DE2636709A1

DE2636709A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von durch aufpfropfen einer silanverbindung in anwesenheit von feuchtigkeit vernetzbaren werkstoffen

Info

Publication number: DE2636709A1
Application number: DE19762636709
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Voelker
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1976-08-14
Filing date: 1976-08-14
Publication date: 1978-02-16

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstel-
lung von durch Aufpropfen einer Silanverbindung in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren Werkstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von durch Aufpfropfen einer Silanverbindung in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren Thermoplasten, wie Olefinpolymerisaten oder Olefinmischpolymerisaten, Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken, vorzugsweise für Umhüllungen von langgestrecktem Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, Rohreund dgl.. Hierbei wird das Basismaterial in Gegenwart des Silans oder einer Silanverbindung sowie der zum Pfropfen und ggf. für die Vernetzung notwendigen Zusatzstoffe, wie Peroxide, Aktivatoren und dgl., mechanisch durchgearbeitet, anschließend gepfropft und in noch warmem Zustand als Massestrom fortlaufend entgast und dann ausgeformt. Die Anpassung der beiden Verarbeitungsstufen: mechanische Durcharbeitung und Pfropfung sowie Entgasung und Ausformung erfolgt durch eine Druckregelung.
Bekannt ist bereits (DOS 2 458 776) ein Verfahren zur Herstellung von durch Aufpfropfen einer Silanverbindung in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren Thermoplasten oder Elastomeren, bei dem das mit Zusätzen gemischte und durchgearbeitete, nunmehr silangepfropfte Basismaterial in noch warmem Zustand als Massestrom fortlaufend entgast und unmittelbar im Anschluß an die Entgasung ohne Zwischenlagerung ausgeformt wird. Durch die Entgasung des gepfropften Materials ist eine Blasenbildung, die etwa von eingeschlossenen Gasen, überschüssigem Silan, Gleitmitteln und dgl. herrührt, beim unmittelbar daran anschließenden Ausformen verhindert. Dieses bekannte Verfahren ist daher auch für die Herstellung solcher Isolierungen elektrischer Kabel einsetzbar, die für Mittel- oder Hochspannung, d. h. oberhalb 10 kV, verwendet werden sollen.
Zur Verbesserung dieses bekannten Verfahrens ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Entgasung des Massestroms im Bereich der Ausformung des gepfropften Materials vorzunehmen und für die Entgasung mittels Druckmessung eine Abstimmung zwischen der Anlieferung des gepfropften Materials in die Entgasungszone und der aus dieser Zone austretenden Materialmenge zu veranlassen. Dieses Verfahren ist insofern noch problematisch, als die Abstimmung zwischen dem angelieferten und ausgestoßenen Material noch nicht optimal durchgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die eine solche Abstimmung zwischen dem nach der Pfropfung angelieferten und zur Ausformung gebrachten Material herbeiführen, daß das erzeugte Produkt bei hoher Ausstoßgeschwindigkeit blasenfrei ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der durch die Materialmenge bedingte Druckverlauf bei der Ausformung zumindest im Bereich einer wirksamen Entgasung über eine zeitliche Periode T, während der der Druck je nach an der Meßstelle vorhandenem Material über eine Zeit t1 einen kleinen Wert, vorzugsweise den Wert Null, und über eine Zeit t2 einen großen Wert einnimmt mit der Bedingung t1 + t2 n T, als Führungsgröße benutzt wird, daß zur zahlenmäßigen Beschreibung dieses Druckverlaufs die Größe t1 definiert und aus der Druckmessung T der Zahlenwert des Verhältnisses ti ermittelt wird, und daß dieser Zahlenwert mit dem von;ußen vorgegebenen Zahlenwert der Führungsgröße verglichen und im Falle der Abweichung das Verfahren so geregelt wird, daß Ist-und Sollwert der Führungsgrößen im Sinne der Regeltechnik gleich sind.
Die infolge unvollständig gepfropften Silans, leicht flüchtiger Peroxid-Spaltprodukte und/oder eingeschlossener Luft bestehende Gefahr einer Blasenbildung im ausgeformten Material ist damit unterbunden. Diese Gefahr besteht durch die vorgeschlagene Regelung auch dann nicht mehr, wenn es sich um größere zu spritzende Wanddicken, d. h. größere Ausformmengen und hohe Fertigungsgeschwindigkeiten handelt. Die Ausformung erfolgt pulsationsfrei, d. h. in kontinuierlichem Gleichlauf, bei gleichzeitiger Herstellung eines blasenfreien Endproduktes.
Als vorteilhaft hat es sich in Weiterführung der Erfindung erwiesen, wenn der Regelprozeß elektronisch durchgeführt wird. Dazu wird die Führungs- Istgröße t1 elektronisch ermittelt1 ihre Abweichung von der FührYngs-Sollgröße bestimmt und entsprechend der Teilprozeß: mechanische Durcharbeitung und Pfropfung und/oder Ausformung so beeinflußt, daß die Führungs-Istgröße gleich der Führungs-Sollgröße wird. Durch diese Automatisierung ist es möglich, den Arbeitsprozeß über längere Zeit mit vorgegebener Führungs-Sollgröße zu fahren und aus mehreren mit verschiedenen Führungs-Sollgrößen gefahrenen Versuchen die optimale Führungs-Sollgröße empirisch zu ermitteln.
Zur Durchführung der Erfindung hat sich eine Anordnung als besonders vorteilhaft erwiesen, die aus einer L-Formation zweier Extruder besteht. Hierbei dient der erste Extruder zur Aufnahme des Basismaterials und der Zusätze, der Aufbereitung und der Pfropfung und der sich daran anschließende, mit dem ersten fest verbundenen zweite Extruder zur Entgasung und zur weiteren Homogenisierung und Austragung.
Besonders zweckmäßig ist es in Weiterführung der Erfindung, wenn beim zweiten Extruder zumindest im Bereich einer möglichen optimalen Entgasung an einer oder mehreren Meßstellen jeweils der Druckverlauf des an der Meßstelle vorbeifließenden Materials, welches im Schneckengang durch die beiden Stege eingeschlossen ist, aufgenommen wird. Zur Druckmessung selbst können beliebige bekannte Meßsonden oder Meßgeräte verwendet werden, als vorteilhaft haben sich im Rahmen der Erfindung sog. Druckmeßdosen erwiesen, die ein dem Materialdruck im Schneckengang proportjoiales elektrisch auswertbares Signal liefern.
Die Erfindung sei an Hand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, besteht die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem Extruder 1 und einem Extruder 2, die beide über einen Flansch 3 miteinander verbunden sind. Das zu spritzende Material 4 sowie die Zusätze, wie das Silan, Gleitmittel, Antioxidantien usw. werden in den Fülltrichter 5 des Extruders 1 eingegeben, im Bereich dieses Extruders durchgemischt, und anschließend wird immer noch innerhalb des Extruders 1 die Pfropfung des Silans auf das Basismaterial vorgenommen. Als Basismaterial kann ein thermoplastischer Werkstoff, ein Elastomer oder auch ein thermoplastischer Kautschuk verwendet werden.
Die genannten Verarbeitungsgänge wie Mischen, Pfropfen usw.
sind möglich durch eine entsprechende Wahl der Extruder-Zylinder-Länge sowie des Durchmessers, so daß das eingeführte Basismaterial durch die Schnecke 6 vermischt, aufgeschmolzen und im weiteren Verlauf zum Ausgang dieses Extruders hin gepfropft wird.
Entsprechend der eingestellten Fördermenge wird das gepfropfte Material über den Verbindungsflansch 3 dem Extruder 2 zugeführt, der als Austragsextruder ausgebildet ist. Die vom Extruder 2 gelieferte Materialmenge wird am Spritzkopf 2 z. B. auf einen durchgehenden Leiter 8 aufgebracht. Im Bereich des Übergangs ist eine Vakuumzone 9 vorgesehen, die z. B. etwa 1 bis 200 Torr betragen kann.
Hier wird das gepfropfte und über den Verbindungsflansch 3 angelieferte Material entgast, bevor eine weitere Homogenisierung im anschließenden Teil der Schnecke 10 erfolgt.
Für einen kontinuierlichen Betrieb dieser Anlage und die Herstellung eines Endproduktes hoher Qualität ist Voraussetzung, daß die Drehzahlen der Schnecken der beiden Extruder so aufeinander abgestimmt werden, daß ein kontinuierlicher Materialfluß gegeben ist und während des Durchlaufens dieses Materials die Möglichkeit einer Entgasung besteht. Da die Entgasung proportional der dem Vakuumzugriff zur Verfügung stehenden Materialoberfläche sowie der zur Verfügung stehenden Zeit ist und ferner vom herrschenden Unterdruck in dem zu entgasenden Bereich abhängt, ist es notwendig, die Forderungen nach einer weitestgehenden Entgasung des Materials bei gleichzeitiger Forderung nach einer kontinuierlichen Ausformung so auf ein ander abzustimmen, daß optimale Fertigungsbedingungen erreicht werden.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, die einen Ausschnitt aus dem Extruder 2 in vergrößertem Maßstab darstellt, wird das eingeführte Material 11 bei Rotation der Schnecke 10 mit den Schneckengängen 12 in Pfeilrichtung transportiert.
Je nach Drehzahl dieser Schnecke und dem Zustrom des Materials 11 wird sich dieses im Bereich der Schneckengänge in der dargestellten Form anlagern, wobei die Gänge mehr oder weniger mit Material gefüllt sind. Voraussetzung für eine gute Entgasung ist, daß das Vakuum möglichst weit in Förderrichtung durchgreift. Das ist aber nur möglich, wenn dafür gesorgt wird, daß, wie in der Fig. 2 angedeutet, die Gewindegänge nicht voll gefiillt sind. Damit diese Voraussetzung, die für eine einwandfreie Entgasung unerläßlich ist, während des gesamten Betriebes erfüllt werden kann, ist eine Drucküberwachung 13 vorgesehen, z. B. in Form einer oder mehrerer längs des Extruders angeordneter Druckmeßdosen.
Zur exakten Abstimmung von Liefer- und Fördermenge sowie zur Herstellung der für eine optimale Entgasung notwendige Füllung der Schneckengänge des Extruders werden z. B. auf elektronischem Wege während einer Periode T die Zeiten t und t2 ermittelt, wobei die Zeit t1 dem Bereich der vom Material freien Ganglänge und die Zeit t2 dem Bereich der vom Material gefüllten Ganglänge entspricht. Eine maximale Entgasung ist dann gegeben, wenn das Verhältnis von t1 zu T groß ist, während die Bedingung für eine pulsationsfreie Formgebung ist, daß t möglichst klein ist. Durch Wahl dieses Verhältnisses von ti als Führungsgröße für eine automatische 1-Regelung ist es in Durchführung der Erfindung möglich, den Wert so einzustellen, daß ein Optimum erreicht wird, d. h.
ein blasenfreies gutes Extrudat bei einer störungsfreien kontinuierlichen Fertigung.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von durch Aufpfropfen einer Silanverbindung in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren Thermoplasten, wie Olefinpolymerisaten oder Olefinmischpolymerisaten, Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken, vorzugsweise für Umhüllungen von langgestrecktem Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, Rohre und dgl., bei dem das Basismaterial in Gegenwart des Silans oder einer Silanverbindung sowie der zum Pfropfen und ggf. für die Vernetzung notwendigen Zusatzstoffe, wie Peroxide, Aktivatoren und dgl. mechanisch durchgearbeitet, anschließend gepfropft und in noch warmem Zustand als Massestrom fortlaufend entgast und dann ausgeformt wird, wobei die Anpassung der beiden Verarbeitungsstufen: mechanische Durcharbeitung und Pfropfung sowie Entgasung und Ausformung durch eine Druckregelung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Materialmenge bedingte Druckverlauf bei der Ausformung zumindest im Bereich einer wirksamen Entgasung über eine zeitliche Periode T, während der der Druck je nach an der Meßstelle vorhandenem Material über eine Zeit t1 einen kleinen Wert, vorzugsweise den Wert Null, und über eine Zeit t2 einen großen Wert annimmt mit der Bedingung ti + t2 X T, als Führungsgröße benutzt wird, daß zur zahlenmäßigen Beschreibung dieses Druckverlaufes die Größe t1 definiert und aus der Druckmessung der Zahlenwert des Verhältnisses tl ermittelt wird, und daß dieser Zahlenwert mit einemTvon außen vorgegebenen Zahlen-wert der Führungs-Sollgröße verglichen und im Falle der Abweichung das Verfahren so geregelt wird, daß Ist- und Sollwert der Führungsgröße im Sinne der Regeltechnik gleich sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs-Istgröße ; elektronisch ermittelt, ihre T Abweichung von der Führungs-Sollgröße bestimmt und entsprechend der Teilprozeß: mechanisches Durcharbeiten und Pfropfung und/oder Ausformung so beeinflußt wird, daß die Führungs-Istgröße gleich der Führungs-Sollgröße wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einer L-Formation zweier Extruder, von den der erste zur Aufnahme des Basismaterials und der Zusätze, der Aufbereitung und Pfropfung und der sich daran anschließende, mit dem ersten fest verbundene zweite Extruder zur Entgasung des vom ersten gelieferten gepfropften Materials und zur weiteren Homogenisierung und Austragung dient, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Extruder zumindest im Bereich einer möglichst optimalen Entgasung Meßstellen enthält, an denen der Druckverlauf des jeweils an der Meßstelle vorbeifließenden Materials, welches im Schneckengang durch die beiden Stege eingeschlossen ist, meßbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Extruder in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck bzw. dem hieraus ermittelten Verhältnis ti regelbar ist. T
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmessung an sich bekannte Druckmeßdosen verwendet sind, die ein dem Materialdruck im Schneckengang proportionales elektronisch auswertbares Signal liefern.