用於製備成分和色彩均勻的液體矽樹脂彈性體的設備的製作方法

2023-06-10 23:26:01 2

專利名稱：用於製備成分和色彩均勻的液體矽樹脂彈性體的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及這樣一種設備能夠向彈性體合成物中提供穩定量顏料的或其它添加劑，從而能夠獲得彈性體合成物中的同一顏色和/或均勻度，而無需考慮配置彈性體中使用的彈性體基質、顏料或添加劑的送料管線中壓力起伏的存在。具體來說，該設備具體表現為包含至少兩個泵，這兩個泵各自由計算機進行同步，從而各個泵將以固定rpm比相對於彼此旋轉，而無需考慮在它們各自的送料管線中不時發生的流速或壓力起伏。
背景技術：
矽樹脂作為一類材料，包括某些合成物，就是液體彈性體。這些液體矽樹脂彈性體一般是由(i)建造和建築行業、商業和消費者密封應用中使用的密封劑合成物和(ii)用於生產預製件的注模工藝中使用的液體矽樹脂橡膠(LSR)合成物組成的。
液體矽樹脂橡膠(LSR)在商業上是使用大的分批混合罐以4-5桶裝容量製備的。在完成混合工作之後，將大混合罐傳送到精濾、排氣和包裝系統，在這裡將大混合罐卸下來，並且將它們的內容物轉移到五十五加侖的大桶或五加侖的小桶中。由於大混合罐以及精濾、排氣和包裝系統的其它組成部分都不容易清洗，因此需要避免在混合處理期間將諸如顏料之類的添加劑投入大混合罐中，因為顏料會汙染設備，致使大混合罐不適於在下一次混合處理中使用。
例如，美國專利US5332313(1994年7月26日)和美國專利US5547000(1996年8月20日)體現了關於用於混合和分配有色密封劑合成物的設備的一般技術現狀，現有技術，包括這些專利，都沒有公開體現本發明的思想的設備。

發明內容
因此，本發明提供了這樣一種設備它利用較少的裝置和較少的步驟、階段和操作，藉此可以將添加劑加入並用於液體彈性體合成物的染色，而不會遭遇到與現有技術相關的缺點，即，使對液體彈性體基質合成物和顏色添加劑進行混合中使用的設備遭到汙染。結果是，不再需要在添加了添加劑之後進行的勞動強度大的混合、精濾、排氣、染色和包裝步驟。因而，可以在較為簡單的設備內以更有效的方式獲得液體彈性體的混合和著色，能夠在彈性體產品進入最終的容器包裝之前的單獨一個階段內實現有色和改良彈性體產品的生產。
本發明旨在提供一種用於連續製備包含中度到高度粘性流體和添加劑的粘性合成物的設備。該設備的特徵和組成部分包括(i)混合裝置，用於將添加劑，比如染色添加劑，均勻地混合和分散到粘性的中到高粘度的流體中；(ii)一個或多個伺服電機驅動的泵，用於將粘性的中到高粘度的流體輸送給混合裝置；(iii)一個或多個伺服電機驅動的泵，用於將添加劑輸入給混合裝置；(iv)用於向粘性的中到高粘度流體伺服電機驅動的泵供應粘性的中到高粘度的流體的部件；(v)用於向伺服電機驅動的添加劑泵供應添加劑的部件；(vi)用於將含有中到高粘度的流體和添加劑的粘性合成物從混合裝置分發到容器中的部件；(vii)可編程邏輯計算機，構成和設置為用來控制用於粘性的中到高粘度的流體的伺服電機驅動的泵和用於添加劑的伺服電機驅動的泵的操作，從而使得用於粘性的中到高粘度的流體的伺服電機驅動的泵與用於添加劑的伺服電機驅動的泵之間的預定的RPM比得到保持，而與用於粘性的中到高粘度的流體的供應部件和用於添加劑的供應部件中的壓力起伏無關；和(viii)溫度補償算法部件，用於補償粘性的中到高粘度的流體的溫度的波動。
最好，粘性合成物是包括在25℃下測得粘度為大約500Pa.s(500,000釐沲)到大約3,000Pa.s(3,000,000釐沲)的聚二有機基矽氧烷，並且添加劑是無機染料、有機染料、混合催化劑或者其它能夠改變粘性合成物的物理屬性的液體添加劑。
通過考察詳細的說明，本發明的這些和其它的特徵將會變得顯而易見。


附圖1是表示經過體現本發明的思想的設備的流動模式的簡化功能示意圖。
附圖2是表示該設備的構造的更多細節的附圖1中的設備的示意圖。
具體實施例方式
液體矽樹脂橡膠合成物一般含有聚二有機基矽氧烷(polydiorganosiloxane)、填充料、交聯劑和固化促進劑。液體矽樹脂橡膠是兩份一套出售的，並且是受熱固化的。液體矽樹脂橡膠是粘性材料並且它們的粘稠度跟牙膏一樣。因為要將液體矽樹脂橡膠注模或澆注成各種預製組件和零件，因此諸如顏色、色澤和物理屬性之類的美觀性是很重要的考慮因素。因此，商業上需要具有各種各樣顏色和色澤的液體矽樹脂橡膠合成物，並且為特定的應用配色經常很成問題。
液體矽樹脂橡膠合成物在本領域中是公知的，可以參見例如美國專利US5789084(1998年8月4日)，該專利看作以引用的方式併入本文。這樣的合成物一般來說是由(i)液體矽樹脂橡膠(組份A)基質和(ii)液體矽橡膠(組份B)組成的。組份A通常是含有諸如滷代基團之類的活性基團的聚二有機基矽氧烷以及預處理和疏水填充料。組份B一般由作為交聯劑的有機氫聚矽氧烷(organohydrogenpolysiloxane)、鉑催化劑以及其它的添加劑，比如附著力促進劑和防粘劑。固化液體矽樹脂橡膠合成物是通過將組份A和組份B進行混合併且對混合物進行加熱而製得的。液體矽樹脂橡膠(組份A)基質構成液體矽樹脂橡膠合成物的主要部分。可用於組份(A)的填充料的一些例子包括六甲基二矽酸鹽處理過的二氧化矽、細粒碳酸鈣、二氧化鈦、石英、硅藻土和礬土。
由於液體矽樹脂橡膠基質中的聚二有機基矽氧烷和填充劑混合物一般來說要麼是無色的要麼是白色的，因此通常要將著色劑加到組份A基質中。雖然液體矽樹脂橡膠可以是無色或白色的，但是通常會將它們製成約五到八種標準顏色，包括黑色和米色、褐色或灰色的各種色調。不過，實際上任何顏色或色澤都是可能的，以顏料的再現性、計量的精確性和混合的徹底性為前提。著色劑一般包括不同種類的無機和有機顏料。此外，經常需要其它的調節劑並且要加到液體矽樹脂橡膠中，以提高其熱性質、改變或變更其固化特性或增加潤滑性。
液體矽樹脂橡膠中採用的最重要的無機著色劑一般是從鐵氧化物顏料中得到，比如黃色、褐色、紅色和黑色鐵氧化物。其它的合成無機顏料包括鎘桔黃、氧化鉻綠、錳紫和鉬桔紅。眾多品種的有機合成著色劑包括酸性紅52、聯苯胺黃HR、龍膽紫、酞菁綠、酞菁藍、顏料棕28和維多利亞藍B。為了便於處理，著色劑是以液體狀態加入到液體矽樹脂橡膠基質中的。通過將顏料分散在一般來說包括聚二甲基矽氧烷聚合物的液態載體中製得顏料分散液、色母料和液體著色劑。
按照本發明的設備由伺服輔助正排量配送設備組成，用於將液體顏料和/或其它類型的添加劑精確配送到中到高粘度的流體的流中。按照一種尤其優選的實施方式，該設備涉及將顏料配送和混合到配製液體矽樹脂橡膠中使用的基質合成物中。
更加具體地講，按照本發明的設備由至少兩個伺服電機驅動和伺服控制的配送齒輪泵組成，它們將單獨一種液體矽樹脂橡膠基質和一種或多種添加劑，比如顏料，泵送通過混合裝置。經過著色的液體矽樹脂橡膠基質從混合裝置排出到小桶或大桶中。適當的混合裝置包括例如美國專利US5332313(1994年7月26日)中介紹的那種類型的動態混合器，不過任何動態混合裝置都可以採用。
伺服電機在電機領域中是公知的，並且藉助調節器組件，可以對這些電機進行控制，從而可以以任何受控的加速度變化率、速度和按照任何數量的轉數或非整周旋轉實現任何方向的旋轉。可以通過商業手段得到比如Allen-Bradley(由威斯康星州，密爾沃基的RockwellAutomation公司生產的一類電機)名下的伺服電機。一般來說，伺服電機包括其它組成部分，比如分解器、編碼器和轉速計。這些電機可以是AC電機、DC電機或者具有不帶電刷的結構。
按照本發明，基質配送泵起到了動力輔助齒輪泵的作用，能夠實現精確的配送，同時敏感於上遊流動狀況的變化。這是通過使基質伺服工作在恆定扭矩模式下以便克服基質泵和驅動齒輪減速箱(盒)的靜摩擦損失來實現的。結果是，通過上遊處理提供了壓力相對較低的基質流，上遊處理一般來說僅產生低於大約150psi(1,035kPa)的反壓力，以便按照與基質流的流速一致的速度驅動基質泵。
然後基質伺服電機上的分解器將基質電機的驅動速度傳送給可編程邏輯控制計算機，據此根據期望的混合比設定顏料/添加劑泵的速度。由於基質可能以任何溫度從上遊處理中排出，因此將溫度補償循環編制到比例控制中，以便補償任何基質的體積變化。這是藉助基質供應源上的溫度指示器來實現的。可用於該設備的液體彈性體基質，尤其是LSR，一般具有大的熱膨脹係數。因此，就這一點來說，需要對溫度進行測量，並且使用該數據來確保配送處理期間的質量-體積關係適當。
從而，本發明的主要焦點是包括用來使兩個或多個泵的rpm比同步的計算機、以便始終如一地提供一致的液體矽樹脂橡膠合成物的設備。使這些泵同步，以致它們一個相對於另一個總是以同一固定的rpm比旋轉，而無需考慮不時發生在各個送料線路中的基質和顏料流速的變化。在後附的例子中可以看出，一種特別有效的比例是基質比顏料為1∶2.333。
參照附圖1，可以看出材料通過該設備流動的簡化模式。這樣，彈性體基質和顏料/添加劑成分藉助兩個獨立的伺服電機驅動的泵系統供應給混合裝置。泵A是由上遊處理的流體驅動的，並且受到伺服電機A的輔助。泵B是由伺服電機B驅動的，並且向混合器供應顏料/添加劑。從混合器排出的是期望的經過著色的彈性體。
在附圖2中可以看出，彈性體基質是在一般低於150psi(1,035kPa)的壓力下從適當的送料裝置(未示出)供應給該設備的。彈性體基質是藉助彈性體基質泵A供應給混合裝置的。彈性體基質泵A是由彈性體基質伺服電機A經由彈性體基質驅動齒輪減速箱加以驅動的。混合裝置包括混合裝置齒輪減速箱和混合裝置驅動電機。
顏料/添加劑是在一般低於大約500psi(3,450kPa)的壓力下從適當的送料裝置(未示出)供應給該設備的。顏料/添加劑是藉助顏料/添加劑泵B供應給混合裝置的。顏料/添加劑泵B是由顏料/添加劑伺服電機B經由顏料/添加劑驅動齒輪減速箱加以驅動的。從混合裝置伸出的排放管線將經過著色的彈性體從混合裝置輸送到空的大桶或小桶中。
彈性體基質送料管線中的溫度指示器T檢測該管線中的彈性體基質的溫度，並且由可編程邏輯控制器計算機(PLC)對保存下來的溫度進行監控。溫度補償算法起到補償彈性體基質溫度的任何波動的作用。接上PCL是為了在任何時刻監測、控制和調節彈性體基質伺服電機A和顏料/添加劑伺服電機B相對於彼此的操作。
如果在彈性體基質和顏料/添加劑的送料管線中的一個或另一個或二者中沒有出現壓力或流速起伏，則不需要進行調節。如果在彈性體基質和顏料/添加劑的送料管線中的一個或另一個或二者中出現了壓力或流速起伏，則PLC自動調節顏料/添加劑電機B的轉速，以便維持彈性體基質伺服電機A和顏料/添加劑伺服電機B之間的預定RPM比。彈性體基質伺服電機A和顏料/添加劑伺服電機B的預定RPM比並非1∶1，而是一個取決於用來配置既定產品的彈性體基質和顏料/添加劑的具體屬性和特性以及期望產品的顏色和色澤的係數。PCL則被可編程以進行這些複雜的運算。
例子在這個例子中，液體矽樹脂橡膠基質具有大約3,000Pa.s(3,000,000釐沲)的粘度。著色劑是分散在相容的聚矽氧烷流體中的鐵(II，III)黑氧化物顏料。
用於實現這個例子的實驗室原型設備是由為了便於移動而安裝在滑板上的數個單元構成的。該設備包括(i)一對正排量泵、(ii)總體上具有美國專利US5332313中給出的結構的混合裝置、(iii)用於裝填大桶和/或小桶的外部桶排放線和(iv)包含操作該設備必須的電動和控制硬體的控制面板。
由明尼蘇達州，明尼阿波利斯的Graco公司生產的迴轉泵用來向該設備中輸送液體矽樹脂橡膠基質，不過也可以採用任何標準迴轉泵、罐壓或從混配機或排氣裝置直接輸送。這些泵安裝在重量損失天平上，以便確定實驗誤差的出現。
主控制系統由與Panelview操作員界面相連的Allen-BradleySLC處理器構成的。該系統包括主SLC處理器模塊、輸入/輸出(I/O)適配器模塊、I/O機箱、I/O模塊、通信模塊和電源。
用於泵送彈性體基質的伺服電機A和用於泵送顏料/添加劑的伺服電機B是由Allen-Bradley伺服驅動系統驅動的。混合裝置是由Allen-Bradley變頻驅動器(VFD)驅動的。這些系統都設計成藉助Allen-Bradley遠程I/O進行相互通信，該遠程I/O幫助它們的可編程。Daisy Labs牌的數據獲取軟體包也是該系統的一個組成部分。它使得顯示、描述趨勢和評價來自處理的數字和模擬數據成為可能。於是使得PLC能夠監測所有各種不同的處理參數。
下面的具體例子將更加詳細地解釋說明本發明。
準備了由(i)粘度為大約3,000Pa.s(3,000,000釐沲)的大約97.0重量百分比的可採用商業手段得到的液體矽樹脂橡膠(組份A)基質合成物和(ii)粘度為大約1Pa.s(1,000釐沲)的大約3.0重量百分比的加了染料的聚二有機基矽氧烷載體流體構成的實驗配比。在有壓力和流速起伏的情況下從Graco迴轉泵中將基質輸送到附圖2中所示類型的設備中，以模擬典型的上遊液體矽樹脂橡膠生產處理輸出。由Graco小桶泵以一致的速度將顏料輸送到該設備中，以向伺服控制的顏料泵提供灌注吸入，也是生產期間遇到的典型情況。
為了測試系統的精度，通過Graco送料泵的重量損失和通過將基質和顏料收集在單獨的杯子中並且對它們稱重來進行重量增加測量，測量實際的配送量。在處理期間，彈性體基質供應是由彈性體基質伺服電機以恆定扭矩模式加以輔助的，使得Graco彈性體基質泵能夠在壓力損失最小的情況下驅動彈性體基質送料泵。彈性體基質伺服電機的分解器組件向PLC報告彈性體基質泵的瞬時速度。然後PLC使用該信號來確定乘以預先計算好的RPM比的顏料供應送料泵的後續速度，以獲得適當的混合比。然後將經過計量的彈性體基質和顏料泵送到混合裝置中並且排到大桶中。根據預定的計算結果，最好的泵RPM比是彈性體基質比添加劑為1∶2.333。將這個比例編制到PLC中。
Graco送料泵以接近15公斤/分鐘的速度進行泵送，並且以接近20rpm、具有10-30rpm的起伏的轉速驅動彈性體基質泵A。彈性體基質泵A上反壓力為100psi(690kPa)，確認關聯伺服電機確實輔助了產品經過彈性體基質泵的流動。顏料泵B與彈性體基質泵A相呼應地運動，從而維持期望的比值1∶2.333。兩個泵各自的rpm由德克薩斯州，奧斯汀的National Instruments Corporation公司的LabView軟體數據包進行跟蹤和記錄。這種屬於數據獲取的圖形程式語言能夠以使複雜程序可以用很少時間和很少的工作量來編寫的方式進行編程。表1包括表明期望的比例結果得到實現的數據。
表1對於實驗基質配比的基質和添加劑RPM

然後對兩種成分的重量損失進行比較，以確定在預定時間段內混合比是什麼。然後將這些值與期望的混合比進行比較。結果在表2中給出。
表2實驗基質配比的實際混合比與理論混合比

可以看出，最終的處理精度接近於配置的/目標基質量，並且在開始之後處於0.1％之內。
在不遠離本發明的基本特徵的情況下，可以對混合物、合成物和本文所介紹的方法進行其它的改變。這裡具體闡釋的本發明的實施方式僅僅是示範性的，並不用作對它們的範圍的限制，除非在所附的權利要求中有限定。
權利要求
1.一種用於連續製備包含液體彈性體和添加劑的合成物的設備，包括(i)混合裝置，用於將添加劑均勻地混合和分散到液體彈性體中；(ii)一個或多個伺服電機驅動的泵，用於將液體彈性體輸送給混合裝置；(iii)一個或多個伺服電機驅動的泵，用於將添加劑輸入給混合裝置；(iv)用於向伺服電機驅動的液體彈性體泵供應液體彈性體的部件；(v)用於向伺服電機驅動的添加劑泵供應添加劑的部件；(vi)用於將含有液體彈性體和添加劑的合成物從混合裝置分發到容器中的部件；(vii)可編程邏輯計算機，構成和設置為用來控制用於液體彈性體的伺服電機驅動的泵和用於添加劑的伺服電機驅動的泵的操作，從而使得用於液體彈性體的伺服電機驅動的泵與用於添加劑的伺服電機驅動的泵之間的預定的RPM比得到保持，而與用於液體彈性體的供應部件和用於添加劑的供應部件中的壓力起伏無關；和(viii)溫度補償算法部件，用於補償液體彈性體的溫度發生的波動。
2.按照權利要求1所述的設備，其中液體彈性體包括在25℃下測得粘度為大約500Pa.s(500,000釐沲)到大約3,000Pa.s(3,000,000釐沲)的聚二有機基矽氧烷。
3.按照權利要求1所述的設備，其中添加劑是無機顏料或有機顏料。
4.按照權利要求1所述的設備，其中用於液體彈性體的伺服電機驅動的泵與用於添加劑的伺服電機驅動的泵之間的RPM比為大約1∶2.333。
全文摘要
一種用於連續製備包含添加劑的粘性合成物的設備，包括(i)混合裝置，用於將添加劑均勻地混合和分散到粘性流體中；(ii)一個或多個伺服電機驅動的泵，用於將粘性流體輸送給混合裝置；(iii)一個或多個伺服電機驅動的泵，用於將添加劑輸入給混合裝置；(iv)用於向粘性流體伺服電機驅動的泵供應粘性流體的部件；(v)用於向伺服電機驅動的添加劑泵供應添加劑的部件；(vi)用於將含有流體和添加劑的粘性合成物從混合裝置分發到容器中的部件；(vii)可編程邏輯計算機，構成和設置為用來控制用於粘性流體的伺服電機驅動的泵和用於添加劑的伺服電機驅動的泵的操作，從而使得用於粘性流體的伺服電機驅動的泵與用於添加劑的伺服電機驅動的泵之間的預定的RPM比得到保持，而與用於粘性流體的供應部件和用於添加劑的供應部件中的壓力起伏無關；和(viii)溫度補償算法部件，用於補償粘性流體的溫度中的波動。
文檔編號B29B7/60GK1798602SQ200480014948
公開日2006年7月5日 申請日期2004年3月25日 優先權日2003年6月2日
發明者D·L·丹尼爾森, C·C·舍克 申請人:陶氏康寧公司