DE2461631A1 - DEVICE AND METHOD FOR PROCESSING A CONTINUOUS FIBER HANG AS A REINFORCEMENT MATERIAL - Google Patents
DEVICE AND METHOD FOR PROCESSING A CONTINUOUS FIBER HANG AS A REINFORCEMENT MATERIALInfo
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Description
RECHTSANWÄLTELAWYERS
dr. JUi?. d;?l.~chem. waiter beil 24, Dez. 1974dr. JUi ?. d;? l. ~ chem. waiter beil 24, Dec. 1974
or! 'jlTr.' Pit-Cli-JiV,. H.-J. WOLFP
DR. JuR. HAK3 CHR. 3ElLor! 'jlTr.' Pit-Cli-JiV ,. H.-J. WOLFP
DR. JuR. HAK3 CHR. 3ElL
FRANKFUkTAM MA! N-HÖCHST FRANKFUkTAM MA! N-HIGHEST
AOELONSTRaSSE 58AOELONSTRASSE 58
Unsere Nr. 19 606 Pr/brOur no. 19 606 Pr / br
Exxon Research and Engineering Company Linden, N.J.j V.St.A.Exxon Research and Engineering Company Linden, N.J.j V.St.A.
Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung eines Endlosfaserstrangs als VerstärkungsmaterialDevice and method for processing a continuous fiber strand as reinforcement material
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum ununterbrochenen Einführen von Endlosfaserverstärkungsmaterialien in einen Einschneckenextruder im Gegensatz zu Zwillings(Mehr)-Schneckenextruder und im Gegensatz'zum Einführen von Stapelfasern sowie die daraus entstehenden Produkte. Formkörper, einschließlich Pellets, werden dadurch auf kontinuierliche und zweckmäßige Weise bei guter Dispersion der dabei entstehenden kurzen Verstärkungsfasern in den Plastikformkörpern, die durch Extrudieren durch die Form des Extruders erhalten wurden, hergestellt.The invention relates to a device and a method for the uninterrupted introduction of continuous fiber reinforcement materials in a single screw extruder as opposed to twin (more) screw extruders and in contrast to the introduction of staple fibers and the products resulting therefrom. Molded articles, including Pellets are thereby produced in a continuous and expedient manner with good dispersion of the resulting short reinforcing fibers in the plastic moldings, which are extruded through the shape of the Extruders were obtained.
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Es ist seit langem bekannt, daß verschiedene Polymere und andere Materialien, z.B. Elastomere und Kunststoffe, in einem Extruder zweckmäßigerweise vermischt, verarbeitet und gehandhabt werden können und schließlich zu Pellets, die sich zur weiteren Bearbeitung eignen,oder direkt zu einem endgültigen Formkörper extrudiert werden können.It has long been known that various polymers and other materials, e.g. elastomers and plastics, can expediently be mixed, processed and handled in an extruder and finally to pellets, which are suitable for further processing or can be extruded directly into a final molded body.
In den letzten Jahren ist die Verwendung von Glasfasern als fadenförmiges Verstärkungsmaterial in Thermoplastik-(RTP)-Körpern zu einer wachsenden und wichtigen Praxis in der Kunststoff verarbeitenden Industrie geworden. Diese Körper besitzen stark verbesserte Eigenschaften gegenüber denjenigen, die nur das Grundpolymer enthalten. Die Verwendung von Glas- und anderen fadenförmigen Fasern wird sich mit ziemlicher Geschwindigkeit steigern, da die Qualitätsansprüche an Kunststoffe in den kommenden Jahren beachtlich höher werden.In recent years there has been the use of fiberglass as a filamentary reinforcement material in thermoplastic (RTP) bodies has become a growing and important practice in the plastics processing industry. These bodies have greatly improved properties over those that contain only the base polymer. The use of glass and other filamentary fibers will increase at quite a rate, since the quality demands on plastics will be considerably higher in the coming years.
Die physikalischen Eigenschaften von Thermoplasten lassen sich somit durch Zugabe von Glasfasern auf verschiedene Weise verbessern. Stapelglasfasern werden mit dem Plastikpulver oder Pellets entweder getrennt oder vorgemischt dem Beschickungseinlaß eines Extruders zugeführt,und das Ganze wird homogenisiert, nachdem der Kunststoff geschmolzen ist. Bei Verwendung dieses Systems wird die Länge der einzelnen Glasfasern oft so gekürzt, daß ihre Verstärkungsfunktion vermindert wird.The physical properties of thermoplastics can thus be varied by adding glass fibers Way to improve. Staple glass fibers are either separated or premixed with the plastic powder or pellets fed to the feed inlet of an extruder, and that Whole is homogenized after the plastic has melted. When using this system, the The length of the individual glass fibers is often shortened in such a way that their reinforcement function is reduced.
Der Verschleiß am Extruder ist ebenfalls sehr groß und die Produkte enthalten oft schädliche Mengen an Material von der Schnecke oder vom Zylinder.The wear on the extruder is also very great and the Products often contain harmful amounts of material from the screw or barrel.
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Bei der Verwendung von Glasfasern, die zu relativ langen Längen geschnitten sind ( L/D > 250 ), wirft die getrennte oder gemeinsame Zuführung insbesondere im Fall einer hohen Proportion an Glasfasern beachtliche Schwierigkeiten auf.When using glass fibers that are too long Lengths are cut (L / D> 250), the separated casts or common feeding, especially in the case of a high proportion of glass fibers, considerable difficulties on.
Es ist außerdem bekannt, daß glasfaserverstärke Thermoplasten durch Extrudieren von Materialien, die getrennt eingegeben wurden, hergestellt werden können. Das Kunststoffmaterial wird in pulverisierter oder granulierter (pelletisierter) Form durch den Beschickungseinlaß des Extruders zugeführt und in der Knetzone geschmolzen. It is also known that glass fiber reinforced thermoplastics can be formed by extruding materials that are separated entered can be produced. The plastic material comes in powdered or granulated (pelletized) form fed through the feed inlet of the extruder and melted in the kneading zone.
Homogenisiervorgang Nach dem letzten / _ in der ersten Stufe werden Glasfasern von kurzer Länge bei der Dekompressionszone zugesetzt und mit der Schmelze vermischt. Auf diese Weise unterliegt die Länge der Fasern nur einer geringen oder gar keiner Veränderung während des Mischvorgangs. Die Fasern sollten demgemäß zu der gewünschten Länge, beispielsweise 0,1 bis 1,5 mm, vorgeschnitten werden. Jedoch ist es technisch schwierig, diese kurzen Fasern gleichmäßig einzugeben.Homogenizing process After the last / _ will be in the first stage Glass fibers of short length are added at the decompression zone and mixed with the melt. To this The length of the fibers is subject to little or no change during the mixing process. The fibers should accordingly be precut to the desired length, for example 0.1 to 1.5 mm. However, it is technically difficult to feed these short fibers evenly.
Es ist außerdem bekannt, einen Endlosglasfaserstrang in eine Plastikschmelze einzuführen und zu extrudieren, ohne daß die Fasern zerbrochen werden, oder Glasfaserbündel auf die Oberfläche von Plastikfäden aufzubringen, nachdem sie durch Düsen extrudiert worden sind.It is also known to use a continuous glass fiber strand to be introduced into a plastic melt and extruded without breaking the fibers or glass fiber bundles to be applied to the surface of plastic threads after they have been extruded through nozzles.
In beiden Fällen werben die Glasfasern nicht homogen in der Plastikmasse verteilt, sondern liegen in Bündeln parallel zur Achse der Pellets. Es ist nicht immer mög-In both cases, the glass fibers do not advertise homogeneously in the Plastic mass distributed, but lie in bundles parallel to the axis of the pellets. It is not always possible
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lieh, die auf diese Art hergestellten Pellets zu verarbeiten. Aufgrund der inhomogenen Verteilung der Glasfaserkomponente können dünnwandige und komplizierte Körper nicht ohne Schwierigkeiten hergestellt werden.lent to process the pellets made in this way. Due to the inhomogeneous distribution of the glass fiber components, thin-walled and complex bodies can be created cannot be produced without difficulty.
Es wurden die verschiedensten Anstrengungen gemacht, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Eine derselben wird in der US-PS 3 520 027 beschrieben, worin getrennte Ströme von faserförmigem Material und pulverförmigem Polymer geschichtet und in einen Extrudertrichter eingefüllt werden.Various efforts have been made to overcome these difficulties. One of them will in US Pat. No. 3,520,027, wherein separate streams of fibrous material and powdery Polymer can be layered and poured into an extruder funnel.
Ein anderer Vorschlag, der einiges zu versprechen scheint, wird in der US-PS 3 304 282 beschrieben, worin Endlosglasfasern in das Entlüftungsloch eines Zwillingswellenextruders eingeführt werden, der Mehr schnecken, ll die ineinandergreifen, und Entlüftungs- und Knetein*- richtungen, wie Knetscheiben, Knetblöcke und/oder einstellbare Zwischenräume aufweist.Another proposal, which some seem to promise is described in US Patent No. 3,304,282, in which continuous glass fibers are inserted into the vent hole of a twin screw extruder, screw the More, ll the mesh, and vent and Knetein * - devices such as kneading discs , Kneading blocks and / or adjustable spaces.
Obgleich die Verwendung eines Zwillingsschneckenextruders einen brauchbaren technischen Fortschritt gegenüber bisherigen Methoden bedeutet, besitzt sie den Nachteil, daß ein Zwillingsschneckenextruder ein extrem teures Ausrüstungsstück ist. Es würde deshalb außergewöhnlich nützlich und wirtschaftlich wichtig sein, wenn man in der Lage wäre, einen Endlosfaserstrang auf einem Einschneckenextruder zu verarbeiten und mindestens die Verarbeitungswirtschaftlichkeit und Produktqualität zu erzielen, wie sie unter Verwendung des wesentlich teurerenAlthough the use of a twin screw extruder is a useful technical advance over previous ones Methods means, it has the disadvantage that a twin screw extruder is an extremely expensive piece of equipment is. It would therefore be exceptionally useful and economically important to be in would be able to produce a continuous strand of fibers on a single screw extruder to process and at least the processing economy and product quality as they can be achieved using the much more expensive one
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Zwillingsschneckenextruders erzielt werden.Twin screw extruder can be achieved.
Die Erfindung betrifft eine neue Einschneckenextrudervorrichtung und ein Verfahren, worin eine Folge von funktionell verschiedenen Schneckenelementen in einer bestimmten Konfiguration und Folge,bezogen auf eine öffnung zur Einführung eines Endlosverstärkungsfaserstranges, ausgewählt und angeordnet sind, so daß ausgezeichnete Dispersion der dabei entstehenden Stapelfasern (in situ gebildet) erzielt wird, während man außerdem ausgezeichnete faserverstärkte extrudierte Produkteerhält. The invention relates to a new single screw extruder device and a method, wherein a sequence of functionally different screw elements in a certain configuration and sequence, based on a opening for the introduction of a continuous reinforcing fiber strand, are selected and arranged so that excellent dispersion of the resulting staple fibers (formed in situ) while also making excellent fiber reinforced extruded products.
Nachstehende Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following drawings serve for further explanation the invention.
Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Querschnitts des arbeitenden Teils einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Extrudervorrichtung;Figure 1 is a schematic side view of a cross section of the working portion of a preferred embodiment the extruder device according to the invention;
Figur 2 veranschaulicht eine bevorzugte Mischeinrichtung;Figure 2 illustrates a preferred mixing device;
Figur 3 veranschaulicht eine weitere Mischeinrichtung, die einen unterbrochenen Gewindegang enthält;Figure 3 illustrates another mixing device that includes an interrupted thread;
Figur H zeigt eine vollständige Querschnittsansicht einer bevorzugten Extrudervorrichtung, wobei die einzelnen Schneckenelemente in ihrer bevorzugten Lage gezeigt werden.Figure H shows a full cross-sectional view of a preferred extruder device, with the individual screw elements shown in their preferred position.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß die theoretische Verstärkungsfähigkeit von Faserverstärkungen in großemIt is important to note that the theoretical Reinforcement ability of fiber reinforcements in large
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Maße vom Länge/Durchmesser (L/D)-Verhältnis der Pasern (Aepektverhältnis) abhängt. Dieses Verhältnis muß ziemlich hoch sein, z.B. etwa 300 zu 1, vorzugsweise 200 zu 1 und besonders bevorzugt 100 zu 1. Wenn die Pasern zu kurz sind, wird die gewünschte Verstärkungswirkung minimal sein oder überhaupt nicht existieren. Dimensions of the length / diameter (L / D) ratio of the fibers (Aspect ratio) depends. This ratio must be quite high, e.g., about 300 to 1, preferably 200 to 1 and more preferably 100 to 1. If the pasers are too short, the desired reinforcing effect will be minimal or nonexistent.
Einer der Vorteile der Erfindung besteht darin, daß nicht nur Endlosfaserverstärkungsstränge in wirtschaftlicher und zweckmäßiger Weise verwendet werden können, sondern daß die Pasern, die durch die automatische Scherwirkung innerhalb des Extruders entstehen, das richtige Länge/Durchmesser (L/D)-Verhältnis besitzen.One of the advantages of the invention is that not only continuous fiber reinforcement strands in economical and expediently can be used, but that the pasers produced by the automatic shearing action arise inside the extruder, have the correct length / diameter (L / D) ratio.
Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dem zu behandelnden Polymermaterial geringe oder gar keine Gelegenheit gegeben wird, sich zusammenzuschichten oder zu kleinen Kugeln oder Klumpen gesondert vom Verstärkungsmaterial anzusammeln*. Another advantage of the invention is that there is little or no polymer material to be treated The opportunity is given to stack up or to collect small balls or lumps separate from the reinforcement material *.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zweckmäßigerweise für jedes polymere Material verwendet werden, das sich durch einen Extruder handhaben läßt und das sich durch Einarbeitung von relativ kurzfädigem oder faserigem Verstärkungsmaterial verbessern läßt. Die Hauptverwendung für die erfindungsgemäße Vorrichtung liegt in der Verarbeitung von Thermoplasten, wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Styrolhomopolymere und -copolymere, Polyester, Polyamide, Nylons, Polycarbonate, technische Kunststoffe und Acrylate.The device according to the invention can expediently be used for any polymeric material which can be handled by an extruder and which can be improved by the incorporation of relatively short-thread or fibrous reinforcing material. The main use for the device according to the invention is in the processing of thermoplastics, such as polyolefins, polyvinyl chloride, styrene homopolymers and copolymers, polyesters, polyamides, nylons, polycarbonates, engineering plastics and acrylates.
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Es ist außerdem möglich, das Verfahren zur Verarbeitung von Material, das normalerweise als wärmehärtbarer Kunststoff bezeichnet wird, an einem Punkt anzuwenden, bevor die Vernetzungsreaktion beendet ist und wo sich das Material noch in einem Zustand befindet, intern es hitzeerweicht und bearbeitet werden kann.It is also possible to use the method of processing material that is normally considered to be thermosetting Plastic is said to be applied at a point before the crosslinking reaction has finished and wherever the material is still in a state in which it can be heat-softened internally and processed.
Zu den verarbeitbaren Materialien gehören außerdem alle Sorten von Elastomeren einschließlich Butylkautschuk, Polyisobutylen, Äthylen-Propylen-Elastomere, Äthylen-Propylen-Dienterpolymerelastomere und deren Gemische mit sich selbst und mit anderen Materialien, wie Kunststoffen. Processable materials also include all types of elastomers including butyl rubber, Polyisobutylene, ethylene-propylene elastomers, ethylene-propylene-diene terpolymer elastomers and their mixtures with themselves and with other materials such as plastics.
Gemische sämtlicher verschiedener Arten von Polymeren einschließlich Elastomeren, hitzehärtbaren Stoffen und Thermoplasten können ebenfalls mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verarbeitet werden. Es ist außerdem möglich, in dem jeweils zu verarbeitenden Polymer Pfropfreaktionen durchzuführen, so daß ein gleichzeitiges Pfropfen und Einarbeiten von fadenförmigen Materialien stattfindet,. Es gibt mehrere einfache und zweckmäßige Pfropfverfahren. Beispielsweise lehren die GB-PS ' 679 562, US-PS 3 177 269 und US-PS-3 177 270 sämtlichst Verfahren zum Pfropfen in einem Extruder.Blends of all different types of polymers including elastomers, thermosets and Thermoplastics can also be processed with the aid of the method according to the invention. It is also possible in the polymer to be processed in each case graft reactions perform, so that a simultaneous grafting and incorporation of thread-like materials takes place. There are several simple and practical ones Grafting process. For example, the GB-PS ' 679,562, U.S. Patent 3,177,269, and U.S. Patent 3,177,270, all of them Method of grafting in an extruder.
Der Extruder kann zweckmäßigerweise in einer Folge angeordnet sein, worin die Pfropfreaktion an einem Punkt vor der Einführung des Endlosfaser- oder -fadenstranges stattfindet. Es ist außerdem möglich, die in der US-S.N. 240 494 beschriebene Pfropfreaktion durchzuführen.The extruder may conveniently be arranged in a sequence wherein the grafting reaction occurs at one point takes place before the introduction of the continuous fiber or thread strand. It is also possible to use the information in the U.S. S.N. 240 494 to carry out the grafting reaction described.
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Z 4 b ι ο ^ ι - 8 - Z 4 b ι ο ^ ι - 8 -
Dieses Patent beschreibt verschiedene Monomere und andere für diese Pfropfreaktion relevante Gesichtspunkte.This patent describes various monomers and other issues relevant to this grafting reaction.
Die Extrudervorrichtung und das Verfahren zur kontinuierlichen Einführung von Endlosfadenmaterialien können zweekmäßigerweise an bekannte Extruderreäktionen angehängt und ein Teil derselben werden.The extruder device and the method for the continuous introduction of continuous filament materials can appropriately attached to known extruder reactions and become part of it.
Das im Extruder zu behandelnde polymer^ Material kann in irgendeiner zweckmäßigen Form einschließlich Granulaten, Chips oder Pellets eingeführt werden.The polymer material to be treated in the extruder can in any convenient form including granules, chips or pellets.
Allgemein gesagt, besteht eine Anwendung der Erfindung darin, glashaltige Pellets herzustellen, die in einer vorcompoundierten Form an den Endverformer zu verkaufen sind. Außer,der Verformer Verwendet solche vorcompoundierten Pellets, ist es im allgemeinen wünschenswert, Pulver mit Glas zu vermischen und keine Pellets, da bessere Dispersion der Glasfasern im endgültigen Formkörper erzielt wird. Wo das Aussehen der Oberfläche wichtig ist, verringern die vorcompoundierten Pellets das Erscheinen von Faserklumpen an der Oberfläche des Formkörpers, die auftreten würden, wenn gewöhnliche Pellets mit Glas vermischt werden würden. Dies kann ein ausgesprochener Vorteil sein, wo ästhetische Gesichtspunkte eine Rolle spielen, insbesondere bei großen Formkörpern.Generally speaking, one application of the invention is to produce glass-containing pellets that are in a precompounded form are to be sold to the end former. Except, the deformer uses such precompounded Pellets, it is generally desirable to mix powder with glass and not pellets because better dispersion of the glass fibers in the final molded body is achieved. Where the appearance of the surface importantly, the pre-compounded pellets reduce the appearance of fiber clumps on the surface of the Shaped bodies that would appear if ordinary pellets were mixed with glass. This can be a be a definite advantage where aesthetic considerations play a role, especially large ones Moldings.
Endlosfaserstränge, insbesondere Glasfaserstränge, die aus mehreren (manchmal bis zu 100) Faserbündeln mit einer sehr großen Anzahl (manchmal mehr als 10 000) Einzel-, fäden bestehen, sind besonders geeignet. EinzelfädenContinuous fiber strands, in particular glass fiber strands, the from several (sometimes up to 100) fiber bundles with a very large number (sometimes more than 10,000) individual, threads are particularly suitable. Single threads
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haben einen mittleren Durchmesser von etwa IO bis ΙΟ" cm. Die Pasern können mit üblichen Schlichtemitteln, wie Kunststoffe, Stärke, verschiedene Silane oder komplexe Chromverbindungen, geschlichtet sein. Allgemein wurde festgestellt, daß die Silanschlichten die Adhäsion an Thermoplasten verbessern. Es ist außerdem bekannt,daß die Pfropfpolymere gut an Pasern haften, die mit einem geeigneten funktionellen Silan, wie einem Amino-, Epoxy- oder Chlorsilan, behandelt worden sind. Pfropfpolymere haften jedoch außergewöhnlich gut an Glasfasern, die völlig frei von irgendwelchen Schlichtemitteln sind.have a mean diameter of about 10 to ΙΟ "cm. The pastes can be made with conventional sizing agents, such as plastics, starch, various silanes or complex chromium compounds. In general, it has been found that the silane sizes improve the adhesion to thermoplastics. It is also known that the graft polymers adhere well to fibers, which have been treated with a suitable functional silane such as an amino, epoxy or chlorosilane. However, graft polymers adhere exceptionally well to glass fibers that are completely free of any sizing agents are.
Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Pellets oder Formkörper mit sehr hohen Glaskonzentrationen leicht erhältlich sind.Another advantage of the invention is that pellets or moldings with very high glass concentrations are readily available.
Im allgemeinen beträgt der Glasgehalt von Formkörpern, die aus dem Extruder extrudiert wurden, etwa 5 bis 90» vorzugsweise 10 bis 60 und besonders bevorzugt 15 bis 50 Gew.-% fadenförmiger Fasern, insbesondere Glasfasern.In general, the glass content of molded bodies which have been extruded from the extruder is from about 5 to 90 », preferably 10 to 60 and particularly preferably 15 to 50 wt -.% Filamentous fibers, in particular glass fibers.
Obgleich Glasfasern bevorzugt werden, ist es möglich, andere Fasern zu verwenden, die Verstärkungsvermögen besitzen. Dazu gehören natürliche Fasern, wie Asbest, und synthetische Fasern, wie DuPonts Polymer B, Polyimidfasern, Fasern aus Polyparabansäuren und Polyhydantoinen.Although glass fibers are preferred, it is possible to use other fibers that have reinforcing properties own. These include natural fibers, such as asbestos, and synthetic fibers, such as DuPont's polymer B, polyimide fibers, Fibers made from polyparabanic acids and polyhydantoins.
Es soll nun auf die Figuren im einzelnen zurückgekommen werden, wobei das Schema der Figur 1 dazu geeignet ist, das Gesamtvorrichtungskonzept zu verstehen. Der Beschickungsabschnitt 11 des Extruders 10 ist" ein üblicher.It will now be returned to the figures in detail, the scheme of Figure 1 is suitable for understand the overall device concept. The feed section 11 of the extruder 10 is "a common one."
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Der Dekompressionsabschnitt 12, der dem Abschnitt 11 folgt, ist mit einer öffnung 13 ausgestattet.The decompression section 12, which follows section 11, is equipped with an opening 13.
Der Schlüssel zum Dekompressionsabschnitt ist die Verwendung eines Abschnitts mit einem relativ kleinen Kernquerschnitt, so daß der Druck innerhalb des Dekompressionsabschnitts 12 verringert wird und Glasfaserstränge oder andere fadenförmige Stränge der öffnung 13 zugeführt werden können, ohne daß sie sich eofort verwirren, wie das an diesem Punkt in einem Schneckenkern mit einem relativ großen Querschnitt der Fall sein würde.The key to the decompression section is using a section with a relatively small one Core cross-section so that the pressure within the decompression section 12 is reduced and fiberglass strands or other thread-like strands can be fed to the opening 13 without them Immediately confuse how that at this point in a snail core with a relatively large cross-section of the Would be case.
Es ist wahrscheinlich, daß der Strang sich selbst auf einem großen Schneckenkern verwickeln würde. Außerdem würde ein Kern mit einem relativ großen Querschnitt das Polymere aus der öffnung herauspumpen, durch die der Strang kontinuierlich zugeführt werden soll.It is likely that the strand would entangle itself on a large snail core. aside from that a core with a relatively large cross section would pump the polymer out of the opening through the the strand is to be fed continuously.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, im Dekompressionsabschnitt 12 eine Mehrfachgewindeschnecke, wie beispielsweise eine Doppelgewindeschnecke, zu verwenden, obgleich eine übliche Einfachgewindeschnecke zufriedenstellend ist.A particularly preferred embodiment is to have a multiple-thread worm in the decompression section 12, such as a double-thread worm, albeit a common single-thread worm is satisfactory.
An den Dekompressionsabschnitt 12 im Extruder 10 schließt sich unmittelbar die Homogenisierungszone Ik an, die die Funktion hat, das Gemisch aus Polymer und Fasern von der öffnung 13 (Entlüftungsloch) wegzufördern. Sie entwickelt außerdem den Druck, der erforderlich ist, das entstehende Polymer-Fasergemisch durch die nächsteThe decompression section 12 in the extruder 10 is immediately followed by the homogenization zone Ik , which has the function of conveying the mixture of polymer and fibers away from the opening 13 (vent hole). It also develops the pressure that is required to move the resulting polymer-fiber mixture through the next
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Stufe, nämlich den Mischabschnitt 15, zu stoßen, wo ein gutes Vermischen von Glas mit der Polymerschmelze stattfindet .Step, namely the mixing section 15, where there is good mixing of the glass with the polymer melt .
Es ist außerdem normalerweise erforderlich, in den Dekompressionsabschnitt 12 einen Ableiter (nicht gezeigt) einzubauen, um zu verhindern, daß das Polymer in die öffnung 13 (Entlüftungsloch) aufsteigt und somit das fadenförmige Material, z.B. Glasfaserstrang, am Eintreten in die Extrudervorrichtung hindert.It is also usually required to go into the decompression stop 12 to incorporate a trap (not shown) to prevent the polymer from entering the opening 13 (vent hole) rises and thus the prevents filamentary material, e.g., fiberglass strand, from entering the extruder device.
Homogenisierungszone 16 dient der Bereitstellung einer Stufe zur Entwicklung des erforderlichen Druckes, um das entstehende gut vermischte Paser-Polymergemisch durch die Löcher am Ende des Extruders 10 zu stoßen.Homogenization zone 16 is used to provide a Stage for developing the pressure required to pass through the resulting well mixed Paser polymer mixture poking the holes at the end of the extruder 10.
Sämtliche verwendeten Schneckenelemente können Standardausführungen sein. Die Neuheit und Zweckmäßigkeit der Vorrichtung besteht in der Kombination aus der besonderen Anordnungsfolge und Zylinderkonfiguration und Lage der öffnung mit Bezug auf diese verschiedenen Schneckenelemente zur Erzielung des besonderen einzigartigen Zweckes , wie er hier dargelegt wird. Die Neuheit des Verfahrens besteht in der Folge der Verfahrensstufen, die ein kontinuierliches Verarbeiten von Pasersträngen ermöglicht, um eine Polymer/Kurzfaserzusammensetzung zu erhalten.All screw elements used can be standard designs be. The novelty and practicality of the device consists in the combination of the special Arrangement and cylinder configuration and position of the opening in relation to these various screw elements to achieve the particular unique purpose set forth here. The novelty of the Process consists in the sequence of process steps, which consist of continuous processing of fiber strands allows to obtain a polymer / short fiber composition.
Die Elemente des Mischabschnitts 15 können Egan-Mischer sein. Diese besonderen Einrichtungen sind in Figun-2 veranschaulicht, worin der Kern eine Reihe von Kanälen hat, die in den Umfang der Vorrichtung eingeschnitten sind. Dies hat eine Reihe von toten WindungskanälenThe elements of the mixing section 15 can be Egan mixers. These particular facilities are shown in Figun-2 Figure 3 illustrates wherein the core has a series of channels cut into the periphery of the device are. This has a number of dead spiral channels
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auf der Peripherie des Kerns zur Folge. Wenn das Polymer- und Glasgemisch Druck ausgesetzt wird, wird es aus den Einlaßkanälen heraus und über die äußere Oberfläche zu den Außenkanälen gedrückt. Dadurch erfolgt ein Dünnschichtvermischen von Glas und Polymerschmelze unter sehr hohen Schergeschwindigkeiten.on the periphery of the core. When the polymer and glass mixture is subjected to pressure, it becomes out of the Inlet channels pushed out and over the outer surface to the outer channels. This results in a thin layer mixing of glass and polymer melt under very high shear rates.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei solche Egan-Mischeinrichtungen Rücken an Rücken in Mischabschnitt 15 verwendet.In a preferred embodiment of the invention, two such Egan mixers are back-to-back in Mixing section 15 used.
Eine andere Art von Mischeinrichtung, die im Mischabschnitt 15 zweckmäßigerweise verwendet werden kann, ist eine Schneckenform, die diskontinuierliche schneckenförmige Gewindegänge auf dem Kern hat.Another type of mixing device that is in the mixing section 15 can be suitably used is a helical shape, the discontinuous helical shape Has threads on the core.
Figur 3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schneckenelementes mit diskontinuierlichem Gewindegang.FIG. 3 illustrates an embodiment of a screw element with a discontinuous thread.
Figur 4 veranschaulicht eine tatsächliche Querschnittsansicht eines bevorzugten Einschneckenextruders, der die hier dargelegten spezifischen erfindungsgemäßen Elemente in sich vereinigt. Es ist im wesentlichen eine detailliertere Ausführung des Schemas der Figur 1 und dient dazu, bevorzugte Ausführungsformen ausdrücklich zu zeigen. Es wird darin das gleiche Numerierungssystem ( wie bereits beschrieben verwendet.Figure 4 illustrates an actual cross-sectional view of a preferred single screw extruder incorporating the specific elements of the invention set forth herein. It is essentially a more detailed implementation of the scheme of FIG. 1 and is used to expressly show preferred embodiments. The same numbering system ( as already described) is used therein.
Die Extrudervorrichtung und das Verfahren zur Verwendung derselben kann im Zusammenhang mit der in Figur 4 veranschaulichten Ausführungsform erläutert werden.The extruder apparatus and the method of using the same can be illustrated in connection with that illustrated in FIG Embodiment will be explained.
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Beim tatsächlichen Betrieb unter Verwendung der Konfiguration der Figur 4 wurde ein 5 cm-Extruder mit einem Längeη/Durchmesser(L/D)-Verhältnis von 36:1 verwendet, worin der Extruder in 36 Einheiten der gleichen Länge unterteilt war. Jede dieser Einheiten wird nachstehend als eine 0-Einheit bezeichnet. Das Polymer wurde in den Einfülltrichter 17 an der Anfangseinheit des Extruders 10 und in die Beschickungszone 11 eingeführt, in der sich eine Beschickungsschnecke 17 befindet, die eine von mehreren einzelnen Schneckenelementen, wie es im einzelnen hier beschrieben wird, darstellt.In actual operation using the configuration of Figure 4, a 5 cm extruder was used with a Length η / diameter (L / D) ratio of 36: 1 used, wherein the extruder was divided into 36 units of the same length. Each of these units is shown below referred to as a 0 unit. The polymer was fed into hopper 17 at the initial unit of the extruder 10 and introduced into the loading zone 11, in the there is a feed screw 17, which is one of several individual screw elements, as in individual is described here represents.
Der Beschickungsabschnittil, wie er in Figur 4 gezeigt wird, enthält gegen sein Ende hin eirfliomogenisierungszonenartigen Abschnitt, an den sich ein Dekompressionsabschnitt 12, der bei 15 0 liegt, anschließt. Der Glasfaserstrang wurde in die öffnung .13 eingeführt, und lief durch den 5 0 langen Dekompressionsabschnxtt 12, die 5 0 lange Homogenisierungszone 14, den 4 0 langen Mischabschnitt 15 (doppelte 2 0 Egan-Mischer) und die 8 0 lange Endhomogenisierungszone 16.The loading section as shown in FIG contains, towards its end, eirfliomogenization zone-like Section followed by a decompression section 12, which is located at 15 0. Of the The fiberglass strand was inserted into the opening .13, and ran through the 50 long decompression section 12, the 5 0 long homogenization zone 14, the 4 0 long mixing section 15 (double 2 0 Egan mixer) and the 8 0 long final homogenization zone 16.
Als Kunststoff wurde Polypropylenpulver verwendet, das in den Einfülltrichter 17 eingeführt wurde. Der Glasfaserstrang war ein Mehrfadenstrang* Die dabei entstehenden glasfaserhaltigen Polypropylenpellets besaßen ein gutes Aussehen ohne ausgefranste Kanten. Beim Formen zu einer großen Testplatte besaßen sie ein gutes Aussehen,und die Platte zeigte bei Tests auf physikalische Eigenschaften gute Ergebnisse.Polypropylene powder, which was introduced into the hopper 17, was used as the plastic. The fiberglass strand was a multi-thread strand * The resulting glass fiber-containing polypropylene pellets had a good looks with no frayed edges. When molded into a large test panel, they had a good one Appearance, and the plate performed well when tested for physical properties.
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