(19) PL (11) 1734S8 (13) B1 (12) OPIS PATENTOWY PL B1 B29C 47/38 B29C 47/60 RZECZPOSPOLITA POLSKA. (21) Numer zgłoszenia:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 1734S8 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia (51) IntCl6: B29C 47/38 B29C 47/60 (54) Urządzenie do wytwarzania wyrobów wytłaczanych ze sproszkow anego do drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu (30) Pierwszeństwo: ,DE,P (73) Uprawniony z patentu: Hoechst Aktiengesellschaft, Frankfurt nad Menem, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 07/94 (72) Twórcy wynalazku: Meinhard Gusik, Oberhausen, DE Rudolf Kellersohn, Hamminkeln, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: W UP 03/98 (74) Pełnomocnik: Gugała Barbara, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 1. Urządzenie do wytwarzania wyrobów wytłacza- (57) nych ze sproszkowanego do drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu o zmierzonej wiskozymetrycznie średniej masie molowej wynoszącej co najmniej 1x106g/ml, składające się z cylindrycznej rury, w której zamocowany jest obrotowo wał ślimakowy, która w dającym się oziębiać obszarze zasilania wyposażona jest w rozciągające się w kierunku wzdłużnym rowki o zmiennej głębokości i która posiada dający się ogrzewać obszar transportu oraz połączonej z cylindryczną rurą głowicy formującej kształt wytłaczanego wyrobu, znamienne tym, ze wał ślimakowy w strefie zasilania (I) jest dwuzwojowy, przy czym w strefie zasilama składa się z obszaru transportu (1) o długości odpowiadającej 4-16-krotnej średnicy ślimaka, korzystnie 4-8-krotnej średnicy ślimaka i obszaru dekompresji (2) o długości odpowiadającej 5-18-krotnej średnicy ślimaka, korzystnie 6-12-krotnej średnicy ślimaka, a w strefie przemiany (II) obejmuje obszar ścinania (3) o długości odpowiadającej 1-2,5, korzystnie 1,5-2,0-krotnej średnicy ślimaka oraz w strefie dozowania (III) obejmuje obszar mieszania (5) o długości odpowiadającej 1.4, korzystnie 2-3-krotnej średnicy ślimaka. Fig 1

2 Urządzenie do wytwarzania wyrobów wytłaczanych ze sproszkowanego do drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do wytwarzania wyrobów wytłaczanych ze sproszkowanego do drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu o zmierzonej wiskozymetrycznie średniej masie molowej wynoszącej co najmniej 1x106g/ml, składające się z cylindrycznej rury, w której zamocowany jest obrotowo wał ślimakowy, która w dającym się oziębiać obszarze zasilania wyposażona jest w rozciągające się w kierunku wzdłużnym rowki o zmiennej głębokości i która posiada dający się ogrzewać obszar transportu oraz połączonej z cylindryczną rurą głowicy formującej kształt wytłaczanego wyrobu, znamienne tym, że wał ślimakowy w strefie zasilania (I) jest dwuzwojowy, przy czym w strefie zasilania składa się z obszaru transportu (1) o długości odpowiadającej 4-16-krotnej średnicy ślimaka, korzystnie 4-8-krotnej średnicy ślimaka i obszaru dekompresji (2) o długości odpowiadającej 5-18-krotnej średnicy ślimaka, korzystnie 6-12-krotnej średnicy ślimaka, a w strefie przemiany (II) obejmuje obszar ścinania (3) o długości odpowiadającej 1-2,5, korzystnie 1,5-2,0-krotnej średnicy ślimakaoraz w strefie dozowania (III) obejmuje obszar mieszania (5) o długości odpowiadającej 1.4, korzystnie 2-3-krotnej średnicy ślimaka. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w strefie przemiany (II) obszar ścinania (3) połączony jest z obszarem transportu (4) o długości odpowiadającej do 4,5, korzystnie 3-4-krotnej średnicy ślimaka, przy czym w obszarze transportu (4) ślimak wytłaczarki jest jednozwojowy. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienny tym, że w strefie dozowania (III) obszar mieszania (5) połączony jest z obszarem transportu (6) o długości odpowiadającej 2-krotnej średnicy ślimaka, przy czym w obszarze transportu ślimak wytłaczarki jest jednozwojowy. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosunek głębokości kanału uzwojenia ślimaka (c) w strefie zasilania (I) do głębokości kanału uzwojenia ślimaka w strefie dozowania (III) wynosi 0,6:1 do 1:1, korzystnie 0,68:1 do 0,76:1. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że maksymalna głębokości kanału uzwojenia ślimaka (c) na całej długości ślimaka wynosi 2,5 do 6 mm, korzystnie 3,5 do 5 mm. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że szerokość szczelin (d) w elemencie ścinającym w obszarze ścinania ślimaka (3) wynosi 0,2 do 0,5 mm, korzystnie 0,25 do 0,35 mm. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że strefa zasilania (I), w której wał ślimakowy jest dwuzwojowy, obejmuje tę część rury cylindrycznej, która na powierzchni wewnętrznej cylindra wyposażona jest we wzdłużne rowki (7) o przekroju prostokątnym, o długości stanowiącej 3-3,5-krotność średnicy ślimaka, głębokości 4,5-6 mm, zwłaszcza 5-5,5 mm i szerokości 5-8,5 mm, zwłaszcza 6-7 mm. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że strefa zasilania (I), w której wał ślimakowy jest dwuzwojowy, obejmuje tę część rury cylindrycznej, którą na powierzchni wewnętrznej cylindra wyposażona jest w wyżłobienia wzdłużne (8), które są o mm dłuższe od średnicy ślimaka a ich głębokość wynosi 2-4 mm, korzystnie 3-3,5 mm. 9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że strefa dozowania (III) ograniczona jest głowicą formującą kształt wytłaczanego wyrobu, w postaci tarczy z otworami (e) o grubości mm, korzystnie mm i średnicy otworów 1,5-5 mm, korzystnie 2-4 mm.

3 Niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia do wytwarzania wyrobów wytłaczanych ze sproszkowanego do drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu (PE-UHMW). Wśród polietylenów specjalną pozycję zajmują typy PE-UHMW. Pod tym rozumie się otrzymane w procesie niskociśnieniowym liniowe polietyleny o zmierzonej wiskozymetrycznie średniej masie molowej wynoszącej co najmniej 1 x 106 g/mol, w szczególności 2,5 x 106g/mol do około 1 x 107 g/mol. Sposób oznaczania tak wysokich mas molowych jest opisany np. w CZ-Chemische Technik 4 (1974), str. 129 i następne. Ultrawielkocząsteczkowy polietylen odznacza się szeregiem parametrów fizycznych, które otwierają dla niego różnorodne możliwości zastosowania. Należy podkreślić jego wysoką odporność na ścieranie, jego niski współczynnik tarcia w porównaniu z innymi tworzywami i jego doskonałe cechu lepkości. Ponadto jest on niepospolicie odporny wobec licznych chemikaliów. Na podstawie jego korzystnych właściwości mechanicznych, termicznych i chemicznych znalazł PE-UHMW zastosowanie w najróżniejszych dziedzinach stosowania, jako wielostronne tworzywo. Jako przykłady należy wymienić przemysł włókienniczy, budowę maszyn, przemysł chemiczny i górnictwo. Możliwości zastosowania tworzywa są ograniczone przez to, że jego obróbka na wytłaczarkach tłokowych i powszechnie używanych wytłaczarkach jedno- lub więcej- ślimakowych na kształtki nie zawsze prowadzi do zadowalających wyników. Aby wytłaczać PE-UHMW w sposób nie powodujący pogorszenia jego właściwości mechanicznych, stosuje się niejednokrotnie wytłaczarki tłokowe (Ramextruder, wytłaczarki naporowe). Pomimo niektórych korzyści nie wystarcza jednak ten sposób obróbki do spełnienia wszystkich wymagań. Przeszkadzające i nie zawsze do przyjęcia są w szczególności zaznaczenia przesuwu występujące na kształtkach. Tych wad nie wykazują bryły wydrążone i profile z PE-UHMW wytworzone na wytłaczarkach ślimakowych. Jednak wielkocząsteczkowy polimer już przy średnich obrotach ślimaka zostaje silnie przegrzany. Wskutek wysokiej lepkości stopu, która również przy podwyższeniu temperatury zostaje zmniejszona tylko nieznacznie, bardzo znaczna część doprowadzonej do ślimaka energii mechanicznej zostaje przekształcona przez tarcie w ciepło. Spowodowane przez to ogrzanie materiału może być tak znaczne, że prowadzi do termicznego uszkodzenia tworzywa sztucznego wskutek degradacji albo rozkładu, to znaczy przez rozszczepianie łańcuchów cząsteczkowych i tym samym do obniżenia średniej masy molowej. Podczas gdy przepustowość, to jest przesyłana w jednostce czasu ilość wyrobu wytłaczanego, wzrasta w przybliżeniu proporcjonalnie do szybkości obrotów ślimaka, temperatura wzrasta ponadproporcjonalnie. Z tego powodu PE-UHMW może być wytłaczany na wytłaczarkach ślimakowych o powszechnie stosowanej budowie tylko przy niewielkiej liczbie obrotów ślimaka. Przez to proces staje się jednak nieekonomiczny i nieprzydatny do wielu technicznych dziedzin zastosowania. Z opisu patentowego EP-A znana jest obróbka ultrawielkocząsteczkowego polietylenu w wytłaczarce jednoślimakowej. Sposób ten polega na tym, że roztopiony PE-UHMW wytłacza się przez ustnik o stosunku długość/średnica wynoszącym co najmniej 10. Wyroby wytłaczane odciąga się przy stosunku rozciągu wynoszącym co najmniej 1, korzystnie 8 do 30:1. Ten sposób wytwarzania nadaje się jedynie do wytwarzania orientowanych nici o małej średnicy i przy bardzo małych wydajnościach produkcyjnych. Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania wyrobów wytłaczanych, w takich warunkach wytłaczania PE-UHMW, aby uniknąć przedstawionych powyżej problemów. Urządzenie do wytwarzania wyrobów wytłaczanych ze sproszkowanego do drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu o zmierzonej wiskozymetrycznie średniej masie molowej wynoszącej co najmniej 1 x 106 g/ml, składające się z cylindrycznej rury, w której zamocowany jest obrotowo wał ślimakowy, która w dającym się oziębiać obszarze zasilania wyposażona jest w rozciągające się w kierunku wzdłużnym rowki o zmiennej głębokości i która posiada dający się ogrzewać obszar transportu oraz głowicy przyłączonej do cylindrycznej rury formującej kształt wytłaczanego wyrobu charakteryzuje się tym, że wał ślimakowy w strefie zasilania jest dwuzwojowy, przy czym w strefie zasilania składa się z obszaru transportu o

4 długości odpowiadającej 4-16-krotnej średnicy ślimaka korzystnie 4-8-krotnej średnicy ślimaka i obszaru dekompresji o długości odpowiadającej 5-18-krotnej średnicy ślimaka, korzystnie 6-12-krotnej średnicy ślimaka, a w strefie przemiany obejmuje obszar ścinania o długości odpowiadającej 1-2,5, korzystnie, 1,5-2,0-krotnej średnicy ślimaka oraz w strefie dozowania obejmuje obszar mieszania o długości odpowiadającej 1-4, korzystnie 2-3-krotnej średnicy ślimaka. W korzystnych postaciach wykonania nowego urządzenia dołącza się w strefie przemiany do obszaru ścinania i/albo w strefie dozowania do obszaru mieszania każdorazowo obszar transportu, w którym ślimak jest jednozwojowy. Jego długość wynosi w strefie przemiany do 4,5-krotności, korzystnie 3- do 4-krotność średnicy ślimaka i w strefie dozowania do 2-krotności średnicy ślimaka. Korzystnie stosunek głębokości kanału uzwojenia ślimaka w strefie zasilania do głębokości uzwojenia ślimaka w strefie dozowania wynosi 0,6:1 do 1:1, korzystnie 0,68:1 do 0,76:1. Korzystnie maksymalna głębokość kanału uzwojenia ślimaka na całej długości ślimaka wynosi 2,5 do 6 mm, korzystnie 3,5 do 5 mm. Szerokość szczeliny w elemencie ścinającym wynosi 0,20 do 0,50 mm, korzystnie 0,25 do 0,35 mm. Urządzenie według wynalazku jest w obszarze zasilania wyposażone w pewną liczbę rozdzielonych równomiernie przez zasięg cylindra rowków osiowych, które w zakresie otworu załadowczego mogą być znacznie powiększone tzn. mogą stanowić większe wyżłobienia. Długość rowków, które korzystnie mają przekrój prostokątny, wynosi 3- do 3,5-krotność średnicy ślimaka. Mają one głębokość 4,5 do 6 mm, w szczególności 5 do 5,5 mm i szerokość 5 do 8,5 mm, w szczególności 6 do 7 mm. Liczba rowków jest zależna od średnicy ślimaka. Wynosi ona np. przy średnicy ślimaka wynoszącej 150 mm 6 do 12, korzystnie 8 do 10. Według korzystnej postaci wykonania nowego urządzenia wyżłobienia są o 15 do 20 mm dłuższe niż średnica ślimaka a ich głębokość wynosi 2 do 4, korzystnie 3 do 3,5 mm. Wyżłobienia te przechodzą w rowki pod kątem 6 do 9, a korzystnie 7 do 8. Aby zapewnić ciągły strumień proszkowego albo małocząstkowego materiału, otwór załadowczy powinien mieć długość 1,4- do 1,8-krotności, korzystanie 1,5- do 1,6-krotności średnicy ślimaka a jego szerokość powinna być w przybliżeniu równa średnicy ślimaka labo przewyższać ją do 4 mm. Korzystnie w obszarze mieszania ślimak wyposażony jest w wystające elementy, takie jak kołki. Elementy wystające służą polepszeniu plastyfikacji i homogenizacji materiału. Strefa dozowania (III) ograniczona jest głowicą formującą kształt wytłaczanego wyrobu, przy czym w szczególnej postaci wykonania urządzenie wyposażone jest w głowicę formującą kształt wytłaczanego wyrobu w postaci tarczy z otworami. Grubość tarczy dziurkowanej wynosi zwykle 10 do 50 mm, korzystnie 30 do 40 mm, a otwory mają średnicę 1,5 do 5 mm, w szczególności 2 do 4 mm. Celowo są one wyposażone w stożkowe otwory wlotowe, przy czym kąt wlotu wynosi 0,5 do 5, korzystnie 0,8 do 1,5. Sposób wytwarzania wyrobów wytłaczanych z proszkowego albo drobnocząstkowego ultrawielkocząsteczkowego polietylenu o zmierzonej wiskozymetrycznie średniej masie molowej wynoszącej co najmniej 1 x 106 g/mol w urządzeniu według wynalazku charakteryzuje się tym, termoplast jest pobierany w obszarze transportu strefy zasilania, transportowany i sprężany. W drugim obszarze strefy zasilania tj. w obszarze dekompresji przez zmianę wysokości zwoju uzyskuje się dekompresję. Ze strefy zasilania materiał ogrzany przez siły tarcia przechodzi już przez zakres temperatur topnienia krystalitu PE-UHMW do strefy przemiany, gdzie strumień masy przepływa przez określoną szczelinę ścinania, przez co zostaje uzupełnione plastyfikowanie i homogenizowanie termoplastów. Po opuszczeniu strefy przemiany, materiał termoplastyczny może być bezpośrednio przez obszar mieszania albo przez obszar transportu doprowadzony do głowicy formującej kształt wytłaczanego wyrobu. Transport PE-UHMW przez wytłaczarkę następuje w temperaturze 140 do 300 C, korzystnie 160 do 180 C. Potrzebne ciepło jest doprowadzane do materiału na dwóch drogach,

5 wewnętrznie przez jego obciążenie mechaniczne jako ciepło tarcia i zewnętrznie przez urządzenia grzewcze. Materiał opuszczający cylinder jest doprowadzany w stanie uplastycznionym do głowicy formującej, głowica jest wyposażona w urządzenia ogrzewające i chłodzące, które umożliwiają regulowane doprowadzanie i/albo odprowadzanie ciepła. Temperatury wzdłuż głowicy wynoszą między 300 C przy wejściu i 130 C przy końcu, korzystnie między 180 i 140 C. W kierunku wyjścia głowicy przewęża się przekrój kanału płynięcia. Przez to powstaje w strefie prasowania wzrost ciśnienia, który przez odpowiednie nastawienie wielkości przekroju zostaje tak wymierzony, że cząstki termoplastu spiekają się na jednorodną masę i kształtki otrzymują gładką powierzchnię. Wyrób wytłaczany wychodzący z głowicy jest prowadzony do dyszy chłodzącej, w której jego powierzchnia zostaje oziębiona do temperatury poniżej temperatury topnienia krystalitu, to znaczy poniżej około 130 C. Po opuszczeniu dyszy chłodzącej kształtki są prowadzone przez odpowiednie urządzenia, np. krawędzie hamujące albo nakładki hamujące albo przez zastosowanie odpowiednich środków tak, że ustala się siła działająca przeciw kierunkowi wytłaczania. Zapewnia ona w strefie chłodzenia wszechstronny kontakt kształtki z oddzielonym od niej przez ścianę środkiem chłodzącym, tak że odprowadzanie ciepła następuje równomiernie i unika się występowania naprężeń w kształtce. Dalsze oziębianie następuje odpowiednio do stanu techniki, w równomiernie termostatowanej albo podzielonej na różne strefy temperatury kąpieli wodnej. W przypadku gdy materiał przechodzi przez głowicę w postaci tarczy dziurkowanej wówczas wychodzące z tarczy dziurkowanej pasma granuluje się za pomocą handlowych urządzeń do granulowania, jak granulatory-wytłaczarki, ogrzewane granułatory spychające, granulatory z pierścieniem wodnym lub podwodne. Urządzenie według wynalazku zapewnia, że polimer jest w nim obrabiany bez rozkładu termicznego, otrzymuje się poza tym profile o nienagannych powierzchniach, które są wolne od jam skurczowych i porów i nie wykazują naprężeń wewnętrznych. Wybrana geometria ślimaka zapewnia oprócz tego, że polimer przez cały, będący do dyspozycji dla wytłaczarki zakres liczby obrotów jest bez zakłóceń transportowany i w sposób ciągły doprowadzany do głowicy. Pozwala to na wysoką przepustowość materiału i jest odpowiednio do tego bardzo ekonomiczne. W urządzeniu według wynalazku PE-UHMW przetwarza się w postaci proszku albo drobnych cząstek. Rozumie się tutaj cząstki otrzymane w procesie polimeryzacji, jednak również rozdrobnione przez obróbkę mechaniczną albo w inny sposób albo też powiększone cząstki bezpośredniego produktu polimeryzacji. Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest przedstawiony na załączonym rysunku, na którym fig. 1 i fig. 2 przedstawiają wał ślimakowy z zaznaczonymi strefami i obszarami. Na fig. 3 przedstawiono cylinder wytłaczarki A z zaznaczonymi rowkami 7 i wyżłobieniami 8. Wał ślimakowy umieszczony w cylindrycznej rurze wytłaczarki jest podzielony na strefę zasilania (I), strefę przemiany (II) i strefę dozowania (III). Strefa zasilania (I) jest utworzona z obszaru transportu 1 i obszaru dekompresji 2. Strefa przemiany (II) składa się z obszaru ścinania 3, do którego może być dołączony obszar transportu 4. Za strefą przemiany znajduje się strefa dozowania (III). Obejmuje ona obszar mieszania 5, do którego może być dołączony również obszar transportu 6. Z cylindryczną rurą urządzenia połączona jest głowica formująca kształt wytłaczanego wyrobu korzystnie w postaci tarczy e z otworami. Ponadto na fig. 1 symbolem a i b oznaczono zwoje ślimaka; symbolem c oznaczono głębokość kanału uzwojenia ślimaka; symbolem d oznaczono szerokość szczelin w elemencie ścinającym w obszarze ścinania. W przykładowym wykonaniu urządzenia według wynalazku strefa zasilania I, w której ślimak jest dwuzwojowy składa się z obszaru transportu 1 o długości odpowiadającej 7,5-krotności średnicy ślimaka oraz z obszaru dekompresji o długości odpowiadającej 9-cio-krotnej średnicy ślimaka, zaś strefa przemiany II składa się z obszaru ścinania o długości odpowiadającej 2-dwu-krotnej średnicy ślimaka a obszar mieszania 5 w strefie dozowania III ma długość odpowiadającą 1,7-io-krotnej średnicy ślimaka.

6 Stosunek głębokości kanału uzwojenia ślimaka w strefie zasilania I, do głębokości kanału uzwojenia ślimaka w strefie dozowania III wynosi 0,64:1. Maksymalna głębokość kanału uzwojenia ślimaka c na całej długości ślimaka wynosi 4,75 mm. Szerokość szczelin d w elemencie ścinającym w obszarze ścinania ślimaka wynosi 0,25 mm. Strefa zasilania I, w której wał ślimakowy jest dwuzwojowy obejmuje tę część rury cylindrycznej, która na powierzchni wewnętrznej cylindra wyposażona jest we wzdłużne rowki 7, o przekroju prostokątnym, o długości 3-krotnej średnicy ślimaka, głębokości 4,3 mm i szerokości 6 mm, lub która na powierzchni wewnętrznej cylindra wyposażona jest w wyżłobienia wzdłużne 8, które są dłuższe 0 15 mm od średnicy ślimaka i mają głębokość 3,2 mm. Fig. 2

7 Fig. 3

8 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

9