DE3541533A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von faserverstaerkten thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen von faserverstaerkten thermoplastischen kunststoffen

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DE3541533A1 DE19853541533 DE3541533A DE3541533A1 DE 3541533 A1 DE3541533 A1 DE 3541533A1 DE 19853541533 DE19853541533 DE 19853541533 DE 3541533 A DE3541533 A DE 3541533A DE 3541533 A1 DE3541533 A1 DE 3541533A1
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Description

  • Vertahren und Vorrichtung zum HerstelLen von faserverstSrkten
  • thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 2.
  • Es ist bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen, wie Polyamiden und Polyestern, insbesondere Polycarbonaten, durch Zusatz von Glasfasern erheblich verbessert werden können. Insbesondere die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit, die Kerbschlagzähigkeit sowie die Wärmestandfestigkeit der Kunststoffe werden bedeutend erhöht.
  • Derartige glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe eignen sich daher besonders zum Herstellen technischer Formteile, welche bei verhältnismäßig hohen Temperaturen mechanisch beansprucht werden. Bei ?polyamiden wird zudem die sonst stark ausgeprägte Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften vom Wassergehalt durch Zusatz von Glasfasern weitgehend aufgehoben.
  • Nach einem bekannten# Verfahren werden glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe in einem Extruder dadurch hergestellt, daß man Glasseidenstränge, sogenannte Rovings, getrennt von dem thermoplastischen Kunststoff der im Extruder gebildeten Schmelze zuführt und in dieser gleichmäßig verteilt. Die Glasfasern werden dabei kontinuierlich dem Extruder zugeführt und durch die Schnecke auf die geeignete Länge geschnitten. Ihre dem thermoplastischen Kunststoff zuzusetzende Menge wird bisher über die Anzahl der Rovings und über die Drehzahl der Extruderschnecke manuell festgelegt. Es läßt sich auf diese Weise zwar eine gleichmäßige Verteilung der Glasfasern erreichen, Unregelmäßigkeiten im Einzug und in der Geometrie der Faserstränge führen jedoch zu unerwünschten Füllmengen- und Produktqualitätsschwankungen. Die Herstellung der glasfaserverstärkten Kunststoffe bedarf somit ständiger Überwachung.
  • Darüber hinaus sind bei jeder ;minderung des Glasfasergehalts aufwendige Vorversuche erforderlich. Diese haben erhebliche Zeit- und Produktverluste zur Folge.
  • Es war daher Aufgabe der Erfindung, bei der Herstellung faserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe das zugeführte Fasermaterial hinsichtlich seiner Menge exakt zu dosieren. Weiterhin soll sehr schnell auf einen verminderten bzw. erhöhten Fasergehalt reagiert werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
  • Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise sind faserhaltige Kunststoffe herstellbar, in welchen das Fasermaterial weitgehend ungeordnet aber gleichmäßig verteilt ist. Das Gewichtsverhältnis zwischen Kunststoff und Fasermaterial, d.h. die Rezepturgenauigkeit, kann selbst über längere Zeiträume genau eingehalten werden. Darüber hinaus sind Produkte mit exakten Spezifikationen auch auf unterschiedlichen Extrudern mit gleichgutem Ergebnis herstellbar. Es werden sowohl Unterschiede des Fasermaterials als auch Durchsatzschwankungen im Extruder als auch geringfügige Veränderungen der Schneckengeometrie infolge Verschleiß kompensiert.
  • Daher weisen die aus den nach der Erfindung hergestellten Kunststoffe erzeugten Formteile sehr gute und vor allem gleichmäßige Festigkeitseigenschaften auf.
  • Für das Verfahren sind praktisch alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe geeignet, beispielsweise Olefinpolymerisate, wie Polyethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrols; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid oder chlorierte Polyolefine; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, sowie Mischungen dieser Polymerisate.
  • Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten. Sie werden dem Extruder vorzugsweise als Granulat, Pulver und dergleichen mit Hilfe einer regelbaren Dosiereinrichtung zugeführt.
  • Getrennt von der Zufuhr der thermoplastischen Kunststoffe erfolgt die Einspeisung des Fasermaterials in den Extruder, zweckmäßigerweise an einer Stelle der Schnecke, an welcher die Kunststoffschmelze nicht unter Druck steht, durch eine geeignete Öffnung, z.B. durch einen üblichen Entgasungsstutzen. Als Fasermaterial kommen insbesondere Rovings aus Glas, Kohlenstoff oder Kunststoff in Betracht, die gegebenenfalls mit einem Schlichtemittel ummantelt sind. Das Fasermaterial wird vor seiner Einspeisung in den Extruder gemessen, d.h. der gesamte Fasermaterialvorrat steht auf einer Waage, die so ausgelegt ist, daß durch laufende Wägung die Abnahme des Fasermaterialgewichts kontrolliert wird. Diese zeitliche Gewichtsabnahme wird mit der tatsächlich gewünschten verglichen. Aus diesem Soll-lstwert-Vergleich ergibt sich bei Abweichungen ein Korrektursignal, welches zur Steuerung des Produktionsablaufs verwendet wird.
  • Hierfür wird das Korrektursignal über ein entsprechendes Regelgerät auf eine regelbare Dosiereinrichtung für den thermoplastischen Kunststoff zur Veränderung der Dosierleistung dieser Einrichtung geführt werden.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit ein vollautomatischer Betrieb einer derartigen Anlage ermöglicht, wobei insbesondere hervorzuheben ist, daß auf Änderungen im Produktionsablauf sehr rasch, feinfühlig und genau eingegangen werden kann.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Doppelschneckenextruder mit wenigstens zwei im Abstand voneinander angebrachten Einfüllöffnungen für den thermoplastischen Kunststoff und das Fasermaterial, wobei der einen Einfüllöffnung mindestens eine regelbare Dosierwaage und der anderen Einfüllöffnung eine Wägebrücke zugeordnet ist, wobei die Dosierwaage und die #gebruc..ke über ein Regelgerät miteinander in Wirkverbindung stehen. Geeignete Doppelschneckenextruder sind beispielsweise selbstreinigende, zweiwellige Extruder mit im gleichen Sinne rotierenden Schneckenwellen und zonenweiser Beheizung bzw. Kühlung des Gehäuses, z.B. über einen flüssigen Wärmeträger. Als Dosierwaage für den thermoplastischen Kunststoff kommt praktisch jede in ihrer Dosierleistung regelbare Einrichtung in Frage, wobei die maximale Dosierleistung durch die Geometrie der Schneckenwellen bestimmt ist. Die Wågeeinrichtung für die Einspeisung des Fasermaterials in den Ext-ruder ist ebenfalls handelsüblich. Sie besteht vorzugsweise aus einer Wägebrücke mit einer digitalen Gewichtserfassung Die gewünschte zeitliche Gewichtsabnahme des auf der Wagebriicke aufgebrachten Fasermaterials wird von Hand über die Schneckendrehzahl bestimmt. Die Erfassung der Istgewicht-Abnahme erfolgt stetig entsprechend einer digitalen Impulsfolge, wobei das entsprechend dem Soll-Istwert-Vergleich sich ergebende Signal auf die Dosierwaage für den thermoplastischen Kunststoff geschaltet ist. Mit anderen Worten, das Regelgerät steuert die dem Extruder zuzuführenden Kunststoffmengen anhand des momentan in den Extruder eingebrachten Fasermaterialgewichts. Die Drehzahl der Schneckenwellen bleibt konstant; sie wird lediglich für eine höhere oder niedrigere Förderleistung des Extruders von Hand verändert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Darstellung gemäß Figur 1 bedeutet (1) ein Doppelschneckenextruder, an dessen Gehäuse zwei Einfüllöffnungen (2) und (3) im Abstand voneinander angebracht sind. Der Antrieb des Doppelschneckenextruders besteht aus einem Elektromotor (4) sowie einer Motorsteuerung (S). Mit (6) ist die der Einfüllöffnung (2) zugeordnete regelbare Dosierwaage für den thermoplastischen Kunststoff bezeichnet. Grundsätzlich können auch mehrere Dosiereinrichtungen (6) im Bereich der Einfüllöffnung (2) vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn für die Konfektionierung dem Kunststoff Zusatzstoffe zugesetzt werden sollen.
  • Das Fasermaterial ist in Form von Rovings auf einer W~agebrücke (7) aufgebracht und wird über Umlenkrollen (8) durch die Schneckenwellen abgezogen. In Abhängigkeit des dem Doppelschneckenextruder (1) über die Einfüllöffnung (3) zugeführten Fasermaterials wird die Leistung der Dosierwaage (6) gesteuert. Hierfür ist ein Regelgerät (9) vorgesehen. Die auf der #gebrücke (7) sich ergebende Gewichtsabnahme des Fasermaterials wird bei (10) stetig erfaßt und in elektrische Impulse umsetzt. Aus den bei (10) ausgelösten Impulsen bildet der Rechner (12) einen Istwert der momentanen Gewichtsabnahme des Fasermaterials. Dieser Istwert wird durch einen sogenannten Verhältnissteller (13) als Sollwert einem Mengenregler (14) aufgeschaltet, der wiederum die Dosierwaage (6) steuert. Dabei ist die Schneckendrehzahl des Extruders insgesamt zwar veränderbar, durch die Motorsteuerung (5) aber fest eingestellt. Bei Erreichen einer einstellbaren Nachfüllmarke für das Fasermaterial wird über die Einheit (11) ein Signal S abgegeben.
  • Zeichn.
  • - Leerseite -

Claims (1)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen in einem Extruder, bei dem das Fasermaterial getrennt von dem thermoplastischen Kunststoff der im Extruder gebildeten Schmelze des Thermoplasten zugeführt und in dieser gleichmäßig verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Thermoplasten und Fasermaterial dadurch konstant gehalten wird, daß das Fasermaterial vor seiner Einspeisung in den Extruder gemessen und danach die Menge des dem Extruder zugeführten Thermoplasten entsprechend angepaßt wird.
    Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, beste-2. hend aus einem Doppelschneckenextruder mit wenigstens zwei im Abstand voneinander angebrachten Einfüllöffaungen für den thermoplastischen Kunststoff und das Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Einfüllöffnung (2) mindestens eine regelbare Dosierwaage (6) und der anderen Einfüllöffnung (3) eine Wägebrücke (7) zugeordnet ist, wobei die Dosierwaage und die Någebrücke über ein Regelgerät (9) miteinander in Wirkverbindung stehen.
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