DE2120601A1

DE2120601A1 - Verfahren und Kaskadenschneckenpresse mit Vakuumkammer zum Verarbeiten und Entgasen pulverförmiger Thermoplaste

Info

Publication number: DE2120601A1
Application number: DE19712120601
Authority: DE
Inventors: Paul 5210 Troisdorf. P Renk
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1971-04-27
Filing date: 1971-04-27
Publication date: 1972-11-23
Also published as: DE2120601B2; FR2134549A1; ATA224672A; JPS559290B1; CH534043A; GB1375237A; FR2134549B1; IT957639B; BE780683A; AT334609B

Description

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Wuppertal

Verfahren und Kaskaden-Schneckenpresse mit Vakuumkammer zum Verarbeiten und Entgasen pulverförmiger Thermoplaste

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schneckenpresse in Kaskadenanordnung zum Verarbeiten und Entgasen pulverförmiger thermoplastischer Kunststoffe, wobei das pulverförmige Aufgabegut in einer ersten Kaskadenstufe verdichtet, in eine Vakuumkammer gefördert, hier entgast und anschließend in einer zweiten Kaskadenstufe plastifiziert, gemischt und ausgepreßt wird.

Es ist nach der DT-OS 1 ^54 920 bekannt, pulverförmige Thermoplaste in einer Schneckenpresse der Kaskadenbauart zu verarbeiten und zu entgasen. Die bekannte Kaskaden-Schneckenpresse besteht aus einer ersten Schneckenpresse mit Einfülltrichter als Fördervorrichtung und einer zweiten Schneckenpresse als Auf.schnielzpresse, wobei zwischen diesen Pressen eine hermetisch geschlossene Vakuumkammer vorgesehen ist. Die Vakuumkammer weist eine Ventilanordnung am Auslaß der ersten Schneckenpresse und ferner eine Lvakuierii! <rsvorrichtung auf.

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Nach der bekannten Verfahrenstechnik wird zunächst das pulverförmige Aufgabegut in der ersten Kaskadenstufe gegen die Druckkraft des Ventils gefördert und verdichtet. Als im wesentlichen pulverförmiges Material, das verdichtet vorliegt, verläßt es den Auslaß der ersten Schneckenpresse und gelangt durch das geöffnete Ventil in die Vakuumkammer. Hier werden ihm Luft, Feuchtigkeit und andere flüchtige Bestandteile entzogen. In der der Vakuumkammer nachgeschalteten weiteren Kaskadenstufe wird das entgaste, im wesentlichen pulverförmige Material aufgeschmolzen, plastifiziert, gemischt und ausgepreßt.

Die erste Kaskadenstufe der bekannten Schneckenpresse ist verhältnismäßig kurz bemessen und der Funktion nach eine reine Fördervorrichtung, die nicht beheizt ist. Infolgedessen wird auch nur die Wärme wirksam, die aufgrund der Reibung zwischen Schnecke und Schneckengehäuse erzeugt wird, npnnoch ist es nicht zu vermeiden, daß infolge des Verdichtungsvorga:. res , bei dem eine zusätzliche Erwärmung wirksam werden kann, das pulverförmige Material teilweise in kleinen Mengen Klumpen bildet. Diese wiederum stören die einwandfreie Funktion des Ventils. Als Ergebnis liegen dann Unterschiede hinsichtlich Materialmenge und Druck vor. Hierdurch wird der Entgasungseffekt beeinflußt, und unterschiedliche Partikelgrößen führen zu ungleichmäßigen Einzugs- und Druckschwankungen in der Schneckenpresse der zweiten Kaskadenstufe. Außerdem können sich Pulverreste und Staub am Ventil absetzen, die sich unter dem Einfluß der Temperatur am Pressenau.slaß md der Dampf temperatur zersetzen.

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Um diese !!achteile zu beseitigen, ist in vielen Fällen eine im Aufbau und in der Wirkungsweise komplizierte druckabhängig« Vnntilregelvorrichtung erforderlich. Da auch das entgaste Material im wesentlichen pulverförmig vorliegt, ist die zweite Kaskadenstufe zum Zwecke des Llinziehens, Förderns und auch Schmelzens des llaterials bevorzugt als Doppelschneckenpresse ausgebildet. Insbesondere das Einspeisen und Einziehen pulverförmiger Kunststoffe in eine Schneckenpresse gleich welcher Bauart ist immer mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.

Doppelschneckenpressenbauarten sind an sich für die Verarbeitung pulverförmiger Thermoplaste bekannt, und zwar mit oder ohne Entgasungsvorrichtung, nachteilig sind diese üoppelschneckenpressen hinsichtlich Betriebssicherheit und Anlagekosten, wobei die erzielten Produkte bezüglich der Qualität nicht befriedigen, weil Luft und feuchte Bestandteile aufgrund der gewählten Verfahrenstechnik nur unzureichend aus der Schmelze zu entfernen sind.

Ziel der Erfindung ist es, das Aufgabegut bereits in der ersten Kaskadenstufe im Sinne eines Verarbeitungsvorganges zu behandeln, und zwar insoweit als es eine unterhalb der Schmelztemperatur liegende Temperatur am Ende dieser Kaskadenstufe aufweist, durch die es in einer Form in der Vakuumkammer vorliegt, die zum einen eine günstige und intensive Entgasung und zum anderen ein günstiges gleichmäßiges Einziehen in die zweite Kaskadenstufe gewährleistet. Verbunden hiermit ist eine schonende Verarbeitung im Hinblick auf geringst mögliche Schädigung der Schmelze und eine Verbesserung der

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Durchsatzmenge/Zeiteinheit bei gleichzeitig günstiger Antriebsleistung gegenüber dem Bekannten.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Aufgabegut in der Schneckenpresse der ersten Kaskadenstufe agglomeriert und im angelierten Zustand bei einer zwischen Erweichungspunkt und Schmelzpunkt liegenden Temperatur am Ende der ersten Kaskadenstufe zerteilt und dabei in angenähert gleichmäßiger poröskörniger, krümeliger (bröselnder) oder flockiger Form in die Vakuumkammer überführt, bei einer zwischen Erweichungspunkt und Schmelzpunkt liegenden Temperatur durch Evakuieren entgast und anschließend in derselben Form, die durch das Zerteilen vorliegt, in die Schneckenpresse der zweiten Kaskadenstufe eingezogen, aufgeschmolzen, plastifiziert, gemischt, homogenisiert und ausgepreßt wird.

Aufgrund dieser vorgesehenen Verfahrensschritte wird kontinuierlich ein körniges, krümeliges oder flockiges Zwischenprodukt in nahezu gleicher Form hergestellt, das günstig entgast und von der Presse der zweiten Kaskadenstufe günstig eingezogen wird. Ferner erhält man hierdurch ein verhältnismäßig kleines Temperatur-Zeit-Produkt in der zweiten Kaskadenstufe. VJegen dieses Temperaturzeitproduktes erfolgt geringstmögliche Schädigung des Fertigerzeugnisses und dadurch, einbezogen auch die zuvorige günstige Entgasung, hohe Produktqualität.

Das Verfahren nach der Erfindung ist vorteilhaft anzuwenden, wenn PVC-Dry-blend als Aufgabegut vorliegt. Für dieses thermoplastische Material liegt die bevorzugte Temperatur des Agglomerates im Bereich zwischen 30²SO⁰C, bevorzugt 4O°-6O° C,

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unterhalb der Schmelztemperatur.

Das Verfahren nach der Erfindung ist ferner vorteilhaft für die PVC-Dry-blend-Verarbeitung, wenn das Agglomerat in Form poröser Körner, Krümel oder Flocken während einer Verweilzeit von 5-60 s, bevorzugt 20-30 s, in der Vakuumkammer entgast und danach weiter verarbeitet wird.

Die Form der Körner, Krümel oder Flocken kann dadurch erreicht werden, daß ein oder mehrere ausgepreßte Agglomeratetränge am Auslaß der ersten Kaskadenstufe mechanisch zerteilt werden.

Vorteilhaft ist das Verfahren nach der Erfindung auch deswegen, weil der Materialzustand des Agglomerates beliebig vorbestimmt werden kann, weil die Entgasungsphase hoch wirksam ist, weil die Materialoberfläche des zerteilt vorliegenden Zwischenproduktes porös und groß ist und es deshalb günstig entgast werden kann und weil die Form dieses Zwischenproduktes weiterhin günstig ist für das gleichmäßige Einziehen in die Schneckenstrangpresse der zweiten Kaskadenstufe. Infolge der intensiven Entgasung ist eine verbesserte Qualität gegenüber bekannten Verfahrenstechniken zu erzielen. Es erfolgt ein schonendes Aufschmelzen in Stufen bei verhältnismäßig geringen Temperaturen und niedrigem Gegendruck, wobei ein hoher Durchsatz/Zeiteinheit bei verhältnismäßig geringer Scherwirkung erreicht wird.

Die Schneckenpresse in Kaskadenanordnung mit zwischengeschalteter Vakuumkammer zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einer die erste Kaskadenstufe bildenden Schneckenpresse mit Einzelschnecke und 6-12 D wirksamer Schneckengehäuselänge, wobei im Pressenauslaß zwei Systeme

von Vorsprüngen vorgesehen sind, die axial benachbart angeordnet und relativ zueinander drehbeweglich sind» einer an sich bekannten Vakuumkammer zwischen den Kaskadenstufen und einer die zweite Kaskadenstufe bildenden Schneckenpresse mit Einzelschnecke und 1O-14 D wirksamer Schneckengehäuselänge.

Bevorzugt ist das-eine System von Vorsprüngen Bestandteil der Schnecke , insbesondere der Schneckenspitze, und das weitere System von Vorsprüngen ist gehäusefest angeordnet. Die Vorsprünge können als Nocken, Stifte, Stege oder vergleichbare Mittel vorliegen. Das eine System hat die Aufgabe, Durchlässe für das Agglomerat zu bilden und das andere System hat die Aufgabe, dieses Agglomerat zu zerteilen. Durch diese beiden Systeme wird eine baulich und funktionell einfache und wirkungsvolle Vorrichtung gebildet, wobei durch das Zusammenwirken der Systeme auf einfache Art und Weise günstig ein oder rr.ehrere Agglomeratstränge erzeugt und diese in gewünschter Form zerteilt werden.

α Durch die Kombination der genannten Baumerkmale der Kaskadenschneckenpresse erhält man verhältnismäßig geringe Verweilzeiten, und es sind verhältnismäßig hohe Drehzahlen bei geringen Antriebsleistungen möglich, die Entgasungsphase erfolgt ohne Schwierigkeiten und günstig, da keine Toträume gebildet werden, der Entgasungseffekt ist ferner durch die dem Vakuum ausgesetzte Materialoberfläche des in körniger, krümeliger oder flockiger Form vorliegenden Zwischenproduktes sehr intensiv und außerdem kann der Materialzustand belieb! ; vorbestimmt werden.

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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Schneckenspitze der Schnecke der ersten Kaskadenstufe als Kopf mit 1 D Durehmesser vor, und es sind in ihm durch Vorsprünge umfangsverteilt angeordnete Längsrillen gebildet. Im Bereich der Stirnfläche des Schneckenkopfes sind gehäusefest und radial angeordnete Zerteilmittel, insbesondere.am Umfang verteilt angeordnete Hesser oder Stifte, vorgesehen.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Schneckenspitze der Schnecke der ersten Kaskadenstufe Träger der Zerteilmittel sein, denen dann gehäusefest angeordnete Mittel zum Bilden der Durchlässe für das Agglomerat vorgeschaltet sind. Derartige Mittel können als Lochplatte oder als Reihe von Einzelstegen oder -vorSprüngen vorliegen.

Sowohl nach der einen als auch nach der anderen Ausführungsform, was Ausbildung und Anordnung der Zerteilmittel und der Durchlässe für die Agglomeratstränge anbetrifft, werden auf verhältnismäßig einfache und günstige Art und Weise poröse Agglomeratkörner oder Agglomeratkrümel bzw. Agglomeratflocken nahezu vergleichbarer Form erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Kaskaden-Schneckenpresse nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 Eine Kaskadenpresse mit Vakuumkammer im Längsschnitt,

Fig. 2,

3 Einzelheit der Zerteilvorrichtung am Auslaß der üie erste Kaskadenstufe bildenden Schneckenpresse und Schneckenspitze dieser Schnecke im

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Längsschnitt und in Vorderansicht,

Fig. 4,

5 Einzelheit einer abgewandelten Ausführungsform der Zerteilvorrichtung und Schneckenspitze im Längsschnitt und in Vorderansicht.

Die Kaskaden-Schneckanpresse nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer ersten beheizten Schneckenpresse 1, einer Vakuumkaituner 2 und einer zweiten beheizten Schneckenpresse 3. Der Aufgabetrichter 4 wird mit pulverförmigem thermoplastischem Kunststoff oder einer Pulvermischung beschickt. Die Schnecke 5 ist in konventioneller Bauart ausgeführt und weist (nicht näher bezeichnet) Einzugs-, Umwandlungs- und Ausstoßzone auf. An den im wesentlichen offenen Auslaß 1' der Schneckenpresse 1 ist eine verhältnismäßig lang sich erstreckende, bevorzugt senkrecht angeordnete Vakuumkammer 2 angeschlossen. Die Evakuierungsleitung ist mit 8a und eine Vakuumpumpe ist mit 8b bezeichnet.

Die schachartig ausgebildete Vakuumkammer 2 ist an einen ebenfalls schachartig ausgebildeten Einlaß 10 der Schneckenpresse 3 angeschlossen. Die Schnecke 11 dieser Schneckenpresse ist ebenfalls in konventioneller Bauart ausgeführt und weist (nicht näher bezeichnet) Einzugs- Schmelz- und Ausstoßzone auf. Die Antriebe der beiden Schneckenpressen sind mit 12, 13 bezeichnet. Im Auslaß I¹ der Schneckenpresse 1 sind zwei Systeme von Vorsprüngen vorgesehen. Die freien Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 7 des einen Systems bilden Durchlässe zum Erzeugen von Agglomeratsträngen. Die Vorsprünge 9 des weiteren Systems bilden eine Zerteilvorrichtung für die Agglomeratstränge., Axialanordnung und relative Drehbewegung der beiden Systeme bewirken, daß das Agglomerat in gleichmäßiger

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bzw. angenähert gleichmäßiger Form als Krümel, Flocken usw. vorliegt, das unmittelbar nach dem Zerteilvorgang in die Vakuumkammer gelangt. Hier wird es intensiv entgast und dann günstig von der Schneckenpresse der zweiten Kaskadenstufe eingezogen.

Die Schneckenspitze 6 gemäß Fig. 2 und 3 ist durch stegartige Vorsprünge 7 als Rillenkopf mit Außendurchmesser 1 D ausgebildet.

Die Durchlässe für das Agglomerat liegen als auf dem Umfang verteilt angeordnete Längsrillen 14 vor. Unmittelbar vor der Kopfstirnfläche der Schneckenspitze befindet sich eine Zerteilvorrichtung 9, die aus einer Reihe am Umfang verteilter gehäusefester Hesser oder Stifte 15 besteht, die radial angeordnet sind.

Die Schneckenspitze gemäß Fig. 4 und 5 liegt als Zapfen 16 vor, der eine Reihe umfangsverteilter und radial angeordneter Messer oder Stifte 17 trägt. Zwischen diesen Zerteilmitteln und der Schnecke 5 ist gehäusefest eine Lochplatte 18 mit Durchlässen angeordnet. Anstelle der Lochplatte kann auch eine Reihe umfangsverteilter, feststehender Nocken, Stifte oder dergleichen vorgesehen sein, deren freie Zwischenräume Durchlässe für das Agglomerat bilden.

Beispiel:

Eine PVC-Dry-blend-Mischung o.a. Rohstoff als Aufgabegut wird in der erster, beheizten Kaskadenstufe agglomeriert. Arn Auslaß dieser Stufe werden die gebildeten Agglomeratstränge in Krümel oder Flocken zerteilt. Die Materialtemperatur im Bereich der Zerteilstelle beträgt 140 c. Das erzeugte flockige oder krümelige Material wird dann bei einer Verweilzeit von ca. 30 s

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in der Vakuumkammer entgast, wobei ihm unerwünschte flüchtige Lestandteile, nicht jedoch die höher siedenden Gleit-, Gelier- und Stabilisierzusätze infolge der vorliegenden niedrigen fiaterialteraperatur von 14O C und des vorgesehenen Vakuums von ca. 5O Torr entzogen werden. Das entgaste Material wird :lanri von der Schneckenpresse der zweiten Kaskadenstufe günstig eingezogen, plastifiziert und ausgepreßt. Die Durchnesser der Schnecken der beiden Kaskadenstufen betragen GO nua, die wirksame Schneckenlänge der ersten Stufe beträgt 10 D und die der zweiten 12 D. Die Mengenleistung beträgt 85 kg/h.

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Claims

tentansi. rac

} {Verfahren 2να:: Verarbeiten und Entgasen pulverförmiger thermoplastischer Kunststoffe zu Kunststoff schmelze ilurch Zuführen des Pulvers oder Pulvergerräschs zu einer ersten Stufe einer Kaskaclen-Schneckenpresse, Verdichten des Aufgabegutes und Fördern in eine Vakuumkammer, Entgasen und Zufahren zu einer zweiten Stufe der Kaskaden-Schneckenpresse, Plastifizieren, Mischen und Ausstoßen der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufgabegut in der ersten Kaskadenstufe agglomeriert und ir. angelierten Zustand bei einer zwischen Erweichungs- und Schmelzpunkt liegenden Temperatur am Ende dieser Stufe zerteilt und in angenähert gleichmäßiger, porös körniger, krümeliger oder flockiger Form in die Vakuumkammer überführt, hier bei einer zwischen Erweichungs- und Schmelzpunkt liegenden Temperatur durch Evakuierung entgast und in der Form, die durch das Zerteilen vorliegt, in die zweite Kaskadenstufe eingezogen, dann aufgeschmolzen, plastifiziert, gemischt, homogenisiert und ausgepreßt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Agglomerieren bei einer Temperatur erfolgt, die zwischen 3O° - OO C, vorzugsweise 40° - 6O°C, unterhalb der Schmelzten! eratur des hufgabegutes liegt.

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3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgasen während einer Verweilzeit in der Vakuumkammer von 5-60 see, vorzugsweise 20-30 see. erfolgt.
4) Schneckenpresse zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus einer Schneckenpresse in Kaskadenanordnung mit zwischen den Kaskadenstufen befindlicher Vakuumkammer, gekennzeichnet durch;

a) eine die erste Kaskadenstufe bildende Schneckenpresse (1) mit Einzelschnecke (5) und 6 bis 12 D wirksamer Schneckengehäuselänge, bei der im Pressenauslaß (I¹) zwei Systeme von Vorsprüngen (7,9) vorgesehen sind, die axial benachbart angeordnet und relativ zueinander drehbeweglich sind;

b) eine an sich bekannte Vakuumkammer (2)mit angeschlossener Evakuierungsvorrichtung und

c) eine die zweite Kaskadenstufe bildende Schneckenpresse (3) mit Einzelschnecke (11) und 10 bis 14 D wirksamer Schneckengehäuselänge.
5) Schneckenpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenspitze (6) der Schnecke (5) als Kopf mit 1 D Durchmesser vorliegt, daß im Kopf durch Vorsprünge (7) umfangsverteilte Längsrillen (14) gebildet sind und daß im Bereich vor der Stirnfläche des Kopfes gehäusefest und radial angeordnete Zerteilmittel (9), insbesondere am Umfang verteilt angeordnete Messer oder Stifte (15), vorgesehen sind (Fig.2,3)

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6) Schneckenpresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenspitze (16) der Gehnecke (5) als Zapfen vorliegt und zugleich Träger der Zerteilnittel (7,17) ist und daß axial zwischen den Zerteilnitteln und der Schnecke ein gehäusefestes, Durchlässe (13) bildendes Mittel (18), beispielsweise Lochscheibe, vorgesehen ist.
7) Schneckenpresse nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Kaskadenstufe bildende Schneckenpresse eine Doppelschnecke aufweist.

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