DE2051568A1

DE2051568A1 - Molten plastic extrusion - with pressure - controlled recycle system

Info

Publication number: DE2051568A1
Application number: DE19702051568
Authority: DE
Inventors: August 6700 Ludwigshafen Pfannmuller Helmut Dr Urban Friedrich Dr 6703 Limburgerhof Tneschmann Hans Georg Prof Dr Dr 6736 Hambach Rettig
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1970-10-21
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1972-04-27

Abstract

Plastic melts are extruded from a plant consisting of a plasticising system with screw extruders and at least one processing apparatus downstream, with the pressure at the plasticiser system outlet maintained by recycling a portion of the melt to the inlet of the system with simultaneous alteration of the flow resistance to be overcome in the recycle path.

Description

Verfahren und Anordnung zum Extrudieren von Kunststoffschmelzen Die Erfindung betrifft allgemein kontinuierlich betriebene Kunststoff-Fördereinrichtungen und im besonderen ein gegebenenfalls aus mehreren Zylindern bestehendes Plastifizierschneckenaggregat, an das über einen Fließkanal ein oder mehrere Bearbeitungsvorrichtungen angeschlossen sind, sowie Maßnahmen zur Aufrechterhaltung gleichbleibender Förderverhältnisse, insbesondere eines gleichbleibenden Preßdruckes auf der Verarbeitungsseite.Method and arrangement for extruding plastic melts The invention relates generally to continuously operated plastic conveyors and in particular a plasticizing screw unit that may consist of several cylinders, to which one or more processing devices are connected via a flow channel as well as measures to maintain constant funding conditions, in particular a constant pressing pressure on the processing side.

Halbzeuge oder Fertigteile, wie Schlauch- oder Flachfolien, Platten, Rohre, Profile, Formkörper und Fasern, die durch kontinuierliche oder nahezu kontinuierliche Extrusion von Kunststoffschmelzen hergestellt werden, sollen nicht nur von guter mechanischer Festigkeit sein, bzw. gute optische Eigenschaften aufweisen, sondern als Voraussetzung für die nachfolgende Verarbeitung durch Bedrucken, Tiefziehen, Schweißen usw. auch innerhalb enger Toleranzen maßhaltig sein. Die Erfüllung dieser Forderung bereitet jedoch bei den bisherigen Verarbeitungsvorrichtungen hinter Aufbereitungs- und Plastifizieraggregaten sehr unterschiedliche Schwierigkeiten, da trotz sorgfältiger Herstellungsschritte bei der Polymerisation oder Kondensation der Kunststoffe Schwankungen in ihren rheologischen Eigenschaften nicht zu vermeiden sind. Man versucht deshalb häufig, die Abweichungen durch Mischen verschiedener Chargen der pulver- oder granulatförmig vorliegenden Ausgangsstoffen auszugleichen.Semi-finished products or finished parts, such as tubular or flat films, sheets, Pipes, profiles, moldings and fibers produced by continuous or nearly continuous Extrusion made from plastic melts should not only be of good quality mechanical strength, or have good optical properties, but as a prerequisite for the subsequent processing by printing, deep drawing, Welding etc. also be dimensionally accurate within tight tolerances. The fulfillment of this However, there is a demand for the previous processing devices behind processing and plasticizing units have very different difficulties, despite being more careful Manufacturing steps in the polymerization or condensation of plastics fluctuations their rheological properties cannot be avoided. So you try Often, the deviations by mixing different batches of powder or granular form to compensate for existing raw materials.

Trotz des dabei erforderlichen erheblichen Aufwandes werden die Mängel nur teilweise beseitigt, da in diesen Fällen auch die Betriebsbedingungen der Verarbeitungsaggregate sorgfältiger eingestellt bzw. häufiger variiert werden müssen. - Bei Spinnanlagen für die Herstellung synthetischer Fasern sind z.B. die Fadenabmessungen nur einzuhalten, wenn mittels des Druckes vor der Düse der Schneckenplastifiziereinrichtung die Drehzahl der Spinnpumpe gesteuert und der Vordruck einer zwischengeschalteten Zahnradpumpe geregelt wird.Despite the considerable effort required, the defects only partially eliminated, as in these cases the operating conditions of the processing units must be set more carefully or varied more frequently. - at Spinning systems for the production of synthetic fibers are e.g. the thread dimensions only to be observed if by means of the pressure in front of the nozzle of the screw plasticizing device the speed of the spinning pump is controlled and the pre-pressure of an intermediate Gear pump is regulated.

Man ist ferner auch durch die Art und Menge des herzustellenden Halbzeuges oder eines Formkörpers an bestimmte Maschinengrößen gebunden, wenn man optimale Betriebsbedigungen der Verarbeitungsaggregate erreichen will und kann daher nicht konsequent mit den kostenmäßig günstigeren Großaggregaten arbeiten. in diesem Zusammenhang ist bereits Versucht worden, mit nur einem Plastifizier-- und Förderaggregat mehrere formgebende Verarbeitungsvorrichtungen zu beschicken. Eine solche Anlage muß jedoch mit verhältnismäßig großme Aufwand sorgfältig geregelt und überwacht werden.One is also through the type and quantity of the semi-finished product to be manufactured or a shaped body tied to certain machine sizes, if one optimal Willing and cannot achieve operating conditions of the processing units work consistently with the cost-effective large aggregates. in this context Attempts have already been made, several with just one plasticizing and conveying unit to feed shaping processing devices. However, such a system must be carefully regulated and monitored with a relatively large amount of effort.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, beim Extrudieren von Kunststoffschmelzen auf einfache Weise die Aufrechterhaltung gleichbleibender und vorwählbarer Förder-Verhältnisse wischen einem beliebigen Plastifizieraggregat und angeschlossenen Verarbeitungsvorrichtungen sicher zu stellen.The invention is therefore based on the problem of extrusion of plastic melts in a simple way to maintain constant and preselectable delivery ratios between any plasticizing unit and connected processing devices.

Als lösung der Aufgabe wurde gefunden, daß die Nachteile der bisherigen Verfahren und Anordnungen zum Verarbeiten von Kunststoffrohstoffschmelzen beseitigt und Halbzeuge bzw.As a solution to the problem, it was found that the disadvantages of the previous Methods and arrangements for processing plastic raw material melts eliminated and semi-finished products or

Fertigteile mit engeren Maßtoleranzen gefertigt werden können, wenn am Ausgang des Plastifizieraggregats durch Rückführung einer Teilmenge der Schmelze zur Einzugsseite des Plastifizieraggregats unter gleichzeitiger Änderung bzw.Finished parts with tighter dimensional tolerances can be manufactured if at the outlet of the plasticizing unit by returning a portion of the melt to the feed side of the plasticizing unit with simultaneous change or

Anpassung des ip der Rückführungsstrecke überwindenden Fließwiderstandes konstant gehalten wird. - In jeder An; ordnung zur Ausführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß im Fließweg der Schmelze zwischen dem Plastifizieraggregat (Strangpresse) und der Verarbeitungsvorrichtung eine aus mindestens einem Druckgeber, einer Steuer- bzw. Regeleinheit, einem mechanischen Stellglied und einem den Fließweg der Rückführungsstrecke verändernden Ventil bestehende Wirkverbindung zugeordnet. - Um den Extrusionsdruck vor der formgebenden Verarbeitungsvorrichtung optimal zu wählen und vor allem konstant zu halten, wird also der Fließquerschnitt der Rückführungsstrecke in Abhängigkeit von den durch unterschiedliches Fließverhalten der Kunststoffrohstoffschmelze verursachten Schwankungen des Förderdruckes geändert. Diese Änderung bedeutet anders betrachtet eine Änderung des Fließwiderstandes der rückfließenden Schmelze, die mit der aus dem Druckgeber, der Steuer-bzw. Regeleinheit und dem Stellglied mit Ventil bestehenden Wirkverbindung bei kürzesten Stellzeiten vorgenommen werden kann.Adjustment of the flow resistance overcoming ip of the return section is kept constant. - In every way; regulations for carrying out this procedure is according to the invention in the flow path of the melt between the plasticizing unit (extruder) and the processing device one of at least one pressure transmitter, a control or control unit, a mechanical actuator and a flow path of the return path changing valve existing operative connection assigned. - Around Optimally choose the extrusion pressure in front of the shaping processing device and, above all, to keep it constant, is the flow cross-section of the return path depending on the different flow behavior of the plastic raw material melt caused fluctuations in the delivery pressure changed. This change means different considers a change in the flow resistance of the returning melt, the with the from the pressure transmitter, the control or. Control unit and the actuator with Valve existing active connection can be made with the shortest actuation times.

Die grundsätzliche Anordnung zur Ausführung des Verfahrens, wie sie oben angegeben ist, ergibt weitere Vorteile. Es ist z. B. möglich, mit großen, in der Drehzahl konstant gefahrenen Verarbeitungsaggregaten Extrusionsprofile jeder Größe herzustellen. Man ordnet z. B. mehrere kleine formgebende Verarbeitungsvorrichtungen mit je einer hinsichtlich des Fließwiderstandes veränderbaren Rückführungsstrecke einem Plastifizieraggregat großer Mengenleistung zu. Andererseits können auch mehrere Plastifiziervorrichtungen kleiner Mengenleistung eine große formgebende Verarbeitungsvorrichtung, z. B. eine solche für große dickwandige Großrobre beschicken.The basic arrangement for performing the procedure as they given above gives further advantages. It is Z. B. possible with large, in the speed constantly driven processing units extrusion profiles each Size. One assigns z. B. several small forming processing devices each with a return path that can be changed in terms of flow resistance a plasticizing unit with a large output. On the other hand, several Small-volume plasticizing devices a large forming processing device, z. B. load such for large thick-walled Großrobre.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die zu verarbeitenden Formmassen als Granulat oder Pulver in die durch die ständig zurückgeführte Teilmenge bereits auf der Einlaßseite vorliegende Schmelze eingemischt werden können. Durch die dabei verkürzte Aufschmelzzeit werden die Kunststoffrohstoffe infolge des besseren Wärmeübergangs thermisch weniger beansprucht. Aufwendige Dosiereinrichtungen können entfallen.Another advantage of the method is that the Molding compounds in the form of granules or powder in the partial quantity that is constantly returned melt already present on the inlet side can be mixed in. By the shortened melting time will be the plastic raw materials as a result of the better Thermally less stressed heat transfer. Elaborate metering devices can omitted.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es mit geringem Aufwand möglich, Kunststoffrohstoffschmelzen über beträchtliche Entfernungendurch Rohrleitungen zu fördern. In solchen Fördersystemen setzt man zum Ausgleich des Druc0rverlustes in der Rohrleitung ein weiteres druckaufbauendes Aggregat vor die formgebende Vorrichtung, bevorzugt eine Zahnradpumpe, deren Vordruck auf der Saugseite konstant gehalten wird. Mit dieser Maßnahme wird eine genaue Dosierung der zu extrudierenden Formmassen und damit eine bisher nicht erreichte Maßhaltigkeit der Formkörper bzw. Halbzeuge auch bei relativ hohen SChmeltemperaturen erreicht.With the method according to the invention it is possible with little effort Plastic raw material melts over considerable distances through pipelines support financially. In such conveyor systems, one uses to compensate for the pressure loss in the pipeline another pressure-building unit in front of the shaping device, preferably a gear pump whose pre-pressure is kept constant on the suction side will. This measure ensures that the molding compounds to be extruded are precisely metered and thus a previously unachieved dimensional accuracy of the moldings or semi-finished products achieved even at relatively high temperatures.

Es ist dabei wiederum gleichgültig, ob mehrere Förderströme aus kleinen Plastifizieraggregaten einer einzigen formgebenden Verarbeitungsvorrichtung zugeführt werden oder umgekehrt ein großes Plastifizieraggregat mehrere kleinere Verarbeitungsvorrichtungen beschickt.Again, it does not matter whether there are several flow rates from small ones Plasticizing units supplied to a single shaping processing device or vice versa, a large plasticizing unit can be used for several smaller processing devices loaded.

Die Zeichnungen zeigen schematisch verschiedene bauliche Anordnungen von Plastifizieraggregaten mit Verarbeitungsvorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens.The drawings show schematically various structural arrangements of plasticizing units with processing devices for carrying out the process.

Nach Figur 1 fördert eine Schneckenpresse 1 durch ein Rohr 2 die Kunststoff-rohstoffschmelze zu einer formgebenden Vorrichtung 3, z. B. eine Schlauchdüse. Der am Druckgeber 4 vor der Schluchdse 3 anstehende Druck der Schmelze wirkt über das Steuer- und Regelgerät 5 auf das Stellglied 6, das ein Ventil 7 in der Rückführungsstrecke R zwischen dem Schneckenmundstück und der Einzugsöffnung der Schneckenpresse öffnet und schließt.According to FIG. 1, a screw press 1 conveys the plastic raw material melt through a pipe 2 to a shaping device 3, for. B. a hose nozzle. The one on the pressure transducer 4 in front of the Schluchdse 3 pressure of the melt acts via the control and Control device 5 to the actuator 6, which has a valve 7 in the return path R opens between the screw mouthpiece and the intake opening of the screw press and closes.

In der Anordnung gemäß Figur 2 fördern zwei Schneckenpressen Teilströme der plastifizierenden Masse in eine formgebende Verarbeitungsvorrichtung 3. Die zugehörigen Rückführungsstrecken sind mit R' und R bezeichnet.In the arrangement according to FIG. 2, two screw presses convey partial flows the plasticizing mass in a shaping processing device 3. The associated return paths are denoted by R 'and R.

Die in Figur 3 schematisch wiedergegebene Anordnung entspricht bezüglich des Einsatzes zweier Schneckenpressen 1a, 1b auf der Plastifisierseite vollständig der Anordnung nach Figur 2. Es wird jedoch der druckgeregelte Hauptstrom 2'.The arrangement shown schematically in FIG. 3 corresponds with respect to the use of two screw presses 1a, 1b on the plasticizing side completely the arrangement according to Figure 2. However, the pressure-regulated main flow 2 '.

der plastifizierten Masse für eine Vielzahl von formgebenden Verarbeitungsvorrichtungen, 3' bis 3Xverzweigt, wobei in''Jmd Speiseströme eine zusätzliche Fördervorrichtung, vorzugsweise je eine Zahnradpumpe, 9' bis 9, zugeordnet ist.the plasticized mass for a variety of shaping processing devices, 3 'to 3X branched, with an additional conveying device in' 'Jmd feed streams, preferably one gear pump, 9 'to 9, is assigned to each.

Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich auf die Anwendung des Verfahrens für die Extrusion von Schlauchfolien, ohne indes die Erfindung hierauf zu beschränken.The following examples relate to the application of the method for the extrusion of tubular films, without, however, restricting the invention thereto.

BeîsDiel 1 Polyäthylen der Dichte 0,925 und einem Schmelzindex von 4,Q wird als Würfelgranulat in einer Schneckenpresse mit 120 mm Schneckendurchmesser und 20 D Schneckenlänge bei einer konstanten Schneckendrehzahl von 140/min aufgeschmolzen und aus einem an die Schneckenpresse angeflanschten Blaskopf mit einer Ringdüse von 200 mm Durchmesser und einer Spaltweite von 0,5 mm zu Schlauchfolie von 50 lu Dicke und 1,0 m flächliegender Breite extrudiert. Die Einzugsöffnung der Schneckenpresse und ihr Mundstück sind zur Bildung der Rückführungsstrecke durch eine mantelbeheizte Rohrleitung, in die ein Regelventil eingebaut ist, verbunden. - Der konstant zu haltende Extrusionsdruck von 250 atil vor dem Blaskopf wirkt hydraulisch auf eine Stellvorrichtung 6, die den Bließquerschnitt des Regelventils 7 proportional den Druckschwankungen in der Schmelze ändert. Die Wanddicken der extrudierten Fein folie weichen um weniger als + 5 ffi von dem vorgegebenen Sollwert ab. BeîsDiel 1 polyethylene with a density of 0.925 and a melt index of 4, Q is produced as granules in a screw press with a screw diameter of 120 mm and 20 D screw length melted at a constant screw speed of 140 / min and from a die head flanged to the screw press with an annular nozzle of 200 mm diameter and a gap width of 0.5 mm to tubular film of 50 lu Thickness and 1.0 m flat width extruded. The intake opening of the screw press and its mouthpiece are jacket-heated to form the return path Pipeline into which a control valve is installed, connected. - The constant too sustaining extrusion pressure of 250 atil in front of the blow head acts hydraulically on a Adjusting device 6, the flow cross-section of the control valve 7 proportional to the Changes in pressure fluctuations in the melt. The wall thickness of the extruded film deviate by less than + 5 ffi from the specified target value.

Beispiel 2 Aus dem Abscheider einer Hochdruck-Polymerisationsanlage wird Polyäthylen der Dichte 0,918 mit einem Schmelzindex von 0,2 der Einzugsöffnung einer Schneckenpresse mit 120 mm Schneckendurchmesser und 10 D Schneckenlänge zugeführt. Die Schneckendrehzahl beträgt 100/min. - Von der Druckseite der Schneckenpresse führt als Rückführungsstrecke eine mantelbeheizte Rohrleitung von 70 mm lichter Weite und 25 m Länge zu einer Zahnradpumpe mit einer spezifischen Fördermenge ion 0,5 ltr./Umdr. Example 2 From the separator of a high pressure polymerization plant polyethylene of density 0.918 with a melt index of 0.2 of the feed opening fed to a screw press with a screw diameter of 120 mm and a screw length of 10 D. The screw speed is 100 / min. - From the pressure side of the screw press A jacket-heated pipe with a clearance of 70 mm leads as a return path Width and 25 m length to a gear pump with a specific delivery rate ion 0.5 l / rev.

Die Zahnradpumpe extrudiert die Polyäthylen-Schmelze aus der Düse eines Blaskopfes zu einer Schlauchfolie von 250 /u Dicke und 0,5 m flachliegender Breite. lurch die begrenzten Kühimöglichkeiten der Schlauchfolie bedingt, können nur maximal 100 kg/Std. Schmelze extrudiert werden, während die Schneckenpresse maximal bei gefüllter Einlauföffnung 250 kg/Std. fördert und bei gedrosselter Abnahme der Schmelze einen unzulässig hohen Druck aufbaut: - Die überschüssige Menge der Schmelze wird durch eine Rohrleitung von 30 mm lichter Weite zwischen Druckseite und Einlauföffnung in die Schneckenpresse zurückgeführt. Durch die Querschnittsveränderung einer Drosselstelle bzw. eines Regelventils in der als Rückführungsstrecke angeordneten Rohrleitung wird der Förderdruck der Schneckenpresse so eingestetit, daß der Vordruck vor der Zahnradpumpe 10 atU beträgt. Diese' arbeitet dann mit optimalen volumetrischem Wirkungsgrad.The gear pump extrudes the polyethylene melt from the nozzle a blow head to a tubular film with a thickness of 250 / u and 0.5 m lying flat Broad. Due to the limited cooling possibilities of the tubular film, you can only maximum 100 kg / hour Melt are extruded while the Screw press maximum with filled inlet opening 250 kg / hour. promotes and contributes throttled decrease in the melt builds up an impermissibly high pressure: - The excess The amount of melt is through a pipe with a clearance of 30 mm between Pressure side and inlet opening returned to the screw press. Due to the change in cross-section a throttle point or a control valve in the return path Pipeline, the delivery pressure of the screw press is adjusted so that the pre-pressure before the gear pump is 10 atU. This' then works with optimal volumetric Efficiency.

Durch unterschiedliche Fließigenschaften der Schmelze verursachte Schwankungen des Förderdruckes wirken sich auf den Vordruck nur gering und auf den Extrusionsdruck der, Zahnradpumpe nich mehr aus. - Die Wanddickenabweichnungen der PE-Schlauchfolie betragen bei dieser Arbeitsweise weniger als 5 g.Caused by different flow properties of the melt Fluctuations in the delivery pressure only have a slight effect on the admission pressure and on the The extrusion pressure of the gear pump is no longer sufficient. - The wall thickness deviations of the PE tubular films are less than 5 g when using this method.

Claims

U Process for extruding plastic melts with from one Plasticizing unit and at least one downstream processing device existing plant for the production of semi-finished products and finished parts, thereby characterized in that the pressure at the outlet of the plasticizing unit by return a portion of the melt to the feed side of the plasticizing unit while at the same time Change or adaptation of the flow resistance to be overcome in the return purposes is kept constant.

2. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized characterized in that the flow path of the melt between the plasticizing unit (Extruder) and the processing device one of at least one pressure transducer (4), a control or regulating unit (5), an actuator (6) with a valve (7) existing active connection is assigned.