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WO2000056511A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung eines körnigen füllstoffes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung eines körnigen füllstoffes Download PDF

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WO2000056511A1
WO2000056511A1 PCT/EP2000/000650 EP0000650W WO0056511A1 WO 2000056511 A1 WO2000056511 A1 WO 2000056511A1 EP 0000650 W EP0000650 W EP 0000650W WO 0056511 A1 WO0056511 A1 WO 0056511A1
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filler
resin
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fed
mixture
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Josef Knauder
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Hobas Engineering GmbH
Original Assignee
Hobas Engineering GmbH
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material
    • B29C70/025—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material with particular filler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B2013/005—Degassing undesirable residual components, e.g. gases, unreacted monomers, from material to be moulded

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for processing a granular filler for the subsequent production of glass fiber reinforced plastic tubes, such as those used in wastewater technology.
  • Glass-fiber reinforced plastic tubes, or GRP tubes for short are usually made from the following raw materials: glass fibers, fillers, resins.
  • the starting materials are conveyed along pipelines, which are arranged in a loading arm, to a discharge end (head) of the loading arm and processed there (for example cutting the glass fibers), mixed and radially into one spinning rotating die.
  • the tube jacket is built up to the desired thickness by alternating back and forth movement of the loading arm.
  • the loading arm is then removed and guided into a new die, while the previously formed tubular body can harden and is then removed from the die.
  • glass fiber strands glass fiber strands
  • additives for example retarders, different fillers, etc.
  • sand is usually used as filler, which is used in grain sizes ⁇ 1000 ⁇ m. This results in a relatively high, unfavorable viscosity for the sand flow. Attempts have therefore been made to partially replace the sand with other fillers, for example calcium carbonate, and to use calcium carbonate in smaller grain sizes ( ⁇ 250 ⁇ m). This accordingly requires an additional feed line in the loading arm.
  • the object of the invention is to demonstrate a possibility of optimizing the processing and conveying of a granular filler for the production of GRP pipes, in particular in the sense of a reduction in the viscosity of the flow and an optimized mixing with the other starting materials.
  • the invention is based on the finding that this aim can be achieved by premixing and predispersing the filler with a liquid resin, before it is fed into the feed arm (a delivery line). Due to the shear energy present in the dispersing mixer, there is extensive superficial wetting of the filler grains with the resin and, at the same time, a significant reduction in the viscosity of the flow rate by up to 1000 mPas and above.
  • the invention relates to a method for processing a granular filler for the subsequent production of GRP pipes, in which the filler and a liquid resin are fed into a dispersing mixer, premixed there and then placed in a conveying line (of a feed arm).
  • the filler and the resin should be treated in the dispersing mixer until the resin has wetted the filler grains on the surface.
  • the filler can be introduced into the dispersing mixer in a grain fraction ⁇ 250 ⁇ m, in one embodiment ⁇ 200 ⁇ m.
  • Calcium carbonate or dolomite are particularly suitable as fillers.
  • the total amount of calcium carbonate in the filler can be increased compared to the prior art to the exclusive use of calcium carbonate or dolomite.
  • a polyester resin can be used as the resin, for example a polyester resin with a viscosity of 100 to 1000 mPas.
  • 100 parts by weight of resin and 150 to 250 parts by weight of filler are added to the dispersing mixer.
  • the dispersing mixer is usually operated batchwise.
  • the residence time of the mixture of filler and resin is a few minutes, and a characteristic reduction in viscosity during the dispersion treatment is possible down to values below 2000 mPas.
  • the viscosity of the filler / resin mixture ie the filler grain coated with the resin, can be further reduced in a subsequent evacuation treatment.
  • Another advantage of using calcium carbonate as a filler and treating it beforehand with a Liquid resin is that the filler can be used with a substantially constant, smaller grain size, so that the material properties of the pipe made from it can be evened out.
  • the filler now also serves as a structural material for the GRP pipes to be manufactured (among other things because of the resin coating) and not only fulfills an exclusive filler function.
  • a device for processing a granular filler for the subsequent production of GRP pipes comprises the following system parts:
  • the single figure shows - in a schematic and perspective representation - a device for processing powdered calcium carbonate in a grain size ⁇ 200 ⁇ m for subsequent use in the production of flung glass fiber reinforced plastic tubes.
  • Reference number 10 shows a silo for receiving the calcium carbonate, which has a conical outlet 10a at the lower end.
  • a further silo 12 is arranged for receiving a liquid polyester resin with a viscosity between 100 and 1000 mPas, which also has a conical outlet 12a at the lower end.
  • Delivery lines lead from both silos 10, 12 into a dispersing mixer 14 arranged underneath, only one delivery line 16 being shown in the figure, via which the resin is filled into the dispersing mixer 14.
  • Weighing devices 18, 20 are arranged at the outlet end of the silos 10, 12, with the aid of which a preselectable mixing ratio between resin and filler is provided is set.
  • the dispersing mixer 14 filler and resin are mixed intensively with one another.
  • the surface of the calcium carbonate particles is wetted with the resin and, as a result, the viscosity of the mixture is reduced, which can be over 1000 mPas.
  • the dispersing mixture is carried out over a period of 60 to 300 seconds and the mixture is then passed at the lower end of the dispersing mixer 14 via a delivery line 22 into a vacuum chamber 24, where the mixture is subjected to an evacuation treatment while simultaneously reducing its viscosity.
  • An outlet 26 is arranged at the lower end of the vacuum chamber 24.
  • the material flow is drawn off here and fed into a feed arm 32 with the aid of a filler pump 28 and a subsequent feed line 30, the transition from the feed line 30 to the feed arm 32 being shown only in broken lines.
  • a further conveying line 34 can be seen, which represents a plurality of conveying lines which extend through the loading arm 32 to its discharge end (head) and the conveyance of further starting materials for the production of glass fiber reinforced Plastic tubes are used, for example for the transport of glass fibers (glass fiber strands).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes zur anschliessenden Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffrohren, wie sie beispielsweise in der Abwassertechnik Anwendung finden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes zur anschließenden Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffröhren, wie sie beispielsweise in der Abwassertechnik Anwendung finden.
Glasfaserverstärkte Kunststoffröhre, kurz GFK-Rohre genannt, werden üblicher Weise aus folgenden Rohstoffen hergestellt: Glasfasern, Füllstoffen, Harzen. Die Ausgangsmaterialien werden entlang von Rohrleitungen, die in einem Beschickungsarm angeordnet sind, zu einem Austragsende (Kopf) des Beschickungsarmes gefördert und dort aufbereitet (zum Beispiel die Glasfasern geschnitten) , vermischt und radial in eine rotierende Matrize abgeschleudert. Durch alternierende Hin- und Herbewegung des Beschickungsarmes wird der Rohrmantel bis auf die gewünschte Stärke aufgebaut. Danach wird der Beschickungsarm entnommen und in eine neue Matrize geführt, während der zuvor gebildete Rohrkörper aushärten kann und danach aus der Matrize entnommen wird.
Üblicherweise werden mehrere Glasfasern (Glasfaserstränge) durch den Beschickungsarm geführt. Neben den zuvor genannten Ausgangsmaterialien werden üblicherweise eine Reihe weiterer Zusatzstoffe, beispielsweise Verzögerer, unterschiedliche Füllstoffe etc. über weitere Leitungen zum Beschickungskopf befördert.
Es stellt deshalb schon ein technisches Problem dar, die zahlreichen Förderleitungen, zugehörige elektrische Anschlußleitungen etc. in dem begrenzten Raum des Beschickungsarmes unterzubringen .
Unter anderem aus Kostengründen wird als Füllstoff üblicherweise Sand verwendet, der in Korngrößen < 1000 μm eingesetzt wird. Daraus resultiert eine relativ hohe, ungünstige Viskosität für den Förderstrom des Sandes. Man hat deshalb versucht, den Sand teilweise durch andere Füllstoffe, beispielsweise Calziumcarbonat zu ersetzen und Calziumcarbonat dabei in kleineren Korngrößen (< 250 μm) verwendet. Dies erfordert entsprechend eine weitere Förderleitung im Beschickungsarm. Der Erfindung liegt die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die Aufbereitung und Förderung eines körnigen Füllstoffes zur Herstellung von GFK-Rohren zu optimieren, insbesondere im Sinne einer Reduzierung der Viskosität des Förderstromes und einer optimierten Vermischung mit den weiteren Ausgangsmaterialien.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel dadurch erreicht werden kann, indem der Füllstoff mit einem flüssigen Harz vorgemischt und vordispergiert wird, und zwar bevor er in den Beschickungsarm (eine Förderleitung) aufgegeben wird. Aufgrund der im Dispergiermischer vorhandenen Scherenergie kommt es zu einer weitgehenden oberflächlichen Benetzung der Füllstoff örner mit dem Harz und gleichzeitig zu einer deutlichen Viskositätsreduzierung des Förderstromes um bis zu 1000 mPas und darüber.
Demnach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform ein Verfahren zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes zur anschließenden Herstellung von GFK-Rohren, bei dem der Füllstoff und ein flüssiges Harz in einen Dispergiermischer geführt, dort vorgemischt und anschließend in eine Förderleitung (eines Beschickungsarms) gegeben werden.
Dabei sollen der Füllstoff und das Harz solange im Dispergiermischer behandelt werden, bis das Harz die Füllstoffkörner oberflächlich benetzt hat.
Durch die Aufbereitung des Füllstoffes mit dem Harz vor der Einleitung in eine Förderleitung eines Beschickungsarmes wird die Zahl der Förderleitungen von zwei auf eins reduziert. Gleichzeitig erfolgt eine charakteristische Viskositätsreduzierung des Fördermediums. Dabei kann der Füllstoff in einer Kornfraktion < 250 μm, nach einer Ausführungsform < 200 μm, in den Dispergiermischer eingegeben werden.
Als Füllstoffe eignen sich vor allem Calziumcarbonat oder Dolomit. Dabei kann der Calziumcarbonatanteil am Füllstoff insgesamt gegenüber dem Stand der Technik bishin zur ausschließlichen Verwendung von Calziumcarbonat oder Dolomit erhöht werden.
Als Harz kann beispielsweise ein Polyesterharz eingesetzt werden, beispielsweise ein Polyesterharz mit einer Viskosität von 100 bis 1000 mPas .
Nach einer Ausführungsform werden je 100 Gewichtsteile Harz, 150 bis 250 Gewichtsteile Füllstoff in den Dispergiermischer gegeben.
Üblicherweise wird der Dispergiermischer diskontinuierlich betrieben. Die Verweilzeit der Mischung aus Füllstoff und Harz beträgt einige Minuten, wobei eine charakteristische Viskositätsreduzierung während der Dispergierbehandlung bis auf Werte unter 2000 mPas möglich ist.
Die Viskosität der Füllstoff/Harz-Mischung, also der mit dem Harz beschichteten Füllstoffkörnung, läßt sich in einer anschließenden Evakuierungsbehandlung weiter reduzieren.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Calziumcarbonat als Füllstoff und dessen vorheriger Aufbereitung mit einem flüssigen Harz liegt darin, daß der Füllstoff mit im wesentlichen konstanter, kleinerer Körnung eingesetzt werden kann, so daß sich auch die Werkstoffeigenschaften des daraus hergestellten Rohres vergleichmäßigen lassen. Der Füllstoff dient jetzt auch als Strukturmaterial für die herzustellenden GFK-Rohre, (unter anderem wegen der Harzbeschichtung) und erfüllt nicht nur eine ausschließliche Füllstoffunktion.
Durch den Ersatz des Sandes durch Calziumcarbonat wird außerdem die bei Verwendung von Sand bestehende Silikosegefahr reduziert oder vermieden.
Eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes zur anschließenden Herstellung von GFK-Rohren umfaßt folgende Anlagenteile :
- ein Silo zur Aufnahme des Füllstoffes,
- ein Silo zur Aufnahme des flüssigen Harzes,
- Einrichtungen zur diskontinuierlichen Beschickung eines den Silos nachgeschalteten Dispergiermischers mit dem Füllstoff und dem Harz,
- eine Transportleitung zur Überführung der dispergierten Kunststoff-/Harz-Mischung in eine nachgeschaltete Evakuierungsanläge,
- eine Druckförderleitung zum Transport der Füllstoff-Harz- Mischung von der Evakuierungsanlage in eine Förderleitung
(eines Beschickungsarmes) .
Dabei können die vorgeschriebenen Anlagenteile von oben nach unten hintereinander angeordnet werden, um einen kontinuierlichen Verfahrensablauf zu ermöglichen. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur - in schematisierter und perspektivischer Darstellung - eine Vorrichtung zur Aufbereitung von pulverförmigem Calziumcarbonat in einer Korngröße < 200 μm zur anschließenden Verwendung bei der Herstellung geschleuderter glasfaserverstärkter Kunststoffröhre .
Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Silo zur Aufnahme des Calziumcarbonats dargestellt, welches am unteren Ende einen konischen Auslauf 10a aufweist.
Daneben ist ein weiteres Silo 12 zur Aufnahme eines flüssigen Polyesterharzes mit einer Viskosität zwischen 100 und 1000 mPas angeordnet, welches ebenfalls einen konischen Auslaß 12a am unteren Ende besitzt. Von beiden Silos 10, 12 führen Förderleitungen in einen darunter angeordneten Dispergiermischer 14, wobei in der Figur lediglich eine Förderleitung 16 dargestellt ist, über die das Harz in den Dispergiermischer 14 gefüllt wird.
Am ausgangsseitigen Ende der Silos 10, 12 sind Wägeeinrichtungen 18, 20 angeordnet, mit deren Hilfe ein vorwählbares Mischungsverhältnis zwischen Harz und Füllstoff eingestellt wird. Im Dispergiermischer 14 werden Füllstoff und Harz intensiv miteinander vermischt. Gleichzeitig kommt es zu einer oberflächlichen Benetzung der Calziumcarbonatteilchen mit dem Harz und in der Folge zu einer Viskositätsreduzierung der Mischung, die über 1000 mPas betragen kann.
Die Dispergiermischung wird über einen Zeitraum von 60 bis 300 Sekunden durchgeführt und die Mischung danach am unteren Ende des Dispergiermischers 14 über eine Förderleitung 22 in eine Vakuumkammer 24 geleitet, wo die Mischung einer Evakuierungsbehandlung unterworfen wird, unter gleichzeitiger weiterer Reduzierung ihrer Viskosität.
Am unteren Ende der Vakuumkammer 24 ist ein Auslaß 26 angeordnet. Der Materialstrom wird hier abgezogen und mit Hilfe einer Füllstoffpumpe 28 und einer anschließenden Förderleitung 30 in einen Beschickungsarm 32 geführt, wobei der Übergang von der Förderleitung 30 zum Beschickungsarm 32 lediglich gestrichelt dargestellt ist.
An dem in der Figur rechten Ende des Beschickungsarmes 32 ist eine weitere Förderleitung 34 zu erkennen, die stellvertretend für eine Vielzahl von Förderleitungen steht, die sich durch den Beschickungsar 32 zu dessen austragsseitigem Ende (Kopf) erstrecken und der Förderung weiterer Ausgangsmaterialien zur Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffröhren dienen, also beispielsweise zum Transport von Glasfasern (Glasfasersträngen) .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes zur anschließenden Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffrohren, bei dem der Füllstoff und ein flüssiges Harz in einen Dispergiermischer geführt, dort vermischt und anschließend in eine Förderleitung gegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Füllstoff und das Harz solange in dem Dispergiermischer behandelt werden, bis das Harz die Füllstoffkörner oberflächlich benetzt hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Füllstoff in einer Kornfraktion < 250 μm in den Dispergiermischer geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Füllstoff aus Kalziumkarbonat oder Dolomit besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mischung aus Füllstoff und Harz nach Entnahme aus dem Dispergiermischer und vor Aufgabe in die Förderleitung einer Evakuierungsbehandlung unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Harz mit einer Viskosität zwischen 100 und 1000 mPas in den Dispergiermischer geführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem je 100 Gewichtsteile Harz 150 bis 250 Gewichtsteile Füllstoff in den Dispergiermischer geführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dispergiermischung von Füllstoff und Harz diskontinuierlich durchgeführt wird.
9. Vorrichtung zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes zur anschließenden Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffröhren, mit folgenden Merkmalen:
9.1. einem Silo (10) zur Aufnahme des Füllstoffes,
9.2. einem Silo (12) zur Aufnahme eines flüssigen Harzes,
9.3. Einrichtungen (16, 18, 20) zur diskontinuierlichen Beschickung eines den Silos (10, 12) nachgeschalteten Dispergiermischers (14) mit dem Füllstoff und dem Harz,
9.4. einer Transportleitung (22) zur Überführung der dispergierten Füllstoff-Harz-Mischung in eine nachgeschaltete Evakuierungsanlage (24) ,
9.5. einer Druckförderleitung (30) zum Transport der Füllstoff-Harz-Mischung von der Evakuierungsanlage (24 ; in eine Förderleitung (32).
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