WO2003008175A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von kautschukmischungen - Google Patents

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    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16—Fillers

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous production of rubber mixtures by means of a twin-screw extruder and to an apparatus for carrying out the process.
  • the rubber In order to be able to meter continuously and to adhere to the specified recipe, the rubber must be in a meterable form, e.g. as powder, granules, etc.
  • the material is usually fed cold into the twin-screw extruder.
  • a large part of the drive torque then only needs to warm up the rubber mixture of e.g. 20 ° C to 100 ° C can be used.
  • you go z. B. from about 0.2 kWh / kg of specific drive energy, which is required to compound a conventional rubber mixture.
  • the plant outlay and thus the costs should also be kept low.
  • Dissolved 'this object is characterized in that the twin-screw extruder is fed to a pre-plasticised rubber mixture having a predeterminable temperature and a predeterminable flow rate. Bale rubber cut into strips can also be used as the input material.
  • the advantage of the method according to the invention is that the energy necessary for plasticizing the rubber mixture no longer has to be applied in or with the twin-screw extruder.
  • bale rubber can be used which has only been split into relatively thick strips beforehand using a rubber splitter which is usually present: ie the rubber does not have to be treated with a release agent; or there is no need to use expensive rubber in powder or granule form.
  • a rubber splitter which is usually present: ie the rubber does not have to be treated with a release agent; or there is no need to use expensive rubber in powder or granule form.
  • other forms of raw materials such as powder, granules or strips can also be used.
  • a constant volume flow (i.e. with constant density and constant mass flow) can be fed to the twin-screw extruder, which corresponds to the requirement of the recipe.
  • the temperature of the plasticized rubber can be varied within a wide control range by changing the extruder speed at a given pump speed, i.e. the plasticizing performance is taken over by the extruder gear pump combination, so that the required performance is again available to the twin-screw extruder. Compared to previous practice, this means higher throughput at constant speed or the same throughput at lower speed.
  • a chemical reaction must also be carried out. This takes place, for example, at 140 ° C.
  • this melt temperature can be applied by the short extruder. The residence time of the mass in the twin-screw extruder can thus be complete at the reaction temperature.
  • Another advantage is that the overall length of the twin-screw extruder can be shorter by the warm-up length.
  • Fig.1 schematically shows the structure of the device and Fig.2 the short screw extruder with the connected gear pump.
  • the twin-screw extruder 2 shown in FIG. 1 has a conventional drive 1.
  • a gear pump 3 is connected to the inlet of the twin-screw extruder and is connected to a short-screw extruder 5. The space between the snails of the
  • the twin screw extruder and the gear pump are kept as low as possible, i.e. the outer diameter of the toothing of the gear pump is very small
  • the drive for the gear pump is labeled 4 and that for the short screw extruder is labeled 6.
  • the section AA is shown enlarged in FIG. 2, from which the combination gear pump 3 and short screw extruder 5 can be seen. With 7 the feed hopper for the short screw extruder 5 is designated.
  • the short screw extruder 5 is fed through the hopper 7 with a rubber mixture cut into strips.
  • the plasification of the material takes place in the short screw extruder, whereby on the one hand the interaction of the extruder and the gear pump and on the other hand their independent mode of operation allows the temperature of the plasticized rubber to be influenced within a wide control range before it is transferred to the twin-screw extruder.
  • the rubber mass set in this way is then extruded in a known manner by the twin-screw extruder with the addition of the other components of the mixture, e.g. Soot, oil mixed.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders, wobei dem Doppelschneckenextruder plastifizierter Kautschuk mit vorgebbarer Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom zugeführt wird. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Anlageteile: einem Kurzschneckenextruder (5), der mit einem Einlass (7) für das zu extrudierende Material versehen ist, einer Zahnradpumpe (3), die einlassseitig mit dem Kurzschneckenextruder (5) verbuden ist und deren Auslass direkt an die Einlassseite des Doppelschneckenextruders (2) angeschlossen ist, sowie getrennt regelbare Antriebe (4; 6) für die Zahnrapumpe (3) und den Kurzschneckenextruder (5).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bisher werden Kautschukmischungen fast ausschließlich diskontinuierlich in sogenannten Innenmischern hergestellt. Eine kontinuierliche Herstellung - wie in der Kunststoffindustrie sonst üblich - hätte qualitative und kostenmäßige Vorteile.
Versuche, auch Kautschukmischungen kontinuierlich auf Doppelschneckenextrudem zu compoundieren, sind seit längerer Zeit bekannt (DE-Z. Gummi Fasern Kunststoffe, Capelle, G. "Kont. Herstellung von Kautschukmschungen auf Zweischnecken-Extrudern", 49 (1996) 6, Seiten 470-473; DE-Z. Kautschuk Gummi Kunststoffe, Uphus, Skibba, Schuster "Cont. Mixing of Powder Rubber on the Twin Screw Extruder" ; 4/2000; DE 40 39 943).
Entscheidende Probleme hierbei sind-
- um kontinuierlich dosieren zu können und die vorgegebene Rezeptur einzuhalten, muss der Kautschuk in einer dosierfähigen Form vorliegen, also z.B. als Pulver, Granulat usw.
- Dies bedeutet üblicherweise einen teuren Aufbereitungsschritt (Mahlen des Ballenkautschuks und Trennen der Körner oder andere Aufbereitungsverfahren wie z.B. Pulverkautschukherstellung, Gasphasen-EPDM)
Für die Dosierung selbst muss ein verhältnismäßig teures Dosiersystem verwendet werden.
- Bei weitem nicht alle Kautschuktypen und ggf. in Kombination mit Ruß oder Kieselsäure als Füllstoff können in dieser Form angeboten werden.
Ein weiteres, sehr wesentliches Problem besteht darin, dass durch die im Vergleich zu Kuπststoffschmelzen wesentlich höheren Viskositäten durch innere Reibung (Dissipation) viel Wärme erzeugt wird, die die Mischung schädigen kann. Aus diesem Grund muß die Drehzahl und damit der Durchsatz der Anlage klein gehalten werden. Dies bedeutet wirtschaftliche Nachteile. - Bei kleinen Drehzahlen ist aber auch bald die Grenze des verfügbaren Drehmomentes erreicht.
In der Praxis wird das Material üblicherweise kalt in den Doppelschneckenextruder gefüttert. Ein großer Teil des Antriebsdrehmomentes muss dann nur zum Aufwärmen der Kautschukmischung von z.B. 20°C auf 100°C vebraucht werden. In den üblichen Innenmischern geht man z. B. von ca. 0,2 kWh/kg an spezifischer Antriebsenergie aus, die benötigt wird eine übliche Kautschukmischung zu compoundieren. Bei einer angenommenen, durchschnittlichen spezifischen Wärmekapazität von 2000 J/(kg K) für den Kautschuk braucht man allein für das Aufwärmen (Plastifizieren) ca. 0.0444 kWh/kg bzw. ca. 22%. Bei vorgegebener Drehzahl heißt dies auch ca. 22% des verfügbaren Drehmomentes.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zu schaffen, mit dem Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders mit vergleichsweise geringem Energieaufwand kontinuierlich gemischt werden können. Außerdem sollen auch der Anlagenaufwand und damit die Kosten gering gehalten werden.
Gelöst' wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass dem Doppelschneckenextruder eine bereits plastifizierte Kautschukmischung mit vorgebbarer Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom zugeführt wird. Als Einsatzmaterial kann dabei auch in Streifen geschnittener Ballenkautschuk verwendet werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass im bzw. mit dem Doppelschneckenextruder nicht mehr die zum Plastifizieren der Kautschukmischung notwendige Energie aufgebracht werden muss.
Anlagenmäßig eignet sich hierzu die Kombination eines Kurzschneckenextruders mit einer angeschlossenen Zahnradpumpe, die dann ihrerseits an den Eingang des Doppelschneckenextruders angeschlossen ist.
Hierdurch ergeben sich gleich mehrere Vorteile: Es kann konventioneller Ballenkautschuk verwendet werden, der nur vorher über eine üblicherweise vorhandenen Kautschukspalter in relativ dicke Streifen gespaltet wurde: d.h. der Kautschuk muss nicht mit Trennmittel behandelt werden; bzw. es muss kein teurer Kautschuk in Pulver - oder Granulatform benutzt werden. Selbstverständlich können aber auch andere Rohstoffformen wie Pulver, Granulat oder Streifen benutzt werden.
Durch die mehr oder weniger von Gegendruck unabhängige volumetrische Betriebsweise der Zahnradpumpe kann dem Doppeischneckenextruder ein konstanter Volumenstrom (d.h. bei konstanter Dichte auch konstanter Massestrom) zugeführt werden, der der Forderung der Rezeptur entspricht.
Durch die voneinander unabhängige Betriebsweise des Kurzextruders und der Zahnradpumpe kann die Temperatur des.plastifizierten Kautschuks in einem weiten Regelbereich durch Ändern der Extruderdrehzahl bei vorgegebener Purnpendrehzahl variiert werden, d.h. die Plastifizierleistung wird durch die Extruder Zahnradpumpen- Kombination übernommen, so dass die hierfür erforderliche Leistung wieder dem Doppeischneckenextruder zur Verfügung steht. Dies bedeutet gegenüber der bisherigen Praxis, höherer Durchsatz bei konstanter Drehzahl oder gleicher Durchsatz bei niedrigerer Drehzahl.
' Bei einigen Anwendungen, wie z.B. dem Silanisieren von Kieselsäure-haltigen Mischungen, muss auch eine chemische Reaktion durchgeführt werden. Diese findet beispielsweise bei 140°C statt. Diese Massetemperatur kann erfindungsgemäß durch den Kurzextruder aufgebracht werden. Die Verweilzeit der Masse im Doppeischneckenextruder kann damit komplett bei Reaktionstemperatur sein.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Baulänge des Doppelschneckenextruders um die Aufwärmlänge kürzer sein kann.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dabei zeigt:
Fig.1 schematisch den Aufbau der Vorrichtung und Fig.2 den Kurzschneckenextruder mit der angeschlossenen Zahnradpumpe.
Der in der Figur 1 gezeigte Doppeischneckenextruder 2 weist einen üblichen Antrieb 1 auf.
Nicht dargestellt ist in der Zeichnung die Ausgestaltung des vorderen Bereiches des
Doppelschneckenextruders mit dem Extruderkopf, da es sich hierbei um übliche Bauelemente handelt.
An den Einlass des Doppelschneckenextruders ist eine Zahnradpumpe 3 angeschlossen, die mit einem Kurzschneckenextruder 5 verbunden ist. Der Raum zwischen den Schnecken des
Doppelschneckenextruders und der Zahnradpumpe ist dabei so gering wie möglich gehalten, d.h. der Außendurchmesser der Verzanung der Zahnradpumpe befindet sich in sehr geringem
Abstand von der Außenverzahnung der Schnecken des Doppelschneckenextruders. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Mischungswechsel der Reinigungsaufwand erheblich verringert ist.
Der Antrieb für die Zahnradpumpe ist mit 4 und der für den Kurzschneckenextruder mit 6 bezeichnet.
In der Figur 2 ist vergrößert der Schnitt AA dargestellt, wobei hieraus die Kombination Zahnradpumpe 3 und Kurzschneckenextruder 5 zu ersehen ist. Mit 7 ist der Füttertrichter für den Kurzschneckenextruder 5 bezeichnet.
Wie vorher bereits beschrieben, wird der Kurzschneckenextruder 5 durch den Trichter 7 mit einer in Streifen geschnittenen Kautschukmischung gefüttert. Im Kurzschneckenextruder erfolgt die Plästifizierung des Materials, wobei einerseits durch das Zusammenwirken von Extruder und Zahnradpumpe andererseits durch deren voneinander unabhängige Betriebsweise die Temperatur des plastifzierten Kautschuks vor der Übergabe an den Doppeischneckenextruder in einem weiten Regelbereich beeinflussbar ist. Die auf diese Weise eingestellte Kautschukmasse wird dann vom Doppeischneckenextruder in bekannter Weise unter Zugabe der sonstigen Mischungsbestandteile wie z.B. Russ, Öl gemischt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kautschukmischungen mittels eines Doppelschneckenextruders, dadurch gekennzeichnet, dass dem Doppeischneckenextruder plastifizierter Kautschuk mit vorgebbarer
Temperatur und vorgebbarem Volumenstrom zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial in Streifen geschnittenen Ballenkautschuk verwendet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Anlageteile:
einem Kurzschneckenextruder (5), der mit einem Einlass (7) für das zu extrudierende
Material versehen ist, einer Zahnradpumpe (3), die einlassseitig mit dem Kurzschneckenextruder (5) verbunden ist und deren Auslass direkt an die Einlassseite des
Doppelschneckenextruders (2) angeschlossen ist, sowie getrennt regelbare Antriebe (4;6) für die Zahnradpumpe (3) und den
Kurzschneckenextruder (5).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der Zahnradpumpe (3) derart nahe dem Einlass des Doppelschneckenextruders (2) angeordnet ist, dass sich der Außendurchmesser der Verzahnung der Zahnradpumpe in geringem Abstand von der Außenverzahnung der Schnecken des Doppelschneckenextruders befindet.
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