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WO2007068647A1 - Verfahren zum behandeln von pulver oder granulat eines thermoplastischen kunststoffs oder eines kautschuks in einer schneckenmaschine - Google Patents

Verfahren zum behandeln von pulver oder granulat eines thermoplastischen kunststoffs oder eines kautschuks in einer schneckenmaschine Download PDF

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Publication number
WO2007068647A1
WO2007068647A1 PCT/EP2006/069425 EP2006069425W WO2007068647A1 WO 2007068647 A1 WO2007068647 A1 WO 2007068647A1 EP 2006069425 W EP2006069425 W EP 2006069425W WO 2007068647 A1 WO2007068647 A1 WO 2007068647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rubber
powder
thermoplastic material
screw machine
rubbers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/069425
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Sauerer
Rainer Anderlik
Florian Hennenberger
Jens Assmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of WO2007068647A1 publication Critical patent/WO2007068647A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • B29B13/02—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
    • B29B13/021—Heat treatment of powders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
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    • B29C48/285—Feeding the extrusion material to the extruder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0855—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using microwave
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16—Fillers

Definitions

  • the invention relates to a method for treating powder or granules of a thermoplastic or a rubber, which can be heated by a high-frequency electric field, in a screw machine, wherein the powder or granules of the thermoplastic material or the rubber before being fed to the screw machine on a Temperature below the crystallite melting temperature in semi-crystalline thermoplastics or rubbers and preheated below the Schmelzberei- ches in amorphous thermoplastics or rubbers, the screw machine is melted and homogenized and then pressed through an extrusion die, granulated or processed into moldings.
  • screw machines apparatuses are referred to in a known manner, having one or more screws for melting, conveying and pressure build-up in a polymer.
  • Continuously operating screw machines are generally referred to as extruders.
  • Further screw machines are, for example, injection molding machines which operate semicontinuously.
  • thermoplastics or rubbers The granulation of thermoplastics or rubbers is known and serves to homogenize the thermoplastics or rubbers and possibly to incorporate additives and additives such as stabilizers, colorants, agents for improving the mechanical properties, fillers and the like in the thermoplastics or rubbers.
  • additives and additives such as stabilizers, colorants, agents for improving the mechanical properties, fillers and the like in the thermoplastics or rubbers.
  • the handling of the thermoplastics or rubbers during transport and further processing by granulation can be considerably improved compared to the handling of powder.
  • the addition of powder is especially in compounding the thermoplastic or rubber to the screw machine at a temperature which corresponds to the ambient temperature, is common. This is due, in particular, to the intermediate storage of the powder in silo plants and to the transport methods via pneumatic conveying systems, with generally complete cooling of the powder to ambient temperature occurring.
  • powders of the thermoplastic or rubber of the screw machine are generally supplied as bulk material at ambient temperature.
  • the powder must be melted after the feed zone of the screw machine: this takes place for the most part on the drive energy the screw machine, which is dissipatively converted into heat energy.
  • the melting takes place predominantly by the conversion of mechanical energy into heat and is supported, especially in large screw machines only to a lesser extent, by an external heating. Nevertheless, an external heater for starting the screw machine is necessary.
  • the melting of the powder on the drive energy of the screw machine means a high energy expenditure and, moreover, the material is subjected to a high shear and tensile stress during the melting process, which can lead to degradation and / or crosslinking reactions depending on the chemical nature of the thermoplastic or rubber ,
  • the invention consists in a process for treating powder or granules of a thermoplastic or a rubber which is partially crystalline or amorphous and which can be heated by a high-frequency electric field, in a screw machine, wherein the powder or granules of the thermoplastic material or the rubber prior to feeding to the screw machine to a temperature below the crystallite melting point of semicrystalline plastics or rubbers and below the melting range of thermoplastics or rubbers, melted in the screw machine and homogenized and then pressed through an extrusion die, granulated or processed to form parts, which is characterized It is characterized in that the preheating of the thermoplastic or rubber is effected by means of an electromagnetic high-frequency field.
  • thermoplastics or rubber very evenly by means of a high frequency electromagnetic field.
  • thermoplastic material or rubber can be heated by an electromagnetic high-frequency field.
  • electromagnetic high-frequency field include, in particular, those which have polar structures, that is to say a dipole moment greater than 0. It may, for example, be individual structural chemical units of the thermoplastic or rubber, for example CH 2 O units in polyoxymethylenes.
  • the polar structures make it possible to polarize the polarization of the powder or granules by means of an electromagnetic high-frequency field, in particular by microwave radiation.
  • Other possible heating mechanisms for the powder or granules are electrical resistance heating, heating by Maxwell-Wagner effect or electron polarization.
  • Thermoplastics with polar structures which are directly heatable in a radio frequency electromagnetic field include e.g. Polyamide (PA), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene terephthalate (PET), polyvinylchloride (PVC), polyurethane (PU), polyoxymethylene (POM), polybutyleneterephthalate (PBT), polyethersulphone (PES), poly-n-butylmethacrylate (PBMA) , Polymethyl methacrylate (PMMA), polyimides or styrene acrylonitrile (SAN).
  • PA Polyamide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVC polyvinylchloride
  • PU polyurethane
  • POM polyoxymethylene
  • PBT polybutyleneterephthalate
  • PES polyethersulphone
  • PBMA Poly-n-butylmethacrylate
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • SAN styren
  • Rubbers with polar structures are in particular chloroprene rubber, ethylene-acrylate rubber, ethylene-vinyl acetate rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, chlorinated polyethylene rubber, acrylate rubber, fluorine rubber, oxygen rubber or silicone rubber.
  • a high-frequency electromagnetic field is any electromagnetic field suitable for the dielectric heating of a powder or granulate.
  • the electromagnetic high-frequency field used in the method according to the invention preferably has a frequency in the range of 100 kHz to 900 GHz.
  • the high frequency field has a frequency in the range of 0.3 to 300 GHz.
  • microwave radiation which is preferably used for preheating.
  • microwave radiation has been used in the art for microwave welding of polymers, thermoforming of polymer parts or hot drawing of polymer strands, rods or fibers. Such applications are described, for example, in H.
  • DE 10 2005 032 700.1 describes the use of an electromagnetic high-frequency field for reducing stresses in the powder or granules from a polymer melt.
  • the powder or granules are preheated in the post-treatment continuously by the application of microwave radiation.
  • Suitable microwave heaters are known in the art.
  • a microwave heating device with variable frequency can be used for the method according to the invention, as described in the document EP 0 801 879 B1.
  • the design and operation of the microwave sources are preferably adjusted in the inventive method on the material properties and on the shape of the thermoplastic material or rubber.
  • the power input can be distributed over several microwave devices, possibly also by cyclically switching them on and off.
  • the microwave source used is a round waveguide which concentrically surrounds the powder or granules.
  • a particularly favorable distribution of the microwave field is given, which leads to a particularly uniform heating.
  • a heat output is introduced into the powder or granules by the high-frequency field, which is controlled by means of a non-contact sensor that detects changes in properties of the powder or granules during preheating.
  • Such property changes that can be detected by the sensor are, for example, changes in temperature or refractive indices of the powder or granules.
  • the irradiation density of the electromagnetic high-frequency field can be constant during the preheating of the powder or granules or can be controlled in a time-dependent manner (for example stepwise, sinusoidally or linearly increasing or decreasing).
  • the symmetry of the high-frequency field can be adapted to the geometry of the powder or granules.
  • the powder or granulate preferably passes the electromagnetic high-frequency field continuously in the method according to the invention.
  • Prefers the high frequency field is designed so that the most homogeneous possible heating of the powder or granules occurs in the high frequency field.
  • the preheating of the powder or granules of the thermoplastic or rubber is advantageously carried out at a temperature in the range of 5 to 30 K below the crystallite melting point for semicrystalline plastics or rubbers and below the melting range for amorphous thermoplastics or rubbers.
  • the upper limit of the preheating temperature is in the range of 10 to 20 K below the crystallite melting temperature for semicrystalline plastics or rubbers and below the melting range for amorphous thermoplastics or rubbers.
  • the screw machine In processes for treating powder or granules of a thermoplastic or rubber, the screw machine is frequently additionally supplied with fillers or reinforcing materials.
  • the same before being supplied to the melting machine in an electromagnetic high-frequency field, in particular by means of microwave radiation, are preheated.
  • the preheated fillers or reinforcing materials do not damage the thermoplastic or rubber in the melting machine or are themselves damaged.
  • the material supplied to the screw machine in the form of powder or granules of a thermoplastic material or a rubber is melted and homogenized in the screw machine and then pressed through an extrusion die and granulated or pressed through an extrusion die and processed into a molded part.
  • a semi-finished product for example a pipe, hose or plastic profile or a finished part is referred to in a known manner.
  • the screw machine is preferably an extruder.
  • thermoplastic used in the process according to the invention is preferably polyoxymethylene, a polyamide or a polyester.
  • the inventive method has a number of advantages.
  • the preheating in the electromagnetic high-frequency field requires a small amount of time and energy consumption, since the heat energy is generated immediately inside the powder or granules by means of the electromagnetic high-frequency field.
  • the energy input can be selectively controlled, for example by varying the number and power of microwave sources.
  • the sources can be positioned so that the energy is entered as evenly as possible in the powder or granules.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Behandeln von Pulver oder Granulat eines thermoplastischen Kunststoffs oder eines Kautschuks der teilkristallin oder amorph ist, und der durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld erwärmbar ist, in einer Schneckenmaschine, wobei das Pulver oder Granulat des thermoplastischen Kunststoffs oder des Kautschuks vor der Zuführung zur Schneckenmaschine auf eine Temperatur unterhalb der Kristallitschmelztemperatur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereiches bei thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken vorgewärmt, in der Schneckenmaschine aufgeschmolzen und homogenisiert und anschließend durch eine Extrusionsdüse gepresst und granuliert oder zu Formteilen verarbeitet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorwärmung des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks mittels eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erfolgt.

Description

Verfahren zum Behandeln von Pulver oder Granulat eines thermoplastischen Kunststoffs oder eines Kautschuks in einer Schneckenmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Pulver oder Granulat eines ther- moplastischen Kunststoffs oder eines Kautschuks, der durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld erwärmbar ist, in einer Schneckenmaschine, wobei das Pulver oder Granulat des thermoplastischen Kunststoffs oder des Kautschuks vor der Zuführung zur Schneckenmaschine auf eine Temperatur unterhalb der Kristallitschmelztemperatur bei teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzberei- ches bei amorphen thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken vorgewärmt, der Schneckenmaschine aufgeschmolzen und homogenisiert und anschließend durch eine Extrusionsdüse gepresst, granuliert oder zu Formteilen verarbeitet wird.
Als Schneckenmaschinen werden in bekannter Weise Apparate bezeichnet, die eine oder mehrere Schnecken zum Aufschmelzen, Fördern und Druckaufbau in einem Polymeren aufweisen. Kontinuierlich arbeitende Schneckenmaschinen werden in der Regel als Extruder bezeichnet. Weitere Schneckenmaschinen sind beispielsweise Spritzgießmaschinen, die semikontinuierlich arbeiten.
Die Granulierung von thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken ist bekannt und dient dazu, die thermoplastischen Kunststoffe oder Kautschuke zu homogenisieren und ggf. Zuschlagstoffe und Additive wie Stabilisatoren, Färbemittel, Mittel zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, Füllstoffe und ähnliche in die thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuke einzuarbeiten. Außerdem lässt sich die Handhabung der thermo- plastischen Kunststoffe oder Kautschuke bei Transport und Weiterverarbeitung durch Granulierung erheblich gegenüber der Handhabung von Pulver verbessern.
Neben der direkten Kopplung von Polymerisation und Granulierung, bei der das Pulver des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks oft noch über Restwärme aus dem PoIy- merisationsprozess verfügt und aus diesem Grund dem Extruder bei erhöhter Temperatur zugeführt wird, ist insbesondere bei Compoundier-Verfahren die Zugabe von Pulver des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks zur Schneckenmaschine bei einer Temperatur, die der Umgebungstemperatur entspricht, üblich. Dies liegt insbesondere an der Zwischenlagerung des Pulvers in Siloanlagen und an den Transportmethoden über pneumati- sehe Fördersysteme, wobei im Allgemeinen eine vollständige Abkühlung des Pulvers auf Umgebungstemperatur eintritt.
Bei der Compoundierung wird also in aller Regel Pulver des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks der Schneckenmaschine bei Umgebungstemperatur als Schüttgut zuge- führt. Dabei muss das Pulver nach der Einzugszone der Schneckenmaschine aufgeschmolzen werden: dies erfolgt zum weitaus überwiegenden Teil über die Antriebsenergie der Schneckenmaschine, welche dissipativ in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das Aufschmelzen erfolgt überwiegend durch die Umsetzung von mechanischer Energie in Wärme und wird, insbesondere bei großen Schneckenmaschinen nur in geringerem Umfang, durch eine äußere Heizung unterstützt. Gleichwohl ist eine äußere Heizung zum Anfahren der Schneckenmaschine notwendig.
Das Aufschmelzen des Pulvers über die Antriebsenergie der Schneckenmaschine bedeutet einen hohen energetischen Aufwand und darüber hinaus ist das Material während des Aufschmelzvorgangs einer starken Scher- und Dehnbeanspruchung unterworfen, die je nach chemischer Natur des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks zu Abbau- und/oder Vernetzungsreaktionen führen kann.
Weiterhin besteht insbesondere bei großen Extrudern die Gefahr der Bildung so genannter Grießnester, das heißt Bereiche von nicht aufgeschmolzenem Material, die in diesem Zu- stand aus der Schneckenmaschine austreten.
Die obigen Nachteile, die mit dem Aufschmelzen von Pulver eines thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks in der Schneckenmaschine verbunden sind, das bei niedriger Temperatur, insbesondere bei Umgebungstemperatur, zugeführt wird, können weitgehend reduziert werden, indem das Pulver vor der Aufgabe auf den Extruder einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Ein derartiges Verfahren ist in der WO-A 01/70473 vorgeschlagen. Insbesondere soll das Pulver mit Wasserdampf erhitzt und anschließend mit Heißluft getrocknet oder durch eine von außen beheizte Röhre geleitet werden.
Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, wonach der Feedstrom zur Schneckenmaschine, insbesondere auch bei hohen Massenströmen desselben, gegenüber bekannten Verfahren gleichförmiger aufgewärmt, und somit insbesondere auch eine verbesserte Produktqualität erreicht wird. Darüber hinaus soll auch das Aufwärmen von thermoplastischem Kunststoff oder Kautschuk in Granulatform ermög- licht werden.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Behandeln von Pulver oder Granulat eines thermoplastischen Kunststoffs oder eines Kautschuks der teilkristallin oder amorph ist und der durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld erwärmbar ist, in einer Schneckenmaschine, wobei das Pulver oder Granulat des thermoplastischen Kunststoffs oder des Kautschuks vor der Zuführung zur Schneckenmaschine auf eine Temperatur unterhalb der Kristal- litschmelztemperatur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereiches bei thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken vorgewärmt, in der Schneckenmaschine aufgeschmolzen und homogenisiert und anschließend durch eine Extrusionsdüse gepresst, granuliert oder zu Formteilen verarbeitet wird, das dadurch ge- kennzeichnet ist, dass die Vorwärm ung des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks mittels eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erfolgt.
Es wurde gefunden, dass es möglich ist, thermoplastische Kunststoffe oder Kautschuke sehr gleichmäßig mittels eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes aufzuwärmen. Hierfür ist es Voraussetzung, dass der thermoplastische Kunststoff oder Kautschuk durch ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld erwärmbar ist. Hierzu zählen insbesondere solche, die polare Strukturen, das heißt ein Dipolmoment größer als 0, aufweisen. Es kann sich zum Beispiel um einzelne chemische Struktureinheiten des thermoplastischen Kunst- Stoffs oder Kautschuks handeln, beispielsweise CH2O-Einheiten in Polyoxymethylenen.
Durch die polaren Strukturen ist eine Polarisationserwärmung des Pulvers oder Granulats durch ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld, insbesondere durch Mikrowellenstrahlung möglich. Weitere mögliche Erwärmungsmechanismen für das Pulver oder Granulat sind eine elektrische Widerstandserwärmung, Erwärmung durch Maxwell-Wagner Effekt oder Elektronen-Polarisation.
Zu den Thermoplasten mit polaren Strukturen, die direkt in einem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld erwärmbar sind, zählen z.B. Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU), Polyo- xymethylen (POM), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethersulfon (PES), Poly-n- Butylmethacrylat (PBMA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimide oder Styrolacrylnitril (SAN). Kautschuke mit polaren Strukturen sind insbesondere Chloropren-Kautschuk, Ethy- len-Acrylester-Kautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk, chlorosulfonierter Polyethylen- Kautschuk, chlorierter Polyethylen-Kautschuk, Acrylat-Kautschuk, Fluor-Kautschuk, Sauerstoff-Kautschuk oder Silikon-Kautschuk.
Ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld ist in diesem Zusammenhang jedes für die dielektrische Erwärmung eines Pulvers oder Granulats geeignete elektromagnetische Feld. Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete elektromagnetische Hochfrequenzfeld weist vorzugsweise eine Frequenz im Bereich von 100 kHz bis 900 GHz auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Hochfrequenzfeld eine Frequenz im Bereich von 0,3 bis 300 GHz auf. Es handelt sich dabei um Mikrowellenstrahlung, die zur Vorwärmung bevorzugt zum Einsatz kommt. Mikrowellenstrahlung findet im Stand der Technik zum Beispiel Anwendung zum Mikrowellenschweißen von Polymeren, zum Thermoformen von Polymerteilen oder zum Heißziehen von Polymersträngen, -stäben oder -fasern. Solche Anwendungen werden zum Beispiel in H. Potente et al., „Erwärmbarkeit von Kunststoffen im Mikrowellenfeld - Untersuchungen zum Mikrowellenschweißen", Schweißen und Schneiden 55 (1 1 ), 616 bis 623 (2003); M. Chen et al., „Basic Ideas of Microwave Processing of Polymers" Polymer Engineering and Science, 33 (17) 1092 bis 1 109 (1993); Y. Takeuchi, "Morphological changes of wide polyoxymethylene rod during a microwave heating drawing process", Polymer, 26 (13) 1929 bis 1934 (1985) oder in EP 0 084 274 B1 oder DE 197 18 505 A1 offenbart.
Die DE 10 2005 032 700.1 beschreibt die Verwendung eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes zum Abbau von Spannungen im Pulver oder Granulat aus einer Polymerschmelze.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Pulver oder Granulat bei der Nachbehandlung kontinuierlich durch Eintrag von Mikrowellenstrahlung vorgewärmt. Geeignete Mikrowellenheizvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann für das erfindungsgemäße Verfahren eine Mikrowellenheizvor- richtung mit variabler Frequenz verwendet werden, wie sie in dem Dokument EP 0 801 879 B1 beschrieben ist.
Die Ausgestaltung und der Betrieb der Mikrowellenquellen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise auf die Materialeigenschaften sowie auf die Form des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks abgestimmt. Zur Vermeidung lokaler Ü- berhitzungen kann der Leistungseintrag verteilt über mehrere Mikrowellengeräte erfolgen, gegebenenfalls auch durch taktweises Ein- und Ausschalten derselben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Mikrowellenquelle ein runder Hohlleiter verwendet, der das Pulver oder Granulat konzentrisch umgibt. Hierbei ist eine besonders günstige Verteilung des Mikrowellenfeldes gegeben, die zu einer besonders gleichförmigen Erwärmung führt.
Vorzugsweise wird durch das Hochfrequenzfeld eine Wärmeleistung in das Pulver oder Granulat eingebracht, die mittels eines berührungsfreien Sensors geregelt wird, der Eigenschaftsänderungen des Pulvers oder Granulats während der Vorwärmung erfasst. Solche Eigenschaftsänderungen, die durch den Sensor erfasst werden können, sind zum Beispiel Änderungen der Temperatur oder des Brechungsindizes des Pulver oder Granulats.
Die Einstrahlungsdichte des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes kann während der Vorwärmung des Pulvers oder Granulats konstant sein oder zeitabhängig gesteuert wer- den (zum Beispiel stufenförmig, sinusförmig oder linear ansteigend bzw. abfallend).
Die Symmetrie des Hochfrequenzfeldes kann an die Geometrie des Pulvers oder Granulats angepasst werden. Das Pulver oder Granulat passiert das elektromagnetische Hochfrequenzfeld bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise kontinuierlich. Bevorzugt wird das Hochfrequenzfeld so ausgelegt, dass eine möglichst homogene Erwärmung des Pulver oder Granulats im Hochfrequenzfeld erfolgt.
Die Vorwärmung des Pulvers oder Granulats des thermoplastischen Kunststoffs oder Kau- tschuks erfolgt vorteilhaft auf eine Temperatur im Bereich von 5 bis 30 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereiches bei amorphen thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken. Besonders bevorzugt liegt die Obergrenze der Vorwärmungstemperatur im Bereich von 10 bis 20 K unterhalb der Kristallitschmelztemperatur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereiches bei amorphen thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken.
In Verfahren zum Behandeln von Pulver oder Granulat eines thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks werden der Schneckenmaschine häufig zusätzlich Füll- oder Verstär- kungsstoffe zugeführt. Vorteilhaft können auch dieselben, vor ihrer Zuführung zur Schmelzmaschine in einem elektromagnetischen Hochfrequenfeld, insbesondere mittels Mikrowellenstrahlung, vorgewärmt werden. Bezüglich der Obergrenze der Temperatur, die hierbei einzuhalten ist, ist insbesondere zu beachten, dass die vorgewärmten Füll- oder Verstärkungsstoffe den thermoplastischen Kunststoff oder Kautschuk in der Schmelzma- schine nicht schädigen oder selbst geschädigt werden.
Das der Schneckenmaschine in Form von Pulver oder Granulat zugeführte Material eines thermoplastischen Kunststoffes oder eines Kautschuks wird in der Schneckenmaschine aufgeschmolzen und homogenisiert und anschließend durch eine Extrusionsdüse gepresst und granuliert oder aber durch eine Extrusionsdüse gepresst und zu einem Formteil verarbeitet. Als Formteil wird in bekannter Weise ein Halbzeug, beispielsweise ein Rohr, Schlauch oder Kunststoffprofil oder ein Fertigteil bezeichnet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Schneckenmaschine bevorzugt ein Extruder.
Der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte thermoplastische Kunststoff ist bevorzugt Polyoxymethylen, ein Polyamid oder ein Polyester.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt eine Vielzahl von Vorteilen. Die Vorwärmung im elektromagnetischen Hochfrequenzfeld erfordert einen geringen Zeitaufwand und Energieverbrauch, da die Wärmeenergie sofort im Inneren des Pulvers oder Granulats mittels des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erzeugt wird. Der Energieeintrag kann gezielt gesteuert werden, zum Beispiel indem die Anzahl und die Leistung von Mikrowellenquellen variiert wird. Die Quellen können dabei so positioniert werden, dass die Energie möglichst gleichmäßig in das Pulver oder Granulat eingetragen wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden thermisch homogene Schmelzen erreicht; sie zeigen ein gleichförmigeres Fließverhalten, das sich insbesondere bei der Durchströmung von Granulierlochplatten als vorteilhaft erweist, mit der Folge einer gleichmäßigeren Form und einer engeren Größenverteilung des als Produkt erhaltenen Granulates.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln von Pulver oder Granulat eines thermoplastischen Kunststoffs oder eines Kautschuks der teilkristallin oder amorph ist, und der durch ein e- lektrisches Hochfrequenzfeld erwärmbar ist, in einer Schneckenmaschine, wobei das
Pulver oder Granulat des thermoplastischen Kunststoffs oder des Kautschuks vor der Zuführung zur Schneckenmaschine auf eine Temperatur unterhalb der Kristal- litschmelztemperatur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereiches bei amorphen thermoplastischen Kunststoffen oder Kau- tschuken vorgewärmt, in der Schneckenmaschine aufgeschmolzen und homogenisiert und anschließend durch eine Extrusionsdüse gepresst und granuliert oder zu Formteilen verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks mittels eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Hochfrequenzfeld Mikrowellenstrahlung erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnecken- maschine Füll- und Verstärkungsstoffe, wovon zumindest ein Teil durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld erwärmbar ist, zugeführt, in der Schneckenmaschine aufgeschmolzen und in die Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs oder Kautschuks eingemischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füll- und Verstärkungsstoffe vor der Zuführung desselben zur Schneckenmaschine in einem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld, vorgewärmt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung durch Eintrag von Mikrowellenstrahlung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung des Pulvers oder Granulats des thermoplastischen Kunststoffs oder des Kautschuks auf eine Temperatur im Bereich von 5 bis 30 K unterhalb der Kristal- litschmelztemperatur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereichs bei amorphen thermoplastischen Kunststoffen oder Kautschuken erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung des Pulvers oder Granulats des thermoplastischen Kunststoffs oder des Kautschuks auf eine Temperatur im Bereich von 10 bis 20 K unterhalb der Kristallitschmelztempera- tur bei teilkristallinen Kunststoffen oder Kautschuken und unterhalb des Schmelzbereichs bei amorphen thermoplastischen Kunststoffen oder des Kautschuken erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füll- und Verstärkungsstoffe bis auf eine Temperatur vorgewärmt werden, bei der sie den thermoplastischen Kunststoff oder den Kautschuk nicht schädigen oder selbst thermisch geschädigt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenmaschine ein Extruder ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid oder ein Polyester ist.
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