MELLIS, Rainer (8500 West Bay Road, Baytown, TX, 77520-9730, US)
RUDOLF, Reiner (Carl-Duisberg-Str. 325, Leverkusen, 51373, DE)
HEPPERLE, Jens (Thürmchenswall 81, Köln, 50668, DE)
LÜDEKE, Martin (Uerdinger Str. 753, Krefeld, 47800, DE)
MELLIS, Rainer (8500 West Bay Road, Baytown, TX, 77520-9730, US)
RUDOLF, Reiner (Carl-Duisberg-Str. 325, Leverkusen, 51373, DE)
HEPPERLE, Jens (Thürmchenswall 81, Köln, 50668, DE)
| Patentansprüche 1. Düse zur Schmelzeextrusion von viskoelastischen Massen, dadurch gekennzeichnet, dass deren Strömungskanal einen divergierenden Schmelze-Auslaufbereich aufweist, dessen Länge L-out größer als die Länge L-in des konvergierenden Schmelze-Einlaufbereichs ist und das Verhältnis L-out/L-in von 1,1 bis 15 beträgt. 2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Schmelze- Eintritts- und Schmelze-Austritts-Öffnungen D-out/D-in von 0,05 bis 4 und D-out/D-middle von 1,01 bis 4 beträgt. 3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass L-out von 2 mm bis 100 mm, D-out von 0,2 mm bis 15 mm, L-in von 0,13 mm bis 200 mm, D-in von 0,4 mm bis 30 mm und D-middle von 0,1 mm bis 15 mm beträgt. 4. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandungen des Einlauf- oder des Auslaufbereichs oder Einlauf- und Auslaufbereichs eine Krümmung R- in und R-out in Richtung der Längsachse des Strömungskanals aufweisen. 5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien R-in einen Wert von 1 mm bis «»(unendlich) und R-out einen Wert von 10 mm bis oo (unendlich) aufweisen. 6. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien R-in einen Wert von 5 mm bis ∞und R-out einen Wert von 100 mm bis (»aufweisen. 7. Düsenplatte, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 nebeneinander oder übereinander oder konzentrisch in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. 8. Verfahren zur Ausformung von Polymerschmelzen zu Polymerschmelzesträngen dadurch gekennzeichnet, dass eine Düse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bzw. eine Düsenplatte gemäß Anspruch 7 eingesetzt wird. 9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerstränge nach dem Austritt aus der Düse mit einer Flüssigkeit oder einem Gas abgekühlt werden. 10. Verfahren gemäß Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerstränge nach Verlassen der Düsen granuliert werden. 11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze thermoplastische Polymere, Elastomere vor der Vernetzung oder Duroplasten vor der Vernetzung oder einer Mischung daraus enthält. 12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze Polycarbonate, Polyester, Polyether, Polyolefine, halogenierte Polyolefme, thermoplastische Polyimide, Poly(imidether) oder Polyamide oder Mischungen daraus enthält. 13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Polymer Füll- oder Verstärkungsstoffe oder Polymeradditive oder organische oder anorganische Pigmente, oder Mischungen davon, zugesetzt werden. 14. Vorrichtung zur Schmelzeextrusion von viskoelastischen Massen, umfassend eine oder mehrere Düsen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie eine Einrichtungen zum Ausstoßen der viskoelastischen Masse durch die Düsen. |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Düse zur Ausformung von Schmelzesträngen von viskoelastischen Massen, insbesondere von Polymeren und Mischungen von Polymeren mit anderen Stoffen (wie Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase oder andere Polymere oder andere Polymermischungen), durch deren Verwendung die Bildung von Ablagerungen im Bereich der
Düse vermieden wird.
Bei den bekannten Verfahren der Ausformung von Schmelzesträngen von Polymeren und Polymerzubereitungen wird insbesondere bei der Verwendung von zylindrischen Düsen die Bildung von Schmelzefilmen oder Schmelzeablagerungen im Bereich dieser zylindrisch geformten Düsen beobachtet. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Dauer in Abhängigkeit von der Art und der Zusammensetzung des verarbeiteten Materials mehr oder weniger stark zu. Bei zunehmender Bildung solcher Ablagerungen besteht die Gefahr, dass solche Ablagerungen im Bereich der Düse durch den austretenden Schmelzestrang abgerissen werden, auf dessen Oberfläche verbleiben und somit zu einer unerwünschten Verunreinigung der Polymeren bei der anschließenden Granulierung bzw. Weiterbehandlung des Schmelzestranges führen. Die Neigung zu solchen Düsenablagerungen ist insbesondere bei Polycarbonaten und bei glasfaserverstärkten Polyestern und glasfaserverstärkten Polyamiden besonders deutlich ausgeprägt; sie treten unter Umständen erst nach mehrstündiger Verarbeitungszeit auf. Die durch die Verunreinigungen kontaminierten Granulatkörner beeinträchtigen die Qualität der daraus im Spritzguß- oder Extrusionsverfahren hergestellten Formkörper. Dies betrifft insbesondere die optischen Eigenschaften der Formkörper, wie z.B. von optischen Datenträgern (CDs, DVDs), Lichtleiter, Streuscheiben, Verscheibungen, Platten, Folien etc. Zur Vermeidung solcher Verunreinigungen ist es bei Verwendung der klassischen zylindrischen Düsen erforderlich, den Extrusions- bzw. Compoundierprozess rechtzeitig vor der Bildung größerer Mengen an Düsenablagerungen zu unterbrechen und die Düsen bzw. die Düsenplatte zu reinigen oder auszutauschen. Eine solche Vorgehensweise beeinträchtigt den Produktionsprozess durch zeitaufwändige zusätzliche Arbeitsvorgänge, zusätzlichen Energiebedarf (Reinigung durch Ausbrennen) und den Anfall von Abfallprodukt während des Düsenwechsels oder der Reinigung. Bei einigen während der Produktion weitgehend geschlossenen und schwer zugänglichen Apparaten, wie z.B. Strangverdampfern, ist eine Produktionsunterbrechung darüber hinaus aus der Notwendigkeit, den Apparat öffnen zu müssen sowie aus anderen Gründen, die dem Fachmann bekannt sind, nur unter großen Umständen möglich.
Aufgabe war es daher, eine Düse bereitzustellen, die eine Verlängerung der sogenannten
Düsenstandzeit, welche definiert ist als die Zeit, in jener der entsprechende Apparat ohne Minderung der Qualität, (z.B. durch Verunreinigungen) der ausgebildeten Schmelzestränge betrieben werden kann, ermöglicht. Ziel ist also eine Verlängerung der Düsenstandzeit, was durch eine deutlich geringere Tendenz zur Ausbildung oder sogar gänzliche Vermeidung von Ablagerungen an den erfindungsgemäßen Düsen erreicht wird. Damit werden die sonst erforderlichen Reinigungsprozesse an den Düsen deutlich verringert bis gänzlich unterbunden. Auch die Gefahr einer Verunreinigung oder der Qualitätsminderung der Polymeren durch
Düsenablagerungen wird so weitestgehend vermieden.
Aus der US 5,458,836 sind Versuche bekannt, durch spezielle Konstruktionen von Extrusionsdüsen für Polymerschmelzen das Problem der Düsenablagerungen beim Extrusionsvorgang zu lösen. Dazu werden Düsen mit jeweils zylindrischen Einlauf- und Auslaufkanälen verwendet, die sich in ihrem Durchmesser von einander unterscheiden und im Übergangsbereich der beiden Kanäle im
Inneren der Düse eine Aufweitung aufweisen. Es sind also keine konvergenten oder divergenten Kanäle. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Düse ist der Einlaufkanal stets länger oder mindestens gleich lang, wie der Auslaufkanal. Die Patentschrift gibt keinen Hinweis darauf, wie sich die Bildung von Düsenablagerungen bei Extrusionen über mehrere Stunden verhält.
In der WO 2004/098858 und der WO 2004/098859 werden Düsen zur Extrusion von viskoelastischen Schmelzen beschrieben, die zwar eine konvergent-divergente Aufweitung von Einlauf- und Auslaufkanal aufweist, bei denen aber der Einlaufkanal im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Düse stets länger oder mindestens gleich lang wie der Auslaufkanal der Düse ist. Die WO 2004/098859 beschreibt zusätzlich die Option einer speziellen Aufweitung des Auslaufkanals am Düsenaustritt in Form einer Abrundung entsprechend einem Kreissegment (im
Querschnitt gesehen). Die Offenbarungen geben keinerlei Hinweise auf eventuelle Düsenablagerungen oder deren Zusammenhang mit der Düsenkonstruktion.
Die WO 2004/080692 gibt außer den oben stehenden Informationen weitere Angaben nur zur Düsenanordnung und zur inneren Oberflächenbeschaffenheit der Strömungskanäle.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass Düsen mit einer speziellen Geometrie durch
Änderung des Verhältnisses von konvergentem Schmelze-Einlaufbereich des Strömungskanals zu divergentem Schmelze-Auslaufbereich des Strömungskanals der Düse im Unterschied zum zitierten Stand der Technik zur Lösung der erfinderischen Aufgabe geeignet sind.
Es wurde zudem überraschend gefunden, dass zylindrische Düsen mit konisch zulaufendem Einlaufkanal und konisch auslaufendem Auslaufkanal in Verbindung mit einem langen Schmelze-
Auslaufbereich im Verhältnis zum Schmelze-Einlaufbereich wesentlich besser zur Vermeidung von Düsenablagerungen geeignet sind, als Düsen mit vergleichbarer Geometrie, aber kürzerem Schmelze-Auslaufbereich. Diese erfindungsgemäßen Düsen vermeiden Düsenablagerungen auch über längere Extrusionszeiten hinweg. Neben diesen Längen- Verhältnissen von Auslauf- zu Einlaufbereich des Strömungskanals der Düse sind noch weitere geometrische Gegebenheiten der Düse, die sie vom Stand der Technik unterscheiden, mit bestimmend für die Vermeidung von Ablagerungen während des Extrusionsvorgangs der Polymerschmelzen. Dazu gehören insbesondere die Öffhungswinkel der Ein- und Auslaufbereiche des Strömungskanals und deren Krümmungsradien.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Düse zur Schmelzextrusion von viskoelastischen Massen, insbesondere von Polymeren und Mischungen von Polymeren mit anderen Stoffen (wie Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase oder andere Polymere oder andere Polymermischungen), dadurch gekennzeichnet, dass deren Strömungskanal einen divergierenden Schmelze-Auslaufbereich aufweist, dessen Länge L-out größer als die Länge L-in des konvergierenden Schmelze-
Einlaufbereichs ist und das Verhältnis L-out/L-in von 1,1 bis 15, bevorzugt von 2 bis 10, besonders bevorzugt von 4 bis 8 beträgt. Die Parameter werden anhand von Fig. 1 näher erläutert. „FD" bezeichnet dabei die Strömungsrichtung (flow direction).
Die erfindungsgemäße Düse ermöglicht, durch deren Verwendung die Bildung von Ablagerungen im Bereich der Düse zu vermeiden. Somit wird die Düsenstandzeit bei der Ausformung der
Polymerstränge verlängert und Verunreinigungen auf Polymer-Schmelzesträngen, die durch Abriss von Düsenablagerungen entstehen, werden vermieden.
L-out beträgt bevorzugt 2 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 60 mm, ganz besonders bevorzugt 10 mm bis 50 mm. D-out beträgt bevorzugt 0,2 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 10mm, ganz besonders bevorzugt 1 mm bis 9 mm. L-in beträgt bevorzugt 0,13 mm bis
200 mm, D-in 0,4 mm bis 30 mm und D-middle 0, 1 mm bis 15 mm.
Die Durchmesser der Schmelze-Eintritts- (D-in) und Schmelze-Austritts- (D-out) Öffnungen werden durch die Abhängigkeiten, dargestellt in den Verhältnissen (1) und (2), beschrieben. Die Parameter sind anhand Fig.1 a) und Fig. 1 b) definiert.
(1) D-out/D-in beträgt 0,0067 bis 37,5, bevorzugt 0,05 bis 4, besonders bevorzugt 0,1 bis 2.
(2) D-out/D-middle beträgt 1,01 bis 4, bevorzugt 1,3 bis 2, besonders bevorzugt 1,4 bis 1,7.
In einer bevorzugten Ausführungsform (siehe Fig. 1 b)) kann im Bereich von D-middle ein zylinderförmiger Teil mit einer Länge L-middle vorliegen, so, dass L-out/L-middle von 1,1 bis 10 reicht.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Düsen in einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Ausgestaltung des Strömungskanals in der Weise, dass die Innenwandungen des Einlauf- oder des Auslaufbereichs oder des Einlauf- und des Auslaufbereichs eine Krümmung in Richtung der Längsachse des Strömungskanals aufweisen. Die entsprechenden Krümmungsradien „R-in" für den Einlaufbereich und „R-out" für den Auslaufbereich sind in Fig. 1 dargestellt.
Die Krümmungsradien „R-in" und „R-out" nach Fig. 1 sind durch die Werte (3) und (4) definiert:
(3) - gerade Oberfläche (konische Bohrung): R= unendlich ]
(4) - [Konusförmige Düse mit gewölbtem Einlauf bzw. Auslauf: R>0 ]
R-in hat einen Wert von lmm bis oo (unendlich), bevorzugt von 5mm bis oo, besonders bevorzugt von 10mm bis oo.
R-out hat einen Wert von 10mm bis oo (unendlich), bevorzugt von 50mm bis oo, besonders bevorzugt von 200mm bis oo.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine technische Vorrichtung, die eine Vielzahl solcher Düsen enthält, um dort die austretende viskoelastiche Masse, bevorzugt Polymerschmelze in eine Vielzahl von Schmelzesträngen aufzuteilen. Diese technische Vorrichtung kann z.B. am Ende eines Schmelzeverteilers montiert sein, wie er z.B. in einem Extruderkopf oder bei der Unterwassergranulierung eingesetzt wird, um die Stränge anschließend nach Abkühlung und Verfestigung in Granulatkörner zu zerteilen. Weiterhin kann die technische Vorrichtung in
Apparaten eingesetzt werden, in denen eine Schmelzeverteilung vorgenommen wird, um die Oberfläche der Stränge zu erhöhen, wie es beispielsweise in einem Strangverdampfer zu finden ist (siehe WO 01/39856 Al).
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Düse oder einer Düsenplatte zur Schmelzextrusion von viskoelastischen Massen, dadurch gekennzeichnet, dass der
Strömungskanal der Düsen einen divergierenden Schmelze-Auslaufbereich aufweist, dessen Länge L-out größer als die Länge L-in des konvergierenden Schmelze-Einlaufbereichs ist und das Verhältnis L-out/L-in zwischen 1,1 und 15, bevorzugt zwischen 2 und 10, besonders bevorzugt zwischen 4 und 8 liegt.
Die produktberührten Teile der erfindungsgemäßen Düsen können aus einem beliebigen Werkstoff gefertigt werden. Vorzugsweise werden diese Teile aus Stahl oder einer eisenarmen Metalllegierung gefertigt. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden die Düsen aus einem eisenarmen Werkstoff mit einem Eisengehalt von höchstens 10 Gew.-% gefertigt. Insbesondere sind Legierungen bestehend aus weniger als 1 Gew.-% Aluminium, weniger als 25 Gew.-% Chrom, weniger als 8 Gew.-% Eisen, weniger als 4 Gew.-% Kobalt, weniger als 6 Gew.-% Wolfram, weniger als 4 Gew.-% Mangan, weniger als 1 Gew.-% Kupfer, und weniger als 1 Gew.-% Titan, weniger als 5 Gew.-% Niob, sowie 5 - 35 Gew.-% Molybdän und 45 - 75 Gew.-% Nickel für alle produktberührten Teile der Düsen geeignet. Besonders bevorzugt sind alle produktberührten Teile der Düsen aus Alloy 59 (2.4605), Inconell 686 (2.4606), Alloy-B2, Alloy B-3, Alloy B4, Alloy C- 22, Alloy-C276, Alloy-C4, Alloy 625, 1.8550, 1.4112, 1.2379, 1.4122 oder 1.4313 gefertigt.
Die erfindungsgemäßen Düsen können in einer speziellen Ausführungsform eine Oberflächenbehandung auf der mit Polymerschmelze berührten Innenseite des Strömungskanals aufweisen. Dies kann eine zusätzliche Beschichtung, z.B. mit Polymeren (z.B. PTFE oder andere fluorierte Kohlenwasserstoffe) oder mit Metallen oder Metallverbindungen (z.B. TiN, CrN) oder mit organischen oder anorganischen Stoffen (z.B. amorpher Kohlenstoff (z.B. "Diamond Like Carbon") oder Keramik) sein. Weiterhin kann bei Bedarf ggf. zusätzlich eine Verringerung der Oberflächenrauhigkeit z.B. durch Polieren oder Elektropolieren (auch elektrolytisches Polieren genannt) durchgeführt werden oder die Oberflächenrauhigkeit erhöht werden (z.B. durch Sandstrahlen). Das Elektropolieren ist eine elektrochemische Metallbearbeitung, bei der das zu polierende Metall als Anode in einen Stromkreis geschaltet wird, wobei der Elektrolyt aus einer Säure oder einem Säuregemisch besteht.
Die so beschriebenen erfmdungsgemäßen Düsen sind geeignet für einen Polymerschmelze-
Durchsatz pro Düse von 50 g/h bis 100000 g/h bei Temperaturen von 100 0 C bis 450 0 C. Die Düsen können beheizt sein.
Die üblichen Schmelzviskositäten (Nullviskositäten), ermittelt über scherrheologische Messungen (siehe z.B. M.Pahl, W.Gleißle, H.-M.Laun: Praktische Rheologie der Kunststoffe und Elastomere) der eingesetzten Polymere liegen zwischen 20 Pa-s und 25000 Pa-s bei 300 0 C.
Die Extrusion kann somit in einer beliebigen Vorrichtung durchgeführt werden, in der ein Austritt von Schmelzesträngen aus einer Düse normalerweise vorgenommen wird. Eine solche Vorrichtung schließt gewöhnlich eine Einrichtung zum Schmelzen des Polymers ein (außer wenn der Vorrichtung geschmolzenes Polymer zugeführt wird) sowie eine Einrichtung, um das geschmolzene Polymer mit einer geeigneten Geschwindigkeit durch die Düsenöffhungen zu pumpen oder zu drücken. Nützliche Vorrichtungen zum Pumpen oder Schmelzen und Pumpen sind Zahnradpumpen, Einschnecken- und Doppelschneckenextruder, Kolben (wie in einem Kolbenextruder) oder ein unter Druck stehender Behälter (wie durch Gasdruck), der geschmolzenes Polymer enthält. Extrusionbedingungen, wie z.B. die Polymertemperatur, können diejenigen sein, die normalerweise bei Extrusionen dieses Polymers verwendet werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Düsenplatte, in der eine Vielzahl einzelner erfindungsgemäßer Düsen angeordnet sind und die Teil eines (beheizbaren) Schmelzeverteilers ist. Dieser befindet sich z.B. nach der Schmelzeaustrittsöffnung eines Extruders oder nach einer Schmelzepumpe und bewirkt die Verteilung bzw. Zuführung des Schmelzestroms von der Austrittsöffhung des Extruders oder nach der Schmelzepumpe zu den einzelnen Düsen hin. Der Schmelzeverteiler kann auch in einem größeren Apparat untergebracht sein, wie z.B. einem Verdampferapparat, speziell einem Strangverdampfer (siehe WO01/58984 Al und WO 01/39856 Al).
In einer solchen Düsenplatte sind je nach Größe des Extruders oder der Schmelzepumpe 1 bis
500000, vorzugsweise 2 bis 100000 einzelne erfindungsgemäße Düsen in einer oder mehreren Reihen, bevorzugt 1 bis 4 Reihen, angeordnet. In einer speziellen Form kann die Düsenplatte auch rund sein und die Düsen konzentrisch in ein oder mehreren Reihen um einen Mittelpunkt angeordnet sein. Darüber hinaus können eine oder mehrere Platten nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Düsenplatte haben alle erfmdungsgemäßen Düsen die gleiche Größe und den gleichen Abstand zueinander sowie die gleichen geometrischen Gegebenheiten. Durch entsprechende Einbauten im Schmelzeverteiler wird beispielsweise die Schmelze von der zentralen Austrittsöffhung so auf die Düsenplatte geleitet, dass alle Düsen bei vergleichbarem Druck mit Polymerschmelze beaufschlagt werden, so dass über die gesamte Länge und Breite der Düsenplatte eine gleichmäßige Ausbildung von Polymer-
Schmelzesträngen gewährleistet ist.
Eine spezielle Ausführungsform einer solchen Extrusionsvorrichtung mit der darin befindlichen Düse ist in der Fig. 2 beispielhaft dargestellt,.
Das erfindungsgemäße Verfahren durch Verwendung der erfindungsgemäßen Düsen zur Ausformung von Polymerschmelzen zu Polymerschmelzesträngen, reduziert die Gefahr der
Kontamination der Schmelzestränge durch Düsenablagerungen während eines mehrstündigen Verarbeitungs Vorgangs. Die Polymerschmelzestränge werden nach dem Austritt aus der Düse üblicherweise mit Wasser abgekühlt und während oder nach dem Erstarren durch geeignete Verfahren granuliert. Mit Hilfe der erfmdungsgemäßen Düsen können hochreine Granulate hergestellt werden, die die hohen Reinheitsanforderungen z.B. hinsichtlich optischer Qualität zur
Herstellung von optischen Datenträgern wie CDs oder DVDs oder zur Herstellung von z.B. Lichtwellenleitern, Streuscheiben, optischen Linsen, Folien, Fasern, Platten und dünnwandigen Formteilen erfüllen.
Düsenplatten für die Unterwassergranulierung von Polymeren haben mehrere Austrittsöffhungen, die auf einer ringförmigen Schneideoberfläche angeordnet sind. Rotierende Messerklingen schneiden die Polymerstränge kurz nachdem das Polymer aus den Austrittsöffnungen extrudiert worden ist. Die erfindungsgemäßen Düsen verhindern den Aufbau von verhärtetem Polymer in der Austrittsöffnung und ermöglichen daher ein störungsfreies Betreiben des Verfahrens. Für die Ausformung von Polymerschmelzesträngen mit den erfindungsgemäßen Düsen sind alle thermoplastischen Polymere, Elastomere vor der Vernetzung und Duroplasten vor der Vernetzung geeignet. Insbesondere geeignet sind die erfindungsgemäßen Düsen bei der Verarbeitung und Aufbereitung von Polycarbonaten, Polyestem, Polyethern, Polyolefinen, halogenierten Polyolefinen, thermoplastischen Polyimiden, Poly(imidethern) und Polyamiden. Diese
Thermoplaste können in reiner Form oder als Mischungen mit Füll- und Verstärkungsstoffen, wie insbesondere Glasfasern, als Mischungen untereinander oder mit anderen Polymeren oder als Mischungen mit üblichen Polymeradditiven, wie z.B. Farbmitteln, Verarbeitungshilfsmitteln, Füllstoffe, Verstärkungsstoffe, Antioxidationsmittel, Farbmittel, Pigmente, Flammschutzmittel oder Stabilisatoren vorliegen. Beispielhaft für diese sind Ruß, Glasfaser, Ton, Glimmer, Talkum,
Kreide, Kalziumkarbonat, Titandioxid, Graphitfasern, Kohlenstofffasern und Naturfasern.
Fig. 1) zeigt Querschnitte der erfindungsgemäßen Düsen in denen die Kenngrößen L-in, L-middle und L-out, D-in, D-middle und D-out sowie R-in und R-out dargestellt wurden. „FD" bezeichnet dabei die Strömungsrichtung (flow direction).
Fig. Ib) stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, bei der im Bereich von D-middle ein zylinderförmiger Teil mit einer Länge L-middle vorliegt.
Fig. 2) zeigt in beispielhafter Form eine Düsenplatte (1) auf der die Düsen (2) nebeneinander angeordnet sind.
Beispiele
Es wurden Versuche mit den erfindungsgemäßen Düsen und Standarddüsen als Referenz in einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder durchgeführt, wobei die im Folgenden aufgeführten Düsenabmessungen verwendet wurden.
Beispiel für erfindungsgemäße Düse (divergent kurz): D-in = 8,08 mm D-out = 8,08 mm D-middle = 5,08mm L-in = 7,48 mm
L-out = 14,52 mm R-in= 18,96 mm R-out= 66,2 mm
Beispiel für erfindungsgemäße Düse (divergent lang):
D-in = 8,08 mm
D-out = 8,08 mm
D-middle = 5,08 mm
L-in = 7,48 mm L-out = 34,52 mm
R-in= 18,96 mm
R-out= 386 mm
Standarddüse (zylindrisch): D-in = 8,08 mm
D-out = 5,08 mm
D-middle = 5,08 mm
L-in = 5,6 mm
L-out = 16,4 mm R-in= 18,96 mm
R-out= unendlich Beispiel 1 (Versuche mit Polybutylenterephthalat):
Es wurde Pocan® DP 7244 Granulat (Hersteller: Lanxess Deutschland GmbH) in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder (Typ: ZSK 32Mc; Hersteller: Fa. Coperion Werner & Pfleiderer) gefördert, im Extruder aufgeschmolzen und die Schmelze durch eine am Extruderende montierte Düsenplatte gepresst. Die Düsenplatte enthielt vier Düsen, von denen jeweils eine innere und eine äußere Düse eine zylindrische Standardgeometrie hatte. Diese Düsen dienten als Referenz. Die beiden anderen Düsen waren so gefertigt, dass austauschbare Düseneinsätze montiert werden konnten; für Versuch 1 wurden die Düsen „divergent kurz" und für Versuch 2 die Düsen „divergent lang" eingesetzt.
Die aus den Düsen austretenden Stränge wurden mittels einer Kamera beobachtet und aufgezeichnet. Außerdem wurde die Zeit gemessen, vom Beginn der Extrusion bis zum Zeitpunkt, an dem Ablagerungen an den Düsen auftraten. Die Schmelzetemperatur in den Strängen wurde mit einem Einstechthermometer gemessen; sie war in allen Strängen gleich.
Der Durchsatz pro Düse betrug 26,25 kg-h "1 , die Extruder-Drehzahl 255min "1 und die Schmelzetemperatur 285°C.
Mit der Standarddüse wird 30s nach Beginn eine starke Bartbildung beobachtet. Mit der optimierten Düsengeometrie „divergent kurz" hingegen entsteht erst nach ca. 1min eine leichte Bartbildung und mit der Düsengeometrie „divergent lang" wird auch über längere Betriebszeit keine Bartbildung beobachtet.
Beispiel 2 (Versuche mit Polycarbonat):
Es wurde Makrolon® DP 1-1265 Granulat (Hersteller: Bayer MaterialScience AG) in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder (Typ: ZSK 32Mc; Hersteller: Fa. Coperion Werner & Pfleiderer) gefördert, im Extruder aufgeschmolzen und die Schmelze durch eine am Extruderende montierte Düsenplatte gepresst. Die Düsenplatte enthielt vier Düsen, von denen jeweils eine innere und eine äußere Düse eine zylindrische Standardgeometrie hatte. Diese Düsen dienten als Referenz. Die beiden anderen Düsen waren so gefertigt, dass austauschbare Düseneinsätze montiert werden konnten. In diesen Düseneinsätzen wurden die Düsen „divergent lang" befestigt.
Die aus den Düsen austretenden Stränge wurden mittels einer Kamera beobachtet und aufgezeichnet. Außerdem wurde die Zeit gemessen, vom Beginn der Extrusion bis zum Zeitpunkt, an dem Ablagerungen oder Tropfenbildung an den Düsen auftraten. Die Schmelzetemperatur in den Strängen wurde mit einem Einstechthermometer gemessen; sie war in allen Strängen gleich. Der Durchsatz pro Düse betrug im ersten Versuch 25 kg-hf 1 , die Extruder-Drehzahl 600min '1 und die Schmelzetemperatur 302 0 C.
Mit der Standarddüse wird 45Min. nach Beginn eine leichte Tropfenbildung beobachtet. Mit der optimierten Düsengeometrie „divergent lang" hingegen entsteht keine Tropfenbildung.
In einem zweiten Versuch wurde der Durchsatz auf 21,25 kg h "1 verringert und die
Schmelzetemperatur auf 314°C erhöht. Die Extruder-Drehzahl wurde konstant bei 600min '1 gehalten.
Mit der Standarddüse wird ebenfalls eine Tropfenbildung beobachtet und nach 3h Versuchszeit war die Düsenplatte unterhalb der Düse komplett mit Schmelzefilm belegt. Mit der optimierten Düsengeometrie „divergent lang" hingegen entsteht trotz reduzierter Viskosität nach mehrstündiger
Betriebszeit keine Tropfenbildung.
Beispiel 3 (Langzeitversuche mit Polycarbonat):
Es wurde Makrolon® DP 1-1265 Granulat (Hersteller: Bayer MaterialScience AG) in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder (Typ: ZSK 32Mc; Hersteller: Fa. Coperion Werner &
Pfleiderer) gefördert, im Extruder aufgeschmolzen und die Schmelze durch eine am Extruderende montierte Düsenplatte gepresst. Die Düsenplatte enthielt vier Düsen, von denen jeweils eine innere und eine äußere Düse eine zylindrische Standardgeometrie hatte. Diese Düsen dienten als Referenz.
Die beiden anderen Düsen waren so gefertigt, dass austauschbare Düseneinsätze montiert werden konnten. In diesen Düseneinsätzen wurden die Düsen „divergent lang" befestigt.
Die aus den Düsen austretenden Stränge wurden mittels einer Kamera beobachtet und auf Video aufgezeichnet. Außerdem wurde die Zeit gemessen bis Ablagerungen an den Düsen auftraten. Die Schmelzetemperatur in den Strängen wurde mit einem Einstechthermometer gemessen; sie war in allen Strängen gleich.
Der Durchsatz pro Düse betrug 25 kg-h "1 , die Drehzahl 600min "1 und die Schmelzetemperatur
314°C.
Mit der Standarddüse wird 45Min. nach Beginn eine Tropfenbildung beobachtet. Nach 3h Versuchszeit war die Düsenplatte unterhalb der Düse komplett mit Schmelzefϊlm belegt. Mit der optimierten Düsengeometrie „divergent lang" hingegen entsteht auch nach 9h Betriebszeit keine Tropfenbildung. Die Beispiele zeigen, dass die erfindungsgemäßen Düsen im Rahmen der untersuchten Versuchszeit sowohl im Fall von Polycarbonat als auch im Fall von glasfaserverstärktem Polyester überraschenderweise wesentlich geringere bis gar keine Ablagerungen im Vergleich zu Düsen aus dem Stand der Technik ermöglichen.
Im Falle des untersuchten glasfaserverstärkten Polyesters wurde überraschend keine Bartbildung an den erfindungsgemäßen Düsen beobachtet; wie anhand der erfindungsgemäßen Beispielen zu erkennen ist. Insbesondere die Düsen "divergent lang" zeigten überraschenderweise eine besonders gute Wirkung.
Im Falle der untersuchten Polycarbonatschmelze, welche sehr niederviskos ist, wurde überraschend keine Tropfenbildung an der Düse beobachtet; wie den erfindungsgemäßen Beispielen zu entnehmen ist.
Next Patent: MOULDED PRODUCT, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND USE OF THE SAME