DE19754409C2 - Vorrichtung für die kontinuierliche Aufgabe von Fasern in einen Extruder oder Plastifikator zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuier­ lichen Aufgeben bzw. Zuführen von leichten Schnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit in einen Extruder bzw. Plastifikator.

Die Aufgabe bzw. Zuführung der leichten Schnittfasern in den Extruder bzw. Plastifikator erfordert eine Zwangszuführung, weil Schnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit zur Knäuel- und Brückenbildung in der Einzugszone neigen. Diese Eigenschaft der Knäuel- und Brückenbildung wird u. a. durch Faserlänge, Faserfeinheit, Oberflächenbeschaffenheit, Faserdichte und konstruktive Gestaltung von Schnecke und Eingangszone am Extruder bzw. Plastifikator beeinflußt. Besonders bei Schnecken mit geringer Gangtiefe ist die Aufga­ be von leichten Schnittfasern problematisch.

Nach derzeitigem Stand der Technik, werden leichte faserför­ mige Materialien mit mäßiger bzw. schlechter Rieselfähigkeit mittels Stopfwerk einem Extruder zugeführt (DE 28 47 494 C2; DE 30 31 201 C2). Die Stopfwerke für die Extruder sind mit moto­ risch angetriebenen, sich verjüngenden Stopfschnecken ausge­ rüstet, die sich in einem trichterförmigen Gehäuse drehen. Die faserförmigen Materialien werden durch die Stopfschnecke verdichtet und in den Zylinder des Extruders gedrückt.

Eine weitere technische Variante zur Zuführung von Fasern mit schlechter Rieselfähigkeit in Extruder bzw. Plastifikator ist eine Faseraufgabe in Form von Faserband. Diese technische Lösung ist durch die Faserlänge eingeschränkt, da nur Fasern mit einer Länge von über 15 mm zu Bändern verarbeitet werden können. Nachteilig ist hierbei, dass dafür eine kosteninten­ sivere textile Vorstufe zur Herstellung des Faserbandes erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kontinu­ ierlichen Aufgabe bzw. Zuführung von leichten Schnittfasern in einen Extruder bzw. Plastifikator zu schaffen, wobei die Schnittfasern eine mäßige bis schlechte Rieselfähigkeit aufweisen. In Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Ende einer vom Zuführungstrichter ausgehenden Schneckenzuführung seitlich versetzt zum Mittelpunkt des Fallrohres angeordnet ist und eine weitere Schneckenzuführung, deren Ende in die Extruderöffnung mündet, dem Fallrohr nachgeordnet ist.

Die Vorrichtung ist speziell für Fasern mit einer Faserdichte unter 2 g/cm³ und einer mäßigen bis schlechten Rieselfähigkeit ausgelegt. Die Erfindung eignet sich für die Aufgabe von faserförmigem Material (Kohlenstoffasern, Aramidfasern, LCP- Fasern, konventionelle Synthesefasern wie PA, PAN, PP, PET u. a. sowie Celluloseregenerat- und Naturfasern) mit einer Faserlänge von 2-50 mm in den Extruder zur Herstellung faser­ verstärkter Kunststoffe bzw. zum Recycling von synthetischen Fasern durch Extrusion.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich gegenüber her­ kömmlicher Stopfwerken für die Extrusionstechnik dadurch, dass die Zuführung der Fasern bzw. faserförmigen Materialien mittels Saugförderung in eine seitliche Dosierschnecke bzw. in die Eingangszone eines Extruders bzw. Plastifikators erfolgt.

Diese pneumatische Saugförderung der faserförmigen Materiali­ en hat gegenüber der mechanischen Förderung des Stopfwerkes den Vorteil, dass ein Verfilzen oder Kompaktieren des faser­ förmigen Materials verhindert wird, so dass ein gleichmäßiger konstanter Materialstrom in den Extruder gewährleistet ist. Die kontinuierliche Faserzufuhr ermöglicht einen konstanten Materialeintrag, was sich besonders bei der Herstellung von Platten- und Profilhalbzeugen positiv auf die Qualität aus­ wirkt.

Bei biegeweichem Fasermaterial synthetischer und cellulosi­ scher Struktur bewirkt der gleichmäßige Materialstrom bei Saugförderung eine verbesserte Einarbeitung und Verteilung der Faserkomponenten im Matrixmaterial. Besonders bei Extru­ dern mit kleineren Schneckendurchmessern bzw. Gangtiefe ist die Aufgabe der faserförmigen Materialien mittels Saugförde­ rung von Vorteil, da hohe Biegemomente auf die Extruder­ schnecken wie bei einer Arbeitsweise mittels Stopfwerk ver­ mieden werden. Die neue Vorrichtung hat weiterhin den Vor­ teil, dass Staubanteile aus dem geförderten Material durch das Faserrückhaltesieb hindurchgelangen und somit eine Sepa­ rierung von Staub- und Feinanteilen aus dem Fasermaterial zur staubarmen Faserdosierung möglich ist.

Mit der Vorrichtung können erfindungsgemäß leichte Fasern mit mäßiger oder schlechter Rieselfähigkeit und einer mittleren Faserlänge von 2-50 mm direkt einem Extruder oder Plastifika­ tor kontinuierlich zugeführt werden.

Nach dieser Vorrichtung können die Fasern durch Saugförderung mittels Luftstrom von der Austragsöffnung einer Dosierein­ richtung (1) bzw. dem Vorratsbehälter über ein Fallrohr (2) in das Schneckengehäuse (3) des Beistellextruders oder des Extruders gesaugt werden. Das obere Ende des Fallrohres ist offen, so dass die Rohröffnung zum Druckausgleich für die Saugförderung dient. Das Fallrohr ist mit dem Schneckengehäu­ se luftdicht verbunden, wobei ein Sichtfenster des Schnecken­ gehäuses zur Kontrolle des Fasertransportes vorteilhaft ist. Das Schneckengehäuse kann mit einer oder zwei Förderschnecken (4) ausgerüstet sein. Unterhalb der projizierten Schnecken­ fläche wird der Luftstrom durch ein Faserrückhaltesieb (5) aus dem Gehäuse bzw. Zylinder abgesaugt. Die Siebbreite unterhalb der Schnecke sollte zwischen 20-90% des projizier­ ten Schneckendurchmessers betragen. Die Länge der Siebfläche, durch die die Luft gesaugt wird, ist abhängig von der benö­ tigten Luftmenge und dem Unterdruck für den Fasertransport. Die Absaugung der Luft aus dem Gehäuse erfolgt mit einem Gebläse (7), wobei die abgesaugte Luftmenge über eine Stell­ klappe (6) reguliert wird. Für die Saugförderung der Fasern mittels Luftstrom ist ein Unterdruck von max. 0,5 bar ausrei­ chend. Dieser Luftstrom bewirkt, dass die Fasern in die Schneckengänge der Förderschnecken bzw. auf das Sieb gezogen werden. Durch die Drehbewegung der Schnecken werden die Fasern vom Sieb abgekämmt und im Schneckengang in Richtung der Extruderöffnung (8) gefördert.

Hauptvorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, leichte Fasern mit schlechter Rieselfähigkeit und einer mittleren Faserlänge von 2-50 mm kontinuierlich Extrudern oder Plasti­ fikatoren zuzuführen.

Die Antriebe der Schneckenzuführungen (1) und (4) können separat betrieben werden.

Der Schneckendurchmesser (4) ist größer oder gleich dem Schneckendurchmesser (1).

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung be­ schrieben.

Auf einer Extrusionsanlage werden mit der beschriebenen Vorrichtung (Zeichnung 1) leichte synthetische Schnittfasern (Kohlenstoffasern, Aramidfasern, LCP-Fasern, konventionelle Synthesefasern wie PA, PAN, PP, PET u. a. sowie Celluloserege­ nerat- und Naturfasern) über eine Seitenöffnung einem Gleich­ dralldoppelschneckenextruder mit einem Schneckendurchmesser von 25 mm zugeführt.

Für die Faseraufgabe wurden leichte synthetische Fasern mit Faserlängen von 3 mm bzw. 6 mm von einem Titer von 1,7 dtex verwendet. Das Gebläse zur Zwangsförderung der synthetischen Fasern mittels Luftstrom besaß eine max. freie Förderleistung von 600 m³/h und einen max. Luftdruck von 0,3 bar. Für die Versuche mit Fasermengen von 1,5 kg/h wurde über eine Stell­ klappe die Luftmenge und damit der Unterdruck reduziert. Zum Abkämmen bzw. zur Zuführung der Fasern in den Extruder wurden Doppelschnecken mit einem Durchmesser von 25 mm bei einer Drehzahl von 75 U/min gewählt. Die Maschenweite des Siebes zum Zurückhalten der Fasern auf dem Sieb richtete sich nach Schlankheitsgrad und Steifigkeit der Fasern, dem Luftstrom, der Schneckenform und der Umlaufgeschwindigkeit der Förder­ schnecken. Als Beispiel hat sich bei der Extrusion mit syn­ thetischen Fasern eine Maschenweite des Siebes von 250 µm für das Zurückhalten der Fasern bewährt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufgeben bzw. Zuführen von leichten Schnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit in einen Extruder bzw. Plastifikator, da­ durch gekennzeichnet, dass das Ende einer vom Zuführungs­ trichter ausgehenden Schneckenzuführung (1) seitlich ver­ setzt zum Mittelpunkt des Fallrohres (2) angeordnet ist und eine weitere Schneckenzuführung (4), deren Ende in die Extruderöffnung (8) mündet, dem Fallrohr nachgeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe der Schneckenzuführungen 1 und 4 separat be­ trieben werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Schneckendurchmesser 4 größer oder gleich dem Schneckendurchmesser 1 ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Absaugung der Luft mit einem Gebläse (7) erfolgt und die Luftmenge über eine Stellklappe (6) regu­ liert wird.