Zum Mischen im Einschnecken- Schmelzenextruder mit Ruckfuhrung und kontinuierlicher Zugabe von Suspensionen*

Jorg Heber**

Im Gegensatz zu den iiblichen Batch-Verfahren, wobei Farbpigmen- te, Fiillstoffe usw. separat rnit Kunststoffgranulat vermischt werden, wird in einer Patentschrift [l] ein Verfahren beschrieben, das darauf beruht, suspendierte Zusatzstoffe einem Extruder kontinuierlich in die Schmelze zuzufiihren. Die Farbpigmente sind dabei in einer inerten Tragerfliissigkeit suspendiert. Bei diesem Verfahren wird das Stromungsverhalten der Schmelze im Extruder stark beeinfluBt durch die zusatzliche Komponente der Tragerfliissigkeit. Gegenstand dieser Arbeit war es, die Mischwirkung eines Extruders zu untersuchen, wobei Suspensionen mit unterschiedlichen Feststoff- konzentrationen einem Schmelzen-Extruder kontinuierlich zuge- fiihrt wurden. Zusatzlich wurde der EinfluB einer Schmelzenriickfiih- rung auf die Mischwirkung untersucht.

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Abb. 1. Schmelzextruder rnit Riickfiihrung, FlieDschema und Druckprofile.

Das Prinzip der Versuchsapparatur, Abb. 1, ist im oberen Teil des Bildes als FlieDschema dargestellt. Der untere Bildteil zeigt die Schnecke des Schmelzen-Extruders, in derem vorderen Teil die Mischzone liegt. Uber einen Aufschmelz-Extruder wird der Schnecke am FuB der Volumenstrom zugefuhrt. Bei geschlossener Drossel in der Riickfiihrung ist & = Q, = QE, es stellt sich bei einer bestimmten Stellung der Kopfdrossel D, der untere Druckverlauf iiber der Schnecke ein. Wird die Drossel D, in der Riickfiihrung geoffnet, addiert sich zu & der riickgefiihrte Strom Q,, der AusstoB ist wegen der Stromungskontinuitat jedoch wie vorher Q, = (&,. Dabei verringert sich die Druckdifferenzp, - p o , die treibende Kraft fur die Ruckfiihrung. Gleichzeitig andern sich damit die Stromungs- bedingungen in der Mischzone. Um Suspensionen kontinuierlich zu dosieren, wurde eine Apparatur entwickelt, rnit der auch noch geringe Suspensionsmengen von cm3/h gegen einen relativ hohen Druck bis 150 bar sicher dosiert werden konnten. Der Extruder und die Riickfiihrung wurden isotherm betrieben. Die Versuchsstoffe waren Polystyrol, Athylenglykol und darin vordispergiertes Ultramarin-Blau. Die Stromungsvorgange wurden dimensionsanaIytisch erfal3t. Die Mischqualitat wurde

* Vortrag auf dem Jahrestreffen der Verfahrens-Ingenieure, 28. bis 30. September 1977 in Stuttgart ; Auszug aus der Dissertation des Autors.

** Dr.-Ing. J . Heber, Universitat Dortmund, Abteilung Chemie- technik jetzt : Perfect-Valois Ventil GmbH., 46 Dortmund 10, Alte StraDe 77a.

optisch-statistisch (,,Classimat" Fa. Leitz) ausgewertet. Als objekti- ves MaB [2] wurde die Mischgiite mittels multipler Regressionsanaly- se in folgenden Zusammenhang mit zwei Kennzahlen gebracht :

M = 0,0385 . p . ' O s . RZ-O,~'. (1) Hierin sind W die spezifische Wirkung [3] und Rz die Rezeptur der Additivsuspension (Massenanteil Pigment zu Gesamtmasse). Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit des Mischens bei kontinuier- lich zugefiihrten Additivsuspensionen und beim Betrieb des Schmelzen-Extruders rnit Riickfiihrung wird nurder Leistungsbedarf der Mischzone betrachtet, bestehend aus Druckenergiestrom und den Dissipationsstromen im Schneckenkanal und im Spalt zwischen Schneckenkamm und Extruderzylinder. Das dafiir relevante MaD, der relative spezifische Energieumsatz E, ist das Verhaltnis des spezifischen Energieumsatzes (41 bei kontinuierlicher Zufiihrung von Suspension und beim Betrieb rnit Riickfiihrung zum Betrieb bei trockener Pigmentzugabe und ohne Riickfiihrung. Berechnet wird E

rnit Hilfe von GI. (I), er beruht daher mittelbar aufMessungen. E 1st in Abb. 2 dargestellt in Abhangigkeit vom Pigmentgehalt der Suspen- sion, von der Mischgiite und vom Verhaltnis der mittleren Verweilzeiten der Schmelze in der Mischzone

t",, = ' (2) mittlere Verweilzeit beim Betrieb rnit Riickfiihrung

mittlere Verweilzeit ohne Riickfiihrung

Das vollstandige Manuskript dieser Arbeit umfaBt 11 Seiten rnit 6 Abbildungen und 7 Literaturzitaten. Es ist als Fotokopie oder Mikrofiche MS 572J78 erhaltlich. E ine Bestellkarte finden Sie am SchluB dieses Heftes.

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Chem.-1ng.-Tech. 50 (1978) Nr. 3 Verlag Chemie, GmbH, D-6940 Weinheim. 1978 233