DE3786810T2 - Apparat und Verfahren zum Behandeln von viskosem Material. - Google Patents

Apparat und Verfahren zum Behandeln von viskosem Material.

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DE3786810T2 DE87301493T DE3786810T DE3786810T2 DE 3786810 T2 DE3786810 T2 DE 3786810T2 DE 87301493 T DE87301493 T DE 87301493T DE 3786810 T DE3786810 T DE 3786810T DE 3786810 T2 DE3786810 T2 DE 3786810T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln eines viskosen Stoffes wie z. B. Kunststoff, Kautschuk oder Gummi.
  • Eine betrachtete Form der Behandlung ist die Färbung. Bei vielen Formverfahren werden polymere Stoffe wie Kunststoffverbindungen und Gummi- bzw. Kautschukverbindungen einer Maschine wie z. B. einem Extruder zugeführt, der das zugeführte Material schmilzt und es durch eine Extrusionsform hindurch drückt, um ein längliches Erzeugnis zu erzeugen. Obwohl das endgültige Erzeugnis möglicherweise gefärbt werden muß, bestehen viele Vorteile, ein zugeführtes Material zu verwenden, das die notwendigen Farbstoffe nicht enthält, und dann diese Farbstoffe hinzuzufügen, bevor das Material zur Extrusionsform weitergeleitet wird. Ein möglicher Vorteil, der so erhalten werden kann, besteht im schnellen Wechseln von einer Farbe zu einer anderen. Ein zweiter möglicher Vorteil besteht in der Möglichkeit, nur die Oberfläche oder bestimmte Bereiche des Extrudats zu färben. Ein dritter möglicher Vorteil besteht in der Möglichkeit, eine Vielzahl von Extrudaten von einer einzigen Quelle von geschmolzenem Polymer mit unterschiedlicher Färbung in den Extrudaten zu erzeugen. Diese Merkmale können zu einem verbesserten Produktionswirkungsgrad, einer Verringerung der Herstellungskosten und der Möglichkeit führen, neue Herstellungstechniken zu benutzen.
  • Die Farbstoffe sind normalerweise feste Pigmente mit kleiner Teilchengröße, und ein bequemes Verfahren zum Zuführen derselben besteht darin, eine Dispersion des Feststoffes in einem Trägerfluid zu bilden, das mit dem zu verarbeitenden Polymermaterial verträglich ist. Die Flüssigkeitsdispersion und die polymere Grundverbindung können dann in eine geeignete Einrichtung gepumpt werden, die normalerweise ein gewisses Mischen durchführt, um eine Färbung der polymeren Grundverbindung zu bewirken, wobei das Trägerfluid in das Grundpolymer eingebracht wird.
  • Es sind Versuche gemacht worden, Färbung in diesem Sinne durchzuführen, es werden jedoch unzufriedenstellende Ergebnisse erhalten, falls nicht eine ausreichende Mischung des Färbemittels in wenigstens einen Teil des geschmolzenen Stroms von Polymer erzielt wird. Typischerweise können Probleme mit einem Überschuß von Trägerfluid auftreten, das auf der äußeren Oberfläche erscheint und diese zu weich oder klebrig macht. Auch kann mangelhafte Verteilung der Farbe zu einer streifigen Erscheinung des Extrudats führen. Außerdem können lokale Konzentration von Farbstoff zu schlechten mechanischen Eigenschaften und schlechten elektrischen Eigenschaften im Falle einer Isolierung führen, die an einem elektrischen Kabel angebracht wird.
  • Der-Zweck einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, ein Mittel zu schaffen, durch das ein ausreichendes Mischen des zugefügten flüssigen Farbstoffs mit dem erforderlichen Abschnitt oder Querschnitt des Extrudats erreicht wird, um die aufgezählten Probleme zu bewältigen. Ein weiteres Merkmal der Ausführungsform besteht darin, daß das Farbstoffzuführungssystem in Verbindung mit einem Mittel, das auf dem Verdrängerprinzip beruht, wie z. B. einer Zahnradpumpe, angewendet wird, die dazu dient, beim Erzeugen des zusätzlichen Drucks unterstützend zu wirken, der zum Durchführen des Farbmischvorgangs und dazu notwendig ist, im Querschnitt des Erzeugnisses eine verbesserte Gleichförmigkeit zu erhalten. Eine Einrichtung, die auf dem Verdrängerprinzip beruht, die auf jeden einer Vielzahl von Extrusionsströmen angewendet wird, die von einer Quelle geschmolzenen Polymers gespeist werden, ermöglicht es auch, daß die Größen dieser Extrusionsströme gleich gemacht werden können oder in einer ausgewählten Größenbeziehung zueinander gehalten werden können. Auf diese Weise kann die Erfindung für die Herstellung von Vielfachextrusionen mit verschiedener Färbung oder anderen Zusatzstoffmerkmalen angewendet werden.
  • In US 4 182 601 liefert z. B. ein Extruder einen einzigen Strom eines homogenisierten Kunststoffes. Dieser Strom wird in zwei getrennte Unterströme aufgeteilt. Ein Zusatzstoff wie z. B. ein Farbstoff wird in einen dieser Ströme mit Hilfe einer Dosiereinrichtung wie z. B. einer Zahnradpumpe injiziert. Die einzelnen Unterströme müssen sorgfältig für einen vorgegebenen Durchsatz ausbalanciert werden. Irgendeine Variation im Extruderausstoß hat die Tendenz, dieses Gleichgewicht zu stören und hat eine negative Wirkung auf das Endprodukt. Da der Extruder eine damit grundsätzlich verknüpfte variable Pumpwirkung hat, führt dies zu großen praktischen Problemen.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Behandeln eines viskosen Materials geschaffen, die Mittel zum Zuführen eines Stoffes, Mittel zum Aufteilen von die Zuführungsmittel passierendem Stoffin zumindest zwei Teilströme, einen Mischer zum Einmischen von modifizierendem Mittel in zumindest einen der Ströme und Mittel zum Wiederzusammenführen der Ströme umfaßt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zuführungsmittel auf dem Verdrängerprinzip beruhen.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Modifizieren eines viskosen Stoffes geschaffen, das die Schritte umfaßt: Stoffzufuhr durch Zuführungsmittel, Aufteilen des Stoffflusses in mindestens zwei Ströme, Einmischen eines modifizierenden Mittels in mindestens einen der Ströme und nachfolgend wieder Zusammenfügen der Ströme zur Bildung eines zusammengesetzten Materials, das benachbart liegende modifizierte und nicht modifizierte Bereiche umfaßt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zuführmittel auf dem Verdrängerprinzip beruhen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die auf dem Verdrängerprinzip beruhenden Mittel eine Zahnradpumpe aufweisen. Die Mittel können durch eine Extruder gespeist werden. Die Aufteilungsmittel können einen sich gabelnden Strömungsweg aufweisen, wobei die Abmaße der Abzweigungen so gewählt sind, daß sie in den entsprechenden Teilströmen die gewünschten Strömungen zulassen. Ist ein Strom einem größeren Widerstand als der andere ausgesetzt, so kann in dem Zweig mit niedrigerem Widerstand eine Verengung vorgesehen sein, um Strömung im Zweig mit hohem Widerstand zu begünstigen. Der Mischer kann ein Cavity Transfer Mixer (Extrudermischer, Innenmischer) sein (ein solcher Mischer ist im europäischen Patent 0 048 590 beschrieben), und das modifizierende Mittel ein Farbstoff. Alternativ können andere statische oder dynamische Mischer verwendet werden, die die Farbe in die Polymerverbindung in zufriedenstellender Weise einmischen. Die Mittel zum Wiederzusammenführen der Ströme können ein Mehrschicht- Spritzkopf sein, und dieser kann so arbeiten, daß der modifizierte Stoff gänzlich außerhalb von dem nicht modifizierten Stoff gehalten ist. Z.B. kann der modifizierte Stoff den nicht-modifizierten Stoff vollständig umgeben, oder der modifizierte Stoff kann auf oder in der Oberfläche des Stoffes in Streifen oder anderen gesonderten Gebieten angeordnet sein. Die Aufteilungsmittel können eine Abtrennung zwischen benachbarten Teilen desselben Zuführungsmittels oder zwischen verschiedenen benachbarten Zuführungsmitteln umfassen.
  • Alternativ können die modifizierten und nicht-modifizierten Schmelzflußströme in besonderer Weise vor Eintritt in den Spritzkopf wieder zusammengeführt werden, so daß ihre Strömung durch die Form die Ströme am Ausgang in die gewünschte Konfiguration bringt.
  • Ein einziger Extruder kann eine Vielzahl von Zuführmitteln speisen, von denen jedes mit entsprechenden Mitteln zum Aufteilen, Mischen und Wiederzusammenführen verknüpft ist. Ein einziges Zuführungsmittel kann mehr als einen Mischer versorgen, in welchem Falle Mittel vorgesehen sind, die Strömung auf zuteilen, um die zusätzliche Anzahl von Teilströmen zu schaffen.
  • Das modifizierende Mittel wird vorteilhafterweise in die geeignete Strömung zwischen den Stoffzuführungsmitteln und dem Mischer eingeführt. Im Falle eines Farbstoffes findet die Einführung durch einen Farbstoffinjektor statt. Falls die Mittel zum Wiederzusammenführen einen Spritzkopf zum Bilden einer Drahtisolation bilden, so erlaubt dies, daß die Isolation in zwei konzentrischen ringförmigen Schichten gebildet wird, wobei die innere nicht modifiziert und die äußere modifiziert ist.
  • Damit die Erfindung besser verstanden werden kann, sollen nun zwei Ausführungsformen beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Seitenansicht einer Anordnung;
  • Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt der Anordnung von Fig. 1;
  • Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch den den Spritzkopf bildenden Teil der Anordnung der Fig. 1;
  • Fig. 4 u. 5 Querschnittsansichten von Drähten, die unter Verwendung der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 gebildet werden können; und
  • Fig. 6 eine Seitenansicht einer zu Fig. 1 alternativen Anordnung.
  • Wie dies in den Fig. 1-5 der Zeichnungen gezeigt ist, weist die Anordnung einen Extruder 1, eine Zahnradpumpe 2, einen Cavity Transfer Mixer (Extrudermischer, Innenmischer) 3 und einen Spritzkopf 4 auf. Der Extruder 1 führt ein Kautschuk-, Gummi- oder Kunststoffmaterial der Zahnradpumpe 2 zu, die als eine nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Einrichtung die Materialströmung durch die Anlage dosiert. In Strömungsrichtung hinter der Zahnradpumpe 2 wird die aus der Zahnradpumpe 2 herausströmende Strömung in zwei Strömungszweige 5 und 6 aufgespalten, die innerhalb von zwei Kanälen 7 und 8 eingeschlossen sind, die durch einen Block 9 definiert werden, der zwischen der Pumpe 2 und einem weiteren Block 10 angeordnet ist. In diesem weiteren Block ist der Cavity Transfer Mixer (Extrudermischer, Innenmischer) 3 angeordnet, wobei dieser weitere Block einen Kanal 11 begrenzt, der eine Verlängerung des Kanals 7 bildet. Der Kanal 8 führt durch den Block 10 und den Stator 12 des Cavity-Transfer-Mixers, um mit den Ausnehmungen 14 im Rotor 13 des Mischers in Verbindung zu stehen.
  • Um die Strömung durch den Kanal 8 mit dem kleineren Querschnitt zu begünstigen, wird falls notwendig eine Verengung 15 im Kanal 7 mit dem größeren Querschnitt gebildet. Farbstoff oder ein anderes modifizierendes Mittel wird mit Hilfe eines Farbstoffinjektors 16, der sich in den Kanal erstreckt, in den Stoffinjiziert, der durch den Kanal 8 fließt. Dieser Farbstoff wird mit dem Material im Mischer 3 gründlich gemischt, und das gefärbte Material tritt aus dem Mischer heraus in den Spritzkopf 4 ein. Inzwischen gelangt nicht-gefärbtes oder nicht-modifiziertes Material durch den Kanal 11 direkt zum Spritzkopf 4.
  • In Fig. 1 ist ein Spritzkopf im Querschnitt gezeigt, bei dem der zu beschichtende Leiterdraht 20 senkrecht in die Papierebene oder aus derselben heraus durchläuft. Es wird nun zusätzlich auf Fig. 3 Bezug genommen, wobei ersichtlich ist, daß die Strömungen von gefärbtem und nicht-gefärbtem Material 6 und 5 in den Spritzkopf (der eine Form 24 aufweist) an unterschiedlichen Stellen eingeführt werden, die mit den Bezugszeichen 30 und 31 versehen sind. Das nicht-gefärbte Material wird um den Draht herum (mit dem Bezugszeichen 20) zuerst und das gefärbte Material wird um das ungefärbte Material herum gebildet. Der sich ergebende Querschnitt durch den Draht ist in Fig. 5 gezeigt, wobei das nicht-gefärbte Material 21 und das gefärbte Material 22 ist. Falls erwünscht, können unterschiedliche Wirkungen erzeugt werden. Z.B. könnte eine streifenförmige Wirkung von gefärbtem und nicht-gefärbtem Material erzeugt werden, indem sich das gefärbte Material durch getrennte Bereiche des nicht-gefärbten Grundmaterials erstreckt. Ein Querschnitt durch diese Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt.
  • Die oben beschriebene Ausführungsform ermöglicht es, daß ein gefärbter isolierter Draht ökonomisch und mit guten isolierenden Eigenschaften erzeugt wird. Da im System weniger Farbstoff vorhanden ist als bei früheren Färbanlagen, sind schnellere Farbwechsel möglich.
  • Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform Farbstoff in den Kanal 7 eingeführt wird, der zum Mischer führt, kann es aus praktischen Gründen zweckmäßiger sein, den Farbstoff durch den Stator 12 des Mixers selbst einzuführen. Eine solche Anordnung ist in Fig. 6 der Zeichnungen gezeigt, wo der Farbstoffinjektor mit Bezugszeichen 40 versehen ist. Diese Anordnung kann zu verringerten Farbstoffverlusten durch Dichtungen des Mischers führen.
  • Man wird verstehen, daß die obige Ausführungsform nur beispielsweise beschrieben worden ist und daß viele Abwandlungen innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche möglich sind. Z.B. können mehrere Leitungen, die eine Pumpe, einen Mischer und einen Spritzkopf aufweisen, von einem einzigen Extrudersystem gespeist werden, was gleichzeitige und unabhängige Färbung einer Vielzahl von Drähten ermöglicht. Außerdem kann eine einzige Zahnradpumpe mehr als einen Mischer speisen, in welchem Fall ein einzelner Draht mit zwei oder mehr unterschiedlichen Farben gefärbt werden kann. Auch die Materialströmung vom Extruder kann an der Pumpe selbst entweder dadurch aufgespalten werden, daß man unterschiedliche Zahnradpumpen Seite an Seite hat, die jedoch voneinander abgetrennt sind, oder indem man eine interne Abtrennung in einer Zahnradpumpe hat. Im Falle verschiedener Zahnradpumpen oder einer Zahnradpumpe mit einer Abtrennung wird ein fester Anteil der Schmelzströmung gezwungen, durch die Mischeinrichtung zu strömen. Darüber hinaus kann in einem solchen System der Farbstoff oder der andere Zusatzstoff am Einlaß oder vor dem Einlaß der entsprechenden Zahnradpumpe oder des Zahnradpumpenabschnitts injiziert werden, wodurch der Höchstdruck verringert wird, der bei der zusätzlichen Pumpe erforderlich ist.

Claims (24)

1. Vorrichtung zum Behandeln eines viskosen Stoffes, die Mittel (2) zum Zuführen des Stoffes, Mittel (7, 8 und 9) zum Aufteilen von die Zuführungsmittel passierendem Stoff in zumindest zwei Teilströme (5 und 6), einen Mischer (3) zum Einmischen von modifizierendem Mittel in zumindest einen der Ströme und Mittel (4) zum Wiederzusammenführen der Ströme umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsmittel auf dem Verdrängerprinzip beruhen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verdränger- Zuführungsmittel eine Zahnradpumpe (2) umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verdränger-Zuführungsmittel durch einen Extruder gespeist werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Aufteilungsmittel einen sich gabelnden Strömungsweg (7 und 8) umfassen und die Abmaße seiner Abzweigungen so gewählt sind, daß sie in den entsprechenden Teilströmen die gewünschten Strömungen zulassen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der Mittel (16) zum Einführen eines modifizierenden Mittels zu einem der Ströme vor dem Mischer vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der Mittel (40) vorgesehen sind zum Einführen eines modifizierenden Mittels in einen der Ströme im Bereich des Mischers.
7. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der eine Verengung (15) im Strömungsweg (7) für einen Teilstrom (5) vorgesehen ist, die den Fluß in den oder jeden anderen Teilstrom (6) begünstigt.
8. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Mischer ein Cavity-Transfer-Mixer (Extrudermischer, Innenmischer) (3) ist.
9. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das Mittel zum Wiederzusammenführen der Ströme ein Mehrschicht-Spritzkopf ist.
10. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das Mittel zum Wiederzusammenführen (4) der Ströme so arbeitet, daß der modifizierte Stoff gänzlich außerhalb von dem nicht modifizierten Stoff gehalten ist.
11. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Aufteilungsmittel eine Abtrennung zwischen benachbarten Teilen desselben Zuführungsmittels (2) umfassen.
12. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Aufteilungsmittel eine Abtrennung zwischen verschiedenen benachbarten Zuführungsmitteln (2) umfassen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Mehrzahl von Zuführungsmitteln (2) durch einen einzigen Extruder (1) gespeist ist und jedem Zufuhrmittel (2) jeweilige Mittel zum Aufteilen, Mischen und Wiederzusammenführen (7, 8, 3, 4) zugeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zuführmittel (2) mehr als einen Mischer (3) speisen, wobei die Aufteilungsmittel eine entsprechende Anzahl von weiteren Teilströmen bewirken.
15. Verfahren zum Modifizieren eines viskosen Stoffes, das die Schritte umfaßt: Stoffzufuhr mittels Zuführungsmitteln, Aufteilen des Stoffflusses in mindestens zwei Ströme, Einmischen eines modifzierenden Mittels in mindestens einen der Ströme und nachfolgend Wiederzusammenfügen der Ströme zur Bildung eines zusammengesetzten Materials, das benachbart liegende modifizierte und nicht modifizierte Bereiche umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel auf dem Verdrängerprinzip beruhen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das modifizierende Mittel ein Farbstoff ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Farbstoff mittels eines Farbstoffinjektors (16) eingespritzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei dem das modifizierende Mittel in zumindest einen der Ströme (6) mittels eines Cavity-Transfer-Mixers (Extrudermischer, Innenmischer eingemischt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, bei dem die modifizierten und nicht modifizierten Ströme (6, 5) vor dem Durchgang durch einen Spritzkopf (4) in einer gewünschten Weise wieder zusammengeführt werden, so daß die wieder zusammengeführten Ströme aus dem Spritzkopf (4) in einer entsprechend gewünschten Konfiguration herauskommen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Stoff in einem Spritzkopf (4) wieder zusammengeführt ist zur Bildung zweier konzentrischer Schichten (21,22), wobei die eine modifiziert ist und die andere nicht.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem der Stoff von einem einzelnen Extruder (1) einer Vielzahl von auf dem Verdrängerprinzip beruhenden Zuführungsmittel (2) zugeführt ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem ein einzelnes, auf dem Verdrängerprinzip beruhendes Zuführungsmittel mehr als einen Mischer (3) beliefert.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem modifizierendes Mittel in einen der Ströme (6) vor dem Mischer (3) eingeführt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem modifizierendes Mittel in einen der Ströme (6) im Bereich des Mischers (3) eingeführt wird.
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