hin und her zu bewegen, in der die Schraube kein Polymermaterial plastifiziert, und das angesammelte Polymermaterial durch einen Auslass der Trommel eingebracht wird, und ferner ein System (12) zum Einbringen eines Treibmittels in Polymermaterial innerhalb der Trommel enthält, wobei das System einen Treibmitteleinspritzaufbau enthält, der einen Einlass und einen Multiöffnungs-Auslass (16) umfasst, die Anordnung einen inneren Durchgang (18) aufweist, der den Einlass mit dem Multiöffnungs-Auslass verbindet, der Treibmitteleinspritzaufbau ein Ventil (31) enthält, das mit dem Durchgang verbunden ist, das Ventil zwischen einer ersten Position, die das Fließen des Treibmittels von dem Einlass zu dem Auslass durch den Durchgang erlaubt und einer zweiten Position bewegbar ist, die das Fließen des Treibmittels von dem Einlass zu dem Auslass durch den Durchgang verhindert, und bei der ferner: der innere Durchgang als ein Kanal (18) vorgesehen ist, der den Einlass aufweist, der mit einer Quelle des Treibmittels und dem Auslass verbindbar ist, der mit einem Anschluss in der Trommel verbindbar ist, um einen Durchgang bereitzustellen, durch den Treibmittel von der Quelle zu dem Polymermaterial innerhalb der Trommel fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Ventil ein Zweiwegeventil ist, bei dem die zweite Position den Fluss von Treibmittel von dem Einlass zu einem Umgehungsdurchgang leitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Multiöffnungs-Auslass wenigstens 10 Öffnungen enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher der Treibmitteleinspritzaufbau wenigstens einen Abschnitt des Ventils enthält, das in eine Hülle eingebracht ist, wobei die Hülle den Multiöffnungs-Auslass definiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Rückflussbegrenzer, der zwischen einer offenen Konfiguration, die den Fluss von Treibmittel von dem Einlass zu dem Auslass durch den Durchgang erlaubt, und einer geschlossenen Konfiguration bewegbar ist, die den Fluss von geschmolzenem Polymermaterial von dem Auslass zu dem Einlass durch den Durchgang verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Rückflussbegrenzer ein Kugelkontrollventil (90) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Strömungssteuersystem, welches das Ventil des Einspritzaufbaus und einen Umgehungsdurchgang (22) enthält, der mit dem Kanal an einer Position zwischen dem Einlass und dem Auslass in fluider Verbindung steht, wobei das Strömungssteuersystem gestaltet ist, um selektiv Treibmittel zu leiten, das von der Quelle zu dem Polymermaterial innerhalb der Trommel fließt, oder durch den Umgehungsdurchgang.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Strömungssteuersystem gestaltet ist, um Treibmittel zu leiten, um von der Quelle durch den Umgehungsdurchgang zu fließen, wenn sich die Schraube in der Einspritzposition befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Ventil an einer Verzweigung des Kanals und des Umgehungsdurchgangs angeordnet ist, und zwischen der ersten Position, die den Fluss von der Quelle zur Trommel leitet, und der zweiten Position, die den Fluss von der Quelle zu dem Umgehungsdurchgang leitet, schaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Strömungssteuersystem einen Gegendruckregulator (25) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei dem der Gegendruckregulator in dem Umgehungsdurchgang stromabwärts des Ventils angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher der Gegendruckregulator gestaltet ist, um einen Gegendruck auf ungefähr dem Druck des Polymermaterials in der Nähe des Treibmittelanschlusses aufrechtzuerhalten, wenn sich eine Schraube in der Trommel dreht, um das Polymermaterial zu plastifizieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich ein Auslass des Umgehungsdurchgangs zur Atmosphäre öffnet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Auslass des Umgehungsdurchgangs mit einem Wiederherstellungsbehälter verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Auslass des Umgehungsdurchgangs und die Quelle des Treibmittels miteinander verbindbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Strömungssteuersystem zwei Ventile umfasst, nämlich ein erstes Ventil in dem Kanal stromabwärts der Verzweigung des Umgehungsdurchgangs und des Kanals, und ein zweites Ventil in dem Umgehungsdurchgang stromabwärts der Verzweigung.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die eine Steuervorrichtung enthält, die das erste Ventil in eine geöffnete Position schaltet, wenn das zweite Ventil geschlossen ist, und das zweite Ventil in eine geöffnete Position schaltet, wenn das erste Ventil geschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17 und Anspruch 11, wobei der Gegendruckregulator in dem Umgehungsdurchgang stromabwärts des zweiten Ventils angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Ventil des Einspritzaufbaus ein Absperrventil ist, und die Länge des Fluidwegs von dem Absperrventil zu dem Anschluss in der Trommel nicht größer als 7,5 cm (3 Inch) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, ferner umfassend ein Kontrollventil zwischen dem Absperrventil und dem Anschluss.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, bei der das eingeschlossene Volumen zwischen dem Absperrventil und dem Anschluss in der Trommel kleiner als 0,82 × 10^–5 m³ (0,50 Inch³) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der das eingeschlossene Volumen zwischen dem Absperrventil und dem Anschluss in der Trommel kleiner als 1,639 × 10^–6 m³ (0,10 Inch³) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Abschnitt des Ventils des Einspritzaufbaus innerhalb einer Bohrung in der Trommel angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Fluidwegabstand von dem Ventil des Einspritzaufbaus zu dem Anschluss in der Trommel nicht größer als 152 cm (5 Fuß) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der ein Fluidwegabstand nicht größer als 30,4 cm (1 Fuß) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Quelle des Treibmittels im Stande ist, dem Einlass des Kanals kontinuierlich Treibmittel zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Quelle des Treibmittels im Stande ist, dem Einlass des Kanals Treibmittel mit einer Strömungsrate von weniger als 27,24 kg/h (60 lbs/hour) zuzuführen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Messgerät, das mit dem Kanal verknüpft ist, das zwischen der Quelle des Treibmittels und dem Trommelanschluss angeordnet ist, und konstruiert und angeordnet ist, um die Strömungsrate eines Treibmittels, das dem Kanals zugeführt wird, zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der Messgerät eines ist, das angeordnet ist, um die Massenströmungsrate eines Treibmittels, das dem Kanals zugeführt wird, zu steuern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Stande ist, mit dem Kanaleinlass zu funktionieren, der mit einer Quelle eines Treibmittels verbunden ist, das bei Raumbedingungen ein Gas ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Stande ist, mit dem Kanaleinlass zu funktionieren, der mit einer Quelle eines Treibmittels verbunden ist, das eine Flüssigkeit ist, wenn es zu dem Anschluss in der Trommel geliefert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Stande ist, mit dem Kanaleinlass zu funktionieren, der mit einer Quelle eines Treibmittels verbunden ist, das bei Bedingungen in dem Extruder ein superkritisches Fluid ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Stande ist, mit Kohlendioxid als Treibmittel zu funktionieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Stande ist, mit Stickstoff als das Treibmittel zu funktionieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Polymerverarbeitungsvorrichtung ein diskontinuierliches Plastifizierungssytem umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der die Polymerverarbeitungsvorrichtung eine Einspritzformvorrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der die Polymerverarbeitungsvorrichtung eine Blasformvorrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder einem der Ansprüche 20 bis 37 und Anspruch 19, bei welcher der Strömungswegabstand von dem Absperrventil zu dem Anschluss in der Trommel nicht größer als 1 cm ist.
Verfahren zum Einspritzen eines Treibmittels in eine Trommel einer Polymerverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: kontinuierliches Zuführen eines Treibmittels von einer Treibmittelquelle, die mit der Trommel einer Polymerverarbeitungsvorrichtung verbunden ist, bei diskontinuierlichem Einspritzen des Treibmittels von der Quelle in die Trommel.
Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend selektives Leiten des Treibmittelstroms, das von der Quelle zu dem Polymermaterial innerhalb der Trommel fließt, oder durch den Umgehungsdurchgang.
Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, ferner umfassend diskontinuierliches Plastifizieren von Polymermaterial in der Trommel.
Verfahren nach Anspruch 41, ferner umfassend selektives Leiten des Treibmittelstroms von der Quelle durch den Umgehungsdurchgang, wenn kein Polymermaterial in der Trommel plastifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, ferner umfassend Unterbrechen des Plastifizierens von Polymermaterial für eine Zeitdauer von weniger als 15 Minuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, ferner umfassend hin und her bewegen einer Schraube, die in der Trommel angebracht ist, zwischen einer Ansammlungsbetriebsart, in der sich Polymermaterial stromabwärts der Schraube ansammelt, und einer Einspritzbetriebsart, in der angesammeltes Polymermaterial durch einen Auslass der Trommel eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 44, umfassend Leiten des Treibmittelstroms von der Trommel weg von der Trommel, wenn sich die Schraube sich in der Einspritzbetriebsart befindet.
Verfahren nach Anspruch 40, ferner umfassend Aufrechterhalten des Drucks in einem Abschnitt des Umgehungsdurchgangs auf ungefähr gleich dem Druck des Polymermaterials in der Trommel, wenn sich eine Schraube in der Trommel dreht, um das Polymermaterial zu plastifizieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 46, umfassend kontinuierliches Zuführen eines Treibmittels bei einer konstanten Strömungsrate.
Verfahren nach Anspruch 47, bei dem die konstante Strömungsrate kleiner als ungefähr 27,24 kg/h (60 lbs/hour) ist.
Verfahren nach Anspruch 48, bei dem die konstante Strömungsrate zwischen ungefähr 0,45 g/h (0,001 lbs/hour) und 4,54 kg/h (10 lbs/hour) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 49, ferner umfassend ein Einspritzen von Polymermaterial von einem Auslass der Trommel in eine Einspritzform.