NL8103026A - Dubbele wormextrusie-inrichting met ontgassing voor thermoplastische materialen. - Google Patents

Description

*· * § ^ -* 81 . 314 Ί/Rey /Rdm

Korte aanduiding: Dubbele wormextrusie-inrichting met ontgassing voor thermoplastische materialen.

i

De uitvinding heeft betrekking op een dubbele worm-extrusie-_ inrichting met ontgassingsmiddelen voor het ontgassen van thermoplastische materialen en dergelijke met een plastificeer- en een homogenisatietrap en met een ontgassings- en uitstoottrap. δ Voor het ontgassen zijn tweetraps extrusie-inrichtingen bekend met twee naast - respektievelijk boven elkaar aangebrachte extrusiewormen die afzonderlijk worden aangedreven (US-PS 3.470.584)^ De thermoplastische kunststof wordt door een eerste extrusieworm, die het plastificeer- en homogeniseerwerk levert, in een vacuum-10 kamer gevoerd waarin een intensieve ontgassing plaats vindt. Van de vacuümkamer komt dan het ontgaste materiaal in een tweede extrusieworm die als uitstootextrusie-inrichting is uitgevoerd.

Door middel van een dergelijke inrichting kunnen thermisch gevoelige, poedervormige materialen verwerkt worden waarbij op de 15 ene zijde door het opstellen van de twee afzonderlijke extrusie-inrichtingen de zekerheid wordt verkregen dat geen oververhittings-verschijnselen van het materiaal door een verhoogde afschuiving geschiedt en waarbij aan de andere kant een goede ontgassing door de zeer grote vacuümkamer wordt bereikt. Deze opstelling is daarom 20 nadelig omdat twee afzonderlijke aandrijvingen noodzakelijk zijn alsmede de inrichting veel ruimte nodig heeft.

Het verwerken van een thermoplastische kunststof die aan een sterke ontgassing tijdens het extrusieproces moet worden onderworpen verschaft veel problemen. Om een materiaal voldoende te 25 kunnen ontgassen zijn grote materiaaloppervlakken noodzakelijk.

Omdat bij het aansluiten een onderdruk in het ontgassingsgebied het gesmolten materiaal tengevolge van de verdampende vluchtige bestanddelen sterk opschuimt is een goede ontgassing slechts dan te realiseren wanneer binnen in de extrusie-inrichting veel vrije 30 ruimten voor het opschuimen worden gevormd. Het vormen van een grote vrije ruimte binnen in een dubbele worm-extrusie-inrichting is in het bijzonder dan van grote betekenis wanneer aan het te verwerken thermoplastische materiaal water wordt toegevoegd dat binnen in de extrusie-inrichting boven het kookpunt wordt verhit en daarom 35 in de vacuumtrap waarin een ontlasting van druk op het materiaal 81 03 0 2 6 • - 2 - -ar •j % wordt uitgevoerd als waterdamp optreedt en het gesmolten materiaal sterk opschuimt. De waterdamp trekt vrije monomeerdelen met zich mee waardoor een uitstekende ontgassing van het thermoplastische materiaal is uit te voeren.

5 Wanneer men dus een dergelijke ontgassingsmethode ten nutte maken wil zonder van de uitstekende plastificeer- en homogeniseer-werkingen van een dubbele worm-extrusie-inrichting afstand te doen is het ontoelaatbaar binnen een dubbele worm-extrusie-inrichting een zeer grote vrije ruimte te verschaffen. Aan de andere kant 10 staat hier tegenover dat de wormen van een dubbele worm-extrusie-inrichting die voor een goede transport prestatie en zelf-reiniging met elkaar in ingrijping staan niet willekeurig in de kerndiameter kunnen worden verminderd omdat dan het uitkammen van de wormkern door de buitendiameter van de wormen niet meer is gegarandeerd.

15 Daarom verschaft het vormen van vrije ruimten bij/cfuLbele worm-extrusie-inrichting belangrijke moeilijkheden.

De uitvinding heeft tot,doel een dubbele worm-extrusie-inrichting met ontgassing zodanig uit te voeren dat hiermede goede plastificeer- en homogeniseerresultaten, in het bijzonder echter 20 uitstekende ontgassingsresultaten kunnen worden bereikt, ook dan wanneer aan het materiaal water als hulpmiddel voor het ontgassen (trekmiddel) 'toegevoegd wordt.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt met een extrusie-inrichting van de aan het begin vermelde soort die daardoor is 25 gekenmerkt, dat de wormdelen in de ontgassings- en uitstoottrap een ten opzichte van de wormdelen in de plastificeer- en homogeni-seertrap gereduceerde kerndiameter bezitten, dat het huis van de dubbele worm in de ontgassings- en uitstoottrap telkens een verwijde binnendiameter bezit ten opzichte van de betreffende binnen-30 diameter van het huis van de dubbele worm in de plastificeer- en homogeniseertrap en dat de buitendiameter van de wormdelen in de ontgassings- en uitstoottrap ongeveer met de betreffende diameter van het huis overeen stemt.

De voordelen van de dubbele worm-extrusie-inrichting met 35 ontgassing zijn in het bijzonder daarin te zien dat twee extreem van elkaar te onderscheiden werkvoorwaarden in één machine op zeer voordelige manier met elkaar zijn verenigd en kunnen worden uitge-voerd.

8103026

ί A

- 3 -

Zo heeft men voor de eerste trap voor het plastificeren van het te verwerken materiaal een groot draaimoment nodig (wordt bereikt door grote kerndiameter) en voor het homogeniseren en bijvoorbeeld bijmengen van sleepmiddelen (trekmiddel) grote afschuivings-5 omstandigheden (bereikt met een geringe wormdiepte met evengrote kerndiameter),

In de tweede trap dat wil zeggen in het ontgassings- en uitstootdeel worden volgens de uitvinding een groot volume (gelijk aan een kleine kerndiameter en grote buitendiameter) en geringe 10 afschuivingsomstandigheden tengevolge van de grotere wormdiepte gerealiseerd.

Op een voordeel biedende manier wordt voor het vergroten van het volume bovendien een vergrote spoed van de worm toegepast, dat wil zeggen dat de hoek tussen een gedachte vertikale lijn en 15 de wormkam in de ontgassings- en uitstoottrap groter is dan in de plastificeer- en homogeniseertrap.

Er worden hierdoor in de eerste trqp uitstekende plastificeer- en homogeniseerwerkingen bereikt. Het toerental van de worm kan voor de gewenste uitstoting vrij worden gekozen zonder dat met 20 de tweede trap rekening gehouden behoeft te worden. Afhankelijk van de keuze van de diameter verhouding kan uitgaande van de eerste trap die in het algemeen volgens de afmetingen ven standaard extrusie-inrichtingen zijn voor de ontgassings- en uitstoottrap maximaal het drievoudige transportvolume worden bereid. De in dit 25 gebied in vergelijking met de standaardmachine geringe wormkern-diameter kan geaccepteerd worden omdat het reeds gesmolten materiaal nu nog een betrekkelijk gering draaimoment van de worm nodig heeft.

Bij wormen volgens het bouwdoos principe, waarvan de delen 30 op een trekanker respektievelijk op een doorn worden geschoven kan op voordelige manier de doorn in het gebied van de ontgassings- en uitstootzone ook met gereduceerde diameter worden uitgevoerd om de vergroting van het volume in dit gebied door op de doorn geschoven en een nog geringe kerndiameter bezittende wormdelen ten goede te 35 laten komen. De uitvoering volgens de uitvinding van de tweede trap waarborgt een uitstekende ontgassing van het te verwerken materiaal omdat veel vrije ruimten onder de ontgassingsopening wordt 81 03 0 2 6

' 4 V

- 4 -

Vs.

verkregen. Door de sterk gereduceerde kerndiometer bij gelijktijdige verwijding van de binnendiameter van de cylinder in de ©ntgas-singstrap ontstaat een groot transportvolume en daardoor ook een grote vrije ruimte.

5 Door deze maatregel wordt het transportvermogen sterk ver hoogd zodat ook bij een sterk opschuimen van gesmolten materiaal verhinderd kan worden dat zich de gangen in het ontgassingsgebied geheel opvullen.

Voorts wordt door het verschaffen van veel vrije ruimte ge-10 waarborgd dat geen materiaal in de ontgassingsopening omhoog stijgt en hierdoor het ontgassen kan verstoren. Ook wordt een uiterst voorzichtige materiaalbehandeling door een dergelijke uitvoering van de tweede trap bereikt omdat weinig afschuiving in het materiaal plaats vindt en daardoor geen ongewenste temperatuur-15 verhoging kan optreden.

De uitvinding wordt aan de hand van de bijgaande tekening nader toegelicht, waarin: fig. 1 een bovenaanzicht van een dubbele worm-extrusie-inrichting met ontgassing; 20 fig. 2 een doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1; en fig. 3 een doorsnede volgens de lijn III-III in fig. 1 toont.

De dubbele worm-extrusie-inrichting met ontgassingsmiddelen bestaat uit een aantal delen 1-5 van het huis. In het huis bevinden zich twee met elkaar in ingrijping staande wormen 6 en 7. De dubbe-25 le worm-extrusie-inrichting met ontgassing is uit de trap 8, van de plastificeer- en homogeniseertrap en de trap 9 van de ontgassings-en uitstoottrap samengesteld. Aan de afzonderlijke delen van het huis 1-5 zijn telkens aan de einden flenzen gevormd om de afzonderlijke delen aan elkaar te kunnen vastschroeven.

30 In het gedeelte 1 van het huis bevindt zich een vulopening 10 en op het gedeelte 4 van het huis de ontgassingsopening 11. Tussen de trappen 8 en 9 bevindt zich aan de binnenzijde van de cylinder een in dwarsdoorsnede ongeveer trapeziumvormig uitgevoerde ring 12. De met elkaar in ingrijping zijnde dubbele wormen 6 en 35 7 bestaan uit afzonderlijke op doorns respektievelijk trekankers 13 en 14 gestoken wormdelen. De afzonderlijke wormdelen zijn door middel van spieën 15 en 16 tegen verdraaiing geborgd. Naast de 81 0 3 0 2 6 * V · - 5 - vulopening 10 bevinden zich twee vormdelen 17 met terugdrukschroef-gang om te vermijden dat thermoplastisch materiaal in de niet getoonde aandrijfeenheid dringt. Onder de vulopening 10 bevinden zich enkelgangige vormdelen 18 met smalle wormkammen 19 waardoor een 5 groot invoervolume in dit gebied wordt verkregen. Op de vormdelen 18 sluiten eveneens enkelgangige vormdelen 20 aan die bredere worm-kammen bezitten en daardoor een ophouwen van druk mogelijk maken.

Op het gedeelte 20 sluit zich een gedeelte 21 aan dat weer in de transportrichting het materiaal aan kneedschijven 22 doorgeeft. De 10 kneedschijven hebben tot doel een uitstrijkende funktie mogelijk te maken dat wil zeggen dat voor het homogeniseren materiaal tussen de ruggen van de kneedschijven en de binnenwand van de cylinder een dunne laag wordt uitgestreken. De delen 23 hebben overwegend een transportfunktie terwijl de tandschijven 24 een mengfunktie hebben.

15 Onder de tandschijven zijn ringvormig uitgevoerde schijven met aan de buitenzijde half cirkelvormig uitgefreesde groeven te verstaan.

Het overgangstuk 25 is konisch uitgevoerd zonder enige profilering.

20 In het ontgassings- en uitstootgebied 9 zijn onder de ont- gassingsopening 11 meergangige vormdelen 26 met wormruggen 27 aangebracht. Uitgaande van een overgangsring 25 vermindert zich de kerndiameter K in de plastificeer- en homogeniseertrap tot de kern-diameter k in de ontgassings- en uitstoottrap. Gelijktijdig ver-25 wijdt zich de binnendiameter van de cylinder van d in de plastificeer- en homogeniseertrap tot D in de ontgassings- en uitstoottrap. Door de hiervoor genoemde maatregelen wordt in de ontgassings- en uitstoottrap vrije ruimte tot ongeveer het 1,5-2,5 voudige vergroot.

In fig. 2 wordt de gangdiepte in de plastificeer- en homo-30 geniseertrap met 28 aangeduid en met 29 de gangdiepte (fig- 3) in de ontgassings- en uitstoottrap 9.

Op de meergangige delen 26 sluiten zich de enkelgangige delen 30, de tandschijven 31 en de enkelgangige delen 32 alsmede de delen 33 met brede kammen aan. Van hieruit komt het materiaal 35 in een niet getekend spuitwerktuig, bijvoorbeeld een profielkop voor het vervaardigen van een vensterkozijn-profiel. In een praktisch voorbeeld wordt ABS-poeder in de voedingsopening 10 gebracht 81 0 3 0 2 6 - 6 - en tot op 260°C verhit. Gelijktijdig met het ABS-poeder wordt 1-2 percent water in de vulopening 10 gedaan dat in de plastificeer-en homogeniseertrap tot boven het kookpunt wordt verhit. Nadat het materiaal de tandschijven 24 is gepasseerd en in de ontgassings- en 5 uitstoottrap is getransporteerd geschiedt een totaal ontlasting van druk tot op 10-50 millibar absoluut in het meergangige deel 26 onder de ontgassingsopening 11. Door deze ontlasting van druk schuimt het materiaal sterk op, de blazen scheuren en de waterdamp trekt de in de smelt aanwezige monomeren acrylinitraat, styrol enz. 10 mee.

Bij een vergelijkingsproef met een dubbele worm-extrusie-inrichting met gelijkblijvende kern- en buitendiameter van de worm en het huis zowel in de plastificeer- en homogeniseertrap alsmede in de ontgassings- en uitstoottrap met 90 mm warmdiameter werd een 15 uitstoting van 800 kg/h bereikt, echter kon de druk niet onder 300 millibar absoluut naar beneden gebracht worden zonder dat de worm-gangen geheel gevuld waren. Bij gelijkblijvend maximum toerental moest daarom de uitstoting tot 50 kg/h teruggebracht worden opdat de voor een goede ontgassing noodzakelijke absolute druk van 20 20 millibar bereikt zou kunnen worden zonder dat de gangen teveel gevuld waren.

Met een uitvoering volgens de uitvinding van de dubbele worm-extrusie-inrichting met ontgassing met een wormdiameter van 90 mm in de plastificeer- en homogeniseertrap en een wormdiameter 25 van 97 mm en een kerndiameter van 65 mm in de ontgassings- en uitstoottrap kon bij gelijk toerental een uitstootvermogen van 800 kg/h bij een druk van 20 millibar absoluut gewerkt worden waarbij ondanks de hoge opbrengst een uitstekende ontgassing bereikt werd. Er zijn voor het vergroten van het uitstootvermogen van 500 tot 30 800 kg/h voor de machine slechts geringe kostenverhogingen voor de in dit gebied vergrote wormdelen noodzakelijk.

8103026

Claims (2)

1. 2. Dubbele worm-extrusie-inrichting, met ontgcssing volgens 15 fig. l,met het kenmerk, dat de spoed van de worm- kammen, dat wil zeggen de hoek tussen een gedachte vertikale lijn en de wormkammen in de ontgassings- en uitstoottrap (9) groter is dan in de plastificeer- en homogeniseertrap (8).
2. 3. Dubbele worm-extrusie-inrichting met ontgassing volgens 20 conclusie l,met het kenmerk, dat de trekankers (13, 14. waarop de afzonderlijke wormdelen gestoken worden in de ontgassings- en uitstoottrap (9) in diameter ten opzichte van de diameter van de doorn in de plastificeer- en homogeniseertrap (8) verkleind zijn uitgevoerd. 81 0 3 0 2 6 - ---—*