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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Extruder, der geeigneter Weise für das Entfernen von sich verflüchtigenden Komponenten aus einem Material wie Kunststoff oder Gummi verwendet wird, um wirksam sich verflüchtigende Komponenten zu entfernen, die in dem Material enthalten sind.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Im Allgemeinen wird ein Kompositharzmaterial, wie ein Kunststoffverbund, hergestellt durch Einspritzen eines Polymerharzmaterials und eines pulverförmigen Zusatzes in einen Zylinder einer kontinuierlichen Kneteinheit und anschließendes stromabwärtiges Extrudieren dieser zwei Komponenten, während sie mit einer Knetschraube bzw. Knetschnecke geknetet werden, die sich durch den Zylinder erstreckt. Des Weiteren ist zum Beispiel ein Granulator benachbart an die stromabwärtige Seite der kontinuierlichen Kneteinheit so angeordnet, dass der Granulator das Kompositharzmaterial in Granulat formt.
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Eine typische kontinuierliche Kneteinheit kann entweder eine vom Typ mit einer Einzelknetschnecke oder mit einer Doppelknetschnecke sein.
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Eine kontinuierliche Doppelschneckenkneteinheit hat einen Zylinder, die darin eine rechte und eine linke Knetkammer hat, die miteinander verbunden sind; eine rechte und linke Knetschnecke, die sich durch die zwei jeweiligen Knetkammern in einer drehbaren Art und Weise erstrecken; und eine Zuführeinrichtung, die mit einem stromaufwärtigen Abschnitt des Zylinders für das Einspritzen eines Materials in die Knetkammern verbunden ist.
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Jede der Knetschnecken hat Schneckensegmente für das stromabwärtige Übertragen des Materials und Schneckensegmente und Knetsegmente, die das Material kneten, während sie eine große Scherkraft auf das Material aufbringen. Diese Segmente sind miteinander in einer Axialrichtung der Knetschnecke verbunden.
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Zum Beispiel hat eine kontinuierliche Doppelschneckenkneteinheit, die in der
JP 2002-210731 A offenbart ist, den Aufbau, der vorstehend beschrieben ist, und ist mit einer Unterdruckentgasung (Unterdruckentlüftung) für das zwangsweise Entfernen von flüchtigen Bestandteilen und Wasser aus einem Material zum Zweck der Komponenteneinstellung versehen. Ein Gasansaugvorgang durch die Unterdruckentlüftung hindurch erzeugt einen Negativdruckzustand in den Knetkammern, wodurch das Entfernen von sich verflüchtigenden Komponenten aus dem Material gesteigert wird, und wodurch die flüchtigen Komponenten gezwungen werden, durch die Unterdruckentlüftung hindurch nach außen abgegeben zu werden.
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Kontinuierliche Doppelschneckenkneteinheiten, die mit einer Materialextrusionsfunktion ausgestattet sind, werden im Allgemeinen als Doppelschneckenextruder bzw. Doppelschneckenextruder bezeichnet.
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Gemäß der
JP 2002-210731 A , erstreckt sich jedoch der Negativdruckzustand, der in den Knetkammern in Erwiderung auf das Gasansaugen durch die Unterdruckentlüftung hindurch erzeugt wird, nur innerhalb eines Bereichs, in dem die Schneckensegmente für das Übertragen des Materials, das stromabwärts geknetet werden soll, vorgesehen sind. Dies ist problematisch, da es Fälle gibt, wo flüchtige Komponenten nicht ausreichend aus dem Material entfernt werden.
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Die
DE 37 44 193 C1 offenbart einen Extruder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demzufolge ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Extruder vorzusehen, der einen wirksamen Vorgang zum Entfernen von flüchtigen Komponenten an einem Material durchführen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Extruder gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Extruder die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten das Material knetet, während sie flüchtige Komponenten aus dem Material entfernt, kann demzufolge der Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten wirksam durchgeführt werden.
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Da die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten der Knetschnecke durch die Imprägniersektionen druckverschlossen ist, die benachbart an die stromaufwärtige Seite der Sektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten und benachbart an die stromabwärtige Seite der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten angeordnet sind, kann des Weiteren der Negativdruckzustand für die Sektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten in geeigneter Weise aufrecht erhalten werden. Deshalb werden die flüchtigen Komponenten, die von dem Material verdunsten oder verdampfen, in geeigneter Weise nach außen durch die Unterdruckentgasung hindurch freigesetzt, die mit der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten in Verbindung steht. Demzufolge verbessert dies die Wirksamkeit des Vorgangs zum Entfernen flüchtiger Komponenten aus dem Material weiter.
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In anderen Worten gesagt, enthält gemäß der vorliegenden Erfindung ein Abschnitt der Knetkammer, in dem die Luftdichtheit durch die Imprägniersektionen aufrecht erhalten wird, die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten, und die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten ist mit einem Knetschneckengang versehen, der um die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten in einer Richtung für das stromabwärtige Übertragen des Materials herum gewunden ist. Somit knetet der Knetschneckengang der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten das Material, während er das Material stromabwärts überträgt, und führt auch einen Oberflächenerneuerungsvorgang des Materials durch. Als eine Folge dieses Oberflächenerneuerungsvorgangs wird die Trennung der flüchtigen Komponenten erhöht.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten nicht mit einem Schneckengang versehen ist, der in der Rückwärtsrichtung gewunden ist, hat darüber hinaus die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten selbst keine Imprägniersektion des Materials. Somit kann sich ein Negativdruckzustand über einen breiten Bereich (langen Bereich) der Knetkammer erstrecken. Folglich kann der Bereich, der für das Entfernen flüchtiger Komponenten aus dem Material durch den Oberflächenerneuerungsvorgang verwendet werden soll, zu dem größtmöglichen Ausmaß als ein Negativdruckbereich für das Unterdruckansaugen verwendet werden, wodurch ein wirksamer Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten erreicht werden kann.
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Des Weiteren ist in dem Extruder, der vorstehend beschrieben ist, L/D vorzugsweise gleich oder größer als 2, wobei D einen Durchmesser der Knetkammer kennzeichnet und L eine Länge der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten in einer Rotationsachsenrichtung der Knetschnecke kennzeichnet. Folglich trägt dies zur weiteren Verbesserung der Wirksamkeit des Vorgangs zum Entfernen flüchtiger Komponenten bei. Aufgrund der Tatsache, dass der Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten in der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten durchgeführt wird, die eine Knetfunktion hat und die einen relativ großen Anteil der Knetschnecke einnimmt, kann der Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten wirksam durchgeführt werden.
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Des Weiteren ist L/D vorzugsweise gleich oder größer als 10. Dies trägt nicht nur zu einer Verbesserung des Prozesses zum Entfernen flüchtiger Komponenten bei, sondern auch zu einem Dispersionseffekt von Zusätzen in dem Material, das geknetet werden soll.
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Des Weiteren hat erfindungsgemäß jede Imprägniersektion ein Widerstandselement, das benachbart an eine stromabwärtige Seite der Imprägniersektion so angeordnet ist, dass das Widerstandselement eine Widerstandskraft gegen einen Fluss des Materials aufbringt, das stromabwärts übertragen wird. In diesem Fall kann das Widerstandselement die entsprechenden Imprägniersektionen zwingen, mit dem Material imprägniert zu werden, so dass die Luftdichtheit aufrechterhalten werden kann.
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Des Weiteren hat erfindungsgemäß eines der Widerstandselemente ein Segment, das einen Schneckengang hat, der in einer Richtung für das stromaufwärtige Drücken des Materials gewunden ist.
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Weil der Schneckengang des Segments (Schraubsegment oder Schneckensegment), der in den Widerstandselementen eingeschlossen ist, in einer der Art einer Rückwärtsspirale für das stromaufwärtige Drücken des Materials gewunden ist, sammelt sich das Material, das von der stromaufwärtigen Seite übertragen wird, in dieser Sektion an. Demzufolge ist die Imprägniersektion, die eine hohe Imprägnierrate des Materials hat, benachbart an die stromaufwärtige Seite des Widerstandselements ausgebildet, wobei der vordere und hintere Raum (stromaufwärtiger und stromabwärtiger Raum) der Imprägniersektion mit Druck sicher voneinander abgesperrt sind. Somit ist die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten, die an die Imprägniersektion angrenzt, in geeigneter Weise verschlossen.
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Des Weiteren haben die Widerstandselemente vorzugsweise ein Auslasselement, das das Material nach außen auslässt und das einen Fließwegwiderstand erzeugt, wenn das Material in das Auslasselement fließt.
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Demzufolge erfährt das Material, das von der stromaufwärtigen Seite übertragen wird, einen Fließwegwiderstand in dem Auslasselement, wie eine Pressform, eine Öffnung, ein Übertragungsrohr, oder eine Filtereinheit, die einen hohen Fließwegwiderstand haben, wobei die Imprägniersektion benachbart an die stromaufwärtige Seite des Auslasselements angeordnet ist. Somit sind der vordere und hintere Raum (stromaufwärtiger und stromabwärtiger Raum) der Imprägnierungssektion mit Druck sicher voneinander abgesperrt, wodurch die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten, die an die Imprägnierungssektion angrenzt, in geeigneter Weise verschlossen ist.
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Des Weiteren hat die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten vorzugsweise ein Doppelflügelschneckensegment, das zwei Knetschneckengänge hat, die in entgegengesetzten Richtungen zueinander bezüglich einer Durchmesserrichtung der Knetschnecke hervorstehen. Des Weiteren ist jeder der Knetschneckengänge vorzugsweise mit einem niedrigen Ende und einem hohen Ende für das Erleichtern der Trennung der flüchtigen Komponenten versehen, wobei das niedrige Ende einen großen Endenabstand bezüglich einer Innenfläche von wenigstens einer Knetkammer hat, um eine Ausbildung eines dünnen Films des Materials an der Innenfläche zu ermöglichen, wobei das hohe Ende einen geringen Endenabstand bezüglich der Innenfläche von wenigstens einer Knetkammer hat, so dass der dünne Materialfilm von der Innenfläche durch das hohe Ende abgeschabt wird.
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Demzufolge ermöglicht das niedrige Ende in jedem Doppelflügelschneckensegment, dass ein dünner Materialfilm an der Innenfläche von wenigstens einer Knetkammer ausgebildet wird. Andererseits wird der dünne Film von der Innenfläche durch das hohe Ende in jedem Doppelflügelschneckensegment abgeschabt. Somit wird der Oberflächenerneuerungsvorgang des Materials wiederholend durchgeführt, um zur weiteren Verbesserung der Wirksamkeit des Vorgangs zum Entfernen flüchtiger Komponenten beizutragen.
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Des Weiteren hat die Knetkammer vorzugsweise zwei Knetkammern, die miteinander im Inneren des Zylinders in Verbindung stehen. Darüber hinaus erstrecken sich zwei Knetschnecken jeweils durch die zwei Knetkammern in einer drehbaren Art und Weise, wobei die Knetschnecken in derselben Richtung drehbar sind und miteinander eingreifen.
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Des Weiteren sind die Doppelflügelschneckensegmente in der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten in einer fortlaufenden Weise so verbunden, dass die Seitenflächen der Knetschneckengänge der benachbarten Schneckensegmente bezüglich einer Axialrichtung der Knetschnecke keine Abstufung zwischen sich haben.
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Demzufolge sind die Knetschneckengänge der benachbarten Schneckensegmente so verbunden, dass sie keine Abstufung zwischen sich haben, und Nuten, die zwischen den benachbarten Knetschneckengängen ausgebildet sind, erstrecken sich fortlaufend in der Axialrichtung. Somit bildet die gesamte Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten eine glatte Spirale. Da die Nuten, die in der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten vorgesehen sind, mit der Unterdruckentgasung in Verbindung stehen, fließt die flüchtige Komponente, die von dem Material verdunstet oder verdampft, durch einen Fließweg hindurch, der durch die Nuten definiert ist, und wird in geeigneter Weise in die Unterdruckentgasung gesaugt, um nach außen freigesetzt zu werden.
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Des Weiteren ist ein Verdrehwinkel jedes Knetschneckengangs des Doppelflügelschneckensegments vorzugsweise größer als 0° und gleich oder kleiner als 60° bezüglich einer Axialrichtung der Knetschnecke eingestellt.
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Gemäß diesem Aufbau ist, da die Spirale der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten bezüglich ihrem zentralen Kern gemäßigt ist, die Gesamtlänge von jeder der Nuten verringert, was bedeutet, dass der Abstand von der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten zu der Unterdruckentgasung kürzer gemacht werden kann. Als eine Folge wird der Fließwegwiderstand der Nuten verringert, wodurch ermöglicht wird, dass die flüchtige Komponente leicht zu der Unterdruckentgasung fließt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Extruder geschaffen, der einen wirksamen Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten an einem Material durchführen kann.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Doppelschneckenextruders gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Querschnittansicht eines Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten, der in 1 dargestellt ist;
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3A und 3B zeigen eine Vorderansicht von einem Schneckensegment beziehungsweise eine Seitenansicht von rechts des Schneckensegments;
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4 ist eine Seitenansicht des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten, der in 1 dargestellt ist;
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5 ist eine schematische Darstellung eines Doppelschneckenextruders gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen eines Extruders gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
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1 bis 4 zeigen einen Doppelschneckenextruder 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Extruder 1 hat eine rechte und linke Knetschnecke 2, 2, die sich in die gleiche Richtung drehen und die miteinander im Eingriff sind; und einen Zylinder 3, der die Knetschnecken 2, 2 drehbar stützt. Der Zylinder 3 hat eine Vielzahl von Zylindersegmenten 4, die miteinander in einer Axialrichtung des Zylinders 3 verbunden sind.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird die rechte Seite von 1 als eine stromaufwärtige Seite oder eine vordere Seite bezeichnet, wohingegen die linke Seite von 1 als eine stromabwärtige Seite oder eine hintere Seite bezeichnet wird.
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Der Zylinder 3 hat eine rechte und linke Knetkammer 5, 5, die sich durch das Innere des Zylinders 3 hindurch von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite hin in der Axialrichtung des Zylinders 3 erstrecken. Bezug nehmend auf 2 hat jede Knetkammer 5 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Im Querschnitt gesehen, stehen die Seitenabschnitte der zwei Knetkammern 5, 5 so miteinander an dem zentralen Abschnitt des Zylinders 3 in Verbindung, dass die zwei Knetkammern 5, 5 ein brillenförmiges Durchgangsloch ausbilden.
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Die stromaufwärtige Seite des Zylinders 3 ist mit einem Materialzuführloch 6 versehen. Ein Material 8, das geknetet werden soll, wird in die Knetkammern 5, 5 durch einen Trichter 7 eingespeist, der mit dem Zuführloch 6 verbunden ist. Der Zylinder 3, die an der stromabwärtigen Seite des Trichters 7 angeordnet ist, ist mit einem elektrischen Heizelement oder einer Heizeinheit (nicht dargestellt) versehen, die erhitztes Öl aufbringt, um das eingespeiste bzw. eingespritzte Material 8 zu schmelzen. Somit wird das Material 8 durch den Zylinder 3 hindurch befördert, während es gleichzeitig durch den erhitzten Zylinder 3 geschmolzen wird.
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Die stromabwärtige Seite des Zylinders 3 ist mit einer Unterdruckentgasung (Unterdruckentlüftung) 10 versehen, die den Druck in den Knetkammern 5, 5 durch Erzeugen eines Unterdrucks verringert, um flüchtige Bestandteile und Wasser (nachstehend als flüchtige Komponenten bezeichnet) von dem Material 8 zu entfernen. Mit anderen Worten gesagt funktioniert die Unterdruckentgasung 10 als ein Element zum Entfernen flüchtiger Komponenten. Außerdem ist der am meisten stromabwärtige Abschnitt des Zylinders 3 mit einem Auslasselement 35 für das Auslassen des Materials 8 aus dem Zylinder 3 versehen. Das Auslasselement 35 gemäß der vorliegenden Erfindung ist an einer Position gerade nach der Stelle angeordnet, wo das geknetete Material 8 in den Zylinder 3 von dem Knetkammern 5, 5 freigesetzt wird. Das Auslasselement 35 kann eine Pressform, eine Öffnung, ein Übertragungsrohr, oder eine Filtereinheit sein und hat einen hohen Fließwegwiderstand bezüglich dem Fluss des gekneteten Materials 8, so dass es als eine zweite Widerstandssektion funktioniert, die nachstehend im Detail beschrieben wird.
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Dazwischenliegende Abschnitte des Zylinders 3 sind mit einer Vielzahl von Steckern 11 für verschiedene Zwecke versehen. In den Sektionen, die keinem Unterdruckentfernen flüchtiger Bestandteile unterzogen werden, können die entsprechenden Stecker 11 entfernt werden, so dass diese Sektionen als offene Entlüftungen funktionieren können, die den Prozess des Entfernens flüchtiger Bestandteile dadurch erleichtern, dass sie zulassen, dass das Innere der Knetkammern 5, 5 mit der Atmosphäre verbunden ist. Alternativ können die Knetkammern 5, 5 durch Entfernen der Stecker 11 mit Zuführeinrichtungen für das Einspeisen von beispielsweise Zusätzen in die Knetkammern 5, 5 verbunden sein.
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Die Knetschnecken 2, 2 sind miteinander im Eingriff und erstrecken sich durch die Knetkammern 5, 5 des Zylinders 3 in einer drehbaren Art und Weise. Die Knetschnecken 2, 2 drehen sich in die gleiche Richtung, um das Material 8 von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite zu übertragen, während sie das Material 8 kneten.
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Jede der Knetschnecken 2, 2 hat eine Vielzahl von Segmenten, die miteinander in der Axialrichtung verbunden sind. Die Vielzahl von Segmenten in jeder Knetschnecke 2 hat Doppelflügelschraubsegmente 13 für das Übertragen und Extrudieren des Materials 8 zu der stromabwärtigen Seite hin; Doppelflügelschneckensegmente 14 für das Kneten des Materials 8, um einen Misch- und Dispersionsprozess durchzuführen; und Doppelflügelknetscheibensegmente 15, die hauptsächlich für ein Mischen des Materials 8 vorgesehen sind.
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Bezug nehmend auf 1, hat jede Knetschnecke 2 von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite hin eine erste Fördersektion 18, eine erste Knetsektion 19, eine zweite Fördersektion 23, eine erste Widerstandssektion 24, einen Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25, eine zweite Imprägniersektion 28 und eine zweite Widerstandsektion 35. Die erste Widerstandssektion 24 und die zweite Widerstandssektion 35 funktionieren als Widerstandselemente, die eine Widerstandskraft gegen das Material 8 aufbringen, das zur stromabwärtigen Seite hin fließt, um die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 mit dem Material 8 zu imprägnieren. Aufgrund der Verzögerung des Flusses des Materials 8 durch diese Widerstandselemente, werden Imprägniersektionen des Materials 8 ausgebildet. Als eine Folge von diesen Imprägniersektionen wird die Luftdichtheit des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 aufrechterhalten.
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Im Detail ist die am meisten stromaufwärtige Sektion jeder Knetschnecke 2 durch die erste Fördersektion 18 definiert, die die entsprechenden Schneckensegmente 13 hat, die miteinander in der Axialrichtung verbunden sind. Jedes Schneckensegment 13 hat zwei Schneckengänge, die von entgegengesetzten Seiten einer Rotationsachse 0 bezüglich einer Durchmesserrichtung des Schneckensegments 13 hervorstehen. Darüber hinaus winden sich die Schneckengänge so um das Schneckensegment 13 in der Art einer Spirale in der Axialrichtung herum, dass ein Endenabstand (Spalt) zwischen jedem Schneckengang und einer Innenfläche 30 der entsprechenden Knetkammer 5 außerordentlich gering ist.
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Die ersten Fördersektionen 18 haben eine Funktion für das Übertragen des Materials 8 zu der stromabwärtigen Seite hin durch die Nuten 29 hindurch, die zwischen den Schneckengängen der Schneckensegmente 13 ausgebildet sind, haben aber im Wesentlichen keine Funktion für das Kneten des Materials 8.
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Andererseits ist die erste Knetsektion 19 benachbart an die stromabwärtige Seite der entsprechenden ersten Fördersektion 18 angeordnet und umfasst eine Kombination von den Knetscheibensegmenten 15 und den Schneckensegmenten 14.
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Die Knetscheibensegmente 15 haben eine Vielzahl von flachen Knetscheiben, die miteinander verbunden sind. Die Knetscheiben sind mit doppelflügelförmigen Schneckengängen versehen, die denselben Querschnitt haben wie diejenigen der Schneckensegmente 13, und haben einen außerordentlich kleinen Endenabstand bezüglich der Innenfläche 30 der entsprechenden Knetkammer 5. Die Schneckengänge erstrecken sich parallel zu der Axialrichtung. Folglich erhält das Material 8, das über jedes Knetscheibensegment 15 fließt eine hohe Scherkraft, wenn es durch den Endenabstand hindurch fließt, wodurch das Material 8 geknetet wird.
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Andererseits haben die Schneckensegmente 14 Liefersegmente 14F und ein Umkehrsegment 14B. Bezug nehmend auf die 3A und 3B, hat jedes Liefersegment 14F ein Paar Schneckengänge 20, das um das Liefersegment 14F herum in einer spiralförmigen Weise bezüglich der Axialrichtung gewunden ist, um zu ermöglichen, dass das Material 8 stromabwärts übertragen wird.
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Das Umkehrsegment 14B hat auch ein Paar Schneckengänge 20, das in der Art einer Spirale in einer Richtung gewunden ist, die entgegen der Richtung ist, in die die Schneckengänge 20 der Liefersegmente 14F gewunden sind. Somit kneten die Umkehrsegmente 14B das Material 8, während sie das Material 8 nach hinten zur stromaufwärtigen Seite hin drücken. Demzufolge ermöglicht dies, dass sich die Imprägnierungsrate des Materials 8 in den Knetkammern 5, 5 erhöht, wodurch ein höherer Knetgrad erreicht wird.
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Bezug nehmend auf die 3A und 3B, haben die Schneckengänge 20 jedes Schneckensegments 14 hohe Enden 21, die einen geringen Endenabstand haben, und niedrige Enden 22, die einen großen Endenabstand haben. Die hohen Enden 21 und die niedrigen Enden 22 der Schneckensegmente 14 sind abwechselnd in der Axialrichtung angeordnet. Wenn die Knetschnecken 2, 2 gedreht werden und das Material 8 durch den Endenabstand jedes hohen Endes 21 hindurch fließt, wird eine hohe Scherkraft auf das Material 8 aufgebracht. Aufgrund dieser Scherkraft, wird eine Oberflächenschicht des Materials 8 abgeschabt, das an den Innenflächen 30 der Knetkammern 5, 5 haftet.
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Der Grad des Hervorstehens jedes niedrigen Endes 22 bezüglich der Durchmesserrichtung der entsprechenden Knetschnecke 2 ist kleiner als der jedes hohen Endes 21, was bedeutet, das jedes niedrige Ende 22 einen Endenabstand hat, der größer ist als der jedes hohen Endes 21. Wenn die Knetschnecken 2, 2 gedreht werden, wird demzufolge eine geringere Scherkraft auf das Material 8 aufgebracht, das durch den Endenabstand von jedem der niedrigen Enden 22 fließt. Dies erhöht die Menge von Material 8, die über die niedrigen Enden 22 fließt, um den Fluss des Materials 8 in den Knetkammern 5, 5 zu erleichtern, wodurch ein höherer Knetgrad erreicht wird.
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Der Verdrehwinkel der Schneckengänge 20 jedes Liefersegments 14F ist auf ca. 30° bezüglich der Axialrichtung eingestellt, wohingegen der Verdrehwinkel der Schneckengänge 20 jedes Umkehrsegments 14B auf ca. –30° eingestellt ist.
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Die Schneckensegmente 14, die in der ersten Knetsektion 19 eingeschlossen sind, können in so einer Weise verbunden sein, dass die benachbarten Segmente in einer unterbrochenen Weise verbunden sind, wie in 1 gezeigt ist. Alternativ können die benachbarten Segmente in einer ununterbrochenen Weise verbunden sein, ohne eine Stufe zwischen sich zu haben. Als eine weitere Alternative kann die erste Knetsektion 19 von jeder Knetschnecke 2 zusätzlich mit einem Neutralsegment 14N versehen sein.
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Die zweite Fördersektion 23 ist benachbart an die stromabwärtige Seite der ersten Knetsektion 19 angeordnet.
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Im Wesentlichen ähnlich zur ersten Fördersektion 18, hat die zweite Fördersektion 23 die entsprechenden Schneckensegmente 13. Die zweite Fördersektion 23 hat eine stromaufwärtige Untersektion 23A, die eine Funktion hat, die im Wesentlichen gleich zu den Schneckensegmenten 13 ist.
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Die zweite Fördersektion 23 hat auch eine stromabwärtige Subsektion 23B. Die stromabwärtige Subsektion 23B hat die erste Widerstandssektion 24, die an sie benachbart angeordnet ist.
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Die erste Widerstandssektion 24 jeder Knetschnecke 2 hat ein Einschneckensegment 40, das ermöglicht, dass das Material 8 stromaufwärts gedrückt wird. Im Speziellen sind die Schneckengänge 20 dieses Schneckensegments 40 in der Rückwärtsrichtung gewunden, um zu ermöglichen, dass das Material 8 stromaufwärts gedrückt wird. Demzufolge funktioniert die erste Widerstandsektion 24 als ein Widerstandselement, dass eine Widerstandskraft gegen den Fluss des Materials 8 aufbringt. In anderen Worten gesagt, häuft sich das Material 8, das von der stromaufwärtigen Seite übertragen wird, aufgrund der Widerstandskraft der ersten Widerstandssektion 24 gegen den Fluss des Materials 8, in der stromabwärtigen Untersektion 23B an. Somit funktioniert die stromabwärtige Untersektion 23B als eine erste Imprägnierungssektion des Materials 8. Als eine Folge stellt die erste Imprägnierungssektion (stromabwärtige Subsektion) 23B sicher, dass ein stromaufwärtiger Raum und ein stromabwärtiger Raum voneinander abgesperrt sind, wodurch verhindert wird, dass der Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 mit dem stromaufwärtigen Raum verbunden ist.
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Der Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 jeder Knetschnecke 2 ist benachbart an die stromabwärtige Seite der ersten Widerstandssektion 24 angeordnet.
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Der Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 ermöglicht, dass die flüchtigen Komponenten, die in dem Material 8 enthalten sind, verdunsten oder verdampfen und von dem Zylinder 3 freigesetzt werden. Aufgrund dieses Vorgangs zum Entfernen flüchtiger Komponenten, wird die Komponenteneinstellung des Materials 8 durchgeführt. Der Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 gemäß der ersten Ausführungsform hat eine Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26, die nahe einer stromaufwärtigen Seite von ihm angeordnet ist, und eine dritte Fördersektion 27, die nahe einer stromabwärtigen Seite von ihm angeordnet ist.
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Der Segmentabschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 hat eine Gruppe von Doppelflügelschneckensegmenten 16, von denen jedes mit zwei Schneckengängen 20 versehen ist, die in entgegengesetzten Richtungen voneinander in der Durchmesserrichtung der entsprechenden Knetschnecke 2 hervorstehen. Die Doppelflügelschneckensegmente 16 haben im Wesentlichen die gleiche Form wie die Liefersegmente 14F, die in der ersten Knetsektion 19 eingeschlossen sind, und haben eine Funktion für das Kneten des Materials 8. Bezug nehmend auf 4, sind die Doppelflügelschneckensegmente 16 in einer ununterbrochenen Weise so verbunden, dass die benachbarten Segmente in der Axialrichtung keine Stufe zwischen sich haben. Demzufolge erstrecken sich die benachbarten Schneckengänge 20 in der Axialrichtung und die Nuten 29, die zwischen den Schneckengängen 20 ausgebildet sind, ununterbrochen, so dass die gesamte Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 eine Schneckenstruktur mit glatten Oberflächen ausbildet.
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Die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 hat keine Schneckengänge für das stromaufwärtige Drücken des Materials 8, sondern hat die Schneckensegmente 16, die mit den Schneckengängen 20 versehen sind für das stromabwärtige Übertragen des Materials 8, während sie das Material 8 kneten. Folglich erleichtert dies die Trennung der flüchtigen Komponenten in Erwiderung auf eine Oberflächenerneuerung des Materials 8 während des Knetprozesses. Da sich andererseits das Material 8 nicht ansammelt, aufgrund der Tatsache, dass das Material 8 nicht nach hinten gedrückt wird, kann ein breiter Bereich (langer Bereich) der Knetkammern 5, 5, der den Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 entspricht, als ein Negativdruckbereich mittels der Unterdruckentgasung (Unterdruckentlüftung) 10 verwendet werden.
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Die Schneckengänge 20 jedes Schneckensegments 16 sind mit den niedrigen Enden 22 versehen, die einen großen Endenabstand bezüglich der entsprechenden Knetkammer 5 haben, um die Ausbildung eines dünnen Film des Materials 8 zu ermöglichen, und mit den hohen Enden 21, die einen geringen Endenabstand bezüglich der entsprechenden Knetkammer 5 haben, um ein Abschaben des dünnen Films zu ermöglichen. Gemäß der Erzeugung des dünnen Films und dem Abschaben des Materials 8, kann das Entfernen flüchtiger Komponenten aus dem Material 8 weiter verbessert werden. Bezug nehmend auf die 3A und 3B, in einem Fall, wo der Vorder- und Rückseitenabschnitt von einem der Schneckengänge 20 jeweils mit einem hohen Ende 21 versehen ist und wo der dazwischenliegende Abschnitt des Schneckengangs 20 mit einem niedrigen Ende 22 versehen ist, hat der andere Schneckengang 20 zwei niedrige Enden 22 an seinem Vorder- und Rückseitenabschnitt und ein hohes Ende 21 an seinem dazwischenliegenden Abschnitt. Demzufolge hat die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 eine Struktur, in der sich die Enden bezüglich der Axialrichtung und der Umfangsrichtung abwechselnd ändern. In jeder Knetschnecke 2 sind die Formen der hohen Enden 21 und der niedrigen Enden 22 der Schneckensegmente 16 im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen der Liefersegmente 14F in der ersten Knetsektion 19.
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Wenn die Knetschnecken 2, 2 gedreht werden, ändern sich die Schneckengänge 20 der Doppelflügelschneckensegmente 16 abwechselnd in der Umfangsrichtung und der Axialrichtung in der folgenden Weise: kleiner Endenabstand → großer Endenabstand → kleiner Endenabstand und so weiter.
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Der Verdrehwinkel der Schneckengänge 20 der Doppelflügelschneckensegmente 16 ist größer als 0° und gleich oder kleiner als 60° bezüglich der Axialrichtung der Knetschnecken 2, 2 eingestellt. Der Ausdruck „Verdrehwinkel“ bezieht sich auf einen Neigungswinkel von dem oberen Ende jedes Schneckengangs 20 bezüglich der Axialrichtung, das heißt, ein Winkel von dem oberen Ende jedes Schneckengangs 20, der bezüglich der Axialrichtung in dem sich erstreckenden Zustand des entsprechenden Doppelflügelschneckensegments 16 geneigt ist. Demzufolge ist die Spirale der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 gemäßigt bezüglich ihrem zentralen Kern, und darüber hinaus bilden die Nuten 29 auch eine gemäßigte Spirale aus. Die Gesamtlänge des Fließwegs, der durch die Nuten 29 in der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 definiert ist, ist kleiner als die von dem in den Schneckensegmenten 13.
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Deshalb ist der Fließwegwiderstand von der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 zu der Unterdruckentgasung 10 hin gering.
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Wenn sich der Verdrehwinkel 0° nähert, erniedrigt sich die Fähigkeit das Material 8 zu übertragen, wohingegen sich die Scherkraft erhöht, die auf das Material 8 aufgebracht wird. Aus diesem Grund ist der Verdrehwinkel jedes Schneckengangs 20 äußerst vorzugsweise innerhalb einem Bereich von 15° bis 45° eingestellt, so dass eine geeignete Scherkraft auf das Material 8 aufgebracht werden kann.
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Die dritte Fördersektion 27, die in dem Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 eingeschlossen ist, ist benachbart an die stromabwärtige Seite der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 angeordnet. Die dritte Fördersektion 27 hat im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die erste Fördersektion 18 und hat eine Funktion für das stromabwärtige Übertragen des Materials 8.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eines der Zylindersegmente 4, das dem am meisten stromaufwärtigen Abschnitt der dritten Fördersektion 27 entspricht, die an den am meisten stromabwärtigen Abschnitt der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Bestandteile 26 angrenzt, mit der Unterdruckentgasung (Unterdruckentlüftung) 10 versehen.
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Der Druck für den Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 wird mittels der Unterdruckentlüftung 10 verringert, so dass ein Prozess zum Entfernen flüchtiger Komponenten aus dem Material 8 durchgeführt wird. Die Nuten 29, die durch die Seitenflächen der Schneckengänge 20 der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 definiert sind, und die Innenflächen 30 stehen mit der Unterdruckentlüftung 10 in Verbindung, so dass die flüchtigen Komponenten, die von dem Material 8 verdampfen oder verdunsten, in die Unterdruckentlüftung 10 über den Fließweg fließen, der durch die Nuten 29 ausgebildet ist. Somit werden die flüchtigen Komponenten von dem Zylinder 3 freigesetzt. Wie vorstehend beschrieben ist, da der Fließweg der Nuten 29 in der Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 von jeder Knetschnecke 2 eine kurze Gesamtlänge hat und glatt ist, hat die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 einen geringeren Fließwegwiderstand gegen den Fluss der flüchtigen Komponenten im Vergleich mit Schneckensegmenten, die das gleiche L/D haben (L kennzeichnet die Länge jeder Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 und D kennzeichnet den Durchmesser der entsprechenden Knetkammer 5). Somit erstreckt sich der Effekt zum Entfernen flüchtiger Komponenten aufgrund der Druckverringerung mittels der Unterdruckentlüftung 10 über die gesamte Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26.
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Die zweite Imprägniersektion 28 von jeder Knetschnecke 2 ist benachbart an die stromabwärtige Seite der dritten Fördersektion 27 angeordnet.
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Die zweite Imprägniersektion 28 hat eine Gruppe von Schneckensegmenten 13, die in so einer Weise angeordnet sind, dass der Schneckengangabstand zur stromabwärtigen Seite hin schmäler wird. Bezug nehmend auf 1, sind im Speziellen vier Schneckensegmente 13, die unterschiedliche Schneckengangabstände haben, von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite der zweiten Imprägniersektion 28 angeordnet. Das am meisten stromaufwärtige Schneckensegment 13 hat im Wesentlichen den gleichen Schneckengangabstand wie die Schneckensegmente 13, die in der dritten Fördersektion 27 eingeschlossen sind. Andererseits werden die Schneckengangabstände der drei verbleibenden Schneckensegmente 13 der Reihe nach zur stromabwärtigen Seite der zweiten Imprägniersektion 28 hin schmäler.
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Des Weiteren ist das Auslasselement 35, das durch eine Pressform definiert ist und als ein Widerstandselement funktioniert, konzentrisch an dem am meisten stromabwärtigen Abschnitt des Zylinders 3 angeordnet. Da das geknetete Material 8 nach außen gegen dem Fließwegwiderstand des Auslasselements 35 extrudiert wird, verdickt sich das geknetete Material 8 an der zweiten Imprägniersektion 28. Die zweite Imprägniersektion 28 funktioniert als ein Isolator für das geeignete Trennen des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Bestandteile 25, der daran benachbart von der Region weiter stromabwärts von dem Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Bestandteile 25 angeordnet ist.
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Aufgrund der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26, die eine Funktion für das Kneten des Materials 8 haben und die Schneckensegmente 16 haben, die mit den Schneckengängen 20 versehen sind, die sich in die Richtung für das stromabwärtige Übertragen des Materials 8 winden, während sie die Imprägnierung des Materials 8 verhindern, kann demzufolge der Oberflächenerneuerungsprozess des Materials 8 wirksam als der Trennprozess der flüchtigen Komponenten verwendet werden. Zur selben Zeit kann ein breiter Bereich (langer Bereich) der Knetkammern 5, 5, der den Sektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 entspricht, als ein Negativdruckbereich für die Unterdruckansaugung verwendet werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist in jeder Knetschnecke 2 die erste Widerstandsektion (Widerstandselement) 24 benachbart an die stromaufwärtige Seite des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 vorgesehen und die zweite Widerstandssektion (Widerstandselement) 35 ist benachbart an die stromabwärtige Seite vorgesehen. Da die erste Imprägniersektion (stromabwärtige Untersektion) 23B und die zweite Imprägniersektion 28 jeweils benachbart an die stromaufwärtigen Seiten der ersten Widerstandsektion 24 und der zweiten Widerstandsektion 35 angeordnet sind, wird die Luftdichtheit des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 aufrechterhalten, wodurch der Negativdruckzustand für den Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 in geeigneter Weise aufrechterhalten werden kann. Demzufolge erleichtert dies die Verdunstung bzw. Verdampfung von zum Beispiel Wasser aus dem Material 8 und darüber hinaus ermöglicht dies, dass die flüchtigen Komponenten wirksam nach außen mittels der Unterdruckentlüftung 10 freigesetzt werden.
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Die Schneckengänge 20 der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 sind mit den niedrigen Enden 22 und den hohen Enden 21 versehen, um eine Erzeugung eines dünnen Films des Materials 8 an den Innenflächen 30 der Knetkammern 5, 5 zu ermöglichen und um ein Abschaben des dünnen Films zu ermöglichen. Im Vergleich zu einem Fall, wo herkömmliche Knetschneckengänge verwendet werden, kann demzufolge der Oberflächenerneuerungsvorgang in einer wirksameren Weise genutzt werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist des Weiteren die Länge des Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25, der die Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 und die dritte Fördersektion 27 einschließt, relativ groß, und zwar ist L/D = 16 (L kennzeichnet die Länge jedes Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Bestandteile 25 und D kennzeichnet den Durchmesser der entsprechenden Knetkammer 5).
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Die Arbeitsweise des Doppelschneckenextruders 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben.
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Um ein Kompositharzmaterial, wie einen Kunststoffverbund, unter Verwendung des Doppelschneckenextruders 1 herzustellen, wird das Material 8, das zum Beispiel aus Synthetikharzgranulat besteht, zuerst in den Zylinder 3 durch den Trichter 7 eingespeist. Das Material 8 wird dann durch eine Heizeinheit 9 (nicht dargestellt) erhitzt, während es stromabwärts mittels der ersten Fördersektionen 18 übertragen wird. Im Anschluss wird das Material 8 in den ersten Knetsektionen 19 geknetet und geschmolzen.
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Wenn der Knetprozess durch die Schneckensegmente 14 der ersten Knetsektionen 19 durchgeführt wird, fließt das Material 8 durch den großen Endenabstand der niedrigen Enden 22 hindurch. Dies erhöht den Einknetprozess von Zusätzen in das Material 8. Sogar wenn das Material 8 an den Innenflächen 30 der Knetkammern 5, 5 aufgrund der niedrigen Enden 22 haftet, schaben andererseits die hohen Enden 21 das Material 8 von den Innenflächen 30 der Knetkammern 5, 5 ab. Somit wird der Kneteffekt für die Zusätze verbessert, und die Verringerung des Effektivdurchmessers, die durch eine mehrlagige Anhaftung des Materials 8 verursacht wird, wird verhindert.
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Wenn der Knetprozess durch die ersten Knetsektionen 19 beendet ist, wird das Material 8 stromabwärts durch die zweiten Fördersektionen 23 hindurch übertragen, um zu den Abschnitten zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 eingeleitet zu werden. In den Abschnitten zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 sind die Knetkammern 5, 5 in einem Negativdruckzustand, aufgrund der Unterdruckentlüftung 10. Das Material 8 wird in den Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 geknetet, während seine Oberfläche erneuert wird, und aus dem Material werden zwangsweise flüchtige Komponenten entfernt (entgast bzw. dehydriert).
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Wenn darüber hinaus das Material 8 durch den Endenabstand der niedrigen Enden 22 der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 hindurch fließt, bildet sich ein dünner Film des Materials 8 an den Innenflächen 30 der Knetkammern 5, 5 aus. Andererseits schaben die hohen Enden 21 den dünnen Film von den Innenflächen 30 ab. Somit wird ein Oberflächenerneuerungsvorgang des Materials 8 fortlaufend bei einer höheren Ebene durchgeführt. Demzufolge verbessert dies die Verdampfung bzw. Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen und Wasser von der Oberfläche des dünnen Films.
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Da andererseits eine hohe Scherkraft auf das Material 8 aufgebracht wird, wenn das Material 8 durch die hohen Enden 21 hindurch fließt, kann zum Beispiel ein Ausflockungsmittel, wie ein Füllstoff oder ein Zusatzstoff, das in dem Material 8 enthalten ist, oder Polymergel, das in dem Material 8 enthalten ist, wirksam zerstreut und gründlich in das Kompositharzmaterial gemischt werden. In anderen Worten gesagt, erlauben die Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 einen Prozess zum Entfernen flüchtiger Komponenten und zum Trocknen des gekneteten Materials 8 genauso wie einen Diffusions- und Mischprozess von zum Beispiel einem Quellmittel und einem Polymergel.
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Andererseits funktionieren die Nuten 29 in den Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 als ein Fließweg für das Ermöglichen, dass die verdunstenden bzw. verdampfenden flüchtigen Komponenten in die Unterdruckentlüftung 10 fließen. Da die Distanz des Fließwegs zu der Unterdruckentlüftung 10 hin außerordentlich kurz ist, im Vergleich zu einem Fall, wo die Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 von Schneckensegmenten 13 mit dem gleichen L/D gebildet werden, ist ein Unterdruckbereich über einen weiten Bereich der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 ausgebildet. Aufgrund der Tatsache, dass der Fließwegwiderstand gering ist, können darüber hinaus die flüchtigen Komponenten leicht zu der Unterdruckentlüftung 10 hin fließen.
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Der Negativdruckzustand aufgrund der Ansaugkraft von der Unterdruckentlüftung 10 erstreckt sich so über das Material 8, das zu den dritten Fördersektionen 27 übertragen wird, dass der Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten auch in den Sektionen 27 durchgeführt wird.
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In den ersten Imprägniersektionen 23B, die benachbart an die stromaufwärtige Seite der Abschnitte zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 angeordnet sind, ist das Material 8 in einem angesammelten Zustand aufgrund der Rückwärtsspirale der ersten Widerstandssektionen 24. In den zweiten Imprägniersektionen 28, die benachbart an die stromabwärtige Seite der Abschnitte zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 angeordnet sind, ist das Material 8 in einem angesammelten Zustand aufgrund des Fließwegwiderstands der Pressform 35. Demzufolge sind sowohl die Vorder- als auch die Rückseite (stromaufwärtige und stromabwärtige Seite) der Abschnitte zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 dauernd in einem hermetisch verschlossenen Zustand, wodurch der Negativdruckzustand für die Abschnitte zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 in geeigneter Weise aufrechterhalten wird.
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Schließlich wird das Material 8, aus dem die flüchtigen Komponenten entfernt worden sind, durch die Pressform 35 hindurch nach außen extrudiert.
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5 zeigt einen Doppelschneckenextruder 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Extruder 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Knetschnecken 2, 2 des Extruders 1 der zweiten Ausführungsform jeweils mit einer Vielzahl von Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31, 32, 34 und mit dazwischenliegenden Widerstandssektionen (Widerstandselementen) 33, 33 versehen sind.
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Im Speziellen hat eine der dazwischenliegenden Widerstandssektionen 33 ein Rückwärtsspiralenschneckensegment 40 und ist benachbart an die stromabwärtige Seite der ersten Sektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31 angeordnet. Die zweite Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 32 ist benachbart an die stromabwärtige Seite dieser dazwischenliegenden Widerstandssektion 33 angeordnet. Die andere dazwischenliegende Widerstandssektion 33 ist benachbart an die stromabwärtige Seite der zweiten Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 32 angeordnet. Die dritte Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 34 ist benachbart an die stromabwärtige Seite dieser dazwischenliegenden Widerstandssektion 33 angeordnet. Die zweite Imprägniersektion 28 ist benachbart an die stromabwärtige Seite der dritten Sektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 34 angeordnet. Die zweite Imprägniersektion 28 hat eine Gruppe von Schneckensegmenten 13, die in so einer Weise angeordnet sind, dass der Schneckengangabstand zur stromabwärtigen Seite hin schmäler wird.
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Die Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31, 32, 34 haben im Wesentlichen die gleiche Struktur wie der Abschnitt zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 gemäß der ersten Ausführungsform, und sind jeweils mit der Unterdruckentlüftung 10 versehen. Somit führt jede der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31, 32, 34 einen Prozess zum Entfernen flüchtiger Komponenten aus dem Material 8 mittels der entsprechenden Unterdruckentlüftung 10 durch. Andererseits funktioniert jede der Widerstandssektionen 24, 33, 33 im Wesentlichen in derselben Weise wie die Widerstandssektionen 24, 35 gemäß der ersten Ausführungsform. Im Speziellen zwingt jede der Widerstandssektionen 24, 33, 33 das Material 8 sich in der Imprägniersektion anzusammeln, die an der stromaufwärtigen Seite davon angeordnet ist, um die Verschlussfunktion (Abdichtfunktion) zu verbessern.
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Die Vielzahl von Sektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31, 32, 34 ermöglicht, dass der Knetprozess des Materials 8 der Reihe nach durchgeführt wird, während sie gleichzeitig sicherstellt, dass der Prozess zum Entfernen flüchtiger Komponenten in geeigneter Weise durchgeführt wird.
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In der zweiten Ausführungsform ist die Länge der ersten Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31 in jeder Knetschnecke 2 L/D = 10 (L kennzeichnet die Länge der Sektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 26 und D kennzeichnet den Durchmesser der Knetkammer 5), wohingegen die Länge von der zweiten und dritten Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 32, 34 L/D = 4 ist. Die Länge der ersten Sektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31 ist größer gemacht zum Zweck der Verbesserung der Dispersion von Zusätzen in dem Material 8. Wenn andererseits der Hauptzweck die Entfernung flüchtiger Komponenten ist, kann ein zufriedenstellendes Ergebnis durch das Einstellen von L/D auf ungefähr 2 bis 10 erzielt werden.
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Des Weiteren sind die Widerstandssektionen 24, 33, 33, 28 benachbart an die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der Segmentsektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31, 32, 34 angeordnet, um die Sektionen zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31, 32, 34 druckzuverschließen. Alternativ kann auf die dazwischenliegenden Widerstandssektionen 33, 33 verzichtet werden, falls es nötig ist. In diesem Fall können die erste Imprägniersektion (stromabwärtige Untersektion) 23B und die zweite Imprägniersektion 28 die erste Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 31 bis zu der dritten Segmentsektion zum Entfernen flüchtiger Komponenten 34 druckverschließen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Zum Beispiel kann sich die vorliegende Erfindung auf Extruder richten, die mit Dreiflügel- und/oder Einflügelsegmenten versehen sind. Darüber hinaus kann sich die vorliegende Erfindung auch auf einen Einschneckenextruder richten.
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Des Weiteren ist in dem Fall, wo ein vorgeknetetes und geschmolzenes Material 8 in den Extruder 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt wird, die erste Knetsektion 19 nicht notwendig.
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Obwohl jede der Widerstandssektionen 24, 33 das Rückwärtsspiralschneckensegment 40 hat, kann des Weiteren die Widerstandsektion 24 oder 33 irgendeine Art von Segment haben, solange das Segment eine Widerstandskraft gegen das stromabwärts fließende Material 8 aufbringt und somit das Material 8 zwingt, sich anzusammeln, um eine Imprägniersektion auszubilden. Das Segment kann zum Beispiel ein Rückwärtsspiralenschneckensegment 14 sein. Obwohl die zweite Widerstandssektion 35 vorzugsweise durch eine Pressform definiert ist, kann die zweite Widerstandssektion 35 des Weiteren irgendeine Art von Komponente sein, solange die Komponente eine Widerstandskraft gegen das stromabwärtig fließende Material 8 aufbringt. Zum Beispiel kann die zweite Widerstandssektion 35 durch eine Öffnung, ein Übertragungsrohr oder eine Filtereinheit definiert sein.
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Obwohl der Verdrehwinkel der Schneckengänge 20 der Doppelflügelschneckensegmente 16 bezüglich der Axialrichtung der Knetschnecken 2, 2 größer eingestellt ist als 0°, kann der Verdrehwinkel von einigen der Schneckengänge 20 oder des letzten Satzes der Schneckengänge 20 auf 0° eingestellt sein.
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Erste Ausführungsform
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Bezug nehmend auf den Doppelschneckenextruder 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wird nachstehend ein Beispiel eines tatsächlichen Knetvorgangs des Materials 8 beschrieben.
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Das Material 8 besteht aus einem Polyethylenharz und wird einem Entfernen flüchtiger Komponenten in den Abschnitten zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 unterzogen, um das Ethylbenzol und Styrolmonomer zu entfernen, das in dem Material 8 enthalten ist. Zuerst wird das Polyethylenharz in den ersten Knetsektionen 19 plastifiziert und geschmolzen. Anschließend werden in den Abschnitten zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25, während das Polyethylenharz stromabwärts übertragen wird, die flüchtigen Komponenten, d.h. das Ethylbenzol und Styrolmonomer, verdunstet bzw. verdampft und in die Unterdruckentlüftung 10 durch Verwendung einer Unterdruckpumpe gesaugt, um nach außen von dem Zylinder 3 freigesetzt zu werden.
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Die Gesamtlänge jeder Knetschnecke 2 ist L/D = 50. Die Länge jedes Abschnitts zum Entfernen flüchtiger Komponenten 25 ist L/D = 16. Der Durchmesser jeder Knetschnecke 2 ist 46 mm. Die Umdrehungsgeschwindigkeit jeder Knetschnecke 2 ist auf 400 Umdrehungen/Minute eingestellt. Die Extrusionsmenge des Materials 8 ist auf 100 kg/h eingestellt. Der Druck der Unterdruckentlüftung 10 ist auf 0,5 kPa eingestellt. Unter diesen Bedingungen wurde der Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten aus dem Polyethylenharz durchgeführt.
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Das Polyethylenharz, das von dem Extruder 1 ausgelassen wurde, wurde in einer Weise des Strangschneidens granuliert, und der prozentuale Gehalt des Ethylbenzols und Styrolmonomers wurde gemessen. Der prozentuale Gehalt von Ethylbenzol war 0,054% und der prozentuale Gehalt von Styrolmonomer war 0,0012%. Da der prozentuale Gehalt von Ethylbenzol und der prozentuale Gehalt von Styrolmonomer in dem unbearbeitenden Polymerharz 0,98% beziehungsweise 0,042% war, war damit nachgewiesen, dass ein wirksamer Vorgang zum Entfernen flüchtiger Komponenten erreicht wurde.
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Zweite Ausführungsform
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Das Folgende ist ein Beispiel, in dem das Material 8 aus einem Polyethylenharz besteht, und in dem ein Verbund, der mit Carbon Black gemischt ist, unter Verwendung des Extruders 1 gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt wird. Hier ist der Durchmesser jeder Knetschnecke 2 46 mm und ihre Gesamtlänge ist L/D = 54.
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Jede der ersten Knetsektionen 19 hat die Schneckensegmente 14 und die Knetscheibensegmente 15 (die drei Knetscheiben haben, die bei einem Phasenwinkel von 45° bezüglich einander angeordnet sind) und führt einen Knetprozess und einen Dispersions- und Mischprozess des Carbon Blacks bezüglich des Polyethylenharzes durch.
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Die Extrusionsmenge des Materials 8 ist auf 150 Kg/h eingestellt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit jeder Knetschnecke 2 ist auf 400 Umdrehungen/Minute eingestellt. Die Temperatur des gekneteten Materials 8 ist auf 228° eingestellt. Unter diesen Bedingungen wurde der Knetvorgang durchgeführt. Als eine Folge war der prozentuale Gehalt von Styrolmonomer 0,001% oder weniger, was bedeutet, dass ein Verbund hergestellt wurde, der einen geringen prozentualen Gehalt flüchtiger Komponenten und einen hohen Dispersionsgrad von Carbon hat.
