DE2941645B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Heissgranulieren niedrigviskoser Polymerschmelzen mit engem Schmelzebereich - Google Patents

Description

• Die Kühlung des austretenden Stranges mit dem Kühlmedium, z. B. Wasser, muß so bemessen werden, daß die Strömung im Düsenmundstück nicht nennens- wert gestört wird. Im Falle, daß die Kühlung durch einen rotierenden Messerkopf, beispielsweise nach DE-OS 2638 126 erfolgt, muß die Kühlwasserzufuhrgeschwindigkeit auf die Rotationsgeschwindigkeit desselben abgestimmt werden. Dies geschieht über den Kühlfak tor. Der Kühlfaktor ist der Quotient aus der Kühlwassermenge je Kühldüse dividiert mit dem Produkt Anzahl der Schneidmesser mal Messergeschwindigkeit. Dieser Quotient muß noch mit einem Geometriefaktor multipliziert werden. Der Geometriefaktor berücksichtigt die Abmessungen der Düsen und des Messerkopfes und die Anzahl der Schneidmesser.
• Der Kühlfaktor liegt im Bereich von 0,4 bis 1,4, vornehmlich 0,6 bis 0,9. Der Geometriefaktor ist definiert als das Produkt aus 7r mit dem mittleren Durchmesser des Messerkopfes und dem Cosinus des Anstellwinkels des Sprühstrahls gegen die Messerkopfachse dividiert durch das Produkt aus der Breite des Schneidmessers, dem Sinus des Anstellwinkels des Schneidmessers gegen die Düsenfläche, der Dichte des Kühlmediums und der Austrittsfläche der Sprühdüse.
• Unter niedrigviskosen Polymerschmelzen mit engem sChmelzbereich im Sinne der Erfindung werden insbesondere Polyamide, Mischpolyamide und teilkristalline niedermolekulare Polyester, wie Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat aber auch Polyethylenwachse verstanden. Dabei ist mit dynamischen Viskositäten von 2 bis 40 Pa ~ s zu rechnen.
• Die Schmelze wird über wenigstens einen Verteilerkanal in einem Verteilerkopf einer mit einer Vielzahl von Düsenkanälen ausgestatteten und am Verteilerkopf befestigten Düsenplatte zugeführt. Beim Übergang von den Verteilerkanälen in die Düsenkanäle erfolgt mittels einer die Gesamtheit der Öffnungen der Düsenkanäle umfassenden Drossel eine Entspannung der Polymerschmelze. Dabei hat es sich insgesamt als zweckmäßig erwiesen, wenn das Verhältnis des Drucks in den Verteilerkanälen zum Druck in den Düsenkanälen 3 bis 20, vorzugsweise 4 bis 12 beträgt. Dabei soll der spezifische Volumenstrom am Düsenmund zwischen 0,4 und 5, vornehmlich 0,7 und 4 m3 pro sec pro m2 liegen.
• Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem wenigstens einen Verteilerkanal aufweisenden Verteilerkopf, an dem eine mit einer Vielzahl von Düsenkanälen ausgestattete Düsenplatte befestigt ist, über deren Stirnfläche unter Ausübung von Scherkräften auf die ausgepreßten Fäden oder Stränge drehbar gelagerte Schneidwerkzeuge gleiten, wobei zwischen dem Verteilerkopf und der Düsenplatte eine die Gesamtheit der Öffnungen der Düsenkanäle umfassende Drossel angeordnet ist.
• Die Drossel kann als Siebpaket ausgebildet sein, das aus einer oder mehreren Gewebelagen aufgebaut ist.
• Das Gewebe besteht aus Fäden z. B. mit zylindrischer Form aus geeigneten Metallen, beispielsweise aus Bronze oder Nickel. Vorteilhaft werden mehrere Gewebeschichten, die gegebenenfalls an ihren Rändern durch Löten, Kleben oder durch eine Einfassung zusammengehalten werden, verwendet. Die Zahl der Schichten ist nur begrenzt durch die durch sie bedingte Druckerhöhung in den Verteilerkanälen. Bei der Verwendung mehrerer Gewebeschichten können diese bezüglich ihrer Feinheit und Fadenbindung unter sich durchaus verschieden sein. Insgesamt haben sich Maschenweiten von 0,03 bis 0,8 mm bei Drahtstärken von 0,025 bis 0,5 mm als zweckmäßig erwiesen.
• Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.
• Im wesentlichen besteht die Vorrichtung aus einem Verteilerkopf 1 für die Polymerschmelze, in dem sich Verteilerkanäle 2, die zu einer Düsenplatte 3 führen, befinden. In der Düsenplatte 3 sind die Düsenkanäle 4 angeordnet. Mit 8 ist das in Strömungsrichtung der Polymerschmelze nach dem Verteilerkanal 2 angeordnete Siebpaket bezeichnet. Gegebenenfalls kann das Siebpaket 8 durch eine Lochplatte 9 abgestützt sein.
• Nach der Lochplatte 9 folgen die Düsenkanäle 4, die sich zur Oberfläche 5 der Düsenplatte 3 verjüngen. Auf der Stirnfläche 5 der Düsenplatte 3 rotieren Schneidmesser 6, die an einem Messerhalter 7 befestigt sind. Nach dem Schnitt wird das Granulat zuerst einer Sprühkühlung unterworfen. Diese erfolgt über im Austrittsquerschnitt und der Sprührichtung einstellbare Düsen 10.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Heißgranulieren niedrigviskoser Polymerschmelzen mit engem Schmelzbereich, bei dem die Polymerschmelze über wenigstens einen Verteilerkanal und durch Düsenkanäle gefördert und in Form von Fäden oder Strängen ausgepreßt wird, und die Fäden oder Stränge unter gleichzeitigem Kühlen quer schnitten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze beim Übergang vom Verteilerkanal in die Düsenkanäle entspannt wird, wobei das Verhältnis des Drucks im Verteilerkanal zum Druck in den Düsenkanälen 3 bis 20 beträgt und die Polymerschmelze je nach ihrer Viskosität bei Drucken von 10 bis 60 bar und einem spezifischen Volumenstrom am Düsenmund von 0,4 bis 5 m3 pro sec pro m2 aus den Düsenkanälen ausgetragen wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem wenigstens einen Verteilerkanal aufweisenden Verteilerkopf, an dem eine mit einer Vielzahl von Düsenkanälen ausgestattete Düsenplatte befestigt ist, über deren Stirnfläche unter Ausübung von Scherkräften auf die ausgepreßten Fäden oder Stränge drehbar gelagerte Schneidwerkzeuge gleiten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verteilerkopf (1) und der Düsenplatte (3) eine die Gesamtheit der Öffnungen der Düsenkanäle (4) umfassenden Drossel angeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verteilerkopf (1) und der Düsenplatte (3) ein Siebpaket (8) angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Siebpaket (8) aus einem ein- oder mehrschichtigen Metalldrahtgewebe besteht.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Heißgranulieren niedrigviskoser Polymerschmelzen mit engem Schmelzebereich, bei dem die Polymerschmelze über wenigstens einen Verteilerkanal und durch Düsenkanäle gefördert und in Form von Fäden oder Strängen ausgepreßt wird, und die Fäden oder Stränge unter gleichzeitigem Kühlen quergeschnitten werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

   Kunststoffe fallen aus der Synthese meistens in einer Form an, die vor der späteren Verarbeitung noch eine weitere Behandlung, die sogenannte Konfektionierung, erforderlich macht. Der pulverförmig oder flockig, als Mahlgut oder formlose Schmelze anfallende Kunststoff-Rohstoff wird dazu - vom Einfärben und Mischen mit anderen Stoffen abgesehen - im allgemeinen von Förder- und Knetmaschinen durch Düsen gepreßt, gegebenenfalls gekühlt und zu Granulat zerkleinert. Die beiden letztgenannten Arbeitsgänge werden zur Vermeidung nochmaliger Wärmezuführung häufig unmittelbar an den Austragsort der Förder- und Knetmaschine verlegt, an der dann Düsenplatten mit vielen Auspreßöffnungen angeordnet sind, an denen die austretenden Fäden zu Granulat geschnitten und erst anschließend gekühlt werden. Die letztgenannte Arbeitsweise wird als Heißgranulierung oder Heißabschlag bezeichnet.

   Aus der GB 1112 623 ist ein Heißabschlagverfahren zur Herstellung von Granulat aus thermoplastischen polymeren Stoffen bekannt, bei dem die Kunststoff-Fäden direkt aus den Auspreßöffnungen in eine Kühlnüs sigkeit gedrückt und unmittelbar an den Auspreßöffnungen während des Eintauchens in die Flüssigkeit, bevor sie durchgehend in den festen Zustand abgekühlt sind, quergeschnitten werden.

   Vorrichtungen zur Ausführung dieses Verfahrens sind so gestaltet, daß die Polymerschmelze über Verteilerkanäle in einem Verteilerkopf einer Düsenplatte zugeführt und aus der mit einer Vielzahl von Düsenkanälen ausgestatteten Düsenplatte ausgepreßt wird. Die austretende Schmelze wird mit propellerartig vor der Düsenplatte rotierenden meist fliegend gelagerten Messerflügeln, die sich in einer mit der Kühlflüssigkeit gebildeten sprühfeuchten Atmosphäre bewegen, abgeschlagen und das so entstehende Granulat mit dem flüssigen Kühlmittelstrom bis zu einem Sieb entsprechender Maschenweite mitgeführt und dann ausgetragen. Beim Heißgranulieren niedrigviskoser Polymerschmelzen mit engem Schmelzbereich treten jedoch bei der Kühlung der aus der Düsenplatte austretenden Schmelzenstränge häufig Schwierigkeiten auf. Bei zu geringer Abkühlung wird die Schmelze entweder statt zu Granulat geschnitten zu Fäden langgezogen oder erstarrt bei zu starker Abkühlung in der Düse vor dem Austritt. Im Falle des sogenannten Einfrierens eines Düsenkanals wird die Polymerschmelze aufgrund des geringen Durchflußwiderstandes der Düsenkanäle über die restlichen Kanäle ausgetragen, ohne daß dadurch der Druck der Polymerschmelze wesentlich ansteigt Daraus ergibt sich aber eine Minderung der Granulierqualität, die bis zur Unbrauchbarkeit des Granulats gehen kann.

   Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Heißabschlagverfahren zu schaffen, das die Herstellung von Granulat aus niedrigviskosen Polymerschmelzen mit engem Schmelzebereich gestattet und das insbesondere die Herstellung eines einheitlichen Granulats aus diesen Polymerschmelzen ermöglicht.

   Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polymerschmelze beim Übergang vom Verteilerkanal in die Düsenkanäle entspannt wird, wobei das Verhältnis des Drucks im Verteilerkanal zum Druck in den Düsenkanälen 3 bis 20 beträgt und die Polymerschmelze je nach ihrer Viskosität bei Drucken von 10 bis 60 bar und einem spezifischen Volumenstrom am Düsenmund von 0,4 bis 5 m3 pro sec pro m2 aus den Düsenkanälen ausgetragen wird. Die Entspannung wird so durchgeführt, daß sich die einzelnen Düsenkanäle bei mehreren Düsen nicht gegenseitig beeinflussen können.

   Gleichzeitig gewährleistet das Verfahren, daß der spezifische Volumenstrom druch das Düsenmundstück einen Mindestwert erreicht.

   Unter dem spezifischen Volumenstrom wird der Volumenstrom der Polymerschmelze in der Zeiteinheit, dividiert durch den Querschnitt am Düsenmund verstanden.

   Die Entspannung kann über an sich bekannte Drosselelemente erfolgen. Das Druckverhältnis wird aus dem Quotient des gemessenen Druckes vor und nach dem Drosselelement in Strömungsrichtung der Polymerschmelze gebildet.