DE2461320A1 - Schraubenmischer - Google Patents

Description

• Schraubenmischer Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Kern und Gewindegang für einen Extruder oder einen Mischer0 Die Erfindung betrifft insbesondere einen neuartigen Gewindegang auf dem Kern eines Extruders, durch welchen der Mischvorgang verbessert wird0 Es ist bekannt, daß versehiedene Kunststoffe und andere Materialien wie Elastomere und dergleichen in einem Extruder mit anderen Stoffen vermischt oder su verschiedenen, zur ~Weiterverarbeitung geeigneten Formkörpern extrudiert werden kön; nen. Die konventionelle, rotierbare Schneckenpresse arbeitet mit Zapfen, Vorsprüngen und dergleichen, wie zum Beispiel in den US-PSS 3 487 503 und 2 838 794 beschrieben, um den Materialstrom aufzuspalten und das Kunststoffmaterial zu mischen.
• Derartige Vorrichtungen setzen das geschmolzene Harz jedoch nur kurz hohen Scherkräften aus und verändern den Durchströmungsverlauf der Schmelze nicht wirksam, um eine Erhöhung der ßß.ischlçistung zu erzielen, da die Ströme sich rasch wieder mit dem Hauptstrom vereinigen. xndere Vorrichtungen wurden zur Sinarbeitung von kurzen #ilamenten wie Glasfasern in verschiedene Harze entwickelt, siehe die U;-PS 3 520 027o Hier erfolgt das Vermischen in einem konventionellen Extruder0 k1ischvorrichtungen der in der US-PS 3 051 453 beschriebenen Art verwenden eine Vielzahl stationärer hiderstandskörper, durch welche der fliegende Strom in zahlreiche Ströme aufgeteilt wird, die später wieder vermischt werden. Bei dieser Vorrichtung muß die fließfähige kasse mit Hilfe äußerer Mittel durch die Vorrichtung gepumpt werden. Eine Extruder-Förderschnecke aus einem Kern und diskontinuierlichen Gewindegängen wird in der US-PS 3 593 843 beschrieben, wobei die Gewindegänge lang sind und breite Zwischenräume oder Kammern zwischen zwei Gewindegängen vorhanden sind, so daß kein zusätzliches Iviischen erfolgt. Eine etwas ähnliche Vorrichtung beschreibt die US-PS 3 368 724, wobei hier die Gewindegänge relativ lang sind und unvollständig durchgearbeitetes Material rückgeführt wird, woraus sich ein erhöhter Rückdruck ergeben kann, ohne diesen ausgleichende Vorteile, Es gibt zahlreiche weitere Mischvorrichtungen und Extruder, die jedoch sämtliche die unerwarteten Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht erreichen, wozu gehören: 1) Pumpkapazität oder 2) relativ niedriger Durokabfall; 3) relativ niedrige Arbeitstemperaturen; A) exponentielle Aufspaltung des Materialstroms; 5) Unabhängigkeit von Geschwindigkeit, Viskosität oder Dichte des Stroms und 6) Xückmischung unter niedriger Scherkraft bei umgekehrt (bremsend) angeordneten Gewindegängen0 Die Erfindung ist zu beschreiben als Iuiischschnecke eines Sxtruders zur Verwendung in einem Sxtruderzylinder, gekennzeichnet durch mindestens zwei diskontinuierliche, in Abstand voneinander befindliche spiralige Gewindegänge, die aus relativ kurzen, hervorstehenden 1 eilen sYwisc!* 1 AvOsnarungen i-!~ei~i.ldet sl,li!, (bezw. Stegen) auf einem rotierbaren Kern, welche Slemente sich wiederholender Konfiguration bilden, wobei die Stege in den Kanälen zwischen den Gewindegängen der genannten Elemente zentriert sind, so darin sich ein erster fließender Materialstrom im Zylinder bildet durch die dem Strom vom Extruder erteilte Bewegung, wobei ferner der erste Strom in zweite und dritte Ströme aufgespalten wird, die mit vierten und fünften Strömen vereinigt werden, die auf gleiche Weise durch das selbe oder das vorhergehende Element gebildet wurden, welche die gleiche spiralige und Längsbewegung wie der erste Strom ausführen, wobei diese Bewegung aus der Rotation des Kerns im Zylinder und den darauf angeordneten Stegen resultiert.
• Die Schritte werden nacheinander wiederholt unter Erzeugung einer Vielzahl von Misehungsstrbmen, die mit der Anzahl der Gewindegänge pro Element und der Anzahl der Elemente pro Kern-oder Zylinderlänge zunehmen, worauf deren Wiedervereinigung erfolgt.rund man das gemischte Material erhält.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert: Figur 1 zeigt eine Seitenansicht und einen Querschnitt eines drei-gewindigen Elements zur Herstellung des erfindusgsgemäusen Kerns.
• Figur: 2 zeigte zwei Elemente gemäß Figur 1, die erfindungegemäß miteinander verbunden sind.
• Figur 3 zeigt sechs Elemente gemäß Figur 1, die mit-einander verbunden sind. Aus dieser Zeichnung ist ferner das Aufspalten und Zusammenführen der Ströme ersichtlicho Figur 4 zeigt einen zwei-gewindigen Kern in einem Extrudergehäuser Figur 5 ist Figur 4 ähnlich mit der Abweichung, daß die Länge der Gewindegänge kürzer ist.
• Figur 6 zeigt Gewindegänge von gleicher Länge wie in Figur 5, jedoch in anderer Anordnung derart, daß die Lange der Stege längs dem Kanal geringster Breite vermindert ist, um die Durchflußbe#ciirän#k;%I# #erkleinern.
• Figur 7 zeigt eine Vorrichtung ähnlich Figur 6, jedoch mit abgekanteten Enden der Stege, wodurch die Durchflußbeschränkung weiter vermindert wird.
• Figur 8 zeigt eine Vorrichtung ähnlich Figur 6 und 7, jedoch mit abgekanteten (scharfen) Stegenden mit geringer Überlappung.
• Figur 9 illustriert das Vermischen und Wiedervereinigen, wie man es mit einem Extruderkern aus vier drei-gewindigen Elementen gemäß Figur 1 erzielt.
• Figur 10 zeigt Pellets aus mit Glasfasern gefülltem Polypropylen, die erfindungsgemäß (Figur 3) bezw. mit einem konventionellen Extruder erhalten worden waren.
• Figur 11 zeigt eine Anordnung von sechs zwei-gewindigen Elementen, die alternierend links- und rechtsdrehend angeordnet sind.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen: Die folgende Tabelle gibt die Dimensionen der einzelnen Teile an, die bei der Beschreibung der Zeichnungen vorkommen: Abmessungen bezogen auf do Kerndurchmesser Bereich bevorzugt Kanal geringster Breite, w 1/20 bis 2 1/10 bis 0,5 fortlaufende Länge im Kanal geringster Breite, 1 -0,25 bis 3 1/10 bis 195 Elementlänge, Le 1/10 bis 5 1/3 bis 1 Kerndurchmesser, D beliebig 2954 bis 30,48 cm In den Figuren 1 bis 3 bezeichnet 11 ein Element eines Extruderkerns 10 mit in gleichmäßigem Abstand angebrachten drei Gewindegängen 16a, 16b und 16c. Der Querschnitt des Elements 11 zeigt drei Zapfenlöcher 12, die dazu dienen, die Elemente zusammenzuhalten, wie aus Figur 2 ersichtlich. In Figur 2 sind zwei identische Elemente mittels der Zapfen 14 und der Zapfenlöcher 12 miteinander verbunden.
• In Figur 3 werden sechs Elemente 11 (Gesamtlänge entsprechend 3-fachem Durchmesser) mittels der Zapfen 15 in den Zapfenlöchern 12 zusammengehalten. Figur 3 zeigt ferner die Strömungsweise einer Flüssigkeit wie geschmolzenem Polyolefin, wobei die einzelnen Ströme entstehen durch die Anordnung der Stege 16a, 16b und 16¢, die die drei Gewindegänge pro Element in stetiger Wiederholung bilden.
• Selbstverständlich befinden sich die zwei Elemente 11 von Figur 2 und die sechs Elemente 11 von Figur 3 in einem geeigneten, nicht gezeigten Zylinder eines Extruders, der mindestens einen Einlaß und einen Auslaß besitzt0 Figur 1 zeigt ferner eine Öffnung 24 zur Rotation der zusammengefügten Elemente im Extruderzylinder mittels einer nicht gezeigten Achse durch äußere Krafteinwirkung.
• Wie aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich, besteht der rotierbare Kern aus miteinander verbundenen und einander folgenden Elementen mit Zulauf- und Ablaufenden, und auf jedem Element befinden sich mindenstens zwei Gewindegänge, die aus Stegen oder Vorsprüngen bestehen, Die Ablaufenden der Gewindegänge des zweiten Elements sind von den Zulaufenden der Gewindegänge des ersten Elements in gleicher Richtung auf dem Kern transversal versetzt, so daß das Ablaufende jedes Gewindegangs bezw. Stegs oder Vorsprungs des zweiten Elements sich zwischen den projizierten Schraubenachsen befindet, die vom Zulaufende des Gewindegangs des ersten Elements ausgehen.
• In Figur 4 besitzt ein zwei-gewindiger Kern 30 Stege 31a und 31b, die die Gewindegänge in jedem sich wxderholenden Element darstellen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, entstehen zwischen den Stegen 31a und 31b Kanäle 32 der Breite wt und die Länge zwischen den Enden eines Stegs und eines weiteren Stegs beträgt lo Die Breite w wird als "Kanal geringster Breite" bezeichnet und als der kleinste senkrechte Abstand zwischen zwei benachbarten Stegen definiert. Die Breite w kann zwischen etwa 1/20 und etwa dem zweifachen Durchmesser des Kerns betragen, in Abhängigkeit von der Anzahl, Dicke und Steigung der Gewindegänge. Die Länge 1 des Kanals geringster Breite, der durch zwei diskontinuierliche Gewindegänge entsteht, ist definiert als fortlaufende Länge von links nach rechts entlang der Schraubengewindeachse, sie beträgt insbesondere etwa -0,25 bis etwa 3-fachen Durchmesser des Kerns, wobei der Kerndurchmesser die Stege mit einschließt. Die Länge 1 kann auch größer sein, je nach der Länge jedes Elements und der Vorsorge zusätzlicher Überlappung zwischen den Stegen 31a und 31b. Ein negativer Wert wird nur dann erhalten, wenn die Stege nicht überlappen. Die Gesamtlänge der Gewindegänge (Stege) hängt vom Durchmesser des Zylinders und dem Kerndurchmesser ab, die beide zum Beispiel typischerweise im Bereich zwischen etwa 2,5 und 30,5 cm liegen können. Auch Durchmesser überhalb dieser Grenzen sind praktikabel, sofern Fabrikationsmethoden ihre Konstruktion erlauben. Ferner hängt die Gesamtlänge der Gewindegänge von der Gewindesteigung ab, die jeden beliebigen Schraubenwinkel ~ von mehr als etwa 3 Grad und weniger als etwa 90 Grad ausmachen kann, wobei der Schraubenwinkel zwischen der Schraubengewindeachse und einer Ebene senkrecht zur Achse des KernS gebildet wird, Typischerweise beträgt die axiale Länge der Gewindegänge von 1/10 bis 5-fachen Durchmesser des Kerns6, Ein geeigneter Schraubenwinkel liegt zwischen etwa 3 und etwa 60 Grad, gewöhnlich bei etwa 18 Grad, Der Kern 30 befindet sich in einem Extruderzylinder 34, der mit mindenstens einem Einlaß und einem Auslaß (nicht gezeigt) versehen ist, ferner mit Mitteln zur Drehung des KernS30 gegenüber dem Zylinder 34 oder des Zylinders 34 gegenüber dem Kern 30, so daß einehchraubenförmige und Längsbewegung des in den Zylinder 34 auf der linken Seite eingeführten Materials entsteht. Die Mittel zum Rotieren des Kern können sich zum Beispiel ebenfalls am linken Ende des Zylinders 34 befinden.
• In Figur 4 beträgt die Steigung jedes Gewindegangs (Vorsprungs oder Stegs) 31a (oder 3tb) etwa ein Kerndurchmesser 30, wobei diese Steigung gleich ist derjenigen der Gewindegänge in Figur 1 und 3. Die Steigung wird definiert als die entlang der Längsachse des Kerns bei einer vollständigen Umdrehung des Gewindegangs oder seiner Projektion längs der Schraubenachse überbrückte Länge. Die Steigung kann auch als Schraubenwinkel ~ definiert werden, in welchem Fall eine Steigung von 1 Durchmessetänge (1 L/D) dem Ausdruck ~v sin entspricht. Die axiale Länge jedes sich wiederholenden Elements in Figur 4 ist die gleiche wie die relative axiale Länge der einzelnen Elemente in Figur 1 bis 3, die die Hälfte des Kerndurchmessers 30 beträgt, wobei die axiale Länge jedes Elements etwa der Gewindeganglänge entspricht, die entlang der Längsachse des Kerns 30 zwischen der Zulaufkante und der Ablaufkante des gleichen Gewindegangs gemessen wird.
• In Figur 5 ist die Steigung der Doppelgewindegänge 41a und 41b auf jedem Element gleich wie in Figur 4, jedoch beträgt die Länge jedes Elements ein Drittel des Durchmessers des Kerns400 Das Gleiche gilt für figur 6, in welcher der Kern 50 mit in gleichen Abständen voneinander angeordneten Doppelgewindegängen ausgestattet ist aus identischen, sich wiederholenden Stegen 51a und 51b mit einer Steigung und Länge wie in Figur 5, mit der Abweichung, daß das Anordnungsmuster der Gewindegänge in Figur 6 sich dadurch unterscheidet, daß die Zulauf (Ablauf)-Enden der Doppelgewindegänge 51a und die Ablauf (Zulauf)-Enden der Doppelgewindegänge 51b auf einer Schraubenlinie entgegengesetzter Steigung wie die Gewindegänge (Stege) liegen, während in Figur 5 die Zulauf (Ablauf)-Enden der Doppelgewindegänge 41a und die Ablauf(Zulauf)-En den der Doppelgewindegänge 41b auf einer geometrischen Linie liegen, die dem Umfang eines Kreises entspricht, der durch den Querschnitt einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Kerns 40 gebildet wird. Der Vorteil der Anordnung von Figur 6 verglichen mit Figur 5 liegt darin, daß die Länge 1 des Kanals geringster Breite bei gleicher Breite w kürzer ist.
• Durch die kürzere Länge 1 wird die Durchflußbeschränkung in den Kanälen der Breite w zwischen den Stegen vermindert.
• In Figur 7 sind die Steigung der in gleichem Abstand voneinander befindlichen Doppelgewindegänge (Stege) 61a und 61b und die Elementenlänge und die Anordnung der Gewindegänge gleichwie in Figur 6, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß die Enden der Stege in Figur 7 abgekantet sind und schärfere Ecken bilden als die Enden der Stege gemäß Figur 1 bis 5. Die Enden der Stege gemäß figur 6 sind hingegen abgestumpft. Durch die scharfen Enden wird die Durchflußbeschränkung des Kunststoffmaterials in den Kanälen der Breite w zwischen den Steg3n weiter vermindert.
• Figur 8 entspricht Figur 7 mit der Abweichung, daß jer Kern neigte 70 mit Stegenden ausgestattet ist, die d; entgegengesetzt ZQ-Schraubenlinie überlappen. Diese Überlappung korrigiert eine allfällige Überkürzung der Steglänge 1 entlang dem Kanal geringster Breite und ermöglicht, daß das Kunststoffmaterial in den Kanälen zwischen den Gewindegängen, zum Beispiel zwischen den Gewindegängen 71a und 71b durch die Gewindegänge 72a und 72b gleichmäßiger unterteilt wird.
• In Figur 9 wird das Mischen durch Aufspalten des Materialstroms schematisch für 4 Elemente 11 gemäß figur 1 dargestellt. Die kumulative Anzahl der Lagen (S), die beim Vermischen eines thermoplastischen Harzes wie festem Polypropylen entsteht, nimmt exponentiell (2n) mit der Anzahl der Elemente n zu und erhöht sich linear (f/2) mit der Anzahl der Gewindegänge f pro Element.
• Figur 10 vergleicht Polyolefin (Polypropylen)-Pellets von 6,35 mm Größe, die mit 25 Gew.% Glasfaser von etwa 13 Mikron Durchmesser und einer Ausgangslänge von 3596 mm gefüllt sind, wobei die Mischung in einem 24/1. L/D-Extruder erfolgte. Figur 10a zeigt die Pellets nach der Bildung in einem konventionellen Extruder, nährend Figur 10b Pellets zeigt, die unter Verwendung eines Kerns gemäß Figur 3 hergestellt worden sind.
• In Figur 11 bilden alternierende doppelgewindige Elemente 80 und 81 mit kechts- und Links-Gewindegang den Kern 83 eines Extruders. Links-Elemente 80 sind mit Gewindegängen 84 ausgestattet, während die Rechts-Elemente 81 Gewindegänge 85 aufweisen. Die diskontinuierlichen Gewindegänge 84 und 85 bestehen aus Stegen ähnlich denen der vorangegangenen Zeichnungen. Die alternierenden Rechts- und Links-Gewindegänge sind gleicher Länge und zweckmäßig entsprechend dem halben Durchmesser des Kerns 83, wobei dies jedoch nicht zwingend ist und die Linksgewinde kürzer oder länger als die Kechtsgewinde sein können.
• Die Vorrichtung gemäß Figur 11 wird zweckmäßig nach der folgenden Methode A hergestellt, bei welcher eine endlose doppelgewindige Linksschraube und eine endlose doppelgewindige Rechtsschraube in Sektionen von 1/2 D Länge zerschnitten und dann alternierendQmiteinander verbunden werden, da die Gewindegänge eines Elements sich in den Gewindegängen des folgenden Elements nicht fortsetzen, die ihrerseits in den durch die Gewindegänge des vorangehenden Elements gebildeten Kanälen zentriert sind. Der Druckabfall der umgekehrt laufenden (links-)Gewindegänge kann etwas abgemildert werden, indem man diese kürzer als die Gewindegänge der Rechtselemente ausbildet.
• Die Mischelamente der in figur 1 bis 3 illustrierten Art können nach Methode A wie folgt hergestellt werden: Methode A 10 Man konstruiert ein langes, 3-gewindiges (3-fach kanneliegt) Schraubenstück mit Rechtsgewinde (square-pitched) von 5,08 cm Außendurchmesser aus einer nichtrostenden Stahllegierung (17-4PH, 17% Chrom; 4% Kupfer, Ausscheidungshär tung). Nach dem Gewindeschneiden erfolgt Wärmebehandlung zwecks Erzielung der Festigkeit und Härte von 4140- oder 4340-Stahl. Die Gewindegänge sind parallele und in gleichem Abstand voneinander befindliche kontinuierliche Schraubengänge. Die Länge beträft etwa 35,6 cm insgesamt oder so viel, daß man in 12 Stücke von 2,54 cm Länge (Elementlänge ist r 1/2 L/D) zerschneiden kann.
• 2. Nach dem Zerschneiden in 12 Abschnitte von 2,54 cm Länge werden die drei Zapfenlöcher wie folgt erzeugt: a. Bei Verwendung identischer Lochabmessungen werden parallel zur Längsachse des Kerns 3 in gleichem Abstand voneinander befindliche Löcher durch 1 Stück (Element)gebohrt.
• b. Unter Anwendung der gleichen Anordnung der Löcher und der gleichen relativen Stellung von Löchern und Gewindegängen werden Löcher durch die restlichen 11 Stücke gebohrt, so daß jedes Stück bezw, Element identisch ist.
• 0. Verbindungszapfen werden in Sätzen von 3 verschiedenen Längen aus einer hochfesten gehärteten Bohrstange von etwas geringerem Durchmesser als den Zapfenlöchern hergestellt, so daß sie sich frei einpassen. Die Zapfen sind lang genug, so daß sie nach dem Verbinden der Elemente um etwa 1,27 cm an jedem Ende der verbundenen Elemente herausragen, so da diese an den entsprechenden Enden einer konventionellen Schneckenpresse befestigt werden können. Zum Beispiel kann man Zapfen von 17,78 cm Länge verwenden, wenn man 6 Elemente von 2,54 cm Länge verbinden will.
• de Die Elemente werden dann mit den Zapfen derart verbunden, daß die Gewindegänge aufeinanderfolgender Elemente nicht kontinuierlich sondern diskontinuierlich und in den Kanälen des vorhergehenden Elements zentriert sind.
• Das Mischelement der in Figur 1 bis 3 gezeigten Art kann auch aus einem einzigen Werkstück hergestellt werden ohne unter teilen oder Zerschneiden in einzelne Sektionen, die nachher wieder miteinander verbunden werden müssen. Dieses mit Methode B bezeichnete Verfahren wird anschließend am Beispiel einer Mischschraube gemäß Figur 4 illustriert: Methode B 1. Man stellt ein langes, +-gewindiges (4-fach kanneliert) Schraubenteil mit Rechtsgewinde (square-pitched> von 15,24 cm Außendurchmesser her, wobei die Gewindegänge parallele und in gleichem Abstand voneinander befindliche kontinuierliche Schrauben sind. Für eine Gesamtlänge des Mischers von 3 L/D aus 6 Elementen 1/2 L/D beträgt die Gesamtachsenlänge 45,72 cm.
• 20 Beginnend an einem Ende (L/D"O) wird eine Markierung auf jedem Gewindegang alle 7,62 cm (oder alle halbe 1/2 L/D) der axialen Länge des Kerns angerissen. Dies kann erfolgen, indem man ein Markierungsinittel im vorgeschriebenen Abstand ansetzt und den Kern um seine Längsachse rotiert.
• 3. Beginnend am einen Ende wird jedes andere eil des Gewindegangs zwischen den angerissenen Markierungen in diskontinuierlicher Weise entfernt derart, daß die Hälfte des ursprünglichen Gewindegangs zuriickbleibt, wobei die zurückbleibenden Teile diskontinuierlich doppelgewindig (doppelt kannaliert) und mit gleichmäßigen Abständen versehen sind, mit einzelnen axialen Längen von 7,62 cm (oder 1/2 L/D) zwischen den Zulauf- und Ablaufenden jedes Gewindegangs, der in dem durch die zwei vorangehenden Gewindegänge gebildeten Kanal zentriert ist.
• Die Mischschraube gemäß Figur 5 kann nach Methode A oder Methode B hergestellt werden.
• Die Mischachrauben der in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellten Art werden am besten nach einem Methode B ähnlichen Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren, das als Methode C bezeichnet wird, wird nachstehend am Beispiel der Herstellung einer Mischschraube gemäß Figur 6 illustriert: Methode C 1. Man stellt ein langes, 4-gewindiges (vierfach kanneliert) Schraubenteil mit Rechtsgewinde (square-pttched) von 30,48 cm Außendwrchmesser her, wobei die Gewindegänge parallele und in gleichem Abstand voneinander befindliche kontinuierliche Schrauben sind0 Bei einer Gesamtmischerlänge von 3 L/D aus 9 Elementen von 1/3 L/D beträgt die Gesamtaxiallänge 91,4 cm.
• 2. Beginnend am einen Ende wird eine Markierung an jedem Gewindegang angerissen, wobei diese einer äquidistanten, linksverlaufenden, entgegengesetzt geneigten Doppelschraubenlinie (entgegengesetzte Richtung wie die Gewindegänge) der Neigung 2 L/D folgt.
• 3o Beginnend am einen Ende werden alle anderen Teile des Gewindegangs zwischen den angerissenen Markierungen in diskontinuierlicher Weise entfernt derart, daß die Hälfte der ursprünglichen Gewindegänge zurückbleibt, wobei die zurückbleibenden zeile doppelgewindig (doppelt kanneliert) und gleich voneinander entfernt sind mit einzelnen axialen Längen von 10,16 cm (oder 1/3 L/D) zwischen Zulauf- und Ablaufenden jedes Gewindegangs, wobei ferner jeder Gewindegang in dem durch die beiden vorangehenden Gewindegänge gebildeten Kanal zentriert ist.
• Die Erfindung kann auf hermoplasee allgemein angewendet werden, einschließlich Polyolefine wie gewöhnlich feste Polymere aus Alpha-Monoolefinen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen wie zum Beispiel Polyäthylen und Polypropylen, wobei diese beiden bevorzugt sind. Auch Polyisobutylen vom Molekulargewicht 60000 bis etwa 400000 und andere Polyisobutylene, Äthylen-Propylen-Kautschuk, Copolymere aus obigen Alpha-Monoolefinen, binäre und ternäre Gemisehe aus Kautschuken und Polyolefinen oder Polyisobutxlen können ebenfalls erfindungsgemäß verarbeitet werden, und zwar im Gemisch untereinander oder mit Füllstoffen wie Asbest, Synthese- oder Naturfasern, Glasfasern, Tonen, Farbstoffen, Pigmenten und dergleichen. Weitere Thermoplaste, auf die vorliegende Erfindung anwendtbr ist, sind die Polyamide, Polyacrwle, Polyester, Polyphenylene, Polycarbonate, thermoplastische Polyharnstoffe, Polystyrol und deren Copolymere, Polycaproamide und dergleichen.
• Auch Farbanstriche können erfindungsgemäß vermischt werden, insbesondere Latex-t'arbanstriche, 1arben und Lackeßdie Silikate, organische oder anorganische Komponenten wie Pigmente, Füllstoffe, Lösungsmittel und dergleichen enthalten. Zu den Pigmenten gehören Zink , Aluminiumstaub oder- Flocken, ' tandioxid, Eisenoxid und dergleichen. Kautschukartigen oder thermoplastischen Materialien können Inhibitoren und dergleichen erSindungsgemäb beigemischt werden. Hierbei kann es sich um Oxidationsinhibitoren, UV-Inhibitoren oder dergleichen handeln.
• Bei der Durchführung vorliegender Erfindung können zwei oder mehr zu vermischende Bestandteile getrennt oder zusammen der Extrudiervorrichtung zugeführt werden. Bei getrennter Zufuhr benötigt man mehr als eine Einlaßöffnung.
• Zur Illustrierung der Erfindung wurde folgender Versuch in einem 24/1 L/D-Extruder unter Verwendung von 1o 3-gewindigen Mischelementen der in figur 1 bis 3 gezeigten Art (Länge jeweils 1/2 D, gesamte Tischlänge 5D) durchgeführt, wobei sich der Mischer zwischen 9D und 14D längs der Schraubenkernachse befand (bei Länge 0 befindet sich der Einfülltrichter). Die Beschickung bestand aus Polypropylenpulver der Schmelzflubgeschwindigkeit ca. 0,4 (Mass der Schmelzviskosität; Steigerung der Schmtlzflußgeschwindigkeit bedeutet eine Viskositätsabnahme). In die Mischzone wurde bei der Länge 10D mittels einer außen angeordneten Pumpe ein flüssiges Monomer (Acrylsäure) injiziert, welches eine geringe menge (ca. 1,5 Gew.%) eines organischen Peroxid-Initiators, nämlich #,# -Bis(t#butylperoxy)-diisopropylenbenzol enthielt. Die Monomerkonzentration betrug etwa 5,7 Gew.°fO, bezogen auf das Polypropylen. Die Mischschraube war wirksam in der Ausführung von zwei Funktionen, die in Extruder/Reaktions-Systemen erforderlich sind. Zunächst ergab sie einen ~Schmelzverschluß" um die Schraube (zwischen 9D und 10D) direkt vor der Stelle der Injektion (10D) auf Grund der Tatsache, dald die Kanäle als Ergebnis der begrenzten Rückmischung' die durch die Teilung der Ströme erzeugt wird, gefüllt waren. (Durch kontinuierliche Gewindegänge gebildete Kanäle sind gewöhnlich nicht vollständig mit geschmolzenem Polymer gefüllt, so daß sich ein kontinuierlicher schraubenförmiger "Luftraum" bildet, durch den verdunstetes Monomer aus dem Einfülltrichter entweichen kann, woraus sich verringerte Umwandlungsgrade ergeben). Zweitens erzeugte die wirksame Mischvorrichtung offensichtlich neue Polymeroberfläche mit fortschreitender -Reaktion und eine homogene Mischung aus umgesetztem (gepfropftem) Polymer und Homopolymer, welches das Endprodukt darstellte. Bei diesem Versuch fanden sich ca. 5,U Ges.% umgesetztes Monomer im Produkt, entsprechend einer Umwandlung von 85 bis 90%. Die Schmelzflußgeschwindigkeit des Produkts betrug etwa 11,0 (das heißt niedrigere Schmelzviskosität als die Beschickung), woraus hervorgeht, daß die sekundäre Reaktion des kontrollierten Abbaus" durch Peroxidinitiatoren ausreichend vonstatten gegangen war.
• Das in Form einer Mischung anfallende Produkt kann als Folie, Bahn, zu Pellets zerschneidbares zylindrisches gebilde, als Flüssigkeit oder als trockenes teilchenförmiges Material gewonnen werden.

Claims (15)

Patentansprüche

1. Zur Anordnung in einem zylindrischen Gehäuse vorgesehener rotierbarer Extruderkern, gekennzeichnet durch mindestens zwei in Abstand voneinander befindliche diskontinuierliche spiralige Gewindegänge, die einen auf dem Kern angeordneten Satz bilden unter Ausbildung von Kanälen zwischen jedem Satz von Gewindegängen, wobei nachfolgende Sätze von Gewindegängen in den Kanälen vorausgehender Sätze von Gewindegängen zentriert sind, wobei ferner die Gewindegänge durch Erhebungen bezw. Stege gebildet sind, die eine fortlaufende Länge im Kanal geringster Breite zwischen diesen Erhebungen von etwa -0,25 bis etwa 3-fachem Durchmesser des Kerns besitzen, wobei der Kerndurchmesser einschließlich der Gewindegänge gemessen ist.

2. Extruderkern gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei miteinander verbundene und aneinander angrenzende Abschnitte.

3. Extruderkern gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Erhebungen auf dem Kern mit einer Gesamt-Axiallänge von etwa 1/10 bis etwa 5-fachem Durchmesser des Kerns.

4. Extruderkern gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kanäle geringster Breite 1/20 bis etwa 2-fachen Durchmesser des Kerns beträgt, wobei der Kerndurchmesser einschließlich der Gewindegänge gemessen ist.

5. Extruder, gekennzeichnet durch ein Gehäuse und einen longitudinal darin angeordneten Kern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindewstens Kern oder Gehäuse rotierbar sind.

6. Mischschraube zur Verwendung im Gehäuse eines einfachen Schraubenextruders, gekennzeichnet durch mindestens zwei miteinander verbundene und aufeinander folgende Elemente, von denen jedes besitzt, 1) einen rotierbaren Kern mit Zulauf- und Ablaufende und 2) mindestens einen Gewindegang mit Zulauf- und Ablauf ende, welcher sich schraubenförmig in gleicher Richtung vom Ablauf- zum Zulaufende des Kerns erstreckt, wobei die Ablaufenden der Gewindegänge des zweiten Elements von den Zulaufenden der Gewindegänge des ersten Elements transversal in gleicher Richtung auf dem Kern versetzt sind, so dad die Ablaufenden jedes Gewindegangs des zweiten Elements sich zwischen projezierten Schraubenebenen befinden, welche sich von den Zulaufenden der Gewindegänge des ersten Elements erstrecken.

7. Mischschraube nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens zwei Gewindegänge mit Zulauf- und Ablaufenden, die sich schraubenförmig um den Kern erstrecken.

8. Mischschraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge auf aufeinanderfolgenden Elementen sich um den Kern in gleicher Schraubenrichtung erstrecken.

9. Mischschraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge eines jeden von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Elementen sich in entgegengesetzter Schraubenrichtung umden Kern erstrecken.

10. Mischverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man 1) ein Material innerhalb einer begrenzten Zone ati einem ersten fließenden Strom mit schraubenförmiger und Längs bewegung relativ zur Schraubenachse ausbildet, wobei die Bewegung durch Rotation mindestens eines Teils der Zone verursacht wird, 2) diesen fließenden ersten Strom in der begrenzten Zone in mindestens einen zweiten und dritten fließenden Strom mit gleicher Bewegung wie der erste Strom aufspaltet, 3) den zweiten und dritten Strom miteinander vereinigt und mindestens einen vierten und fünften Strom in gleicher Weise bildet, die die gleiche Bewegung wie der zweite und dritte Strom ausüben, 4) die vorangehenden Stufen hintereinander wiederholt zwecks Ausbildung einer Anzahl von Mischströmen, die sich exponentiell mit der Länge der Längsbewe gung erhöhen und 5) das gemischte Material aus der begrenzten Zone gewinnt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein festes Polyolefin aus einemO#-Monoolefin mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen verarbeitet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man festes Polypropylen verarbeitet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man Polypropy#en verarbeitet, wobei mindestens einem der Ströme ein Fasermaterial zugesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fasermaterial Glasfasern einsetzt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man Glasfasern von etwa 0,4 mm bis etwa 7,62 cm Länge dem ersten Strom zusetzt.

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