HU182749B

HU182749B - Method and apparatus for producing mixture from thermoplast and mineral or organic filler as well as structural material produced by the method

Info

Publication number: HU182749B
Application number: HU811571A
Authority: HU
Inventors: Gerd Baller; Hans Grigull; Wolfgang Schoenfelder; Bernhard Wessling
Original assignee: Sapco Systemanalyse Projekt
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1984-03-28
Also published as: AR225809A1; RO86050A; ZA813026B; FR2481991A1; IT1138770B; IT8121589A0; ES502035A0; JPS57500552A; SE8200079L; WO1981003144A1; GB2075353A; BE888734A; RO86050B; BR8108590A; KR830006378A; ES8202504A1; DE3017752A1; KR850001468A; GB2075353B; KR850000531B1

Description

’i 'v-iálmány tárgya eljárás keverék előállítására hőrelágyuló nuai xyagból és ásványi vagy szerves töltőanyagból, mely abban all, hogy a kiindulási anyagokat vákuumban keverjük össze éa ezzel tömöritjük. A találmány tárgya továbbá az eljárás kivitelezésére alkalmas berendezés, melynek hüthető, keverőmüvei és a kiindulási anyagok beadagolására valamint a keverék leürítésére alkalmas, vákuum alatt üzemelő tölcsérrel és szelepekkel ellátott vákuumtartálya var. Végül a találmány tárgya szerkezeti anyag, amely hőrelágyuló műanyag és szervetlen vagy szerves töltőanyag keveréke.

Ásványi vagy szerves töltőanyagokat abból a célból kevernek műanyagokhoz, hogy egyrészt a nyersanyagot olcsóbbá tegyék, másrészt kivánt tulajdonságokkal rendelkező terméket állítsanak elő. A különös nehézség ezzel kapcsolatosan abban áll, hogy a müanyag-toltóanyag kever eket homogén, szállítható és a szegregálódással szemben stabilis polimer kiindulási anyagként kell a feldolgozó rendelkezésére bocsátani, amennyiben a keveréket nem dolgozzák fel azonnal. Ezenkívül a keveréknek, mint a további feldolgozás nyersanyagának eleget kell tennie a mindenkori szilárdsági követelményeknek. E célok elérésére különböző módszereket alkalmaznak, amelyek többé-kevésbé a műanyag termikus kezelésén, a hőrelágyuló műanyag megolvasztásán vagy meglágyitásán alapszanak.

Az ismert eljárásoknál a műanyag- és töltőanyag kompo-y nenst összetöltik es hengerléssel, dagasztással, plasztifikálással vagy extrudálással összekeverik. Ismeretes, hogy a műanyag és a töltőanyag közötti megfelelően erős tapadás biztosításához a komponensek pórusainak lehetőleg viz- és levegőmentesnek kell lennie, mert á raolekulaláncck közötti távolság csökkenésével nőnek a Van-der Waals-féle erők, amelyek a két komponens vonzását idézik elő. Abban az esetben, ha ezt a vonzást gátló gáz- vagy nedvességburkokat el kell távolítani, akkor az Összekeverést /kompaundálást/ vákuumban, egy- vagy ketcsigás extruderben végzik, amely az anyagokat folyamatosan szállítja, keveri és tömöríti. Ehhez a komponensek beadagolására megfelelő, gáztalanitó berendezéssel ellátott adagolótölcsérek használata szükséges.

Ezen a felismerésen alapszik a 2 334 189 sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli nyilvánosságrahozataíi iratban ismertetett eljárás műanyag-töltőanyag keverék előállítására. Ezen eljárás szerint a töltőanyagokat először intenzív előszáritásnak vetik alá vákuumban, majd az előszáritott töltőanyagokat a műanyaggal ugyancsak vákuumban keverik össze a nedvesség kizárása érdekében. A keverési művelet alatt a műveleti hőmérsékletet úgy kell szabályozni, hogy a poralaku műanyagazemcsék a felületükön zselizálódjanak és töltőanyagszemcsék erre a felületre szintereződjenék. Az igy képződött agglomerátum komponensei ezt követően mar nem tudnak szétválni, /szegregálócLni/.

Ennek a módszernek az a hátránya, hogy a töltőanyag szárításához és a szinterezési /zselizálási/ folyamathoz szükséges eljárstechnikai ráfordítások nem állnak arányban a műanyag - mátrix és a töltőanyagrészecskék között elért tapadás - növelésével, továbbá az, hogy az igy előállított keverékek homogenitása nem felel meg a szokásos követelményeknek. Ezen túlmenően a színező pigmenteket ebben az esetben már a keverési művelet előtt be kell adagolni.

-2182.749

Egy másik ismert eljárás szerint /lásd a 2 332 583 az. Német Szövetségi Köztársaság-beli nyilvánosságrahozatali iratot/ a műanyagot és a töltőanyagot a kivánt összekeverés elérése céljából állandó dagasztás közben adják egymáshoz. A dagasztás közben fellépő állandó súrlódás következtében hő képződik, amely további, kívülről történő hőközléssel még növelhető. Ez a hőmennyiség megolvasztja a müanyagrészecskéket, és azok összekeverednek a töltőanyagszemcsékkel. A műveletet addig folytatjuk, amíg a töltőanyag elfogy oly módon, hogy nem marad szabad, össze nem kevert töltőanyag, és a polimer anyag szemcséi - legalábbis a kivánt mértékben - megolvadnak. Ehhez - az alkalmazott komponensektől függően - a műveletet többször meg kell ismételni.

A fenti, és egyéb, gyűjtőnéven termikus eljárásoknak nevezett módszereknek az a hátránya, hogy a szükséges gépi berendezések vagy beruházási és üzemköltséggel kapcsolatosak,„és mindemellett gyakran kis kapacitásúak. Az e módszerekkel előállított keverékek nem homogének, az egyes granulátum-szemcsék töltőanyagtartalma különböző. Ezáltal a műanyag mátrix és a töltőanyag részecskék közötti gyengébb tapadóerők következtében a keverék és a belőle készült termék rendszerint rosszabb tulajdonságokat mutat. A müan^ag-töltőanyag keverék ridegségre? illetve túl nagy rugalmassági moduluszra hajlamos és növekvő töltőanyag-tartalommal szilárdsága csökken. Bár e hatások un. tapadást elősegítő szerekkel meggátolhatók vagy legalábbis csökkenthetők, ez azonban bonyolultabb eljárás technikát és ennek megfelelően nagyobb költséget j-elent. Ezért e módszereket csak speciális termekek előállításánál alkalmazzák.

A technika ismertetett állásából kiindulva a találmány feladata olyan műanyag- töltőanyag keverék előállítási eljárás kidolgozása, amely már poralakban olyan homogén keveréket biztosit, amely költséges granulálás nélkül is stabilis, a kompo- nensek szétválásával /szegregálódáasal/ szemben éa kereskedelmi termékké dolgozható fel. Ezen túlmenően a találmány szerinti eljárással előállított szerkezeti anyagoknak nagyobb merevséggel kell rendelkezniük, anélkül azonban, hogy ridegek lennének, és ugyanakkor a tiszta műanyag szerkezeti anyaghoz közelálló szilárdsági jellemzőkkel kell rendelkezniük. Ez az eddig iámért és fentebb említett eljárásokkal nem volt biztosítható. Végül a találmány szerinti eljárásnak a technika állása szerinti, ismert eljárásoknál olcsóbbnak kell lennie, hogy a nyersanyag költsé-. gekben mutatkozó megtakarítást az eljárási költségek ne közömbösítsék. A találmány további feladata az eljárás kivitelezésére alkalmas berendezés szolgáltatása,

A hőrelágyuló műanyagból és ásványi vagy szerves töltőanyagból álló keverék találmány szerinti előállítási eljárását - amelynek során a kiindulási anyagokat vákuum„alatt keverjük Össze és tömörítjük - az jellemzi, hogy a töltőanyagot a műanyaggal történő összekeverés előtt és/vagy alatt elektromosan, illetve elektrosztatikusán feltöltjük.

A találmány szerinti/eljárás kivitelezésére szolgáló berendezést, amely keverőmüvei ellátott hűthető vákuumtartállyal rendelkezik, amelynek a kiindulási anyagok betáplálására és a keveréknek a leürítésére a vákuum fenntartására is szolgálóadagolótölcséré és szelepe van, az jellemzi, hogy á berendezésnek egy kombinált feltöltő- és keverőreaktora van. amely a reaktorba lévő: anyagok részecskéinek erőteljes súrlódását hizto-3182.749 sitó berendezéssel, előnyösen keverőmüvei van ellátva, továbbá amelynek u feltöltő- éa keverőceaktor után kapcaolt, hüthető közbenső tárolótartálya, ezután kapca olt hütőreaktora éa a hütőreaktorból a feltöltő- éa keverőreaktorba visszacsatolt vezetéke van.

A hőrelágyuló műanyag éa ásványi vagy szerves töltőanyag keverékéből álló, találmány azerinti eljárással előállított anyagot az jellemzi, hogy a keverék részecskéi hőrelágyuló műanyag-magból és e müanyag-mag körül képződött töltőanyag-burokból állnak.

A találmány szerinti megoldások előnyös foganatosítási ' módjait illetve kiviteli alakjait az igénypontok tartalmazzák.

A találmány szerinti eljárásnál a töltőanyagot elektrosztatikusán feltöltjük. A töltőanyag anyagi természetétől függően ez a feltöltődes hónapokon át stabil marad. Ezzel lehetővé válik a töltőanyagnak a keverési műveletből időben és helyileg elkülönített előkezelése, valamint az esetleg szükséges közbenső tárolása.

A műanyag és töltőanyag keverésénél a fellépő súrlódás következtében töltés megoszlás lég fel, melynek során a műanyag a töltőanyaggal ellentétes előjelű töltéssel töltődik fel. Természetesen bizonyos műanyag - töltőanyag kombinációk esetén, ezeknek az elektrosztatikus sorban egymáshoz képest elfoglalt helyétől függően, szükség lehet arra, hogy a műanyagot egy előzetes művelet során a töltőanyaggal ellentétes töltessél töltsük fel.

A keverési művelet alatt /a két komponenes ellentétes töltése alapján/ a műanyagazemcséken körös-körül, szilárdan'tagadó, töltőanyagrészecskékből álló réteg alakul ki; a technika állásában ismertetett eljárásoktól eltérően a müanyagrészecskék esetleg meglágyult felületén ilyenkor nem következik be a töltőanyag és zecs kék zsugorodása vagy zselizálódása. Ez azzal mutatható ki, hogy a műanyag-töltőanyag keverék vizben történő diszpergalasánal a töltőanyag-burok leválik a műanyagszemes ékről, mert vizben megszűnnek az elektrosztatikus vonzóerők. Ha ezután az ismét meztelen” müanyagpor-szemcséket elektromikroszkóposan vizsgáljuk meg, akkor megállapítható, hogy azok felülete nem károsodott.

A töltőanyag-burok vastagsága a kivánt töltőanyag-tartalomtól függ. A teljes hozzáadott töltőanyagmennyiség e burokban van jelen, és nem képez különálló vagy a müanyagr és zecs kékről könnyen elválasztható agglomerátumot vagy összeállt rögöket. Ennek következtében a találmány szerinti eljárással képezett töltőanyag-burok normális mechanikai igénybevétellel, pl. nyomással, ütéssel, nyiróerőkkel vagy súrlódással szemben érzéketlen. Ezenkívül a töltőanyag-burkolat egyenletes alakja következtében a por jól szóródik, ami a további feldolgozás szempontjából kívánatos.

A találmány szerinti eljárás kivitelezésénél különféle foganatosítási módok járhatók, mint ez az alábbi példákból látható. A rajzok a találmány szerinti eljárás kivitelezésére alkalmas berendezéseket szemléltetik.

Az 1. ábra a komponensek súrlódás utján történő feltöltésére, majd ezt követő összekeverésére szolgáló készülék-elrendezés vázlatos rajza.

A 2. ábra a komponensek elektromos erőtérben történő feltöltésére, és ezt követő összekeverésére szolgáló készülék-el-4182.749 rendezés vázlatos rajza.

A 3· ábra egy kombinált feltöltő- és keverőrács vázlatos, szemléltető'rajza.

A 4. ábra olyan készülék-elrendezés vázlatos rajza, amely a komponensek elektromos erőtérben történő feltöltésére szolgál, a találmány szerinti eljárás folyamatos üzemü kivitelezésénél.

Az 5· ábra a műanyagazemcaékből és töltőanyag-burokból álló részecske keresztmetszeti képe.

A 6. ábra az 5* ábrán látható fázishatár-r észlet felnagyított képe.

A 7. ábra a 6. ábra szerinti fázishatár egy részleténekkinagyltott,képe.

A 8. ábra egy szokásos, kereskedelmi minőségű, és egy, a találmány szerinti eljárással előállított szerkezeti anyag mechanikai jellemzőit összehasonlitó oszlop-diagram.

1. példa

Valamely 3 suly%-nál kevesebb nedvességet tartalmazó töltőanyag, pl. kréta, talkum, kaolin vagy csillám 20 kg-ját gyorskeverőben 10 milibar nyomás alatti vákuumban megkeverjük, amikoris intenziv súrlódás lép fel, egyrészt a töltőanyag-szemcsék között, másrészt a töltőanyag-szemcsék és a keverő belső szerkezeti elemei között. Ennek következtében a töltőanyag-szemcsék elektromosan feltöltődnek, mimellett a krétaszemcsék több kV-os negatív, a talkum, kaolin és csillámszemcsék több kV-oa pozitív töltésre tesznek szert. E töltések különösen stabilisak abban az esetben, ha a keverés közben a hőmérséklet rövid időre /pl. 0,5 másodperc időtartamra/ 200°0-os csúcshőmérsékletre emelkedik, ami a képződött súrlódási hő vagy külső hőközlés hatására következhet be.

Ezután az ily módon előkezelt töltőanyagot előbb ismét lehűtjük, majd az elektromosan feltöltött töltőanyaghoz hozzáadjuk a kivánt mennyiségű műanyagot, pl. 20-30 kg polietilént, polipropilént vagy egyéb, poralaku hőrelágyuló műanyagot kivákuumozott gyorskeveroben. Az elegyet 1000 Pascal-nál kisebb nyomáson összekeverjük úgy, hogy eközben nem lépjük túl azt^a,meghatározott maximális hőmérsékletet, ami a végbement súrlódási mértéknek és ezáltal a műanyag, valamint a töltőanyag töltés megoszlásának indikátoraként tekinthető. Ez a maximális hőmérséklet alacsonyabb a műanyag lágyuláspontjánál, és függ mind a műanyag? mind a töltőanyag anyagi minőségétől, mindezek mennyiségi aranyától, mint ezt pl. az 1. táblázat mutatja.

-5182.749

4ο cd

N •cd r~4 'Cd

EH bO

Ί)

OJ •H

P>

a a

φ ö

bű cd f>l o cd *o 40 I :o EH bű

Cd

F>>

q cd λθ f-H :O

EH

O ri

LT\

OJ

Polietilén 85^WG 95 0 130 G 13O^UC Talkum

Polipropilén 80°G 100°G 140°C 145°0 Kréta

80°G 105°C 135°O 140°G Caillám

80°G 95°G 140°G 145 C Talkum

Polivinilklorid 80°G 80°G 80°C 80°G Kréta

-6182.749

Est a műanyag-töltőanyag keveréket vagy poralakban tároljuk, vagy kívánt esetben, Illetve szükség esetén extruderben granuláljuk vagy közvetlenül felhasználjuk a végtermék előállítására.

A granulálási éa a feldolgozást vákuumban kell végezni azért, hogy a töltőanyag hőrelágyuló műanyaggal történő Intenzív nedvesítését a durva burokfelület hézagaiban vagy réseiben adszorbeált levegőrétegek vagy oda bezárt buborékok ne hátráltassák, és igy a tapadóerők a két komponens között előnyösen érvényesülhessenek.

Az elektromos feltöltődés okozta vonzóerők lényegesen jobb mechanikai tulajdonságokkal - különösen jó ütésállósággal, es ugyanakkor kis rugalmassági modulusszal - rendelkező töltött hőrelágyuló műanyag-termékeket eredményeznek.

Az eljárás kivitelezésére az 1. ábrán bemutatott berendezés alkalmas.

Ez a berendezés 11, 12 adagolótölcsérekkel ellátott, 10 kombinált feltöltő- és keverőrjeaktorból áll, amelynek fenekén két, 13, 14 kivezetőcsonk van elrendezve. A 14 kivezetőcsonk 15 hüthető közbenső tárolótartályhoz csatlakozik, amelyből a 16 vezeték 17 hütőreaktorba vezet. A 17 hütőreaktorból a 18 vezeték a 10, kombinált feltöltő - és keverőreaktorba vezet.

A 10, kombinált feltöltő- és keverőreaktor 19 reaktortestből· és az attól elektromosan elszigetelt - előnyösen politetrafluoretilénből készített 21 szigetelő réteggel elszigetelt 20 fedélből áll. A szükséges vákuum előállítására a 20 fedélre 22 vákuumszivattyú csatlakozik. A 20 fedél 23 nyomásmérő műszerrel van ellátva. A 10 kombinált feltöltő- és keverőreaktor 20 fedele 24 nagyfeszültségű generátorhoz csatlakozik, mely utóbbi 0-10 kV feszültség szolgáltatására alkalmas, és fokozat nélkül szabályozható. A 19 reaktortestet 25 földelovezeték földeli le, ehhez van kötve a 19 reaktortestben elrendezett 26 kéverőmü is.

A 19 reaktortest és a 26 keverőmü földelése a 27 kapcsolóval megszakítható. A 19 reaktortest fel van szerelve továbbá 28 höfokérzékelő-, és 29 töltésmérőmüszerrel. A 19 reaktortestet kívülről körkörösen a 30 hütőkigyó veszi körül.

A 11, 12 adagolótölcsérek szintén a 22 vákuumszivattyúhoz csatlakoznak, és 31, 32 nyomásmérő műszerekkel vannak ellátva. Mindkét, 11 es 12 adagolótölcsér a 33» illetve 34 vákuumbiztos elzár ószelepekkel csatlakozik a 10 kombinált feltöltőés keverőreaktorhoz.

A 10 kombinált feltöltő- és keverőreaktor 14 kivezető csonkjától a 35 vezeték a 15 hüthető közbenső tárolótartályba vezet, amelyre 36 vákuumszivattyú van kötve és amely 37 nyomásmérő műszerrel van ellátva. A 15 hüthető közbenső tárolótartályt kívülről körkörösen a 38 hütőfolyadék-vezeték veszi körül.

A 16 vezetéken keresztül csatlakozik egymáshoz a 15 hüthető közbenső tárolótartály és a 17 hütőreaktor. Ez utóbbira is csatlakoztatva van a 36 vákuumszivattyú és a 17 hütőreaktor is el van látva 39 nyomásmérő műszerrel. A 17 hütőreaktor a 40 hütőreáktor-testből és 41 fedélből áll, a 40 hütőreaktor-test belül nem vezető - előnyösen politetrafluor-etilénből készült 42 réteggel van ellátva. A 40 hütőreaktor-testet kívülről körkörösen 43 hütőfolyadék-vezeték veszi körül. Belsejében függőleges, három darab 45 keverőkarral, és ezek között'elhelyezett 46 kaparókarral ellátott 44 tengely van elrendezve.

Az 1. példában leirt eljárással a műanyag-töltőanyag keveréket az 1. rajz szerinti berendezésben a következőképpen állítjuk elő:

-7182.749

Egy adag töltőanyagot, pl. 30 kg krétát vagy hasonló ásványi anyagot a vákuum ala helyezett 11 adagolótölcséren és 33 vákuumbiztos elzárószelepen át a 10 kombinált feltöltő- és kever őreaktorba adagolunk be. Itt a töltőanyagot a nagy fordulatszám 26 keverőmüvei intenziven átkeverjük, mialatt a töltőanyag felmelegszik és elektromosan feltöltődik. A feltöltődést a 28 hőfokérzékelő és 29 töltésmérő műszerrel állandóan ellenőr izzü-k. Abból a célból, hogy a feltöltendő töltőanyagból a 10 kombinált feltöltő- és keveroreaktor 20 fedelén ne rakodjék le réteg, a fedelet - mihelyt a töltőanyag hőmérséklete a 70-80°C-ot elérte - a 24 nagyfeszültségű generátorral elektromosan feltöltjük, ' mégpedig a töltőanyag töltésével ellentétes előjelű tröltessel. Ezzel szemben a 19 reaktortest és a 26 keverőmü földelt, mimellett a feltöltési művelet alatt a 27 kapcsoló segítségével a földelést megszakíthatjuk, hogy állandó feszültségek jöjjenek létre.

Amikor a töltőanyag megfelelő módon feltöltődött, akkor azt a 14 kivezetőcsonkon es 35 vezetéken át a 15 hűthető közbenső tárolótartályba ürítjük. Itt a töltőanyagot a 38 hűtőfolyadék vezetékben áramoltatott vizzel lehűtjük, mielőtt azt a 16 ’ vezetéken át a 17 hütőreaktorba továbbítanánk. Ezalatt a hűtési művelet alatt a 10 kombinált feltöltő és keverőreaktort is lehűtjük a 30 hütőkigyóban áramoltatott vízzel, annyira, hogy a adagolótölcséren keresztül uj töltőanyag-adag legyen a 10 kombinált feltöltő - és keverőreaktorba táplálható. Itt a töltőanyag feltöltése a leírttal azonos módón megy végbe.

A 17 hütőreaktor térfogata a 10 kombinált feltöltő és keverőreaktor térfogatának négyszerese, úgyhogy az előbbiben 4 adag töltőanyag hüthető le és tárolható. Ez azért Gélszerű, mert a töltőanyag feltöltése kevesebb időt vesz igénybe, mint lehűtése, majd a töltőanyag és a műanyag ezt követő Összekeverése.

Ha a 17 hütőreaktor megtelt, akkor a legalul helyet foglaló első töltőanyag-adag már elhült annyira, hogy annak egy része a 18 vezetéken és 11 adagolótölcséren át ismét a 10 kombinált feltöltő- és keverőreaktorba adagolható. Egyidejűleg a adagolótölcséren keresztül megfelelő mennyiségű műanyagot adagolunk a 10 kombinált feltöltő- és keverőreaktorba. Itt ugyanugy, mint a töltőanyag elektromos feltoltés énéi, a műanyag es a töltőanyag intenzív atkeveréae megy végbe. Ezalatt a hőmérséklet a 28 hőfokérzékelő műszerrel állandóan ellenőrizhető.

Ha a keverés alatt kielégítő töltés - szétválás következett be, akkor a keverési műveletet befejezzük. A kész, poralaku kompoundot a 13 kivezetőcsonkon át vagy a csomagoláshoz vagy a granuláló extruderhez, illetve egyéb feldolgozó géphez továbbítjuk.

2. példa

Az 1. példában leirt eljárás változat megváltoztatásával a töltőanyag, vagy szükség esetén a műanyag feltöltése úgy is történhet, hogy a részecskéket megfelelően erős villamos erőtér hatásának tesszük ki. E célból az erre kiképzett reaktor keverőmüve és külső fala közé megfelelő nagy feszülte égetkapósólunk. Különösen előnyös a keverőmü ráhelyezett tüskékkel /csúcsokkal/ ellátott ráca alakjában történő kiképzése, mert az ilyen, úgynevezett csúcs kis ülésnél már aránylag kis feszültségek is elegendők ahhoz, hogy helyileg erős elektromos térerő jöjjön létre.

-8182.748

A berendezés ily módon kondenzátorhoz hasonlítható, melyben az eleinte elektromosan semleges, szilárd halmazállapotú komponensszemcsék dielektrikumként hatnak.

A keverőmüráca csúcsaira kapcsolt negatív feszültség esetén e csúcsok szabad elektronokat bocsátanak ki, amelyeket a töltőanyag- illetve müanyagmolekulák felvesznek. Ebből egy elektronfölösleg adódik, aminek következtében a komponensek részecskéi negatívan töltődnek fel. Ennek következtében maguk a részecskék töltéshordozókká válnak, és ennek következtében a feszültséget vezérlő rácsnak a reaktor külső fala irányába történő virtuális eltolása következik be mindaddig* mig minden részecske a kellő mértékig fel nem töltődött. A részecskéknek az ellenelektródán, nevezetesen a reaktor külső falán történő töltés kiegyenlítődése azzal gátolható meg, hogy a reaktor belső falát elektromosan szigetelő réteggel vonjuk be.

Abban az esetben, ha a részecskéket pozitívan kell feltölteni, akkor a kever őmürács és a reaktor külső falának pólusát megfelelően át kell váltani. Anód /pozitív töltésű/ rácscsúcsokkal rendelkező erős elektromos térerő a komponensek molekuláiból elektronokat von el, és ennek következteben azok pozitívan töltődnek fel.

A közölt töltőmennyiséget mindkét esetben a feszültségszinttel és a feltöltés időtartamával szabályozzuk. Egyenletes töltéseloszlás az anyagnak a keverőmüráca egyenletes, lassú forgatásával érhető el.

A feltöltés után a komponensek a keverőreaktorba jutnak, ahol azokat az 1. példában leirt módon összekeverjük, és további feldolgozásnak vetjük alá.

Az 1. példában leirt, gyors keverőben végzett feltöltéssel szemben a fenti, 2. példában leirt, elektromos erőtérben végzett feltöltés azzal az előnnyel jár, hogy a lehűtésre - különösen a töltőanyag lehűtésére - nincs már szükség. Ezen az irton az anyag lehűtéséhez és a keverőreaktorba történő visszatápláláshoz szükséges gépi berendezés megtakarítható. Ezen túlmenően a feltöltés művelete a polaritás és töltésmennyiség megválás zt hat ósága következtében jobban vezérelhető, és a műanyag és töltőanyag összekeverésénél fellépő vonzóerők a műanyagazemcsék különösen jó minőségű bevonását teszik lehetővé.

A komponensek elektromos erőtérben végzett feltöltése a

2. és 3. rajzokon vázlatosan szemléltetett berendezésben végezhető.

A 49 vákuumtartályt két, azonos kiképzésű, 30 és 51 - elektromos feltöltést szolgáló - reaktor szolgálja ki* melyek közül csak az egyiket irjuk le. Az 50 reaktort az 52 vakuumszivatytyu segitségével vákuum alá helyezzük, miközben a vákuumot az 53 nyomásmérő műszerrel ellenőrizzük. A reaktornak 54 reaktorteste és ettől elszigetelt 55 reaktorfedele van. Az 5á reaktortest belseje elektromosan szigetelő 56 réteggel van bevonva.

Az 55 reaktorfedélben vákuumbiztos és elektromosan elszigetelten 57 keverőmü-henger van elhelyezve, amely egy villamosán szigetelő anyagból, és 58 villamosán vezető magból áll.

Az 57 keverőmü-henger az 54 reaktortestnek csak kb. közepéig nyúlik be. Hint a 3· rajzon látható, az 57 keverőmü-henger 58 villamosán vezető magja az 59 keveromühöz csatlakozik, amely kétkarú 59a rácsként van, kiképezve. E keverő két, egymással szemben elhelyezett rácsának sikja a merőlegeshez kepest 30-os szöget alkot. Az 59a rácsot alkotó egyenes rácsrudak keresztezés! pontjain a rácsaikra merőlegesen vezető anyagból készült,

-9182.749 rcvid 59'·'^: csúcsok vannak elrendezve, de csak a 30°-os szögben döntött, 59a rács felső oldalán, melyek a rács forgásirányába mutatnak, Az 58 villamosán vezető mag és az 54 reaktortest vezető anyagból készült külső 60 fala közé a fokozatmentesen szabályozható 61 nagyfeszültségű generátor által előállított, 0tól ICO kV~ig terjedő feszültséget kapcsolunk. A forgó 58 villamoson vezető magra ezt a feszültséget a 62 elektróda viszi át.

Az 50 reaktor ezenkívül a vákuumbiztos 63 adagolózsilippel, valamint 64 kivezetőcsonkkal· van ellátva, és ez utóbbi a 49 vákuumtartály 33 vákuumbiztos elzárószelepehez csatlakozik.

Ez a 49 vákuumtartály egyébként minden egyéb szerkezeti eleme tekintetében olyan kiképzésű, mint az 1. példában leirt keverőreaktor. Ennél a berendezésnél hiányzik a hüthető közbenső tárolótartály és a hütőreaktor, amelyekre ennél az eljárásváltozatnál nincs szükség.

A fentiekben leírt berendezésben a 2. példa szerinti eljárásváltozatot a következőképpen hajtjuk végre:

A szükséges töltőanyagból egy adagot a vákuumbiztos 63 adagolózsilipen át az 50 reaktorba táplálunk. Itt a töltőanyagot az 59 keverőmüvel állandóan keverjük, és mozgatjuk. Az 59 keverőmü és a vezető anyagból előállított külső 60 fal közé a 61 nagyfeszültségű generátor által létesített 80 kV feszültséget kapcsolunk. Az 59 keverőmü és a külső 60 fal polaritását a töltőanyag kivánt töltéspolaritáaa szerint választjuk meg. A töltőanyag az 59 keverőmü állandó üzemelése közben egészen addig marad a reaktorban, amig a részecskék kivánt mértékű feltöltését nem érjük el. Ezután a töltőanyagot a 64 kivezetőcsonkon éa a 35 vákuumbiztos elzárószelepen keresztül a 49 vákuumtartályba ürítjük. Egyidejűleg a 34 vákuumbiztos elzárószelepen keresztül ekvivalens mennyiségű műanyagot adagolunk be a 49 vákuumtartályba, A műanyag elektromosan szintén fel lehet töltve.

A 49 vákuumtartályban ezután a két komponens gyors összekeverése következtében ugyanolyan töltéselválasztás következik be, mint amit az 1. példában leírtunk, és az elektrosztatikus vonzóerő következtében a kívánt kompound képződik.

3. példa

Az előzőekben, az 1. és 2. példákban olyan berendezéseket irtunk le, amelyek a kivánt műanyag-töltőanyag keverékek szakaszos előállítására alkalmasak. A 4. ábra folytonos üzemre szolgáló berendezést ábrázol. A komponensek feltöltését a 2. példában leirt módon, elektromos erőtérben kell végezni, ebben az esetben a komponensek lehűtése és közbenső tárolása elmaradhat.

A műanyag-töltőanyag keverék folyamatos előállítására szolgáló, a 4. rajz szerinti berendezés egy 65 keverőoszlopból áll, amelyhez a feltöltést szolgáló, két 50, 51 reaktor csatlakozik. Ezek a 2. példában leirt reaktoroknak felelnek me^, a bennük lévő, feltöltött komponensek a 66, 67 zsilipeken át jutnak a 65 keverőoszlopba. A szükséges vákuum előállítására a 65 keverőoszlopra 68 vákuumszivattyú csatlakozik, a 65 keverőoszlopban uralkodó nyomást a 69 nyomásmérő műszerrel ellenőrizzüki

A 65 keveröoszlop 70 hengeres részként van kiképezve, amelynek alja tölcsérezerüen lefelé szűkülő 71 kúpos részként van kialakítva. A 65 keverőoszlop 70 hengeres részének belső' fala csavarvonalban felfelé emelkedő 72 vályúval van ellátva.

A 65 keveröoszlop belsejében egy függőlegesen álló 75 hajtótengelyen összesen három darab, 74 rotor van elhelyezve, amelyek

-10182.749 közül az egyik kis átmérőjű, és a 71 kúpos rész csúcsában foglal helyet, a megfelelően nagyobb átmérőjű másik kettő pedig a 65 keverőoszlop 70 hengeres részének alsó végében van elhelyezve. A 74 rotorok forgásirányát úgy választjuk meg_? hogy az anyag a fölfelé emelkedő csavarvonalban fölfelé szallitódjék. Végül a 71 kúpos rész alján még egy 75 üritőcsonk van elhelyezve, amely 7θ berendezéshez csatlakozik. Ez utóbbi szállítja a műanyag-töltőanyag keveréket továbbf eldolgoz ás r a, előnyösen egy extruderhez.

A 4. rajz szerinti berendezésben a találmány szerinti eljárást a következőképpen hajtjuk végre:

Az 50 és 51 reaktorokban a 2. példában leirt módon, ellentétes töltéssel feltöltött komponenseket a 66, 67 zsilipeken át a kívákuumozott 65 keverőoszlopba adagoljuk. Ebben a komponensek a 70 hengeres rész alján elhelyezett 74 rotoron találkoznak, ott összekeverednek és a 70 hengeres rész belső falán elrendezett csavarvonalban fölfelé szállítódnak. E fölfelé irányuló vándorlómozgás közben a két komponens, nevezetesen a műanyag és a töltőanyag intenziven keveredik.

Az anyagnak a csavarvonalban való fölfelé szállítását és ezáltal a keverés időtartamát a komponensek 65 keverőoszlopba történő beadagolásának sebességével, valamint a 74 rotorok fordulatszámával szabályozzuk oly módon, hogy mindig megfelelő mennyiségű kész kompound hullik a 71 kúpos részbe. Itt a kompoundot a 71 kúpos rész csúcsában elhelyezett 74 rotor állandó további keveres közben folyamatosan a 75 pritőcsonkhoz és a vákuum alatt üzemelő, további feldolgozás céljait szolgáló berendezéshez továbbítja. A tartózkodási Időnek a 65 keverőoszlopban legalább 5 percnek kell lennie.

Az 5· ábra egy olyan műanyag-töltőanyag keverék egyetlen 80 részecskéjének nagyított képét mutat ja, amelyet a 'fenti példában leirt módon állítottunk elő. A jobb szemléltetés céljából a 80 részecskét felvágtuk és kifordítottuk, hogy a 81 műanyagmagból és 82 töltőanyag-burokból álló szemcse szerkezete jobban legyen látható. Világosan felismerhető a képen a 81 müanyag-mag és 82 töltőanyag-burok közötti éles 83 határvonal. A töltőanyag részecskék tehát nem hatoltak be a műanyag-magba, ill. a müanyag-mag nem olvadt meg, és nem keveredett össze a töltőanyagszemcsékkel.

Ez még világosabban látható a 6. és 7· ábrákon, melyek a 81 müanyag-mag és 82 töltőanyag-burok közötti 83 határvonal egy szakaszának raszter-elektronmikroszkópos képét mutatják két különböző nagyításban. Az egyes 84 töltőanyagrészecskék között nincsenek 85 műanyag részek, mint abban az esetben lennének, ha a műanyagot és a töltőanyagot szlntereznénk vagy zsepizálnánk.

A műanyag és töltőanyag közötti tapadás tehát az ellentétes elektromos töltésük okozta vonzóerőre vezethető vissza.

A találmány szerinti eljárással előállított műanyag-töltőanyag keverékek már poralakban is stabilisak a szétválással /szegregációval/ szemben. A keveréket - amennyiben ezt a vevő igényli - még granuláljuk vagy pedig^igyközvetlenül használjuk fel a végtermék előállítására. Különösen előnyös, hogy a találmány szerinti eljárással előállított termékek, ellentétben a technika állását ismertető részben említett /2 334 189 sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli nyilvánosságrahozatali iratban leirt/ eljárás termékeivel, utólag szlnezhetők, ami különösen a találmány szerinti anyagból készült műszálak esetében

-11182.749 jelentős, A komponensek elektromos feltöltése következtében a műanyag és töltőanyag között fellépő tapadóerők következménye az, hogy az igy előállított hőrelágyuló töltött műanyagok lényegesen jobb anyagi tulajdonságokat mutatnak, mint a technika mai állása szerint előállított termékek. Ez latható a 8. ábrából, amely egy 40 suly% talkumot tartalmazó kereskedelmi polipropilénkeverék és egy, szintén 40 suly% talkumot tartalmazó, a találmány szer inti eljárással előállított polipropilénkeverek mechanikai tulajdonságait hasonlítja össze. Világosan látszik ebből a találmány szerinti eljárással előállított keverékek kisebb rugalmassági modulusza, lényegesen jobb szakítószilárdsága és ütő-hajlitó szilárdsága.

A találmány tárgyának az igénypontokban, leirásban és ábrákon közölt jellemzői egyenként és tetszőleges kombinációban a megvalósítás szempontjából lényegesek lehetnek.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás hőrelágyuló műanyagból és ásványi vagy szerves töltőanyagból álló keverék előállítására a kiindulási anyagok vákuum alatti összekeverése és tömörítése utján, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot a műanyaggal történő összekeverés előtt és/vagy alatt elektromosan, illetve elektrosztatikusán feltöltjük.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a töltőanyaggal történő összekeverés előtt és/vagy alatt a műanyagot is feltöltjük elektromosan, illetve elektrosztatikusán .
3· Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítás! módja, azzal jellemezve, hogy a kiindulási anyagok feltöltését azok szemcséinek egymás közötti, és a reaktor belső részein való erőteljes súrlódása közben, az igy képződött súrlódási hő segítségével és megfelelő elektromos, illetve elektrosztatikus feltöltéssel végezzük.
4. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatos itási módja, azzal jellemezve, hogy 3 suly%-nál kisebb nedvességtartalmu töltőanyagot használunk a feltöltésre körülbelül 1000 Pascal alatti nyomáson.
5. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítást módja, azzal jellemezve, hogy a feltöltést rövid idejű, 200°C feletti csúcshőmérsékleteken végezzük, úgy, hogy ' a hőmérsékleteket súrlódással és/vagy melegítéssel biztosítjuk.
6. Az 5. igénypont szer inti e ljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kiindulási anyagokat feltöltésük után éa összekeverésük előtt lehűtjük.
7· Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az elektromos feltöltést 1-10 kV feszültségre végezzük.
8. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kiindulási anyagokat öszszekeverésük előtt elektromos erőtérben töltjük fel.

-12182.749
9. A 8. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a feltöltés alatt a kiindulási anyagokat az egyenletes töltéaelo3ztás biztosítása érdekében állandóan keverjük.
10. A 8. vagy 9. igénypont szerinti eljárás foganatositási módja, azzal jellemezve, hogy a bevitt töltésmennyiséget a feszültség nagyságával és a művelet időtartamával szabályozzuk.
11. Az 1-3· és 8. igénypont bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a feltöltött komponensek összekeverését 10 milibar nyomáson végezzük.
12. Az 1-3· vagy 8. igénypont bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kiindulási anyagok összekeverése közben fellépő maximalis hőmérsékletet a felhasznált műanyag lágyulási hőmérsékleténél alacsonyabbra szabályozzuk.
13· A 12. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a maximális hőmérsékletet a,felhasznált műanyag és/vagy töltőanyag minőségétől és mennyiségétől függően állítjuk be.
14. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatoaitási módja, azzal jellemezve, hogy az előállított keveréket a feltöltődés kisülését kizáró vagy legalábbis csökkentő körülmények között, - például granulálással vagy fonással - előnyösen vákuumban, további feldolgozásnak vetjük alá.
15· Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatositási módja, azzal jellemezve, hogy a keveréket vagy terméket - például granulátumot vagy fonott szálakat - színezzük.
16. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás kivitelezésére szolgáló berendezés, amely keverőmüvel ellátott hüthető vákuumtartállyal rendelkezik, amelynek a kiindulási anyagok betáplálására és a keveréknek a leürítésére a vákuum fenntartására is szolgáló adagolótölcsére és szelepe van, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek egy kombinált feltöltő- és keverőreaktora /10/ van, amely a reaktorban lévő,anyagok részecskéinek erőteljes súrlódását biztosító berendezéssel, előnyösen, keverőmüvel /26/ van ellátva, továbbá amelynek a feltöltő - és keverőreaktor /10/ után kapcsolt, hüthető közbenső tárolótartálya /15/, ezután kapcsolt hütőreaktora /17/ és a hütőreaktorból /17/ a feltöltő- és a keverőreaktorba /10/ visszacsatolt vezetéke /18/ van,
17· A 16. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a feltöltő- és keverőreaktor /10/ reaktorteste /19/ és fedele /20/ között villamosán szigetelő réteg /21/ van.
18. A 17. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fedélen /20/ fokozatnélkül szabályozható kilépőfeszültségü nagyfeszültségű generátor /24/ van elrendezve.
19. A 18. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy egymástól elszigetelt reaktorteste /19/

-13182.749 ca suriouuou biztosító berendezése, előnyösen keverőmüve /26/ egy kapcsolóval /27/ megszakítható földelővezetékkel /25/ van ellátva,
20. A 16. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a feltöltő- és keverőreaktorban /10/ hőfokérzékelő- /28/ és töltésmér őmtiszer /29/ van.
21. A 16. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hüthető közbenső tárolótartály /15/ vákuumszivattyúhoz /36/ van kapcsolva.
22. A 16. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hütőreaktor /17/ térfogata többszöröse, előnyösen négyszerese a kombinált feltöltő- és keverőreaktor /10/ térfogatának,
23· A 21-22. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hütőreaktor /17/ vákuumszivattyúhoz /36/ van kapcsolva.
24. A 16. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hütőreaktor /17/ a reaktortestének /40/ belsejében villamosán nem-vezető anyagból készült réteg /42/ van.
25· A 16. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hütőreaktorban /17/ hajtóművel ellátott függőleges forgó tengely /44/ van, melyre keverőkarok /45/ vannak rögzítve, ezek között pedig kaparókarok /46/ vannak.
26. Berendezés a 8. igénypont szerinti eljárás foganatosítására, amelynek keverőmüvei ellátott vákuumtartálya, továbbá *a kiindulási anyagok betáplálására és a keverék leürítésére, valamint a vákuum fenntartásara szolgáló szerelvényei vannak, azzal jellemezve, hogy a vákuumtartály /49/ elé csatlakoztatott, feltöltésre szolgáló reaktorai /50, 51/ vannak.
27· A 26. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy feltöltésre szolgáló reaktorai /50, 51/ vákuumszivattyúhoz /52/ vannak csatlakoztatva.
28. A 26. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a feltöltésre szolgáló reaktoroknak /50, 51/ egymástól villamosán elszigetelt reaktorteste /54/ és reaktor-fedele /55/ van.
29· A 26-28. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy villamosán vezető anyagból álló, és belsejében villamosán szigetelő anyagból készült réteggel /56/ bélelt reaktorteste /54/ van.
30. A 26. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a reaktorfedélből /55/ a reaktortestbe /54/ nyúló, villamosán vesbő maggal /58/ rendelkező,'villamosán szigetelő anyagból készült keveromü-hengere /57/ van, amely a reaktortest /54/ középső tartományáig nyúlik be.
31. A 30· igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a keverőmü-hengernek /57/ villamosán vezető magja /58/ egy villamosán vezető anyagból készült, többkarú rácsként /59a/ kiképzett keverőmühöz /59/ csatlakozik.

-14182.749
32. A 31. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a sik rács /59a/ felületei a függőlegeshez képest 30°-os dőlésszöggel vannak kialakitva.
33· A 32. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a függőlegeshez képest szög alatt elhelyezett rács /59a/ felső oldalán rácssikokra merőlegesen, a keverőmü /59/ forgásirányába mutató, s villamosán vezető anyagból készült rövid csúcsok /59b/ vannak elrendezve.
34. A 29· vagy 30. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a reaktortest /54/ külső falára /60/ és a villamosán vezető magra /58/ fokozatnélkül szabályozható nagyfeszültségű generátorral /61/ létesített 100 kVig terjedő feszültség van kapcsolva.
35· A 26. Igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy feltöltésre szolgáló reaktorai /50, 51/ a vákuumtartállyal /49/ vákuumbiztos elzáró szelepeken /33, 54/ át vannak összekötve.
36. A 26. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az evakuált keverőoszlopként /65/ kialakított vákuumtartálynak /49/ üritőcsonkja /75/ közvetlenül csatlakozik a további feldolgozást végző berendezéshez /76/.
37. A 36. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a keverőoszlop /65/ hengeres részből /70/ áll, amely tölcsérszerüen szűkülő alsó kúpos részhez /71/ csatlakozik, a hengeres rész /70/ belső oldala pedig csavarvonalban emelkedő vályúval /72/ van ellátva.
38. A 37· igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a keverőoszlop /65/ középvonalában függőlegesen elrendezett hajtótengelyén /75/ több rotor /74/ van, melyek közül az egyik rotor /74/ a kuposrész /71/ csúcsában helyezkedik el, mig a többiek a hengeres rész /70/ alsó szakaszában vannak elrendezve.

59· Hőrelá^yuló műanyag és ásványi vagy szerves töltőanyag keverékéből allé, az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárással előállított anyag, azzal jellemezve, hogy a keverék részecskéi /80/ hőrelágyuló műanyag-magból /81/ és e müanyagmag /81/ körül képződött töltőanyag-burokból /82/ állnak.
40. A 39· igénypont szerinti anyag kiviteli alakja, azzal jellemezve* hogy a töltőanyag-burok /82/ és a müanyag-mag /81/. kapcsolatát kizárólag a műanyag és töltőanyag ellentétes villamos töltése következtében fellepő elektromágneses erők okozta tepadás biztosítja.
41. A 40. igénypont szerinti anyag kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a műanyag-magnak /81/ a rátapadt töltőanyagrészecskék alatti felülete sértetlen.
42. A 40. igénypont szerinti anyag kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag-burok /82/ szilárd alakú és alakváltoztatásokkal szemben ellenálló. -