DE2437592A1

DE2437592A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer kunststoffzusammensetzung

Info

Publication number: DE2437592A1
Application number: DE2437592A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hayashizaki; Yuzo Kawamura; Mamoru Takiura
Original assignee: Ikegai Corp; Idea Research YK
Current assignee: Ikegai Corp; Idea Research YK
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1974-08-05
Publication date: 1976-02-26
Also published as: FR2261854B1; DE2437592C3; DE2437592B2; FR2261854A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Kunststoffzusammensetzung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffzusammensetzung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, sie befasst sich insbesondere mit der Herstellung einer Kunststoffzusammensetzung mit ausgezeichneten Dispersionseigenschaften aus einem synthetischen Harz und einem Additiv für dasselbe.
Beispielsweise wird bei einem bekannten Verfahren zur Kunststoffbeschichtung die Oberfläche eines starren Körpers, z.B.
aus Metall, mit flüssigem Harz beschichtet,und bei einem anderen bekannten Verfahren wird die Beschichtung durch heisses Aufschmelzen pulverförmigen Harzes auf die Oberfläche durchgeführt. In der letzten Zeit wird das letztere Verfahren immer häufiger verwendet, weil es die Erzielung einer gleichmässigen# Beschichtung und das Aufbringen verschiedener Arten von Kunststoff, z.B. hoch-polymeren Kunststoffs, schmelzwiderstandsfähigen Kunststoffs und dergleichen, die schwierig als Beschichtungsmaterialien zu verwenden sind, fördert. Beim letzteren oder Pulverbeschichtungsverfahren kann auf der gesamten Oberfläche ein gleichmässigs Filmüberzug erreicht werden, jedoch ist ein solcher Filmüberzug sehr dünn, so dass Farbschattierungen oder Haarrisse dazu neigen, aufzutreten, wenn Pigmente oder andere Additive nicht gleichförmig in einer Lösung oder einem Harz dispergiert sind. Eine solche Dispersion eines Additivs in einem pulverigen Harz wird durch Kneten des Harzes und des Additives erreicht, wobei beim Kneten wiederholtes Aufbringen von Druck- und Scherkräften auf das zu behandelnde Material erfolgt. Jedoch kann gemäss dem Stand der Technik kein wirksames Kneten des Materials erreicht werden, da insbesondere keine ausreichend wirksamen Scherkräfte auf das Material aufgebracht werden können.
Pulverförmige Beschichtuwsmaterialien werden in herkömmlichen Ein- oder Mehrschneckenextrudern mit einem Ausstossrohr zum Extrudieren oder einer daran befindlichen Verbesserung verwendet, jedoch ist eine solc#Vorrichtung nicht in der wünschenswerten Weise wirksam. Das Kneten, welches die Dispersionsgüte der erhaltenen Zusammensetzung bestimmt, ist nicht nur bei der Pulverbeschichtung sondern auch beim gewöhnlichen Giessen als wichtiges Problem anzusehen. So wird nicht zuviel gesagt,wenn behauptet wird, dass das Kneten die Qualität eines geformten Kunststofferzeugnisses bestimmt.
Wenn synthetisches Harz und ein Additiv , z.B. ein Pigment, und ein Härter vorläufig erwärmt und dann geknetet werden und in einem Durchgang mittels einer oder zweier Schnecken dispergiert werden, werden das Kneten und das Dispergieren nicht wirksam durchgeführt, so dass das synthetische Harz dazu neigt, sich um die Schnecke zu verfestigen,oder wenn das extrudierte Material pulverisiert wird, um eine Färbung durchzuführen, neigen Luftlöcher von So bis 60/u dazu, in der Beschichtung zu bleiben. Es ist ziemlich klar, dass die Luftlöcher aufgrund einer Koagulation entweder des Pigmentes oder des Härters erzeugt werden.
Bevor der Schneckenextruder verwendet wird, wurden die Knet-und Dispergierarbeiten mittels der Walze durchgeführt. Wenn die Walze verwendet wird, kann das Material gut geknetet werden, und demzufolge werden Luftlöcher viel kleiner als bei Verwendung des Schneckenextruders. Jedoch wird bei der Rolle zum Kneten und Dispergieren ein chargenweises Arbeiten angewandt, so dass die Qualität des Erzeugnisses ungleichmässig wird. Wenn die erforderliche Menge pulverförmigen Beschichtungsmaterials,das in einer mit Rolle arbeitenden Vorrichtung hergestellt werden soll, ansteigt, ist das chargenweise Arbeiten daher augenscheinlich nachteilig, so dass im allgemeinen fortlaufend arbeitende Schneckenextruder anstelle der mit Rolle arbeitenden Vorrichtung verwendet werden.
Beim herkömmlichen Verfahren zum Kneten einer Kunststoffzusammensetzung wird das Material durch den minimalen Spielraum hindurchgebracht, der zwischen der Aussenfläche einer Schnecke, einer Abwandlung derselben oder dergleichen, welche in einem Gehäuse angeordnet ist, und der Innenfläche des Gehäuses oder zwischen einem Paar Druckrollen gebildet wird.
An dieser Stelle mit minimalem Spiel werden Druckkräfte und Scherkräfte auf das Material oder ein Harz und ein Additiv aufgebracht. Jedoch ist die Stelle mit dem minimalen Spiel an einer festen Stelle in bezug auf den Gesamtumfang der Innenfläche des Gehäuses oder an einer vorbestimmten Stelle der Länge innerhalb des Gehäuses angeordnet. Daher geht das Material durch diesen minimalen Spielraum nur mit niedriger Frequenz hindurch undg#ichzeitig erfolgt der Durchgang nicht glatt. Wenn die Drehzahl eines Rotors jedoch gesteigert wird, um den Durchgang des Materials zu fördern, steigt die Temperatur des durchgehenden Materials schnell an, so dass eine thermische Umwandlung der Zusammensetzung verursacht wird, welche das Scheren unwirksam macht und insbesondere bei thermoplastischen Zusammensetzungen zu einer nicht zufriedenstellenden Plastifizierung führt, so dass ungeschmolzenes Material zu einem geformten Erzeugnis gemischt wird oder das Additiv ungenügend dispergiert ist. Wenn der Spielraum grösser gemacht wird, werden die Druck- und Scherkräfte ausserdem nicht in ausreichendem Masse auf das Material aufgebracht, so dass niemals ein vorzuziehendes Kneten erreicht wird.
Kurz zusammengefasst werden beim herkömmlichen Verfahren Druckkräfte und Scherkräfte nicht wirksam auf das durch den Teil mit minimalem Spiel hindurchgebrachte Material aufgebracht, so dass kein ausreichendes Kneten erreicht wird.
Von daher gesehen besteht ein ernsthaftes Bedürfnis, ein wirksames Kneten eines synthetischen Harzes und eines Additivs durchführen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Kunatstoffzusammensetzung, die gut geknetet ist und eine gute Dispersion von Kunstharz und Additiv aufweist, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Harz und ein Additiv für dasselbe unter Druck in ein Gehäuse gebracht werden und Druck-und Scherkräfte auf das Harz und das Additivin dem Gehäuse bei einer vorbestimmten Temperatur derart aufgebracht werden, dass sich die Lage des minimalen Spiels, das zwischen einer Bohrung des Gehäuses und dem mit maximalem Durchmesser versehenen Teil eines Rotors definiert ist, ständig in bezug auf den Gesamtumfang des Gehäuses und des Rotors ändert, wodurch das Harz und das Additiv gleichförmig geknetet werden.
Ferner soll durch die Erfindung eine neue Vorrichtung zur Durchführung des Rührens und Mischens bei einer Temperatur geschaffen werden, bei welcher keine Reaktion auftritt, um ein wirksameres Kneten und Dispergieren durchführen zu können.
Ausserdem soll die Vorrichtung so ausgebildet werden, dass sie ein Scheren, Kneten und Dispergieren mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, um ein wirksames und vollständiges Kneten und Dispergieren eines Materials zu bewirken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Schnecke weniger als 16 beträgt, dass ein Gehäuse mit einem Mantel zum Zirkulieren eines Heiz- oder Kühlmediums vorgesehen ist, dass ein Rotor mit einer darin angeordneten Kühleinrichtung vorgesehen ist, der sich mit seiner Mitte um eine Mittelachse dreht, die gegenüber der Mittelachse des Gehäuses versetzt ist, und dass eine Vorrichtung zum Scheren, Kneten und Dispergieren mit hoher Geschwindigkeit mit einer Antriebsmaschine zum Drehen des Rotors in bezug auf die Mittelachse im Hinblick auf eine variable, exzentrische Achse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und freien Steuern der Exzentrizität zwischen der Mittelachse und der Exzenterachse vorgesehen ist.
Durch die Erfindung werden so ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dazu dienen, ein Harzmaterial aus Kunstharz und einem Additiv für dasselbe mit gutem Knet-und Dispersionsgrad zu erhalten, indem der Schneckenextruder und die Rollvorrichtung kombiniert werden.
Erfindungsgemäss ist der Schneckenextruder zum vorläufigen und wirksamen Erwärmen, Rühren und Mischen des Kunstharzes und seines Additives vorgesehen. Das Rühren und Mischen werden vorläufig bei einer Temperatur ausgeführt, bei welcher keine Verfestigungsreaktion auftritt, um das Kneten und Dispergieren des Materials in der nächsten Stufe durch Scheren mit hoher Geschwindigkeit wirksam durchführen zu können.
Daher kann die Länge der Schnecke kleiner sein als die einer üblichen Schnecke und das Verhältnis L/D ist kleiner als 16.
Zwei Schneckenextruder bilden die beste Einrichtung zur Erzielung einer niedrigen Temperatur und gleichmässigen Temperaturverteilung in dem Extruderteil.
Darüber hinaus wird die übliche Schnecke zum Rühren und Mischen wirksam verwendet. Ausserdem sind die auf das Material aufgebrachten inneren Drücke niedrig, so dass fast alles Harzmaterial daran gehindert wird, im Schneckenextruder zu bleiben.
Gemäss der Erfindung wird als nächstes durch den Schneckenextruder hergestelltes, halbgeschmolzenes Harzmaterial einer mit hoher Geschwindigkeit scherenden, knetenden und dispergierenden Vorrichtung zugeführt.
Diese erfindungsgemässe Vorrichtung, welche als inneres Rollensystem bezeichnet wird, verwendet ein Gehäuse und einen Rotor.
Der Rotor dreht sich innerhalb des Gehäuses und wird umgewälzt, und Scherkraft wird auf das in einem kleinen Spielraum zwischen dem Gehäuse und dem Rotor angeordnete Harzmaterial während der Drehung und Umwälzung aufgebracht.
Der Rotor wird in einer Richtung umgewälzt, die entgegengesetzt zu seiner Drehrichtung verläuft. Die Lage eines minimalen Spiels wifid dadurch geändert oder um den Innenumfang des Gehäuses bewegt.
Das Harzmaterial kann den Scherkräften gleichmässig unterworfen werden, währendes von einem Einlass der Vorrichtung zu einem Auslass derselben hindurchgeht.
Es wurde gefunden, dass der minimale Spielraum zwischen Gehäuse und Rotor vorzugsweise o,o5 bis o,5 mm betragen soll.
Die Relativgeschwindigkeit-am Innenumfang des Gehäuses zwischen beiden Teilen beträgt vorzugsweise 0,5 m /sek bis lo m/ sek. Je grösser die Umwälzzahl des Rotors und desto höher demzufolge die Drehzahl ist, um die gewünschte Relativgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, desto mehr wird die Qualität des erhaltenen Harzes in ausgezeichneter Weise verbessert.
Insbesondere Partikel des Pigments sind einige Micron kleiner und normalerweise sekundär koaguliert. Daher ist es notwendig, die koagulierten Partikel durch Aufbringen von Scherkraft auf dieselben in dem engen Spielraum zwischen dem Gehäuse und dem sich drehenden Rotor zu dispergieren.
Wenn der Schneckenextruder und eine mit hoher Geschwindigkeit scherende, knetende und dispergierende Vorrichtung, die an sich voneinander unabhängig sind, kombiniert werden, können die vom Schneckenextruder extrudierten Erzeugnisse und ein von einer anderen, unabhängigen Vorrichtung zugeführter Härter zusammen einer mit hoher Schergeschwindigkeit arbeitenden Vorrichtung zugeführt werden.
So kann der Schneckenextruder mit dem Kunstharzmaterial und einem Additiv ohne Härter versorgt werden. So kann das Kunstharzmaterial erwärmt, gerührt und gemischt werden, ohne dass eine Verfestigung auftritt und kann weiter frei extrudiert werden, weil kein Scheren, Kneten und Dispergieren mit hoher Geschwindigkeit auftritt.
So umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Einrichtung zum Zuführen eines Kunstharzes und eines dafür vorgesehenen Additivs unter Druck in ein Gehäuse, einen Rotor, der so arbeitet, dass die Lage des minimalen Spiels zwischen einer Bohrundes Gehäuses und der Aussenfläche seines Abschnittes mit maximalem Durchmesser sich kontinuierlich in bezug auf den Gesamtumfang des Gehäuses und des Rotors ändern kann,und eine Temperatursteuereinrichtung, um das Harz und das Additiv, die durch den Spielraum zwischen Gehäuse und Rotor hindurchgehen, auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Die Druckzuführeinrichtung kann ein Druck förderer der Kolben-Zylinderart oder ein Schneckenförderer sein, die ausserhalb des Gehäuses angeordnet sind. Der Förderer ist geeignet, Material unter Druck von einem Trichter durch einen Einlass in das Gehäuse einzubringen. Ferner kann der Druckförderer eine Schnecke sein, die angrenzend an einen Rotor innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Schnecke geeignet ist, Material, das von einem Trichter durch einen Einlass in das Gehäuse eingebracht wurde, in den Arbeitsbereich des Rotors zu pressen. Die Schnecke kann getrennt vom Rotor oder einstückig mit demselben ausgebildet sein. Im ersten Fall sollte der Zwischenraum zwischen Rotor und Schnecke jedoch so klein wie möglich sein.
Wenn ein Druckzuführer ausserhalb eines Gehäuses angeordnet ist, kann die Länge des Gehäuses im wesentlichen gleich der des Rotors sein. Wem ein Druckzuführer innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, sollte das Gehäuse so lang sein, wie es erforderlich ist, um eine Schnecke und einen Rotor darin aufzunehmen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung einen Rotor, der innerhalb eines Gehäuses mit einer geeigneten Exzentrizität in bezug auf die Bohrung des Gehäuses angeordnet ist, welche in einem starren zylindrischen Körper ausgebildet ist.
Der Rotor kann sich um die Mittellängsachse der Bohrung des Gehäuses mit einer bestimmten Drehzahl bewegen, wobei er sich mit einer bestimmten Drehzahl um seine eigene Achse dreht, so dass die Lage des zwischen der Innenfläche des Gehäuses und der zylindrischen Oberfläche des Rotors gebildetenSpie]sständig geändert werden kann.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Rotor, der innerhalb eines Gehäuses konzentrisch zu einer Bohrung des Gehäuses angeordnet ist.
Der Rotor ist mit einer flexiblen, zylindrischen Wand geeigneter Dicke versehen sowie mit einer darin angeordneten Nockenanordnung. Der Rotor dreht sich mit einer vorbestimmten Drehzahl um seine eigene Achse, während die Nockenanordnung entlang der inneren Umfangsfläche der flexiblen, zylindrischen Wand des Rotors gleiten kann, wobei die Oberfläche radial nach aussen gedrückt wird,so dass das minimale Spiel zwischen der Innenfläche des Gehäuses und der äusseren Umfangsfläche der flexiblen, zylindrischen Wand des Rotors gebildet werden kann und sich gleichzeitig die Lage des minimalen Spiels ständig ändert. Wenn der Innendurchmesser des Gehäuses bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit D1, der Aussendurchmesser eines Rotors mit D2 und die Länge des Rotors mit L bezeichnet werden, liegt D2/D1 zwischen o,95 und o,995 und vorzugsweise zwischen o,97 und o,99, wahren D2/L kleiner als 5 ist und vorzugsweise zwischen 1 und 3 liegt. Im allgemeinen beträgt das minimale Spiel o,l bis o,2 mm.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Aussenfläche eines Rotors glatt und die Lage des zwischen dieser Fläche und der Innenfläche des Gehäuses definierten minimalen Spieles kann sich immer ändern, so dass das zu behandelnde Material niemals innerhalb des Gehäuses ruhen kann, wodurch thermische Verschlechterung oder ein Verkohlen des Materials verhindert werden.
Bei dem herkömmlichen, mit einer Schnecke ausgerüsteten Extruder mit Ausstossrohr wird in ein Gehäuse eingebrachtes Material getrennt und stufenweise in der Zuführzone der Druckzone und dem Ausstossrohr der Knetzone behandelt. Gemäss der Erfindung ist es auch möglich, dass all die notwendigen Druck-und Scherschritte auf einmal durchgeführt werden, so dass die Länge des Gehäuses und des Rotors herabgesetzt werden können, wodurch die kompakte Ausbildung der Vorrichtung gefördert wird.
Weil sich die Lage des minimalen Spiels ~bei welchem grosse Druck- und Scherkräfte aufgebracht werden, nicht nur in bezug auf den gesamten Umfang der Bohrung eines Gehäuses#, sondern auch in bezug auf die Aussenfläche eines Rotors ändert, kann ein erfindungsgemässer Rotor insbesondere so arbeiten, dass teilweise Abnutzung der Oberfläche des Rotors verhindert wird, wodurch die Lebensdauer des Rotors verlängert wird.
Ausserdem erstrecken sich bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung der Zwischenraum, in welchem der Strömungswiderstand klein ist, und der minimale Spielraum, an welchem starker Druck und starkes Scheren bewirkt werden, über die gesamte Länge eines Gehäuses. Daher kann der Druck zum Zuführen des Materials in das Gehäuse herabgesetzt werden.
Ausserdem können bei eint erfindungsgemässen Vorrichtung, bei welcher Vereinfachung im Aufbau erreicht wird, leicht eine Kühl- und Heizeinrichtung hinzugefügt werden, so dass die Temperatur des zu bearbeitenden Materials perfekt gesteuert werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann entweder auf warmaushärtende oder thermoplastische Harze angewandt werden. Beispiele für warmaushärtende Harze sind Epoxyharz, warmaushärtendes Acrylharz, Melaminharz, Harnstoff-Formaldehydharz, Phenolharz, Polyesterharz und Diallylphthalatharz und dergleichen. Als Additive für warmaushärtende Harze gibt es Füller, wie Cadmiumrot, Cadmiumquecksilberröt, Chromorange, Molybdänorange, Chromgelb, Keramikgelb, Cadmiumsulfidgelb, Ultramarinblau, Kobalt- Aluminiumoxydblau, Russ und dergleichen, und einige bevorzugte Stabilisatoren, die wahlweise entsprechend dem verwendeten Harz angewandt werden.
Verwendbare thermoplastische Harze sind Phenylchloridharz, Polystyrol, ABS-Harz, Acrylharz, Polyäthylen, Polyproyplen und dergleichen. Additive für diese Harze sind z.B. Füller, wie Dioctylphthalat (DOP), Diisodecylphthalat. und einige bevorzugte Stabilisatoren, die ebenfalls wahlweise entsprechend dem verwendeten Harz angewandt werden sollten.
So wird durch die Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, in welcher ein Gehäuse und ein exzentrischer Rotor kombiniert werden, der an der Innenseite des Gehäuses umläuft, wobei sein Umlauf entgegengesetzt zur Drehrichtung erfolgt.
So wird durch die Erfindung eine wirksame Knetvorrichtung geschaffen, die ein stationäres Gehäuse und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Rotor verwendet, wobei der Rotor exzentrisch in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet ist, so dass örtlich ein enger Spielraum zwischen einer Innenwand des Gehäuses und einer Aussenwand des Rotors geschaffen wird. Ferner werden durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum vorläufigen Mischen und vollständigen Kneten von Kunstharz und einem Additiv desselben geschaffen, uobei das erhaltene Harzmaterial abgekühlt und pulverisiert wird, um ein Harzpulver mit guten Dispersionseigenschaften zu erhalten. Weiter wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zum wirksamen Kneten eines Materials, wie eines synthetischen Harzes durch Aufbringen von Druckkraft und Scherkraft auf das synthetische Harz und ein Additiv desselben geschaffen, die innerhalb eines engen Spielraumes angeordnet sind, der zwischen dem Gehäuse und dem Rotor gebildet ist.
So können in einer erfindungsgemässen Vorrichtung die Druckkräfte und Scherkräfte auf das Harz und das Additiv in dem Gehäuse bei einer vorbestimmten Temperatur derart aufgebracht werden, dass die Lag des schmalen oder kleinsten Spiels ständig in bezug auf den Gesamtumfang des Gehäuses und des Rotors geändert werden kann.
Schliesslich wird durch die Erfindung eine neue Vorrichtung zum gleichförmigen und wirksamen Kneten des synthetischen Harzes und des Additivs in dem Gehäuse durch Steuern oder Kühlen des Gehäuses mit einem Kühlmittel, wie Wasser, geschaffen, wodurch das Harz und das eine hohe Reaktivität besitzende Additiv vollständig geknetet werden können.
Schliesslich wird durch die Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, in der Kunstharzmaterial und ein Additiv desselben vorläufig in dem Zuführbereich gemischt und vollständig im Knetbereich geknetet werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 einen Querschnitt des Gehäuses und des Rotors entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 4 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 5 eine erläuternde Darstelkng einer Abwandlung des Rotors gemäss der Erfindung, Fig. 6 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 7 einen Längsschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 8 einen Längsschnitteines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 9 einen Querschnitt des Gehäuses und des Rotors entlang der Linie IX-IX der Fig. 8, Fig. lo einen Längsschnitt einer Abwandlung des Rotors der Fig. 8, Fig. 11 einen Längsschnitt entlang der Linie XI-XI der Fig. lo, Fig. 12 einen Schnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 13 einen schematischen Schnitt der zusammengebauten Schnecken und eines Rotors eines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 14 einen Schnitt eines Teils eines Rotors der in Fig.
13 gezeigten Vorrichtung, Fig. 15 einen schematischm Schnitt eines achten Ausführungsbeispiels, Fig. 16 eine erläuternde Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Durchführung des Knetens und Dispergierens, Fig. 17 ein neuntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Schnitt, welche getrennt voneinander angeordnete Schneckenextruder und eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Scher-, Knet- und Dispergiervorrichtung darstellt, Fig. 18A Schnitte, welche die Änderung der relativen Lage und 18B zwischen einer Trommel und einem Rotor veranschaulichen, Fig. 19 einen Teilschnitt eines zehnten Ausführungsbeispiels, bei welchem der Schraubenextruder und die mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Scher-, Knet- und Dispergiervorrichtung koaxial und integral angeordnet sind, und Fig. 20 einen Querschnitt, welcher das Verhältnis zwischen.
Gehäuse und Rotor veranschaulicht.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Vorrichtung lo der querverlaufenden Art zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens als erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 11 mit einer Bohrung llA mit dem Innendurchmesser D1 und einem zylindrischen Rotor 12, der exzentrisch in bezug auf die Achse der Bohrung angeordnet ist und einen Aussendurchmesser D2 aufweist. Der Rotor 12 ist auf einer Welle 13 angebracht, die mittels einer ersten Ubertragungseinrichtung 15, z.B. eines Riemens, angetrieben werden kann, der mit einer ersten Antriebsmaschine 16 verbunden ist. Die Welle 13 ist drehbar in einem exzentrischen Lager 17 gelagert, das einen kreisförmigen Körper aufweist, der exzentrisch in bezug auf dieMittellängsachse Ol der Bohrung llA das Gehäuse angeordnet ist, und der mittels einer zweiten übertragungseinrichtung 18 gedreht werden kann, die mit einer zweiten Antriebsmaschine 19 verbunden ist. Die Drehung des exzentrischen Lagers 17 veranlasst die Welle 13, sich um die Achse Ol zu bewegen. Die zweite übertragungseinrichtung 18 umfasst ein Zahnrad 20a, das an der Aussenseite des exzentrischen Lagers 17 angeordnet ist, ein auf einer Welle 21 angebrachtes Zahnrad 20b und ein dazwischenliegendes Zahnrad 20c, das mit den erstgenannten Zahnrädern in Eingriff steht. Die Welle 21 wird von der zweiten Antriebsmaschine 19 über eine geeignete Transmission gedreht. Die Drehzahlen der Welle 13 und des exzentrischen Lagers 17 können gemäss den Anforderungeneingestellt werden.
Der Rotor ist mit einer Temperatursteuereinrichtung versehen, die zur Steuerung der Temperatur der Oberfläche des Rotors in zweckmässiger Weise gemäss den Arten des zu behandelnden Harzes und der angewandten Behandlungsverfahren geeignet ist, wie z.B. in der Zeichnung gezeigt ist, indem z.B. ein Kühl-oder Heizmittel von einer Versorgungsquelle Q über ein Rohr P1 in mehrere ringförmige Durchlässe 22 geleitet wird, die miteinander verbunden und innerhalb des Rotors ausgebildet sind und indem das Medium, das durch die Durchlässe hindurchgeströmt ist, dann durch ein Rohr P2 zur Versorgungsquelle Q zurückgeführt wird. Ferner ist auch das Gehäuse 11 mit einer ähnlichs Temperatursteuereinrichtung versehen, die geeignet ist, das zu behandelnde Material von der Seite des Gehäuses her zu kühlen oder zu erwärmen, indem ein Kühl- oder Heizmedium durch ein Rohr P3 von der Versorgungsquelle Q in mehrere, ringförmige Durchlässe 23 geleitet und dann über ein Rohr P4 zur Versorgungsquelle Q zurückgeleitet wird. Die Welle 13 und die Rohre P1 und P2 sind miteinander mittels einer Drehkupplung R verbunden.
Der Rotor und das Gehäuse sind aus einem Material hoher Abriebfestigkeit und hoher Zugfestigkeit hergestellt, z.B. aus nitriertem Stahl.
In der Mitte des Gehäuses 11 ist eine Materialzuführeinrichtung 24 angeordnet, die mit einem Trichter 25 zum Speichern von Rohmaterial, einem Schneckenförderer 26 zum ständigen Zuführen von Material vom Trichter in Querrichtung und einer Kolbenzylinderanordnung 28 zur zweckmässigen Zuführung des Materials vom Schneckenförderer 26 in das Gehäuse unter Druck.
Die Verwendung der Vorrichtung lo mit dem oben erwähnten Aufbau ist nicht nur auf die Herstellung einiger besonderer Kunststoffzusammensetzungen beschränkt.
Z.B. werden beim Kneten eines warmaushärtenden Harzes und eines Additivs für dasselbe in der Vorrichtung lo zunächst das Harz und das Additiv im Trichter 25 gespeichert. Das Harz und das Additiv im Speicher werden dann unter geeignetem Druck durch den in der Mitte des Gehäuses angeordneten Einlass 27 in den Zwischenraum zwischen der Bohrung llA des Gehäuses 11 und dem Rotor 12 gebracht. Das Gemisch in diesem Zwischenraum wird mittels der Temperatursteuereinrichtungen des Rotors und des Gehäuses auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten.
Innerhalb des Gehäuses dreht sich der Rotor 12 um seine eigene Achse und gleichzeitig um die Achse der Bohrung des Gehäuses jeweils mit einer vorbestimmten Drehzahl, so dass die Lage des minimalen Spiels g des Zwischenraumes sich ständig über den gesamten Umfang des Gehäuses ändert. Das durch den Einlass 27 zugeführte Gemisch wird axial von der Mitte getrennt nach rechts und links geleitet, wobei es im Zwischenraum rauh geknetet und durch starke Druck- und Scherkräfte am minimalen Spiel g stark geknetet und dann aus den zwei Enden des Gehäuses ausgestossen wird. Während der Zeit des Durchlaufs von der Mitte bis zu den Enden des Gehäuses gelangt das Gemisch intermittierend mehrere Male durch das minimale Spiel und erhält wirksame Druck- und Scherkräfte, so dass der Wirkstoff vollständig im Harz dispergiert werden kann.
Der aus den zwei Enden des Gehäuses ausgestossene Kunststoff wird durch eine geeignete, nicht dargestellte Kühleinrichtung gekühlt, und die gekühlte Zusammensetzung wird im nächsten Verfahrensschritt zu einem pulverigen Harz pulverisiert.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung loo der vertikalen Art, die ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt und im wesentlichen dm gleichen Aufbau wie die Vorrichtung lo hat, veranschaulicht.
In der Vorrichtung loo ist ein Rotor 112 auf der vertikalen Welle 113 angeordnet, die mittels einer Antriebsmaschine 115 gedreht und umgewälzt werden kann. Zu behandelndes Material wird von einem Trichter 125 zugeführt, der oberhalb des Gehäuses 111 angeordnet ist und wird durch einen Einlass 127 mittels einer durch eine Antriebsmaschine angetriebenen Schnecke 126 in die Trommel 111 gedrückt. Das Material, das in das Gehäuse geknetet worden ist, wird beim Durchgang durch einen Auslass 129 mittels einer Kühleinrichtung 122 auf der Seite des Rotors oder einer Kühleinrichtung 123 an der Seite des Gehäuses gekühlt und durch den Auslass in einen Behälter 130 ausgestossen.
Fig. 4 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dar. Die Vorrichtung 200 umfasst zwei miteinander kämmende Schnecken 210 und einen exzentrischen Rotor 212. Die zwei Schnecken sind innerhalb eines ersten Gehäuses209 mit einer Bohrung 209A angeordnet und werden mittels einer geeigneten, am hinteren Ende des Gehäuses angeordneten Antriebsmaschine in entgegengesetzten Richtungen zueinander angetrieben. Am hinteren Teil des Gehäuses ist ein Einlass 227 für Material vorgesehen, durch welchen Material von einem Trichter 225 in das Gehäuse eingebracht wird.
Ferner ist das Gehäuse 209 mit Heiz- und Kühleinrichtungen versehen. Die Schnecken 210 sind mit axialem Abstand zum exzentrischen Rotor 212 angeordnet. Der exzentrische Rotor 212 ist innerhalb eines zweiten Gehäuses 211 angeordnet, dessen Bohrung 211A mit der Bohrung 209A des ersten Gehäuses 209 verbunden und konzentrisch ist. Der exzentrische Rotor ist mit einer vorbestimmten Exzentrizität in bezug auf die Achse des zweiten Gehäuses angeordnet und kann mittels einer antriebsmaschine 215 für den Rotor umgewälzt und gedreht werden, so dass die Lage des minimalen Spiels zwischen der Innenfläche des zweiten Gehäuses und der Aussenfläche des Rotors ständig in bezug auf den gesamten Umfang der Innenfläche des Gehäuses geändert werden kann. Der Rotor 212 und das zweite Gehäuse 211 sind jeweils mit mehreren, mit einander verbundenen, ringförmigen Durchlässen 222, 223 zur Zirkulation von Heiz- oder Kühlmedium versehen.
Das durch den Einlass 227 in das erste Gehäuse zugeführte Material wird auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, gerührt, gemischt und vorläufig leicht geknetet, mittels der Schnecken 210 nach vorne in das zweite Gehäuse geschoben und ständig durch den Rotor 212 bei einer vorbestimmten Temperatur geknetet. Das geknetete Material wird durch den Auslass 229 ausgestossen.
Die in dieser Vorrichtung verwendeten Schnecken 210 können einen solchen Aufbau haben,wie er gewöhnlich bei einem Zweischneckenextruder verwendet wird.
Bei einer solchen Vorrichtung wird Rohmaterial zunächst oder vorläufig durch die Schnecken 210 geknetet und dann durch den Rotor 212 stark geknetet, so dass eine Kunststoffzusammensetzung hoher Dispersionsgüte erreicht werden kann.
Ferner kann bei der Verarbeitung eines warmaushärtenden Harzes mit schneller Aushärtung ein wirksames Kneten bewirkt werden, indem ein zusätzlicher Einlass am hinteren Ende des zweiten Gehäuses vorgesehen wird, so dass ein Härter getrennt durch den Einlass zugeführt werden kann, nachdem ein warmaushärtendes Harz und ein Additiv ohne den Härter durch den Einlass 227 in das erste Gehäuse zugeführt und dann vorläufig geknetet sind.
Die Bohrungen der in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Gehäuse sind jeweils als parallele Kreiszylinder ausgebildet. Diese Rotoren und Ihre Bohrungen können jedoch auch sich verjüngend ausgebildet sein, wie in Fig. 5 dargestellt ist. In jedem Fall sind die Innenfläche eines Gehäuses und die Aussenfläche eines Rotors vorzugsweise parallel zueinander.
Ferner sind in jede der oben erwähnten Vorrichtungen die Achsen O2 des Rotors und die Mittellängsachsen # 1 der Bohrung des Gehäuses parallel zueinander, obwohl sie exzentrisch zueinander angeordnet sind. Wenn die Innenfläche des GehäuseS und die Aussenfläche des Rotors, welche das minimale Spiel bilden, immer gemäss der Erfindung parallel verlaufen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Achse O2 des Rotors die Mittellängsachse O2 der Bohrung des Gehäuses schneiden. Mit anderen Worten, kann sich der Rotor in einem solchen Fall um die Achse # 2 drehen und gleichzeitig um die Achse Ol wälzen.
Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Vorrichtung 300 umfasst zwei miteinander kämmende Schnecken 31ob, 310B und einen Rotor 312. Eine der beiden Schnecken 3loA ist integral mit dem Rotor 312 ausgebildet. Die Schnecke 310B wird durch eine Antriebsmaschine 308 gedreht, während der mit der Schnecke 3loA integrale Rotor exzentrisch innerhalb einer ersten Bohrung 311A eines Gehäuses 311 angeordnet ist und mittels einer Antriebsmaschine 315 umgewälzt und gedreht werden kann. Die zwei Schnecken 31ob, 310B sind innerhalb einer zweiten Bohrung 311B des Gehäuses 311 angeordnet und können sich in entgegengesetzten Richtungen zueinander drehen, können jedoch auch so ausgelegt sein, dass sie sich in derselben Richtung drehen.
Weil sich die Schnecke 3loA zusammen mit dem Rotor 312 exzentrisch dreht, wird intermittierend ein zusätzliches Spiel zwischen den zwei Schnecken ausgebildet. So werden die durch den Eingriff der zwei Schnecken miteinander hervorgerufenen Druck- und Scherkräfte mehr oder weniger verringert. Weil die Exzentrizität des Rotors jedoch gewöhnlich o,5 bis 1 mm beträgt, während die Höhe der Schraubenwindungen der Schnecken mehr als das Zehnfache der Exzentrizität beträgt, hat dies nur geringen Einfluss.
Von einem Trichter 325 durch einen Einlass 327 in die zweite Bohrung 311B zugeführtes Material wird durch die Schnecken 31ob, 310B extrudiert, wobei es auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, gemischt und vorläufig geknetet wird und dann in in die erste Bohrung 311A gefördert wird. Dort wirtes durch starke Druck- und Scherkräfte durch den Rotor 312 stark geknetet. Das geknetete Material wird durch einen Auslass 329 ausgestossen.
In Fig. 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Eine Vorrichtung 400 umfasst zwei miteinander kämmende Schnecken 4lot, 41oB, die innerhalb einer zweiten Bohrung 411B eines Gehäuses 411 angeordnet sind, und einen Rotor 412, der in einer ersten Bohrung 411A des Gehäuses angeordnet ist. Die Schnecke 4loA und der Rotor 412 sind integral miteinander durch einstückiges Giessen, Schweissen, eine Bolzenverbindung oder dergleichen und hohl ausgebildet. Innterhalb des hohlen Abschnitts erstreckt sich eine Welle 413. Der Rotor 412 umfasst eine flexible, zylindrische Wand 419 mit geeigneter Dicke, welche aus Metall hoher mechanischer Festigkeit (insbesondere Zugfestigkeit) und hoher Elastizität hergestellt ist. Innerhalb der zylindrischen Wand 419 ist eine Nockenanordnung aus einem Paar Rollen 420 vorgesehen, die drehbar in einer Lagerung 420 angebracht sind, die am Kopfabschnitt der Welle 413 befestigt ist. Ferner ist jede der Rollen 420 so angeordnet, dass sie sich in radialer Richtung, entsprechend der Anforderung bewegt, so dass das minimale Spiel g eingestellt werden kann. Jede der Rollen 420 kann entlang der inneren Umfangsfläche des Rotors rollen, wobei sie von der Innenseite des Rotors her ständig in Druckkontakt mit der zylindrischen Wand 419 steht. Daher kann sich die Lage des zwischen der Aussenfläche des Rotors 412 und der Innenfläche der ersten Bohrung definierte minimale Spiel über den gesamten Umfang der Bohrung verlagern. Die Umdrehung der Rollen 420 wird durch das Lager 421 mittels der Welle 413 bewirkt, welche mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Antriebsmaschine gedreht wird. Die mit dem Rotor 412 integral ausgebildete Schnecke 4loA und die Schnecke 410B werden ebenfalls mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Antriebsmaschine angetrieben. Gewöhnlich werden die Rollen 420 entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors 412 gedreht.
Das Gehäuse 411 ist mit mehreren, ringförmigen Durchlässen zur Zirkulation von Kühl- oder Heizmedium versehen. Ein Durchlass 432 zum Zuführen eines Schmier-, Heiz- oder Kühlmediums von der Aussenseite verläuft durch die Welle 413. Dieser Durchlass steht mit mehreren öffnungen 433 im Kopfteil der Welle in Verbindung. Durch diese Öffnungen wird das Medium gegen die Innenseite der zylindrischen Wand 19 gesprüht.
Bei einer oben beschriebenen, mit Schnecken aus#gerüsteten Vorrichtung, kann die Zahl der Schnecken grösser als drei sein. Mehr als drei miteinander kämmende und sich in der gleichen oder entgegengesetzten Richtungen drehende Schnecken können ein Gemisch extrudieren und dieses dabei wirksam mischen und kneten.
In den Fig. lo und 11 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in Fig. 8 gezeigten Nockenanordnung des Rotors dargestellt. Eine Nockenanordnung des hier gezeigten Rotors 12 umfasst einen Nocken 430 mit elliptischem Querschnitt, der integral mit der Welle 413 ausgebildet ist. Dieser Nocken bewegt sich entlang der inneren Umfangsfläche der flexiblen, zylindrischen Wand 419 und drückt immer gegen die innere Umfangsfläche, so dass sich die Lage des minimalen Spiels ändert.
Der Nocken 430 ist zwischen seiner Aussenseite und der Innenfläche 419 mit mehreren Durchlässen 431 zum Zuführen von Schmier-, Heiz- oder Kühlmedium (z.B. öl) versehen. Diese durchlässe 431 stehen mit einem Durchlass 432 in Verbindung, der in Längsrichtung durch den inneren Abschnitt der Welle 413 hindurchgeht, so dass das Medium durch diesen Durchlass 432 zugeführt wird.
In Fig. 12 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel dargestellt.
In einer Vorrichtung 500 ist ein Einlass 527 zum Zuführen von Material in der Mitte in bezug auf die Länge eines Gehäuses 511 angeordnet. Durch den Einlass 527 wird Material unter Druck in das Gehäuse zugeführt, das sich von der Mitte des Gehäuses in Richtung der zwei Enden desselben verzweigt, wobei es geknetet wird. Ein Rotor 512 hat die gleiche Funktion wie der Rotor 412 der Fig. 8. Der Rotor 512 ist in einem Gehäuse 511 mit einer flexiblen, zylindrischEn Wand 519 vorgesehen, die konzentrisch zu einer Bohrung 411A des Gehäuses 411 angeordnet ist. Innerhalb der zylindrischen Wand 519 ist eine Nockenanordnung vorgesehen, die aus einem Paar langgestreckter Rollen 520 besteht, welche so in einer Lagerung angebracht sind, dass sie drehbar und beweglich in radialer Richtung einstellbar sind. Die Lagerung 521 ist auf einw Welle 513 befestigt. Die Welle 513, welche die Rollen 521 zum Umlauf veranlasst, ist mit einer Antriebsmaschine 514 gekuppelt. Ein Ende der flexiblen, zylindrischen Wand 519 ist an einer drehbaren Welle 522 befestigt, die an eine Antriebsmaschine 515 gekuppelt ist, während das andere Ende von einem Lager 523 getragen wird, das in das Gehäuse eingepasst ist. Der Kopfteil der Welle 513 ist in einem Lager 524 gelagert, das auf die Welle 522 gepasst ist. Zu behandelndes Material oder ein Harz und ein Additiv werden mittels einer durch eine Antriebsmaschine 528 angetriebenen Schnecke 526 unter Druck von einem Trichter 525 durch einen Einlass 527 in den Mittelabschnitt des Gehäuses gefördert und verzweigen sich dann zu den Enden des Gehäuses.
Das durch den Rotor 512 in derselben Weise wie durch den in Fig. 7 gezeigten Rotor geknetete Material wird durch Auslässe 529A, 529B ausgestossen, die jeweils an einem Ende des Gehäuses angeordnet sind.
Fig. 13 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Vorrichtung 608 mit mehreren Schnecken 609, 609' und einem Rotor 610 ausgerüstet ist. Die Schnecke 609 ist nur in einem Zuführbereich des Endes angeordnet, welcher konisch zu einer Umfangsfläche eines Gehäuses in einem Knetbereich konvergiert. Ein Gehäuse 611 des Knetbereiches ist ein wenig keglig ausgebildet. Die Schnecke 609' und der Rotor 610 sind durch ein integrales Formen, Schraubenbefestigung oder Schweissen integral ausgebildet. Die Rollen 612, 612' berühren mittels einer Stange 613 die innere Umfangsfläche des Rotors 610. Der Rotor 610 ist aus Stahl,z.B.
rostfreiem Stahl, mit hoher Elastizität hergestellt. Die Drehzahl des Rotors 610 ist dieselbe, wie die der Schnecke 609'.
Eine Umfangswand der Schnecke 609' ist dünn, z.B. 2 bis 3 mm stark, ausgebildet. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird der Rotor 610 verformt, wo die Rollen 612, 612' seine Innenseite berühren und der Teil des Rotors, der zwischen dem Gehäuse 611 und den Rollen 612, 612' angeordnet ist, berührt eine innere Umfangsfläche des Gehäuses und dreht sich. Normalerweise drehen sich die Rollen 612, 612' mit einer anderen Drehzahl als der Rotor 610 und werden über die Stanze 613 angetrieben. Die Stange 613 wird durch einen hohlen Abschnitt 614 der Schnecke 609' oder eine geeignete, nicht dargestellte Antriebsmaschine vom rechten Ende der Vorrichtung 608 her angetrieben.
Bei der in den Fig. 13 und 14 gezeigten Vorrichtung werden synthetisches Harz und ein hierfür verwendetes Additiv, die in einen Trichter gebracht wurden, über einen Zuführbereich zum Knetbereich zugeführt und der Knetvorgang wird vollständig vom Rotor 610 ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das in die Schnecke 609 im Zuführbereich eingebrachte Gemisch zum Rotor 610 im Knetbereich gefördert, weil dies wichtig ist, um das synthetische Harz daran zu hindern, an einer Stelle zwischen der Schnecke 609 und dem Rotor 610 zu verbleiben.
Durch wahlweises Ändern der Drehzahl des Rotors 610 und der Rollen 612, 612' können dem synthetischen Harz gemässe Druck-und Schervorgänge auf das Harzgemisch aufgebracht werden.
Wenn die Drehzahl des Rotors lo die gleiche wie die der Rollen 612, 612' ist, ist die Form des Rotors 610 fixiert und ein Mittelpunkt des Rotors 610 wird nicht verändert. Wenn die Drehzahl des Rotors 610 und der Rollen 612, 612' andererseits ungleich ist, wird ein Mittelpunkt des Rotors 610 verändert.
In diesem Fall ist der Rotor lo als exzentrischer Rotor anzusehen.
In Fig. 15 ist ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit Schnecken 715, 715' und einem exzentrischen Rotor 716 versehen.
Die Schnecke 715' und ein exzentrischer Rotor 716 sind integral miteinander ausgebildet und werden von beiden Seiten angetrieben. Kurz, die Schnecke 715 und der exzentrische Rotor 716 werden mittels einer Welle 717 gedreht und exzentrisch durch Drehen eines Lagers 718 umgewälzt, das die Welle 717 drehbar lagert. Darüber hinaus ist die Drehung der Schnecke 715' von einer linken Seite derselben mit der des exzentrischen Rotors 716 von einer rechten Seìtedesselben mittels einer geeigneten Einrichtung synchronisiert.
Die in Fig. 15 dargestellte Vorrichtung arbeitet ebenso wirksam wie die der Fig. 13. Bei der Vorrichtung der Fig. 15 dreht sich die Schnecke 715' exzentrisch, und der zwischen den Schnecken 715 und 715' gebildete Spielraum ändert sich ein wenig.
Bei dieser Vorrichtung können die Drehzahl und die Umwälzzahl der Schnecke 715' und eines Rotors 716 beliebig geändert werden.
Wenn die Drehzahl und die Umwälzzahl gleichgemacht werden, wird das Harzgemisch nur einer Druckwirkung unterworfen.
Wenn ihre Drehzahl und ihre Umwälzzahl sich voneinander unterscheiden, wird das Harzgemisch Scherwirkungen unterworfen.
Bei der oben beschriebenen Knetvorrichtung sind zwei Mehrfachschnecken vorgesehen. Es versteht sich, dass mehr als drei Schnecken vorgesehen werden können.
Wenn mehr als drei Schnecken eingebaut sind und miteinander in Eingriff stehen und in gleicher Richtung oder in unterschiedlichen Richtungen zueinander gedreht werden, während das Gemisch gefördert wird, kann eine wesentlich bessere Vortreibkraft und ausgezeichnete Mischwirkung erzielt werden.
Es ist auch zu bemerken, dass bei mehr als drei eingebauten Rotoren eine noch bessere Knetwirkung zu erwarten ist.
Fig. 16 stellt eine Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik dar. Bei der herkömmlichen Vorrichtung werden ein Material M aus warmaushärtendem Harz und einem Additiv,der Pigment enthält, und ein Härter in einen Trichter H gebracht und einem Zylinder C mittels einer Zuführschnecke zugeführt. Das in dem Zylinder C eingebrachteMaterial wird durch die Schnecke S geknetet und dispergiert, die sich innerhalb des Zylinders C drehen kann. T ist eine Heiz- und Kühleinrichtung. Jedoch verwendet die herkömmliche Knet- und Dispergiermaschine keine Scherwirkung, die auf das Material aufgebracht werden kann, so dass eine schlechte Knet- und Dispersionswirkung erzielt wird.
Beim neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der in Fig.
17 dargestellen Vorrichtung 800, ist ein exzentrischer Rotor 801 für ein Scheren, Kneten und Dispergieren mit hoher Geschwindigkeit mit einem Mantel 802 umgeben, der das Zirkulieren eines Heiz- und Kühlmediums zur Einstellung der Temperatur ermöglicht. Der Rotor 801 wird durch eine Antriebsmaschine 804 angetrieben, um ihm in bezug auf eine Achse 803 des Rotors,die durch die Exzentrizität E von einer Mittelachse 0-0 versetzt ist, zu drehen. Die Antriebsmaschine 804 versetzt den Rotor 801 sowohl in bezug auf seine Achse 803 in Drehung als auch in einen Umlauf um die Mittellängsachse 0-0 und enthält ausserdem einen Mechanismus zur Änderung des Betrages der Exzentrizität E.
Auch das Gehäuse 805 hat einen Mantel 806, um Heiz- und Kühlmediundurchzuleiten. Die einem Kneten und einer Dispergierwirkung unter Verwendung des mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Scherens, Knetens und Dispergierens unterworfenen Erzeugnisse werden aus einem Extrudierauslass 807 ausgestossen und in einem Behälter 808 gesammelt.
Das der mit hoher Geschwindigkeit scherenden, knetenden und dispergierenden Vorrichtung zugeführte Material wird in einem Schneckenextruder mit einer Schnecke 810 gerührt und gemischt, der sich in einem Zylinder 811 dreht und in einer Heiz- und Kühleinrichtung 812 erwärmt oder abgekühlt wird. Gemäss dem neunten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 17 dargestellt ist, wird das Kunstharzmaterial 819 bei der Zufuhr zu einem Trichter 818 mit einem Additiv gemischt, welcher keinen Härter enthält.
Das Material wird in den Zylinder 811 mittels einer Zuführschnecke 815 eingebracht, die durch einen Elektromotor 817 über ein Untersetzungsgetriebe 816 angetrieben wird. Die Schnecke 810 wird mittels eines Elektromotors 814 über ein Untersetzungsgetriebe 813 angetrieben.
Der Härter 821 wird direkt zur mit hoher Geschwindigkeit scherenden, knetenden und dispergierenden Vorrichtung zugeführt.
Wie in den Fig. 18A und 18B zu sehen ist, dreht sich der Rotor 7 in bezug auf die Achse 803, die durch die Exzentrizität E aus der Mittellängsachse innerhalb des Gehäuses 805 abgelenkt wird und in bezug auf die Mittellängsachse 0-0 in der Richtung entgegengesetzt der Drehrichtung gedreht werden, so dass sich ein minimales Spiel zwischen dem Rotor und dem Gehäuse entlang eines Gesamtumfanges des Gehäuses bewegt,und es wird eine gleiche Scherwirkung erzielt.
Die Fig. 19 und 20 stellen ein zehntes Ausführungsbeispiel der mit hoher Geschwindigkeit scherenden, knetenden und dispergierenden Vorrichtung dar, die koaxial mit einem Schneckenextruder angeordnet ist. Diese mit hoher Geschwindigkeit scherende, knetende und dispergierende Vorrichtung hat einen Rotor 9oil, der sich in bezug auf eine Achse 903 dreht, die gegenüber einer Mittellängsachse des Gehäuses 905 und innerhalb desselben verschoben ist. Eine Antriebsmaschine 904 steuert sowohl die Dreh- und die Umwälzzahl als auch die Exzentrizität, die gleich der bei dem in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, ausgenommen, dass Härter hinzugefügt wird und das Additiv dem Schneckenextruder zusammen mit dem Harz zugeführt wird.
Bei dem in Fig. 21 dargestellten elften Ausführungsbeispiel ist ein kegliger Rotor 9o1 vorgesehen, der sich von dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Der Rotor 9o1 wälzt sich in bezug auf die Achse 903 innerhalb des Gehäuses 905 ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Rotor 901 axial bewegt, wie mit einem Doppelpfeil 22 angedeutet ist, wodurch ein minimales Speil g geändert werden kann.
Beispiele der Erfindung sind im folgenden beschrieben.
Beispiel 1 Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung hat die Bohrung des Gehäuses einen Durchmesser von 140 mm und eine Länge von 300 mm.
Der Aussendurchmesser des Rotors beträgt 139 mm und seine Länge 350 mm,und das minimale Spiel beträgt 50,u.
67 Teile eines Epoxyharzes mit einem Molekulargewicht von 1400 (erhältlich unter demsandelsnamen EPIKOTE 1004, hergestellt von der Shell International Chemicals Corp.), 20 Teile Titanweiss, 5 Teile Dicyanamid, 3 Teile Aerogel und 2 Teile Polyvinylbutyral werden gemischt und durch den Trichter in die Vorrichtung eingebracht. Das Harzgemisch wird mit einer Drehzahl des Rotors von 30 bis 60 U/min und einer Umwälzzahl desselben von So bis loo U/min geknetet, wobei eine Temperatur von von 9o bis llo C in der Bohrung gemessen wird. Der maximale Korndurchmesser des Pigmentes in der erhaltenen Kunststoffzusammensetzung liegt unter 25/u. Dies ist weniger als die Hälfte eines Korndurchmessers eines Pigmentes, das mit dem herkömmlichen Verfahren erzielt wird.
Diese Kunststoffzusammensetzung wird gekühlt und zu einem Harzpulver pulverisiert. Mit diesem Harzpulver wird ein Metallerzeugnis elektrostatisch beschichtet, wodurch eine gleichmässige und glatte Beschichtungsoberfläche erzielt werden kann.
Beispiel 2 Bei der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung hat die erste Bohrung des Gehäuses einen Durchmesser von 140 mm und hat eine Länge von 300 mm, während die zweite Bohrung einen Durchmesser von loo mm und eine Länge von 500 mm hat. Die Schneckenwindungen jeder Schnecke haben eine Hökevon 20 mm,und der Rotor hat einen Aussendurchmesser von 138mm und eine Länge von 180 mm.
Harzmaterial mit dem gleichen Mischungsverhältnis wie beim Beispiel 1 wird durch einen Trichter in diese Vorrichtung eingebracht. Das Material wird mit der Drehzahl der Schnecke und folglich des Rotors mit 30 bis 60 U/min geknetet, und die Umwälzzahl des Rotors beträgt So bis loo U/min bei den gleichen Temperaturbedingungen wie beim Beispiel 1. Der maximale Granulatdurchmesser des Pigmentes der erhaltenen Kunststoffzusammensetzung liegt unter lo Beispiel 3 Bei der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung hat die erste Bohrung des Gehäuses einen Durchmesser von 140 mm und eine Länge von 300 mm, während die zweite Bohrung einen Durchmesser von loo mm und eine Länge von 500 mm aufweist. Die Schneckenwindungen jeder Schnecke haben eine Höhe von 20 mm und der mittlere Durchmesser des flexiblen Rotors beträgt 130 mm.
Harzmaterial mit dem gleichen Mischungsverhältnis wie das beim Beispiel 1 wird durch einen Trichter in diese;:Vorrichtung eingebracht. Das Material wird mit der Drehzahl der Schnecke von 3 bis 60 U/min und der der Rollen von So bis loo U/min bei einer einer Temperatur von 3o bis 9o C in der zweiten Bohrung geknetet. Dabei treten 9o bis 1 O C in der ersten Bohrung 0 und 4o bis 3o C im Kopfteil der ersten Bohrung auf.
Der maximale Granulatdurchmesser des Pigments der erhaltenen Kunststoffzusammensetzung liegt unter 20zu. Diese Zusammensetzung wird gekühlt und zu einem Harzpulver pulverisiert.
Wenn ein Metallerzeugnis mit diesem Harzpulver auf elektrostatischem Wege beschichtet wird, kann eine gleichmässige und glatte Schichtoberfläche erzielt werden.
Beispiel 4 78 Teile eines selbstvernetzenden Acrylharzes, 20 Teile Titanweiss und 2 Teile Phthalocyaninblau werden gemischt und durch den Trichter in die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung eingebracht. Es wird eine Kunststoffzusammensetzung mit den gleichen Konditionen wie beim Beispiel 3 erhalten.
Beispiel 5 Bei der in Fig. 13 gezeigten Vorrichtung beträgt der Innendurchmesser jedes Gehäuses im Zuführbereich loo mm und die Länge desselben 500 mm. Das den Knetbereich enthaltende Gehäuse hat einen Innendurchmesser von 140 mm und eine Länge von 300 mm. Jeder Zahn der Mehrfachschnecken hat eine Höhe von 20 mm. Der flexible Rotor hat einen Durchschnittsdurchmesser von 138 mm.
In diese Vorrichtung wiE ein Harzgemisch aus dem Trichter eingebracht. Die Schnecke wird mit 30 bis 60 U/min gedreht und die Rolle mit So bis loo U/min. Die Temperatur im Zuführbereich wird auf 30 bis 900 C gehalten, die des Knetbereiches auf 9o bis 1050 C und die am Endabschnitt des Knetbereiches 0 auf 105 bis 1300 C, um das Kneten wirksam durchzuführen.
Die maximale Korngrösse des Pigments der erhaltenen Kunststoffzusammensetzung liegt unter 20/u.
Diese Kunststoffzusammensetzung wird gekühlt und zu einem Harzpulver pulverisiert.
Wenn ein Metalerzeugnis durch ein elektrostatisches Verfahren mit diesem pulverisierten Harz beschichtet wird, kann eine gleichmässige und glatte Schichtfläche erreicht werden.
Beispiel 6 Bei der in Fig. 15 gezeigten Vorrichtung hat jedes Gehäuse im Zuführbereich einen Innendurchmesser von loo mm, eine Länge von 500 mm,und das im Knetbereich angeordnete Gehäuse hat einen Innendurchmesser von 140 mm. Die Höhe der Schneckenwindung der Mehrfachschnecke beträgt 20 mm und der Durchmesser des exzentrischen Rotors 138 mm.
In diese Vorrichtung wird eine Kunststoffzusammensetzung von einem Trichter eingebracht.Die Drehzahl der Schnecke oder die Drehzahl des exzentrischen Rotors liegt zweckmässig bei 30 bis 60 U/min. Die Umwälzgeschwindigkeit des exzentrischen Rotors wird auf So bis loo U/min gebracht, und das Kneten wird bei einer geeigneten Temperatur durchgeführt. Die maximale Korngrösse des in der erhaltenen Kunststoffzusammensetzung enthaltenen Pigmentes liegt unter lo Beispiel 7 78 Teile eines selbstvernetzenden Acrylharzes, 20 Teile Titanweiss und 2 Teile Phatlocyaninblau werden gemischt,und das Gemisch wird durch den Trichter in die in Fig. 15 gezeigte Vorrichtung gebracht. Es wird eine Kunststoffzusammensetzung unter der gleichen Kondition wie beim Beispiel 6 erhalten.
Das Material wurde unter der gleichen Bedingung wie beim Beispiel 6 geknetet und es wurde ein Material mit den gleichen Eigenschaften erhalten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffzusammensetzung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Harz und ein Additiv für dasselbe unter Druck in ein Gehäuse gebracht werden und Druck- und Scherkräfte auf das Harz und das Additiv in dem Gehäuse bei einer vorbestimmten Temperatur derart aufgebracht werden, dass sich die Lage des minimalen Spiels, das zwischen einer Bohrung des Gehäuses und dem mit maximalem Durchmesser versehenen Teil eines Rotors definiert ist, ständig in bezug auf den Gesamtumfang des Gehäuses und des Rotors ändert, wodurch das Harz und das Additiv gleichförmig geknetet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass ein in das Gehäuse eingebrachtes Harz und ein Additiv vorgeknetet werden.

3. Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffzusammensetzung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Harzzusammensetzung und ein Additiv für dieselbe in einen Zuführbereich gebracht werden, die Bestandteile bei einer vorbestimmten Temperatur mittels einer Schnecke vorgemischt werden und das Gemisch mittels der Schnecke kräftig extrudiert wird, um das Gemisch zum Knetbereich zu fördern, wo Druck- und Schervorgänge durch einen exzentrischen Rotor bei einer vorbestimmten Temperatur durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Kunststoffzusammensetzung, ein dafür verwendetes Pigment und ein Additiv mit einem Härter bei einer vorbestimmten Temperatur, bei welcher keine Aushärtung auftritt, in einem Schneckenextruder gerührt und gemischt werden, und das Additiv mittels Schervorgängen bei hoher Geschwindigkeit durch Hindurchführen der halbgeschmolzenen, im vorherigen Verfahren erzeugten Kunststoffzusammensetzung durch einen Spielraum eines sich drehenden Körpers vollständig geknetet und dispergiert wird, wobei der Spielraum auf o,oS bis o,5 mm einstellbar ist, und der sich drehende Körper eire Relativgeschwindigkeit aufweist, die auf o,5 bis lo m/sek einstellbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kunststoffzusammensetzung und ein Additiv mit einem dafür verwendeten Pigment ohne Härter unter Erwärmen gerührt und gemischt werden, dass ein Härter zu der im vorhergehenden Verfahren erzeugten, halbgeschmolzenen Kunststoffzusarnnensetzung zugeführt wird, und dass das Additiv durch Scheren bei hoher Geschwindigkeit vollständig geknetet und dispergiertwird, indem die mit dem Härter versehene, im vorhergehenden Verfahren erzeugte, halbgeschmolzene Kunststoffzusammensetzung durch einen Spielraum des sich drehenden Körpe,rshindurchgebracht wird, welcher auf o,l bis o,2 mm einstellbar ist, und wobei der sich drehende Körper eine Relativgeschwindigkeit aufweist, die auf 1 bis 5 m/sek einstellbar ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit zwei Schnecken versehenen Extruder zum Vorwärmen, Rühren und Mischen der Kunststoffzusammensetzung und eines Additivs, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Schnecke (210; 310; 410; 609;715) weniger als 16 beträgt, dass ein Gehäuse (211; 311; 4113611) mit einem Mantel zum ZirkulimSen eines Heiz- oder Kühlmediums vorgesehen ist, dass ein Rotor (212; 312;412; 610; 716) mit einer darin angeordneten Kühleinrichtung (222) vorgesehen ist, der sich mit seiner Mitte um eine Mittelachse (02) dreht, die gegenüber der Mittelachse (01) des Gehäuses versetzt ist, und dass eine Vorrichtung zum Scheren, Kneten und Dispergieren mit hoher Geschwindigkeit mit einer Antriebsmaschine zum Drehen dieses Rotors in bezug auf die Mittelachse im Hinblick auf eine variable, exzentrische Achse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und freien Steuern der Exzentrizität zwischen der Mittelachse und der Exzenterachse vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Druckzuführeinrichtung (24;124;525;526) zum Zuführen eines Harzes und eines Additivs für dasselbe, einen Rotor (12all2; 512), der so arbeiten kann, dass sich die Lage des minimalen Spielraumes (9) zwischen einer Bohrung (llA; 511A) des Gehäuses und dem maximalen Durchmesser aufweisenden Abschnitt des Rotors ständig in bezug auf den gesamten Umfang des Gehäuses und des Rotors ändert, eine Temperatursteuerung (22,23; 222,223) zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Temperatur des Harzes und des Additivs, die durch den Spielraum zwischen Gehäuse und Rotor hindurchgehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Rotor einen zylindrischen, starren Körper aufweist, der in dem Gehäuse mit einer vorbestimmten Exzentrizität in bezug auf die Achse der Bohrung des Gehäuses angeordnet und um diese Achse der Bohrung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit drehbar ist, wobei er gleichzeitig mittels eines geeigneten Antriebs um seine eigene Achse mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit drehbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass der Rotor mit einer flexiblen, zylinderförmigen Wand mit geeigneter Dicke versehen ist, die im Gehäuse konzentrisch mit der Bohrung desselben angeordnet ist und um ihre eigene Achse mit vorbestimmter Geschwindigkeit mittels eines geeigneten Antriebs drehbar ist, und dass an der Innenfläche der Wand eine Nockeneinrichtung zum Herausdrücken der Wand radial nach aussen zur flexiblen Verformung der Wand vorgesehen ist, wodurch der minimale Spielraum herstellbar ist, und dass die Nockeneinrichtung geeignet ist, mittels eines geeigneten Antriebs entlang der inneren Umfangsfläche der Wand mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu gleiten.

lo. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Druckzuführeinrichtung eine Druckanordnung aufweist, die ausserhalb des Gehäuses zum Drücken eines Harzes und eines Additivs aus einem Zylinder durch einen Einlass in das Gehäuse vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Druckzuführeinrichtung mindestens eine Schnecke umfasst, die angrenzend an den Rotor in dem Gehäuse angeordnet ist, um ein Harz und ein Additiv, die von einem Trichter durch einen Einlass in das Gehäuse zugeführt wurden, weiterzufördern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Schnecke oder die Schnecken zweckmässig mit Abstand zum Rotor angeordnet sind, und dass für sie ein anderer Antrieb als der für den Rotor verwendete vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass eine der Schnecken mit dem Rotor einstückig ist und zusammen mit dem Rotor angetrieben werden kann.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens zwei Mehrfachschnecken und mindestens ein exzentrischer Rotor vorgesehen sind, dass diese Teile integral innerhalb einer Trommel angeordnet sind und eine Einrichtung zum Einstellen der in dem Umfang des Gehäuses vorhandenen Temperatur vorgesehen ist.