DE1917195B2

DE1917195B2 - Vorrichtung zur Herstellung von PVC Granulat

Info

Publication number: DE1917195B2
Application number: DE1917195A
Authority: DE
Inventors: Bruno 7501 Ittersbach Zucht
Original assignee: Desco-Werk Seger & Angermeyer Kg 7501 Ittersbach
Current assignee: Desco-Werk Seger & Angermeyer Kg 7501 Ittersbach
Priority date: 1968-04-03
Filing date: 1969-04-03
Publication date: 1973-09-27
Also published as: DE1917195A1; DE1917195C3; AT309059B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von PVC-Granulat mit einem Chargenvormischer zum Heißmischen von PVC-Pulver mit Weichmachern, wobei das Mischgut agglomeriert, mit einem mit dem Chargenvormischer verbundenen Zwischenspeicher mit Rührwerk, einer Dosierschnecke für die vorgemischte PVC-Masse und einer auf den Zwischenspeicher folgenden Granuliervorrichtung mit einer Austragschnecke.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung wird das im Chargenvormischer agglomerierte Mischgut wieder in dem Zwischenspeicher, auch Kühlmischer genannt, so weit abgekühlt, daß das Mischgut rieselfähig wird und vor allem nicht in der Austragschnecke durch die das Mischgut aufschmelzende Reibungswärme thermisch geschädigt wird. Die bekannten Vorrichtungen weisen verhältnismäßig niedrige Durchsatzleistungen, erhebliche Energieverluste und eine schlechte Entgasung des Mischguts infolge der Zwischenkühlung auf.

Gaseinschlüsse verschlechtern insbesondere die elektrischen Eigenschaften des PVC-Granulats. Da im Kühlmischer die Gaseinschlüsse nicht freigesetzt werden, muß das Material in der Plastifiziervorrichtung nach dem Prinzip der Schmelzentgasung entgast werden. Zwar erleichtert an dieser Stelle die hohe Schmelztemperatur die Entgasung durch einen höheren Dampfdruck der flüchtigen Komponenten, praktisch kann aber nur die freie Oberfläche direkt entgast werden, während der übrige Teil seine flüchtigen Bestandteile nur durch Diffusion abgeben kann. Dies erfordert jedoch lange Verweilzeiten des Gutes in der Entgasungszone, die auf Grund der Durchsatzgeschwindigkeit nicht ausreichend zur Verfügung stehen.

Die für das Fertigmischen der Vormischung und Austragen des warmplastischen Werkstoffes üblicherweise verwendeten Einschneckenpressen haben Arbeitslängen von 20 bis 25 D (D = Schneckendurchmesser bzw. Zylinder-Innendurchmesser). Fernersind die Stege ihrer Misch- und Austragschnecken verhältnismäßig flach geschnitten, beispielsweise mit

Gangtiefen von 0,04 D bei D = 100 mm und 0,03 D bei D = 200 mm. Mit Maschinen dieser Konstruktion lassen sich zwar gute spezifische Misch- und Homogenisierwirkungen erzielen, wie sie für eine bei niedriger Temperatur hergestellte Vormischung auch tatsäch-

lieh notwendig sind; jedoch liegen die durch den höchstzulässigen spezifischen Energieumsatz, d.h. durch die thermische Belastbarkeit des Polymers begrenzten Durchsatzldstungen dieser Maschine sehr niedrig. Beispielsweise kann eine Maschine mit

120 mm Schneckendurchmesser und 25 D Länge, deren Schnecke am Ausstoßende eine Gangtiefe von 4,5 mm aufweist, nur bis zu einer Drehzahl von etwa 60 U/min (Umfangsgeschwindigkeit von etwa 0,38 m/i) ausgefahren werden, wobei der Weich-PVC-Durchsatz 250 kg/h und die Endtemperatur des Polymers 190° C beträgt.

Eine Beschränkung der Austragtemperatur muß aber nicht nur wegen der Gefahr einer bleibenden thermischen Schädigung des fertiggemischten Werkstoffes, sondern auch wegen der Gefahr einer Traubenbildung beim Granulieren (»Heißabschlag«) der fortlaufend ausgeformten Werkstoffstränge gefordert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der zur Erhöhung der Ausstoßleistung, zur Verminderung des Energieaufwandes und zur besseren Entgasung das heiße Mischgut vom Chargenvormischer zur Granuliervorrichtung ohne Zwischenkühlung transportiert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß zum Transportieren des heißen Mischgutes die Dosierschnecke dekompressiv ausgelegt ist und die beiden Schnecken, wie an sich bekannt, so aufeinander abgestimmt sind, daß die Austragschnecke in ihrem Eingangsbereich nur teilweise gefüllt ist, wobei die Austragschnecke eine mittlere Gangtiefe von V₁₆ bis V₅ und eine Arbeitslänge vom 5- bis lOfachen ihres Durchmessers aufweist.

Die dekompressiv ausgelegte Dosierschnecke setzt das Mischgut nur geringen Pressungen aus und verhindert in erster Linie ein »Aufspringen«, d. h. eine wesentliche Vergrößerung des spezifischen Volumens des die Dosierschnecke verlassenden und in die Austragschnecke eintretenden Mischguts. Aufgesprungenes Mischgut in der Einzugszone der Austragsschnecke würde zur Folge haben, daß dieser Bereich ungleichmäßig gefüllt und zeitweise überfüllt v/ird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zwisehen der Dosierschnecke und der Austragschnecke ein evakuierbarer Entgasungstrichter vorgesehen sein. Diese Maßnahme empfiehlt sich dann, wenn der Kunststoffrohstoff oder eine der Mischungskomponenten Feuchtigkeit, Luft oder andere flüchtige Komponenten enthält, die beim Vormischen nicht entfernt werden konnten. Die Entgasung geschieht nach dem an sich bekannten Verfahren der Trichterentgasung und ist an dieser Stelle des Prozeßablaufs besonders wirksam, da die hohe Temperatur des Mischgutes einereeits ein schnelles Verdampfen aller flüchtigen Komponenten begünstigt und andererseits jede Staubbildung verhindert, mit der bekannte Entgaser zu kämpfen haben, weil der feine Pulverstaub Filter

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und Vakuumpumpe nach kurzer Zeit zusetzt. Außerdem ist die hier noch verhältnismäßig lockere Konsistenz des Mischgutes für den Gasabgang vorteilhaft.

Die Erfindung wird in der Kombination der an sich nicht erfinderischen Einzelmerkmale gesehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachstehend erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 eine Anlage in Seitenansicht in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Schaubild über den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit für verschiedene Verfahren und Einrichtungen zur Herstellung von PVC-Granulaten,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch Dosierschnecke, Entgasungstrichter und Austragschne^ke mit Granulierkopf und Pufferkammer.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Herstellung von PVC-Granulat. Das PVC-Mischgut wird in einen geheizten Chargenvormischer Ϊ gegeben, der zwei Drehzahlbereiche hat. Mit ihm ist ein Zwischenspeicher 2 starr verbunden. Dieser öffnet sich in den Zylindereiner Dosierschnecke 5, der seinerseits in einen mit einer Vakuumpumpe 3 verbundenen Entgasungstrichter 6 mündet. An diesen schließt sich die Granuliervorrichtung 8 mit der Austragschnecke 21 an, die durch ein Gebläse gekühlt wird. Das abgeschlagene Granulat wird mittels des Luftkühlers 10 gekühlt und zur nicht dargestellten Absackvorrichtung gefördert.

Bevor diese Anlage in ihren einzelnen Vorrichtungen näher beschrieben wird, sei zunächst die Temperaturführung in der Vorrichtung nach der Erfindung behandelt.

Fig. 2 zeigt in einem Schaubild den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit für frei verschiedene Verfahren und Einrichtungen zur Herstellung von Granulat aus einem Suspensions-PVC mit einem K-Wert 70. Das Ausgangsmaterial ist pulverförmig. Für die Granuliervorrichtung ist eine Schnecke von D = 120 mm (Schneckendurchmesser bzw. Zylinder-Innendurchmesser) zugrunde gelegt.

Die gestrichelte Linie (1) zeigt den Ablauf bei einem kontinuierlichen Verfahren. Die Komponenten der PVC-Mischung werden zunächst in einem Fluid-Mischer während etwa 15 Minuten vorgemischt und dabei bis auf etwa 120° C erhitzt.

Der Durchlaufmischer speichert die Chargen, um sie dann laufend weiterzumischen und bei weiterer Erhitzung bis auf etwa 150⁰C zu agglomerieren. Diese Phase dauert ebenfalls etwa V₄ Stunde. Der Durchlaufmischer läßt sich mit seiner Leistung der nachfolgenden Maschine, z. B. dem Extruder oder Kalander, angleichen. Das heiße Agglomerat kann direkt in den Walzenspalt des Kalanders eingespeist oder - im Beispiel - mittels einer Einpreßschnecke in den Extruder (120 mm, 20 bis 25 D) eingegeben werden.-DieTemperatur im Durchlaufmischer liegt überwiegend im Klebebereich des Materials, und zwar für eine erhebliche Zeit, und dieses wird ohne Rückkühlung in den Extruder eingepreßt. Dort wird es bei weiterer Temperaturerhöhung und einer beträchtlichen Verweüzeit von etwa V₂ Stunde starken mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt, bis die volle Plastifizierung erreicht ist, und dann im Granulier- oder Schneidkopf heiß zu Granulat abgeschlagen, gefördert und gekühlt,

Die strichpunktierte Linie (2) zeigt ein bekanntes Taktverfahren mit Rückkühlung in einem sogenannten Kühlmischer. Wie beim kontinuierlichen Verfahren werden die Ausgangsmaterialien in einem Fluid-Mischer in etwa 15 Minuten bis auf 125° C erhitzt und vorgemischt; die Temperatur bleibt im Mischer

also mit einem Sicherheitsabstand unterhalb des Klebebereichs. Dann wird die Charge in einen Kühlmischer ausgegeben, in dem sie so weit abgekühlt wird, bis sie rieselfähig ist. Die Kühlzeit liegt bei etwa 15 Minuten, und die Chargentemperatur beträgt danach

ίο etwa 60 bis 70° C. Mantel und Rührflügel des Kühlmischers sind doppelwandig bzw. hohl und wassergekühlt. Über eine Dosierschnecke wird der Extruder (120 mm, 25 D) beschickt, in dem das Material während einer Bearbeitungszeit von 35 Minuten eine Temperatur von etwa 170° C erreicht. Die thermische Beanspruchung ist dadurch verhältnismäßig hoch. Das heiße Agglomerat wird wieder im Schneidkopf zu Granulat heiß abgeschlagen, gefördert und gekühlt.

Die ausgezogene, etwa trapezförmige Linie (3) veranschaulicht den Arbeitsverlauf in einer Vorrichtung nach der Erfindung. Die pulverförmigen Ausgangsmaterialien werden in einem Chargenvormischer in derselben Zeit wie bei den anderen Verfahren, nämlieh in 15 Minuten, auf eine wesentlich höhere Temperatur von 155° C gebracht. Der Aufbereitungsvorgang verläuft nachdem Mischprozeß bis zur Plastizität im Klebebereich. Das heiße Agglomerat aus der Charge wird in einen Zwischenspeicher ausgetragen, der mit einem Rührwerk mit Schwertern, Schabern und Förderflügeln versehen ist. In diesem Zwischenspeicher wird das Agglomerat unicr ständiger Bewegung auf seiner Temperatur und bei einer gewissen Körnung gehalten, bei der es von der unter dem Zwischenbehälter angeordneten Dosierschnecke angenommen und in die Austragschnecke (120 mm, 8 D) gefördert wird. Das Material ist kleb- aber nicht rieselfähig, und bei stehendem Rühwerk würde die Dosierschnecke kein Material einziehen.

Im Klebebereich hat das Agglomerat eine niedrige Viskosität, und so wird es von der mit hoher Drehzahl (60 Upm) laufenden Austragschnecke ohne wesentliche Reibung und ohn·^ wesentlichen Kraftaufwand fortbewegt, wobei seine Fließgeschwindigkeit etwa doppelt so hoch liegt wie bei herkömmlicher Extrusion mit langen Extruderschnecken (20 bis 25 D). Die Verweüzeit beträgt gegenüber Langextrudern nur etwa V₆, nämlich 5 Minuten. Da ferner die Extrusionstemperatur etwa 15 bis 20° C niedriger als bei den herkömmlichen Verfahren liegt, wird insgesamt das Material thermisch wesentlich geringer beansprucht. An der Lochplatte des Schneidkopfes ist nur noch ein geringer Druckaufbau notwendig, um die schon im Mischer erreichte hohe Plastizität auf ihren Endwert zu bringen.

Wie das Schaubild durch Vergleich der drei Kurven erkennen läßt, ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Ausstoßleistung im Verhältnis zu den bekannten Verfahren doppelt so hoch, die Extrusionstemperatur niedriger, die Verweüzeit im Extruder (Austragschnecke) ganz wesentlich kurzer, und aus einer Abschätzung der Flächen unter den Kurven läßt sich erkennen, daß der Energiebedarf der Anlage nach der Erfindung nur einen Bruchteil des Bedarfs der bekannten Anlagen beträgt.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch Dosierschnecke, Entgasungstrichter und Granuliervorrichtung mit Austragschnecke.

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Oben links ist noch einmal das untere Ende des Zwischenspeichers 2 dargestellt, an den der Zylinder Sl der Dosierschnecke 5 angeflanscht ist. Die Dosierschnecke (150 mm, 2,5 D) ist dekompressiv geschnitten: ihre Gangtiefe beträgt z.B. in der Einzugzone 30 mm und in der Austragzone 36 mm. Sie wird von links über einen nicht dargestellten stufenlos regelbaren Gelriebemotor in einem Drehzahlbereich zwischen 13 und 32 Upm angetrieben und drückt das aus dem Zwischenspeicher 2 eingezogene Mischgut in den stirnseitig luftdicht an sie angeflanschten Entgasungstrichter 6.

Mit seiner Bodenöffnung ist der Entgasungsirichter 6 an den Zylinder 23 der Fertigmisch- und Austragschnecke 21 angeflanscht. Die Austragschnecke 21 (120 mm, 8 D) hat eine mittlere Gangtiefe von h = 12,5 mm bei einer Kompression von nur 1,4:1.

Die Schnecke wird von rechts von einem nicht dargestellten Motor mit 100 Upm angetrieben. Dabei kann die Umfangsgeschwindigkeit ν = π D- η bis 1,0m/s betragen. Dabei werden aber die Schergeschwindig-

keitcn (GeschwindigkeitsgefäHe) π-Ώη/h im Schneckengang, wegen der überproportional zur Arbeitsdrehzahl vergrößerten Gangtiefe /i, nicht erhöht, sondern im allgemeinen sogar erniedrigt. In jedem Falle wird die spezifische Antriebsleistung stark reduziert, und die Endtemperatur des fertiggemischten und ausgetragenen Werkstoffes liegt nur wenig über seinem Fließpunkt. Das verhältnismäßig niedrig temperierte Granulat neigt daher nur in geringem Maße zu der besonders bei hohen Durchsatzleistungen ge-

fürchteten Traubenbildung.

Am Ende der Austragschnecke 21 ist der Granulierkopf 28 angeflanscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von PVC-Granulat mit einem Chargenvormischer zum Heißmischen von PVC-Pulver mit Weichmachern, wobei das Mischgut agglomeriert, mit einem mit dem Chargenvormischer verbundenen Zwischenspeicher mit Rührwerk, einer Dosierschnecke für die vorgemischte PVC-Masse und einer auf den Zwischenspeicher folgenden Granuliervorrichtung mit einer Austragschnecke, dadurch gekennzeichnet, daß zum Transportieren des heißen Mischguts die Dosierschnecke (5) dekompressiv ausgelegt ist und die beiden Schnecken, wie an sich bekannt, so aufeinander abgestimmt sind, daß die Austragschnecke (21) in ihrem Eingangsbereich nur teilweise gefüllt ist, wobei die Austragschnecke eine mittlere Gangtiefe von V₁₆ bis V₅ und eine Arbeitslänge vom 5- bis lOfachen ihres Durchmessers aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dosierschnecke (S) und der Austragschnecke (21) ein evakuierbarer Entgasungstrichter (6) vorgesehen ist.