Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischen Stoffen
Viele thermoplastische Kunststoffe lassen sich mit oder ohne Zusatz von Weichmachern, Stabilisatoren, Gleitmitteln, Farb- oder Füllstoffen zu einer zähflüssigen Masse verarbeiten, wenn man die vorgemischten Bestandteile bei geeigneter Temperatur miteinander verknetet.
Für die weitere Verarbeitung wird das Material meist in Gestalt eines Granulates gewünscht. Die Überführung der zähflüssigen Masse in ein Granulat erfolgt meist mittels einer Strangpresse und eines rotierenden Messers, welches die aus den Düsen der Presse austretenden Stränge in kurze Stücke zerteilt.
Diese entstehenden Granula sind dann aber zunächst noch zähflüssig und neigen zum Verkleben. Deshalb muss man sie so rasch wegbefördern, dass sie sich nicht oder nur innerhalb kurzer, für ein Verkleben unzureichender Zeit berühren. Ausserdem müssen die Granula so abgekühlt werden, dass sie ihre Klebkraft verlieren und undeformierbar werden, bevor sie die Sammelstelle erreichen.
Zu diesem Zwecke wurden die Granula bisher durch kalte Luft von der Düsenplatte weggeblasen.
Dabei war eine unsymmetrische Abkühlung der Düsenplatte kaum zu vermeiden, so dass das Material an den einzelnen Düsen unter verschiedener Temperatur und mit verschiedener Zähigkeit austrat. Dies führte zu einem ungleichmässigen Granulat.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles werden die Granula nach der Erfindung unmittelbar einer Schleuder zugeführt und von dieser über einen freien Weg solcher Länge durch Kühlluft geschleudert, dass sie dabei ihre Klebfähigkeit verlieren.
Zur Durchführung dieses Verfahrens bedient man sich zweckmässig einer Vorrichtung mit einer heizbaren Presse mit kranzförmig angeordneten Austritts öffnungen für das zu granulierende Material und am äusseren Ende dieser Öffnungen gleitenden, rotierbaren Abstreifmessern. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich durch ein Flügelrad aus, welches als Schleuder für die mittels der Abstreifmesser abgeschnittenen und abgestreiften Granula dient und koaxial zu den Abstreifmessern rotierbar ist, wobei die Flügel des Flügelrades unmittelbar an die Zone heranragen, in welcher die Abstreifmesser rotierbar sind.
Die Flügel des Flügelrades haben zweckmässig Aussparungen, die dem Kranz der Austrittsöffnungen zugewandt sind.
Eine vorzugsweise Ausführungsform der Vorrichtung hat eine das Flügelrad in einem Abstand wenigstens teilweise umschliessende Prallfläche für die ge schleuderten Granula. Dabei enthält der Raum zwischein dem Flügelrad und der Prallfläche ein kühlendes Gas und der genannte Abstand ist so gross, dass die Granula vor dem Auftreffen auf die Prallwand bis zum Verlust ihrer Klebfähigkeit erstarren.
Zweckmässig wird das Flügelrad entgegengesetzt zur Umlaufrichtung der Abstreifmesser und mit grö Berer Winkelgeschwindigkeit als diese angetrieben.
Der Erfindungsgegenstand sei im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der wichtigsten Teile einer beispielsweisen Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens und
Fig. 2 eine aufgegliederte Darstellung zu Fig. 1.
In der Zeichnung ist der Kopfteil 1 der Strang- presse abgebrochen dargestellt. Dieser Kopfteil 1 trägt die Düsenplatte 2, deren Düsen 3 kranzförmig koaxial zur Welle 4 angeordnet sind, welche das auf der Düsenplatte 2 gleitende Messer 5 trägt. Diese Welle 4 besitzt nach Fig. 2 einen Ansatz 6, welcher in einer nicht durchgehenden Bohrung 7 der Düsenplatte geführt ist. Auf der Welle 4 ist eine hohle Welle 8 gelagert, welche das Flügelrad 9 antreibt. Die Flügel 10 dieses Rades 9 ragen so dicht an die Zone heran, in welcher das Messer 5 rotiert, dass sie die abgeschnittenen Granula unmittelbar erfassen können.
Weiterhin weisen die Flügel 10 an der linken, dem Kranz der Düsen 3 benachbarten Stirnseite je eine Aussparung 11 auf, welche so bemessen ist, dass die aus den Düsen 3 heraustretenden, noch nicht abgeschnittenen Strangstümpfe von den Flügeln 10 nicht berührt werden. Die Flügel 10 sind im Abstand d von einer nur teilweise dargestellten Prallwand 12 umgeben. Der Abstand d der Prallwand 12 von den Flügeln 10 ist so gewählt, dass die vom Flügelrad abge schleuderten Granula beim Aufprallen auf die Prallwand 12 einen Weg solcher Länge innerhalb der Kühlluft zurückgelegt haben, dass sie nicht mehr klebrig sind.
Um mit dieser Vorrichtung zu granulieren, wird die Strangpresse beschickt und in Betrieb gesetzt; gleichzeitig werden die Messerwelle 4 und die hohle Flügelradwelle 8 mit entgegengesetzter Drehrichtung in Umlauf versetzt. Dabei wird die Drehgeschwindigkeit der Flügelradwelle 8 zweckmässig eine Grössenordnung höher gewählt als die Drehgeschwindigkeit der Messerwelle 4.
Die aus den Düsen 3 austretenden, zähflüssigen Stränge werden an der Austrittsstelle periodisch von dem Messer 5 abgeschnitten. Die Länge der auf diese Weise entstandenen, noch zähflüssigen Granula lässt sich durch die Fördergeschwindigkeit der Presse und die Umlaufgeschwindigkeit des Messers regeln. Die Granula werden sofort nach dem Verlassen des Messers von den Flügeln 10 des Flügelrades 9 erfasst und tangential gegen die Prallwand 12 geschleudert.
Da die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades 9 die Rotationsgeschwindigkeit des Messers 5 um eine Grö ssenordnung überschreitet, gelangt praktisch immer nur ein Granulum in eine Kammer des Flügefrades 9; die gleichzeitig von verschiedenen Flügelh weggeschleuderten Granula durcheilen völlig getrennte Bahnen, so dass die Granula also keine Gelegenheit zum Zusammenkleben finden. Da die Entfernung d der Prallwand 12 von den Flügeln 10 nach den angeführten Gesichtspunkten auf den Werkstoff abgestimmt ist, verlieren die Granula auf dem Weg vom Flügelrad 9 zur Prallwand 12 ihre Klebfähigkeit. Die von der Prallwand abfallenden Granula gelangen zur Sammelstelle.
Die vor der Düsenplatte entstehende zentrifugale Luftbewegung, welche durch die Rotation des Flügehades verursacht wird, verläuft völlig symmetrisch zum Kranz der Düsen 3. Es entsteht also keine unsymmetrische Abkühlung der Düsenplatte, so dass man Granula einheitlicher Grösse erhält.
Beispielsweise möge Polyvinylchlorid unter Zugabe von 10 0/o Weichmacher und 2 O/o eines Stabilisators auf einer Doppelschneckenpresse geknetet und in thermoplastischem Zustand durch eine Platte mit Düsen von 4 mm Durchmesser gepresst werden. Die Austrittsgeschwindigkeit betrage 40 cm/Minute und das Messer möge mit 50 Umdrehungen pro Minute umlaufen. Es entstehen dann zähflüssige, klebrige Granula von 4 mm Durchmesser und 4 mm Länge.
Das Flügelrad möge einen Durchmesser von 50 mm und 16 Flügel besitzen sowie mit 6000 Umdrehungen pro Minute umlaufen. Es beschleunigt die erfassten Granula dann mit etwa 1000 g, so dass diese an den Flügeln nicht kleben bleiben, sondern sofort abgeschleudert werden. Bei passender Bemessung des Abstandes zwischen Flügelrad und Prallfläche erstarren die Granula dann, bevor sie die Prallfläche 12 erreichen.
Method and device for granulating thermoplastic materials
Many thermoplastics can be processed into a viscous mass with or without the addition of plasticizers, stabilizers, lubricants, dyes or fillers, if the premixed components are kneaded together at a suitable temperature.
For further processing, the material is usually required in the form of granules. The viscous mass is converted into granules mostly by means of an extruder and a rotating knife, which cuts the strands emerging from the press nozzles into short pieces.
The resulting granules are initially still viscous and tend to stick together. That is why you have to move them away so quickly that they do not touch, or only within a short period of time, which is insufficient for sticking. In addition, the granules must be cooled so that they lose their adhesive strength and become undeformable before they reach the collection point.
For this purpose, the granules were previously blown away from the nozzle plate by cold air.
Asymmetrical cooling of the nozzle plate could hardly be avoided, so that the material exited at the individual nozzles at different temperatures and with different toughness. This resulted in uneven granules.
In order to avoid this disadvantage, the granules according to the invention are fed directly to a centrifuge and are thrown by this over a free path through cooling air of such a length that they lose their adhesiveness in the process.
To carry out this process, it is useful to use a device with a heatable press with outlet openings arranged in a ring for the material to be granulated and rotatable scraper blades sliding at the outer end of these openings. The device according to the invention is characterized by an impeller which serves as a centrifuge for the granules cut and stripped by means of the scraper knives and can be rotated coaxially to the scraper knives, the blades of the impeller projecting directly up to the zone in which the scraper knives are rotatable.
The blades of the impeller expediently have recesses which face the rim of the outlet openings.
A preferred embodiment of the device has a baffle surface, which at least partially surrounds the impeller at a distance, for the ge hurled granules. The space between the impeller and the baffle contains a cooling gas and the distance mentioned is so large that the granules solidify before they hit the baffle until they lose their adhesiveness.
The impeller is expediently driven in the opposite direction to the direction of rotation of the doctor blades and at a higher angular speed than this.
The subject of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing; in this shows:
1 shows a perspective view of the most important parts of an exemplary device for carrying out the new method and
FIG. 2 shows a detailed illustration of FIG. 1.
In the drawing, the head part 1 of the extruder is shown broken away. This head part 1 carries the nozzle plate 2, the nozzles 3 of which are arranged in a ring coaxially to the shaft 4 which carries the knife 5 sliding on the nozzle plate 2. According to FIG. 2, this shaft 4 has a projection 6 which is guided in a non-continuous bore 7 of the nozzle plate. A hollow shaft 8, which drives the impeller 9, is mounted on the shaft 4. The wings 10 of this wheel 9 protrude so close to the zone in which the knife 5 rotates that they can grasp the cut granules directly.
Furthermore, the wings 10 each have a recess 11 on the left end face adjacent to the rim of the nozzles 3, which is dimensioned such that the stumps emerging from the nozzles 3 but not yet cut are not touched by the wings 10. The wings 10 are surrounded at a distance d by an impact wall 12, which is only partially shown. The distance d of the baffle wall 12 from the blades 10 is chosen so that the granules thrown from the impeller when hitting the baffle wall 12 have covered a distance of such a length within the cooling air that they are no longer sticky.
In order to granulate with this device, the extruder is loaded and put into operation; At the same time, the knife shaft 4 and the hollow impeller shaft 8 are set in rotation in the opposite direction. The rotational speed of the impeller shaft 8 is expediently selected to be an order of magnitude higher than the rotational speed of the knife shaft 4.
The viscous strands emerging from the nozzles 3 are periodically cut by the knife 5 at the exit point. The length of the still viscous granules created in this way can be regulated by the conveying speed of the press and the rotating speed of the knife. Immediately after leaving the knife, the granules are caught by the blades 10 of the impeller 9 and thrown tangentially against the impact wall 12.
Since the speed of rotation of the impeller 9 exceeds the speed of rotation of the knife 5 by an order of magnitude, practically only one granule ever reaches a chamber of the impeller 9; the granules that are thrown away at the same time by different wings rush through completely separate paths, so that the granules therefore have no opportunity to stick together. Since the distance d of the baffle wall 12 from the blades 10 is matched to the material according to the criteria mentioned, the granules lose their adhesiveness on the way from the impeller 9 to the baffle wall 12. The granules falling from the baffle reach the collection point.
The centrifugal air movement in front of the nozzle plate, which is caused by the rotation of the flywheel, runs completely symmetrically to the rim of the nozzles 3. So there is no asymmetrical cooling of the nozzle plate, so that granules of uniform size are obtained.
For example, let polyvinyl chloride be kneaded with the addition of 10% plasticizer and 2% stabilizer on a twin screw press and pressed in a thermoplastic state through a plate with nozzles 4 mm in diameter. The exit speed is 40 cm / minute and the knife should rotate at 50 revolutions per minute. Viscous, sticky granules 4 mm in diameter and 4 mm in length are then formed.
The impeller should have a diameter of 50 mm and 16 blades and rotate at 6000 revolutions per minute. It then accelerates the captured granules by around 1000 g so that they do not stick to the wings but are thrown off immediately. With a suitable dimensioning of the distance between the impeller and the impact surface, the granules then solidify before they reach the impact surface 12.