-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Polymermischung mit tiefer Viskosität womit
die Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoffen beschleunigt werden
können.
Dabei wird die Polymermischung in der Art eines Additivs den Kunststoffen
zugemischt. Weiter betrifft die Erfindung die Herstellung solcher
geeigneter Polymermischungen und deren Einsatz.
-
Kurze Beschreibung der Erfindung
-
Es
ist bekannt, dass durch das Zumischen eines Anteils von wenigen
% von kurzkettigen Polymeren, bzw. von Wachsen, zu einem langkettigen
Polymer dessen Schmelzviskosität
deutlich reduziert werden kann. Dadurch können verschiedene Kunststoff
verarbeitende Verfahren verbessert werden. Beim Spritzguss bzw. werden
die Zeiten der Plastifizierung, der Einspritzung und der Abkühlung reduziert,
wobei insgesamt das Verfahren um gut 35% beschleunigt werden kann.
Dies ist natürlich
von grossem kommerziellem Interesse. Allerdings kann der Vorteil
des schnelleren Verfahrens nur dann wirklich genutzt werden, wenn
damit keine negativen Aspekte verbunden sind. Die Probleme, die
dabei auftreten können,
nehmen mit dem Anteil an zugemischten kurzkettigen Polymeren zu,
sodass mit den bisherigen Verfahren nur ein Teil des Potentials
zur Reduktion der Verfahrenszeiten ausgenutzt werden kann. Wird
bzw. ein Anteil an PE Wachs in Granulat Form mit einem zu verarbeitenden
PE, ebenfalls in Granulat Form, gemischt und wird diese Granulat
Mischung dann plastifiziert, so entstehen zwei Phasen, deren Viskositäten sich
um Grössenordnungen
unterscheiden. Die Viskosität
eines typischen PE, das mit Standardverfahren vom Granulat zu einem
Endprodukt umgeformt wird, liegt typischerweise bei 150°C im Bereich
von 1'000 bis 100'000 Pas, während die
Viskosität
eines kurzkettigen Polymers, das dem PE zugemischt werden soll,
bei 150°C
eine Viskosität
im Bereich von 1 bis 1'000
Pas, insbesondere von 2 bis 50 aufweist. Das Mischen zweier Phasen
mit stark variierenden Viskositäten
ist grundsätzlich
problematisch und stellt hohe Anforderungen an die Mischtechnologie.
Folglich wird die Verarbeitung zu einer homogenen Mischung erschwert
und mit höheren
Anteilen an kurzkettigen Polymeren nimmt dieses Problem noch zu.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, das Potential
von kurzkettigen Polymeren zur Verbesserung der Verarbeitung von
langkettigen Polymeren maximal umzusetzen: Hierzu wird ein kurzkettiges
Polymer P(j) vorgängig
mit einem langkettigen Polymer P(i) zu einer homogenen Mischung
Mo verarbeitet. Da die Herstellung dieser Mischung abgekoppelt von
späteren
Verarbeitungsschritten geschieht, kann auf die speziellen Erfordernisse
der Mischung zweier Phasen, die sich in der Viskosität sehr stark
unterscheiden, gezielt Rücksicht
genommen werden und kann der Vorgang optimiert werden. Die resultierende
Mischung Mo hat dann eine Viskosität, die zwischen der Viskosität von P(i)
und P(j) liegt, die Viskosität
ist dabei deutlich höher
als die Viskosität
von P(j) alleine. Daher kann ein Additiv bestehend aus dieser Mischung
sehr viel besser mit dem zu verarbeitenden Kunststoff P(k) in der
Schmelze homogenisiert werden, wobei die Viskosität von P(k)
typischerweise im Bereich der Viskosität von P(i) liegt. Während bei
einem üblichen
Spritzgussextruder bereits das Einmischen von 0.5% P(j) Probleme
verursachen kann und zu Inhomogenitäten im Spritzgussteil führt, kann über eine
geeignete Mischung Mo von P(i) und P(j) ein Anteil an P(j) bis mindestens
10% bezogen auf P(k) problemlos eingesetzt werden.
-
Im
Weiteren betrifft die Erfindung das optimale Mischungsverhältnis von
P(i) und P(j) in der Mischung Mo, die Charakterisierung der optimalen
Komponenten P(i) und P(j), die Herstellung dieser Mischung und deren
Einsatz in der Praxis.
-
Da
in der Mischung Mo die Komponente P(j) für die Beschleunigung der Verarbeitung
beim Einsatz der Mischung Mo in Kunststoff verarbeitenden Verfahren
verantwortlich ist, ist ein möglichst
hoher Anteil der Komponente P(j) in der Mischung Mo vorteilhaft.
Andererseits wird die Komponente P(i) benötigt, um die Viskosität der Mischung
Mo gegenüber
der Viskosität
von P(j) zu erhöhen.
Bei der optimalen Zusammensetzung der Mischung Mo wird mit einem
minimalen Anteil an P(i) eine möglichst
grosse Viskosität
der Mischung Mo erhalten.
-
In 1 ist
der Melt Flow Index (MFI) von Mischungen von P(i) und P(j) in Funktion
des Anteils an P(j) dargestellt. Der MFI verhält sich in etwa umgekehrt proportional
zur Viskosität.
Eine möglichst
hohe Viskosität bei
möglichst
hohem Anteil an P(j) entspricht daher einem möglichst tiefen MFI bei möglichst
hohem Anteil an P(j). Aus 1 wird ersichtlich,
dass oberhalb von P(j) = 60% ein steiler Anstieg des MFI stattfindet.
Daher liegt in diesem Bereich von P(j) das Optimum für die gestellte
Aufgabe. Unterhalb 60% liegt der MFI wie auch die Viskosität der Mischung
Mo von P(i) und P(j) im Bereich von P(i), während sich der MFI und die
Viskosität von
Mo den entsprechenden Werten von P(j) annähert.
-
Der Übergang
zwischen den beiden Bereichen liegt bei dem Beispiel von 1 bei
einem Anteil an P(j) von etwa 60%. Wird ein P(i) mit höherer Viskosität eingesetzt,
so verschiebt sich der optimale Anteil an P(j) zu höheren Werten
und umgekehrt. Analog verschiebt sich der optimale Anteil an P(j)
zu tieferen Werten, wenn ein P(j) mit tieferer Viskosität eingesetzt
wird und umgekehrt. Darüber
hinaus ist zu erwähnen,
dass der optimale Anteil nicht nur durch dieses Verhalten bestimmt
ist, sondern auch die optimale Verarbeitung von P(i) und P(j) zur
Mischung Mo gewisse Bedingungen stellt, sowie die Preise der Stoffe
P(i) und P(j). Auch diese Faktoren haben zur Folge, dass der schlussendlich
interessanteste Anteil an P(j) nicht exakt bei dem Punkt mit der
maximalen Krümmung
von 1 zusammenfällt,
sondern nach beiden Seiten etwas davon abweichen kann.
-
Der
Anteil A(j) an Polymeren vom Typ P(j) bezogen auf die Gesamtmasse
der Mischung Mo von P(i) und P(j) liegt daher generell im Bereich
40–85%.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
gilt für
die obere Grenze A(j) < 80%,
noch bevorzugter < 75%,
am bevorzugtesten < 70%.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
gilt für
die untere Grenze A(j) > 45%,
noch bevorzugter > 50%,
am bevorzugtesten > 54%.
-
Um
eine hohe Viskosität
der Mischung von P(i) und P(j) zu erhalten, ist ein im Vergleich
mit P(j) hohes Molekulargewicht von P(i) notwendig. Das Molekulargewicht
Mn(i) in g/mol von P(i) ist grundsätzlich > 20'000.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
ist das Molekulargewicht > 30'000, noch bevorzugter > 40'000, am bevorzugtesten > 50'000. Die obere Grenze für das Molekulargewicht
für die
erste Komponente ist durch die Plastifizierbarkeit gegeben und liegt
bei < 5'000'000. In einer bevorzugten
Ausführung
liebt diese Grenze bei < 4'000'000, noch bevorzugter
bei < 3'000'000, am bevorzugtesten
bei < 2'000'000.
-
Anstelle
des Molekulargewichts ist für
praktische Zwecke eine Charakterisierung mittels des MFI jedoch
besser geeignet, da einfacher zu messen. Der MFI in g/10 min bei
190°C und
2.16 kg von P(i) liegt bei < 30,
vorzugsweise < 20,
noch bevorzugter < 17,
am bevorzugtesten < 13.
Die untere Grenze für
den MFI von P(i) liegt bei > 0.01,
vorzugsweise > 0.3,
noch bevorzugter > 1,
am bevorzugtesten > 2
Das Molekulargewicht Mn(j) von P(j) ist grundsätzlich < 8'000.
In einer bevorzugten Ausführung
ist Mn(j) < 4000,
vorzugsweise < 2500,
am bevorzugtesten < 1500.
-
In
der Praxis ist meist eine Charakterisierung von P(j) mittels der
Viskosität
besser geeignet, da einfacher zu messen.
-
Da
die Viskosität
der zweiten Komponente im Kontext dieser Erfindung eine zentrale
Eigenschaft darstellt, ist eine Charakterisierung diesbezüglich sinnvoll.
-
Die
Viskosität
der zweiten Komponente P(j) in mPas und bei 150°C ist < 30'000.
In einer bevorzugten Ausführung
ist diese Viskosität < 10'000, vorzugsweise < 3'000, noch bevorzugter < 1000, am bevorzugtesten < 200. Je tiefer
diese Viskosität
ist, umso grösser
sind die Vorteile betreffend der Verarbeitbarkeit der Mischung aus
erster und zweiter Komponente. Die untere Grenze der Viskosität der zweiten
Komponente in mPas und bei 150°C
ist > 0.01. In einer
bevorzugten Ausführung
ist diese Viskosität > 0.1, bevorzugt > 0.25, noch bevorzugter
0.5, am bevorzugtesten > 1.
-
Der
Abstand des mittleren Molekulargewichts der langkettigen Komponente
vom mittleren Molekulargewicht der kurzkettigen Komponente beträgt mindestens
10'000 beträgt. In einer
bevorzugten Ausführung
beträgt
dieser Abstand mehr als 30'000,
bevorzugt mehr als 50'000,
noch bevorzugter mehr als 80'000,
am bevorzugtesten mehr als 120'000.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
weist die zweite Komponente eine verzweigte Struktur auf, insbesondere
eine hyperverzweigte Struktur, wobei das entsprechende Molekül eine sphäroide Struktur
aufweist. Solche Moleküle
weisen den Vorteil auf, dass sie bei vergleichsweise hohem Molekulargewicht
im Vergleich zu eher linearen Molekülen eine deutlich tiefere Viskosität aufweisen.
Einerseits ist eine möglichst
tiefe Viskosität vorteilhaft,
andererseits ist ein hohes Molekulargewicht vorteilhaft betreffend
Hemmung von Migration und vorteilhaft betreffend verschiedene mechanische
Eigenschaften, insbesondere Zähigkeit.
-
Werden
solche Moleküle
als zweite Komponente eingesetzt, so liegt die obere Grenze für deren
Viskosität
in mPas und bei 150°C
in einer bevorzugten Ausführung
bei < 1000, vorzugsweise < 500, noch bevorzugter < 250, am bevorzugtesten < 150. Die untere
Grenze liegt in einer bevorzugten Ausführung bei > 0.01, vorzugsweise > 0.05, noch bevorzugter> 0.1, am bevorzugtesten > 0.25.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
ist der Anteil an zweiter Komponente mit einem Polymerisationsgrad < 14 in Gew.-% < 15, vorzugsweise < 10, noch bevorzugter < 5, am bevorzugtesten < 2.5. Als Polymerisationsgrad
wird hier die Anzahl Wiederholungen der kleinsten sich wiederholenden
Einheit verstanden.
-
Ausserdem
ist in einer bevorzugten Ausführung
der Anteil an zweiter Komponente mit einem Polymerisationsgrad < 16 in Gew.-% < 20, vorzugsweise < 15, noch bevorzugter < 10, am bevorzugtesten < 5.
-
Durch
den Ausschluss von sehr kurzkettigen Komponenten werden Verarbeitungsfehler
vermieden, die durch den Einsatz dieser leichtflüchtigen Komponenten entstehen
können.
Beim Spritzguss bzw. können so
Brandspuren vermieden werden.
-
Es
hat sich gezeigt, dass die Lage des Schmelzpunktes der Mischung
Mo von P(i) und P(j) im Vergleich zum Schmelzpunkt des Polymers
P(i) für
die Anwendung der Mischung Mo von Bedeutung ist. Um bei der Anwendung
der Mischung Mo als Additiv bei der Verarbeitung eines Polymers
oder einer Polymermischung P(k) eine möglichst grosse Beschleunigung
des Verfahrens zu erhalten, ist ein möglichst tiefer Schmelzpunkt der
Mischung Mo vorteilhaft. Dadurch wird insbesondere die Plastifizierarbeit
der Mischung von Mo mit dem zu verarbeitenden Polymer P(k) reduziert.
-
In
einer bevorzugten Anwendung liegt daher der Schmelzpunkt von Mo
gemessen als DSC Peak Temperatur gegenüber dem Schmelzpunkt von P(i)
um > 3°C tiefer,
vorzugsweise um > 5°C, noch bevorzugter
um > 7°C, am bevorzugtesten
um > 9°C.
-
Der
Schmelzpunkt von Mo wird durch die Auswahl von P(j) und durch die
Herstellungsparameter der Mischung Mo bestimmt. Vorteilhaft ist
die Auswahl eines P(j) mit einer Schmelztemperatur die kleiner ist,
als die Schmelztemperatur von P(i). Wird bzw. für P(i) ein HDPE eingesetzt,
so liegt dessen DSC Peak Schmelztemperatur Tm bei typischerweise
140°C. Bei
einem Anteil von 60% eines PE Wachses mit Tm = 114°C wird eine
Schmelztemperatur Tm für
Mo von rund 129°C
erhalten. Die folgende Tabelle verdeutlicht diesen Zusammenhang
wobei die untersuchten Proben durch Abkühlen eines extrudierten Strangs
in einem Wasserbad von rund 35°C
erhalten wurden:
Tm
von P(j) | Tm
von P(i) | Tm
von P(i) + P(j) Bei 60% P(j) |
°C | °C | °C |
130 | 140 | 140 |
114 | 140 | 129 |
90 | 140 | 125 |
-
Grundsätzlich kann
das Polymer P(i) irgendein Polymer sein wie bzw. PET, PUR, ABS,
PVC, PP oder PE. Aufgrund der Marktgrösse sind die Polyolefine die
bevorzugte Stoffgruppe, wobei grundsätzlich alle Polyolefine eingesetzt
werden können,
Polypropylene, wie auch Polyethylene, insbesondere HDPE, HMWPE, UHMPE,
LDPE, LLDPE, VLDPE. Ausserdem kann P(i) auch eine Mischung von genannten
Polymeren sein.
-
Das
Polymer P(j) wird aus folgender Gruppe ausgewählt:
n-Alkane CnH2n+2; Iso-Alkane
Cn; zyklische Alkane CnH2n; Polyethylen-Wachse; Paraffine und Paraffin-Wachse mineralischen
Ursprungs wie makrokristalline, intermediate oder mikrokristalline
Paraffine, spröde,
duktile, elastische oder plastische mikrokristalline Paraffine;
Paraffine und Paraffin-Wachse synthetischen Ursprungs; hyperverzweigte-Alphaolefine;
Polypropylen-Wachse.
-
Bevorzugt
sind PE Wachse, PP Wachse und Fischer Tropsch Wachse.
-
Grundsätzlich könne die
verschiedenen Polymere P(j) mit verschiedenen Polymeren P(i) zur
Mischung Mo verarbeitet werden und diese Mischung kann dann einem
weiteren Polymer P(k), dessen Verarbeitung optimiert werden soll,
als Additiv zugegeben werden. Von Vorteil ist jedoch, wenn P(i),
P(j) und P(k) derselben Klasse von Polymeren angehören, d.
h. jeweils alle PET Polymere, oder PUR Polymere oder ABS Polymere oder
PVC Polymere oder Polyolefin Polymere sind. Im Falle der Polyolefin
Polymere sind Mischungen zwischen PE und PP gut verträglich.
-
Anwendungen:
Erfindungsgemässe
Polymermischungen können
in allen Bereichen von Spritzgussartikeln vorteilhaft eingesetzt
werden. Bzw. im Bereich Verpackung, Konsumgüter, Bau und Konstruktion,
sowie Transport und Logistik. Beispiele in diesen Bereichen sind
Behälter,
Container, Kübel,
Kisten, Flaschenkisten, Verschlüsse,
Paletten, Rohlinge, Möbel,
Gartenmöbel,
Gehäuse,
Gerätegehäuse, Maschinenbauteile,
Zahnräder,
Medizinprodukte, Präsisionsteile,
CD's, Spielzeuge.
Diese Aufzählung
ist nicht einschränkend
zu verstehen.
-
Der
Einsatz der Polymermischung Mo bei der Verarbeitung eines Polymers
P(k) erfolgt typischerweise mit einem Anteil von 1 bis 20%, vorzugsweise
von 2 bis 15%, noch bevorzugter von 3 bis 13%. Der Einsatz von Mo
ermöglicht
eine schnellere Verarbeitung des Polymers P(k), wodurch sich Kosteneinsparungen
ergeben.
-
Der
Einsatz von Mo eine Reduktion der Schmelztemperatur von P(k), da
die Viskosität
gesenkt werden kann. Eine tiefere Schmelztemperatur ermöglicht aber
auch ein schonenderes Verarbeiten. Somit können thermisch empfindliche
Polymere schonender verarbeitet werden oder es können thermisch empfindliche
Additive wie bzw. Stabilisatoren in geringerer Menge zugesetzt werden,
woraus sich wiederum Einsparungen ergeben, da solche Additive in
der Regel teuer sind.
-
Eine
weitere vorteilhafte Anwendung der Polymermischung Mo findet sich
bei gefüllten
Polymeren. Füllstoffe
können
z. B. Talk, Mineralien, Fasern, Kohlenstoff, Holz et. sein und diese
Füllstoffe
erhöhen
jeweils die Viskosität,
wodurch die Verarbeitbarkeit der mit Füllstoffen angereicherten Polymere
leidet. Der Einsatz der Polymermischung Mo ermöglicht auch hier eine einfachere
und schnellere Verarbeitung, ausserdem sind höhere Füllmengen möglich und es können auch
thermisch empfindliche Füllstoffe
wie Holz verarbeitet werden.
-
Beispiele
-
Beispiel 1
-
Mittels
eines gegenläufigen,
dichtkämmenden
Collin Extruders ZK 50/12D mit 12UD und D = 50 mm wurden Mischungen
von P(i) = HDPE und P(j) = PE Wachs hergestellt, wobei der PE Wachs
ein kurzkettiges PE mit einem Molekulargewicht von rund 1000 g/mol
war und bei 150°C
eine Viskosität
von rund 10 Pas aufwies. Dabei wurde der Anteil an P(j) im Bereich
von 40 bis 65% variiert. Der Durchsatz lag bei 12 kg/h und die Drehzahl
bei 120 u/min. Gehäusetemperaturen
in °C waren
35/170/170/160/150 (Düse).
Da es sich hier um einen kleinen Extruder handelte und eine lange
Mischstrecke zur Verfügung
stand, konnten das HDPE (in Form von Granulat) und der PE Wachs
(in Form von Pulver) zusammen dosiert, dann aufgeschmolzen und vollständig gemischt
werden. Die niederviskose Mischung Mo wurde als Strang extrudiert
und sogleich in einem Wasserbad von rund 35°C gekühlt, dann granuliert. Das so
erhaltene Produkt Mo wurde darauf in verschiedenen kunststoffverarbeitenden
Prozessen als Additiv zugemischt und auf seine Wirkung getestet.
Beim Einsatz dieser Mischung Mo als Additiv im Umfang von 5 bis
10% bezogen auf das zu verarbeitende Polymer P(k) konnten bzw. die
Zykluszeiten beim Spritzgussverfahren um bis zu 35% reduziert werden.
-
Es
wurde festgestellt, dass noch grössere
Reduktionen der Zykluszeit an sich möglich sind. Im Allgemeinen
kann mit moderneren Spritzguss Maschinen ein grösserer Anteil von diesem Potential
umgesetzt werden, dennoch kam zum Ausdruck, dass bei der Konstruktion
der Maschinen die Möglichkeit
von so extrem kurzen Zykluszeiten nicht berücksichtigt worden ist.
-
Beispiel 2
-
Zur
Herstellung von Mischungen der Art Mo im grosstechnischen Massstab
wurde ein dichtkämmenden,
gleichdrehender Zweiwellenextruder eingesetzt. Dies ist für die Herstellung
von Polymermischungen eine ökonomisch
sinnvolle Aufbereitungsmaschine. Als P(i) wurde ein HDPE, als P(j)
ein PE Wachs mit einem DSC Schmelzpeak bei 114°C und einer Viskosität bei 150°C von rund
10 Pas eingesetzt. Der Anteil an P(j) lag bei 60% bezogen auf P(i)
+ P(j).
-
Der
Schneckenaussendurchmesser lag bei 62 mm und der Extruder wies eine
Länge von
32L/D auf. Die Soll-Gehäusetemperaturen
wurden folgendermassen eingestellt: Neutral/200/200/200/180/200/180/160. Nach
dem Extruder wurde ein Schmelzefilter installiert gefolgt von einer
Breitschlitzdüse
mit 17 Löchern
ca. 5 mm Durchmesser. Die extrudierten Stränge wurden in einem Wasserbad
von 35°C
gekühlt.
Als Granulationstechnik wurde die einfache Stranggranulationsmethode
benützt.
-
Die
Schneckenkonfiguration wurde folgendermassen gewählt: eine kurze Einzugszone
mit üblicher Förderelementeabfolge
von rund 6L/D danach bis zur Verfahrenslänge 21L/D geeigneten Knetblöcke und Rückförderelemente,
sodann. eine kurze Einzugszone, gefolgt von einer Homogenisierungsstrecke über entsprechende
Mischelemente. Ab der Verfahrenslänge 29L/D wurde die Schnecke
für die
Austragung der Schmelze ausgelegt.
-
Der
Extruder wurde so ausgelegt, dass der grösste Energieeintragungsanteil
mechanisch über
die Schnecke in das Produkt eingebracht werden konnte. Nur so liessen
sich kommerziell interessante Durchsätze erreichen.
-
P(j),
einmal aufgeschmolzen, hat eine sehr tiefe Viskosität und zudem
weist er einen stark schmierenden Effekt aus, was ein Energieeintrag über die
Schnecke deutlich senkt. Wird HDPE und PE Wachs gleichzeitig eindosiert,
wird zuerst der PE Wachs aufgeschmolzen. Sobald nur ein kleiner
Teil des Wachses aufschmilzt, ist der Extruder kaum in der Lage
das HDPE mechanisch aufzuschmelzen. Das HDPE kann nur noch über die
Gehäuse
durch reine Wärmekonvektion
aufgeschmolzen werden. Diese Verfahrensweise ist äusserst ineffizient
da die möglichen
Durchsätze
mit rund 25 kg/h sehr gering sind.
-
Mit
der Splitfeeding Technik, konnte in einer ersten Stufe das HDPE über mechanische
Energieeintrag aufgeschmolzen und effizient deutlich über die
Schmelztemperatur aufgeheizt werden. Danach wurde der PE Wachs mittels
eines Sidefeeders zudosiert. Die heisse HDPE Schmelze wurde durch
den kalten PE Wachs abgekühlt.
Einerseits muss die Temperatur der PE Schmelze derart hoch sein,
dass durch die Abkühlung
die HDPE Schmelze nicht einfriert, andererseits wird bei den weiteren
Gehäusen
durch Konvektion Energie eingetragen. Zudem steigt durch die Abkühlung der
HDPE Schmelze deren Viskosität
wodurch wiederum der mechanische Energieeintrag begünstigt wird.
-
Mit
dieser Verfahrensfahrweise konnten Durchsätze bis 200 kg/h erhalten werden,
die um Faktoren höher
liegen als mit der üblichen
Fahrweise, wo beide Komponenten gleichzeitig eindosiert werden.
erreicht werden.
-
Das
HDPE wurde im Gehäuse
1 mittels einer volumentrischen Dosierung zeitkonstant eindosiert.
Der PE Wachs wurde mittels einer volumetrischen Dosiereinheit zunächst in
einem Sidefeeder dosiert. Der Anteil Wachs lag bei 60% des Gesamtdurchsatzes.
Mit dem Sidefeeder wurde der PE Wachs in den Extruder reingepresst.
Der Sidefeeder wurde gekühlt
sodass der Wachs nicht bereits im Sidefeeder aufschmelzen konnte, da
dieser ansonsten sein Fördervermögen verliert.
Danach wurde in der restliche Verfahrenslänge der Wachs aufgeschmolzen
und mit der PE Schmelze homogenisiert. Mit der Splitfeedingtechnik
konnten mit der beschriebenen Konfiguration Durchsätze bis
200 Kg/h erreicht werden. Ohne diese Fahrweise lag der Durchsatz bei
rund 25 kg/h. Der erreichte Durchsatz kann durch weitere Optimierungen
sicherlich noch weiter erhöht
werden.
-
Gleich
nach dem Extruder und noch vor der Strangdüse wurde eine Schmelzfiltereinheit
eingebaut. Dies hatte nebst der eigentlichen Funktion des Filterns
von Festfremdstoffen den Vorteil, dass der Schmelzedruck erhöht werden
konnte und dadurch eine bessere Homogenisierung der Schmelze erreicht
werden konnte, was insbesondere bei höheren Durchsätzen von
Bedeutung ist.
-
Die
Stränge
kamen homogen und gleichmässig
aus der Düse
heraus und liessen sich sehr gut über das Kühlwasser ziehen. Mit einer
handelsüblichen
Granulationseinheit liessen sich die gekühlten Stränge gut zu Pellets granulieren.
Wichtig ist, dass die Temperatur der Stränge bevor diese im Granulator
eingeführt
werden weder zu kalt (Strang ist dann spröde) noch zu warm (Strang ist
zu verformbar und klebrig) sein sollten.
-
Es
hat sich gezeigt, dass die Stränge
ab und zu Luftblasen aufweisen. Zu diesem Zweck wurde ein weiterer
Versuch mit einer Entgasungsstelle durchgeführt, siehe 2.
Bereits mit einem kleinen Unterdruck konnten die Luftblasen eliminiert
werden.
-
Beispiel 3
-
Mit
der in Beispiel 2 beschriebenen Splitfeedingtechnik kann mit geeigneter
Konfiguration die Gehäuseheizleistung
als limitierenden Faktor (Beispiel 1) vermieden werden. Und dafür wird zum
grössten
Teil des Energieeintrages über
die Schnecke generiert, dadurch werden entweder der mechanische
Energieeintrag oder das Mischungspotential zum limitierenden Faktor,
was eine deutlich ökonomische
Fahrweise sichert. Im ersten Fall kann die Limitierung durch Verlängerung
der HDPE Schmelzzone nach oben verschoben werden. Im Zweiten Fall
kann die Homogenisierungsstrecke verlängert werden. Eine andere Möglichkeit
um die Homogenisierungsleistung zu verbessern, ist die Kaskadentechnik,
wo das Wachs über
zwei Stufen eindosiert wird, siehe 3.