DE3401904A1

DE3401904A1 - Stationary-state plastograph for testing plastic blends

Info

Publication number: DE3401904A1
Application number: DE19843401904
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Wien Hanslik
Original assignee: MAPLAN Maschinen und Technische Anlagen Planungs und Fertigungs GmbH
Current assignee: MAPLAN Maschinen und Technische Anlagen Planungs und Fertigungs GmbH
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1984-09-06
Also published as: AT379901B; ATA74783A

Abstract

The invention relates to a stationary-state plastograph for testing plastic blends or similar plastic compositions which are preferably processed on twin screws, having a kneader consisting of a barrel having two axially parallel, mutually superimposed bores in which two screws driven at the same speed run in meshing engagement, the two screws each having two transporting screws operating towards one another, that is to say from the outside inwards. In order to create conditions in the plastograph largely similar to those in an extruder with counter-rotating twin screws, according to the invention the boundary face of the conveying directions of one screw is arranged offset with respect to the boundary surface of the conveying directions of the adjacent screw in order to achieve material circulation.

Description

stationär arbeitender Plastograph zum stationary working plastograph for

Testen von Kunststoffmischunaen Die Erfindung betrifft einen stationär arbeitenden Plastograph der überlicherweise in Laboratorien von kunststoffverarbeitenden Betrieben zum Testen von Kunststoffen auf ihre Extrudierfähigkeit, speziell auf Doppelschneckenextruder, Anwendung findet. Der Plastograph dient also zur Ermittlung von Meß- und Testwerten für die mechanische Bearbeituns, insbesondere das Extrudieren, von rezeptmäßig aufgebauten Kunststoffmischungen. Testing of Plastic Mixtures The invention relates to a stationary one working plastograph which is usually used in laboratories of plastics processing companies Operated to test plastics for their extrudability, specifically on Twin screw extruder, is used. The plastograph is used to determine of measured and test values for mechanical processing, especially extrusion, of prescription-based plastic mixtures.

Von den Plastographen werden bekanntlich Druck, Temperaturen und Drehmoment, z.B. am Kneter, während des Plastiziervorganges aufgezeichnet. Durch Ermittlung der Plastizierzeit und des Drehmomentes kann der Energiebedarf festcrestellt werden. As is well known, the plastographs are used for pressure, temperatures and Torque, e.g. on the kneader, recorded during the plasticizing process. By Determination of the plasticizing time and the torque can determine the energy requirement will.

Die Labormaschinen zum Testen des eigentlichen Plastiziervorganges an Kunststoffmischungen weisen mancherlei Misch- und Knetwerkzeuge auf, die mehr oder weniger der typischen Arheitsweise der zugrunde liegenden Verarbeitunqsmaschine angepaßt sind. Gebräuchliche Plastizierapparate der hier in Betracht kommenden Art haben z.B. Mischwerkzeuge, die einer geaenläufigen kämmenden Doppelschnecke ähnlich sind. Beim Extrudieren von Kunststoffmischungen wird die thermoplastische Masse an gegenläufigen, kämmenden Doppelschneckenextrudern nach vorne geschoben, und ein Teil der Mischung läuft in der Ausstoßzone mit dem Schneckenmantel mit und wird durch den Zwickel durchgezogen, der von beiden Schnecken gebildet wird. Die Schneckengänge arbeiten gegen den Strömungswiderstand des Spritzwerzeuges. Der dadurch entstehende Druck (zirka 300kg/ cm ) erhöht die Wärmeentwicklung in der Ausstoßzone. Somit wird der Energieumsatz, der normalerweise durch Friktion und Scherung entsteht, zusätzlich verstärkt. Das Zusammenspiel mehrerer Kräfte bei der Plastizierung, wie z.B. Scherung, Friktion, Knetung und Druckaufbau, ist typisch für die gegenläufige Doppelschnecke. Es ist nun festzustellen, daß die Knetwerkzeuge der üblichen Plastographen den vorhin im einzelnen erläuterten Plastiziervorgang nicht wesensgleich reproduzieren innen.The laboratory machines for testing the actual plasticizing process In terms of plastic mixtures, various mixing and kneading tools have more or less of the typical workings of the underlying processing machine customized are. Usual plasticizers are considered here The coming species have, for example, mixing tools that have a co-rotating, intermeshing twin screw are similar. When extruding plastic mixtures, the thermoplastic Mass of counter-rotating, intermeshing twin-screw extruders pushed forward, and part of the mixture runs in the discharge zone with the screw jacket and is pulled through the gusset formed by both snails. the Screw flights work against the flow resistance of the spray tool. The thereby The resulting pressure (approx. 300kg / cm) increases the heat development in the discharge zone. Thus, the energy turnover, which normally arises from friction and shear, is additionally reinforced. The interaction of several forces in plasticizing, such as E.g. shear, friction, kneading and pressure build-up are typical for the counter-rotating Twin screw. It should now be noted that the kneading tools of the usual plastographs do not reproduce the plasticizing process explained in detail above Inside.

Deshalb kann die Vorprilfung zum produktiven Einsatz von solchen Labor-Plastiziermaschinen auch nur mit gewisser Beschränkung durchgeführt werden, da eben eine Modellgleichheit mit den im Betrieb aufgestellten Extrudern nicht in allen Teilen oegeben ist. So kennen z.B. die oft als Labormaschinen im Handel anzutreffenden kleineren Extruder nur kontinuierlich arbeiten, so daß eine Beobachtung des eigentlichen Plastiziervorganges vom Pulver zur plastischen Masse praktisch nicht möglich i8t.Therefore, the preliminary test for the productive use of such laboratory plasticizing machines can only be carried out with a certain restriction, as there is a model equality not all parts of the extruders installed in the company So know, for example, the smaller extruders that are often found commercially as laboratory machines only work continuously, so that an observation of the actual plasticizing process from powder to plastic mass is practically impossible.

Um einerseits Rezepturen für Kunststoffmischungen zu prüfen und anderseits die zur Auswahl und/oder Konstruktion der Schnecken notwendige Viskosität sowie den Reibungskoeffizienten ermitteln zu können und dabei die wesentlichen Verarbeitungsdaten ähnlich einem gegenläufigen Dop#elschneckenextruder erhalten zu können, wurde bereits ein stationär arbeitender Plastograph vorgeschlagen (siehe DE 2 O42 889)1 der einen Zylinder mit zwei achsparallelen in sich geschobenen Bohrungen aufweist, in denen zwei mit gleicher Drehzahl angetriebene Schnecken kämmend laufen, wobei beide Schnecken je zueinander arbeitende, von außen nach innen fördernde Schneckengänge aufweisen. Bei diesem bekannten Plastographen hat das Schneckenpaar in der Mitte eine Freistellung. Die eingebrachte Masse wird letztlich immer zur Mitte hin gefordert, wo sie mehr und minder unbewegt verharrt. Die tatsächlichen Verhältnisse in einem Extruder mit gegenläufiger Doppelschnecke sind daher auch bei diesem bekannten Plastographen nicht reproduzierbar und die ermittelten Meßwerte liefern keine verläßliche Grundlage für die Ausleaung der Konstruktion sowie Festlegung der Rezeptur und Arbeitbedingun@en beim Plastizier-und Extrudiervorgang. On the one hand to check recipes for plastic mixtures and on the other hand the viscosity required for the selection and / or construction of the screws, as well as to be able to determine the coefficient of friction and thereby the essential processing data Similar to a counter-rotating twin screw extruder has already been achieved proposed a stationary plastograph (see DE 2 O42 889) 1 of the one Has cylinder with two axially parallel bores pushed into itself, in which two driven at the same speed Run combing snails, whereby both screws each working to one another and conveying from the outside to the inside exhibit. In this known plastograph, the pair of screws is in the middle an exemption. The introduced mass is ultimately always pushed towards the middle, where it remains more and less motionless. The actual conditions in one Extruders with counter-rotating twin screws are therefore also used in this known plastograph not reproducible and the measured values determined do not provide a reliable basis for the interpretation of the construction as well as definition of the recipe and working conditions during the plasticizing and extruding process.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen Plastographen zu schaffen, in dem Verhältnisse vorherrschen, die jenen in einem Extruder mit gegenläufiger Doppelschnecke weitgehend ähnlich sind und in dem vor allem die Meßwerte nicht aus unbewegten M<lssen ermittelt werden. Auf diese Weise sollen vom Plasto@ra@hen Meßwerte aufgezeichnet werden, die das Verhalten der jeweiligen Kunststoffe während der Plastizierzeit im eigentlichen Extruder ziemlich genau wiedergeben, aus dem Schlüsse auf die Konstruktion der Vorplastizierzone und der Drossel vor der Entgasung gezogen werden können. Die Bestimmung der Viskosität und damit der Konstruktion der Ausstoß##one soll dabei aus den ermittelten Werten des Enddrehmomentes bei aleichbleibender Materialtemperatur erfolgen. Dieses Ziel wird mit einem sta-Lionär arbeitenden Plastocraphen zum Testen von Kunststoffmischungen od. ähnl. plastischen Massen, die vorzugsuelse aui Doppelschnecken verarbeitet werden, mit einem Kneter best@hend ans einem Zylinder mit zwei achsparallelen, in sich @@schohenen Bohrunaen, in denen zwei mit gleicher Drehzahl an@@triebene Schnecken kämmend laufen, wobei beide Schnecken ic Iwii zueinander arbeitende, d.h. von außen nach innen trans@@rtierende Schneckengänge aufweisen, erfindun@s@emäß dadurch crr" j cht, daß zur Erreichung eines Materialumlau@es @@@ Grenzfläche der Förderrichtungen der einen Schnecke zur @re@zfläche der 1#<rder-@ichtungen der benachbarten Schnecke versetzt angeordnet Ist. The invention aims to provide a plastograph in the conditions prevail that those in an extruder with counter-rotating twin screw are largely similar and in which, above all, the measured values cannot be derived from immobile measurements be determined. In this way, measured values are to be recorded by the Plasto @ ra @ hen the behavior of the respective plastics during the plasticizing time reproduced fairly accurately in the actual extruder, based on the construction the Vorplastizierzone and the throttle can be pulled before degassing. the Determination of the viscosity and thus the construction of the output ## one should thereby from the determined values of the final torque with a constant material temperature take place. This goal is with a sta-Lionär working plastocraph for testing of plastic mixtures or similar. plastic masses, the preferred feed from twin screws processed, with a kneader consisting of a cylinder with two axially parallel, in itself @@ schohenen Bohrunaen, in which two at the same speed at @@ drifted Snails run in a combing manner, with both snails ic Iwii working towards one another, i.e. have trans @@ rotating worm threads from the outside to the inside, according to the invention thereby crr "j cht that to achieve a material circulation @ es @@@ interface of the Direction of conveyance of one screw to the re @ z surface of the 1 # <rder @ directions of the adjacent auger is offset.

Unter Grenzfläche der Förderrichtungen soll im vorlieaenden Fall jene Flache verstanden werden, in der das von einer Schnecke zueinander geförderte Material aufeinandertrifft. In the present case, under the interface of the conveying directions that area should be understood in which the conveyed to each other by a screw Material meets.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kneters wird innerhalb der beiden Schnecken im Bereich der versetzten Grenzfläche das eingebrachte zu testende Material in einer Art Kreislauf gefördert und im Kneter die Wirkung eines Extruders mit gegenläufiger Doppelschnecke weitgehend simuliert. Durch den Umlauf des Materials ist dessen Homogenität gewährleistet, so daß gut verwertbare Testdaten erhalten werden. Insbesondere kann durch die ermittelten Zeitwerte in der Testmaschine der Weg bzw. der Zustand des zu verarbeitenden Materials im Extruder festgestellt werden. Die Schnecken können gegenläufig ausgebildet sein, derart, daß im Schneckenpaar bei der einen Schnecke der linke Teil und bei der anderen Schnecke der rechte Teil bzw. umgekehrt gleiche Steigunqsrichtung haben. Dabei können die Schnecken ein- oder mehrgängig sein. Naturgemäß haben alle Schneckengange gleiche Steigung und Ganaform. The inventive design of the kneader is within of the two snails in the area of the offset interface is the one to be tested Material conveyed in a kind of cycle and the action of an extruder in the kneader largely simulated with a counter-rotating twin screw. Through the circulation of the material its homogeneity is guaranteed, so that easily usable test data are obtained will. In particular, through the determined time values in the test machine, the The path or the condition of the material to be processed in the extruder can be determined. The screws can be designed in opposite directions, so that in the screw pair the left part of one snail and the right part of the other snail or vice versa have the same direction of increase. The snails can or multiple threads. Naturally, all worm threads have the same pitch and Ganaform.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist im U#berlappungsbereich der in entgegengesetzte Richtungen fördernden Schneckengänge der benachbarten Schnecken zwecks Vermeidung gegenseitiger Behinderung der Außendurchmessser der Schneckengänge maximal gleich dem Teilkreisdurchmesser. Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform können in dem anaegebenen Bereich die Einhüllenden der Schneckengänge Kegel bilden. According to one embodiment of the invention is in the overlap area the screw flights of the neighboring screws conveying in opposite directions in order to avoid mutual hindrance of the outer diameters of the screw flights maximum equal to the pitch circle diameter. According to another embodiment of the invention The envelopes of the worm threads can form cones in the specified area.

Erfindungsgemäß ist es auch mbglich, daß, zwecks Vermeidung gegenseitiger Behinderung im Uberlappungsbereich die Schneckengänge Unterbrechungen aufweisen und dadurch aus Lükken und Nocken bestehen. According to the invention it is also possible that, in order to avoid mutual Obstruction in the overlap area, the worm flights have interruptions and thus consist of gaps and cams.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des stationär arbeitenden Plastographen gemäß der Erfindunq dargestellt, u.zw. zeigt Fig.1 den Plastograrhen im Schnitt und Fig.2 das Schneckenpaar im Schnitt. In the drawing is an embodiment of the stationary working Plastograph shown according to the invention, u.zw. Fig.1 shows the plastogram in section and FIG. 2 the pair of screws in section.

Bei dem schematisch dargestellten stationär arbeitenden Plastographen wird der erfindungsgemäße Kneter über ein Untersetzungsgetriebe 1, Antriebsritzel 2 sowie Kupplungen 3 angetrieben. Die Schnecken 4, 5 selbst sind axial gelagert und können im Bedarfsfalle in üblicher Weise seitlich ausaezogen werden. Diese Schnecken im Arbeitszylinder 6 erhalten das zu plastizierende Material durch eine Einfüllöffnun 7. In the schematically shown stationary plastograph the kneader according to the invention is via a reduction gear 1, drive pinion 2 and clutches 3 are driven. The screws 4, 5 themselves are axially supported and can be pulled out to the side in the usual way if necessary. These snails The material to be plasticized is received in the working cylinder 6 through a filling opening 7th

Das im heiz- und kühlbaren Zylinder 6 laufende Schneckenpaar 4, 5 weist je eine Zwischenzone 8 bzw. 9 auf, die durch die versetzt angeordneten Grenzflächen 14 bzw. 15 begrenzt sind und in denen der erwünschte Umlauf des Materials erfolgt.The screw pair 4, 5 running in the heatable and coolable cylinder 6 each has an intermediate zone 8 or 9, which is caused by the offset arranged boundary surfaces 14 and 15 are limited and in which the desired circulation of the material takes place.

Die Steigung der einzelnen Schnecken sind zur Zwischenzone hin gegenläufig, so daß die durch die Einfüllöffnung 7 eingebrachte Masse letztendlich immer zu den Zwischenzonen hin und dort in einer Art Kreislauf gefördert wird. Die Entspannun~ des Materials erfolqt durch Umschaltung der Drehrichtung der Schnecken. Zur Lagerung des Schneckenpaares 4, 5 ist eine axiale Halterung 12 vorgesehen, die mit einer Schneckenausziehvorrichtung 13 in Verbindung steht.The pitch of the individual screws is opposite to the intermediate zone, so that the mass introduced through the filling opening 7 ultimately always to the Between zones is promoted here and there in a kind of cycle. The relaxation ~ of the material is done by switching the direction of rotation of the screws. For storage of the screw pair 4, 5, an axial holder 12 is provided with a Screw extractor 13 is in connection.

In Fig. 2 sind Meßfühler 10 für die Druck- und Temperaturermittlung angedeutet. Das abgegebene Drehmoment kann mit Hilfe eines Drehmomentmeßgerätes 11 über eine elektronische Meßdose gemessen und beispielsweise auf einen Dreistellen-Schreiber aufgezeichnet werden, der auch zugleich den Druck und die Temperatur der Masse registriert. Diese drei Größen wechseln naturgemäß mit dem Aggregatzustand des Thermoplasten vom Pulver bis zur plastischen Masse und gegebenenfalls bis zur thermischen Zerstörung. Es entstehen somit drei Kurven (Zeit Druck, Zeit - Temperatur, Zeit - Drehmoment). In Fig. 2 are sensors 10 for the pressure and temperature detection indicated. The torque output can be measured with the aid of a torque measuring device 11 measured via an electronic load cell and, for example, on a three-digit recorder recorded, which also registers the pressure and the temperature of the mass at the same time. These three variables naturally change with the aggregate state of the thermoplastic from powder to plastic mass and, if necessary, to thermal destruction. This results in three curves (time pressure, time - temperature, time - torque).

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten stationär arbeitenden Plastographen ist der Vorteil technischer Art verbunden, daß der Plastiziervorgang an Werkzeugen ähnlich den geaenl<Sufigen, kämmenden Schnecken beobachtet werden kann. Die thermoplastische Masse unterlieat in ihrer Endphase desExtrudierens der gleichen Beanspruchung wie in der Meterinazone eines üblichen Extruders. Dies ist insofern von erheblicher Wichtigkeit als manche Sorten von Kunststoffen in einem kritischen Temperaturbereich verarbeitet werden müssen, in dem bereits die Zersetzung beginnt und nur durch Zuaabe von entsprechenden Stabilisatoren silber die Verarbeitungszeit schadlos hinweggebracht werden können. Ein weiterer Punkt ist die genaue Abstimmung des inneren und äußeren Gleitmittels innerhalb der Mischung. Auch hier ist es wichtig, unter gleichen Bedingungen wie in der üblichen Verarbeitungsmaschine zu arbeiten. With the stationary plastograph designed according to the invention the advantage of a technical nature is connected that the plasticizing process on tools similar to the geaenl <Sufigen, combing snails can be observed. The thermoplastic In its final phase of extrusion, the mass is subject to the same stress as in the meterina zone of a usual Extruders. This is so of considerable importance than some types of plastics in a critical one Temperature range must be processed in which the decomposition begins and the processing time can only be reduced by adding appropriate silver stabilizers can be taken away without harm. Another point is the exact coordination of the internal and external lubricants within the mixture. Here, too, it is important to work under the same conditions as in the usual processing machine.

Schließlich können noch Auslaßöffnungen im Zylinder 5 vorgesehen sein, um gegebenenfalls Material ausfahren zu können.Finally, outlet openings can also be provided in the cylinder 5, in order to be able to deliver material if necessary.

Claims

claims: 0 Stationary plastograph for testing Plastic mixtures or similar plastic masses, which vorzuasweise on double snails processed with a kneader consisting of a cylinder with two axially parallel, in itself creschoben bores in which two driven at the same speed Screws run in a meshing manner, whereby both screws are each two working towards one another, i.e. have from the outside to the inside transporting screws, characterized by cre, that to achieve a material circulation the interface (14) of the Förderrlchtunaen one screw (4) to the interface (15) of the conveying directions of the neighboring Screw (5) is arranged offset.

2. Plastograph according to claim 1, characterized in that in the overlap area (8, 9) of the screw flights of the neighboring ones conveying in opposite directions Screws (4, 5) to avoid mutual hindrance of the outer diameter the worm flights is at most equal to the pitch circle diameter.

3. Plastograph according to claim 1, characterized in that in the overlap area (8, 9) the worm threads of the neighboring ones conveying in opposite directions Snails (4, 5) in order to avoid mutual hindrance the The envelopes of the worm threads form cones.

4. Plastograph according to claim 1, characterized in that in the overlap area (8, 9) of the screw flights of the neighboring ones conveying in opposite directions Screws (4, 5) in order to avoid mutual hindrance the screw flights Have interruptions and thereby consist of gaps and cams.