DE2011133A1 - Verfahren zum Strangpressen von Kunststoffmaterialien und Vorrichtung für dieses - Google Patents

Verfahren zum Strangpressen von Kunststoffmaterialien und Vorrichtung für dieses

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DE2011133A1 DE19702011133 DE2011133A DE2011133A1 DE 2011133 A1 DE2011133 A1 DE 2011133A1 DE 19702011133 DE19702011133 DE 19702011133 DE 2011133 A DE2011133 A DE 2011133A DE 2011133 A1 DE2011133 A1 DE 2011133A1
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Description

PATENTANWÄLTE '
dr. W.Schalk· dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR.V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. 1WEINHOLD · DR. D.GUDEL
6 FRANKFURT AM MAIN
CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39
Wd/mu
Case C-7643-C
UMION CARBIDE CORPORATION
270 Park Avenue
New York« N.Y. 10017 / U.S.A
Verfahren zum Strangpressen von Kunststoffmaterialien und Vorrichtung für dieses
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Strangpreßverarbeitung von Kunststoffen, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strangpreßverarbeitung mehrerer Kunststoffströme.
Bei normalen Strangpreß-Verfahren, bei denen nur kurze Verweilzeiten zur Verarbeitung der Kunststoffe benötigt werden, wird im allgemeinen eine verhältnismäßig kurze Strangpresse verwendet, d.h. eine Strangpresse, deren Verhältnis von Zylinderlänge zu Schraubendurchmesser etwa 15:1 beträgt. Bei solchen Verfahren wird jedoch im allgemeinen nur etwa die Hälfte des verfügbaren Schraubendrehmoments des Antriebs zur Verarbeitung ausgenutzt.
1 0 9 ß'4 0 / M 2 3
Es wird daher seit langem angestrebt, die Wirksamkeit des Verfahrens zu verbessern, indem ein größerer Teil des verfügbaren Drehmomentes für die Verarbeitung ausgenutzt wird, ohne daß, die Qualität oder die Gleichmäßigkeit des Produktes leiden. Zu diesem Zweck wurden daher sowohl bei Einzelschrauben- wie auch bei Zwillingsschrauben — Strangpressen versucht, das Verhältnis von Zylinderlänge zu Schraubendurchmesser heraufzusetzen, um eine höhere Wirksamkeit des Drehmomentes zu erzielen. ' '
Ein weiterer Versuch zur " rbesserung der Drehmoment-Wirksamkeit bestand darin, Einzelschrauben — oder Zwillingsschrauben — Strangpressen für Kunststoffe gemeinsam mit einer Antriebsvorrichtung anzutreiben, um so das verfügbare Drehmoment besser auszunutzen. Einige dieser Einzelschrauben- und Zwillingsschrauben-Systeme werden von Schenkel in "Plastic Extrusion - Technology and Theory" (American Elsevier Publishing Co., New York, zuerst veröffentlicht 1963 in Deutschland, Verlag Carl Hanser), beschrieben. Das auf Seite 42 dieser Veröffentlichung beschriebene Einzelschrauben-System arbeitet mit einer zwischen zwei Einzelschrauben-Strangpressen angeordneten zentralen Antriebswelle, und das Kunststoffmaterial wird getrennt von der Antriebswelle und nach außen hin in die beiden Strangpressen gegeben. Die auf Seite 41 beschriebene Zwillingsschrauben-Vorrichtung arbeitet mit Zwillingsschrauben, die an gegenüberliegenden Enden angetrieben werden und die Kunststoffströme werden an gegenüberliegenden Enden eingeführt. Die beiden Hälften der Strangpressen sind also mit gegenläufig arbeitenden Schrauben versehen, und die allgemeine Austrittsöffnung befindet sich in der Mitte des Einzelschrauben-Strangpreßgehäuses.
Um die Wirksamkeit des Drehmomentes zu verbessern, wurden noch weitere Anordnungen für Einzelschrauben- oder Zwillings-
1 098"AO/ U2 3
schrnuben-Strangpressen vorgeschlagen; in allen.Fällen -raten ,-jedoch andere schwerwiegende Nachteile zutage, so d&ß die Verbesserung des Drehmoments nicht voll ausgenutzt werden konnte/sWird z.B. lediglich das Verhältnis von Zylinderlänge zu Schraubendurchmesser heraufgesetzt, so wird der Durchsatz der Strangpresse erheblich verschlechtert und somit auch die Durchsatzleistung des gesamten Verfahrens,
Andererseits treten auch bei Verarbeitung von Kunststoffen in zwei, in Längsrichtung gegenläufig durch eine Strangpresse geführten Strömen, wie sie in der Veröffentlichung von Schenkel beschrieben wird, ernsthafte Druck- bzw. Schub-Probleme auf, deren Überwindung so kompliziert ist, daß sie die durch Verbesserung der Drehmoment-Wirksamkeit erzielten Vorteile überwiegen. Wird zum Beispiel der Beschickungsstrom für eine der Strangpreß-Verarbeitungszonen (oder Strangpressen) der von Schenkel beschriebenen Einzelschraubenoder Zwillingsschrauben-Vorrichtungen unterbrochen, so führt dies bei der Einzelschrauben-Vorrichtung zu einem Druck auf den gemeinsamen Antrieb und das gegenüberliegende Lager der leeren Strangpreßzone oder bei der Zwillingsschrauben-Strangpresse zu einem Druck auf das gegenüberliegende Lager und die gesamte Länge der beiden Strangpreß-Schrauben.
Allgemein kann gesagt werden, daß dieses Druck-Problem bei Unterbrechung der Kunststoffbeschickung allen Strangpreßmischern eigen ist, die in Längsrichtung gegenläufig arbei- tende Mischzonen aufweisen. Zur Überwindung dieser· Schwierigkeiten müssen Gregendruckausgleichslager vorgesehen werden, die schwierig zu konstruieren und somit sehr teuer sind,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Strangpreß-Verarbeitungsverfahrens und eine Vorrichtung mit verbesserter Drehmoment-Wirksamkeit unter Beibehaltung
10 9-8'AO/ U2-3 ■■'■-.■
von hohem Durchsatz und ohne das Auftreten von Problemen, die die Wirksamkeit des Systems "beschränken.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Strangpressen von Kunststoffmaterialien, das nun dadurch gekennzeichnet ist, daß man mehrere Ströme von Kunststoffmaterial in getrennte Tandemzonen einer Strangpresse getrennt einführt, die Ströme in den getrennten Tandemzonen verarbeitet und das verarbeitete Kunststoffmaterial getrennt aus den Tandemzonen abzieht, ohne daß das Kunststoffmaterial während der Verarbeitung miteinander vermengt wird.
Die Bezeichnung "getrennte Tandemzonen11 bezieht sich hier auf voneinander getrennte, entlang der Länge der Strangpresse angeordnete Zonen, in denen das Kunststoffmaterial in gleicher Richtung von einer getrennten Eintrittsöffnung zu einer getrennten Austrittsöffnung geführt wird. Die Anzahl der Ströme an Kunststoffmaterial, die den ,getrennten Tandemzonen zugeführt werden können, kann von größerer Zahl als die Zwillingsanordnungen sein.· Die Austrittsöffnungen der eizelnen Verarbeitungszonen müssen klar von den Eintrittsöffnungen der anschließenden Tandemverarbeitungszone abgesetzt sein.
Die Bezeichnung "Kunststoffmaterial" bezieht sich hier auf feste oder flüssige Kunststoffe und auf Mischungen derselben entweder allein oder in Mischung mit bekannten festen Verstärkungsmaterialien, wie z.B. Glasfasern, Metallfasern und dgl. Beispiele für solche feste Kunststoffe sind z.B. Phenol-Polyvinylchlorid- Polyäthylen- Polypropylen- Polysulfon-Polystyrol- und Epoxyharze, die entweder fest oder flüssig sein können. Außerdem sind unter der Bezeichnung "Kunststoffmaterial" sowohl thermoplastische als auch wärmehärtende Harze zu verstehen. Mit Ausnahme von phenolischen Harzen und Epoxyharzen sind alle oben angeführten Kunststoffmaterialien thermoplastisch.
1 0 9 6 ' Ο / U 2 3
Die eriindungsgeffiäße Vorrichtung Ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Strangpresse mit Strangpreß-Schrauben in einem otrangpreßgehäuse umfaßt, die mit mehreren Eintrittsöffnungen für die,Kunststoffbeschickungen und mehreren Austrittsöffnungen für den verarbeiteten Kunststoff versehen sind* wobei diese so angeordnet sind, daß entlang des Strangpreß-' gehäuses mehrere getrennte Verarbeitungszonen in Tandemanordnung entstehen.
'Mt .
Die Bezeichnung "Strangpreß-Schrauben" umfaßt sowohl Einzelschrauben wie auch Zwillingsschrauben bekannter Art. Diese Strangpreß-Schrauben können aus mehreren Schraubenteilen mit gemeinsamer Antriebswelle - wie sie von manchen Herstellern vorgesehen werden - oder einer einheitlichen durchgehenden Schraube bestehen. Die Strangpreß-Schraube kann aus einer Vielzahl von Kombinationen mit unterschiedlicher G-anghöhe ("pitch") oder Drehrichtung bestehen. Gegebenenfalls können in Teilen der Strangpreß-Schraube auch bekannte Knetblockab3Chnitte ("kneading block sections") vorgesehen werden.
Bei einer Zwillingsschrauben-Vorrichtung können die . Zwillingswschrauben entweder nahe zueinander in dem Strangpreßgehäuse angeordnet werden, so daß ein Zwischenraum zwischen den beiden Schrauben verbleibt, oder sie können so dicht beieinander liegen, daß die Windungen der einen Schraube in die Windungen der zweiten Schraube hineingreifen.
Die erfindungsgemäße Zwiiringsschrauben-Vorrichtung kann so angetrieben werden, daß beide Schrauben in gleicher Richtung gedreht werden oder daß sie gegenläufig arbeiten. Bei einer für viele Fälle be/vorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung laufen die Zwillingsschrauben in gleicher Richtung und greifen ineinander. Auf diese
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/01 U 33
Weise wird eine erwünschte Selbstreinigung erzielt, die die Ansammlung von Kunststoffmaterial im Gewindefluß der Strangpreß-Schrauben verhindert.
Bei der erfindungsgemäßen Zwillingsschrauben-Strangpreßvorrichtung können die Zwillingsschrauben entweder am gleichen Ende durch eine gemeinsame Antriebsvorrichtung oder an gegenüberliegenden Enden durch zwei getrennte Antriebsvorrichtungen angetrieben werden. '
Beim Verarbeiten von wärmeempfindlichen Harzen, wie z.B. den wärmehärtenden Phenolformharzen, wird während der Verarbeitung mehr Wärme erzeugt als Eigenwärme mit dem Produkt entfernt wird. Daher muß das Produkt durch Wärmeableitung gekühlt werden, z.B. indem Kühlmittel durch Schrauben und Gehäuse geführt werden. Die Kapazität zur Kühlung des Produktes ist daher der begrenzende Faktor, der den Aufbau größerer Strangpreßeinheiten beeinflußt. Die bei der vorliegenden Erfindung angewendete Mehrfach-Beschickung und die Form der Vorrichtung verbessert die Kühlkapazität pro kg des Durchsatzmaterials erheblich, ein Gesichtspunkt, der bei großen Verarbeitungsvorrichtungen von entscheidender Bedeutung ist, da hierdurch ein Überhitzen des Materials vermieden wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können daher erheblich höhere Produktionsgeschwindigkeiten erzielt werden als mit Einzylinder-Strangpressen gleicher Größe.
Außerdem wurde gefunden, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Verarbeitung bei niedrigeren Geschwindigkeiten von jedem der getrennten Ströme optimal wird, so daß Produkte von maximaler Qualität und Einheitlichkeit erhalten werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt:
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Pig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zwillingsschrauben-Vorrichtung zum Strangpressen-von Kunststoffmaterialien, die zwei getrennte Tandem-Verarbeitungszonen aufweist;
Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 entlang der linie 2-2;
Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung der FIg. 1 entlang der Linie 3-5;
Flg. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einzelsehrauben-Vorrichtung zum Strangpressen von Kunststoffmaterialf die zwei getrennte Tandem-Mischzonen enthält, und
Fig* 5 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 4 entlang der Linie 5-5.
In den Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen wird eine Strangpreß-Verarbeitungsvorrichtung 10 dargestellt, die mit einer eng von dem äußeren Gehäuse 14 umfaßten Schraubenvorrichtung 12 versehen Ist* Diese wiederum umfaßt die Zwillingsschrauben 12a und 12b. Wie aus FIg* 2 ersichtlich, liegen diese Zwillingsschrauben 12a und 12b sehr nahebeieinander, Jedoch nicht so dicht, daß Ihre Windungen 16a und 16b ineinandergreifen. Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung der Zwillingsschrauben 12a und 12b, bei der die Schräubenwindungen 16a und- 16b ineinandergreifen. .
Die Schraubenvorrichtung 12 ist in zwei getrennte Verarbeitungszonen 18a und 18b unterteilt, die Über die Trichterbehälter 20a bzw. 20b beschickt werden; jede Zone weist eine Auetrittsöffnung 22a bzw. 22b für das Kunststoffmaterial auf.
- 1 09 8A 0/ 1 /,2 3 .
/011133
Zwischen dem Austrittsende der Mischzone 18a und dem Eintrittsende der Mischzone 18h ist eine Zone mit gegenläufigen Schraubenwindungen 24 versehene Zone vorgesehen, damit ein Vermischen des Kunststoffmaterials aus den beiden getrennten Verarbeitungszonen vermieden wird.
Jede der Verarbeitungszonen weist nahe dem Eintrittsende eine Entlüftungsöffnung 26 auf, durch die etwa eingeschlossene Luft zu einer gegebenenfalls unter Vakuum stehenden Entlüftungsvorrichtung geführt wird. Die Entlüftungsöffnung 26 kann mit einem porösen Sieb versehen sein, das eine Unterstützung aus Glaswolle oder dgl. aufweist.
Wie aus den Pig. 1 bis 3 ersichtlich,ist die Schraubenvorrichtung 12 mit einer Antriebsvorrichtung 28 gekuppelt, durch die die Zwillingsschrauben 12a und 12b entweder in gleicher Richtung oder gegenläufig angetrieben werden.
Bei Durchführung des Verfahrens fließt das Kunststoffmaterial 30 durch die Trichterbehälter 20a und 20b und die Eintrittsöffnungen 32a und 32b in die jeweilige Tandem-Mischzone 18a bzw. 18b der Strangpresse 10. Nach dem Verarbeiten in den getrennten Tandemzonen werden die Materialströme 34a bzw. 34b durch die Austrittsöffnungen 22a bzw. 22b abgeführt und gegebenenfalls weiterverarbeitet.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform mit Einzelschrauben wurden den gleiche Funktionen ausübenden Elementen die gleichen Bezugsnummern wie in den Fig. 1 bis 3 gegeben. Der Unterschied zwischen der modifizierten Vorrichtung der Fig. 4 und 5 und der Vorrichtung der Fig. 1 bis 3 besteht lediglich darin, daß bei den Fig. 4 und 5 anstelle der Zwillingsschraubenvorrichtung eine Einzelschraube verwendet wird.
1 0 9 R U 0 / U 2 3
ν V- -V V ■"'- 9 - ■-.'■'■■'
Als Beispiel wurden in der in den Pig, 1 "bis 3.-dargestellten Zwillingssehrauben-Strangpresse Phenolformharze verarbeitet. Die Strangpresse War mit Zwillingsschrauben versehen, die ,jeweils einen Durchmesser von 53 mm aufwiesen und mit einer Geschwindigkeit von 300 ü/Min. am gleichen Ende und in gleicher Richtung angetrieben wurden.
Die Gesamtlänge der Schrauben betrug 2344 ram, und es waren zwei Verarbeitungszonen einer Länge von jeweils 840 mm vorgesehen. Von der Gesamtlänge wurden 85 mm von Knetblöcken eingenommen und der Rest bestand aus dreifach überlappenden Windungen mit einer Ganghöhe von 90 mm (Länge für "eine vollständige Umdrehung). Das Gehäuse der Strangpresse wurde mit Wasser gekühlt, wobei das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 24,6 l/Min, und bei einer Temperatur von 600Cund einem Druck von 2,8 kg/cm durch das Gehäuse zirkulierte. -■.-■■"
In jede' der beiden Verarbeitungszonen wurden 61,2 kg Pnenolformharz geleitet; die Gesamtmenge für einen Absatz betrug also 122,4 kg.
Wach der Verarbeitung in der Strangpresse wurde das Material mit einer Drehmesser-Schneidevorrichtung granuliert und klassifiziert. Es wurde zu einer Mischung nachverarbeitet und folgende Ergebnisse erhalten
Mischzeit ·Schuttgewicht
15 Minuten 0,59 g/ccm
30 Minuten 0,61 g/cem
45 Minuten 0,62 g/ccm .
1 098A0/1A23

Claims (5)

  1. Pa tentansprilehe
    Verfahren zur Strangpreßverarbeitung von Kunststoff-' materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Ströme von Kunststoffmaterial in getrennte Tandemzonen einer Strangpresse getrennt einführt, die Ströme in den getrennten Tandemzonen verarbeitet und das verarbeitete Kunststoffmaterial getrennt aus den Tandemzonen abzieht, ohne daß das Kunststoff material während der Verarbeitung miteinander vermengt wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Strangpreßverarbeitung von Kunststoffmaterialien zur Durchführung des.Verfahrens nach Anspruch
    sie
    1, dadurch gekennzeichnet, daß/eine Strangpreßschraubenvorrichtung (12) in einem Strangpreßgehäuse (14) mit mehreren Eintrittsöffnungen für das Kunststoffmaterial (32a, 32b) und mehreren Austrittsöffnungen (22a, 22b) umfaßt, die so angeordnet sind, daß entlang üea Gehäuses mehrere getrennte Tandemzonen (18a, 18b) entstehen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenvorrichtung (12) eine Einzelschraube (12f) umfaßt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenvorrichtung (12) Zwillingsschrauben (12a und 12b) umfaßt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Eintrittsöffnungen (32a und 32b) und zwei Austritt söffnung en (22a und 22b) vorgesehen sind, wodurch zwei getrennte Verarbeitungezonen (18a und 18b) innerhalb des Strangpreßgehäusee (14) geschaffen warden.
    1 ü 9 P ■', (J / U 2 3
    Lee rseϊ te
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