DE2612827C3 - Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren mit einer Viskosität über 1000 d Pa s - Google Patents
Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren mit einer Viskosität über 1000 d Pa sInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schneckenstrangpresse
zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren mit einer Viskosität über
d Pa Si bestehend aus einem hohlzylindrischen
beheizbaren Gehäuse, dessen der Aufnahme einer oder mehrerer entgegengesetzt antreibbarer Schnek^
ken dienende Längsbohrung in Teilabschnitten ein aus einer schraubenlinienförmigen Nut gebildetes Innenprofil
aufweist, wobei über die Gehäuselänge verteilt eine oder mehrere mit Vakuumeinrichtungen verbundene
Entgasungszonen im Anschluß an diesen jeweils vorgeordnete Rückstaueinrichtungen gebildet sind.
Die Aufbereitung von Polymer- und Elastomerschmelzen
in Schneckenstrangpressen erfolgt im Anschluß an die in Rührbehältern oder Autokfavcn stattfindende
Polymerisation. Bei der Aufbereitung werden Lösungsmittel bzw. nichtumgest'tzte Monomere
auf ein vorgeschriebenes Restmaß durch Entgasen unter Wärmeeinfluß entfernt Hierbei kommt
sowohl den im Entgasungsbereich vorherrschenden Temperaturverhältnissen als auch der Oberflächenbeschaffenheit
der Schmelze erhebliche Bedeutung zu.
Das Austreiben der Lösungsmittel oder Monomere aus der Schmelze erfordert vielfach eine Voigehensweise,
die sich auf den SchmelzedurchsaLz nachteilig auswirkt, insbesondere dann, wenn das Endprodukt
auf einen ».ehr niedrigen Restgchalt an solchen flüchti
gen Bestandteilen zu bringen ist. Dieser Resthestandteil
an flüchtigen Stoffen ist in hohem Maße mitbestimmend fur die Qualität des Endproduktes.
Um den steigenden Anforderungen auch im Hinblick auf die zunehmende Verarbeitung insbesondere
hochzaher Produkte zu genügen, war es schon bisher erforderlich, neben der Anwendung mehrerer Entgasungsstufen
hei kontinuierlichen Schneckenstrangpressen zusätzlich Wasserdampf oder Inertgas vornehmlich
im Bereich der vor der Austrags;tone befindlichen letzten Entgasungszone einzuleiten. Es hat
sich iedoch gezeigt, daß diese Maßnahmen für eine ausreichende Entgasung hochzaher Kunststoffschmelzen
vielfach nicht ausreichen, insbesondere dann nicht, wenn bei wirtschaftlicher Vorgehensweise
fur das Endprodukt ein Restgehalt von weniger als 0..Vr an fluchtigen Bestandteilen gefordert wird. Jc
denfalls ist bei gesteigerte π Mvr«endurchsatz an
Kunststoffschmelze die Hinhaltung dieses Erfordernisses zusätzlich erschwert.
Aus der US-PS 25 95 455 ist ein Extruder zur Aufarbeitung und Entlüftung thermoplastischer Massen
bekannt. Dieser Extruder weist in der im Zugabebereich befindlichen Rückstauzone eine auf diese
begrenzte rippenformige oder gewindeformige Zylinderhohrung auf Damit soll in diesem Arbeitsbereich
eine Steigerung der Misch- und Scherwirl.ung auf die
Kunststoffmasse und damit deren Aufschluß erzielt werden Auf die in der entspannten Zone stattfindende
nachfolgende Entgasung hat diese Vorkehrung keinen Einfluß. Sie ermöglicht keine Steigerung der
Durchsiitzleistung. da das Entstehen zusätzlicher Friktionswarme in der Druckzone des Extruders die
thermische Belastung der Kunststoffschmelze empfindlich
erhöht
Auch der mit der US-PS 28 29 399 offenbarte Extruder weist nur ein im Bereich der Einzugszone angeordnetes
Innenprofil auf. das hierbei dazu dient, einen Teil flussigen Mediums einer wäßrigen Kunststofflosung
abzupressen und über einen MaterialeingabestUtZen abzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, eine
Schneckenstrangpresse der vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei vergleichsweise
höhen Mengendurchsätzen die Einwirkung des Vakuums in der Entgasungszöne begünstigt und eine Seil-
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kungdes Restgehaltes an Lösungsmitteln ader Monomeren
aus der Schmelze auf weniger als 0,5% ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches I angegebenen
Merkmale gelöst. Durch die sich hierbei in der Vakuumzone bildende, gegenüber der Eintragzone
bzw. Knet- und Scherzone vergrößerte freie Oberfläche des Schmelzgutes ist sowohl die Wärmeübertragung
zwischen Gehäusewandung und Schmelzgut als auch die Entgasung in besonderem
Maße begünstigt. Die Verbesserung der Wärmeübertragung crurch eine maximale Wärmeübergangsfläche
in der Entgasungszone kompensiert weitgehend den in diesem Bereich auftretenden Verlust an Verdampfungswärme,
wodurch eine bessere Nutzung der eingeleiteten Wärmeenergie erzielt und die thermische
Schonung der Kunststoffschmelze begünstigt wird.
Die durch das Innenprofil erfolgende Vergrößerung der dem Schmelzgut zugewandten Oberfläche der Gehäusemnenwand
crrnöghrhf
eine bessere Verteilung
des Schmelzgutes, so daß das Vakuum in der ~ur Entgasung
genutzten entspannten Zone bis zur Oberfläche der Gehäuseinnenwandung vordringen kann. Gegenüber
der üblicherweise in diesem Bereich glatten Zylinderwandung bewirkt die vorgesehene Innenprofilierung
eine Erhöhung des Förderquerschnittes um das Maß ihrer Profile, wodurch die Vakuumeinwirkung auf
die Schmelze insgesamt gesteigert wird. Mit der zugleich gesteigerten Wärmeübertragung ergibt sich so
eine effektivere Entgasung.
Hierbei wirkt sich zusätzlich vorteilhaft das mit Überstreichen des Innenprofils durch die Schnckkengänge
erreichte partielle Trennen und Vereinigen des Schmelzgutes aus.
Die auftretende Scherbeanspruchung des Produktes bleibt im Bereich der entspannten Zone auf ein
Minimum reduziert, so daß im Bedarfsfalle eine Steigerung
des Durchsat/es mittels höherer Schneckendrehzahlen ersieh werden kann
Die im Patentanspruch 2 gekennzeichnete Ausbildung der Schneekenstrangpresse begünstigt den
Schmelzefluß im Nutgrund des Innenprofils Nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 3
läl.it sich bei der Sehneckenstrangpresse vorteilhaft
eine verfahrensgcreehtc Anpassung des jeweils erforderlichen
Profils an den Schmelzezustand erzielen So können ohne Schwierigkeit in verschiedenen t nt
gasungszonen Profile mit unterschiedlicher Profil tiefe oiler unterschiedlicher Steigung eingesetzt werden
Die in Patentanspruch 4 kennzeichnenden Merkmale der Schneckenstrangpresse ermöglichen den
Austausch einzelner dehauseabschnitte auf einfac'n
Weise
Nach den in Patintanspruch 5 kennzeichnenden
Merkmalen der Schneckenstrangpresse ist der Aus
tausch einzelne! (lehauseabschnitte auc'i hei zweiwelhgen
Schiu Lkenm.i.chinen ermöglicht.
Bei einem Austausch auf Grund von Yersdikiü
oder der Notwendigkeit des Einsatzes eines anderen Innenprofils braucht lediglich die Gehäusebüchse aus
dem Gehäusemantel herausgepreßt und durch eine neue Büchse ersetzt zu werden.
Die Ausbildung einer Schneckenstrangpresse nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches
6 ermöglicht die Begteniung des Einflusses der
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Scherwirkung in den Entgasuingszonen. Damit ist die
Gefahr einer örtlicher. Überhitzung insbesondere innerhalb der Entgasungszonen ausgeschlossen, denen
eine Druckaufbauzone nachfolgt. Die Ausbildung der Schneckenstrangpresse nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches
7 ermöglicht eine Ausdehnung der Verweilzeit zur Optimierung der Entgasung in der letzten Stufe.
Gemäß den in Patentanspruch N kennzeichnenden in Merkmalen der Schneckenstrangpresse ist in Anpassung
an die Schmelze-Viskosität eine weitere Steigerung der freien Oberfläche des Schmelzgutes erzielbar.
Diese Maßnahme gestattet die optimale Aufbereitung hochzäher bis pastenförmiger Produkte und
ι -, vermindert die hier besonders effektive Scherbeanspruchung.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigt
.■(ι Fig. 1 eine zweiwellige Schneckenstrangpresse im
Längsschnitt.
Fig. 2a einen Querschnitt der SuiP?ckcnsirangpresse
mit sich gegenseitig tangierenden Schnecken nach Fig. I gemäß der Schnittlinie H-II.
r. F i g. 2b einen Querschnitt einer Schneckenstrangpresse rm: ineinandergreifenden Schnecken nach F i g. 1
gemäß der Schnittlinie H-II,
F i g. 3 einen Geh.iuseabschnitt entsprechend F i g. 2 im Längsschnitt und
in Fig. 4 diesen Gehauseabschnitt in Vorderansicht.
Im Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Schnekkenst; angpresse gebildet aus einem fur die Aufnahme
zweier längsparalle! angeordneter Schnecken 1 geeigneten Gehäuse 2. das eintrittsseitig eine Zugahevor-
r> richtung 3 mit Einspeisewendel 14 und austrittsseitig
eine Austragsöfmung 4 aufweist. Die Austragsöffnung kann mit einer nicht weiter dargestellten Zusatzeinrichtung
(z. B. ebenfalls einer Schneckenstrangpresse) verbunden sein.
4(i Das Gehäuse besteht aus mehreren aneinandergereihten,
mit Heiz.kanalen 13 ausgestatteten Gehäuse absch.iitten
15 und bildet mit den in diesen drehbeweglichen Schnecken mehrere Verfahrensstufen.
Diese sind in Forderrichtung der Schnecke gesehen
4> im wesentlichen die Einzugszonc a mit nachfolgender
Druckzone h. eine erste Entgasungszone t mit nachfolgender
Druckzone h. eine zweite Entgasungsz.onc ι mit nachfolgender Druckz.one b und eine
letzte Hntgasungszone < mit nachfolgender Aus
in tragszone d. Dabei kann im Bereich der letzten
Entgasungszone eine Zugabeoffnung 6 fur die Eingabe eines Schleppmittels vorgesehen sein. Den
Entgasungszonen wird die eingebrachte Kunst stoff^cNnelze entspannt zugeführt. Hierzu dienen
υ die jeder Entgasungszone vorgeordneten, die Druck
aufb.iuzone abschießenden Knet- und Scherelemente 7.
Die in den E.r.tgasungszonen angeordneten, mn
Ausleitoffnungen versehenen Gehäuseabschnitte 5.
Wi 5 . 5" weisen in den Aufnahmebohrungen fur die
Sehnecken ein im Zwickelbcreidi 8 jeweils ineinun
derlaüfendes, auf einer oder mehreren Wepddnuten
gebildetes Innenprofil 9 auf, dessen Steigungswinkel überwiegend im gleichen Richtungssinn wie der in
diesem Bereich gegpbene Schneckengangsteigungswinkel
verläuft. Es ist jedoch von Vorteil, den Steigungswinkel des Innenprofils 9 im Gehäuseabschnit
5" der letzten Entgasungszone c" mit entgegengesetz-
tem Richtungssinn vorzusehen. Dadurch ist in dieser
Stufe eine die Entgasung begünstigende größere Verweildauer der Schmelze möglich. Überhaupt ist die
genaue Festlegung des Steigungswinkels des Innenprofils 9 in den Gehiiuseabschnitten S, 5', 5" in Ab- ■->
härtgigkeit von der anzustrebenden Verweildauer und den physikalischen Eigenschaften des Arbeitsgutes
empirisch zu treffen. Dies gilt auch für die exakte Festlegung der Gangtiefe der Nuten.
Als vorteilhaft hat sich für bestimmte Kunststoffschmelzen die in den nachfolgenden Beispielen näher
gekennzeichnete Ausfiihrungsweise erwiesen.
Für die Aufbereitung und Entgasung einer Polybutadien-Lösung
mit einer Schmelzviskosität von 50000 d Pa s bei 160° C Aufbereitungstemperatur in den
Gehäusezonen gelangte eine zweiwellige Schneckenstrangpresse mit ineinandergreifenden Schnecken und
einem Schneckendurchmesser von D = S1) mm zur >o
Anwendung.
Die Länge einer Entgasungszone betrug ca. 3 D. Des weiteren war eine mittlere Nut-Steigung in den
Gehäusezonen für die Entgasung der Schmelze des vorzugsweisen Bereiches von 60 bis 160 mm vorgesehen.
Die axiale Nutbreite bei dem zur Anwendung gelangenden 2gängigen Profil der Nut lag in einem vorzugssveisen
Bereich zwischen 25 und 74 mm.
Die Gangtiefe der Nut entsprach dem Wert der J0
Schneckengangtiefe und lag bei ca. 6.0 mm.
Der Schmelzedurchsatz betrug 300 kg, h.
Beispiel 2
Für die Aufbereitung und Entgasung von schlagfestern Polystyrol mit einer Schmelze-Viskosität von 6000 el Pa s bei ca. 270° C Aufbereitungstemperatur gelangte ebenfalls eine zweiwellige Schneckenstrangpresse mit ineinandergreifenden Schnecken zur Anwendung.
Für die Aufbereitung und Entgasung von schlagfestern Polystyrol mit einer Schmelze-Viskosität von 6000 el Pa s bei ca. 270° C Aufbereitungstemperatur gelangte ebenfalls eine zweiwellige Schneckenstrangpresse mit ineinandergreifenden Schnecken zur Anwendung.
Der Schmelzedurchsatz betrug 460 kg/h.
Die einzelnen, die Ausbildung der Schnecke und der Nut in den Entgasiiiigszönen betreffenden Werte
waren hier:
Schneckendurchmcsser: 83 mm (D)
Länge einer Entgasungszone: ca. 3 D
Steigung der Nut im Gehäuse: vorzugsweise in einem Bereich zwischen 45 und 120 mm.
Die axiale Nutbreite bei dem zur Anwendung gelangenden 3gängigen Profil lag vorzugsweise in einem
Bereich zwischen 14 und 37 mm.
Die Gangtiefe betrug etwa ' 4 der Schneckengangtiefe
und lag bei 5 ram.
In beiden Fällen konnte der Bestandteil an Restmonomercn
auf weniger als 0,5% reduziert werden.
Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind die mit einem Innenprofil 9 ausgestatteten Gehäuseabschnitte 5, 5'.
5" aus einem mittels Befestigungselementen 10 verschraubbaren Gehäusemantel 11 und einer darin
drehfest verankerten Gehäusebüchse 12 gebildet. Die Gehäusebüchse ist mit dem Gehäuscmantel durch
Preßsilz vereinigt und im Bedarfsfalle austauschbar.
Für t'?n Einsatz bei zweiwelligen Schneckenstrangpressen
hat diese Gehäusebüchse sowie die ihr angepaßte Gehäusebohrung wie dargestellt ersichtlich, im
Querschnitt eine Außenkontur, die durch zwei mit ihren jeweiligen Mittelpunkten auf den Längsachsen der
Längsbohrungen liegende Halbkreise und zwei diese Halbkreise an ihrer Peripherie verbindende Geraden
gebildet ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren
und Polymeren mit einer Viskosität über 1000 d Pa s, bestehend aus einem hohlzylindrischen beheizbaren
Gehäuse, dessen der Aufnahme einer oder mehrerer entgegengesetzt antreibbarer Schnecken dienende Längsbohrung in Teilabschnitten
ein aus einer schraubenlinienförmigen Nut gebildetes Innenprofil aufweist, wobei über die Gehäuselänge
verteilt eine oder mehrere mit Vakuumeinrichtungen verbundene Entgasungszonen im Anschluß
an diesen jeweils vorgeordnete Rückstaueinrichtungen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenprofil (9) in der (den) Entgasungszone(n) (c, c', c") liegt.
2. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund des
Innenprofil (9) halbkreisförmig ausgebildet ist.
3. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (9)
auf einen jeweils im Bereich der Entgasungszone (c, c'. c") befindlichen, mit dem anschließenden
Gehäuse lösbar verbundenen Gehäuseabschnitt (5, 5', 5") begrenzt ist
4. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseabschnitt
(5, 5'. 5") aus einem Gehäusemantel (11) mit einer in diesem drehfest verankerten Gehäusebüchse
(II) gebildet ist.
5. Schneckenstrangpresse ."it zwei längsparallel
angeordneten Schnecken nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur des
Querschnitts der Gehäusebüchse (12) durch zwei mit ihren jeweiligen Mittelpunkten auf den Längsachsen
der Längsbohrungen liegende Halbkreise und zwei diese Halbkreise an ihrer Peripherie verbindende
Geraden gebildet ist.
f>. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1.
dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innenprofils (9) mehrerer aufeinanderfolgende"
Entgasungszonen (c. c'. (") den gleichen Richtungssinn
wie die Schneckengangsteigung aufweist.
7. Schneckenstrangpresse nach Anspruch f>.
dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innenprofils
(9) der in Förderrichtung gesehen letzten Entgasungszone (<■") in einem der Sehn« k
kengangsteigung entgegengesetzten Richtung sinn verläuft.
S. Schneckenstrangpresse nach den Ansprüchen h oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß das
Innenprofil (9) aus mehreren Nuten mit gleichem und oder entgegengesetztem Steigungswinkel besteht.
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