DE7611367U1

DE7611367U1 - Schneckenstrangpresse zum extrudieren einer mischung aus einem schmelzbaren kunststoff und faserfoermigem verstaerkungsmaterial, insbesondere glasfasern

Info

Publication number: DE7611367U1
Application number: DE7611367U
Authority: DE
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1976-04-10
Filing date: 1976-04-10
Publication date: 1977-10-13

Description

Bag. 979

B a r m a g

Barmer Maschinenfabrik Aktiengesellschaft

Wuppertal

Schneckenstrangpresse zum Extrudieren einer Mischung aus einem schmelzbaren Kunststoff und faserförmigem Verstärkungsmaterial, insbesondere Glasfasern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schneckenstrangpresse zum Extrudieren einer Mischung aus einem schmelzbaren Kunst-

I; stoff und faserförmigem Verstärkungsmaterial, insbesondere

; Glasfasern. Sie betrifft insbesondere die Verarbeitung von

hochpolymeren thermoplastischen Kunststoffen mit faserförmigen

j Verstärkungsmaterialien auf Einwellen-Schneckenstrangpressen

im Gegensatz zu Mehrschnecken-Strangpressen und im Gegensatz

zur Verarbeitung von Endlosfasern, beispielsweise Glasfaserrovings als Verstärkungsmaterial (DT-OS 21 00 O96,DT-OS24 61 631).

Die Beschickung von Doppelschnecken-Strangpressen mit faserförmigem oder endlosem Verstärkungsmatcrial bereitet keine großen Schwierigkeiten, da das Einziehen des Verstärkungsmaterials im wesentlichen zwangsläufig erfolgt. Es wird noch erleichtert, wenn die Verstärkungsmaterialien in einer Dekompressionszone der Schneckenstrangpresse zugeführt werden. Die zugeführten Glasfaserrovings werden hierbei direkt durch den Zug der Schnekkenwellen abgespult und in Abhängigkeit von der Schneckengeometrie,

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von der Schneckenlänge und von der Anordnung und Gestalt der Misch- und Scherelemente auf die gewünschte Länge zerkleinert und in die Schmelze eingemischt.

Bei Einwellen-Schneckenstrangpressen war es üblich, den Kunststoff mit dem Verstärkungsmaterial in einer gemeinsamen Beschickungsöffnung zuzuführen. Der Kunststoff wurde aufgeschmolzen und dabei mit dem Verstärkungsmaterial vermischt, darauf ggf. entgast und die Mischung durch ein Formwerkzeug ausgepreßt (DT-AS 14 54 802, US-PS 3 520 027). Eine solche Verfahrensweise ist jedoch nachteilig, da sie mit einem sehr hohen Verschleiß von Schnecke und Zylinder verbunden ist und in der ausgepreßten Mischung oft schädliche Mengen des Abriebs von Schnecke und/oder Zylinder enthalten sind. Dieser Abrieb entsteht dadurch, daß sich in der Aufschmelzzone der Schneckenstrangpresse die Glasfasern in die aufschmelzenden Granulatkörper einbetten und infolge der Kompression mit erheblichen Drücken gegen die Zylinderwand gepreßt werden, wo die Glasfasern so lange entlangschleifen und Abrieb verursachen, bis das Granulat vollkommen aufgeschmolzen ist.

Bei dem bekannter. Verfahren ist es ferner nachteilig, daß beim Zuführen eines Kunststoff-Glasfasergemisches die zugemischten Glasfasern - infolge des langen Extrusionsweges so sehr verkürzt werden, daß ihre Verstärkungsfunktion weitgehend gemindert wird oder fast ganz verlorengeht.

Es ist schließlich bekannt, das Kunststoffgranulat in Doppelschneckenextrudern aufzuschmelzen und mittels einer Zusatzschnecke faserförmiges Verstärkungsmaterial in die Schmelze einzutragen ("Kunststoffe", Band 49,1959,Seite 545,Abbildung 7). Nachteilig ist hierbei, daß der Doppelschneckenzylinder infolge der radialen Kraftkomponenten einerseits und infolge des abrasiven Verstärkungsmaterials andererseits star-

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kern zusätzlichen Verschleiß unterlieg·}- und regelmäßig aufwendige Reparaturen, verbunden mit einem Stillstand der Vorrichtung und längerem Produktionsausfall erforderlich werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einwellen-Schneckenstrangpresse in der Weise auszugestalten, daß faserförmiges Verstärkungsmaterial mit einem hohen Anteil von 20 bis 60 Gewichts% Verstärkungsmaterial an der Gesamtmischung gleichmäßig eingetragen, unter Verringerung des Verschleißes an Schnecke und Zylinder eingemischt und als homogene Mischung ausgepreßt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Die Weiterbildung der Erfindung mit einer vorteilhaften Ausgestaltung und eine bevorzugte Anordnung der Schneckenstrangpresse zum Auspressen einer solchen Mischung ist in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Der Vorteil der Schneckenstrangpresse nach der Erfindung liegt darin, daß insbesondere bei hohen Fördermengen sowie hohen Anteilen an faserförmigem Verstärkungsmaterial in der Mischung keine Gefahr einer Verstopfung der Beschickungsöffnung durch Bildung eines kompakten Stopfens oder durch Brückenbildung in der Beschickungsöffnung mehr besteht, weil das faserförmige Verstärkungsmaterial über einen relativ langen Weg zugemischt wird. Dabei liegt ein weiterer Vorteil darin, daß das faserförmige Verstärkungsmaterial infolge der günstigen Vorverteilung über die Länge L der Beschickungsöffnung gleichmäßiger und schonender in die Kunststoffschmelze eingemischt wird als bei den Beschickungsöffnungen nach dem Stand der Technik. Die Weglänge, entsprechend der Länge L der Beschickungsöffnung, wird

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bevorzugt auf eine Länge L = 1,5 D bis 3 D (D - Schnecken- j durchmesser) festgelegt,(Die angegebenen Werte gelten insbesondere für Schneckenstrangpressen mit Schnecken von einem
Durchmesser D = 60 mm und aufwärts.)

Das Glasfasermaterial kann dem aufgeschmolzenen Kunststoff | in der zweiten Beschickungsöffnung frei rieselnd, d-h. ohne
Beschickungshilfe, zugeführt werden, doch ist es bevorzugt, ] in an sich bekannter Weise eine Dosiervorrichtung, beispielsweise eine kontinuierlich fördernde und mit einer Dosierbandwaage zusammenwirkende Dosierschnecke an der Beschickungsöffnung anzuschließen. Hierdurch wird vermieden, daß an der Beschickungsöffnung für das faserförmige Verstärkungsmaterial
Polymerdämpfe oder Zerfallprodukte des Polymeren oder von
Additiven kondensieren, die zu einer Verschmutzung der Beschickungsöffnung, zu Störungen und zu Betriebsunterbrechungen und zu Belästigungen des Bedienungspersonals führen. Bei frei rieselnd zugeführtem Verstärkungsmaterial wird für die bevorzugte Ausführungsform einer Schneckenstrangpresse vorgeschlagen, die Beschickungsöffnung für das Verstärkungsmaterial zu beheizen oder zumindest derart zu isolieren, daß eine Kondensation flüchtiger Polynerbestandteile unterbunden wird.

Es wurde weiterhin gefunden, daß durch die Anordnung der Einwellen-Schneckenstrangpresse nach Anspruch 6 oder 7 der starke Verschleiß infolge des Einmischens der abrasiven Zuoatzstoffe an Zylinder und Schnecke im Bereich der Einzugs- und Aufschmelzzone sehr stark zurückgeht. Demzufolge ist im Dauerbetrieb der Schneckenstrangpresse die Produktivität gegenüber den bekannten Schneckenstrangpressenanlagen erheblich höher. Bei diesen fällt die Aufschmelzleistung bzw. Produktivität aufgrund des durch Abrasion bedingten erhöhten Spiels ^wischen Schneckensteg und Zylinderwand schon in wenigen Monaten auf etwa 40 bis 60% der Anfangsleistung ab (schlechter Wärmeübergang zwischen dem Granulat und der Schnecke bzw. dem Zylinder in der Aufschmelzzone).

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Hinzu kommt für die Anordnung gemäß der Erfindung noch die Erhöhung der Lebensdauer der Vorrichtung und die Vermeidung eines erheblichen Aufwandes für verschleißbedingte Reparaturen sowie für den Produktionsausfall.

Die Erfindung wird nun anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es stellen dar:

J Flg. 1: eine Schneckenstrangpresse nach der

Erfindung;

Fig. 2: die Beschickungsöffnung für faserför-

' miges Verstärkungsmaterial gemäß Schnitt

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« Fig. 3: die Aufsicht auf die Beschickungsöffnung für

faserförmiges Verstärkungsmaterial gemäß

j Fig. 1;

Fig. 4: eine Schneckenstrangpresse zum Extrudieren einer Kunststoff-Verstärkungsmaterial-Mischung in Kaskadenanordnung.

In Fig. 1 ist eine Einwellen-Schneckenstrangpresse 1 dargestellt, in der im Einfülltrichter 2 beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff wie Polyamid, Polystyrol, Polyäthylenterephthalat, Polyolefine oder dgl. zugeführt, aufgeschmolzen und mit dem in der stromabwärts liegenden Beschickungsöffnung 3 zugeführten faserförmigeu Verstärkungsmaterial vermischt wird. Die Mischung wird entgast, homogenisiert und durch ein Strangpreßwerkzeug 4 als Strang, Rohr, Platte oder dgl. ausgepreßt oder für den Einsatz in Spritzgußmaschinen granuliert.

Der im Einfülltrichter 2 zugeführte Kunststoff kann als Gra-

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nulat oder als Pulver eingefüllt werden.Er wird von der In Fig. 1 nicht näher dargestellten und von einem Elektromotor über das Getriebe 5 angetriebenen Schnecke 6 in den Zylinder 7 eingezogen und unter Wärmezufuhr aufgeschmolzen. Stromabwärts der Einzugs- und Aufschmelzzone, etwa im Abstand von 15 D (D= Schneckendurchmesser) stromabwärts des Einfülltrichters 2 weist die Schnecke 6 eine Dekompressionszone auf, d.h. der Schneckenkernquerschnitt 6¹ ist gegenüber der vorangehenden Aufschmelz- oder Umwandlungszone plötzlich stark reduziert und das Gangvolumen ist bei konstanter Ganghöhe dementsprechend vergrößert, im Bereich dieser Dekompressionszone der Schnecke 6 ist im Zylinder 7 der Schneckenstrangpresse 1 gemäß der Erfindung die zweite Beschickungsöffnung 3 für das faserförmige Verstärkungsmaterial .vorgesehen.

Die Beschickungsöffnung ist, wie in Fig. 2 und 3 im Querschnitt bzw. in der Aufsicht dargestellt, rechteckig ausgebildet und in Förderrichtung gesehen (Pfeilrichtung in Fig. 2) bezüglich der Schnecken- und Zylinderachse außermittig angeordnet. Dabei liegt sie bezüglich der Schnecke vorzugsweise immer außerhalb der die Schneckenachse enthaltenden Vertikalebene. Die Beschickungsöffnung 3 weist gemäß der Erfindung ein Länge/Breite-Verhältnis von mindestens L/B = 4:1 bis höchstens L/B = 8:1 auf. Die schmale Seite der Beschickungsöffnung hat bevorzugt eine Breite B von etwa der Hälfte des Schneckendurchmessers B= 1/2 D oder weniger, so daß sich eine Länge von mehreren Schneckendurchmessern und eine vorteilhafte Vorverteilung ergibt. Die Beschickungsöffnung 3 ist, wie aus dem in Fig. 2 gezeigten Querschnitt ersichtlich ist, mit der Hälfte des Schneckenumfangs verbunden, indem der Zylinder 7 über die gesamte Länge der Beschickungsöffnung 3 eine sichelförmige Ausnehmung 3' aufweist. Dieser keilförmige übergang der Beschickungsöffnung 3 in den Zylinder 7 trägt in vorteilhafter Weise zum guten Einmischen des Verstärkungsmaterials in die Kunststoffschmelze b^i.

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Das in der Beschickungsöffnung 3 zugeführte Verstärkungsmaterial wird in der folgenden Mischzone der Schnecke 6 gleichmäßig und entsprechend dem vorgesehenen Anteil von Verstärkungsmaterial in die Kunststoffschmelze eingemischt. Hierzu ist ein weiterer Schneckenabschnitt mit einer Länge von etwa 10 D erforderlich. Die Mischung aus dem aufgeschmolzenen Kunststoff und dem Verstärkungsmaterial wird schließlich entgast (Entgasungsstutzen 8), um die flüchtigen Bestandteile, beispielsweise Lufteinschlüsse_/Feuchtigkeit oder flüchtige Bestandteile der Schlichte, mit der die Glasfasern zur Verbesserung der Haftung behandelt wurden, zu entfernen. Danach wird die Mischung homogenisiert und durch die Strangpreßdüse 4 ausgeformt.

In Fig. 1 wurde eine Einwellen-Schneckenstrangpresse dargestellt, in der der Kunststoff aufgeschmolzen und eine extrusionsfähige Mischung aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, bearbeitet und ausgetragen wird. Eine solche Schneckenstrangpresse hat hierfür wegen der zusätzlichen Verfahrensschritte eine Länge von etwa 35 D (D = Schneckendurchmesser) nötig. Alternativ ist in Fig. 4 zum gleichen Zweck eine Einwellen-Schneckenstrangpresse in Kaskadenanordnung dargestellt, bei der in einer ersten Einwellen-Schneckenstrangpresse 9 der als Granulat oder als Pulver zugeführte Kunststoff, beispielsweise Polyamid 6 oder ein anderer Thermoplast oder Duroplast aufgeschmolzen und in eine zweite Misch- und Homogenisierschneckenstrangpresse 10 eingespritzt wird. Dieser zweiten Schneckenstrangpresse 10 wird etwa im Abstand von L=D stromabwärts der Eintragsöffnung 11 für die Kunststoff schmelze das faserförmige Verstärkungsmaterial über die Beschickungsöffnung 12 zugeführt. Die Beschickungsöffnung 12 ist analog zur Beschickungsöffnung 3 in Fig. 1 ausgebildet. Nach der Entgasung der Mischung über den Entgasungsstutzen 13 wird die Mischung ausgepreßt und in an sich bekannter Weise zu Halbzeugen

geformt oder granuliert. ■■

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Die in der Beschickungsöffnung 3 bzw. 10 der Schneckenstrangpresse 1 bzw. 9 zugeführten Verstärkungsmaterialien sind beispielsweise Glasfasern mit einer Stapellänge von vorzugsweise 6 ram, Asbest-,Chemie- oder Kohlenstoffasern. Die Verstärkungsmaterialien werden mittels geeigneter Dosiereinrichtungen_f beispielsweise ein Förderband 14 oder eine Dosierschnecke zugeführt. Das Förderband, das zur besseren Veranschaulichung in Fig. 1 um 90° versetzt dargestellt ist, wirkt mit einem Vorratsbehälter 15 und einer die Materialzufuhr steuernden VJaage 1 6 zusammen.

Die Glasfasern können je nach ihrer Länge, ihrem Schutt- und Rieselverhalten frei rieselnd in die Beschickungsöffnung 3 bzw. 12 eingefüllt werden, wobei diese über die gesamte Länge L der Beschickungsöffnung vorteilhaft eingemischt werden.Es ist aber auch möglich, zusätzliche Beschickungshilfen zu verwenden. Um in der Beschickungsöffnung Ablagerungen oder Verkrustungen von Kondensaten der Polymerdämpfe zu vermeiden, ist es außerdem günstig,den über der Beschickungsöffnung 3 bzw. 12 angeordneten Trichter in die Isolierung der Schneckenstrangpresse mit einzubeziehen.

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Claims

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1.) Schneckenstrangpresse zum Extrudieren einer Mischung aus einem schmelzbaren Kunststoff und faserförmigem Verstärkungsmaterial, insbesondere Glasfasern,

mit einer in einem Pressenzylinder drehend bewegbaren Schnecke zum Einziehen und Aufschmelzen des Kunststoffes, Einmischen des Füllstoffes in die Kunststoffschmelze sowie Auspressen der Mischung durch eine Strangpreßdüse,

bei der der Pressenzylinder neben der ersten Beschickungsöffnung für den Kunststoff eine zweite Beschickungsöffnung für das Verstärkungsmaterial aufweist, die stromabwärts der Aufschmelzzone im Bereich einer Dekompressionszone der Schnecke angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Beschickungsöffnung (3,12) rechteckig ausgebildet ist und ein Länge/Breite-Verhältnis von mindestens L/B= 4:1 aufweist und daß die Beschickungsöffnung (3,12) bezüglich der Schnecke (6) außerhalb der die Schneckenachse enthaltenden Vertikalebene angeordnet ist.

2.) Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Lärge/Breite-Verhältnis der Beschickungsöffnung einen Betrag von 8S L/B S 4 aufweist.

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3.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beschickungsöffnung (3,12) mit der Schnecke (6) auf der Hälfte des Schneckenumfangs verbunden ist, indem der Zylinder (7) über die gesamte Länge L der Beschickungsöffnung (3,12) eine sichelförmige Ausnehmung (3') aufweist.

4.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

der Einfülltrichter der Beschickungsöffnung (3,12) beheizbar und/oder wärmeisoliert ist.

5.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

an der Beschickungsöffnung (3,12) für das faserförmige Verstärkungsmaterial eine kontinuierlich fördernde Dosiereinrichtung (14) angeschlossen ist.

6.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 4, bei der der schmelzbare Kunststoff in einer mehrstufigen Einwellen-Schneckenstranapresse vor Einspeisung des faserförmigen Verstärkungsmaterials aufgeschmolzen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen der ersten Beschickungsöffnung (2) für den Kunststoff und der zweiten Beschickungsöffnung (3) für das faserförmige Verstärkungsmaterial ein Abstand vom 12- bis 2o-fachen, vorzugsweise 15-fachen, Schneckendurchmesser D vorliegt.

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7.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 bis 4, bei der der schmelzbare Kunststoff in einer ersten Einwellen-Schneckenstrangpresse aufgeschmolzen und in einer zweiten Einwellen-Schneckenstrangpresse von zwei in Kaskadenanordnung zusammenwirkenden Schneckenstrangpressen ausgepreßt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Beschickungsöffnung (12) für das faserförmige Verstärkungsmaterial in einem Abstand von mindestens dem 1-fachen und höchstens dem 3-fachen Schneckendurchmesser D stromabwärts von der Beschickungsöffnung (11) für den aufgeschmolzenen, aus der ersten Schneckenstrangpresse (9) ausgepreßten Kunststoff angeordnet ist.

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