DE2037742A1 - Vorrichtung zur Strangverpressung von Polymermassen aus mehreren Bestandteilen - Google Patents

Description

D₁. Hans-Heinridi Willrath Dr. Dieter Weber

PATENTANWÄLTE

Telegrammadresse: WILLPATENT PottjAeck: Fr»nkfurt/Maln 0763 Dresdner Bank AG. Wiesbaden Konto Nr. 276807

File 7000-588

D - 62 WIESBADEN 29. Juli 1970 Postfach 1327

GustaV'Freytag-Stnfit 25 l/Wh

* (M121) 17 2720

Allied Chemical Corporation, 40 Rector Street, New York, N.Y. 10006, USA

Vorrichtung zur Strangverpressung von Polymermassen aus mehreren Bestandteilen

Priorität; Serial No. 853 907 vom 28. August 1969 in USA

Die Erfindung betrifft die Strangverpressung von Formgegen-Btänden aus thermoplastischen Polymerkunststoffen, insbesondre von Polymergemischen aus miteinander nicht verträglichen Bestandteilen und bezweckt die Gewinnung eines prkatisch homogenen Produktes.

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Es ist bekannt/ daß Fäden, Filme usw. durch Auspressung von Schmelzen oder Lösungen von Gemischen miteinander nicht verträglicher Polymerer durch eine öffnung gefertigt werden können. Die erhaltenen Zwei- oder Mehrkomponentenerzeugnisse haben häufig eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, die man durch Anwendung nur eines einseinen Bestandteiles nicht erzielen kann. Solche verpreßten Gemische finden Anwendung in Form von Fasern, Filmen, Einfäden oder Bändern. Bezeichnende Polymergemische, die hierbei verwendbar sind, bestehen beispielsweise aus Mischungen von Polyester-Polyamiden, Polyolefinen-Polystyrol, Polypropylen-Polyacrylacetat, Polyestern'-Polyamiden-Polyolefinen, Polyamiden-Polyolefinen u.dgl.

Bei der Herstellung von Formkörpern aus Gemischen von zwei oder mehr miteinander nicht verträglichen Polymeren ist es für die Erzielung der besten Ergebnisse hinsichtlich Festigkeit, Durchlässigkeit, Spaltung usw. je nach dem Verwendungszweck des Gemisches wesentlich, daß der Strangpreßling aus feinteiligen, gleichförmig verteilten Teilchen mit so niedrigen Durchmessern wie IyU oder weniger besteht. Die Feinheit der Dispersion wird durch viele Faktoren, wie relative Viskosität der Bestandteile, Scherrate in der Strangpresse, Größe der in die Strangpresse eingeführten Teilchen» Verweilzeit in der Mischzone, Verweilzeit in der Zone zwischen Mischzon® und Mundstü@k@au©triti, Filterporosität usw. gesteuert. Bei der Herstellung vom Massen aus miteinander nicht verträglichen Polymergemischen ist ess nicht auereichend, die geschmolzenen Polymeren heftig as varmisehen, um die gewünschte Diapereion zu erslelen. Ea ist auch notwendig,

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eine Zusairmenballung der disperglerten Teilchen zu verhindern und die Strukturveränderungen in der Schmelze in den Zonen geringer Scherwirkung, die sich zwischen dem Schneckenende und dem Mundstücksaustritt befindet, möglichst weit herabzusetzen.

Bei der Strangverpressung von Schmelzmischungen aus miteinander nicht verträglichen Polymeren muß man auch häufig unter der Bedingung einer raschen Vereinigungsgeschwindigkeit arbeiten, was ein Strangvpreßverfahren bei den Polymergemischen schwierig macht, insbesondere wenrfdie Herstellung feiner Textilfasern in Betracht kommt. Besolidere Schwierigkeiten, die beim Verspinnen von Mischungen beobachtet worden sind, bestehen in der Biegung von Fäden an dem Formaustritt, übermäßige Quellung an der Form, Tropfen, Schwankungen im Durchmesser des Strangpreßlings, Schwingungen usw. Diese Schwierigkeiten sind in hohem Maße der Ungleichförmigkeit des Gemisches zuzuschreiben, die sich aus dem Zusammenfließen und Umordnungen in der Schmelze ergeben, die bei schwankenden Geschwindigkeiten während des Flusses des geschmolzenen Polymers von der Mischzone zur Abschreckzone eintreten, wo die Struktur endgültig stabilisiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung, durch die mindestens zwei miteinander nicht verträgliche Stoffe in Form einer Schmelze zu Formgegenständen mit wesentlich verbesserter gleichmäßiger Dispersion der betreffenden Stoffe strangverpreßt werden und die Preßlinge eine reduzierte Formquellung haben. Außerdem sollen Tropfen, Perlen oder Biegungen

zwischen

in der Schmelzzone/der Formöffnung und der Zone im wesentlichen ausgeschaltet werden, wo das Material bei der Aus-

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pressung von Formgegenständen aus einer Schmelze abgeschreckt wird. Das Formprodukt zeichnet sich durch verminderte Zusammenballung aus und besitzt daher eine wesentlich verminderte Bruchrate. Die hergestellten Bänder oder Filme haben auch verbesserte Eigenschaften insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Stoß, Abriebwiderstand usw. Gleichzeitig läßt sich der Bereich der Bearbeitungsbedingungen, unter denen ein unstabiles Gemisch aus miteinander nicht verträglichen Polymeren im Strang zu Fäden, Bändern oder Filmen verpreßt werden kann, erheblich erweitern.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein übliches Strangpreßsystem für Polymergemische, bei dem unverträgliche Polymere vermischt und darauf ausgepreßt werden.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Formplattenanordnung gemäß der Erfindung mit einer Dispergiereinrichtung innerhalb des Pressenmundstückes.

Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei welcher die Dispergiervorrichtung unmittelbar oberhalb der Formöffnung liegt.

Das Verfahren nach der Erfindung erfordert, daß das geschmolzene Material, das aus zwei oder mehreren Schmelzphasen besteht, die wechselseitig praktisch nicht mischbar sind, durch ein feines Filter zum Fließen gebracht wird, das möglichst dicht an oder innerhalb der Formöffnung liegt. Obgleich das dicht an die Formöffnung eingesetzte Bauteil hier als Filter bezeichnet wird,

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versteht es sich, daß seine wesentliche Funktion nicht die eines Filters im üblichen Sinne, nämlich Entfernung unerwünschten Stoffes aus dem Strom, ist, sondern es sich darum handelt, daß das Bauteil eine gute Phasendispersion liefert und ein Zusammenfließen oder Zusammenballen der betreffenden unverträglichen Polymeren bzw. sonstigen Materials, das sich in der Mischung befinden kann, bevor die Mischung in die Formbildungszone des Mundstückes eintritt, verhindert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Filter oder die Dispergiereinrichtung, die beispielsweise aus einem Satz von Filtersieben, einer porösen Filterplatte, einer Sandpackung usw. bestehen kann, zwischen den Mundstückseintritt und die Formöffnung gelegt, wo die geringste Gelegenheit besteht, daß die Teilchen sich wieder vereinigen könnten, bevor der Formling abgeschreckt wird.

Fig. 1 zeigt schematisch einen üblichen Spinnblock 10 mit einer ersten Kammer 11, worin das Polymermaterial sich vermischt, und einer zweiten Kammer 12, in die das Polymergemisch vor der Verspinnung eingeführt wird. Am Boden der Kammer 11 befindet sich ein Filterlement 13, das im wesentlichen zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Polymer dient, welche die Fadenauepressung aus den Spinnlöchern 15 in der Platte 14 schädlich beeinflussen könnten. Es wurde nun festgestellt, daß bei vielen Gemischen miteinander nicht verträglicher Stoffe in der Kammer ein wesentlicher Zusammenfluß auftritt, aufgrund dessen sich •in Spinnprodukt ergibt, dessen Querschnitt erhebliche Schwankungen in der Zusammensetzung zeigt. Gemäß der Erfindung wurde

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festgestellt, daß der zusätzliche Einsatz einer Dispergiervorrichtung angrenzend an der Spinndüsenöffnung einen Zusammenfluß im Produkt im wesentlichen ausschaltet und einen relativ homogenen Querschnitt liefert.

Gemäß Fig. 2 besteht die Spinndüsenplatte aus zwei Teilen: Der Hauptplatte 20, in der die Spinnöffnungen 25 ausgebildet sind, und der Lochplatte 21, in der kegelförmige Löcher 22 ausgebildet sind. Letztere verengen sich zu den Spinnöffnungen 25. Zwischen die Platten 2O und 21 ist ein geeignetes Dispergierelement 27 eingelegt, das dazu dient, das Gemisch unmittelbar, bevor es in den Spinnöffnungen 25 endverformt wird und darauf abgeschreckt wird, innig zu dispergieren. Geeignete Befestigungsmittel, z.B. Schrauben 23, sichern die Platte 22 und das Element 27 an der Platte 20.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 liegt die Dispergiereinrichtung oberhalb der kegelförmigen Löcher 32, die sich in einem Stück mit den Formöffnungen 35 befinden. Das Bauelement 37 ist in seiner Lage zwischen der Spinndüsenplatte 30 und der Niederhalteplatte 31 mittels Bolzen 33 festgelegt. Es ist wiederum festzustellen, daß die Elemente 27 (Fig. 2) und 37 (Fig. 3) nicht als Filter im üblichen Sinne wirken; denn die Polymeren sind in üblicher Weise vorher filtriert worden, um unlösliche oder fremde Stoffe zu entfernen, welche die Mundstücksöffnung verstopfen oder das Gemisch in sonstiger Weise verunreinigen bzw. die richtige Auspressung des Gemisches stören könnten. Es ist also ersichtlich, daß die Anordnung des Dispergierelomentea dicht an der Mundstücksöffnung ein Aufbrechen der Teilchen ergibt, die größer aind als die Kanäle in dem Element und das

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Gemisch vor seinem Eintritt in die kritische Zone am Mundstücksaustritt homogenisieren, wo das geschmolzene Polymer ohne zu reißen der von der Aufnahmevorrichtung und dem Gewicht ausgeübten Zugspannung widerstehen muß.

Da das Vorhandensein des Dispercjerelementes dicht an der Düsenöffnung das Zusammenfließen und Zusammenballen verhindert, können die Zeitbedingungen des Strangpreßverfahrens so verändert werden, wie es ohne nachteilige Ergebnisse am vorteilhaftesten ist. Beispielsweise kann man die Temperatur erhöhen,, was häufig zu einem Anstieg in der Geschwindigkeit des Zusammenflusses oder der Zuammenballung führt. Eine Temperatursteigerung ist häufig erforderlich, wenn höhere Produktionsgeschwindigkeiten gefordert werden. Die Möglichkeit, in einem weiteren Temperaturbereich und mit schnelleren Zusammenflußgeschwindigkeiten zu arbeiten, kann also zu einer Herabsetzung der Produktionskosten führen, was auch ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf den Schmelzspinnprozeß beschränkt ist. Ihre verschiedenen Vorteile ergeben sich auch bei einem Trocken- oder Naßspinnverfahren, bei dem zwei oder mehr miteinander nicht verträgliche Polymere in einem Trägermittel dispergiert sind, das entfernt wird, nachdem das Gemisch auf Faser- oder Filmform strangverpreßt ist. Weitere Systeme, die in dieser Weise verarbeitet werden können, sind auch Gemische von geschmolzenenLegierungen und Polymeren oder niedrig schmelzenden Gläsern und Polymeren.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung:

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Beispiel IA

Nylon 6 vom mittleren Molekulargewicht 25.0(X) und Polyäthylenterephthalat vom mittleren Molekulargewicht 8.000 in Pelletform wurden in einem Gewichtsverhältnis von 70 % Nylon 6 und 30 % Polyäthylenterephthalat vorgemischt. Dann wurde das Gemisch aus einer Schneckenpresse im Strang verpreßt, wobei die Zylindertemperatur und die Mundstückstemperatür auf 277 bzw. 282° C (530 bzw. 540° F) gehalten wurden.

Die Pressenschnecke von 25,4 nun Durchmesser rotierte mit 50 U/Min.,und die Fließgeschwindigkeit durch die Meßpumpe und das Pressenmundstück wurde zu 38 g/Min, gemessen. Unmittelbar hinter die Meßpumpe wurde ein Filter eingesetzt, um unreine, oder feste Teilchen aus der Schmelzmischung auszufiltrieren. Eine unmittelbar vor der Mundstückskapillare eingesetzte Dispergiereinrichtung diente zur Feindispergierung des Gemisches. Die ständige Fließgeschwindigkeit durch die Mundstückskapillare wurde durch das Schneckenmundstück aufrechterhalten, was schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Das Mundstück hatte einen Totaleintrittswinkel von 60°, eine Kapillarlänge von 6,10 mm (0,240 Zoll) und einen Durchmesser von 1,52 mm (0,060 Zoll). Feine Drahtsiebe von 100 χ 100 Maschen wurden zwischen die Trennfläche des Mundstückseinganges und der Kapillare als Dispergiereinrichtung 27 eingesetzt. Die Mundstücksguellung des Strangpreßerzeugnisses definiert als Querschnittsflächenverhältnis des Produktes zur Mundstückskapillare wurde zu 2,3 berechnet .

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Die Auspressung war stetig, und es wurde keine Schwingung oder Tropfenbildung beobachtet. Die DurchmesserSchwankung des Strangpreßlings wurde zu weniger als 1 % gemessen. Photomikroskopische Untersuchung der gesponnenen Faser zeigte, daß feine Polyesterteilchen von 1/U mittlerem Durchmesser gleichmäßig in der Nylongrundlage dispergiert waren.

Beispiel IB

Die Methode des Beispiels IA wurde wiederholt, jedoch ohne Dispergiereinrichtung 27 zwischen der Grenzfläche des Mundstückeinganges und der Kapillare. Die Mundstücksguellung war 175 % größer als sie im Beispiels IA erreicht wurde. Der Strangpreßling war unstetig, pulsierte mit 25 Puls/Min, und tropfte einmal alle 2 Minuten. Die Durchmesserschwankung und Ungleichförmigkeit des Strangpreßlings betrug mehr als 15Ot.

Photomikroskopische Untersuchung des Produktes zeigte, daß große Agglomerate oder Zusamnenballungen von Polyesterteilchen im Bereich von 1 bit lO.u innerhalb der Nylongrundlage zu beobachten waren.

Beispiel 2A

Da· Verfahren des Beispiels IA wurde wiederholt, jedoch wurde der Kapillardurchmeeser auf 1,02 mm (0,040 Zoll) reduziert, und die Fließgeschwindigkeit betrug 17,5 g/Min. Die gemessene MundstUcksguellung betrug 4,2. Der Fluß des Strangpreßlings war ständig, und es wurde keine Pulsierung beobachtet.

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Beispiel 2B

Die Methode des Beispiels 2A wurde wiederholt, doch wurde die Dispergiereinrichtung 27 zwischen dem Mundstückseintritt und der Kapillare fortgelassen. Die Mundstücksguellung wurde zu 19 gemessen, was einen Anstieg um 370 % gegenüber Beispiel 2A bedeutet. Die Pulsierung wurde zu 35 Puls/Min, gemessen,und ein oder zweiTropfen je Minute wurden beobachtet.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   1} Vorrichtung zur Strangverpressung einer Schmelze bestehend aus einem Gemisch von mindestens zwei miteinander nicht verträglichen Stoffen, insbesondere in Fasern, durch ein Formstück, dadurch gekennzeichnet, daß aufstromseitig von und unmittelbar angrenzend an der Mündung des Formmundstückes ein die Dispergierung förderndes Element vorgesehen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Dispergierung fördernde Element zwischen der öffnung und dem formbildenden Teil des Mundstückes liegt.

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