DD256287A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTINUOUS SOLID EXTRUSION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung findet bei der Herstellung von hochorientierten Fasern und Folien bzw. Mischungen und Dispergierungen von polymeren Werkstoffen in der Polymerverarbeitung Anwendung. Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dass in einem erstarrten, profilierten und masshaltigen fortlaufend extrudierten Strang der zur Erreichung der extrem hohen Umformgrade bzw. Zwangsmischungen notwendige Druck aufgebaut sowie die erforderlichen Temperaturverhaeltnisse und danach die hohen Umformgrade bzw. Zwangsmischungen eingestellt werden. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens besteht aus einem laengsgenuteten Extrusionszylinder und einer darin befindlichen Extrusionsschnecke, die mit einem Gang der Steigung Null beginnt und endet, deren Gaenge im Negativprofil dem des zugefuehrten, profilierten, erstarrten und masshaltigen Stranges entsprechen, am Einzugsbereich, der auf den ersten Schneckengang mit der Steigung Null beschraenkt ist, eine profilierte Einzugswalze achsenparallel installiert ist und die Duese sich senkrecht zur Foerderrichtung im Bereich des letzten Schneckenganges mit der Steigung Null am Extrusionszylinder befindet. Fig. 1The invention finds application in the production of highly oriented fibers and films or mixtures and dispersions of polymeric materials in polymer processing. The essence of the method is that constructed in a solidified, profiled and dimensional continuously extruded strand of the necessary to achieve the extremely high degrees of deformation or compulsory mixtures pressure and the required Temperaturverhaeltnisse and then the high degrees of deformation or compulsory mixtures are set. The apparatus shown in FIG. 1 for carrying out the method consists of a longitudinally grooved extrusion cylinder and an extrusion screw therein, which begins and ends with a pitch zero slope, the gears in the negative profile of the zugefuehrten, profiled, solidified and massive strand correspond to the Feeding area, which is limited to the first flight with zero pitch, a profiled feed roller is installed parallel to the axis and the Duese is perpendicular to the direction Foerderrichtung in the last flight of the zero pitch on the extrusion cylinder. Fig. 1
Description
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Die Erfindung findet bei der Herstellung von hochorientierten Fasern und Folien bzw. Mischungen und Dispergierungen von polymeren Werkstoffen in der Polymerverarbeitungstechnik Anwendung.The invention finds application in the production of highly oriented fibers and films or blends and dispersions of polymeric materials in polymer processing technology.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Für die Feststoffextrusion sind die folgenden Techniken bekannt:For solid extrusion, the following techniques are known:
Stempelextrusion, d. h. Extrusion des Probenmaterials unter hohem Druck bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Polymers durch eine konische Runddüse; selten durch eine Breitschlitzdüse.Stamp extrusion, d. H. Extruding the sample under high pressure at temperatures below the melting temperature of the polymer through a conical round die; rarely through a slot die.
Hydrostatische Extrusion, d.h. ein Polymerstrang wird durch eine vorwiegend konische Runddüse gepreßt, wobei der hohe Druck mit Hilfe einer Flüssigkeit (z. B. Rizinusöl) auf das Polymer übertragen wird. Die Flüssigkeit bildet auch einen Film zwischen dem Polymerstrang und der Düsenwand; wodurch eine gleichförmigere Orientierung des Extrudates und eine Verringerung des Extrusionsdruckes im Vergleich zur Stempelextrusion erreicht wird.Hydrostatic extrusion, i. a polymer strand is pressed through a predominantly conical round die, the high pressure being transferred to the polymer by means of a liquid (eg castor oil). The liquid also forms a film between the polymer strand and the nozzle wall; whereby a more uniform orientation of the extrudate and a reduction of the extrusion pressure compared to the stamp extrusion is achieved.
Coextrusion, d.h. es werden längsgeschlitzte oder aufgebohrte Proben mit eingelegten Filmen oder Rundstäben extrudiert; oft wird dabei noch eine zusätzliche Abzugskraft aufgebracht.Coextrusion, i. longitudinally slotted or bored samples are extruded with inserted films or round bars; Often an additional trigger force is applied.
Eine weitere Technik zur Herstellung hochorientierter Fasern ist das Düsenziehen, bei dem ein Polymerstrang unter Wirkung einer Abzugskraft, die dem Produkt auferlegt wird, langsam durch eine beheizte Düse gezogen wird.Another technique for producing highly oriented fibers is die drawing, in which a polymer strand is slowly drawn through a heated die under the action of a peel force imposed on the product.
(Dröscher, M.: Solid-State Extrusion of Semicrystalline Copolymers, in: Advances in Polymer Science 47, S. 119-138, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1982;(Dröscher, M .: Solid-State Extrusion of Semicrystalline Copolymers, in: Advances in Polymer Science 47, pp. 119-138, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1982;
Hope, P.S.; Richardson, A.; Ward, I. M.: Polymer Engineering and Science 22,1982,5, S.307-313; Ward, I. M.: Die Angewandte Makromolekulare Chemie 109/110,1982,1759, S. 25-39; Ward, I. M.: The preparation, structure and properties of ultra-high modulus flexible polymers, in: Autorenkollektiv Key polymers, properties and performance, Akademie-Verlag Berlin 1986;Hope, P.S .; Richardson, A .; Ward, I.M .: Polymer Engineering and Science 22, 1982, pp. 307-313; Ward, I. M .: The Applied Macromolecular Chemistry 109 / 110,182,1759, pp. 25-39; Ward, I. M .: The preparation, structure and properties of ultra-high modulus flexible polymers, in: Author collective Key polymers, properties and performance, Akademie-Verlag Berlin 1986;
lnoue, N.; Nishihara, M.: Hydrostatic extrusion, theory and applications, Elsevier Applied Science Publishers Ltd, London and NY 1985;Zachariades,A.E.;Porter, R.S.: J.Macromol.Sci.19,1981,3, S.377-386) Der Nachteil der ο. g. Verfahren und Vorrichtungen besteht in der diskontinuierlichen Arbeitsweise. Das Düsenziehen läßt außerdem gegenüber der Stempelextrusion und der hydrostatischen Extrusion nur eine bedingte Deformation und damit Festigkeitssteigerung zulnoue, N .; Nishihara, M .: Hydrostatic extrusion, theory and applications, Elsevier Applied Science Publishers Ltd, London and NY 1985; Zachariades, AE; Porter, RS: J. Macromol. Sci. 19, 1981, 31, pp. 377-386) Disadvantage of ο. G. Methods and devices consists in the discontinuous mode of operation. The nozzle drawing also allows only a conditional deformation and thus increase in strength compared to the stamp extrusion and the hydrostatic extrusion
Mit dem DD-WP B29F 2605568 wird ein Verfahren und eine Extrusionsvorrichtung zur Formung fließfähiger Massen dargelegt, With the DD-WP B29F 2605568 a method and an extrusion device for forming flowable masses is set forth,
wobei der Temperaturverlauf im Extrusionszylinder den Aufbau sehr hoher Drücke ermöglicht und die wesentlichen Axialdruckkräfte von gegeneinander fördernden Schnecken aufgenommen werden. Zu diesem Zwecke wird einer Extrusionsvorrichtung eine fließfähige Masse (geschmolzenes Polymer) in fließendem Zustand unter Druck kontinuierlich zugeführt und die fließende Masse wird dann nach ihrem Eintritt in einen Extrusionszylinder und vor ihrem Ausstoßen sowohl von außen über den Extrusionszylinder aber auch von innen über Hohlräume einer Schnecke auf eine unter dem Erstarrungspunkt liegende Temperatur abgekühlt. Die nachfließende sowie die erstarrte Masse werden von der Schnecke in Richtung einer Ausstoßstelle des Extrusionszylinders gefördert.wherein the temperature profile in the extrusion cylinder allows the construction of very high pressures and the essential thrust forces are taken up by mutually promoting screws. For this purpose, a flowable mass (molten polymer) is continuously supplied to an extrusion device under pressure in a flowing state and the flowing mass is then from the outside via the extrusion cylinder but also from the inside via cavities of a screw after entering an extrusion cylinder and before it is ejected cooled to a temperature below the freezing point. The nachfließende and the solidified mass are promoted by the screw in the direction of a discharge point of the extrusion cylinder.
Der Druckaufbau erfolgt im Feststoffbereich.The pressure is built up in the solids area.
Zum einen wird vorgeschlagen, die erstarrte Masse aus dem Extrusionszylinder auszustoßen und zum anderen, die erstarrte Masse vor ihrem Ausstoßen wieder in einen fließenden Zustand zu bringen und danach in dieser Form aus dem Extrusionszylinder abzuführen.On the one hand, it is proposed to expel the solidified mass from the extrusion cylinder and, on the other hand, to bring the solidified mass back into a flowing state before it is expelled, and then to remove it from the extrusion cylinder in this form.
Bei diesertechnischen Lösung besteht der Nachteil darin, daß bei den geforderten hohen Ausstoßdrücken ein Abscheren der polymeren Masse an der Zylinderwand nicht vermieden werden kann, da die Schubspannungen im Bereich der Schmelze sowie kurz unterhalb relativ niedrig sind.In this technical solution, the disadvantage is that at the required high discharge pressures shearing of the polymeric mass on the cylinder wall can not be avoided because the shear stresses in the melt and shortly below are relatively low.
Eine weitere Abkühlung des Polymermaterials bringt eine Verlängerung der Schnecke und damit eine Erhöhung des erforderlichen Drehmomentes mit sich. Damit steigen auch die Anforderungen an die Torsionsfestigkeit des Schneckenkerns.Further cooling of the polymer material brings an extension of the screw and thus an increase in the required torque with it. This increases the demands on the torsional strength of the screw core.
Durch die Erstarrung des Polymermaterials unter hohen Drücken wird eine weitestgehend defektfreie Struktur erzeugt; dadurch wird aber eine weitere Deformation stark erschwert bzw. unmöglich.The solidification of the polymer material under high pressures produces a largely defect-free structure; However, this further makes a further deformation much more difficult or impossible.
Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Feststoffextrusion, womit eine kontinuierliche Realisierung hoher Orientierungsgrade bzw. von Zwangsmischungen von Polymerwerkstoffen ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a method and a device for solids extrusion, whereby a continuous realization of high levels of orientation or of forced mixtures of polymer materials is made possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, Polymerwerkstoffe unter so hohen Drücken kontinuierlich zu deformieren, daß Umformgrade erzielt werden, wie sie von der diskontinuierlichen Feststoffextrusion bekannt sind bzw. Zwangsmischungen von Werkstoffen herzustellen, wie sie mit konventionellen Maschinen und Anlagen nicht erreicht werden könnenThe invention has for its object to provide a method and an apparatus which make it possible to continuously deform polymer materials under such high pressures that degrees of deformation are achieved, as they are known from the discontinuous solids extrusion or forced mixtures of materials to produce, as they can not be achieved with conventional machinery and equipment
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bekannterweise According to the invention the object is achieved in that known
• ein fortlaufender Strang extrudiert wird, dessen Profil einer definierten geometrischen Form, wie z. B. einem Halbkreis, einem Kreisabschnitt, einem Ellipsenabschnitt, einem Rechteck entspricht;• a continuous strand is extruded, the profile of a defined geometric shape, such. B. a semicircle, a circle section, an ellipse section, a rectangle corresponds;
• eine Kalibrierung und Profilierung des fortlaufend extrudierten Stranges erfolgt;• a calibration and profiling of the continuously extruded strand takes place;
• eine gezielte Vororientierung des fortlaufend extrudierten Stranges erzeugt wird;• a targeted preorientation of the continuously extruded strand is generated;
• auf der planen Seite des fortlaufend extrudierten Stranges eine nutenförmige Querprofilierung aufgebracht wird; daß erfindungsgemäß• on the flat side of the continuously extruded strand, a groove-shaped transverse profiling is applied; that according to the invention
• indem erstarrten, profilierten und maßhaltigen fortlaufend extrudierten Strang der zur Erreichung der extrem hohen Umformgrade bzw. Zwangsmischungen notwendige Druck aufgebaut sowie die erforderlichen Temperaturverhältnisse und danach• By the solidified, profiled and dimensionally continuously extruded strand of pressure required to achieve the extremely high degrees of deformation or compulsory mixtures built up and the required temperature conditions and then
• die hohen Umformgrade bzw. Zwangsmischungen eingestellt werden.• the high degree of deformation or compulsory mixtures are set.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht in ihrem konstruktiven Aufbau aus einem längsgenuteten Extrusionszylinder und einer darin befindlichen Extrusionsschnecke, die mit einem Gang der Steigung Null beginnt und endet und deren Gänge im Negativprofil dem des fortlaufend extrudierten, profilierten und erstarrten zu orientierenden bzw. zwangszumischenden Stranges entsprechen. Am Einzugsbereich, der auf den ersten Schneckengang mit der Steigung Null beschränkt ist, ist eine profilierte Einzugswalze achsenparallel installiert. Die Düse zur Einstellung der Orientierung bzw. Zwangsmischung befindet sich senkrecht zur Förderrichtung im Bereich des letzten Schneckenganges mit der Steigung Null am Extrusionszylinder.The device for carrying out the method consists in its structural design of a grooved extrusion cylinder and an extrusion screw therein, which begins and ends with a zero slope and their courses in the negative profile that of the continuously extruded, profiled and solidified strand to be oriented or zwangszumischenden correspond. At the catchment area, which is limited to the first flight with zero pitch, a profiled feed roller is installed parallel to the axis. The nozzle for setting the orientation or forced mixing is located perpendicular to the conveying direction in the region of the last flight with zero pitch on the extrusion cylinder.
Der fortlaufend extrudierte profilierte und erstarrte zu orientierende bzw. zwangszumischende Strang wird kontinuierlich in die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufgrund der Schneckengangsteigung Null im Einzugsbereich und der dort installierten profilierten Einzugswalze, die ein Krümmen, Zuführen und Andrücken des Stranges gewährleistet, eingezogen.The continuously extruded profiled and solidified strand to be oriented or forcibly mixed is continuously drawn into the device for carrying out the process due to the flight pitch zero in the feed area and the profiled feed roll installed there, which ensures curving, feeding and pressing of the strand.
In Förderrichtung werden der zur Realisierung der geforderten Umformgrade bzw. Zwangsmischungen notwendige Druck von mindestens 800bar aufgebaut und die erforderlichen Temperaturverhältnisse, die unterhalb der Schmelztemperatur liegen, eingestellt.In the conveying direction of the necessary to realize the required degrees of deformation or compulsory mixtures pressure of at least 800bar are constructed and the required temperature conditions, which are below the melting temperature set.
Durch den senkrecht zur Förderrichtung positionierten Ausstoß, verbunden mit dem Abdichten Schneckenspitze-Zylinder in Förderrichtung, werden die Rückdruckkräfte auf das Schneckenlager minimal gehalten.By positioned perpendicular to the conveying direction ejection, connected to the sealing screw tip cylinder in the conveying direction, the back pressure forces are kept minimal on the screw bearing.
Der wesentliche Druck liegt im Bereich des letzten Ganges in Förderrichtung mit der Steigung Null, insbesondere zwischen den letzten Stegen und der Zylinderwand.The essential pressure is in the range of the last gear in the conveying direction with the slope zero, in particular between the last webs and the cylinder wall.
Bei profilierter planen Seite des zu orientierenden bzw. zwangszumischenden Stranges entsprechen die Nuten im Extruderzylinder der Profilierung der planen Strangseite. Im Bereich des in Förderrichtung letzten Ganges mit der Steigung Null der Schnecke laufen die Nuten verbunden mit einer geringen Durchmesserzunahme des Zylinders aus.In the profiled plan side of the strand to be oriented or forcibly mixed, the grooves in the extruder cylinder correspond to the profiling of the flat strand side. In the area of the last gear in the conveying direction with the slope zero of the screw, the grooves connected with a small diameter increase of the cylinder run out.
Der Strang wird in diesem Bereich senkrecht zur Förderrichtung durch eine temperierbare Düse spezieller Geometrie ausgestoßen und dabei der geforderte Umformgrad eingestellt bzw. die Zwangsmischung realisiert.The strand is ejected in this area perpendicular to the conveying direction by a temperature-controlled nozzle special geometry and thereby set the required degree of deformation or realized the forced mixing.
In Fig. 1 sind ein Einschneckenextruder 1, eine Wirkpaarung Walze-Walze 3 und eine Vorrichtung 4 zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.In Fig. 1, a single-screw extruder 1, an active pair roller-roll 3 and a device 4 for performing the method are shown.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel erläutert.The invention will be explained below by way of example.
-3- ΔΧ3Ό -3- ΔΧ3Ό
Ein Polyethylengranulat (PEHD, Molmasse 152000, MFI516) wird in einem Einschneckenextruder 1 zu einem fortlaufenden Strang 2, dessen Profil einem Halbkreis entspricht, verarbeitet. Dem Extruder 1 ist eine Wirkpaarung Walze-Walze 3, die ein dem Strangquerschnitt (Halbkreis) entsprechendes Negativprofil aufweist, nachgeschaltet, in der derfortlaufend extrudierte Strang 2 kalibriert und profiliert wird. Die Abzugsgeschwi ndigkeit der Wirkpaarung Walze—Walze 3 ist so eingestellt, daß in dem Strang 2 eine Vororientierung erzeugt wird. Durch die obere Walze der Wirkpaarung Walze-Walze 3 erhält die plane Seite des Stranges 2 eine Querprofilierung. Danach wird der erstarrte profilierte und maßhaltige Strang 2 der Vorrichtung 4 zur Durchführung des Verfahrens zugeführt, deren Schnecke 5 halbkreisförmige Schneckengänge aufweist, die dem Negativprofil des Stranges 2 entsprechen. Die Schnecke 5 beginnt und endet mit einem Gang der Steigung Null.A polyethylene granulate (PEHD, molecular weight 152,000, MFI 5 16) is processed in a single-screw extruder 1 to form a continuous strand 2 whose profile corresponds to a semicircle. The extruder 1 is an active pair roller-roll 3, which has a strand cross-section (semicircle) corresponding negative profile, downstream, is calibrated in the continuously extruded strand 2 and profiled. The deduction rate of the pairing roller-roller 3 is adjusted so that in the strand 2, a pre-orientation is generated. Through the upper roller of the active pair roller-roller 3, the flat side of the strand 2 receives a transverse profiling. Thereafter, the solidified profiled and dimensionally stable strand 2 of the device 4 is fed to perform the method, the worm 5 has semicircular worm threads corresponding to the negative profile of the strand 2. The worm 5 begins and ends with a zero slope gear.
Durch den Gang der Steigung Null im Einzugsbereich und die dort installierte profilierte, entsprechend der oberen Walze der Wirkpaarung Walze-Walze 3, Einzugswalze 6 wird ein kontinuierliches Einziehen des Stranges 2 ermöglicht.By the course of the slope zero in the catchment area and there profiled, corresponding to the upper roller of the active pair roller-roller 3, feed roller 6, a continuous drawing of the strand 2 is possible.
In Förderrichtung werden der zur Realisierung des geforderten Umformgrades notwendige Druck von 1000 bar aufgebaut und die erforderliche Temperatur von 1320C über Temperiersegmente 7 eingestellt.In the conveying direction of the necessary to achieve the required degree of deformation pressure of 1000 bar are built and set the required temperature of 132 0 C via Temperiersegmente 7.
Die Nuten 8 im Extrusionszylinder 9 entsprechen der Profilierung der planen Seite des Stranges 2.The grooves 8 in the extrusion cylinder 9 correspond to the profiling of the flat side of the strand. 2
Im Bereich des in Förderrichtung letzten Ganges der Schnecke 5 mit der Steigung Null wird der Strang 2 durch eine auf 130°C temperierte konische Düse 10 senkrecht zur Förderrichtung ausgestoßen und erhält dabei den geforderten Umformgrad.In the region of the last in the conveying direction of the screw 5 with the slope zero of the strand 2 is ejected by a tempered to 130 ° C conical nozzle 10 perpendicular to the conveying direction and thereby receives the required degree of deformation.
Bei der Realisierung von Zwangsmischungen erfolgt im Einschneckenextruder 1 eine Vormischung und Verarbeitung der Polymergranulate zu einem fortlaufenden Strang 2.When compulsory mixtures are produced, a premixing and processing of the polymer granules into a continuous strand 2 takes place in the single-screw extruder 1.
Die Zwangsmischung erfolgt in der konischen Düse 10 der Vorrichtung 4 zur Durchführung des Verfahrens.The forced mixing takes place in the conical nozzle 10 of the device 4 for carrying out the method.
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DD256287A1 true DD256287A1 (en) | 1988-05-04 |
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Family Applications (1)
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