DE2732173C2

DE2732173C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von festem und viskosem Kunststoff und polymerem Material

Info

Publication number: DE2732173C2
Application number: DE2732173A
Authority: DE
Inventors: Zehev Teaneck N.J. Tadmor
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1985-10-10
Also published as: JPS6147684B2; SE429519B; SE7708283L; NL189284B; NL7712481A; DE2732173A1; BE860142A; FR2390259A1; AU517417B2; CA1111225A; AU2742277A; FR2390259B1; DE2759878C2; SU1011039A3; JPS53139688A; NL189284C; GB1592261A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von festem und viskosem Kunststoff und polymerem Material mittels eines das Material führenden Ringkanals, der einen Rotor umgibt und sich in einem Gehäuse zusammen mit dem Rotor dreht und das Material von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung transportiert der es aus dem Ringkanal zugeleitet und wobei es außerdem aufgestaut wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem das Material führenden R-ngkanal, der einen Rotor umgibt und sich in einem Gehäuse mit dem Rotor dreht und das Material von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung transportiert der es mittels eines Kanalblocks aus dem Ringkanal zugeleitet wird.

Zur Zeit ist die wichtigste Maschine zur Verarbeitung von Kunststoff und polymerem Material die Einschnekkenpresse. Der Ausdruck »Verarbeitung« bezieht sich auf eins oder mehrere der folgenden Verfahren: Behandlung, Transport und Pressen von teilchenförmigen Festkörpern, Schmelzen und Plastifizieren von Feststoffen; Transport, Pressen oder Pumpen von flüssigen oder geschmolzenen Stoffen; Mischen, Dispergieren und Homogenisieren des Materials und verschiedener flüssiger oder fester Zusätze; Befreien des Materials von flüchtigen Bestandteilen, Hervorbringung einer mikroskopischen oder makroskopischen Strukturänderung im Material durch chemische Reaktionen wie Polymerisierung, Quervernetzung und Blähen oder auf andere Weise, um manche Eigenschaft zu modifizieren, zu ändern oder zu verbessern. Es ist auf diesem technischen Gebiet bekannt, daß der gewöhnliche Schneckenextruder zur Verarbeitung von Kunststoff und polymerem Material im allgemeinen als flacher stationärer Kanal, der von der Spitze des Schneckengewindes und den Gewindegängen und einer vierten Wand, die durch die innere Oberfläche des Zylinders, der sich in bezug auf den stationären Kanal bewegt, begrenzt ist (vgl. z. B. Z. Tadmor und I. Klein, »Engineering Principles of Plasticating Extrusion«. Van Nostrand Reinhold Book Co.. New York, 1970) ausgebildet ist.

Die relative Drehbewegung des Zylinders und der Extruderschnecke zieht Material sowohl in Form von teilchenförmigen Festkörpern als auch in Form einer viskosen Flüssigkeit nach dem Entladungsende des Zylinders und gegen einen Gewindegang mit und verursacht so eine transportierende, pressende und pumpende Wirkung auf die Festkörper und viskose Flüssigkeiten und mischt, dispergiert und homogenisiert die viskosen Flüssigkeiten. Die Wärmeenergie vom Zylinder schafft zusammen mit der Erzeugung von Reibungswärme und der Erzeugung von Viskositätswärme einen relativ dünnen Film einer Schmelze auf der Zylinderoberfläche, der durch die relative Bewegung nach einem Gewindegang hin mitgeschleppt wird, wo er abgekratzt wird und eine wirksame Schmelz- und Plastifizierwirkung hervorruft

Material an der Spitze des Schneckengewindes und an den Gewindegängen der Schnecke kann nicht abgekratzt werden und die Wände, die im Verhältnis zu dem verarbeiteten Material stationär sind, üben keine mitreißende oder mitschleppende Wirkung in Richtung auf das Entladungsende des Zylinders auf, um den Transport das Pressen oder Pumpen der Festkörper

ίο und des viskosen Materials zu erleichtern, noch erleichtern sie den Misch-Dispergier- und Homogenisierprozeß. In der Schneckenpresse ist daher die einzige Oberfläche, nämlich diejenige des Zylinders, allein das Mittel zum Verarbeiten des Materials.

Es ist darüber hinaus die eingangs erwähnte Vorrichtung aus der DE-AS 11 29 681 bekanntgeworden, bei der zur Herstellung breiter Bahnen aus thermoplastischen Kunststoffen der Rotor als zylindrische Walze ausgebildet ist die gegenüber einem sie umgebenden zylindrischen Gehäuse eine bewegte Fläche bilde'. Der so gebildete, .,-.ehe Ringkanal wird über eine Einlaßöffnung im Gehäuse t jschickt und über eine Auslaßöffn'ing entleert wobei das zugeführte Material von der bewegten Fläche der Walze mitgenommen wird. Vor der Auslaßöffnung ist ein das mitgenommene Material in einem Bogen gleichmäßig abhebender Schaber vorgesehen, von dem aus das Material in einen Stauraum gelangt, wo es auf den erforderlichen Ziehdnjck vor einer Schlitzdüse aufgestaut wird. Dabei ist eine intensive Mischung des zu verarbeitenden Materials längs der bewegten Fläche nicht möglich, insbesondere, weil die Materialströmung durch den das Material im Bogen gleichmäßig von der Walze abhebenden Schaber weitgehend ungestört den flachen Kanal verläßt. Mit der bekannten Vorrichtung ist daher die Funktion der vorstehend erwähnten Einschneckenpresse nicht zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von festem und viskosem Kunststoff und polymerem Material zu schaffen, mit dem bzw. mit der ein der einschneckenpresse gegenüber verbesserter Wirkungsgrad bezüglich Energieeinsparung, Homogenisierungsgrad und -zeit und eine kürzere und kompaktere Bauweise erreicht wird.

Unter Zugrundelegung der eingangs dargestellten Vorrichtung geschieht dies dadurch, daß das Material als Strang mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite geführt, und durch eine das Aufstauen bewirkende Steuerung des Austrags innerhalb des Stranges ein zu der Rotationsbewegung gegenläufiger Rückfluß erzeugt wird.

Durch die Gestaltung des Materialstroms als Strang m.. gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite zusammen mit der das Aufstauen bewirkenden Steuerung des Austrags ergibt sich der überraschende Effekt, daß das im Ringkanal befindliche Material auch entgegengesetzt zur Rotationsbewegung fließt wodurch ein bebonders starker Mischeffekt erzielt wird.

Hierzu ist die relativ große radiale Höhe gegenüber seiner Breite erforderlich. Der Strang wird dabei vor allem von den Seitenwänden des Kanals mitgenommen, Wobei der Auslaßöffnung vc-n den Seitenwänden mehr Material zugeführt wird, als durch die Auslaßöffnung abfließen kann, so daß sich schließlich die Stromrichtung im Ringkahal teilweise umkehrt, was durch die besondere radiale Höhe des Stranges begünstigt wird.
Das Verfahren wird dabei zweckmäßig so gestaltet,

daß das den Wänden des Ringkanals benachbarte Material in Form eines gegenüber der Hauptmasse des Materials im Ringkanal voranschreitenden geschmolzenen Films transportiert und durch eine das Aufstauen bewirkende Steuerung des Austrags eine Ansammlung von geschmolzenem Material vor dem Verlassen des Ringkanals geschaffen wird. Aufgrund dieser Verfahrensweise ergibt sich ein ständiger Nachschub an geschmolzenem Material, wodurch die Ansammlung gespeist wird, in der dann der Rückfluß ermöglicht wird. Vorteilhaft läßt sich eine zusätzliche Mischwirkung dadurch erzielen, daß der Strang über einen in Rotationsrichtung vor der Auslaßöffnung liegenden Widerstand geleitet wird. Der Widerstand liefert den weiteren Vorteil, daß das Material hinter ihm einen Freiraum durchströmt, aus dem vom Material gebildete Gase abgezogen oder in welchem dem Material Zusätze zugeführt werden können. Es wird auf diese Weise vermieden, daß mit dem Abzug der Gase auch Material f-»n/*k aiiflAn σρίαησί

Bei der das Aufstauen bewirkenden Steuerung des Austrags kann man so weit gehen, daß der Austrag des Materials aus der Auslaßöffnung gesperrt wird, wodurch sich eine chargenweise Bearbeitung des Materials ergibt. Nach Bearbeitung der Charge wird dann der Austrag des Materials aus der Auslaßöffnung wieder geöffnet.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn man den Ringkanal mit einer Drehzahl von etwa 10 bis 500 U/min dreht.

Mit dem Verfahren ist es auch möglich, eine Verarbeitung durchzuführen, bei der ein Material oder ein Materialgemisch, das unter Bildung eines viskosen, flüssigen Kunststoffs oder polymeren Materials aufgrund von Temperatur, Druck, Austragsrate des .Materials aus dem Kanal, Bewegungsrate und Oberfläche der gegenüberliegenden Wände reagiert, in den Ringkanal eingeführt wird. Dabei kann es sich auch um eine Komponente eines Materialgemisches handeln, die unter Bildung eines viskosen, flüssigen Kunststoffs oder polymeren Materials reagiert, und die in den Ringkanal zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zum Mischen und zur Einwirkung auf das Material in dem Ringkanal eingeführt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geht aus von einem das Material führenden Ringkanal, der einen Rotor umgibt und sich in einem Gehäuse mit dem Rotor dreht und das Material von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung transportiert, der es mittels eines Kanalblocks aus dem Ringkanal zugeleitet wird.

Eine derartige Vorrichtung ist der bereits erwähnten DE-AS 11 29 681 zu entnehmen, bei der allerdings, wie bereits dargelegt, nur breite Bänder mit der dort vorgesehenen zylindrischen Walze transportiert werden. Der aufgrund des vorstehend beschriebenen Verfahrens erzeugte Rückfluß des Materials im Ringkanal ist mit der bekannten Vorrichtung also nicht möglich.

Um diesen Effekt zu erzielen und die sonstigen vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte zu realisieren, ist der Ringkanal zwischen aus dem Rotor herausragenden Scheiben mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite ausgebildet und zum Aufstauen des Materials in Strömungsrichtung nach der Auslaßöffnung eine Formvorrichtung zur Steuerung des Austrags des Materials aus der Äusiaßöffnung vorgesehen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Ringkanal

zwischen aus dem Rotor herausragenden Scheiben mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite auszubilden und zum Aufstauen des Materials einen oder mehrere, in den Ringkanal hineinragende Vorsprünge vorzusehen.

Aufgrund der Kombination dieser Gestaltung des Ringkanals mit dem bewußten Aufstauen des Materials im Ringkanal wird erst der vorstehend erwähnte Rückfluß erzwungen, der für die Wirkungsweise des Verfahrens und der Vorrichtung entscheidend ist.

An sich ist ein Ringkanal zwischen aus dem Rotor herausragenden Scheiben mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite aus der DE-AS 12 30341 bekannt. Die in dieser Druckschrift beschriebene Vorrichtung dient als Strangpresse für keramische Massen, wobei es darauf ankommt, den Strang in seinem Querschnitt möglichst homogen zu erhalten. Es liegt also bei der bekannten Vorrichtung genau die entgegengesetzte Zielrichtung vor wie bei der Erfindung. Dementsprechend wird auch der Strang aus der bekannten Vorrichtung durch einen im Bogen an den Rotor herangeführten Abstreifer weggeleitet, der ähnlich wie der Schaber in Zusammenhang mit der erwähnten DE-AS 11 29 681 wirkt und auch entsprechend ausgebildet ist. Ein Rückfluß kann und soll also mit der bekannten Vorrichtung gemäß der DE-AS 12 30 341 nicht erzielt werden.

Es sei schließlich noch auf die DE-AS 23 64 024 verwiesrn, bei der es sich um eine Strangpresse für plastische Stoffe handelt, die im Prinzip so aufgebaut ist wie die Strangpresse gemäß der vorstehend erwähnten DE-AS 12 30 341. jedoch den Unterschied aufweist, daß bei der Strangpresse gemäß der DE-AS 23 64 024 anstelle von aus dem Rotor herausragenden Scheiben radiale Einzelsegmente vorgesehen sind, so daß bei mehreren nebeneinander angeordneten Ringkanälen das Material durch die Zwischenräume zwischen den Einzelsegmenten von Ringkanal zu Ringkanal gelangen kann. Darüber hinaus kommt es bei dieser bekannten Strangpresse darauf an, keinen Rückstau des zu bearbeitenden Materials zu erzeugen, woraufhin in der Druckschrift in Zusammenhang mit zugrunde liegendem Stand der Technik ausdrücklich hingewiesen wird. Dementsprechend weist diese bekannte Strangpresse auch wieder einen sich im Bogen an den Rotor annähernden Abstreifer auf. der das Material wie der Abstreifer bei der Strangpresse gemäß der DE-AS 12 30341 bzw. wie der Schaber gemäß der DE-AS 11 29 681 möglichst gleichmäßig vom Rotor dem Auslaß zuführt, ohne dabei im Inneren des Materials irgendeine Turbulenz zu erzeugen. Demnach fehlt also auch bei der Strangpresse gemäß der DE-AS 23 64 024 die ' shre, bewußt ein Aufstauen zu erzielen, das einen Rückfluß des Materials zur Folge hat.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man zweckmäßig durch zylindrische Flächenteile des Rotors an den Außenkanten des Ringkanals zur Drehung mit dem Ringkanal gestalten, wobei die Einlaßöffnung in eine Eintrittskammer führt, die eine Fläche aufweist, welche gegen die zylindrischen Flächenteile des Rotors unter Bildung eines Spalts geneigt ist Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Materialzufuhr in dem RingkanaL

Weiterhin kann man einen oder mehrere mischende Vorsprünge vorsehen, die von dem ringförmigen Oberflächenteil des Gehäuses getragen werden und teilweise in den Ringkanal an einer Stelle zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung hineinragea

Hierdurch läßt sich die Mischwirkung der Vorrichtung erhöhen.

Zum Entgasen des zu verarbeitenden Materials kann man vorteilhaft eine Belüftungsöffnung in dem Gehäuse an der Rückseite aus Vorsprungs vorsehen. Dabei ist es möglich,den Vorsprung zur Bewegung in den Kanal und aus dem Kanal heraus anzubringen, wodurch sich der Absfand von den Kanalwänden zur Steuerung der Mischu'iikuhg einstellen läßt.

Den Kanalblock kann man so ausbilden, daß er einen begrenzten Abstand zwischen den kratzenden Bereichen und den Seitenwänden aufweist, wodurch der Durchgang einer begrenzten Materialmenge durch den Ringkanal ermöglicht wird. Hierdurch ergibt sich dann eine Mehrfachverarbeitung des betreffenden Materials. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Kanalblock zur Bewegung in den Kanal und aus dem Kanal heraus anzuordnen, wodurch sein Abstand von den Kanalwänden eingestellt werden kann. Hierdurch läßt sich ebenfalts die Mischwirkung beeinflussen.

Die Vorrichtung läßt sich auch so gestalten, daß die Auslaßöffnung für einen Ringkanal zum Austrag von bearbeitetem Material mit einem weiteren Ringkanal zur weiteren Bearbeitung verbunden ist. In diesem Falle ergibt sich eine Hintereinanderschaltung mehrerer Ringkanäle mit entsprechend intensiver Verarbeitung des Materials.

Eine Veränderung des Raums zwischen den Scheiben läßt sich dadurch erzielen, daß diese einstellbar auf der Welle befestigt werden. Hierdurch läßt sich insbesondere die Vorrichtung an unterschiedliche Verarbeitungs· kriterrn und Materialien anpassen.

Es lassen sich auch mehrere der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen miteinander zu einer Gesamtvorrichtung kombinieren, die dann mehrere Ringkanäle, getrennte Materialzuführungen und getrennte Einlaßöffnungen zu getrennten Ringkanälen oder Kombinationen von Ringkanälen und getrennte Austragsöffnungen von den getrennten Ringkanälen oder Ringkanalkombinationen aufweist, die den Materialzuführungen und Einlaßöffnungen zugeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen. In den Figuren zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, wobei die Einzelteile in auseinandergezogener Darstellung gezeigt sind.

Fig.2 die perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, der Vorrichtung gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine abgewickelte Schnittdarstellung eines Ringkanals längs eines Kammerradius, die die Bewegung des Materials innerhalb eines Ringkanals verdeutlicht,

F i g- 4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausfühfungsbeispiel der Vorrichtung entlang der Linie IV-IV gemäß Fig.5 parallel zur Achse und entlang der Drehachse des Rotors der Vorrichtung,

F i g. 5 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß Fig.4 entlang Linie V-V der Fig.4 senkrecht zur Drehachse des Rotors und

F i g. 6 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen Kanalweite und Kanaldurchmesser für gegebene Verfahrensbedingungen aufgezeichnet ist

Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung (vgL Fig. 1 und 2) enthält einen Rotor 10, der eine Anzahl im Abstand zueinander befindliche

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Drehung innerhalb eines Gehäuses 16 montiert sind, wobei die Welle 14 in Stirnplatten 18 des Gehäuses 16 gelagert ist. Der Rotor 10 ist mit kreisförmigen, insbesondere zylindrischen Flächenbereichen 20 und mit wenigstens einem kreisförmigen Ringkanal 22 ausgestaltet, der im Abstand zueinander gegenüberliegende Seitenwände 24 auf jeder Kanalseite mit dem Flächenbereich 20 besitzt. Das Gehäuse besitzt eine ringförmige, insbesondere zylindrische Innenfläche 26, die koaxial mit den Flächenbereicheh 20 des Rotors und

ίο in enger Nachbarschaft dazu angeordnet sind, um mit dem oder den Ringkanälen 22 einen oder mehrere ringförmige geschlossene Durchgänge zu bilden.

Eine Einlaßöffnung 28 ist in dem Gehäuse 16 vorgesehen, um Kunststoff- oder Polymermaterial zur

la Bearbeitung aus einer Zuführvorrichtung, die als Trichter 30 dargestellt ist, in den oder die Ringkanäle 22 einzuführen. Es braucht nicht näher betont zu werden, daß geeignete Zuführvorrichtungen für Kunststoff oder Polymermaterial verwendet werden, die einfache, die

jo Schwerkraft ausnutzende Trichter, wie dargestellt, oder eine Schneckenpresse, eine Kolbenbeschickungsvor richtung, ein Scheibenextruder mit Vorerwärmung in Abhängigkeit von der Art des Kunststoff- oder Polymermaterials und der Schwierigkeit, seine Zufuhr zu den Ringkanälen 22 zu steuern, sein können.

Die im Gehäuse 16 angebrachten Kanalblöcke 32 erstrecken sich in jeden Ringkanal 22 an einer umfänglichen Stellung wenigstens einen größeren Bereich einer vollständigen Umdrehung des Rotors 10 von der Einlaßöffnung 28 entfernt, um eine Endwand 34 für den Ringkanal 22 und Kratzerbereiche in enger Nachbarschaft zu den Seitenwänden 24 des Kanals zu bilden. Der Kanalblock 32 weist eine Form auf, die komplementär zu dem Ringkanal 22 ist und dicht in den Kanal, in den er sich erstreckt, paßt und die Endwand, die dem Ringkanal 22 gegenüberliegt, kann radial oder in einem anderen geeigneten Winkel angeordnet sein, was von dem Material und der gewünschten Behandlung abhängt. Dem Kanalblock 32 benachbart und in Bewegungsrichtung davor gelegen ist eine Auslaßöffnung 36 durch das Gehäuse 16 vorgesehen.

Beim Betrieb der Bearbeitungsvorrichtung wird Kunststoff oder polymeres Material in festem oder flüssigem Zustand durch die Zuführvorrichtung zugeführt, die das Material durch die Einlaßöffnung 28 auf die Ringkanäle 22 verteilt. Wenn sich der Rotor 10 dreht wird die Hauptmasse des Materials durch die Endwand 34 des Kanalblocks 32 so gehalten, daß die Seitenwände 24 sich relativ zu der Masse des Materials bewegen und das den gegenüberliegenden Seitenwänden 24 des Ringkanals 22 benachbarte Material durch die Seitenwände in Richtung auf die Endwand 34 des Karalblocks 32 vorwärtsgerissen wird, wobei sich zunehmend ein Druck aufbaut, der einen Höchstwert am Kanalblock 32 aufweist, wo es ausgetragen wird.

Der Schmelzvorgang wird schematisch in F i g. 3 dargestellt, wo das Material in Form von körnigem Feststoff vorliegt Wie dargestellt werden die Körnchen aufgrund der relativen Bewegung zwischen den sich drehenden Seitenwänden 24 des Ringkanals 22 und den Festkörpern innerhalb des Kanals verdichtet Gegebenenfalls können die Seitenwände 24 vorerwärmt werden; in jedem Fall erzeugt die relative Bewegung Reibungswärme und bildet einen Film aus geschmolzenem Kunststoff oder Polymermateriai auf den Seitenwänden 24 des Kanals. Der so gebildete geschmolzene Film bewegt sich mit den Seitenwär.den 24 und 'wird durch eine Relativbewegung zu der Hauptmasse des

Kunststoffs oder polymeren Materials in dem Kanal einer heftigen Scherung ausgesetzt, die weitere Erwärmung durch Energieverbrauch aufgrund der Viskosität hervorruft. Die Wirkung der Seitenwände 24 des Ringkanals 22 besteht darin, daß beim Vorwärtsrei-Beri des Materials auf Seiner Fläche fortschreitend ein Druck entlaiig des Wegs auf den Seitenwänden ■ufgebaut wird, der einen Höchstwert am Kanalblock 32 erreicht Der Kanalblock 32 kratzt das viskose flüssige Material, das durch die Seitenwände des Kanals Vorwärtsgeführt wird, ab und sammelt es und häuft dieses Material in Form einer flüssigen Ansammlung fegen die Endwand des Kanalblocks auf, das aus dem Kanal durch den aufgebauten Druck ausgetragen werden kann.

Wie schematisch in Fig.3 dargestellt, erzeugt ein fortgesetzter Nachschub an Material, das durch die Kanalwände nach vorne gerissen wird, eine starke tirkulierende Bewegung in der Ansammlung des geschmolzenen Materials und diese zirkulierende Bewegung erzeugt ein heftiges Mischen. Ein ähnliches heftiges Mischen kann mit flüssig zugeführtem Material durch geeignete Wahl der Verfahrenssteuerung erreicht werden.

Bei der Behandlung von Kunststoff und polymerem Material mit ähnlichen Eigenschaften, wie z. B. Material, das gewöhnlich in Schneckenpressen verarbeitet wird •nd das eine hochviskose Flüssigkeit darstellt oder im Verlauf der Verarbeitung wird, ermöglicht die Verfahrenssteuerung von Vorrichtung und Verfahren die Be-■nd Verarbeitung, d. h. den Transport und das Unterdrucksetzen von Feststoffen, das Schmelzen oder Plastifizieren von festem Material, den Transport, das Unterdrucksetzen oder Pumpen von flüssigem oder geschmolzenem Material, das Mischen, Vermischen, Dispergieren und Homogenisieren des Materials, die Entfernung flüchtiger Bestandteile sowie eine Kombination dieser Verfahrensbehandlungen von festem Material oder Viskosematerial oder einer Kombination von leiden. Das Verfahren und die Vorrichtung kann Verschiedenen Formwerkzeugen vorgelagert sein, wie t. B. Folien- und Profilformvorrichtungen, Querkopf-Ziehdüsen, kabel- und cfrahtbeschichtenden Vorrichtungen, Formen zur Tablettenherstellung und vielen anderen nachfolgend angeordneten Verarbeitungsvorrichtungen. Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, kann •ine solche Formvorrichtung 38 direkt an der Auslaßöffnung 36 angeordnet sein.

Ferner kann das Verfahren und die Vorrichtung dazu »erwendet werden, mikroskopische oder makroskopiiche Strukturänderungen in dem Material hervorzurufen, um die eine oder andere Eigenschaft des Materials durch chemische Reaktion, wie z. B. Polymerisation von Präpolymerisaten und Monomeren, die zu viskosen polymeren Flüssigkeiten führt, Quervernetzung, Kettenbruch, Schäumen usw. zu modifizieren, ändern oder zu verbessern.

Veränderungen der Maschinenkonstruktionsfaktoren oder Bauzahlen schließen die Geometrie des oder der Ringkanäle, die Art der Zuführvorrichtung, die Dimensionen und Lage der Einlaßöffnung(en), die Form des oder der Kanalblöcke und die Dimension und Lage der Auslaßöffhung(en) ein.

Die Geometrie des Ringkanals 22 muß einen Kompromiß zwischen den verschiedenen Zwecken, denen der Kanal dient, erreichen. Da die Seitsn^rände 24 des Ringkanals ein Hauptbearbeitungstöä sind, wird ein schmaler und tiefer Ringkanal 22 verwendet, in dem die Kanaltiefe wenigstens so groß und vorzugsweise mehrfach großer als die Breite des Kanals ist. Der Querschnitt des Kanals muß von geeigneter Form sein und der Raum zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden 24 muß weit genug sein, damit zugeführtes Material den Grund des Kanals erreicht und den Kanal direkt füllt; ein Faktor, der beim Ausgleich beachtet werden muß₍ besteht darhi daß die Fähigkeit des Ringkanals 22, zu pumpen oder unter Druck zu setzen, dicht beim Optimum gehalten wird und er nicht so weit gemacht wird, daß die Fähigkeit, unter Druck zu setzen, abnimmt. Die Schmelz-, Misch-, Pump- und unter Druck setzende Wirkung steigt an, wenn die Geschwindigkeit des Vorbeiziehens der Kanalwandfläche an dem Material sich erhöht; jedoch muß das Verhältnis von Kanalwandfläche zu Kanalvolumen so ins Gleichgewicht gesetzt werden, daß, wenn das feste Material dem Kanal zugeführt wird, es einen Bereich des Kanals füllt, um durch Wirkung der Kanalwände in einer gewünsch-

2ö ten Geschwindigkeit zu schmelzen und daß das geschmolzene Material einen genügend großen Bereich des Kanals füllt, um das gewünschte Mischen und Pumpen des Materials oder sein Unterdrucksetzen zur Austragung zu erzeugen. Die Lineargeschwindigkeit von Bereichen der Kanalwände erhöht sich direkt bei einer gegebenen Drehgeschwindigkeit mit der radialen Entfernung des Wandbereichs von der Drehachse, und es wurde festgestellt, daß die Veränderung der Bearbeitungswirkung aufgrund des Unterschieds der radialen Entfernung von der Achse durch Vergrößerung der Breite H zwischen den Kanalwänden in Beziehung zu der Entfernung R von der Achse kompensiert werden kann, so daß H/R eine Konstante bildet. Bei einer einfachen Anordnung werden die Kanalwände als im Abstand zueinander befindliche abgestumpfte Kegel ausgebildet, deren Scheitel im wesentlichen mit der Drehachse zusammenfallen.

Kanäle, wie sie durch gegenüberliegende Seitenwände 24 von Scheiben 12, die einstellbar im Abstand auf einer Welle 14 befestigt sind, gebildet werden, wie in F i g. 1 dargestellt, dienen zur Bearbeitung von polymeren Materialien. Diese Konstruktion weist ferner Vorteile für die experimentelle Analyse der Bearbeitung von verschiedenen viskosen und festen Materialien auf.

Der Raum zwischen gegenüberliegenden Flächen der Scheiben kann nämlich leicht durch Verwendung verschiedener Abstandshalter geändert werden und die Tiefe der Kanäle, die durch gegenüberliegende Flächen begrenzt werden, kann durch Verwendung von

so ringförmigen Abstandhaltern mit verschiedenen Durchmessern verändert werden. Die Anzahl der Kanäle kann durch Entfernen oder Zufügen von Scheiben geändert werden, um den Betrieb mit verschiedenem Material, verschiedener aufgenommener Leistung, verschiedenen Verarbeitungsgeschwindigkeiten usw. durch Wahl der Dimension für einen Betrieb in Linie zu ermöglichen. Aufgrund der einfachen Beziehungen beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen können Werte, die mit Vorrichtungen gewonnen werden, die Kanäle mit rechteckigen Querschnitten, gebildet durch Scheiben, aufweisen, auf kompliziertere Vorrichtungen mit guter Zuverlässigkeit übertragen werden. Ferner brauchen die Scheiben nicht notwendigerweise eben zu sein. Keilförmige oder flossenförmige Scheiben können für bestimmte Funktionen brauchbar sein. Andererseits können die Kanäle auch als ringförmige Ausnehmungen in einem angetriebenen Rotor ausgebildet sein.

Il

Die Zuführvorrichtung 2:ur Aufgabe des Kunststoffs oder polymeren Materials in den Bearbeitungskanal wird zur Behandlung des jeweiligen Materials und Materiaizustandes ausgebildet, Wenn der zu bearbeitende Kunststoff oder das polymere Material körnig ist, wird die Aufgabevorrichtung so ausgebildet, daß sie die Füllung der Ringkanäle vom Boden bis zur Oberkante sicherstellen, um die Bearbeitungsflächen der Kanäle wirksam zu nutzen. Ein einfacher Trichter, der durch die Einlaßöffnung führt, kann bei manchem körnigen Material brauchbar sein, während es bei anderem Material wichtig sein kann, eine mechanische Zuführung, wie z. B. eine Zuführung mit einer Schnecke oder einem Kolben, zu besitzen. Wenn das zu verarbeitende Materia! e>ne viskose Flüssigkeit ist, kann die Zufuhrvorrichtung eine Leitung, durch die die Flüssigkeit in den Ringkanal fließt, oder eine Pumpe, wie z. B. eine Schrauben- oder Getriebepumpe sein, um das Material in der gewünschten Rate und mit dem gewünschten Druck zuzuführen.

Die A'islaßöffnung 36 durch das Gehäuse 16 ist wenigstens einen größeren Teil einer vollständigen Umdrehung des Rotors 10 von der Einlaßöffnung 28 entfernt in eine Stellung angeordnet, um bearbeitetes Material, das den Kanalblock 32 erreicht, aufzunehmen und auszutragen. Die Kontrolle der Rate, mit der bearbeitetes Material vom Kanal ausgetragen werden darf, ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung des Ausmaßes, in dem das Material bearbeitet werden muß und die Auslaßöffnung 36 wird so konstruiert und angeordnet, daß sie diese Auslaßsteuerung ergibt. Die Steuerung oder Kontrolle kann durch die Größe der öffnung oder durch ein Drosselventil oder eine andere Vorrichtung in der Auslaßöffnung bewirkt werden. Die Austragsrate kann auch dadurch gesteuert werden, daß man die Auslaßöffnung mit einer weiteren Bearbeitungsstufe, wie z. B. einer Formvorrichtung 38 oder ähnlichem verbindet, die den gewünschten Widerstand gegen das Fließen erzeugt und die Austragungsrate aus dem Auslaß und das Ausmaß der Bearbeitung des Materials in dem Kanal steuert. Bei einer Abänderung einer Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel, die mehr a's einen Ringkanal aufweist, kann der Auslaß von einem Kanal durch eine Leitung zum Einlaß eines weiteren Kanals zur weiteren Bearbeitung geführt werden. Diese Anordnung ist besonders wertvoll, da die Serie der druckerzeuger.den und pumpenden Wirkung ron aufeinanderfolgenden Bearbeitungskanälen kumulativ ist, so daß leicht ein hoher Auslaßdruck lichergestellt ist. Es ist zu betonen, daß aufeinanderfolgende Ringkanäle voneinander abweichende Geometrie zur Bearbeitung des zugeführten Materials aufweilen können. Es kann auch Material, das in einem oder einer gegebenen Anzahl von Rmgkanälen, die parallel arbeiten, bearbeitet wird und daraus ausgetragen wird, einem anderen Ringkanal oder einer geeigneten Anzahl von Ringkanälen, die parallel arbeiten, zugeführt werden.

Getrennte Zuführvorrichtungen und Einlaßöffnungen können zur Aufgabe von Kunststoff oder polymerem Material auf jeden Ringkanal oder eine beliebige Kombination von Ringkanälen vorgesehen werden; dabei kann das Material gleich oder verschieden von dem Material, das einem anderen oder einer Kombination von Kanälen zugeführt wird, sein. Verschiedenes Material, das von getrennten Kanälen oder Kanalkombinationen bearbeitet wird, kann durch getrennte Auslaßöffnungen ausgetragen werden und kann getrennten Extrusionsdüsen oder einer Düse zur Koextrusion, z. B. mit einem Material für den Karn- ufid einem anderen Material als Beschichtung, zugeführt werden.

Eine wirksame Bearbeitung von Kunststoff oder polymerem Material wird dadurch erreicht, daß man die Zugaberate und den Austrag des Materials an den oder die Bearbeitungskanäle, die Temperatursteuerung und die Geschwindigkeit der Kanalwände in bezug auf die Eigenschaften des Materials und die Geometrie des Kanals anpaßt und koordiniert.

Zu dem Material, das nach dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen be- und verarbeitet werden kann, gehört jeder Kunststotf und jedes polymere Material, das gewöhnlich flüssig oder durch Wärme oder mechanische Energie oder ein Verdünnungsmittel in den viskosen flüssigen oder deformierbaren Zustand überführt werden kann und das genügend Stabilität besitzt, um unter den Behandlungsbedingungen nicht ernstlich abgebaut zu werden. Zu solchem Material gehören unter anderem Thermoplaste, hitzehärtende und elastomere Polymerisate, wie z. B. Polyolefine (z. B. Polyäthylene, Polypropylene), Polyvinylchloride (z. B. PVC), fluorhaltige Polymerisate, Polymerisate auf Basis von Polyvinylacetat, Polymerisate auf Acrylbasis, Polymerisate auf Styrolbasis (z. B. Polystyrol), Polyamide (z. B. Nylonarten), Polyacetale, Polykarbonate, Kunststoffe auf Basis von Zellulose, Polyester, Polyurethane, phenolische und Aminokunststoffe, Epoxyharze, Silikon- und anorganische Polymerisate, Polymere auf Basis von Polysulfon, verschiedene Polymere auf Basis von natürlichen Verbindungen usw. sowie Mischpolymerisate und Mischungen dieser Stoffe miteinander, mit Lösungsmitteln, mit Verdünnungsmitteln oder mit verschiedenen festen und flüssigen Zusätzen. Es ist ferner vorgesehen, daß chemisch reaktives Material, ·* ie ζ. B. ein Material oder Materialgemisch, das Polymere bilden kann, die in einer gewissen Stufe ihrer Bildung und bei den in den Ringkanälen aufrechterhaltenen Temperaturen viskose Flüssigkeiten darstellen, in die Vorrichtung xur Reaktion und Bearbeitung in den Ringkanälen gegeben werden können.

Die Temperatur des Materials kann bei der Zuführung und während der Verarbeitung in der Vorrichtung so gesteuert werden, daß die Viskositäten und Fließeigenschaften des verarbeiteten Materials bestimmbar sind.

Die Beziehung zwischen der Zugabe- und Austragungsrate von flüssigen viskosen Kunststoffen und Polymerisaten zu einem ringförmigen rechteckigen Bearbeitungskanal und der Geschwindigkeit der Kanalwände in bezug auf die Eigenschaften des gewählten Materials, die Temperatur und die Geometrie des Ringkanals wird bei Annahme eines isothermischen, laminaren, stetigen, vollentwickelten Stroms einer nicht komprimierbaren, dem Kraftgesetzmodell gehorchenden nicht-Newtonschen Flüssigkeit unter Vernachlässigung der Gravitations- und Trägheitskräfte durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Q =

In der Gleichung bedeuten:

a H P
Θ
άΡ

Paus
Pein
Φ =

= volumetrische Flußrate (inVsec) = (16,39 cmVsec), — Frequenz der Kanalumdrehung (Ups), = Außenrad.us des Ringkanals (in) = (2,54 cm), = Innenradius des Ringkanals (in) = (2,54 cm),

= Breite des ringförmigen Kanals,

= Druck (psi) = (0,07 kp/cm²)«(0,07 bar),

= Winkel (Bogeneinheiten),

= = auf den Winkel bezogener Druekgradient (psi/rad.) = (0,07 kp/cm²/rad.)

^2πφ »(0,07 bar/rad.),

= Auslaßdruck (psi) = (0,07 kp/cm²) « (0,07 bar), = Einlaßdruck (psi) = (0,07 kp/cm²) » (0,07 bar), Umfangsbruchteil von Einlaß zu Auslaß, l/n empirischer Parameter für die dem Kraftgesetz gehorchende Modßllflüssigkeit:

,, = my^

nicht-Newtonsche Viskosität (Ib_f sec/in²),
empirischer Parameter (lb_f secⁿ/in²),
empirischer Parameter,
Scherrate (1/sec).

In der Gleichung bedeutet das erste Glied auf der rechten Seite den »Mitschleppstrom« oder das Mkschleppfließen und das zweite Glied den »Druckstrom« oder das Druckfließen. Diese Gleichung läßt sich auch für Newtonsche Flüssigkeiten anwenden, in denen s= π= 1 und m— μ die Newtonsche Viskosität ist.

Als Verdeutlichung für die Verwendung der vorstehend angeführten Gleichung v/ird eine Schmelzpumpe für polymeres Material entworfen. Sie soll lOOOlbs/h (454 kg/h) Schmelze pumpen und einen Druck von 1500 psi (105 kp/cm²) am Austragsende erzeugen. Die Kraftgesetz-Parameter dieser Schmelze bei der Bearbeitungstemperatur sind /77=1
Unter der Annahme, daß P_e;_n=
der benötigte Gradient

Ibt sec°-3/in² und π=0,5. =0 und Φ = 0,75 beträgt

dP

1500

318,3 psi/rad.

Nimmt man ferner an, daß die Dichte dieser Schmelze bei der Bearbeitungstemperatur und dem durchschnittlichen Druck 50 lb/ft³ ist, so beträgt die Fließrate oder Strömungsrate:

(10001(1728)
(3600X50)

9,6 inVsec.

Substitution des verfügbaren Wsrts in die Konstruktionsgleichung mit a = 0,5 ergibt:

9.6 - 2.356W(Ups)//(in)Ä<,(in²) -

3166,1

Die vorstehend angegebene Gleichung gibt die benötigte Beziehung zwischen Rd, H und N an. Anschließend wird durch Auswahl eines vernünftigen Werts für N. z. B. 30 RPM (UpM), die Beziehung zwischen Rd und Herhalten, wie in Fig. 6 dargestellt. Daher ist ein Scheibenradius von 6,3" (16 cm) optimal für eine Kanalbreite von 0,24" (6 mm). Daher pumpt ein ringförmiger rechteckiger Kanal mit einem Außen·· durchmesser von 12,6" (32 cm), Innendurchmesser von 6,3" (16 cm) und einer Breite von 0,24" (6 mm) der sich mit 30 UpM dreht, 1000 Ib/hr (454 kg/h) Schmelze und erzeugt einen Druck von 1500 psi (105 kp/cm²).

Zur Umrechnung wird empfohlen, I kp/cm²«! bar zu setzen.

Es ist festzustellen, daß der Ringkanal eng und lief ist und das kann Schwierigkeiten bei der wirksamen Zugabe von zu behandelndem Material in einer solchen Weise geben, daß es den Kanalboden erreicht. In der Praxis kann dieses Problem gelöst werden, indem man entweder in dem Gehäuse eine ausreichende Untere schneidung vorsUiht, wie in F i g. 5 dargestellt, wo in dem Gehäuse 41 die Unterschneidungsfläche 70 Vorgesehen ist, oder mehrere Kanäle verwendet, wobei die erste Stufe etwas breiter als optimal ist.

Zum Beispiel wählt man vorzugsweise bei aufzugebendem Material in Form von teilchenförmigem

Feststoff einen ersten Ringkanal, der so eng wie möglich, jedoch genügend breit ist, um die Aufgabe unter Schwerkraftwirkung durchführen zu können. Für übliches polymeres Material in Teilchenform Hegt dies im Größenbereich von etwa 0,25" (6,3 mm) bis etwa 2,5" (63 mm).

Für praktische Erwägungen überschreitet die Geschwindigkeit von Rotor und Ringkanal im allgemeinen 500 UpM, vorzugsweise etwa 250 UpM, nicht. Die unteren Grenzen für Rotor- und Kanalgeschwindigkeit können z. B. bei 10 UpM liegen.

Eine weitere Ausführungsform wird in den F i g. 4 und 5 dargestellt, die einen verbesserten Aufbau zeigen, bei dem zwei Bearbeitungskanäle in Serie verbunden sind. Bei dieser Vorrichtung ist ein Rotor 40 zur Umdrehung in dem Gehäuse 41 auf einer Welle 42 angebracht, die in Stirnplatten 44 des Gehäuses 41 gelagert sind. Ringkanäle 46 und 47 sind vorgesehen, deren gegenüberliegende Seietnwände (Scheiben 48) in fester Beziehung zueinander stehen und einen keilförmigen Kanalquerschnitt mit relativ breiten zylindrischen Flächenbereichen des Rotors 50 an jeder Seite der Ringkanäle 46 und 47 bilden. Diese zylindrischen Flächenbereiche 50 bilden einen engen gleitenden Sitz mit der koaxialen zylindrischen Innenfläche 51 des Gehäuses 41, so daß die Innenfläche 51 und die Ringkanäle 46 und 47 abgeschlossene ringförmige Durchgänge bilden.

An der Außenseite jeder Scheibe 48 sind Kanäle 52, 54 und 56 zur Einführung einer Temperatursteuerflüssigkeit zur Wärmeübertragung durch die Kanalwände vorgesehen. Das Wärmeübertragungsfluid wird durch einen axialen Durchgang 58 in der Welle 42 zugeführt; es fließ* durch die Röhren 60 zu einem ersten Kanal 52, vom ersten Kanal durch einen Zwischenkanal 62 zum zweiten Kanal 54, dann durch einen Zwischenkanal 64 zum dritten Kanal 56 und durch einen weiteren Durchgang 68 zu einem Rohr 66 in der Welle 42.

Wie in F i g. 5 deutlich dargestellt, ist die Innenfläche 51 des Gehäuses 41 über ihre weiteste Erstreckung zylindrisch, weist jedoch in der Nähe der Einlaßöffnung 71 zum Ringkanal 46 eine Unterschneidungsfläche 70 auf. Diese Unterschneidungsfläche 70 weist eine solche Breite auf. daß ihre Wände 72 sich über die zylindrische Fläche des Rotors 50 hinaus erstrecken und eine Eintrittskammer 74 bilden, so daß bei Zuführung von viskosem flüssigem Material durch die Einlaßöffnung 71 das viskose flüssige Material durch die zylindrische Fläche des Rotors 50 bis zu dem Spalt mitgeschleppt wird, wo die Fläche der Wände 72 der Unterschneidungsfläche 70 die zylindrische Fläche des Rotors 50 erreicht. Diese Wirkung erleichtert das Pressen des viskosen Materials in den Ringkanal 46.

Der in dem Gehäuse 41 angebrachte Kanalblock 84 hat eine Form, die komplementär zum Ringkanal 46 ist und eng hineinpaßt, um die Hauptmasse an Kunststoff oder polymerem Material zur Bewegung relativ zu den Wänden (Scheiben 48) des Ringkanals 46 zu halten und viskoses flüssiges Material, das von den Wänden 48 vorwärtsbefördert wird, zum Austrag als bearbeitetes Material durch die Auslaßöffnung 78 abzukratzen. Ein Durchgang 80 ist vorgesehen, um verarbeitetes Material Von der Auslaßöffnung 78 nach dem Einlaß 82 in einen Ringkanal 47 zur weiteren Bearbeitung zu leiten. Der an dem Gehäuse 41 angebrachte Kanälblock 84 hat eine Form, die komplementär zum Ringkanal 47 ist und eng hineinpaßt, um die Hauptmasse an Kunststoff oder polymeren! Material in den Kanal ZUf Relativbewegung gegenüber den Wänden (Scheiben 48) zu halten und viskoses flüssiges Material, das von den Wänden (Scheiben 48) vorwärtsbefördert wird, zum Austrag als verarbeitetes Material durch die Auslaßöffnung 86 abkratzt

In Fig.5 ist eine fakultative weitere Mischvorrichtung mit einem Vorsprung 88 dargestellt Dieser Vorsprung 88 erstreckt sich teilweise in die Kanäle und erhöht durch seine Einwirkung auf das Material in den Ringkanälen 46 und 47 die Scherung des bearbeiteten Materials und verbessert die Mischwirkung der Vorrichtung. Der eigentliche Mischbauteil, der Vorsprung 88, kann in einer Vielfalt von Verwendungen und Formen ausgebildet sein, z.B. in Form von Nasen, Keilen oder Blöcken einer solchen Form und Größe, daß Abstände zu den Kanalwänden gehalten werden, ferner in Form von Sieben, statischen Mischvorrichtungen usw. Durch Einwärts- und Auswärtsbewegurj eines keilförmigen Mischblocks zur Veränderung des Abstandes mit den Kanalwänden wird ein einstellbares Mischungsausmaß erhalten. In der dargestellten Form ist der Mischbauteil ein Damm, der an seiner Rückseite 90 einen von Material freien Raum erzeugt, wobei die Vorder- Und Rückseite in bezug zur Bewegungsrichtung des Ringkanals 46 definiert sind. Dieser freie Raum kann verwendet werden, um den Ringkanal 46 zu be- oder entlüften, indem man an der Vorderfläche des Vorsprungs 88 eine Belüftungsöffnung 92 im Gehäuse 41 ausbildet durch die Material, das sich gegebenenfalls verflüchtigt hat entweichen kann. Die Bdüftungsöffnung 92 kann auch als Einlaß für Verarbeitungszusätze verwendet werden.

Alternativ dazu kann der Kanalblock 84 selbst als Mischungsblock dienen, indem man einen gewissen Abstand vorsieht, der durch Ein- und Auswärtsbewegung des Kanalblocks verändert werden kann und damit einen Teil des Materials oder das gesamte Material zurückführt Wenn das gesamte Material zurückgenommen wird, erhält man einen Chargenbetrieb. Wenn ein Teil des Materials zurückgenommen wird, erhält man ein kontinuierliches Verfahren.

Bei Anwendung dieser Möglichkeiten kann eine Vielzahl von Verfahren durchgeführt werden. So kann der Kanalblock so eingestellt werden, da8 ein Teil oder das gesamte Material zurückgenommen wird, um Material in dem Kanal in einen gewünschten Zustand zu bringen; ferner kann Material dann entweder durch die Einlaßöffnung 71 oder durch die Belüftungsöffnung 92 oder durch beide öffnungen zum Mischen oder Kombinieren mit dem Material, das in den. Kanal in den gewünschten Zustand überführt wurde, zugesetzt werder

Das folgende Beispiel verdeutlicht die Erfindung.

Beispiel

Eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1 wurde mit einem Rotor mit einer Kanalspaltbreite von 0,25" (ö,3 mm), einem Außendurchmesser von 7,5" (19,05 cm) und einem tnnendufehmesser von 4,5" (11,43 cm) eingerichtet Der Gehäuseeinlaß def Vorrichtung war mit einer Leitung Verbunden, um geschmolzenes Polyäthylen niedriger Dichte aus einer Schneckenpresse aufzunehmen, und der Gehäuseauslaß war mit einem Verengten Mundstück verbunden* Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

230 216/395

	17	Materialiluß	(kg/h)	27	Druckanstieg	32 173	(Q	18	( Q	Ausgang	(C)	cn	(Q	Plastifizierungsrate	(kg/h)	Austragstemperatur	( Q
		■ (83,4)		über die Vor		(204,4)	Materialtemperatur	(210,0)	(⁰F)	(217,8)	400	(204,4)	(Ib/hr)	(10,6)	("F)	(175,6)
Rotor-		(63,9)	richtung		(148,9)		(215,6)	424	(202,2)	400	(204,4)	23,3	(21,0)	348	(186,7)
geschw.		(29,2)	P aus-/¹ ein)	Kanalwand	(148,9)		(215,6)	396	(202,2)	400	(204,4)	46,2	(35,9)	368	(208,9)
	(Ib/hr)	(126,6)	(psi) (kp/cnr)	temp.	(148,9)	Eingang	(215,6)	396	(217,2)		Hierzu 4	79,2	Blatl Zeichnungen	408
	183,5	(124,7)	490 (34,3)		(148,9)	(¹⁵F)	(214,4)	423	(217,2)
(Upm)	141,0	870 (60,9)			410		423	In einem weiteren Beispiel wird dieselbe Vorrichtung mit einer Kanalbreite von 0,75"(19 mm) durch Schwerkraft
21	64,2	1275 (89,8)	C⁰F)		420			mit festen Pellets aus Polyäthylen geringer Dichte beschickt:
21	279	1510 (105,1)	400		420
19	275	1705 (119,4)	300	420
55,5		300	418
73,5		300
		300

		Rotorgeschw. Kanalwandtemp.
	(Upm)
26,6
75,5
153,6

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verarbeitung von festem und viskosem Kunststoff und polymerem Material mittels eines das Material führenden Ringkanals, der einen Rotor umgibt und sich in einem Gehäuse zusammen mit dem Rotor dreht und das Material von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffhung transportiert, der es aus dem Ringkanal zugeleitet und wobei es außerdem aufgestaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material als Strang mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite geführt, und durch eine das Aufstauen bewirkende Steuerung des Austrags innerhalb des ü Stranges ein zu der Rotationsbewegung gegenläufiger Rückfluß erzeugt wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Wänden des Ringkanals benachbr.ne Material in Form eines gegenüber der Hauptmasse des Materials im Ringkanal voranichreitenden geschmolzenen Films transportiert und durch eine das Aufstauen bewirkende Steuerung des Austrags eine Ansammlung von geschmolzenem Material vor dem Verlassen des Ringkanals geschaffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang zur Erzielung einer lusätzlichen Mischwirkung über einen in Rotationsrichtung vor der Auslaßöffnung liegenden Wider- «and geleitet wird.

4. Verfanren nach Anspruch 3, dadurch gekennleichnet, daß das (wateriai ninter dem Widerstand einen Freiraum durchströmt, aus dem vom Material gebildete Gase abgezogen Jer in welchem dem Material Zusätze zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß zur chargenweisen Bearbeitung des Materials der Austrag des Materials •us der Auslaßöffnung gesperrt und nach Bearbeilung der Charge wieder geöffnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkana! sich mit finer Drehzahl von etwa 10 bis 500 U/min dreht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material oder ein Materialgemisch, das unter Bildung eines viskosen, flüssigen Kunststoffs oder polymeren Materials •ufgrund von Temperatur. Druck, Austragsrate des Materials aus dem Ringkanal. Bewegungsrate und Oberfläche der gegenüberliegenden Wände reagiert, in den Ringkanal eingeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennteichnet. daß eine Komponente eines Materialgemi-•ches. die unter Bildung eines viskosen, flüssigen Kunststoffs oder polymeren Materials reagiert, in den Ringkanal zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zum Mischen und zur Einwirkung auf das Material in dem Ringkanal eingeführt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem das Material führenden Ringkanal, der einen Rotor umgibt und sich in einem Gehäuse mit dem Rotor dreht und das Material von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung transportiert, de/ es mittels eines Kanalblocks aus dem Ringkanal zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (22) zwischen aus dem Rotor (10) herausragenden Scheiben (12) mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite ausgebildet ist und zum Aufstauen des Materials in Strömungsrichtung nach der Auslaßöffnung (36) eine Formvorrichtung (38) zur Steuerung des Austrags des Materials aus der Auslaßöffnung (36) vorgesehen ist

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem das Material führenden Ringkanal, der euen Rotor umgibt und sich in einem Gehäuse mit dem Rotor dreht und das Material von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung transportiert, der es mittels eines Kanalblocks aus dem Ringkanal zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (46) zwischen aus dem Rotor (40) herausragenden Scheiben (48) mit gegenüber seiner radialen Höhe geringerer Breite ausgebildet ist und zum Aufstauen des Materials einen oder mehrere, in den Ringkanal (46) hineinragende Vorsprünge (88) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch zylindrische Flächenteile des Rotors (10; 50) an den Außenkanten des Ringkanals (22; 46, 47) zur Drehung mit dem Ringkanal, wobei die Einlaßöffnung (71) in eine Eintrittskammer (74) führt, die eine Unterschneidungsfläche (70) aufweist, welche gegen die zylindrischen Flächenteile des Rotors (10; "(O) unter Bildung eines Spalts zur verbesserten Materialzufuhr in den Ringkanal geneigt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11. dadurch gekennzeichnet, daß eine Belüftungsöffnung (92) in dem Gehäuse (41) an der Rückseite (90) des Vorsprungs (88) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (46,

47) keilförmigen Querschnitt aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (88) zur Bewegung in den Ringkanal {12; 46,47) und aus dem Ringkanal heraus angebracht ist. um den Abstand von den Kanalwänden zur Steuerung der Mischwirkung einzustellen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalblock (32; 76,84) so ausgebildet ist, daß er den Durchgang einer begrenzten Materialmenge durch den Ringkanal (22; 46,47) ermöglicht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalblock (32; 76, 84) zur Bewegung in den Ringkanal (22; 46, 47) und aus dem Ringkanal heraus angebracht ist, um seinen Abstand von den Kanalwänden zur Steuerung der Mischwirkung einzustellen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (78) für einen Ringkanal (46) zum Austrag von bearbeitetem Material mit einem weiteren Ringkanal (47) zur weiteren Bearbeitung verbunden ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (12;

48) einsteilbar auf der Welle (14; 42) befestigt sind, um den Raum zwischen den Scheiben verändern zu können,

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Ringkaiiäle (22; 46,47), getrennte Materialzuführungen und getrennte Einlaßöffnungen (28; 71) zu getrennten Ringkanälen oder Kombinationen von

Ringkanälen und getrennte Auslaßöffnungen (36; 86) von den getrennten Ringkanälen oder Ringkanalkombinationen, die den Materialzuführungen und Einlaßöffnungen (28; 71) zugeordnet sind, aufweist.

20, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) mit Kanälen (52,54,56) zum Führen von Flüssigkeit zur Temperatursteuerung versehen ist