DE2311946A1

DE2311946A1 - Schneckenpresse zur verarbeitung vernetzbarer olefinpolymerisate

Info

Publication number: DE2311946A1
Application number: DE2311946A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schamberger; Joachim Trommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-07
Filing date: 1973-03-07
Publication date: 1974-09-19

Description

Schneckenpresse zur Verarbeitung vernetzbarer Olefinpolymerisate Zur kontinuierlichen Verarbeitung von Kunststoffen zu strangartigen Gebilden, also beispielsweise zu Bahnen, Drähten, Rohren und Umhüllungen, werden Schneckenpressen verwendet, deren Schnecke eine Einzugszone, eine Kompressionszone und eine Mischzone mit einer Austragszone aufweisen. Diese Zonen werden durch Form, Ganghöhe und Anzahl der Schneckenstege bestimmt. Dabei wird der zu verarbeitende Kunststoff in die Einzugszone in der Regel in Granulatform eingegeben (DT-AS 1 729 394, DT-OS 2 121 914).
Zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, also beispielsweise zur Verarbeitung von Polyvinylchlorid und Polyäthylen, ist eine Schneckenpresse bekannt, die in der Austragszone mindestens einen schneckenstegfreien Abschnitt aufweist, dessen Länge mindestens das doppelte Maß des Schneckendurchmessers D beträgt. Dieser schneckenstegfreie Abschnitt ist mit radial angeordneten Nocken unterschiedlicher Höhe bestückt.
Mit Hilfe dieser Nocken wird die Kunststoffschmelze intensiv durchmischt und homogenisiert, gleichzeitig wird eine optimale Temperaturvergleichmäßigung erzielt (DT-AS 2 030 756).
Bei der Verarbeitung vernetzbarer Olefinpolymerisate, die bereits ein chemisches Vernetzungsmittel, wie beispielsweise ein Peroxyd, enthalten, insbesondere beim Extrudieren vernetzbarer Olefinpolymerisate zur Herstellung von Isolierungen an elektrischen Kabeln und Leitungen, kommt es darauf an, die Extrusionstemperatur innerhalb enger Grenzen auf einem relativ niedrigen Wert zu halten. Hierbei wird die Extrusionstemperatur im wesentlichen durch diejenige Temperatur bestimmt, bei der das chemische Vernetzungsmittel seine Wirkung zu entfalten beginnt; diese Temperatur liegt beispielsweise bei der Verarbeitung peroxidisch vernetzbarer Polyäthylene bei etwa 1350C. Sie liegt nur wenige Grade über dem Schmelzpunkt des Polyäthylen-Grundmaterials. Daher ist ein Homogenisieren der zu verarbeitenden Mischung, die der Schneckenpresse in Granulatform zugeführt wird, durch Aufschmelzen bei höheren Temperaturen, wie es beim Verarbeiten von Polyäthylen, das kein Vernetzungsmittel enthält, angewendet wird, nicht möglich.
Bei der Verarbeitung vernetzbarer Olefinpolymerisate muß daher die Verweilzeit der jeweiligen Mischung im Extruder zur genügenden Homogenisierung relativ groß gewählt werden. Da aber die Schnecke nicht beliebig lang gemacht werden kann, führt die relativ große Verweilzeit zu einer niedrigen Schnekkendrehzahl und damit zu einem geringen Ausstoß. Da außerdem in dem nur wenige Grad Celsius über dem Schmelzpunkt des Olefinpolymerisats liegenden Extrusionstemperaturbereich die Viskosität des Extrudats relativ stark schwankt, kann ein extrudierter Strang, derhwar die für das Extrudat richtige mittlere Temperatur, aber über seinen Querschnitt gemessen Zonen mit der zulässigen Plus- und Minustoleranz der Extrusionstemperatur aufweist, infolge der dadurch bedingten unterschiedlichen Viskositäten eine narbige Oberfläche aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schnecke presse zum kontinuierlichen Extrudieren von vernetzbaren, ein chemisches Vernetzungsmittel bereits enthaltenden OQifin polymerisaten, die der Schneckenpresse in Granulatform zugeführt werden, bei unveränderter Schneckenlänge und unverändertem Schneckendurchmesser den Ausstoß zu erhöhen und hierbei eine verbesserte Oberflächenqualität des extrudierten Produktes zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Schnekkenpresse aus, deren Schnecke eine Einzugszone, eine Kompressionszone, eine Mischzone sowie eine Austragzone aufweist.
Gemäß der Erfindung sind im Bereich der Mischzone auf einer Länge, die kleinertoder höchstens gleich dem Durchmesser D der Schnecke ist, die Schneckenstege mindestens einmal durch wenigstens zwei Nockenreihen ersetzt, deren Nocken in zueinander parallelen, auf der Schneckenachse senkrecht stehenden Ebenen radial nach außen weisend angeordnet sind.
Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Schneckenpresse erfolgt in der Mischzone im Bereich der Nockenreihen eine intensive Durchmischung des Extrudates, so daß in diesem Bereich noch vorhandene einzelne Granülen und Gelteilchen beschleunigt aufgeschlossen werden. Damit wird die zum Plastifizieren der Masse notwendige Verweilzeit verkürzt, was zu einem erhöhten Durchsatz des Extruders führt; hierbei ist wesentlich, daß die Beeinflussung des Mischvorganges mit Hilfe der Nockenreihen wegen des relativ kurzen Abschnittes, auf dem die Nokkenreihen vorge#sehen sind, keine Temperaturerhöhung des Extrudats zur Folge haben.
Der Ausstoß der Schneckenpresse kann dadurch noch weiter gesteigert werden, daß sowohl am Anfang der Mischzone als auch in der Austragzone oder am Austragsende der Schnecke ein nokkenartiger Bereich angeordnet ist. In diesem Fall wird durch den nockenartigen Bereich in der Austragszone bzw. am Austragsende der Schnecke eine homogene Temperaturverteilung im extrudierten Strang erbracht, wobei diese Vergleichmäßigung der Extrusionstemperatur ebenfalls keine Temperaturerhöhung des Extrudats zur Folge hat.
Um die Wirkung der nockenartigen Bereiche optimal zu gestalten, empfiehlt es sich, den Abstand benachbarter Nocken kleiner als die Korngröße des zur Verarbeitung gelangenden Granulats zu wählen. Weiterhin ist es zweckmäßig, die nockenartigen Bereiche derart auszubilden, daß9 wenn die Nocken in Umfangsrichtung der Schnecke in gleichbleibendem Abstand verteilt sind, benachbarte Nockenreihen gegeneinander um den halben zwischen den Nocken einer Nockenreihe vorhandenen Abstand versetzt sind.
Versuche mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Schnekkenpresse, bei der sowohl in der Mischzone als auch in der Austragszone ein nockenartiger Bereich vorgesehen war, und bei dem der Abstand der Nocken kleiner als die mittlere Korngröße des Granulats gewählt und benachbarte Nockenreihen auf Lücke angeordnet waren, haben zu einem um etwa 60 % erhöhten Durchsatz gegenüber einer in herkömmlicher Weise ohne nockenartige Bereiche ausgebildeten Schneckenpresse geführt.
Erfindung wird nachfolgend an Hand von zwei in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen einer Schnekke, wie sie im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangt, näher erläutert.
Die in Fig. 1 dargestellte eingängige Schnecke 1, die eine Länge von etwa dem zwanzigfachen Schneckendurchmesser D aufweist, ist entsprechend ihrer Geometrie in eine Einzugszone 2, eine Kompressions- und Mischzone 3 sowie eine Austragszone 4 unterteilt. Diese Zonen werden dabei durch den Kerndurchmesser der Schnecke bestimmt. Im Bereich der Einzugszone 2 ist der Kerndurchmesser konstant, im Bereich der Kompressions und Mischzone 3 nimmt der Kerndurchmesser in Richtung auf die Schneckenspitze zu, während er in der Austragszone 4 wiederum konstant ist. Der eingängige Schneckensteg 5 weist eine konstante Steigung auf.
Um die Austragleistung einer mit der Schnecke 1 ausgerüsteten Schneckenpresse, auf der vernetzbare Olefinpolymerisate verarbeitet werden, zu erhöhen, ist im Bereich der Austragszone 4 auf einer Länge, die dem 0,3-fachen des Schneckendurchmessers D entspricht, ein schneckenstegfreier Bereich 6 vorgesehen, der mit Nockenreihen versehen ist, die in drei parallelen, auf der Schneckenachse senkrecht stehenden Ebenen angeordnet sind und aus radial nach außen weisenden Nocken 7 bestehen.
Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab den den nockenartigen Bereich bildenden Ringteil 9 der Schnecke. Hierbei ist zu erkennen, daß die Nocken 7 aus Zylinderstiften bestehen, die in Bohrungen des Ringteiles 9 eingepreßt sind. Um eine der Höhe des Schneckensteges entsprechende Höhe der Nocken 7 sicherzustellen, sind diese mit Uberlänge in das Ringteil 9 eingepreßt und anschließend auf den Schneckendurchmesser abgedreht.
Im Hinblick auf eine optimale Wirkung des nockenartigen Bereiches 6 ist es zweckmäßig, den Abstand 8 zwischen benachbarten Nocken 7 kleiner als die mittlere Korngröße des zur Verarbeitung gelangenden Granulats zu wählen und benachbarte Nockenreihen gegeneinander um eine halbe Teilung zu versetzen, d.h. auf Lücke anzuordnen. Mit einer derart ausgebildeten Schnecke konnte gegenüber einer gleichartig ausgebildeten, jedoch keinen nockenartigen Bereich aufweisenden Schnecke die Schneckendrehzahl soweit erhöht werden, daß bei gleichbleibender Qualität des Extrudates und ohne eine Temperaturerhöhung des Extrudates ein um etwa 40 96 höherer Ausstoß erzielt wurde.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Schnecke 11, die ebenfalls eine durch die Schneckengeometrie bestimmte Einzugszone 12, eine Kompressionszone 13 und eine Mischzone 14 mit Austragszone aufweist, ist sowohl am Anfang der Mischzone 14 als auch am Austragsende je ein nockenartiger Bereich 16 bzw. 17 vorgesehen, in dem also der Schneckensteg 15 durch mehrere nebeneinander angeordnete Reihen von Nocken ersetzt ist. im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im nockenartigen Bereich 16 fünf nebeneinander liegende Nockenreihen vorgesehen, die einen Längsabschnitt der Schnecke von der Länge 0,8 D einnehmen, während im nockenartigen Bereich 17 sieben Nockenreihen vorgesehen sind, die einen Längsabschnitt der Schnecke von der Länge 0,9 D beanspruchen. Wie aus Fig. 4, in der der nockenartige Ringteil 19 der Schnecke 11 in ve#rgrößertem Maßstab wiedergegeben ist, hervorgeht, sind für den nockenartigen Bereich 16 und auch für den nockenartigen Bereich 17 Nocken 18' und 18" unterschiedlicher Höhe vorgesehen.
Fig. 5 zeigt eine Abwicklung der Oberfläche des für den nokkenartigen Bereich 16 vorgesehenen Ringteiles 19. Diese Abwicklung hat eine Breite B = 0,8 D und eine Länge von L = D .~7C. Von der Vielzahl der Nocken 18? bzw. 18t t sind nur einige dargestellt. Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß die fünf benachbarten Nockenreihen zueinander auf Lücke angeordnet sind, d.h. jeweils um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt sind. Dabei ist der Abstand a bzw. b benachbarter Nocken kleiner als die mittlere Korngröße des zur Verarbeitung gelangenden Granulats gewählt.
Versuche mit einer in Fig. 3 dargestellten Schnecke haben ergeben, daß der Ausstoß einer solchen Schnecke gegenüber einer keine nockenartigen Bereiche aufweisenden Schnecke durch Erhöhung der Schneckendrehzahl bei gleichbleibendes Extrudatqualität und ohne Temperaturerhöhung des Extrudats um etwa 60 96 gesteigert werden kann.
5 Figuren 4 Ansprüche

Claims

Patentansprüche 1,/Schneckenpresse, deren Schnecke eine Einzugszone, eine Kompressionszone, eine Mischzone sowie eine Austragzone aufweist, zum kontinuierlichen Extrudieren von vernetzbaren, ein chemisches Vernetzungsmittel bereits enthaltenden Olefinpolymerisaten, die der Schneckenpresse in Granulatform zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mischzone (3) auf einer Länge, die kleiner oder höchstens gleich dem Durchmesser D der Schnecke (1) ist, die Schneckenstege (5) mindestens einmal durch wenigstens zwei Nockenreihen (6) ersetzt sind, deren Nocken (7) in zueinander parallelen, auf der Schneckenachse senkrecht stehenden Ebenen radial nach außen weisend angeordnet sind.
2. Schneckenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nockenartiger Bereich (16) am Anfang der Mischzone (14) und ein weiterer nockenartiger Bereich 17.ion der Austragzone oder am Austragsende der Schnecke angeordnet ist.
3. Schneckenpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch-gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter Nocken (7/18', 18") kleiner als die Korngröße des zur Verarbeitung gelangenden Granulats ist.
4. Schneckenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit in Umfangsrichtung der Schnecke in gleichbleibendem Abstand verteilten Nocken, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Nokkenreihen gegeneinander um den halben zwischen den Nocken einer Nockenreihe vorhandenen Abstand versetzt sind.