Vorrichtung zum intermittierenden Herstellen von Kunststoff-Formkörpern aus flüssigen, sich rasch verfestigenden Gemischen
In vielen Fällen können Kunststoff-Formkörper dadurch hergestellt werden, dass man zwei oder mehrere, bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen flüssige Komponenten zu Gemischen, die schon kurz nach dem Zusammentreffen der Komponenten, sei es wiederum bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen, fest werden, vereinigt und diese in noch flüssigem Zustand verformt, z. B. durch kontinuierliches Extrudieren oder Aufspritzen auf Unterlagen oder durch Tränken von Faserbahnen oder -strängen, durch Hindurchführen durch Kalibrierdüsen oder -rohre während des Erstarrens und dergleichen.
Typisch hierfür sind Kunststoffe, die nach Zugabe von Katalysatoren und gegebenenfalls Beschleunigern zu monomeren Ausgangsstoffen durch Polymerisieren oder Mischpolymerisieren oder nach Zugabe von Vernetzern zu linearen Polymeren durch Vernetzen entstehen, wobei man z. B. Katalysatoren einer der Aufbaukomponenten und gegebenenfalls Beschleuniger einer anderen Aufbaukomponente oder Katalysatoren und Beschleuniger auf verschiedene Partien ein- und derselben Aufbaukomponente verteilen und die einzelnen Teilmengen dann vermischen kann.
Dabei kann man sich kontinuierlich arbeitender Dosiervorrichtungen bedienen, die die Komponenten, Katalysatoren oder Beschleuniger aus Vorratsbehältern in geeigneten Mengenverhältnissen stetig einer Mischvorrichtung und das darin entstandene Gemisch wiederum stetig der Verformung zuführen. Durch Abstimmen der Verweilzeit der Gemische in der Mischvorrichtung und gegebenenfalls nachgeschalteten Behältern, Rohrleitungen usw. und gegebenenfalls der Temperatur auf die Reaktivität der Gemische ist meist ein reibungsloses Arbeiten ohne besondere Schwierigkeiten möglich.
Anders hingegen liegt der Fall, wenn man Formkörper intermittierend herstellen will, z. B. durch Füllen einzelner Formen oder Formenbündel, wo der Fluss der Gemische - wenn man diese nicht erst in den Formen selbst bereiten will oder kann - häufig unterbrochen wird und ihre Verweilzeit dadurch stark schwankt, namentlich wenn das Mischen mit dem Verbrauch der Gemische nicht synchron verläuft. Es kann dann nicht nur zum Festwerden der Gemische schon in den Leitungen oder in der Mischvorrichtung, sondern auch zum Eindringen von Luft und damit zu Blasenbildung und gegebenenfalls zu chemischer Schädigung der Massen kommen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zum intermittierenden Herstellen von Kunststoff-Fortnkörpern aus flüssigen, sich rasch verfestigenden Gemischen.
Auf der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Vorrichtung beispielsweise dargestellt.
Die Vorrichtung besteht aus mindestens zwei gleich oder verschieden grossen, gegebenenfalls heizbaren Vorratsbehältern A und B für die flüssigen Ausgangskomponenten bzw. Hilfsstoffe, deren Ausläufe C und D je mit einer auf das gewünschte Mi schungsverhältnis der Komponenten und die gewünschte Füllgeschwindigkeit der Formen eingestell teer, gegebenenfalls heizbaren Dosierpumpen E und F versehen sind, einer aus den Vorratsbehältern über die Dosierpumpen mit den Komponenten gespeisten, unter Flüssigkeitsdruck stehenden und gegebenenfalls heizbaren Mischvorrichtung G und einem von dieser Mischvorrichtung zu den Formen hin beweglichen und am Ende mit einem Absperrorgan H versehenen Auslaufrohr J, wobei der Flüssigkeitsdruck in der Mischvorrichtung und im Auslaufrohr reguliert wird durch den Druck, auf den entweder a)
die Dosierpumpen oder b) das Absperrorgan eingestellt sind.
Bei der Ausführungsform a) arbeiten die Dosierpumpen (z. B. E und F) bei geschlossenem Absperrorgan H, bis in der Mischvorrichtung G und deren Auslauf J der Flüssigkeitsdruck erreicht ist, auf den die Dosierpumpen eingestellt sind. Beim Füllen einer Form durch Öffnen des Absperrorgans H lässt der Druck im Auslauf J und in der Mischvorrichtung G nach, wodurch die Tätigkeit der Dosierpumpen ausgelöst wird und so lange andauert, bis nach erreichter Füllung der Form das Absperrorgan H wieder geschlossen und dadurch der Flüssigkeitsdruck im Auslauf J und in der Mischvorrichtung G wieder den zuvor eingestellten Druck erreicht hat. Alsdann kann das Auslaufrohr J über die Öffnung einer anderen Giessform gebracht werden und das Füllen dieser Form in der gleichen Weise erfolgen usw.
Bei der Ausführungsform b) ist das Absperrorgan H derart eingestellt, dass es sich nur bei einem vorherbestimmten Flüssigkeitsdruck öffnet, bei Unterschreitung dieses Druckes hingegen sich wieder schliesst. Gleichzeitig sind die Dosierpumpen (z. B.
E und F) auf den Durchlauf bestimmter Flülssigkeits- mengen eingestellt, die ihrerseits dem Füllvoiumen einer einzelnen zu füllenden Form mit dem Gemisch entsprechen. Ist der durch das Absperrorgan H vorgesehene Druck in dem Auslaufrohr J und in der Mischvorrichtung G erreicht, so öffnet sich das Absperrorgan H, womit das Gemisch in die Form einläuft. Ist die Form gefüllt, so setzt die Tätigkeit der Dosierpumpen aus, der Druck in der Mischvorrichtung G und dem Auslaufrohr J fällt, und das Absperrorgan H schliesst sich wieder. Durch erneutes Ingangsetzen der Dosierpumpen wird dann der zum Öffnen des Absperrorgans H erforderliche Druck in der Mischvorrichtung G und im Auslaufrohr J wieder erreicht, wodurch nach entsprechender Einstellung des Auslaufrohres H die nächste Form gefüllt werden kann.
Um ein besonders schnelles Reagieren der Dosierpumpen bzw. des Absperrorgans auf Druckänderungen zu gewährleisten, kann man zum Steuern dieser Vorrichtungen in an sich bekannter Weise Druckfühler und Relais einbauen.
Soll; das Giessen längere Zeit unterbrochen werden, so dass dafür gesorgt werden muss, dass die Mischvorrichtung G und das Auslaufrohr J nicht mehr mit härtbarem Gemisch gefüllt bleiben, so ist die Vorrichtung noch dadurch zu ergänzen, dass am Ende des Füllvorganges eine Dosierpumpe das Fördern fortsetzt und sich der Inhalt der Mischvorrichtung G und des Auslaufrohres J durch ein zweites Absperrorgan K, das mit dem Auslaufrohr J durch ein Rohrstück L verbunden ist, entleert und so das härtbare Gemisch aus der Mischvorrichtung G und dem Ausiaufrohr J mit den allein nicht härtenden Komponenten ausgespült wird'.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform a) der Vorrichtung kommt dann beim Schliessen des Absperrorgans H z. B. nur die eine der beiden Dosierpumpen E und F zum Stillstand, während die andere noch weiter fördert, bis der höhere Flüssigkeitsdruck, auf den das Absperrorgan K eingestellt ist, erreicht ist. Dann öffnet sich dieses, und die Mischvorrichtung G und das Auslaufrohr J werden, wie beschrieben, ausgespült.
Bei der Ausführungsform b) der Vorrichtung hingegen ist nur z. B. eine der beiden Dosierpumpen E und F auf eine bestimmte Fördermenge eingestellt, während die andere weiterläuft. Auch dabei fällt der Druck in der Mischvorrichtung G und dem Auslaufrohr J, wodurch sich das Absperrorgan H schliesst.
Gleichzeitig wird jedoch das Absperrorgan K ge öffnet, so dass die noch weiterlaufende Dosierpumpe die allein nicht härtende Komponente weiter durch die Mischvorrichtung G, das Auslaufrohr J und das Verbindungsstück L fördert und diese damit durchspült.
Beispiel Zum Giessen von Polyamid-Halbzeugmaterial werden folgende Formen nacheinander gefüllt:
Form 1) 1 Rundstange O 125 mm Länge 1300 mm V = 16 1
Form 2) 1 Platte 400 X 800 X 100 mm V = 32 1
Form 3) 1 Quader 200 X 200 X 400 mm V = 16 1
Füllmenge 64 1 Überschuss für Spülen und Vorlauf 31
Gesamt-Lactammenge 67 1
Das Förderverhältnis der Pumpen E und F wird mit 3 : 1 festgelegt.
In den Kessel A (Inhalt 75 1) werden 50 kg Caprolactam und in den Kessel B (Inhalt 25 17 kg Caprolactam und 409 ml 2,9 n-Natriummethyiat- lösung (0,2 Mol %, bezogen auf die gesamte Lactammenge), eingefüllt. Beide Kessel werden dreimal evakuiert und mit Stickstoff belüftet. Sodann werden beide Kessel auf 30 mm Hg evakuiert, auf 1500 C geheizt, die Schmelzen 2 Stunden gerührt und dann auf 1250 C abgekühlt. Das Vakuum wird mit Stickstoff aufgehoben und in Kessel A werden 935 g (0,4 Mol'% bezogen auf die Gesamtmenge Lactam) des Adduktes von 1 Mol Hexamethylendiisocyanat an 2 Mol Lactam zugegeben und 10 Minuten lang eingerührt.
Die Dosierpumpe E wird auf 170 Umdrehungen, entsprechend 12 kg Förderleistung in 2 Minuten, und die Dosierpumpe F auf 200 Umdrehungen, entsprechend 4 kg Förderleistung in 2 Minuten, eingestellt. Nun werden die beiden Bodenventile C und D der Kessel und das Schnellschlussventil H geöffnet und die Pumpen E und F gleichzeitig in Betrieb gesetzt. Das vorgewärmte Auslaufrohr J wird hochgehalten, bis es mit Caprlactam- schmelze gefüllt ist, und der Mischkopfmotor zu G eingeschaltet. Etwa 200 g Schmelze werden verworfen. Anschliessend wird die auf 1400 C erhitzte Form 1 gefüllt, wobei ein Luftzutritt durch Überleiten von Stickstoff vermieden wird.
2 Minuten nach Beginn des Füllvorganges schalten die Pumpen E und F automatisch ab, und das Schnellschliessventil H schliesst sich. Ein Bodenventil der Mischvorrichtung G wird geöffnet, um die restliche reaktionsfähige Schmelze daraus abzulassen.
Die abgegossene Form wird nun beiseite gefahren und die auf 1300 C erhitzte Form 2 abgussfertig gemacht. Die Zählwerke der Dosierpumpen E und F werden nun auf 400 bzw. 340 Umdrehungen, entsprechend einer Förderleistung von 24 bzw. 8 kg in 4 Minuten eingestellt.
Nach dem Schliessen des Mischvorrichtung-Bodenventils, Einschalten des Mischrührers zu G und Ablassen eines Vorlaufes von etwa 200-300 g wie- derholt sich der Füllvorgang wie beschrieben.
Die auf 1200 C erhitzte Form 3 wird bei der gleichen Dosierpumpeneinsteilung wie bei Form 1 gefüllt; die zwischen dem Abfüllvorgang von Form 2 und 3 liegenden Arbeitsgänge werden, wie beschrieben, wiederholt.
Die nach dem Füllen der Form 3 im Kessel B verbleibende restliche katalysatorhaltige Schmelze wird durch Öffnen des Schnellschlussventils H und Einschalten der Dosierpumpe F abgelassen. Nach dem Abstellen der Dosierpumpe F schliesst sich das Schnellschlussventil H, Pumpe E wird eingeschaltet und die Mischvorrichtung mit der im Kessel A verbliebenen Schmelze gespült.
Nach dem Entleeren der beiden Kessel werden die Bodenventile C und D geschlossen, der Mischkopfmotor wird abgestellt und das Mischkopf-Bodenventil geöffnet. Die Caprolactamschmelze in den abgegossenen Formen wird etwa 1 Minute nach dem Abfüllen zähflüssig und beginnt nach 2 Minuten zu polymerisieren, wobei die Formtemperatur ansteigt. Die Fonmheizung wird nach einer Stunde abgestellt.