NL8303121A - Warmtewisselingsinrichting voor het extruderen van thermoplastische samenstellingen. - Google Patents

Description

♦ ·* - 1 -

Warmtewisselingsinrichting voor het extruderen van thermoplastische samenstellingen.

De uitvinding heeft betrekking o^ een inrichting voor gebruik bij de extrusie van thermoplastische samenstellingen en meer in het bijzonder op een inrichting voor gebruik bij de extrusie van geschuimde thermoplas-5 tische samenstellingen. De hierin beschreven inrichting is bruikbaar voor het extruderen van samenstellingen bestaande uit een belangrijk deel van ten minste één thermoplastische hars, die amorf ofwel kristallijn van aard is.

10 Bij de in de kunststofindustrie toegepaste processen voor het extruderen van thermoplastische samenstellingen worden korrels of stukjes van ten minste ëên thermoplastische hars en verschillende andere toevoegingen gebracht in de toevoerzone van een schroef-15 extrusie-inrichting. In de extrusie-inrichting worden de thermoplastische hars en de toevoegingen verwarmd en vermengd voor het vormen van een nagenoeg homogene, continue, stroombare samenstelling die dan door middel van de schroef wordt geperst door een extrusiematrijs 20 voor het leveren van een produkt van de gewenste vorm en afmetingen.

Bij het door de extrusie-inrichting heengaan van de thermoplastische samenstelling neemt de temperatuur daarvan aanmerkelijk toe ten gevolge van de gecombineerde 25 afschuivende en compressiekrachten, die door de roterende extrusieschroef op het materiaal worden uitgeoefend.

Bij een bepaalde extrusie-inrichting zal de grootte van de temperatuurtoename variëren al naar de mate van verdraaiing van de extrusieschroef en van de afschuif-30 eigenschappen van de doorgevoerde thermoplastische samenstelling. Terwijl enige verwarming gewenst en noodzakelijk is voor het verkrijgen van een voldoende extrusie moet overmaat warmte worden verwijderd uit het materiaal stroomafwaarts van de extrusie-inrichting 35 om het geëxtrudeerde produkt zijn vorm en samenhang te doen behouden. Normaal wordt dit gedaan door het a 3 Λ - 1 9 1 y w v u « — * * f - 2 - geëxtrudeerde produkt, al dan niet vertraagd, te voeren over koelrollen of door koelruimten stroomafwaarts van de extrusiematrijs. Daar de temperatuur van het produkt dat de extrusiematrijs verlaat evenredig is met de 5 mate van rotatie van de extrusieschroef bij het werken onder standaard-omstandigheden (dat wil zeggen dat een toename in de doorstromende hoeveelheid materiaal een hogere smelttemperatuur veroorzaakt}, worden de bekende extrusielijnen voor wat betreft de daar doorheen gevoerde 10 hoeveelheid materiaal beperkt door de capaciteit van de koelinrichting stroomafwaarts van de extrusiematrijs.

Zelfs wanneer de stroomafwaartse koel -—capaciteit voldoende is kan het geëxtrudeerde produkt een thermische % schok ondergaan indien de temperatuur ervan te snel 15 wordt verlaagd over een groot temperatuurverschil, waardoor de mechanische eigenschappen ervan nadelig worden beïnvloedt .

Bijzondere moeilijkheden doen zich voor bij de extrusie van geschuimde thermoplastische samenstellin-20 gen. Extrusie-inrichtingen voor geschuimde thermoplastische samenstellingen werken meestal met hoge drukken om het opschuimmiddel in vloeibare toestand te houden totdat de samenstelling de extrusiematrijs verlaat. Indien de temperatuur van het geschuimde produkt bij het verlaten 25 van de extrusiematrijs aanmerkelijk hoger is dan vereist voor het verkrijgen van een bevredigende extrusie zal het opschuimmiddel teveel expanderen wanneer de druk wordt opgeheven, wat zal resulteren in stukgaan van de cellen en verlies aan dimensionele stabiliteit en een 30 daarbij behorende samenhang. Indien de temperatuur te laag is zal een onvoldoende expansie plaatsvinden waaruit slechts de dichtheidseigenschappen zullen resulteren.

Voor bepaalde polymeren, zoals polyetheen, bedraagt de juiste temperatuurbegrenzing slechts ongeveer + 2°C.

35 Verder is de moeilijkheid niet slechts gelegen in het bereiken van een bepaalde absolute temperatuur, maar ook in de gelijkmatigheid van de temperatuur. Indien temperatuurgradiënten aanwezig zijn binnen de polymere massa zal een ongelijkmatige opschuiming plaatsvinden, 40 waardoor weer cellen stuk zullen gaan en slechte dichtheids- o " 'Λ ” ; ·;; 1 Q V v .j i £* I · - 3 - * * waarden worden verkregen. Bij hoge doorgaande hoeveelheden zal er nog grotere kans zijn op de aanwezigheid van temperatuurgradiënten.

Bij het extruderen van schuimprodukte n is het 5 daardoor bijzonder moeilijk een toename in de doorgaande hoeveelheid van een extrusielijn te verkrijgen, zonder dat niet tegelijkertijd een verslechtering optreedt van de fysische eigenschappen van het verkregen produkt, zoals in de afmetingen, de gelijkmatigheid en de samenhang 10 van de cellen en de dichtheidswaarde van de geschuimde polymeer. Deze moeilijkheden worden nog vergroot wanneer, zoals vaak gewenst is, verschillende toevoegingen worden opgenomen in het geschuimde produkt, zoals bijv. een vlamvertragend middel, 15 Verschillende maatregelen zijn genomen om deze moeilijkheden op te lossen. Zo is het bijv. gebruikelijk twee afzonderlijke exfcrusieschroeven toe te passen, die in serie zijn geschakeld. Zie bijv. het Amerikaanse octrooischrift 3.860.220. Bij deze vormgeving werkt de 20 schroef van de tweede extrusie-inrichting slechts als hulpmiddel voor het transport van de thermoplastische samenstelling door de extrusie-inrichting, die is ommanteld en wordt gekoeld door een circulerend koelmedium. Gebleken is echter dat het gebruik van een tweede extrusie-25 inrichting met deze capaciteit een zeer kostbare en oneconomische wijze van koeling van een geschuimd materiaal oplevert, zowel gezien vanuit het oogpunt van de inrichting als vanuit het oogpunt van de gebruikte energie. In een dergelijke tweede schroef zullen ook 30 temperatuurverschillen optreden, daar door de schroef warmte wordt opgewekt, terwijl de koeling plaatsvindt vanaf de buitenzijde. Vanwege de hoge toegepaste drukken bij het extruderen van schuim treden dikwijls moeilijkheden op bij de achterste afdichtingen van de tweede 35 extrusieschroef. Stukgaan van de achterste afdichtingen kan resulteren in beschadiging van de vertragingskast ten gevolge van het ontsnappende polymeer, evenals in een ongewenste lekkage van het opschuimmiddel.

Een andere oplossing is het verlagen van het 40 toerental van de extrusieschroef maar deze maatregel ** ^ - 4 - is natuurlijk in tegenspraak met een vergroting van de dóórstromende hoeveelheid materiaal door de extrusielijn.

Andere maatregelen omvatten de opname van koelinrichtingen in het stroomafwaartse deel van de 5 extrusie-inrichting of in samenhang met de extrusiematrijs zelf. De eerste maatregel is bijv. beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.385.917r 3.151.192; 3.444.283 en 3.658.973 en in het Britse octrooischrift 2.003.080, terwijl de tweede maatregel kan worden 10 gevonden in de Amerikaanse octrooischriften 3.393.427 en 4.088.434 en in het Russische octrooischrift 592.610.

Deze matrijseenheden zijn zeer kostbaar en het is bijzonder duur om de bekende inrichtingen op deze wijze aan te passen. Verder zijn zij geen effektieve warmte-15 overdragende elementen, zodat zij geen aanmerkelijke vergroting van de doorgevoerde hoeveelheden materiaal mogelijk maken.

Eveneens is het mogelijk de koelcapaciteit stroomafwaarts van de extrusiematrijs te vergroten.

20 Zie bijv. het Amerikaanse octrooischrift 3.764.642. Dit levert echter de moeilijkheid op van de reeds bovengenoemde thermische schok, terwijl bovendien de meest belangrijke koeling meestal stroomopwaarts van de matrijsopening is vereist, zodat de hars binnen een bepaald vereist 25 temperatuurtraject kan worden geëxtrudeerd. Dit is essentieel in het geval van schuimextrusie.

Verdere pogingen zijn gedaan voor het aan brengen van een zekere koelinrichting tussen de extrusie-inrichting en de extrusiematrijs. Zie bijv. de 30 Amerikaanse octrooischriften 3.310.617; 3.275.731; 3.751.377; 3.588.955; 3.827.841 en 3.830.901. Deze pogingen hebben inderdaad geresulteerd in een toename van de totale warmte-uitwisse1ende ofwel koelcapaciteit in de extrusielijn, maar zij zijn niet succesvol 35 gebleken voor het oplossen van de moeilijkheid van de gelijkmatige temperatuur, zoals bijv. blijkt uit de noodzaak van het opnemen van een aanvullende menginrich-ting stroomafwaarts van de warmtewisselaar of de koelinrichting, zoals bijv. is aangegeven in fig. 3 van 50 het Amerikaanse octrooischrift 3.588.955. Hoewel verder f> 1 , ' » - · I 4 '3 i 4 ·* - 5 - enige toename in de doorstromende hoeveelheid is bereikt (zie bijv. Amerikaans octrooischrift 3.827.841) door deze maatregelen, is het niet mogelijk gebleken om deze toename te vergroten tot boven een bepaald niveau, onder 5 een gelijktijdige produktie van een geschuimd produkt met de gewenste fysische eigenschappen.

Er bestaat daardoor behoefte aan een extrusie-inrichting voor thermoplastische samenstellingen waardoor tegelijkertijd een grotere dóórstromende 10 hoeveelheid door de extrusie-inrichting kan worden bereikt zonder dat een verslechtering optreedt van de fysische eigenschappen van het geëxtrudeerde produkt.

In het bijzonder is behoefte aan een dergeïijke inrichting waardoor de extrusie mogelijk is van geschuimde thermo-15 plastische samenstellingen met een vergrote produktie-snelheid en waarbij produkten worden verkregen met bijzonder goede fysische eigenschappen, bij voorkeur door middel van een extrusie-inrichting die gebruik maakt van een enkele schroef.

20 Een doel van de onderhavige uitvinding is daarom het verschaffen van een verbeterde inrichting voor het extruderen van thermoplastisch harsmateriaal, waarbij in het bijzonder beoogd wordt het verschaffen van een warmtewisselingsinrichting, waardoor een aan-25 zienlijke toename mogelijk is van de hoeveelheid materiaal, die door de extrusielijn wordt gevoerd, bij voorkeur onder gebruikmaking van een extrusie-inrichting van het type met een enkele schroef.

Een verder doel van de uitvinding is gelegen 30 in het verschaffen van een dergelijke warmtewisselingsinrichting, die niet slechts grotere doorgaande materiaal’* hoeveelheid mogelijk maakt, maar ook de vervaardiging van geëxtrudeerde produkten met bijzonder goede fysische eigenschappen.

35 Nog een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een inrichting die de temperatuur van een geëxtrudeerd materiaal kan regelen binnen nauwe vooraf bepaalde grenzen.

Een verder doel van de uitvinding is het 40 verschaffen van energiebesparingen zoals in het bijzonder '7 - ' ' _ Λ ï ·.. '*·*' - * w - 6 - ·» κ van meer dan 30 %.

Voor hèt bereiken van de bovengestelde doeleinden verschaft de onderhavige uitvinding een warmtewisselings-inrichting voor het regelen van de temperatuur van een 5 hars na het verlaten van een extrusie-inrichting en voorafgaand aan de extrusie door een matrijs bij een extrusieproces, omvattende een warmtewisselaar met een inlaat en een uitlaat voor een geëxtrudeerde warm-geplasti-ficeerde hars en een inlaat en een uitlaat voor een 10 wamtewisselend medium dat in warmte-uitwisse lende verhouding wordt gecirculeerd met de geëxtrudeerde hars; een selectieve verwarmer voor het opnemen van het warmte-wisselend medium vanaf de warmtewisselaar waarbij de verwarmer het wamtewisselend medium verhit tot een 15 vooraf bepaalde temperatuur tijdens een opstartfase van de warmtewisselingsinrichting; een koeler geschikt voor het opnemen van een deel van het wamtewisselend medium vanaf de verwarmer, welke koeler een inlaat en een uitlaat omvat voor het wamtewisselend medium en een inlaat en 20 een uitlaat voor een koelmedium dat wordt gecirculeerd in warmtewisselende verhouding met het wamtewisselend medium; regelmiddelen aangebracht tussen de verwarmer en de koeler voor het naar keuze richten van een deel van het wamtewisselend medium naar de koeler in af-25 hankelijkheid van een waargenomen temperatuursomstandig-heid en voor het richten van het verdere deel van het wamtewisselend medium naar de wamtewisselaar; en een pomp voor het circuleren van het wamtewisselende medium tussen de warmtewisselaar, de verwarmer, de koeler en 30 de regelmiddelen.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de wamtewisselingsinrichting een huis waarin alle vereiste apparaten zijn opgenomen en waarbij slechts uitwendige aansluitingen aanwezig zijn 35 als inlaat en uitlaat voor het koelmedium en als inlaat-en uitlaatmiddelen voor de extrusiematrijs. Meer in het bijzonder zal het huis verplaatsbaar zijn.

Verdere doeleinden, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen nu nader worden 40 toegelicht aan de hand van de beschrijving van voorkeurs-o ~ " ' 1 Λ ·* - 7 - uitvoeringsvormen weergegeven in de tekening, waarin: fig. 1 schematisch een vereenvoudigd perspectivisch aanzicht toont van een inrichting voor het extruderen van geschuimde thermoplastische samenstellingen; 5 fig. 2 een perspectivisch aanzicht toont van de warmtewisselingsinrichting voor een nauwkeurige temperatuurregeling; fig. 3 een schema toont van de opstelling en de verbindingen tussen de onderdelen van de inrichting 10 volgens de uitvinding; fig. 4 een langsdoorsnede toont over een harswarmtewisselaar en wel over de koelmiddelen, gezien volgens de lijn IV-IV van fig. 1; fig. 5 een doorsnede toont over de warmte-15 wisselaar van fig. 4 volgens de lijn V-V van fig. 1; fig. 6 een zijaanzicht toont van een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitlaatmiddelen van de warmtewisselaar getoond in de fig. 1 en 4-6; fig. 7 een zijaanzicht toont van een voorkeurs-20 uitvoeringsvorm van de inlaat van de warmtewisselaar getoond in de fig. 1 en 4-6; fig. 8 een zijaanzicht toont van een andere uitvoeringsvorm van de warmtewisselaar en wel van de koelmiddelen volgens de uitvinding; 25 fig. 9 een langsdoorsnede toont over het pijpenplaat-deel van de warmtewisselaar van fig. 8; fig. 10 een eindaanzicht toont van het inlaat-einde van de warmtewisselaar van fig. 8; fig. 11 een eindaanzicht toont van het inlaat-30 einde van het pijpenplaat-deel van de warmtewisselaar van het type getoond in fig. 8; fig. 12 een eindaanzicht toont van het uitlaat-einde van de warmtewisselaar van fig. 8; fig. 13 een eindaanzicht toont van het uitlaat-35 einde van het pijpenplaat-deel van een warmtewisselaar van het type, weergegeven in fig. 8; fig. 14 een zijaanzicht toont van het inlaat-klepsamenstel van de warmtewisselaar van fig. 8; fig. 15 een afzonderlijk zijaanzicht toont 40 van een inlaatplaat die gebruikt kan worden bij een - 8 - uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar van het type weergegeven in fig. 8? en fig. 16 schematisch een eindaanzicht toont van de warmtewisselingsinrichting volgens de uitvinding 5 zoals deze op de voorkeurswijze is aangebracht in een huis.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaande uit een combinatie omvattende de extrusie-inrichting 2, een warmtewisselingsinrichting of 10 meer eenvoudig een koelinrichting 10 en extrusiematrijs 70 als zijn drie hoofdelementen. De drie hoofdelementen zijn zodanig opgesteld en uitgevoerd dat de inlaatopening 14 van de koelinrichting 10 in verbinding staat met de uitlaatopening 6 van de extrusie-inrichting 2, terwijl 15 de extrusiematrijs 70 in verbinding staat met de uitlaatopening 16 van de koelinrichting 10. In deze figuur is een buisvormig geëxtrudeerd produkt 74 weergegeven, dat de matrijsopening 72 verlaat. De extrusie-inrichting 2 is gedeeltelijk weggesneden voor het tonen van de 20 cilinder 4 waarin zich een enkele extrusieschroef 8 bevindt, die op zodanige wijze is aangebracht dat hij om zijn langsas verdraaibaar is. Thermoplastisch materiaal wordt toegevoerd aan de extrusie-inrichting 2 via de toevoeropening 5. Bij het fabriceren van een geschuimde 25 thermoplastische samenstelling wordt een opschuimmiddel aangebracht via de inlaatopening 7 in de cilinder 4 rond de extrusieschroef 8. De extrusie-inrichting 2 is een bekende, motorisch aangedreven, enkeltraps schroef-extrusie-inrichting, zoals deze in de handel verkrijgbaar 30 is en aan de deskundige bekend is.

Fig. 2 toont een schematisch aanzicht van de warmtewisselingsinrichting ofwel de koelinrichting 10 volgens de uitvinding. De koelinrichting 10 omvat een harswarmtewisselaar 12 met een inlaatopening 14, die 35 stroomafwaarts van en nabij de extrusie-inrichting 2 is aangebracht, en een uitlaatopening 16 die loopt vanaf de warmtewisselaar 12 naar de extrusiematrijs 70. De koelinrichting 10 omvat verder een verwarmer 20 en een koeler 22 die zorgen voor de temperatuurregeling van het 40 uitwisselende medium dat door de wisselaar 12 wordt ge- „ ^ ,5 8·.: - j i -- i - 9 - circuleerd. Hoewel als warmte-uitwisselend medium elke geschikte vloeistof kan worden gekozen met een kookpunt hoger dan het smeltpunt van de warme hars die aan de wisselaar wordt toegevoerd, vormt een voorkeursmedium 5 olie, bijv. Monsanto, Thermanol 55, als boven beschreven. De verwarmer 20 dient voor het verwarmen van de olie tijdens het opstarten van de inrichting om eventuele gestolde hars, die van een voorafgaand bedrijf is achtergebleven, te smelten en gedurende de tijd dat 10 aangegeven wordt dat de temperatuur van de uitstromende hars in de uitlaatopening 16 te laag is. De verwarmer 20 verwarmt de olie, die daarna terugkeert naar de wisselaar 12, zodat de warmteuitwisseling tussen de koude hars en de olie toeneemt ten gevolge van de 15 warmere olie, terwijl de resulterende temperatuur van de hars verhoogd wordt tot de voorafbepaalde temperatuur. Eveneens is de koeler 22 aangebracht, die werkt op de tegenovergestelde wijze als de verwarmer, dat wil zeggen dat de koeler 22 de olie afkoelt en daardoor eveneens 20 de hars bij de uitlaatopening 16.

Tijdens het bedrijf is een olietemperatuur-regelapparaat 18 in werking, zoals weergegeven in fig. 3 voor het regelen van de temperatuur in het systeem.

Pig. 3 toont verder schematisch de uitvoering van de 25 koelinrichting 10. Bij het in bedrijf stellen bedient het temperatuurregelapparaat 18 de verwarmer 20 door het leveren van een voltage voor het leveren van een olietemperatuur voldoende voor het smelten van hars, die eventueel is achtergebleven in de warmtewisselings-30 inrichting van een voorafgaand bedrijf en daarin is gestold. Door de pomp 24, aangedreven door de motor 26, wordt de olie door de verwarmer gepompt om deze te verlaten via de leiding 28 die gaat naar een T-stuk 30.

Bij het T-stuk 30 wordt de hete olie verdeeld, waarbij 35 de grootste hoeveelheid wordt verpompt via de leiding 32 naar de warmtewisselaar 12. Het kleinste deel van de hete olie wordt via de leiding 34 gepompt naar de extrusiematrij s 70 om de extrusiematrijs te verwarmen tot een temperatuur voldoende voor het smelten van hars 40 die eventueel daarin is achtergebleven van een voorgaand „ * *

Cv ; ..... j

► I

- 10 - bedrijf. Indien hogere matrijstemperaturen zijn vereist kan eventueel de hete olie voorbij de matrijs worden gevoerd en in plaats daarvan elektrisch warmte worden toegevoerd.

De relatieve verdeling bij het T-stuk 30 varieert naar 5 gelang de bedrijfsomstandigheden. Bij een normaal bedrijf zal echter ongeveer 90 % of meer van de hete olie terugkeren naar de warmtewisselaar via de leiding 32 terwijl IQ % of minder wordt verpompt naar de extrusiematrijs 70 via de leiding 34. De stroming van de geringe hoeveelheid olie 10 naar de extrusiematrijs 70 is slechts aangegeven bij wijze van voorbeeld. De geringe oliestroom kan worden geblokkeerd zodat dan alle olie naar de wisselaar terug kan stromen via de leiding 32, ofwel de leiding kan zorgen voor de % doorstroming van olie waar daaraan op andere plaatsen 15 behoefte bestaat, dat wil zeggen zoals voor perspompen, ofwel de leiding zelf kan worden verbonden met de wisselaar voor het verschaffen van twee inlaatopeningen naar de wisselaar zoals hierna meer in detail zal worden uiteengezet. Voor het verduidelijken van de inrichting zal echter worden 20 aangenomen dat de leiding is verbonden met de extrusiematrijs. Zoals weergegeven in fig. 3 kunnen de leiding 34 en de retourleiding 50 van de extrusiematrijs, die nog nader zal worden beschreven, worden voorzien van afzonderlijke kleppen 33 en 35, waardoor de leiding 34 kan worden 25 afgesloten van de extrusiematrijs 70 wanneer een dergelijke doorstroming niet langer noodzakelijk is. Door het opnemen van deze kleppen kan de afsluiting tot stand worden gebracht zonder dat een voorafgaand aftappen van het totale stelsel noodzakelijk is, 30 De hete olie wordt gepompt naar de warmtewisselaar 12, waarin hij zodanig stroomt dat een warmtewisseling tot stand wordt gebracht. Bij voorkeur stroomt de olie in tegengestelde richting als de hars, waardoor de warmteoverdracht wordt verbeterd, wanneer de hars begint te 35 smelten stroomt hij door de warmtewisselaar 12 naar de extrusiematrijs 70. De hete olie, die het medium vormt met de hogere temperatuur, brengt warmte over op de koude gestolde hars. Ten gevolge van deze warmte-overdracht zal de olie die de warmtewisselaar 12 verlaat via de 40 leiding 36 zijn afgekoeld. De koelere olie voltooit zijn c> ’ '* ’ ·; ^ ‘ i / j j i -v* -i - 11 - circulatie door terugkeer naar de verwarmer 20 waar hij opnieuw wordt verhit zodat de cyclus zich kan herhalen.

wanneer de harsstroom eenmaal op gang is gekomen kan een lagere instelling van het olietemperatuur-5 regelapparaat 18 mogelijk zijn en wanneer dit het geval is kan de continue produktie tót stand komen.

Na dit tot stand komen van de produktie dient de koelinrichting 10 voor de verwijdering van warmte vanaf de hete hars die de extrusie-inrichting 2 verlaat 10 en voor het verder verzorgen van een nauwkeurige regeling van de hars op een vooraf bepaalde temperatuur. Wanneer de hete hars door de wisselaar 12 begint te stromen zullen temperatuurmeters de toename van de temperatuur aangeven van de harssmelt en de olietemperatuurregelaar 15 18 zal dan de verwarmer uitschakelen. De koelinrichting 10 zal nu dienen om een koelere oliestroom aan de warmtewisselaar 12 toe te voeren.

Voor wat betreft de oliestroomcyclus zal nu een hete olie uit de warmtewisselaar 12 stromen via 20 de leiding 36 nabij het inlaateinde 14. Na in tegenstroom door de wisselaar te zijn gestroomd heeft de olie nu gediend voor het verwijderen van warmte van de harssmelt, welke de warmtebron is, zodat dientengevolge de olie-temperatuur is toegenomen. De hete olie wordt dan via 25 de leiding 36 en de pomp 24 toegevoerd aan de verwarmer 20. De doorgang door de leiding 36 levert enige warmte-wisseling op tussen de hete olie en de omringende atmosfeer. Daar de olie een temperatuur kan hebben die aanzienlijk kan verschillen van de omgevingstemperatuur die ligt 30 in het gebied van 10 tot 4Q°C, zal een aanzienlijke warmteuitwisseling tussen de olie en de, de buis omringende lucht plaatsvinden waarbij van ongeveer 90.-95 % van de totale warmteverwijdering uit de olie kan worden verkregen. Deze wijze van warmtewisseling doet zich voor door het 35 gehele stelsel, zodat de olieterugvoerleiding 36 slechts een voorbeeld vormt.

Zoals boven beschreven kan de verwarmer 2Q zijn afgesloten maar doorgang door de verwarmer beschermt de olie tegen thermische schok ten gevolge van de 40 in de verwarmer achterblijvende hitte. De olie, die - 12 - gedeeltelijk afgekoeld is door warmtewisseling met de omgeving, verlaat de verwarmer 20 en stroomt naar het tweede T-stuk 38. De oliestroom splitst zich nu waarbij het kleinste deel stroomt door de leiding 40 naar de 5 oliekoeler 22 en een groot deel stroomt door de leiding 28 naar het T-stuk 30, waarin de oliestroom wordt verdeeld, zoals boven beschreven waarbij het grootste deel van de stroom terugkeert naar de warmtewisselaar. Dat deel van de olie dat naar de koeler 22 kan stromen wordt bepaald door 10 de magneetklep 42 overeenkomstig signalen van het olie-temperatuurregelapparaat 18. De relatieve verhoudingen variëren hierbij overeenkomstig de procesomstandigheden maar de hoeveelheid olie die door de leiding 28 naar de warmtewisselaar 12 stroom varieert in het algemeen tussen 15 ongeveer 80-95 % waarbij aan ten minste een hoeveelheid van 90 % de voorkeur wordt gegeven. Dit betekent dat slechts een geringe belasting wordt uitgeoefend op de uitwendige afkoelbron, zoals bijvoorbeeld geleverd door een bron koelwater toegevoerd aan de koeler 22. Nabij de 20 magneetklep 42 bevindt zich. een restrictxeklep 41, die dient voor het beperken van de oliestroom via de leiding 40 veroorzaakt door drukophouw in de leiding 28 die dient om de olie door de leiding 40 heen te persen.

De olie die het T-stuk. 38 verlaat via de leiding 25 28 stroomt naar het hiervoor beschreven τ-stuk 3Q. In de leiding 28 is de persklep 43 aangebracht voor het verder regelen van de hoeveelheid olie die via de leiding 28 terugkeert naar de wisselaar 12 en de extrusiematrijs 70.

De relatieve verdeling bij het T-stuk 3Q is hierboven 30 beschreven. Het verschil tussen de onderhavige koelende werking en de verwarmende werking als eerder beschreven is, dat de olie dient als koelmedium tijdens de onderhavige cyclus, terwijl tijdens het in bedrijf stellen de olie diende als· verwarmend medium voor het smelten van de hars 35 en voor het tot stand brengen van een stroming in de extrusiematrijs en in de warmtewisselingsinrichting. Vanaf het T-rstuk 30. zal de grootste hoeveelheid olie stromen naar de warmtewisselaar 12 via de leiding 32. Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding, zoals hieronder zal 40 worden beschreven aan de hand van fig. 4, wordt de olie :τ ,Λ T7 -i • · . . i . i ·*· -· -u» -'· * - 13 - toegevoerd aan twee verschillende kamers van de wisselaar 12 via de leidingen 32 en 33. Zoals boven beschreven komt de leiding 33 overeen met de leiding 34 van de fig. 2 en 3/ die in verbinding staat met de extrusiematrijs. Bij de 5 nu beschreven uitvoeringsvorm wordt de leiding van de extrusiematrijs losgenomen en direkt verbonden met de wisselaar voor het verschaffen van twee afzonderlijke oliestromen naar de wisselaar. Bij het binnentreden in de warmtewisselaar heeft de olie gecirculeerd door de 10 verwarmings/koelingscyclus, waarbij hij van een hete olie die de warmtewisselaar verlaat bij de harsinlaatopening 14 verandert in een koele olie bij de harsuitlaatopening 16.

Het hoofddeel van de koeling van de cyclus is tot stand gekomen via een warmteuitwisseling tussen oliestroom en 15 omgevende lucht.

Bij het T^stuk 38, aangebracht bij de uitlaat van de verwarmer 2G, zal het kleinste deel van de hete oliestroom gaan door de leiding 40 en de magneetklep 42 naar de oliekoeler 22. De hete olie gaat door de koeler heen 20 in tegenstroom ten opzichte van het koelere uitwisselende medium. Elk warmtewisselend medium kan worden gekozen, waarbij aan water de voorkeur wordt gegeven. Het uitwisselende medium treedt in de koeler 22 binnen via de leiding 44 met een koeltemperatuur ten opzichte van de hete olie 25 zodat het medium warmte uit de olie zal absorberen en vervolgens zal worden afgevoerd via de leiding 46 naar een koelinrichting, bijv. een niet weergegeven koeltoren.

Bij het verlaten van de oliekoeler zal dus- de olie op een veel lagere temperatuur zijn, De gekoelde olie yerlaat 30 de oliekoeler via de leiding 48 en verenigt zich met de olie die terugkeert van de extrusiematrijs 7Q via de leiding 50 voor het vormen van de koele oliestroom 52.

De naar de extrusiematrijs 70 gestroomde olie dient voor het regelen van de temperatuur van de extrusiematrijs 35 en in het bijzonder voor het verwijderen van een eventuele warmteopbouw resulterend uit het extrusieproces.

Daar de oliestroom die uit de extrusiematrijs terugkeert gering is in vergelijking met de verdere oliestroom en de temperatuur van de harssmelt bij de extrusiematrijs 40 lager is dan van de harssmelt bij doorgang door de J, — "V — " 1

2 0 V - J

» — -14- harswarmtewisselaar en vanwege de warmtewisseling tussen olie en omgevende lucht, zal de toevoer van de terugkerende olie via de leiding 50 de temperatuur van de gekoelde olie, die via de leiding 48 de oliekoeler verlaat, niet 5 merkbaar worden verlaagd.

De oliestroom 52 gaat dan naar het T-stuk 54 waar hij samenkomt met de hete olie uit de leiding 36.

Dit dient ertoe de hete olie van de leiding 36 af te koelen. De gecombineerde stroom 36 wordt dan gecirculeerd door de 10 terugslagklep 58 en de pomp 24 naar de verwarmer, waarna de cyclus wordt herhaald.

De olietank 60 zorgt voor aanvulling van olie wanneer dit vereist is. Dit kan noodzakelijk zijn ingeval van verlies van olie door lekkage of voor het verder 15 afkoelen van de hete olie die door de wisselaar wordt gecirculeerd.

Aanvullend wordt de drukontlastklep 62 bediend door de drukopbouw in het stelsel. Dit geschiedt tijdens het opstarten wanneer het smelten van de koude hars 20 resulteert in een toenemende oliedruk. Het stelsel werkt normaal met oliedrukken in het gebied van ongeveer 420-56Q kpa. Bij het koud opstarten kunnen de drukken oplopen tot ongeveer 595 kpa. Deze waarden zullen variëren al naar gelang het type materiaal dat wordt geëxtrudeerd 25 en naar het gebruikte koelmedium. De druk van de inlaat-smelt kan oplopen tot ongeveer 35.000 kpa tijdens het opstarten. Indien hogere drukken optreden dan 35.000 kpa* zal een hogere temperatuur van de olie worden opgewekt door middel van het olietemperatuurregelapparaat 18.

30 Wanneer eenmaal een temperatuurstabiel proces is ingesteld, zal de koelinrichting 10 dienen voor het regelen van de temperatuur van de uitstromende harssmelt binnen zeer nauw bepaalde temperatuurgebieden. Indien bijv. een hogere temperatuur van de smelt wordt 35 aangegeven bij het verlaten van de wisselaar 12 wordt hét temperatuurregelapparaat 18 in werking gesteld zodat meer koelolie wordt toegevoerd. De magneetklep 42 wordt bestuurd door het temperatuurregelapparaat 18 om meer olie in de oliekoeler 22 te brengen. De verkregen 40 olie wordt dan teruggevoerd naar de wisselaar 12 voor Λ x . ' 5

* : V ; J

- 15 - het verhogen van de warmteoverdrachtscapaciteit van de wisselaar 12 door middel van een koelere olie.

Indien in het andere geval de hars die de wisselaar 12 verlaat hij de uitlaatopening 16 koeler 5 is dan vereist zal het olietemperatuurregelapparaat 18 de magneetklep 42 bedienen voor het verminderen van de stroom door de koeler 22, waardoor de warmtecapaciteits-overdracht in de wisselaar wordt verminderd en de temperatuur van de smelt wordt verhoogd. De olietemperatuur 10 wordt continu waargenomen op controlepunten (niet weergegeven} door het olietemperatuurregelapparaat om een juiste olietemperatuur te verzekeren.

Het harstemperatuurregelstelsel zorgt dus voor het in stand houden van een nagenoeg gelijkmatige 15 temperatuur van de harssmelt. Deze regeling is mogelijk met een nauwkeurigheid van ongeveer + 1 of 2°C. Deze regeling zorgt ook voor een constante temperatuurgradiënt over de verkregen harssmelt. Hierdoor wordt de dimensionele stabiliteit verbeterd wat resulteert in fijnere celaf-20 metingen in het geval van een geëxpandeerde hars.

De hoeveelheid verwijderde warmte varieert al naar de procesomstandigheden maar in het algemeen is gebleken dat de wisselaar op effektieve wijze uit de harssmelt een hoeveelheid warmte kan verwijderen tot 2 25 158.000 kd/uur of ongeveer 86.300 kJ/m .uur. Bij het proces kunnen stromingstemperatuursverlagingen van ongeveer 220-330°C worden verwacht ten gevolge van de onderhavige warmtewisselingsinrichting.

Inzake de koelinrichting 10 kan worden opgemerkt 30 dat fig. 4 een langsdoorsnede toont over een uitvoeringsvorm van een harswarmtewisselaar 12 volgens de uitvinding, welke doorsnede loopt volgens de lijn IV-IV van fig. l.

Deze harswarmtewisselaar 12 omvat bij voorkeur een uit drie kamers bestaand, in hoofdzaak cilindrisch vat 35 geschikt voor het overbrengen van warmte vanaf een thermoplastische hars die er in binnentreedt door de inlaat-opening 14 van de wisselaar 12 vanaf de uitlaatopening 6 van de extrusie-inrichting 2, weergegeven in fig. 1.

Meer in het bijzonder omvat de wisselaar 12 bij voorkeur 40 drie concentrische en coaxiaal aangebrachte vaten, die ΠΚ - ’ o 4

. ' T

·„? ? * i - 16 - in fig. 4 zijn aangeduid met buitenvat 102, middenvat 104 en binnenvat 106. De drie vaten zijn nagenoeg cilindrisch van vorm en hebben een ringvormige dwarsdoorsnede als weergegeven in fig. 5, die een dwarsdoorsnede vormt volgens 5 de lijn V-V van fig. 1. De lengte en diameter van de vaten zijn bij voorkeur zodanig dat de binnenwand 110 van het buitenvat 102 en de buitenwand 112 van het middenvat 104 op alle punten op gelijke afstand van elkaar liggen.

Hoewel deze in fig. 4 niet zijn weergegeven zal het de 10 deskundige duidelijk zijn dat afstandspennen kunnen worden toegepast waar dit noodzakelijk is om de vaten in lijn met elkaar te houden. De exacte afstand bij een bepaald ontwerp zal afhangen van de stromingshoeveelïieden en van de eigenschappen van de betreffende media. De inwendige 15 ruimte die op deze wijze wordt gevormd, wordt aangeduid als de buitenkamer 122 in de fig. 4 en 5. Op gelijke wijze liggen de binnenwand 116 van het middenvat 1Q4 en de buitenwand 118 van het binnenvat 106 op gelijke afstanden op alle punten, waardoor de middenkamer 124 20 wordt gevormd voor de stroming van een warm—geplastificeerd thermoplastisch harsmateriaal. Ten slotte wordt de binnenkamer 126 gevormd door de binnenwand 120 van het binnenvat 106.

De harswisselaar 12 is: geschikt voor het opnemen 25 van een thermoplastische hars vanuit de extrus ie-inrichting 12 door de inlaatopening 14 naar het einde van het midden-vat 104 op zodanige wijze dat het inwendige van de inlaatopening 14 in verbinding staat met de middenkamer 124. Zoals weergegeven in fig. 4 wordt bij voorkeur de 30 buitenwand 128 van de inlaatopening 14 voorzien van schroefdraad voor het opnemen van het inlaatmóndstuk 130.

Op dezelfde wijze is de buitenwand 132 van de uitlaat-opening 16 bij voorkeur voorzien van schroefdraad voor het opnemen van het uitlaatmondstuk 134.

35 Het inlaatmóndstuk 13Q en het uitlaatmondstuk 134 worden verder beschreven aan de hand van aanzichten, op vergrote schaal, weergegeven in de fig. 7 resp. 6.

Het inlaatmóndstuk 130 en het uitlaatmondstuk 134 omvatten elk van schroefdraad voorziene opneemelementen 40 136 en 138 en langgerekte buselementen 140 resp. 142.

«s « Λ · -·.

C' V’ i·. ; 5 - 17 -

De elementen 140 en 142 omvatten verder langsboringen 144 resp. 146 met een diameter geschikt voor het opnemen van de stroom van de thermoplastische samenstelling die er doorheen moet gaan. De lengte van de buselementen 5 14Qenl42is bij voorkeur zodanig, dat wanneer het opneemelement 136 van het inlaatmondstuk 13Q of het opneemelement 138 van het uitlaatmondstuk 134 wordt geschroefd op resp. de koelinrichtinginlaatopening 14 of de uitlaatopening 16 de eindvlakken 145, 147 van de 10 bussen in aanraking zullen komen met de eindwand van het binnenvat 106, zoals weergegeven in fig. 4. Om het mogelijk te maken dat de thermoplastische samenstelling stroomt vanaf het inlaatmondstuk 130 naar de middenkamer 124 en vanaf de middenkamer 124 in het uitlaatmondstuk 15 134 omvat elk mondstuk verder een aantal kleine openingen 148, 150, die in een radiale richting zijn aangebracht door dat deel van de buselementen 140, 142, dat zich binnen de middenkamer 124 bevindt wanneer de opneemelementen 136, 138 van het inlaatmondstuk 130 resp. het uitlaat-20 mondstuk 134 zijn geschroefd op hun betreffende openingen en de eindvlakken 145 resp. 147 van de bussen aanliggen tegen de eindwand van het binnenvat 106.

Volgens de onderhavige uitvinding is gebleken dat de doorstromende hoeveelheid van een extrusielijn, 25 zoals die weergegeven in fig. 1, verrassenderwijs kan worden vergroot met een aanmerkelijke faktor in vergelijking met overeenkomstige bekende extrusielijnen indien maatregelen worden genomen om een hydraulisch evenwicht te handhaven van de thermoplastische hars wanneer deze 30 door de harswisselaar 12 stroomt. Dit wordt bereikt bij de uitvoeringsvorm getoond in de fig. 4-7 door de juiste plaatsing en dimensionering van de openingen 48, 150 in de inlaat- en uitlaatmondstukken 130, 134.

De openingen 148, 150 zijn gelijkmatig verdeeld 35 over de omtrek van de buselementen 140, 142 om te verzekeren dat de thermoplastische hars gelijkmatig wordt toegevoerd aan de middenkamer 124 over de gehele toegangs-omtrek daarvan en dat het materiaal weer gelijkmatig kan convergeren in het uitlaatmondstuk 134. Deze gelijk-40 matige verdeling en concentratie van de stroming kan nog s o i - 18 - worden verbeterd door het aanbrengen van een aantal schoepelementen 152, die verdeeld staan over de omtrek van het nagenoeg cirkelvormige buitenoppervlak 118 van de einden van het binnenvat 106 en die in hoofdzaak radölaal 5 aflopen vanaf de direkte nabijheid van de inlaat- en uitlaatmondstukken 130, 134. Deze schoepelementen 152 kunnen worden aangebracht tussen elk stel nabij elkaar gelegen omtreksopeningen 148, 150 of tussen groepen van nabij elkaar gelegen openingen 148, 150. De schoepelementen 10 152 strekken zich bij voorkeur uit over de gehele spleet- breedte van de middenkamer 124 en zij strekken zich. bij voorkeur uit over een aanmerkelijk deel van de radiale afstand bepaald door de eindvlakken van binnenvat 106, bijv. ten minste over de helft van deze afstand en bij 15 voorkeur over de gehele afstand, of zelfs langs een deel van het axiaal lopende buitenoppervlak 118 van het binnenvat 106.

Het totale oppervlak van de openingen 15Q in het uitlaatmondstuk 134 is iets groter dan dat van de 20 openingen 148 van het inlaatmondstuk 130. Deze geringe vergroting in oppervlak van de openingen 150 in het uitlaatmondstuk 134 is voldoende voor het opwekken van een gelijkmatige tegendruk en daardoor voor een hydraulisch evenwicht in de middenkamer 124, waardoor een gelijkmatige 25 stroming van de thermoplastische samenstelling wordt verkregen, terwijl tevens wordt vermeden dat de thermoplastische samenstelling die door bepaalde "kanalen" door de middenkamer 124 zal stromen,, zoals; dit anders op zou treden. Het is- niet mogelijk een nauwkeurig 30 kwantitatief verband te geven tussen de afmetingen van de openingen 15Q en yan de openingen 148, daar het verband varieert in afhankelijkheid van bijv. de bepaalde thermoplastische hars die door de inrichting stroomt en de temperaturen van de hars bij toe- en afvoer.

35 In het algemeen zullen de openingen 150, in het uitlaatmondstuk 134 ongeveer 15 tot 50 % groter zijn in totaal oppervlak dan de openingen 148 in het inlaatmondstuk 130. Er wordt de voorkeur gegeven aan een zelfde aantal inlaatopeningen 148 als uitlaatopeningen 150, waarbij 40 de laatste een grotere diameter bezitten. De uitlaatope-· o ” λ - · - .

- 19 - ningen moeten zodanig zijn gedimensioneerd dat zij geen "kanaalstroming" mogelijk maken binnen de temperatuur-regelmiddelen ten gevolge van een plaatselijke oververhitting van de hars. Wanneer deze plaatselijke overver-5 hitting plaatsvindt en zich een "kanaalstroming” zou voor doen, wordt de effektiviteit van de koelinrichting aanmerkelijk verminderd. De openingen 148, 150 in het inlaatmondstuk 130 resp. het uitlaatmondstuk 134 dragen verder bij tot vermenging van de thermoplastische samen-10 stelling die er doorheen stroomt.

Zoals weergegeven in de fig. 1, 4 en 5 omvat de koelinrichting 10 verder middelen voor het opnemen en circuleren van een temperatuurregelingsmadlum aan beide zijden van de middenkamer 124 waar doorheen de 15 thermoplastische hars stroomt. Meer in het bijzonder is de olie-inlaatleiding 32 verbonden met het binnenvat 106 op zodanige wijze dat hij in verbinding staat met de binnenkamer 126 van de wisselaar 12. Op overeenkomstige wijze is de tweede koelmediuminlaatleiding 33, weergegeven 20 in de fig. 1 en 4, verbonden met het buitenvat 102 zodat hij in verbinding staat met de buitenkamer 122.

De olie-inlaatleidingen 32, 33 zijn bij voorkeur verbonden met resp. de vaten 102 en 106, op zodanige wijze dat het koelmedium dat de wisselaar 12 binnenstroomt eerst 25 in aanraking komt met de buitenwand 112 van het middenvat 104 en met de binnenwand 120 van het binnenvat 106 nabij het stroomafwaartse einde van de middenkamer 124.

Bij een op deze wijze uitgevoerde constructie zal de stroming van het koelmedium door de buitenkamer 122 30 en de binnenkamer 126 nagenoeg in tegenstroom zijn met de stroming van de thermoplastische samenstelling door de middenkamer 124.

Zoals reeds boven gezegd is een werkzaam koelmedium voor gebruik met de wisselaar 12 een olie met 35 een brandpunt hoger dan de temperatuur van de thermoplastische samenstelling die binnentreedt via het inlaatmondstuk 130. Andere geschikte warmte-uitwisselende media kunnen worden gebruikt, zoals hydraulische media en dergelijke. De koelolie verlaat de wisselaar 12 40 en wordt gecirculeerd door het temperatuurregelapparaat ^ w Λ -· 4 \ m\ ' * - 20 - zoals reeds boven beschreven.

Voor het verbeteren van de warmte-overdracht tussen de thermoplastische samenstelling en het circulerende koelmedium is het gewenst de stroming van het 5 circulerende koelmedium door de buitenkamer 122 en de binnenkamer 126 te regelen op zodanige wijze dat de olie een goede oppervlakte-aanraking behoudt met de buitenwand 112 van het middenvat 104 en met de binnenwand 120 van het binnenvat 106. Hoewel verschillende middelen 10 beschikbaar zijn voor het verkrijgen van dit resultaat, zoals de deskundige bekend zijn, zijn bevredigende resultaten verkregen door middel van de stromingsregel-inrichtingen getoond in de fig. 4 en 5. Meer in het bijzonder zijn vertikale platen 92 aangebracht binnen de 15 binnenkamer 126 en bevestigd aan de binnenwand 120 van het binnenvat 106. Op gelijke wijze kan een metalen band 94 spiraalvormig worden gewikkeld rond de buitenwand 112 van het middenvat 104 en daaraan worden vastgelast om de stroming koelmedium, die binnentreedt in 20 de buitenkamer 122 via de temperatuurregelmediuminlaat-leiding 32, te richten naar de uitlaatopeningen 39, 41 in de temperatuurregelmediumuitlaatleiding 36.

Zoals blijkt uit fig. 1 is de uitlaatopening 16 verbonden met de inlaatopening van de extrusiematrijs.

25 Bij het verlaten van de harswisselaar 12 wordt de gekoelde thermoplastische samenstelling direkt gevoerd door de inlaatopening van de extrusiematrijs en door de ringvormige matrijsopening 72 in de matrijs 70. In het geval dat de geëxtrudeerde harssamenstelling een schuimmiddel bevat 30 ondergaat het geëxtrudeerde profiel een snelle expansie bij het verlaten van de matrijsopening 72. Expansie van het geëxtrudeerde produkt 74 treedt op daar de uitwendige druk wordt verlaagd tot atmosferisch niveau bij het verlaten van de extrusiematrijs 70, waardoor het opschuim-35 middel kan expanderen rond elk kerndeeltje, waardoor de afzonderlijke cellen worden gevormd. Hoewel het geëxtrudeerde produkt 74 in fig. 1 is weergegeven als een geschuimde thermoplastische buis, zal duidelijk zijn dat de vorm en afmetingen van het produkt 74 gevarieerd 40 kunnen worden tot elke gewenste vorm door vervanging van de q ” ^ ~ '1 - · 1 L v* · - ί .. 4 - 21 - extrusiematrij s.

Hoewel de bovenstaande beschrijving is gericht op een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, die kan worden gebruikt voor de vervaardiging 5 van geschuimde thermoplastische voorwerpen, zal het de deskundige duidelijk zijn dat de beschreven inrichting eveneens kan worden gebruikt voor de vervaardiging van thermoplastische samenstellingen die geen schuimmiddel bevatten. Zo is het bijv. door afsluiten van de schuim-10 middelinlaatopening 7 door middel van een klep of dergelijke en door het aanbrengen van een extrusiematrijs die een horizontale sleuf bezit, mogelijk een thermoplastisch velmateriaal te extruderen op dezelfde inrichting.

Indien er verder geen enkel voornemen bestaat om ooit 15 geschuimde thermoplastische samenstellingen te ver-vaardigen op een bepaalde extrusielijn, is het niet noodzakelijk een schuimmiddelinlaatopening aan te brengen in de extrusie-inrichting. De voordelen die met de onderhavige uitvinding worden bereikt voor wat 20 betreft de vergroting van de doorstromende hoeveelheid thermoplastische hars worden eveneens bereikt in geval van een extrusieproces waarbij geen opschuiming plaatsvindt maar in vele gevallen is de produktietoename minder groot ten gevolge van het feit dat bij werkwijzen 25 waarbij geen opschuiming plaatsvindt, de temperatuurs- eisen voor de hars bij het binnentreden van de extrusiematrijs minder stringent zijn.

Bruikbare thermoplastische harsen voor toepassing in de inrichting volgens de uitvinding worden 30 gekozen uit de groep bestaande uit zowel kristallijne als amorfe polymeren. Voorkeursthermoplastische harsen voor gebruik bij de beschreven inrichting omvatten bijv. polystyreen, polyvinylchloride, acrylonitrilbutadieen-styreen, polyetheen, polypropeen, polyalkeentereftalaten, 35 e.d. Het zal de deskundige duidelijk zijn dat verschillende andere copolymeren en terpolymeren van de bovengenoemde kristallijne en amorfe polymeren eveneens kunnen worden verwerkt in de inrichting volgens de onderhavige uitvinding. In aanvulling op de thermoplas-40 tische harsen kan de samenstelling die wordt toegevoerd aan ^ ^ — “! - .5 - y. · .4 - 22 - de invoeropening van de extrusie-inrichting eveneens andere ingrediënten bevatten zoals bijv. smeermiddelen, nucleators, rubbermaterialen, ionomeerharsen, kleurstoffen, ultra-violet-licht-stabilisatoren, vlamvertragende middelen e.d.

5 Wanneer de inrichting wordt gebruikt voor de vervaardiging van geschuimde thermoplastische samenstellingen worden bevredigende opschuimmiddelen gevormd door bijv. methyl-chloride, kooldioxyde, ammonia, lucht, n-pentaan, iso-pentaanfluorkoolstoffen en mengsels daarvan. Een andere 10 uitvoeringsvorm van de harswarmtewisselaar volgens de onderhavige uitvinding wordt beschreven aan de hand van de fig. 8-15. Fig. 8 toont een langsdoorsnede van een wisselaar 160 die geschikt is om de olie te doen circule-ren rond een aantal buizen 162 die zijn aangebracht binnen 15 de mantel 164. In aanvulling op de mantel 164 omvat de wisselaar 160 een inlaatklepsamenstel 166, een uitlaat-thermokoppelsamenstel 168 en een pijpenplaatdeel 170, dat zich normaal binnen de mantel 164 bevindt maar ter wille van de duidelijkheid in fig. 9 afzonderlijk van de 20 mantel 164 is weergegeven.

De mantel 164 is bij voorkeur een in hoofdzaak cilindrisch vat geschikt voor gebruik in de wisselaar 160 volgens de uitvinding door de toevoeging van een inlaatflens 172, een uitlaatflens 174, een olie-inlaat-25 opening 176 en een olie-uitlaatopening 178. Het pijpenplaatdeel 170 is geschikt om binnen de mantel 164 aangebracht te worden en om daaraan vastgezet te worden door middel van de inlaatflens 180 en de uitlaatflens 182, of op een andere equivalente bekende wijze. Het 30 pijpenplaatdeel 170 omvat een aantal buizen 162 geschikt voor het transport van een thermoplastische polymere samenstelling vanaf de inlaatopening 184 naar de uitlaatopening 186 en in het algemeen in tegenstroom met de richting van de olie die door de mantel 164 stroomt.

35 De stroming van de olie door de mantel 164 kan verder worden geregeld door de toevoeging van schotten 188 of dergelijke aan het pijpenplaatdeel 170, zoals getoond in fig. 9. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm, weergegeven in de fig. 8-14, omvat het pijpenplaatdeel 170 40 zes metalen buizen die gelijkmatig over de omtrek verdeeld " 1 O -1 .................Jt - 23 - staan ten opzichte van de langsas van de wisselaar 160.

Evenals bij de uitvoeringsvorm weergegeven in de fig. 1, 4-7, is gebleken dat de doorstromende hoeveelheid bij een koelinrichting van het in de fig. 8 en 9 weer-5 gegeven mantel-buistype eveneens aanmerkelijk kan worden vergroot door het handhaven van een hydraulisch evenwicht over de gehele dwarsdoorsnede van de koelinrichting, dienende voor het transport van het thermoplastische polymere materiaal. Dientengevolge is eveneens een aanmerkelijke 10 vergroting van de doorstromende hoeveelheid mogelijk voor elke extrusielijn waarbij de koelinrichting wordt toegepast.

Een hydraulisch evenwicht wordt gehandhaafd over de koelinrichting door een zorgvuldige regeling van 15 de drukval over de afzonderlijke buizen 162. Dit wordt bij voorkeur tot stand gebracht door het aanbrengen van een doorstroomopening in het stroomopwaartse einde van elke buis 162. Deze doorstroomopeningen kunnen een vaste ofwel een variabele afmeting hebben, zoals hierna meer 20 in detail zal worden uiteengezet. Gebleken is dat het volgende verband aanwezig moet zijn voor het verkrijgen van een hydraulisch evenwicht bij warm-geplastificeerde polymere materialen:

Buislengte , Lengte doorstroomopening _ ten minste 25 Buisdiameter Diameter doorstroomopening ongev. 25:1.

Aan deze verhouding wordt de voorkeur gegeven binnen het gebied van ongeveer 40:1 tot ongeveer 100:1 en in het bijzonder tussen ongeveer 50:1 en ongeveer 100:1.

Dit betekent dat de drukval door de doorstroomopening 30 ten minste ongeveer 25 maal groter is dan de drukval over elke afzonderlijke buis en in het bijzonder bij voorkeur ongeveer 50 maal groter.

Bij toepassing van deze uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt er de voorkeur aan gegeven buizen 35 te gebruiken met een inwendige diameter tussen ongeveer 12 en ongeveer 52 mm. Indien de buisdiameter aanmerkelijk kleiner wordt dan 12 mm moet de doorstroomopening bijzonder klein worden gemaakt om te voldoen aan de bovenbeschreven --t ’ ’ *- *** : , • · , " 4 * " * ·> .^a i ’ -24- verhouding. Dit veroorzaakt weer een aanzienlijke druk~ opbouw, wat aanmerkelijk bijdraagt tot een toename van de temperatuur wanneer de polymeer door de koelinrichting heengaat, ten gevolge van de opgewekte pompenergie. Indien 5 de buizen een diameter hebben van meer dan ongeveer 52 mm zal de warmte-overdrachtscoëfficiënt tussen de polymeer die zich nabij het midden van de buis bevindt en de olie te laag worden om een effektieve koeling tot stand te brengen. Buizen met een inwendige diameter van ongeveer 10 25 mm bleken een goed compromis te bieden tussen de drukval en de warmte-overdrachtscoëfficient

Een middel om een doorstroomopening te verkrijgen bij het inlaateinde van elke buis 162 is het aanbrengen van een klep in elke buis waardoor een door-15 stroomopening met een variabele afmeting wordt verkregen. Deze uitvoeringsvorm van de uitvinding is weergegeven in de fig. 8 en 10. In deze figuren omvat het inlaatklep-samenstel 166 opolymeerinlaatopeningen 184, een inlaat-flensplaat 190 en een aantal kleppen 192, ëên voor elk 20 der buizen 162. Fig. 10 toont een dwarsaanzicht van het inlaatklepsamenstel 166. Fig. 11 toont de vorm van een - inlaatpolymeerverdeelinrichting 200, waardoor de stroom van de thermoplastische polymere samenstelling door de polymeerinlaatopening 184 wordt verdeeld en door daor-25 gangen 194 wordt toegevoerd aan buizen 162. Door bij elke buisd 162 een afzonderlijke klep 192 op te nemen voor het verkrijgen van het inlaatklepsamenstel 166 meer in detail getoond in fig. 14, is het mogelijk de stroom thermoplastische samenstelling door de buizen 162 30 te regelen overeenkomstig de bovenaangegeven verhouding zodanig dat een hydraulisch evenwicht wordt gehandhaafd over de koelinrichting en een maximale warmte-overdracht op de olie circulerend door de mantel 164.

Fig. 13 toont een uitlaatinrichting 202 voor 35 de polymere samenstelling, waardoor de stroom van polymeer via de buizen 162 wordt verenigd via kanalen 196 en toegevoerd aan de uitlaatopening 186.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de wisselaar 160 wordt de temperatuur van de thermo-40 plastische samenstelling die elke buis 162 verlaat, gemeten rt ^ ” 1 O Ί ;; j i - 25 - door thermokoppels 198 aangebracht in het uitlaatthermo-koppelsamenstel 168 als weergegeven in de fig. 8 en 12.

De thermokoppels 198 kunnen bijv. worden aangebracht in de kanalen 196 van de uitlaatverzamelinrichting 5 getoond in fig. 13. Wanneer de temperatuur van de thermoplastische samenstelling, die één der buizen 162 verlaat te hoog wordt wijst dit er op, dat de betreffende buis niet langer in hydraulisch evenwicht is met de resterende buizen. Dit betekent dat de polymeer begint 10 om in toenemende mate door de betreffende buis te stromen. Het is dan mogelijk deze buis weer in hydraulisch evenwicht te brengen en de uitlaattemperatuur te verlagen door vermindering van de stroom via deze buis door het gedeeltelijk afsluiten van de betreffende klep 192 15 in het inlaatklepsamenstel 166. Het zal duidelijk zijn dat dit regelproces zowel met de hand als automatisch kan worden uitgevoerd door gebruik te maken van bekende instrumenten waardoor de kleppen 192 direkt worden verbonden met de respectievelijke thermokoppels 198.

20 In het algemeen blijkt echter dat, nadat eenmaal een hydraulisch evenwicht is ingesteld, het geheel nagenoeg stabiel is zodat een handbediening van de kleppen 192 bevredigend werkt.

Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm kan 25 een doorstroomopening worden aangebracht in het inlaat-einde van elke huis 162 door het aanbrengen van een inlaatplaat 210 in plaats van een inlaatklepsamenstel 166, Een inlaatplaat 210 is in zijaanzicht weergegeven in fig. 15. De plaat 210 is voorzien van een aantal openingen 30 212 waarvan het aantal overeenkomt met het aantal buizen 162 terwijl de plaats van de opening overeenkomt met die van de buizen 162, aangebracht in de pijpen-plaat 180. De grootte van de openingen 212 moet zodanig worden gekozen dat voldaan wordt aan de boven gedefinieerde 35 drukval voor de betreffende buisgrootte en voor het te behandelen polymere materiaal, dat wil zeggen dat dit de viscositeit bepaalt die een belangrijk aspect vormt voor de verkregen drukval. Bij deze uitvoeringsvorm is het eenvoudig de extrusie-inrichting geschikt te 40 maken voor het behandelen van verschillende polymere 'X —r* T ^ ·.

- 26 - materialen, daar een aantal uitwisselbare platen 210 aanwezig kunnen zijn met verschillende grootte van de openingen, zodat de geschikte plaat in de wisselaar 160 kan worden aangebracht.

5 Volgens een verder belangrijk aspect van de onderhavige uitvinding wordt de harswisselaar 12 zodanig uitgevoerd dat deze op elk moment een groter volume polymeer materiaal bevat dan het volume warm-geplastifi-ceerde polymeer die aanwezig is in de extrusie-inrichting 2. 10 Bij voorkeur zal het volume aan polymeer in de koelin-richting ten minste tweemaal groter zijn en bij voorkeur ten minste vijf of zesmaal groter dan het in de extrusie-inrichting aanwezige volume. Dit maakt het mogelijk dat de extrusie-inrichting met zeer hoge snelheid kan werken, 15 terwijl toch de polymeer voldoende lang in de koelin- richting blijft, zodat hij op effektieve wijze kan worden gekoeld. Door het laten lopen van de extrusie-inrichting met een hogere snelheid zal natuurlijk de polymeer, die de extrusie-inrichting verlaat, op een hogere tempe-20 ratuur zijn. In het geval van een werkwijze voor het extruderen van een opgeschuimde polymeer is echter deze hogere temperatuur gunstig wanneer de polymeer zich nog in de extrusie-inrichting bevindt daar het gemakkelijker is het opschuimmiddel gelijkmatig daarover te verdelen 25 daar bijv. opschuimmiddelen van het freon-type meer oplosbaar zijn bij hogere temperaturen.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding is het daardoor mogelijk de extrusie-inrichting met grote snelheid te laten werken. Hierdoor wordt niet slechts 30 de door de extrusielijn heengaande hoeveelheid vergroot maar tevens wordt het voordeel bereikt dat een verbeterd geschuimd produkt wordt geproduceerd, dat wil zeggen een produkt met een meer gelijkmatige celgrootteverdeling door de verbeterde dispersie van het opschuimmiddel 35 door de polymeer heen.

Door het verbeterde rendement in de harswisselaar, verkregen volgens de uitvinding ten gevolge van het hydraulisch evenwicht dat over de harswisselaar wordt gehandhaafd, kan de polymeer op een bijzonder gelijk-40 matige temperatuur worden gebracht, dat wil zeggen dat er " ' - 27 - geen temperatuurgradiënt is binnen de polymere massa.

Dit is bijzonder gunstig bij een proces voor het vervaardigen van geschuimde thermoplastische produkten, daar de resulterende gelijkmatigheid van de expansie een verbeterd 5 produkt levert met een gelijkmatige dichtheid en celstruk-tuur.

Door deze bovenbeschreven kenmerken is de inrichting volgens de uitvinding bijzonder geschikt voor het extruderen van geschuimde produkten uit thermoplastische 10 polymeren die een nauwkeurige temperatuurregeling en gelijkmatigheid vereisen juist voordat zij door de extrusie-matrijsopening worden gevoerd en daarna geëxpandeerd.

De gelijkmatigheid van de temperatuur wordt verzekerd door de bovenbeschreven maatregel van het hydraulisch evenwicht 15 over de koelinrichting en hierdoor is weer een nauwkeurige temperatuurregeling mogelijk door het gebruik van een koelmedium met een temperatuur die gehouden wordt op de uiteindelijke gewenste temperatuur voor de polymeer.

Dit is mogelijk ten gevolge van de relatief lange ver-20 blijftijd en verder wordt hierdoor de mogelijkheid kleiner gemaakt van ongewenste temperatuurgradiënten in de polymeer. Ten gevolge van de mogelijkheid van de zeer nauwkeurige temperatuurregeling is de inrichting volgens de uitvinding bijzonder geschikt voor extrusie van 25 geschuimde polymeren die een zeer kritische temperatuurregeling vereisen, zoals polyetheen. In feite is het zelfs mogelijk geschuimde polyetheenprodukten te vervaardigen met veel grotere snelheid en met een bijzonder goede kwaliteit, die een hoog percentage aan toevoegingen 30 bevatten zoals brandvertragende toevoegingen.

Door gebruik te maken van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding is het mogelijk doorstromende hoeveelheden te bereiken die tot ongeveer vijfmaal groter zijn dan die welke konden worden verkregen bij de 35 bekende extrusie-inrichtingen. Verder maakt de onderhavige inrichting de produktie mogelijk van geschuimde thermoplastische samenstellingen met een aanmerkelijk geringere dichtheid, met kleinere gemiddelde celgrootte en met meer gelijkmatige cellen dan de produkten verkregen 40 met de bekende werkwijzen.

' : 1 ' ______Λ - 28 -

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de koelinrichting 10, omvattende harsextrusie-inrichting 12, verwarming 20, koeler 22, en de verdere onderdelen van de inrichting aangebracht 5 in een zelfdragend huis 230 zoals weergegeven in fig. 16.

Fig. 16 toont schematisch de koelinrichting 10, zoals deze is aangebracht in het huis 230. Het huis 230, dat bij voorkeur gemonteerd is op wielen 232 levert een efficiënte inrichting voor de temperatuurregeling. De 10 in het huis aangebrachte inrichting kan worden verbonden met elk bekend type extrusielijn en vereist slechts een enkele koelmediuminlaat en uitlaatopening die verbonden moet worden met bijv. een waterbron. De inrichting zorgt voor dezelfde nauwkeurige temperatuurregeling als 15 boven beschreven en ten gevolge van de verminderde ruimtelijke eisen en de mogelijkheid om gemakkelijk ergens anders te worden neergezet, biedt de inrichting een aanmerkelijke verbetering van de temperatuurregeling.

Het zal duidelijk zijn dat slechts enkele 20 mogelijke uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn beschreven en in het bovenstaande weergegeven en dat vele wijzigingen kunnen worden aangebracht zonder buiten de uitvindingsgedachte te vallen.

« - conclusies - 7' " 7 .7 « i j

Claims (21)

1. 4 - 29 - -Conclusies-
2. 1. Warmtewisselingsinrichting voor het regelen van de temperatuur van een hars na het verlaten van een extrusie-inrichting of een pomp en voorafgaand aan de extrusie door een matrijs bij een extrusie of een ander 5 smeltproces, met het kenmerk, dat de inrichting omvat: een warmtewisselaar met een inlaat en een uitlaat voor een geextrudeerde warm-geplastificeerde hars en een inlaat en een uitlaat voor een warmte-wisselend medium dat in warmte-uitwisselende verhouding wordt ge-10 circuleerd met de geextrudeerde hars? een selectieve verwarmer voor het opnemen van het warmtewisselend medium vanaf de warmtewisselaar waarbij de verwarmer het warmte-wisselend medium verhit tot een vooraf bepaalde temperatuur tijdens een opstartfase van de warmtewisselingsinrichting; 15 een koeler geschikt voor het opnemen van een deel van het warmtewisselend medium vanaf de verwarmer, welke koeler een inlaat en een uitlaat omvat voor het warmtewisselend medium en een inlaat en een uitlaat voor een koelmedium dat wordt gecirculeerd in warmtewisselende 20 verhouding met het warmtewisselend medium? regelmiddëlen aangebracht tussen de verwarmer en de koeler voor het naar keuze richten van een deel van het warmtewisselend medium naar de koeler in afhankelijkheid van een waargenomen temperatuursomstandigheid en voor het richten 25 van het verdere deel van het warmtewisselend medium naar de warmtewisselaar? en een pomp voor het circuleren van het warmtewisselend medium tussen de warmtewisselaar, de verwarmer, de koeler en de regelmiddelen.
3. 2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het 30 kenmerk, dat de koeler wordt gevormd door een warmtewisselaar van het type met mantel en buizen.
4. 3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat geleidingsmiddelen aanwezig zijn voor het transport van het warmtewisselend medium in de 35 warmteuitwisselingsinrichting, welke geleidingsmiddelen ·».' ' . · j / - 30 - zorgen-voor een warmteuitwisseling tussen het warmte-wisselend medium en de omgeving.
5. 4. Inrichting volgens ëên der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het koelmedium wordt 5 gevormd door water.
6. 5. Inrichting volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het warmtewisselend medium wordt gevormd door olie.
7. 6. Inrichting volgens êén der voorgaande conclusies, 10 met het kenmerk, dat een temperatuurmeter aanwezig is voor het meten van de temperatuur van de uit de warmtewisselingsinrichting komende hars en voor het verzorgen van de waargenomen temperatuurstoestand.
8. 7. Inrichting volgens ëên der voorgaande conclusies, 15 met het kenmerk, dat een eerste verdeel- inrichting aanwezig is voor het evenredig verdelen van het circulerende warmtewisselend medium volgend op de doorgang door de verwarmer en voorafgaand aan de warmtewisselaar, welke eerste verdeelinrichting er voor zorgt 20 dat een deel van het warmtewisselend medium naar de warmtewisselaar stroomt.
9. 8. Inrichting volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat de eerste verdeelinrichting verder zorgt voor toevoer van een deel van het warmtewisselend 25 medium naar een uitwendige bron.
10. 9. Inrichting volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat de uitwendige bron wordt gevormd door de extrusiematrijs.
11. 10. Inrichting volgens conclusie 7, m e t het 30 kenmerk, dat de eerste verdeelinrichting zorgt voor de verdeling van het circulerende warmtewisselend medium in twee stromen waarbij beide stromen naar de warmtewisselaar toe gaan. «. ~7 — ] Λ X 'i - ί % -sill* Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat meer dan 50 % van het warmtewisselend medium aan de warmtewisselaar wordt toegevoerd.
12. 12. Inrichting volgens conclusie 11, met het 5 kenmerk, dat meer dan 90 % van het warmtewisselend medium aan de warmtewisselaar wordt toegevoerd.
13. 13. Inrichting volgens ëên der conclusies 7-12, met het kenmerk, dat een tweede verdeel-inrichting aanwezig is voor het evenredig verdelen van 10 het circulerende warmtewisselend medium volgend op doorgang door de verwarmer en voorafgaand door de eerste verdeelinrichting, welke tweede verdeelinrichting zorgt voor doorgang van een deel van het warmtewisselend medium naar de koeler.
14. 14. Inrichting volgens conclusie 13,met het kenmerk, dat meer dan 80 % van het warmtewisselend medium wordt toegevoerd aan de eerste verdeelinrichting vanaf de tweede verdeelinrichting.
15. 15. Inrichting volgens conclusie 14, m e t het 20 kenmerk, dat 90 % van het warmtewisselend medium wordt toegevoerd aan de eerste verdeelinrichting vanaf de tweede verdeelinrichting.
16. 16. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting een 25 olietank omvat, welke olietank een reservoir vormt voor het aanvullen en verminderen van de hoeveelheid warmtewisselend medium.
17. 17. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de warmtewisselings- 30 inrichting een zelfdragend huis omvat waarin alle vereiste apparaten zijn opgenomen en waarbij slechts uitwendige aansluitingen aanwezig zijn als inlaat en uitlaat voor het koelmedium en als inlaat en uitlaatmiddelen voor de extrusiematrijs. < - 32 -
18. 18. Inrichting volgens conclusie 17, ® e t het kenmerk, dat het zelfdragende huis verplaatsbaar is.
19. 19. Inrichting volgens conclusie 17 of 18, m e t het kenmerk, dat een eerste harsdoorlaat is 5 aangebbacht tussen het huis en de extrusie-inrichting, welke doorgang in verbinding staat met een inlaatopening van het huis, en een tweede harsdoorgang is‘ aangebracht tussen het huis en de extrusiematrijs welke tweede doorgang in verbinding staat met een uitlaatopening 10 van het huis.
20. 20. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat inlaat- en uitlaat-middelen aanwezig zijn voor toevoer van het warmtewisselend medium naar de extrusiematrijs, welke middelen zorgen 15 voor de toevoer van warmte aan de extrusiematrijs tijdens het in bedrijf stellen en de warmteregeling tijdens het bedrijf.
21. 21. Inrichting als beschreven en/of weergegeven in de tekening. r^ ; — i