DE4429708C2 - Spritzverfahren für Polyethylen-Terephtalat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzformen von Polyethylen-Te­ rephtalat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Die US 4 074 362 offenbart ein Verfahren der eingangs genannten Art. Dar­ gestellt wird eine belüftete Spritzformmaschine, in der es möglich sein soll, sehr unterschiedliche Kunststoffe ohne Vortrocknung zu verarbeiten. Zu die­ sen Kunststoffen sollen Polyester gehören.

Die DE 22 17 413 A offenbart eine Spritzgußmaschine für Kunststoffe mit Ent- bzw. Belüftungsöffnung im Heizzylinder zur Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Bestandteilen, die an dem Kunststoffmaterial anhaften oder in diesem enthalten sein können. Die Ent- bzw. Belüftungsöffnung soll mit einer Vakuumpumpe über eine Leitung verbunden sein. Über die Höhe des zu er­ zeugenden Unterdrucks enthält die Anmeldung keine Angaben.

Polyethylen-Terephtalat, das im folgenden durch PET abgekürzt werden soll, wie es üblicherweise als Material für Verpackungsbehälter und dergleichen verwendet wird, hat die Eigenschaft, Feuchtigkeit aufzunehmen. Wenn es also als Formmaterial einer Spritzmaschine zugeführt wird, ergibt sich eine schlechte Verformbarkeit, eine Veränderung in der Dosierung oder eine Hy­ drolyse aufgrund der Verdampfung des Wassergehalts im Material, so daß ei­ ne Vortrocknung bei PET bisher als notwendig angesehen wird.

Insbesondere weist ein Formmaterial, das durch Pulverisieren von gebrauch­ ten PET-Produkten zu flockenförmigen Teilen zum Zwecke der Wiederver­ wendung hergestellt wird, eine unregelmäßige Größe der Flocken und einen Wassergehalt aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption auf, der sich mit den Flocken ändert, so daß das Material eine stärkere Vortrocknung erfordert, als noch nicht verwendetes Formmaterial mit gleichmäßigen Partikeln.

Das oben erwähnte Vorheizen erfordert etwa vier Stunden bei einer Tempe­ ratur von 150°C für gebrauchtes PET als ein kristallisiertes Harz. Das Vor­ trocknen muß daher am frühen Morgen begonnen werden, und wenn ein au­ tomatischer Formvorgang kontinuierlich rund um die Uhr durchgeführt wer­ den soll, muß die Einstellung der Fördermenge genau durchgeführt werden, damit das Tocknen mit dem Formvorgang übereinstimmt. Außerdem besteht ein Nachteil darin, daß bei einem Fehler am Trockner auch der Formvorgang unterbrochen werden muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verarbeitung von ungetrock­ netem PET zur Verfügung zu stellen, bei dem die entlüfteten, dampfförmigen Bestandteile zurückgewonnen werden können.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1.

Erfindungsgemäß wird eine Spritzmaschine verwendet, die eine Belüftungs­ funktion aufweist.

Obwohl der Spritzvorgang des Harzmaterials unter Verwendung einer Ma­ schine mit Belüftungsfunktion an sich bekannt ist, hat eine Verwendung beim Spritzvorgang von PET bisher nicht stattgefunden. Auf diesem Gebiet kann ein Gegenstand mit guter Formqualität hergestellt werden.

Die Formbedingungen schließen eine Heiztemperatur, ein Kompressionsver­ hältnis, Entlüftungsgrad und Art der Entlüftungseinrichtung ein. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben diese Bedingungen untersucht und festge­ stellt, daß die Entlüftung als Zwangsentlüftung durch Vakuum durchgeführt werden sollte. Insbesondere sollte ein Unterdruck in einem vorgegebenen Bereich erzeugt werden.

Folglich ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein Formmateri­ al aus ungetrocknetem PET der Spritzmaschine zugeführt wird und in dieser ein Vakuum von 50 bis 150 torr (entsprechend 6666,1-19998,3 Pa.) erzeugt wird.

Obgleich bei einem Unterdruckbereich außerhalb des Bereichs von 50 bis 150 torr eine Hydrolyse aufgrund des verbleibenden Wassergehalts oder ein Überdruck entstehen, die den Formvorgang erschweren, treten diese Schwierigkeiten nicht auf, wenn kontinuierlich ein Unterdruck im zuvor erwähnten Bereich erzeugt wird. Selbst wenn ungetrocknetes PET ohne Vortrocknung als Formmaterial verwendet wird, wird der Wasseranteil während der Plastifizierung und des Knetvorganges zwangsweise entfernt, so daß ein transparenter, hochwertiger Artikel mit verbesserter Festigkeit entsteht.

Folglich werden die Zeit, die Arbeit und die Anlage, die zum Vortrocknen er­ forderlich waren, unnötig, und ein automatischer Formvorgang unter Ver­ wendung von ungetrocknetem PET wird in der Praxis möglich, so daß die Produktivität verbessert und die Formkosten reduziert werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Längschnitt einer Spritzmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Formen von ungetrocknetem PET;

Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt durch eine bei diesem Verfahren verwendete Vakuumeinheit;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Spritzformmaschine, die es gestattet, unregelmäßig geformtes PET zu verarbeiten;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Formmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform;

Fig. 5 ist ein Diagramm und zeigt die Beziehung zwischen dem Dreh­ moment der Plastifizierungs- und Einspritzschnecke und der Drehzahl der Förderschraube.

In Fig. 1 bezieht sich die Bezugsziffer 1 auf einen Plastifizier- und Einspritzzy­ linder 1, im folgenden Einspritzzylinder genannt, mit einer Düse 2 an seinem Ende. Ein Materialeinlaß 5 mit einer Förderschraube 4 ist an seinem rück­ wärtigen Einlaß 3 angebracht. Eine Bandheizung 6 befindet sich auf dem äu­ ßeren Umfang des Heizzylinders 1. Eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 7, im folgenden kurz Einspritzschnecke genannt, ist drehbar sowie vorwärts und rückwärts beweglich im Inneren des Einspritzzylinders 1 angeordnet.

Die Einspritzschnecke 7 umfaßt eine vordere Schnecke 7a, bei der der Durchmesser des Kopfbereiches gegenüber dem übrigen Bereich vergrößert ist, so daß ein Kompressionsabschnitt entsteht. Eine Entlüftungsöffnung 8 be­ findet sich in der Wand des Einspritzzylinders 1 im rückwärtigen Bereich der vorderen Schnecke 7a.

Mit der Entlüftungsöffnung 8 ist über ein Zwischenstück 11 eine Vakuumlei­ tung 10 mit einer Saugpumpe 9 verbunden. Die Pumpe erlaubt es, das Innere der Entlüftungsöffnung auf einen Unterdruck von 50 bis 150 torr (0,07 bis 0,2 bar) zu bringen. Zugleich wird ein pelletförmiges Formmaterial 20 plasti­ fiziert und geknetet.

In der Vakuumleitung 10 ist ein Rückgewinnungsbehälter 12 angeordnet, der dazu dient, verdampftes Formmaterial 20 zu kühlen und auszuscheiden, und ein Filter 13. Der Rückgewinnungsbehälter 12 besteht aus einem Gehäuse, dessen Wand als Kühlmantel 14 ausgebildet ist und das alternativ durch Trennwände 15 unterteilt ist, die einen Kanal 16 für die angesaugten Dämpfe bilden. Die Dämpfe, die aus der Entlüftungsöffnung 8 abgezogen werden, wer­ den auf diese Weise in dem Gehäuse unter Verwendung von Kühlwasser, das durch den Kühlmantel 14 strömt, kondensiert und zurückgewonnen.

Beim Formen mit der Spritzformmaschine mit Entlüftungsfunktion wird die Temperatur des Injektionszylinders 1 auf 260 bis 280°C mit Hilfe der Band­ heizung 6 eingestellt. Beim herkömmlichen Spritzen mit PET muß das Form­ material 20 zuvor getrocknet werden, während es bei der vorliegenden Aus­ führungsform nicht getrocknet wird, sondern unmittelbar über den Material­ einlaß 5 in den Injektionszylinder 1 eingeleitet wird. Ein ungetrocknetes PET als Formmaterial 20, unabhängig davon, ob es pulver- oder flockenförmig vorliegt, wird unter Druck der Förderschraube (4) in den Einlaß eingeleitet. Auf diese Weise wird ein Hängenbleiben des Materials und damit eine unre­ gelmäßige Zufuhr des Formmaterials verhindert.

Obgleich die Dosierung des Formmaterials 20 wie bei herkömmlichen Spritz­ vorgängen derart durchgeführt wird, daß das Formmaterial 20 geschmolzen und geknetet wird, während es durch die Injektionsschraube 7 vorgerückt wird, wird das Formmaterial 20 nicht vollständig im Bereich der hinteren Schraube 7b geschmolzen. Es wird in angeschmolzenem Zustand in den Kompressionsbereich eingeleitet, in dem es komprimiert wird.

Das komprimierte Formmaterial 20 wird zum hinteren Bereich der vorderen Schraube 7a vorgeschoben, und da der Durchmesser der vorderen Schraube 7a kleiner als derjenige des Kompressionsbereichs der hinteren Schraube 7b ist und der Zwischenraum im Umfangsbereich größer ist, können Dämpfe, wie etwa Wasser, in dem Formmaterial ausgedehnt und im rückwärtigen Be­ reich der vorderen Schnecke 7a abgezogen werden, und zugleich wird durch kontinuierliches Ansaugen mit Hilfe der Saugpumpe 9 der Dampf durch die Entlüftungsöffnung 8 in den Rückgewinnungsbehälter 12 über die Vakuumlei­ tung 10 gezogen.

Das bewirkt, daß der Wassergehalt in dem Formmaterial vollständig entfernt wird, und das Formmaterial wird durch den Kompressionsabschnitt der vor­ deren Schnecke 7a erhitzt und komprimiert, so daß das Material weiter ge­ schmolzen und geknetet wird, und wird sodann zum Kopfbereich des vorde­ ren Abschnitts der Schnecke vorgeschoben. Mit der Vorwärtsbewegung der Einspritzschnecke 7 wird das Formmaterial 20 in die Form eingespritzt, so daß das ungetrocknete PET zu den gewünschten Gegenständen geformt wer­ den kann.

Fig. 3 und die weiteren Figuren sind Darstellungen zur Erläuterung des För­ derns eines unregelmäßig geformten Formmaterials, das bei dem Vorliegen­ den Formverfahren verwendet werden kann.

Im rückwärtigen Bereich des Einspritzzylinders 1 mit der Einspritzschnecke 7 befindet sich der Einlaß 3, an dem der Materialeinlaß 5 oder Material­ trichter angebracht ist, der die senkrechte Förderschraube 4 in seinem Zen­ trum enthält. Auf diese Weise weist das vordere Ende der Förderschraube 4 einen vorgegebenen Abstand zu der Einspritzschnecke 7 auf.

Auf dem Materialeinlaß 5 befindet sich ein Motor 21 für die Förderschraube 4. Eine Drehung der Förderschraube 4 durch den Motor 21 ermöglicht es, unregelmäßig geformtes Formmaterial 20 in dem Materialeinlaß zwangsweise in den Einlaß 3 des Zylinders einzubringen.

Mit 22 ist ein Hydraulikmotor bezeichnet, der die Einspritzschnecke 7 dreht und der mit dem rückwärtigen Endbereich 23 des Einspritzzylinders verbun­ den ist. Druckfühler 24 und 25 befinden sich in der Hydraulikbahn auf der Einlaß- und Auslaßseite des Hydraulikmotors 22. Mit 26 ist eine Hydraulik­ pumpe bezeichnet.

Wenn bei einer derartigen Spritzformmaschine unregelmäßig geformtes Formmaterial 20 in Form von aus Flocken bestehendem, wieder aufgearbeite­ tem PET verschiedener Form und Größe in den Materialeinlaß 5 eingebracht wird und die Drehzahl der Einspritzschnecke auf einen konstanten Wert ge­ setzt wird, das Formmaterial 20 durch Drehung der Förderschraube 4 zwangsweise in den Einlaß 3 eingebracht wird, wird das Formmaterial 20 nach und nach durch Drehung der Einspritzschnecke 7 in den Einspritzzy­ linder 1 aufgenommen und vorgeschoben. Das Material wird unter Druck dem vorderen Kopfbereich der Schnecke zugeführt, während es geschmolzen und geknetet bzw. plastifiziert wird, und durch den Druck des geschmolzenen Materials, das im Kopfbereich angesammelt wird, wird die Einspritzschnecke 7 allmählich zurückbewegt zur Durchführung der Dosierung.

Obgleich die Förderrate des Formmaterials 20, das der Einspritzschnecke 7 zugeführt wird, proportional zu der Drehzahl der Förderschraube 4 zunimmt, muß die Drehzahl unter Berücksichtigung der Drehzahl der Einspritz­ schnecke 7 eingestellt werden. Andernfalls wird übermäßig viel Material zu­ geführt und gegen den Einlaß 3 gedrückt, so daß eine starke Last der Dre­ hung der Einspritzschnecke 7 entgegenwirkt und ein ungünstiger Betriebs­ zustand eintritt.

Eine Untersuchung der Materialbelastung, die auf die Einspritzschnecke 7 bei bestimmter Drehzahl der Förderschraube ausgeübt wird, hat ein Drehmo­ ment gemäß Fig. 5 ergeben. Das Drehmoment der Einspritzschnecke 7 ent­ spricht der Differenz des Druckes zwischen den Druckfühlern 24 und 25 des oben erwähnten Hydraulikmotors 22.

Die Dimensionen und Daten der Einspritzschnecke 7 und der Förderschrau­ be 4 bei der obigen Ausführungsform sind wie folgt:

Einspritzschnecke

Schneckendurchmesser	36 mm
Tiefe der Nuten	5,0 mm (Förderbereich)
L/D	19,0
Drehzahl (l/min)	150,0

Förderschraube

Schraubendurchmesser	32 mm
Nutentiefe	6,0 mm
P/D	0,6

Fördermenge für jede Drehzahl

Abstand vorderes Ende Förderschraube zu Einspritzschnecke

50 mm

Formmaterial

pulverisiertes Material (flockenförmig) aus PET-Behältern

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, steigt das Drehmoment der Einspritzschnecke 7 schlagartig an, wenn die Drehzahl der Förderschraube 4 den Wert von 40 l/min überschreitet, und bei 50 l/min bleibt die Einspritzschnecke stehen. Wenn das erwähnte unregelmäßige Formmaterial 20 mit einer Drehzahl ge­ fördert wird, die etwas über der Drehzahl am Übergangspunkt liegt, war die Verformbarkeit des Formmaterials 20 gut und gleichmäßig, und es ergaben sich keine Schwankungen bei der Fördermenge, sondern im wesentlichen konstante Werte über die Zeit. Dabei lag vor allem die Drehzahl etwas über der Drehzahl am Übergangspunkt.

Bei einer niedrigeren Drehzahl wurde die Fördermenge niedriger, so daß sich die Zufuhr ausdehnte. Eine niedrigere Drehzahl wird daher nicht als vor­ teilhaft angesehen. Bei einer wesentlich höheren Drehzahl als derjenigen am Übergangspunkt ergeben sich Schwankungen in der Dosierzeit und dem Energieverbrauch, ohne daß Gründe hierfür bisher erkennbar sind.

Bei einer Materialzufuhr mit einer Drehzahl von 40 l/min, das heißt derjeni­ gen am Übergangspunkt, ergibt sich keine wesentliche Schwankung im Dreh­ moment. Der Energieverbrauch steigt nicht im erwarteten Sinne an, und eine angemessene Fördermenge ergibt eine stabile Materialzufuhr und angemesse­ ne Zufuhrzeit.

Um eine Drehzahl von 35 l/min herum sind die Parameter, ausgenommen die Zufuhrzeit, die gleichen wie bei einer Drehzahl von 40 l/min. Die Zufuhr­ zeit wird jedoch etwas länger. Bei einer Drehzahl von 42 l/min steigt das Drehmoment etwas, aber der Förderdurchsatz nimmt nicht zu, so daß auch hier ein stabile Zufuhr erreicht wird.

Wenn die Drehzahl am Übergangspunkt als Richtlinie verwendet wird und das Formmaterial mit einer Drehzahl um diesen Wert herum gefördert wird, kann auch unregelmäßig geformtes Formmaterial, das durch die Schüttdichte beeinflußt werden kann, stabil gefördert werden.

Obgleich der Übergangspunkt dadurch ermittelt wird, daß bei einer Ände­ rung der Drehzahl der Förderschraube das Drehmoment der Einspritz­ schnecke dargestellt wird und die Drehzahl des Motors 21 gemäß Fig. 4 ent­ sprechend eingestellt wird, kann eine automatische Einstellung der Drehzahl der Förderschraube mit Hilfe einer Steuerung 27 durchgeführt werden, die elektrisch die Druckdifferenz an den Meßfühlern 24 und 25 ermittelt und das Drehmoment für jede Drehzahl errechnet und daraus den Übergangs­ punkt bestimmt und den Motor 21 entsprechend einstellt.

Claims (1)

1. Verfahren zum Spritzformen von ungetrocknetem Polyethylen-Terephtalat (PET), bei dem mit Hilfe einer Plastifizier- und Einspritzschnecke, die sich in einem Plastifizier- und Einspritzzylinder mit Entlüftung befindet, ungetrocknetes Polye­ thylen-Terephtalat (PET) durch einen Materialeinlaß im rückwärtigen Bereich des Plastifizier- und Einspritzzylinders eingebracht, in diesem plastifiziert, entlüftet und zu einem gewünschten Gegenstand gespritzt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spritzvorgang bei einem Entlüftungs-Unterdruck von 0,07 bis 0,2 bar erfolgt, daß ein Rückgewinnungsbehälter (12) zum Kühlen und Kondensieren der entlüfteten dampfförmigen Bestandteile des Materials und ein Filter (13) in der Vakuumleitung (10) der Entlüftung vorgesehen sind und daß der Rückgewinnungs­ behälter (12) als Behälter mit Kühlmantel (14) ausgebildet ist, der Trennwände (15) im Inneren aufweist, die einen Kanal (16) für die angesaugten Dämpfe bilden.