DD231029A1 - Verfahren und einrichtung zum compoundieren von thermoplasten, insbesondere thermoplastabfaellen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Compoundieren von Thermoplasten, insbesondere beim Aufbereiten von Thermoplastabfaellen auf Extrusionsmaschinen. Ziel der Erfindung ist die Verringerung des oekonomischen, insbesondere des energetischen Aufwandes beim Compoundierungsprozess. Die Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung, bei der der Prozess der Einspeisung und Einmischung von Fuell- und Verstaerkungskomponenten ohne Auswirkung auf den Filtrationsprozess der Schmelze ablaeuft. Die Loesung sieht ein Kaskaden-Extrudersystem vor, bei dem in einer ersten Stufe das Thermoplastmaterial gefiltert und die Schmelze in einen Vakuumschacht feinstverteilt wird. In einer zweiten Stufe wird die Schmelze mit Fuellstoff und Verstaerkungsmaterialien compoundiert sowie das gesamte Materialsystem einer Nachentgasung unterzogen. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung
Verfahren und Einrichtung zum Compoundieren von Thermo« plasten, insbesondere Thermoplastabfällen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Compoundieren - Füllen und Verstärken - von Thermoplasten, insbesondere beim Aufbereiten von Thermo· plastabfallen, auf Extrusionsmaschinen·
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Thermoplastabfälle der verschiedensten Herkunft, z· B· Haushalt-Thermoplastabfälle, Chemiefaserabfälle und anderes mehr «erden während ihres Wiederaufbereitungsproζesses meistens einer Replastizierung auf Extrusionsmaschinen, z· B» Ein- oder Mehrschneckenextruder, unterworfen, in schmelzeflüssiger Form homogenisiert, gefiltert und einer Formgebung zwecks anschließender Granulierung zugeführt· In der Hegel ist die Qualität der Thermoplastabfalle bezogen auf den strukturellen Aufbau der entsprechenden Polymere noch so gut, daß durchaus eine Modifizierung der Eigenschaften und Materialökonomie durch
Beimengung leicht verfügbarer mineralischer Füllstoffe bzw· spezieller Yerstärkungsfasern möglich, und ökonomisch, auch zweckmäßig ist·
Bekannte Aufbereitungssysteme lassen es nur zu, das Plastmaterial zunächst zu replastizieren, zu homogenisieren, zu filtern, auszuformen und zu regranulieren, um das somit erhaltene Eegranulat dann anschließend dem Compoundierungsprozeß zuzuführen· Beim letzteren wird mittels Yormischtechnologie oder nach dem Seiteneinspeisungsverfahren das Eegranulat nochmals aufgeschmolzen und mit Füll- und Verstärkungsstoffen vermischt» Damit ist es erforderlich, zweimal die für die Replastizierung erforderliche Energie aufzuwenden, und das Verarbeitungsmaterial wird zweimal thermisch beansprucht· Bin ähnliches Problem liegt vor, wenn das zu füllende bzw· verstärkende Primärmaterial Bestandteile enthält, die vor dem Compoundieren herausgefiltert werden müssen, z» B· Gel-Teilchen, Fremdbestandteile oder ähnliches· Es ist verständlich, daß ein Zuführen von Füll- bzw· Verstärkungskomponenten vor der Filtrationsstufe die Gefahr in sich birgt, daß diese Komponenten beim Passieren der Siebe zurückgehalten werden oder bei günstiger Größe und Gestalt der Füllstoffpartikelchen zwar hindurchgelassen werden, dabei aber einen hohen Druckanstieg hervorrufen und damit häufige Siebwechselvorgänge erforderlich machen· Das erschwert die Prozeßführung wesentlich·
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, sowohl den Aufbereitungs- und Granulierprozeß wie auch den Gompoundierungsprozeß mit geringerem ökonomischen, insbesondere energetischem Aufwand, durchzuführen·
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die zu lösende Aufgabe der Erfindung ist in der Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zu sehen, bei der der Prozeß der Einspeisung und Einmischung von Püll- und Verstärkungskomponenten ohne Auswirkung auf den Filtrationsprozeß der Schmelze abläuft ο
Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verarbeitungsmaterial, z· B„ Thermoplastabfallmaterial, in der ersten Stufe eines Extruder-Kaskadensystems aufgeschmolzen, evtl. vorentgast und gefiltert wird, anschließend über einen an sich bekannten Sntgasungsabschnitt in die zweite Stufe des besagten Extruder-Kaskadensystems eingeführt wird, wo über eine Seiteneinspeisung die jeweilige Püll- bzw» Verstärkungskomponente eintritt. In dieser zweiten Stufe erfolgt dann die Homogenisierung des Püll-/Verstärkungsstoff-Polymer-Systems und der für eine Ausformung erforderliche Druckaufbau· Es ist möglich, dieses Verfahren des gleichzeitigen Regranulierens und Compoundierens in getrennten Teilsystemen eines gekoppelten Gesamtsystems (Extruderkaskade) einrichtungsseitig so zu realisieren, daß das Aufschmelzen des Ausgangsmaterials in einem relativ kurzen Binse hnecke next ruder oder auch Doppelschneckenextruder erfolgt, während die Homogenisierung in einem zweckmäßigerweise gleichläufigen relativ kurzen Doppelschneckenextruder vorgenommen wird· Die Zuführung der Püllstoff- bzw· Verstärkungskomponenten erfolgt über eine entsprechende Seiteneinspeisungsvorrichtung, z· B» Dosierbandwaage, Einwellen- oder Zweiwellen-Dosierschnecke, in die zweite Stufe des Kaskadensystems, d» he in den gleichläufigen Doppelschneckenextruder· Zweckmäßigerweise sollte die Einspeisungsöffnung kurz nach der Zugabestelle des aus der ersten Stufe kommenden aufgeschmolzenen Plastmate-
rials angeordnet sein· Der obengenannte Entgasungsabschnitt wird schachtartig ausgebildet und mit einer Vakuumeinrichtung verbunden· Der Zulauf der gefilterten Schmelze erfolgt zweckmäßigerweise über eine Viellochdüse zwecks Gewährleistung einer großen freien Oberfläche·
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Einrichtung wird rieselfähiges Ausgangsmaterial zweckmäßigerweise über eine Einschnecke, nicht rieselfähiges, voluminöses Material über eine Doppelschnecke eingezogen, aufgeschmolzen, evtl. vorentgast und erforderlichenfalls gegen hohe Drücke, verursacht durch den Schmelzefilter, durch letzteren hindurchgepreßt, die Schmelze in viele Einzelfäden aufgeteilt, entgast, in den Austrage- und Homogenisierextruder, der zweckmäßigerweise als gleichläufiger Doppelschneckenextruder ausgeführt ist, eingezogen, Über eine mit diesem Extruder verbundene Seiteneinspeisungseinrichtung mit Pull- oder Verstärkungsstoff versorgt und homogenisiert, mit der nötigen Druckenergie beaufschlagt und über eine Granulierdüse schließlich ausgeformt»
Der Vorteil des erfindungsgemäßeη Verfahrens und der entsprechenden Einrichtung ist insbesondere darin begründet, daß die für die Replastizierung erforderliche Energie in der ersten Stufe des Kaskadensystems aufgewendet wird und die gewonnene Schmelze ohne Zwischenkühlung in der zweiten Stufe mit Zusatzkomponenten vermischt und ausgetragen wird· Die beiden Kaskadenstufen können relativ kurz gehalten werden, da in ihnen jeweils nur wenige weitestgehend exakt definierte Teilprozesse ablaufen· Bei der Verarbeitung von rieselfähigen Thermoplastabfällen bringt die Anwendung eines Binschneckenextruders als Replastizierextruder (1· Stufe der Kaskade) wesentliche Investitionsvorteile, aber auch
betriebstechnische Einsparungen· Der für die zweite Stufe, d« h· für die Homogenisierung des Mehrkomponenten— systems erforderliche Doppelschneckenextruder kann ebenfalls kurz gehalten werden, da ja das Verarbeitungsmaterial bereits als Schmelze zugeführt wird und lediglich das Einarbeiten der Zusatzkomponenten erforderlich ist· Dadurch kann diese Stufe mit leichterer Schneckenlagerung und schwächerem Antrieb als bei einer durchgehenden Compoundierungs-Doppelschneckenmaschine ausgelegt werden« Schließlich ergeben sich Vorteile in der Prozeßführung, da getrennte Systeme, die über entsprechende Vorrichtungen gekoppelt sind, besser steuerbar sind·
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soil an einem Ausführungsbeispiel nachstehend näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
Fig« 1: Kaskadensystem zur Regranulierung und Compoundierung mit einem Einschneckenextruder als erste Stufe (Piastizierstufe)
Fig* 2; Kaskadensystem zur Regranulierung und Compoundierung mit einem Doppelschneckenextruder als erste Stufe und einer Einspeisemöglichkeit für partikeiförmige, rieselfähige Zusätze
Das in Pig* 1 dargestellte erfindungsgemäße Kaskaden-Extrudersystem besteht aus einem Einschneckenextruder 1 mit Füllöffnung 2 zur Einspeisung des Verarbeitungsmaterials, insbesondere Thermoplastabfall, einer Förder- und Piastizierschnecke 3, die in einem mittels Heizbändern 4 erwärmten Zylinder 5 drehbar angeordnet ist· Am Ende der durch diesen Einschneckenextruder 1 gebildeten ersten Stufe des Kaskadensystems ist ein Schmelzefilter 6 mit Stützkörper 7 und Siebgeweben δ befestigt, dessen Abschluß eine Lochplatte 9 für den Schmelzeaustritt bildet· Dem Schmelzefilter 6 schließt sich ein an sich bekannter mit Vakuum beaufschlagter beheizter Schmelze-Fallschacht 10 an, der die Kopplung zur zweiten Kaskadenstufe, d· h· dem Doppelschneckenextruder 11 mit den vorzugsweise gleichläufigen Schnecken 12 und dem temperierbareη Zylinder 13 realisiert· Der Doppelschneckenextruder 11 besitzt außer der Schmelzeeintrittsöffnung 14 eine zusätzliche Öffnung 15 zur Einspeisung von Füll- und Verstärkungs-
stoffen· I1Ur die Zuführung rieselfähiger Füllstoffe ist eine Binschnecken-Fördereinrichtung 16 dargestellt; zur Entgasung des Compounds besitzt der Zylinder 13 eine zweckmäßigerweise -mit Vakuum beaufschlagte Entgasungsbohrung 17· Die zweite Stufe schließt mit einem Granulierwe rkzeug 18 ab·
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Thermoplastabfallmaterial über die Füllöffnung 2 dem Extruder zugeführt, zunächst mittels der Schnecke 3 als Peststoff gefördert, verdichtet und schließlich plastiziert. Gleichzeitig erfolgt der erforderliche Druckaufbau, um die Schmelze durch das Filter 6 zu pressen· Hier wird die Schmelze von Schmutz- und anderen Fremdpartikelchen gereinigt und zur Lochplatte 9 geleitet, wo sie in viele einzelne Stränge aufgeteilt wird» Letztere treten in den mit Vakuum beaufschlagten beheizten Schmelze-FaIIschacht
10 ein, wo sie eine intensive Entgasung erfahren· Im Unterteil des Schachtes 10 sammelt sich die Schmelze in einem Schmelzesumpf, aus dem der Doppelschneckenextruder
11 kontinuierlich Schmelze abzieht, fördert und vergleichmäßigt· Über die Fördereinrichtung 16 wird kontinuierlich Füllstoff, z. B· Kreide, !Talkum, Anhydrit usw· durch die Öffnung 15 in den Extruder 11 eingespeist· Letzterer dispergiert den Füllstoff im Matrixmaterial, homogenisiert das Materialsystem und fördert es mit dem erforderlichen Druck durch das Granulierterkzeug 18, z· Be ein Fadenwerkzeug, hindurch zwecks weiterer Behandlung, z· B· Abkühlung und Granulierung« Über die Entgasungsöffnung 17 wird das noch nicht vollständig homogenisierte Compound intensiv entgast· Der temperierbare Zylinder 13 des Doppelschneckenextruders 11 gestattet eine feinfühlige Anpassung an das erforderliche Temperaturregime, wobei zur Erzielung einer hohen Schubspannung im Verarbeitungsmaterial eine Temperaturabsenkung nach der Einspeisung
des Füllstoffes" möglieh und zweckmäßig ist· Bin solcher "Temperatursattel11 läßt sieb.· auch, erreichen, wenn der Zusatzstoff mit deutlich geringerer Temperatur als die der Schmelze der Matrixkomponente in den Extruder 11 eintritt·
Das in Pig· 2 dargestellte System unterscheidet sich von dem in Pig* 1 nur dadurch, daß anstelle des Binsehneekenextruders in der ersten Stufe ein Doppelschneckenextruder 19 angeordnet ist, der eine Vorentgasungsöffnung 20 für das Matrixmaterial aufweist und daß zusätzlich eine Einspeisevorrichtung 21 in den Schmelze-Fallschacht einmündet, der partikelförmige Zusätze, ζ» Β· Primärgranulat, einspeist· Der Prozeßverlauf in einer Vorrichtung gemäß Pig» 2 ist im übrigen analog dem nach Pig· 1.

Claims (1)

  1. Pat e nt ans pru ehe
    1· Verfahren zum Compoundieren von Thermoplasten, insbesondere Thermoplastabfällen, durch Zuführung des Plastmaterials in eine erste Stufe eines Kaskaden-Extrudersystems, Fördern des Materials, Verdichten, Plastizieren, Vorentgasen, Fördern der Schmelze in einen Vakuumschacht und Austragen der Schmelze mittels einer zweiten Stufe des Kaskadensystems sowie Ausformen des Verarbeitungsmaterials, gekennzeichnet dadurch, daß das Thermoplastmaterial am Ende der ersten Stufe einer Schmelzefiltration unterworfen wird, der sich eine Feinstverteilung der Schmelze im Vakuumschacht anschließt, und in der zweiten Stufe mit Füllstoff und Verstärkungsmaterialien compoundiert sowie das gesamte Materialsystem einer lachentgasung unterzogen wird·
    2« Verfahren nach Funkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in den Schmelze-Fallschacht partikelförmige Zusatzstoffe,, insbesondere plastizierfähige Materialien, eingespeist werden·
    3· Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Funkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein relativ kurzer Einschneckenextruder (1) als erste Stufe mit einem ausgangsseitig angeordneten Schmelzefilter (6) verbunden ist, an dessen Austritt eine Lochplatte (9) mit vielen Bohrungen angeordnet ist, der Schmelzefilter (β) über einen mit Vakuum beaufschlagten Schmelze-Fallschacht (10) mit einem vorzugsweise gleichläufigen relativ kurzen Doppelschneckenextruder (11) gekoppelt ist, der zweckmäßigerweise unweit
    * 10 -
    seiner EintrittsÖffnung (14) der Schmelze angeordnete Einspeisevorrichtung (15) für Püll- und Verstärkungsmaterialien besitzt und eine mit Vakuum in Verbindung stehende lachentgasungsbohrung (17) aufweist.
    4· Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein relativ kurzer Doppelschneckenextruder (19) als erste Stufe mit einer Öffnung (20) zur Vorentgasung im Extruderzylinder versehen und ausgangsseitig mit einem Schmelzefilter (6) verbunden ist, an dessen Austritt eine Lochplatte (9) mit vielen Bohrungen angeordnet ist, der Schmelzefilter (6) über einen mit Vakuum beaufschlagten Schmelze-Pallschacht (10) mit einem vorzugsweise gleichläufigen relativ kurzen Doppelschneckenextruder (11) gekoppelt ist, wobei der Schmelze-Palischacht
    (10) eine Einspeisevorrichtung (21) für partikelförmige Materialien aufweist, der Doppelschneckenextruder
    (11) eine Einspeisevorrichtung (16) für Füll- und Verstärkungsmaterialien besitzt und eine mit Vakuum in Verbindung stehende HachentgasungsÖffnung (17) aufweist·
    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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