DE2622591A1

DE2622591A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen einer thermoplastischen masse

Info

Publication number: DE2622591A1
Application number: DE19762622591
Authority: DE
Inventors: Toshimitsu Akiyama; Tadashi Kasamatsu; Yujiro Kosaka; Hitoshi Kuroki; Masaru Uemura
Original assignee: Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1975-10-24
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1977-04-28
Also published as: US4025274A; DE2622591C2; AU1440776A; NL7605231A; CA1073171A; AU497232B2; CH614401A5; IT1064012B; NL166425B; NL166425C; GB1512316A

Description

PATENTANWÄLTE

Toyo Soda Manufacturing Co Ho. ^550, Oaza-tonda,
Shin-naayo-shi, Yamaguehi*-ken, JAPAN

Ltd.,

A. GRÜNECKER H. KiNKELDEY

DR-ICtCl

2622591 ^w· STOCKMAiR

K. SCHUMANN

DR RER NAT. · DiPt,-PHYi

P. H. JAKOB

DlPU-INa

G. BEZOLD

DR KtR .\ΑΓ· DIFU-CHEM.

Β MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSä *3

20. Mai 1976

P 10 428—60/ku

Vorrichtung und Verfahren
zum Herstellen einer thermoplastischen !'lasse

Die Erfindung bezieht sich auf einen Extruder für eine thermoplastische iiasse , mit einem zylindrischen Körper, einer förderschnecke und Heizeinrichtungen, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer thermoplastischen Masse.

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Zum Ext radieren geschmolzener thermoplastischer Harze werden gewöhnlich, einachsige Extruder verwendet. Dabei bietet das Aufbereiten einer Hasse aus zwei oder mehr Komponenten in einem einachsigen Extruder schon gewisse Schwierigkeiten. Inzwischen werden jedoch insbesondere haißschmelzende thermoplastische Massen, benötigt. Die Herstellung gleichmäßiger Mischungen, insbesondere von heiß schmelzenden Massen, ist jedoch wegen deren häufig geringen Mischbarkeit und/oder wegen des Schlupfe der ther moplastischen Schmelze in einem herkömmlichen Extruder nicht möglich.

Dementsprechend werden solche thermoplastischen Massen zumeist in einer beheizten Knetvorrichtung mit einem Rührwerk aufbereitet und dann mittels einer Druckpumpe durch einen beheizten Zylinder extrudiert. Dies erfordert jedoch eine aufwendige Anlage, und durch die langer andauernde Erhitzung des Materials kann es zu unerwünschten Veränderungen der einzelnen Komponenten desselben kommen.

Ein bekannter, zum Extrudieren von thermoplastischen Massen verwendeter Extruder hat einen Fülltrichter, einen Schmelz zylinder, eine Heizeinrichtung für den Zylinder und eine im Zylinder angeordnete Förderschnecke. Bei der Verwendung eines solchen Extruders zum Extrudieren von thermoplastischen Schmelzen von sehr niedriger Viskosität tritt bei der Drehung der Schnecke im Zylinder ein starker Schlupf auf, wodurch das Kneten,.. Mischen und Extrudieren des Materials wesentlich beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer gleichmäßigen thermoplastischen Masse z.B. einer Heißschmelzmasse, aus mehreren Komponenten zu schaffen.

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Bei einem Extruder der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemaS dadurch gelost, daß die Bohrung des zylindrischen Körpers ein erweitertes Teil, ein sich verjüngendes Teil und ein verengtes Teil aufweist und daß die Förderschnecke entsprechend der Form der Bohrung des zylindrischen Körpers ein Teil mit größerem Durchmesser, ein sich verjüngendes Teil und ein Teil mit kleinerem Durchmesser sowie im Bereich des sich verjüngenden Teils eine Anzahl von Durchlässen in ihrem Schneckengang aufweist. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Innenfläche des zylindrischen Körpers und/oder die Außenfläche des Schneckengangs der Förderschnecke eine eine vom erweiterten Teil der Bohrung bzw. von dem Teil mit größerem Durchmesser zum verengten Teil bzw. zu dem Teil mit kleinerem Durch-'messer abnehmende Rauhigkeit auf.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Extruders,

Fig. 2 und 3 eine vergrößerte Längsschnittansicht des zylindrischen Körpers und eines Teils des Einfüll trichters des Extruders nach Fig. 1,

Fig. 4.und 5 eine vergrößerte Seitenansicht der Förderschnecke,

Fig. 6 Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen des Schneckengangs,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer Kühleinrichtung für die Förderschnecke.,

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Fig. 8. und 9 eine Anordnung von Durchlässen im Schneckengang der Förderschnecke in verschiedenen Aus führung sfοrnen,

Fig. 10 eine grafische Darstellung der "Viskosität von geschmolzenen Heißschmelzmassen -in Bezug auf die Höhe der Schneckengänge bzw. auf die Temperatur,

Fig. 11 bis 14- Schnittansichten von Förderschnecken mit verschieden geformten Durchlässen im Schneckengang,

Fig. 15 einen Schneckengang mit veränderlichem Rauhigkeit sgrad,

Fig. 16 einen Schneckengang mit einem Durchlaß in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 17 noch eine andere Ausführungsform eines Durchlasses,

Fig. 18 einen Teil eines Schneckengangs mit einer Kombination von verschiedenen Durchlässen,

Fig. 19 und 20 Schnittansichten von Schneckengängen verschiedener Ausführungsformen,

Fig. 21 eine Schnittansicht einer Förderschnecke mit am äußeren Umfang des Schneckengangs gebildeten. Durchlässen,

Fig. 22 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 21 und

Fig. 23 und 24- Teilansichten von Schneckengängen mit Durchlässen in noch einer weiteren Ausführungsform.

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Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich thermoplastische Massen aus thermoplastischen Harzen und anderen Zusätzen herstellen, welche im geschmolzenen .Zustand bei 180 ⁰G eine Viskosität von 10 bis 1 000 000 cP haben.

Zur Herstellung einer thermoplastischen Heißschmelzmasse können ein thermoplastisches Harz, ein Klebrigmacher, ein Wachs oder Asphalt· sowie gegebenenfalls ein Weich-

ti

macher, ein nicht haftfahiges Harz, ein Pigment und /oder ein Füllstoff miteinander vermischt werden. Eine solche Masse ist bei Zimmertemperatur fest und. wird zur Verarbeitung geschmolzen und anschließend wieder zum Erstarren gebracht.

HeißSchmelzmassen haben je nach Verwendungszweck verschiedenartige Zusammensetzungen. Zur Herstellung etwa einer heiß schmelzbaren Klebermischung werden in der Hauptsache ein Äthylen-Vinylazetat-Mischpolymer zur Erzielung von guter Anfangsadhäsion und Kohäsion, ein Klebrigmacher zur Verbesserung der Adhäsion und Verarbeitbarkeit, ein Wachs zur Verringerung der Viskosität im geschmolzenen Zustand, sowie gegebenenfalls ein Weichmacher zur Erzielung von Schmiegsamkeit·, ein .Gummi, ein Antioxydationsmittel zum Verhindern von Oxydation oder Zersetzung bei hohen Temperaturen,' ein Pigment zum Färben des Gemischs und/oder andere -Zusätze miteinander vermischt. . .

Zur Aufbereitung von Heißsehraelz-Beschichtungs¹-. massen werden gewöhnlich ein Athylen-Vinylazetat-Mischpolymer oder ein.Gummi, insbesondere ein thermoplastischer Gummi und ein Wachs sowie gegebenenfalls ein Klebrigmacher miteinander vermischt.

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Weitere Mischungen können aus Äthylen-Vinylazetat und Asphalt sowie gegebenenfalls einem Klebrigmacher einem Weichmacher, einem Gummi und/oder einem Füllstoff zusammengestellt werden. Das Äthylen-Vinylazetat-Mischpolymer kann ganz öder teiliveise durch andere thermoplastische Harze ersetzt werden. . ·

Eine typische thermoplastische Heißschnielzmasse enthält 1 bis 60, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.% eines Äthylen-Vinylazetat-Mischpolymers und/oder eines Gummis, 10 bis 50 Gew.% eines Klebrigmachers, 0 bis 80 Gew.% eines Wachses, 0 bis 90 Gew.% eines Asphalts und 0 bis 60 Gew.% eines Füllstoffs,

Zum gleichmäßigen Mischen dieser Komponenten findet gemäß der Erfindung ein im folgenden beschriebener einachsiger Extruder Verwendung, v/elcher eine Förderschnecke mit einem sich verjüngenden Abschnitt und im Bereich dieses Abschnitts den Schneckengang durchsetzende-Durchlässe aufweist.

Der Grundaufbau eines solchen Extruders ist in Fig. 1 bis 7 dargestellt. Der in Fig. 1 in einer Seitenansicht gezeigte Extruder hat einen zylindrischen Körper 1 mit einer Bohrung, welche ein erweitertes Teil 1a, ein sich verjüngendes Teil 1b und ein verengtes Teil 1c aufweist. Eine in der Bohrung angeordnete Förderschnecke 2 hat · entsprechend der Form der Bohrung ein Teil 2a mit größerem Durchmesser, ein sich verjüngendes Teil 2b, ein . Teil 2c mit kleinerem Durchmesser und ein Endstück 2cj zum Steuern des Auslaßdrucks. Eine Anzahl von an der Außenseite des zylindrischen Körpers 1 angeordneten Heizelementen 3 ist über ebenfalls am zylindrischen Körper angeordnete Wärmefühler gruppenweise steuerbar, um die Temperatur des Zylinders auf einem vorbestimmten Wert zu halten.

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An der Antriebsseite des Extruders ist der zylindrische Körper 1 mit einem Kühlwassermantel 5 versehen. Eine Kühlwasserleitung für die Förderschnecke 3 ist über ein Ventil 6 und eine Drehkupplung 7 mit eine.m in eine Bohrung der Schneckenwelle hineinragenden Kühlxfasserrohr 9 verbunden. Als Antrieb des Extruders dient ein Getriebemotor 4. Das zu extrudierende Material wird über einen Trichter 10 zugeführt, welcher im erweiterten Teil la der Zylinderbohrung mündet.

Das thermoplastische Harz und die verschiedenen Zusätze werden in Form von Pellets, Pulvern und Granulaten zugeführt und mittels der Schnecke miteinander vermischt. Das Gemisch wird von den Heizelementen und durch die von der Schnecke erzeugte Reibung erhitzt, so daß es dann eine zähe, halbflüssige Masse bildet, welche weiter durchgemischt und dann ausgepreßt wird. Durch eine stetige Steigerung des Drucks entlang der Schnecke kommt es zu einem Rückstrom des Materials und dadurch zu einer verbesserten Durchmischung. Gemäß der Erfindung sind in den Gängen der Schnecke Durchlässe 14a gebildet, welche den Rückstrom des Materials begünstigen und damit eine gründliche Durchmischung und Entgasung des Gemische herbeiführen.

Wie man in Fig. 2 erkennt, sind an der Innenfläche des erweiterten Teils 1a der Zylinderbohrung im Bereich der Einmündung des Trichters 10 gewindeähnliche Nuten 12 gebildet. Das daran anschließende Teil 12a der Innenfläche ist durch Riffeln aufgerauht. Die gewindeähnlichen Nuten 12 können auch durch eine Riffelung gebildet sein, wobei dann das anschließende Teil 12a der Innenfläche eine schwächere Riffelung aufweist.

Die Innenfläche des sich'verjüngenden Teils 1b der ZyIIn-

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derbohrung hat vorzugsweise eine geringere Rauhigkeit als die Innenfläche 12, 12a des erweiterten Teils 1a der Bohrung. Der Grad der Rauhigkeit wird nach der japanischen Industrienorm B 0601 mit dem Wert Rz angegeben.

Die Innenfläche des verengten Teils Ic der Zylinderbohrung hat die gleiche Rauhigkeit wie die des sich verjüngenden Teils 1b und wird zum Auslaß des Materials hin zunehmend glatter. Die Förderschnecke 2 hat vorzugsweise eine geringere Oberflächenrauhigkeit als die entsprechenden Innenflächen der Zylinderbohrung.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansieht des das verengte Teil 1c der Bohrung enthaltenden Teils des zylindrischen Körpers, welches mittels eines Flanschs .15 an dem das sich verjüngende Teil 1b der Bohrung enthaltenden Zylinderteil befestigt ist. Am Auslaß 16 desselben kann eine Drosseleinrichtung zum Steuern der Extrudiergeschwindigkeit angebracht sein.

Die in Fig. 4 gezeigte Föderschnecke 2 hat eine der Bohrung des zylindrischen Körpers 1 angepaßte Form mit einem Teil 2a größeren Durchmessers, einem Teil .2b mit abnehmendem Durchmesser und einem Teil 2c kleineren Durchmessers. Das den größeren Durchmesser aufweisende Teils 2a hat ein im Bereich der Trichtermündung liegendes Teil 2a2 und ein im anschließenden Teil 1a der Bohrung liegendes Teil 2a1. Die Förderschnecke 2 hat einen Schneckengang von der Höhe h, welcher entlang dem sich verjüngenden Teil 2b der Schnecke mit Durchlässen 14a versehen ist. Fig. 5 zeigt das den kleineren Durchmesser aufweisende Teil 2c und das daran anschließende Aus-* laßteil 2d der Förderschnecke, und Fig. 6 zeigt Schriittansichten eines Schneckengangs in zwei verschiedenen Ausführungsformen 17 bzw. 17a.

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Fig. 7 zeigt eine Anordnung für die Kühlung der Förderschnecke- 2. Diese hat eine von der Antriebsseite ausgehende Bohrung 8, in welche ein an einer Drehkupplung 7 angeschlossenes Kühlwasserrohr 9 hineinragt. Die Bohrung 8
iat als Blindbohrung ausgeführt und kann sich bis ans
Ende des sich verjüngenden Teils 2b oder auch bis an
das Auslaßteil 2d der Schnecke 2 erstrecken. Durch Steuerung der Kühlwasserzufuhr in die Bohrung 8 sowie der
Heizelemente 3 laßt sich die Temperatur des Gemischs
innerhalb des zylindrischen Körpers auf einen gewünschten Wert einstellen.

In Fig. 8 und 9 sind Schnittansichten des zylindrischen Körpers 1 und der Förderschnecke 2 entsprechend den
Linien I-I und H-II dargestellt. Die Schneckengänge
entlang dem sich verjüngenden Teil der Schnecke sind an ihrem Umfang mit Ausschnitten 14-ä versehen, und die
Innenwandung des sich verjüngenden Teils 1b der Zylinderbohrung hat in Längsrichtung verlaufende Nuten 14. . Die Ausschnitte 14a brauchen nicht nur entlang dem sich verjüngenden Teil der Schnecke vorhanden zu sein, sondern können zur Verbesserung der Durchmischung und Entgasung auch an anderen Stellen des Schneckengangs gebildet sein. Dabei kann jeweils ein Schneckengang einen oder mehrere Ausschnitte aufweisen, oder Schneckengänge mit und ohne Ausschnitte können sich in beliebiger Reihenfolge abwechseln. Die Höhe der Schneckengänge nimmt' vorzugsweise
stetig von der Trichtermündung zum Auslaß für die
thermoplastische Masse ab. Gemäß der Erfindung kann
der Schneckengang jedoch auch durchgehend die gleiche
Höhe h haben, da sich in dem sich verjüngenden Teil 1b
der Bohrung ohnehin eine Zunahme des Drucks und dadurch eine gründliche Durchraischung durch Rückstrom des Materials ergibt. Bei abnehmender Höhe der Sohneckengänge
entlang dem sich verjüngenden Teil ist jedoch eine verstärkte Zunahme des Drucks und damit eine verbesserte

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Durchmischung und Entgasung des Materials erzielbar.

Das Koraprsssionsverhältnis liegt in dem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil im Bereich zwischen 1,1 und 1,3» in aera sich verjüngenden Teil zwischen 2,5 und 3»5 und in dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teil zxiischen 1,8 und 2,8.

Soweit bisher beschrieben, hat eine Vorrichtung zum Herstellen einer thermoplastischen Hasse, insbesondere· einer Heißschmelzmasse, einen Fülltrichter, einen zylindrischen Körper mit einer Bohrung, welche ein erweitertes Teil, ein sich verjüngendes Teil und ein verengtes Teil aufweist, an der Außenseite des zylindrischen Körpers angeordnete Heizeinrichtungen, eine drehbar im zylindrischen Körper angeordnete Förderschnecke von einer de'r der Bohrung entsprechenden Form und eine Anordnung für die Innenkühlung der Förderschnecke, wobei die Innenflächen des Zylinders einen von dem der Oberflächen der Schnecke verschiedenen Rauhigkeitsgrad haben.

Die Innenfläche der Bohrung hat in dem sich verjüngenden Teil oder am Anfang des verengten Teils einen Rauhigkeit sgrad von 100 bis 32Z/Rz und nahe dem Auslaß des verengten Teils einen solchen von 16 bis 6,3 Z/Rz.

ι-

Die Oberflächen der Förderschnecke bzw. der Schneckengänge hat an dem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil einen Sauhigkeitsgrad von 100 bis 32 Z/Rz und an dem sich verjüngenden Teil bis zum Auslaßende des den kleineren Durchmesser aufweisenden Teils einen solchen von 16 bis 2,5 Z/Rz. Die Oberflächen aller Schneckengänge können jedoch auch spiegelglatt mit einem Rauhigkeitsgrad von 16 bis 2,5 Z/Rz sein.

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Das Verhältnis zwischen der Höhe der Durchlässe' oder Ausschnitte in den Schneckengängen und der Höhe h der Schneckengänge liegt etwa im Bereich zwisehen 0,2 und 0,95 vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,6. Ist .das Verhältnis kleiner als 0,2 oder größer als 0,9, so ist damit keine ausreichende Durchmischung und Entgasung für heiß schmelzbare Kleber- oder Beschichtungsgemische erzielbar.

Das Verhältnis" zwischen der Querschnittsgröße der Durchlässe und der Oberfläche der Schneckengänge in dem sich verjüngenden Teil liegt in einem Bereich zwischen etwa 1 und 20%, vorzugsweise zwischen 3 und 15%· Außerhalb dieses Bereichs ist ebenfalls keine ausreichende Durchmischung und Entgasung für heiß schmelzbare Kleberoder Beschichtungsmassen erzielbar.

Der Verjüngungswinkel des sich verjüngenden Teils der Zylinderbohrung beträgt etwa 2 bis 12°, vorzugsweise 3 bis 8° und insbesondere 4 bis 6°. Außerhalb dieses Bereichs werden die Drücke zu hoch oder zu niedrig für die Erzielung von gut durchmischten Heißschmelz-Kleher- oder Beschichtungsmassen.

Je nach dem Verjüngungswinkel und "der Länge des sich verjüngenden Teils liegt das Verhältnis zwischen den Durchmessern des erweiterten und des verengten Teils der Bohrung zwischen etwa 1 : 1,1 bis 3,0, vorzugsweise zwischen 1 : 1 bis 2,5 und insbesondere zwischen 1 : bis 1,5. -

Außerhalb dieser Bereiche sind die durch die Erfindung angestrebten Wirkungen nicht erzielbar.

Beim Vorschub des geschmolzenen Gemischs entlang dem sich verjüngenden Teil der Zylinderbohrung mittels der Förderschnecke strömt ein Teil des Gemische durch die

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^fein den SchneckerLgängen. gebildeten Durchlässe zurück, so daß in dem Zwischenraum zwischen der Innenfläche des sich verjüngenden Bohrungsteils und der Förderschnecke eine starke Durchmischung stattfindet. Durch Änderung der Form der Schneckengänge entlang dem sich verjüngenden Teil läßt sich die Strömung des geschmolzenen Materials in diesem Zwischenraum variieren.

Fig. 10 zeigt in grafischer Darstellung die Wirkungsweise -einer Förderschnecke mit einem gegebenen Verlauf der Höhe h der Schneckengänge. Mit einer solchen Förderschnecke ist ein besonders hoher Extrusionsdruck erzielbar.

In Fig. 11 bis 24- sind verschiedene Ausführungen von Durchlässen in den Schneckengängen dargestellt. In Fig. 11 hat ein Schneckengang zwei verschieden geformte Arten von Durchlässen in Form eines halbkreisförmigen bzw. eines, länglichen Ausschnitts in seinem Umfang. Die Größe der Durchlässe kann in bezug auf die Fläche des Schneckengangs beliebig bestimmt werden.

In der Ausführung nach Fig. 12 ist ein Schneckengang in halber Höhe von einem kreisförmigen Durchlaß durchsetzt. Er hat dadurch eine höhere Festigkeit als ein Schneckengang mit Ausschnitten in seinem Umfang. Für den Rückstrom des geschmolzenen Materials verdient ein solcher kreisförmiger Durchlaß zuweilen den Vorzug.

In Fig. 13 ist am Fuß eines Schneckengangs ein rechteckiger Durchlaß gebildet. Auch hier ist die Festigkeit des Schneckengangs größer als bei einem Ausschnitt in seinem Umfang. In diesem Falle strömt das am Boden der Spiralnut der Schnecke befindliche Material durch den Durchlaß zurück.- ·

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In der- Ausführung nach Fig. 14A sind am Fuß des Schnecken gangs halbkreisförmige Durchlässe gebildet, durch welche das Material, in der in Fig« 14-B gezeigten Weise zurückströmen kann.

In der Ausführung nach Fig. 15A und 1^B hat die Oberfläche. eine-s Schneckengangs zu beiden Seiten eines Durchlasses in Form eines am Umfang gebildeten halbkreisförmigen Ausschnitts einen verschiedenen Rauhigkeitsgrad, welcher die Strömung des Materials in der gewünschten Weise beeinflußt.

Ein in Fig. 16 gezeigter Durchlaß hat an der in Drehrichtung der Schnecke hinteren Seite einen hervorstehenden Rand, welcher den.Rückstrom des Materials durch den halbkreisförmigen Durchlaß erhöht und auch die Strömung des übrigen Materials beeinflußt. In der Ausführung nach Fig. 17 hat der Durchlaß an der anderen Seite eilten hervorstehenden Rand zum Beeinflussen der Strömung des Materials.

Ein in Fig» 18 gezeigter Schneckengang hat einen halbkreisförmigen Ausschnitt in seinem äußeren Rand und einen halbkreisförmigen Durchlaß an seinem Fuß. Das' geschmolzene Material kann sowohl durch den Auslaß als auch durch den Durchlaß hindurch zurückströmen.

In den in Fig. 19 und 20 gezeigten Ausführungsformen weisen die Schneckengänge verschieden geformte Erhebungen und VorSprünge auf, welche die Strömung des geschmolzenen Materials beeinflussen und eine Rührwirkung ausüben.

In der Ausführung nach Fig. 21 beträgt der im übrigen beliebig bestimmbare Radialwinkel <\ zwischen einander benachbarten Ausschnitten oder. Durchlässen 14a 120°.

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Wegen der sich verjüngenden Form der Schnecke hat der Schneckengang an der linken Seite eine geringere Höhe h als an der rechten Seite. Die Tiefe e der Ausschnitte kann innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs frei bestimmt werden.

Ist der Austritt des geschmolzenen Gemischs durch ein am Auslaß der Bohrung angeordnetes Mundstück od. dergl. gedrosselt, so entsteht durch den Druckanstieg in der Zylinderbohrung ein der Vorschiabrichtung entgegengesetzter Eückstrom sowie eine Querströmung mit einem senkrecht zur Oberfläche der Schneckengänge verlaufenden Vektor, wodurch die Durchmischung der geschmolzenen Masse und die Wärmeübertragung darin begünstigt wird. Diese Strömungsverhältnisse sind in Fig. 16A dargestellt.

Entlang dem sich verjüngenden Teil ergibt sich ein starker Druckanstieg, so daß in den Zwischenräumen zwischen den Schneckengängen große Druckunterschiede herrschen. Am Auslaßende dieses Teils ist der in der Spiralnut der Schnecke herrschende Druck beträchtlich höher als am Einlaßende. Unter dem Einfluß der für die Bewegung der Masse ausgeübten Querkräfte werden in der Schmelze enthaltende Gase zurück zum Einlaßende gedrängt. Aufgrund des von der Schmelze auf die Schneckengänge ausgeübten Gegendrucks verläuft die Strömung nicht kontinuierlich sondern irtermittierend, was zu einer gründlichen Durchmischung der geschmolzenen Masse beiträgt. · , ·

Die Form der Durchlässe, ihre Anordnung an den Schnecken gängen und das Verhältnis zwischen ihrer Größe und der Fläche jeweils eines Schneckengangs bestimmt sich nach den Eigenschaften, beispielsweise der Viskosität, der geschmolzenen Masse. Einige Beispiele hierfür sind in Fig. 21 bis 24- dargestellt.

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Die Tiefe bzw. der Radius e eines halbkreisförmigen Ausschnitts 14a beträgt etwa das 0,2 bis 0,9fache, vorzugsweise das 0,5 bis 0,9fache der Höhe h des Schneckengangs an der betreffenden Stelle. Ein Schneckengang v/eist jeweils etwa 3 bis 6 Ausschnitte oder Durchlässe auf. Die Durchlässe verlaufen vorzugsweise lotrecht zur Querströmung oder aber parallel zur Achse der Schnecke.

In den Ausführungen nach Fig. 23 und 24 beträgt die Tiefe el bzw. e2 der Ausschnitte etwa das 0,2 bis 0,9fache, vorzugsweise das 0,5 bis O,9fache der Höhe h des Schnekkengangs. Die Ausschnitte erstrecken sich hier über einen Eadialwinkel ρ 1 bzw. f>2 von ca. 30°.

Je nach der gewünschten Strömung der geschmolzenen Masse und der Stärke des Rückstroms derselben durch die entlang dem sich' verjüngenden Teil der Schnecke gebildeten Durchlässe kann deren ITorm aus den in !ig. 11 bis 24-gezeigten Beispielen oder sonstwie gewählt werden. Die Schneckengänge können dabei die in 3?ig. 6 gezeigten Querschnittsformen 17 oder 17a habeni

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer thermoplastischen Masse, insbesondere einer thermoplastischen Heißschmelzmasse, wird die Mischung der Bestandteile dem vorstehend beschriebenen Extruder zugeführt und beim Durchgang durch denselben unter Einwirkung der durch das sich verjüngende Teil der Zylinderbohrung und die Durchlässe in den diesem entsprechenden Schneckengängen hervorgerufenen Strömungsverhältnisse innig miteinander vermischt. Einen v/eiteren wichtigen Beitrag zur Herstellung d-er Masse leisten die unterschiedlichen Rauhigkeitsgrade der Innenflächen der Zylinder bohrung und der Außenflächen der Schnecke sowie die unterschiedliche Ganghöhe der Schnecke.

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Claims

Pat entansprüche:

π.J Extruder für eine thermoplastische Harzmasse, mit * einem zylindrischen Körper, einer Förderschnecke und Heizeinrichtungen, dadurch gekennz eichnet, daß die Bohrung des zylindrischen Körpers (1) ein erweitertes Teil (1a) ein sich verjüngendes Teil (1b) und ein verengtes Teil (1c) aufxveist und daß die Förderschnecke (2) entsprechend der Form der Bohrung des zylindrischen Körpers ein Teil (2a) mit größerem Durchmesser, ein sich verjüngendes Teil (2b) und ein Teil mit kleinerem Durchmesser (2c, 2d) sowie im Bereich des sich verjüngenden Teils eine Anzahl von Durchlässen (14-a) in ihrem Schneckengang aufweist.
2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Tiefe (e) oder dem Durchmesser der Durchlässe (14a) und der Höhe (h) der Schneckengänge im Bereich zwischen 0,2 und 0,9 liegt.
3. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Größe der Durchlässe (14-a) und der der Oberfläche eines Schneckengangs im Bereich zwischen 1 und 20% liegt.
4-, Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennz eichn.et, daß das Verhältnis zwischen den Durchmessern des·erweiterten Teils (1a) und des verengten Teils (1c) der Bohrung im Bereich zwischen 1 : 1,1 bis 3*0 liegt.
5. Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz ei chnet, daß clpr Verjünungswinkel des sich verjüngenden Teils (1b) eier Bohrung des zylindrischen Körpers (1) zwischen Z ■·. und 12° beträgt. · ; . . . ; :

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ORIGINAL INSPECTED
6. Extruder nach wenigstens einem der .Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das sich verjüngende Teil (Ib) der Bohrung des zylindrischen Korpora (1) an seiner Innenfläche eine oder mehrere Längsnuten (14) aufweist.
7- Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der Förderschnecke (2) an dem sich verjüngenden Teil (2b) derselben größer ist als an dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teil (2c, 2d).
8. Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch geke. nnz e lehnet, daß am Auslaß der Bohrung eine den Austritt des geschmolzenen Gemische drosselnde Einrichtung angeordnet ist, welche einen Druckanstieg im verengten Teil, im sich verjüngenden Teil und im erxfeiterten Teil der Bohrung bewirkt.
9· Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch, gekennzeichnet, daß die Innenfläche des zylindrischen Körpers (1) einen von dem der Oberfläche der !Förderschnecke (2) verschiedenen Rauhigkeitsgrad hat.
10. Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennz eich n< et, daß sich die Rauhigkeit der Innenfläche des zylindrischen Körpers (1) vom erweiterten zum verengten Teil der Bohrung hin verringert. -
11. Extruder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des erweiterten Teils (1a) der Bohrung des zylindrischen Körpers gewindegangähnliche liuten mit einer der der Förderschnecke entgegengesetzten Steigung

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und/oder eine durch Riffeln erzeugte Rauhigkeit aufweist.
12. Extruder nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Bohrung im sich verjüngenden Teil (1b) derselben einen Rauhigkeitsgrad von 100 bis 32 Z/Rz und im verengten Teil einen sich zum Auslaß hin verringernden Rauhigkeitsgrad von 16 bis 6,3 Z/Rz hat.
13. Verfahren zum Herstellung einer thermoplastischen Masse , dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Harz und Zusätze gleichmäßig in einem einen zylindrischen Körper, eine Förderschnecke und eine Heizeinrichtung aufweisenden Extruder miteinander vermischt werden, wobei die Bohrung des zylindrischen Körpers ein erweitertes Teil, ein sich verjüngendes Teil und ein verengtes Teil und die Förderschnecke eine der Bohrung entsprechende Fora mit einem Teil größeren Durchmessers, einem sich verjüngenden Teil und einem Teil kleineren Durchmessers sowie eine Anzahl von Durchlässen in den Schneckengängen des sich verjüngenden Teils aufweist, durch welche ein Teil des Gemischs zurückströmen kann.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung der Bestandteile einer thermoplastischen Masse, insbesondere einer thermoplastischen Heißschmelzmasse, miteinander vermischt werden, wo-"bei ein Teil der Mischung durch aie Durchlässe in dem sich verjüngenden Teil der Schnecke zurückgeführt wird.
15·- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus den Bestandteilen der thermoplastisehen Heißschmelzmasse unter dem Einfluß einer veränderlichen Rauhigkeit der Außenfläche der Fördersehneoke und/oder der Innenfläche des zylindrischen Körpers von einem Einlaß durch

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da.^c:· erweiterte Teil, das sich verjüngende Teil und das
verengte Teil der Bohrung hindurch zu einem Auslaß
befördert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Bestandteile der thermoplastischen Heißschmelzmasse unter Rückführung eines Teils der Mischung durch die Durchlässe im sich verjüngenden Teil der Förderschnecke und entlang im sich verjüngenden Teil der Bohrung des zylindrischen Körpers gebildeten Nuten miteinander vermischt v/erden.

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