DE2543450A1

DE2543450A1 - Vorrichtung zum granulieren von thermoplastischen kunststoffen

Info

Publication number: DE2543450A1
Application number: DE19752543450
Authority: DE
Inventors: Hans Karel Loo
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1976-04-15
Also published as: GB1526040A; US4264553A; JPS5160245A; FR2285973A1; FR2285973B1

Description

Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischen Kunststoffen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischem Kunststoff.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art hat ein Strangpreßwerkzeug und eine Matrizenplatte mit Strangpreßöffnungen zum Extrudieren von thermoplastischem Kunststoff, welche auf einer Flachseite mit einem isolierenden Bauteil versehen ist. über die Flachseite des Strangpreßwerkzeugs rotiert ein drehbares Messer, das die austretenden Materialstränge in kleine Körper (Granulate) zerschneidet. Das thermoplastische Material wird dem Stranpreßwerkzeug durch einen Extruder, gewöhnlich einem Schneckenextruder, in erhitztem oder geschmolzenem Zustand zugeführt. Die Matrizenplatte kann mit Dampf, heißem öl oder elektrisch beheizt sein, um das durch sie hindurchgedrückte thermoplastische Material auf der erforderlichen Extrusionstemperatur zu halten. Das Granulatteilchen wird dann in Beruh-

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rung mit einer Kühlflüssigkeit gebracht,um es bis auf seine ^rstarrungstemperatur abzukühlen.

Die Kühlflüssigkeit, bei der es sich normalerweise um Wasser handelt, wird durch Aufspritzen oder Aufgießen auf die Matrizenplatte zugeführt, oder die Tlatrizenplatte ist so angeordnet, daß ihre eine Flachseite in Berührung mit in einer Wasserkammer enthaltenem l.'asser steht. Um eine unerwünschte Abkühlung des heißen Ctrangpreßwerkzeugs durch das Kühlwasser zu vermeiden, kann die Matrizenplatte dadurch thermisch isoliert sein, daß sie auf der betreffenden Flachseite mit einem Isoliermaterial versehen ist. Bis jetzt wird zu diesem Zweck häufig ein keramisches IIa.terial verwendet, doch lassen sich mit Hilfe eines solchen Materials wie auch mit Hilfe verschiedener anderer Isolierstoffe aus verschiedenen Gründen nicht stets die gewünschten Tvirkungen erzielen. Keramische Materialien sind relativ zerbrechlich, so da3 daraus hergestellte Bauteile leicht beschädigt werden. Im Laufe der Zeit können von der aus einem keramischen Material bestehenden Schicht Teile abbrechen, so daß es erforderlich wird, die Schicht instandzusetzen oder zu erneuern.

Sobald die Isolierschicht beschädigt v/orden ist, werden die -fetrusionsöffnungen nicht mehr gleichmäßig beheizt, und wenn schlecht isolierte Sxtrusionsöffnungen vorhanden sind, vergrößert sich die Gefahr, daß das thermoplastische Material in den betreffenden öffnungen erstarrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Granuliervorrichtung der eingangs geschilderten Art die Isolation der Matrizenplatte auf einfache und zweckmäßige Weise zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischem Kunststoff geschaffen worden, zu der ein Strangpreßwerkzeug gehört, das mit einer Matrizenplatte versehen ist, welche auf einer Flachseite ein isolierendes Bauteil aufweist^ hierbei ist die Matrizen-

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platte mit Strangpreßöffnungen zum Extrudieren des thermoplastischem Kunststoffs versehen, und der betreffenden Fläche des Strangpreßwerkzeugs ist ein drehbares Messer zugeordnet, das dazu dient, die aus den otrangpreSöffnungen austretenden Materialstränge in kleine Körner zu zerschneiden; die Granuliervorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in den den Strangpreßöffnungen benachbarten Bereichen in dem isolierenden Bauteil und/oder zwischen diesem und der Matrizenplatte Hohlräume vorhanden sind, die geeignet sind, während des 3etriebs der Vorrichtung ein Gas oder Dampf aufzunehmen, und die in offener Verbindung mit dem vor dem Strangpreßwerkzeug liegenden Jiaum stehen. I.'egen des Vorhandenseins dieser offenen Verbindungen zwischen den Hohlräumen und dem Raum auf der Vorderseite des Strangprelwerkzeugs kann das Kühlwasser, das in Berührung mit der betreffenden Fläche des StrangpreSwerkzeugs steht, in die Hohlräume eintreten. Befindet sich die Vorrichtung in Betrieb, liegt die Temperatur der Matrizenplatte und mindestens des ihr benachbarten Teils des isolierenden Bauteils über dem Siedepunkt des Kühlwassers in den Hohlräumen, so daß sich das Wasser in diesen Hohlräumen schnell in Dampf verwandelt. Die mit Dampf gefüllten Hohlräume bewirken dann eine hervorragende "i/ärmeisolierung, so daß die Wände der Strangpreßöffnungen und das durch sie hindurchgedrückte thermoplastische Material auf einer Temperatur gehalten werden, die so hoch ist, daß der Kunststoff in einem gleichmäßig erhitzten und ströinungsfähigen Zustand gehalten wird. Somit läßt sich dadurch, daß man zuläßt, daß eine gewisse Kühlwassermenge in die Hohlräume eintritt und darin verdampft, auf einfache und billige Tf ei se eine im wesentlichen durch ein Gas herbeigeführte Wärmeisolierung der Hatrizenplatte herbeiführen. Das isolierende Bauteil ist vorzugsweise vollständig oder zum Teil als Körper aus einem porösen Material ausgebildet, dessen Poren die genannten Hohlräume bilden. Der poröse Körper kann aus einem Material hergestellt sein, das selbst keine besonders gute Wärmeisolation bewirkt, z.B. aus einem gesinterten Material, z.B. einem gesinterten gewöhnlichen Metall oder einem gesinterten Hartmetall, beispielsweise aus Metallkarbiden wie Wolfram-

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karbid oder dergleichen. Als v/eiteres Beispiel für ein geeignetes Material sei gesinterter nichtrostender Stahl genannt, der als handelsübliches Erzeugnis erhältlich und in zahlreichen Formen lieferbar ist; jedoch erweisen sich auch zahlreiche andere Materialien als geeignet. Die Dicke des porösen isolierenden Bauteils, das normalerweise die Form einer Platte oder Scheibe hat, soll vorzugsweise so gering sein, wie dies zur Erzielung der gewünschten Isolationswirkung noch zulässig ist; dies gilt mindestens für den Teil der Platte, welcher den Strangpreßöffnungen benachbart ist. Die Dicke der Platte kann zwischen 1 und 10 mm variieren, und eine Dicke von etwa 3 mm dürfte in den meisten Anwendungsfällen zweckmäßig bzw. ausreichend sein.

Sollen sich die Strangpreßöffnungen durch das poröse isolierende Bauteil erstrecken, kann dieses Bauteil mit eingebauten Buchsen versehen sein, deren Bohrungen die Strangpreßöffnungen bilden. Diese Anordnung kann gewählt werden, um die Öffnungen mit glatten Innenwänden zu versehen, und um ein Eindringen von thermoplastischem Material in den porösen Körper des isolierenden Bauteils zu verhindern.

Bei einer abgeänderten Konstruktion werden die Begrenzungswände der Hohlräume zum Teil durch Nuten oder Kanäle gebildet, mit denen die der Matrizenplatte zugewandte Flachseite des isolierenden Bauteils versehen ist. In diesem Fall befinden sich die Hohlräume zwischen den ITuten oder Kanälen des isolierenden Bauteils und der ihnen zugewandten Flachseite der Matrizenplatte, und außerdem können die Nuten oder Kanäle so angeordnet sein, daß sie mit dem Haum auf der Vorderseite des Strangpreßwerkzeugs in Verbindung oder aber nicht damit in Verbindung stehen, wenn das isolierende Bauteil an der Matrizenplatte angebracht ist. Weiterhin können die Nuten oder Kanäle statt an der betreffenden Flachseite des isolierenden Bauteils an der diesem Bauteil zugewandten Seite der Matrizenplatte ausgebildet sein.

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Im allgemeinen können die Anzahl, die Form und die Anordnung der Hohlräume im Rahmen der gemäß der Erfindung festgelegten Grenzen erheblich variieren, d.h. es kommt im wesentlichen darauf an, daß sich die Hohlräume mit einem Gas oder mit Dampf füllen können, wenn sich die Vorrichtung in Betrieb befindet. Jedoch erweist es sich als zweckmäßig, die Hohlräume so zu gestalten, daß sie in mindestens zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen kleine Abmessungen haben. Sind die Hohlräume z.B. als Bohrungen in der isolierenden Platte ausgebildet, sollen sie vorzugsweise einen kleinen Durchmesser haben, und wenn anstelle von Bohrungen Kanäle vorhanden sind, sollen diese Kanäle sowohl eine geringe Breite als auch eine geringe Tiefe aufweisen.

Wenn es sich nicht aus anderen Gründen als nachteilig erweist, kann das isolierende Bauteil auch aus einem Material bestehen, das selbst ein guter Wärmeisolator ist, doch da es bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht mehr unbedingt erforderlich ist, Isolierstoffe von relativ geringer Festigkeit zu verwenden, wie sie bis jetzt in Anwendungsfällen der hier geschilderten Art gebräuchlich sind, ist es möglich, das isolierende Bauteil aus Materialien herzustellen, die z.B. im Vergleich zu keramischen Materialien erheblich weniger leicht beschädigt werden, wenn sie von Messern überstrichen werden. Wenn es erwünscht oder erforderlich ist, kann man die Fläche des isolierenden Bauteils, die von den Messern überstrichen werden soll, dadurch schützen, daß man auf sie ein in hohem Maße verschleißfestes Material aufbringt, z.B. einen Überzug bzw. eine Abdeckung aus Wolframkarbid oder Chromstahl. Die Erfindung läßt sich auf besonders vorteilhafte Weise beim Granulieren von thermoplastischem Material anwenden, das zum Extrudieren auf eine relativ hohe Temperatur gebracht werden muß, so daß es erforderlich ist, in der Nähe der Öffnungen des Strangpreßwerkzeugs eine hohe Temperatur aufrechtzuerhalten. Zu den eine hohe Strangpreßtemperatur erfordernden Materialien gehören die Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen von hohem spezifischem Gewicht, die durch eine ziem-

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lieh hohe Schmelztemperatur gekennzeichnet sind, so daß es bei diesen Materialien im Vergleich zu Materialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt erforderlich ist, die Matrizenplatte stärker zu erwärmen und sie thermisch besser zu isolieren, um ein Erstarren des Materials in den Stranspreiäöf fnungen zu verhindern.

Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbare gute Wärmeisolation des Strangpreß Werkzeugs ermöglicht ein gleichmäßigeres Zuführen und Verteilen von Wärme von der Matrizenplatte aus zu den die Strangpreßöffnungen umgebenden Zonen, und daher ist es möglich, das thermoplastische Material gleichmäßig zu extrudieren und ein Erstarren von Material in den öffnungen des Strangpreßwerkzeugs zu verhindern. Eine solche Verbesserung der Wärmeisolation dürfte auch zu einer Verringerung der Wärmeverluste führen. Gewöhnlich wird das Strangpreßwerkzeug mit Hilfe von längs des Umfangs der Matrizenplatte zugeführtem Dampf beheizt, und wegen der Verringerung der Wärmeverluste kann es möglich sein, mit Dampf von geringerem Druck auszukommen, so daß sich das Strangpreßwerkzeug als leichtere Konstruktion ausbilden läßt. Wenn die Verbesserung der Wärmeisolation die Verwendung eines isolierenden Bauteils von geringerer Wandstärke gestattet, dürfte es die geringere Länge der Strangpreßöffnungen in Verbindung mit einer entsprechenden Verringerung des Strömungswxderstandes der Öffnungen ermöglichen, mit niedrigeren Sxtrusionsdrücken auszukommen. Besteht das isolierende Bauteil aus einem porösen Material, läßt sich mit diesem Material eine beliebige gewünschte Oberflächenschicht gut verbinden, die auf die betreffende Fläche des isolierenden Bauteils aufgebracht wird, z.B. in Form eines Überzugs oder einer Verkleidung aus einem in hohem Maße verschleißfesten Material oder einem Material, das dazu dient, die Eingänge der Hohlräume zu verschließen.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Ss zeigt:

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Fig. 1 einen Teil eines Längsschnitts einer Ausführungsform einer Granuliervorrichtung;

Fig. 2 die Vorderseite eines Teils einer bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten wärmeisolierenden Platte;

Fig. 3 eine der Vorrichtung nach Fig. 1 ähnelnde Vorrichtung mit einer anders ausgebildeten wärmeisolierenden Platte; und

Fig. 4 die ftüekseite eines Teils einer isolierenden Platte, wie sie bei der Vorrichtung nach Fig. 3 verwendet wird.

Zu der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 gehört ein Strangpreßformgehäuse 10, das eine Matrizenplatte 11 trägt, an deren einer Flachseite eine isolierende Platte 12 angebracht ist. In die isolierende Platte 12 sind mehrere Buchsen 13 eingebaut, und es sind mehrere sich längs paralleler Achsen erstreckende Strangpreßöffnungen 14 vorhanden, von denen jede zum einen Teil durch die Matrxzenplatte 11 und zum anderen Teil durch die Bohrung der zugehörigen Buchse 1? abgegrenzt wird. Gemäß Fig. 1 sind Schneidmesser 15 vorhanden, die Klingen 16 tragen und so gelagert sind, daß sie gedreht werden können, um sich gegenüber der freien Flachseite der isolierenden Platte 12 zu bewegen. Mit dem Gehäuse 10 ist eine Kammer 17 zum Aufnehmen von Kühlwasser mit abdichtender Wirkung verbunden. Nicht dargestellte Einrichtungen dienen dazu, der Kammer 17 ständig Kühlwasser zuzuführen und es wieder aus der Kammer abzuführen. Zwischen dem Gehäuse 10 und der Matrizenplatte 11 sind Heizkammern 18 vorhanden, durch die sich ein Heizmittel, z.B. Dampf oder heißes Öl, leiten läßt, um die Matrizenplatte 11 von ihrer Außenseite her zu beheizen.

Zum Gebrauch wird die anhand von Fig. 1 und 2 beschriebene Baugruppe mit einem Extruder verbunden, der kontinuierlich eine aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehende Schmelze durch den Innenraum der Matrizenplatte 11 und die Strangpreßöffnungen 14 hindurchpreßt. Während des Passierens der Matrizenplatte 11 wird die Schmelze im heißen, fließfähigen

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Zustand gehalten, cla um die I;atrizenplatte herum das Heizmittel in den Teizkainnern .13 zirkuliert. Das thermoplastische Ilaterial wird von den Γ trangpreßöf fnungen IA in Gestallt von Strängen abgegeben, die durch die die isolierende Platte 12 überstreichenden Ilesser 15 bzw. die Klingen 1-3 in kleine Gtücke oder !Corner oder dergl. zerschnitten werden. Bas extrudierte thermoplastische ilaterial wird bei seinem '"Eintreten in das in der Kammer 1:1 vorhandene I'asser bis auf seine Jrstarrungstemperatur abgekühlt, und die festen thermoplastischen Teilchen werden von dem von der Kammer 17 abgegebenen Wasserstrom mitgerissen.

Gemäß der Erfindung ist die isolierende Platte 12 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 als poröser Körper aus nichtrostendem Stahl ausgebildet, der im Bereich der EtrangpreSöffnungen 14, deren Durchmesser an ihren Austrittsenden etwa 2,2 mm beträgt, eine Dicke von etwa 3 mm hat. Der gemäß Fig. 1 in axialer Richtung vorspringende Teil der dargestellten isolierenden Platte 12, der in Berührung mit den Messerklingen 16 steht, ist mit einer dünnen Auflage aus Hartmetall versehen; das in der Wasserkammer 17 vorhandene Kühlwasser kann zu den in Verbindung miteinander stehenden Poren der isolierenden Platte 12 gelangen, und zwar innerhalb des gesamten freiliegenden Teils der Platte, welcher nicht mit der Auflage aus Hartmetall versehen ist, sox^ie längs des Umfangs der isolierenden Platte. Das in die poröse Platte 12 eintretende Kühlwasser wird durch der heißen Matrizenplatte 11 entzogene v/ärme augenblicklich verdampft, so daß der poröse Körper einen wirkungsvollen Wärmeisolator bildet.

Bei der in Fig. 2 und 4 gezeigten Ausführungsform ist die isolierende Platte 19 als massiver Körper ausgebildet, der auf seiner Rückseite mit einem Satz konzentrischer kreisrunder Nuten 20 versehen ist, die von radialen Muten 21 durchkreuzt werden, \^elche sich zwischen dem inneren und dem äußeren Sand der Platte 19 erstrecken, so daß sämtliche Nuten für aus der !fasserkammer 17 stammendes Kühlwasser zugänglich sind.

Patentansprüche:

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Claims

Vorrichtung zum Granulieren von thermoplastischem Kunstoff mit einem Strangpreßwerkzeug und einer Matrizenplatte,

die auf ihrer freien Flachseite mit einem isolierenden Bauteil versehen ist, wobei die Matrizenplatte Strangpreßöffnungen zum Extrudieren von thermoplastischem Material aufweist, und wobei der freien Stirnfläche des Strangpreßwerkzeugs mindestens ein drehbar gelagertes Messer benachbart ist, das dazu dient, die von den Strangpreßöffnungen abgegebenen extrudierten I-Iaterialstränge in Körner, Teilchen oder dergl. zu zerschneiden, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens in der Kähe der Strangpreßöffnungen (14) Hohlräume in dem isolierenden Bauteil (12) und/oder zwischen diesem und der Ilatrizenplatte (11) vorha.nden sind, und daß diese Hohlräume geeignet sind, während des Betriebs der Vorrichtung ein Gas oder Dampf aufzunehmen und in offener Verbindung mit dem !Laura auf der freien Stirnseite des Strangpreßwerkzeugs stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Bauteil als poröser Körper (12) ausgebildet ist und aus gesintertem Material besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das isolierende Bauteil bzw. die Platte (12) Buchsen (13) eingebaut sind, deren Bohrungen die sich durch das isolierende Bauteil erstreckenden Strangpreßöffnungen (14) bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände der Hohlräume durch Nuten oder Kanäle (20, 21) gebildet sind, mit denen die der Matrizenplatte (11) zugewandte Flachseite des isolierenden Bauteils (19) versehen ist.

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