DE102007050640A1

DE102007050640A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffgranulat mit in diesem enthaltenen Feststoffteilchen

Info

Publication number: DE102007050640A1
Application number: DE102007050640A
Authority: DE
Inventors: Andreas Doll; Frank Glöckner
Original assignee: Automatik Plastics Machinery GmbH
Current assignee: Maag Automatik GmbH
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: DE102007050640B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffgranulat aus einem Basismaterial, das von einem Extruder aufgeschmolzen und zu einem Ausgangsdüsenpaket gefördert wird und dem nach dem Aufschmelzen Feststoffteilchen beigemischt werden. Das aufgeschmolzene Basismaterial wird vor dem Beimischen der Feststoffteilchen über einen Abzweig am Extruder entnommen und über eine Pumpstufe dem Ausgangsdüsenpaket zugeführt, in dem das abgezweigte Basismaterial die aus Basismaterial und Feststoffteilchen bestehende Mischung als Schutzschicht umgibt und aus dem von der Schutzschicht aus Basismaterial umhüllte, die Mischung enthaltende Stränge austreten und einem Granulator zugeführt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffgranulat aus einem Basismaterial, das von einem Extruder aufgeschmolzen und zu einem Ausgangsdüsenpaket gefördert wird und dem nach dem Aufschmelzen Feststoffteilchen beigemischt werden.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 26 01 696 bekannt. Die Feststoffteilchen können aus verschiedenen Materialien bestehen, es kann sich beispielsweise um Glasfasern, Glaskugeln, Aramidfasern, Karbonfasern und weiteren organischen und anorganischen Stoffen handeln, die in der Regel hoch abrasiv sind. Im Fall der Verwendung von organischen Feststoffteilchen, wie z. B. Naturfasern, Holzmehl, Reisschalen sowie funktionellen Additiven, nämlich Flammschutzmitteln, UV-Stabilisatoren, Weichmacher, ergibt sich das Problem der Wasserempfindlichkeit solcher Naturmaterialien. Falls diese nicht noch vor dem Granuliervorgang ausreichend getrocknet werden können, ist eine aufwendige Nachtrocknung erforderlich, um z. B. Schimmelbildung zu vermeiden.
Auf jeden Fall führen die dem Basismaterial beigemischten Feststoffteilchen aufgrund ihrer abrasiven Wirkung zu erheblichem Verschleiß aller der Teile, die an der Erzeugung und Verarbeitung des Granulats beteiligt sind. Dieser Verschleiß beginnt schon vor dem eigentlichen Granuliervorgang im Bereich der Strangzuführungsorgane (z. B. Strangführungsbleche, Umlenkrollen, Einzugsführungen). Im Falle einer notwendigen besonderen Trocknung des Granulats führt dies wegen der durch die Feststoffteilchen erheblich vergrößerten Oberfläche des Granulats, die sich als raue Oberfläche zeigt, aufgrund der Kapillarwirkung des Wassers zu hoher Restfeuchtegehalt des Granulats, das sich nur mit erheblichem Aufwand trocknen lässt. Schließlich ergeben sich auch besonders lange Stillstandzeiten einer entsprechenden Anlage im Falle notwendiger Reparaturen oder einer längeren Trocknung, was einen ständigen Produktionsablauf erheblich behindert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dem Granulat, bestehend aus dem Basismaterial und den Feststoffteilchen, seine abrasive Wirkung zu nehmen und außerdem notwendige Trocknungszeiten zu verkürzen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass aufgeschmolzenes Basismaterial vor dem Beimischen der Feststoffteilchen über einen Abzweig am Extruder entnommen und über eine Pumpstufe dem Ausgangsdüsenpaket zugeführt wird, in dem das abgezweigte Basismaterial die aus Basismaterial und Feststoffteilchen bestehende Mischung umgibt und aus dem vom Basismaterial umhüllte, die Mischung enthaltende Stränge austreten und einem Granulator zugeführt werden.
Das Basismaterial, bei dem es vor allem um ein extrudierbares Polymer handelt, wird selbst als Schutzschicht verwendet, das das fertige Granulat umgibt, und zwar unmittelbar bevor die zu granulierenden Stränge einem bekannten Granulierer zugeführt werden, so dass es eines besonderen Materials für die Bildung einer Schutzschicht nicht bedarf. Dies geschieht durch die Abzweigung des bereits im Extruder verflüssigten Basismaterials vor dem Zusatz der Feststoffteilchen und der Zuführung des abgezweigten Basismaterials zu dem am Ende des Extruders angeordneten Ausgangsdüsenpaket, dem es unter dem durch eine Pumpstufe erzeugten Druck zugeführt wird. In dem Düsenpaket ist eine entsprechende Düsenanordnung vorgesehen, durch die das Basismaterial als Schutzschicht um die aus Basismaterial und Feststoffteilchen bestehende Mischung herumgeführt wird. Derartige Düsengestaltungen sind bekannt, wozu beispielsweise auf die US 6,669,986 B1 verwiesen wird, in der ein Verfahren offenbart ist, durch das ein Basismaterial von einer aus einem anderen Material bestehenden Schutzschicht ringförmig umschließen wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird das Basismaterial selbst für die Bildung der Schutzschicht verwendet, und zwar durch das vor der Beimischung der Feststoffteilchen existierende aufgeschmolzene Basismaterial im Extruder, von wo aus es über die Pumpstufe und unter Umgehung des Bereichs der Zuführung der Feststoffteilchen direkt dem Ausgangsdüsenpaket zugeführt wird, so dass einem dem Düsenpaket folgenden Granulierer Stränge eines die Mischung enthaltenden Kerns mit diesen Kern umgebenden Basismaterial als Schutzschicht zugeführt werden und das so erzeugte Granulat mit der Schutzschicht weiterverarbeitet werden kann, ohne dass dabei die abrasiven Eigenschaften der beigefügten Feststoffteilchen ihre schädliche Wirkung ausüben können, da sie durch die aus dem Grundmaterial bestehende Schutzschicht abgedeckt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich so gestalten, dass zur Einstellung der Schichtdicke der Schutzschicht die Pumpstufe und der Extruder hinsichtlich des von ihnen erzeugten Druckes geregelt werden. Durch Erhöhung des Druckes der das Basismaterial fördernden Pumpstufe gegenüber dem vom Extruder auf das Ausgangsdüsenpaket ausgeübten Drucks wird die Schichtdicke der Schutzschicht erhöht bzw. umgekehrt verringert, wenn der Druck der Pumpstufe in Bezug auf den vom Extruder erzeugten Drucks verringert wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine vorteilhafte Gestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung vorstehend beschriebenen Verfahrens, die mit einem Extruder ausgestattet ist, dem das Basismaterial über einen Eingang und über eine Aufschmelzzone einem Ausgangsdüsenpaket mit folgendem Granulator zugeführt wird und der eine Einspeisung zum Beimischen von Feststoffteilchen im Bereich der Aufschmelzzone aufweist. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung so gestaltet, dass vor der Einspeisung im Bereich der Aufschmelzzone ein Abzweig zum Abzweigen von Basismaterial aus dem Extruder vorgesehen ist, und der Abzweig über eine Pumpstufe mit dem Düsenpaket verbunden ist und in diesem Ringdüsen bildet, die das Basismaterial mit den Feststoffteilchen umgeben.
Bei dem Granulator handelt es sich um eine bekannte Gestaltung, insbesondere kann ein Stranggranulator mit vorhergehender Kühlzone oder ein Unterwasser-Granulator verwendet werden, welch Letzterer die aus Düsen austretenden noch schmelzflüssigen Kunststoffstränge unter Zuführung von Kühlwasser direkt zerteilt.
Für die Granulierung des mit der Schutzschicht versehenen Basismaterials kann ein bekannter Stranggranulator verwendet werden, dem in üblicher Weise eine Kühlstrecke vorgeschaltet ist (siehe z. B. DPB 197 01 926 C2). Es ist aber auch möglich, einen Unterwassergranulator zu verwenden, bei dem ein sog. Heißabschlag in einem Wasserbad erfolgt, bei dem ein oder mehrere rotierende Messer direkt die Ausgangsseite des Düsenpakets überstreichen (siehe z. B. DE 26 46 309 A1 ).
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in prinzipieller Darstellungsweise eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen Querschnitt durch das durch die Vorrichtung erzeugte Granulat.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung enthält den Extruder 1, der als bekannter Schneckenextruder mit einer oder mehreren Schnecken ausgebildet sein kann. Der Extruder 1 wird von dem Motor 2 über die Antriebswelle 3 angetrieben, die sich über den gesamten Extruder 1 erstreckt. Der Extruder 1 enthält die Aufschmelzzone 4 und die Mischzone 6. In der Aufschmelzzone 4 wird das dem Extruder 1 zugeführte Basismaterial über die Zuführung 5 zugeführt und von der bzw. den Schnecken der Aufschmelzzone 4 aufgeschmolzen. Nahe dem Ende der Aufschmelzzone 4 ist die Zuführung 8 für Feststoffteilchen vorgesehen, die hier dem erschmolzenen Basismaterial in der Aufschmelzzone 4 beigefügt und in der Mischzone 6 gleichmäßig mit dem Basismaterial vermischt werden. Der Extruder 1 ist zu diesem Zweck in der Aufschmelzzone 4 und in der Mischzone 6 entsprechend und in bekannter Weise ausgebildet, wie dies z. B. in der oben erwähnte DE-OS 26 01 696 beschrieben ist. Die Mischung aus Basismaterial und Feststoffteilchen gelangt dann über den Verteiler 18 in das Düsenpaket 9. Dem Düsenpaket 9 wird außerdem aufgeschmolzenes Basismaterial über die Zuführung 8 zugeführt, in die die Pumpstufe 16 eingeschaltet ist. Der Pumpstufe 16 wird das Basismaterial über die Abzweigung 14 zugeführt, die an der Aufschmelzzone 4 des Extruders ansetzt und der Aufschmelzzone 4 aufgeschmolzenes Basismaterial entnimmt, das dann der Pumpstufe 16 zugeführt und von dieser über die Zuführung 8 in das Ausgangsdüsenpaket 9 eingespeist wird. In diesem sind Ringdüsen 10 vorgesehen, die in der der oben erwähnten US 6,669,986 beschriebenen Weise dem extrudierten Basismaterial eine ringförmige Schutzschicht aufdrücken, so dass einem folgenden Granulator 11 Stränge aus der strichpunktiert gezeichneten Mischung aus Basismaterial und Feststoffteilchen mit der gestrichelt gezeichneten Schutzschicht aus dem Basismaterial zugeführt werden. Die so entstandenen mit der Schutzschicht versehenen Stränge werden dann in bekannter Weise von dem Granulator 11 zu Granulat 21 zerkleinert werden.
Das Ergebnis ist ein Granulat, das in seinem Inneren das für eine weitere Verwendung gewünschte Material, bestehend aus der Mischung von Grundmaterial und Feststoffteilchen, mit einer schützenden Umhüllung besteht, die selbst aus dem Basismaterial besteht. Dieses Granulat kann dann in bekannter Weise und ohne Schwierigkeiten weiterverarbeitet werden, ohne dass dabei die in seinem Inneren enthaltenen abrasiven Stoffe ihre schädliche Wirkung der schnellen Abnutzung und Beschädigung von weiteren Verarbeitungsorganen ausüben kann.
In der 2 ist ein Querschnitt durch das entstandene Granulat dargestellt, das in seinem Inneren und in der Hauptsache das gewünschte Material enthält, nämlich die Mischung 15, bestehend aus dem Grundmaterial und den Feststoffteilchen. Dieses Mischung 15 wird ringförmig von einer dünnen Schutzschicht 17, bestehend aus dem Basismaterial, umgeben, die somit den aus der Mischung 15 bestehenden Kern einhüllt, so dass das so entstandene Granulat praktisch nur über seine Schutzschicht 17 mit irgendwelchen weiteren Verarbeitungsstufen in Berührung treten kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2601696 A [0002, 0013]
- US 6669986 B1 [0005]
- DE 2646309 A1 [0009]
- US 6669986 [0013]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffgranulat aus einem Basismaterial, das von einem Extruder (1) aufgeschmolzen und zu einem Ausgangsdüsenpaket (9) gefördert wird und dem nach dem Aufschmelzen Feststoffteilchen beigemischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass aufgeschmolzenes Basismaterial vor dem Beimischen der Feststoffteilchen über einen Abzweig (14) am Extruder (1) entnommen und über eine Pumpstufe (16) dem Ausgangsdüsenpaket (9) zugeführt wird, in dem das abgezweigte Basismaterial die aus Basismaterial und Feststoffteilchen bestehende Mischung als Schutzschicht umgibt und aus dem von der Schutzschicht aus Basismaterial umhüllte, die Mischung enthaltende Stränge austreten und einem Granulator (11) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Schichtdecke der Schutzschicht die Pumpstufe 16) und der Extruder (1) hinsichtlich des von ihnen erzeugten Druckes geregelt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Extruder (1), dem das Basismaterial über einen Eingang (5) und über eine Aufschmelzzone (4) einem Ausgangsdüsenpaket (9) mit folgendem Granulator zugeführt wird und der eine Einspeisung (8) zum Beimischen von Feststoffteilchen im Bereich der Aufschmelzzone (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Einspeisung im Bereich der Aufschmelzzone (4) ein Abzweig (14) zum Abzweigen von Basismaterial aus dem Extruder (1) vorgesehen ist, und der Abzweig (14) über eine Pumpstu fe (16) mit dem Düsenpaket (9) verbunden ist und in diesem Ringdüsen (10) bildet, die das Basismaterial mit den Feststoffteilchen umgeben.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulator ein Stranggranulator ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulator ein Unterwassergranulator ist.