NL1015542C2

NL1015542C2 - Dispersing part.

Info

Publication number: NL1015542C2
Application number: NL1015542A
Authority: NL
Inventors: Markus Johannes Henric Bulters; Hermanus Antonius Wallink; Gerrit Rekers
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2001-12-28
Also published as: AU2001267928A1; WO2002000416A1

Description

5 - 1 -5 - 1 -

DISPERGEERDEELDISPENSER PART

De uitvinding heeft betrekking op een dispergeerdeel, geschikt om draaibaar te worden opgenomen in het huis van een extruder, waarvan de omhullende mantel de vorm heeft van een cilinder en in 10 het buitenoppervlak waarvan ten minste een paar spiraalsgewijs verlopende kanalen aanwezig is, bestaande uit een ingangskanaal en een uitgangskanaal, die elk worden begrensd door een eerste en een tweede flank, welke kanalen elk een begin en een einde hebben, 15 waarvan bij het ingangskanaal van elk paar het begin open en het einde gesloten is en van het uitgangskanaal het einde open is en het begin gesloten.The invention relates to a dispersion member adapted to be rotatably received in the housing of an extruder, the envelope of which has the shape of a cylinder and in the outer surface of which at least a pair of spiral channels is provided, consisting of a input channel and an output channel, each bounded by a first and a second edge, each channel having a beginning and an end, of which at the input channel of each pair the beginning is open and the end is closed and the output channel is open at the end and the beginning is closed.

Een dergelijk dispergeerdeel is bekend uit US octrooi nr. 3.411.179, waarin wordt geleerd dat een 20 dergelijk deel een goede dispersieve menging van thermoplastische materialen geeft.Such a dispersion part is known from US patent No. 3,411,179, which teaches that such a part gives a good dispersive mixing of thermoplastic materials.

In veel toepassingen van thermoplastische materialen worden deze met behulp van een extruder opgesmolten en gemengd met andere materialen waarna het 25 mengsel in een gewenste vorm wordt gebracht. Een voorbeeld van een ander materiaal zijn vezels, die in een extruder in een thermoplastisch materiaal worden gedispergeerd voor het vervaardigen van vezelversterkt thermoplastische voorwerpen. In DE-OS-2.461.631 wordt 30 het gebruik beschreven van een bekend, als Egan-dispergeerdeel aangeduid, dispergeerdeel in een extruder in een proces voor het vervaardigen van 1015542 - 2 - vezelversterkte thermoplastische voorwerpen. In deze publicatie worden geen verder bijzonderheden vermeld over de dimensionering van het dispergeerdeel.In many applications of thermoplastic materials, these are melted using an extruder and mixed with other materials, after which the mixture is brought into a desired shape. An example of another material is fibers which are dispersed in an extruder in a thermoplastic material to produce fiber reinforced thermoplastic articles. DE-OS-2,461,631 describes the use of a known dispersion part, referred to as Egan dispersion part, in an extruder in a process for manufacturing 1015542-2 fiber-reinforced thermoplastic articles. No further details are given in this publication regarding the dimensioning of the dispersion moiety.

Bij het dispergeren treedt door de 5 optredende krachten ook vezelafbraak op. Voor het verkrijgen van een materiaal met goede mechanische eigenschappen is zowel een zo homogeen mogelijke dispersie van de vezels in het thermoplastische materiaal nodig als een zo gering mogelijke 10 vezelafbraak. Het bekende dispergeerdeel heeft als nadeel dat een zeer homogene dispersie niet is te verwezenlijken zonder dat een de mechanische sterkte van het materiaal sterk nadelig beïnvloedende afbraak van de vezels optreedt.Fiber dispersion also occurs during dispersion due to the forces occurring. In order to obtain a material with good mechanical properties, both a homogeneous dispersion of the fibers in the thermoplastic material as much as possible is required, as well as a minimal fiber breakdown. The known dispersion part has the drawback that a very homogeneous dispersion cannot be achieved without a degradation of the fibers which has a strongly adverse effect on the mechanical strength of the material.

15 De uitvinding stelt zich ten doel een dispergeerdeel te verschaffen dat, opgenomen in een extruderschroef, minder vezelafbraak geeft bij het dispergeren van de vezels in een thermoplastisch materiaal tot een zekere mate van homogeniteit dan het 20 bekende dispergeerdeel.The object of the invention is to provide a dispersion part which, when incorporated in an extruder screw, gives less fiber degradation when dispersing the fibers in a thermoplastic material to a certain degree of homogeneity than the known dispersion part.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de eerste flank breder is dan de tweede en met een eerste radiale tussenruimte past in het huis van de extruder en dat de verhouding van de breedte van 25 de eerste flank en de eerste radiale tussenruimte is gelegen tussen 25 en 750.This object is achieved according to the invention in that the first flank is wider than the second and fits into the extruder housing with a first radial spacing and the ratio of the width of the first flank and the first radial spacing is between 25 and 750.

Een dergelijk dispergeerdeel opgenomen in een extruderschroef blijkt tijdens het transport over dit dispergeerdeel van een samenstelling die een 30 thermoplastisch materiaal en vezels bevat een homogene dispergering van vezels in het thermoplastische materiaal te weeg te brengen met minder vezelafbraak 0 t 5 5 A 2 - 3 - dan bij gebruik van het bekende dispergeerdeel. Het j gedispergeerde materiaal bezit daardoor betere mechanische eigenschappen, zoals bijvoorbeeld de IZOD-slagsterkte, dan een overeenkomstig materiaal verkregen 5 met het bekende dispergeerdeel.Such a dispersing part incorporated in an extruder screw has been found to effect a homogeneous dispersion of fibers in the thermoplastic material with less fiber degradation during transport over this dispersing part of a composition containing a thermoplastic material and fibers. 0 t 5 5 A 2 - 3 - than when using the known dispersion moiety. The dispersed material therefore has better mechanical properties, such as, for example, the IZOD impact strength, than a corresponding material obtained with the known dispersion part.

Het dispergeerdeel volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor het homogeen dispergeren van bundels glasvezels of andere vezels waarin de bundel als geheel of elk van de vezels daarin afzonderlijk of 10 in kleinere deelgroepen zijn omgeven door een thermoplastisch materiaal. Dergelijke bundels kunnen bijvoorbeeld vervaardigd worden door een lange vezelbundel met gesmolten thermoplastisch materiaal te impregneren en/of te omhullen en de verkregen 15 geïmpregneerde en/of omhulde bundel in staafvormige stukken van geschikte lengte te hakken, hierna aangeduid als granulaat Met het dispergeerdeel volgens de uitvinding kunnen vezels worden verwerkt met een lengte gelegen tussen 0,1 mm en een lengte gelijk aan 20 de lengte van de eerste flank van het dispergeerdeel.The dispersion part according to the invention is particularly suitable for homogeneously dispersing bundles of glass fibers or other fibers in which the bundle as a whole or each of the fibers therein are individually or in smaller subgroups surrounded by a thermoplastic material. Such bundles can for instance be manufactured by impregnating and / or enveloping a long fiber bundle with molten thermoplastic material and chopping the obtained impregnated and / or enveloped bundle into rod-shaped pieces of suitable length, hereinafter referred to as granulate. With the dispersing part according to the invention fibers can be processed with a length between 0.1 mm and a length equal to the length of the first flank of the dispersion part.

In de praktijk worden in vezelversterkte thermoplastische vormdelen vezels toegepast met een lengte gelegen tussen 5 en 50 mm en met voorkeur vezels met een lengte gelegen tussen 10 en 30 mm.In practice, fiber-reinforced thermoplastic molded parts use fibers with a length between 5 and 50 mm and preferably fibers with a length between 10 and 30 mm.

25 Voorbeelden van andere geschikte vezels voor verwerking met het dispergeerdeel volgens de uitvinding zijn vezels van aramide, koolstof en staal.Examples of other suitable fibers for processing with the dispersion part according to the invention are fibers of aramid, carbon and steel.

Voorbeelden van thermoplastische materialen die in combinatie met een of meer van de genoemde 30 soorten vezels homogeen kunnen worden gemengd onder gebruikmaking van het dispergeerdeel volgens de uitvinding zijn polypropeen, polyetheen, polyamiden, f o 1 η <5 /. o - 4 - polyethyleentereftalaat, polybuteentereftalaat, polyfenylsulfide, thermoplastische urethanen, polyoxymethyleen en polycarbonaat.Examples of thermoplastic materials that can be homogeneously mixed in combination with one or more of the aforementioned types of fibers using the dispersion part according to the invention are polypropylene, polyethylene, polyamides, f o 1 η <5 /. o - 4 - polyethylene terephthalate, polybutene terephthalate, polyphenyl sulfide, thermoplastic urethanes, polyoxymethylene and polycarbonate.

De uitvinding zal nader worden toegelicht 5 aan de hand van de volgende tekeningen. In deze tekeningen isThe invention will be further elucidated with reference to the following drawings. In these drawings is

Fig. 1 een opengewerkt aanzicht van een extruder, waarin een dispergeerdeel volgens de uivinding deel uitmaakt van de extruderschroef; 10 Fig. 2 een doorsnede van het dispergeerdeel uit Fig. 1 langs de lijn A-A;Fig. 1 is an exploded view of an extruder, in which a dispersion part according to the invention forms part of the extruder screw; FIG. 2 is a sectional view of the dispersion member of FIG. 1 along line A-A;

Fig. 3 een uitslag van het dispergeerdeel uit Fig. 1; Fig. 4 een doorsnede langs de lijn B-B in Fig. 3;Fig. 3 shows a result of the dispersion part of FIG. 1; Fig. 4 a section along the line B-B in FIG. 3;

Fig. 5 een uitslag van een dispergeerdeel, waarin de 15 eerste flank is voorzien van een langs het ingangskanaal lopende verhoging; en Fig. 6 een doorsnede langs de lijn C-C in Fig. 5.Fig. 5 a deflection of a dispersion part, in which the first flank is provided with an elevation running along the input channel; and FIG. 6 is a section along line C-C in FIG. 5.

In Fig. 1 is 2 een extruder met een cilindrisch huis 4 met aslijn 6 en een extrusiekop 8.In FIG. 1 is 2 an extruder with a cylindrical housing 4 with axis 6 and an extrusion head 8.

20 In het huis is een extruderschroef draaibaar opgenomen. In het algemeen bestaat een dergelijke schroef uit een aantal om een gemeenschappelijke aslijn draaibare schroefsecties die elk een specifieke functie of combinaties van functies vervullen. Voorbeelden van 25 dergelijke functies zijn transporteren, opsmelten, mengen en dispergeren. In Fig 1 zijn in het huis 4 weergegeven een transportdeel 10 en een cilindervormig dispergeerdeel 14 welke draaibaar zijn om de aslijn 6. De omhullende mantel van het dispergeerdeel, gedacht 30 door de punten met grootste radiale doorsnede, bevindt zich op een eerste radiale afstand 16 van de mantel 4. Verder is 18 een eerste kanaal dat met een tweede 1015542 - 5 - kanaal 2 0 een paar vormt. De schroefrichting van de kanalen is ten opzichte van de door pijl 22 aangegeven draairichting van de schroef en daarmee van het dispergeerdeel in de extruder zodanig gekozen dat het 5 dispergeerdeel een voorwaartse kracht uitoefent op het materiaal in de kanalen en aldus ook transportwerking heeft.20 An extruder screw is rotatably mounted in the housing. In general, such a screw consists of a number of screw sections rotatable about a common axis, each of which performs a specific function or combinations of functions. Examples of such functions are transport, melting, mixing and dispersing. Fig. 1 shows in the housing 4 a transport part 10 and a cylindrical dispersion part 14 which are rotatable about the axis 6. The enveloping casing of the dispersion part, thought 30 by the points with the largest radial section, is located at a first radial distance 16 of the jacket 4. Furthermore, 18 is a first channel which pairs with a second 1015542-5 channel 20. The direction of screwing of the channels is relative to the direction of rotation of the screw and thus of the dispersing part in the extruder indicated by arrow 22, so that the dispersing part exerts a forward force on the material in the channels and thus also has a transporting effect.

De spoedhoek, dat is de hoek tussen de asrichting 6 en 10 de richting van de begrenzende wanden 24 en 26 van de kanalen is gelegen tussen 30 en 60° en bij voorkeur tussen 40 en 50°. Deze hoek is met α aangeduid in Fig.The pitch angle, which is the angle between the axis direction 6 and 10, the direction of the boundary walls 24 and 26 of the channels is between 30 and 60 ° and preferably between 40 and 50 °. This angle is indicated by α in Fig.

3 en Fig. 5.3 and FIG. 5.

De kanalen kunnen een rechthoekige 15 doorsnede hebben met vlakke bodem maar ook kunnen de kanalen een gebogen doorsnede, bijvoorbeeld een in de vorm van een cirkelsegment, hebben. De vakman zal in voorkomend geval vorm en oppervlakte van de doorsnede weten te kiezen afhankelijk van de gewenste 20 transportcapaciteit van het dispergeerdeel. Ook kan de oppervlakte van de doorsnede van de kanalen langs hun lengterichting verlopen, bijvoorbeeld kan de diepte of de breedte van het ingangskanaal vanaf het open einde afnemen. Ingangskanaal 18 is aan de ingangszijde 28 25 open en aan de uitgangszijde 30 gesloten.The channels can have a rectangular section with a flat bottom, but the channels can also have a curved section, for example one in the form of a circle segment. The person skilled in the art will, where appropriate, be able to choose the shape and area of the cross-section depending on the desired transport capacity of the dispersion part. Also, the cross-sectional area of the channels may extend along their longitudinal direction, for example, the depth or width of the input channel may decrease from the open end. Input channel 18 is open on input side 28 and closed on output side 30.

Uitgangskanaal 20 is aan ingangszijde 32 gesloten en aan uitgangszijde 34 open. Open wordt hier verstaan als in direkte verbinding staand met een voorgaand of volgend element, bijvoorbeeld een schroefdeel of 30 extruderkop, waardoor aan een open zijde materiaal rechtstreeks een kanaal kan binnentreden dan wel materiaal uit een kanaal kan worden afgevoerd naar een Λ 4 e r , λ - 6 - volgend element. Aan een gesloten zijde is een dergelijk materiaaltransport niet mogelijk en zal bij voortgaande aanvoer van materiaal uit de voorgaande schroefsectie het materiaal uit het kanaal moeten 5 treden en door de draaiende beweging van het dispergeerdeel ten opzichte van het huis van de extruder over een flank, kneed- of overstroomflank geheten, worden getransporteerd naar een naastgelegen kanaal.Output channel 20 is closed on input side 32 and open on output side 34. Open is understood here as being in direct connection with a previous or subsequent element, for example a screw part or extruder head, through which material can enter a channel directly on an open side or material can be discharged from a channel to a Λ 4 er, λ - 6 - next element. On a closed side such a material transport is not possible and with the material being supplied from the previous screw section the material will have to exit the channel and knead through a flanking movement of the dispersion part relative to the extruder housing over a flank. - or called overflow edge, are transported to an adjacent channel.

10 Door de beschreven uitvoering van de kanalen wordt bereikt dat materiaal dat aan het dispergeerdeel wordt toegevoerd het aan de ingangszijde 28 open ingangskanaal 18 kanaal daarvan intreedt en door de draaiende beweging van het dispergeerdeel in 15 voorwaartse richting wordt getransporteerd en aldus het ingangskanaal vult 18. Het materiaal in kanaal 18, dat aan de uitgangszijde 3 0 is gesloten, kan dit kanaal alleen verlaten door de tussenruimte 36 tussen eerste flank 38 en het huis 4 van extruder 2. De breedte van 20 tussenruimte 36 zal hierna worden aangeduid als H. Het materiaal komt in tussenruimte 36 in aanraking met de binnenzijde van het huis 4 en zal daardoor worden afgeremd en achterblijven ten opzichte van de draaiing van het dispergeerdeel. Flank 38 wordt begrensd door 25 naar de bodem van kanaal 18 en kanaal 20 aflopende wanden 25 resp. 27. Tweede flank 40 is hoger dan flank 38 en past nagenoeg glijdend in huis 4, zodat door deze flank 40 het materiaal dat ten opzichte van de beweging van flank 38 achterblijft in tussenruimte 36 weer wordt 30 afgeschraapt en meegenomen waarbij het materiaal in kanaal 20 terechtkomt. Deze flank wordt begrensd door twee naar de bodem van kanaal 18 en kanaal 20 aflopende 1 Λ Λ & t - 7 - wanden 26 resp. 24. Omdat uitgangskanaal 20 aan de uitgangzijde 34 open is kan het materiaal vervolgens daardoor worden afgevoerd uit het dispergeerdeel naar het volgende schroefdeel of, in het beschrevengeval, 5 naar de kop 8 van de extruder.The described embodiment of the channels ensures that material which is fed to the dispersion part enters the input channel 18 open on the input side 28 and its channel is transported in the forward direction by the rotary movement of the dispersion part and thus fills the input channel 18. The material in channel 18, which is closed at the exit side 30, can only leave this channel through the gap 36 between first flank 38 and the housing 4 of extruder 2. The width of gap 36 will hereinafter be referred to as H. The material in interspace 36 contacts the inside of housing 4 and will thereby be decelerated and left with respect to the rotation of the dispersion member. Flank 38 is bounded by walls 25 and 20 descending to the bottom of channel 18 and channel 20, respectively. 27. Second flank 40 is higher than flank 38 and fits almost slidingly in housing 4, so that through this flank 40 the material that remains in space 36 relative to the movement of flank 38 is scraped and taken along, with the material in channel 20 ends up. This flank is delimited by two 1 Λ Λ & t - 7 - walls 26 and 8 sloping to the bottom of channel 18 and channel 20, respectively. 24. Since exit channel 20 on the exit side 34 is open, the material can then be discharged therefrom from the dispersion section to the next screw section or, in the case described, to the head 8 of the extruder.

Het materiaal, dat een thermoplastisch materiaal en vezels bevat wordt aldus van ingangskanaal 18 naar uitgangskanaal 20 getransporteerd over de eerste flank 38. Hierbij treedt door het 10 snelheidsverschil tussen het materiaal dat in contact is met de stilstaande binnenwand en het materiaal dat in contact is met de ten opzichte van de binnenwand bewegende flank 38 afschuiving van het materiaal op. Er moet daarbij voldoende afschuiving optreden om de 15 vezels voldoende gedispergeerd in kanaal 20 te doen aankomen. Dit wordt bereikt door een geschikte keuze van de hiervoorgenoemde afstand H en de breedte van de eerste flank 38. De breedte van de eerste flank 38, die in de uitslag van Fig. 3 en van Fig. 5 is aangeduid met 20 L, is daartoe groter dan die van de tweede flank 40. L is in het algemeen gelegen tussen 0,2 en 0,8 x de omtrek van het dispergeerdeel. De verhouding tussen L en de hiervoor genoemde tussenruimte H, L/H, dient gelegen te zijn tussen 25 en 750 en bij voorkeur is 25 deze gelegen tussen 50 en 300. Bij lagere waarden blijkt in het algemeen onvoldoende afschuiving op te treden om een goede dispersie van de vezels teweeg te brengen. Bij hogere waarden treedt te veel vezelafbraak op waardoor het versterkende effect van de vezels in de 30 samenstelling verloren gaat.The material, which contains a thermoplastic material and fibers, is thus transported from input channel 18 to output channel 20 over the first flank 38. The speed difference hereby arises between the material that is in contact with the stationary inner wall and the material that is in contact with the flank 38 moving relative to the inner wall to shear the material. Sufficient shear must thereby occur in order for the fibers to arrive in dispersed manner in channel 20. This is achieved by a suitable choice of the aforementioned distance H and the width of the first flank 38. The width of the first flank 38 shown in the result of FIG. 3 and of FIG. 5 is indicated by 20 L, for this purpose it is larger than that of the second flank 40. L is generally between 0.2 and 0.8 x the circumference of the dispersion part. The ratio between L and the aforementioned spacing H, L / H, should be between 25 and 750, and preferably it is between 50 and 300. At lower values, it generally appears that shearing is insufficient. induce dispersion of the fibers. At higher values, too much fiber degradation occurs, causing the reinforcing effect of the fibers in the composition to be lost.

Een derde relevante dimensie van het dispergeerdeel is de lengte A ervan, waaronder wordt o t 5 5 4 2 - 8 - verstaan de afstand vanaf het begin van het ingangskanaal tot aan het einde van het uitgangskanaal gemeten in axiale richting. Deze lengte A wordt bij voorkeur gekozen tussen 2 en 10 maal de diameter D van 5 het dispergeerdeel ter plaatse van de tweede flank 40. De waarden van A in combinatie met die van H worden bij voorkeur zo gekozen dat bij het beoogde bedrijf geen drukval optreedt over het dispergeerdeel. Hiervoor is nodig dat het dispergeerdeel een transportcapaciteit 10 heeft die ten minste gelijk is aan het debiet van de door de voorgaande schroefsectie aangevoerde hoeveelheid materiaal.A third relevant dimension of the dispersion part is its length A, which is understood to mean the distance from the beginning of the input channel to the end of the output channel measured in axial direction. This length A is preferably chosen between 2 and 10 times the diameter D of the dispersion part at the position of the second flank 40. The values of A in combination with those of H are preferably chosen such that no pressure drop occurs during the intended operation about the dispersion part. For this it is necessary that the dispersion part has a transport capacity 10 which is at least equal to the flow rate of the amount of material supplied by the previous screw section.

De transportcapaciteit Q per omwenteling van de extruderschroef over de eerste flank wordt berekend met 15 de formule Q= 1/2 v.H.A/n (vol/omw) waarin v de omtreksnelheid π-D.n van het dispergeerdeel 20 is en n het aantal omwentelingen per minuut van de extruderschroef. Bij een gegeven aanvoer Q per omwenteling door de voorgaande schroefsectie kan de vakman uit de gegeven formule, de eisen gesteld aan H.A en aan L/H eenvoudig geschikte dimensies van het 25 dispergeerdeel berekenen.The transport capacity Q per revolution of the extruder screw over the first flank is calculated by the formula Q = 1/2 vHA / n (vol / rev) where v is the peripheral speed π-Dn of the dispersion part 20 and n is the number of revolutions per minute of the extruder screw. At a given feed Q per revolution through the preceding screw section, the skilled person can easily calculate suitable dimensions of the dispersion part from the given formula, the requirements imposed on H.A and L / H.

Een maat voor de opgelegde afschuiving is de verhouding L/H. Een verder voordeel van het dispergeerdeel volgens de uitvinding is nu gelegen in de omstandigheid dat door een geschikte keuze van deze 30 grootheden L en H de door het deel te weeg gebrachte afschuiving eenvoudig op een gewenste waarde kan worden ingesteld. Dit kan bijvoorbeeld plaatsvinden door eerst 10 15 5/(2 - 9 - op een apparaat, waarmee aan een materiaal een gedefinieerde afschuiving kan worden opgelegd, bijvoorbeeld een Couette-apparaat, de geschikte op te leggen afschuiving voor het verkrijgen van een gewenste 5 dispersie van een zeker materiaal te bepalen als de vereiste getalwaarde voor de L/H-verhouding. Vervolgens kan dan in samenhang met de diameter D uit die bepaalde waarde de geschikte waarden van L en H voor het dispergeerdeel worden bepaald.A measure of the imposed shear is the ratio L / H. A further advantage of the dispersion part according to the invention now resides in the fact that by suitable selection of these quantities L and H the shear brought about by the part can easily be adjusted to a desired value. This can be done, for example, by first applying the appropriate shearing to obtain a desired dispersion on a device with which a defined shear can be imposed on a material, for example a Couette device. of a given material as the required numerical value for the L / H ratio, and then in conjunction with the diameter D from that particular value, the appropriate values of L and H for the dispersion moiety can then be determined.

10 De dimensies van de aanvoer- en afvoerkanalen die immers het materiaal moeten aan- en afvoeren, en in het bijzonder het oppervlak van de doorsnede daarvan wordt zo gekozen dat hun transportcapaciteit overeenstemt met de hiervoor voor 15 de eerste flank berekende capaciteit.The dimensions of the supply and discharge channels which after all have to supply and remove the material, and in particular the surface of the cross-section thereof, are chosen such that their transport capacity corresponds to the capacity calculated for the first flank for this purpose.

Om te voorkomen dat materiaal uit kanaal 20 over tweede flank 40 weer terug terecht komt in kanaal 18 is de tussenruimte 42 tussen flank 40 en het huis 4 van extruder 2 zo klein gekozen dat flank 40 20 nagenoeg glijdend past in huis 4, dat wil zeggen dat bij de optredende drukken in combinatie met de viscositeit van het materiaal transport door die ruimte te verwaarlozen is ten opzichte van het transport via de kanalen over de eerste flank 38. Deze tussenruimte 25 ligt als regel tussen 10'4 x D en 10'2 x D en wordt zeer geschikt gekozen tussen 0,3 x 10'3 x D en 3 x 10'3 x D. Eveneens met het doel materiaaltransport over het dispergeerdeel langs andere weg dan via de kanalen te vermijden is het dispergeerdeel langs de omtrek van de 30 uiteinden voorzien van opstaande randen 44 en 46 die slechts zo kleine tussenruimten 16 laten tussen deze randen en het huis van de extruder dat bij de I U i Si K / .¾ - 10 - optredende drukken in combinatie met de viscositeit van het materiaal transport door die ruimte te verwaarlozen is. In de praktijk verzorgen randen 44 en 46 veelal de lagering van het dispergeerdeel in het huis van de 5 extruder. De tussenruimten 16 worden in hetzelfde gebied gekozen als hiervoor gedefinieerd voor de tussenruimte 42.In order to prevent material from channel 20 over second flank 40 from re-entering channel 18, the gap 42 between flank 40 and the housing 4 of extruder 2 has been chosen so small that flank 40 20 fits almost slidingly into housing 4, i.e. that at the pressures that occur in combination with the viscosity of the material, transport through this space is negligible relative to the transport via the channels over the first flank 38. This gap 25 generally lies between 10'4 x D and 10'2 x D and is very suitably chosen between 0.3 x 10'3 x D and 3 x 10'3 x D. Also with the aim of avoiding material transport over the dispersion part by other means than through the channels, the dispersion part is around the circumference of the 30 ends provided with raised edges 44 and 46 leaving only such small spaces 16 between these edges and the extruder housing that pressures occurring at the IU i Si K /. K - 10 - in combination with the viscosity of the material transportby neglecting that space. In practice, edges 44 and 46 usually provide the bearing of the dispersion part in the housing of the extruder. The gaps 16 are selected in the same area as defined above for the gap 42.

Door de beschreven keuze van de afmetingen van de ruimten tussen het huis van de extruder en de flanken 10 en opstaande randen wordt bereikt dat alle materiaal het dispergeerdeel via ingangskanaal 18, eerste flank 38 en uitgangskanaal 20 het dispergeerdeel moet passeren. Hierdoor wordt nagenoeg al het materiaal onderworpen aan de gewenste afschuiving, nodig voor een 15 goede dispersie van de vezels in het thermoplastische materiaal.By the described choice of the dimensions of the spaces between the housing of the extruder and the flanks 10 and raised edges, it is achieved that all the material has to pass through the dispersing part via input channel 18, first flank 38 and output channel 20. As a result, substantially all of the material is subjected to the desired shear, necessary for a good dispersion of the fibers in the thermoplastic material.

Naarmate de diameter van de extruder toeneemt, mag ook de grootte H van de tussenruimte 36 toenemen, in het algemeen nagenoeg evenredig. Indien H 20 daarbij van vergelijkbare grootte wordt als de diameter van het toegepaste granulaat in niet opgesmolten toestand kan het granulaat ongesmolten over flank 38 worden getransporteerd waardoor de gewenste dispersie van de vezels achterwege blijft. Om dit in een 25 dergelijk geval te voorkomen kan ter plaatse van de grens tussen het ingangskanaal 18 en de eerste flank 38 een verhoging, in Fig. 5 en 6 met 50 angeduid, zijn aangebracht, welke een tussenruimte laat tussen die verhoging en het huis van de extruder welke kleiner is 30 dan de diameter van het niet opgesmolten granulaat.As the diameter of the extruder increases, so does the size H of the spacing 36, which is generally proportional. If H 20 thereby becomes of a comparable size as the diameter of the granulate used in the non-melted state, the granulate can be transported unmelted over flank 38, so that the desired dispersion of the fibers is omitted. In order to prevent this in such a case, at the location of the boundary between the input channel 18 and the first flank 38, an elevation, in FIG. 5 and 6 with 50 designations are provided, which leaves a gap between that elevation and the extruder housing which is smaller than the diameter of the unmelted granulate.

Geschikte waarden zijn gelegen tussen 0,1 en 0,8 x de diameter van het granulaat. Kleinere waarden belemmeren 0 1 5 5 4 2 - 11 - het uittreden ook van het opgesmolten materiaal, bij grotere waarden kan ook slechts gedeeltelijk opgesmolten materiaal in tussenruimte 36 treden. Bij voorkeur is genoemde tussenruimte gelegen tussen 0,3 en 5 0,5 x de diameter van het niet opgesmolten granulaat.Suitable values are between 0.1 and 0.8 x the diameter of the granulate. Smaller values also impede 0 1 5 5 4 2 - 11 - the melted material also escaping, with larger values only partially melted material can also enter space 36. Preferably said spacing is between 0.3 and 0.5 x the diameter of the unmelted granulate.

Door deze constructie kunnen gesmolten materiaal en vezels hierdoor wel passeren maar onvoldoende opgesmolten granulaat niet. Dat wordt aldus gedwongen in het ingangskanaal 18 te blijven en zal aldaar na 10 enige tijd wel volledig opsmelten waarna het gesmolten materiaal alsnog de verhoging kan passeren en bij het passeren van de eerste flank 38 aan de gewenste afschuiving worden onderworpen.This construction allows melted material and fibers to pass through, but insufficiently melted granulate. This is thus forced to remain in the input channel 18 and will melt there completely after some time, after which the molten material can still pass the elevation and be subjected to the desired shearing when the first flank 38 passes.

Bij toenemende extruderdiameter kan ook de 15 breedte L van de eerste flank 38 toenemen, bij voorkeur nagenoeg evenredig met de toename van genoemde diameter. Indien nu deze breedte groter wordt dan voor het teweegbrengen van de benodigde afschuiving noodzakelijk is, kan worden overwogen een tweede paar 20 kanalen aan te brengen waarbij dan bij voorkeur elk paar de helft van het oppervlak van de omtrek van het dispergeerdeel beslaat. De in het voorafgaande beschreven dimensioneringen gelden dan voor elk paar kanalen en bijbehorende flanken afzonderlijk. Aldus kan 25 het te dispergeren materiaal door twee ingangskanalen het dispergeerdeel intreden, vanuit elk waarvan het materiaal kan overstromen naar de bijbehorende eerste flank, daarover terechtkomen in het corresponderende tweede kanaal en aldus langs twee uitgangskanalen weer 30 uittreden uit het dispergeerdeel. Dit vergroot de transportcapaciteit aanzienlijk in vergelijking met de situatie waarin slechts één paar kanalen met ! n 1 5 5 k 2, - 12 - bijbehorende flanken in een overigens even groot dispergeerdeel aanwezig is.As the extruder diameter increases, the width L of the first flank 38 may also increase, preferably substantially proportional to the increase in said diameter. If this width now becomes larger than is necessary to produce the required shear, it may be considered to provide a second pair of 20 channels, each pair preferably covering half the area of the circumference of the dispersion section. The dimensions described above then apply separately for each pair of channels and associated edges. Thus, the material to be dispersed can enter the dispersion portion through two input channels, from each of which the material can overflow to the associated first flank, overflow into the corresponding second channel and thus exit the dispersion portion along two output channels. This significantly increases the transport capacity compared to the situation where only one pair of channels with! n 1 5 5 k 2, - 12 - associated flanks are present in an otherwise equally large dispersion section.

In Fig. 2 is de draairichting van de schroef aangegeven met 48. Met 18 en 20 zijn het 5 ingangskanaal en het uitgangskanaal aangegeven. Wanneer het dispergeerdeel in de aangegeven richting draait zal het in ingangskanaal 18 aangevoerde materiaal in de tussenruimte 36 terechtkomen en verder over flank 38 in uitgangskanaal 20.In FIG. 2, the direction of rotation of the screw is indicated by 48. With 18 and 20, the 5 input channel and the output channel are indicated. When the dispersion member rotates in the indicated direction, the material fed into input channel 18 will enter intermediate space 36 and continue along flank 38 into output channel 20.

10 In Fig. 3 hebben de verwijzingscijfers dezelfde betekenis als in de voorgaande figuren. Met L is de breedte van flank 38 aangegeven en met cc de hoek tussen de asrichting en richting van flank.In FIG. 3, reference numerals have the same meaning as in the preceding figures. L indicates the width of flank 38 and cc indicates the angle between the axis direction and the direction of the flank.

In Fig. 4 hebben de verwijzingscijfers 15 dezelfde betekenis als in de voorgaande figuren.In FIG. 4, reference numerals 15 have the same meaning as in the previous figures.

In Fig. 5 hebben de verwijzingscijfers dezelfde betekenis als in de voorgaande figuren. Met 50 is een verhoging aangegeven die het in tussenruimte 36 treden van niet opgesmolten materiaal verhindert.In FIG. 5, the reference numbers have the same meaning as in the previous figures. 50 indicates an elevation that prevents the intermittent 36 entry of unmelted material.

20 In Fig. 6 hebben de verwijzingscijfers dezelfde betekenis als in de voorgaande figuren.In FIG. 6, reference numerals have the same meaning as in the preceding figures.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het met behulp van een extruder, voorzien van een schroef die is opgebouwd uit een of 25 meer schroefdelen, dispergeren van vezels in een thermoplastisch materiaal, omvattende het toevoeren van de vezels en het thermoplastisch materiaal aan de extruder en het met behulp van de schroefdelen transporteren en bewerken van het totaal van de 30 toegevoerde vezels en het thermoplastische materiaal.The invention also relates to a method for dispersing fibers in a thermoplastic material using an extruder, comprising a screw built up from one or more screw parts, comprising supplying the fibers and the thermoplastic material to the extruder and transporting and processing the total of the supplied fibers and the thermoplastic material by means of the screw parts.

Dergelijke werkwijzen zijn op zichzelf algemeen bekend maar leiden niet tot het verkrijgen van 10155*2 - 13 - een mengsel waarin de vezels homogeen gedispergeerd zijn in het thermoplastische materiaal zonder dat daarbij in ongewenste mate vezelafbraak optreedt. De voorwerpen vervaardigd met het mengsel verkregen met 5 behulp van de bekende werkwijze bezitten in het algemeen onvoldoende mechanische eigenschappen.Such methods are generally known per se, but do not lead to obtaining a mixture of which the fibers are homogeneously dispersed in the thermoplastic material without undesired fiber degradation. The articles manufactured with the mixture obtained by the known method generally have insufficient mechanical properties.

Gevonden werd nu, dat in het geval ten minste één van de schroefdelen in de extruder een dispergeerdeel is volgens de uitvinding zoals hiervoor beschreven, 10 mengsels worden verkregen, waarmee voorwerpen kunnen worden vervaardigd met verbeterde mechanische eigenschappen ten opzicht van voorwerpen vervaardigd uit een mengsel verkregen met behulp van het bekende dispergeerdeel.It has now been found that in the case where at least one of the screw parts in the extruder is a dispersion part according to the invention as described above, mixtures are obtained with which objects can be manufactured with improved mechanical properties compared to objects made from a mixture. using the known dispersion part.

15 Het thermoplastisch materiaal en vezels van geschikte lengte kunnen afzonderlijk aan de extruder worden toegevoerd. Ook kunnen vezels of vezelbundels van geschikte lengte worden toegevoerd die reeds afzonderlijk of als bundel zijn voorzien van een 20 omhullende laag van een thermoplastische materiaal.The thermoplastic material and fibers of suitable length can be fed separately to the extruder. It is also possible to supply fibers or fiber bundles of suitable length which are already provided individually or as a bundle with an envelope layer of a thermoplastic material.

Deze omhullende laag kan zelfs zo dik worden gekozen dat het toevoeren van verder thermoplastisch materiaal niet meer nodig is omdat de gewenste verhouding vezels : thermoplastisch materiaal, reeds in de 25 toegevoerde omhulde vezels of vezelbundels aanwezig is.This enveloping layer can even be chosen so thick that the supply of further thermoplastic material is no longer necessary because the desired ratio of fibers: thermoplastic material is already present in the enveloped fibers or fiber bundles supplied.

Het in de extruder homogeen gedispergeerde mengsel kan bij het verlaten van de extruder volgens op zich bekende technieken tot vezelversterkete voorwerpen worden verwerkt. Voorbeelden hiervan zijn spuitgieten, 30 waarbij het materiaal rechtstreeks uit de extruderkop in een mal wordt geïnjecteerd of extrusion compression moulding, waarbij het materiaal vrij uit de extruder I 8 1 3 3 q 2 - 14 - kan stromen en waarbij steeds een geschikte hoeveelheid geëxtrudeerd materiaal wordt opgenomen, in een vorm gelegd en daarin in de gewenste vorm geperst. Het materiaal kan eveneens worden verwerkt met andere voor 5 de verwerking van thermoplastische materialen bekende methoden.The mixture homogeneously dispersed in the extruder can be processed into fiber-reinforced articles when leaving the extruder according to techniques known per se. Examples are injection molding, in which the material is injected directly from the extruder head into a mold or extrusion compression molding, in which the material can flow freely from the extruder I 8 1 3 3 q 2 - 14 - and in which case a suitable amount of extruded material is always is picked up, placed in a mold and pressed into the desired shape. The material can also be processed by other methods known for processing thermoplastic materials.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een extruder, voorzien van een schroef die is opgebouwd uit een of meer schroefdelen, waarin ten minste één van 10 de schroefdelen een dispergeerdeel volgens de uitvinding is.The invention also relates to an extruder, provided with a screw which is built up from one or more screw parts, in which at least one of the screw parts is a dispersion part according to the invention.

Gevonden werd dat met een dergelijke extruder mengsels kunnen worden verkregen, waarmee voorwerpen kunnen worden vervaardigd met verbeterde 15 mechanische eigenschappen ten opzichte van voorwerpen vervaardigd uit een mengsel verkregen met een extruder waarin een dispergeerdeel volgens de stand der techniek aanwezig is. De vereiste en met voordeel toe te passen dimensies en verdere eigenschappen van het 20 dispergeerdeel op zich en in verhouding tot de extruder zijn als hiervoor gedefinieerd.It has been found that mixtures can be obtained with such an extruder, with which objects can be manufactured with improved mechanical properties compared to objects manufactured from a mixture obtained with an extruder in which a dispersion part according to the prior art is present. The required and advantageous dimensions and further properties of the dispersion portion per se and in relation to the extruder are as defined above.

De uitvinding zal worden togelicht aan de hand van de navolgende voorbeelden en vergelijkende experimenten.The invention will be illustrated by the following examples and comparative experiments.

25 Voorbeelden I en IIExamples I and II

In een 60 mm extruder (type PMS60 van Plastik Maschinenbau) met een lengte/diameterverhouding van 25 en een schroef opgebouwd uit een voedingsdeel met een gangdiepte van 6 mm en een dispergeerdeel 3 0 volgens de uitvinding met een lengte van 240 mm, een dispergerende flank L ter lengte van 120 mm en een tussenruimte H tussen de dispergerende flank en het 10 1 5 5 4 2 - 15 - extruderhuis van 0,6 mm werd een met glasvezelgevuld polypropeen verwerkt.In a 60 mm extruder (type PMS60 from Plastik Maschinenbau) with a length / diameter ratio of 25 and a screw composed of a feed part with a passage depth of 6 mm and a dispersion part 30 according to the invention with a length of 240 mm, a dispersing flank L of length 120 mm and a gap H between the dispersing flank and the 0.6 mm 10 5 5 4 2 - 15 extruder housing, a glass fiber filled polypropylene was processed.

Aan deze extruder werd 36 kg/h van een compositie bestaande uit 70% polypropeen met een melt index van 20 5 g/10 min. en 30% lang-glasgranulaat met een lengte van 12 mm toegevoerd. Het glas was aanwezig in bundels van 2400 tex bij een diameter van 18 μπι voor de afzonderlijke filamenten in de bundel. De cilindertemperatuur van de extruder was ingesteld op 10 250 °C. De ronde uitstroomopening in de extruderkop had een diameter van 30 mm.To this extruder was added 36 kg / h of a composition consisting of 70% polypropylene with a melt index of 20 g / 10 min. And 30% long glass granulate with a length of 12 mm. The glass was contained in bundles of 2400 tex at a diameter of 18 μπι for the individual filaments in the bundle. The extruder barrel temperature was set at 250 ° C. The round discharge opening in the extruder head had a diameter of 30 mm.

Een deel van de als een streng uit de extruder uitstromende mengsel werd in een Pontijne ® pers met een druk van 8 Mpa en een perstemperatuur van 40 °C in 15 een tijd van 1 minuut geperst tot een vlakke plaat met een dikte van 2,3 mm.Part of the mixture flowing out of the extruder as a strand was pressed in a Pontijne ® press with a pressure of 8 Mpa and a pressing temperature of 40 ° C over a period of 1 minute into a flat plate with a thickness of 2.3 mm.

Aan geschikte proefplaatjes, genomen uit de tot kamertemperatuur afgekoelde geperste plaat, werden de IZOD-waarde volgens ISO R180-4A en de sterkte en 20 modulus volgens ISO 527/2 bepaald. De mate en gelijkmatigheid van de dispersie van de glasvezels in de polypropeen-matrix werden visueel gewaardeerd op een schaal van 1-10.The IZOD value according to ISO R180-4A and the strength and modulus according to ISO 527/2 were determined on suitable test plates taken from the pressed plate cooled to room temperature. The extent and uniformity of the dispersion of the glass fibers in the polypropylene matrix were visually rated on a scale of 1-10.

Bovenstaande procedure werd herhaald met een doorzet 25 van 60 kg/h.The above procedure was repeated with a throughput of 60 kg / h.

De resultaten zijn weergegeven in Tabel 1.The results are shown in Table 1.

Vergelijkende experimenten A en BComparative experiments A and B

De Voorbeelden I en II werden herhaald met 30 dit verschil dat in plaats van een mengdeel volgens de uitvinding een Egan-mengdeel met drie kanalenparen in fi 15 5 k 2 - 16 - de extruderschroef was opgenomen met een spleetbreedte tussen het extruderhuis en de flanken van het mengdeel van 0,3 mm. De resultaten zijn weergeven in Tabel 1.Examples I and II were repeated with the difference that instead of a mixing part according to the invention, an Egan mixing part with three channel pairs was included in the extruder screw with a gap width between the extruder housing and the flanks of the extruder housing. the 0.3 mm mixing part. The results are shown in Table 1.

5 Tabel 15 Table 1

Voorbeeld/ Doorzet IZOD Sterkte Dispersie experiment kg/h kj/m2 Mpa __ __ _ — 9 _ _ _ _ _ ~ïï 60 46 37 9 ~B 60 33 34 9Example / Throughput IZOD Strength Dispersion experiment kg / h kj / m2 Mpa __ __ _ - 9 _ _ _ _ _ ~ ïï 60 46 37 9 ~ B 60 33 34 9

Uit de Tabel blijkt dat bij toepassing van het dispergeerdeel volgens de uitvinding een materiaal werd 10 verkregen dat bij gelijke kwaliteit van de dispersie betere mechanische eigenschappen bezit dan het materiaal dat werd verkregen met het bekende mengdeel.The Table shows that when using the dispersing part according to the invention a material was obtained which, with the same quality of dispersion, has better mechanical properties than the material obtained with the known mixing part.

15 0 1 5 5 A 215 0 1 5 5 A 2

Claims

1. A dispersion member adapted to be rotatably received in the housing of an extruder, the envelope of which is cylindrical in shape, and in the outer surface of which at least a pair of spiral channels is provided, consisting of an input channel and an output channel each of which is bounded by a first and a second edge, which channels each have a beginning and an end, the beginning of which is open and the end is closed at the input channel of each pair and the end of the output channel is open and the beginning closed, characterized in that the first flank is wider than the second and with a first radial gap fits into the extruder housing and the ratio of the length of the first flank and the first radial gap is between 25 and 750 20

The dispersion member according to claim 1, wherein said ratio is between 50 and 300.

The dispersion part according to claim 1 or 2, wherein the first flank is provided with an elevation running along the input channel.

4. A method for extruding fibers in a thermoplastic material using an extruder, comprising a screw built up from one or more screw parts, comprising supplying the fibers and the thermoplastic material to the extruder and using transporting and processing the total of the supplied fibers and the thermoplastic material of the screw parts, characterized in that at least one of the screw parts is a dispersing part according to any one of claims 1-3 .

The method of claim 4, wherein the fibers and the thermoplastic material are supplied in the form of a fiber-containing granulate.

6. Extruder, provided with a screw built up from one or more screw parts, in which at least one of the screw parts is a dispersion part according to any one of claims 1-2. 0 1 5 5 4 2