DE2142821A1

DE2142821A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbe reitung von Abfall aus Endlos Faden material

Info

Publication number: DE2142821A1
Application number: DE19712142821
Authority: DE
Inventors: Robert Pierson Howard Paul Kingsport Term Hester (V St A)
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1970-08-27
Filing date: 1971-08-26
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1368490A; US3703347A; GB1368489A; GB1368488A

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. WOLFF, H. BARTELS, DR. BRANDES, DR.-ING. HELD Dipl.-Phys. Wolff

Hn/93

MÖNCHEN22 .1.3.·...AUg, 19.71

TMERSCHSTRASSE 8 TELEFON: (0611) 293297

Reg.Nr. 123 119

Eastman Kodak Company, 343 State Street, Rochester Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Abfall aus Endlos-Fadenmaterial

209810/1335

2U2821

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Abfall aus thermoplastischem Endlos-Fadenmaterial und Umwandlung desselben in ein wieder—verwendbares Ausgangsmaterial·

Beim Verspinnen und Verarbeiten von synthetischen Fasern, z.B. Fasern aus thermoplastischen Stoffen, entsteht gewöhnlich aus einer Reihe von Gründen eine große Menge Abfall, Dieser Abfall kann sein eine Folge von Walzenaufwickelungen, des Starts einer Verarbeitungsanlage oder von Fehlfunktionen in einigen Teilen der Verarbeitungsvorrichtung. Der Faserabfall hat gewöhnlich eine kontinuierliche Länge (Endlos-Fadenmaterial) und kann je nach der Verarbeitungsstufe, bei der der Abfall auftritt, mit einem Gleitmittel versetzt sein oder nicht.

Man hat versucht, den mit Gleitmittel versehenen Faserabfall von dem Faserabfall ohne Gleitmittel zu trennen und dann für die weitere Verwendung jeden Typ für sich zu Paketen fe (Ballen) zu verpacken. Diese Versuche führten jedoch nicht immer zu dem gewünschten Erfolg, insbesondere dann, wenn der Abfall während eines Abschnittes einer Bearbeitungsanlage auftrat, die eine Einrichtung zur Einarbeitung des Gleitmittels aufwies, was zur Folge hatte, daß ein Teil des Abfallmaterials mit dem Gleitmittel versehen war, während der andere Teil frei von Gleitmittel war. Es ist aber außerordentlich unwirtschaftlich, in dieser Situation zu versuchen, den einen Teil von dem anderen Teil abzuschneiden, da es viel wichtiger ist, die Verarbeitungsanlage wieder in Betrieb

209810/1335

2U2821

zu setzen und sicherzustellen, daß die in der Verarbeitungsanlage geführten Fasern auf die gewünschte Art und Weise transportiert werden.

Eine Art der Behandlung der Abfallfaserballen war bisher die, sie zu verbrennen, da kein erfolgreiches und wirtschaftlich praktikables Verfahren zur Aufbereitung des Abfallmaterials bekannt war. Die Fasern und die darin enthaltenen Gleitmittel warfen jedoch Verschmutzungsprobleme auf und es entstanden auf diese Weise unerwünschte Uraweltbedingungen und es entstanden hohe Kosten bei der Durchführung der Verbrennung durch das Personal und wenn diese leicht durchführbar sein sollte.

Ein anderer eingeschlagener Weg war der, die Ballen zu lagern, bis ein wirtschaftlich durchführbares Verfahren zur Aufbereitung des Abfalles entwickelt worden ist. Da jeder Ballen aber ein Gewicht von etwa 227 kg (500 pounds) aufweist, stellt inzwischen der Lagerungsraum ein ernstes und kostspieliges Problem dar und es erwies sich auch als kostspielig, die Abfallballen von den Verarbeitungsanlagen zu den Lagerungsstätten zu transportieren. Ein weiterer Weg bestand darin, den Abfall zum Aufschütten von Gelände zu verwenden·

Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, das Abfallfasermaterial aufzuarbeiten, so daß es wieder-verwendbar ist, diese Versuche haben sich jedoch stets als zu teuer und deshalb als wirtschaftlich nicht praktikabel erwiesen

209810/1335

2U2821

oder der Abbau des Materials war so, daß das dabei erhaltene Produkt eine schlechtere Qualität und unerwünschte Färbung aufwies.

Ein weiterer, mit Polyesterabfall, wie z. B, dem Abfall von Polyäthylenterephthalat (PET),durchgeführter Versuch bestand darin, den Faserabfall mit überhitztem Wasserdampf bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Polyesters gemäß der USA-Patentschrift 3 098 046 zu behandeln· Der so behandelte Faserabfall wird spröde und kann dann zur Pulverform zerkleinert werden. Anschliessend wird das gepulverte PET in einem flüssigen Medium, z. B. Methanol oder Glykol, suspendiert und das dabei erhaltene Dimethylterephthalat wird dann erneut verwendet zur Herstellung eines Polykondensationsproduktes·

Ein weiterer Vorschlag, der in der offiziellen Zeitschrift des USA-Patentamtes (870 O.G. 393) am 13. Jan. 1970 veröffentlicht wurde, geht dahin, die PET-AbfalIstränge durch einen Trockenturm zu führen und die Temperatur von einer Normaltemperatur von 140 C auf etwa 215°C zu erhöhen. Das führt dazu, daß der Abfallstrang hochkristallin und spröde wird. Dieses Material wird dann durch eine Hammermühle ge*· führt und zerkleinert. Das dabei erhaltene Produkt weist

3 jedoch eine niedrige Schüttdichte von etwa 0,24 bis 0,32 g/cm (15 bis 20 pounoycubic foot) auf, während das ursprüngliche Polymerisatpulver eine Schüttdichte von etwa 0,8 g/cm

(50 pounds/ft ) hatte. Eine Ursache für diese niedrige Schüttdichte ist die, daß in dem Produkt noch etwas faser-

209810/1335

2U2821

artiges Material vorhanden ist, auch sind die Teilchen nicht vollständig zu Pulver zerkleinert worden. Es ist aber sehr kostspielig und zeitraubend, die Bearbeitung des Materials in der Hammermühle so lange fortzusetzen, bis das Material vollständig zu Pulver zerkleinert worden ist. Es ist außerdem schwierig, das dabei erhaltene Material mit einer niedrigen Schüttdichte in das ursprüngliche Polymerisatpulver dnzumisehen. Der Extruder (Strangpresseinrichtung), in welchen das Pulver für die Schmelzextrusion zu einer Faser eingeführt wird, ist dafür bestimmt, das ursprüngliche Polymerisatpulver mit der höheren Schüttdichte aufzunehmen, das aufbereitete Material mit der niedrigeren Schüttdichte kann jedoch in den Extruder nicht schnell genug eingeführt werden, um die Extruderschneckengänge . so zu füllen, daß eine konstante Zufuhr aufrechterhalten wird. Außerdem wird dabei das aufbereitete Material in unerwünschter Weise verfärbt und es enthält noch eine bestimmte Menge an zurückgebliebenem Gleitmittel, so daß es nicht möglich ist, es zu einer erstklassigen Faserfüllung zu verspinnen, das beispielsweise für Matrazen, Kissen und Luftfilter verwendet werden kann.

Bei den Versuchen, das Polyesterabfallmaterial von PoIy-(1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat) (nachfolgend abgekürzt mit PCHDMT) aufzubereiten, wurde das Abfallmaterial beim Durchleiten durch den Trockentwon bei der erforderlichen erhöhten Temperatur, beispielsweise 265°C, unerwünscht braun verfärbt und war deshalb für die technische Verwendung nicht geeignet.

209810/1335

2U2821

In Versuchen, die Abfallmaterialien durch Verwendung von Chemikalien zu beseitigen, waren die Kosten für die Chemikalien zu hoch und deshalb war dieses Verfahren für die technische Durchführung zu kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Abfall aus thermoplastischem Endlos-Fadenmaterial anzugeben, das bzw. die wirtschaftlich ist, schnell arbeitet und mit dessen Hilfe das Endlos-Fadenmaterial (Fadenmaterial mit kontinuierlicher Länge) in ein wiederverwendbares Ausgangsmaterial umgewandelt werden kann·

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Abfall aus thermoplastischem Endlos-Fadenmaterial und Umwandlung desselben in ein wiederverwendbares Ausgangsmaterial, das durch die folgenden Stufen gekennzeichnet ist:

α) Umwandlung des Endlos-Fadenmaterials in Stapelfasern, ß) Mechanisches Zusammenpressen und Schmelzen der Stape1-

fasern zu einem Schmelzfluß und
γ) Extrudieren (Strangpressen) des Schmelzflusses zu einem

wiederverwendbaren Ausgangsmaterial.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Abfall aus thermoplastischem Endlos-Fadenmaterial und Umwandlung desselben in ein wiederverwendbares Ausgangsmaterial, insbesondere nach dem vorstehend gekennzeichneten Verfahren, die gekennzeichnet ist durch

α) eine Einrichtung zum Umwandeln des Endlos-Fadenmateriala in Stapelfasern,

209810/1335

2H2821

ß) eine Einrichtung zum mechanischen Zusammenpressen und Schmelzen der Stapelfasern zu einem Schmelzfluß sowie

γ) eine Einrichtung zum Extrudieren des Schmelzflusses zu einem wiederverwendbaren Ausgangsmaterial·

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich) das beim Verspinnen und Verarbeiten von synthetischen Fasern in großer Menge als Abfall anfallende thermoplastische Endlos-Fadenmaterial und insbesondere die dabei anfallende große Masse an nicht verwertbarem, verfilztem Material aus Endlos-Fäden, die zum Teil oder alle gestreckt oder nicht gestreckt sind, in ein wiederverwendbares Ausgangsmaterial umzuwandeln, ohne dessen Eigenviskosität (I.V.) wesentlich zu verringern, ohne daß dabei das Material in unerwünschter Weise verfärbt wird.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.

Die beiliegenden Zeichnungen haben folgende Bedeutungen:

Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der Erfindung zur Aufbereitung des thermoplastischen Abfallfadenmaterials dar, in der alle die Arbeitsweise nicht erläuternden Teile weggelassen wurden;

Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch den Lagerbehälter (Vorratsbehälter) dar|

Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt durch den in dem Lagerbehälter verwendeten Filettrommel-Rechen}

209810/133 5

2U2821

Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht des Extruders mit weggebrochenen Teilen dar, welche den Beschikkungsabschnitt und einen Teil der Beschickungsschnecke erläutert;

Fig. 5 ist ein teilweiser Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 und erläutert die Einführung der Faser in den Beschickungsabschnitt;

Fig. 6 stellt einen Querschnitt durch die Extrudertrommel P dar und erläutert die Beschickungsschnecke, die Heiz

einrichtungen und außerdem die Beziehung zwischen der Beschickungsschnecke und den verschiedenen Abschnitten des Extruders, wobei das Profil der Extrudertrommel in schraffierten Linien dargestellt ist;

Fig. 7 stellt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der

Beschickungsschnecke und des entfernbaren Beschickungsabschnitteinsatzstückes dar, die zum Teil den keilförmigen Rippenabschnitt erläutert;

fe Fig. 8 stellt einen vergrößerten Querschnitt durch das Be-

schickungsabschnitteinsatzstück dar;

Fig. 9 ist eine Abwicklung des Beschickungsabschnitt-Einsatzstückes zur Erläuterung der Anordnung der keilförmigen Rippen und

Fig. 10 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der auseinandergenommenen Teile der Unterwasser-Pelletisiereinrichtung.

209810/1335

2Η282Ί

Die in der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung erläuterte Vorrichtung IO besteht aus einer Einrichtung zur Herstellung der Materialballen 12 und einem Formatschneider 14, einem ersten Rotationsschneider 16, einem zweiten Rotationsschneider 18, einem Lager- und Aufbewahrungsbehälter 20, einem Extruder 22, einer Ünterwasser-Pelletisiereinrichtung 24 und einem Zentrifugentrockner 26 für die extrudierten Pellets.

Der Faserabfall kann aus den verschiedenen Verarbeitungsanlagen in Abfallwagen gesammelt werden, wie er beispielsweise in Fig. 1 durch die Ziffer 28 dargestellt ist. Die Abfallwagen enthalten jeweils einige 100 kg Abfall an großvolumigem Endlosfasermaterial, eine verfilzte Masse, von der einige oder alle Fasern gestreckt oder nicht gestreckt sind und Gleitmittel enthalten oder nicht, das dann in die Ballenherstellungseinrichtung 12, vorzugsweise von oben, gekippt und zu einem Ballen einer vorher festgelegten Größe zusammengepreßt wird.

Der Formschneider 14 dient in der unteren oder schneidenden Anordnung dazu, den Abfall zurückzuhalten, wenn er von oben in die Ballenherstellungseinrichtung gekippt wird und er schneidet den Ballen, wenn er in Betrieb gesetzt wird, in Stücke, während ein (nicht dargestellter) Kolben innerhalb der Ballenherstellungseinrichtung den Ballen in Richtung auf den Formatschneider in Inkrementen von etwa 10 bis 15 cm (4 bis 6 inches) bewegt. Die verschiedenen (nicht dargestellten) Stücke fallen auf ein Förderband 30, das sich in

209810/1335

2U2821

- ίο -

der Nähe des Formatschneiders befindet und das Band befördert die abgetrennten Stücke in den ersten Rotationsschneider 16, in dem die Stücke weiter zerschnitten und zerkleinert werden und dann fällt der Austrag aus dem ersten Rotationsschneider auf ein anderes Förderband 32, welches den Ausstoß in den zweiten Rotationsschneider 18 befördert. Der zuletzt genannte Rotationsschneider zerkleinert schließlich das Abfallmaterial und wandelt es um in Stapelfasern etwa der gleichen, festgelegten Länge oder einer beliebigen Länge. Die Stapelfasern fallen aus dem zweiten Rotationsschneider auf ein Förderband 34 und werden anschliessend in den Lagerund Aufbewahrungsbehälter 20 befördert.

Der Polyesterfaserabfall mit kontinuierlicher Länge (Endlos-Fäden) ist außerordentlich zäh. Die durch den Formatschneider abgeschnitten Ballenstücke können noch Gruppen von Fasern enthalten, deren einzelne Längen viele Meter lang sind, obwohl die abgeschnittenen Stücke nur 10 bis 15 cm lang sind. Deshalb genügt es nicht, sich auf das Zerschneiden durch den Formatschneider zu verlassen, um eine leichte Verarbeitung des Materials in dem Extruder zu ermöglichen. Es hat sich zwar gezeigt, daß der auf den Formatschneider folgende einzelne Rotationsschneider/eine gewisse Wirksamkeit aufweist, jedoch wird das Gesamtverfahren durch Hinzufügen eines zweiten Rotations Schneiders höchst wirksam beim Zerschneiden und Zerkleinern der Fasern auf eine verarbeitbare Größe, beispielsweise eine Stapelfaser einer willkürlichen Länge von etwa 7 bis 8 cm (3 inches). Diese Länge ist eine Annäherung, da einige Stapelfasern kürzer sind und einige möglicherweise eine Länge von bis zu 15 cm (6 inches) aufweisen,

209810/1335

2U2821

- li -

Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Stapelfaser mit etwa

dieser Lange anschliessend in den Extruder 22 eingeführt

und werden kann, ohne daß die Öffnung überdeckt/blockiert wird für die Zufuhr von anderen Fasern in den Extruder. Die Reihe von Schneidvorgängen, die vorstehend beschrieben wurde, dient dazu, das Fasermaterial mit kontinuierlicher Länge (Endlos-Faseraaterial) in Stapelfasern zu überführen.

Eine andere Art der Umwandlung des Endlos-Fasermaterials in Stapelfasern besteht darin, ein Streck-Zerreiß-Verfahren anzuwenden, dies macht jedoch eine geeignete Handhabung des Abfallaaterials erforderlich, um das Material in Endlosform einzuführen und die Kontinuität der Beschickung aufrechtzuerhalten· Eine weitere Art besteht darin, das Endlos fadenmaterial in eine Zerreißmaschine (Krempelwolf)

einzuführen, in der das Abfallmaterial zerrissen und gezogen wird, bis es in Stapelfasern umgewandelt ist·

In der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung werden die Stapelfasern 36 von de* Förderband 34 in den Lager- und Aufbewahrungsbehälter 20 eingeführt. Letzterer ist innen mit zwei getrennten Plattenförderbändern 38 und 40 versehen. Das Plattenförderband 40 ist mit einer Reihe von Dornen, wie beispielsweise bei 42 dargestellt, versehen, die von den Holzschieferplatten 43 vorstehen. Die beiden Plattenförderbänder befördern die gesammelten Stapelfasern von der Einlaßöffnung 44 des Lagerbehälters zu der Auslassöffnung auf geregelte Art und Weise, wie nachfolgend näher beschrieben wird.

209810/1335

2U2821

Der Lagerbehälter, der sich als am wirksamsten erwiesen hat, ist ein im Handel tinter der Bezeichnung "Hunter-Mischer¹¹ bekannter Behälter oder irgendein äquivalentes Produkt der Firma Hunter Machinery Company. Dieser Mischer wurde modifiziert, indem etwa 2/3 der Dornen und die Schieferplatten, aus denen diese Dornen hervorragten, entfernt wurdo^ so daß der Abstand zwischen den benachbarten, mit Dornen versehenen Schieferplatten etwa 13 cm (5 inches) beträgt. Dies wurde deshalb durchgeführt, um zu verhindern, daß eich die Stapelfasern zwischen den Dornen auf benachbarten Schiefen-platten festsetzen und um so die Neigung der Fasern minimal zu halten, an dem Plattenförderband zu haften. Der Mischer ;wurde weiter modifiziert durch Herabsetzung der Geschwindigkeit der beiden Plattenförderbänder 38 und 40, um so eine übermäßige Beschickung der Stapelfasern zu vermeiden. Eine solche übermäßige Beschickung würde sonst zu einem Rückstau der Fasern und damit zu einer unerwünschten Verschnürung und Verknotung der Stapelfasern führen. Das erste Plattenförderband 38 ist außerdem mit einer Mehrzahl von Schieferplatten 45 versehen, die keine Dornen aufweisen. Dieses Förderband dient dazu, die Kontinuität der Beschickung der Stapelfasern in das zweite Plattenförderband 40 aufrechtzuerhalten.

Die Aufrechterhaltung der Kontinuität und die Kontrolle der Beschickung in den Extruder ist wesentlich für die wirksame Operation des Gesamtverfahrens· Eine andere Art der Steuerung der Beschickung besteht darin, die Geschwindigkeit der beiden Plattenförderbänder 38 und 40 in dem Lagerbehälter durch das Bedienungspersonal selbst zu regulieren, das die erforder-

209810/1335

2H2821

liehe Geschwindigkeitseinstellung vornimmt, wenn festgestellt wird, daß entweder zu viel oder zu wenig Stapelfasern in den Extruder eingeführt werden· Eine andere Art der Regulierung der Geschwindigkeit der beiden Plattenförderbänder ist das Ansprechen auf ein Ammeter (nicht dargestellt), das mit dem Extruder verbunden ist und das anzeigt, ob die Belastung auf der Extruderbeschickungsschnecke zu hoch oder zu gering ist«

In der Nähe des oberen Teils des Plattenförderbandes 40 und der Auslaßöffnung 46 des Lagerbehälters ist ein Filet-Rechen 48 angebracht· Der Filet-Trommel-Rechen bürstet die Stapelfasern von dem Plattenförderband 40 auf ein Förderband 50, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wie durch die Pfeilein der Fig. 2 angegeben, bewegt sich der Filet-Trommel-Rechen zwischen den beiden Positionen relativ zu dem oberen Teil des Plattenförderbandes 40 hin und her. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, ist der Filet-Trommel-Rechen mit einem geschlitzten Teil 49 versehen, der die Dornen 42 säubert und irgendwelche daran haftenden Stapelfasern herunterhebt·

In der Nähe des Plattenförderbandes 40 kann gegebenenfalls ein weiterer Filet-Trommel-Rechen 47 vorgesehen sein, der so wie durch die Pfeile der Fig. 2 angedeutet, hin und her bewegt werden kann, daß die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß zu viele Stapelfasern sich nach oben zu der Auslaßöffnung 46 bewegen« Auf diese Weise ist der Lagerbehälter in der Lag·, mehr Stapelfasern aufzunehmen als aus dem Extruder Abgegeben werden· Er dient dazu, die Stapelfasern aufzunehmen

209810/1335

und zu lagern, die Beschickung oder Abgabe der Stapelfasern durch die Auslaßöffnung des Extruders zu regulieren und dadurch die Kontinuität der Beschickung in den Extruder sicherzustellen und aufrechtzuerhalten.

Das Förderband 50 trägt die Stapelfaser in den Extruder und führt unter einer Metalldetektoreinheit 52 (Fig. 1) vorbei, die auf übliche Art und Weise wirkt und Mefeil aufspüren soll, das versehentlich mit den Abfallfasern aufge-

W sammelt worden ist und die die Bewegung des Förderbandes stoppt, wenn Metall festgestellt wird. Die Metalldetektoreinheit verhindert auf diese Weise, daß irgendwelche Metalle über den Lagerbehälter in den Extruder eintreten und ihn beschädigen. Das Förderband 50 ist mit flexiblen gerippten Seitenwänden oder "Rinnen" 59 (Fig. 4 und 5) versehen, wie sie beispielsweise von der Firma Bucket Elevator Company hergestellt werden, um zu verhindern, daß die Fasern von dem Band fallen. Polyesterfasern können beispielsweise leicht von einem sich bewegenden Förderband gleiten, wenn keine Einrichtung vorgesehen ist, sie auf dem Förderband

ν zu halten.

Die Stapelfasern werden von dem Förderband 50 in den Wassergekühlten, mit einem Kühlmantel umgebenen Beschickungsabschnitt 54 des Extruders 22 durch eine lang gestreckte tangentiale Seitenöffnung 56 befördert, worauf die Fasern auf eine nach unten geneigte Oberfläche 58 fallen. Mit Hilfe der zuletzt genannten Oberfläche ist es möglich, die Stapelfasern direkt in die Eintrittsöffnung (bite) der Beschik-

209810/1335

kungsschnecke 60 einzuführen. Dabei wird unter dem Ausdruck "Eintrittsöffnung" der Raum zwischen dem sich nach unten drehenden Teil der Be schickungs schnecke und der Innenwand oder der nach unten geneigten Oberfläche 58 der

und 5

Extrudertroorael 62 (Fig. Uq verstanden· Der Beschickungsabschnitt ist alt einem Mantel umgeben (Fig. 5 und 6), so daß innerhalb des Mantels in der Fläche 55 Wasser zirkulieren kann. Das Wasser dient dazu, die Innenwandoberfläche des Beschickungsabschnittes und insbesondere die nach unten geneigte Oberfläche 58 zu kühlen. Während des Betriebs des Extruders wird die Wärme aus dem Teil des Extruders, der vor dem Beschickungsabschnitt liegt, durch die Beschickungsschnecke 60 nach hinten in den Beschickungsabschnitt geleitet. Die von der Beschickungsschnecke abgegebene Wäme führt zu einer Erwärmung der Innenwandoberflächen des Beschickungsabschnittes. Es ist deshalb erforderlich, die innenwandoberfläche und insbesondere die nach unten geneigte Oberfläche 58 zu kühlen, um zu verhindern, daß die Stapelfasern an der nach unten geneigten Oberfläche kleben» Wenn die Stapelfasern an der zuletzt genannten Oberfläche kleben, werden andere eindrtgende Stapelfasern lediglich eben auf den festsitzenden Fasern gesammelt und dadurch wird schnell die Öffnung des Beschickungsabschnittes verstopft, wodurch die weitere Einführung von Stapelfasern in die Eintrittsöffnung der Beschickungsschnecke verhindert wird.

Die tangentiale Seitenöffnung, die nach unten geneigte Oberfläche und der alt einem Mantel umgebene Beschickungsabschnitt sind wesentlich für den Erfolg und die Wirksamkeit der Er-

209810/1335

2H2821

findung. Bisher war es/mdgllch, Stapelfasern in einen Extruder einzuführen. Die Fasern würden zusammen auf der Oberseite der Beschickungsschnecke aufprallen und andere»oben auf die zuerst eingeführten Fasern eingeführte Fasern würden sich lediglich darauf stapeln und die öffnung verstopfen, wodurch die Zugabe von weiteren Fasern in den Extruder verhindert würde· Für die Wirksamkeit der Erfindung ist es auch wesentlich, daß die langgestreckte tangentiale Seitenöffnung 56 mindestens etwa zweimal so lang ist wie der Durchmesser der Beschickungsschnecke y vorzugsweise etwa dreimal so lang wie der Durchmesser der Beschickungsschnecke· Wenn die Beschickungsschnecke 15 cm im Durchmesser beträgt, ist deshalb die Seitenöffnung etwa 45 cm lang.

Eine weitere Schwierigkeit, die bisher bei der Einführung von Stapelfasern in einen Extruder auftrat, ist die, daß, wenn einmal die Beschickungsschnecke die Fasern aufgenommen hat, die Fasern sich nicht entlang der Länge der Extrudertromnel nach vorne bewegen· Statt dessen sammeln sich die Fasern in Form eines Materialfilzpfropfens um den Schaft der BeSchickungsschnecke herum an und bleiben an etwa der gleichen Stelle während der Rotation der Beschickungsschnecke· Diese Schwierigkeit wurde dadurch gelöst, daß in dem Be-

Rippenschickungsabschnitt des Extruders ein keilförmiger /Abschnitt oder ein Einsatzstück 64 mit keilförmigen Rippen 66 vorgesehen ist« Die keilförmigen Rippen erstrecken sich radial nach innen von der Außenwandoberfläche des festgekeilten Abschnittes oder Einsatz stücke β 64 und sie sind am Umfang iifl. Abstand voneinander und auch im Abstand von der Beschik-

209810/1336

2U2821

kungsschnecke 60 angeordnet· Wie am besten aus den Fig. 8 und 9 der beiliegenden Zeichnung zu ersehen ist, winden sich die keilförmigen Rippen am Anfang spiralig um und entlang eines Teiles der Länge des Beschickungsabschnittes und dann werden sie gerade und erstrecken sich parallel zueinander für den Rest des Beschickungsabschnittes·

Die keilförmigen Rippen in dem Beschickungsabschnitt arbeiten mit der Beschickungsschnecke zusammen um sicherzustellen, daß die Beschickung der Stapelfasern nach vorne bewegt wird und daß verhindert wird, daß die Fasern an einer Stelle in Form eines Filzpfropfens um die Beschickungsschnecke bleiben und dadurch mit der Beschickungsschnecke rotieren. Die keilförmigen Rippen dienen dazu, einen Widerstand gegen die Drehung der Stapelfasern zu erzeugen und auf diese Weise können die Gewindegänge 68 der Beschickungsschnecke die Stapelfasern nach vorne bewegen.

Die am Anfang spiralige Anordnung der keilförmigen Rippen verhindert, daß die Stapelfasern zerschnitten werden mit dem möglichen Ergebnis, daß dadurch die Zwischenräume zwischen den benachbarten keilförmigen Rippen fest aufgefüllt werden und deshalb die Beschickungsschneckengewindegänge nicht erreichen würden, die sonst das Material nach vorne stoßen könnten. Die keilförmigen Rippen, ihre jeweilige Anordnung und Lage und ihr Zusammenwirken mit den Gewindegängen der Beschickungsschnecke dienen auf diese Weise dazu, die Bewegung der Masse der Stapelfasern senkrecht zu den Gewindegängen der Beschickungsschnecke statt bei einem geneigten Winkel aufrechtzuerhalten, der sonst das oben er-

209810/1336

wähnte unerwünschte Zerschneiden fördern würde. Wenn die Masse der Stapelfasern im wesentlichen senkrecht zu den Gewindegängen der Beschickungsschnecke eingeführt wird, können letztere die Stapelfasern wirksam nach vorne bewegen. Wenn den Stapelfasern einmal ihr Anfangsimpuls gegeben worden ist, dient die von hinten kommende Masse der Stapelfasern dazu, die Masse in ihrer Vorwärtsbewegung zu halten. Auf diese Weise bleibt die Scherbewegung (Schneidvorgänge), die vor der ursprünglich spiraligen Anordnung der keilförmigen Rippen auftreten kann, ohne Folgen, da die Masse der von hinten kommenden Stapelfasern die Gesamtbewegung des Materials, die nach vorne gerichtet ist, aufrechterhält. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß kein Material in unerwünschter Weise zu lange an einer Stelle gelassen wird, das sonst wegen der unerwünschten Überhitzung abgebaut würde. Eine solche übermäßig lange Einwirkung von Wärme würde nicht nur die Eigenviskosität (I.V.), sondern auch die Farbe des Endproduktes beeinträchtigen.

Obwohl der festgekeilte Abschnitt, wie dargestellt, eine getrennte Einheit oder ein Einsatzstück 64 ist, das in den Extruder in den Beschickungsabschnitt 54 eingepaßt werden kann, können die keilförmigen Rippen auch mit dem Extruder eine Einheit bilden. Es treten jedoch bestimmte Vorteile auf, wenn ein Einsatzstück verwendet wird. Wenn beispielsweise aus irgendeinem Grunde Metall in die Öffnung des Extruders fallen sollte, wäre es leichter, eine Beschädigung des EinsatzStückes zu reparieren, indem man es ersetzt,

209810/1335

2U2821

anstatt den gesamten Beschickungsabschnitt zu ersetzen. Eine Beschädigung der BeSchickungsschnecke und ihrer Gewindegänge würde auf übliche Art und Weise repariert werden. Ein anderer Grund besteht darin, daß leicht ein Austausch des Einsatzstückes für ein anderes mit keilförmigen Rippen mit einer davon verschiedenen Größe oder Breite oder sogar der Anordnung der Rippen durchgeführt werden kann, wenn die Eigenschaften der Stapelfasern von einem Typ zum andern differieren sollten.

Wenn die Stapelfaserndurch die Beschickungsschnecke in bezug auf die tangentiale Seitenöffnung 56 nach vorne und in den geschlossenen Teil des Beschickungsabschnittes bewegt werden, beginnt das mechanische Zusammenpressen der Fasern· Der Durchmesser am Fuß der Beschickungsschnecke ist von konstanter Größe in dem Bereich des Beschickungsabschnittes, z. B. in dem ersten Abschnitt, der in der Fig. 6 der beiliegenden Zeichnung mit A bezeichnet wird. Die Innenwandoberfläche des Beschickungsabschnittes nimmt keilförmig nach innen ab in Richtung auf die Beschickungsschnecke an einer Stelle in Nachbarschaft zu der tangentialen Seitenöffnung, wie es bei 70 in der Fig. 6 dargestellt ist. Die Verjüngung verringert das Volumen zwischen der Beschickungsschnecke und der Extruder trommel und unterstützt dadurch das mechanische Zusammenpressen. Die Gewindegänge auf der Beschickungsschnecke, kombiniert mit der Verjüngung des Beschickungsabschnittes, weisen ein Verdichtungsverhältnis von etwa 5t1 auf, das auf diese Weise dazu dient, den Ausschluß praktisch der gesamten Luft sicherzustellen.

209810/1335

2U2821

In dem zweiten» in der Fig* 6 mit B bezeichneten Abschnitt wird aus der Extrudertrommel mittels der elektrischen Heizeinrichtungen 72, 74 und 76 Wärme zugeführt· Der Durchmesser am Fuße der Beschickungsschnecke verjüngt sich radial nach außen ι wodurch das Volumen zwischen der Beschickungsschnecke und der Extrudertrommel weiter verringert und dadurch das mechanische Zusammenpressen erhöht wird· Man nimmt an, daß in diesem Bereich die Umwandlung in einen Schmelzfluß in Abwesenheit von Luft beginnt. Man nimmt auch an, daß die

meisten der flüchtigen Bestandteile und die Feuchtigkeit in Form von Dampf durch die öffnung in dem Beschickungsabschnitt unter der Einwirkung der Trocknungswirkung, die in den Anfangsstufen des Zusammenpressen auftritt, entfernt werden· Die zusammengepreßten Stapelfasern oder das kompaktierte Material wird durch die Beschickungsschnecke relativ zu der heißen Trommel innenober fläche bewegt, wobei die zuletzt genannte Oberfläche dazu dient, den Teil des kompaktierten Materials zu schmelzen, der mit der Oberfläche in Berührung steht und dadurch einen geschmolzenen Flüsslgkeitsfilm zu bilden« Der Flüssigkeitsfilm führt zusammen

ψ mit der heissen Innenwandoberfläche zu einem weiteren Schmelzen des kompaktierten Materials auf Grund der Viskositätswärmebildung in dem geschmolzenen Flüssigkeitsfilm oberhalb des zusammengepreßten Materials. Dies leitet einen Phasenübergangsbereich oder einen Schmelzbereich ein, in dem das feste Polymerisat oder das zusammengepreßte Material und der geschmolzene Flüssigkeitsfilm nebeneinander vorliegen.

Die durch die elektrische Heizeinrichtung 72 erzeugte Wärme

209810/1335

2U2821

liegt innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 254 bis etwa 282⁰C (490 bis 540°F) für eine Stapelfaser aus beispielsweise PET und innerhalb des Bereiches von etwa 277 bis etwa 288°C (530 bis 55O°F) für eine Stapelfaser aus beispielsweise PCHDMT.

Die durch die elektrische Heizeinrichtung 74 erzeugte Wärme liegt innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 271 bis etwa 288°C (520 bis 55O⁰F) für PET-Fasern und innerhalb des Bereiches von 304 bis etwa 316⁰C (580 bis 600°F) für PCHDMT-Fasern.

Die durch die elektrische Heizeinrichtung 76 erzeugte Wärme liegt innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 207 bis etwa 271°C (405 bis 52O°F) für PET-Fasern und innerhalb des Bereiches von etwa 277 bis etwa 288°C (530 bis 55O⁰F) für PCHDMT-Fasern.

In dem dritten, in der Fig. 6 mit C bezeichneten Abschnitt bleiben der Durchmesser am Fuße der Beschickungsschnecke und der innere Durchmesser der Innenwandoberfläche konstant. Der Phasenübergang ist noch im Fortschritt begriffen und der Druck in dem Schmelzfluß wird erhöht. Am Ende des dritten Abschnitts C ist ein Ringventil 78 vorgesehen, das die Aufgabe hat,zu verhindern, daß festes Material in großen Mengen austritt und es ermöglicht auch den Betrieb der Abmesszone der ersten Stufe, welche die Abschnitte A, B und C umfaßt, bei höheren Drucken. Das Ringventil dient ferner dazu, ein Überfluten der Abzugsöffnung 80 zu verhindern, Das Ringventil ist auf übliche Art und Weise einstellbar, sqtiaß

209810/1335

2U2821

der Zwischenraum zwischen dem Ringventil und der Trommelinnenwandoberfläche reguliert werden kann. Diese Einstellung dient dazu, den Rückstaudruck in der Abmeßzone der ersten Stufe zu regulieren und die Fließgeschwindigkeit des Schmelzflusses an dem Ringventil vorbei zu bestimmen« Es soll auch sicherstellen, daß praktisch keine nicht—geschmolzenen Teilchen daran vorbeikommen. Bezüglich der näheren Beschreibung eines Ringventils wird auf die USA-Patentschrift 3 475 787 verwiesen.

In dem vierten, in der Fig. 6 mit D bezeichneten Abschnitt werden irgendwelche zurückgebliebenen flüchtigen Teile durch die Abzugsöffnung 80 abgeführt. Die Gewindegänge (flights) 82 sind so angeordnet, daß eine größere Polymerisatoberfläche freigelegt wird, um eine wirksamere Freisetzung der gasförmigen Produkte zu erzielen. Die Gewindegänge sind nur teilweise mit dem Schmelzfluß gefüllt, um zu ermöglichen, daß das freigesetzte Gas die Abzugsöffnung erreicht. Dieser Abschnitt kann bei einem Instrumentendruck von etwa 0 oder bei Atmosphärendruck betrieben werden. Gewünschtenfalls kann der Abschnitt aber auch unter Vakuum betrieben werden.

Der fünfte, in der Fig. 6 mit E bezeichnete und der sechste, mit F bezeichnete Abschnitt bilden zusammen die zweite Stufe. Wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, nimmt der Durchmesser am Fuße der Beschickungsschnecke in dem fünften Abschnitt E radial nach außen ab, wobei jedoch der Gesamtdurchmesser gegenüber demjenigen des vorhergehenden Abschnittes verringert ist, um

209810/1335

2U2821

zu verhindern, daß der vorhergehende Abzugsabschnitt überflutet wird. Wahrscheinlich tritt in dem fünften Abschnitt eine größere Freisetzung der gasförmigen Produkte auf· Auch wird in den sechsten Abschnitt und möglicherweise in dem fünften Abschnitt der Druck, angereichert, bis er ausreicht, um den Schmelzfluß oder das geschmolzene Polymerisat durch die Düse der Unter-Nasser-Pelletisiereinrlchtung 24 zu pumpen«

Die elektrische Heizeinrichtung 84 in dem fünften Abschnitt liefert eine Harne innerhalb des Temperaturbereiches von 204 bis etwa 271°G (400 bis 52O°F) für PET-Fasern und innerhalb des Bereiches von etwa 277 bis etwa 288°C (530 bis 55O°F) für PCHDMT-Fasera. Die elektrische Heizeinrichtung in dem sechsten Abschnitt liefert eine Wärme innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 199 bis etwa 271°C (390 bis 52O°F) für PET-Fasern und innerhalb des Bereiches von etwa 277 bis 288°C (530 bis 55O°F) für PCHDHT-Fasern. Die Temperatur in jedem der elektrischen Heizungsabschnitte wird durch die mit den Ziffern 88, 90, 92, 94 und 96 bezeichneten Gebläse reguliert, die kühlende luft um die Außenseite der Extrudertrommel durch die alt einernten te 1 umgebenen, mit den Ziffern 98, 100, 102, 104 und 106 bezeichneten Bereiche blasen. Diese Steuerung ist wesentlich, um eine Anreicherung von Härme zu verhindern, wenn das zusammengepreßte Material weiterhin schmilzt und um dadurch einen möglichen Abbau des Schmelzflusses minimal zu halten.

Das geschmolzene Polymerisat oder der Schmelzfluß strömt durch ein Sieb und einen Siebadapter, die in dem in den

209810/1335

2U2821

Fig. 1 und 6 mit der Ziffer 108 bezeichneten Abschnitt nicht näher erläutert sind. Für das Sieb und den Siebadapter sowie für das Ersatzsieb und den Siebadapter (nicht dargestellt) sind Induktionsblockheizeinrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Temperaturen innerhalb bestimmter Bereiche zu halten. Das Sieb wird für PET-Fasern bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 199 bis etwa 271°C (390 bis 52O°F) und für PCHDMT-Fasern bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 277 bis etwa 288⁰C (530 bis 550⁰F) gehalten. Der Siebadapter wird für PET-Fasern bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 204 bis etwa 271°C (400 bis 52O°F) und für PCHDMT-Fasern bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 277 bis etwa 288°C (530 bis 55O°F) gehalten·

Das geschmolzene Polymerisat oder der Schmelzfluß wird aus dem Extruder 22 durch ein Verbindungsrohr oder durch einen Adapterabschnitt 109 (Fig. 1 und 6), der durch eine Bandheizeinrichtung (nicht dargestellt) in geeigneter Weise erhitzt ist, in die Unterwasser-Pelletisiereinrichtung 24 gepumpt, die in der Fig. 10 näher erläutert ist.

In der Fig. 10 tritt der Schmelzfluß durch die Einlaßöffnung 112 in den Pelletisiereinrichtungskörper 110 ein und wird um den ringförmigenfCanal 113 herum-geführt zur Extrusion durch die öffnungen 114 der Düsenplatte 116. Durch die Kanäle 118, die auf einer Seite der Düsenplatte angebracht •ind, wird eine Hochtemperatur-Wärmeübertragungeflüssigkeit

209810/1335

2H2821

oder -fluidum (z.B. Therminol 77 fluid der Firma Monsanto) zirkuliert, um so die Düsenplatte zu erhitzen und den Strom des Polymerisats durch die Düsenplatte zu fördern. Die Düsenplatte wird gegenüber dem Pelletisiereinrichtungskörper 110 durch eine Zurückhalte- oder Trägerplatte 120 in der richtigen Lage gehalten. Ein rotierbares Messer 122 und eine Lagerbüchse 124 werden für die Rotation durch eine Welle (nicht dargestellt) getragen, die sich durch die öffnung 126 in der Düsenplatte und die öffnung 128 in dem Pelletisiereinrichtungskörper erstreckt und in geeigneter Weise für den Rotationsantrieb mit einem Motor 130 (Fig. 1) in Verbindung steht, der oberhalb der Pelletisiereinrichtung angebracht ist. Es ist ein Wasserbehälter 132 vorgesehen, innerhalb dessen beheiztes Wasser gegen die andere Seite der Düsenplatte zirkuliert wird. Der Behälter wird gegenüber der Trägerplatte 120 durch Bolzen und Flügelschrauben, die bei 134 dargestellt sind, in der richtigen Stellung gehalten. Das zirkulierende heiße Wasser tritt durch die Einlaßöffnung 136 in den Wasserbehälter ein und kommt mit der Oberfläche der Düsenplatte in Berührung. Das Wasser und die durch das sich drehende Messer gebildeten Pellets, wenn das geschmolzene Polymerisat durch die öffnungen extrudiert und durch das Messer zerschnitten wird, treten in Form einer Aufschlämmung durch die Auslaßöffnung 138 aus. Die Aufschlämmung fließt dann in den Zentrifugaltrockner 26 durch ein Rohr 140 (in der Fig. 1 fragmentatisch dargestellt). In der USA-Patentschrift 3 477 098 ist ein Typ eines Zentrifugallufttrockners beschrieben, der in Ver-

209810/1335

i 770⁰

2ΊΑ2821

- 26 -

bindung mit einer Unterwasser-Pelletisiereinrichtung verwendet wird und zum besseren Verständnis der Zentrifugaltrockner wird auf diese Patentschrift verwiesen. Die Pellets können dann in ein Lagersilo (nicht dargestellt) eingeführt werden, nachdem das Wasser entfernt worden ist und sie können unter einem geeigneten Inertgas gehalten werden.

Die Temperautr der Wärmeübertragungsflüssigkeit liegt innerhalb des Bereiches von etwa 299 bis etwa 41O°C (570 bis 770⁰F) für das PET-Polymerisat und innerhalb des Bereiches von etwa 304 bis etwa 427°C (580 bis 80O⁰F) für das PCHDMT-Polymerisat. Die Temperatur des zirkulierenden heissen Wassers liegt innerhalb des Bereiches von etwa 27 bis etwa 93°C (80 bis 20O⁰F) für das PET-Polymerisat und innerhalb des Bereiches von etwa 38 bis etwa 99°C (100 bis 210°F) für das PCHDMT-Polymerisat.

Die erhaltene Eigenviskosität (I.V.) der fertigen Pellets oder des wieder—verwendbaren Ausgangsmaterials beträgt etwa 0,45 bis 0,55 für PET und etwa 0,45 bis etwa 0,68 für PCHDMT. Dem steht eine Eigenviskosität von etwa 0,60 ± 0,02 der ursprünglichen PET-Pellets und eine Eigenviskosität von etwa 0,785 ± 0,02 der ursprünglichen PCHDMT-PeHets gegenüber.

In der folgenden Tabelle ist ein Vergleich der Eigenschaften zwischen dem wieder-verwendbaren Ausgangsmaterial und dem ursprünglichen Auegangsmaterial, aus dem das wieder—verwendbare Ausgang«material hergestellt worden ist, angegeben·

209810/1335

Tabelle

	ι I	Eigen« ▼ifkofitXt	+SD	Urtprüntliches ί	PCHDHT	Wieder-verwendbares	Au· ianftna t er ia 1
		Farbe R_d +SD	++B	PET	0,785 +· 0,02	PET	PCHDMT
		"a"	0,60 + 0,02	+++83 +4-2 ++84 + 3	0,45 - 0,55	0,45 - 0,68
20981		87 £ 3 87 t 3		80 £ 5	77,5 £ 4
ο			+++-1 £ 1	+ 1,8 £ 1	-QV5 £ 1 5
		+1 £ 1	++-ι £ ι
*c>** en	-<V5 £ 1

"b"

⁺SD

Schmelzpunkt
(DSC)

0,5 £

-3 5 £ 1 5 +5,5 £ 1-2

252⁰C £ 3°

+4 - 1,5

++/+nc

+4 - 1,5

291°C £

255⁰C £ 5°

+Halbmatt (0,20 £ 0,02 X TiO₂) ++Glänzend (kein TiO«)
+++Halbmatt (0,32 £ ofo2 X TiO«) ++++Differentielles Aufzeichnungscalorimeter

♦ 5 i 2

290⁰C £ 6°

Die Ausdrücke "Farbe R_d", "a" und "b" bezeichnen Lichtreflexwerte, die mit einem automatischen Gardner-Farbdifferenzmeßgerät (hergeetellt von der Firma Gardner Laboratory, Inc«) erhalten wurden· ¹¹Rj" ist definiert als das 100-fache der durch eine Probe reflektierten Licht-

fe eilt durch die Menge des durch eine perfekt streuende Probe (nämlich durch Magnesiumoxyd) gestreuten Lichtes, wenn das Licht unter einem Winkel von 45 auf die Probe auftrifft und die Meßvorrichtung zeichnet das senkrecht aus derselben oder bei 0 diffundierte Lichte auf· Eine vollständig absorbierende Probe hätte einen R ,-Wert von 0 und ein perfekt diffundierendes Weiß hätte einen Wert von 100. Je höher der Wert, desto weißer die Probe.

Die Werte "a" und "b" sind Farbtonkoordinaten. Ein positiver Wert (+) von "a" entspricht Rot, ein negativer Wert (-) von "a" entspricht Grün, ein positiver Wert (+) von "b" entspricht ^eIb und ein negativer Wert (-) von "b" entspricht Blau« In bezug auf die beiden oben genannten speziellen Polyester ist ein mehr grüner und ein mehr blauer Farbton bevorzugt.

In der Tabelle wird kein Unterschied zwischen einem halbmatten und glänzenden Polyester in dem wieder—verwendbaren Ausgangsmaterial gemacht, da kein Versuch unternommen wurde, um die beiden Typen von Endlos-Abfallmaterial voneinander zu trennen. Deshalb können die Werte für das wieder-verwendbare Ausgangsmaterial möglicherweise aus halbmattem und glänzendem Polyester zusammengesetzt sein, je nach den durchgeführten Versuchen und der Menge des zur Zeit der Versuche

209810/1335

gebildeten Abfalls. Die Prozentsätze an TiO₂ sind nur repräsentativ für einen Typ des halbmatten Polyesters und die Farbreflexionswerte würden bei Verwendung eines anderen Prozentsatzes an TiO davon abweichen.

Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen System der Abfallaufbereitung besteht darin, daß es damit nicht mehr erforderlich ist, mit Gleitmittel versehenes Abfall-Fadenmaterial von kein Gleitmittel aufweisendem Material zu trennen und daß es auch nicht erforderlich ist, das Garngleitmittel von dem Abfallmaterial zu entfernen, bevor das Material für die Aufbereitung zu einem wieder—verwendbaren Ausgangsmaterial in das System eingeführt wird. Durch die Öffnung in dem Beschickungsabschnitt und durch die Abzugsöffnung 80 können verdampftes Wasser und öl entweichen. Ein weiterer und noch wichtigerer Vorteil ist der, daß die voluminöse, anderweitig nicht handhabbare Masse aus Endlos-Fadenmaterialien leicht gehandhabt werden kann, selbst dann, wenn dieses Material in gestrecktem oder nicht gestrecktem Zustand vorliegt oder eine Kombination dieser Zustände darstellt und selbst wenn das Material mit Gleitmittel versehen ist oder nicht oder wenn eine Kombination dieser Zustände vorliegt· Außerdem kann das Endlos-Faden- «aterial in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung leicht verarbeitet werden, ohne daß es.erforderlich ist, das Material auf Irgendwelche Art und Weise, beispielsweise durch Vortrocknung zur Entfernung der Feuchtigkeit, vorzubehandeln, weil die Trocknung in den Beschickungeabschnitt und in den Anfangsstufen des Zusamnenpreseens erzielt wird und weil die erhaltenen Däepfe durch die Öffnung in dem Beschickungeab-

209810/133$

2U2821

- 30 schnitt im wesentlichen entfernt werden.

Obwohl auch ein System verwendet werden könnte, in dem das geschmolzene Polymerisat durch eine Düse in Form einer Reihe von Strängen an dem Ende des Extruders in ein Wasserbad extrudiert und anschliesaend zu Pellets zerschnitten wird, ist die Verwendung einer UhterwasserrPelletisiereinrichtung bevorzugt we*«gen der Vorteile, die sie bietet. _ Beispielsweise ist das damit erhaltene Produkt gleichmäßiger ™ und attraktiver und muß nicht sortiert werden. Ein anderer Vorteil ist der, daß das fertige Produkt atmosphärischen Verunreinigungen, falls solche vorhanden sind, weniger ausgesetzt ist. Ein weiterer Vorteil ist der, daß das geschmolzene Polymerisat nicht der Atmosphäre ausgesetzt wird und daß dadurch eine potentielle Farbverbesserung in dem Endprodukt erzielt wird· Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß wegen des Fehlens von scharfen&ändern an den Pellets weniger Feinteilchen oder Staubteilchen auftreten. Ein weiterer Vorteil gegenüber der offenen Extrusionsanordnung fet m schließlich der, daß letztere schwierig zu konstruieren ist, wenn die Stapelfaserbeschickung in dem Extruder aus irgendeinem Grunde verloren gegangen sein sollte.

209810/1336

Claims

Patentansprüche

j 1.)Verfahren xur Aufbereitung von Abfall aus thermoplastische« ^— Endlos-Fadeneaterial und Umwandlung desselben in ein wieder»

verwendbares Ausgangsmaterial, gekennzeichnet durch die

folgenden Stuf ent

cc) üawandiung dm» Endlos-Fadenmaterials in Stapelfasern, ß) Mechanisches Zusammenpressen und Schmelzen der Stapelfasern su eine« Schmelzfluß und

γ) Extrudieren des Schmelzflusses zu einem wieder—verwendbaren Ausgangsaaterial.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe α dam Zusasaenpressen des Endlos-Fadenmaterials zu einer Masse «it vorher festgelegter Größe, das Zerschneiden der Masse in vorher festgelegte Stücke und das anschliessende Zerschneiden der Stücke zu Stapelfasern umfaßt.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe β praktisch alle flüchtigen Bestandteile entfernt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßtt

a) Zm ii—Ii ι pressen des Endlos-Fadenmaterials zu einer Masse «it vorher festgelegter Größe,

tf) Zerschneiden der Masse zu Stücken mit vorher festgelegter GrSSe₉

«■) Zerschneiden der Stücke in kleinere Stücke.

209810/1336

d) Zerschneiden der kleineren Stücke zu Stapelfasern

einer vorher festgelegten Länge, β) Überführung der Stapelfasern in einen Lagdbehälter,

f) Einführung und Dosierung der Stapelfasern aus dem Lagerbehälter mit einer vorher festgelegten, kontrollierten Raumgeschwindigkeit in den Beschickungsabschnitt eines Extruders,

g) mechanisches Zusammenpressen der Stapelfasern in dem Beschickungsabschnitt und Entfernen der Luft daraus,

h) Schmelzen der zusammengepreßten Stapelfasern in dem Extruder zu einem Schmelzfluß in Abwesenheit von Luft und bei Temperaturen, die mit den jeweiligen thermoplastischen Fasern verträglich sind, um den Abbau des Schmelzflusses minimal zu halten,

i) Pumpen des Schmelzflusses aus dem Extruder in eine Unterwasser-Pelletisiereinrichtung und durch eine Düse,

j) Erhitzen der Düse durch Zirkulieren einer erhitzten Flüssigkeit, die bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 299 bis etwa 427°C (570 bis 800⁰F) gehalten wird,

k) Extrudieren des Schmelzflusses durch die Düse in eine geheizte Flüssigkeit, die bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 27 bis etwa 99°C (80 bis 2IQ⁰F) gehalten wird,

1) Zerschneiden des Schmelzflusses zu Pellets, wenn der Schmelzfluß durch die Düse extrudiert wird,

m) Herstellung einer Aufschlämmung aus den Pellets und der erhitzten Flüssigkeit und Pumpen der Aufschlämmung in einen Zentrifugallufttrockner und

209810/1335

2H2821

η) Entfernen der Flüssigkeit von den Pellets durch Zentrifugalkraft, wodurch die Pellets getrocknet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu Stapelfasern zerschnittene Endlos-Fadenmaterial in den Beschickungsabschnitt eines im Innern einer Trommel angeordneten Schneckenextruders einführt, die Trommel in der Beschickungszone innen kühlt, so daß die innere Oberfläche der Trommel, die mit den zerschnittenen Stapelfasern in der Beschickungszone in Berührung kommt, eine Temperatur aufweist, die unterhalb derjenigen liegt, bei der die Fasern die Neigung haben, auf der inneren Oberfläche zu kleben, die zerschnittenen Stapelfasern mechanisch zusammenpreßt und zu einem Schmelzfluß aufschmilzt.und den Schmelzfluß zu einem wieder-verwendbaren Ausgangsmaterial extrudiert.

6. Vorrichtung zur Aufbereitung von Abfall aus thermoplastischem Endlos-Fadenmaterial und Umwandlung derselben in ein wiederverwendbares Ausgangsmaterial, insbesondere nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch

α) eine Einrichtung zur Umwandlung des Endlos-Fadenmaterial s in Stapelfasern,

ß) eine Einrichtung zum mechanischen Zusammenpressen und Schmelzen der Stapelfasern zu einem Schmelzfluß sowie

γ) eine Einrichtung zum Extrudieren des Schmelzflusses zu einem wieder-verwendbaren Ausgangsmaterial.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Umwandlung des Endlos-Fadenmaterials in

209810/1335

2H2821

Stapelfasern aus einer Einrichtung (12) zum Zusammenpressen des Endlos-Fadenmaterials zu einer Masse mit vorher festgelegter Größe und zum Zerschneiden der Masse (14) in Stücke mit vorher festgelegter Größe und weiteren Einrichtungen (16,18) zum Zerschneiden der Stücke zu Stapelfasern besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ' Extruder (22) aus einer Extruder trommel (62) und einer in der Extruder trommel drehbar angeordnetenBeschickungsschnecke (60) besteht, daß die Trommel an einem Ende mit einer Extrusionsdüse und an dem anderen Ende mit einem Beschickungsabschnitt (54) und entlang seiner Länge mit Heizeinrichtungen (72,74,76) versehen ist,

daß die Trommel (62) an dem Beschickungsabschnitt (54) eine längliche tangentiale Seitenöffnung (56) begrenzt, durch welche die Stapelfasern in die Eintrittsöffnung der Beschikkungsschnecke (60) eingeführt werden, die dazwischen begrenzt wird durch den sich nach unten drehenden Teil der Beschikkungsschnecke (60) und die Innenwand der Trommel (62), inner- Jk halb der sich die Beschickungsschnecke (60) dreht, und durch welche die Stapelfasern auf der Unterseite der Beschickungsschnecke festgehalten werden,

und daß Einrichtungen (98,100,102,104,106) zum inneren Kühlen des Beschickungsabschnittes der Trommel (62) vorgesehen sind, so daß die Innenwandoberfläche des Beschickungsabschnittes, mit der die Stapelfasern in Berührung kommen, sich auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur befindet, bei der die Stapelfasern die Neigung haben, an der Innenwandoberfläche zu kleben.

2098 1 0/1335

9« Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ExtrusionsdÜseneinrichtung aus einer Unterwasser-Pelletisiereinrichtung (24) einschließlich einer Düse, einer auf einer Seite der Düse angeordnete Heizeinrichtung für die Düse und einer auf der anderen Seite der Düse angeordneten Einrichtung sum Zirkulieren von heißem Wasser gegen die Oberfläche der Düse besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Steuerung und Dosierung der Zufuhr der Stapelfasern in die Einrichtung zum " . mechanischen Zusammenpressen und Schmelzen der Stapelfasern aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regulierung und Dosierung der Zuführ der Stapelfasern einen Lagerbehälter (20), der für die Aufnahme und Lagerung von mehr Stapelfasern geeignet ist, als direkt in die Einrichtung zum mechanischen Zusammenpressen und Schmelzen der Stapelfasern eingeführt werden können, aufweist, wobei der Lagerbehälter (20) eine Einlaßöffnung (44) und eine Auslaßöffnung (46), durch welche sich die Stapelfasern bewegen, sowie im Innern eine Fördereinrichtung (38,40)zum Befördern der gelagerten Fasern von der Einlaßöffnung (44) zu der Auslaßöffnung (46) und eine Einrichtung (48) zur Steuerung der durch die Auslaßöffnung (46) nach außen beförderten Menge der Stapelfasern aufweist,

12· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschickungsabschnitt (54) eine Einrichtung (64) aufweist, welche die Stapelfasern daran hindert, zusammen mit der Beschickungsschnecke (6o) zu rotieren und welche die kontinuier-

209810/1335

2U2821

liehe Vorwärtsbewegung der Stapelfasern aus dem Beschickungsabschnitt ermöglicht und gewährleistet,

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (64), die dazu dient, die Stapelfasern daran zu hindern, daß sie mit der Beschickungsschnecke rotieren, Oberflächenrippen aufweist, die sich radial nach innen von der Innenwand des Beschickungsabschnittes (54) erstrecken und die auf dem Umfang im Abstand voneinander angeordnet sind und mit den Gewindegängen (68) auf der Beschickungsschnecke (60) so kooperieren, daß die Bewegung der Masse der Stapelfasern senkrecht zu den Gewindegängen der Beschickungsschnecke gehalten wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verhinderoq^ler Rotation der Stapelfasern ₍ einen keilförmigen Abschnitt umfaßt, der sich radial nach innen von der Innenwandoberfläche der Extrudertrommel (62) erstreckt und der im Abstand von der Beschickungsschnecke (60) angeordnet ist, wobei der keilförmige Abschnitt sich am Anfang zum Teil spiralig um einen Teil der Länge des Beschikkungsabechnittes (54) herum und entlang desselben erstreckt und dann geradlinig wird und dann für den Rest der Länge des Beschickungsabschnittes (54) parallel verläuft.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verhinderung der Rotation der Stapelfasern ein entfernbar innerhalb der Extrudertrommel (62) angeordnetes Einsatzstück (64) mit einer Mehrzahl von keilförmigen Rippen (66) umfaßt, die sich radial nach innen von der Innenwandoberfläche des Einsatzstückes (64) erstrecken und am

209810/1335

Umfang im Abstand voneinander und im Abstand von der Beschickungsschnecke (60) angeordnet sind, wobei sich die keilförmigen Rippen (66) zu Beginn teilweise spiralig um einen Teil der Länge des Beschickungsabschnittes (54) herum und entlang desselben erstrecken und dann geradlinig werden und für den Rest der Länge des Beschickungsabschnittes (54) parallel verlaufen.

16, Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsschnecke (60) einen ersten Abschnitt (A) mit im wesentlichen gleicher Größe mit einer tangentialen Seitenöffnung (56) und einem Durchmesser am Fuß mit konstanter Größe aufweist, wobei die dem ersten Abschnitt (A) und dir Seitenöffnung (56) benachbarte Innenwandoberfläche sich nach innen in Richtung auf die Beschickungsschnecke (60) verjüngt und dadurch für eine Kooperation mit der Beschickungsschnecke (60) geeignet ist, um das Zusammenpressen der.Stapelfasern einzuleiten.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine nach unten geneigte Oberfläche (58), die sich von der länglichen tangentialen Seitenöffnung (56) in Richtung auf die Eintrittsöffnung der Beschickungsschnecke (60) erstreckt, die in der Lage ist, die Stapelfasern in diese Eintrittsöffnung einzuführen, wenn die FasernÖurch diese Seitenöffnung (56) zugeführt werden.

2 0 9 810/1336