DE3722050A1 - Verfahren und extruderanlage zum herstellen eines aufschaeumbaren kunststoffgemisches - Google Patents

Verfahren und extruderanlage zum herstellen eines aufschaeumbaren kunststoffgemisches

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Extruderanlage zum Herstellen eines aufschäumbaren Kunststoffgemischs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE-PS 33 16 838 ist ein Herstellungsverfahren für einen, aus einem Kunststoff bestehenden Kunststoffschaum be­ kannt. Der Kunststoff wird auf einer Tandem-Extruderanlage aufbereitet, wobei in dem ersten Einschneckenextruder ein Auf­ schmelzvorgang und ein Mischvorgang mit dem eingedüsten Treib­ mittel erfolgt. Danach wird das Kunststoff-Treibmittelgemisch in einen zweiten Extruder gefördert, in dem es bis kurz vor dem Reaktionspunkt des Treibmittels heruntergekühlt und zu einem Folienschlauch extrudiert wird.
Es ist in zunehmendem Maß von Bedeutung, spezielle Schaum­ kunststoffe mit außergewöhnlichen Eigenschaften auf dem Markt anbieten zu können. Unter derartigen Kunststoffen werden bei­ spielsweise flammenfeste, hochsäurebeständige, hochdruckfeste, hochtemperaturbeständige und hochzugfeste Kunststoffe verstan­ den.
Das Herstellen derartiger Schaumkunststoffe auf der Basis der hochwertigen Kunststoffe, setzt voraus, daß die Produkte sich zur Zell- bzw. Schaumbildung eignen. Diese Voraussetzung wird geschaffen durch die Zugabe sich aufgrund ihrer Struktur und Eigenschaften für das Extrusionsverschäumen eignenden Zusatz­ stoffe.
Es hat sich herausgestellt, daß es äußerst schwierig ist, ei­ nen hochmolekularen oder hochtemperaturbeständigen Kunststoff (Makromoleküle) und einen niedrigmolekularen Kunststoff oder auch einen durch Zusätze schwer entzündbar gemachten Kunst­ stoff oder dergl. mit einem normalen Kunststoff zu vermischen und daraus ein homogenes Produkt zu schaffen.
Auf der anderen Seite besteht ein Bedürfnis, sehr teure Spe­ zialkunststoffe, wie z. B. PPO (Polyphenylenoxid) mit niedrig­ molekularen, üblichen Kunststoffen zu verschneiden, um weniger von den sehr teuren Kunststoffen einsetzen zu müssen.
Als zusätzliches Problem tritt die erforderliche, homogene Vermischung des Kunststoffes mit einem Treibmittel auf. Da die Treibmittel, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, aliphalischer Kohlenwasserstoffe oder ADC-Azodicarbonamid hinsichtlich ihrer Verarbeitungsbedingungen sich stark von den zu verar­ beitenden Kunststoffen unterscheidende Eigenschaften aufweisen und insbesondere nur innerhalb enger Temperatur- und Druckbe­ reiche verarbeitet werden können, ist eine homogene Vermi­ schung sehr schwierig. Inhomogenitäten hinsichtlich des Kunst­ stoff-Treibmittelgemisches verursachen einen ungleichmäßigen Aufschäumvorgang, d. h. es entstehen z. B. unterschiedliche Dic­ ken und Zellgrößen in einer aufgeschäumten Folie bzw. Schwach­ stellen bei anderen Produkten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels dem teure und hochmolekulare oder hochtemperaturbe­ ständige, aufgeschäumte Kunststoffe zwecks besserer Verarbei­ tungsfähigkeit mit herkömmlichen aufgeschäumten Kunststoffen, je nach geforderter Eigenschaften des Endkunststoffes ver­ schnitten werden können.
Weiterhin soll die Treibmittelaufnahmefähigkeit und -vertei­ lung in der Kunststoffmischung verbessert und die Vermischung und Homogenisierung besonderer Kunststoffe in einem Extruder ermöglicht werden, wobei bestimmte Eigenschaften eines Kunst­ stoffes, wie Flammfestigkeit, Druckfestigkeit, Wärmebeständig­ keit, durch das Verfahren eingestellt und variiert werden kön­ nen sollen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale, wie beschrieben in An­ spruch 1, gelöst.
Durch die Einspeisung des hochmolekularen und höher tempera­ turbeständigen Kunststoffes in einen Extruder mit einer regel­ baren oder auch konstanten Förderleistung, d. h. mit einem steuerbaren Verweilzeitspektrum, ist eine exakte Einstellung der Temperaturbeaufschlagungszeit des Kunststoffes gegeben, durch eine Variierung der Schneckendrehzahl, die für die Fördermengenleistung verantwortlich ist. In bevorzugter Weise wird ein Zweischneckenextruder eingesetzt, bei dem beide Schnecken Stege aufweisen, die sich mit ihren Rücken fast be­ rühren und gegenseitig abstreichen, so daß der gesamte Gang­ inhalt fast rückstandslos weitergefördert wird. Durch diese Anordnung kann gezielt auf die Verweilzeit des Materials Ein­ fluß genommen werden.
Der Kunststoff, z. B. ein hochmolekularer PPO, wird in die er­ ste Einspeiseöffnung eingegeben und auf einer Extruderlänge bis 10 D aufgeschmolzen.
Dann wird der niedermolekulare Kunststoff, z. B. Polystyrol, der weniger Zeit zum Aufschmelzen braucht, in die Kunststoff­ schmelze eingespeist und aufgeschmolzen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der hochmolekulare Kunststoff als Schmelze vorliegt, wenn der niedrigmolekulare Kunststoff in den Extru­ der eingespeist wird. Der Aufschmelzvorgang des niedrigmoleku­ laren Kunststoffes, der weitaus weniger temperaturbeständig ist, führt somit nicht zu einer thermischen Überbelastung dieses Kunststoffes und die Homogenisierung beider Kunststof­ fe als Schmelzen wird erheblich begünstigt.
In diese sehr individuell behandelte Kunststoffschmelze wird dann das Treibmittel eingedüst, wobei wiederum durch die re­ gelbare Förderleistung auf die Vermisch- und Verweilzeit des Treibmittels mit der Kunststoffmischung Einfluß genommen wer­ den kann.
Wenn ein sehr langsam aufschmelzender Kunststoff, z. B. ein SMA (Styrol-Maleinsäure-Anhydrid), dem vorher z. B. ein flammhem­ mender Bestandteil beigemischt worden ist und der in Granulat- oder Pulverform in die erste Einspeiseöffnung gegeben wird, aufgeschmolzen werden soll, wird die Drehzahl der Schnecke zu­ rückgenommen, wodurch die Verweilzeit bis zur zweiten Einspei­ seöffnung verlängert wird.
Dadurch wird auch in diesem Fall sichergestellt, daß an der zweiten Einspeiseöffnung ein aufgeschmolzener Kunststoff vor­ liegt, wodurch der Aufschmelzvorgang für den zweiten Kunst­ stoff verkürzt wird.
Es kann gezielt auf beide Kunststoffschmelzepunkte und Schmelzindexe eingegangen werden, wodurch der Aufschmelz- und Homogenisiervorgang individuell abgestimmt auf die Eigenschaf­ ten der Kunststoffe vorgenommen werden kann. Auf Verarbei­ tungsbedingungen der sehr teuren Spezialkunststoffe kann be­ sonders eingegangen werden.
Der Einsatz eines chemischen Treibmittels hat den Vorteil ei­ ner besseren Umweltverträglichkeit. Voraussetzung ist, daß in dem Einspeisebereich dieses Treibmittels der Extruder druck­ los gefahren wird, weil das chemische Treibmittel vorher in ein Kunststoffgranulat oder ein Kunststoffpulver eingearbei­ tet und dann als Granulat oder als Pulver in den Zweischnec­ kenextruder eingespeist wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, beim Einsatz eines che­ mischen Treibmittels eine größere Mischlänge, d. h. eine grö­ ßere Schneckenlänge des Doppelschneckenextruders etwa ab 4 D, gerechnet ab der Treibmitteleinspeiseöffnung, vorzusehen, um eine bessere Vermischung und Homogenisierung in der Kunst­ stoffschmelze zu erreichen.
Die Eingabe des chemischen Treibmittels erfolgt etwa nach ei­ ner Schneckenlänge von 28 D und die Homogenisierung der Schmelze mit dem granulat- oder auch pulverförmigen Treibmit­ tel wird in vorteilhafter Weise in den folgenden 4-6 D Schneckenlänge durchgeführt.
Die physikalischen Treibmittel liegen in flüssiger Form vor und werden mit einem, den Druck im Extrusionsraum überstei­ genden Druck eingedüst. Für die Vermischung und Homogenisie­ rung wird weniger Schneckenlänge benötigt.
Als eine besonders vorteilhafte Maßnahme hat sich die Einspei­ sung des Porenbildners zusammen mit dem niedrigmolekularen Kunststoff erwiesen, da eine sehr intensive Vermischung beider Bestandteile innerhalb kürzester Schneckenweglänge mit dem be­ reits als Schmelze vorliegenden, hochmolekularen oder hochtem­ peraturbeständigen Kunststoff erfolgt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Anlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Zeichnungen gezeigt und nachfolgend erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematisierten Längsschnitt durch eine Tandem-Anlage.
Fig. 2 einen Ausschnitt des Zweischneckenextru­ ders in vergrößerter Form.
Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2.
Die in Fig. 1 gezeigte Tandem-Anlage besteht aus dem Homogeni­ sierextruder 1 und dem Kühlextruder 2.
Der Homogenisierextruder ist als Zweischneckenextruder ausge­ bildet. Schnecken 3 und 4 weisen wendelförmig verlaufende Stege 5 und 6 auf und sind in dem Gehäuse 7 angeordnet. Die Schnecken 3 und 4 werden durch das stufenlos hinsichtlich der Drehzahl verstellbare Getriebe mit Antrieb 8 in Drehbewegung gesetzt, wodurch die ineinandergreifenden Stege 5 und 6 sich gegenseitig abstreichen. Durch einen derartig kämmenden Ein­ griff beider Stege 5 und 6 wird das in den Schneckengängen 9 und 10 sich befindende Material fast vollständig weitergeför­ dert, so daß ein sehr genaues Verweilzeitspektrum des Kunst­ stoffes in dem Zweischneckenextruder sichergestellt werden kann.
Durch eine Erhöhung oder Reduzierung der Schneckendrehzahl kann somit gezielt eine jeweilige Verweilzeit des Kunststoffes in dem Zweischneckenextruder eingestellt werden.
Dem Zweischneckenextruder sind weiterhin zwei oder drei Ein­ speiseöffnungen 11 und 12 zugeordnet, wobei der Abstand zwi­ schen beiden Einspeisetrichtern bis zu 10 D (Schneckendurch­ messer) sein kann, um in Verbindung mit einer Steuerung der Schneckendrehzahl und somit der Fördergeschwindigkeit, eine ausreichende Beaufschlagungszeit auf den in Granulatform ein­ gegebenen Kunststoff zur Verfügung zu haben.
Durch die Einspeiseleitung 13 wird in das Kunststoffgemisch ein Treibmittel mit einem Druck eingedüst, der geringfügig über dem Druck in dem Zweischneckenextruder 1 liegt.
Anstelle der Einspeiseleitung 13 kann auch ein Einspeisetrich­ ter vorgesehen werden, wenn ein chemisches Treibmittel als Masterbatch in Pulver- oder Granulatform eingebracht wird.
In einem solchen Fall hat es sich als Vorteil herausgestellt, noch ein etwa 5 D-langes Schneckenteil für eine gute Einmi­ schung des Treibmittels in die Schmelze zur Verfügung zu ha­ ben, bevor das Material/Treibmittelgemisch durch die Leitung 14 dem Kühlextruder 2 zugeführt wird, in dem eine Kühlung des Gemisches auf eine Temperatur kurz vor dem Aufschäumpunkt des Treibmittels erfolgt.
Anschließend wird die Kunststoffschmelze durch die schemati­ siert dargestellte Düse 15 zu einem nicht gezeigten Folien­ schlauch oder auch zu einem Flachprofil extrudiert, wobei beim Austritt der Schmelze aus der Düse der Aufschäumvorgang er­ folgt.
  • Bezugszeichenliste  1 = Homogenisierextruder
     2 = Kühlextruder
     3 = Schnecke
     4 = Schnecke
     5 = Stege
     6 = Stege
     7 = Gehäuse
     8 = Getriebe und Motor für Zweischneckenextruder
     9 = Schneckengänge
    10 = Schneckengänge
    11 = Einspeiseöffnung
    12 = Einspeiseöffnung
    13 = Einspeiseleitung für Treibmittel
    14 = Leitung
    15 = Düse

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen eines aufschäumbaren Kunststoffgemisches aus zwei unterschiedliche Eigenschaften aufweisenden Kunststoffen auf ei­ ner aus zwei Extrudern bestehenden Tandem-Ex­ truder-Anlage, in der das Kunststoffgemisch mit einem Treibmittel in einem ersten Extruder homo­ genisiert, danach einem zweiten Extruder zuge­ führt, in diesem gekühlt und zu einem Folien­ schlauch oder einem Profil extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer ersten Einspeiseöffnung des ersten Extruders ein hochmolekularer oder hochtempera­ turbeständiger Kunststoff eingespeist und strom­ abwärts in dem, eine regelbare Förderleistung durchführenden Extruder aufgeschmolzen wird,
daß in einer zweiten Einspeiseöffnung des ersten Extruders in den aufgeschmolzenen, homogenisier­ ten, in der ersten Einspeiseöffnung eingespeisten Kunststoff ein zweiter niedrigmolekularer oder niedrigtemperaturbeständiger Kunststoff zusammen mit einem Porenbildner eingespeist wird,
und daß anschließend in das aufgeschmolzene und homogenisierte Kunststoffgemisch stromabwärts im ersten Extruder in einer dritten Einspeiseöffnung ein Treibmittel eingebracht und mit der Mischung homogenisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochmolekulare oder hochtemperaturbestän­ dige Kunststoff ein PPO (Polyphenyloxid), ein SMA (Styrol-Maleinsäureanhydrid), ein ABS (Acryl-Buta­ dien-Styrol), ein PC (Polycarbonat), ein PVC (Poly­ vinylchlorid), ein PPS (Polyacrylsulfon) oder ein TPU (thermoplastischer Polyurethan) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigmolekulare oder niedrigtemperatur­ beständige Kunststoff ein PS (Polystyrol) oder ein PVC (Polyvinylchlorid) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel ein chemisches Treibmittel Azodicarbonamid ist, welches in einen geschmol­ zenen Kunststoff (Polyolefin oder Wachs) einge­ arbeitet, granuliert und als Masterbatch-Granu­ lat oder in Pulverform vorliegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel ein physikalisches Treib­ mittel, z. B. ein Fluorchlorwasserstoff, ein ali­ phatischer Kohlenwasserstoff, ein Co2 oder ein N2 eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Porenbildner ein organischer Porenbild­ ner, wie eine Zitronensäure oder ein Natriumbi­ karbonat oder ein anorganischer Porenbildner, wie Talkum, eingesetzt wird.
7. Extruderanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Extruder der Tandem-Anlage ein Zweischneckenextruder (1) mit einem, eine regel­ bare oder konstante Förderleistung gewährleisten­ den, kämmenden Schnecken-Dichtprofil (3, 4, 5, 6, 7) eingesetzt wird,
daß der Zweischneckenextruder (1) eine erste Ein­ speiseöffnung (11) aufweist,
daß nach etwa 10 D (D = Schneckendurchmesser) Schneckenlänge eine zweite Einspeiseöffnung (12) ange­ ordnet ist,
daß nach etwa 20 D-25 D Schneckenlänge eine dritte Einspeiseöffnung für ein chemisches Treibmittel angeordnet ist.
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