DD281569A5 - Vorrichtung zur verstaerkung von thermoplasten, insbesondere thermoplastabfaellen, mit schmelzspinnbaren fasern - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemaesze Vorrichtung wird zur Einarbeitung von polymeren Verstaerkungsfasern in Thermoplasten bzw. deren Abfallgemischen bei der Aufbereitung und Verarbeitung auf Extrudern angewendet. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit geringem Aufwand die Qualitaet des Produktes durch die Einarbeitung von Verstaerkungsfasern in die aufzubereitenden Thermoplaste zu verbessern und eine langfasrig orientierte Verstaerkung im Matrixmaterial herzustellen. Die Loesung sieht vor, im Extruder zwischen den Schneckenspitzen und dem Extrusionswerkzeug eine Spinnduese zum Erspinnen feiner Faeden in den Schmelzestrom des Matrixmaterials anzuordnen. UEber einen Zufuehrkanal und eine Foerder- und Dosiervorrichtung ist die Spinnduese im Extruder mit einer Platiziereinrichtung fuer das Verstaerkungsmaterial verbunden. Fig. 1{Extrusion; Thermoplaste; Abfallgemische; polymere Verstaerkungsmaterialien; schmelzspinnbare Fasern; Aufbereitung; Verarbeitung}

Description

Kapillarbohrungen über die Kammlänge kann die Spinndüse ausgebildet sein. Die Beheizung der Spinndüse kann separat erfolgen, beispielsweise mittels hochorganischem Wärmeträger, je nach Erfordernis, d. h. nach den im realen Verarbeitungsprozeß auftretenden bzw. einzuhaltenden Temperaturen zwischen den Schmelzen des aufzubereitenden Thermoplastmaterials und des polymeren Verstärkungsmaterials. Die Durchtrittsöffnungen in der Spinndüse für das Matrixmaterial besitzen austrittsseitig zweckmäßigerweise eine konische Erweiterung, um eine bessere Verteilung der Schmalze zu gewährleisten und Totzonen bzw. Rückströmzonen, die zu einer Störung der Faserspinnung führen können, zu vermeiden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: die Vorrichtung mit Extruder, Piastiziereinrichtung und Fö' Jarverrichtung für das Fasermaterial, Spinndüse und Extrusionswerkzeug

Fig. 2: die Spinndüse in Dornhalterausführung Fig.3; die Bohrungsgestaltung an der Spinndüse Fig.4: die Spinndüse als Verteilerkamm-Variante.

Die in Fig. 1 dargestellte ariindung'igemäße Vorrichtung besteht aus dem Extruder 1 für das Aufschmelzen des Matrixmaterials mit der Aufgabeöffnung 2, der Entgasungsöffnung 3 sowie den Schnecken 4 und dem Extrusionswerkzeug 5. Zwischen den Spitzen der Schnecken 4 und dem Werkzeugaustritt ist eine Spinndüse 9 angeordnet, deren Kapillarbohrungen über einen Zuführkanal 8 mit der Piastiziereinrichtung 6 für das polymere Verstärkungsmaterial und einer evtl. erforderlichen Förder- und Dosiervorrichtung 7, z.B. als Zahnradpumpe ausgeführt, in Verbindung steht.

Das über die Aufgabeöffnung 2 dem Extruder 1 zugeführte Thermoplastmaterial wird plastiziert, über die Entgasungsbohrung 3 von leicht flüchtigen Bestandteilen befreit und gelangt als homogene Schmelze in den Bereich der Spinndüse 9, durchströmt hier dio Durchtrittsöffnungen und füllt den Raum dahinter aus. Gleichzeitig tritt aus den Kapillarbohrungen der Spinndüse 9 das über die Pit.c*iziereinrichtung 6 vorbereitete und mittels der Förder- und Dosiervorrichtung 7 über den Zuführkanal 8 zudosierte Verstärkungsmaterial in schmelzeflüssiger Form als Spinnfäden aus und wird als solche in der Matrixschmelze geführt. Die in F'g, 2 dargestellte Spinndüse besitzt die grundsätzlichen Merkmale eines Dornhalters, wie er aus der Extrusion von Hohlprofilen, Rohren usw., hinreichend bekannt ist. Die Oornhalterstege 16 besitzen Kapillarbohrungen 12, die über radiale Verteilerkanäle, einen Ringkanal 10 mit dem Zuführkanal 8 der Verstärkungsmaterialschmelze in Verbindung ^ctcht. Zwischen den Stegen 16 sind Öffnungen 13 für die Matrixschmelze angeordnet. Der Schnitt A-A nach Fig. 2 zeigt f'io Verbindung zwischen dem Verteilerkanal 11 und der Düsenbohrung 12.

Die in Fig.3 schematisch veranschaulichte Spinndüse 9 zeigt die prinzipielle Ausführung d6r Kapillarbohrungen 12 und der Durchtrittsöffnungen 13 für die Matrixschmelze. Dabei ist es zweckmäßig, die Durchtrittsöffnungen 13 mit einer konischen Erweiterung am Ein- und Auslauf auf 14; 15 auszuführen, um ein besseres Zusammenfließen der Teilströme und gleichmäßigeres Einbetten der Verstärkungsfasern zu sichern.

Schließlich stellt Fig.4 eine Spinndüse in Form eines Verteilerkammes mit dem radialen Verteilerkanal 11, den Kapillarbohrungen 12 und dem Kammträger 17 dar.

Durch eine zweckentsprechende Wahl der konstruktiven Form der Spinndüse, deren Anordnung im Raum zwischen den Schneckenspitzen und dem Werkzeugaustritt, der Kanalkonfiguration und der Prozeßparameter kann die Art der Verstärkung, die Orientierung und Verteilung der Fasern übar den Quei schnitt weitestgehend an die Geometrie des Extrudates sowie an die qualitativen Forderungen des Endproduktes angepaßt werden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Verstärkung von Thermoplasten, insbesondere Thermoplastabfällen, mit schmelzspinnbaren Fasern, umfassend einen Aufbereitungsextruder für Thermoplaste als Matrixmaterial, eine Einrichtung zum Plastizieren des schmelzspinnbaren polymeren Verstärkungsmaterials und zweckentsprechende Mittel zur Einspeisung des Verstärkungsmaterials in den Extruder, gekennzeichnet dadurch, daß in einem zwischen Spitzen von Schnecken (4) und oinem Extrudenwerkzeug (5) gelegenen Raum einos Extruders (1) für das Matrixmaterial eine Spinndüse (9) angeordnet ist, die mittels eines Zuführkanals (8) und einer Zwischengeschäften Förder- und Dosiervorrichtung (7) mit einer Piastiziereinrichtung (6) für das Verstärkungsmaterial verbunden ist, wobei die Spinndüse (9) radiale Verteilerkanäle (11) mit Düsenbohrungen (12) besitzt und zwischen Dornhalterstegen (16) Durchtrittsöffnungen (13) für den Matrixschmelzestrom angeordnet sind.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung von Thermoplasten, Insbesondere Thermoplastabfällen und deren Gemische mit schmelzspinnbaren Fasern, bei der Aufbereitung und Verarbeitung auf Extrudern.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Bei der Aufbereitung und Verarbeitung von Thermoplasten, insbesondere Thermoplastabfällen und deren Gemischen, werden zum Zwecke der Verbesserung der Qualität der Produktes, insbesondere deren mechanischer Eigenschaften, Verstärkungsfasern anorganischer, aber auch organischer Herkunft beigemischt. So ist zum Beispiel bekannt, dem Plastwerkstoff Glasfasern, Asbestfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, aber auch Polyamidfasern oder ähnliche schmelzspinnbare polymere Stoffe mit hohen mechanischen Eigenschaften zuzugeben. Vor allem bei der Aufbereitung und Verarbeitung von Plastabfällen ist eine Qualitätsverbesserung wichtig, um ein dem unvermeidbar hohen ökonomischen Aufwand für die Replastizierung, Entgasung, Homogenisierung und Konfektionierung adäquates Produkt herstellen zu können. Einen besonderen Schwerpunkt bildet hierbei die Behandlung von Plastabfallgemischon, deren einzelne Bestan dteile untereinander oftmals eine ungenügende Verträglichkeit besitzen, die sich in mangelhaften mechanischen und anderen Eigenschaften des fertigen Produktes auswirkt. Die bisher bekannt gewordenen einschlägigen Lösungen verwirklichen die Anforderungen an die Qualitätserhöhung solcher Plastwerkstoffe und deren Gemische derart, daß ungeschnittene (Roving) oder geschnittene (Stapel) Fasern in die Plastschmelze gegeben und in dieser gleichmäßig verteilt werden, in beiden Fäli an wird die Verstärkungsfaser bis auf eine von den konkreten Prozeßbedingungen und konstruktiven Gegebenheiten abhängige Grenzlänge zarteilt und statistisch verteilt. Eine orientierte und zugleich langfasrige Verstärkung ist auf diesem Wege nicht Möglich. Nur bei Lösungsvarianten, bei denen der Fsserstrang über einen Hohldorn einen) Ummantelungswerkzeug zugeführt und dort eine Umhüllung des Stranges mit Schmelze erfolgt, ist eine orientierte langfasrige Ve.siärkung möglich. Derartige Lösungen erfordern jedoch einen hohen ökonomischen Aufwand und sind nur für bestimmte Extrudatformen geeignet. Eine langfasrige Verstärkung ist für Thermoplastabfallgemische aber besonders wichtig.

   Ziel der Erfindung

   Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit geringem Aufwand polymere Verstärkungsfasern in aufzubereitende Thermoplaste und deren Abfallgemische einzuo. beiten, om eine Verbesserung dar Qualität des Produktes zu erreichen.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicnt, schmelzspinnbare Versrärkungsfasern so in die aufzubereitende Thermoplaste bzw. deren Abfallgemische einzuarbeiten, daß eine langfasrig orientierte Verstärkung im Matrixmaterial herstellbar ist.

   Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe besteht im wesentlichen aus einem Extruder zum Aufschmelzen des aufzubereitenden Thermoplastes als Matrixmaterial, einer Piastiziereinrichtung für das schmelzspinnbare polymere Verstärkungsmaterial, einer Förder- und Dosiervorrichtung und einem zwischen diesen Aggregaten angeordneten Zuführkanal. Im Raum zwischen den Schneckenspitzen und dem Werkzeug des Extruders ist eine mit dem Zufi' hrkanal verbundene Spinndüse angeordnet, die Bohrungen zum Austritt der Verstärkungsfasern und Durchtrittsöffnungen für das aufzubereitende Matrixmaterial besitzt.

   Die konstruktive Ausführung der Spinndüse kann in zweckentsprechender Weise vorgenommen werden, je nach beabsichtigter Verteilung der Verstärkungsfasern über den Querschnitt das Schmelzestromes des Matrixmaterials. Beispielsweise kann die Spinndüse als Dornhalterkonstruktion, wio sie von Extrusionswerkzeugen zur Hohlprofilherstellung bekannt ist, ausgeführt sein, jedoch mit zusätzlichen axialen, nach der Stromrichtung hin offenen Kapillarhohrungen in den Stegen, die über radiale Kanäle mit dem Zuführkanal in Verbindung stehen. Auch als ein- oder mehrfacher Verteilerkamm mit den entsprechenden