DE2226691A1

DE2226691A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung verdichteter Körper aus thermoplastischem Material

Info

Publication number: DE2226691A1
Application number: DE19722226691
Authority: DE
Inventors: Howard Edward; Staub Roger Brown; Somerville; Klingebiel Ward John Lebanon NJ. Kasting (V.StA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-06-03
Filing date: 1972-06-02
Publication date: 1972-12-07
Also published as: FR2140223A1; AU461278B2; GB1395618A; AU4298472A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk· dipl.-ino. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WE I N HOLD · DR. D. G UDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

CK. ESCHENHEIMER ITHASSt 39

30. Mai 1972 . C-8392-G

Union Carbide Corporation 270 Park Avenue,
New York, N.Y. 10017
USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung verdichteter Körper aus thermoplastischem Material

Die Erfindung bezieht sich" auf die Verdichtung oder Kontaktieren von thermoplastischem Material, insbesondere auf die Verdichtung synthetischer organischer thermoplastischer Materialien.

Bisher wurden thermoplastische Materialien unterschiedlicher Eorm in verschiedenen Verfahren in Körper grosserer Dichte von vielerlei Gestalt unter Druck geformt und/oder verdichtet. Die gepressten oder verdichteten Körper boten das Material in einer für die Handhabung und den Gebrauch bequemeren Form dar. Allerdings ergaben sich Schwierigkeiten bei der Handhabung dieser Körper, da sie brüchig waren, häufig brachen und dabei Peinteile entstanden. Selbst wenn Binde- und Verstärkungsmittel verwendet wurden, liess die Bruchfestigkeit derartiger Materialkörper zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung festerer, stärker verdichteter Körper aus thermoplastischem Material mit im trockenen Zustand besserer Strömungsfähigkeit zu schaffen.

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ORlQWAL INSPECTED

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur fortlaufenden Herstellung verdichteter Körper gleicher Form aus thermoplastischem Material, wobei ein Strom aus thermisch weichgemachtem Material einer rotierenden Verdichtungseinrichtung zugeführt, in dieser eine Bahn oder ein Band aus miteinander verbundenen verdichteten Körpern hergestellt und diese Bahn in eine Vielzahl kompaktierter Körper gleicher Form unterteilt wird.

Unter der Bezeichnung "thermoplastisches Material" sollen vor- und nachstehend insbesondere alle synthetischen organischen Materialien mit thermoplastischen Eigenschaften verstanden v/erden. Manche synthetischen organischen Harze, wie etwa Polyäthylen und Polyvinylchlorid, besitzen ohne weiteres diese thermoplastischen Eigenschaften ganz offensichtlich. Andere Harze, etwa Phenolharze und solche mit hohen Füllstoffzusätzen, werden als durch Wärme härtbare Harze angesehen. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Harze dennoch thermoplastische Eigenschaften bis zu dem Zeitpunkt aufweisen, an dem sie genügend lange einer Reaktion bei einer Temperatur unterzogen wurden, bei der eine Vernetzung entsteht, durch die sie die Eigenschaft erhalten, durch Warne zu erhärten.

Es ist daher selbstverständlich, dass solche nicht vernetzten, durch Wärme härtbaren Harze im Rahmen der Erfindung als thermoplastische Materialien betrachtet werden.

Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird thermoplastisches Material in Form von Teilchen einer homogenen oder heterogenen Mischung fortlaufend einer Verbund- oder Kompoundzone zugeführt, in der es in einen homogenen, thermisch weichgemachten Extrudatstrom überführt wird, der fortlaufend der Verdichtungs- oder Kompaktierungazone zugeführt wird. Dort wird der ^xtrudatstrom in einem fortlaufenden Giessverfahren ähnlichen Arbeitsgang zu

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einem fortlaufenden Band aus verdichteten Körpern geformt, die durch dünne Stege aus dem Material verbunden sind, das durch freie Zwischenräume zwischen den Verdichtungsorganen hindurchgeführt wurde.

Die fortlaufende Bahn wird dann vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials abgekühlt.

Die Bahn wird dann fortlaufend in eine Zerkleinerungszone überführt, wo sie in die Vielzahl verdichteter Körper zerbrochen wird, aus denen sie besteht. Die verdichteten Körper werden .: dann von während des Zerkleinerungsvorgangs gebildeten Peinteilen oder Abrieb abgetrennt, und die Feinteile werden zur Verbundzone zwecks erneuter Kompoundierung zurückgeführt. Grober Bruch und eine Fraktion mit Übergrösse, die aus nur teilweise zerkleinertem Produkt bestehen, können erneut durch die Zerkleinerungszone geleitet werden.

Nach der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur fortlaufenden Erzeugung verdichteter Körper aus thermoplastischem Material ausgehend vonzerkleinertem thermoplastischem Material geschaffen. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Kompoundierungseinrichtung, durch die das zerkleinerte thermoplastische Material in einen Materialstrom umgeformt wird, aus einer sich drehenden Verdichtungseinrichtung zum Herstellen einer Bahn aus miteinander verbundenen verdichteten Körpern aun dem erzeugten thermoplastischen Materialstrom und aus einer Einrichtung zum Zerkleinern dieses Materialbandes in eine Vielzahl gleichmässig verdichteter Körper.

Die Erfindung ist nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:

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Pig. 1 schematisch eine Ansicht der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht, teilweise abgebrochen im Schnitt, einen Drehverdichter, der sich i"ür die Ausführungsfontt nach Pig. 1 eignet;

Pig. 3 - teilweise weggebrochen- eine Seitenansicht des Drehverdichters nach Fig. 2;

Pig. 4 eine schaubildliche Ansicht eines gemäss dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten verdichteten Körpers, und

Pig. 5 schematisch einen Schnitt durch eine für die Verwendung bei der Ausführungsform nach Fig. 1 geeignete Strangpress- und Kompoundierungseinrichtung.

Gemäss den Zeichnungen wird das zerkleinerte thermoplastische Material in einem Trichter einer Strangpress- bzw. Kompoundierungseinrichtung 12 augeführt, die nach Wunsch entweder mit einer einzigen Schnecke oder mehreren Schnecken zum Kneten und ähnlicher Bearbeitung versehen ist» Während des Durchgangs durch die Einrichtung 12 wird daa thermoplastische Material in einen thermisch erweichten strömungsfähigen Zustand gebracht, und das homogene Extrudat wird von ihr durch einen Auslass 16 fortlaufend abgegeben.

Das Extrudat 18 gelangt als fortlaufender Strom zu der Angriffestelle 20 eines Rotationsverdichters 22, der zwei Sätze sich gegensinnig drehender und zusammenwirkender Walzen 24 und 26 besitzt. Jeder Satz der zusammenwirkenden Walzen besteht aus einer Vielzahl axial aneinander anschliessender Scheiben mit abwechselnd grösserem und kleinerem Durchmesser. Jede Scheibe ist so angeordnet, dass jede Scheibe 28 grösseren Durchmessers der einen V/alze mit einer Scheibe 30 kleineren Durchmessers der anderen Walze zusammenarbeitet, wodurch Verdichtungskammern sr ischen der Umfangsfläche der Scheiben 30 kleineren Durchmes-

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8ers und Aussparungen 32 am Umfang der mit diesen zusammenarbeitenden Scheiben 28 grösseren Durchmessers gebildet werden (Fig. 3).

Wenn der Strom des thermisch weichgemachten Extrudata 18 über die Breite der zusammenwirkenden Walzen 24 und 26 des Rotationaverdichters durch die Angriffstelle 20 gepresst wird, entsteht eine fortlaufende Bahn oder ein Band 34 aus dem kompaktierten Produkt.

Dieses Band 34 aus dem verdichteten Material besteht aus einer Vielzahl verdichteter Körper 36, die jeweils die Form der durch das Zusammenarbeiten zwischen den Aussparungen 32 und den Umfangsflächen der Scheiben 30 gebildeten Verdichtungskammern aufweisen.

Aus Pig. 4 ist zu ersehen, dass die verdichteten Körper 36 Prismenform mit dreieckigem Querschnitt haben können._o Es sei jedoch selbstverständlich, dass diese verdichteten Körper vielfältige andere Formen haben können, je nach der iOrrn der durch die zusammenarbeitenden Walzensoheiben gebildeten Verdichtungskammern.

Diese Verbindungsstege zwischen den einzelnen verdichteten Körpern 36 des Bundes 34 aus dem kompaktierten Produkt werden durch dasjenige thermoplastische Material gebildet, das durch die zwischen den sich drehenden Scheiben gebildeten freien Räume hindurchgeführt wird, wie sie z.B. bei 38 und 39 in tig. 2 gezeigt eind. Die Ausbildung solcher passenden Spalte oder freien Zwischenräume iat äusserst wichtig, um aus dem kompaktierten Produkt eine susammenhängünde Sahn herzustellen! au enge Spalte würden lediglich zur Herstellung einer Vielzahl von einzelnen verdichteten Körpern führen, die keine Verbindung ■. .füreinander hätten. Eine derartige Anordnung würde es sehr erschweren, die einzelnen verdichteten Korr.er aus den Aussparungen 32 und von den Oberflächen 3D zu entfernen.

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Die Bahn 34 aus im Rotationsverdichter 22 hergestellten miteinander verbundenen verdichteten Körpern wird dann vorzugsweise durch eine Kühlanlage geleitet, z.B. die in Fig. 1 dargestellte, ein; Aerosol (aerated fluid) versprühende Einrichtung 40 und eine Luftkühlungseinrichtung 42. Die Sprühanlage 40 und 42 kann beliebige Kühlmittel 44 oder 46 versprühen, die dazu beitragen, die Temperatur der Bahn auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials abzukühlen.

Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, die Bahn aus dem kompaktierten Produkt nach der Verdichtung und vor der Zerkleinerung teilweise abzukühlen. Eine derartige Abkühlung erlaubt die Zerteilung der Bahn entlang den Linien der verbindenden Materialstege (ähnlich dem Abbrechen entlang Kerblinien), was günstiger ist als ein Brechen der kompaktierten Körper selbst.

Die fortlaufende Bahn 34 wird dann z.B. einer ßotationsbrecheinrichtung 48 zugeführt, die ein Gehäuse 50 und im Innern eine Vielzahl von sich drehenden Schlagmessern 52 aufweist, welche die Bahn gegen ein (nicht dargestelltes) ruhendes Gegenmesser drücken und sie in einzelne kompaktierte Körper 36 zerteilen, wobei etwas Abrieb bzw. Peinteile und grobes Material mit Übergröese anfällt. Von der Rotationsbrecheinrichtung 48 wird das ganze zerkleinerte Produkt zu einer Klaesiereinrichtung 54 geleitet, die entweder als Schüttelsiebeinrichtung oder in Zyklonbauart ausgeführt ist und in der die verdichteten Körper, der Abrieb und die grobe Fraktion voneinander getrennt werden.

Die fertigen verdichteten Körper werden von der Klassiereinrichtung durch eine Leitung 56 als Endprodukt abgeführt. Der Abrieb wird durch eine Leitung 5β wieder zur Str;tr._:;>.resseinrichtung aurückgeleitet, und die ^robe Fraktion wird durch eine Leitung 60 der Rotationjbrecheinri^htung wieder zu "iführt.

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Der rückgeführte Abrieb wird zusammen mit neu eintreffendem festem Material durch den Trichter 10 in die Strangpresseinrichtung gefüllt.

Bei einem Beispiel für die Durchführung der Erfindung wurden 453 kg pro Stunde einer nicht versetzten Phenolharzmischung, die Füllstoff, Fasern, Schmiermittel und dergleichen enthielt, fortlaufend in den Einfülltrichter einer Werner und Pfleiderer ZSK 83-Kompoundierungseinrichtung eingeführt, wie sie in Pig. 1 und 5 dargestellt ist. Die Strangpresseinrichtung besass gleichzeitig rotierende und miteinander kämmende Zwillingsschrauben mit einem Durchmesser von 83 mm awlschen Eingangs- und Ausgangsöffnung und einen Kompoundierungsabschnitt von 1500 mm Länge. Die verwendeten Zwillingsschrauben wurden mit 285 Upm fortlaufend angetrieben.

Das Extrudat wurde fortlaufend als thermisch erweichter Teilchenstrom mit etwa
dichters zugeführt.

chenstrom mit etwa 120 C der Angriffsstelle des Rotationsver-

Die Bahn aus miteinander verbundenen kompaktierten Körpern wurde dann nach und nach auf eine Temperatur von etwa 70⁰C abgekühlt . (zuerst ein lufthaitiger Wasser- oder Aerοsol-Kühlspray,öAnn Kühlspray mit gekühlter Luft).

Hierauf wurde die Bahn in die Brecheinrichtung eingeführt (z.B. eine von der Firma Munson Mill Machinery Co., Utica, N.Y. vertriebene Munson SCC-IO-Schneideinrichtung), um die fortlaufende Zerteilung der Bahn in kompaktierte Körper, Abriebfeinteile und grobe Teile zu bewirken, die in einer Klassiereinrichtung voneinander getrennt wurden (z.B. in dem Klassier-Modell 42 der Firma Orville-Simpson Co., Cincinnati, Ohio); darauf wurde der Abrieb und die grobe Fraktion wie oben erläutert zurückgeleitet.

Die einzelnen koapaktierten Körper hatten glatte, gussartige Oberflächen und hatten gleichmä3sig_;.im allgemeinen die xn Fig. 4 da., gestellte i'orm. Die Grundfläche der prismatischen Körper Bit

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dreieckigem Querschnitt betrug etwa 5 mm χ 5 mm, die Höhe der prismatischen Körper etwa 2 mm.

Es sei noch bemerkt, dass die einzelnen fertigen verdichteten Körper an den in Pig. 4 gezeigten Stellen kleine Vorsprünge
bei 38 und 39 aufweisen. Diese kleinen Vorsprünge werden durch die axialen Spielräume 38 und radialen freien Räume 39 innerhalb des Verdichters 22 gebildet. Die axialen Spielräume sind etwa 0,13 mm - 0,77 mm, die radialen freien Räume etwa 0,25 1,68 mm gross. Die entsprechenden Vorsprünge sind kleiner als die zugehörigen Spielräume bzw. freien Räume, durch die sie
gebildet werden.

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Claims

Union Carbide Corporation C-8392-G

30. Mai 1972
PW/Ar

Patentanspj"üche

Verfahren zur fortlaufenden Herstellung von verdichteten Körpern gleicher Form aus thermoplastischem Material, dadurch gekennzeichnet , dass ein Strom thermisch erwcichten Materials in die Verdichtungnzone einer Einrichtung mit sich drehenden Verdichtungsorganen eingeführt und in dieser eine Bahn oder ein Band aus miteinander verbundenen verdichteten Körpern hergestellt wird_s und dass die Bahn in eine Vielzahl gleichförmiger verdichteter Körper zerteilt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, ausgehend von Teilchen aus therrnoplastischem Material, dadurch, gekennzeichnet , dass das teilchenförmige Material in einer Strangpress- oder Kompoundierungseinrichtung (12) in strömungsfähigen Zustand gebracht wird, dass das thermisch erweichte Extrudat der Kompaktierungszone eines mit sich drehenden Verdichtungsorganen versehenen Verdichters (22TpUnU darin in eine Bahn oder ein Band aus miteinander verbundenen verdichteten Körpern umgeformt wird und dass anschliessend die .Bahn in eine Vielzahl gleichförmiger verdichteter Körper zerteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn--^ zeichnet, dass beim Zerteilungsvorgang erzeugter Abrieb oder Feinteile zur erneuten Behandlung in die Einrichtung (12) zurückgeführt v/erden, in der sie in Strangform strömungsfähig gemacht werden.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Bahn aus miteinander verbundenen erdichteten Körpern vor der Zerteilung abgekühlt wird.

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5. Vorrichtung zur fortlaufenden Herstellung von gleichförmigen verdichteten Körpern aus gegebenenfalls teilchenförmigen! thermoplastischem Material zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4,gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zur Herstellung eines fortlaufenden thermisch weichgemachten Stroms aus dem thermoplastischen Material, durch eine Kompaktierungs- und Verdichtungseinrichtung (22) mit sich drehenden Verdichtungsorganen (24, 26) zur Herstellung einer Bahn (34) aus miteinander verbundenen verdichteten Körpern (36), die aus dem thermisch erweichten thermoplastischen Material bestehen, und durch eine Brecheinrichtung (48) zum Zerteilen der Bahn in eine Vielzahl gleichförmiger verdichteter Körper.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliöh eine Einrichtung (54, 58) zum Absondern und Rückführen von Abrieb oder Feinteilen aus der Brecheinrichtung (48) zu der Kompoundier- oder Strangpressein-.richtung (12) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η zeichne t , dass eine Kühleinrichtung (40, 42)zum Kühlen der Bahn (34) aus miteinander verbundenen Körpern (36) vor der Brecheinrichtung (48) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet , dass die Rotationsverdichtungseinrichtung (22) ein Paar sich gegenläufig drehender walzen (24, 26) aufweist, die ,"jeweils aus einer Vielzahl axial aneinander anschliessonder Scheiben (28, 30) mit abwechselnd groß;-; rem und kleinerem Durchmesser zusammengesetzt sind, von denen diejenigen grösseren Durchmessers am Umfang Aussparungen (32) besitzen, die so angeordnet sind, dass/jede Scheibe (28) größeren Durchmessers der einen Walze mit je einer Seheibe (30)

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kleineren Durchmessers der anderen Walze zusammenarbeitet _f. die zwischen sich und einer Aussparung (32) der zugehörigen Scheibe (28) grösseren Durchmessers je eine Verdichtungskammer bildet,

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (32) der Scheiben (28) grösseren Durchmessers sich in Achsrichtung über die gesamte Breite der Scheiben erstrecken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (32) der Scheiben (28) grösseren Durchmessers so gestaltet sind, dass sie prismenförmige verdichtete Körper (36) bilden.

Der Patentanwalt:

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