CH625155A5

CH625155A5 -

Info

Publication number: CH625155A5
Application number: CH171378A
Authority: CH
Inventors: Heinz Mewes; Wilhelm Nachtigall; Michael Wienand
Original assignee: Dynamit Nobel Ag
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1981-09-15
Also published as: US4616989A; FR2380857A1; IT7848057A0; JPS6227966B2; GB1584891A; DE2706755C2; IT1155826B; CA1114122A; DE2706755A1; FR2380857B1; JPS53128068A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Herstellen von glasfaserverstärkten Kunststoffen das Einarbeiten der Glasfasern in den Thermoplasten möglichst schonend vorzunehmen, d.h. einen übermässigen Glasfaserbruch zu vermeiden und zugleich den mechanischen Verschleiss der beteiligten Mischorgane, insbesondere infolge der Reibung mit den Glasfasern, zu verringern.

Das erfindungsgemässe Verfahren löst die Aufgabe in der Weise, dass die Glasfasern höchstens auf die Schmelztemperatur des Kunststoffes vorgewärmt werden, dann je für sich die

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vorgewärmten Glasfasern und der bereits aufgeschmolzene Kunststoff einem Vormischdom zugeführt und in diesem vermischt werden, dann diese Vormischung kontinuierlich direkt einem zweistufigen Entgasungsschneckenextruder zum Homogenisieren zugeführt wird.

Durch die Trennung der Aufbereitung der thermoplastischen Kunststoffschmelze und die Einarbeitung der Glasfasern in diese Schmelze einerseits und durch Auftrennen der Einarbeitung in einen ersten Vormischprozess und einen sich anschliessenden Homogenisierungsprozess mit anschliessender Verformung gelingt es, die gestellte Aufgabe mit guten Ergebnissen zu lösen und relativ grosse Glasfaserlängen in dem Endprodukt zu erhalten. Als Folge der geringen mechanischen Belastung der Glasfasern in dem abschliessenden Homogenisierungsprozess treten auch nur geringe mechanische Ver-schleisserscheinungen an den Vorrichtungsteilen auf. Darüber hinaus wird als Folge der vorgewärmten Glasfasern die thermoplastische Kunststoffschmelze geringer thermisch belastet, insbesondere ist es möglich, die Aufschmelztemperatur des Kunststoffes an der unteren Grenze zu halten, da ihr durch die Glasfaser kaum Wärme entzogen wird.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens enthält ebenfalls einen zweistufigen Entgasungsschneckenextruder mit einem am Ausgang vorgesehenen Extrusionswerkzeug. Zur Erfüllung der erfindungsgemässen Aufgabe wird diese Vorrichtung erfindungsgemäss weitergebildet durch einen Vormischdom mit einer Einlassöffnung mit davor geschalteter Zufuhreinrichtung für die Glasfasern, mit einer weiteren Einlassöffnung mit davor geschaltetem Aufschmelzextruder für den thermoplastischen Kunststoff und mit einer Auslassöffnung für die Vormischung, an die die Einspeiseöffnung des Entgasungsschneckenextruders anschliesst.

Der Vormischdom übernimmt nach der Erfindung die Aufgabe der Auflockerung der Glasfaser bzw. Glasfaserbündel und beginnt die Vorverteilung der Glasfasern in der Kunststoffschmelze. Bevorzugt ist der Vormischdom mit einer mit mehreren Reihen von Mischstiften ausgestatteten Mischerwelle ausgerüstet und darüber hinaus noch beheizbar. Damit ist ein Abkühlen und Erstarren der Kunststoffschmelze vermeidbar und das Auflockern und Vorverteilen der Glasfasern in der Kunststoffschmelze ermöglicht. Bevorzugt erfolgt die Übergabe der Kunststoffschmelze aus dem Aufschmelzextruder durch den Vormischdom in den nachfolgenden Entgasungsschneckenextruder bei einem geringen Überdruck im Vormischdom, wodurch der Sauerstoffausschluss bzw. Luftaus-schluss gesichert ist.

Als Zufuhreinrichtung für Glasfasern ist beispielsweise eine Stopfschnecke vorgesehen. Die Glasfasern können entweder bereits vorgewärmt in die Stopfschnecke eingeführt und aus dieser kontinuierlich gleichmässig dem Vormischdom zudosiert werden. Es ist jedoch auch möglich, die Stopfschnecke selbst mit ihrem Gehäuse beheizbar auszubilden und auf dem Weg durch die Stopfschnecke die Erwärmung der Glasfasern vorzunehmen.

Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung sieht vor, dass die Mischerwelle des Vormischdomes in Verlängerung der Schneckenwelle der Stopfschnecke angeordnet und mit dieser fest verbunden ist. Auf diese Weise ist beispielsweise nur ein Antrieb für Stopfschnecke und Mischerwelle erforderlich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Vormischdomes sieht vor, dass in dem Vormischdom eine Förderschnecke, deren Schneckenstege in Abständen mit Ausnehmungen versehen sind und deren Aussendurchmesser nur wenig kleiner als der Innendurchmesser des Vormischdomes ist, zum Mischen vorgesehen ist.

Eine solche Förderschnecke ermöglicht durch die Ausnehmungen in den Schneckenstegen einen Rückfluss als Ergänzung zur Förderung, um damit eine bessere Mischwirkung zu erzielen.

Das in dem Vormischdom hergestellte Glasfaser-Kunststoffschmelze-Gemisch wird im nächsten Verfahrensschritt in dem direkt nachfolgenden Entgasungsschneckenextruder, der als reiner Misch- und Entgasungsschneckenextruder ausgelegt ist, homogenisiert. Die Vorrichtung geht hierbei von einem zweistufigen Entgasungsschneckenextruder mit einem am Ausgang vorgesehenen Extrusionswerkzeug aus, wobei die Schnecke des Entgasungsschneckenextruders bei konstanter Schneckensteigung zweistufig mit in jeder Stufe aufeinanderfolgend einer Niederdruck- und einer Hochdruck-Zone ausgebildet ist.

Zum Erfüllen der erfindungsgemäss vorgesehenen Homogenisierungsaufgabe ist dieser Vorrichtungsteil mit Vorteil so ausgestaltet, dass das Verhältnis von Höchstwert (Hx bzw. H2) zu Kleinstwert (Hn bzw. H22) der Tiefe der Schneckengänge in der ersten Stufe einem Verdichtungsverhältnis im Bereich von 2:1 bis 6:1, vorzugsweise etwa 2:1 bis 3:1 und in der zweiten Stufe einem Verdichtungsverhältnis im Bereich von 1,7:1 bis 7:1, vorzugsweise von etwa 1,7:1 bis 2:1 entspricht und das Verhältnis der Tiefe (H2) der Schneckengänge in der Förderzone der zweiten Stufe zur Tiefe (Hj) der Schneckengänge in der Förderzone der ersten Stufe im Bereich von 1,1:1 bis 3,5:1, vorzugsweise von etwa 1,1:1 bis 2:1 liegt. Diese Auslegung der Schnecke des Entgasungsschneckenextruders mit geringer Scherung und Kompression ermöglicht die schonende Homogenisierung des Glasfaser-Kunststoffschmelze-Gemisches unter Vermeidung eines verstärkten Glasfaserbruches. In Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Schnecke in der Niederdruck-Zone der ersten Stufe zwischen den Stegen der Schneckengänge mit vorzugsweise ringförmig in Reihen angeordneten Mischorganen, wie Mischstiften, Mischnocken od.dgl., versehen ist. Damit ist sichergestellt, dass der Aufschluss der Glasfasern, die als Glasfaserbüschel noch in der Vormischung enthalten sind, und die Verteilung der Glasfaserbüschel im wesentlichen in der ersten Stufe des Entgasungsschneckenextruders durchgeführt werden kann. Im einzelnen ist hierbei die erste Stufe des Entgasungsschneckenextruders beispielsweise in eine Niederdruckzone mit sich anschliessender Kompressionszone, darauffolgender Hochdruckzone und einer Dekompressionszone gegliedert, an die sich die zweite Stufe mit einer Niederdruckzone mit Entgasung, eine Kompressionszone, eine Hochdruckzone und eine Übergangszone zum Mischkopf anschliessen.

Nach der Entgasung der Kunststoffschmelze zu Beginn der zweiten Stufe kann dann die Homogenisierung vollendet werden, wobei der am Ausgang der zweiten Stufe der Schnecke angeordnete Schneckenmischkopf mit gegenüber dem Schnek-kenkerndurchmesser verringertem Kerndurchmesser eine abschliessende intensive Durchmischung von Kunststoffschmelze und Glasfaser ermöglicht und zugleich der Temperaturhomogenisierung vor dem Eintritt in das Extrusionswerkzeug dient. Hierzu kann der Schneckenmischkopf beispielsweise mit mehreren ringförmig angeordneten Reihen von Mischorganen, wie Stiften, Nocken od.dgl., versehen sein, wobei die Stifte, Nokken od.dgl. der einzelnen Reihen auf Lücke gegeneinander versetzt sind. Vorteilhaft ist zwischen den Reihen von Stiften, Nocken od.dgl. am Schneckenmischkopf ein Scherring ausgebildet, dessen Aussendurchmesser grösser als der Kerndurchmesser des Mischkopfes, aber kleiner als der Aussendurchmesser der Stifte, Nocken od.dgl. ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt und wird anhand dessen nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Einmischen von Glasfasern in einen thermoplastischen Kunststoff,

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Fig. 2 die Vorrichtung zum Vormischen von Glasfaser und Kunststoffschmelze im Schnitt,

Fig. 3 die schematische Darstellung des Aufbaues der Schnecke des Entgasungsschneckenextruders und

Fig. 4 in Ansicht weitere Details der Schnecke nach Fig. 3.

In der Fig. 1 ist schematisch das erfindungsgemässe Prinzip der Glasfasereinmischung in einen thermoplastischen Kunststoff dargestellt. Als Glasfasern kommen beispielsweise geschnittene Glasfasern in Frage, die büschelweise zusammenhängen und die einer intensiven Auflockerung und Verteilung bedürfen. Für den thermoplastischen Kunststoff kommen die bekannten Thermoplaste in Frage, jedoch bedürfen insbesondere thermoplastische Kunststoffe wie Polyolefine, Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen, thermoplastische Polyester od.dgl. eines intensiven Mischvorganges. Die glasfaserverstärkten Kunststoff können direkt zu Halbzeugen, wie Rohre, Stangen, Platten usw., geformt werden. Es ist jedoch auch möglich, aus den erstmalig geformten Produkten durch Zerkleinerung Granulate, Chips usw. zu gewinnen, die dann später weiteren Verformungen unterzogen werden. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt das Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffes in einem nicht dargestellten Aufschmelzextruder, von dem diese Schmelze dem Vormischdom 9 durch die Einlassöffnung 14 zugeführt wird. Gleichzeitig werden über die Einlassöffnung 19 des Vormischdomes in diesen die vorgewärmten Glasfasern kontinuierlich zudosiert. Um ein Überheizen der thermoplastischen Kunststoffschmelze in dem Aufschmelzextruder und damit eine thermische Schädigung derselben auszu-schliessen, werden die Glasfasern dem Vormischdom vorgewärmt, beispielsweise auf etwa 150 °C vorgewärmt, zugeführt. Diese Vorwärmung kann z.B. über Infrarot-Strahler erfolgen, das von einem mit den Glasfasern beladenen Förderband durchlaufen wird. Die so bereits vorgewärmten Glasfasern können dann über die beispielsweise als Stopfschnecke 1 ausgebildete Zufuhreinrichtung dem Vormischdom 9 zugeführt werden. Die Stopfschnecke 1 weist hierbei das Stopfschnek-kengehäuse 2 auf, indem die Stopfschneckenwelle 3 geführt ist. Über die Einlassöffnung 4 werden die Glasfasern der Stopfschnecke zugeführt und über die Auslassöffnung 7 direkt in den Vormischdom eingeführt. Würde man die Glasfasern kalt in die Kunststoffschmelze einführen, so würde das insbesondere bei thermoplastischen Kunststoffen mit einem ausgeprägten Schmelzpunkt bedeuten, dass die Schmelze zur Vermeidung einer Erstarrung auf einer entsprechend höheren Temperatur gehalten werden müsste. Dieses ist jedoch zum Vermeiden thermischer Schädigungen nicht erwünscht. In dem Vormischdom ist die Mischerwelle 15 mit den Mischstiften 16 angeordnet. Der Vormischdom 9 ist mit seiner Auslassöffnung 18 direkt mit der Einspeiseöffnung 26 des Entgasungsschnek-kenextruders 21 verbunden. Das Glasfaser-Kunststoffschmelze-Vorgemisch wird also aus dem Vormischdom 9 direkt in den Entgasungsschneckenextruder 21 eingespeist. Der Extruder 21 ist als reiner Misch- und Entgasungsextruder ausgelegt und soll den völligen Aufschluss der Glasfaserbüschel und die gleichmässige Verteilung dieser in der Kunststoffschmelze bewirken. Der Entgasungsschneckenextruder 21 ist mit einem Schneckengehäuse bzw. Zylindergehäuse 22 ausgerüstet, in dem die Schnecke 23 mit ihrem Ende 24 gelagert ist. Die Schnecke 23 ist zweistufig ausgebildet. Zu Beginn der zweiten Stufe ist in dem Gehäuse 22 die Entgasungsöffnung 25 zum Absaugen von aus der Kunststoffschmelze freiwerdenden flüchtigen Bestandteilen vorgesehen. Am vorderen Ende der Schnecke 34 schliesst sich das Extrusionswerkzeug 27, in dem gezeigten Beispiel beispielsweise als Schrägspritzkopf ausgebildet, an. Das Extrusionswerkzeug 27 ist beispielsweise mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, aus denen einzelne Stränge 28 des glasfaserverstärkten Kunststoffes austreten und beispielsweise in einem nichtausgestellten sich anschliessenden Wasserbad abgekühlt und anschliessend granuliert werden.

Entsprechend den unterschiedlichen Verdichtungszonen variiert der Schneckenkerndurchmesser 29 der Schnecke 23 bei vorzugsweise konstanter Schneckensteigung. Zur Verbesserung der Misch- und Verteilungswirkung ist die Schnecke 23 nach der Erfindung in der ersten Stufe zusätzlich mit in Reihen 32 angeordneten Mischstiften 31 zwischen den Schneckengängen 30 versehen und im Bereich der Schneckenspitze ist ein Mischkopf 33 mit ebenfalls in Reihen 35 angeordneten Mischstiften 36 ausgebildet.

In der Fig. 2 ist in einem ausführlichen schematischen Querschnitt die Vorrichtung zum Herstellen der Vormischung aus Glasfasern und thermoplastischem Kunststoff näher dargestellt. Um eine kontinuierliche Verfahrensweise zu erhalten, ist es erforderlich, sowohl die Glasfasern als auch die Kunststoffschmelze kontinuierlich zu fördern und dosiert dem Entgasungsschneckenextruder zuzuführen. Diese kontinuierliche Beförderung der Glasfasern geschieht beispielsweise mit der Stopfschnecke 1. Hierbei ist in dem Stopfschneckengehäuse 2, das beispielsweise mit der aussenseitig angeordneten Heizung 5 beheizbar ist, die Stopfschneckenwelle 3 angeordnet. Die Glasfasern werden durch die Einlassöffnung 4 in die Stopfschnecke 1 eingeführt, hierbei ist es zweckmässig, die Vorwärmung der Glasfasern bereits vor dem Einführen in die Stopfschnecke beispielsweise mittels IR-Strahler vorzunehmen. Die Glasfasern werden vorteilhaft auf eine etwas unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes liegende Temperatur erwärmt, beispielsweise auf etwa 150-200 °C. Da die Stopfschnecke allerdings auch die Wirkung hat, dass die Glasfasern, die in Gestalt von Glasfaserbüschel in der Regel eingeführt werden, noch verdichtet, ist die anschliessende Auflockerung und Vorverteilung der Glasfasern in dem sich anschliessenden Vormischdom 9 von besonderer Bedeutung. Die Stopfschnecke 1 ist mit ihrem Gehäuse über die Flansche 8 an den Vormischdom 9, beispielsweise an dessen kegelig ausgebildetes oberes Ende 20, angeflanscht. Vorteilhaft ist die Mischerwelle 15 des Vormischdomes 9 in axialer Verlängerung der Stopfschneckenwelle 3 angeordnet und mit der Spitze 6 der Stopfschnecke 3 fest verbunden. Der Antrieb der Stopfschneckenwelle 3, der nicht dargestellt ist, bildet damit zugleich auch den Antrieb der Mischerwelle 15. Die Mischerwelle 15 ist mit Mischstiften 16, Rührarmen od.dgl. ausgerüstet, die vorzugsweise in mehreren Reihen übereinander versetzt angeordnet sind. Die Grösse des Vormischdomes richtet sich nach der Leistung des Entgasungsschneckenextruders, wobei die Mischerwelle mit vier bis zwölf, vorzugsweise sechs bis acht Stiftreihen ausgerüstet ist, wobei je Stiftreihe zwei bis vier, vorzugsweise zwei Mischstifte 16 vorgesehen sind. Die Gesamtlänge 12 des Vormischdomes, die Anschlusshöhe 13 der Zuführung 14 der Kunststoffschmelze und der Durchmesser 11 des Vormischdomes richten sich, wie bereits gesagt, nach der Leistung und Grösse des Entgasungsschneckenextruders. Die Speisung des Vormischdomes 9 mit der Kunststoffschmelze geschieht vorzugsweise derart, dass ein geringer Überdruck im Vormischdom gegenüber dem Entgasungsschneckenextruder herrscht, so dass der Ausschluss von Sauerstoff bei der Übergabe der Kunststoffschmelze aus dem Aufschmelzextruder in den Entgasungsschneckenextruder sichergestellt ist. Darüber hinaus kann der Vormischdom 9 bzw. dessen Gehäuse 10 aussenseitig mit einer Heizungsvorrichtung 17 ausgerüstet sein, um eine gleichmässige Temperatur der Vormischung zu gewährleisten.

In der Fig. 3 ist der Entgasungsschneckenextruder 21 schematisch mit dem Gehäuse 22 und der Schnecke 23 sowie den einzelnen Schneckenzonen I-VIII dargestellt. Der Extruder 21 ist zweistufig ausgebildet, wobei zu Beginn der ersten Stufe die Einspeiseöffnung 26 für die Vormischung aus Glasfasern und Kunststoffschmelze und zu Beginn der zweiten Stufe

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die Entgasungsöffnung 25 angeordnet sind. Die erste Stufe weist drei Schneckenzonen und eine Übergangszone zur zweiten Stufe auf, diese wiederum umfasst vier Schneckenzonen. Bei konstanter Schneckensteigung folgen in jeder Stufe eine Niederdruck- und eine Hochdruckzone aufeinander. Die Ver- 5 dichtungsverhältnisse und die Schneckengestalt sind so ausgelegt, dass mit relativ geringer Kompression gearbeitet wird, so dass die Misch- und Homogenisierungsfunktionen voll erfüllt werden können. Das Verdichtungsverhältnis in der ersten Stufe aus dem Höchstwert Hi der Tiefe des Schneckenganges 10 zu dem Kleinstwert Hu liegt im Bereich von etwa 6:1 bis 2:1, vorzugsweise bei 2,5:1. In der zweiten Stufe entspricht das Verhältnis von Höchstwert H2 der Tiefe des Schneckenganges zu dem Kleinstwert H22 einem Verdichtungsverhältnis im Bereich von etwa 7:1 bis 2:1, vorzugsweise 1,9:1. Hierbei ist 15 das Verhältnis der Tiefe H2 der Schneckengänge in der Förderzone der zweiten Stufe zur Tiefe Hi der Schneckengänge in der Förderzone der ersten Stufe im Bereich von etwa 3,5:1 bis 1,1:1, vorzugsweise bei 1,15 angesiedelt. Nachfolgend werden die Funktionen der aufeinanderfolgenden Schneckenzonen 20 I-VIII angegeben:

Zone I

Diese als Förderzone oder auch Niederdruckzone der ersten Stufe des Entgasungsschneckenextruders 21 bezeichnete Abschnitt dient der intensiven weiteren Einarbeitung der Glas- 25 faser in die Kunststoffschmelze. Während dieser Einarbeitung erfolgt zugleich eine gleichmässige Verteilung der Glasfaserbündel in der Kunststoffschmelze und eine Zerteilung der Glasfaserbündel in Einzelfasern. Diese Zone wird auch als Homogenisierungszone bezeichnet und weist einen konstanten 30 Kerndurchmesser auf. Um die beschriebene Homogenisierung zu fördern, sind zwischen den Schneckengängen radiale Reihen von Mischstiften vorgesehen.

Zone II 35

Diese als Kompressionszone bezeichnete Zone dient zum Druckaufbau in der Schmelze vor der Vakuumzone der zweiten Stufe. Der Kerndurchmesser der Schnecke steigt hier allmählich an.

Zone III 40

Diese Zone bildet den Übergang zur nächsten Zone und bildet das Ende der Kompressionszone mit konstantem Kerndurchmesser der Schnecke.

Zone IV 45

Diese als Dekompressionszone bezeichnete Zone dient dem Druckabbau in der Schmelze vor dem Eintritt in die Vakuumzone, d.h. in die Förderzone der zweiten Stufe. In diesem Bereich nimmt der Kerndurchmesser der Schnecke ab, bis er den Kerndurchmesser der Vakuumzone erreicht. so

Zone V

Diese als Vakuumzone bezeichnete Zone, die zugleich die Förderzone der zweiten Stufe des Entgasungsschneckenextruders bildet, dient der Entgasung der Schmelze. Sie ist mit kon- 55 stantem Kerndurchmesser der Schnecke ausgestattet.

Zone VI

Diese Zone bildet die Kompressionszone der zweiten Stufe mit ansteigendem Kerndurchmesser der Schnecke und dient 60 der weiteren Homogenisierung der Schmelze und der weiteren Verteilung der Glasfasern in der Schmelze.

Zone VII

Diese bildet hier wiederum eine Übergangszone zwischen 65 der Kompressionszone 6 und der nachfolgenden letzten, als Mischkopf ausgebildeten Zone VIII der Schnecke. Sie ist mit abnehmendem Kerndurchmesser der Schnecke ausgerüstet.

Zone VIII

Die Schneckenspitze am Ende der zweiten Stufe der Schnecke des Entgasungsschneckenextruders ist als Mischkopf zur abschliessenden intensiven Durchmischung der Glasfaser-Kunststoffschmelze ausgebildet und dient zugleich der Ver-gleichmässigung der Temperatur vor dem Eintritt in das sich anschliessende Extrusionswerkzeug. Der Kerndurchmesser ist kleiner als im vorangehenden Bereich der Kompressionszone der Schnecke ausgebildet, auf dem Kern sitzen Mischstifte in Reihen, wobei die Reihen vorzugsweise auf Lücke gegeneinander versetzt sind. Eine weitere Variante kann der Mischkopf durch Ausstattung mit einem Scherring erhalten.

Nachfolgend werden bevorzugte Abmessungen der Schnecke, die sogenannte Schneckengeometrie des Entgasungsschneckenextruders beschrieben, wobei die Bezugsgrösse jeweils D der Zylinderdurchmesser bzw. Gehäuseinnendurchmesser des Schneckengehäuses 22 bildet.

Zone I

Homogenisierungszone von — bis vorzugs-

Länge

Kerndurchmesser Schneckensteigung Anzahl der Mischstiftreihen zwischen den Stegen eines Schneckenganges Anzahl der Stifte pro Reihe Stiftdurchmesser Stiftlänge

Zone II

Kompressionszone

Länge

Kerndurchmesser ansteigend auf: Schneckensteigung

Zoneiii Länge

Kerndurchmesser Schneckensteigung

Zone IV

Dekompressionszone

Länge

Kerndurchmesser abnehmend auf: Schneckensteigung

Zone V

weise

8D-12D 10D

0,7 • D-0,9 • D 0,8-D

0,8-D—1,2-D 1,0-D

2-4 3

5-12 7

0,05 -D-0,1 -D 0,07 D

0,08 • D-0,09 • D 0,09-D

von - bis vorzugsweise

1D-4D 2D

0,85 • D-0,95 • D 0,92-D

0,8-D—1,2-D 1,0D

0,5-D-3-D 1,0-D

0,85-D-0,95-D 0,92-D

0,8-D—1,2-D 1,0-D

von - bis vorzugs weise

0,5 • D—3,0 • D 1,0-D

0,65 • D-0,80 • D 0,77-D 0,8-D-l,2-D 1,0-D

Vakuumzone von — bis vorzugs weise

Länge 2 ■ D-4 • D 3 • D

Kerndurchmesser 0,65 ■ D-0,80 ■ D 0,77 • D

Schneckensteigung 0,8 • D-l ,2 • D 1,0-D

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Zone VI

Kompressionszone von - bis vorzugsweise

Länge

Kerndurchmesser ansteigend auf: Schneckensteigung

5-D-8-D

0,80-D-0,95-D 0,8-D—1,2-D

6-D

0,88-D 1,0-D

Zone VII

Übergangszone von — bis vorzugsweise

Länge

Kerndurchmesser abnehmend auf: Schneckensteigung

0,1 -D-0,3 -D

0,5 -D-0,8 -D 0,8-D—1,2-D

0,15-D

0,73-D 1,0-D

Zone VIII

Mischkopf von - bis vorzugsweise

Länge

Kerndurchmesser

Anzahl der Mischstiftreihen

Anzahl der Stifte pro Reihe

Stiftdurchmesser

Stiftlänge

Scherring-Länge

Scherring-Durchmesser

1,5-D—3,0-D 0,65-D-0,80-D 4-10 8-14

0,05-D-0,1-D 0,04 • D-0,06 • D 0,1-D-0,3-D 0,85-D-0,80-D

2,0-D 0,73-D 6 12

0,07-D 0,06-D 0,23-D 0,80-D

Aus der Fig. 4 sind weitere Einzelheiten der Ausgestaltung der Schnecke 23 des Entgasungsschneckenextruders, wie er in den Fig. 1 und 3 beschrieben ist, zu ersehen. Insbesondere auch die Ausbildung der Förderzone I der ersten Stufe als Homogenisierungsstufe mit den in Reihen 32 angeordneten Mischstiften 31 zwischen den einzelnen Stegen der Schneckengänge 30 ist hieraus deutlich zu erkennen. Bevorzugt werden

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die Stifte 31 so angeordnet, dass sie jeweils voneinander gleichen Abstand haben und in axialer Richtung gesehen alle Stifte jeweils in einer Richtung hintereinanderliegen. In dem gezeigten Beispiel nach Fig. 4 sind jeweils drei Stiftreihen 32 s zwischen den einzelnen Schneckengängen vorgesehen. Lediglich im direkten Einspeisebereich der Glasfaserkunststoffschmelze aus dem Vormischdom sind keine Stifte 31 vorgesehen. In dem gezeigten Beispiel ist die Zone VIII als Mischkopf dergestalt ausgebildet, dass zwischen je drei Reihen 35 mit io Stiften 36 ein Scherring 37 zusätzlich vorgesehen ist. In dem gezeigten Beispiel liegen die Stifte 36 der zweiten und fünften Reihe von der Schneckenspitze 34 gezählt jeweils genau zwischen den Stiften der ersten, zweiten, vierten und sechsten Reihe, sind also auf Lücke gesetzt. Die Schneckensteigung ist 15 für die ganze zweistufige Schnecke konstant, insbesondere aus Bearbeitungs- und Herstellungsgründen, vorgesehen.

Das erfindungsgemässe Verfahren mit der zugehörigen Vorrichtung ermöglicht ein schonendes Einmischen von Glasfasern in eine thermoplastische Kunststoffschmelze, wobei eine 20 gleichmässige Verteilung der Glasfasern auch bei hohen Gewichtsanteilen von Glasfasern von 30 Gew.-% und mehr, bezogen auf den glasfaserhaltigen Kunststoff, möglich ist. Gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird Glasfaserbruch weitgehend vermieden, so dass das direkt extru-25 dierte Produkt mit über den bekannten Verfahren liegenden Glasfaserlängen ausgestattet ist. Dies wird ermöglicht durch die geringe mechanische Belastung der Glasfasern durch die Bearbeitung in dem für die Homogenisierung erfindungsgemäss ausgestatteten Entgasungsschneckenextruder. Damit ist 30 aber auch zugleich ein geringer mechanischer Verschleiss der Schnecke und des Schneckengehäuses des Entgasungsschnek-kenextruders gewährleistet. Die Vorwärmung der Glasfasern ermöglicht eine Reduzierung der Aufschmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffes und damit eine schonende Be-35 handlung und geringere thermische Belastung desselben. Zugleich ist eine genaue Temperaturführung während des gesamten Verfahrensablaufes bei geringen Schwankungen möglich. Mit einer wie im Beispiel angegebenen dimensionierten Vorrichtung können z.B. in eine PTMT-Schmelze Glasfasern ein-40 gearbeitet werden, wobei in dem erhaltenen glasfaserverstärkten PTMT-Granulat durchschnittliche Glasfaserlängen zwischen 600 und 1200// erhalten werden.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Einarbeiten von Glasfasern in thermoplastische Kunststoffe, wobei die Glasfasern kontinuierlich in den aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoff eingemischt werden und diese Mischung geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern höchstens auf die Schmelztemperatur des Kunststoffes vorgewärmt werden, dann je für sich die vorgewärmten Glasfasern und der bereits aufgeschmolzene Kunststoff einem Vormischdom zugeführt und in diesem vermischt werden, dann diese Vormischung kontinuierlich direkt einem zweistufigen Entgasungsschneckenextruder zum Homogenisieren zugeführt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vormischdom ein geringer Überdruck gegenüber dem Entgasungsschneckenextruder aufrechterhalten wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einem zweistufigen Entgasungsschneckenextruder mit einem am Ausgang vorgesehenen Extrusions-werkzeug, gekennzeichnet durch einen Vormischdom mit einer Einlassöffnung mit davorgeschalteter Zufuhreinrichtung für die Glasfasern, mit einer weiteren Einlassöffnung mit davorge-schaltetem Aufschmelzextruder für den thermoplastischen Kunststoff und mit einer Auslassöffnung für die Vormischung, an die die Einspeiseöffnung des Entgasungsschneckenextruders anschliesst.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischdom eine mit mehreren Reihen von Mischstiften ausgestattete Mischerwelle aufweist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vormischdom eine Förderschnecke, deren Schneckenstege in Abständen mit Ausnehmungen versehen sind und deren Aussendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Vormischdomes ist, zum Mischen vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischdom beheizbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung für die Glasfaser als gegebenenfalls beheizbare Stopfschnecke ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerwelle in Verlängerung der Schnek-kenwelle der Stopfschnecke angeordnet und mit dieser fest verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 8, wobei die Schnecke des Entgasungsschneckenextruders mit konstanter Schneckensteigung zweistufig mit in jeder Stufe aufeinanderfolgend einer Niederdruck- und einer Hoch-druck-Zone ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Höchstwert (Hj bzw. H2) zu Kleinstwert (Hu bzw. H22) der Tiefe der Schneckenlänge in der ersten Stufe einem Verdichtungsverhältnis im Bereich von 2:1 bis 6:1, vorzugsweise von 2:1 bis 3:1 und in der zweiten Stufe einem Verdichtungsverhältnis im Bereich von 1,7:1 bis 7:1, vorzugsweise von 1,7:1 bis 2:1 entspricht und das Verhältnis der Tiefe (H2) der Schneckengänge in der Förderzone der zweiten Stufe zur Tiefe (Hi) der Schneckengänge in der Förderzone der ersten Stufe im Bereich von 1,1:1 bis 3,5:1, vorzugsweise von 1,1:1 bis 2:1 liegt.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke am Ausgang der zweiten Stufe mit einem Schneckenmischkopf mit gegenüber dem Schnecken-kerndurchmesser verringertem Kerndurchmesser ausgerüstet ist.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenmischkopf mit mehreren ringförmig angeordneten Reihen von Mischorganen, wie Stiften oder

Nocken, versehen ist, wobei diese Organe der einzelnen Reihen auf Lücke gegeneinander versetzt sind.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Reihen von Mischorganen ein Scherring ausgebildet ist, dessen Aussendurchmesser grösser als der Kerndurchmesser des Mischkopfes, aber kleiner als der Aussendurchmesser der Mischorgane ist.

13. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke in der Niederdruckzone der ersten Stufe zwischen den Stegen der Schnek-kengänge mit vorzugsweise ringförmig in Reihen angeordneten Mischorganen, wie Mischstiften, Mischnocken, versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe des Entgasungsschneckenextruders sich in eine Niederdruckzone mit sich anschliessender Kompressionszone, darauffolgender Hochdruckzone und eine Dekompressionszone gliedert, an die sich die zweite Stufe mit einer Niederdruckzone mit Entgasung, einer Kompressionszone, einer Hochdruckzone und einer Übergangszone zum Mischkopf anschliesst.

Der Gegenstand der Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Einarbeiten von Glasfasern in thermoplastische Kunststoffe, wobei die Glasfasern kontinuierlich in den aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoff eingemischt werden und diese Mischung zu Strängen, Bahnen od.dgl. geformt und gegebenenfalls zu Granulat, Chips od.dgl. zerkleinert werden. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die mit einem zweistufigen Entgasungsschneckenextruder mit einem am Ausgang vorgesehenen Extrusionswerkzeug arbeitet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 2 052 399 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoffen mit einer zweistufigen Schneckenstrangpresse bekannt, bei der die Strangpresse mit einer nichtplastifizierten Mischung von Kunststoffgranulat und zerhackten Glasfasern gespeist wird. Die Strangpresse übernimmt hierbei die Aufgabe der Plastifi-zierung der Vormischung und weitere Durchmischung.

Bei der Herstellung von glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen stellt sich immer wieder das Problem der möglichst gleichmässigen Einarbeitung der Glasfasern, des weiteren das Einarbeiten hoher Glasfaseranteile in dem thermoplastischen Kunststoff und der Wunsch, möglichst lange Glasfasern im Endprodukt zu erhalten, d.h. das starke Zerkleinern der Glasfasern während der Einarbeitungsphase zu unterbinden. Die vorangehend geschilderten Probleme werden auch mit einer Vorrichtung nach der DE-AS 2 052 399 nicht optimal gelöst, da insbesondere infolge der von den Entgasungsschneckenextrudern durchzuführenden Plastifizierarbeit beim Durcharbeiten der Mischung eine weitergehende Zerkleinerung der Glasfasern eintritt, sofern nicht bereits sehr kurze Glasfasern zum Herstellen der trocknen Vormischung aus Glasfaser und Granulat verwendet worden sind.