DE19534239A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Duroplasten - Google Patents

Description

Zu den technischen Kunststoffen gehören auch die Duroplaste. Duroplaste sind härtbare Formmassen, die vorzugsweise für das Spritzgießen und Pressen verwendet werden. Duroplaste härten durch Vernetzung aus. Die Vernetzung wird wahlweise durch Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur bewirkt.

Zeitgemäße Duroplaste bestehen wie andere technische Kunststoffe aus einem Materialgemisch, das einer besonderen Aufbereitung bedarf Typische Aufgabenstellungen der Aufbereitung sind:
Plastifizieren, Einmischen und Dispergieren von Additiven (z. B. Stabilisatoren, Farbmittel oder Flammschutzmittel), Entgasen geringer Mengen flüchtiger Bestand­ teile, Füllen, Verstärken, Granulieren
Die Aufbereitung der härtbaren Formmassen (z. B. Phenoplaste, Aminoplaste, ungesättigte Polyester) erfolgte früher auf Mischwalzwerken. Es sind kontinuierliche Aufbereitungen wie auch diskontierliche Aufbereitungen bekannt. Anstelle der Mischwalzwerke sind Kneter, auch Ko-Kneter, Doppelschneckenextruder und Planerwalzendextruder sowie verschiedene Schneckenwerke verwendet worden.

Die vielen verschiedenen bekannten Aufbereitungsanlagen zeigen, daß ein optimaler Aufbereitungsweg noch nicht gefunden ist.

Auch der Erfindung liegt die Aufgabe der Aufbereitung von Duroplasten zugrunde. Dabei greift die Erfindung die Planetwalzenextruder als Aufbereitungsanlage wieder auf, obwohl die Extruder an sich als die am wenigsten für die Aufbereitung von Duroplasten geeigneten Anlagen erscheinen. Das hat seine Ursache in der starken Verformungsarbeit im Extruder, die sich sofort in Wärme umsetzt. Jede unerwünschte Erwärmung verschlechtert bzw. zerstört die Duroplaste.

Nach der Erfindung wird ein Planerwalzenextruder verwendet, der am Austrittsende ohne Druckaufbau zwischen mehrere offene Förderwalzen arbeitet, denen ein Granulator nachgeschaltet ist. Offene Förderwalzen sind solche ohne Gehäuse. Der Granulator kann belieber Bauform sein.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse stellen sich ein, wenn der Planetwalzenextruder bei einem Teilkreisdurchmesser von 100 bis 500 mm der Innenverzahnung im Gehäuse eine Länge von 500 bis 2000 mm aufweist. Die für die erfindungsgemäße Aufbereitung vorgesehenen Maximallängen sind mit Maximallängen von 3.000 bis 4000 mm üblicher Extruder zu vergleichen. Das macht den sehr viel geringeren baulichen Aufwand der für die erfindungsgemäße Aufbereitung vorgesehenen Anlage gegenüber einer Aufbereitung in einem einzigen herkömmlichen Extruder deutlich.

Noch größere bauliche Vorteile ergeben sich bei einem Vergleich mit anderen Aufbereitungseinrichtungen, z. B. mit einem Ko-Kneter.

Die Förderwalzen haben vorzugsweise eine Länge von 500 bis 1500 mm bei einem Walzendurchmesser von 200 bis 1000 mm. Auch unter Berücksichtigung der Förderwalzen sind die vorerwähnten baulichen Vorteile festzustellen.

Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Anwendung auf die Einarbeitung von faserigen Zuschlagstoffen, insbesondere Glasfasern, außerordentlich gute Ergebnisse zeigt. In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgt die Zudosierung der Fasern von oben in den Walzenspalt der offenen Förderwalzen und/oder auf eine oder beide Förderwalzen. Zwischen den Förderwalzen findet eine schonende Verteilung der Fasern in der Formmasse statt. Die Zudosierung der Fasern nach Austritt der Formmasse aus dem Extruder hat den Vorteil, daß die z. B. Glasfasern durch den Extruder nicht gebrochen werden. Je länger die Glasfasern bleiben, desto vorteilhafter ist ihre Wirkung.

Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor:
Die Duroplaste werden zunächst in einem Planerwalzenextruder plastifiziert und homogenisiert. Die Formmasse tritt im wesentlichen drucklos und in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur mit einer unterhalb dieser Reaktionstemperatur liegenden Temperatur von 100 bis 140 Grad Celsius aus dem Planerwalzenextruder aus und unmittelbar in den Walzenspalt zweier offener, gegenläufig bewegter Förderwalzen. Die Förderwalzen sind voneinander unabhängig einstellbar. Die eine Walze ist fest im Maschinengestell gelagert, die zweite Walze mittels Hydraulik verfahrbar. Beide Walzen sind getrennt voneinander zweifach temperierbar, d. h. kühlbar und aufheizbar. Die Temperatur ist zwischen 15 und 140 Grad Celsius einstellbar.

Im Walzenspalt bildet sich ein Knet, auf den die Fasern aufgestreut werden können. Die Fasern werden auf sehr schonende Weise über den Knet in die Formmasse eingebettet. Durch Transportwendeln auf den Förderwalzen und die Neigung der Formmasse, eine der Walzen wie ein Mantel/Fell zu umschließen, entsteht eine Förderwirkung in Walzenlängsrichtung. Die Mantel/Fell-Bildung kann durch unterschiedliche Temperaturführung und/oder Drehzahl gefördert werden.

Es ist von Vorteil, die Fasern nicht nur auf den Knet, sondern auch auf den Formmassen- Mantel/Fell aufzustreuen.

Statt aufgetragener Wendel können auch Rillen in die Walzen eingearbeitet sein.

Am Förderende der Förderwalzen befindet sich eine Lochtrommel. Die Lochtrommel arbeitet mit einer der Förderwalzen zusammen, so daß die am Förderende aus dem Walzenspalt austretende Formmasse als Streifen abgezogen und zwischen die Förderwalze und die Lochtrommel gezogen werden kann. Die Formmasse dringt dabei durch die Öffnungen im Mantel der Lochtrommel hindurch in deren Innenraum. Dort wird die Formmasse mit einem stehenden Messer oder Schaber von der umlaufenden Trommel abgeschnitten, so daß ein Granulat entsteht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Planerwalzenextruder 1 mit einer mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Länge von 500 mm. Der Planetwalzenextruder 1 besitzt ein Gehäuse, in dem eine im einzelnen nicht dargestellte Zentralspindel umläuft. Auf der Zentralspindel laufen im Ausführungsbeispiel 8 Planetspindeln. Dabei kämmen die Planetspindeln zugleich mit der Zentralspindel und einer innen verzahnten Buchse in dem Gehäuse. Die Verzahnung der Buchse hat einen Teilkreisdurchmesser von 150 mm.

Im Betriebsfall werden die Einsatzstoffe für eine Duroplastmischung in den Aufgabetrichter 6 des Planerwalzenextruders 1 gegeben. In dem Planerwalzenextruder 1 kommt es zu einer Plastifizierung und Homogenisierung. Additive werden in der Formmasse dispergiert. Zugleich wird der Planerwalzenextruder so tempereriert, daß eine möglichst hohe Verarbeitungstemperatur in der Mischung entsteht, die aber noch unterhalb der Reaktionstemperatur der Mischung liegt.

Während der Aufbereitung der Mischung im Extruder 1 kommt es aufgrund der Förderwirkung der Spindeln zu einem Transport der Mischung von dem Aufgabetrichter 6 zum Austragende 7. Am Austragende befindet sich bei üblichen Extrudern ein Extrusionswerkzeug in Form einer Düse. Der erfindungsgemäße Planerwalzenextruder arbeitet ohne Düse. Die Düse würde einen starken Druckaufbau mit der Gefahr einer unzulässigen Erwärmung in der Formmasse bewirken. Das heißt, im Ausführungsbeispiel tritt die Formmasse zwischen der Zentralspindel und dem sogenannten Anlaufring aus. Der Anlaufring ist ein am Gehäuse befestigter Ring, an dem die auf der Zentralspindel und in dem Gehäuse umlaufenden Planetspindeln gleiten. Der Anlaufring nimmt den Axialschub der Planetspindeln auf.

Die austretende Formmasse fällt auf ein unter dem Austragende des Planerwalzenextruders 1 angeordnetes Walzengerüst 3. Im Walzengerüst 3 werden Glasfasern in die Formmasse eingearbeitet. Der Bearbeitungsvorgang erfolgt im Walzenspalt von zwei parallel zueinander angeordneten und gegenläufig rotierenden Walzen 10 und 11. Der Spalt ist, ohne daß Metallflächen aufeinander reiben, einstellbar von 0,3 bis 10 mm. Beide Walzen sind außen mit vielen Längsrillen und gewindeartigen Scher- und Transportnuten versehen. Jede Walze läßt sich auf der gesamten Länge mit unterschiedlich einstellbaren Temperaturstufen intensiv von innen heizen oder kühlen.

Über der Aufgabeseite des Walzengerüsts 3 ist ein Dosierwerk 12 zur Aufgabe von Glasfasern vorgesehen. Das Dosierwerk 12 besteht aus einem Trichter mit einer Aufgabeschnecke 13. Der Trichter wird in Längsrichtung der Walzen des Walzengerüsts 3 über dem Walzenspalt und der Walze 11 hin- und hergehend bewegt und streut dabei die Glasfasern auf die Formmasse in dem Walzenspalt und auf die Walze 11.

In einem anderen Ausführungsbeispiel wird nur die Aufgabeschnecke 13 bewegt. Statt der geradlinigen Bewegung kann auch eine Schwenkbewegung vorgesehen sein. Als Aufgabevorrichtung kann auch eine Vibrationsdosierung vorgesehen sein.

Durch unterschiedliche Temperatur- und Drehzahleinstellung beider Walzen bildet sich um die Walze 11 ein Formmassen-Mantel/Fell. Die Walze 10 bleibt im wesentlichen frei von plastifiziertem Material. Nuten in beiden Walzen 10 und 11 bewirken eine Formmassenbewegung vom aufgabeseitigen Ende der Walzen 10 und 11 zum anderen Ende der Walzen 10 und 11.

Auf dem Weg findet eine intensive Einmischung und Verteilung der Glasfasern in der Formmasse statt.

An dem anderen (austragseitigen) Ende der Walzen 10 und 11 bestehen mehrere Möglichkeiten zur Abnahme der Formmasse von der Walze 11. Mittels eines Streifenschneider kann ein endloser Materialstreifen abgenommen werden. Da die Handhabung des Endlosstreifens arbeitsintensiv ist, wurde für zähfeste Materialien ein Vielfach-Schneidrad entwickelt, das den Materialstreifen in leichter zu handhabende Abschnitte zerteilt. Am häufigsten findet ein Granulator Anwendung. Dazu eignet sich eine Lochtrommel. Aus dem Walzenspalt der Walzen 10 und 11 kommend wird die Formmasse von der Walze 11 von außen durch die Bohrungen der Lochtrommel 14 gedrückt, die am austragseitigen Ende gegen die Walze 11 drückt.

Von innen wird die aus den Bohrungen der Lochtrommel 14 austretende Formmasse mittels eines stehend angeordneten Schneidmessers abgetrennt. Dadurch fällt die Formmasse als Granulat an. Der Durchmesser des Granulats beträgt wahlweise 4 bis 10 mm. Das Granulat bleibt trocken und kann nach einer kurzen Kühlstrecke siliert werden.

Claims (6)

1. Aufbereitung von Duroplast durch

• a. Plastifizieren und Homogenisieren der Einsatzmischung in einem Planetwalzenextruder (1) unter Verwendung eines Extruders (1) ohne Extrusionsdüse,
• b. drucklose Übergabe der Formmasse aus dem Planetwalzenextruder (1) in den Walzenspalt zweier einstellbarer, offener Förderwalzen (10, 11),
• c. Granulieren der Formmasse nach Erreichen des Austragsendes der Förderwalzen (10, 11).

2. Aufbereitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zumischung von faserigen Stoffen im Walzenspalt der Förderwalzen (10, 11).

3. Aufbereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die faserigen Stoffe Glasfasern sind.

4. Aufbereitung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in den Walzenspalt und/oder auf eine oder beide Walzen (10, 11) gestreut werden.

5. Aufbereitung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderlänge (2) 500 bis 2000 mm bei einem Teilkreisdurchmesser der Extruderinnenverzahnung von 100 bis 500 mm beträgt und die Länge (4) der Förderwalzen 500 bis 1500 mm bei einem Walzendurchmesser von 200 bis 1000 mm beträgt.

6. Aufbereitung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Walzen (11) aus der Formmasse ein Formmassen-Mantel oder Fell erzeugt und in Walzenlängsrichtung bis in den Bereich einer Lochtrommel (5) bewegt wird, die mit dieser Walze (11) läuft, so daß die Formmasse durch die Löcher der Trommel gedrückt und innen zu Granulat abgeschnitten werden kann.