BE1027400A1 - Koextrusionskopf für die herstellung von verbundstoffprofilteilen aus polystyrolschaum niedriger dichte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt einen Koextrusionskopf bereit, wobei dieser einen ersten Speisekanal, der dafür ausgelegt ist, von einem ersten Extruder gespeist zu werden, sodass ein erster Stoffstrom entsteht, welcher den Kern eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, und einen zweiten Speisekanal umfasst, der dafür ausgelegt ist, von einem zweiten Extruder gespeist zu werden, sodass ein zweiter Stoffstrom entsteht, welcher die Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, wobei der zweite Speisekanal mit einer ringförmigen Region verbunden ist, welche den ersten Kanal derart umgibt, dass eine Einmündung in einen Strömungskanal gebildet wird, welcher den Kern und die Hülle vereinigt, wobei der Strömungskanal in eine Extrusionsdüse einmündet, in welcher sich der zweite Speisekanal, welcher eine Leitung der Ordnung n = 0 darstellt, mindestens n-mal in zwei Teilbereiche aufspaltet, wobei n ≥ 2 ist, bevor er in die ringförmige Region einmündet, und zwar jeweils in ein Paar von Leitungen der Ordnung n+1, gemäß einer Symmetrieebene, die bei der n-ten Aufspaltung durch die Mitte der Leitung bei der n-ten Aufspaltung verläuft, wobei der Winkel, welchen die Richtung des Stoffstroms des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils und die Richtung der Symmetrieebene einschließen, wie sie durch die Mitte der Leitung bei n-ten Aufspaltung, die Mitte des ersten Speisekanals und parallel zum ersten Stoffstrom des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils verläuft, gleich 180°/(2n) ist, wobei jedes Paar von Leitungen identisch hinsichtlich der Länge, des Streckenverlaufs und des Querschnitts ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Koextrusionsverfahren, in welchem der Koextrusionskopf zur Anwendung gebracht wird, sowie ein koextrudiertes Verbundstoffprofilteil, das mittels dieses Verfahrens hergestellt wurde, wobei das Profilteil einen Kern aus Polystyrolschaum mit einer Dichte zwischen 30 und 200 kg/m3, vorzugsweise von 60 bis 180 kg/m3, und eine Hülle aus Kunststoff mit einer Dichte von 600 bis 1050 kg/m3, vorzugsweise von 700 bis 900 kg/m3, umfasst.

Description

KOEXTRUSIONSKOPF FÜR DIE HERSTELLUNG VON VERBUNDSTOFFPROFILTEILEN AUS POLYSTYROLSCHAUM NIEDRIGER

DICHTE Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft einen Koextrusionskopf für die Herstellung von Verbundstoffprofilteilen, insbesondere für die Herstellung von Verbundstoffen, die einen Kern aus Polystyrol niedriger Dichte umfassen, durch Koextrusion, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Verbundstoffprofilteile. Stand der Technik Profilstücke aus extrudiertem Polystyrol (XPS) niedriger Dichte (von ungefähr 30 bis ungefähr 150 kg/m?) weisen sehr geringe Herstellungskosten auf und finden zahlreiche Anwendungen auf Gebieten wie der Isolierung, der Dekoration, der Verpackung. Leider können ihre recht geringen mechanischen Kennwerte, und zwar insbesondere die Oberflächenhärte (Shore D -6 für einen Schaumstoff mit 60 kg/m? wohingegen der Härtewert Shore D für einen Schaumstoff mit 400 kg/m? in der Größenordnung von 50 liegt), sich als unzureichend erweisen und dazu führen, dass es im Falle von StôBen beim Transport derselben, beim Umgang mit denselben, bei der Verwendung derselben zu oberflächlichen Beschädigungen kommt. Indem eine dünne Schicht, von dichter oder aufgeschäumter Beschaffenheit, aus einem Massenkunststoff oder Technopolymer koextrudiert wird, welcher den Kern des XPS-Profilstücks vollständig umhüllt, werden die mechanischen Oberflächenkennwerte und die allgemeine Steifigkeit des Profilteils erheblich verbessert. Dank der erhöhten Dichte der koextrudierten Schicht können die hergestellten Profilteile in der Tat Stößen widerstehen, sodass sie dort verwendet werden können, wo Personen und bewegliche Gegenstände verkehren, welche mit diesen zusammenstoßen könnten.

Das oben erwähnte Verfahren der Koextrusion ist leider schwierig umzusetzen, da die koextrudierte Schicht, welche die Hülle des Profilteils darstellt, nicht die Zellstruktur des Schaumstoffs im Kern zerstören darf, insbesondere aufgrund der damit einhergehenden Wärmezufuhr.

Die Koextrusion einer Schicht aus extrudiertem Schaumstoff von sehr niedriger Dichte ist in der Tat sehr schwierig, da die Temperaturen und Drücke, welche natürlicherweise mit den beiden Extrusionsvorgängen (Haupt- und Zusatzextrusion) zur Anwendung kommen, recht unterschiedlich sind.

Die Dichte des extrudierten Schaumstoffs im Kern sollte mindestens 150 kg/m? betragen, denn anderenfalls würde dieser unter der Einwirkung der koextrudierten Schicht in sich zusammenfallen.

Im Allgemeinen geht die Koextrusion mit zahlreichen Vorgaben hinsichtlich der Temperatur, der Viskositäten, der möglichen Dichtewerte einher, sodass es allgemeinen schwierig oder sogar unmöglich ist, Verbundstoffe mit einem aufgeschäumten Kern von (sehr) niedriger Dichte zu erhalten.

Selbst wenn bestimmte Verbundstoffe mit einem Kern aus Schaumstoff niedriger Dichte hergestellt werden können, kommt hinzu, dass ihr Aussehen meist wenig zufriedenstellend ist.

Dies ist selbstverständlich besonders nachteilig bei Anwendungen, die geringe herstellungsbedingte Toleranzen bei den Abmessungen erfordern, wie etwa im Falle von Verbundstoffprofilteilen, wie sie in vielen Bereichen verwendet werden, insbesondere bei Fenster- oder Fassadenelementen, im Automobilsektor usw.

Zu den bereits vorgeschlagenen Lösungen gehören beispielsweise ein Bedecken der extrudierten Schaumstoffe mit härtenden Überzügen, mit Schichten, die mineralische Füllstoffe aufweisen, oder auch eine dem Aufschäumen nachgeschaltete Verdichtung mittels Kalibrierung.

Es bestehen indes zahlreiche Nachteile: diese Lösungen sind schwierig in der Umsetzung, da der Schaumstoff niedriger Dichte empfindlich ist.

Da diese Vorgänge der Extrusion nachgeschaltet sind, ist der zeitliche Aufwand zum Anfahren hoch, ebenso wie der Anteil an Abfällen.

Ferner ist die Verdichtung des Randbereichs umso schwieriger umzusetzen, je niedriger die Dichte des Kerns ist.

Im Allgemeinen sind die bekannten Verfahren für Verbundstoffprofilteile schwierig zu beherrschen und erfordern zahlreiche Handhabungsschritte, sodass sie wirtschaftlich uninteressant sind.

Da die Koextrusion schnell abläuft und keine zwischengeschalteten Handhabungsschritte erfordert, stellt sie nichtsdestoweniger ein vorteilhaftes Verfahren dar.

Es ist folglich notwendig, ein neues Verfahren zur Herstellung von Verbundstoffprofilteilen niedriger Dichte mittels Koextrusion bereitzustellen.

Aufgabe der Erfindung Folglich besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Lösung bereitzustellen, die es ermöglicht, durch Koextrusion Verbundstoffprofilteile herzustellen, welche einen Kern aus extrudiertem Polystyrol sehr niedriger Dichte haben, der von einer dünnen Schicht, oder Hülle, mit erhöhter Dichte umhüllt ist.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung, gemäß einem ersten Aspekt, einen Koextrusionskopf bereit, der es ermöglicht, wenn er in einem Verfahren mit zweckmäßigen Polymeren zur Anwendung gebracht wird, koextrudierte Verbundstoffprofilteile herzustellen, bei welchen die Dichte des Kerns aus aufgeschäumtem Polystyrolschaum höchstens 200 kg/m? vorzugsweise 30 bis 180 kg/m?, auf besonders bevorzugte Weise 60 bis 150 kg/m? beträgt und bei welchen die Dichte der Hülle mindestens 600 kg/m°, vorzugsweise 650 bis 1050 kg/m?, insbesondere 700 bis 900 kg/m?, und ganz besonders 750 bis 850 kg/m? beträgt, und die Dicke zwischen 10 und 500 um.

Dabei umfasst der Koextrusionskopf einen ersten Speisekanal, der dafür ausgelegt ist, von einem ersten Extruder gespeist zu werden, sodass ein erster Stoffstrom entsteht, welcher den Kern eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, und einen zweiten Speisekanal, der dafür ausgelegt ist, von einem zweiten Extruder gespeist zu werden, sodass ein zweiter Stoffstrom entsteht, welcher die Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, wobei der zweite Speisekanal mit einer ringförmigen Region verbunden ist, welche den ersten Kanal derart umgibt, dass eine Einmündung in einen Strömungskanal gebildet wird, welcher den Kern und die Hülle vereinigt, wobei der Strömungskanal in eine Extrusionsdüse einmündet, in welcher sich der zweite Speisekanal, welcher eine Leitung der Ordnung n = O darstellt, mindestens n-mal in zwei Teilbereiche aufspaltet, wobei n 2 2 ist, bevor er in die ringförmige Region einmündet, und zwar jeweils in ein Paar von Leitungen der Ordnung n+1, gemäß einer Symmetrieebene, die bei der n-ten Aufspaltung durch die Mitte der Leitung bei der n-ten Aufspaltung verläuft, wobei der Winkel, welchen die Richtung des Stoffstroms des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils und die Richtung der Symmetrieebene einschließen, wie sie durch die Mitte der Leitung bei n-ten Aufspaltung, die Mitte des ersten Speisekanals und parallel zum ersten Stoffstrom des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils verläuft, gleich 180°/(2") ist, wobei jedes Paar von Leitungen identisch hinsichtlich der Länge, des Streckenverlaufs und des Querschnitts ist.

Dank der besonderen Geometrie des zweiten Speisekanals, der seinen Ursprung an einem zweiten Extruder nimmt, ist der Stoffstrom, welche die Hülle eines koextrudierten Profilteils bildet, in kinetischer und thermischer Hinsicht durch eine starke Homogenität gekennzeichnet.

Der Stoffstrom, welcher die Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, ist somit in jeder Hinsicht ähnlich und verteilt sich auf homogene Weise rundum den Hauptstoffstrom, der seinen Ursprung an einem ersten Extruder nimmt und den Kern des koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet.

Gemäß einer bevorzugten Variante ist der neue Koextrusionskopf darüber hinaus mit einer Flüssigschmierung der Wände des Metalls optimiert.

In der Tat umfasst er, auf zusätzliche Weise, einen Kanal zum Einleiten eines Schmiermittels in den Strömungskanal, der sich stromabwärts der Einmündung befindet, vorzugsweise in einer Entfernung von der Einmündung, die höchstens dem Doppelten des Durchmessers des Strömungskanals entspricht.

Der erfindungsgemäße Koextrusionskopf ist im Allgemeinen Bestandteil einer Koextrusionseinrichtung.

Diese Einrichtung umfasst:

(a) einen erfindungsgemäßen Koextrusionskopf, (b) einen ersten Extruder, dessen Ausgangsöffnung mit dem ersten Speisekanal verbunden ist, welcher dafür ausgelegt ist, den Kern eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils zu bilden.

5 (c) einen zweiten Extruder, dessen Ausgangsöffnung mit dem zweiten Speisekanal verbunden ist, welcher dafür ausgelegt ist, die Hülle eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils zu bilden.

Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von koextrudierten Verbundstoffprofilteilen bereit, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Zudosieren der Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff, in Vormischung oder einzeln zudosiert, in die Speisevorrichtung eines ersten Extruders; Plastifizieren und Vermischen der Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff bei hohen Temperaturen, um diese Bestandteile zum Schmelzen zu bringen und zu homogenisieren; Einleiten eines Treibgases und Homogenisieren der Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff und des Gases; Abkühlen des erhaltenen Stoffstroms; (b) Zudosieren der Bestandteile der Hülle, in Vormischung oder einzeln zudosiert, in die Speisevorrichtung eines zweiten Extruders; Plastifizieren und Vermischen der Bestandteile der Hülle bei hohen Temperaturen, um diese Bestandteile zum Schmelzen zu bringen und zu homogenisieren; Abkühlen des erhaltenen Stoffstroms; (C) Vereinigen des Stoffstroms des Kerns und des Stoffstroms der Hülle, um ein Verbundstoffprodukt zu erhalten, auf Höhe der Einmündung des Koextrusionskopfes gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Stoffstrom der Hülle, welcher den Stoffstrom des Kerns umhüllt, in jeder Hinsicht homogen ist, was die kinetischen und thermischen Eigenschaften betrifft; (d) Leiten des Verbundstoffprodukts in den Strömungskanal, damit es zur Koextrusionsdüse gelangt;

(e) Aufschäumen des Kerns und, gegebenenfalls, der Hülle, um ein Koextrudat zu bilden; (f) gegebenenfalls, Kalibrieren des Koextrudats; (g) Abkühlen des erhaltenen Produkts; und (h) gegebenenfalls, Zuschneiden des koextrudierten Verbundstoffprodukts.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren darüber hinaus einen Schritt (d') des Einleitens eines Schmiermittels in den Strömungskanal stromabwärts der Einmündung, vorzugsweise in einer Entfernung von der Einmündung, die höchstens dem Doppelten des Durchmessers des Strömungskanals entspricht.

Innerhalb des Verfahrens zur Herstellung eines koextrudierten Verbundstoffprofils gemäß der obigen Begriffsbestimmung ist die Abfolge des Eintreffens der Ausgangsstoffe im Prinzip folgendermaßen: Der Stoffstrom, welcher das Material des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, wobei dieser mit Gas beladen ist, trifft ausgehend von dem ersten Extruder in einem ersten Speisekanal des Koextrusionskopfes ein, woraufhin er mit dem zweiten Stoffstrom, welcher das Material der Hülle eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet und vom zweiten Extruder über einen zweiten Speisekanal herangeführt wird, zusammentrifft und von diesen eingekapselt wird, um ein Verbundstoffprodukt herzustellen.

Genauer gesagt spaltet sich der Stoffstrom des zweiten Speisekanals, der gemäß einer Richtung eintrifft, welche rechtwinklig zum Stoffstrom des ersten Speisekanals ist, auf Höhe des Koextrusionskopfes ein erstes Mal in ein Paar von Leitungen erster Ordnung auf, wobei diese denselben Querschnitt haben, ihr Streckenverlauf symmetrisch zur Aufspaltungsebene ist und sie in entgegengesetzten Richtungen gleich lang sind, sodass sie mit der Achse des zweiten Speisekanals (20), welcher rechtwinklig zum Stoffstrom des ersten Speisekanals (10) ist, einen Winkel von 180° einschließen.

Jede Leitung erster Ordnung, und somit jeder Stoffstrom, spaltet sich erneut in ein Paar von

Leitungen zweiter Ordnung auf, von entgegengesetzter Richtung, sodass sie einen Winkel von 90° zueinander bilden. Die beiden Kanäle weisen ebenfalls denselben Querschnitt, einen symmetrischen Streckenverlauf und dieselbe Länge auf.

In ähnlicher Weise spalten sich die verschiedenen Kanäle, welche aus der oben genannten Aufspaltung hervorgehen, mindestens ein drittes Mal in ein Paar von Leitungen dritter Ordnung auf, die von entgegengesetzter Richtung, von gleichem Querschnitt, von symmetrischem Streckenverlauf und von derselben Länge sind, wobei sie einen Winkel von 45° zueinander bilden.

Die Paare von Leitungen, die aus der letzten Aufspaltung hervorgehen, verbinden eine ringförmige Region 35, welche den ersten Speisekanal derart umgibt, dass eine Einmündung gebildet wird. Das Zusammentreffen des Stoffstroms des Kerns und des Stoffstroms der Hülle erfolgt auf Höhe der Einmündung.

Die beiden Stoffstrôme des Kerns und der Hülle werden daraufhin in ihrer Fortbewegung unterstützt, indem ein Schmiermittel in den Strömungskanal eingeleitet wird, welcher sich stromabwärts der Einmündung befindet, vorzugsweise in einer Entfernung von der Einmündung, die höchstens dem Doppelten des Durchmessers des Strömungskanals entspricht. Das Einleiten des Schmiermittels erfolgt mittels eines Einleitungskanals. Der Zusatz eines Schmiermittel in die Einmündung ermöglicht es, Reibungsvorgänge an der Wand zu verringern, und ermöglicht es auf diese Weise, den Anstieg der Temperatur des Kerns und insbesondere der Hülle zu begrenzen.

Das Schmiermittel wird "in die Einmündung" eingeleitet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dies zwischen die Wand und den äußeren Stoffstrom, das heißt, den Stoffstrom der Hülle, damit ausschließlich der Strömungskanal ausgekleidet wird, und zwar auf gleichmäßige Weise, sodass sich ein Film mit sehr niedrigem Reibungskoeffizienten bildet.

Abschließend gelangt das Verbundstoffprodukt in den Strömungskanal zur Düse, wo der Kern und gegebenenfalls die Hülle aufgeschäumt wird/werden.

Erforderlichenfalls kann das Extrudat kalibriert, gegebenenfalls gestreckt werden, um es anschließend erforderlichenfalls, in einem nachgeschalteten Schritt, zuzuschneiden.

Überraschenderweise ermöglicht es das Verfahren, welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, durch die Verwendung eines besonderen Koextrusionskopfes koextrudierte Verbundstoffprofilteile zu erhalten, deren Kern eine sehr niedrige Dichte, das heißt, von weniger als 200 kg/m? oder sogar von weniger als 60 kg/m®, aufweist.

Der Schaumstoff des Kerns fällt nicht in sich zusammen, wenn er mit der Schicht in Berührung kommt, welche die Hülle der koextrudierten Verbundstoffprofilteile bildet.

Die Auswahl des Zeitpunkts des Einleitens des Schmiermittels ermöglicht es, im Zusammenspiel mit der homogenen Beschaffenheit des Stoffstroms, ebenso wie die optimale Auswahl des MFI des Materials, aus welchem die Hülle gebildet ist, und des Schmiermittels, Verbundstoffprofilteile von niedriger Dichte herzustellen.

Das Material, aus welchem die Hülle gebildet ist, kann auf diese Weise gekühlt werden, typischerweise auf 115 °C, ohne den Druck des Koextruders drastisch zu erhöhen.

In der Tat hat es die zweckmäBige Temperatursteuerung, gegebenenfalls in Kombination mit der äußeren Schmierung, ermôglicht, dass der Schaumstoff im Kern eine ausgezeichnete Zellstruktur beibehält.

Auf diese Weise ermöglicht es der neue Koextrusionskopf gemäß der Erfindung, sämtliche Probleme zu überwinden, die mit der herkömmlichen Koextrusion einhergehen, wobei er es auf sehr überraschende Weise ermôglicht, im Kern des koextrudierten Verbundstoffprofilteils die Zellstruktur des Schaumstoffs nicht zu zerstôren.

Ein weiterer, sehr wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es die Koextrusion von dichteren Materialien der Hülle auf dem Polystyrolschaum sehr niedriger Dichte ermöglicht, im Kern eine größtmögliche Menge an Stoffen zu verwenden, die auf dem Recycling oder biologischen Quellen stammen.

Unter "Stoffen aus biologischen Quellen" sind Stoffe zu verstehen, die aus erneuerbaren Ressourcen wie etwa aus Pflanzen, Tieren, Reststoffen oder Algen stammen.

Das koextrudierte Verbundstoffprofilteil verdankt seine Leistungskennwerte des Aussehens und der mechanischen Festigkeit nunmehr der Schicht, welche die Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform setzt sich der Stoffstrom des Kerns des koextrudierten Verbundstoffprofilteils aus Polystyrolschaum zusammen, wobei es sich um ein Homopolymer oder Copolymer von Styrol handeln kann.

Vorzugsweise handelt es sich um ein Copolymer von Styrol und einem oder mehreren Comonomeren, wie beispielsweise um Styrol-Butadien- Styrol, Acrylnitril-Butadien, Ethylen-Propylen-Dien (EPDM), … Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist das eingesetzte styrolbasierte Polymer oder Polystyrol aus der Gruppe ausgewählt, die aus (kristallinem) Polystyrol, stoRfestem Polystyrol auf Basis von Butadien (HIPS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Butadien-Styrol (SBS), Styrol-Ethylen- Butadien-Styrol (SEBS), stofsfestem Polystyrol auf Basis von Ethylen-Propylen- Dien oder deren Mischungen besteht.

Es können weiterhin mehrere Sorten von Polystyrolen verwendet werden, die sich hinsichtlich ihrer Viskosität und somit ihrer Molekülmasse unterscheiden, allein oder in Mischung mit weiteren Copolymeren von Styrol und einem Dien- Monomer.

Bei den zweckmäßigen Copolymeren handelt es sich beispielsweise um stolfestes Polystyrol auf Basis von Butadien (HIPS), stoBfestes Polystyrol auf Basis von Ethylen-Propylen-Dien (EPDM), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Butadien-Styrol (SBS), Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol (SEBS) oder um deren Mischungen.

Bei dem Treibmittel kann es sich um ein physikalisches Treibmittel, um ein chemisches oder um eine Kombination aus zwei oder mehreren physikalischen und/oder chemischen Treibmitteln handeln.

Es handelt sich dabei im Allgemeinen um solche, die bei der Herstellung von Polystyrolschäumen häufig verwendet werden.

Von den geeigneten physikalischen Treibmitteln wären Mittel zu nennen, die bei Umgebungstemperatur und -druck gasförmig sind, wie etwa CO», Stickstoff, niedrige Alkane, beispielsweise Butan oder Isobutan usw., sowie Mittel, die bei Umgebungstemperatur und -druck flüssig sind, wie etwa Pentan, (n-Pentan oder Isopentan), Hexan (sämtliche Isomere), Ethanol, Dimethylether usw.

Von den chemischen Treibmitteln wären Azodicarbonamid, eine Kombination von Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat, OBSH usw. zu nennen.

Die chemischen Mittel können auch als sogenannte aktive Nukleierungsmittel in Kombination mit einem oder mehreren physikalischen Mitteln verwendet werden.

Der vorzusehende Gehalt an Treibmittel hängt selbstverständlich von der Beschaffenheit des Treibmittels an sich, aber auch von der gewünschten Dichte des Schaumstoffs ab.

Beispielsweise kann der Gewichtsprozentanteil an CO, im Falle einer direkten Gaseinleitung im Bereich von 0,01 % bis 5 %, vorzugsweise von 0,015 bis 3 %, liegen.

Im obigen Verfahren weist das Material der Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils im Allgemeinen einen Schmelzflussindex (Melt Flow Index, MFI) von mindestens 20, vorzugsweise von mindestens 25, auf.

Darüber hinaus beträgt der Schmelzflussindex im Allgemeinen höchstens 30, vorzugsweise höchstens 28 g/10 min., 200 °C; 5 kg.

Der Melt Flow Index (MFI) oder Schmelzflussindex (SFI), welcher auch unter den Bezeichnungen Melt Flow Rate (MFR) oder Melt Index (MI) bekannt ist, stellt eine Methode dar, die in der Kunststoffindustrie üblicherweise zur Anwendung kommt, um thermoplastische Materialien zu charakterisieren.

Sie ermöglicht es, deren Extrusionsfähigkeit zu schätzen.

Diese herkömmliche und verhältnismäßig einfache Methode, welche in der Norm ASTM D1238 beschrieben ist, kann auf einfache Weise zur Anwendung gebracht werden, um Produktions- oder Anlieferungschargen einer Qualitätskontrolle zu unterziehen.

Die Zusammensetzung des Materials der Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils kann mit der Zusammensetzung des Materials des Kerns identisch sein oder sich davon unterscheiden.

Das Material der Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils kann von dichter oder aufgeschäumter Beschaffenheit sein. Wenn es aufgeschäumt ist, kann es sich bei dem Treibmittel und das gleiche handeln, welches in dem Material des Kerns des koextrudierten Verbundstoffprofilteils verwendet wurde, oder um ein anderes.

Die Dicke der Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils liegt vorteilhafterweise zwischen 10 um und 500 um, vorteilhafterweise zwischen 150 um und 450 um, wobei sie vorzugsweise ungefähr 250 um bis 400 um beträgt.

Auf sehr vorteilhafte Weise wird ein Schmiermittel in den Strömungskanal eingeleitet. Es handelt sich im Allgemeinen um ein Molekül mit niedrigem Molekulargewicht. Von den bekannten Produkten wären die Ester von C4-C20- Monoalkoholen, die Fettsäureamide, die Polyethylenwachse, die oxydierten Polyethylenwachse, die styrolartigen Wachse, die C1-C4-Alkohole, die Silikonverbindungen usw. zu nennen. Auf bevorzugte Weise ist das Schmiermittel somit aus der Gruppe ausgewählt, welche aus den Mineralölen, den Silikonölen und den Polymeren mit Schmierwirkung besteht.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft koextrudierte Verbundstoffprofilteile, die mittels des oben ausführlich dargestellten Verfahrens hergestellt wurden, wobei sie einen Kern aus Polystyrolschaum mit einer Dichte von bis zu 200 kg/m? und eine Hülle mit einer Dichte von mindestens 600 kg/m? und einer Dicke zwischen 10 und 500 um umfassen.

Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung die Verwendung eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils für Anwendungen in der Isolierung, der Dekoration oder der Verpackung bereit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Weitere Besonderheiten und Eigenschaftsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung einiger vorteilhafter Ausführungsformen,

wie sie unten zum Zwecke der Erläuterung dargelegt sind, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Dabei zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Koextrusionseinrichtung Ein erster Extruder 20, der dazu bestimmt ist, den Kern eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils zu bilden, und ein zweiter Extruder 40, der dazu bestimmt ist, die Hülle eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils zu bilden, sind mit einem Koextrusionskopf 30 verbunden.

Der erste Extruder umfasst Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff 21 und ein Treibgas 22. Der zweite Extruder umfasst Bestandteile der Hülle 41 und ein Treibgas 42. Die Einrichtung umfasst weiterhin eine Station zum Kalibrieren/Ziehen/Zuschneiden 50. Fig. 2: eine schematische Darstellung von drei nacheinander erfolgenden Aufspaltungen des zweiten Speisekanals, welcher ab dem Eintritt in den Koextrusionskopf die Leitung erster Ordnung O (100) bildet, in Paare von Leitungen der Ordnung 1 (110), 2 (120) und 3 (130), wobei die Leitungen der letzten Ordnung (hier der Ordnung 3) mit einer ringförmigen Region 35 verbunden sind, welche den ersten Speisekanal innerhalb des erfindungsgemäßen Koextrusionskopfes 30 umgibt.

Legende: erster Extruder 21 Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff 22 Treibgas Koextrusionskopf ringförmige Region 40 zweiter Extruder 41 Bestandteile der Hülle 42 Treibgas 50 Station zum Kalibrieren/Ziehen/Zuschneiden 100 Leitung der Ordnung O, die ihren Ursprung im zweiten Speisekanal des zweiten Extruders 40 nimmt 110 Leitung der Ordnung 1 120 Leitung der Ordnung 2 130 Leitung der Ordnung 3

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE

1. Koextrusionskopf, umfassend einen ersten Speisekanal, der dafür ausgelegt ist, von einem ersten Extruder gespeist zu werden, sodass ein erster Stoffstrom entsteht, welcher den Kern eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, und einen zweiten Speisekanal, der dafür ausgelegt ist, von einem zweiten Extruder gespeist zu werden, sodass ein zweiter Stoffstrom entsteht, welcher die Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils bildet, wobei der zweite Speisekanal mit einer ringförmigen Region verbunden ist, welche den ersten Kanal derart umgibt, dass eine Einmündung in einen Strömungskanal gebildet wird, welcher den Kern und die Hülle vereinigt, wobei der Strömungskanal in eine Extrusionsdüse einmündet, in welcher sich der zweite Speisekanal, welcher eine Leitung der Ordnung n = O darstellt, mindestens n-mal in zwei Teilbereiche aufspaltet, wobei n 2 2 ist, bevor er in die ringförmige Region einmündet, und zwar jeweils in ein Paar von Leitungen der Ordnung n+1, gemäß einer Symmetrieebene, die bei der n-ten Aufspaltung durch die Mitte der Leitung bei der n-ten Aufspaltung verläuft, wobei der Winkel, welchen die Richtung des Stoffstroms des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils und die Richtung der Symmetrieebene einschließen, wie sie durch die Mitte der Leitung bei n-ten Aufspaltung, die Mitte des ersten Speisekanals und parallel zum ersten Stoffstrom des Kerns eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils verläuft, gleich 180°/(2") ist, wobei jedes Paar von Leitungen identisch hinsichtlich der Länge, des Streckenverlaufs und des Querschnitts ist.

2. Koextrusionskopf gemäß Anspruch 1, der darüber hinaus einen Kanal zum Einleiten eines Schmiermittels in den Strömungskanal umfasst, der sich stromabwärts der Einmündung befindet, vorzugsweise in einer Entfernung von der Einmündung, die höchstens dem Doppelten des Durchmessers des Strömungskanals entspricht.

3. Koextrusionseinrichtung, umfassend: (a) einen Koextrusionskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

(b) einen ersten Extruder, dessen Ausgangsöffnung mit dem ersten Speisekanal verbunden ist, welcher dafür ausgelegt ist, den Kern eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils zu bilden, (c) einen zweiten Extruder, dessen Ausgangsöffnung mit dem zweiten Speisekanal verbunden ist, welcher dafür ausgelegt ist, die Hülle eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils zu bilden.

4. Koextrusionseinrichtung gemäß Anspruch 3, die darüber hinaus (d) eine Einheit zum Kalibrieren, eine Einheit zum Ziehen und/oder eine Einheit zum Zuschneiden des koextrudierten Profilteils umfasst, stromabwärts des Koextrusionskopfes.

5. Verfahren zur Herstellung eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils mittels eines Koextrusionskopfes gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, oder mittels einer Koextrusionseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Zudosieren der Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff, in Vormischung oder einzeln zudosiert, in die Speisevorrichtung eines ersten Extruders; Plastifizieren und Vermischen der Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff bei hohen Temperaturen, um diese Bestandteile zum Schmelzen zu bringen und zu homogenisieren; Einleiten eines Treibgases und Homogenisieren der Bestandteile des Kerns aus Schaumstoff und des Gases; Abkühlen des erhaltenen Stoffstroms; (b) Zudosieren der Bestandteile der Hülle, in Vormischung oder einzeln zudosiert, in die Speisevorrichtung eines zweiten Extruders; Plastifizieren und Vermischen der Bestandteile der Hülle bei hohen Temperaturen, um diese Bestandteile zum Schmelzen zu bringen und zu homogenisieren; Abkühlen des erhaltenen Stoffstroms; (c) Vereinigen des Stoffstroms des Kerns und des Stoffstroms der Hülle, um ein Verbundstoffprodukt zu erhalten, auf Höhe der Einmündung des Koextrusionskopfes gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Stoffstrom der Hülle, welcher den Stoffstrom des Kerns umhüllt, in jeder

Hinsicht homogen ist, was die kinetischen und thermischen Eigenschaften betrifft; (d) Leiten des Verbundstoffprodukts in den Strömungskanal in Richtung der Koextrusionsdüse; (e) Aufschäumen des Kerns und, gegebenenfalls, der Hülle, um ein Koextrudat zu bilden; (f) gegebenenfalls, Kalibrieren des Koextrudats; (g) Abkühlen des erhaltenen Produkts; und (h) gegebenenfalls, Zuschneiden des koextrudierten Verbundstoffprodukts.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei es darüber hinaus den Schritt (d') des Einleitens eines Schmiermittels in den Strömungskanal stromabwärts der Einmündung umfasst, vorzugsweise in einer Entfernung von der Einmündung, die höchstens dem Doppelten des Durchmessers des Strömungskanals entspricht.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Schmiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus den Mineralölen, den Silikonölen und den Polymeren mit Schmierwirkung besteht.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei sich der Stoffstroms des Kerns des koextrudierten Verbundstoffs aus koextrudiertem Polystyrolschaum zusammensetzt, bei welchem es sich um ein Styrolhomopolymer oder - copolymer handeln kann, wobei es sich bei dem Polystyrol vorzugsweise um ein Copolymer von Styrol und einem oder mehreren Comonomeren handelt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Polystyrol aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (kristallinem) Polystyrol, stoßfestem Polystyrol auf Basis von Butadien (HIPS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Butadien- Styrol (SBS), Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol (SEBS), stoßfestem Polystyrol auf Basis von Ethylen-Propylen-Dien oder deren Mischungen besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei sich der Stoffstrom der Hülle des koextrudierten Verbundstoffprofilteils aus einem Kunststoff zusammensetzt, dessen MFI mindestens 20 g/10 min., 200 °C, 5 kg beträgt und vorzugsweise zwischen 22 und 30 g/10 min., 200 °C, 5 kg, auf besonders bevorzugte Weise zwischen 23 und 28 g/10 min., 200 °C, 5 kg, liegt.

11. Koextrudiertes Verbundstoffprofilteil, das mittels des Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10 erhalten wurde, wobei das Profilteil einen Kern aus Polystyrolschaum mit einer Dichte zwischen 30 und 200 kg/m? vorzugsweise von 60 bis 180 kg/m, und eine Hülle aus Kunststoff mit einer Dichte von 600 bis 1050 kg/m°, vorzugsweise von 700 bis 900 kg/m?, umfasst.

12. Koextrudiertes Verbundstoffprofilteil gemäß Anspruch 11, wobei der Kern aus Polystyrolschaum des koextrudierten Verbundstoffprofilteils Polystyrol umfasst, bei welchem es sich um ein Styrolhomopolymer oder -copolymer handeln kann, wobei es sich bei dem Polystyrol vorzugsweise um ein Copolymer von Styrol und einem oder mehreren Comonomeren handelt.

13. Koextrudiertes Verbundstoffprofilteil gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Hülle aus Kunststoff eine Dicke aufweist, die zwischen 10 und 500 um, vorzugsweise zwischen 150 und 450 um, auf besonders bevorzugte Weise zwischen 250 und 450 um beträgt.

14. Verwendung eines koextrudierten Verbundstoffprofilteils gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, für Anwendungen in der Isolierung, der Dekoration oder der Verpackung.