JPH09512501A - 添加剤を押出機に導入するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は複数のストランド（１０，１６）の形状にある添加剤のカッター（１４）への導入を制御するための方法に関する。ストランド（１０，１６）はペレットに切断され、ペレットは熱可塑性成形製品（３４）を作るための押出機（２４）へ供給される。ストランド（１０，１６）のカッター（１４）と押出機（２４）への供給は計量装置（１３，１９）を介したストランドの供給と、供給間隔あたり各ストランドについての供給率、速度、デルタ位置を計算することで所望量の添加剤を得られる熱可塑性製品に得ることに係る。

Description

【発明の詳細な説明】 添加剤を押出機に導入するための方法発明の分野 本発明は、押出機への添加剤の導入を制御することで前記添加剤を含む繊維等 の熱可塑性成形製品の製造のための方法に関する。発明の背景 顔料、染料、安定剤、触媒、難燃剤、抗微生物剤等の添加剤が熱可塑性溶解ポ リマーに混合されてから、ポリマーを成形製品に押し出し成形することが多い。 これらの添加剤はキャリア・ポリマー内の添加剤の濃縮された分散(concentrate d dispersions)の形状を取ることがあり、キャリア・ポリマーは押し出し成形す る熱可塑性ポリマーと親和性がある。添加剤濃縮物(additive concentrate)を熱 可塑性ポリマーに導入する方法は幾つか公知になっている。 １つの方法は押出機のスロート(throat)にペレット状添加剤濃縮物を重力また は容積測定フィーダのどちらかを用いて計量投入することである。この方法は高 価で制御が難しく、添加剤濃縮物の間の移動時に大量の廃ポリマーが発生する。 添加剤濃縮物を熱可塑性ポリマーに導入する別の方法は、まず濃縮物を溶解し ておき、次いで液状濃縮物を溶解した熱可塑性ポリマーに計量投入することであ る。この方法は、制御が簡単で、添加剤濃縮物の間の移動時に発生する廃ポリマ ーが少い。しかし、溶解添加装置のコストは大きい。 添加剤を熱可塑性ポリマーに導入する別の方法は、濃縮物ストランド(soncent rate strand)の形状の添加剤を切断手段に計量投入し、ここで添加剤ペレットを 形成して、押出機へ重力供給することである。このような処理は米国特許第３， ５３０，７５４号、第４８８，９１５号、第４，９１９，８７２号およ びドイツ特許第ＤＥ３５２３６６１号に記載されている。これらの処理は、異な る添加剤を含む１つ以上の添加剤濃縮物ストランドを同時にカッターへ計測して 出し、押出機へ供給するペレットを形成する場合に多用されている。しかし、こ の処理では異なる速度でカッターへ数本の濃縮物ストランドを同時に供給するこ との正確な制御が困難である。１本のストランドの供給速度が他のストランドの 供給速度より大幅に遅い場合には、特に困難である。ゆっくり移動するストラン ドは、ペレットと言うよりは軽量の「微粒子(fines)」に切断される。これらの 微粒子は押出機へ重力供給するのが簡単ではなく、押し出し成形製品における添 加剤の量は、時間の経過につれて受け入れできない程不均一になることがある。 したがって、本発明の目的は、複数のストランドの形状にある添加剤のカッタ ーへの供給を正確に制御して、熱可塑性成形製品を作成することである。発明の要約 本発明は熱可塑性成形製品を作成するために押出機へ添加剤を導入するための 方法に関し、複数のストランドの形状の添加剤をカッターへ供給する段階を含む 。それぞれのストランドはペレットに切断され、ペレットが押出機に供給され、 ここで溶解熱可塑性ポリマーに混合される。 ストランドのカッターへの供給制御は、 ａ）各ストランドの供給率を計算し、前記供給率は少くとも２本のストランド について異なるステップと、 ｂ）各ストランドの速度を計算し、前記速度は各ストランドで同一であるステ ップと、 ｃ）供給間隔あたりの各ストランドのデルタ位置を計算し、前記デルタ位置は 少くとも２本のストランドについて異なるステップと、 ｄ）供給間隔あたりで計算したデルタ位置だけ移動するのに必要な時間につい て計算した速度で各ストランドを供給するステップと、 を含む。 供給率は押し出し成形製品における添加剤の所望量とストランド属性を含む処 方に基づき、この処方をコンピュータ・データベースから呼び出すことができる 。各ストランドの速度は、一定が望ましいカッターの速度と各ストランドについ てほぼ同一長が望ましい所望のペレット長とに基づく。カッターの速度と所望の ペレット長はコンピュータ・データベースから呼び出すことができる。好ましく はカッターはロータリー式カッターである。各ストランドはカッターまでの独立 した供給ローラー対を経由して供給され、ここで各ストランドについてのデルタ 位置が供給ローラの移動により得られる。供給ローラの移動はストランド速度、 ストランド供給率、ポリマー押し出し速度に基づく。供給ローラの動きをコンピ ュータ制御して、供給ローラの各対により、必要な時間間隔の間に計算したスト ランド速度でストランドを動かし、ストランドを計算したデルタ位置だけ移動さ せることができる。 好ましくは、添加剤はポリマー・母材に分散した顔料を含む色濃縮物であり、 押し出し熱可塑成形製品は色つき繊維である。図面の簡単な説明 図１は熱可塑性ポリマーを押し出し成形するための処理への多数の添加剤スト ランドの同時添加を示す模式図である。 図２はカッターへの添加剤ストランドを計量するための処理の模式図である。 図３は本発明のコンピュータ動作ルーチンの論理流れ図である。 図４Ａはカッターへ進められるストランド「Ａ」についてのタイミング図であ る。 図４Ｂはカッターへ進められるストランド「Ｂ」についてのタイミング図であ る。発明の詳細な説明 ストランドの形状にある２つの「添加剤」が切断装置へ供給されるような本発 明の１つの実施例が模式的に図１に図示してある。本明細書において用いている ような術語「添加剤」は溶解熱可塑性ポリマー（たとえばナイロン、ポリプロピ レン、ポリエステル等でこれに限定されない）に典型的に添加され、押し出し成 形製品を作成するための、顔料、染料、安定剤、触媒、難燃剤、帯電防止剤、抗 微生物剤等を含みこれに限定されない補助剤を意味する。 添加剤は典型的にはポリマー母材内に分散してストランドまたはリボン状の材 料を形成する。各ストランドはペレットに切断され、これが押出機に供給され、 ここで溶解熱可塑性ポリマーと混合される。図１において、ポリマーと添加剤か ら得られた溶解混合物は紡糸口金で紡糸されて合成繊維を形成する。好ましくは ナイロン繊維が形成される。しかし、本発明は２つの添加剤ストランドだけを供 給するための方法または押し出し製品が繊維であるような方法に限定されない。 複数ストランドを単一のカッターに供給でき、また望ましくはストランド数はカ ッターあたり２から６の範囲とする。繊維に加えて、本発明の方法は一体成形プ ラスチック製品およびフィルム等その他の熱可塑性成形製品を形成するために使 用できる。 添加剤ストランド１０はストランド供給部１２から計量装置１３へそしてカッ ター１４へ供給され、一方、ストランド１６は同時にストランド供給部１８から 計量装置１９へさらに同じカッター１４へ供給される。カッター１４は押出機２ ４へ供給するためにストランドをペレット化する。熱可塑性ポリマー２０は押出 機２４へ供給するホッパ２２へポリマー供給部（図示していない）から供給され 、カッター１４から取り出される添加剤のペレットは、熱可塑性ポリマーと混合 融解されて押し出される。本実施例において、混合物は輸送ライン２６に押し出 され、計量ポンプ２８でスピン・パック３０へ圧送され、紡糸口金３２を通って フィラメントになりこれがパッケージ３６に巻き取られる。 ストランド１０のためのストランド計量装置とカッター１４は図２に模式的に 図示してある。カッターへ供給されるそれぞれのストランドは、ストランド１０ について図示したのと同様の自分の計量手段を有することは理解されるべきであ る。ストランド１０は、ストランド１０にかかる張力を点４０でほぼ０グラムま で減少するダンサー・ローラ３８に供給される。ダンサー・ローラ以外の装置を 用いてストランド張力をゼロに減少させることができることは当業者には理解さ れよう。ストランドは第２の光学エンコーダ５０を有するセンサー・ローラ４８ を通して供給される。次に、ストランドはコンピュータ・システム４６により制 御される１次エンコーダ（図示していない）を有するサーボモータ４４により駆 動される供給ロール４２を通って供給される。供給ローラ４２でのスリップを防 止するためにはストランドに対して低い張力が必要である。好ましい実施例にお いて、コンピュータ・システム４６は実際には２台のコンピュータである。ロー カル・コンピュータは数台の計量装置を制御し、監視コンピュータは数台のロー カル・コンピュータを制御する。ローカル・コンピュータはモータの停止および 始動時間、加速度、速度、およびストランド位置を指定する。ストランド１０が 供給ローラ４２から出た後、ストランドはカッター１４へ供給される。このカッ ターはロータリー式カッターが望ましい（２から６が望ましい）。複数のストラ ンドを単一のカッターに供給でき、この速度もコンピュータ・システム４６で制 御するのが好ましい。ペレット５２はカッターから出て押出機へ供給される。 ストランドが色つき顔料を含み、押し出し成形した熱可塑性成形製品が繊維で あるような本発明の実施例についての、コンピュータ・ソフトウェアの論理流れ 図が図３に図示してある。監視コンピュータは色処方（即ち、特定の繊維製品に 何らかの色と濃淡を作るのにどの程度それぞれの顔料が必要とされるか）、スト ランド属性（ストランドの顔料濃度、線形密度、「顔料強度係数」）、所望のペ レット長、カッター速度、および押出機からのポリマー・スループット（押し出 し率）のデータベースを維持している。顔料ロットは、熱可塑性ポリマーを色付 けする（着色力）能力が変動し得ることが周知であり、これは特に異なる製造メ ーカーから供給された顔料ロットで問題となる。「顔料強度係数」はこれらの着 色力の差を考慮するために使用する数値である。 新しい色が必要なとき、監視コンピュータはデータベースから必要な％ＰＩＦ (pigment in fiber：繊維内顔料）、顔料強度係数、ストランド内の顔料レベ ル、および顔料線形密度を取り出す。コンピュータは、その特定の色を作るため に必要とされるそれぞれのストランドの必要な供給率を計算する。 供給率は、１時間あたり押し出される繊維形成ポリマー１ポンドあたりの毎秒 あたりストランドｍｍ（ｍｍ／秒／ポンド／時）で表わされ、上式の変数の単位 は供給率を計算する前に調節する必要があることが分かる。また、供給率は、本 発明の効果を実現するためには、カッターへ供給される少くとも２本のストラン ドについて異なるはずである。 この情報は２方向シリアル通信経由でローカル・コンピュータに供給され、供 給間隔あたりの各ストランドのデルタ位置が、押出機からのポリマー・スループ ット率と所望の供給間隔（典型的には１秒）から計算される。 デルタ位置＝（供給率）（ポリマー・スループット）（供給間隔） このデルタ位置も、カッターへ供給されるストランドの少くとも２本について 異なるはずである。コンピュータ・データベース内にポリマー・スループットを 記憶するのではなく、好ましい実施例では、ポリマー・スループットが一定間隔 でモニターされ（図示していない）、瞬間的ポリマー・スループットを用いて供 給間隔あたりのデルタ位置を計算している。供給間隔あたりのこのデルタ位置は 瞬間的ポリマー・スループットに基づいて常に更新される。この更新機能は複数 の繊維紡糸装置を使用していて、１つの装置を停止しなければならないときに特 に有用である。ポリマー・スループットを減少すると各ストランドのデルタ位置 を自動調整して、他の紡糸装置から紡いだ繊維に正しい色が得られるようにする 。 カッター速度（カット／秒）と所望のペレット長（ミリメートル）。ロータリ ー式カッターの場合のストランド速度Ｖｓｔは次のように定義される： Ｖｓｔ＝Ｌ×Ｂ×Ｖｃ ここで、Ｌは所望のペレット長（ｍｍ）、 Ｂはブレードの回転あたりの刃またはカット（切れ目）の数、 ＶｃはＲＰＳ（毎秒回転数）でのカッター速度。 理論的には、Ｖｓｔは、任意のカッター速度と設計および所望のペレット長に 一致するあらゆる値（モータで制限される）を取ることができる。好ましい実施 例において、ストランドの移動中、Ｖｓｔは各ストランドについて３００ｍｍ／ 秒で一定に維持され、Ｌ＝２ｍｍ、Ｂ＝６カット／回転、またＶｃ＝毎秒２５回 転である。 好ましくは、速度はカッターへ供給されるそれぞれのストランドについて同じ で、この速度が一定に保たれる。しかし、それぞれのストランドについて、コン ピュータ・システムは、カッターにストランドが供給されるとストランドを起動 また停止して所望の色と濃淡の押し出し成形製品が製造されるようにする。つま り、各ストランドは同じ速度で移動するが、ある瞬間では、全てのストランドが 同時には移動しないことになる。ローカル・コンピュータは、各ストランドの移 動に必要な総エンコーダ・カウント（デルタ位置）を計算してサーボモータ４４ の速度を設定し、サーボモータ４４が供給ローラ４２の対を回転させてストラン ドを前進させる。供給ロール４２の動きと位置は、ローカル・コンピュータへの エンコーダ・カウントにより連続的にフィードバックされ、サーボモータ４４の 速度がこれに合わせて調節される。つまり各ストランドについての供給間隔あた りのデルタ位置が供給ローラ４２の動きにより決定され、ローラ４２の動きは計 算したデルタ位置とストランド速度に基づいてローカル・コンピュータにより制 御される。 ストランド供給制御システムの動作は、図４Ａおよび図４Ｂのタイミング図に よりさらに理解できよう。たとえば、ストランドＢより多くのストランドＡが特 定の色の繊維を作るために必要とされるような色処方とストランド・パラメータ の場合で、ストランド速度Ｖｓｔが３００ｍｍ／秒の場合、タイミング図は、各 ストランドについて必要なデルタ位置を実現するために１秒の供給間隔の間に各 ストランドがどの位の長さ移動するかを示している。各ストランドのΔｔについ てストランドが供給間隔の間に移動する時間は次式で定義される： 図４Ａおよび図４Ｂにおいて、色処方で指定された通りに、ストランドＢより 多いストランドＡが押出機に供給される（Δ＼ｔＡ＞Δ＼ｔＢ）。 好ましい実施例においては、指定したペレット長たとえば２ｍｍに必要な値に カウントが達するまで、全エンコーダ・カウントが各ストランドについて積算さ れるようなアキュムレータ機構が設けてある。さらに、実際の各ストランドの位 置はセンサー・ローラ４８と２次光学エンコーダ５０により常にモニタされる。 光学エンコーダ５０から送信されたエンコーダ・カウントにおけるストランドの 測定総移動量が、前述したように、供給ローラ４２についてローカル・コンピュ ータにより指定された値と一致しない場合、エラーが発生して適当な補正動作が 開始される。この動作は各種警報出力、またはバックアップ・モードで待機して いる交替ストランドの起動を含むことができる。 前述したように特定の配色の繊維についてコンピュータ・データベースから要 求された処方、添加剤供給率、押し出し率、カッター速度、ペレット長、その他 を呼び出すことは必要ではなく、むしろローカル操作者がこの情報の幾つかまた は全部の入力を提供できることが理解されよう。 本発明の方法に独自の特徴の１つは、カッター速度が一定である、即ちカッタ ー速度が各ストランドについて変化しないことである。また、第１と最後のペレ ットを除き、本法で作成されるどの添加剤ペレットも実質的に同一寸法であり押 出機へ容易に供給できる。第１と最後のペレットは他のペレットより小さいこと がある。 好ましい実施例で特定した装置ユニットの一般的名称および製造メーカーは以 下に列挙した通りである：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱可塑性成形製品を作成するために押出機へ添加剤を導入するための方法で あって、複数のストランドの形状にある添加剤をカッターへ供給し、ここで各ス トランドがペレットに切断されるステップと、さらに前記ペレットを前記押出機 へ供給し、前記ストランドの供給が ａ）各ストランドについての供給率を計算し、前記供給率は前記ストランドの 少くとも２つについて異なるステップと、 ｂ）各ストランドについての速度を計算し、前記速度は各ストランドについて 同一であるステップと、 ｃ）供給間隔あたり各ストランドのデルタ位置を計算し、前記デルタ位置は前 記ストランドの少くとも２つについて異なるステップと、 ｄ）供給間隔あたり前記計算したデルタ位置を移動するのに必要な時間に対し て前記計算した速度で各ストランドを供給するステップと を含むステップで制御される方法。 ２．各ストランドについての前記供給率は、前記熱可塑性成形製品における添加 剤の所望量と、各ストランドを含む前記添加剤の量とを含む処方に基づくことを 特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記処方は、コンピュータ・データベースから呼び出されることを特徴とす る請求項２に記載の方法。 ４．各ストランドについての前記速度は、前記カッターの速度と所望のペレット 長に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．前記カッターの速度は一定で、各ストランドは同一長を有するペレットに切 断されることを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．前記カッタの速度と前記所望のペレット長は、コンピュータ・データベース から呼び出されることを特徴とする請求項４に記載の方法。 ７．前記カッタは、ロータリー式カッターであることを特徴とする請求項４に記 載の方法。 ８．前記カッタの前の供給ローラの独立した対を通して各ストランドを供給し、 各ストランドについての前記デルタ位置は前記供給ローラの動きにより決定され ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ９．供給ローラの各対の動きは、前記供給ローラを通って供給される前記ストラ ンドの供給率と前記押出機からのポリマー押し出し率に基づくことを特徴とする 請求項８に記載の方法。 １０．前記供給ローラの動きはコンピュータにより制御され、供給ローラの各対 は、前記ストランドを供給間隔あたり計算されたデルタ位置だけ移動するのに必 要な時間間隔について計算されたストランド速度でロールを通して供給される前 記ストランドを移動することを特徴とする請求項９に記載の方法。 １１．各ストランドについての前記供給率と押し出し率は、コンピュータ・デー タベースから呼び出されることを特徴とする請求項９に記載の方法。 １２．ストランド個数は、カッターあたり２から６の範囲にあることを特徴とす る請求項１に記載の方法。 １３．前記添加剤は、ポリマー・母材に分散した顔料を含む色濃縮物であること を特徴とする請求項１２に記載の方法。 １４．前記熱可塑性成形製品は、色つき繊維であることを特徴とする請求項１３ に記載の方法。