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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung staubfreier
vorgeformter Formmassen" Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung vorgeformter
Formt massen aus härtbaren, in Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln löslichen
Kunstharzen und pulvrigen und/oder faserigen FUll- bzw. Verstärkungsstoffen, Farbstoffen,
Gleitmitteln und sonst Ublichen Zusätzen vorgeschlagen worden, gemäß dem das Harz
in Form einer Lösung oder in Pulverform unter Zusatz von Harzlösungsmitteln mit
den FUll- bzw. Verstärkungsstoffen und den Ubrigen Zusätzen ohne wesentliche Wärmezufuhr
vermischt wird, wonach soviel Wasser eingearbeitet wird, bis das Gemisch rormbar
geworden ist, wonach es durch eine geeignete Vorrichtung vorgeformt und dann durch
Trocknung auf den gwünschten Fließgrad gebracht wird.
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Anstelle des zuletzt einzuarbeitenden Wassers können auch Lösungen,
Emulsionen, gegebenenfalls Suspensionen von natUrlichten Harzen oder deren wasserlöslichen
Salzen, synthetischen Harzen und/oder Netzmitteln, in Wasser, gegebenenfalls unter
Zusatz organischer Lösungsmittel, und/oder Emulsionen von Gleitmitteln, z.B. Silikonölen,
geeignete Organo-Siliciumverbindungen, verwendet werden.
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Es ist weiterhin schon vorgeschlagen worden, Harzlösungen mit mindestens
70 % Harzgehalt zu verwenden oder beim Arbeiten mit pulverförmigen Harzen den Zusatz
der Harzlösungen auf maximal 45 Gewichts-% zu beschränken; dann gelingt die Herstellung
der vorgeformten Formmassen auch- ohne weiteren Flüssigkeitszusatz.
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Bei diesen Verfahren fallen die getrookneten, weitgehend staubfreien
Strangstücke in verschiedenen Längen an, z.B. von 2 bis 20 mm, die durch die Vorformung
und besonders durch die Vorbehandlung der feuchten Stränge vor dem Trocknen bzw.
durch die Beanspruchung während des Trocknens gegeben sind. Da die vorgeformten
Formmassen vornehmlich in automatisch betriebenen Spritzpreß- und Spritzgießmaschinen
zu Formteilen verarbeitet werden, müssen zur Erzielung gleichmäßiger Dosierung,
die für die Gleichmäßigkeit der fertigen Formteile unerläßlich ist, staubfreie,
granulierte Formmassen mit möglichst einheitlicher geomctrischer Struktur und demnach
auch mit möglichst einheitl cher Länge eingesetzt Werden.
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Man kann diese Forderung teilweise dadurch erfüllen, daß man die getrockneten,
verschieden langen Granulate in einer geeigneten Mahivorrichtung mit Siebeinsatz
zerkleinert, wobei allerdings Je nach Art und Aufbau der Formmasse mehr oder weniger
Staub anfällt; es besteht demnach die Aufgabe, diesen Nachteil zu vermeiden.
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FUr die störungsfreie automatische Verarbeitung muß neben der einheitlichen
Darbietungsform als Granulat auch ein gleichmäßiger Bearbeitungszustand der Formmassen,
d.h. eine möglichst homogene Verteilung der Komponenten in der Masse und möglichst
weitgehende Gleichmäßigkelt der Fließ- und Härtungseigenschaften der einzelnen Granulate
gefordert werden.
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Während eine homogene Verteilung der Komponenten der Formmasse durch
Mischen z.B. in einem Mischkneter relativ leicht zu erreichen ist, wird die Erzielung
eines einheitlichen Fließ-und Härtungsgrades der Granulate dadurch erschwert, daß
diese Eigenschaften beim Trocknungsprozeß eingestellt werden müssen, bei dem der
chemische Prozeß der Vorvernetzung der Harze und die Trocknung weitgehend gleichzeitig
ablaufen. Es besteht also die weitere Aufgabe, die feuchten vorgeformten Strangstücke
einheitlicher geometrischer Struktur gleichmäßig, d.h. bei möglichst gleichen Verweilzeiten,
in den gewünschten Endzustand zu bringen.
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Insgesamt betrachtet, besteht somit ein lebhaftes Interesse an der
Möglichkeit, staubfreie, vorgeformte Formmassen mit einheitlicher geometrischer
Struktur und gleichmäßigem Bearbeitungszustand, d.h. mit geometrisch, physikalisch
und chemisch einheitlichem Aufbau, auf möglichst einfache und wirtschaftliche Weise
kontinuierlich herzustellen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur
kontinuierlichen Herstellung staubfreier vorgeformter Formmassen mit geometrisch,
paysikalisch und chemisch einheitlichem Aufbau aus härtbaren, in Wasser und/oder
organischen Lösungsmitteln löslichen Kunstharzen sowie Füll- und/oder Verstärkungsstoffen
und üblichen Zusätzen wie Gleitmitteln, Farbstoffen usw., das dadurch gekennzeichnet
ist, daß I. die Ausgansstoffe in einem Kneter bis zur Formbarkeit miteinander gemischt
werden, wonach II. das so erhaltene Gemisch mittels einer Dosierschnecke III. in
eine Strangpresse mit Lochscheibe und Messerkreuz eingespeist und in dieser verdichtet,
vorgeformt und vorgeschnitten wird, wonach IV. die aus der Lochscheibe austretenden
Formmassenstränge eine"Konditionierii-schnecke passieren, die sie in gleich lange
Einzelstücke mit glatten Oberflächen und abgerundeten Schnittflächen zerteilt, wonach
die so erhaltenen gleichmäßigen EinzelstUcke V. in einem geeigneten Trockner auf
den gewünschten restlichen Feuchtigkeitsgehalt sowie die gewünschten Fließ- und
Härtungseigenschaften eingestellt werden.
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Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Apparatur. Sie besteht aus I. einem Kneter zur Mischung der Ausgangsstoffe
bis zur Formbarkeit, II. einer Dosierschnecke zur Speisung Iii. einer Strangpresse
mit Lochscheibe und Messerkreuz zum kontinuierlichen Vorformen lv. einer Konditionier'1-schnecke
zum Zerteilen in gleichmäßige Teilstücke und 1 Û 9 8 11 1 1 6 1 2 Vo einer geeigneten
Trockenvorriohtung.
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Vorzugsweise wird als Kneter gemaß I ein Mischkneter, z.B. ein Doppelmuidenkneter
verwendet.
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Als Strangpressen gemäß III sind solche der üblichen Bauart verwendbar.
Vorzugsweise wird eine solche mit einer Schnecke, Lochscheibe und Innen-messerkreuz
verwendet, jedoch sind auch Maschinen mit Außen-messerkreuz oder mit Inneii-und
Außen-messerkreuz brauchbar. Die Lochscheibe karui Bohrungen von 1 bis 15 mm, vorzugsweise
2 bis 8 mm besitzen.
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Als "Konditionier"-Schnecke gemäß IV ist eineTransport- oder Dosierschnecke
brauchbar, vorzugsweise eine solche, die heiz-bzw. kühlbar und regelbar ist.
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Als Trockenvorrichtung gemäß V ist beispielsweise ein Band-oder ein
Fließbetttrockner brauchbar; bevorzugt ist ein kontinuierlicher Band- oder Vakuumtrockner.
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Verfahren und Vorrichtung gemaß vorliegender Erfindung eignen sich
für die Herstellung von Formmassen auf Basis vernetzender Kunstharze, beispielsweise
sauer oder alkalisch kondensierter Phenol-Aldehydharze, ferner auf Basis von Amin-Aldehydharzen,
Polyesterharzen, Epoxydharzen oder Ko-kondensaten dieser Harze, z .B. Phenol-Arnin-Aldehydllarzen
usw.
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Das Verfahren und die Apparatur Lu seiner Durchführung gemäß vorliegender
Erfindung arbeiten wie im folgenden beschrieben@ im übriger wird auf die Ausführungsbelspiele
und die Zeichnungen verwiesen.
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I. In einem Mischaggregat, beispielsweise einen Mischkneter, werden
die Harzlösungen, die auch Gleitmittel, Farbstofre und eveIltuell weitere Zusatzstoffe
gelöst und/oder emulgiert enthalten können, innig mit den Füll- und/oder Verstärkungsstoffen
vermischt, so daß eine intensive Imprägnierung saugfähiger Füllstoffe und einc möglichst
weitgehende Homogenisierung erreicht wird. Die zur Drzielung der Formbarkeit
gegebenenfalls
zuzusetzende Menge an Wasser oder wäßrigen Lösungen von Natur- oder Kunstharzen
usw. läßt sich nach erfolgter Homogenisierung gut einarbeiten.
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II., III. Die so erhaltene Masse liegt in relativ feinem Zerteilungsgrad
vor und läßt sich einwandfrei mit einer Dosierschnecke (II) in die Einfüllöffnung
einer Strangpresse (III) dosieren. Es erweist sich dabei als vorteilhaft, sowohl
die notwendige Verdichtung der Masse als auch die Vorformung zu Strängen in einer
einzigen Maschine durchzuführen, wozu eine Strangpresse mit einer Schnecke mit Kompressionszone
und einer Lochscheibe als Aus ittsöffnung eingesetzt wird. Auf dem Schneckenzapfen
befindet sich innerhalb des Schneckengehäuses vor der Lochscheibe zusätzlich ein
Messerkreuz mit mehreren Schneidflächen, das die von der Schnecke zur Lochscheibe
transportierte Masse zerschneidet und somit den Durchgang der Masse durch die Bohrungen
der Lochscheibe unterstützt. In den aus der Lochscheibe austretenden Strängen sind
diese Schnittflächen in gleichem Abstand voneinander nur vorgebildet, die Einzelstücke
harten noch aneinander und bilden Stränge mit unterschiedlicher Länge. Die Lunge
der Stränge ist von dem Materialdurchfluß durch die Strangpresse, d.h. von der Dosierung,
von der Schneckendrehzahl und dem Durchmesser der Bohrungen der Lochscheibe abhängig
und folglich steuerbar.
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IV. Ueberraschenderweise können die so erhaltenen feuchten Stränge
in einer Dosterschnecke transportiert werden, ohne daß sie zusammenkleben urX, was
besonders wesentlich ist, ohne daß Abrieb auftritt. Betm Transport durch die Schnecker
gänge werden die kürzeren oder längeren Stränge durch das Auftreten von Blege- und
Scherkräften, deren Größe von der Cestaltung, Drehzahl und Füllhöhe der Schnecke
abhängig laut, derart beansprucht, daM ulo -- den vorgeblldeten Bruchstelle
zerbrechen.
Auf diese Weise können mit einer Dosierschnecke ausreichender Länge vorgeformte
Formmassen einheitlicher Teilchenlänge erhalten werden, die wiederum durch die Betriebsweise
der Strangpresse bestimmbar ist.
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Außerdem werden die Strangstücke beim Durchlaufen der Schneckengänge
infolge der dauernd erfolgenden Zusammenstöße untereinander und des Gleitens an
der Schneckenwand an ihrer Oberfläche geglättet und an den Schneidflächen abgerundet,
was sich in einer Erhöhung des Schüttgewichtes des Fertigproduktes äußert.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Dosierschnecke, die an sich nur zum
Transport bzw., wie der Name sagt, zur Dosierung bestimmt ist, zur Konditionieru*,
d.h. zur Zerteilung) Glättung und Abrulnung sowie zur :. rhöhung des SchUttgewichtes
eingesetzt. Es ist zweifellos überraschend, daß sich diese Effekte durch das an
sich bekannte, aber völlig anderen Zwecken dienende Gerät erzielen lassen.
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V. Die derart kontinuierlich anfallenden feuchten StrangstUcke besitzen
nunmehr eine einheitliche Länge. Sie werden dann in einer geeigneten Trockenvorrichtung,
z.B. einem kontinuierlichen Bandtrockner, getrocknet, wobei gleichzeitig die geforderten
Fließ- und Härtungseigenschaften eingestellt werden. Gerade im Hinblick auf die
während des Trockenprozesses gleichzeitig ablaufenaen chemischen Reaktionen, z.B.
die teilweise Vernetzung der Kunstharze, erweist es sich als besonders vorteilhaft,
daß das zu trocknende Material in Form von Granulaten einheitlicher geometrischer
Struktur vorliegt, was einen weitgehend gleichmäßigen Reaktionsgrad gewährleistet.
Außerdem ist aufgrund dieses Tatbestandes auch der Einsatz von Fließbett- oder Vibrationstrocknern,
also Trocknern, die ein einheitliches Granulat erfordern, möglich.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Granulate sind praktisch völlig
staubfrei, was ein wesentlicher Vorteil ist.
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Beispiel 1 I. 126 kg einer 70 %igen methanolischen Lösung eines aus
Phenol und Formaldehyd im Molverhältnis 1:0.95 hergestellten Harzes werden nach
dem Vermischen mit 2.5 kg Magnesiumstearat und einer Losung von 15 kg Hexamethylentetramin
in 15 kg Wasser in einem Mischkneter (I) mit 167 kg Asbest intensiv gemischt. Nach
einer Knetzeit von einigen Minuten gibt man 52 kg Wasser zu und arbeitet noch einige
Minuten lang durch.
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II. Die auf diese Weise in einen Formbaren Zustand gebrachte Masse
wird mit Hilfe einer Dosierschnecke (II) in die Oeffnung (Oe) eines Extruders (mit
einer Schnecke) eingegeben, dessen Schnecke eine Einzugs-und Kompressionszone besitzt.
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III. Auf dem Zapfen (Z) der Schnecke ist ein Messerkreuz (K) angebracht
und mit der Schnecke starr verbunden. Das Messer rotiert vor einer Lochscheibe (III)
mit Bohrungen von einem Durchmesser von 3 mm, wodurch die Masse - zu Strängen vorgeformt
wird. In den bei dieser Arbeitsweise erhaltenen Strängen sind die Bruchstellen einheitlich
in einem Abstand von etwa 4 bis 5 mm vorgebildet.
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IV. Die kürzeren oder längeren Stränge fallen in die Oeffnung einer
Konditonier -Schnecke (IV). Beim Transport durch die Schneckengänge werden die Strang
an den vorgebildeten Bruchstellen nach und nach immer mehr zerteilt, bis schließlich
ein einheitliches Granulat mit einzelnen Strangstücken von etwa 5-mm Lange vorliegt.
Dabei werden die einzelnen Granulat teilchen geglättet und an-den Schnittflächen
abgerundet.
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V. Die feuchten Granulate werden in einem kontinuierlichen Bandtrockner
(T) getrocknet, wobei eine Gesamtflüchte von etwa 5 (bei zweistündigem Trocknen
bei 1100C) eingestellt wird.
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Die trockenen Granulate fallen praktisch völlig staubfrei an, sind
ausgezeichnet rieselfähig und aufgrund ihrer einheitlichen geometrischen Struktur
einwandfrei dosierbar. Die erfindungsgemäß hergestellte Masse läßt sich sowohl nach
den üblichen Form- und Spritzpreß-Verfahren,mit besonderen Vorteilen auf automatisch
arbeitenden Spritzgießmaschinen zu Formteilen einwandfreier Qualität verarbeiten.
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Prüfkörper gemäß DIN 7708, Blatt 2, lieferten für die Formmasse gemäß
diesem Beispiel folgende Werte: Biegefestigkeit kp/cm2 502 Schlagzähigkeit kpcm/cH
5,3 Kerbschlagzähigkeit kpcm/cm2 5,5 Formbeständigkeit nach Martens °C 149 Glutbeständigkeit/Gütegrad
4 Oberflächenwiderstand (beh.) VZ Wasseraufnahme mg 48 Rohdichte g/cm3 1,85 Schüttdichte
g/cm3 0,64 Feuchtigkeitsgehalt % 3,2 Verarbeitungsschwindung Oi29 Beispiel 2 116
kg der 70 %igen Harzlösung gemäß Beispiel 1, die zusätzlich 2.0 kg Zinkstearat und
1.5 kg Farbstoffe enthält, werden in einem Mischkneter mit einer Lösung von 17 kg
Hexamethylentetramin in 17 kg Wasser sowie mit 40 kg Baumwollschnitzeln und 40 kg
Zellstoffasern
intensiv gemischt. Nach einer Knetzeit Von einer
Stunde werden 55 kg Wasser Zugegeben und noch einige Minuten durchgemischt. Die
derart einen formbaren Zustand gebrachte Masse wird mit einem Extruder mit einer
Schnecke durch eine Lochscheibe mit Bohrungen von 5 mm zu Strängen vorgeformt und
mit einer "Konditionier"-Schnecke soweit behandelt, bis einheitliche Strangstücke
von höchstens 10 mm Länge resultieren.
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Die feuchten Stränge werden einem kontinuierlichen Bandtrockner getrocknet,
wobei eine Gesamtflüchte von etwa 2,5 ß (bei zweistündigem Trocknen bei 110°C) eingestellt
wird.
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Die trockenen Granulate sind praktisch völlig staubfrei, rieselfähig
und einwandfrei dosierbar.
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Die erfindungsgemäß hergestellte Masse läßt sich sowohl durch Spritzpressen
als auch durch Spritzgießen automatisch zu Formteilen einwandrreier Qualität verarbeiten.
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Prüfkörper gemäß DIN 7708, Blatt 2, lieferten folgende Werte: Biegefestigkeit
kp/cm2 619 Schlagzähigkeit kpcm/cm2 6,0 Kerbschlagzähigkeit kpcm/cm2 7, o Formbeständigkeit
nach Martens °C 148 Glutbeständigkeit Gütegrad 3 Oberflächenwiderstand (beh.) VZ
8 Wasseraufnahme mg 148 Rohdichte g/oma Schüttdichte g/cm2 0,33 Feuohtlgkeltagehalt,
2,84 Verarbeitungsschwindung 0,47
In der vorstehend besohriebenen
Weise können auch Formmassen hergestellt werden, die statt der Gemische aus Fasern
bzw. Schnitzeln aus Zellstoff und Baumwolle nur einen dieser Verstärkerstoffe enthalten.