DE2951228A1

DE2951228A1 - Vorrichtung und verfahren zur verarbeitung von teilchenfoermigen kunststoffen oder polymeren materialien

Info

Publication number: DE2951228A1
Application number: DE19792951228
Authority: DE
Inventors: Peter Hold; Zehev Tadmor; Lefteris Nickolas Valsamis
Original assignee: USM Corp
Current assignee: Farrel Corp
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1980-07-03
Also published as: JPS5590311A; KR830001028A; IN153502B; FR2444548A1; GB2041284B; SE7910420L; KR830002007B1; PT70613A; AU535062B2; GB2041284A; BR7908503A; IL58989A; ES487540A0; IT1127302B; FR2444548B3; AR224884A1; DD148029A5; ES8100143A1; DE2951228C2; IT7928234A0

Description

DIPUINCHEINZBARDEHLE München, 19.Dezember 1979 PATENTANWALT * Aktenzeichen: Mein Zeichen: P 30OB Anmelder: USM Corporation

Farmington,Connecticut O6C32 Zustelladresse: 181 Elliott Street

Beverly, Mass.Oi915 USA

Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von teilchenförmigen Kunststoffen oder polymeren Materialien

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von teilchenförmigen Kunststoffen oder polymeren Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 18.

Nach dem Stand der Technik umfassen die wesentlichen Elemente jedes einzelnen, ringförmigen Verarbeitungsdurchlasses ein drehbares Element, das wenigstens einen ringförmigen Verarbeitungskanal trägt und ein stationäres Element, das eine koaxiale Oberfläche aufweist, die mit dem Kanal zusammenwirkt, um einen geschlossenen Verarbeitungsdruchlaß zu bilden. Das stationäre Element weist einen Einlaß auf, um das Material in den Durchlaß zur Verarbeitung einfüllen zu können, und einen Auslaß, der von dem Einlaß im Abstand eines größeren Teils des ümfanges des Verarbeitungsdurchlasses angeordnet ist, um das verarbeitete Material aus dem Durchlaß austreten zu lassen. Ein Bauteil, das eine Material sammelnde Stirnwandoberfläche aufweist, ist am stationären Element und in dem Durchlaß in der Nähe des Auslasses angeordnet, um die Bewegung des in den Durchlaß eingefüllten Materials zu verhindern oder zu behindern und um mit den rotierenden Kanalwänden zusammenzuwirken, um Relativbewegung zwischen dem Material und den inneren Oberflächen der Kanalwände, die auf den Auslaß zu rotieren, Zustandekommen zu lassen. Durch dieses ausgeprägte Zusammenwirken kann nur flüssiges Material, das in Berührung mit den inneren Oberflächen des umlaufenden Kanals steht, nach vorwärts zu der flüssiges Material sammelnden Stirnwandoberfläche gezogen werden, um kontrolliert weiterverarbeitet zu werden und/oder auszutreten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die wesentlichen Elemente der Verarbeitungsvorrichtung so angeordnet, daß das den drehbaren Kanal tragende Element in einem stationären Gehäuse oder Kammer (stationäres Element) umlaufen kann.

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Der Verarbeitungskanal oder vorzugsweise mehrere Verarbeitungskanäle sind in der zylindrischen Oberfläche eines Rotors ausgebildet, wobei jeder Kanal gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die sich von der Rotoroberfläche nach innen erstrecken. Das beschriebene, stationäre Gehäuse oder Kammer weist eine innere, zylindrische Oberfläche auf, die die zusammenwirkende, koaxiale Oberfläche bildet, die zusammen mit dem ringförmigen Verarbeitungskanal {-kanälen) einen Verarbeitungsdurchlaß (-durchlässe) ergibt.

Die bekannte Anordnung hat sich als brauchbar erwiesen, um Feststoffe zu befördern, zu schmelzen oder Kunststoffe oder polymeres Material zu erweichen, viskoses, flüssiges Material zu befördern, zu pumpen oder unter Druck zu setzen. Material zu vermischen, zu mischen, zu dispergieren oder zu homogenisieren, sowie eine Verflüchtigung und molekulare oder mikroskopische oder makroskopische Strukturveränderungen durch chemische Reaktionen wie eine Polymerisation zustandezubringen.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die Verarbeitungskanäle aufweisen, die mit Mischerorganen versehen sind, die teilweise in den Kanälen verlaufen und zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Durchlasses angeordnet sind. Ein Mischerorgan kann ein Wall sein, der von seiner Vorderseite einen leeren, nicht von Material ausgefüllten Raum aufweist, d.h. an der Seite des Mischerorgans, das dem Auslaß am nächsten ist. Ein Anschluß kann mit diesem leeren Raum verbunden werden, um sich verflüchtigende Materialien entweichen zu lassen oder der Anschluß kann als Einlaß benutzt werden, um Material dem leeren Raum zuzuführen. Eine weitere Verbesserung umfaßt einen ringförmigen Durchlaß zur Verflüchtigung, der mit einem drehbaren und einem stationären Element versehen ist. Das drehbare EIe-

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ment trägt wenigstens einen Verflüchtigungskanal, während das stationäre Element eine koaxiale Oberfläche bildet, die mit dem Kanal zusammenwirkt, um den ringförmigen Verflüchtigungskanal zu bilden. Weitere Teile, die dem stationären Element zugeordnet sind, sind ein Einlaß und ein Auslaß für den Durchlaß, um flüssiges Material in den Durchlaß eintreten bzw. aus ihm austreten zu lassen. Ferner ist ein am stationären Element angeordnetes Teil in dem Durchlaß nahe dem Auslaß angeordnet, um eine flüssiges Material sammelnde Stirnwandoberfläche zu bilden.

Eine besonders wirksame Verflüchtigung wird erreicht, wenn dem stationären Element ein Bauteil zugeordnet wird, das eine flüssigkeitverteilende Oberfläche aufweist und das zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist und sich in den Verflüchtigungskanal erstreckt. Die Gestalt des Bauteils mit der flüssigkeitverteilenden Oberfläche ist derart, daß das flüssige Material zu den Kanalwänden hin verteilt wird, wobei ein Abstand oder Spalt zwischen den Seiten des Bauteils mit der Verteilungs- oder Streichoberfläche und den Innenwandoberflächen des Kanals vorgesehen ist. Wenn das drehbare Element umläuft, ergibt sich ein Ziehen zwischen den umlaufenden Innenwandoberflächen und dem flüssigen Material zwischen dem Einlaß und der Streichoberfläche, so daß das flüssige Material auf die umlaufende Innenoberfläche verteilt und durch den Spalt als dünne Schicht jenseits des Verteilers gezogen wird, um als ein Bad gesammelt und durch den Auslaß abgegeben zu werden. Da das flüssige Material als dünne Schicht auf den umlaufenden Oberflächen getragen wird, ist ein mittlerer Raum des Durchlasses stromabwärts des Verteilers frei von Material. Ein Anschluß ist an den mittleren Raum angeschlossen, um Material ein oder aus dem freien, mittleren Raum treten zu lassen. Die Erfindung stellt deshalb ein besonders wirksames Verhältnis zwischen Oberfläche

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und Volumen bei einem Verflüchtigungsdurchlaß her, der die Gesamtwirksamkeit des Übergangs des Materials bzw. der Materialien zu und von den dünnen Schichten aus flüssigem Material, die verteilt oder an den umlaufenden Wänden getragen werden, spürbar verbessert.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung sowie das Verfahren sind im allgemeinen für das Verarbeiten von teilchenförmigen Kunststoff- oder polymeren Materialien geeignet, insbesondere wenn geringe Drehzahlen der Kanalwände und damit geringe Schmelzgeschwindigkeiten vorliegen. Wenn jedoch höhere Drehzahlen verwendet werden, um eine höhere Schmelzgeschwindigkeit zu erzielen, kann die Qualität des abgegebenen, viskosen, flüssigen Materials beeinträchtigt werden. Beispielsweise hat sich bei manchem teilchenförmigen Material, das bei einer höheren Schmelzgeschwindig keit verarbeitet wird, herausgestellt, daß das abgegebene, viskose, flüssige Material unzureichend geschmolzenes, teilchenförmiges Material enthält und in einigen Fällen wäre eine bessere Steuerung des Entleerungsdrucks und der Temperatur des austretenden, viskosen, flüssigen Materials wünschenswert.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt daher die Aufgabe zugrunde, ohne Beeinträchtigung der Qualität des austretenden flüssigen Materials die Schmelzgeschwindigkeit zu erhöhen und eine bessere Steuerung des Entleerungsdrucks und der Temperatur des austretenden, flüssigen Materials zu ermöglichen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also eine Füllung oder ein Körper aus teilchenförmigen! oder körnigem plastischem Kunststoffoder polymeren Material in einen ringförmigen Verarbeitungskanal eingegeben, um kontrolliert weiterverarbeitet zu werden. Der ringförmige Verarbeitungsdurchlaß weist zwei

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Elemente auf. Ein Element ist ein drehbares Element, das wenigstens einen Verarbeitungskanal trägt. Das andere Element ist ein stationäres Element, das eine koaxiale Oberfläche aufweist, welche zusammen mit dem Kanal (Kanälen) den ringförmigen Verarbeitungsdruchlaß (-durchlässe) bildet. Weiterhin sind dem stationären Element ein Einlaß zum Einfüllen des teilchenförmigen Materials in den Durchlaß und vom Einlaß ein Auslaß im Abstand eines größeren Abschnitts des Umfangs des Kanals zur Entleerung des geschmolzenen Materials aus dem Durchlaß zugeordnet. Ferner ist dem stationären Element ein massives Bauteil (oder Bauteile) zugeordnet, das in dem Kanal angeordnet ist und sich in ihn hinein erstreckt und eine teilchenförmiges Material stauende oder hemmende Oberfläche zwischen dem Einlaß und dem Auslaß sowie eine geschmolzenes (oder flüssiges) Material sammelnde Stirnwandoberfläche nahe dem Auslaß bildet.

Das drehbare Element, das den Kanal trägt, wird erfindungsgemäß vom Einlaß zu dem Bauteil mit der Material stauenden Oberfläche hin gedreht und vorzugsweise wird eine Heizeinrichtung verwendet, durch die das teilchenförmige Material geschmolzen werden kann. Beim Umlauf wirken das drehbare Element und das Bauteil, das die Material stauende Oberfläche bildet, zusammen, um eine Relativbewegung zwischen dem gestauten, teilchenförmigen Material in dem Durchlaß und den umlaufenden Innenwandoberflächen des Kanals zu erhalten. Die so erhaltene Relativbewegung verhindert irgendeine wesentliche Bewegung der Hauptfüllung oder des Hauptkörpers des teilchenförmigen Materials in dem Durchlaß, ermöglicht jedoch, daß die umlaufenden Innenwandoberflächen geschmolzene Anteile, die die Oberflächen berühren, nach vorne ziehen, zu der geschmolzenes Material sammelnden Stirnwandoberfläche. Das nach vorne gezogene oder mitgeschleppte Material wird als Bad an der Stirnwand-

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oberfläche gesammelt, um kontrolliert weiterverarbeitet und/ oder abgegeben zu werden.

Nach der Erfindung kann eine verbesserte Gesamtschmelzleistung und eine verbesserte Qualität des geschmolzenen Produkts erreicht werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Darstellung der Verarbeitungsvorrichtung, und zwar in auseinandergezogener Anordnung, um die verschiedenen Teile zu veranschaulichen;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der teilweise geschnittenen Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine plattgedrückte Ansicht eines Schnitts durch einen Kanal entlang eines bestimmten Radius zur Veranschaulichung der Bewegung des Materials in einem Kanal der Vorrichtung;

Fig. 4 in vergrößerter Wiedergabe und etwas vereinfacht einen Querschnitt in radialer Richtung eines in Fig. 1 gezeigten Kanals;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Kanal entlang der Linie 5-5 nach Fig. 4;

Fig. 6,7,8 plattgedrückte Ansichten von Schnitten durch Kanäle entlang eines bestimmten Radius zur Veranschaulichung der Bewegung des Materials in den Kanälen bei anderen Ausführungsformen;

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Fig. 9 in vergrößerter Wiedergabe und etwas vereinfacht einen anderen Querschnitt eines in Fig. 1 gezeigten Kanals, wobei ein bevorzugtes, erfindungsgemäßes Einzelteil mit einer Material stauenden Oberfläche und mit einer flüssiges Material sammelnden Stirnwandoberfläche verwendet wird;

Fig. 10 eine plattgedrückte Ansicht eines Schnitts

durch den Kanal nach Fig. 9 entlang eines bestimmten Radius zur Veranschaulichung des Einzelteils nach Fig. 9;

Fig. 11 eine plattgedrückte Ansicht eines Schnitts durch einen Kanal entlang eines bestimmten Radius zur Veranschaulichung eines weiteren bevorzugten, erfindungsgemäßen Einzelteils;

Fig. 12 in vergrößerter Wiedergabe und etwas vereinfacht, noch einen anderen Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten Kanals;

Fig. 13,14, plattgedrückte Ansichten von Schnitten durch einen Kanal entlang eines bestimmten Radius

zur Veranschaulichung weiterer bevorzugter Formen von Bauteilen mit einer Material stauenden Oberfläche und Bauteilen mit einer flüssiges Material sammelnden Stirnwandoberfläche sowie der Bewegung des Materials in dem Kanal;

Fig. 16 eine plattgedrückte Ansicht eines Schnitts durch einen Kanal entlang eines bestimmten Radius zur Veranschaulichung eines weiteren bevorzugten Einzelteils sowie der Bewegung des Materials in dem Kanal.

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Fig. 17 in teilweiser Wiedergabe eine plattgedrückte Ansicht eines Schnitts durch eine Seite des Kanals entlang eines bestimmten Radius zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Schaber- und Mischerelements an einer Schicht aus flüssigem Material, die von einer Kanalwand getragen wird.

Durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden bei der Verarbeitung teilchenförmiger Kunststoffe oder polymerer Materialien deutliche Verbesserungen erzielt. Eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung der Erfindung eignet, ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Wie daraus ersichtlich ist, weist die Vorrichtung ein drehbares Element auf, das einen Rotor 10 umfaßt, der durch eine Anzahl im Abstand voneinander angeordneter Elemente 12 auf einer Antriebswelle 14 zur Rotation in einem stationären Element, das ein Gehäuse 16 umfaßt, dargestellt ist. Der Rotor 10 weist eine Oberfläche 2O auf, die eine zum Rotor 10 koaxiale Rotationsoberfläche und vorzugsweise, wie dargestellt, zylindrisch ist und wenigstens einen Verarbeitungskanal 22 trägt, der durch einander gegenüberliegende Seitenwände 24 gebildet wird, die sich von der Oberfläche 20 nach innen erstrecken. Mittel zur Rotation des Rotors 10 sind selbstverständlich vorgesehen, jedoch sind diese Mittel nicht dargestellt, da Mittel zur Rotation von Extrudern oder ähnlichen Vorrichtungen zur Verarbeitung polymerer Stoffe dem Fachmann geläufig sind. Durch das Gehäuse 16 des stationären Elements wird eine zylindrische Oberfläche 26 gebildet, die koaxial zur und zur Zusammenarbeit mit den Oberflächenabschnitten 20 des Rotors 10 angeordnet ist, um mit dem Kanal bzw. den Kanälen 22 einen geschlossenen, ringförmigen Durchlaß bzw. Durchlässe zu bilden.

Dem stationären Element ist ferner eine Einlaßöffnung 28 zu-

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geordnet zum Einfüllen des teilchenförmigen, zu verarbeitenden Kunststoffs oder polymeren Materials von einer geeigneten Fülleinrichtung, die als Einfülltrichter 3O dargestellt ist, in den ringförmigen Kanal 22. Es ist ersichtlich, daß geeignete Einrichtungen zum Einfüllen von Kunststoff oder polymerem Material verwendet werden können, die ein einfacher Schwerkraft-Einfülltrichter, wie gezeigt, oder solche Einrichtungen, wie eine Schneckenfülleinrichtung, eine Stempelfülleinrichtung oder eine scheibenartige Vorwärmfülleinrichtung sein können, um einige typische, zur Verfügung stehende Fülleinrichtungen zu nennen, die den Eigenschaften des teilchenförmigen Kunststoffs oder polymeren Materials und dem Problem von dessen Zufuhr in den Kanal 22 gewachsen sind.

Dem stationären Element(Gehäuse 16) ist außerdem ein Auslaß 36 zugeordnet, der von dem Einlaß 28 im Abstand wenigstens eines größeren Teils des Umfangs um den Durchlaß angeordnet ist. Nahe dem Auslaß 38 und am Gehäuse 16 ist das Bauteil 32 angeordnet, das sich in den Kanal 22 erstreckt und eine flüssiges Material sammelnde Stirnwandoberfläche 34 sowie an den Wänden 24 eng anliegende Schaberabschnitte bildet. Das Bauteil 32 weist eine Form auf, die komplementär zu dem Kanal 22 ist und in ihn genau hineinpaßt, wobei es sich in ihn hinein erstreckt. Die Stirnwandoberfläche 34, die dem Kanal 22 gegenüberliegt, kann radial oder mit einem anderen geeigneten Winkel in Abhängigkeit von dem Material und der gewünschten Behandlung angeordnet sein. Ein Formwerkzeug 37 kann direkt am Auslaß 36 angeordnet sein.

Erfindungsgemäß erstreckt sich ein Bauteil 38, das eine teilchenförmiges (oder unvollständig geschmolzenes) materialstauende Oberfläche bildet und am Gehäuse 16 angeordnet ist, in jeden Kanal 22 zwischen der Einlaßöffnung 28 und dem

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Bauteil 32, welches die geschmolzenes Material sammelnde Stirnwandoberfläche 34 bildet (Fig. 1 bis 4). Das die Stauoberfläche bildende Bauteil 38 ist wenigstens teilweise so ausgebildet, daß es in den ihm zugeordneten Kanal 22 hineinpaßt, so daß eine Oberfläche hervorgebracht wird, die die Bewegung irgendeines wesentlichen Teils des ungeschmolzenen, teilchenförmigen Materials über das Bauteil 38 hinweg wirksam hemmt und/oder verändert. Gleichzeitig ist das Bauteil 38 so ausgebildet, daß ein ausreichender Abstand vorliegt, so daß das flüssige Material durch die Seitenwände 24 an dem Bauteil 38 vorbei zu der flüssiges Material sammelnden Stirnwandoberfläche 34 gezogen werden kann, während die Bewegung des ungeschmolzenen, teilchenförmigen Materials durch das Bauteil 38 angehalten oder gehemmt wird.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird teilchenförmiger Kunststoff oder polymeres Material durch die Füllvorrichtung in einen oder mehrere Kanäle 22 durch den Einlaß 28 eingefüllt. Wenn der Rotor 10 umläuft, wird die Hauptfüllung oder Hauptmenge des teilchenförmigen Materials durch die Stauoberfläche 40 des Bauteils 38 zurückgehalten, so daß die rotierenden Kanalseitenwände 24 und das Bauteil 38 derart zusammenwirken, daß eine Relativbewegung zwischen den Wänden 24 und der Hauptfüllung des gestauten, teilchenförmigen Materials hervorgebracht wird. Teile des teilchenförmigen Materials werden in den flüssigen Zustand übergeführt, vorzugsweise durch Schmelzen, wobei Heizeinrichtungen verwendet werden, wie Kammern, die an der Aussenseite jedes Kanals 22 vorgesehen sind, wobei ein Strömungsmittel zur Temperaturregelung in jede Kammer zum Wärmeübergang durch die Wände des Kanals 22 eintreten kann. Geschmolzenes (oder flüssiges) Material, das in Berührung mit den Wänden 24 des Kanals 22 steht, wird dadurch über die Wände 24 an dem Bauteil 38 vorbei zu der Stirnwand-

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oberfläche 34 des Bauteils 32 gerissen, gezogen oder geschleppt, wo es als Bad 42 zur kontrollierten Weiterverarbeitung und/oder zum Austritt aus dem Auslaß 36 gesammelt wird.

Der Mechanismus ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, wird die Bewegung der Hauptfüllung 39 des teilchenförmigen Materials angehalten und es verdichtet sich an der Oberfläche 40 des Bauteils 38 als Folge der Relativbewegung zwischen den rotierenden Seitenwänden 24 des Kanals und der gestauten Menge oder Körpers des teilchenförmigen Materials. Diese Relativbewegung erzeugt eine Reibung, die das Schmelzen von Teilen des teilchenförmigen Materials zur Folge haben kann, oder gegebenenfalls können, wie erwähnt, die Seitenwände 24 vorerwärmt sein. In jedem Falle wird ein Film von geschmolzenem Material 25 an den Seitenwänden 24 des Kanals 22 gebildet. Der Film, der in Berührung mit den Wänden 24 steht, bewegt sich mit den Wänden 24 vorwärts und wird kräftig abgeschert durch die Bewegung relativ zur Hauptfüllung oder Hauptmenge 39 des gestauten teilchenförmigen Materials in dem Kanal 22, wodurch weitere Wärme durch viskose Energievernichtung erzeugt wird. Durch die Wirkung der Seitenwände 24 des Kanals 22 beim nach vorne Ziehen des geschmolzenen Materials 25 an ihren Oberflächen wird entlang der Wegstrecke an den Seitenwänden 24 progressiv Druck aufgebaut, der seinen höchsten Wert üblicherweise in dem Bereich der Oberfläche 40 des Bauteils 38 erreicht. In einigen Fällen, was von solchen Merkmalen wie Geometrie, Gestalt und Position des Bauteils 38 sowie der Betriebsgeschwindigkeit, abhängt, kann der Maximaldruck jedoch an der Oberfläche 34 des Bauteils 32 erreicht werden. Das Bauteil 32 schabt das geschmolzene Material 25, das durch die Seitenwände 24 des Kanals 22 nach vorne befördert wird, ab und das abgeschabte Material sammelt sich als Bad 42

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vor der Stirnwandoberfläche 34 des Bauteils 32 an und kann durch den Auslaß 36 austreten.

Die Steuerung der Geschwindigkeit, mit der das verarbeitete Material aus dem Kanal austritt, stellt einen wichtigen Faktor bei der Bestimmung des Ausmaßes dar, bis zu dem das Material verarbeitet wird, und der Auslaß 36 ist so gebaut und so angeordnet, um diese Entleerungssteuerung zu ermöglichen. Die Steuerung kann durch die Größe der Öffnung oder ein Drosselventil oder eine andere Einrichtung in dem Entleerungsauslaß 36 erfolgen. Die Austrittsgeschwindigkeit kann auch dadurch gesteuert werden, daß sich an den Auslaß eine Weiterverarbeitungseinrichtung anschließt, beispielsweise eine Extrusionsdüse oder ein Spritzwerkzeug o. dgl., welche den gewünschten Strömungswiderstand liefert, um die Geschwindigkeit des Austritts aus dem Auslaß 36 und das Ausmaß der Verarbeitung des Materials in dem Kanal 22 zu steuern«. Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehr als einem Kanal, kann der Auslaß von einem einzigen Kanal durch eine Leitung mit dem Einlaß eines weiteren Kanals für eine weitere Verarbeitung verbunden werden. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die hintereinander erfolgenden Drückerzeugungs- und Pumpvorgänge in aufeinanderfolgenden Kanälen kumuliert werden, so daß sich in einfacher Weise ein hoher Auslaßdruck erreichen läßt. Es ist ersichtlich, daß aufeinanderfolgende Kanäle jeweils unterschiedliche Abmessungen haben können, gegenüber den anderen Kanälen, um die beste Verarbeitung des in sie eingefüllten Materials zu erreichen. Desgleichen kann das Material, das in einem einzigen Kanal oder in einer bestimmten Anzahl von Kanälen, die parallel betrieben werden, verarbeitet oder aus einem einzigen Kanal bzw. Kanälen austritt, in einen einzigen Kanal oder in eine geeignete Anzahl von Kanälen, die parallel arbeiten, eingegeben werden.

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Die Funktion des Bauteils 38 und Einzelheiten darüber sind bei Betrachtung der Fig. 4 und 5 besser zu verstehen. Wie daraus ersichtlich ist, ist eine Form des Bauteils 38 nach der Erfindung an einer Stelle zwischen dem Einlaß 28 und dem Bauteil 32 angeordnet, um eine Bewegung irgendeiner wesentlichen Menge des teilchenförmigen Materials zu verhindern oder zu behindern. Das Bauteil 38 ist vorzugsweise so weit wie möglich vom Einlaß 28 weg angeordnet. Das Bauteil 38 kann jedoch irgendwo zwischen dem Einlaß 28 und dem Bauteil 32 angeordnet sein, solange wenigstens genügend Platz zwischen der Oberfläche 4O und der Stirnwandoberfläche 34 des Bauteils 32 vorhanden ist, um ein Bad viskoser Flüssigkeit anzusammeln, welche viskose Flüssigkeit eine ausreichende Fläche der Wände benetzt, um den Entleerungsdruck durch die Bewegung der Wände Zustandekommen zu lassen. Infolgedessen kann die Lage des Bauteils 38 unterschiedlich sein, was in erster Linie von der Größe des Schmelzbades 42 abhängt, das in dem Raum zwischen der Oberfläche 4O und der Stirnewandoberflache 34 erforderlich ist, um den Entleerungsdruck zu erhalten.

Die Größe des Bades 42 hängt auch von solchen Faktoren ab, wie der betreffenden viskosen Flüssigkeit, der gewünschten Größe des Entleerungsdrucks, der Fläche der Wände und deren Bewegungsgeschwindigkeit. Die betreffende, auszuwählende Lage kann jedoch empirisch bestimmt werden.

Geeignete Postionen des Bauteils 38 in Bezug auf die Stirnwandoberfläche 34 sind zur Veranschaulichung in den Fig. 4 und 9 mitSdas den Winkel zwischen der Oberfläche 4O des Bauteils 38 und der flüssiges Material sammelnden Stirnwandoberfläche 34 angibt. Im allgemeinen braucht der Wert des Winkels θ nicht größer als etwas 90 sein und sollte wenigstens etwa 10° sein, wobei die bevorzugten Werte des Winkels θ zwischen etwa 15 und etwa 40° liegen.

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Die Gestalt des Bauteils 38, das die teilchenförmiges Material sammelnde Oberfläche bildet, kann gleichfalls variieren. Jedoch muß, wie erwähnt, wenigstens ein Teil so ausgebildet sein, daß er in der Lage ist, die Bewegung von im wesentlichen dem gesamten teilchenförmigen (nicht geschmolzenen) Material an dem Bauteil 38 vorbei in das Schmelzbad 42 zu verhindern. Bevorzugte Bauteile 38 sind solche, welche durchgehend massiv sind, jedoch können sie Öffnungen aufweisen oder ein Teil von ihnen kann Öffnungen aufweisen, solange die Öffnungen die angegebene Staufunktion nicht beeinträchtigen. Beispielsweise kann ein Gitter oder können mehrere Gitter bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils, das die materialstauende Oberfläche aufweist, verwendet werden.

Der Abstand oder Spalt 50 (Fig. 5 und 10) zwischen den Seiten abschnitten des Bauteils 38 und den Wänden 24 ist von ziemlich großer Bedeutung, da durch ihn nur geschmolzenes, flüssiges Material an dem Bauteil 38 vorbei zu dem Schmelzbad 42 gezogen werden darf, während die Füllung von ungeschmolzenem oder nur unvollständig geschmolzenem, teilchenförmigen! Material durch die Oberfläche 40 gestaut wird. Zur Veranschaulichung geeigneter Abstände 50 oder Spaltbreiten, die bei der Durchführung der Erfindung angewendet werden können, sind Bauteile 38 zu nennen, die Spaltbreiten zwischen etwa 0,76 mm und 3,3 mm Zustandekommen lassen, wobei Kanäle benutzt wurden, die Breiten zwischen etwa 19,05 mm und etwa 31,75 mm aufweisen.

Besondere Vorteile können erreicht werden, wenn Abstände oder Spalte 5O zwischen den Wänden 24 und den Umfangsabschnitten des Bauteils 38 verwendet werden, die kleiner sind als die Dicke der Schicht des flüssigen Materials, das durch die Wände 24 mitgeschleppt wird. Diese Abstände können variiert werden, je nach den gewünschten Scher- und Zugbedin-

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gungen, die auf ein bestimmtes flüssiges Material ausgeübt werden, wenn es durch die Wände 24 an dem Bauteil 38 vorbei zu dem Schmelzbad 42 gezogen wird. Auch können diese Spalte in Kombination mit einem Bauteil, das die Materialstauende Oberfläche aufweist, verwendet werden, wobei das Bauteil eine Vorderkante oder zum Teil eine Vorderkante aufweist, die einen Teil des flüssigen Materials abschabt, so daß das abgeschabte Material mit teilchenförmigem Material an oder nahe der Vorderkante vermischt wird.

Andere für die Durchführung der Erfindung geeignete Bauteile, die eine Material stauende Oberfläche bilden, sind zur Veranschaulichung in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt. Das Bauteil 38a in Fig. 6 ist von kreisförmiger Querschnittsgestalt und liefert eine teilchenförmiges Material stauende Oberfläche 40a, die gekrümmt ist.. Fig. 7 zeigt ein Bauteil 38b, das eine ebene Stauoberfläche 4Ob und Unterschneidungen 44 in den Seitenabschnitten neben den Kanalwänden aufweist. Die Hinterschneidungen 44 sind dazu bestimmt, ein Vermischen und Bewegen des flüssigen Materials, das an dem Bauteil 38b vorbeigezogen wird, zu ermöglichen. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist das Bauteil 38b einen konvergierenden winkelsymmetrischen Endabschnitt auf. Das Bauteil 38c in Fig. 8 bildet eine konvergierende, winkelsymmetrische Stauoberfläche 40c in Bezug auf die Strömungsrichtung mit im wesentlichen parallelen Seitenoberflächen und einem ebenen Endabschnitt.

Wie in den Fig. 4, 6, 7 und 8 gezeigt ist, kann eine Materiallücke oder ein leerer, unausgefüllter Raum 46 zwischen den Kanalwänden auf der Schmelzbadseite aller dargestellter Stauelemente geschaffen werden. Dieser unausgefüllte Raum kommt zustande, weil die Bauteile 38, 38a, 38b und 38c nur das Hindurchtreten von flüssigem Material zu den Stirnwandoberflächen 34 des Bauteils 32 erlauben. Das flüssige Material, das durch die Wände an dem Stauelement vorbeigezogen wird, wird verteilt

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und bleibt an jeder Wand als dünner Film bestehen, bis es durch die Schaboberflächen des Bauteils 32 abgeschabt wird. Bei der besonders bevorzugten Ausführung von der Erfindung wird das Bauteil mit der Material stauenden Oberfläche zwischen dem Einlaß und dem Auslaß so angeordnet, daß das teilchenformige Material an einer Stelle gestaut wird, die näher am Auslaß als am Einlaß ist.

Falls erwünscht, kann der unausgefüllte Raum 46 zwischen den Wänden, die am Bauteil 38 vorbei zum Bauteil 32 lediglich die dünne Schicht aus geschmolzenem Material tragen, dazu verwendet werden, gasförmige oder flüchtige Substanzen der Schichten aufzunehmen oder an dieselben abzugeben. Der unausgefüllte Raum 46 kann auch dazu benutzt werden, feste oder flüssige Materialien den dünnen Schichten, die über die Kanalwände verteilt sind, einzuverleiben.

Beispielsweise kann ein Anschluß 48 (Fig. 4) an den unausgefüllten Raum 46 angeschlossen sein, um Material einzubringen oder Material zu entfernen, in bzw. aus den dünnen Schichten aus flüssigem Material, das am Bauteil 38 vorbeigezogen worden ist. Flüchtige Stoffe in den Schichten können in den unausgefüllten Raum 46 strömen und durch den Anschluß 48 abgezogen werden, gegebenenfalls mit einem Vakuum, um die Verflüchtigung zu bewirken. Stattdessen können Materialien durch den Anschluß 48 in den unausgefüllten Raum 46 eingebracht werden. Diese Materialien können Gase oder Reagenzien zur Umsetzung mit dem flüssigen Material sein, oder es können Pigmente oder verstärkende Materialien oder Feststoffe zum Einbau in das flüssige Material im unausgefüllten Raum 46 über den Anschluß 48 zugeführt werden.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 8 sind die Bauteile 38, 38a, 38b und 38c sowie die Bauteile 32, 32a, 32b und

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32c als separate, voneinander getrennte Bauteile dargestellt und die Querschnittsfläche des Raumes, der für das Schmelzbad 42 zur Verfügung steht, ist relativ groß. Eine relativ große Querschnittsfläche des Schmelzbadraumes kann bestimmte Vorteile haben, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Entfernen von Material aus dem unausgefüllten Raum erörtert ist, der in einem Teil des Gesamtraumes vorliegt, der zwischen dem Bauteil 38 mit der teilchenförmiges Material stauenden Oberfläche und dem Bauteil 32 mit der geschmolzenes Material sammelnden Stirnwandoberfläche 34 liegt. Generell hat sich jedoch herausgestellt, daß das Bad an gesammeltem, geschmolzenem oder flüssigem Material, das erfoderlich ist, um einen Entleerungsdruck zu erzeugen, umso größer ist, je größer die Querschnittsfläche des verfügbaren Schmelzbadraumes ist und für einen gegebenen Entleerungsdruck dies zu einer höheren Schmelzbadtemperatur führen kann. Demgemäß wurden integrierte Einzelteile, die sowohl eine teilchenförmiges Material stauende Oberfläche wie eine flüssiges Material sammelnde Stirnwandoberfläche aufweisen, entwickelt, wie sie in den Fig. 9, 10 und 11 dargestellt sind.

Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen weitere, besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Einzelteil, das sowohl eine Stauoberfläche wie eine Stirnwandoberfläche bildet, in dem Kanal angeordnet ist. Die Bauteile, die in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigt sind, sind Einzelteile, die sowohl eine teilchenförmiges Material stauende Oberfläche wie eine geschmolzenes Material sammelnde Stirnwandoberfläche aufweisen. In Fig. 9 und 10 ist die Stauoberfläche 38d mit der Stirnwandoberfläche 34d durch einen Verbindungsabschnitt 52 verbunden, wobei das dargestellte Einzelteil T-förmig im Querschnitt ist, mit ebenen Oberflächen 4Od und 34d senkrecht zur Strömungsrichtung. Der Verbindungsabschnitt oder das Teil 52 füllt einen Abschnitt des Raumes zwischen der Oberfläche 38d und der Stirnwand 34d

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aus und kann deshalb den Betrag des verfügbaren Raumes oder Volumens für das Schmelzbad 42d bestimmen. Demgemäß kann der Verbindungsabschnitt 52 des Einzelteils, das sowohl die Material stauende wie die Material sammelnde Oberfläche aufweist, in seiner Konfiguration geändert werden,um einen Schmelzbadraum zu erhalten, der eine vorgegebene Geometrie, Größe und Volumen hat. Schmelzbadräume, die eine vorgegebene Geometrie, Größe oder Volumen aufweisen, eröffnen die Möglichkeit, ausgewählte Verarbeitungseigenschaften, einschließlich maximaler Entleerungsdruckeigenschaften, zu erhalten, was für ein bestimmtes flüssiges, in dem Bad gesammeltes Material besonders erwünscht ist.

Wie bereits erörtert worden ist, stellt der Druck, der zum Entleeren des in dem Bad gesammelten flüssigen Materials erzeugt wird, einen Faktor dar, der die Qualität des austretenden, geschmolzenen Materials beeinflußt. Jedoch liefert diese Ausführungsform der Erfindung ein Maß zur Steuerung der Verarbeitungsbedingungen, die auf das flüssige Material, das in dem Schmelzbad gesammelt wird, einwirken, und zwar sowohl im Hinblick auf die Schwerkräfte, die auf das gesammelte Material einwirken, wie im Hinblick auf die Temperatur des austretenden, geschmolzenen Materials. Fig. 11 zeigt eine weitere Ausbildung des Einzelteils, das sowohl als Stau- wie als Stirnwandoberfläche dient, welches gleichfalls für diese Ausführungsform der Erfindung geeignet ist. Das in Fig. 11 gezeigte Bauteil ist im Querschnitt I-förmig mit ebenen Oberflächen 4Oe und 34e senkrecht zur Strömungsrichtung.

Fig. 12 und 13 zeigen wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Bauteil 38f, das die Stauoberfläche 4Of aufweist, und das Bauteil 32f, das die Stirnwandoberfläche 34f aufweist, getrennte Bauteile darstellen.

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• 3?·

Jedoch ist eine Verlängerung 57 am Bauteil 32f vorgesehen, um das zur Verfügung stehende Volumen oder den Raum zwischen dem Bauteil 32f und dem Bauteil 38f zu verkleinern, wodurch ein Schmelzbadraum von vorbestimmter Geometrie, Größe, Volumen und Konfiguration erhalten wird, der ebenfalls ausgewählte Entleerungscharakteristika ermöglicht. Stattdessen kann eine weitere Steuerung hinsichtlich der Geometrie, des Volumens, der Größe und der Konfiguration des Raumes, der für das Schmelzbad zur Verfügung steht, dadurch erhalten werden, daß eine Verlängerung 57 am Bauteil angebracht wird oder sowohl an dem Bauteil mit der Stauoberfläche wie an dem Bauteil mit der Stirnwand Verlängerungen angeordnet werden, wie aus Fig. 14 zu entnehmen ist.

Das teilchenförmige Material, das durch das erfindungsgemäße Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verarbeitet werden kann, umfaßt sämtliche teilchenförmigen Kunststoffe und polymeren Materialien, die durch Hitze, mechanische Energie oder ein Verdünnungsmittel in den flüssigen Verarbeitungszustand übergeführt werden können und die eine ausreichende Stabilität besitzen, um eine ernsthafte Zersetzung unter Behandlungsbedingungen zu verhindern. Derartige Materialien schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, thermoplastische, hitzehärtbare und elastomere polymere Materialen ein, wie beispielsweise Polyolefine (ζ. B. Polyäthylene, Polypropylene), Vinylchloridpolymere (z. B. Polyvinylchchlorid), Fluor enthaltende Polymere, Polymere auf der Grundlage von Polyvinylazetat, Polymere auf der Grundlage von Acrylsäure, Polymere auf der Grundlage von Styrol (ζ. Β. Polystyrol), Polyamide (z. B. Nylon), Polyazetale, Kunststoffe auf der Grundlage von Polycarbonatzellulose, Polyester, Polyurethane, Pheno- und Aminokunststoffe, Epoxyharze, Silikone und anorganische Polymere, Polymere auf der Grundlage von PoIysulfonen, verschiedene natürliche Polymere u.dgl. sowie

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.Ά.

Polymere und Gemische dieser Materialen miteinander oder mit Lösungsmitteln, Verdünnungsmitteln oder verschiedenen festen oder flüssigen Zusätzen.

Die Temperatur des zugegebenen Materials und die Temperatur während der Verarbeitung in der Vorrichtung kann so gesteuert werden, daß die Viskosität und die Strömungscharakteristika des oder der zu verarbeitenden Materialien bestimmbar sind.

Bei der Beschreibung der Erfindung ist das Bauteil 32 bisher so erläutert worden, als ob es die Funktion hat, geschmolzenes Material abzuschaben, das zu ihm durch die Wände 24 gezogen worden ist, so daß ein Bad aus flüssigem Material an der Stirnwandoberfläche 34 zur Entleerung gesammelt werden kann. Besondere Vorteile werden jedoch dann erhalten, wenn bestimmte Abstände eingehalten oder Mittel vorgesehen werden, um das Bauteil in und aus dem Kanal bewegen zu können, oder wenn Mittel vorgesehen werden, die es sonst irgendwie ermöglichen, daß zumindest etwas von dem flüssigen Material, das am Bauteil 32 vorbeiströmt, im Kreislauf geführt wird. Das im Kreislauf geführte, flüssige Material kann in Berührung kommen oder gemischt oder verschmolzen werden mit dem gestauten, teilchenförmigen Material in dem Kanal stromaufwärts des Bauteils mit der Material stauenden Oberfläche. Es hat sich herausgestellt, daß dieses in Berührung bringen. Vermischen oder Verschmelzen des im Kreislauf geführten, flüssigen Materials mit dem teilchenförmigen Material eine wesentliche Wirkung hat, um die gesamte Schmelzleistung zu verbessern. Es wird angenommen, daß die verbesserte Schmelzleistung eine Folge des viskosen, geschmolzenen Materials ist, das zwischen die ungeschmol^enen Pellets oder Teilchen der Füllung eindringt und eine Verformung des Gemischs aus geschmolzenem und ungeschmolzenem Material ermöglicht. Die Energie der Welle kann dadurch schneller über das gesamte Volumen des Kanals in Wärmeenergie umge-

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wandelt werden. Fig. 14 veranschaulicht dieses im Kreislauf Führen von flüssigem Material, das am Bauteil 32g vorbeigeführt worden ist, und das Vermischen des geschmolzenen, flüssigen Materials mit dem aufgestauten, teilchenförmigen Kunststoff- oder polymeren Material.

Eine weitere Methode, um das gewünschte Vermischen von flüssigem Material und teilchenförmigen! Kunststoff- oder polymeren Material in dem Kanal zu erreichen, ist in Fig. 15 dargestellt. Dabei wird ein Gegendruck in dem Schmelzbad 42h erzeugt, beispielsweise durch Einstellung eines Auslaßventils (nicht dargestellt) oder durch Verwendung anderer, vorstehend beschriebener Druckablaßkontrolleinrichtungen. Dieser Gegendruck führt zur Ansammlung von flüssigem Material an oder nahe der Vorderkante 4Oh des Bauteils 38h. Die zunehmende Ansammlung von zusätzlichem flüssigem Material beschleunigt in wirkungsvoller Weise das Vermischen mit dem teilchenförmigen! Material im Bereich der Vorderkante 4Oh und verbessert die Gesamtschmelzleistung.

Eine besonders bevorzugte Methode des Vermischens des flüssigen Materials mit dem teilchenförmigen Material an oder nahe der teilchenförmiges Material stauenden Oberfläche ist in Fig. 16 dargestellt. Das in Fig. 16 gezeigte Einzelteil weist eine Stauoberfläche 4Oi und eine Stirnwandoberfläche 34i auf. Die Stauoberfläche 4Oi verläuft gegenüber der Strömungsrichtung in einem Winkel und ein Schabeabstand ist zwischen einer Kanalwand und derjenigen Seite des Material stauenden und Material sammelnden Einzelteils vorgesehen, die mit der Oberfläche 4Oi einen spitzen Winkel bildet. Ein Spalt 50 ist zwischen den gegenüberliegenden Kanalwänden und der gegenüberliegenden Seite des Bauteils, das einen stumpfen Winkel mit der Oberfläche 4Oi bildet, vorgesehen. Durch den Spalt 5O wird ein Schmelz-

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badraum 42i geschaffen und flüssiges Material wird an der Oberfläche 34i angesammelt- Wegen des Schabeabstandes wird flüssiges Material von der sich bewegenden Kanalwand an der Spitze der Oberfläche 4Oi abgeschabt. Dieses abgeschabte, flüssige Material wird vermischt und kommt in Berührung mit dem teilchenförmigen Material an oder nahe der Stauoberfläche 4Oi in einer Weise, wie sie in Fig. 16 gezeigt ist. Die andere Kanalwand schleppt flüssiges Material zur Oberfläche 34 i mit, wo es als Schmelzbad 42i zur Weiterverarbeitung und Entleerung gesammelt wird.

Wieder eine andere Methode, um das gewünschte Vermischen oder Verschmelzen des flüssigen Materials mit dem gestauten, teilchenförmigen Material zu erreichen, ist in Fig. 17 dargestellt. Das Schaber- und Mischerelement 60, ist dort in einer festen, stationären Position nahe der Kanalwand 22 gezeigt und zwischen dem Einlaß (nicht dargestellt) und dem Bauteil, das die Material stauende Oberfläche aufweist (nicht dargestellt) angeordnet.

Das Schaber- und Mischerelement 60 ist im wesentlichen parallel zu und im geringen Abstand von der Kanalwand 24 angeordnet, um zu gewährleisten, daß das Element 60 wenigstens einen Teil, vorzugsweise jedoch im wesentlichen das gesamte flüssige Material, das von der Wand 24 zum Schaber- und Mischerelement 6O gezogen wird, abzuschaben. Das Element 6O ist so ausgebildet, daß ein wirksames Vermischen des abgeschabten, flüssigen Materials mit dem gestauten, teilchenförmigen Material an oder nahe des Elements 60 erfolgt. Es können mehr als ein Schaber- und Mischerelement 60 nahe der Kanalwand (oder Kanalwänden) zwischen dem Einlaß und der Material stauenden Oberfläche angeordnet sein. Auch können ein oder mehrere Schaber- und Mischerelemente 60 nahe einer oder beider Wände 24 angeordnet sein, und zwar im Abstand voneinander entlang der Umfangsstrecke zwischen

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dem Einlaß und der Material stauenden Oberfläche, um das gewünschte Ausmaß der Vermischung des geschmolzenen Materials mit dem zurückgehaltenen, teilchenförmigen Material zu erreichen.

Die nachstehenden Beispiele diene der weiteren Erläuterung der Erfindung. In jedem der nachstehenden Beispiele wurden die Drucke (P₃, P₄, und P₅) an den in Fig. 4 gezeigten Positionen P, , P₄ und P₁. gemessen bzw. aufgezeichnet.

Beispiel I

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verarbeitung von teilchenförmigem Kunststoff- oder polymeren Material.

Eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist und die eine Material sammelnde Stirnwandoberfläche 34 des in Fig. 4 gezeigten Typs aufweist, wurde mit einem Rotor versehen, der eine Kanalbreite von 19,O5 mm und einen Außendurchmesser von 19O,5 mm und einen Innendurchmesser von 95,25 mm aufweist. Der Einlaß zu dem Gehäuse wurde mit einer Leitung verbunden, um teilchenförmiges Polyäthylen niedriger Dichte aufzunehmen und der Auslaß war mit einer engen Öffnung verbunden. Die Temperatur der Füllung, die Zylindertemperatur und die Temperatur des Auslaßventils der Vorrichtung wurden auf 2O4,4°C eingestellt.

Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

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VERSUCH N G U/min IB/HR ⁰C

DREHMOMENT Pw

!-SCHEIBE T-SCHMELZE P₁ P₃ P₄ P₅

AUS °C kg/cm² kg/cm² kg/cm² kg/cm² (IbF-in) (HP)

kg · cm kWatt

BEMERKUNG

KEIN EINSATZSTIFT, KEIN EINSATZBLOCK, NUR VENTIL

150 54 204,4 214,5 200 60 204,4 221,1

O O Κ»

42,18 24,82 10,96 7,73 (13505) (32.2)

15570 24,0

51,32 22,04 10,68 7,87 (12762) (40.0)

14702 29,8

Schmelze voller
Luftblasen; etwas ungeschmolzenes
Material

ro co cn

Der Druck P₁ in der vorstehenden Tabelle ist der Druck, der am Auslaß des Kanals und kurz vor dem Auslaßventil aufgezeichnet wurde. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine fortschreitende Druckzunahme erfolgte, und zwar mit zunehmendem Umfangsabstand von dem Einlaß, wobei der Druck sein Maximum an der Stirnwandoberfläche, die dem Auslaß benachbart ist, erreicht. Die Gegenwart von nicht geschmolzenem, teilchenförmigen! Material in dem viskosen, flüssigen Material, das von der Vorrichtung nach diesem Beispiel abgegeben wurde, ist höchstwahrscheinlich durch den extrem hohen Druck (P-) bedingt, der nahe dem Auslaß auftrat, desgleichen durch die Gegenwart großer Mengen an nicht geschmolzenem oder unvollständig geschmolzenem, teilchenförmigen Material, das mit dem flüssigen Material des Bades vermischt ist, das sich an der Stirnwandoberfläche 34 des Bauteils 36 zum Entleeren ansammelt.

Beispiel II

Es wurde im wesentlichen das gleiche Verfahren wie in Beispiel I angewandt. Jedoch wurde ein Bauteil des in Fig. 4 gezeigten Typs in dem Kanal angeordnet, so daß der Wert des Winkels in Fig. 4 34° betrug. Das betreffende Bauteil mit der Material stauenden Oberfläche war massiv mit einem Durchmesser von 15,88 mm, wie das Bauteil 38a nach Fig. 6; der Mindestabstand 50 zwischen dem äußeren Durchmesser der Stange und jeder Wand war etwa 1,25 mm.

Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

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VERSUCH N G T-SCHEIBE T-SCHMELZE P U/min IB/HR ⁰C

tmahii. *ί P, P, P_ DREMOMENT Pw AUS °C kg/cm² kg/cm² cm/kg² kg/cm (lbF-in) (HP)

kg · cm kWatt

15,88 mm-DURCHMESSER MASSIVER BETTHALTER

BEMERKUNG

	150	71.1	204,4	221,7
	200	83.4	204,4	230,9
030027,
Ό795

5,13 16,94 7,94 4,50 (6833) (16.2)

12,1

4,15 27,91 7,73 4,01 (7336) (23.2)

17,3

Wenig Luftblasen

CTi 7^s

Der Druck P- in der vorstehenden Tabelle ist der Druck, der am Punkt P₁ nach Fig. 4 gemessen worden ist, und der Schmelzbadraum nach diesem Beispiel entsprach dem mit 42 in Fig. bezeichneten Raum. Es ist wiederum darauf hinzuweisen, daß eine fortschreitende Zunahme des Drucks vorhanden ist, der mit dem Umfangsabstand von dem Einlaß zunimmt. Jedoch wird das Druckmaximum an oder nahe der Stauoberfläche erreicht, anstelle der Stirnwandoberfläche, wie es beim Beispiel I der Fall ist. Stattdessen ist der Entleerungsdruck P₁, der in dem Raum zwischen dem gestauten, teilchenförmigen Material und der Stirnwandoberfläche auftritt, tatsächlich viel niedriger als der Maximaldruck, der an der Stauoberfläche entsteht. Die Bedingungen liefern jedoch gleichmäßiges und kontinuierlich austretendes geschmolzenes Material von besserer Qualität, frei von nicht geschmolzenem, teilchenförmigem Material, und es treten jetzt vollständig geschmolzene Produkte bei relativ niedriger Temperatur aus.

Beispiel III

Es wurde im wesentlichen das gleiche Verfahren durchgeführt wie in Beispiel I. Jedoch wurde ein Einzelteil, das eine teilchenförmiges Material stauende Oberfläche und eine Flüssigkeit sammelnde Stirnwandoberfläche aufweist, von dem Typ gemäß Fig. 9 und 10 in dem Kanal angeordnet. Der Wert des Winkels θ nach Fig. 9 war für das in diesem Beispiel verwendete Bauteil 15 . Der Abstand oder Spalt 50 nach Fig. 10 war etwa 0,76 mm.

Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

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VERSUCH N G T-SCHEIBE T-SCHMELZE P. - P- „Ρ, ,Ρ, , DREHMOMENT Pw U/min IB/HR °C AUS °C kg/cm kg/cm kg/cm kg/cm (lbF-in) (HP)

kg · cm kWatt

BEMERKUNG

SCHMELZBADVERKLEINERER (VGL. FIG. 3) 150 69.4 204,4 209,4

200 80.3 204,4 225,6

0,70 23,83 11,04 4,78 (10576)

12071

0,96 38,32 14,13 6,81 (16827)

19390

(25.1)
18,6

(34)
25,4

Sehr saubere Schmelze; niedrige Temperatur am Ausgang

Der Druck P. in der vorstehenden Tabelle ist der Druck, der an der Position P₁ nach Fig. 9 aufgezeichnet wurde und das Schmelzbad war bei diesem Beispiel von dem in Fig. 9 und 10 als 42d gezeigten Typ. Wie im Zusammenhang mit Fig. 9 erwähnt worden ist, lassen Einzelteile von dem Typ, wie er in diesem Beispiel verwendet wird, eine vorgegebene Geometrie, Größe, Konfiguration und Volumen des Raumes zwischen der teilchenförmiges Material stauenden Oberfläche und der Stirnwandoberfläche entstehen. Die vorgegebene Geometrie wiederum ist so abgestimmt, daß ausgewählte Entleerungscharakteristika für das flüssige Material, das als Bad in dem Raum gesammelt wird, Zustandekommen. Wie dieses Beispiel veranschaulicht, kommen durch die vorgegebene Geometrie des Raumes ein verminderter Entleerungsdruck, eine verbesserte Qualität des austretenden, geschmolzenen Produkts, das frei von ungeschmolzenem Material ist, soweit verminderte Temperaturen des austretenden, völlig geschmolzenen Produkts zustande.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfin dung auf diesem Gebiet ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung bereitstellt, durch die eine verbesserte Schmelz leistung, eine verbesserte Steuerung der Verarbeitungstemperatur sowie eine verbesserte Qualität der geschmolzenen Produkte hervorgebracht werden. Das Verfahren und die Vorrichtung sind vor allem anwendbar bei der Verarbeitung von teilchenförmigen Kunststoff- oder polymeren Materialien unter Verwendung relativ breiter Kanäle, beispielsweise mit einer Breite zwischen den gegenüberliegenden Wänden zwischen etwa 19,05 mm und etwa 38,10 mm, wobei die Wände mit relativ hohen Drehzahlen, beispielsweise mit etwa 50 bis etwa 300 U/min umlaufen.

Diese Kombination breiter Kanäle mit hohen Drehzahlen ruft einen besonders wirksamen SchmelzVorgang hervor, bei dem

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das geschmolzene, flüssige Material in das gestaute,
teilchenförmige Material hineinfließt und das Gemisch einer kontinuierlichen Verformung und Scherspannung ausgesetzt
wird. Demgemäß kann mehr mechanische Energie in Wärme umgewandelt werden und die Schmelzgeschwindigkeit zunehmen, jedoch behält man erfindungsgemäß die Kontrolle über die Temperatur und den Entleerungsdruck des geschmolzenen Materials. Die Erfindung stellt daher auf diesem Gebiet ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Verfügung, die besonders erwünschte und unerwartete, verbesserte Betriebseigenschaften gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ergibt.

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Claims

Ansprüche

1. : Vorrichtung zur Verarbeitung von teilchenförmigen! Material, das sich während der Verarbeitung verflüssigt, mit einem drehbaren Element, das wenigstens einen Verarbeitungs kanal aufweist, einem stationären Element, das eine koaxiale, mit dem Verarbeitungskanal zusammenwirkende Oberfläche aufweist, um mit dem Verarbeitungskanal einen geschlossenen, ringförmigen Verarbeitungsdurchlaß zu bilden, welchem stationären Element außerdem ein Einlaß zum Einfüllen des teilchenförmigen Materials in den Durchlaß, ein vom Einlaß im Abstand angeordneter Auslaß zum Austritt des Materials aus dem Durchlaß, ein nahe dem Auslaß des Durchlasses angeordnetes Bauteil mit einer flüssiges Material sammelnden Stirnwandoberfläche und ein mit dem Durchlaß zusammenwirkendes Bauteil mit einer Oberfläche zum Stau der Hauptfüllung des teilchenförmigen Materials zugeordnet ist, welches Bauteil mit der das teilchenförmige Material stauenden Oberfläche so in dem Durchlaß angeordnet ist, daß ein Raum für flüssiges Material stromabwärts des Bauteiles mit der Stauoberfläche gebildet ist, in dem sich ein Bad aus flüssigem Material ansammelt, das wenigstens eine ausreichend große Oberfläche an der inneren Oberfläche des Verarbeitungskanals benetzt, um einen Entleerungsdruck entstehen zu lassen, welches Bauteil so angeordnet, ausgebildet und dimensioniert ist, daß bei Umlauf des drehbaren Elements das drehbare Element und das Bauteil mit der Stau-

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ORIGINAL INSPECTED

oberfläche zusammenwirken, um eine Relativbewegung zwischen dem gestauten, teilchenförmigen Material im Durchlaß und den Oberflächen der Innenwand des Verarbeitungskanals hervorzubringen, durch die irgendeine wesentliche Bewegung der Hauptfüllung an nicht geschmolzenem, teilchenförmigen Material in dem Durchlaß verhindert ist, jedoch die umlaufenden, inneren Oberflächen flüssige Anteile des mit den inneren Oberflächen in Berührung stehenden Materials nach vorne zu der Stirnwandoberfläche ziehen, wo das nach vorne gezogene Material als ein Bad von flüssigem Material gesammelt wird, das kontrolliert weitervererbeitet und/oder entleert wird, dadurch gekennzei chnet, daß entweder das Bauteil (38) mit der Stauoberfläche (40) oder das Bauteil (32) mit der Stirnwandoberfläche (34) einen Abschnitt (52; 56; 57; 60) umfaßt, der sich zu dem anderen Bauteil (38 bzw. 32) hin erstreckt und einen bestimmten Teil des besagten Raumes ausfüllt, um einen Badraum (42; 46) von bestimmter Geometrie zu ergeben, durch den ausgewählte Entleerungsdruckeigenschaften des in dem besagten Bad (42; 46) gesammelten, flüssigen Materials Zustandekommen .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Element ein Rotor (10) ist, der eine zylindrische Oberfläche (20), die koaxial zum Rotor (10) umläuft, aufweist, und wenigstens einen Verarbeitungskanal (22) trägt, der gegenüberliegende Wände (24) aufweist, die sich von der zylindrischen Oberfläche (20) nach innen erstrecken, und daß das drehbare Element (10) drehbar in dem stationären Element (16) angeordnet ist, das eine innere koaxiale Oberfläche (26) aufweist, um mit dem Kanal (22) einen geschlossenen, ringförmigen Verarbeitungsdurchlaß zu bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

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kennzei chnet, daß eine Heizeinrichtung zum Schmelzen des teilchenförmigen Materials in dem Durchlaß vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (36; 37) zur Steuerung des Austritts des flüssigen Materials aus dem Auslaß vorgesehen ist, um .das gewünschte Ausmaß der Verarbeitung sicherzustellen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand oder Spalt so ausgewählt wird, daß bestimmte Scher- und Spannungsbedingungen auf das flüssige Material ausgeübt werden, das an der Staueinrichtung (38) vorbeigezogen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand oder Spalt zwischen 0,76 mm und 3,175 mm beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzei chnet, daß die Seitenoberflächen des Bauteils (38) mit der Stauoberfläche (40), die den Seitenwänden (24) benachbart sind, Mittel aufweisen, die eine Hinterschneidung (44) einschließen, durch die die Flüssigkeit, wenn sie an dem Bauteil (38) vorbeigezogen wird, gemischt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (32) mit der Stirnwandoberfläche (34) so ausgebildet ist, daß wenigstens eine begrenzte Menge flüssigen Materials im Kreislauf durch den Durchlaß geführt ist, um sich mit dem gestauten, teilchenförmigen Material zu vermischen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß sie Mittel (60) umfaßt, die zwischen dem Einlaß und dem Bauteil (38) mit der Stauoberfläche (40) angeordnet sind, durch die ein Teil des flüssigen Materials von den Wänden (24) abgelenkt wird, um das flüssige Material mit dem gestauten, teilchenförmigen Material zu vermischen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (57) umfaßt, die zu einer Ansammlung eines Teils des flüssigen Materials an der Vorderkante der Stauoberfläche (40) zu führen, so daß das angesammelte, flüssige Material mit dem gestauten, teilchenförmigen Material vermischt werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzei chnet, daß ein Schababstand zwischen einer der Seitenoberflächen des Bauteils (38) mit der Stauoberfläche (40) und der benachbarten Seitenwand (24) vorliegt, so daß das flüssige Material sich an der Stauoberfläche (40) ansammeln und mit dem gestauten, teilchenförmigen Material vermischt werden kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzei chnet, daß sowohl das Bauteil (32) mit der Stirnwandoberfläche (34) wie das Bauteil (38) mit der Stauoberfläche (40) Abschnitte (56; 57) umfassen, die sich aufeinanderzu erstrecken und einen bestimmten Teil des besagten Raumes ausfüllen, um einen Badraum (42) von bestimmter Geometrie zu ergeben, um ausgewählt Entleerungsdruckeigenschaften für das in diesem Bad (42) gesammelte Material zu erhalten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauoberfläche (40) und

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die Stirnwandoberfläche (34) miteinander verbunden sind und der Verbindungsabschnitt (52) einen bestimmten Teil des Raumes zwischen den Oberflächen (40, 34) ausfüllt, um ein Bad (42) von bestimmter Geometrie zu ergeben, um ausgewählte Entleerungsdruckeigenschaften für das in diesem Bad (42) gesammelte, flüssige Material zu erhalten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzei chnet, daß wenigstens ein Teil der Breite des Kanals zwischen der inneren Oberfläche der gegenüberliegenden Seitenwände (24) zwischen 18,5 mm und 38,1 mm beträgt und die Vorrichtung Mittel aufweist, um die Wände mit einer Drehzahl zwischen 5O und 3OO U/min umlaufen zu lassen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzei chnet, daß die Stauoberfläche (40) im Abstand von der Stirnwandoberfläche (34) angeordnet ist und die Stauoberfläche (40) der Stirnwandoberfläche (34) näher ist, als der Einlaß (28).

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauoberfläche (40) im Abstand von der Stirnwandoberfläche (34) angeordnet ist, so daß der Winkel zwischen diesen Oberflächen (40, 34) zwischen 10° und 90 beträgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Oberflächen (40, 34) zwischen 15° und 30° beträgt.

18. Verfahren zur Verarbeitung von teilchenförmigen! Kunststoff- oder polymerem Material, das Während der Verarbeitung sich verflüssigt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

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a) das teilchenförmige Material wird an einer Zugabestelle eingefüllt in einen ringförmigen Verarbeitungsdurchlaß, der aus einem Kanal besteht, der gegenüberliegende Wände und eine koaxiale stationäre Oberfläche aufweist, die mit dem Kanal so zusammenwirkt, daß das Material in dem Durchlaß gestaut wird,

b) es wird eine flüssiges Material sammelnde Stirnwandoberfläche vorgesehen, die der Austrittsstelle benachbart ist, die von der Zugabestelle im Abstand eines größeren Teils des Umfangs des Durchlasses angeordnet ist,

c) es wird ein Bauteil in dem Durchlaß angeordnet, das

eine Oberfläche aufweist, die von der Stirnwandoberfläche entfernt angeordnet und in der Lage ist, die Hauptfüllung des teilchenförmigen, in den Durchlaß eingefüllten Materials im wesentlichen vollständig zu stauen und einen Abstand zwischen den Seiten des Bauteils mit der Stauoberfläche und den inneren Wandoberflächen des Kanals freiläßt, wobei das Bauteil mit der Stauoberfläche in dem Durchlaß so angeordnet ist, daß sich ein Raum für flüssiges Material zwischen der Stauoberfläche und der Stirnwandoberfläche ergibt, um ein Bad von flüssigem Material anzusammeln, das zumindest eine so ausreichende Fläche der Innenwandoberflächen des Kanals bei dessen Umlauf benetzt und daran haftet, daß ein Entleerungsdruck erzeugt wird,

d) es wird der Kanal in Richtung von der Eingabestelle zu der Austrittsstelle in Umdrehung versetzt, um eine Relativbewegung zwischen dem an den umlaufenden Wänden haftenden Material und der Hauptfüllung des teilchenförmigen Materials, das durch die teilchenförmiges Material stauende Oberfläche gestaut wird, hervorzubringen,

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e) es wird der flüssige Anteil des Materials, das die umlaufenden Wände berührt, durch den Abstand oder Spalt zu der Stirnwandoberfläche gezogen, und

f) es wird das nach vorne gezogene, flüssige Material in Form eines Flüssigkeitsbades an der Stirnwandoberfläche gesammelt, um kontrolliert weiterverarbeitet zu werden und/oder abgegeben zu werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem ausgewählte Spannungs- oder Scherbedingungen auf das flüssige Material ausgeübt werden, wenn das flüssige Material durch den Abstand oder Spalt zu der Stirnwandoberfläche gezogen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem ein Teil des flüssigen Materials an der Austrittsstelle vorbeigezogen wird und das flüssige Material mit dem gestauten, teilchenförmigen Material vermischt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem ein Teil des flüssigen Materials zu der Stauoberfläche gezogen wird und ein Teil des flüssigen Materials mit dem gestauten, teilchenförmigen Material an der Stauoberfläche vermischt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem ein Teil des flüssigen Materials, das von dem Einlaß zu der Stauoberfläche gezogen wird, mit dem teilchenförmigen Material vermischt wird, das zwischen dem Einlaß und der Stauoberfläche gestaut wird.

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23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem das teilchenförmige Material in dem Durchlaß erhitzt wird, um es zu schmelzen.

24. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem das Entleeren des flüssigen Materials aus dem Auslaß gesteuert wird, um das gewünschte Ausmaß der Verarbeitung sicherzustellen.

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