DE2612827B2

DE2612827B2 - Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren mit einer Viskosität über 1000 d Pa s

Info

Publication number: DE2612827B2
Application number: DE2612827A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. 7250 Leonberg Ocker
Original assignee: Werner & Pfleiderer 7000 Stuttgart
Current assignee: Werner & Pfleiderer 7000 Stuttgart
Priority date: 1976-03-26
Filing date: 1976-03-26
Publication date: 1978-03-16
Also published as: FR2345288B3; JPS52117389A; DE2612827C3; JPS5329719B2; DE2612827A1; US4107787A; FR2345288A1; GB1534383A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren mit einer Viskosität über d Pa s, bestehend aus einem hohlzylindrischen beheizbaren Gehäuse, dessen der Aufnahme einer oder mehrerer entgegengesetzt antreibbarer Schnekken dienende Längsbohrung ein aus einer schraubenlinienförmigen Nut gebildes Innenprofil aufweist, wobei über die Gehäuselänge verteilt eine oder mehrere mit Vakuumeinrichtungen verbundene Entgasungs- > zonen im Anschluß an diesen jeweils vorgeordneten Rückstaueinrichtungen gebildet sind.

Die Aufbereitung von Polymer- und Elastomerschmelzen in Schneckenstrangpressen erfolgt im Anschluß an die in Rührbehältern oder Autoklaven statt-

Hi findende Polymerisation. Bei der Aufbereitung werden Lösungsmittel bzw. nichtumgesetzte Monomere auf ein vorgeschriebenes Restmaß durch Entgasen unter Wärmeeinfluß entfernt. Hierbei kommen sowohl den im Entgasungsbereich vorherrschenden

i^r> Temperaturverhältnissen als auch der Oberflächenbeschaffenheit der Schmelze erhebliche Bedeutung zu.

Das Austreiben der Lösungsmittel oder Monomere aus der Schmelze erfordert vielfach eine Vorgehens-

2(i weise, die sich auf den Schmelzedurchsatz nachteilig auswirkt, insbesondere dann, wenn das Endprodukt auf einen sehr niedrigen Restgehalt an solchen flüchtigen Bestandteilen zu bringen ist. Dieser Restbestandteil an flüchtigen Stoffen ist in hohem Maße mitbestimmend für die Qualität des Endproduktes.

Um den steigenden Anforderungen auch im Hinblick auf die zunehmende Verarbeitung insbesondere hochzäher Produkte zu genügen, war es schon bisher erforderlich, neben der Anwendung mehrerer Entga-

ü) sungsstufen bei kontinuierlichen Schneckenstrangpressen zusätzlich Wasserdampf oder Inertgas vornehmlich im Bereich der von der Austragszone sich befindlichen letzten Entgasungszone einzuleiten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahmen für eine

r> ausreichende Entgasung hochzäher Kunststoffschmelzcn vielfach nicht ausreichen, insbesondere dann nicht, wenn bei wirtschaftlicher Vorgehensweise für das Endprodukt ein Restgehalt von weniger als 0,5% an flüchtigen Bestandteilen gefordert wird. Je-

4(i dcnfalls ist bei gesteigertem Mengendurchsatz an Kunststoffschmelze die Einhaltung dieses Erfordernisses zusätzlich erschwert.

Aus der US-PS 2 595 455 ist ein Extruder zur Aufarbeitung und Entlüftung thermoplastischer Massen

4·) bekannt. Dieser Extruder weist in der im Zugabebereich sich befindlichen Rückstauzone eine auf diese begrenzte rippenförmige oder gewindeförmige Zylinderbohrung auf. Damit soll in diesem Arbeitsbereich eine Steigerung der Misch- und Scherwirkung auf die

-,o Kunststoffmasse und damit deren Aufschluß erzielt werden. Auf die in der entspannten Zone stattfindende nachfolgende Entgasung hat diese Vorkehrung keinen Einfluß. Sie ermöglicht keine Steigerung der Durchsatzleistung, da das Entstehen zusätzlicher Friktionswärme in der Druckzone dec Extruders die thermische Belastung der Kunststoffschmelze empfindlich erhöht.

Auch der mit der US-PS 2 829399 offenbarte Extruder weist nur ein im Bereich der Einzugszone ange-

bo ordnetes Innenprofil auf, das hierbei dazu dient, einen Teil flüssigen Mediums einer wäßrigen Kunststofflösung abzupressen und über einen Materialeingabestutzen abzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

t,5 Schneckenstrangpresse der vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei vergleichsweise hohen Mengendurchsätzen die Einwirkung des Vakuums in der Entgasungszone begünstigt und eine Sen-

kungdes Restgehaltes an Lösungsmitteln oder Monomeren aus der Schmelze auf weniger als 0,5% ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die sich hierbei in der Vakuumzone bildende, gegenüber der Eintragzone bzw. Knet- und Scherzone vergrößerte freie Oberfläche des Schmelzgutes ist sowohl die Wärmeübertragung zwischen Gehäusewanduag und Schmelzgut als auch die Entgasung in besonderem Maße begünstigt. Die Verbesserung der Wärmeübertragung durch eine maximale Wärmeübergangsfläche in der Entgasungszone kompensiert weitgehend den in diesem Bereich auftretenden Verlust an Verdamp- is fungswärme, wodurch eine bessere Nutzung der eingeleiteten Wärmeenergie erzielt und die thermische Schonung der Kunststoffschmelze begünstigt wird.

Die durch das Innenprofil erfolgende Streckung der Gehäuseinnenwand ermöglicht eine bessere Verteilung des Schmelzgutes, so daß das Vakuum in der zu Entgasung genutzten entspannten Zone bis in den unteren Bereich der Gehäuseinnenwandung eindringen kann. Gegenüber der üblicherweise in diesem Bereich 2^r> glatten Zylinderwandung, die keine Schmelze aufnimmt, bewirkt die vorgesehene Innenprofilierung eine Erhöhung des Förderquerschnittes um das Maß ihrer Profiltiefe, wodurch die Vakuumeinwirkung auf die Schmelze insgesamt gesteigert wird. Mit der zu- jo gleich gesteigerten Wärmeübertragung ergibt sich so eine effektivere Entgasung.

Hierbei wirkt sich zusätzlich vorteilhaft das mit Überstreichen des Innenprofils durch die Schnekkengänge erreichte partielle Trennen und Vereinigen ji des Schmelzgutes aus.

Die auftretende Scherbeanspruchung des Produktes bleibt im Bereich der entspannten Zone auf ein Minimum reduziert, so daß im Bedarfsfälle eine Steigerung des Durchsatzes mittels höherer Schneckendrehzahlen erzielt werden kann.

Die im Patentanspruch 2 gekennzeichnete Ausbildung der Schneckenstrangpresse begünstigt den Schmelzefluß im Nutgrund des Innenprofils. Nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 3 läßt sich bei der Schneckenstrangpresse vorteilhaft eine verfahrensgerechte Anpassung des jeweils erforderlichen Profils an den Schmelzezustand erzielen. So können ohne Schwierigkeit in verschiedenen Entgasungszonen Profile mit unterschiedlicher Profiltiefe oder unterschiedlicher Steigung eingesetzt werden.

Die in Patentanspruch 4 kennzeichnenden Merkmale der Schneckenstrangpresse ermöglichen den Austausch einzelner Gehäuseabschnitte auf einfache Weise.

Nach den in Patentanspruch 5 kennzeichnenden Merkmalen der Schneckenstrangpresse ist der Austausch einzelner Gehäuseabschnitte auch bei zweiwelligen Schneckenmaschinen ermöglicht. bo

Bei einem Austausch auf Grund von Verschleiß oder der Notwendigkeit des Einsatzes eines anderen Innenprofils braucht lediglich die Gehäusebüchse aus dem Gehäusemantel herausgepreßt und durch eine neue Büchse ersetzt zu werden. b3

Die Ausbildung einer Schneckenstrangpresse nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 6 ermöglicht die Begrenzung des Einflusses der Scherwirkung in den Eiitgasungszonen. Damit ist die Gefahr einer örtlichen Überhitzung insbesondere innerhalb der Entgasungszonen ausgeschlossen, denen eine Druckaufbauzone nachfolgt.

Die Ausbildung der Schneckenstrangpresse nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 7 ermöglicht eine Ausdehnung der Verweilzeit zur Optimierung der Entgasung in der letzten Stufe. Im Bereich dieser Zone kann auch bevorzugt die Einleitung eines Schleppmittels vorgesehen sein.

Gemäß den in Patentanspruch 8 kennzeichnenden Merkmalen der Sehneckenstrangpresse ist in Anpassung an die Schmelze-Viskosität eine weitere Steigerung der freien Oberfläche des Schmelzgutes erzielbar. Diese Maßnahme gestattet die optimale Aufbereitung hochzäher bis pastenförmiger Produkte und vermindert die hier besonders effektive Scherbeanspruchung.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine zweiwellige Schneckenstrangpresse im Längsschnitt.

Fig. 2a einen Querschnitt der Schneckenstrangpresse mit sich gegenseitig tangierenden Schnecken nach Fig. 1 gemäß der Schnittlinie H-II,

Fig. 2b einen Querschnitt der Schneckenmaschine mit ineinandergreifenden Schnecken nach Fig. 1 gemäß der Schnittlinie U-II,

Fig. 3 einen Gehäuseabschnitt entsprechend Fig. 2 im Längsschnitt und in

Fig. 4 diesen Gehäuseabschnitt in Vorderansicht.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Schnekkenstrangpresse gebildet aus einem für die Aufnahme zweier längsparallel angeordneter Schnecken 1 geeigneten Gehäuse 2, das eintrittsseitig eine Zugabevorrichtung 3 mit Einspeisewendel 14 und austrittsseitig eine Austragsöffnung 4 aufweist. Die Austragsöffnung kann mit einer nicht weiter dargestellten Zusätzeinrichtung (z. B. ebenfalls einer Schneckenstrangpresse) verbunden sein.

Das Gehäuse besteht aus mehreren aneinandergereihten, mit Heizkanälen 13 ausgestatteten Gehäuseabschnitten 15 und bildet mit den in diesem drehbeweglichen Schnecken mehrere Verfahrensstufen. Diese sind in Förderriehtung der Schnecke gesehen im wesentlichen die Einzugszone a mit nachfolgender Druckzone b, eine erste Entgasungszone c mit nachfolgender Druckzone b', eine zweite Entgasungszone c' mit nachfolgender Druckzone b" und eine letzte Entgasungszone c" mit nachfolgender Austragszone d. Dabei kann im Bereich der letzten Entgasungszone eine Zugabeöffnung 6 für die Eingabe eines Schleppmittels vorgesehen sein. Den Entgasungszonen wird die eingebrachte Kunststoffschmelze entspannt zugeführt. Hierzu dienen die jeder Entgasungszone vorgeordneten, die Druckaufbauzone abschließenden Knet- und Scherelemente 7.

Die in den Entgasungszonen angeordneten, mit Ausleitöffnungen versehenen Gehäuseabschnitte 5, 5', 5" weisen in den Aufnahme bohrungen für die Schnecken ein im Zwickelbereich 8 jeweils heinanderkufendes, auf einer oder mehreren Spiralnuten gebildetes Innenprofil 9 auf, dessen Steigungswinkel überwiegend im gleichen Richtungssinn wie der in diesem Bereich gegebene Schneckengangsteigungswinkel verläuft. Es ist jedoch von Vorteil, den Stei-

gungswinkel des Innenprofils 9 im Gehäuseabschnit 5" der letzten Entgasungszone c" mit entgegengesetztem Richtungssinn vorzusehen. Dadurch ist in dieser Stufe eine die Entgasung begünstigende größere Verweildauer der Schmelze möglich. Überhaupt ist die genaue Festlegung des Steigungswinkels des Innenprofils 9 in den Gehäuseabschnitten 5, 5', 5" in Abhängigkeit von der anzustrebenden Verweildauer und den physikalischen Eigenschaften des Arbeitsgutes empirisch zu feffen. Dies gilt auch für die exakte Festlegung der Gangtiefe der Nuten.

Als vorteilhaft hat sich für bestimmte Kunststoffsehmclzen die in den nachfolgenden Beispielen näher gekennzeichnete Ausführungsweise erwiesen.

Beispiel 1

Für die Aufbereitung und Entgasung einer Polybutadicn-Lösung mit einer Schmelzviskosität von 50000 d Pa s bei 160° C Aufbereitungstemperatur in den Gehäusezonen gelangte eine zweiwcllige Schneckenstrangpresse mit ineinandergreifenden Schnecken und einem Schneckendurchmesscr von D = 89 mm zur Anwendung.

Die Länge einer Entgasungszone betrug ca. 3 D. Des weiteren war eine mittlere Nut-Steigung in den Gehäusezonen für die Entgasung der Schmelze des vorzugsweisen Bereiches von 60 bis 160 mm vorgesehen.

Die axiale Nutbreite bei dem zur Anwendung gelangenden 2gängigcn Profil der Nut lag in einem vorzugsweiscn Bereich zwischen 25 und 74 mm.

Die Gangtiefc der Nut entsprach dem Wert der Schneckengangtiefc und lag bei ca. 6,0 mm.

Der Schmelzedurchsatz betrug 300 kg/h.

Beispiel 2

Für die Aufbereitung und Entgasung von schlagfcstem Polystyrol mit einer Schmelze-Viskosität von 6000 d Pa s bei ca. 270° C Aufbcrcitungstemperatur gelangte ebenfalls eine zweiwellige Schneckenstrangpresse mit ineinandergreifenden Schnecken zur Anwendung.

Der Schinclzedurchsatz betrug 460 kg/h.

Die einzelnen, die Ausbildung der Schnecke und der Nut in den Entgasungszonen betreffenden Werte waren hier:

Schneckendurchmesscr: 83 mm (D)

Länge einer Entgasungszone: ca. 3 D

Steigung der Nut im Gehäuse: vorzugsweise in einem Bereich zwischen 45 und 120 mm.

Die axiale Nutbreite bei dem zur Anwendung gelangenden 3gängigen Profil lag vorzugsweise in einem Bereich zwischen 14 und 37 mm.

Die Gangtiefe betrug etwa V₄ der Schneckengangtiefc und lag bei 5 mm.

In beiden Fällen konnte der Bestandteil an Restmonomeren auf weniger als 0,5% reduziert werden.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind die mit einem Innenprofil 9 ausgestatteten Gehäuseabschnitte 5, 5', 5" aus einem mittels Befestigungselemcnten 10 verschraubbaren Gchäusemantcl 11 und einer darin drehfest verankerten Gehäusebüchse 12 gebildet. Die Gehäusebüchse ist mit dem Gehäusemantcl durch Preßsitz vereinigt und im Bedarfsfalle austauschbar.

Für den Einsatz bei zweiwelligen Schneckenstrangpressen hat diese Gehäusebüchse sowie die ihr angepaßte Gehäusebohrung die wie dargestellt ersichtliche, aus zwei Halbkreisen und einem Rechteck gebildete Konfiguration.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneckenstrangpresse zur kontinuierlichen Aufbereitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren mit einer Viskosität über 1000 d Pa s, bestehend aus einem hohlzylindrischen beheizbaren Gehäuse, dessen der Aufnahme einer oder mehrerer entgegengesetzt antreibbarer Schnecken dienende Längsbohrung ein aus einer schraubcnlinicnförmigen Nut gebildetes Innenprofil aufweist, wobei über die Gehäuselängc verteilt eine oder mehrere mit Vakuumeinrichtungen verbundene Entgasungszonen im Anschluß an diesen jeweils vorgeordneten Rückstaueinrichtungen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (9) auf die Entgasungszone(n) (c, c\ c") begrenzt ist.

2. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund des Innenprofils (9) halbkreisförmig ausgebildet ist.

3. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (9) auf einen jeweils im Bereich der Entgasungszone (c, c·', c")sich befindlichen, mit dem anschließenden Gehäuse lösbar verbundenen Gehäuseabschnitt (5, 5', 5") begrenzt ist.

4. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (5, 5', 5") aus einem Gehäusemantel (11) mit einer in diesem drehfest verankerten Gehäusebiiehse (12) gebildet ist.

5. Schneckenstrangpresse mit zwei längsparallcl angeordneten Schnecken nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenquerschnitt der Gehäusebüchsc (12) durch zwei mit ihren jeweiligen Mittelpunkten auf den Langsachsen der Längsbohrungen liegende Halbkreise und zwei diese Halbkreise verbindende Geraden gebildet ist.

(i. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innenprofils (9) mehrerer aufeinanderfolgender Entgasungszonen (c, c', c") den gleichen Richtungssinn wie die Schncckengangsteigung aufweist.

7. Schneckenstrangpresse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innenprofils (9) der in Förderrichtung gesehen letzten Entgasungszone (c") in einem der Schnekkengangsteigung entgegengesetzten Richtungssinn verläuft.

8. Schneckenstrangpresse nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (9) aus mehreren Nuten mit gleichem und/oder entgegengesetztem Steigungswinkel besteht.