DE2305914A1

DE2305914A1 - Schneckenextruder

Info

Publication number: DE2305914A1
Application number: DE2305914A
Authority: DE
Inventors: Willem Vermeulen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1972-02-09
Filing date: 1973-02-07
Publication date: 1973-08-16
Also published as: CA1007410A; IT977738B; NL7301695A; GB1378793A; BE794766A; JPS4892461A; FR2171230A1; FR2171230B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneckenextruder mit einer umlaufenden Extruderschnecke.

Extruder dieser Art werden in großem Umfang zum Extrudieren thermoplastischer Kunststoffpolymere eingesetzt. Während das geschmolzene Polymere im Extruder durch die umlaufende Extruderschnecke transportiert wird, kann das Extrudiergut mit einem Gas oder einer Flüssigkeit versetzt oder von solchen befreit werden. Soll ein schaumbildendes Polymeres extrudiert werden, kann in das geschmolzene Extrudiergut im Extruder ein als Schaumbildner wirkendes Gas eingesprüht werden, so daß das Extrudat einen zellenförmigen Aufbau erhält. Anstelle eines Gases kann eine leichtflüchtige Flüssigkeit verwendet werden, die beim Austreten des Kunststoffes aus dem Extruder verdunstet. Ob nun als Schaumbildner ein Gas oder eine

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leichtflüchtige Flüssigkeit verwendet wird, in jedem Fall ist es notwendig, daß der Schaumbildner sich mit dem Polymeren ' gut und gleichmäßig vermischt, um zu gewährleisten, daß die Schaumzellen im Extrudat mit gleichmäßiger Größe gut verteilt sind. Normalerweise erfolgt das Einspritzen des Schaumbildners in das geschmolzene Polymer durch eine oder mehrere Einspritzöffnungen in der Wand des die Schnecke umhüllenden Extruderzylinders» Damit sich eine, gleichmäßige und feine Verteilung des aus nur einer.oder wenigen Einspritzstellen kommenden Gases oder der Flüssigkeit in der Masse des geschmolzenen Polymeren ergibt, muß die Länge des zwischen den Einsprit.zstellen und dem vorderen Ende des Extruders liegenden Schneckenabschnittes ziemlich groß gemacht sein.

Außer erhöhtem Leistungsbedarf, größeren Konstruktionsproblemen und höheren Kosten ergeben sich beim Betrieb von Extrudern mit langer Extruderschnecke, d_eh. mit Schnecken, bei denen das Länge-Durchmesser-Verhältais l/d größer ist als 20, Schwierigkeiten hinsichtlich der Erzielung einer konstanten Extrudiergeschwindigkeit und der Zusammensetzung des Extrudates. Außerdem führt die von der Extruderschnecke erzeugte Wärme in Extrudern von großer Baulänge bei wärmeempfindlichem Extrudiergut,beispielsweise bei Polyvinylchlorid, zu Qualitätsminderungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die Einbringung eines Gases oder einer Flüssigkeit in.das im Extruder transportierte Extrudiergut besonders geeigneten Extruder zu schaffen, der verhältnismäßig einfach und mit begrenzter Länge ausgeführt ist und doch eine homogene Vermischung des zugesetzten Gases oder der zugesetzten Flüssigkeit mit dem Extrudiergut gewährleistet»

Diese Aufgabe ist mit einem Schneckenextruder mit einer

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umlaufenden Extruderschnecke gelöst, der sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß die Extruderschnecke zwischen zwei einander benachbarten Schneckenstegen ein Strömungshindernis aufweist, daß der vordere dieser einander benachbarten Schneckenstege nahe der aktiven Seite des Strömungshindernisses eine Unterbrechung besitzt, wodurch im Betrieb des Schneckenextruders durch die umlaufende Schnecke transportiertes Extrudiergut durch das Strömungshindernis aufgehalten und durch die Unterbrechung hindurchgezwängt wird, und daß in der Extruderschnecke ein Durchlaß ausgebildet ist, durch, den sich ein ITlud an einer wenig hinter dem Strömungshindernis gelegenen Stelle in den zwischen den Schneckenstegen liegenden Strömungskanal hinein und aus diesem heraus transportieren läßt.

Das Strömungshindernis soll die Strömung des gesamten oder des größten Anteils des in Richtung auf das Strömungshindernis hin strömenden Extrudiergutes so beeinflussen, daß das Extrudiergut durch die nahegelegene Unterbrechung im nachfolgenden Schneckensteg gezwängt wird. Das Strömungshindernis soll sich daher vorzugsweise über die ganze Breite des zwischen zwei Schneckenstegen liegenden Strömungskanals erstrecken und eine Höhe aufweisen, die der Höhe der Schneckenstege gleich ist. Die aktive Seite des Strömungshindernisses kann mit der Achse der Schnecke einen Winkel bilden, derart daß die Strömung des thermoplastischen Polymeren oder eines anderen Extrudiergutes in,Richtung auf die Unterbrechung zu ohne Ausbildung von Stagnationszonen begünstigt wird. Zur Erleichterung der Fertigung kann das Strömungshindernis ein plattenähnliches Element sein, das entweder unter einem Winkel oder parallel zur Schneckenachse angeordnet ist. Die Dicke der Platte ist in der Größenordnung der Dicke der Schneckenstege gewählt.

Die in Längsrichtung des Schneckensteges gemessene Länge oder Breite der im Steg ausgebildeten Unterbrechung kann kleiner sein als die senkrecht zu den Stegen gemessene Breite des

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zwischen ,den Stegen gebildeten Strömungskanals und beträgt. V--' vorzugsweise zwischen 20 und 80 % der Ganghöhe der Schnecke. Daraus ergibt sich, daß ein großer Anteil des durch die Unterbrechung hindurchgehenden Polymeren unmittelbare Berührung mit dem Schaumbildner hat, der sich in der hinter dem Strömungshindernis gelegenen vom Polymeren freien Tasche ange- sammelt hat, so daß der Schaumbildner schnell und gleichmäßig in die Polymermasse eindringt. Der der Zufuhr des Schaumbildners dienende Ifluddurchlaß kann eine Bohrung sein, die sich von der der Einzugssone des Extruders' zugewandten Schneckenfläche aus gleichachsig zur Sehneckenachse erstreckt» Dieser · Durchlaß soll im Strömungskanal an einer Stelle münden, die wenig hinter dem Strömungshindemis, d.ho in der vom Polymeren freien Zone liegt. Die MündungsÖffnungen des Pluddurchlasses sollen daher in dem; Abschnitt des Strömungskanals liegen, · der an der Eückseite des Strömungshindernisses beginnt und .eine vollständige Windung des Kanals bildetν

Obgleich sich die Beschreibung der Erfindung: hauptsächlich auf ein Anwendungsbeispiel bezieht, bei dem ein gasförmiger oder flüssiger Schaumbildner in ein thermoplastisches Polymeres eingebracht wird, läßt sie sich ebenfalls mit Torteil beim Entzug flüchtiger Bestandteile aus thermoplastischen Polymeren anwenden. Der in der Extruderschnecke ausgebildete Fluddurchlaß ist in diesem EaIl an eine Yakuumpumpe angeschlossen, die die Gase aus dem im Extruder befindlichen Polymeren entzieht. Der Extruder ist tatsächlich geeignet für das Einbringen oder Entziehen eines Gases oder einer Flüssigkeit in bzw. aus einem Extrudiergut, gleichgültig zu. welchem Zweck diese Maßnahme durchgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand sehematischer Seichnungen eines Ausfühningsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert= In der Zeichnung zeigte

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Pig. 1 eine schematisierte Seitenansicht eines Extruders mit angeschlossener Gasquelle,

Pig. 2 eine Seitenansicht der in dem in Fig. 1 dargestellten Extruder verwendeten Schnecke und

Pig. 3 eine Teilansicht mit Darstellung weiterer Einzelheiten der in Pig. 2 gezeichneten Schnecke.

In Pig. 1 ist ein Schneckenextruder für das Extrudieren eines thermoplastischen Polymeren dargestellt. Ein mit komprimiertem Stickstoff gefüllter zylindrischer Behälter 11 ist über eine Leitung 12, in die Druckregelvorrichtungen eingebaut sind, an eine Mitte lbohnung in der Extruders ohne cke angeschlossen. Die Extruderschnecke läuft im Gegenuhrzeigersinn in einem zylindrischen Schneckenrohr um.

Die eine Mittelbohrung aufweisende Schnecke ist in Pig. 2 dargestellt. Sie ist, von links nach rechts, in eine Einzugszone A, eine Kompressionszone B, eine Begasungszone G und in eine Metering- oder Ausstoßzone D unterteilt. An zwei Stellen in der Begasungszone O sind zwei einander benachbarte Stege der Schnecke 18 mit einem plattenförmigen Strömungshindernis 14 versehen, das sich über die ganze Breite des Stegzwischenraumes so erstreckt, daß die aktive Seite des Strömungshindernisses mit der Achse der Schnecke einen Winkel von 15° bildet. In beiden Pällen ist am jeweils vorderen Steg nahe der aktiven Seite des Strömungshindernisses eine Unterbrechung 15 ausgebildet. Die Mittelbohrung 13 geht von der der Einzugszone zugewandten Stirnfläche der Schnecke aus und ist dort an eine Gaszuleitung 12 angeschlossen. Die Mittelbohrung 13 ersteckt sich bis in die Begasungszone O, wo von der Bohrung ausgehende Radialkanäle mit einer oder mehreren öffnungen 16 bzw. 17 an der Schneckenoberfläche an hinter

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dem Strömungshindernis gelegenen Stellen münden* Im Betrieb des Extruders erfolgt die Aufgabe von Polymeren! in die umlaufende Schnecke in der Einzugszone A* Das Polymere wird während seines Transportes im Extruder, entsprechend der Zeichnung in Richtung nach, rechts _t komprimiert und aufgeheizt, so daß es in der Begasungszone C in eine kompakte Schmelze übergegangen ist. Die stromende Polymer schmelze wird durch das Strömungshindernis 14· gestoppt und durch die im Schneckensteg ausgebildete Unterbrechung 15 hindurchgezwängt, wodurch der hinter dem Strömungshindernis liegende Abschnitt des Strömungskanals in einer etwa einer vollständigen Schneckenwindung entsprechenden Länge von Polymerem frei bleibt. Dieser vom Polymeren freie Saum ist ®i1r Stickstoff gas angefüllt, das durch die Mittelbohrung 13 zugeführt wird und durch die öffnungen 16 und 17 in der Schnecke austritt« Die vom Polymeren freie Hasche ist vollständig mit dem Gas angefüllt, das unter Druck stent und in das Polymere diffundiert. Aus der verhältnismäßig großen Berührungsfläche zwischen dem Gas und dem Polymeren ergibt sich eine schnelle und gleichmäßige Diffusion des Gases in das Polymere.

Bei einer in der Zeichnung dargestellten Ausbildungsform des Extruders wurde eine Schnecke mit einer konstanten Ganghöhe von 60 mm und einer wirksamen Gesamtlänge von 2Od verwendet. Der Sehne ckenaußendurchmess er d betrug 60 mm. Die Schneckenzonen hatten.die folgenden Abmessungen?

Einzugszone A länge 6d₉ Kerndurchmesser 40 mm Kompressionszone B Länge 4-d,. Kerndurchmesser von 4-0 mm auf

55 mm zunehmend, .

Begasungszone G Länge 5<ij Kerndurchmesser 53 mm, Strömungshindernisse in der ersten und dritten Windung des Strömungskanals angeordnet, Stegunterbrechung (in Längsrichtung des Stegs gemessen) 30 mm lang,

Ausstoßzone D Länge 5d, Kerndurcfamesser 53 mm,

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Der Extruder wurde eingesetzt zum Extrudieren einer Polyvinylchlorid-Verbindung. Die stündliche Leistung betrug 16,8 kg, bei einer Schneckendrehzahl von 15 TJ/min. Die Stickstoffzufuhr zur Schnecke erfolgte mit einem Druck von 70 bar. Das Extrudat war ein geschäumtes Polyvinylchlorid-Rohr, mit einer Materialdichte von 850 g/l und einer mittleren Zellengröße (ohne Anwendung eines Kembildners) von 0,3 mm. Die Zellenverteilung war gleichmäßig. Um in einem vergleichbaren herkömmlich ausgebildeten Extruder, bei dem das Gas durch eine öffnung im Extruderzylinder eingesprüht wurde, ein Produkt mit vergleichbaren Qualitäten extrudieren zu können, mußte für die Schnecke eine Gesamtlänge von 25d bei folgender Unterteilung gewählt werden:

Einzugszone 6d

Kompressionszone 3d

Ausstoßzone 5d

Dekompressionszone 1d

Begasungszone 4d

Kompressionszone 1d

Ausstoßzone 5d.

/Ansprüche 309833/0900

Claims

ANSPRÜCHE

1J Schneckenextruder mit einer umlaufenden Extruder schnecke, dadurch ge kenn ζ ei c h η e t, daß die Extrude r-'
schnecke (18) zwischen &wei einander "benachiaarten Schneckenstegen ein Strömungshindemis (14) aufweist, daß der vordere dieser einander benachbarten Schneckenstege nahe der aktiven Seite des Strömungshindernisses (14) eine Unterbrechung (15) besitzt, wodurch im Betrieb des Schneckenextruders durch die umlaufende Schnecke (18) transportiertes Sxtrudiergut durch das Strömungshindernis (14) aufgehalten und durch die' Unterbrechung (15) hindurchgeiswängt wird, und daß in der Extruderschnecke (18) ein Durchlaß (Ij) ausgebildet ist, durch den
sich ein S*lud an einer wenig hinter dem Strömungshindernis
(14) gelegenen Stelle in den zwischen den Schneckenstegen
liegenden Strömungskanal hinein und aus diesem heraus "transportieren läßt. -.

2 ο Schneckenextruder na eh Anspruch 1_S dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Länge der Unterbrechung (15) im
Schneckensteg kleiner ist als die Breite des Strömungskanals zwischen den genannten einander benachbarten Schneckenstegen.

3. Schneckenextruder nach Insprueh 1 oder 2, dadurch
g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das Ströaungshindernis (14) so angeordnet ist, daß seine aktive Seite mit der Achse der Extruderschnecke (18) einen spitzen Winkel bildet«

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4. Schneckenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Strömungshindernis (14) und der unterbrechung (15) im Steg gebildete Anordnung wenigstens doppelt vorhanden ist, und daß der Durchlaß (13) für das Flud mit entsprechend größerer Länge ausgeführt ist.

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