DE2226691A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung verdichteter Körper aus thermoplastischem Material - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung verdichteter Körper aus thermoplastischem MaterialInfo
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Description
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
30. Mai 1972 . C-8392-G
Union Carbide Corporation 270 Park Avenue,
New York, N.Y. 10017
USA
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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_ 7 —
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.
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
098S0/1U2
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.
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 (1)
- Union Carbide Corporation C-8392-G30. Mai 1972
PW/ArPatentanspj"ücheVerfahren 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 wirds 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.209850/1U25. 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)209850/1 UAikleineren 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:209850/1 U2ORIQJfIAL JNSPECTgD
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