DD261051A3

DD261051A3 - EXTRUDER FOR THE PROCESSING OF LOW VISCOSES PLASTICS WITH QUASI-NEWTONSCHEM FLOW BEHAVIOR

Info

Publication number: DD261051A3
Application number: DD86288569A
Authority: DD
Inventors: Roland Goerz
Original assignee: Schwerin Plastmaschinen
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1986-04-01
Publication date: 1988-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Extruder zur Verarbeitung von niedrigviskosen Kunststoffen mit quasi-newtonschem Fliessverhalten, insbesondere von Harzfarbkonzentraten. Dabei liegt der Kunststoff als Bruchmaterial mit hohem Feinkornanteil vor. Ziel der Erfindung ist es, niedrigviskose Kunststoffe mit quasi-newtonschem Fliessverhalten auf einem Extruder, der Bestandteil einer Thermoplaststranggranulieranlage ist, zu verarbeiten und dabei eine gute Produktqualitaet bei hoher Durchsatzleistung sowie einen stabilen verfahrenstechnologischen Prozess zu garantieren. Es besteht die Aufgabe, die Uebertragung der Drehbewegung der Extruderschnecke auf den Kunststoff zu kompensieren und dabei eine niedrigstmoegliche Schmelztemperatur zu erreichen. Die Loesung sieht vor, dass die Plastizierschnecke nur zu 50%-70% in den wirksamen Plastizierzylinder ragt, aus einer langen Einzugszone mit grosser Gangtiefe, einer kurzen konischen Kompressionszone und einer verkuerzten Ausstosszone mit Ringspaltelement bersteht. Der Extruder als Bestandteil einer Thermoplaststranggranulieranlage dient zur Verarbeitung von niedrigviskosen Kunststoffen mit quasi-newtonschem Fliessverhalten, wobei der Kunststoff als Bruchmaterial mit hohem Feinkornanteil vorliegt. Fig. 1The invention relates to an extruder for processing low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior, in particular of resin color concentrates. The plastic is present as a breaking material with a high proportion of fine particles. The aim of the invention is to process low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior on an extruder, which is part of a Thermoplaststranggranulieranlage, and thereby to guarantee a good product quality with high throughput and a stable process technology process. It is the object to compensate for the transmission of the rotational movement of the extruder screw on the plastic and thereby to achieve a lowest possible melting temperature. The solution provides that the plasticizing screw protrudes only 50% -70% into the effective plasticizing cylinder, protruding from a long feed zone with a large flight depth, a short conical compression zone and a shortened ejection zone with an annular gap element. The extruder as part of a Thermoplaststranggranulieranlage serves to process low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior, wherein the plastic is present as a fracture material with a high fine grain content. Fig. 1

Description

Piastizierschnecke besteht aus einer langen Einzugszone mit großer Gangtiefe, einer kurzen konischen Kompressionszone und einer veränderten stark gekürzten Ausstoßzone mit an ihrem Ende angeordnetem Ringspaltelement.The plastification screw consists of a long feed zone with a large flight depth, a short conical compression zone and an altered, strongly shortened discharge zone with an annular gap element arranged at its end.

Im Piastizierzylinder sind mehrere Schnecken angeordnet. Die 30-50% Restlänge des Piastizierzylinders ist als Wärmerohr mit gleichbleibendem Plastizierzylinderquerschnitt ausgebildet.In the Piastizierzylinder several screws are arranged. The 30-50% residual length of the Piastizierzylinders is designed as a heat pipe with a constant plasticizing cylinder cross-section.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt: Fig. 1: Extruder mit SchneckeThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows: Fig. 1: extruder with screw

Der erfindungsgemäße Extruder ist zur Verarbeitung von niedrigviskosen Kunststoffen mit quasi-newtonschem Fließverhalten, insbesondere von Harzfarbkonzentraten entwickelt worden. Diese Stoffe werden nach speziellen Mischverfahren hergestellt und dann gehäckselt, so daß sie als Bruchmaterial mit hohem Feinkornanteil vorliegen. Dieser Feinkornanteil stört erheblich den Verarbeitungsprozeß und führt daneben zu Problemen bei der kontinuierlichen Materialzuführung über Siloanlagen und Rohrleitungssysteme.The extruder according to the invention has been developed for processing low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior, in particular of resin color concentrates. These fabrics are made by special blending techniques and then chopped so that they are present as a high fines fraction. This fine grain content significantly interferes with the processing process and also leads to problems in the continuous material supply via silo systems and piping systems.

Es ist deshalb erforderlich, dieses in sich uneinheitliche Bruchmaterial mit großem Korngrößenverteilungsspektrum in eine Granulatform mit einheitlichen Abmessungen ohne Staubanteile zu bringen.It is therefore necessary to bring this intrinsically non-uniform breaking material with a large particle size distribution spectrum into a granular form with uniform dimensions without dust particles.

Es liegt nahe, für diese Verarbeitungsaufgabe herkömmliche Thermoplaststranggranulierextrusionsanlagen zu nutzen. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß durch die spezifischen Eigenschaften der niedrigviskosen Kunststoffe mit quasi-newtonschem Fließverhalten nur sehr geringe Durchsatzleistungen möglich sind bzw. Extrusionsverfahren gänzlich undurchführbar sind. Die wesentlichen Merkmale dieser Kunststoffe bestehen in nachfolgend aufgeführten Eigenschaften im Verarbeitungsprozeß. Die Mischungen liegen bereits in homogener Vermischung der Einzelkomponenten im System vor und dürfen im Extruder keiner starken deformativen Beanspruchung, weder thermisch noch mechanisch, unterworfen werden, damit eine partielle Materialschädigung bzw. eine Entmischung der Einzelkomponenten nicht eintritt. Nach Erreichen einer bestimmten Massetemperatur wird die Schmelze schlagartig so stark niederviskos, daß ein Formgestaltungsprozeß nach Verlassen des Werkzeuges sehr erschwert wird. Das Material zeigt nicht die den Thermoplasten eigenen visko-elastischen Schmelzeeigenschaften. Insbesondere das Fehlen entsprechender Eigenelastizität der Schmelze führt dazu, daß die mechanischen Bewegungen des Extrusionssystems nicht durch das Material kompensiert, sondern vollständig auf dieses übertragen werden. Das äußert sich ganz gravierend darin, daß z.B. die Drehung der Extruderschnecke dermaßen starkauf die Schmelze übertragen wird, daß diese noch mit der Drehbewegung aus dem Strangextrusionswerkzeug austritt. Die stark niedrigviskosen Stränge können dann nicht abgezogen und gekühlt werden. Diese Erscheinung beginnt zuerst bei den äußeren Strängen und setzt sich bei steigenden Extruderdrehzahlen fort bis sämtliche Einzelstränge der Drehbewegung unterworfen sind.It is obvious to use conventional thermoplastic extruded granulation extrusion equipment for this processing task. However, it has been shown that only very low throughputs are possible by the specific properties of the low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior or extrusion processes are completely impracticable. The essential features of these plastics consist in the properties listed below in the processing process. The mixtures are already present in homogeneous mixing of the individual components in the system and must not be subjected to severe deformative stress, neither thermally nor mechanically, in the extruder, so that partial material damage or segregation of the individual components does not occur. After reaching a certain melt temperature, the melt is suddenly so strong low viscosity that a mold design process after leaving the tool is very difficult. The material does not show the thermoplastic's inherent visco-elastic melt properties. In particular, the lack of corresponding inherent elasticity of the melt causes the mechanical movements of the extrusion system is not compensated by the material, but are completely transferred to this. This is expressed quite seriously in that e.g. the rotation of the extruder screw is transferred so much to the melt that it still emerges with the rotational movement of the extrusion extruder tool. The strongly low-viscosity strands can then not be deducted and cooled. This phenomenon begins first at the outer strands and continues with increasing extruder speeds until all single strands are subjected to rotary motion.

Um diese niedrigviskosen Kunststoffe mit quasi-newtonschem Fließverhalten optimal verarbeiten zu können, muß der Extruder diesen Eigenschaften so angepaßt werden, daß nur ein erforderliches Mindestmaß an thermisch-mechanischer Beanspruchung beim Aufschmelzen und Fördern auftritt, keine Entmischung der Komponenten in der Schmelzephase hervorgerufen wird, die Schmelzetemperatur auf dem niedrigst möglichen Niveau gehalten werden kann und die Drehbewegung der Extruderschnecke bis zum Eintritt der Schmelze in das Extrusionswerkzeug vollständig kompensiert wird, so daß völlig beruhigte Schmelzestränge als Freistahi die Werkzeugdüsenplatte verlassen und der eigentlichen Granuliervorrichtung zugeführt werden können. Um das zu erreichen, wird eine Piastizierschnecke 2 verwendet, die nur zu 50-70% in den Piastizierzylinder 1 hineinragt und zwar vom Einfülltrichter 3 in Richtung Extrusionswerkzeug 4 gesehen. Die Piastizierschnecke 2 zeichnet sich durch eine lange Einzugszone 5 mit großer Gangtiefe, einer kurzen konischen Kompressionszone 6 und einer gekürzten Ausstoßzone 7 aus. Bei praktischen Versuchen wurden verschiedene Piastizierschnecken 2 verwendet, die durch folgende Parameter gekennzeichnet waren:In order to optimally process these low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior, the extruder must be adapted to these properties so that only a required minimum level of thermal-mechanical stress during melting and conveying occurs, no segregation of the components is caused in the melt phase, the Melting temperature can be kept at the lowest possible level and the rotational movement of the extruder screw is fully compensated until the melt enters the extrusion die, so that completely calm melt strands as Freistahi leave the die plate and the actual granulator can be supplied. In order to achieve this, a plasticizing screw 2 is used, which protrudes only to 50-70% into the plastication cylinder 1 and seen from the hopper 3 in the direction of the extrusion die 4. The plastication screw 2 is characterized by a long feed zone 5 with a large flight depth, a short conical compression zone 6 and a shortened discharge zone 7. In practical experiments, different plasticizing screws 2 were used, which were characterized by the following parameters:

— Länge Einzugszone 5: 11-13 χ D- Length of feed zone 5: 11-13 χ D

— Gangtiefe Einzugszone 5: 0,15-0,18xD- Channel depth infeed zone 5: 0.15-0.18xD

— Länge Kompressionszone 6: 3-4 χ D- Length of compression zone 6: 3-4 χ D

— Länge Ausstoßzone 7: 0,3-0,5 χ D- Length of discharge zone 7: 0.3-0.5 χ D

— Gangtiefe Ausstoßzone 7: 0,1 x D- Gutter depth discharge zone 7: 0.1 x D

— Länge Ringspaltelement 8: IxD- Length of annular gap element 8: IxD

— Länge des eigentlichen Scherspaltes: 0,3-0,5 x D- Length of the actual shear gap: 0.3-0.5 x D

— Tiefe des eigentlichen Scherspaltes: 0,02-0,03 D- Depth of the actual shear gap: 0.02-0.03 D

— Steigung der Piastizierschnecke: 0,8-1,2 χ D- Slope of the plastification screw: 0.8-1.2 χ D

Die spezielle Gestaltung der Schneckengeometrie sichert, daß das scher- und temperaturempfindliche Material auch bei hohen Schneckendrehzahlen schonend in den Schmelzezustand überführt wird, und zwar vorwiegend durch äußere Wärmezufuhr über die Heizelemente 9, die um den Piastizierzylinder 1 angeordnet sind. Durch die spezifische Anpassung der Piastizierschnecke 2 kann eine Absenkung der äußeren Zylindertemperaturen von durchschnittlich 200⁰C auf etwa 140⁰C erreicht werden, weil die kürzere Piastizierschnecke 2 mit ihren speziellen Gangprofilverlauf weniger überschüssige Friktionserwärmung bringt. An der Schneckenspitze liegt eine mit der Piastizierschnecke 2 rotierende Schmelze vor, die homogen aufgeschlossen, aber von maximal hoher Viskosität bei niedrigen Schmelzetemperaturen ist. Am Ende der Ausstoßzone 7 ist ein Ringspaltelement 8 angeordnet, um besonders große Bruchstücke des Materials solange zurückzuhalten, bis diese vollständig aufgeschmolzen sind. Die effektiven 30-50% Restlänge des Piastizierzylinders 1 dient als Wärmerohr 10 und kann bei ca. 12O⁰C Wandtemperatur gehalten werden. Außerdem tritt keine Wärmerückwirkung aus diesem Plastizierzylinderabschnitt auf die vorherliegenden Schneckenabschnitte auf.The special design of the screw geometry ensures that the shear and temperature-sensitive material is gently transferred to the melt state even at high screw speeds, mainly by external heat supply via the heating elements 9, which are arranged around the Piastizierzylinder 1. Due to the specific adaptation of the plastication screw 2, a lowering of the outer cylinder temperatures from an average of 200 ⁰ C to about 140 ⁰ C can be achieved because the shorter Piastizierschnecke 2 brings with their special Gangprofilverlauf less excess friction heating. At the point of the screw there is a melt rotating with the plastication screw 2, which is homogeneously digested but of maximum high viscosity at low melt temperatures. At the end of the ejection zone 7, an annular gap element 8 is arranged to retain particularly large fragments of the material until they are completely melted. The effective 30-50% residual length of the Piastizierzylinders 1 serves as a heat pipe 10 and can be maintained at about 12O ⁰ C wall temperature. In addition, no heat recovery from this plasticizing cylinder section occurs on the preceding screw sections.

Mit dieser Temperaturführung kann unter Beibehaltung des Plastizierzylinderquerschnittes die Viskosität der Schmelze bis zum Extrusionswerkzeug 4 kontinuierlich erhöht werden. Die Drehbewegung der Schmelze mit der rotierenden Piastizierschnecke 2 geht in diesemWith this temperature control, while maintaining the plasticizing cylinder cross-section, the viscosity of the melt can be continuously increased up to the extrusion die 4. The rotational movement of the melt with the rotating plasticizing screw 2 goes in this

Plastizierzylinderabschnitt allmählich in eine reine axiale laminare Blockströmung über. Diese axiale Schubbewegung istfrei von rotatorischen Komponenten und sichert ein absolut ruhiges Austreten der Schmelzefäden aus dem Extrusionswerkzeug 4. Mit dem beschriebenen Extruder tritt gegenüber einem nicht modifizierten Thermoplastextruder von 063 mm Schneckendurchmesser eine Produktionssteigerung von über 200% ein, obwohl der dabei verwendete erfindungsgemäße Extruder einer kleineren Baureihe angehört. Dabei ist die Produktqualität wesentlich verbessert, weil das Material geringer thermisch-mechanisch belastet wird, und vor allem ist ein stabiler verfahrenstechnologischer Prozeßablauf gewährleistet. Abschließend ist noch zu bemerken, daß der erfindungsgemäße Extruder nicht ausschließlich ein Einschneckenextruder sein muß. Selbstverständlich können auch Mehrschneckenextruder erfindungsgemäß umgerüstet werden.Plasticizing cylinder gradually into a pure axial laminar block flow over. This axial thrust movement is free of rotational components and ensures an absolutely smooth exit of the melt filaments from the extrusion die 4. With the described extruder over an unmodified thermoplastic extruder of 063 mm screw diameter, an increase in production of over 200%, although the extruder invention used in a smaller Belongs to the series. The product quality is significantly improved because the material is less thermally-mechanically stressed, and above all, a stable procedural process is guaranteed. Finally, it should be noted that the extruder according to the invention need not be exclusively a single-screw extruder. Of course, multi-screw extruders can also be converted according to the invention.

Claims

1. extruder as part of a Thermoplaststranggranulieriinie for processing low viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior in particular of Harrfarbkonzentraten present as a fracture material with high Feinkomanteil, the extruder consists essentially of a Piastizierzylinder, a Piastizierschnecke with annular gap element, a hopper and an extrusion tool characterized characterized in that in the Piastizierzylinder (1) arranged Piastizierschnecke (2) only to 50-70% in its effective length from the hopper (3) in the direction of extrusion die (4) protrudes, and the Piastizierschnecke (2) from a long feed zone (5 ) with a large flight depth, a short conical compression zone (6) and a sharply shortened ejection zone (7) with an annular gap element (8) arranged at the end.

2. Extruder according to claim 1, characterized in that in the Piastizierzylinder (1) a plurality of Piastizierschnecken (2) are arranged.

3. Extruder according to claim 1, characterized in that the 30-70% residual length of the Piastizierzylinders (1) as a heat pipe (10) is formed with a constant plasticizing cylinder cross-section.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The field of application of the invention relates to an extruder as part of a Thermoplaststranggranulierlinie for processing low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior, in particular of resin color concentrates, which are present as a fracture material with a high Feinkomanteil.

Characteristic of the known technical solutions

It is known that low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior are processed on conventional Thermoplaststranggranulieranlagen. Since these plants do not correspond to the special properties of these substances, one must accept strong restrictions with regard to the throughput quantities and the working speed in order to be able to produce in appropriate quality or at all. Furthermore, it is known that these low-viscosity plastics are processed by additional units such as static mixer and pump systems are arranged between the extruder and the tool. However, such additional aggregates represent a disproportionate investment.

They also solve only the problem of compensation for the screw rotation and possibly a proper tempering. But the risk of thermal-mechanical overuse of the melt is so high in such aggregates that also only small flow rates can be realized. In DE-AS 1126587 a solution is described in which solid granules of polymers or polycondensates of the polyamide type are produced. In this case, the polyamide is brought to the desired consistency in a mixing and homogenizing with cooling and realized on the other hand, an intensive incorporation of additives. The mixing device is a screw and empties into a conduit-like device having an outer jacket, in which a medium is circulated which maintains the temperature below solidification. This solution also represents an unjustified high expenditure on equipment. In addition, the piping system designed for polyamide does not allow the complete compensation of the screw rotation, in particular because the line narrows. Therefore, only low screw speeds and low throughputs are possible with this solution.

Object of the invention

The aim of the invention is to 'develop an extruder as part of a Thermoplaststranggranulierlinie for processing high-grade fracture material from low-viscosity plastics with quasi-Newtonian flow behavior, which ensures high throughput with good product quality and a stable procedural process and requires no additional aggregates.

Explanation of the essence of the invention

The invention has the object to compensate for the transmission of the rotational movement of the extruder screw on the low-viscosity plastic with quasi-Newtonian flow behavior to the entry of the molten material in an extrusion die, so that completely calmed melt strands leave the extrusion tool as free steel, and that the melt temperature on the lowest possible level can be maintained.

According to the invention the object is achieved in that the arranged in the Piastizierzylinder Piastizierschnecke protrudes seen only to 50-70% in the effective length of the hopper in the direction of extrusion die. The