WO2019174986A1 - Method and device for extruding fine polymer particles - Google Patents

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WO2019174986A1
WO2019174986A1 PCT/EP2019/055533 EP2019055533W WO2019174986A1 WO 2019174986 A1 WO2019174986 A1 WO 2019174986A1 EP 2019055533 W EP2019055533 W EP 2019055533W WO 2019174986 A1 WO2019174986 A1 WO 2019174986A1
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Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
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    • B29K2995/0051—Oriented mono-axially

Definitions

  • the invention relates to a method for extruding the finest polymer particles according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 7.
  • ultrafine polymer particles in the form of powder are increasingly needed.
  • the preparation of the polymer particles can be carried out by grinding a coarse-grained granules or by direct granulation in an extrusion process. Previously, such microgranulations were only suitable for producing larger polymer particles in the range of above 500 .mu.m.
  • the production of finest polymer particles is industrially still produced by grinding plastics. However, recent studies have shown that fine polymer particles ⁇ 500 pm can also be produced directly by extrusion of a melt.
  • US Pat. No. 9,321,207 B2 discloses a method and a device for extruding the finest polymer particles, in which a polymer melt is pressed under an overpressure through at least one capillary having a nozzle opening. At the nozzle opening of the capillary, a hot process air is directed directly onto an extrudate emerging from the nozzle opening and thereby divided into polymer particles. Thus, polymer particles in the range of 65 pm to 400 pm could be generated. However, it was observed that the polymer particles varied in size. For the further processing of such polymer particles, however, the greatest possible uniform size is desired. It is therefore an object of the invention to improve the generic method and the generic device for extruding the finest polymer particles such that the polymer particles are produced with the most uniform particle size.
  • Another object of the invention is to ensure the reproducibility of the preparation of polymer particles in the generic method and the generic device.
  • the invention has recognized that the melt flowability of the polymer melt and the formation of the capillary together significantly influence the behavior for breaking the extrudate.
  • the melt flowability of a polymer melt gives an indication of the degree of polymerization or reference to the chain length of the molecular structure.
  • the capillary for guiding the polymer melt requires a residence time during which orientation of the molecular chains takes place.
  • the length of the capillary and the melt flowability have a significant influence on the state in which the extrudate exits at the nozzle opening when the process air acts.
  • the polymer melt is therefore mixed according to the invention with a melt flowability, which corresponds to an MFI (melt flow index) in the range of 2 g / lOmin to 20 g / lOmin, and through the capillary having a mean inner diameter d and a length in the range of 0.8 d to 15 d pressed.
  • MFI melt flow index
  • the MFI value which is determined according to DIN EN ISO 1133, indicates the mass of molten polymer which has been released by a standardized nozzle for 10 minutes at a certain temperature and under a certain force acting on the melt - presses.
  • the MFI value is thus a technological parameter dependent on agreed test conditions for the estimation of the flow behavior of the polymer melt.
  • the range of 2 g / 10 min to 20 g / min corresponds to a readily flowing extrusion mass, as used for example in injection molding.
  • the capillary for guiding the polymer melt can be slightly conical in this case.
  • the method variant has proved successful in which the polymer melt is forced through the cylindrically shaped capillary with a round nozzle opening and wherein a diameter of the nozzle opening is equal to the mean inner diameter of the capillary.
  • the cylindrically shaped capillary also favors the alignment of the molecular chains within the polymer melt.
  • the process variant in which the polymer melt is supplied to the capillary via a melt channel and in which the capillary emits off-center in the melt channel has proven particularly useful.
  • the irregularities formed in the melt guide promote a separation behavior of the extrudate.
  • the device according to the invention is designed in such a way that the capillary and the melt channel form an eccentricity in the range from 0.1 mm to 2 mm off-center. This asymmetric deflection of the polymer melt during the transition from the melt channel into the capillary promotes a separation behavior of the extrudate during the production of the particles. In this case, this effect can be further improved by the melt channel is limited at the end to the capillary through a flat bottom.
  • the process air is an essential parameter which is generated directly below the nozzle opening with a defined air stagnation.
  • the process variant is preferably carried out, in which the process air is generated by at least one air gap with a gap opening in the range of 0.5 mm to 3 mm and directed with a flow angle in the range of 30 ° to 45 ° to the extrudate.
  • the gap opening depends essentially on the order of magnitude of the polymer particles to be produced.
  • the device according to the invention is embodied such that the air gap is delimited by opposite channel walls, which in each case form a flow angle in the range of 30 ° to 45 ° relative to a central axis of the capillary.
  • the gap opening is in the range of 0.5 mm to 3 mm.
  • the airflow of the process air can differ in different ways. Licher way to be executed. Thus it is possible to direct the process air from two long sides to the extrudate. Alternatively, however, the method variant is preferred in which the process air is directed radially flushing onto the extrudate, so that an all-sided loading of the extrudate occurs.
  • the device according to the invention has an air gap circulating radially around the capillary or an air gap formed mirror-symmetrically opposite the capillary.
  • the polymer melt In order to produce a high number of polymer particles, it is necessary that the polymer melt be passed through a plurality of capillaries and extruded through orifices. In this case, however, it has been found that the density of the capillary or the density of the nozzle openings must include certain minimum distances between the nozzle openings so as not to interfere with the air flows. The polymer melt is therefore forced through a plurality of capillaries formed side by side whose nozzle openings have a center distance of at least 5 mm. This avoids mutual interference when dividing the extrudate.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are thus particularly suitable for producing the finest polymer particles of uniform size in the range of ⁇ 500 ⁇ m.
  • FIG. 1 shows schematically a cross-sectional view of a first embodiment of the device according to the invention for extruding fine polymer particles
  • FIG. 2 shows schematically an enlarged detail of the embodiment of FIG. 1
  • FIG 3 shows schematically a section of a further embodiment of a device according to the invention for extruding the finest polymer particles
  • FIG. 4.2 schematically shows several views of a further embodiment of the device according to the invention for extruding fine polymer particles
  • FIG. 1 shows schematically a first embodiment of the device according to the invention for extruding the finest polymer particles, with which the method according to the invention can be carried out.
  • Fig. 1 shows only the essential components of the device, which are essential for extruding and producing the polymer particles.
  • the embodiment has a plate-shaped housing 1.
  • the housing 1 is composed of an inlet plate 1.1, a middle distribution plate 1.2 and a lower nozzle plate 1.3.
  • the plates 1.1 to 1.3 are pressure-tightly connected to each other.
  • the upper inlet plate 1.1 has a melt inlet 2, through which a polymer melt is introduced under pressure.
  • the melt inlet 2 is connected to an inner distribution chamber 3.
  • the distribution chamber 3 extends between the inlet plate 1.1 and the distribution plate 1.2.
  • the distribution plate 1.2 has a plurality of continuous distribution openings 6.1 to 6.3. At the bottom of the distribution plate 1.2 more melt nozzles 5.1 to 5.3 are held. The melt nozzles 5.1 to 5.3 are held for this purpose with an upper end in the distribution openings 6.1 to 6.3.
  • the connection between the melt nozzles 5.1 to 5.3 and the distribution openings 6.1 to 6.3 can be carried out here by a press connection or a screw connection.
  • melt nozzles 5.1 to 5.3 are held cantilevered on the distribution plate 1.2 and protrude with a free end into a respective nozzle receiving opening 11.1 to 11.2 of the lower nozzle plate 1.3.
  • the nozzle plate 1.3 has immediately below the distribution plate 1.2 an air chamber 10, which is penetrated by the melt nozzles 5.1 to 5.3.
  • the air chamber 10 extends between an underside of the distribution plate 1.2 and the nozzle receiving openings 11.1 to 11.3 and can be connected via an air channel 15 with a compressed air source.
  • the air channel 15 penetrates the distribution plate 1.2 and the inlet plate 1.1 to the upper side of the inlet plate 1.1.
  • the nozzle receiving openings 11.1 to 11.3 continue. sen an opening cross-section which is larger than the projecting melt nozzles 5.1 to 5.3.
  • an air supply channel 16 forms over the outer circumference of the melt nozzles 5.1 to 5.3.
  • the air supply channels 16 are connected to the air chamber 10.
  • an air gap 12 is formed in each case between the air supply channels 16 and a free end of the melt nozzles 5.1 to 5.3.
  • the melt nozzles 5.1 to 5.3 and the air gap 12 is taken in addition to the Fig. 2 reference.
  • FIG. 2 shows an underside 14 of the nozzle plate 1.3 in the region of one of the melt nozzles 5.1.
  • the melt nozzles 5.1 to 5.3 are of identical design, and in this case have a melt channel 7 in the upper region, which opens into the distribution opening 6.1 to 6.3 and is connected to the distribution chamber 3 via the latter.
  • a capillary 8 is formed, which penetrates the melt nozzle 5.1 to a lower side and forms a nozzle opening 9.
  • the capillary 8 has a mean diameter, which is indicated in FIG. 2 by the reference numeral d.
  • the length of the capillary 8 is indicated by the reference L.
  • the nozzle opening 9 at the end of the capillary 8 has an opening cross section which is marked D.
  • the capillary 8 is designed with a mean inner diameter in the range of 0.15 mm to 1.5 mm.
  • the size of the mean inner diameter d of the capillary 8 depends on the particle size of the polymer particles to be produced in each case.
  • the length L of the capillary 8 is selected as a function of the mean inner diameter d of the capillary 8.
  • the capillary 8 is slightly conical with an increasingly narrowing cross-section.
  • the nozzle opening 9 has a diameter D which is smaller than the mean inner diameter d of the capillary 8.
  • the capillary 8 is cylindrical.
  • the diameter D of the nozzle opening 9 would be the same size as the inner diameter d of the capillary 8.
  • the air gap 12 is formed.
  • an upper channel wall 13.1 is formed on the melt nozzle 5.1 and a lower channel wall 13.2 is formed on the nozzle receiving opening 11.1 which delimit the air gap 12 and open into the air supply channel 16.
  • an angle ⁇ is formed between a central axis of the capillary 8 and the upper channel wall 13.1.
  • the angle ⁇ in this case has a size in the range of 30 ° to 45 °.
  • the opposite channel wall 13.2 includes with the central axis of the capillary 8 at an angle a, which is also carried out in the range of 30 ° to 45 °. In the embodiment shown in FIG.
  • the air gap 12 has at its narrowest point a gap height, which is marked in FIG. 2 with the letter s.
  • the gap height s is in a range of 0.5 mm to 3 mm.
  • the air gap 12 is executed over the entire circumference of the melt nozzle 5.1. Depending on the shape, the gap height s over the entire To catch the melt nozzle 5.1 may be made equal or within a size range of different sizes.
  • the air flow generated by the air gap 12 thus impinges radially on all sides on an extrudate of the nozzle opening 9. The extrudate is lapped by the process air.
  • the melt nozzle 5.1 extends to just before the underside 14 of the nozzle plate 1.3.
  • the offset between the end of the melt nozzle 5.1 and the bottom 14 of the nozzle plate 1.3 is marked in Fig. 2 with the letter a. Offset a provides another way to affect airflow to break the extrudate.
  • an offset a in the range from 0 to 1.5 mm could be selected.
  • the melt nozzles 5.1 to 5.3 are arranged at a predetermined distance from each other, so that sets a predetermined distance between the nozzle openings 9 at the bottom of the nozzle plate 1.3.
  • the distance between adjacent melt nozzles 5.1 to 5.3 is marked with the lower case letter b.
  • the distance b forms a center distance of the adjacent nozzle openings 9 of the melt nozzles 5.2 and 5.3.
  • a minimum of center distance between adjacent nozzle openings 9 must be maintained. In this case, taking into account the order of magnitude of the air gap 12, the minimum distance of> 5 mm is required in order to obtain uniform extrusion and production of the polymer particles at each of the melt nozzles 5.1 to 5.3.
  • the melt flow index MFI is determined according to the standard DIN EN ISO 1 133 and defines the mass of molten polymer which is forced through a standardized nozzle for 10 minutes at a certain temperature and under a certain force acting on the melt.
  • the range of the MFI value of 2 g / 10 min to 20 g / 10 min represents a readily flowing extrusion mass, as is customary, for example, in the injection molding of plastics.
  • highly flowing polymer melts having an MFI in the range of 450 g / 10 min to 2,000 g / 10 min. used.
  • the polymer melt is distributed after being fed into the distribution chamber 3 via the distribution openings 6.1 and 6.3 and reaches the melt nozzles 5.1 to 5.3.
  • the polymer melt is forced via the melt channel 7 into the respective capillary 8 and exits at the nozzle opening 9 as extrudate.
  • a stream of hot process air is directed onto the exiting extrudate in order to obtain a dispersion into the finest particles.
  • the process air is heated to a temperature in the range of 180 ° C to 350 ° C.
  • the Fuftströmung lies in a range of 10 to 36 m 3 / h per nozzle bore.
  • the geometric sizes The capillary 8 and the air gap 12 and the nozzle opening 9 are adjusted to the particular particle size to be produced.
  • a melt nozzle In order to favor the cutting of the extrudate, an alternative embodiment of a melt nozzle is shown in Fig. 3, as it would be used in the embodiment of FIG.
  • an eccentricity is formed between a capillary 8 and a melt channel 7.
  • the melt channel 7 has a flat bottom 17 in relation to the capillary 8. This results in different flow and viscosity ratios, which favor the breaking up of the molecular chains in the extrudate and thus the formation of the polymer particles.
  • the capillary 8 is cylindrical.
  • the nozzle opening 9 is executed with a round outlet cross-section D equal to the inner diameter d of the capillary 8.
  • the melt nozzle 5.1 protrudes with its free end out of the nozzle plate 1.3.
  • the underside 14 of the nozzle plate 1.3 thus stands back against the free end of the melt nozzle 5.1.
  • This offset is marked in this embodiment with the lower case letter r.
  • the return offset r of the nozzle plate 1.3 with respect to the melt nozzle 5.1 is in the range of 0 to 1.5 mm.
  • the air flow that passes from the air gap 12 is first passed to the top of the melt nozzle 5.1.
  • This embodiment is particularly favorable for producing very fine particles.
  • the air gap 12 surrounds the entire circumference of the melt nozzle 5.1, so that the extrudate is completely surrounded by the air flow process air when leaving the nozzle opening 9.
  • the air flow over the entire circumference of the extrudate acts evenly.
  • FIGS. 4.1 and 4.2 a further exemplary embodiment of a device according to the invention for extruding fine polymer particles is shown in several views in FIGS. 4.1 and 4.2.
  • the Ausumngsbei- game is shown in Fig. 4.1 in a longitudinal sectional view and in Fig. 4.2 in a cross-sectional view schematically. Again, only the essential for extruding the polymer melt components are shown. The following description applies to both figures insofar as no explicit reference is made to one of the figures.
  • the housing 1 is likewise embodied plate-shaped, wherein an inlet plate 1.1 and a lower nozzle plate 1.3 enclose a middle melt nozzle plate 1.4.
  • the melt nozzle plate 1.4 has a plurality of spaced-apart capillary 8, which each open into an upper melt channel 7.
  • the melt channels 7 of the melt nozzle plate 1.4 are connected to a distribution chamber 3, which extends between the inlet plate 1.1 and the melt nozzle plate 1.4.
  • the distribution chamber 3 is connected via a melt inlet 2 with a melt source.
  • the melt nozzle plate 1.4 is inclined relative to the nozzle plate 1.3 and forms, together with the nozzle plate 1.3 two mirror-image visually opposite air gaps 12.1 and 12.2.
  • the air gaps 12.1 and 12.2 formed on both longitudinal sides of the capillary 8 extend over the longitudinal side in such a way that a process air can be supplied to both sides of each nozzle opening 9 formed by the capillary 8.
  • the process air is supplied to both longitudinal sides through the air channels 15.1 and 15.2.
  • the air ducts 15.1 and 15.2 penetrate the inlet plate 1.1 and strike an air chamber 10.1 or 10.2.
  • the air chambers 10.1 and 10.2 are formed between the melt nozzle plate 1.4 and the nozzle plate 1.3. From the air chambers 10.1 and 10.2, the process air is supplied via the air supply channels 16.1 and 16.2 the air gaps 12.1 and 12.2.
  • a distance is provided in each case between the capillaries 8 and in particular the nozzle openings 9 on the underside of the melt nozzle plate 1.4.
  • a center distance between adjacent nozzle openings 9 in FIG. 4.1 is indicated by a lowercase letter b.
  • the center distance b between adjacent nozzle openings 9 has a minimum dimension of 5 mm. This ensures that no mutual influencing of the air flows acting on one of the extrudates takes place. In that regard, a uniform fragmentation of the extrudate and thus a uniform particle size are achieved.
  • additional devices for filtering the melt, for distributing the melt and for tempering the melt and the process air may additionally be present. In the illustration of the embodiment, only the components relevant to the invention are shown.

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Abstract

The invention relates to a method and to a device for extruding fine polymer particles. A polymer melt is pressed under an overpressure through at least one capillary with a nozzle opening. A hot process air is directed onto the produced extrudate in order to divide the extrudate into a plurality of polymer particles. In order to produce a particle size which is as uniform as possible, according to the invention the polymer melt is supplied with a melt flow capability which corresponds to an MFI in the range of 2g/10min to 20g/10min and is guided through a capillary having an average internal diameter (d) and a length in the range of 0.8d to 15d.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel  Method and device for extruding the finest polymer particles
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrudieren feinster Polymerpar- tikel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. The invention relates to a method for extruding the finest polymer particles according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 7.
Bei der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen beispielsweise im 3D-Druckverfahren oder dem klassischen Rotationsgussverfahren werden zunehmend feinste Polymerpartikel in Form von Pulver benötigt. Die Her- Stellung der Polymerpartikel kann dabei durch ein Vermahlen eines grob- körnigen Granulates oder durch eine direkte Granulierung in einem Extru- sionsprozess erfolgen. Bisher waren derartige Microgranulierungen nur ge- eignet, um größere Polymerpartikel im Bereich von oberhalb 500 pm her- zustellen. Die Herstellung feinster Polymerpartikel wird industriell nach wie vor durch ein Vermahlen von Kunststoffen erzeugt. Neueste Untersu- chungen haben jedoch gezeigt, dass feine Polymerpartikel <500 pm auch direkt durch eine Extrusion einer Schmelze herstellbar sind. In the production and processing of plastics, for example in the 3D printing process or the classical rotational casting process, ultrafine polymer particles in the form of powder are increasingly needed. The preparation of the polymer particles can be carried out by grinding a coarse-grained granules or by direct granulation in an extrusion process. Previously, such microgranulations were only suitable for producing larger polymer particles in the range of above 500 .mu.m. The production of finest polymer particles is industrially still produced by grinding plastics. However, recent studies have shown that fine polymer particles <500 pm can also be produced directly by extrusion of a melt.
So sind aus der US 9,321,207 B2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel bekannt, bei welchem eine Polymer- schmelze unter einem Überdruck durch zumindest eine Kapillare mit einer Düsenöffnung gepresst wird. An der Düsenöffnung der Kapillare wird eine heiße Prozessluft unmittelbar auf ein aus der Düsenöffnung austretendes Extrudat gerichtet und dabei zu den Polymerpartikeln zerteilt. So konnten Polymerpartikel im Bereich von 65 pm bis 400 pm erzeugt werden. Aller- dings wurde beobachtet, dass die Polymerpartikel in ihrer Größe variierten. Für die Weiterverarbeitung derartiger Polymerpartikel ist jedoch eine mög- lichst gleichmäßige Größe gewünscht. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren sowie die gattungsgemäße Vorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel derart zu verbessern, dass die Polymerpartikel mit möglichst gleichmäßiger Partikelgröße herstellbar sind. For example, US Pat. No. 9,321,207 B2 discloses a method and a device for extruding the finest polymer particles, in which a polymer melt is pressed under an overpressure through at least one capillary having a nozzle opening. At the nozzle opening of the capillary, a hot process air is directed directly onto an extrudate emerging from the nozzle opening and thereby divided into polymer particles. Thus, polymer particles in the range of 65 pm to 400 pm could be generated. However, it was observed that the polymer particles varied in size. For the further processing of such polymer particles, however, the greatest possible uniform size is desired. It is therefore an object of the invention to improve the generic method and the generic device for extruding the finest polymer particles such that the polymer particles are produced with the most uniform particle size.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Reproduzierbarkeit der Her- stellung von Polymerpartikeln bei dem gattungsgemäßen Verfahren und der gattungsgemäßen Vorrichtung zu gewährleisten. Another object of the invention is to ensure the reproducibility of the preparation of polymer particles in the generic method and the generic device.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merk- malen nach Anspmch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert. This object is achieved according to the invention by a method having the features according to claim 1 and by a device having the features according to claim 7. Advantageous developments of the invention are defined by the features and feature combinations of the respective subclaims.
Die Erfindung hat erkannt, dass die Schmelzfließfähigkeit der Polymer- schmelze sowie die Ausbildung der der Kapillare gemeinsam das Verhalten zum Zerteilen des Extrudats wesentlich beeinflussen. So gibt die Schmelz- fließfähigkeit einer Polymerschmelze einen Hinweis auf den Polymerisati- onsgrad bzw. Hinweis auf die Kettenlänge der Molekularstruktur. Die Ka- pillare zur Fühmng der Polymerschmelze bedingt in Abhängigkeit von der Fließfähigkeit der Schmelze eine Verweilzeit, während dessen eine Aus- richtung der Molekülketten erfolgt. Insoweit haben die Länge der Kapillare und die Schmelzfließfähigkeit einen wesentlichen Einfluss, in welchem Zu- stand das Extrudat an der Düsenöffnung austritt, wenn die Prozessluft ein- wirkt. Um eine hohe Gleichmäßigkeit beim Extrudieren der Polymerparti- kel zu erhalten, wird daher erfmdungsgemäß die Polymerschmelze mit ei- ner Schmelzfließfähigkeit zugeführt, die einen MFI (Melt-Flow-Index) im Bereich von 2 g/lOmin bis 20 g/lOmin entspricht, und durch die Kapillare mit einem mittleren Innendurchmesser d und einer Länge im Bereich von 0,8 d bis 15 d gedrückt. Der MFI-Wert, der nach DIN EN ISO 1133 ermit- telt wird, gibt diejenige Masse an schmelzflüssigen Polymer an, die wäh- rend 10 Minuten bei einer bestimmten Temperatur und unter einem be- stimmten auf die Schmelze wirkenden Kraft durch eine genormte Düse ge- drückt wird. Der MFI-Wert ist somit eine von vereinbarten Prüfbedingun- gen abhängige technologische Kenngröße zur Abschätzung des Fließverhal- tens der Polymerschmelze. Der Bereich von 2 g/10 min bis 20 g/min ent- spricht einer leicht fließenden Extrusionsmasse, wie sie beispielsweise beim Spritzguss verwendet wird. Die Kapillare zur Führung der Polymerschmel- ze kann dabei leicht konisch ausgebildet sein. Um symmetrische Polymerpartikel hersteilen zu können, hat sich jedoch die Verfahrensvariante bewährt, bei welcher die Polymerschmelze durch die zylindrisch ausgebildete Kapillare mit runder Düsenöffnung gedrückt wird und wobei ein Durchmesser der Düsenöffnung gleichgroß dem mittleren Innendurchmesser der Kapillare ist. Die zylindrisch ausgebildeten Kapillare begünstigt zudem das Ausrichten der Molekülketten innerhalb der Polymer- schmelze. The invention has recognized that the melt flowability of the polymer melt and the formation of the capillary together significantly influence the behavior for breaking the extrudate. Thus, the melt flowability of a polymer melt gives an indication of the degree of polymerization or reference to the chain length of the molecular structure. Depending on the flowability of the melt, the capillary for guiding the polymer melt requires a residence time during which orientation of the molecular chains takes place. In that regard, the length of the capillary and the melt flowability have a significant influence on the state in which the extrudate exits at the nozzle opening when the process air acts. In order to obtain a high degree of uniformity in the extrusion of the polymer particles, the polymer melt is therefore mixed according to the invention with a melt flowability, which corresponds to an MFI (melt flow index) in the range of 2 g / lOmin to 20 g / lOmin, and through the capillary having a mean inner diameter d and a length in the range of 0.8 d to 15 d pressed. The MFI value, which is determined according to DIN EN ISO 1133, indicates the mass of molten polymer which has been released by a standardized nozzle for 10 minutes at a certain temperature and under a certain force acting on the melt - presses. The MFI value is thus a technological parameter dependent on agreed test conditions for the estimation of the flow behavior of the polymer melt. The range of 2 g / 10 min to 20 g / min corresponds to a readily flowing extrusion mass, as used for example in injection molding. The capillary for guiding the polymer melt can be slightly conical in this case. In order to be able to produce symmetrical polymer particles, however, the method variant has proved successful in which the polymer melt is forced through the cylindrically shaped capillary with a round nozzle opening and wherein a diameter of the nozzle opening is equal to the mean inner diameter of the capillary. The cylindrically shaped capillary also favors the alignment of the molecular chains within the polymer melt.
Bei dem Einleiten der Polymerschmelze in die Kapillare hinein hat sich die Verfahrensvariante besonders bewährt, bei welcher die Polymerschmelze über einen Schmelzekanal der Kapillare zugeführt wird und wobei die Ka- pillare aussermittig in dem Schmelzekanal mündet. Die sich ausbildenden Unregelmäßigkeiten in der Schmelzeführung begünstigen ein Trennverhal- ten des Extrudats. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung ist hierzu derart ausgebildet, dass die Kapillare und der Schmelzekanal aussermittig eine Exzentrizität im Bereich von 0, 1 mm bis 2 mm bilden. Diese asymmetrische Umlenkung der Poly- merschmelze beim Übergang von dem Schmelzekanal in die Kapillare be- günstigt ein Trennverhalten des Extrudats bei der Erzeugung der Partikel. Hierbei lässt sich dieser Effekt noch dadurch verbessern, indem der Schmelzekanal am Ende zur Kapillare hin durch einen Flachboden begrenzt ist. When the polymer melt is introduced into the capillary, the process variant in which the polymer melt is supplied to the capillary via a melt channel and in which the capillary emits off-center in the melt channel has proven particularly useful. The irregularities formed in the melt guide promote a separation behavior of the extrudate. For this purpose, the device according to the invention is designed in such a way that the capillary and the melt channel form an eccentricity in the range from 0.1 mm to 2 mm off-center. This asymmetric deflection of the polymer melt during the transition from the melt channel into the capillary promotes a separation behavior of the extrudate during the production of the particles. In this case, this effect can be further improved by the melt channel is limited at the end to the capillary through a flat bottom.
Für das Zerteilen des Extrudats ist die Prozessluft ein wesentlicher Parame- ter, der unmittelbar unterhalb der Düsenöffnung mit einer definierten Luft- störmung erzeugt wird. Hierbei ist die Verfahrensvariante bevorzugt ausge- führt, bei welcher die Prozessluft durch zumindest einen Luftspalt mit einer Spaltöffnung im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm erzeugt und mit einem Strömungswinkel im Bereich von 30° bis 45° auf das Extrudat gerichtet wird. Die Spaltöffnung richtet sich hierbei im wesentlichen danach, in wel- cher Größenordnung die Polymerpartikel erzeugt werden sollen. For the cutting of the extrudate, the process air is an essential parameter which is generated directly below the nozzle opening with a defined air stagnation. In this case, the process variant is preferably carried out, in which the process air is generated by at least one air gap with a gap opening in the range of 0.5 mm to 3 mm and directed with a flow angle in the range of 30 ° to 45 ° to the extrudate. The gap opening depends essentially on the order of magnitude of the polymer particles to be produced.
Zur Erzeugung der Luftströmung ist die erfmdungsgemäße Vorrichtung derart ausgeführt, dass der Luftspalt sich durch gegenüberliegende Kanal- wände begrenzt, die gegenüber eine Mittelachse der Kapillare jeweils einen Strömungswinkel im Bereich von 30° bis 45° bilden. Hierbei besteht die Möglichkeit, einen zylindrischen oder konvergenten Luftspalt zu bilden. Die Spaltöffnung liegt dabei im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Bei einer konvergenten Anordnung der Kanalwände lässt sich eine zusätzliche Be- schleunigung der Prozessluft erzielen. In order to generate the air flow, the device according to the invention is embodied such that the air gap is delimited by opposite channel walls, which in each case form a flow angle in the range of 30 ° to 45 ° relative to a central axis of the capillary. In this case, it is possible to form a cylindrical or convergent air gap. The gap opening is in the range of 0.5 mm to 3 mm. With a convergent arrangement of the channel walls, an additional acceleration of the process air can be achieved.
Bei der Herstellung von den Polymerpartikeln kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Polymertyp die Luftführung der Prozessluft in unterschied- licher Art und Weise ausgeführt werden. So besteht die Möglichkeit, die Prozessluft von zwei Längsseiten auf das Extrudat zu richten. Alternativ wird jedoch die Verfahrensvariante bevorzugt, bei welcher die Prozessluft radial umspülend auf das Extrudat gerichtet ist, so dass eine allseitige Be- aufschlagung des Extrudats eintritt. In the production of the polymer particles, depending on the particular type of polymer, the airflow of the process air can differ in different ways. Licher way to be executed. Thus it is possible to direct the process air from two long sides to the extrudate. Alternatively, however, the method variant is preferred in which the process air is directed radially flushing onto the extrudate, so that an all-sided loading of the extrudate occurs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu einen zu Kapillare radial umlaufenden Luftspalt oder einen spiegelsymmetrisch gegenüberliegend zur Kapillare ausgebildeten Luftspalt auf. For this purpose, the device according to the invention has an air gap circulating radially around the capillary or an air gap formed mirror-symmetrically opposite the capillary.
Um eine hohe Anzahl von Polymerpartikeln zu erzeugen, ist es erforderlich, dass die Polymerschmelze durch eine Vielzahl von Kapillaren geführt und durch Düsenöffnungen extrudiert wird. Hierbei hat sich jedoch herausge- stellt, dass die Dichte der Kapillare bzw. die Dichte der Düsenöffnungen bestimmte Mindestabstände zwischen den Düsenöffnungen beinhalten muss, um keine gegenseitige Beeinflussung der Luftströmungen zu erhal- ten. Die Polymerschmelze wird daher durch mehrere nebeneinander ausge- bildete Kapillaren gedrückt, deren Düsenöffnungen einen Mittenabstand von mindestens 5 mm aufweisen. Damit wird eine gegenseitige Beeinflus- sung beim Zerteilen des Extrudats vermieden. In order to produce a high number of polymer particles, it is necessary that the polymer melt be passed through a plurality of capillaries and extruded through orifices. In this case, however, it has been found that the density of the capillary or the density of the nozzle openings must include certain minimum distances between the nozzle openings so as not to interfere with the air flows. The polymer melt is therefore forced through a plurality of capillaries formed side by side whose nozzle openings have a center distance of at least 5 mm. This avoids mutual interference when dividing the extrudate.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind somit besonders geeignet, um feinste Polymerpartikel mit gleichmäßi- ger Größe im Bereich von <500 pm herzustellen. The method according to the invention and the device according to the invention are thus particularly suitable for producing the finest polymer particles of uniform size in the range of <500 μm.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Extrudieren feinster Polymerparti- kelwird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfmdungs- gemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläu- tert. Es stellen dar: The method according to the invention for extruding the finest polymer particles will be explained in more detail below on the basis of some embodiments of the device according to the invention with reference to the attached figures. They show:
Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbei- spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren feins- ter Polymerpartikel 1 shows schematically a cross-sectional view of a first embodiment of the device according to the invention for extruding fine polymer particles
Fig. 2 schematisch ein vergrößerter Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1  2 shows schematically an enlarged detail of the embodiment of FIG. 1
Fig. 3 schematisch ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren feinster Po- lymerpartikel  3 shows schematically a section of a further embodiment of a device according to the invention for extruding the finest polymer particles
Fig. 4.1  Fig. 4.1
und and
Fig. 4.2 schematisch mehrere Ansichten eines weiteren Ausführungsbei- spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren feins- ter Polymerpartikel  FIG. 4.2 schematically shows several views of a further embodiment of the device according to the invention for extruding fine polymer particles
In der Fig. 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfmdungs- gemäßen Vorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel gezeigt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist. Hierbei zeigt die Fig. 1 nur die wesentlichen Bauteile der Vorrichtung, die zum Extrudieren und Erzeugen der Polymerpartikel wesentlich sind. 1 shows schematically a first embodiment of the device according to the invention for extruding the finest polymer particles, with which the method according to the invention can be carried out. Here, Fig. 1 shows only the essential components of the device, which are essential for extruding and producing the polymer particles.
So weist das Ausführungsbeispiel ein plattenförmiges Gehäuse 1 auf. Das Gehäuse 1 setzt sich aus einer Einlassplatte 1.1, einer mittleren Verteilplatte 1.2 und einer unteren Düsenplatte 1.3 zusammen. Die Platten 1.1 bis 1.3 sind druckdicht miteinander verbunden. Die obere Einlassplatte 1.1 weist einen Schmelzeeinlass 2 auf, durch wel- chen eine Polymerschmelze unter Druck eingeleitet wird. Der Schmelzeein- lass 2 ist mit einer inneren Verteilkammer 3 verbunden. Die Verteilkammer 3 erstreckt sich zwischen der Einlassplatte 1.1 und der Verteilplatte 1.2. Thus, the embodiment has a plate-shaped housing 1. The housing 1 is composed of an inlet plate 1.1, a middle distribution plate 1.2 and a lower nozzle plate 1.3. The plates 1.1 to 1.3 are pressure-tightly connected to each other. The upper inlet plate 1.1 has a melt inlet 2, through which a polymer melt is introduced under pressure. The melt inlet 2 is connected to an inner distribution chamber 3. The distribution chamber 3 extends between the inlet plate 1.1 and the distribution plate 1.2.
Die Verteilplatte 1.2 weist mehrere durchgehende Verteilöffnungen 6.1 bis 6.3 auf. An der Unterseite der Verteilplatte 1.2 sind mehrerer Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 gehalten. Die Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 sind hierzu mit einem oberen Ende in den Verteilöffnungen 6.1 bis 6.3 gehalten. Die Verbindung zwischen den Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 und den Verteilöffnungen 6.1 bis 6.3 kann hierbei durch eine Pressverbindung oder eine Schraubverbindung ausgeführt sein. The distribution plate 1.2 has a plurality of continuous distribution openings 6.1 to 6.3. At the bottom of the distribution plate 1.2 more melt nozzles 5.1 to 5.3 are held. The melt nozzles 5.1 to 5.3 are held for this purpose with an upper end in the distribution openings 6.1 to 6.3. The connection between the melt nozzles 5.1 to 5.3 and the distribution openings 6.1 to 6.3 can be carried out here by a press connection or a screw connection.
An dieser Stelle sei ausdrücklich vermerkt, dass die Anzahl der Schmelzdü- sen 5.1 bis 5.3 und die Anzahl der Verteilöffnungen 6.1 bis 6.3 beispielhaft ist. Grundsätzlich weisen derartige Vorrichtungen eine größere Anzahl von Schmelzdüsen auf. It should be noted at this point that the number of Schmelzdü- sen 5.1 to 5.3 and the number of distribution openings 6.1 to 6.3 is exemplary. Basically, such devices have a larger number of melt nozzles.
Die Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 sind auskragend an der Verteilplatte 1.2 ge- halten und ragen mit einem freien Ende in jeweils eine Düsenaufnahmeöff- nung 11.1 bis 11.2 der unteren Düsenplatte 1.3 hinein. The melt nozzles 5.1 to 5.3 are held cantilevered on the distribution plate 1.2 and protrude with a free end into a respective nozzle receiving opening 11.1 to 11.2 of the lower nozzle plate 1.3.
Die Düsenplatte 1.3 weist unmittelbar unterhalb der Verteilplatte 1.2 eine Luftkammer 10 auf, die von den Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 durchdrungen ist. Die Luftkammer 10 erstreckt sich zwischen einer Unterseite der Ver- teilplatte 1.2 und den Düsenaufnahmeöffnungen 11.1 bis 11.3 und läßt sich über einen Luftkanal 15 mit einer Druckluftquelle verbinden. Der Luftkanal 15 durchdringt die Verteilplatte 1.2 und die Einlassplatte 1.1 bis zur Ober- seite der Einlassplatte 1.1. Die Düsenaufnahmeöffnungen 11.1 bis 11.3 wei- sen einen Öffnungsquerschnitt auf, der größer ist als die hineinragenden Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3. Insoweit bildet sich über den Außenumfang der Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 jeweils ein Luftzufuhrkanal 16. Die Luftzufuhr- kanäle 16 sind mit der Luftkammer 10 verbunden. The nozzle plate 1.3 has immediately below the distribution plate 1.2 an air chamber 10, which is penetrated by the melt nozzles 5.1 to 5.3. The air chamber 10 extends between an underside of the distribution plate 1.2 and the nozzle receiving openings 11.1 to 11.3 and can be connected via an air channel 15 with a compressed air source. The air channel 15 penetrates the distribution plate 1.2 and the inlet plate 1.1 to the upper side of the inlet plate 1.1. The nozzle receiving openings 11.1 to 11.3 continue. sen an opening cross-section which is larger than the projecting melt nozzles 5.1 to 5.3. In that regard, an air supply channel 16 forms over the outer circumference of the melt nozzles 5.1 to 5.3. The air supply channels 16 are connected to the air chamber 10.
Im unteren Bereich der Düsenplatte 1.3 ist zwischen den Luftzufuhrkanälen 16 und einem freien Ende der Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 jeweils ein Luft- spalt 12 gebildet. Zur weiteren Erläuterung der Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 und des Luftspaltes 12 wird zusätzlich zu der Fig. 2 Bezug genommen. In the lower region of the nozzle plate 1.3, an air gap 12 is formed in each case between the air supply channels 16 and a free end of the melt nozzles 5.1 to 5.3. For further explanation of the melt nozzles 5.1 to 5.3 and the air gap 12 is taken in addition to the Fig. 2 reference.
In der Fig. 2 ist eine Unterseite 14 der Düsenplatte 1.3 im Bereich einer der Schmelzdüsen 5.1 dargestellt. FIG. 2 shows an underside 14 of the nozzle plate 1.3 in the region of one of the melt nozzles 5.1.
Die Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 sind identisch ausgeführt, und weisen hierbei im oberen Bereich einen Schmelzkanal 7 auf, der jeweils in die Verteilöff- nung 6.1 bis 6.3 mündet und darüber mit der Verteilkammer 3 verbunden ist. The melt nozzles 5.1 to 5.3 are of identical design, and in this case have a melt channel 7 in the upper region, which opens into the distribution opening 6.1 to 6.3 and is connected to the distribution chamber 3 via the latter.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist am geschlossenen Ende des Schmelzkanals 7 eine Kapillare 8 ausgebildet, die die Schmelzdüse 5.1 bis zu einer Unter- seite durchdringt und eine Düsenöffnung 9 bildet. Die Kapillare 8 weist einen mittleren Durchmesser auf, der in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen d gekennzeichnet ist. Die Länge der Kapillare 8 ist mit dem Bezugszeichen L gekennzeichnet. Die Düsenöffnung 9 am Ende der Kapillare 8 weist ei- nen Öffnungsquerschnitt auf, der mit D gekennzeichnet ist. Die Kapillare 8 ist mit einem mittleren Innendurchmesser im Bereich von 0,15 mm bis 1,5 mm ausgeführt. Die Größe des mittleren Innendurchmes- sers d der Kapillare 8 richtet sich hierbei nach der jeweils zu erzeugenden Partikelgröße der Polymerpartikel. Die Länge L der Kapillare 8 wird dabei in Abhängigkeit von dem mittleren Innendurchmesser d der Kapillare 8 gewählt. Die Länge der Kapillare 8 beträgt hierbei L=0,8xd bis 15xd. As shown in Fig. 2, at the closed end of the melt channel 7, a capillary 8 is formed, which penetrates the melt nozzle 5.1 to a lower side and forms a nozzle opening 9. The capillary 8 has a mean diameter, which is indicated in FIG. 2 by the reference numeral d. The length of the capillary 8 is indicated by the reference L. The nozzle opening 9 at the end of the capillary 8 has an opening cross section which is marked D. The capillary 8 is designed with a mean inner diameter in the range of 0.15 mm to 1.5 mm. The size of the mean inner diameter d of the capillary 8 depends on the particle size of the polymer particles to be produced in each case. The length L of the capillary 8 is selected as a function of the mean inner diameter d of the capillary 8. The length of the capillary 8 is L = 0.8xd to 15xd.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kapillare 8 leicht konisch mit einem zunehmend verengenden Querschnitt ausgeführt. Insoweit besitzt die Düsenöffnung 9 einen Durchmesser D der kleiner dem mittleren Innendurchmesser d der Kapillare 8 ist. Grundsätzlich besteht je- doch auch die Möglichkeit, dass die Kapillare 8 zylindrisch ausgeführt ist. In dem Fall wäre der Durchmesser D der Düsenöffnung 9 gleichgroß dem Innendurchmesser d der Kapillare 8 ausgebildet. In the embodiment shown in Fig. 2, the capillary 8 is slightly conical with an increasingly narrowing cross-section. In that regard, the nozzle opening 9 has a diameter D which is smaller than the mean inner diameter d of the capillary 8. In principle, however, there is also the possibility that the capillary 8 is cylindrical. In that case, the diameter D of the nozzle opening 9 would be the same size as the inner diameter d of the capillary 8.
Am freien Ende der Schmelzdüse 5.1 und der Düsenaufnahmeöffnung 1 1.1 ist der Luftspalt 12 gebildet. Hierzu ist an der Schmelzdüse 5.1 eine obere Kanalwand 13.1 und an der Düsenaufnahmeöffnung 11.1 ein untere Kanal- wand 13.2 gebildet, die den Luftspalt 12 begrenzen und in den Luftzufuhr- kanal 16 münden. Zur Erzeugung einer gerichteten Luftströmung ist zwi- schen einer Mittelachse der Kapillare 8 und der oberen Kanalwand 13.1 ein Winkle ß gebildet. Der Winkel ß weist hierbei eine Größe im Bereich von 30° bis 45° auf. Die gegenüberliegende Kanalwand 13.2 schließt mit der Mittelachse der Kapillare 8 einen Winkel a ein, der ebenfalls im Bereich von 30° bis 45° ausgeführt ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel sind die Winkel a und ß derart unterschiedlich, um einen konvergenten Luftspalt 12 zu bilden. Der Luftspalt 12 weist an seiner engs- ten Stelle eine Spalthöhe auf, die in Fig. 2 mit dem Buchstaben s gekenn- zeichnet ist. Die Spalthöhe s liegt in einem Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Der Luftspalt 12 ist über dem gesamten Umfang der Schmelzdüse 5.1 aus- geführt. Je nach Formgebung kann die Spalthöhe s über dem gesamten Um fang der Schmelzdüse 5.1 gleichgroß oder innerhalb eines Größenbereiches unterschiedlich groß ausgeführt sein. Der durch den Luftspalt 12 erzeugte Luftstrom trifft somit radial von allen Seiten auf ein Extrudat der Düsenöff- nung 9 auf. Das Extrudat ist von der Prozessluft umspült. At the free end of the melt nozzle 5.1 and the nozzle receiving opening 1 1.1, the air gap 12 is formed. For this purpose, an upper channel wall 13.1 is formed on the melt nozzle 5.1 and a lower channel wall 13.2 is formed on the nozzle receiving opening 11.1 which delimit the air gap 12 and open into the air supply channel 16. To generate a directed air flow, an angle β is formed between a central axis of the capillary 8 and the upper channel wall 13.1. The angle β in this case has a size in the range of 30 ° to 45 °. The opposite channel wall 13.2 includes with the central axis of the capillary 8 at an angle a, which is also carried out in the range of 30 ° to 45 °. In the embodiment shown in FIG. 2, the angles a and β are so different as to form a convergent air gap 12. The air gap 12 has at its narrowest point a gap height, which is marked in FIG. 2 with the letter s. The gap height s is in a range of 0.5 mm to 3 mm. The air gap 12 is executed over the entire circumference of the melt nozzle 5.1. Depending on the shape, the gap height s over the entire To catch the melt nozzle 5.1 may be made equal or within a size range of different sizes. The air flow generated by the air gap 12 thus impinges radially on all sides on an extrudate of the nozzle opening 9. The extrudate is lapped by the process air.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Schmelzdüse 5.1 bis kurz vor der Unterseite 14 der Düsenplatte 1.3. Der Versatz zwischen dem Ende der Schmelzdüse 5.1 und der Unterseite 14 der Düsenplatte 1.3 ist in Fig. 2 mit dem Kennbuchstaben a gekennzeichnet. Der Versatz a bietet eine weitere Möglichkeit, um die Luftlührung zum Zerteilen des Extrudats zu beeinflussen. So könnte in dem in Fig. 2 darge- stellten Ausführungsbeispiel ein Versatz a im Bereich von 0 bis 1,5 mm gewählt werden. In the embodiment shown in FIG. 2, the melt nozzle 5.1 extends to just before the underside 14 of the nozzle plate 1.3. The offset between the end of the melt nozzle 5.1 and the bottom 14 of the nozzle plate 1.3 is marked in Fig. 2 with the letter a. Offset a provides another way to affect airflow to break the extrudate. Thus, in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, an offset a in the range from 0 to 1.5 mm could be selected.
Die in der Fig. 2 dargestellten geometrischen Verhältnisse am Auslass der Schmelzdüse 5.1 sind an jeder der benachbarten Schmelzdüsen 5.2 und 5.3 identisch ausgeführt. Insoweit treten an jeder Schmelzdüse 5.1 bis 5.3 iden- tische Verhältnisse zum Extrudieren einer Polymerschmelze ein. The geometric relationships shown in FIG. 2 at the outlet of the melt nozzle 5.1 are identical at each of the adjacent melt nozzles 5.2 and 5.3. In that regard, 5.1 to 5.3 identical conditions for extruding a polymer melt occur at each melt nozzle.
Wie aus der Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, sind die Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet, so dass sich zwischen den Düsenöffnungen 9 an der Unterseite der Düsenplatte 1.3 ein vorbestimmter Abstand einstellt. In Fig. 1 ist der Abstand zwischen be- nachbarten Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 mit dem Kleinbuchstaben b gekenn- zeichnet. Der Abstand b bildet dabei einen Mittenabstand der benachbarten Düsenöffnungen 9 der Schmelzdüsen 5.2 und 5.3. Um eine gegenseitige Beeinflussung aufgrund der Prozessluftströmungen bei der Bildung der Po- lymerpartikel zu vermeiden, muss ein Mindestmaß an Mittenabstand zwi- schen benachbarten Düsenöffnungen 9 eingehalten werden. Hierbei ist un- ter Berücksichtigung der Größenordnung des Luftspaltes 12 der Mindestab- stand >5 mm erforderlich, um an jedem der Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3 eine gleichmäßige Extrusion und Erzeugung der Polymerpartikel zu erhalten. As is apparent from the illustration in Fig. 1, the melt nozzles 5.1 to 5.3 are arranged at a predetermined distance from each other, so that sets a predetermined distance between the nozzle openings 9 at the bottom of the nozzle plate 1.3. In Fig. 1, the distance between adjacent melt nozzles 5.1 to 5.3 is marked with the lower case letter b. The distance b forms a center distance of the adjacent nozzle openings 9 of the melt nozzles 5.2 and 5.3. In order to influence one another due to the process air flows during the formation of the To avoid lymerpartikel, a minimum of center distance between adjacent nozzle openings 9 must be maintained. In this case, taking into account the order of magnitude of the air gap 12, the minimum distance of> 5 mm is required in order to obtain uniform extrusion and production of the polymer particles at each of the melt nozzles 5.1 to 5.3.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Polymer- schmelze beispielsweise aus Polyethylen mit einer Schmelzfließfähigkeit von MFI =2g/ 10min bis 20g/ 10min unter Druck über den Schmelzeeinlass 2 in die Verteilkammer 3 gefördert. Der Schmelzfließindex MFI ist nach der Norm DIN EN ISO 1 133 bestimmt und definiert die Masse an schmelz- flüssigem Polymer, die während 10 Minuten bei einer bestimmten Tempe- ratur und unter einem bestimmten auf die Schmelze wirkenden Kraft durch eine genormte Düse gedrückt. Der Bereich des MFI-Wertes von 2 g/10min bis 20g/ 10min stellt eine leicht fließende Extrusionsmasse dar, wie bei- spielsweise beim Spritzgießen von Kunststoffen üblich. Bei der Herstellung von Fasern in einem Meltblown- Verfahren werden zum Vergleich stark fließende Polymerschmelzen mit einem MFI im Bereich von 450 g/10min bis 2.000 g/10min. verwendet. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, a polymer melt, for example, of polyethylene having a melt flowability of MFI = 2 g / 10 min to 20 g / 10 min is conveyed under pressure via the melt inlet 2 into the distribution chamber 3. The melt flow index MFI is determined according to the standard DIN EN ISO 1 133 and defines the mass of molten polymer which is forced through a standardized nozzle for 10 minutes at a certain temperature and under a certain force acting on the melt. The range of the MFI value of 2 g / 10 min to 20 g / 10 min represents a readily flowing extrusion mass, as is customary, for example, in the injection molding of plastics. In the production of fibers in a meltblown process, for comparison, highly flowing polymer melts having an MFI in the range of 450 g / 10 min to 2,000 g / 10 min. used.
Die Polymerschmelze wird nach Zuführung in die Verteilkammer 3 über die Verteilöffnungen 6.1 und 6.3 verteilt und gelangt zu den Schmelzdüsen 5.1 bis 5.3. In jeder der Schmelzdüsen wird die Polymerschmelze über den Schmelzekanal 7 in die jeweiligen Kapillare 8 gedrückt und tritt an der Dü- senöffnung 9 als Extrudat aus. Dabei wird ein Fuftstrom einer heißen Pro- zessluft auf das austretende Extrudat gerichtet, um eine Zerteilung in feinste Partikel zu erhalten. Die Prozessluft ist hierbei auf eine Temperatur im Be- reich von 180°C bis 350°C erwärmt. Die Fuftströmung liegt dabei in einem Bereich von 10 bis 36 m3/h pro Düsenbohrung. Die geometrischen Größen der Kapillare 8 und des Luftspaltes 12 sowie der Düsenöffnung 9 sind dabei auf die jeweils herzustellende Partikelgröße eingestellt. The polymer melt is distributed after being fed into the distribution chamber 3 via the distribution openings 6.1 and 6.3 and reaches the melt nozzles 5.1 to 5.3. In each of the melt nozzles, the polymer melt is forced via the melt channel 7 into the respective capillary 8 and exits at the nozzle opening 9 as extrudate. In doing so, a stream of hot process air is directed onto the exiting extrudate in order to obtain a dispersion into the finest particles. The process air is heated to a temperature in the range of 180 ° C to 350 ° C. The Fuftströmung lies in a range of 10 to 36 m 3 / h per nozzle bore. The geometric sizes The capillary 8 and the air gap 12 and the nozzle opening 9 are adjusted to the particular particle size to be produced.
Um das Zerteilen des Extrudats zu begünstigen, ist in Fig. 3 eine alternative Ausbildung einer Schmelzdüse gezeigt, wie sie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 einsetzbar wäre. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs- beispiel der Schmelzdüse 5.1 ist zwischen einer Kapillare 8 und einem Schmelzkanal 7 eine Exzentrizität ausgebildet. So mündet die Kapillare 8 aussermittig in den Schmelzekanal 7. Der Schmelzekanal 7 weist gegenüber der Kapillare 8 einen Flachboden 17 auf. Somit ergeben sich unterschiedli- che Strömungs- und Viskositätsverhältnisse, die das Aufbrechen der Mole- külketten im Extrudat und somit die Bildung der Polymerpartikel begüns- tigt. Die Kapillare 8 ist zylindrisch ausgebildet. Somit ist die Düsenöffnung 9 mit einem runden Austrittsquerschnitt D gleichgroß dem Innendurchmesser d der Kapillare 8 ausgeführt. In order to favor the cutting of the extrudate, an alternative embodiment of a melt nozzle is shown in Fig. 3, as it would be used in the embodiment of FIG. In the exemplary embodiment of the melt nozzle 5.1 shown in FIG. 3, an eccentricity is formed between a capillary 8 and a melt channel 7. Thus, the capillary 8 opens off into the melt channel 7 off-center. The melt channel 7 has a flat bottom 17 in relation to the capillary 8. This results in different flow and viscosity ratios, which favor the breaking up of the molecular chains in the extrudate and thus the formation of the polymer particles. The capillary 8 is cylindrical. Thus, the nozzle opening 9 is executed with a round outlet cross-section D equal to the inner diameter d of the capillary 8.
Darüberhinaus ragt die Schmelzdüse 5.1 mit ihrem freien Ende aus der Dü- senplatte 1.3 hervor. Die Unterseite 14 der Düsenplatte 1.3 steht somit ge- genüber dem freien Ende der Schmelzdüse 5.1 zurück. Dieser Rückversatz ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Kleinbuchstaben r gekennzeich- net. Der Rückversatz r der Düsenplatte 1.3 gegenüber der Schmelzdüse 5.1 liegt im Bereich von 0 bis 1,5 mm. Damit wird die Luftströmung, die aus dem Luftspalt 12 tritt zunächst an die Spitze der Schmelzdüse 5.1 geleitet. Diese Ausführungsform ist besonders günstig, um sehr feine Partikel zu erzeugen. Bei den in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umschließt der Luft- spalt 12 den gesamten Umfang der Schmelzdüse 5.1, so dass das Extrudat bei Austritt aus der Düsenöffnung 9 komplett von der Luftströmung Pro- zessluft umspült ist. Somit wirkt die Luftströmung über den gesamten Um- fang des Extrudats gleichmäßig ein. In addition, the melt nozzle 5.1 protrudes with its free end out of the nozzle plate 1.3. The underside 14 of the nozzle plate 1.3 thus stands back against the free end of the melt nozzle 5.1. This offset is marked in this embodiment with the lower case letter r. The return offset r of the nozzle plate 1.3 with respect to the melt nozzle 5.1 is in the range of 0 to 1.5 mm. Thus, the air flow that passes from the air gap 12 is first passed to the top of the melt nozzle 5.1. This embodiment is particularly favorable for producing very fine particles. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the air gap 12 surrounds the entire circumference of the melt nozzle 5.1, so that the extrudate is completely surrounded by the air flow process air when leaving the nozzle opening 9. Thus, the air flow over the entire circumference of the extrudate acts evenly.
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Polymerpartikel mit einer Luftführung zu erhalten, die aus parallelen gegenüberliegenden Luft- spalten erzeugt wird. Hierzu ist in Fig. 4.1 und 4.2 ein weiteres Ausfüh- rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren feiner Polymerpartikeln in mehreren Ansichten dargestellt. Das Ausfühmngsbei- spiel ist in Fig. 4.1 in einer Längsschnittansicht und in Fig. 4.2 in einer Querschnittsansicht schematisch gezeigt. Auch hierbei sind nur die zum Extrudieren der Polymerschmelze wesentlichen Bauteile dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung gilt für beide Figuren insoweit kein ausdrückli- cher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist. In principle, however, it is also possible to obtain the polymer particles with an air guide which is generated from parallel opposing air gaps. For this purpose, a further exemplary embodiment of a device according to the invention for extruding fine polymer particles is shown in several views in FIGS. 4.1 and 4.2. The Ausfühmngsbei- game is shown in Fig. 4.1 in a longitudinal sectional view and in Fig. 4.2 in a cross-sectional view schematically. Again, only the essential for extruding the polymer melt components are shown. The following description applies to both figures insofar as no explicit reference is made to one of the figures.
Bei dem in Fig. 4.1 und 4.2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ge- häuse 1 ebenfalls plattenförmig ausgeführt, wobei eine Einlassplatte 1.1 und eine untere Düsenplatte 1.3 eine mittlere Schmelzdüsenplatte 1.4 einschlie- ßen. Die Schmelzdüsenplatte 1.4 weist mehrere im Abstand nebeneinander ausgebildete Kapillare 8 auf, die jeweils in einen oberen Schmelzkanal 7 münden. Die Schmelzkanäle 7 der Schmelzdüsenplatte 1.4 sind mit einer Verteilkammer 3 verbunden, die sich zwischen der Einlassplatte 1.1 und der Schmelzdüsenplatte 1.4 erstreckt. Die Verteilkammer 3 ist über einen Schmelzeeinlass 2 mit einer Schmelzequelle verbunden. In the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 4.1 and 4.2, the housing 1 is likewise embodied plate-shaped, wherein an inlet plate 1.1 and a lower nozzle plate 1.3 enclose a middle melt nozzle plate 1.4. The melt nozzle plate 1.4 has a plurality of spaced-apart capillary 8, which each open into an upper melt channel 7. The melt channels 7 of the melt nozzle plate 1.4 are connected to a distribution chamber 3, which extends between the inlet plate 1.1 and the melt nozzle plate 1.4. The distribution chamber 3 is connected via a melt inlet 2 with a melt source.
Die Schmelzdüsenplatte 1.4 ist gegenüber der Düsenplatte 1.3 schräg aus- geführt und bildet gemeinsam mit der Düsenplatte 1.3 zwei sich Spiegel- bildlich gegenüberliegende Luftspalte 12.1 und 12.2. Die zu beiden Längs- seiten der Kapillare 8 ausgebildeten Luftspalte 12.1 und 12.2 erstrecken sich über die Längsseite derart, dass an jeder durch die Kapillare 8 gebilde- ten Düsenöffnungen 9 eine Prozessluft beidseitig zuführbar ist. The melt nozzle plate 1.4 is inclined relative to the nozzle plate 1.3 and forms, together with the nozzle plate 1.3 two mirror-image visually opposite air gaps 12.1 and 12.2. The air gaps 12.1 and 12.2 formed on both longitudinal sides of the capillary 8 extend over the longitudinal side in such a way that a process air can be supplied to both sides of each nozzle opening 9 formed by the capillary 8.
Wie insbesondere aus der Fig. 4.2 hervorgeht, wird die Prozessluft zu bei- den Längsseiten durch die Luftkanäle 15.1 und 15.2 zugeführt. Die Luftka- näle 15.1 und 15.2 durchdringen die Einlassplatte 1.1 und treffen in eine Luftkammer 10.1 bzw. 10.2. Die Luftkammern 10.1 und 10.2 sind zwischen der Schmelzdüsenplatte 1.4 und der Düsenplatte 1.3 ausgebildet. Von den Luftkammern 10.1 und 10.2 wird die Prozessluft über die Luftzufuhrkanäle 16.1 und 16.2 den Luftspalten 12.1 und 12.2 zugeführt. As can be seen in particular from FIG. 4.2, the process air is supplied to both longitudinal sides through the air channels 15.1 and 15.2. The air ducts 15.1 and 15.2 penetrate the inlet plate 1.1 and strike an air chamber 10.1 or 10.2. The air chambers 10.1 and 10.2 are formed between the melt nozzle plate 1.4 and the nozzle plate 1.3. From the air chambers 10.1 and 10.2, the process air is supplied via the air supply channels 16.1 and 16.2 the air gaps 12.1 and 12.2.
Die geometrischen Parameter der Kapillare 8 sowie der Luftspalte 12 ist hierbei identisch zu den vorgenannten Ausführungsbeispiel, so dass hierzu an dieser Stelle keine weitere Erläuterung erfolgt und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird. The geometric parameters of the capillary 8 and the air gaps 12 are identical to the above-mentioned embodiment, so that for this purpose no further explanation takes place and otherwise reference is made to the aforementioned description.
Wie aus der Darstellung in Fig. 4.1 hervorgeht, ist zwischen den Kapillaren 8 und insbesondere den Düsenöffnungen 9 an der Unterseite der Schmelz- düsenplatte 1.4 jeweils ein Abstand vorgesehen. So ist ein Mittenabstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen 9 in der Fig. 4.1 mit einem Klein- buchstaben b gekennzeichnet. Der Mittenabstand b zwischen benachbarten Düsenöffnungen 9 weist ein Mindestmaß von 5 mm auf. Damit wird si- chergestellt, dass keine gegenseitige Beeinflussung der jeweils an einem der Extrudat wirkenden Luftströmungen eintritt. Insoweit werden eine gleich- mäßige Zerteilung des Extrudats und damit eine gleichförmige Partikelgrö- ße erreicht. Bei den in den Fig. 1, 4.1 und 4.2 dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können noch zusätzlich Einrichtungen zum Filtern der Schmelze, zum Verteilen der Schmelze und zum Temperie- ren der Schmelze und der Prozessluft vorhanden sein. Bei der Darstellung des Ausführungsbeispiels werden nur die erfindungsrelevanten Bauteile gezeigt. As can be seen from the illustration in FIG. 4.1, a distance is provided in each case between the capillaries 8 and in particular the nozzle openings 9 on the underside of the melt nozzle plate 1.4. Thus, a center distance between adjacent nozzle openings 9 in FIG. 4.1 is indicated by a lowercase letter b. The center distance b between adjacent nozzle openings 9 has a minimum dimension of 5 mm. This ensures that no mutual influencing of the air flows acting on one of the extrudates takes place. In that regard, a uniform fragmentation of the extrudate and thus a uniform particle size are achieved. In the embodiments of the device according to the invention shown in FIGS. 1, 4.1 and 4.2, additional devices for filtering the melt, for distributing the melt and for tempering the melt and the process air may additionally be present. In the illustration of the embodiment, only the components relevant to the invention are shown.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Extrudieren feinster Polymerpartikel, bei welchem eine Polymerschmelze unter einem Überdruck durch zumindest eine Kapil- lare mit einer Düsenöffnung gepresst wird, bei welchem eine heiße1. A process for extruding the finest polymer particles, in which a polymer melt is pressed under an overpressure by at least one Kapil- lar with a nozzle opening, wherein a hot
Prozessluft am Ende der Kapillare auf ein Extrudat gerichtet ist und bei welchem das Extrudat zu einer Vielzahl der Polymerpartikel zerteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze mit einer Schmelzfließfähigkeit zugeführt wird, die einen MFI (Melt-Flow- Index) im Bereich von 2 g/lOmin bis 20 g/lO min entspricht, und dass die Polymerschmelze durch eine Kapillare mit einem mittleren Tnnen- durchmesser d und einer Länge im Bereich von 0,8 d bis 15 d gedrückt wird. Process air is directed to an extrudate at the end of the capillary and in which the extrudate is divided into a plurality of polymer particles, characterized in that the polymer melt is supplied with a melt flowability having an MFI (melt flow index) in the range of 2 g / 10min to 20 g / 10 min, and that the polymer melt is forced through a capillary having an average particle diameter d and a length in the range of 0.8 to 15 days.
2. Verfahren nach Anspmch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass die Poly- merschmelze durch die zylindrisch ausgebildete Kapillare mit runder Düsenöffnung gedrückt wird, wobei ein Durchmesser der Düsenöff- nung gleich groß dem mittleren Innendurchmesser der Kapillare ist. 2. Method according to claim 1; characterized in that the polymer melt is forced through the cylindrically shaped capillary with a round nozzle opening, wherein a diameter of the nozzle opening is equal to the mean inner diameter of the capillary.
3. Verfahren nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die3. The method according Anspmch 1 or 2, characterized in that the
Polymerschmelze über einen Schmelzkanal der Kapillare zugeführt wird, wobei die Kapillare außermittig in den Schmelzkanal mündet. Polymer melt is supplied via a melt channel of the capillary, wherein the capillary opens off-center into the melt channel.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft durch zumindest einen Luftspalt mit einer Spaltöff- nung im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm erzeugt und mit einem Strö- mungswinkel im Bereich von 30° bis 45° auf das Extmdat gerichtet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the process air generated by at least one air gap with a gap opening in the range of 0.5 mm to 3 mm and with a flow angle in the range of 30 ° to 45 ° is directed to the Extmdat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudat von der Prozessluft von zwei Längsseiten oder radial um spülend beaufschlagt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the extrudate is acted upon by the process air from two longitudinal sides or radially purging.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze durch mehrere nebeneinander ausgebildeten Kapillaren gedrückt wird, deren Düsenöffnung einen Mittenabstand von mindestens 5 mm aufweisen. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the polymer melt is pressed by a plurality of capillaries formed side by side, the nozzle opening having a center distance of at least 5 mm.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü- che 1 bis 6 mit zumindest einen Schmelzeeinlass (2), der in eine Ver- teilkammer (3) mündet, mit zumindest einem mit der Verteilkammer (3) verbundenen Schmelzkanal (7), mit einem am Ende des Schmelzka- nals (7) ausgebildeten Kapillare (8), die am Ende eine Düsenöffnung (9) zum Austritt eines Extrudats aufweist, mit zumindest einem Luft- spalt (12) am Ende der Kapillare (8) und mit zumindest einer Luft- kammer (10), die über einen Luftzuführungskanal (16) mit dem Luft- spalt (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (8) zum Extrudieren einer Polymerschmelze mit einem Schmelzfließfähig- keitsindex (MFI) im Bereich von 2 g/lOmin bis 20 g/lO min einen mitt- leren Innendurchmesser (d) und eine Länge (L) im Bereich von 0,8 d bis 15 d aufweist. 7. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 6, having at least one melt inlet (2), which opens into a distribution chamber (3), with at least one melt channel (7) connected to the distribution chamber (3), with a capillary (8) formed at the end of the melt channel (7) and having at the end a nozzle opening (9) for exiting an extrudate, with at least one air gap (12) at the end of the capillary (8) and with at least an air chamber (10) which is connected to the air gap (12) via an air feed channel (16), characterized in that the capillary (8) for extruding a polymer melt having a melt flow index (MFI) in the range of 2 g / lOmin to 20 g / lO min has an average inner diameter (d) and a length (L) in the range of 0.8 d to 15 d.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapil- lare (8) zylindrisch mit runder Düsenöffnung (9) ausgebildet ist, wobei ein Durchmesser der Düsenöffnung (D) und der mittlerer Innendurch- messer (d) gleich groß ausgebildet sind. 8. The device according to claim 7, characterized in that the Kapil- lar (8) is cylindrical with a circular nozzle opening (9), wherein a diameter of the nozzle opening (D) and the average inner diameter (d) are of equal size.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (8) und der Schmelzkanal (7) außermittig zueinander ausge- bildet sind und eine Exzentrizität (e) in der Schmelzeführung im Be- reich von 0, 1 mm bis 2 mm bilden. 9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the capillary (8) and the melt channel (7) are formed off-center to each other and an eccentricity (e) in the melt guide in the range of 0, 1 mm to 2 mm form.
10. Vorrichtung nach Anspmch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkanal (7) am Ende zur Kapillare (8) hin durch einen Flachbo- den (17) begrenzt ist. 10. The device according Anspmch 9, characterized in that the melt channel (7) at the end of the capillary (8) through a Flachbo- (17) is limited.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass der Luftspalt (12) eine Spaltöffnung (s) im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm aufweist und dass der Luftspalt (12) durch gegenüberlie- gende Kanalwände (13.1, 13.2) begrenzt ist, die mit einer Mittelachse der Kapillare (8) jeweils einen Strömungswinkel (a, ß) im Bereich von 30° bis 45° bilden. 11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized marked, that the air gap (12) has a gap opening (s) in the range of 0.5 mm to 3 mm and that the air gap (12) by opposing channel walls (13.1, 13.2) is limited, each with a central axis of the capillary (8) form a flow angle (a, ß) in the range of 30 ° to 45 °.
12. Vorrichtung nach Anspmch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft- spalt (12, 12.1, 12.2) radial umlaufend zur Kapillare (8) oder spiegel- symmetrisch gegenüberliegend zur Kapillare (8) ausgebildet ist. 12. Device according to claim 11, characterized in that the air gap (12, 12.1, 12.2) is formed radially encircling the capillary (8) or mirror-symmetrically opposite the capillary (8).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeich- net, dass die Verteilkammer (3) mit mehreren Schmelzkanälen (7) und mehreren Kapillaren (8) verbunden ist und dass die Düsenöffnungen (9) benachbarter Kapillare (8) einen Mittenabstand (b) von mindestens 5 mm aufweisen. 13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized marked, that the distribution chamber (3) with a plurality of melt channels (7) and a plurality of capillaries (8) is connected and that the nozzle openings (9) of adjacent capillary (8) has a center distance (b) have at least 5 mm.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH427219A (en) * 1964-12-29 1966-12-31 Basf Ag Device for atomizing highly viscous thermoplastic masses
US20130234350A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Method And Apparatus For Micropelletization

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH427219A (en) * 1964-12-29 1966-12-31 Basf Ag Device for atomizing highly viscous thermoplastic masses
US20130234350A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Method And Apparatus For Micropelletization
US9321207B2 (en) 2012-03-06 2016-04-26 Wisconsin Alumni Research Foundation Method and apparatus for micropelletization

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