DE102004007479B4 - Method and device for processing at least two materials into a product - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei verschiedene Schmelztemperaturen aufweisenden Materialien zu einem Produkt mit einem Extruder (1) mit mindestens zwei Verfahrenseinheiten (2, 3), wobei die erste Verfahrenseinheit (2) eine Plastifizierzone (2') aufweist, in der mindestens eines der Materialien zu einer ersten Schmelze plastifizierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verfahrenseinheit (3) oder weitere Verfahrenseinheiten eine unabhängige Plastifizierzone (3') aufweisen, in der/denen das zweite und/oder jedes weitere Material getrennt zu einer zweiten oder weiteren Schmelze plastifizierbar ist, und der Extruder (1) eine Mischeinheit aufweist, in der die zweite oder weitere Schmelze mit der ersten Schmelze zu dem Produkt vermischbar ist.contraption for processing at least two different melting temperatures containing materials to a product with an extruder (1) with at least two processing units (2, 3), wherein the first Process unit (2) has a plasticizing zone (2 '), in the at least one of the materials plasticizable to a first melt characterized in that the second processing unit (3) or further process units an independent plasticizing zone (3 ') in which / which the second and / or each further material separately plasticizable to a second or further melt is, and the extruder (1) has a mixing unit in which the second or further melt with the first melt to the product is miscible.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei verschiedene Schmelztemperaturen aufweisenden Materialien zu einem Produkt mit einem Extruder, wobei mindestens eines der Materialien im Extruder in einer ersten Verfahrenseinheit zu einer ersten Schmelze plastifizierbar ist.The The invention relates to an apparatus and a method for processing of at least two different melting temperatures having materials to a product with an extruder, wherein at least one of Materials in the extruder in a first process unit to a first melt is plasticizable.
Aus
der
Ferner sind Vorrichtungen und Verfahren zur Verarbeitung bekannt, bei der zwei Materialien, z. B. eine Kautschukmischung und ein thermoplastisches Material – z. B. Polypropylen (PP) –, zu einem Produkt, beispielsweise ein Compound, verarbeitet werden. Diese Materialien weisen verschiedene Schmelztemperaturen auf. Die Glasumwandlungstemperatur von Kautschuken liegt in der Regel unter Raumtemperatur. Dem gegenüber beträgt die Schmelztemperatur von Thermoplasten in der Regel um oder über 170°C. Thermoplaste ist hierbei ein Sammelname für verschiedene Thermoplast-Produktfamilien, die sich in der Zusammensetzung voneinander unterscheiden können.Further are devices and methods of processing known in the two materials, eg. B. a rubber mixture and a thermoplastic material -. B. Polypropylene (PP) -, to a product, for example a compound. These materials have different melting temperatures. The Glass transition temperature of rubbers is usually below room temperature. Opposite is the melting temperature of thermoplastics usually around or above 170 ° C. thermoplastics Here is a collective name for different thermoplastic product families, which can differ in composition from each other.
Im Vergleich zum Kautschuk verfügen thermoplastische Elastomere, beispielsweise TPE, jeweils über spezifische Eigenschaften und Vorzüge, so dass bei einigen Anwendungen Kautschuk durch TPE ersetzt werden kann. Wegen ihrer thermoplastischen Konsistenz lassen sich TPE-Materialien gut plastifizieren und anschließend in fast jeder gewünschten Form gestalten, wobei sich hierfür sowohl die Verarbeitung zu einem Compound als auch die gängigen Verfahren der Kunststoffverarbeitung, wie Spritzguss- und Blasformverfahren, oder die Extrusion eignen.in the Compared to the rubber thermoplastic elastomers, for example TPE, in each case via specific Features and benefits, like that In some applications, rubber is replaced by TPE can. Due to their thermoplastic consistency, TPE materials can be used plasticize well and then in almost any desired Shape shape, taking care of this both the processing to a compound and the common procedures plastics processing, such as injection molding and blow molding, or extrusion suitable.
Neben
der getrennten Verarbeitung zweier Materialien wie von Kautschuk
und TPE, ist auch die Herstellung von Compounds, beispielsweise
Kautschukmischungen oder TPE-Compounds,
bekannt. Solche Mischungen werden häufig diskontinuierlich in sogenannten
Innenmischern hergestellt. Eine vorteilhafte kontinuierliche Herstellung
von Produkten aus Materialien mit verschiedenen Schmelztemperaturen,
z. B. Kautschuk und Thermoplast, ist aus der
Werden in einer anderen Ausführung Kautschuk und Thermoplast zusammen plastifiziert bzw. aufgeschmolzen, so schmilzt auch hier der Thermoplast auf und bildet für das zweite Material einen Schmierfilm. Dadurch kann dann das zweite Material, beispielweise Kautschuk als Polymer, nicht genügend aufgeschmolzen bzw. plastifiziert werden. Wird in einer wiederum anderen Ausgestaltung zunächst der Kautschuk zugegeben und später der Thermoplast, ist auch hier zu wenig Scherung vorhanden, um den Thermoplast schnell genug in hinreichender Qualität aufzuschmelzen. Ferner ist bei dieser Ausgestaltung problematisch, dass die bereits plastifizierte Kautschukphase durch die Zugabe des Thermoplast bei Raumtemperatur lokal wieder abkühlt und zu nicht plastifizierten Partikeln im resultierenden Produkt führt.Become in another version Rubber and thermoplastic plasticized or melted together, This is how the thermoplastic melts and forms the second one Material a lubricating film. As a result, then the second material, for example Rubber as a polymer, not enough be melted or plasticized. Will turn in one another embodiment of the first Rubber added and later the thermoplastic, too little shear is present here to the Fast enough to melt thermoplastic in sufficient quality. Furthermore, it is problematic in this embodiment that the already plasticized rubber phase by the addition of the thermoplastic at Room temperature cools down again locally and leads to non-plasticized particles in the resulting product.
Die hierzu verwendeten Vorrichtungen bzw. das angewendete Verfahren ist außerdem dahingehend zu verbessern, dass es maschinentechnisch einen hohen Aufwand bedeutet und hinsichtlich der Herstellung der zu verwendenden Vorrichtung teuer ist.The For this purpose used devices or the method used is also to improve that it is a high machine Means and means to be used in terms of the production Device is expensive.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine kostengünstige Verarbeitung von Produkten ermöglicht wird.Of the Present invention is based on the object, a Device and a method for processing at least specify two materials for a product of the type mentioned above, at a cost Processing of products becomes.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe hinsichtlich einer Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt derart ausgestaltet, dass das zweite und/oder jedes weitere Material im Extruder in der zweiten Verfahrenseinheit oder in weiteren Verfahrenseinheiten zu einer zweiten oder weiteren Schmelze plastifizierbar ist und im Extruder mit der ersten Schmelze zu dem Produkt vermischbar ist.According to the invention above task with regard to a device for processing from at least two materials to a product with the characteristics of claim 1. Thereafter, the device for processing at least two Materials for a product designed such that the second and / or any other material in the extruder in the second process unit or in further process units to a second or further melt is plasticizable and in the extruder with the first melt to the Product is miscible.
Des weiteren ist die obige Aufgabe im Hinblick auf ein Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Danach ist ein Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt der eingangs genannten Art derart ausgestaltet, dass das zweite und/oder jedes weitere Material im Extruder in einer zweiten Verfahrenseinheit oder weiteren Verfahrenseinheiten zu einer zweiten oder weiteren Schmelze plastifiziert wird und diese im Extruder mit der ersten Schmelze zu dem Produkt vermischt wird.Furthermore, the above task is in the Hin View of a method for processing at least two materials to a product having the features of claim 7 solved. Thereafter, a method for processing at least two materials to a product of the type mentioned above is designed such that the second and / or each other material is plasticized in the extruder in a second process unit or other process units to form a second or further melt and this in the extruder is mixed with the first melt to the product.
In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass eine zeitliche und/oder örtliche Trennung der zwei Materialien mit verschiedenen Schmelztemperaturen vorgenommen werden sollte. In der aufgeschmolzenen bzw. plastifizierten Phase könnten dann die Materialien zusammengeführt, vorzugsweise in einer Mischeinheit, die beispielsweise durch einen Abschnitt des Extruders gebildet sein kann, werden und vorzugsweise durch eine Ausgabeeinrichtung aus dem Extruder ausgegeben werden. Insbesondere Thermoplast und Kautschuk bilden bei einer solchen Vorgehensweise eine besonders gute co-kontinuierliche Phase. In vorteilhafter Weise können so unvernetzte oder vernetzte Thermoplast-Kautschuk-Elends – TPE-O oder TPE-V – oder dergleichen, hergestellt werden. Demgemäss ist eine getrennte Aufschmelzung bzw. Plastifizierung mit nur einem Extruder besonders vorteilhaft. In weiter vorteilhafter Weise könnte es sich hierbei um einen Doppelschneckenextruder handeln.In according to the invention has been recognized that a temporal and / or local Separation of the two materials with different melting temperatures should be made. In the molten or plasticized Phase could then the materials merged, preferably in a mixing unit, for example by a Section of the extruder may be formed, and preferably be dispensed by an output device from the extruder. In particular, thermoplastic and rubber form in such Approach a particularly good co-continuous phase. In can advantageously so uncrosslinked or crosslinked thermoplastic rubber misery - TPE-O or TPE-V - or the like. Accordingly, a separate reflow or plasticizing with only one extruder particularly advantageous. In a further advantageous manner could this is a twin-screw extruder.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung könnte der Extruder für vorzugsweise jedes Material mindestens eine Verfahrenseinheit, mit insbesondere unabhängigen Plastifizierzonen, aufweisen. Hierdurch könnte jede Verfahrenseinheit auf das zu extrudierende Material abgestimmt werden und somit eine optimale Verarbeitung und insbesondere Plastifizierung des jeweiligen Materials erreicht werden.In an advantageous embodiment of the extruder for preferably each material at least one process unit, in particular independent Plasticizing zones exhibit. This could be any process unit be matched to the material to be extruded and thus an optimal Processing and in particular plasticization of the respective material be achieved.
Im Rahmen einer besonders platzsparenden Ausgestaltung könnten die Verfahrenseinheiten durch Dichteinrichtungen derart voneinander getrennt sein, dass im wesentlichen kein Material von einer Verfahrenseinheit in eine andere übertritt. Es könnte somit ein unkontrollierter Materialübertritt von einer Verfahrenseinheit zur anderen an den direkten Schnittstellen der Verfahrenseinheiten im wesentlichen vermieden werden. Die Verfahrenseinheiten könnten hierbei durch speziell auf das jeweilige Material abgestimmte Schnecken gebildet sein. Insbesondere könnte es sich bei den Verfahrenseinheiten um gleichläufige Doppelschnecken handeln. Die unterschiedlichen Verfahrenseinheiten könnten dabei durch einen Motor angetrieben werden. Hierzu könnten die Verfahrenseinheiten innerhalb eines Extruderzylinders in besonders vorteilhafter Weise hintereinander und/oder mechanisch gekoppelt angeordnet sein. Die Verfahrenseinheiten könnten aber auch durch zwei oder mehr Antriebseinheiten angetrieben sein, um die Verfahrenseinheit wiederum besonders optimal auf das jeweilige, zu verarbeitende Material abzustimmen.in the A particularly space-saving design could be the Process units by sealing devices from each other be that essentially no material from a process unit into another. It could thus an uncontrolled material transfer from a process unit on the other hand, at the direct interfaces of the process units be avoided substantially. The process units could hereby through specially adapted to the respective material snails be formed. In particular, could the process units are co-rotating twin screws. The different process units could thereby by a motor are driven. Could do this the process units within an extruder barrel in particular advantageously in succession and / or mechanically coupled be arranged. The process units could also be through two or more drive units to be driven to the process unit again particularly well matched to the respective material to be processed.
Hinsichtlich einer besonders bevorzugten Ausgestaltung könnte der Extruder mindestens einen Bypass aufweisen, über den die erste Schmelze in die zweite und/oder weitere Schmelze einleitbar ist. Dieser Bypass könnte als Schmelzeleitung ausgestaltet sein, die abhängig von dem ersten Material und/oder der Länge des Bypasses zusätzlich mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung versehen werden könnte. Somit könnte die Schmelzetemperatur der ersten Schmelze besonders gut auf einem Niveau gehalten oder auf andere Temperaturwerte geregelt werden. Zusätzlich oder alternativ könnte bei einer zeitlichen Trennung der Plastifizierung der Bypass als Speicher, insbesondere als Kolbenspeicher ausgestaltet sein. In einer solchen Ausgestaltung könnte dann zunächst das erste Material plastifiziert werden und in den Kolbenspeicher eingeleitet werden. Dann könnte, vorzugsweise in der gleichen Verfahrenseinheit, das zweite oder weitere Material plastifiziert werden. Dass erste Material könnte nunmehr aus dem Kolbenspei cher in das in das plastifizierte zweite oder weitere Material einleitbar sein. Die Materialien könnten in jedem Fall durch eine Mischeinrichtung bzw. Mischeinheit zum Produkt mischbar sowie mittels einer Ausgabeeinrichtung ausgebbar sein.Regarding In a particularly preferred embodiment, the extruder could at least have a bypass over the first melt in the second and / or further melt can be introduced is. This bypass could be designed as a melt line, which depends on the first material and / or the length of the bypass in addition with a heating and / or cooling device could be provided. Thus could the melt temperature of the first melt is particularly good on one Level or regulated to other temperature values. additionally or alternatively could at a time separation of the plasticization of the bypass as Memory, in particular designed as a piston accumulator. In Such an embodiment could then first the first material to be plasticized and into the piston accumulator be initiated. Then, preferably in the same process unit, the second or further material can be plasticized. That first material could now from the Kolbenspei cher in the plasticized second or more Material be introduced. The materials could in any case by a Mixing device or mixing unit to the product miscible and by means an output device can be output.
Im Rahmen einer besonders guten Plastifizierung und Durchmischung der Materialien könnte der Einlass des Bypasses am Ende der Plastifizierzone des ersten Materials angeordnet sein und der Auslass des Bypasses am Ende der Plastifizierzone des zweiten oder des weiteren Materials angeordnet sein. Bei der Verarbeitung von mehreren Materialien wäre es denkbar, dass die Materialien kaskadenartig über serielle Bypässe zusammengeschaltet werden, d. h. dass bei drei Materialien die erste Schmelze über einen ersten Bypass in die zweite Schmelze eingeleitet und die dann gemischte zweite Schmelze über einen zweiten Bypass in die dritte Schmelze eingeleitet wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu wäre es möglich, dass die verschiedenen Materialien eigene Bypässe von dem Ende ihrer Plastifizierzone zu dem Ende der Plastifizierzone des letzten Materials aufweisen, so dass eine Durchmischung der Materialien erst nach der Plastifiziereinheit des letzten Materials, vorzugsweise in einer Mischeinheit, erfolgt. Die Durchmischung könnte hierbei durch eine Mischeinheit realisiert sein, die beispielsweise als eine Mischzone einer Extruderschnecke oder Extruderdoppelschnecke ausgestaltet ist. Es ist aber auch jede andere Art einer Mischeinheit denkbar.in the In the context of a particularly good plasticization and mixing of the Could be the materials Inlet of the bypass at the end of the plasticizing zone of the first material be arranged and the outlet of the bypass at the end of the plasticizing of the be arranged second or further material. While processing of several materials would be it is conceivable that the materials interconnected cascade over serial bypasses be, d. H. that with three materials, the first melt over a first bypass introduced into the second melt and then mixed second melt over a second bypass is introduced into the third melt. Additionally or alternatively it would be possible, that the different materials have their own bypasses from the end of their plasticizing zone to the end of the plasticizing zone of the last material, so that a mixing of the materials only after the plasticizing unit of the last material, preferably in a mixing unit. The Mixing could be realized by a mixing unit, for example as a mixing zone of an extruder screw or extruder twin screw is designed. But it is also any other type of mixing unit conceivable.
Im Hinblick auf eine besonders gute Förderung des Materials im Bypass könnte am Einlass und/oder am Auslass des Bypasses und/oder im Bypass eine Pumpe, vorzugsweise eine Zahnradpumpe, angeordnet sein. Es könnte allerdings auch jede andere Art von Einrichtung, mittels derer plastifiziertes Material gefördert werden kann, angeordnet sein. Hierbei könnte in besonders vorteilhafter Weise der Druck und/oder der Volumenstrom, mit dem die Schmelze in die weitere Schmelze eingebracht wird, besonders gut geregelt werden. In einer weiteren Ausführung könnte der Zahnradpumpe ein Sieb nachgeschaltet sein, welches Verunreinigungen aus der Schmelze herausfiltert. Es ist allerdings auch möglich, dass die erste oder weitere Schmelze ausschließlich über den in der ersten Verfahrenseinheit aufgebauten Druck durch den Bypass gefördert wird.With regard to a particularly good promotion of the material in the bypass could be at the inlet and / or at the outlet of the bypass and / or in the bypass, a pump, preferably a gear pump, be arranged. However, it could also be any other type of device by means of which plasticized material can be promoted, be arranged. In this case, the pressure and / or the volume flow, with which the melt is introduced into the further melt, could be regulated particularly well in a particularly advantageous manner. In a further embodiment, the gear pump could be followed by a screen, which filters out impurities from the melt. However, it is also possible for the first or further melt to be conveyed through the bypass solely via the pressure built up in the first process unit.
Hinsichtlich einer besonders einfachen Ausgestaltung könnte eine Ausgabeeinrichtung angeordnet sein, welche beispielsweise als Spritzkopf ausgestaltet sein könnte. Durch diesen Spritzkopf könnte dann das Produkt aus dem Extruder ausgegeben werden. Es könnte aber auch jede andere Form von Ausgabeeinrichtungen, beispielsweise eine Breitschlitzdüse oder dergleichen, als Ausgabeeinrichtung, verwendet werden. Die Art der Ausgabeeinrichtung richtet sich hierbei nach der Verwendung des Produkts.Regarding a particularly simple embodiment could be an output device be arranged, which designed for example as a spray head could be. By this spray head could then the product will be dispensed from the extruder. It could be also any other form of output devices, for example one slot die or the like, as the output device. The Type of output device depends on the use of the product.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt könnte insbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt gemäß den obigen Ausführungen dienen. Bei dem Verfahren ist vorteilhaft, dass eine besonders gute Durchmischung von mindestens zwei Materialien, beispielsweise geschmolzenem Thermoplast mit plastifizierten Kautschuk, erreicht wird und diese Materialien eine besonders gute, sogenannte co-kontinuierliche Phase bilden.The inventive method for processing at least two materials into one product could in particular for operating a device for processing at least two materials to a product according to the above serve. In the method is advantageous that a particularly good Mixing of at least two materials, such as molten Thermoplastic with plasticized rubber, is achieved and this Materials form a particularly good, so-called co-continuous phase.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigtIt are now different ways to design the teaching of the present invention in an advantageous manner and further education. On the one hand to the subordinate claims, on the other hand to the following explanation a preferred embodiment the device according to the invention referring to the drawing. In conjunction with the explanation of the preferred embodiment With reference to the drawings are also generally preferred embodiments and further developments of the teaching explained. In the drawing shows
In
erfindungsgemäßer Weise
wird das zweite Material, in diesem Fall Kautschuk, im Extruder
Das
Ausführungsbeispiel
der
Der
Einlass
Im
hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist
innerhalb des Bypasses
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.Regarding further advantageous embodiments of the teaching of the invention is used to avoid repetition on the general part the description and the appended claims.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.Finally, be expressly pointed out that the embodiment described above for discussion only the claimed teaching is, but not on the embodiment limits.
- 11
- Extruderextruder
- 22
- Verfahrenseinheit erstes Materialprocessing unit first material
- 2'2 '
- Plastifizierzone erstes Materialplasticizing first material
- 33
- Verfahrenseinheit zweites Materialprocessing unit second material
- 3'3 '
- Plastifizierzone zweites Materialplasticizing second material
- 44
- Dichteinrichtungsealing device
- 55
- Bypassbypass
- 5'5 '
- Bypassbypass
- 66
- Einlass des Bypassesinlet of the bypass
- 77
- Auslass des Bypassesoutlet of the bypass
Claims (7)
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Publications (2)
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