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Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von ausgespritztem Polytetrafluoräthylen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von ausgespritztem Polytetrafluoräthylen,
bei dessen Ausspritzen ein entflammbares Schmiermittel verwendet worden ist, wobei
das Spritzgut durch eine erste Zone, in der eine Verdampfung des in dem Spritzgut
enthaltenen Schmiermittels bewirkt wird, und anschließend durch eine zweite Zone
hindurchgeführt wird, in der das Spritzgut einer Temperatur unterworfen wird, die
genügend hoch ist, um das Polymerisat zu sintern.
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Bei dem Spritzverfahren wird das Polymerisat in gepulverter Form
mit dem Schmiermittel gemischt, um eine pastenartige Masse herzustellen, die in
einer geeigneten Vorrichtung, wie einer Spritzmaschine mit I&olhen ausgespritzt
werden kann. Bei der bevorzugten technischen Ausführung wird die Masse senkrecht
nach unten ausgespritzt, und das Spritzgut tritt durch Schwerkraft nach unten in
eine bei verhältnismäßig niedriger Temperatur arbeitende Verdampfungszone und eine
bei verhältnismäßig hoher Temperatur arbeitende Sinterzone. Zur Entfernung des Schmiermittels
ist es bisher üblich gewesen, das Spritzgut in der Verdampfungszone einem aufwärts
fließenden Strom von heißer Luft zu unterwerfen, welche dazu dient, das Schmiermittel
zu verdampfen und abzutreiben, während in der Sinterzone das Spritzgut einer Temperatur
unterworfen wird, die genügend hoch ist, um das Polymerisat zu einer homogenen Masse
zu sintern.
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Bei der Ausführung dieses Verfahrens ist es im allgemeinen erwünscht,
das Schmiermittel so vollständig wie möglich zu entfernen. Ferner sind die meisten
wirksamen Schmiermittel entflammbar, und es ist notwendig gewesen, das Verhältnis
von Schmiermitteldampf zu Luft unter der minimalen Explosionsgrenze zu halten, um
die Möglichkeit eines Feuers und einer Explosion zu verhindern. Aus diesen Gründen
ist es notwendig gewesen, das Volumen und die Fließgeschwindigkeit der Luft durch
die Verdampfungs zone sehr sorgfältig zu regeln. Trotz sorgfältiger Regelung des
Luftflusses fängt jedoch das entflammbare Schmiermittel zuweilen Feuer.
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Bei der Behandlung von ausgespritztem Polytetrafluoräthylen ist es
ferner erwünscht, eine Egalisierzone unmittelbar hinter der Sinterzone vorzusehen,
um eine Egalisierung der Temperatur durch die Wand des Spritzgutes hindurch zu ermöglichen
und eine zusätzliche Zeit zum Zusammenfließen oder Vereinigen des Polymerisats zu
schaffen. Ohne die Benutzung einer Egalisierzone ist es sehr schwierig, eine gleichförmige
Sintertemperatur zu erzielen und das Spritzgut auf dieser Temperatur während einer
zusätzlichen Zeit zu halten. Bei früheren Benutzungen einer Egalisierzone unter
Verwendung von strahlenderWärme sind jedoch
Schwierigkeiten hinsichtlich der Erzielung
der erforderlichen Temperaturregelung aufgetreten.
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Zweck der Erfindung ist die Überwindung der geschilderten Nachteile
und die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, bei denen die Feuer-und
Explosionsgefahr praktisch ausgeschaltet ist, ohne daß eine sorgfältige Regelung
des Gasflusses zu erfolgen braucht. Ferner bezweckt die Erfindung eine solche Ausbildung
des Verfahrens und der Vorrichtung, daß eine Egalisierzone mit Vorteil verwendet
werden kann und die bei früheren Benutzungen einer Egalisierzone angetroffenen Schwierigkeiten
überwunden werden.
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Gemäß der Erfindung wird das Spritzgut in der ersten Zone einem erhitzten
inerten Gas unterworfen.
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Durch die Anwendung eines erhitzten inerten Gases erfolgt nicht nur
eine wirksame Verdampfung des entflammbaren Schmiermittels unter Ausschluß von Feuer-
und Explosionsgefahr, sondern es kann auch bei Anwendung einer einfachen Anordnung
der Zutritt irgendwelcher Luft zu der Verdampfungszone verhindert werden. Bei Anwendung
des inerten Gases bedarf es keiner sorgfältigen Regelung der Fließgeschwindigkeit,
wie dies bei Anwendung von Luft erforderlich war.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Spritzgut nach
der Sinterzone durch eine Egalisierzone geführt werden, wobei das erhitzte inerte
Gas in umgekehrter Reihenfolge durch die Zone entgegen
der Bewegung
des Spritzgutes geführt wird. Das Spritzgut kann in der Sinterzone durch Strahlungswärme
und in der Egalisierzone durch Konventionswarme erhitzt werden. Es werden dadurch
die Nachteile der früher verwendeten Egalisierzonen mit strahlender Wärme vermieden.
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Bei einer zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeigneten
Vorrichtung, bei welcher hintereinander eine erste Zone zur Verdampfung des Schmiermittels
und eine zweite Zone für die Sinterung des Polymerisats zur Aufnahme des Spritzgutes
angeordnet sind, können WIittel zum Hindurchführen eines erhitzten inerten Gases
durch die erste Zone entgegen der Bewegung des Spritzgutes vorgesehen sein, während
für die zweite Zone eine Einrichtung zur Herbeiführung einer Temperatur vorgesehen
ist, die genügend hoch ist, um das Polymerisat zu sintern.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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In der Zeichnung ist ein hoher senkrechter Turm 1 dargestellt, der
vorzugsweise die Form eines langen starren Rohres oder einer Leitung von kreisförmigem
Querschnitt besitzt und unter der Spritzdüse 2 einer Spritzvorrichtung angeordnet
ist, um das Spritzgut 3 aufzunehmen, wenn es aus der Düse kommt. Das Spritzgut bewegt
sich durch Schwerkraft nach unten durch den senkrechten Behandlungsturm. Im Verlauf
der Abwärtsbewegung des Spritzgutes bewegt es sich hintereinander durch die Verdampfungszone
4 und die Sinterzone 5. In der Verdampfungszone 4 wird das Schmiermittel verdampft
und abgetrieben, während in der Sinterzone 5 das Spritzgut Wärme unterworfen wird,
die von der Wandung des Ofens ausgestrahlt und durch eine elektrische Heizeinheit
6 erzeugt wird, welche voll einem dicken Wärmeisoliermantel 7 umgeben ist.
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Die soweit beschriebene Vorrichtung ist der bisher verwendeten Vorrichtungen
im allgemeinen ähnlich.
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L)as entflammbare Schmiermittel kann aus einem Lösungsmittel, das
als »Lackhersteller- und Maler-Naphtha« bekannt ist, bestehen. Bei den früheren
Verfahren wurde eine Verdampfung des Schmiermittels dadurch herbeigeführt, daß erhitzte
Luft nach oben durch die Verdampfungszone fließen gelassen wurde.
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Auch wenn im wesentlichen reine Luft verwendet und der Anteil von
Schmiermittel dampf zu Luft gut unter der minimalen Explosionsgrenze gehalten wird,
kann doch noch Feuer auftreten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß etwas von dem
Lösungsmitteldampf durch die Hitze in der Verdampfungszone in das Innere des gespritzten
Stranges oder Schlauches getrieben wird, und dieser Dampf wird durch seinen eigenen
Dampfdruck gezwungen, durch den gespritzten Strang mit einer Geschwindigkeit nach
unten zu fließen, die größer als die Ausspritzgeschwindigkeit ist, bis er am unteren
Ende des gespritzten Stranges austritt, oder, weilil es sich um einen langen kontinuierlichen
Strang handelt, bis er in dessen kühleren Bezirken unterhalb des Sinterofens zu
einer Flüssigkeit kondensiert.
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Wenn das offene Ende eines neu gespritzten Stranges zuerst in den
Sinterofen eintritt, entzündet sich gewölllllich das aus diesem Ende austretende
Schmiermittel und brennt wie eine Fackel. Ferner kann während des Verlaufs eines
Ausspritzvorganges. wenn irgendwelche oeffnungen in der Wandung des Stranges auftreten
sollten, aus diesen Öffnungen in den Sinterofen austretender Schmiermitteldampf
sich gleichfalls entzünden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Spritzgeschwindigkeit
zufällig erhöht werden kallll, wodurch große Mengen von Schmiermitteldampf
innerhalb
einer kurzen Zeit in die Verdampfungszone abgegeben werden, mit dem Erfolg, daß
die minimale Explosionsgrenze überschritten und dadurch ein Feuer oder eine Explosion
verursacht wird.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch überwunden, daß
sämtliche Heizvorgänge in einer Atmosphäre von inertem Gas ausgeführt werden.
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Während dieses Gas an dem unteren Ende der Verdampfungszone eingeführt
werden kann, wird es vorzugsweise durch einen Einlaß 8 am unteren Ende des Behandlungsturmes
eingeführt. Das inerte Gas kann aus einem üblichen Gaserzeuger 9 zugeführt werden.
Das Gas fließt nach oben durch die Sinterzone 5 und die Verdampfungszone 4 zu einem
Ausgang 10, der an dem oberen Ende des Turmes vorgesehen ist.
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Das verwendete inerte Gas kann aus Stickstoff, Kohlendioxyd, überhitztem
Dampf oder irgendeinem Gas bestehen, das mit dem Schmiermitteldampf bei den in Betracht
kommenden Temperaturen nicht reagiert oder nicht exotherm reagiert, um große Mengen
von Wärme bei einer Verbrennung freizusetzen. Das Gas kann auch aus einer Mischung
von inerten Gasen bestehen. Das bevorzugte Gas hesteht aus einem typischen Abgas
(Rauchgas) oder aus Verbrennungsprodukten, die sich aus einer im wesentlichen vollständigen
Verbrennung von natürlichem Gas oder einem anderen zur Verfügung stehenden Brennstoff
mit einer annähernd theoretischen Menge Luft ergeben. Wenn natürliches Gas benutzt
wird, sind die Verbrennungsprodukte eine Mischung von Stickstoff, Kohlendioxyd und
Wasserdampf mit Spuren von anderen Gasen, aber praktisch ohne Sauerstoff.
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Das inerte Gas wird mit einer Temperatur von annähernd 370 bis 400°
C zugeführt. Wenn es durch die Verdampfungszone tritt, beträgt seine mittlere Temperatur
ungefähr 200 bis 2600 C, und wenn es den Ausgang 10 erreicht, hat es eine Temperatur
von ungefähr 37 bis 650 C.
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Zur wirksamen Benutzung des inerten Gases ist es notwendig, den Eintritt
von Luft am Boden des Behandlungsturmes zu verhindern, und bei der dargestellten
Vorrichtung wird dies dadurch bewerkstelligt, daß am Boden der Vorrichtung eine
Wasserfalle 11 vorgesehen wird, durch welche das ausgespritzte Material geführt
werden kann, ohne daß Luft eintreten gelassen wird. Es ist praktisch unmöglich,
das obere Ende des Turmes, in welches das weiche Spritzgut eintritt, abzuschließen.
Es ist jedoch gefunden worden, daß das obere Ende des Turmes zur Außenluft hin offen
gelassen werden kann und daß dies tatsächlich vorteilhaft ist. Die Luft, die in
das offene Ende eintritt, mischt sich mit dem inerten Gas und wird durch den Ausgang
10 abgezogen. Diese Luft hat eine Kühlwirkung mit dem Ergebnis, daß das Luft-Gas-Gemisch,
welches durch den Ausgang 10 mittels eines Gebläses 12 abgezogen wird, eine verhältnismäßig
niedrige Temperatur von ungefähr 37 bis 660 C hat.
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Die Wärme zum Sintern des polymeren Spritzgutes wird in der Sinterzone
in großem Umfang oder vollständig durch Strahlung von dem erwärmten Wandungen des
Ofens übertragen. Die Benutzung einer 5 trahlungswärmeübertragung im Sinterofen
ist technisch evünscht, weil hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten bei entsprechenden
zulässigen hohen Spritzgeschwindigkeiten mit einem verhältnismäßig kleinen Sinterofen,
der nur eine geringe senkrechte Höhe einnimmt, erhältlich sind.
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Ein solcher Strahlungssinterofen, der an sich gedrungen und wirksam
ist, kann nicht leicht geregelt werden. Daher ist es notwendig, die Sinterofenwandtemperatur
sorgfältig mit der Spritzgeschwindigkeit zu synchronisieren, um ein Unter- oder
Übersintern des polymeren Spritzgutes zu vermeiden. Je höher die Sinterofen-Strahlungstemperatur
ist, um so höher ist die richtig synchronisierte Spritzgeschwindigkeit für eine
ideale Sinterung, aber um so kritischer ist auch die Synchronisation.
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Wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, ist eine Egalisierzone
13 unter der Sinterzone vorgesehen, und das inerte Gas wird an dem unteren Ende
der Egalisierzone zugeführt, so daß es nach oben durch diese Zone hindurchtritt
und dann durch die Sinterzone und die Verdampfungszone geht. Die Temperatur des
interten Gases wird an dem Gasgenerator so reguliert, daß sie etwa oberhalb der
Sintertemperatur des Polytetrafluoräthylens liegt und annähernd den Wert hat, der
in der Egalisierzone gewünscht wird. Wie oben ausgeführt, wird das Gas vorzugsweise
bei einer Temperatur von annähernd 370 bis 4000 C zugeführt. Die Aufwärtsbewegung
des erhitzten inerten Gases wird leicht dadurch erhalten, daß der Schornsteineffekt
des senkrechten Turmes ausgenutzt wird. Während das nach oben fließende Gas, wenn
es durch die Egalisierzone und die Sinterzone geht, sich auf oder annähernd der
Sintertemperatur befindet, ist die zusätzliche Strahlungswärme einer Heizeinheit,
wie sie bei 6 gezeigt ist, gewöhnlich in der Sinterzone erforderlich, um einen raschen
Temperaturanstieg des Spritzgutes in dieser Zone zu veranlassen. Eine gewisse Kühlung
des inerten Gases in der Verdampfungszone ist gewöhnlich erforderlich, und, wenn
notwendig, kann eine Kühlung des Gases in dem unteren Teil der Verdampfungszone
durch Benutzung einer Kühlschlange 14 ausgeführt werden, welcher Kühlwasser von
einer Quelle 15 mittels einer Pumpe 16 zugeführt werden kann. Eine solche Kühlung
des inerten Gases braucht nur ausreichend zu sein, um eine zu rasche Verdampfung
des Schmiermittels aus dem Spritzgut zu verhindern, d. h. um einen Zustand zu verhindern,
welcher eine Blasenhildung innerhalb der Masse des Spritzgutes verursachen könnte.
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Sobald das ausgespritzte Material oder der Schlauch 4ie Egalisierzone
13 verläßt, ist es oft erwünscht, eine plötzliche, aber teilweise Kühlung des Materials
über den Temperaturbereich von etwa 380 C gerade unterhalb der Übergangstemperatur
von 3270 C herbeizuführen, um das Kristallwachstum in dem Polymerisat zu begrenzen.
Zur Herbeiführung dieser plötzlichen teilweisen Kühlung kann eine einen feinen Wassersprühstrahl,
einen Wassernebel oder einen kalten Gasstraltl liefernde Vorrichtung oder eine andere
Vorrichtung verwendet werden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist eine
einen feinen Wassersprühstrahl liefernde Vorrichtung 17 dargestellt, die aus der
Kühlwasserquelle 15 über eine Pumpe 18 versorgt wird und in der Nähe des oberen
Endes einer Kühlkammer 19 liegt.
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Gleichgültig, ob eine solche Vorrichtung zur teilweisen Kühlung benutzt
wird oder nicht, geht das Material durch die Kammer 19 hindurch, wo es einen Bogen
machen muß, so daß es durch die Wasserfalle 11 geht, und dies erfordert, daß es
auf einer genügend hohen Temperatur gehalten wird, damit es biegsam genug ist, um
diesen Bogen zu machen. Um eine genügende Biegsamkeit des Materials zu gewährleisten,
ist ein Gasauslaß 20 gerade oberhalb der Wasserfalle 11 vorgesehen, so daß ein Teil
des heißen inerten
Gases nach unten durch die Kammer 19 zu dem Auslaß 20 mittels
eines Gebläses 21 gezogen wird. Dieses Gas hält die Kammer 19 und das Spritzgut
innerhalb der Kammer genügend warm, so daß das Spritzgut biegsam genug bleibt, um
den Bogen zu machen. Vorzugsweise fließen 75 0/o des Gases von dem Einlaß 8 nach
oben, während 250/0 nach unten zu dem Auslaß 20 abgezogen werden. Bei einer Ausführungsform
der Vorrichtung tritt daher das inerte Gas durch den Eingang 8 mit einer Geschwindigkeit
von 56 cbm je Stunde ein, und das nach oben fließende Gas hat eine Geschwindigkeit
von 42 cbm je Stunde, während das nach unten abgezogene Gas eine Geschwindigkeit
von 14 cbm hat, wobei alle Gasvolumina unter den Standardbedingungen auf Trockenbasis
gemessen sind.
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Die dargestellte Ausführungsform der Wasserfalle ist eine einfache
Einrichtung, um den Abzug des Materials unter Ausschluß von Luft zu ermöglichen.
Der gleiche Erfolg kann auch auf andere Weise erreicht werden, z. B. indem eine
Dichtung vorgesehen und Sorge dafür getragen wird, daß das Gebläse 21 Luft, welche
durch die Dichtung leckt, absaugt. Gegebenenfalls kann das Material (Schlauch od.
dgl.) innerhalb der am unteren Ende vorgesehenen Kammer auf einem Haspel gesammelt
und absatzweise am Ende eines Arbeitsganges entfernt werden.
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Die Arbeitsweise bei der beschriebenen Vorrichtung ist kurz folgende:
Das Spritzgut tritt in die Verdampfungszone ein, wo es dem erhitzten inerten Gas
mit einer mittleren Temperatur von ungefähr 2300 C ausgesetzt wird. Es verliert,
während es nach unten durch das aufsteigende erhitzte inerte Gas geht, Schmiermittel
durch Verdampfung. Es trittt dann in die verhältnismäßig kurze Sinterzone, wo es
dem inerten Gas bei einer Temperatur von etwas über etwa 3700 C ausgesetzt wird
und außerdem Strahlungswärme von der Ofenwandung aufnimmt, die eine Temperatur von
ungefähr 6000 C haben kann. Hauptsächlich infolge dieser intensiven Strahlung wird
es während seines Durchganges durch den Sinterofen rasch auf eine Temperatur von
annähernd 3700 C gebracht, jedoch kann es in diesem Ofen ungleichmäßig erhitzt werden.
Es tritt dann in die Egalisierzone, wobei es sich noch entgegen dem erhitzten inerten
Gas bewegt. In dieser Zone nimmt es keine merkliche Strahlung von der Wandung auf,
sondern man gestattet ihm, daß es sich der gleichförmigen Gastemperatur von ungefähr
3700 C, einer typischen erwünscht ten Egalisiertemperatur, vollständig durch Konvektionswärmeübertragung
dicht nähert. Schließlich tritt es durch die Kühlzone und durch die Wasserfalle
aus.
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Unter keinen Umständen können bei diesem System Feuer oder Explosion
auftreten, da kein Sauerstoff vorhanden ist. Das Sintern wird sowohl rasch als auch
gleichförmig und mit genauem Egalisieren bewerkstelligt. Ferner sind keine großen
Volumina von inertem Gas erforderlich, wie dies bei erhitzter Luft der Fall war,
wo große Volumina erforderlich waren, um den Anteil von Luft und Schmiermitteldampf
unter der Explosionsgrenze zu halten. Da der größte Teil der zum Verdampfen benutzten
Wärme und ein Teil der zum Sintern benutzten Wärme aus der Verbrennung von Brennstoff
statt aus elektrischer Energie kommt, ist eine wesentliche Arbeitswirtschaftlichkeit
möglich.