DD299281A5

DD299281A5 - PROCESS FOR POLYMER POWDER OR POLYMER GRANULATE PROCESSING ON ROLLING MACHINES

Info

Publication number: DD299281A5
Application number: DD33360989A
Authority: DD
Inventors: Christian Kohlert; Konrad Meissner; Wolfgang Kohlert; Ernst-Otto Reher
Original assignee: Kohlert,Christian,De; Meissner,H.-H.,De; Reher,Ernst-Otto,De
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1992-04-09

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Polymerpulver- oder Polymergranulatverarbeitung auf Walzenmaschinen. Ein spezielles Verfahren zur Polymerpulververarbeitung auf Walzenmaschinen, wobei das Material zwischen einem quer vibrierendem Keil und einer Walze aufgeschmolzen wird. Dabei kann durch eine dem Materialaustritt nachgelagerte Mikrowalze der Durchsatz und damit die Aufschmelzzeit im Keilspalt reguliert und optimiert werden. Die Bestimmung der Lage der Grenzflaeche zwischen Polymerpulver und Schmelze erfolgt durch oertliche Druck- bzw. Temperaturmessung oder durch Messung der auf den Keil wirkenden Anpreszkraft bzw. des Drehmomentes der Walze und dient der Regulierung des Aufschmelzprozesses im Keilspalt. Figur{Walzen; Kalandrieren; Polymerpulver; Verarbeitung; Keil}The invention includes a process for polymer powder or polymer granule processing on roll machines. A special process for polymer powder processing on roll machines wherein the material is melted between a transversely vibrating wedge and a roll. In this case, the throughput and thus the melting time in the wedge gap can be regulated and optimized by means of a microbalance downstream of the material outlet. The determination of the position of the interface between polymer powder and melt takes place by local pressure or temperature measurement or by measuring the force acting on the wedge pressing force or the torque of the roller and serves to regulate the melting process in the wedge gap. FIG {rollers; calendering; Polymer powder; Processing; Wedge}

Description

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe die direkte Verarbeitung von Polymerpulver bzw. -granulat in Walzenspalten unter zu Hilfenahme einer keilförmigen Vorrichtung mit dem Ziel der Herstellung einer unendlichen Polymerfolie realisiert werden kann.The invention has for its object to provide a method by which the direct processing of polymer powder or granules can be realized in nips with the help of a wedge-shaped device with the aim of producing an infinite polymer film.

Erfindungsgemäß läßt sich das Verfahren wie folgt charakterisieren. In den Spalt zwischen zwei rotierende Walzen eines Walzwerkes bzw. Kalanders wird eine keilförmige Vorrichtung eingeführt, welche an ihrer am tiefsten in den Walzenspalt eingeführten Stelle mit einer steuerbaren Mikrowalze zur Durchsatzregulierung und Drucksteigerung gekoppelt ist. Das Pujver oder Granulat wird in Walzrichtung in den Spalt eingeführt und beginnt durch Wärmeübertragung von der Walze her in Richtung Keil sowie durch mechanische Energiezuführung infolge innerer Reibung aufzuschmelzen. Durch Vibration des Keiles orthogonal zum Spalt entsteht einerseits ein Nachrutschen der Polymerteilchen bei Keilrückwärtsbewegung, andererseits ein Verdichten der Polymerteilchen und damit verbesserter Wärmeübergang oei Vorwärtsbewegung des Keiles in Richtung Walze. Die Mikrowalze dient der Regulierung der Verweilzeit des polymeren Mate ials im Keilspalt, indem durch Drehung in Strömungsrichtung, Stillstand oder Drehung entgegen der Materialströmung ein Unter- bzw. Gegendruck zu der den Keilspalt verlassenden Schmelze aufgebaut wird, womit ein vollständiges Aufschmelzen im Keilspalt realisierbar ist. Schüttgut, bestehend aus Pulver oder Granulat, hat im Vergleich zur aufgeschmolzenen Schmelze einen anderen Druck- und Temperaturverlauf über die Zeit der Scherung. Deshalb kann der Ai'ischmelzgrad und die Lage der Grenze zwischen Granulat/ Pulver und Schmelze durch MessungAccording to the invention, the method can be characterized as follows. In the gap between two rotating rolls of a rolling mill or calender, a wedge-shaped device is introduced, which is coupled at its lowest point introduced into the nip with a controllable micro-roll for flow rate regulation and pressure increase. The Pujver or granules is introduced in the rolling direction in the gap and begins by heat transfer from the roll ago in the direction wedge and melt by mechanical energy supply due to internal friction. By vibration of the wedge orthogonal to the gap arises on the one hand slipping of the polymer particles in wedge backward movement, on the other hand compaction of the polymer and thus improved heat transfer oei forward movement of the wedge in the direction of roller. The purpose of the micro-roll is to regulate the residence time of the polymeric material in the wedge-shaped gap by establishing an underpressure or counter-pressure to the melt leaving the wedge-gap by rotation in the direction of flow, stagnation or rotation against the flow of material, whereby complete melting in the wedge-shaped gap can be achieved. Bulk material, consisting of powder or granules, has a different pressure and temperature profile over the time of the shear compared to the molten melt. Therefore, the Ai'ischmelzgrad and the location of the boundary between granules / powder and melt by measurement

a) der Kraft, welche auf den drehbar gelagerten Keil wirkt bzw. das entsprechende Drehmoment des Keiles, und/odera) the force acting on the rotatably mounted wedge or the corresponding torque of the wedge, and / or

b) den örtlichen Druck bzw. die Temperatur an einer definierten Stelle kurz vor dem minimalen Abstand zwischen Keil und Walze und/oderb) the local pressure or the temperature at a defined location just before the minimum distance between wedge and roller and / or

O des Drehmomentep.verlaufes an der Walze in Kopplung mit der Temperatur im Keilspalt bestimmt werden. Dabei zeigt eine Verkleinerung der Kraft F und des Druckes P sowie ein kleines Walzendrehmoment M bei größerer Temperatur einen größeren Schmelzeanteil an. Die Kraft F und das Drehmoment M in Verbindung mit der Temperatur T können als kontinuie, iicher. Verfahren zur Bestimmung des Aufschmelzgrades genutzt werden. Die örtliche Druck- bzw. Temperaturmessung gibt im Falle eines diskreten Druck- bzw. Temperatursprunges den Wechsel der Granulat- und Schmelzzone an. Die optimale Grenze zwischen Granulat- und Schmelzzone und damit auch der notwendige Einbau der Temperatur- bzw. Druckmeßstellen liegt zwischen 5 und 10% der Gesamtlänge des gefüllten Keilspaltes vor dem minimalen Abstand zwischen Keil undWal7e.O of the Drehmomentep.verlaufes be determined on the roller in conjunction with the temperature in the wedge gap. In this case, a reduction in the force F and the pressure P and a small rolling torque M at a higher temperature indicates a greater proportion of melt. The force F and the torque M in conjunction with the temperature T can as continuum, iicher. Method for determining the degree of melting can be used. The local pressure or temperature measurement indicates, in the case of a discrete pressure or temperature jump, the change of the granulate and melt zone. The optimum boundary between granulate and melt zone and thus also the necessary installation of the temperature or pressure measuring points is between 5 and 10% of the total length of the filled wedge gap before the minimum distance between wedge and Wal7e.

Unter der Keiloberfläche eingebaute und über ein Heiz- bzw. Kühlmedium bzw. elektrisch betriebene Temperierzonen gestatten die keils iitige Temperaairregelung und örtlich differenzierte Verbesserung des Aufschmelzprozesses. Die dem minimalen Walzenabstand zwischen Keil und Walze nachgelagerte Mikrowalze reguliert durch Stillstand, Rückwärts-oder Vorwärtsdrehung entsprechend den eingehenden Steuersignalen aus Druck-, Temperatur- oder Anpreßkraftmessung den Gegendruck im Keilspalt und dr.mit den Durchsa'.z an homogenisiertem aufgeschmolzenem folienförmigem Material. In den nachgelagerten Walzenspalten eines Kalanders erfolgt dann die endgültige Ausformung der vorgeformten Folie.Built-in under the wedge surface and a heating or cooling medium or electrically operated temperature control allow the wedge iitige temperaair control and locally differentiated improvement of the reflow process. The micro-roll downstream of the minimum roll distance between the wedge and roll regulates the backpressure in the wedge gap by standstill, backward or forward rotation in accordance with the incoming control signals from pressure, temperature or contact force measurement and homogenized molten foil-shaped material. In the downstream nips of a calender then takes the final shape of the preformed film.

Ausführungsbeispielembodiment

Als Grundlage zur Dimensionierung des KeilspaUc? bzw. zur Festlegung der technologischen Parameter dient folgender Sachverhalt: das Polymer muß bis zum Ende des Keilspaltes in einer Schichtdicke, die gleich oder größer der Endhöhe des Keilspaltes (minimaler Abstand zwischen Keil und Walze) ist, aufgeschmolzen sein.As a basis for dimensioning the wedge chip? or to determine the technological parameters, the following facts apply: the polymer must be melted to the end of the wedge gap in a layer thickness which is equal to or greater than the final height of the wedge gap (minimum distance between wedge and roller).

Dfizu wird die aufgeschmolzene Schichtdicke b bei gegebener Aufschmelzlänge, gegebener Umfangsgeschwindigkeit, gogebener Temperatur der Walzenoberfläche und bekannter Eintrittstemperatur des Polymeren am Spaltanfang berechnet.Dfizu the molten layer thickness b is calculated at a given melting length, given peripheral speed, gogebener temperature of the roll surface and the known inlet temperature of the polymer at the gap beginning.

Walzenradius R =0,2mRoller radius R = 0.2m

Aufschmelzlänge L = 0,1mMelting length L = 0.1m

Umfangsgeschwindigkeit V₀ =0,628 m/sPeripheral speed V ₀ = 0.628 m / s

TemperaturderWalzenoberfläche T_w =168°CRoller surface temperature T _w = 168 ° C

Eintrittstemperatur T₀ =25°CInlet temperature T ₀ = 25 ° C

Dichte der Schmelze ρ =776 kg/m³ Density of the melt ρ = 776 kg / m ³

spezifische Wärmekapazität c_p =2 200J/kgKspecific heat capacity c _p = 2 200J / kgK

Wärmeleitfähigkeit λ =0,212 J/m -s · KThermal conductivity λ = 0.212 J / m -s · K

Schmelzwärme C =2 300J/kgHeat of fusion C = 2 300J / kg

Schmelztemperatur T =127°CMelting temperature T = 127 ° C

Viskosität, mittlere η =380Pa-sViscosity, mean η = 380Pa-s

Die aufgoschmolzene Schichtdicke wird nach folgender Formel berechnet (siehe Tadmor, Z.: Principles of Polymer Processing, New Yor<, 1979):The melted layer thickness is calculated according to the following formula (see Tadmor, Z .: Principles of Polymer Processing, New York, 1979):

V^/; CpV₀ /V ^/; CpV ₀ /

C· = C +c_p(T_m-T₅₀)C · = C + _cp (T _m -T ₅₀ )

Unter Berücksichtigung der Dissipation als Aufschmelzemechanismus wird über die Brinkmann-Zahl _Dr π ν»' Considering the dissipation as a melting mechanism, the Brinkmann number _Dr π ν »'

λ (T₀ -TJ eine maximal aufgeschmolzene Schichtdicke berechnet:λ (T ₀ -TJ calculated a maximum melted layer thickness:

(4 + 2Br) Somit ergibt sich für die oben aufgeführten Parameter am Ende des Keilspaltes eine aufgeschmolzene Schichtdicke von 0,54 mm.(4 + 2Br) This results in a molten layer thickness of 0.54 mm at the end of the wedge gap for the parameters listed above.

Claims

1. A process for Polymerpulver- or polymer granules processing on rolling machines, characterized in that polymer powder or polymer granules can be processed directly, wherein, first, introduced into the gap between wedge 2 and roller 3 powder or granules by supplying heat through the roller 3 and the heating elements 4 and Secondly, the transport and compression process is intensified by vibration of the wedge transverse to the direction of flow and third, the reflow process is controlled by heating or cooling elements 4 in the wedge.

2. A process for polymer powder or polymer granules processing on rolling machines according to claim 1, characterized in that via temperature and / or pressure measurements before the minimum gap between the roller and wedge or by measuring the wedge acting on the wedge and / or acting on the roller Torque of the transition of powder or granules is detected in melt 6 and control signals for the control of the micro-roll 5 for increasing or decreasing the flow rate over the Mikrozzenumdrehungsgeschwindigkeit and their direction of rotation are triggered.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

Process for the direct processing of polymer powder or granules on calenders and rolling mills of the plastics industry, eg. B. PVC processing on rolling machines using wedge-shaped internals.

Characteristic of the known state of the art

Calendering lines of Plastverarbeitung consist of internal mixers or extruders for melting the powder, then mixing mill, calendering and downstream equipment (stand: Torner, basic processes of processing polymers, Leipzig 1973, or Kopsch, calendering, Munich, Vienna 1978). The internal mixers or extruders serve to mix all components of the mixture and melt them to form a homogeneous masso. These processing machines are both material and energy intensive by design and size. Recent research has used wedge splitters on roll mills to melt and homogenize polymer powders which are wedge-shaped devices that are incorporated into the nip between two rotating rolls, thereby increasing both the deformation zone and intensity and depositing and accumulating gaseous inclusions on the wedge-shaped surface Devices and their destruction by generating large shear stresses realize a degassing of the polymeric material.

A disadvantage is that the residence time of the polymer material is dependent on the heat transfer, the flow conditions and the bulk material characteristics, whereby it is difficult predictable (See: Meerson, Klinovyo ustrojstva, Moscow 1980). Also known are wedge-shaped devices, which are acted upon by a vibration in the direction of the flow of material. The microwaves and pressure fluctuations recorded with this method improve the homogenization and degassing in the wedge gap, but have a destabilizing effect on the statics of the calender through its direction of action transversely to the direction of the pressing force in the nip, according to which the calender statics is designed. Furthermore, there exist in the literature methods with constructive solutions of wedge-shaped devices using small Zusat2walzen (SU-PS 1193001, DD-PS 227379AI). In this case, a variant with two or more successive processing columns was used, with a small roller with its own drive downstream of the actual wedge gap as an additional active pair. Both methods serve to intensify the processing of pre-delivered masses and are not suitable for the regulation of the melting process. Methods with wedge-shaped devices are further used to determine a process viscosity by statements about a process-relevant viscosity of the material to be processed are obtained via torque, pressure differences or force measurements (DD-PS 228636AI), but no inclusion of these variables in an optimal control Design of reflow processes takes place in the wedge gap.

Object of the invention

The aim of the invention is an energy-saving method using a wedge-shaped device for melting, homogenizing, degassing and shaping of polymer powder or granules into films and their processing and finishing on calenders with optimal processing parameters.