WO2007039380A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen modifizierung von polymeren im fliessfähigen zustand mittels elektronenstrahlung - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen modifizierung von polymeren im fliessfähigen zustand mittels elektronenstrahlung Download PDF

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Gert Heinrich
Helmut Dorschner
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Definitions

  • the invention relates to the fields of polymer chemistry and polymer processing and relates to an apparatus for the continuous modification of polymers in the flowable state by means of electron radiation, which can be processed before, during and after the modification into moldings or semi-finished products.
  • melt irradiation vessels were built [DE 199 30 742 A1; DE 101 51 823 A1], with which a discontinuous procedure is possible. That the melting of the polymers takes place before and separately from the electron irradiation. In this case, after the complete melting of the polymer sample, it is irradiated within an irradiation vessel by the latter being transported once or several times under the electron beam until the desired irradiation dose has been reached. Subsequently, the electron accelerator is turned off and the now re-solidified polymer sample can be removed from the irradiation vessel. For the industrial realization of a melt irradiation, this discontinuous procedure is unsuitable.
  • JP 53143796 a method for the continuous sheathing of electrical cables with cross-linked polyethylene has been described. Thereafter, a metallic conductor is passed as a core of a capstan down and wrapped by a polyethylene melt produced in an extruder. From there, the sheathed conductor is led down in a separate container in which electron irradiation is carried out under a nitrogen atmosphere. Due to the process control and device arrangement, the polyethylene sheath of the metallic conductor is no longer in a flowable state at the time of electron irradiation. Also, a transfer of this technology to other applications and manufacturing processes is not possible.
  • EP 0 490 854 B1 discloses a process for producing crosslinked polyethylene by irradiation with ultraviolet light and an irradiation device therefor.
  • the irradiation device consists of an extruder with a shaping means and a cover within which a UV lamp is located.
  • the hot, not yet solidified polyethylene melt is passed on a conveyor belt inside the cover under the UV lamp and thereby crosslinked.
  • This device is unsuitable in particular for radiation protection reasons for irradiation with accelerated electrons.
  • the object of the invention is to specify an apparatus for the continuous modification of polymers in the flowable state by means of electron radiation, in which the combination of melt production and modification takes place in a continuous process and leads to improved properties of the polymers.
  • the inventive device for the continuous modification of polymers in the flowable state by electron beam consists of a device component for transferring the polymers in the flowable state, a radiation shield for electron radiation and cooling devices, and subsequently further treatment or further processing devices that may be present, wherein within the radiation shield at least one irradiation device for electron radiation as well as supply and discharge lines are present, the continuous transport of the flowable polymers at least through the Radiation shield in the field of irradiation and at least within the Stahlungsableung flowable and modified or solid formed and modified polymers out of the field of irradiation out, wherein in the case of the production of solid formed and modified polymers within the radiation shield at least one shaping device within the radiation shield is present and the flowable polymers are freely suspended in space after the shaping device in the region of the irradiation.
  • the device component for transferring the polymers to the flowable state is an extruder or an internal mixer or a synthesis reactor.
  • the device component for transferring the polymers is arranged in the flowable state outside the radiation shield.
  • the radiation shield is made of a material of high atomic number elements, such as iron, lead, tungsten, or concrete.
  • an irradiation device is arranged above and / or below and / or laterally of the irradiation area.
  • a beam window is located above, below or next to the irradiation area.
  • rollers are present as extraction and cooling devices. It is also advantageous if devices for granulating, winding, separating and / or further transporting are present inside or outside of the radiation shield.
  • a gear pump is arranged downstream of the device component for transferring the polymers into the flowable state.
  • the irradiation device in the case of at least within the Stahlungsableung flowable remaining and modified polymers is an irradiation chamber with a radiation window within the radiation shield within which the modification of the flowable polymers, wherein advantageously still the irradiation chamber transport and / or mixing devices contains and / or the irradiation chamber generated by its geometric dimensions, a melt profile of the flowable polymers in the irradiation chamber, which advantageously has a rectangular cross-section and the flowable polymers in the region of irradiation have a foil-like shape.
  • the radiation shield is integrated with the feed and discharge lines in the continuous production process for polymers.
  • the process of producing modified polymers is not interrupted, but only pulled apart.
  • the device components for transferring the polymers to the molten state and processing and further processing devices can be readily disposed outside the radiation shield.
  • correspondingly complicated supply and discharge for a still flowable polymer melt are required, which must be performed by the radiation shield without losing their function.
  • the transport of the polymers in the flowable and / or solid state must also be ensured.
  • gear pumps are advantageously used, for example, press the flowable polymers from an extruder to the irradiation area through the leads and / or press the still flowable modified polymers also from the irradiation area to the outside of the radiation shield for further treatment.
  • a particular advantage of the solution according to the invention is that, in the case of modifying polymers after shaping, the irradiation is carried out in the irradiation area while the still free-flowing formed polymers float freely in space after the deformation tool and up to another tool.
  • the irradiation can be uniform and separation of the modified polymers from a carrier is not necessary.
  • the irradiation of the flowable polymers from different spatial directions is also possible, depending on where and how many irradiation devices are present within the radiation shield.
  • polymers in larger thicknesses are sufficiently uniformly modifiable or the modification can also be realized only in desired regions of the polymers.
  • modified polymers can be produced as finished products or as semifinished products. If the polymer modification involves the generation of a high beam cross-linking, the shaping of the melt to the finished product must necessarily take place before the irradiation, since with such a crosslinking of the polymers, subsequent shaping is no longer possible. If the electron irradiation results in modification effects without molecular crosslinking or only branching or low partial crosslinking, the shaping of the melt can also take place after the irradiation. In the case of the production of semi-finished products, a modification of the polymers with the irradiation is achieved, which enables a subsequent final shaping or further processing. Usually, as semi-finished products of the modified polymers, which can be produced with the device according to the invention, granules are produced, which are then processed further.
  • the irradiations leading to uncrosslinked, branched or only partially crosslinked modification products can take place in a special irradiation chamber in the electron beam, in which the flowing polymer melt is transported axially in a defined manner by means of rotating screw elements of different geometries and additionally preferably radially mixed and homogenized.
  • the irradiations leading to uncrosslinked, branched or only partially crosslinked modification products can also take place in a special irradiation chamber in the electron beam, in which the flowing polymer melt flows through the radiation field as a defined melt profile.
  • a special irradiation chamber in the electron beam in which the flowing polymer melt flows through the radiation field as a defined melt profile.
  • Granules or powders of thermoplastics are melted in a conventional manner in a single-screw extruder (1) and outside a local radiation shield (2), which has been integrated directly into a conventional production process for flat film production.
  • the polymer melt is transported within the single-screw extruder downstream of the inlet opening of a geared-melt pump (3) by the rotating extruder screw.
  • This geared melt pump builds up the required melt pressure, which is required for transporting the hot polymer melt through the heated melt line (4) integrated in the local radiation shield (2) to the slot nozzle of a conventional flat film forming tool (5) within the local radiation shield (2). is required.
  • This geared-melt pump (3) also guarantees a constant melt throughput.
  • thermoplastic melt is then profiled in the flat film die in the forming tool (5) to form a 0.3 mm thick melt film, which is irradiated immediately after its exit from the die gap in the still molten state with accelerated electrons from an electron accelerator (6).
  • the electron energy is a maximum of 300 keV and the radiation dose up to 150 kGy.
  • the now melt-crosslinked polyethylene film is then detected by the rolls of a flat film rolling mill (7) and cooled defined.
  • the then solidified polyethylene film is led out through the local radiation shield (2) from the irradiation room and wound there in the usual manner (8).
  • a polymer melt leaving a synthesis reactor (1) is transported to the inlet opening of a heated gear pump (2).
  • This gear pump (2) builds up the required melt pressure required for transporting the hot polymer melt through the melt line (4) integrated in the local radiation shield (3) to the inlet into a conventional thread spinning tool (5).
  • Another gear pump which is usually integrated in thread-spinning tools, detects the incoming polymer melt and generates the pressure and throughput constancy required for thread spinning processes.
  • the polymer melt is then profiled within a spinneret in the thread-spinning tool (5) to melt filaments which are irradiated immediately after their exit from the nozzle holes in the still molten state from two sides with accelerated electrons (6).
  • the electron energy amounts to a maximum of 1 MeV and the radiation dose up to 500 kGy.
  • the melt-modified spun yarns of this type are subsequently gripped, drawn, cooled and wound onto a bobbin (8) by the rolls of a conventional godet take-off (7) outside the irradiation zone.
  • the thread take-off shaft (9) is partially integrated into the local radiation shield (3).
  • suitable polymer granules are melted in a conventional manner in a single-screw extruder (1).
  • the polymer melt is transported within the single-screw extruder downstream of the inlet opening of a geared-melt pump (2).
  • This gear melt pump builds up the required melt pressure, which is responsible for the transport of the hot polymer melt through in the Radiation shield (3) integrated heated melt line (4) to a tube forming tool (5) within the radiation shield (3) is required.
  • the polymer melt is then formed in the annular die of the tube forming tool (5) into a tube which is irradiated from two sides with accelerated electrons (7) immediately after emerging from the annular nozzle slot in the still molten state.
  • the electron energy is up to 10 MeV and the radiation dose up to 150 kGy.
  • the melt-modified plastic tube is then calibrated and cooled in the usual way (8).
  • the then solidified plastic tube is then passed through the radiation shield (3) out of the irradiation room and wound there, for example, to annular collars.
  • Granules or powders of different standard, construction and high-performance polymers are melted in single or twin-screw extruders (1) in the usual way.
  • a polymer melt is first of all generated, optionally mixed into additives and then transported inside the extruder downstream to the inlet opening of a geared-melt pump (2).
  • This geared-melt pump (2) builds up the required melt pressure, which is required for the transport of the polymer melt through the heated melt line (4) integrated in the radiation shield (3) to the inflow opening of an irradiation chamber (5).
  • the irradiation chamber (5) is located inside the radiation shield (3).
  • the polymer melt is transported by means of tightly combing, self-cleaning screw shafts of different screw element geometries without pressure, ie at fill levels below 100%, through the irradiation chamber (5).
  • the polymer melt passes through the beam window (6) over its entire length and is irradiated through it with accelerated electrons (7) from the electron accelerator (8) up to a specific total irradiation dose.
  • the electron energy is up to 10 MeV.
  • the rotating and close-meshed, self-cleaning extruder screws force one Plug flow, ie a narrow axial residence time distribution and an effective mixing / homogenization of differently radiation-activated melt volumes in the polymer melt.
  • the beam energy absorbed in the beam window (6) can be used for additive melt heating.
  • the polymer melt radiated in this way is fed to a further geared-melt pump (9) at the end of the irradiation chamber (5).
  • This builds up the required melt pressure, which is required for transporting the now radiation-modified polymer melt through a heated melt line (4) integrated in the radiation shield (3) to the strand forming tool (10) outside the irradiation chamber (5).
  • UWG underwater granulator
  • the granulation of the polymer strands takes place in a customary manner.
  • the granules flowing in the UWG granulation water are cooled and subsequently dewatered, dried, sieved and packed in the usual way and can subsequently be processed into plastic precast parts by the known methods.
  • Granules or powders of thermoplastics are melted in a conventional manner in a single-screw or twin-screw extruder (1).
  • a polymer melt is produced, if necessary, additives are mixed into these and then transported inside the extruder downstream to the inlet opening of a geared-melt pump (2).
  • the gear melt pump (2) builds up the required melt pressure, which is required for transporting the polymer melt through the heated melt line (4) integrated in the radiation shield (3) to the inflow opening of an irradiation chamber (5).
  • the irradiation chamber (5) is located inside the radiation shield (3). In the irradiation chamber (5), the polymer melt is converted into a channel with a rectangular profile into a defined melt geometry.
  • This flowing profiled polymer melt then passes through the beam window (6) in the irradiation chamber (5) and is there irradiated with accelerated electrons (7) from the electron accelerator (8).
  • the electron energy is up to 10 MeV.
  • the beam energy absorbed in the beam window (6) can be effectively used for additive melt heating.
  • the radiation-modified polymer melt is recombined at the end of the irradiation chamber (5) and fed to another geared-melt pump (9). This builds up the required melt pressure, which is required for the transport of the polymer melt through a further in the radiation shield (3) integrated heated melt line (4) to a profiling tool (10) outside the irradiation chamber (5).
  • knife roller granulator (11) the granulation of the plastic strand takes place.
  • the dehydrated in the granules in the usual way, dried, sieved and packed and can now be processed with the known methods to plastic precast
  • a radiation-crosslinkable, but still uncrosslinked rubber mixture produced on an internal mixer is melted on a conventional single-screw rubber press.
  • the mixture usually consists of 100 parts by weight (phr) of rubbery polymers, 0 to 90 parts by weight of fillers, 0 to 50 parts by weight of plasticizer, 0 to 10 parts by weight of processing aid, 0 to 2 parts by weight of anti-aging agent and the usual levels of crosslinking chemicals (eg peroxide or sulfur, vulcanization aids such as zinc oxide and stearic acid [see, for example: W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Kunststoff, Vienna, New York, 1989]. preferably from 2 to 3 polymers), are conventional types (see, for example: W.
  • the fillers are usually carbon black, filled silica in combination with silanizer ungeschemikalien (z. As a tetrasulfane such as Si 69), or newer fillers such as un modified or modified phyllosilicates.
  • the rubber compound is a ready-mix, in addition to Radiation crosslinking still a conventional chemical crosslinking can be made. In this case, the melting and vulcanization temperature as well as the amount of crosslinking chemicals are matched to the application achievable with the respective radiation dose networking.
  • the flowable rubber compound is then transported by a gear pump through a heated feed line for the melt integrated in the radiation shield to a profile forming tool within the radiation shield.
  • the flowable rubber mixture is then formed in the profile die of a forming tool to a lip sealing profile (with the usual dimensions, for example width 8 mm to 20 mm and height 7 mm to 50 mm), which immediately after the exit from the profile nozzle slot in still flowable state is irradiated with accelerated electrons.
  • the electron energy is 10 MeV and the radiation dose 500 kGy.
  • the now radiation-crosslinked lip sealing profile is guided out of the irradiation space by the radiation shield and deposited or wound there in the usual way.
  • the direct electron irradiation of the still flowable rubber compound leads to denser and more homogeneous network structures compared to solid-state irradiation and thus to a higher strength combined with a longer shelf life.
  • a radiation-crosslinkable, but still uncrosslinked rubber mixture produced on an internal mixer is melted on a conventional single-screw rubber press.
  • the mixture usually consists of 100 parts by weight (phr) of rubbery polymers, 0 to 90 parts by weight of fillers, 0 to 50 parts by weight of plasticizer, 0 to 10 parts by weight of processing aid, 0 to 2 parts by weight of anti-aging agent and the usual levels of crosslinking chemicals (eg peroxide or sulfur, vulcanization aids such as zinc oxide and stearic acid [see, for example: W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Kunststoff, Vienna, New York, 1989]. preferably from 2 to 3 polymers) are used, these are conventional Types (see, for example: W.
  • the fillers are usually carbon black, filled silica in combination with silanization chemicals (eg a tetrasulfane such as Si 69), or newer fillers such as unmodified or modified layered silicates
  • silanization chemicals eg a tetrasulfane such as Si 69
  • newer fillers such as unmodified or modified layered silicates
  • the electron energy of the first irradiation is 10 MeV and the irradiation dose is 500 kGy. and generates a largely homogeneous base crosslinking over the entire profile cross-section.
  • the electron energy of an immediately subsequent second irradiation is 200 keV and produces an additional crosslinking exclusively in the already precrosslinked profile surface.
  • the gradient-crosslinked tube or sealing profiles are led out of the irradiation space by the radiation shield and are wound or laid there in the usual way.
  • the sequential gradient crosslinking in the flowable state of the rubber mixture leads to a significantly improved mechanical, in particular tribological behavior.
  • melt-crosslinked polyethylene films are detected immediately after their melt irradiation in the still warm state of heated rolls, subtracted, tempered and axially stretched. Cooled rolls finally ensure film consolidation. The then solidified and crosslinked polyethylene film is led out by a local radiation shield from the irradiation room and wound there in the usual manner. By the immediate succession combination of cross-linking and axial stretching at elevated temperatures Various polyethylene shrink films are produced in a single process step.
  • melt-crosslinked polyethylene films are detected immediately after the melt irradiation while still warm state of a tenter frame known per se and withdrawn, tempered in this and stretched biaxially, the latter can be carried out both simultaneously and sequentially.
  • the thus cross-linked and stretched polyethylene film is removed from the tenter by a local radiation shield led out of the irradiation room and wound there in the usual way. Due to the combination of melt-crosslinking and biaxial stretching at elevated temperatures, which follow one another directly, various types of polyethylene shrink films are produced in a single process step.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Polymerchemie und betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Modifizierung von Polymeren, die vor, während und nach der Modifizierung zu Formteilen oder Halbzeugen verarbeitbar sind. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Vorrichtung, bei der die Kombination von Schmelzeerzeugung und -modifizierung in einem kontinuierlichen Verfahren erfolgt und zu verbesserten Eigenschaften der Polymere führt. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, bestehend aus einem Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand, einer Strahlungsabschirmung für eine Elektronenbestrahlung und Abkühleinrichtungen, wobei innerhalb der Strahlungsabschirmung eine Bestrahlungseinrichtung für Elektronenstrahlung sowie Zu- und Ableitungen vorhanden sind, wobei im Falle der Herstellung von festen umgeformten und modifizierten Polymeren innerhalb der Strahlungsabschirmung eine Formgebungsvorrichtung innerhalb der Strahlungsabschirmung vorhanden ist und die fließfähigen Polymere nach der Formgebungsvorrichtung im Bereich der Bestrahlung frei im Raum schwebend vorhanden sind.

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen Modifizierung von Polymeren im fließfähigen Zustand mittels Elektronenstrahlung
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Polymerchemie und der Polymerverarbeitung und betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Modifizierung von Polymeren im fließfähigen Zustand mittels Elektronenstrahlung, die vor, während und nach der Modifizierung zu Formteilen oder Halbzeugen verarbeitbar sind.
Die Elektronenbestrahlung ist heute eine sowohl im Labormaßstab als auch in der industriellen Anwendung sehr leistungsfähige Methode zur Struktur- und Eigenschaftsmodifizierung von Polymeren und Kunststoffen [IAEA-TECDOC-1386: Emerging Applications of Radiation Processing. Proceedings of a Technical Meeting held in Vienna, 28-30 April 2003; A. Heger: Technologie der Strahlenchemie von Polymeren. Hanser, München, Wien 1990; M. Dole: The Radiation Chemistry of Macromolecules. Academic Press, Inc., New York, 1972]. Die zu modifizierenden polymeren Materialien befinden sich dabei vor, während und nach der Elektronenbestrahlung im festen Zustand.
Laboruntersuchungen haben inzwischen gezeigt, dass die Elektronenbestrahlung der Polymere im fließfähigen Zustand, d.h. in der Schmelze und damit bei erhöhten Temperaturen, zu neuartigen Modifizierungseffekten führen kann [T.Sakai: Radiation and Physics and Chemistry 57 (2000) 367-371 ; A. Oshima et. al.: IRaP2004-6th, International Symposium on lonizing Radiation and Polymers. September 25-30, 2004, Houffalize, Belgium; G. Wu et.al.: Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 37, 1541-1548 (1999); G. Takashika et. al.: Radiation Physics and Chemistry 55 (1999) 399-408; U. Lappan et. al.: Nuclear Instuments and Methods in Physics Research B: 185 (2001 ) 178-183, M. Stephan et. al.: MODEST2004, 3rd Internation Conference o Polymer Modification, Degradation and Stabilisation, August/September 2004, Lyon, France; M. Stephan et. al.: 11. International Conference on Polymerie Materials 2004, 29.09.-01.10.2004, Halle/Saale, Germany 4-10].
Zur labortechnischen Realisierung derartiger Schmelzebestrahlung wurden spezielle Bestrahlungsgefäße gebaut [DE 199 30 742 A1 ; DE 101 51 823 A1], mit denen eine diskontinuierliche Verfahrensweise möglich ist. D.h. das Aufschmelzen der Polymere erfolgt vor und separat von der Elektronenbestrahlung. Dabei wird nach dem vollständigen Aufschmelzen der Polymerprobe diese innerhalb eines Bestrahlungsgefäßes bestrahlt, indem letzteres unter dem Elektronenstrahl bis zum Erreichen der gewünschten Bestrahlungsdosis ein- oder mehrfach hindurch transportiert wird. Nachfolgend wird der Elektronenbeschleuniger abgeschaltet und die inzwischen wieder solidifizierte Polymerprobe kann dem Bestrahlungsgefäß entnommen werden. Für die industrielle Realisierung einer Schmelzebestrahlung ist diese diskontinuierliche Verfahrensweise aber ungeeignet.
Weiterhin ist in JP 53143796 ein Verfahren für die kontinuierliche Ummantelung von Elektrokabeln mit vernetztem Polyethylen beschrieben worden. Danach wird ein metallischer Leiter als Kern von einer Gangspill nach unten geführt und von einer in einem Extruder hergestellten Polyethylenschmelze umhüllt. Von dort wird der ummantelte Leiter nach unten in einem separaten Behälter geführt, in dem unter Stickstoffatmosphäre eine Elektronenbestrahlung durchgeführt wird. Aufgrund der Verfahrensführung und Vorrichtungsanordnung ist die Polyethylenummantelung des metallischen Leiters zum Zeitpunkt der Elektronenbestrahlung nicht mehr in einem fließfähigen Zustand. Auch ist eine Übertragung dieser Technologie auf andere Anwendungen und Herstellungsverfahren nicht möglich. Im US 4,525,257 wird ein Verfahren zur Erzeugung von langkettenverzweigten LLDPE mittels ionisierender Strahlen angegeben, wobei die Bestrahlung des LLDPE auch als Polymerschmelze im Extruder bzw. bei der Extrusion erfolgt. Nachteilig ist, dass Vorrichtungen zur Realisierung dieser Verfahrensweise nicht angegeben werden.
Aus der EP 0 490 854 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von vernetztem Polyethylen durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht sowie eine Bestrahlungsvorrichtung dafür bekannt. Die Bestrahlungsvorrichtung besteht aus einem Extruder mit einem Formgebungsmittel und einer Abdeckung, innerhalb sich der eine UV-Lampe befindet. Die heiße, noch nicht verfestigte Polyethylenschmelze wird auf einem Transportband innerhalb der Abdeckung unter der UV-Lampe hindurchgeführt und dabei vernetzt. Diese Vorrichtung ist insbesondere aus Strahlenschutzgründen für eine Bestrahlung mit beschleunigten Elektronen ungeeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Modifizierung von Polymeren im fließfähigen Zustand mittels Elektronenstrahlung, bei der die Kombination von Schmelzeerzeugung und - modifizierung in einem kontinuierlichen Verfahren erfolgt und zu verbesserten Eigenschaften der Polymere führt.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Modifizierung von Polymeren im fließfähigen Zustand mittels Elektronenstrahlung besteht aus einem Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand, einer Strahlungsabschirmung für eine Elektronenbestrahlung und Abkühleinrichtungen, sowie nachfolgend Weiterbehandlungs- oder Weiterverarbeitungsvorrichtungen, die vorhanden sein können, wobei innerhalb der Strahlungsabschirmung mindestens eine Bestrahlungseinrichtung für Elektronenstrahlung sowie Zu- und Ableitungen vorhanden sind, die einen kontinuierlichen Transport der fließfähigen Polymere mindestens durch die Strahlungsabschirmung hindurch in den Bereich der Bestrahlung und der mindestens innerhalb der Stahlungsabschirmung fließfähig bleibenden und modifizierten oder festen umgeformten und modifizierten Polymere aus dem Bereich der Bestrahlung heraus realisieren, wobei im Falle der Herstellung von festen umgeformten und modifizierten Polymeren innerhalb der Strahlungsabschirmung mindestens noch eine Formgebungsvorrichtung innerhalb der Strahlungsabschirmung vorhanden ist und die fließfähigen Polymere nach der Formgebungsvorrichtung im Bereich der Bestrahlung frei im Raum schwebend vorhanden sind.
Vorteilhafterweise ist das Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand ein Extruder oder ein Innenmischer oder ein Synthesereaktor.
Weiterhin vorteilhafterweise ist das Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand außerhalb der Strahlungsabschirmung angeordnet.
Ebenfalls vorteilhafterweise besteht die Strahlungsabschirmung aus einem Material aus Elementen mit hoher Ordnungszahl, wie Eisen, Blei, Wolfram, oder aus Beton.
Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Bestrahlungsvorrichtung oberhalb und/ oder unterhalb und/oder seitlich des Bestrahlungsbereiches angeordnet ist.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn sich innerhalb der Strahlungsabschirmung ein Strahlenfenster über, unter oder neben dem Bestrahlungsbereich befindet.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn Abzugs- und Abkühlvorrichtungen innerhalb der Strahlungsabschirmung vorhanden sind.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn als Abzugs- und Abkühlvorrichtungen Walzen vorhanden sind. Von Vorteil ist es auch, wenn innerhalb oder außerhalb der Strahlungsabschirmung Vorrichtungen zum Granulieren, Aufwickeln, Trennen und/oder Weitertransportieren vorhanden sind.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn zum Transport der fließfähigen Polymere Rohrleitungen vorhanden sind.
Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn die Zu- und Ableitungen beheizbar sind.
Es ist auch von Vorteil, wenn nach dem Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand eine Zahnradpumpe angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Anordnung der Öffnungen in der Strahlungsabschirmung für die Zu- und Ableitungen keine direkte optische Sicht auf den Bestrahlungsbereich erlaubt.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Bestrahlungseinrichtung im Falle der mindestens innerhalb der Stahlungsabschirmung fließfähig bleibenden und modifizierten Polymere eine Bestrahlungskammer mit einem Strahlungsfenster innerhalb der Strahlungsabschirmung ist, innerhalb der die Modifizierung der fließfähigen Polymere erfolgt, wobei noch vorteilhafterweise die Bestrahlungskammer Transport- und/oder Mischeinrichtungen beinhaltet und/oder die Bestrahlungskammer durch seine geometrischen Abmessungen ein Schmelzeprofil der fließfähigen Polymere in der Bestrahlungskammer erzeugt, der vorteilhafterweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die fließfähigen Polymere im Bereich der Bestrahlung eine folienähnliche Form aufweisen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Strahlungsabschirmung mit den Zu- und Ableitungen in den kontinuierlichen Herstellungsprozess für Polymere integriert ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden die an sich bekannten Technologien der Aufbereitung und Verarbeitung von Polymeren mit der Elektronenstrahl-Technologie kombiniert, wobei die Teilprozesse „Erzeugung des fließfähigen Zustands" und „Elektronenbestrahlung der Polymere" erfindungsgemäß zu einem kontinuierlichen Direktverfahren in einer Vorrichtung zusammengeführt werden.
Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere, dass damit die bisher übliche und mit hohen Kosten verbundene zeitlich-räumliche Trennung der Aufbereitung und Verarbeitung von Polymeren von der Elektronenbestrahlung aufgehoben wird. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die zu außergewöhnlichen Werkstoffeigenschaften führende Schmelzebestrahlung ohne einen zusätzlichen Aufschmelzprozess beim Elektronenbestrahler erfolgt, wie dies aber bei der Prozessweise nach dem Stand der Technik erforderlich ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden nur die unbedingt notwendigen Vorrichtungsbestandteile innerhalb der aufwändigen Strahlungsabschirmung für eine Elektronenbestrahlung positioniert und so der Prozess der Herstellung von modifizierten Polymeren nicht unterbrochen, sondern nur auseinander gezogen. Beispielsweise können die Vorrichtungsbestandteile zur Überführung der Polymere in den schmelzflüssigen Zustand und Ver- und Weiterbearbeitungsvorrichtungen ohne Problem außerhalb der Strahlungsabschirmung angeordnet werden. Dazu sind dann aber entsprechend aufwändige Zu- und Ableitung für eine noch fließfähige Polymerschmelze erforderlich, die durch die Strahlungsabschirmung geführt werden müssen, ohne ihre Funktion zu verlieren. Weiterhin muss im Falle des Auseinanderziehens des Prozesses auch der Transport der Polymere im fließfähigen und/oder festen Zustand gesichert sein. Dazu sind vorteilhafterweise Zahnradpumpen einsetzbar, die beispielsweise die fließfähigen Polymere von einem Extruder zu dem Bestrahlungsbereich durch die Zuleitungen drücken und/oder die noch fließfähigen modifizierten Polymere auch von dem Bestrahlungsbereich nach außerhalb der Strahlungsabschirmung zur Weiterbehandlung drücken.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass im Falle der Modifizierung von Polymeren nach einer Formgebung die Bestrahlung im Bestrahlungsbereich durchgeführt wird während die noch fließfähigen umgeformten Polymere nach dem Verformungswerkzeug und bis zu einem weiteren Werkzeug frei im Raum schweben. Damit kann die Bestrahlung gleichmäßig erfolgen und ein Trennen der modifizierten Polymere von einem Träger ist nicht notwendig. Auch ist die Bestrahlung der fließfähigen Polymere aus verschiedenen Raumrichtungen möglich, je nachdem wo und wie viele Bestrahlungseinrichtungen innerhalb der Strahlungsabschirmung vorhanden sind. Damit sind insbesondere Polymere in größeren Dicken ausreichend gleichmäßig modifizierbar oder es kann die Modifizierung auch nur in gewünschten Bereichen der Polymere realisiert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind modifizierte Polymere als Fertigprodukte oder als Halbzeuge herstellbar. Handelt es sich bei der Polymermodifizierung um die Erzeugung einer hohen Strahlenvernetzung muss die Formgebung der Schmelze zum Fertigprodukt zwingend vor der Bestrahlung erfolgen, da bei einer solchen Vernetzung der Polymere eine nachträgliche Formgebung nicht mehr möglich ist. Ergibt die Elektronenbestrahlung Modifizierungseffekte ohne molekulare Vernetzungen oder nur Verzweigungen oder geringe Teilvernetzung, kann die Formgebung der Schmelze auch noch nach der Bestrahlung erfolgen. Im Falle der Herstellung von Halbzeugen wird eine Modifizierung der Polymere mit der Bestrahlung erreicht, die eine nachfolgende Endformung oder Weiterbearbeitung ermöglicht. Üblicherweise werden als Halbzeuge aus den modifizierten Polymeren, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden können, Granulate erzeugt, die dann weiterverarbeitet werden.
Die zu unvernetzten, verzweigten oder nur teilvernetzten Modifizierungsprodukten führenden Bestrahlungen können in einer speziellen Bestrahlungskammer im Elektronenstrahl erfolgen, in der die strömende Polymerschmelze mittels rotierender Schneckenelementen unterschiedlicher Geometrien definiert axial transportiert und zusätzlich vorzugsweise radial durchmischt und homogenisiert wird.
Die zu unvernetzten, verzweigten oder nur teilvernetzten Modifizierungsprodukten führenden Bestrahlungen können auch in einer speziellen Bestrahlungskammer im Elektronenstrahl erfolgen, in der die strömende Polymerschmelze als definiertes Schmelzeprofil das Strahlenfeld durchströmt. Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 den kontinuierlichen Herstellungs- und Elektronenbestrahlungsprozess von Schmelzefolien,
Fig. 2 den kontinuierlichen Herstellungs- und Elektronenbestrahlungsprozess von Schmelzefäden,
Fig. 3 den kontinuierlichen Herstellungs- und Elektronenbestrahlungsprozess von Schmelzerohren,
Fig. 4 den kontinuierlichen Herstellungs- und Elektronenbestrahlungsprozess von Granulaten mit Durchmischung während der Bestrahlung,
Fig. 5 den kontinuierlichen Herstellungs- und Elektronenbestrahlungsprozess von Granulaten,
Beispiel 1 (siehe Fig. 1 )
Granulate oder Pulver von Thermoplasten werden in einem Einschneckenextruder (1) und außerhalb einer lokalen Strahlungsabschirmung (2), die in einen konventionellen Produktionsprozess zur Flachfolienherstellung direkt integriert wurde, in üblicher Weise aufgeschmolzen. Durch die rotierende Extruderschnecke wird die Polymerschmelze innerhalb des Einschneckenextruders stromabwärts zur Einströmöffnung einer Zahnrad-Schmelzepumpe (3) transportiert. Diese Zahnrad- Schmelzepumpe baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der heißen Polymerschmelze durch die in die lokale Strahlungsabschirmung (2) integrierte beheizte Schmelzeleitung (4) bis zur Schlitzdüse eines konventionellen Flachfolien-Formgebungswerkzeugs (5) innerhalb der lokalen Strahlungsabschirmung (2) erforderlich ist. Diese Zahnrad-Schmelzepumpe (3) garantiert zusätzlich auch einen konstanten Schmelzedurchsatz. Die strömende Thermoplastschmelze wird anschließend in der Flachfoliendüse im Formgebungswerkzeugs (5) zu einer 0,3 mm dicken Schmelzefolie profiliert, welche unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem Düsenspalt im noch schmelzeflüssigen Zustand mit beschleunigten Elektronen aus einem Elektronenbeschleuniger (6) bestrahlt wird. Die Elektronenenergie beträgt maximal 300 keV und die Bestrahlungsdosis bis zu 150 kGy. Die nunmehr schmelzevernetzte Polyethylenfolie wird anschließend von den Walzen eines Flachfolienwalzwerks (7) erfasst und definiert abgekühlt. Die dann verfestigte Polyethylenfolie wird durch die lokale Strahlungsabschirmung (2) aus dem Bestrahlungsraum herausgeführt und dort in üblicher Weise aufgewickelt (8).
Beispiel 2 (siehe Fig. 2)
Eine aus einem Synthesereaktor (1 ) austretende Polymerschmelze wird zur Einströmöffnung einer beheizten Zahnradpumpe (2) transportiert. Diese Zahnradpumpe (2) baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der heißen Polymerschmelze durch die in die lokale Strahlungsabschirmung (3) integrierte Schmelzeleitung (4) bis zum Einlass in ein konventionelles Fadenerspinnungswerkzeugs (5) erforderlich ist. Eine weitere und üblicherweise in Fadenerspinnungswerkzeuge integrierte Zahnradpumpe erfasst die ankommende Polymerschmelze und erzeugt die für Fadenerspinnungsprozesse erforderliche Druck- und Durchsatzkonstanz. Die Polymerschmelze wird dann innerhalb einer Spinndüse im Fadenerspinnungswerkzeug (5) zu Schmelzefäden profiliert, welche unmittelbar nach ihrem Austritt aus den Düsenlöchern im noch schmelzeflüssigen Zustand von zwei Seiten mit beschleunigten Elektronen (6) bestrahlt werden. Die Elektronenenergie beträgt dabei maximal 1 MeV und die Bestrahlungsdosis bis zu 500 kGy. Die derartig schmelzemodifizierten Spinnfäden werden anschließend von den Walzen eines üblichen Galettenabzugs (7) außerhalb der Bestrahlungszone erfasst, verstreckt, abgekühlt und auf einen Spulenkörper (8) aufgewickelt. Der Faden-Abzugsschacht (9) ist dabei teilweise in die lokale Strahlungsabschirmung (3) integriert.
Beispiel 3 (siehe Fig. 3)
Für die Herstellung von Kunststoffrohren geeignete Polymergranulate werden in einem Einschneckenextruder (1 ) in üblicher Weise aufgeschmolzen. Durch die rotierende Schnecke wird die Polymerschmelze innerhalb des Einschneckenextruders stromabwärts zur Einströmöffnung einer Zahnrad-Schmelzepumpe (2) transportiert. Diese Zahnrad-Schmelzepumpe baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der heißen Polymerschmelze durch die in die Strahlungsabschirmung (3) integrierte beheizte Schmelzeleitung (4) bis zu einem Rohr-Formgebungswerkzeugs (5) innerhalb der Strahlungsabschirmung (3) erforderlich ist. Die Polymerschmelze wird dann in der Ringdüse des Rohr- Formgebungswerkzeugs (5) zu einem Rohr geformt, welches unmittelbar nach dem Austritt aus dem Ringdüsenschlitz im noch schmelzeflüssigen Zustand von zwei Seiten mit beschleunigten Elektronen (7) bestrahlt wird. Die Elektronenenergie beträgt dabei bis zu 10 MeV und die Bestrahlungsdosis bis zu 150 kGy. Das schmelzemodifizierte Kunststoffrohr wird anschließend in üblicher Weise kalibriert und abgekühlt (8). Das dann verfestigte Kunststoffrohr wird anschließend durch die Strahlungsabschirmung (3) aus dem Bestrahlungsraum heraus geführt und dort beispielsweise zu Ringbunden aufgewickelt.
Beispiel 4 (siehe Fig. 4)
Granulate oder Pulver unterschiedlicher Standard-, Konstruktions- sowie Hochleistungspolymere (z.B. PP, PA, PET, PBT, PSU, PPS, PI, PEEK) werden in Ein- oder Doppelschneckenextruder (1 ) in üblicher weise aufgeschmolzen. Durch die rotierenden Schnecken wird zunächst eine Polymerschmelze erzeugt, ggf. Additive in diese eingemischt und dann innerhalb des Extruders stromabwärts zur Einströmöffnung einer Zahnrad-Schmelzepumpe (2) transportiert. Diese Zahnrad- Schmelzepumpe (2) baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der Polymerschmelze durch die in die Strahlungsabschirmung (3) integrierte beheizte Schmelzeleitung (4) bis zur Einströmöffnung einer Bestrahlungskammer (5) erforderlich ist. Die Bestrahlungskammer (5) befindet sich dabei innerhalb der Strahlungsabschirmung (3). In der Bestrahlungskammer (5) wird die Polymerschmelze mittels dichtkämmender, selbstreinigender Schneckenwellen unterschiedlicher Schneckenelementgeometrien drucklos, d.h. bei Füllgraden unter 100%, durch die Bestrahlungskammer (5) transportiert. Dabei passiert die Polymerschmelze das Strahlenfenster (6) über dessen gesamte Länge und wird durch dieses hindurch mit beschleunigten Elektronen (7) aus dem Elektronenbeschleuniger (8) bis zu einer bestimmten Gesamt-Bestrahlungsdosis bestrahlt. Die Elektronenenergie beträgt bis zu 10 MeV. Die rotierenden und dichtkämmenden, selbstreinigenden Extruderschnecken erzwingen eine Pfropfenströmung, d.h. eine enge axiale Verweilzeitverteilung und eine effektive Vermischung/Homogenisierung von unterschiedlich strahlenaktivierten Schmelzevolumina in der Polymerschmelze. Die im Strahlenfenster (6) absorbierte Strahlenergie kann zur additiven Schmelzeheizung genutzt werden. Die auf diese Weise strahlenmodifizierte Polymerschmelze wird am Ende der Bestrahlungkammer (5) einer weiteren Zahnrad-Schmelzepumpe (9) zugeführt. Diese baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der nun strahlenmodifizierten Polymerschmelze durch eine in die Strahlungsabschirmung (3) integrierte beheizte Schmelzeleitung (4) bis zum Strangbildungs-Werkzeug (10) außerhalb der Bestrahlungskammer (5) erforderlich ist. Im nachfolgenden Unterwasser-Granulator (UWG) (11 ) erfolgt in üblicher Weise die Granulierung der Polymerstränge. Die im UWG-Granulierwasser strömenden Granulatkörner werden dabei abgekühlt und nachfolgend in üblicher Weise entwässert, getrocknet, gesiebt sowie verpackt und können nachfolgend durch die bekannten Verfahren zu Kunststoff-Fertigteilen verarbeitet werden.
Beispiel 5 (siehe Fig. 5)
Granulate oder Pulver von Thermoplasten werden in einem Ein- oder Doppelschneckenextruder (1 ) in üblicher Weise aufgeschmolzen. Durch die rotierenden Schnecken wird zunächst eine Polymerschmelze erzeugt, ggf. Additive in diese eingemischt und diese dann innerhalb des Extruders stromabwärts zur Einströmöffnung einer Zahnrad-Schmelzepumpe (2) transportiert. Die Zahnrad- Schmelzepumpe (2) baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der Polymerschmelze durch die in die Strahlungsabschirmung (3) integrierte beheizte Schmelzeleitung (4) bis zur Einströmöffnung einer Bestrahlungskammer (5) erforderlich ist. Die Bestrahlungskammer (5) befindet sich innerhalb der Strahlungsabschirmung (3). In der Bestrahlungskammer (5) wird die Polymerschmelze in einem Kanal mit Rechteckprofil in eine definierte Schmelzegeometrie umgeformt. Diese strömende profilierte Polymerschmelze passiert dann das Strahlenfenster (6) in der Bestrahlungskammer (5) und wird dort mit beschleunigten Elektronen (7) aus dem Elektronenbeschleuniger (8) bestrahlt. Die Elektronenenergie beträgt bis zu 10 MeV. Dabei wird die formschlüssig strömende profilierte Polymerschmelze strahlenmodifiziert. Die im Strahlenfenstern (6) absorbierte Strahlenergie kann effektiv zur additiven Schmelzeheizung verwendet werden. Die strahlenmodifizierte Polymerschmelze wird am Ende der Bestrahlungkammer (5) wieder zusammengefasst und einer weiteren Zahnrad- Schmelzepumpe (9) zugeführt. Diese baut den erforderlichen Schmelzedruck auf, der für den Transport der Polymerschmelze durch eine weitere in die Strahlungsabschirmung (3) integrierte beheizte Schmelzeleitung (4) bis zu einem Profilbildungs-Werkzeug (10) außerhalb der Bestrahlungskammer (5) erforderlich ist. Im nachfolgenden Messerwalzen-Granulator (11) erfolgt die Granulierung des Kunststoffstrangs. Die im Granulatkörner nachfolgend in üblicher Weise entwässert, getrocknet, gesiebt sowie verpackt und können nunmehr mit den bekannten Verfahren zu Kunststoff-Fertigteilen verarbeitet werden.
Beispiel 6
Eine auf einem Innenmischer hergestellte strahlenvernetzbare, aber noch unvernetzte Gummimischung wird auf einer konventionellen Einschnecken- Gummipresse aufgeschmolzen. Die Mischung besteht üblicherweise aus 100 Gewichtsteilen (phr) Kautschukpolymeren, 0 bis 90 Gewichtsteilen Füllstoffe, 0 bis 50 Gewichtsteilen Weichmacher, 0 bis 10 Gewichtsteilen Verarbeitungshilfsmittel, 0 bis 2 Gewichtsteilen Alterungsschutzmittel und den üblichen Anteilen an Vernetzungschemikalien (z. B. Peroxid oder Schwefel, übliche Beschleuniger wie MBTS; Vulkanisationshilfsmittel wie Zinkoxid und Stearinsäure [siehe z. B.: W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York, 1989]. Bei den Kautschukpolymeren, die allein oder in Form von Blends (vorzugsweise aus 2 bis 3 Polymeren) eingesetzt werden, handelt es sich um übliche Typen (siehe z. B.: W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York, 1989] wie z. B. NBRs, H-NBRs, EPDMs, Fluorkautschuke, NR, BR, SBR-Typen usw. Bei den Füllstoffen handelt es sich üblicherweise um Ruße (carbon black), gefüllte Kieselsäure (Silica) in Kombination mit Silanisierungschemikalien (z. B. ein Tetrasulfan wie Si 69), oder um neuere Füllstoffe wie un modifizierte oder modifizierte Schichtsilikate. Bei der Gummimischung handelt es sich um eine Fertigmischung, an der zusätzlich zur Strahlenvernetzung noch eine konventionelle chemische Vernetzung vorgenommen werden kann. Im diesem Fall werden Aufschmelz- und Vulkanisationstemperatur sowie die Menge der Vernetzungschemikalien entsprechend dem Anwendungszweck auf die mit der jeweiligen Strahlendosis erreichbare Vernetzung aufeinander abgestimmt. Die fließfähige Gummimischung wird anschließend von einer Zahnradpumpe durch eine in die Strahlungsabschirmung integrierte beheizte Zuleitung für die Schmelze bis zu einem Profil-Formgebungswerkzeugs innerhalb der Strahlungsabschirmung transportiert. Die fließfähige Gummimischung wird anschließend in der Profildüse eines Formgebungswerkzeugs zu einem Lippen- Dichtprofil (mit den üblichen Abmessungen, zum Beispiel Breite 8 mm bis 20 mm und Höhe 7 mm bis 50 mm) geformt, welches unmittelbar nach dem Austritt aus dem Profil-Düsenschlitz im noch fließfähige Zustand mit beschleunigten Elektronen bestrahlt wird. Die Elektronenenergie beträgt 10 MeV und die Bestrahlungsdosis 500 kGy. Das nunmehr strahlenvernetzte Lippen-Dichtprofil wird durch die Strahlungsabschirmung aus dem Bestrahlungsraum heraus geführt und dort in üblicher Weise abgelegt oder aufgewickelt. Die direkte Elektronenbestrahlung der noch fließfähigen Gummimischung führt im Vergleich zur Festkörperbestrahlung zu dichteren und homogeneren Netzwerkstrukturen und damit zu einer höheren Festigkeit verbunden mit einer größeren Haltbarkeitsdauer.
Beispiel 7
Eine auf einem Innenmischer hergestellte strahlenvernetzbare, aber noch unvernetzte Gummimischung wird auf einer konventionellen Einschnecken- Gummipresse aufgeschmolzen. Die Mischung besteht üblicherweise aus 100 Gewichtsteilen (phr) Kautschukpolymeren, 0 bis 90 Gewichtsteilen Füllstoffe, 0 bis 50 Gewichtsteilen Weichmacher, 0 bis 10 Gewichtsteilen Verarbeitungshilfsmittel, 0 bis 2 Gewichtsteilen Alterungsschutzmittel und den üblichen Anteilen an Vernetzungschemikalien (z. B. Peroxid oder Schwefel, übliche Beschleuniger wie MBTS; Vulkanisationshilfsmittel wie Zinkoxid und Stearinsäure [siehe z. B.: W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York, 1989]. Bei den Kautschukpolymeren, die allein oder in Form von Blends (vorzugsweise aus 2 bis 3 Polymeren) eingesetzt werden, handelt es sich um übliche Typen (siehe z. B.: W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York, 1989] wie z. B. NBRs, H-NBRs, EPDMs, Fluorkautschuke, NR, BR, SBR-Typen usw. Bei den Füllstoffen handelt es sich üblicherweise um Ruße (carbon black), gefüllte Kieselsäure (Silica) in Kombination mit Silanisierungschemikalien (z. B. ein Tetrasulfan wie Si 69), oder um neuere Füllstoffe wie unmodifizierte oder modifizierte Schichtsilikate. Die nunmehr fließfähige Gummimischung wird anschließend von einer Zahnradpumpe durch die in die Strahlungsabschirmung integrierte beheizte Zuleitung für die Schmelze bis zu einem Profil-Formgebungswerkzeug innerhalb der Strahlungsabschirmung transportiert. Die fließfähige Gummimischung wird anschließend in der Profildüse eines Formgebungswerkzeugs zu einem Schlauch- bzw. Dichtprofil geformt, welches unmittelbar nach dem Austritt aus dem Profil-Düsenschlitz und im noch fließfähigen Zustand direkt nacheinander mit unterschiedlich beschleunigten Elektronen bestrahlt wird. Die Elektronenenergie der ersten Bestrahlung beträgt 10 MeV und die Bestrahlungsdosis 500 kGy. und erzeugt eine weitestgehend homogene Grundvernetzung über den gesamten Profilquerschnitt. Die Elektronenenergie einer sich sofort anschließenden zweiten Bestrahlung beträgt 200 keV und erzeugt eine zusätzliche Vernetzung ausschließlich in der bereits vorvernetzten Profiloberfläche. Die auf diese Weise gradientenvernetzten Schlauch- oder Dichtprofile werden durch die Strahlungsabschirmung aus dem Bestrahlungsraum herausgeführt und dort in üblicher Weise aufgewickelt oder abgelegt. Die sequentielle Gradientenvernetzung im fließfähigen Zustand der Gummimischung führt zu einem deutlich verbesserten mechanischen, insbesondere tribologischen Verhalten.
Beispiel 8
Gemäß Beispiel 1 schmelzevernetzte Polyethylenfolien werden unmittelbar nach deren Schmelzebestrahlung im noch warmen Zustand von beheizten Walzen erfasst, abgezogen, temperiert und axial gereckt. Gekühlte Walzen sorgen abschließend für die Folieverfestigung. Die dann verfestigte und vernetzte Polyethylenfolie wird durch eine lokale Strahlungsabschirmung aus dem Bestrahlungsraum herausgeführt und dort in üblicher Weise aufgewickelt. Durch die unmittelbar aufeinander folgende Kombination von Vernetzung und axialer Reckung bei erhöhten Temperaturen werden in einem einzigen Prozessschritt verschiedenartige Polyethylen- Schrumpffolien erzeugt.
Beispiel 9
Gemäß Beispiel 1 schmelzevernetzte Polyethylenfolien werden unmittelbar nach der Schmelzebestrahlung im noch warmen Zustand von einem Spannrahmen an sich bekannter Bauart erfasst und abgezogen, in diesem temperiert und biaxial gereckt, wobei letzteres sowohl simultan als auch sequentiell durchgeführt werden kann. Die derartig vernetzte und gereckte Polyethylenfolie wird vom Spannrahmen abgenadelt durch eine lokale Strahlungsabschirmung aus dem Bestrahlungsraum herausgeführt und dort in üblicher Weise aufgewickelt. Durch die unmittelbar aufeinander folgende Kombination von Schmelzevernetzung und biaxialer Reckung bei erhöhten Temperaturen werden in einem einzigen Prozessschritt verschiedenartige Polyethylen-Schrumpffolien erzeugt.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand
2 Strahlungsabschirmung
3 Zahnradpumpe
4 Zu- und Ableitungen
5 Formgebungswerkzeug
6 Bestrahlungseinrichtung für Elektronenstrahlung
7 Weiterbehandlungs- oder -Verarbeitungsvorrichtungen
8 Weiterbehandlungs- oder -Verarbeitungsvorrichtungen
9 Fadenabzugsschacht
10 Formgebungswerkzeug
11 Granulator

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Modifizierung von Polymeren im fließfähigen Zustand mittels Elektronenstrahlung, bestehend aus einem Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand, einer Strahlungsabschirmung für eine Elektronenbestrahlung und Abkühleinrichtungen, sowie nachfolgend Weiterbehandlungs- oder Weiterverarbeitungsvorrichtungen, die vorhanden sein können, wobei innerhalb der Strahlungsabschirmung mindestens eine Bestrahlungseinrichtung für Elektronenstrahlung sowie Zu- und Ableitungen vorhanden sind, die einen kontinuierlichen Transport der fließfähigen Polymere mindestens durch die Strahlungsabschirmung hindurch in den Bereich der Bestrahlung und der mindestens innerhalb der Stahlungsabschirmung fließfähig bleibenden und modifizierten oder festen umgeformten und modifizierten Polymere aus dem Bereich der Bestrahlung heraus realisieren, wobei im Falle der Herstellung von festen umgeformten und modifizierten Polymeren innerhalb der Strahlungsabschirmung mindestens noch eine Formgebungsvorrichtung innerhalb der Strahlungsabschirmung vorhanden ist und die fließfähigen Polymere nach der Formgebungsvorrichtung im Bereich der Bestrahlung frei im Raum schwebend vorhanden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der das Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand ein Extruder oder ein Innenmischer oder ein Synthesereaktor ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei dem das Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand außerhalb der Strahlungsabschirmung angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Strahlungsabschirmung aus einem Material aus Elementen mit hoher Ordnungszahl, wie Eisen, Blei, Wolfram, oder aus Beton besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der eine Bestrahlungsvorrichtung oberhalb und/ oder unterhalb und/oder seitlich des Bestrahlungsbereiches angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der sich innerhalb der Strahlungsabschirmung ein Strahlenfenster über, unter oder neben dem Bestrahlungsbereich befindet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der Abzugs- und Abkühlvorrichtungen innerhalb der Strahlungsabschirmung vorhanden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der als Abzugs- und Abkühlvorrichtungen Walzen vorhanden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der innerhalb oder außerhalb der Strahlungsabschirmung Vorrichtungen zum Granulieren, Aufwickeln, Trennen und/oder Weitertransportieren vorhanden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der zum Transport der fließfähigen Polymere Rohrleitungen vorhanden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Zu- und Ableitungen beheizbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der nach dem Vorrichtungsbestandteil zum Überführen der Polymere in den fließfähigen Zustand eine Zahnradpumpe angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Anordnung der Öffnungen in der Strahlungsabschirmung für die Zu- und Ableitungen keine direkte optische Sicht auf den Bestrahlungsbereich erlaubt.
H. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Bestrahlungseinrichtung im Falle der mindestens innerhalb der Stahlungsabschirmung fließfähig bleibenden und modifizierten Polymere eine Bestrahlungskammer mit einem Strahlungsfenster innerhalb der Strahlungsabschirmung ist, innerhalb der die Modifizierung der fließfähigen Polymere erfolgt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Bestrahlungskammer Transport- und/oder Mischeinrichtungen beinhaltet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Bestrahlungskammer durch seine geometrischen Abmessungen ein Schmelzeprofil der fließfähigen Polymere in der Bestrahlungskammer erzeugt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei dem die Bestrahlungskammer einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die fließfähigen Polymere im Bereich der Bestrahlung eine folienähnliche Form aufweisen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Strahlungsabschirmung mit den Zu- und Ableitungen in den kontinuierlichen Herstellungsprozess für Polymere integriert ist.
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