DE3036048A1 - Kunststoffextruder mit einer einrichtung zum einspritzen eines fluessigen zusatzes in den strom aus geschmolzenem kunststoff - Google Patents

Description

Kunststoffextruder mit einer Einrichtung zum Einspritzen eines flüssigen Zusatzes in den Strom aus geschmolzenem Kunststoff

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffextruder mit einem Rohrkörper und einer darin befindlichen Schnecke, einem ersten Mischbereich am Ende der Schnecke, einem Einspritzbereich, der eine Vielzahl von über den Umfang des Rohrkörpers beabstandeten Einspritzdüsen zum Einspritzen eines flüssigen Zusatzes in den Strom aus geschmolzenem Kunststoff aufweist, einem zweiten Mischbereich sowie einer Spitze.

Es sind verschiedene Verfahren zum Einspritzen eines Zusatzes in den Rohrkörper eines Kunststoffextruders bekannt. Der Zusatz kann ein Mittel sein, das eine Schäumung, Färbung, Vulkanisation oder beliebige andere erwünschte Änderung des Basis-Kunststoffs bewirkt.

Gewöhnlich findet das Einspritzen statt nahe bei dem Einspeiseende des Kunststoffextruders, bei der sogenannten Speisezone, bei der Kompressionszone oder bei einer speziellen Dekompressionszone.

In diesem Fall ist das Einspritzen aufgrund des niedrigen Drucks leicht durchzuführen, und die Schnecke hat Zeit zur

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Ausführung der Mischarbeit. Andererseits muß der Zusatz dann länger in der Schnecke verweilen, und aus diesem Grund muß die Temperatur des geschmolzenen Kunststoffs niedrig gehalten werden, da die meisten Zusätze umso eher in unerwünschter Weise zu reagieren beginnen, je höher die Temperatur des Kunststoffs ist. Um die Kunststofftemperatur so niedrig wie möglich zu halten, besonders im Fall von Polyäthylen, muß die Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke in dem Extruder niedrig sein. Dies wiederum führt zu einer kleinen Menge an extrudiertem Kunststoff je Zeiteinheit.

Durch Versetzung des Einspritzpunktes für den Zusatz näher zum Extrusionskopf wird die Zeit vermindert, während der die Mischung in dem Rohrkörper vor der Extrusion verweilt, und dies wiederum gestattet eine höhere Temperatur des Basis-Kunststoffs, welche beispielsweise erzielt wird durch Erhöhung der Schneckengeschwindigkeit, mit anderen Worten, der Ausstoß des Extruders wird vergrößert.

Die folgenden Faktoren beeinflussen den Vorgang in dem Ende des Extruderkörpers:

1. Der Schmelzdruck ist in dem Ende des Extruderkörpers am höchsten.

2. Die Mischfähigkeit einer normalen Schnecke ist mäßig, insbesondere, wenn das Mischen erst an ihrem Ende beginnt.

3. Die inneren Temperaturdifferenzen der Mischung sind in dem Ende des Extruderkörpers am größten.

4. Der Mischungsfluß hat nur wenig Zeit, sich von dem durch das Einspritzen des Zusatzes verursachten Schock zu erholen.

5. Die Tätigkeit der Einspritzdüse wird behindert, und die Einspritzdüse wird verstopft, wenn der Zusatz eine Plastifizierung des Basis-Kunststoffs bewirkt.

6. Wenn ein höherer Ausstoß, das heißt, eine heißere Kunststoff mischung angestrebt wird, haben die Mischungspartikel weniger Zeit zum Verlassen des Extruders.

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Jeder dieser Faktoren muß berücksichtigt werden und vor allem ihre kombinierte Wirkung. Das nun zu beschreibende Verfahren löst ausdrücklich die kombinierte Wirkung der genannten Nachteile, was andere Verfahren nicht tun. Außerdem eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten zur Anwendung in der Kunststoff industrie.

Der erfindungsgemäße Extruder ist dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzbereich als zylindrische ringförmige Kammer ausgebildet ist und die Einspritzdüsen sich etwa bis zur Mitte der Kammer erstrecken, und daß die Einspritzdüsen darauf eingerichtet sind, durch eine Pumpe der Reihe nach betrieben zu werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die betreibende Pumpe eine Kolbenpumpe, und jeder ihrer Kolben ist mit einer entsprechenden Einspritzdüse verbunden.

Hochdruckpumpen mit der Fähigkeit zur Ausübung von bis zu 1000 Stößen je Minute auf jede Düse sind zu diesem Zweck leicht erhältlich. Wenn zum Beispiel die Pumpe mit 600 U/min rotiert und mit sechs Düsen versehen ist, und wenn eine Hinzufügung von 2% Zusatz zu einer Kunststoffmenge von 500 l/6iin benötigt wird, ist das Volumen eines Stoßes etwa 0,05 ml. Die Einspritzschocks für den Kunststoffstrom sind also sehr klein, und wegen des Einzelbetriebes der Einspritzdüse sind die in der Längsrichtung des extrudierten Kunststoffs auftretenden Zusatz-Konzentrationsänderungen minimiert. Da die Einspritzdüsen eine Neigung zum Verstopfen haben, macht es der Einzelbetrieb der Düsen leichter, festzustellen, welche Düse in jedem Fall verstopft ist, und der ganze Prozeß kann auf diese Weise besser überwacht werden.

Da der Zusatz in die Mitte des Stromes von geschmolzenem Kunststoff eingespritzt wird, wird er unmittelbar gut mit der Basismischung durchgemischt. Wenn der Zusatz nur an die

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Oberfläche des Kunststoffstromes eingespritzt wird, neigt er oft dazu, entlang der inneren Wand des Extruder-Rohrkörpers direkt nach außen zu gleiten, und verursacht auf diese Weise örtlich hohe Zusatzkonzentrationen in dem Endprodukt.

Die negative Wirkung derartiger örtlich hoher Konzentrationen ist insbesondere schädlich bei der Herstellung vulkanisierter Erzeugnisse durch Einspritzen von Superoxyd (peroxide) als Zusatz. In dem Vulkanisierprozeß bildet das Superoxyd Brücken zwischen den Polymerketten. Wenn örtlich zu viel Superoxyd vorhanden ist, reagiert es mit sich selbst und nicht mit dem Basiskunststoff; das heißt, soweit der Vulkanisierprozeß betroffen ist, wird das Superoxyd zerstört.

Die Erfindung bietet ferner eine wesentliche Vereinfachung des Prozesses, wenn es erwünscht ist, vulkanisierte und geschäumte Produkte herzustellen. Wenn die Vulkanisationsund Schäumungsmittel in einander aufgelöst werden, können sie mittels derselben Pumpe eingespritzt werden. Zum Beispiel sind DTX-Superoxyd und Frigen 11 solche Materialien.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine allgemeine Ansicht des Extruders im Längsschnitt; Figur 2 einen vergrößerten Schnitt des Endes des Extruder-Rohrkörpers, die sogenannte Bemessungszone; und Figur 3 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 2.

Die Zeichnung ist schematisch und soll nur zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet den Extruder-Rohrkörper und das Bezugszeichen 2 die darin angeordnete Transportschnecke. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Fülltrichter, von dem aus das Kunststoffmaterial in den Extruder eingespeist wird. Die Bezugszeichen 4 und 5 zeigen annähernd die sogenannte Einspeise-und Kompressionszone,

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bei denen das Einspritzen eines Zusatzes in herkömmlichen Extrudern oft durchgeführt wird. Die Bemessungszone(metering) am Ende der Schnecke 2 umfaßt einen ersten Mischbereich 6, einen Einspritzbereich 7, einen zweiten Mischbereich 8 und eine Spitze 9. Die Mischbereiche 6 und 8 sind nicht im einzelnen gezeigt, da sie an sich bekannt sind; ein Hersteller solcher Geräte ist die Union Carbide Corporation. Das gleiche gilt für die Spitze 9. Der Einspritzbereich 7 umfaßt einen zylindrischen Körper, der die Mischbereiche 6 und 8 verbindet und einen Ringraum 10 relativ großer Breite zwischen sich und der Rohrkörperwand freiläßt. Mehrere Einspritzdüsen 11 öffnen sich in den Ringraum 10, wobei sie sich etwa bis zur Mitte des Ringraumes erstrecken. Der einzuspritzende Zusatz wird einem Vorratsbehälter 12 entnommen und durch eine Pumpe 13 jeder der Düsen 11 zugeführt. Die Pumpe 13 ist vorzugsweise eine Kolbenpumpe , und jeder ihrer Kolben ist mit einer entsprechenden Einspritzdüse verbunden, wodurch nur eine Düse auf einmal betätigt wird, aber es kann auch eine Membranpumpe verwendet werden.

Die durch die Schnecke 2 angelieferte Kunststoffmasse wird in dem ersten Mischbereich auf eine gleichmäßige Temperatur gemischt, wodurch die Gefahr des Auftretens sogenannter heißer Stellen ausgeschaltet wird. Ohne derartiges Mischen können die Abweichungen von der Durchschnittstemperatur der Masse ganz beachtlich sein; ein zu heißes Massenpartikel verursacht bei Mischung mit dem Zusatz eine unerwünschte Reaktion. Andererseits stellt der erste Mischbereich sicher, daß keine ungeschmolzene Masse in den Einspritzbereich gelangt. Die Masse ist homogen, wenn sie in den Einspritzbereich 7 kommt.

Der relativ große Ringraum 10 in dem auf den Mischbereich 6 folgenden Einspritzbereich 7 beruhigt die Masse und und gestattet das Eindringen der Spitzen der Düsen 11 aus der Innenwand des Rohrkörpers 1. Da der Zusatz auf diese Weise in die Mitte der strömenden geschmolzenen Kunststoffmasse

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eingespritzt wird, wird sie unmittelbar besser mit der Grundmasse vermischt, und das Problem, daß der Zusatz direkt in einen drucklosen Raum entlang den Innenwänden des Rohrkörpers herausgleitet, ist beseitigt. Es ist aber zu beachten, daß der Einspritzbereich 7 nicht einem Unterdruck ausgesetzt wird, da es erwünscht ist, den Druckzustand der strömenden Masse an dem Einspritzpunkt so stabil wie möglich zu halten. Die Einspritzmenge oder -geschwindigkeit wird geregelt durch Variieren der Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe 13, und auf diese Weise wird eine gute Regelgenauigkeit erzielt.

Die Vermischung wird ferner sichergestellt mittels des zweiten Mischbereichs 8, der zusammen mit der Schnecke rotiert und hinsichtlich seines Arbeitsprinzips dem ersten Mischbereich 6 ähnlich ist. In einigen früheren Extrudern wird dieses Mischen durch einen statischen Mischer ausgeführt, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine schädliche Verlängerung der von einem Massenpartikel durchwanderten Strecke und der Zeit zunimmt. In einem statischen Mischer wandert das Massenpartikel um verschiedene Hindernisse, und wenn der Strom allgemein eine Ecke trifft, gibt es immer einen Punkt, an dem die Strömungsgeschwindigkeit null ist, oder anders ausgedrückt, das Massenpartikel hält an. Diese angehaltenen Partikel sammeln sich und werden schließlich zusammen mit der Strömung gelöst, wobei sie das Erzeugnis verderben. In einem dynamischen Rotationsmischer ist dieser Nachteil minimiert.

Der Patentanwalt

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Claims (3)

1. Ansprüche:

   f l.i Kunststoffextruder mit einem Rohrkörper und einer darin befindlichen Schnecke, einem ersten Mischbereich am Ende der Schnecke, einem Einspritzbereich, der eine Vielzahl von über den Umfang des Rohrkörpers beabstandeten Einspritzdüsen zum Einspritzen eines flüssigen Zusatzes in den Strom aus geschmolzenem Kunststoff aufweist, einem zweiten Mischbereich sowie einer Spitze, dadurch gekennzeichnet , daß der Einspritzbereich (7) als zylindrische ringförmige Kammer (10) ausgebildet ist und dir· Einspritzdüsen (11) sich etwa bis zur Mitte der Kammer (10) erstrecken, und daß die Einspritzdüsen (11) darauf eingerichtet sind, durch eine Pumpe (13) der Reihe nach intermittierend betrieben zu werden.
2. 2. Kunststoffextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betreibende Pumpe (13) eine Kolbenpumpe ist und jeder ihrer Kolben mit einer entsprechenden Einspritzdüse (11) verbunden ist.
3. 3. Kunststoffextruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge geregelt wird durch Regeln der Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe (13), wodurch die Arbeitsfrequenz der Einspritzdüsen (11) verändert wird.

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