Verfahren und Vorrichtung zum homogenen Vermischen von Farbstoffen mit Kunststoffen beim Spritzgiessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum homogenen Vermischen von Farbstoffen mit (beispielsweise thermoplastischen) Kunststoffen beim Spritzgiessen. Durch die Erfindung sollen aufwendige separate Arbeitsgänge des Vormischens des Farbstoffes mit dem Kunststoff vor der Verwendung dieser Stoffe zum Spritzgiessen mach Möglichkeit überflüssig gemacht werden und die erfindungsgemässe Vorrichtung soll leicht an normalen Spritzgusseinrichtungen für Kunststoffe anbringbar sein.
Bekanntlich gestatten die üblichen Spritzgusseinrichtungen in ihrer ursprünglichen Form kein gutes Vermischen des Kunststoffes mit dem ihm vorher trocken zugegebenen Pigment bzw. Farbstoff. Dies hat seine Ursache darin, dass die für den Spritzguss verwendeten Einrichtungen zur Erhöhung ihrer Leistungsfähigkeit in ihrer allgemeineren Verwendbarkeit für gewöhnlich von den Herstellern mit möglichst stromlinienförmigen Innenprofilen gebaut werden.
Auf diese Weise werden Laminarbewegungen der zu vermischenden Stoffe begünstigt, welche ihrer Natur zufolge keinen ausreichenden Mischungsgrad gestatten, um grob miteinander vermengte, ungleichartige Stoffe, wie es im vorliegenden Fall die vorzugsweise könnigen Kunststoffe und pulverförmigen oder körnigen Farbstoffe sind, homogen miteinander zu vermischen. Hat man, wie dies häufig vorkommt, das Spritzgut im Handel nicht bereits in den gewünschten Farbtönungen gefärbt vorliegen, dann ist es bisher erforderlich gewesen, das Stoffgemisch vor seiner Verwendung einer separaten Vorbehandlung in Auspress- oder Mischvorrichtungen zu unterziehen, um es in den gewünschten Tönungen zu erhalten. Diese Vorbehandlung ist im allgemeinen kostspielig und birgt das Risiko in sich, dass das Spritzgut verunreinigt wird.
In der Tat wird dem derzeitigen Stand der Technik gemäss der Kunststoff vor seiner Verwendung im Spritzgussverfahren oft einem langen Arbeitsgang unterworfen, in welchem seine innige und homogene Mischung mit dem Pigment bzw. Farbstoff erreicht wird.
Um beispielsweise etwa 100 kg gefärbtes Poly äthylen zu erhalten, muss man die Polyäthylenkörner etwa eine halbe Stunde lang mit dem Pigment vermischen, wonach sie in vier und mitunter auch bis sechs Stunden einem Auspress- und Granuliervorgang unterworfen werden. Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass diese Bearbeitungen in nicht unbedeutendem Mass den Preis des fertigen Spritzgussgegenstandes beeinflussen.
Durch die Erfindung soll der obgenannte Auspress- und Granuliervorgang, der wie gesagt vier bis sechs Stunden dauern kann, vermieden werden, wobei die Vorbearbeitung des Gemisches vor seiner Verwendung im Spritzgussverfahren auf eine einfach durchzuführende Vormischung des Kunststoffes und des Pigments bzw. des Farbstoffes herabgesetzt wird.
Erfindungsgemäss wird die homogene Vermischung des Kunststoffes und des Pigments bzw. Farbstoffes dadurch erreicht, dass die vorher vermengte Masse in aufeinanderfolgenden, miteinander in Verbindung stehenden Abteilen, die vor der Ausflussöffnung der Spritzgusseinrichtung angeordnet sind, in Wirbelbewegungen versetzt wird.
Die Homogenisierung des Stoffgemisches wird erfindungsgemäss in drei aufeinanderfolgenden Kammern durchgeführt, wobei das Stoffgemisch zunächst durch eine gelochte Platte hindurchgeführt und dabei unterteilt wird, dann in der ersten Kammer gegen die Wandungen abgelenkt und dabei gemischt wird, wonach es durch am Umfang angeordnete Kanäle mit schräger Achse und abnehmendem Querschnitt von der ersten Kammer in die zweite geleitet wird, und dabei eine Wirbelbewegung aufgedrückt erhält und schliesslich durch ein zentrales Loch mit beschränktem Querschnitt aus der zweiten Kammer abgeleitet und in der dritten Kammer ausgedehnt wird, die vor der Austrittsöffnung der Spritzgussmaschine liegt.
Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Homogenisierverfahrens ist gekennzeichnet durch eine kreisrunde Platte, die mit einer Vielzahl von Löchern versehen ist, welche eine Ringzone der Platte einnehmen, wobei die Summe der Querschnittsflächen der Löcher wesentlich grösser ist, als der geringste Durchtrittsquerschnitt, dem das Stoffgemisch bei seiner Bewegung begegnet.
Ferner weist die Vorrichtung einen scheibenförmigen Körper mit einem im allgemeinen kegelstumpfförmigen Ansatz auf, dessen kleinere Endfläche auf dem Mittelteil der gelochten Platte zum Aufliegen kommt und der kreisbogenförmig in die vordere Fläche des scheibenförmigen Körpers übergeht, welcher am Umfang mit Ka- nälen versehen ist, die zu seiner Achse schräg verlaufen, so dass am Umfang des scheibenförmigen Körpers eine Anzahl von Rippen mit in Fliessrichtung des Stoffgemisches abnehmendem Querschnitt gebildet wird.
Schliesslich ist die Vorrichtung mit einem, in der Mitte durchlochten Ablenkkörper versehen, der aufgabeseitig eine Aushöhlung aufweist, die zwischen Lochmündung und Umfangskante ihre grösste Tiefe erreicht.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung beschrieben, welche in der einzigen Figur im Längsschnitt dargestellt ist.
Wie aus der Figur hervorgeht, weist die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Platte 1 auf, die mit einer Mehrzahl von Löchern f versehen ist, welche eine Ringzone dieser Platten einnehmen. Um die Druckverluste, welche durch die Platte hervorgerufen werden, möglichst klein zu halten, genügt es, den Gesamtquerschnitt der Löcher f ausreichend grösser zu halten, als der engste Querschnitt, dem der Werkstoff bei seiner Bewegung begegnet. An sich sind jedoch der Durchmesser und die Anzahl der Löcher f keine kritischen Faktoren. Die Aufgabe der Platte 1 ist es, vor dem scheibenförmigen Körper 2 einen Raum zu begrenzen, in welchem das aus den verschiedenen Löchern f austretende aufgeteilte Material einer ersten Mischung unterworfen wird.
Der Körper 2 besitzt einen Ansatz 2' von im allgemeinen kegelstumpfförmiger Gestalt und einen mittleren Zapfen 2", mit welchem er in ein entsprechendes mittleres Loch der Platte 1 gesteckt ist. Am Umfang ist der Körper 2 mit einer Anzahl Kanälen C versehen, die Rippen mit in Fliessrichtung des Werk stoffes abnehmendem Querschnitt bilden. I : Die Kanäle
C sind in bezug auf die Achse des Körpers 2 geneigt.
Der Körper 2 besitzt eine zweifache Aufgabe.
Einmal begünstigt er im Verein mit der Platte 1 die Vorwärtsbewegung des Werkstoffes in den Umfangs schichten, wodurch die durch die hohe Viskosität des Werkstoffes bedingte bevorzugte Vorwärtsbewegung in der Mitte ausgeglichen wird, und zum anderen Mal bewirkt er die Einführung des Werkstoffes in den folgenden Hohlraum H mit erhöhter Geschwindigkeit und mit einer schraubenlinienförmigen Bewegung, wodurch die Wirbelbewegungen begünstigt werden, und eine gute homogene Vermischung des Werkstoffes erzielt wird.
Schliesslich weist die Vorrichtung einen Ablenk körper 3 auf, der in der Mitte ein Loch K besitzt und der auf der Aufgabeseite eine Aushöhlung H bildet.
Es hat sich bei praktischen Versuchen gezeigt, dass der Durchmesser des Loches K des Körpers 3 am günstigsten zwischen 0,5 mm und 1,4 mm zu halten ist, doch sind diese Werte in keiner Weise als einschränkend aufzufassen. Die Vorrichtung besitzt nach dem Ablenkkörper 3 noch einen Ausdehnungsraum E für das Stoffgemisch, welcher im Mundstück 5 der Spritzgusseinrichtung ausgenommen ist.
Das Mundstück 5 ist am Zylinder 4 der Einrichtung beispielsweise durch Aufschrauben befestigt und nimmt sämtliche Teile der beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung auf und hält sie in ihren richtigen Lagen fest. Es versteht sich, dass der Teil des Mundstückes 5, der den scheibenförmigen Körper 2 aufnimmt, gleich schräge Innenwände besitzt wie die Rippen des Körpers 2, welche wie gesagt in Fliessrichtung des Werkstoffes abnehmende Querschnitte besitzen.
Bei Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zum Spritzgiessen erreicht man eine ausgezeichnete homogene Vermischung des Kunststoffes mit dem Pigment oder Farbstoff unmittelbar bevor der Werkstoff in die Form eingespritzt wird, was bisher nach dem bekannten Stand der Technik nicht verwirklichbar war.