<Desc/Clms Page number 1>
WERKWLJZE EN INRICHTING TER VERVAARDIGING VAN OPTISCH HOMOGENE VORM- 'DRUKKEN UIT KORRELIGE NATUURLIJKE OF KUNSTMATIGE, HOOGPOLYMERE, THERMOPLASTISCHE STOFFEN.
Bij de vervaardiging van spuitgietartikelen uit natuurlijke of kunstmatige, hoogpolymere, thermoplastische stoffen,gaat men uit van meer of minder uitgepolymeriseerd materiaal in de vorm van stukjes, b. v. kor- rels,of van poeder.
Het relatief harde materiaal wordt daartoe in gesloten appara- ten, zoals spuitgiet- of extrusiemachines, verhit, onder druk geplaatst en in weke toestand door gaatjes of mondstukken geperst en in de gewenste vorm gebracht en als zodanig gekoeld.
Wanneer het betrekking heeft op de vervaardiging van enkele vormstukken van begrensde afmetingen, waarvoor men, zoals bekend, gietvor- men toepast, dan gebruikt men voor het verhitten en samenpersen van het korrelige, thermoplastische materiaal en voor het persen van het deegvor- mige materiaal uit het mondstuk, inrichtingen, welke van persstempels zijn voorzien, en welke intermitterend of portiegewijs werken en welke men in- jectiespuitgietinrichtingen noemt.
Heeft het echter betrekking op de vervaardiging van onbegrensd lange vormstukken, zoals staven, profelstangen, buizen, banden en der- gelijke, of op het bekleden van draden, kabels enz. met het thermoplasti- sche materiaal, dan is daarvoor beter geschikt de streng- of extrusiepers, welke is voorzien van een continu werkende wormschroef.
Deze inrichtingen hebben in den regel gemeen, dat ze uit een perscylinder bestaan, welke aan het begin is voorzien van een vultrechter voor het nog vaste, kleingemaakte, thermoplastische materiaal, in welke cylinder de persstempel resp. de wormschroef stootsgewijs resp. continu draaiend kan worden bewogen, welke cylinder op enige afstand van de vul- trechter van een verwarmingsinrichting is voorzien om het eerst nog vaste, kleingemaakte materiaal tot een weke deegachtige of zelfs hálfvloeibare mas- sa om te vormen, welke massa dan aan het einde van de perscylinder door het'daarop geplaatste mondstuk kan worden uitgeperst.
<Desc/Clms Page number 2>
De verdichting van het eerst nog korrelige, lichtinsluitende materiaal vindt reeds voor het grootste gedeelte onder de hoge druk van de pers inrichting plaats, vòòrdat het verweken of smelten begint. De dan eveneens onder druk komende lucht kan bij de extrusiepers continu en bij de injectiegietinrichtingen bij elke teruggang van de stempel ongehinderd naar achteren door het verse vulmateriaal ontwijken.
De verhitting van de persmassa heeft meestal van buitenaf plaats aan de reeds genoemde plaats van de perscylinder.
Daartoe kan de cylinder voorzien zijn van een dubbele wand voor het verhittingsmedium, zoals stoom of vloeistoffen. Meestal wordt ook electrische, bij voorkeur weerstandverwarming, toegepast.
Het pas toegevoerde korrelige materiaal moet soms voor voor- tijdige verweking'behoed worden, waarom het noodzakelijk kan zijn voor- zorgsmaatregelen te treffen, b.v. op die manier, dat men het vrije pers- cylinderstuk overeenkomstig verlengt of een gekoelde zone inschakelt, voor- dat de eigenlijke verhitting begint.
Onverschillig nu, of men met de ene of andere soort genoemde inrichtingen werkt, of intermitterend enkele halffabrikaten of fabrikaten met begrensde afmetingen in gietvormen, of continu onbegrensd lange vormstuk- ken uit het thermoplastische materiaal worden vervaardigd, altijd moet men, zoals bekend, met het gebrek rekening houden, dat de producten niet optisch homogeeen zijn. De producten vertonen stromingslijnachtige effecten, welke men "sluiers" noemt.
Deze gebreken staan, zoals men vermoedt, direct of indirect in verband met stromingsverschijnselen, welke zich bij het persen en voortbe- wegen van de verweekte, thermoplastische massa vormen. De eigenlijke oor- zaken kunnen blijkbaar, zoals werd gevonden, zeer verschillend zijn.
Het verschijnsel vertoont zich reeds bij ongeverfde en zelfs heldere spuitgietartikelen uit b.v. celluloseacetaat en schijnt veroorzaakt te worden door de oriënterende werking van de stroming op de moleculen of molecuulaggregaten.
Duidelijker treden de sluiers te voorschijn, wanneer het ther- moplastische materiaal geverfd is en in het bijzonder, wanneer pigmenten als kleurstof worden toegepast.
Het verschijnsel vertoont zich dan ook bijzonder sterk, wanneer het thermoplastische materiaal gevoelig is voor zuurstof of temperatuur, en tengevolge van deze gevoeligheid, of door oxydatie in de warmte, of reeds door de warmte alleen veranderingen ondergaat, welke meestal gepaard gaan met een zekere verkleuring.
De verhinderingevan dergelijke veranderingen en dientengevolge verkleuringen is des te moeilijker, wanneer bij dergelijke polymeren, zoals b.v. polyamiden, het smeltpunt en ontledingspunt verhoudingsgewijs dicht bij elkaar liggen.
Echter ook bij thermoplastische stoffen, zoals celluloseacetaat of polystreen, waarbij smelt- en ontledingspunt verhoudingsgewijs nog ver van elkaar liggen, vertonen de daaruit vervaardigde gietstukken nog dik- wijls sluiers.
Daar alle in aanmerking komende thermoplastische stoffen warmte slechts moeilijk geleiden, treden in de verwekings- en smeltraimte grote temperatuursverschillen op. Dit veroorzaakt een betrekkelijk ongelijkma- tige verhitting van de massa. Aan de warmge-afgevende metalen wanden treedt de verhitting en verweking der massa eerder en sterker op dan verder van de wanden verwijderd. Daar komt nog bij, dat de massa zich in de nabijheid van de wanden langzamer voortbeweegt dan op enige afstand daarvan.
Elke verandering van de mas.sa, welke van de temperatuur afhauft, moet daarom tengevolge van deze ongelijkmatige verhitting ook leiden tot on- gelijkmatigheden met betrekking tot deze veranderingen.
<Desc/Clms Page number 3>
Zo zullen in de polymeermassa aanzienlijke viscositeitsverschillen aanwezig zijn.
Bij de verwerking van thermoplastische materialen moet men er re- kening mee houden, dat ze als uitgangsmateriaal soms slechts gedeeltelijk of nog niet geheel uitgepolymeriseerd of uitgecondenseerd zijn. In dergelijke gevallen, die zowel toevallig of opzettelijk kunnen zijn, gaat de molecuulver- groting door de verhitting in de cylinder verder, wat tot verdere ongelijkma- tigheden in de uit te persen massa moet -leiden.
Tenslotte is er,zoals werd gevonden, nog een belangrijke fouten- bron aanwezig,waaraan tot nog toe schijnbaar weinig aandacht is besteed.
Bij de spuitgietwerkwijze gaat men, zoals aangegeven, van korre- lig materiaal uit en verhit dit in de spuitgietapparaten om talrijke redenen slechts zo hoog als noodzakelijk schijnt voor het persen.
Wanneer echter nu een-dergelijk korrelig materiaal door verhitting wordt verweekt en onder druk wordt gezet, dan wordt zeer spoedig de indruk gewekt, dat de massa homogeen is en kan dan op zichzelf goed persbaar zijn.
Desalniettemin kan de massa tussen de enkele gedeelten nog onvolledig gesmol- ten grensvlakken vertonen, welke dan in het vervaardigde product structurele onregelmatigheden zoals sluiers,vertonen.
Deze laas te oorzaak van de sluiervorming doet zich in het bij- zonder dan, op gevaarlijke wijze gelden, wanneer de op-pervlakten van het kor- relige uitgangsmateriaal op de één of andere wijze ten opzichte van de-kernen der korrels zijn veranderd.
Dergelijke veranderingen kunnen b.v. dan aanwezig zijn, wanneer het korrelige materiaal gedurende lange tijd ondoelmatig is opgeslagen., zodat de oppervlakken der korrels door vocht- of stofopneming, oxydatie of tenge- volge van chemische aantasting waren veranderd. Zekere verschillen in inwen- dige en uitwendige samenstelling van de korrels kunnen ook veroorzaakt worden door het uitzweten van laag moleculaire bestanddelen, wat bij een hoog gehalte aan oligomeren in verbinding met grote temperatuurschommelingen kan voorkomen.
Tot dergelijke verschijnselen kunnen ook pigmenten leiden., waarme- de het korrelige materiaal voor het verven of matteren wordt beladen en in het bijzonder dan, zoals dikwijls geschiedt, wanneer het pigment met filmvor- mende stoffen op het korrelig materiaal is gehecht.
Al deze gebreken kunnen het beste door de gezamenlijke toepassing van twee middelen worden voorkomen. Hiertoe moet men enerzijds uitgaan van korrels polymeer, welke op zichzelf een geringe neiging hebben tot sluier vorming bij het spuitgieten, terwijl het anderzijds noodzakelijk is'de zich in de massa bevindende onregelmatigheden te verstoren,voordat de massa het mondstuk van het spuitgietapparaat verlaat en tot producten stolt.
De uitvinding heeft nu in het bijzonder betrekking op middelen om de laatste opgave zo mogelijk volkomen op te lossen. In dit opzicht is het reeds bekend de volgende hulpmiddelen toe te passen :
Bij de vervaardiging van gekleurde halffabrikaten en fabrikaten heeft men het kleingemaakte of korrelige materiaal eerst geverfd, teneinde reeds vooruit de aparte deeltjes van de kleurstof te voorzien. Men heeft de van kleurstof voorziene deeltjes ook tussentijds gesmolten en de gestolde massa vòòr het vullen van het spuitgietapparaat opnieuw gemalen.
Bij toepassing van pigmenten heeft men geprobeerd het pigment op de korrels te hechten. In bijzondere gevallen zijn de met pigment bela- den korrels tussentijds gesmolten en de gestolde massa gemalen, of men heeft de smelt voor het stollen tot draden van bepaalde dikte versponnen en deze na afkoelen op de gewenste lengte .,gesneden.
Men heeft er ook prijs op gesteld de deeltjes een gelijkmatige vorm en grootte te geven, daar ze dan beter door middel van de trechter aan het spuitgietapparaat kunnen worden toegevoerd. Hiertoe verspint men het thermoplastische materiaal tot draden met een doorsnede van 3-5 millimeter,
<Desc/Clms Page number 4>
waarna men de draden tot stukjes van 3 - 5 millimeter'hakt. Ook deze maatre- gel draagt haar deel er toe bij de voorwaarden tot sluiervorming iets te verminderen.
Al deze maatregelen, welke tot de eerste hulpmiddelen kunnen wor- den gerekend, hebben reeds een zeker effect. Zij kunnen echter het gebrek niet geheel opheffen, daar ze de naderhand optredende thermische en hydrodynamische invloeden en gebreken in de spuitgietinrichtingen niet kunnen beïnvloeden.
Men heeft echter anderzijds de sluiervorming ook daardoor trach- ten te verhinderen, dat men torpedoachtige inzetlichamen in de perscylin- der van het spuitgietapparaat, nl. in of dicht achter de verwekingszône, toepaste om op een dergelijke wijze het axiale deel van de perscylinder, waar de warmte moeilijk komt, uit te schakelen. Tevens heeft men derge- lijke torpedo's een spits toelopende stroomlijnvorm gegeven om de stroom van het polymeer zo weinig mogelijk te storen.
Men heeft dergelijke torpedoachtige inzetstukken ook een ster- vormige doorsnede gegeven om bovendien de stroom in meerdere stroompjes op te lossen.
Ook zijn inzetstukken voorgesteld, welke aan de oppervlakte voorzien zijn van schroefwindengen in beide richtingen. Deze vertonen het nadeel, dat op de kruispunten der groeven resten worden vastgehouden, welke de werking van de groeven gedeeltelijk illusoir maken. Worden de resten later door de materiaalstroom meegenomen, dan veroorzaken deze bijzonder onaangename verontreinigingen in de gietmassa.
Al deze inzetstukken met de tot heden toegepaste vorm hebben in zoverre een verbetering gebracht, dat ze de laagdikte van de te verhitten, slecht warmtegeleidende massa verkleinen.
Tenslotte heeft men ook tussen verwekings- of smeltruimte en mondstuk zeefplaten of zeefpakkingen geplaatst, waardoor een onderverdeling van de massastroom in deelstromen en een zekere homogenisatie in de afzon- derlijke deelstromen werd verkregen. Dit leidde echter niet tot een grondi- ge homogenisatie van de gehele massa als zodanig. proeven hebben nu aangetoond, dat tot nog toe noch de hydrodyna- 'mische, noch de thermische invloeden, welke tot deze gebreken leiden, vol- doende zijn uitgeschakeld, terwijl verder geen middelen zijn toegepast om de eenmaal opgetreden sluiers in de verweekte massa uit te schakelen.
Vandaar dat de huidige spuitgietartikelen dikwijls nog sluiers en dergelijke inhomogeniteiten vertonen en voor bepaalde doeleinden als minderwaardig moe- ten worden beschouwd.
De werkwijze volgens de uitvinding ter vervaardiging van sluier- vrije artikelen uit korrelvormige, natuurlijke of kunstmatige, hoogpolymeie thermoplastische stoffen is nu daardoor gekenmerkt, dat de in de perscy- linder van het spuitgietapparaat voorverwarmde, week geworden thermoplas- tische massa voor het verlaten van het gietmondstuk onder verdere gelijk- matige verhitting en innige wrijving wordt gehomogeniseerd .
Dit kan, zoals werd gevonden,doelmatig daardoor geschieden, dat men de verweekte massa met geweld tussen hete, parallel en dicht bij elkaar liggende wrijvingsvlakken doorvoert.
Bij de practische uitvoering van de werkwijze maakt men gebruik van een brede en zeer nauwe spleet van aanzienlijke lengte, welke door warmtegeleidende metaalvlakken is begrensd en welke op ongeveer de smelt- temperatuur van het polymeer worden verhit en waarvan de hoofdvlakken bij voorkeur op een afstand van elkaar zijn gelegen, welke overeenkomt met de korrelgrootte van het te verwerken materiaal.
Binnen de aangegeven maximaalgrenzen kan men de spleetbreedte aan de aard van het thermoplastische, korrelige materiaal en aan de visco- siteit in verwerkingstoestand aanpassen. -
Bij spuitgietmateriaal uit b.v. polyamiden met een korrelgrootte van 2-5 millimeter werkt men het beste met een spleetbreedte van hoogstens
<Desc/Clms Page number 5>
3 millimeter bij voorkeur ongeveer 1 - 2 millimeter.
Komen poedervormige spuitgietmassa's in aanmerking., dan kan men de spleetbreedte meestal niet beneden de korrelgrootte nemen, maar ook daarbij leidt, zoals werd gevonden, een maximale spleetbreedte van 1 - 2 millimeter tot goed resultaat.
De nauwe spleet, die al naar de omstandigheden, zoals plaat- selijke viscositeit van de massa, snelheid van werken, drukverhoudingen enz., desnoods tot beneden 1 millimeter kan zijn, oefent op de massa een intensief wrijvende werking en tegelijk menging uit.
Tegelijkertijd wordt de massa tengevolge van de kleine afstand tussen de verhittingsvlakken, tot in het inwendige gelijkmatig verwarmd en deze verwarming is des te gelijkmatiger, wanneer het in de nauwe pleet .niet.. alleen gaat om een laminair stromen, maar om een fijnwrijven der massa.
Beide werkingen, de wrijvende en de thermische, komen goed tot hun recht, daar de massa niet door een korte vernauwing,9 maar door een lange spleet wordt geperst, waarvan de lengte kan worden aangepast aan individu- ele omstandigheden.
Vroeger heeft men reeds bij de vervaardiging van banden en dra- den uit bepaalde polymerisatieproducten in het mondstuk van de strengpers een inzetstuk geplaatst hetwelk uit drie bordvormige, met elkaar verbon- den schijven bestond, van welke er twee van openingen waren voorzien en een doorsnede hadden, gelijk aan de inwendige doorsnede van het deel, waarin het inzetstuk was geplaatst. Het derde deel had een kleinere door- snede, zodat de persstof intensief gemengd en met de verhitte wand van het mondstuk in aanraking werd gebracht.
Al brengt deze bekende inrichting zonder twijfel een zekere menging tot stand, toch kan wegens de kortheid van de axiale weg om de rand van de schijf van een verwrijving in aanzienlijke mate geen sprake zijn, vooral omdat over de spleetwijdte, die volgens hier gedane proeven van beslissende invloed is, in het oudere voorstel niets wordt vermeld. Wanneer anderzijds de persmassa door de schijf aan de rand ervan tegen de hete wand wordt gedrukt, dan is deze maatregel ver verwijderd van de temperering van de polymeermassa in de lange, smalle spleet volgens de uitvinding.
Volgens de nieuwe werkwijze kunnen alle gebruikelijke korrel- of poedervormige, natuurlijke of kunstmatige, hoogpolymere, thermoplas- tische stoffen, zoals celluloseacetaat, polystyreen, polyesters,-polyami- den enz., verwerkt worden.
Volgens een practische uitvoeringsvorm kan men in de perscylin- der van het spuitgietapparaat na het persorgaan, d.w.z. na persstempel of persschroef, in plaats van de tot nog toe toegepaste puntige torpedo, coaxiaal een lange inzetcylinder plaatsen, welke doelmatig aan de einden is afgerond en welke de perscylinder radiaal tot op een afstand van minder dan 3 millimeter, bij voorkeur minder dan 2 millimeter, opvult.
De nauwe spleet en de daardoor bedongen zeer geringe laagdikte van de polymeermassa, al is deze massa ook slecht warmtegeleidend, garan- deert een gelijkmatig en gering warmteverval en daarom gelijkmatige verhit- ting van de massa. Tegelijkertijd wordt de massa bij het doorpersen, tussen de dicht bij elkaar gelegen spleetwanden intens verwreven, hetgeen tot een verstoring van alle inhomogeniteiten.leidt.
In het geval van de concentrische spleet, overeenkomend met de inzetcylinder in de perscylinders, wordt het doel ook dan bereikt, wanneer het tweede spleetoppervlak,. d.w.z. de oppervlakte van de inzet- cylinder, niet extra wordt verwarmd, daar deze vanzelf door de massa op temperatuur komt en practisch niet aan afkoeling is onderworpen. Daarom kan deze inzetcylinder vervaardigd zijn uit een slecht warmtegeleidend materiaal.
De minimale lengte van de spleet en daarom ook die van de
<Desc/Clms Page number 6>
inzetcylinder kiest men doelmatig tenminste zo groot als de diameter van de inzetcylinder , bij voorkeur echter aanzienlijk langer en meestal een veel- voud van de genoemde diameter. De minimale lengte is ook afhankelijk van de aard van het polymeer,de snelheid van werken, de drukverhoudingen., de capaciteit van het apparaat en dergelijke. Toch kunnen met hetzelfde appa- raat en hetzelfde inzetstuk verschillende thermoplastische stoffen worden geperst.
Voor het centreren van de inzetcylinder in de perscylinder wordt de inzetcylinder op bekende wijze van afstandsstukken, eventueel van stroom- lijnvormige instelinrichtingen voorzien. Normaal brengt men op twee plaat- sen, bij voorkeur zowel aan de kop als aan het einde van de inzetcylinder drie afstandsstukken aan,die zich op ongeveer 1200 van elkaar bevinden.
Tengevolge van de buitengewoon nauwe en lange spleet en de al- tijd hoge viscositeit van de persmassa ondervindt de inzetcylinder een noge druk in de richting van het mondstuk, zodat het inzetstuK met overeenkomsti- ge instelinrichtingen ter plaatse moet gezekerd worden.
De werkwijze kan nog iets verbeterd worden,wanneer men de in- zetcylinder ook rechtstreeks verwarmt. Dit kan plaatsvinden door eenvou- dige weerstandsverwarming. liet verwrijven van de massa kan verder worden verbeterd, terwijl men dan met -een kortere spleet kan werken, indien men, zoals werd gevondene de beide wanden van de spleet parallel ten opzichte van elkaar beweegt.
In het geval van een inzetcylinder kan deze bijzondere werkwijze op die manier geséhieden, dat inrichtingen aanwezig zijn, waarmede men aan de inzetcylinder een draaiende beweging kan geven. Deze draaiing kan een gelijkmatig roterende of een heen en terug gaande roterende beweging zijn.
Deze rotatiebewegingen van de inzetcylinder kunnen tot dit doel bij voorkeur bij spuitgietapparaten met grote capaciteit,op die manier tot stand worden gebracht, dat de aandrijfas van de inzetcylinder door een bo- ring in de stootsgewijs werkende zuiger of in de wormschroef wordt geleid.
Bij toepassing van een wormschroef kan de inzetcylinder op een- voudige wijze door de wormschroef zelf worden gedraaid.
In het geval, waarbij de. massa, zoals bij de vervaardiging van onbegrensd lange staven,geprofileerde stangen,banden en dergelijke,uit een vast mondstuk vrij wordt uitgestoten., kan men het mondstuk aan de kop van het extrusieapparaat excentrisch plaatsen. Dit biedt dan de mogelijk- heid de aandrijfas voor de inzetcylinder coaxiaal aan de perscylinder door de kopplaat te voeren.
De reeds bekende vòòr het mondstuk geplaatste platen met gaten en zeefpakkingen, die tot nog toe in hoofdzaak dienden voor betere menging kunnen bij de nieuwe werkwijze altijd nog worden toegepast. Bij relatief dun vloeibare gietmassas bestaat nl. het gevaar,dat de massa bij onderbre- king van het gieten uit het mondstuk wil vloeien. Dit uitvloeien wordt we- zenlijk verhinderd, wanneer geperforeerde platen of zeefpakkingen zijn voorgeschakeld.
Geperforeerde platen, die voor het mondstuk zijn geplaatst, kunnen ondertussen nog bijzondere werkingen uitoefenen.
Dit aanvullend deel van de uitvinding is daardoor gekenmerkt., dat de massastroom na het verwrijven en voor het uittreden uit het gietmond- stuk tenminste twee geperforeerde,achter elkaar geplaatste platen moet passeren, van welke platen de éne vaststaat en de andere zich beweegt.
De inrichting volgens de uitvinding kan daartoe de volgende ken- tekenen vertonen. In de cylindrische persruimte na de inzetcylinder zijn na elkaar afwisselend twee soorten geperforeerde platen geplaatst, waarvan de ene soort onbeweeglijk is ingeklemd, terwijl de andere soort de cylin- drische persruimte afdichtend en zuigerachtig opvult en voorzien is van inrichtingen voor het draaien van de plaat.
<Desc/Clms Page number 7>
Zo bereikt men,zoals proeven hebben aangetoond, verhoudings- gewijs goede dooreenmenging van de persmassa, wanneer men voor het giet- mondstuk twee geperforeerde platen plaatste welke op een zekere afstand van elkaar staan en waarvan de ene vaststaat en de andere.wordt gedraaid.
Dan vindt niet alleen een zekere menging van de massa in de af- zonderlijke gaatjes*, resp. deelstromen plaatsmaar ook een vermenging van de deelstromen ouderling.
Men kan de opgave practiseh op die manier oplossendat men voor het mondstuk op bekende wijze een vaste geperforeerde plaat zet en op relatief geringe afstand hiervan naaf de zijde van de inzetcylinder een tweede geperforeerde plaat. die de perscylinder met weinig speling zuiger- achtig afsluit en die om de coaxiale aandrijfas kan worden gedraaid.
De aandrijving van de draaibare geperforeerde plaat kan,al naar de soort van het supitgietapparaat, d.w.z. injectiegietinrichting of strengpers, vanaf de zijde van de persinrichting of vanaf de zijde van het monastuk worden teweeggebracht.
De aandrijving van de draaibare,geperforeerde plaat kan op gelijke wijze geschieden als die van de draaibare inzetcylinder.
Voor het geval een draaibare inzetcylinder en een draaibare,geperforeerde plaat worden toegepast., dan kan de aandrijving van beidezonder verdere complicatie door dezelfde aandrijfas worden bewerkstelligd.
De menging van de gehele massa geschiedt volgens de uitvinding met een vaststaande en draaibare,geperforeerde plaat,bij voorkeur in de ruimte tussen de beide,in verhouding op geringe afstand van elkaar geplaat- ste, platen. De menging is beter, wanneer deze afstand klein is en niet aanzienlijk groter dan de diameter der gaten in de voorste.'Plaat.
De menginrichting kan,zoals werd gevondenzonder grote com- plicatie nog verbeterd wordenwanneer men aan de andere zijde van de draai- bare-.'1 geperforeerde plaat nog een tweedestilstaande geperforeerde plaat aanbrengt. Op deze wijze krijgt men twee mengruimten, aan de uiteinden begrensd door een vaststaandegeperforeerde plaat en in het midden door de gemeenschappelijke,draaibare schijfwaarbij de aandrijfas van deze gaatjesschijf door één der beide andere gaatjesschijven gaat.
Al deze gaatjesschijven, waarvan er enkele kunnen worden ge- roteerd, hebben een mengende werking. Ze zijn echter niet in staat de mengende werking,, welke door de inzetcylinder wordt verkregen,te vervan- gen. Zij zorgen er echter voordat het verwreven materiaal voor het uit- treden uit het mondstuk nogmaals wordt gemengd.
De uitvinding wordt onderstaand aan de hand van de figuren 1 - 3 nader verduidelijkt. Zij stellen loodrechte langsdoorsneden,"door:de inrichtingen in schematische vorm voor.
Figuur 1 stelt een injectiespuitgietinrichting voor met de ge- bruikelijke vultrechter 1 voor het korrelige materiaal het nauwere deel van de perscylinder 2 met de persstempel 3,geen verwijde cylindrische pers- ruimte 4, de verwarmingainrichting 5 en het gietmondstuk 6. In de ver- wijde persruimte 4 bevindt zich de inzetcylinder 7 volgens de uitvinding, welke tussen zichzelf en de wand van de persruimte 4 de smalle spleet 8 openlaat waardoor de verweekte polmeermassa wordt geperst. De centre- ring van de inzetcylinder 7 geschiedt door de stelinrichtingen 9, waarvan er drie aan het voorste en drie aan het achterste deel van de inzetcylinder zijn bevestigd, en welke, om de materiaalstroom niet te storen, een scherpe vorm hebben .
Figuur 2 stelt een extrusieinrichting voor,voorzien van de ge- bruikelijke vultrechter 11, de wormschroef 12, welke door middel van de aan- drijfas 13 kan worden aangedreven. De verwarmingsinrichting voor het verwe- ken van de polymeermassa is niet getekend. In de perscylinderruimte 14 zit aan de wormschroef 12 de inzetcylinder 16 volgens de uitvindingwelke de beweging van de wormschroef 12 meemaakt en-de polymeermassa bij het passe- ren door de nauwe spleet 17 verwrijft. Achter de draaibare inzetcylinder 16
<Desc/Clms Page number 8>
is een geperforeerde plaat 18 geschakeld, waardoorheen de massa moet gaan, voordat deze de inrichting door het mondstuk 19 verlaat.
Figuur 3 stelt eveneens een extrusieinrichting voor. De vul- trechter 21, wormschroef 22 met aandrijfas 23 komen overeen met bekende inrichtingen. In de verlengde perscylinderruimte 24 is'de draaibare inzetcylinder 25 volgens de uitvinding ondergebracht, welke door de aan- drijfas 26 aangedreven kan worden en enerzijds door de drie afstandsstukken 27 in de cylindr.ische pers ruimte 24 en anderzijds door het lager 28 cen- trisch wordt geleid. op de as 26 zit de geperforeerde plaat 29 vast, die zuigerachtig en afdichtend in de cylindrische persruimte kan draaien.
De beide geperforeerde platen 30 en 31 zitten vast in het huis 32. Verwarmings- inrichting en isolering zijn aangegeven door 33 en 34.
Het korrelige materiaal, dat door de vultrechter 21 aan de worm- schroef 22 wordt goegevoerd, wordt door deze, terwijl het reeds in de hit- te verweekt, naar de inzetcylinder 25 gevoerd en daar met geweld door de nauwe ringspleet 35 tussen de wand 24 van de persruimte en inzetcylinder 26 geperst en daardoor intens verwreven.
De verwreven massa verzamelt zich nu in de ruimte 36 en wordt daar enigermate gemengd, door de gaatjes van de vaststaande schijf 30 gedrukt en komt in de ruimte 37, om, na intensieve menging tussen de pla- ten 29 en 30, door de gaatjes van plaat 29 in de ruimte 38 te komen, waar nogmaals een intensieve menging plaatsvindt, voordat de massa door de gaat- jes van de vaststaande plaat 31 het mondstuk bereikt, waar de massa conti- nu tot onbegrensd lange vormstukken wordt gegoten.
<Desc / Clms Page number 1>
PROCEDURE AND DEVICE FOR THE MANUFACTURE OF OPTICALLY HOMOGENEOUS FORM PRINTS FROM GRANULAR NATURAL OR ARTIFICIAL HIGH POLYMER THERMOPLASTIC MATERIALS.
In the manufacture of injection molded articles from natural or artificial, high polymer, thermoplastic materials, one starts from more or less polymerized material in the form of pieces, b. v. granules, or of powder.
To this end, the relatively hard material is heated in closed equipment, such as injection molding or extruding machines, placed under pressure and pressed through holes or nozzles in the soft state and brought into the desired shape and cooled as such.
When it relates to the production of single moldings of limited dimensions, for which, as is known, molds are used, they are used for heating and compressing the granular thermoplastic material and for pressing the dough-like material from the nozzle, devices which are press-stamped, and which operate intermittently or in batches, and which are called injection-molding devices.
However, if it relates to the production of infinitely long moldings, such as rods, profiled rods, pipes, tapes and the like, or to the coating of wires, cables, etc. with the thermoplastic material, the strand- or extrusion press, which is provided with a continuously operating worm screw.
These devices generally have in common that they consist of a press cylinder, which is provided at the beginning with a filling funnel for the still solid, crushed, thermoplastic material, in which cylinder the pressing punch resp. the worm screw butt-wise resp. can be continuously rotated, which cylinder is provided with a heating device at some distance from the filling funnel in order to transform the first still solid, comminuted material into a soft dough-like or even semi-liquid mass, which mass is then at the end of the the press cylinder can be squeezed out through the nozzle placed thereon.
<Desc / Clms Page number 2>
The compaction of the initially still granular, light-entrapping material takes place for the most part under the high pressure of the pressing device, before softening or melting begins. The air then also under pressure can escape continuously through the fresh filling material at the extruder and at the injection molding devices with each return of the punch.
The heating of the molding compound usually takes place from the outside at the already mentioned location of the molding cylinder.
To this end, the cylinder can be provided with a double wall for the heating medium, such as steam or liquids. Usually electrical, preferably resistance heating, is also used.
The freshly fed granular material must sometimes be prevented from premature softening, therefore it may be necessary to take precautions, e.g. in this way that the free press cylinder piece is lengthened accordingly or a cooled zone is switched on before the actual heating starts.
Regardless of whether one is working with one type or another of the mentioned devices, whether a few semi-finished products or products with limited dimensions are produced intermittently in molds, or continuously infinitely long moldings are produced from the thermoplastic material, one must always, as is known, with the defect, take into account that the products are not optically homogeneous. The products exhibit flowline-like effects, which are called "fogs".
These defects are believed to be directly or indirectly related to flow phenomena which form during the pressing and advancement of the softened thermoplastic mass. The actual causes, as has been found, can apparently be very different.
The phenomenon already manifests itself in unpainted and even clear injection molded articles from e.g. cellulose acetate and appears to be caused by the orienting action of the flow on the molecules or molecular aggregates.
The veils appear more clearly when the thermoplastic material is dyed, and in particular when pigments are used as a colorant.
The phenomenon therefore manifests itself particularly strongly when the thermoplastic material is sensitive to oxygen or temperature and, as a result of this sensitivity, undergoes changes either through oxidation in the heat or by heat alone, which are usually accompanied by a certain discoloration. .
The prevention of such changes and consequent discoloration is all the more difficult when with such polymers, such as e.g. polyamides, the melting point and decomposition point are relatively close to each other.
However, even in the case of thermoplastic materials, such as cellulose acetate or polystyrene, where the melting and decomposition points are still relatively far from each other, the castings produced from them often still exhibit fogging.
Since all suitable thermoplastics conduct heat only with difficulty, large temperature differences occur in the softening and melting space. This causes relatively uneven heating of the mass. At the heat-releasing metal walls, the heating and softening of the mass occurs earlier and more strongly than further away from the walls. In addition, the mass moves slower in the vicinity of the walls than at some distance therefrom.
Therefore, any change of the mas.sa depending on the temperature must also lead to unevenness with respect to these changes due to this uneven heating.
<Desc / Clms Page number 3>
For example, considerable viscosity differences will be present in the polymer mass.
When processing thermoplastic materials, it must be taken into account that as starting material they are sometimes only partially or not yet completely polymerized or condensed out. In such cases, which may be either accidental or deliberate, the molecular expansion continues through the heating in the cylinder, which should lead to further unevennesses in the mass to be squeezed.
Finally, as was found, there is another important source of error, to which apparently little attention has been paid to date.
As indicated, in the injection molding process, granular material is started from and, for many reasons, heated in the injection molding apparatuses only as high as seems necessary for pressing.
However, when such a granular material is softened by heating and is pressurized, the impression is very soon created that the mass is homogeneous and can then be readily compressible in itself.
Nevertheless, the mass between the single parts may still have incompletely molten interfaces, which then show structural irregularities such as veils in the manufactured product.
This cause of fogging occurs particularly dangerously when the surfaces of the granular starting material have been altered in one way or another from the nuclei of the granules.
Such changes can e.g. then present when the granular material has been stored ineffectively for a long time, so that the surfaces of the granules have been changed by moisture or dust absorption, oxidation or due to chemical attack. Certain differences in internal and external composition of the granules can also be caused by the exudation of low molecular components, which can occur with a high content of oligomers in connection with large temperature changes.
Pigments can also lead to such phenomena, with which the granular material is loaded before dyeing or matting, and in particular, as often happens, when the pigment is adhered to the granular material with film-forming substances.
All these deficiencies are best avoided by the joint application of two agents. For this purpose one must start from granules of polymer, which per se have a low tendency to fogging during injection molding, while on the other hand it is necessary to disturb the irregularities present in the mass before the mass leaves the nozzle of the injection molding apparatus and products solidifies.
The invention now relates in particular to means for solving the last problem as completely as possible. In this respect it is already known to use the following tools:
In the manufacture of colored semi-finished and finished products, the comminuted or granular material is first dyed in order to provide the individual particles with the dye in advance. The colored particles were also melted in the meantime and the solidified mass was ground again before filling the injection molding apparatus.
When using pigments, attempts have been made to adhere the pigment to the granules. In special cases, the pigment-loaded granules have been melted in the meantime and the solidified mass ground, or the melt has been spun into threads of a certain thickness before solidification and cut to the desired length after cooling.
It has also been appreciated to give the particles a uniform shape and size, as they can then be better fed to the injection molding apparatus by means of the funnel. To this end, the thermoplastic material is spun into wires with a diameter of 3-5 millimeters,
<Desc / Clms Page number 4>
after which the wires are chopped into pieces of 3 to 5 millimeters. This measure also contributes to somewhat reducing the conditions for fogging.
All these measures, which can be counted among the first aids, already have a certain effect. However, they cannot completely eliminate the defect, as they cannot influence the subsequent thermal and hydrodynamic influences and defects in the injection molding devices.
On the other hand, however, attempts have also been made to prevent fogging by also using torpedo-like inserts in the press cylinder of the injection molding apparatus, i.e. in or close to the softening zone, to close the axial part of the press cylinder in such a way, where the heat is difficult to turn off. In addition, such torpedoes have been given a tapered streamline shape to disturb the flow of the polymer as little as possible.
Such torpedo-like inserts have also been given a star-shaped cross-section in order to additionally dissolve the current in several streams.
Inserts have also been proposed which have helical turns on the surface in both directions. These have the disadvantage that residues are retained at the intersections of the grooves, which make the operation of the grooves partially illusory. If the residues are later carried along by the material flow, they cause particularly unpleasant contamination in the casting compound.
All these inserts of the shape used hitherto have brought an improvement in that they reduce the layer thickness of the poorly heat-conducting mass to be heated.
Finally, sieve plates or sieve packings were also placed between the softening or melting chamber and the nozzle, whereby a sub-division of the mass flow into partial flows and a certain homogenization in the individual partial flows was obtained. However, this did not lead to a thorough homogenization of the entire mass as such. tests have now shown that so far neither the hydrodynamic nor the thermal influences which lead to these defects have been sufficiently eliminated, and no further means have been used to remove the fogs once formed in the softened mass. switch.
Hence, current injection molded articles often still exhibit haze and similar inhomogeneities and must be considered inferior for certain purposes.
The method according to the invention for producing fog-free articles from granular, natural or artificial, high-polymer thermoplastic materials is now characterized in that the softened thermoplastic mass preheated in the press cylinder of the injection molding apparatus before leaving the casting nozzle under further uniform heating and intimate friction is homogenized.
As has been found, this can advantageously be effected by forcibly passing the softened mass between hot, parallel and closely spaced friction surfaces.
In the practical implementation of the process, use is made of a wide and very narrow gap of considerable length, which is delimited by heat-conducting metal surfaces and which are heated to approximately the melting temperature of the polymer and whose main surfaces are preferably at a distance of are located each other, which corresponds to the grain size of the material to be processed.
Within the specified maximum limits, the gap width can be adapted to the nature of the thermoplastic, granular material and to the viscosity in the processing state. -
With injection molding material from e.g. polyamides with a grain size of 2-5 millimeters, it is best to work with a gap width of at most
<Desc / Clms Page number 5>
3 millimeters, preferably about 1 - 2 millimeters.
If powdery injection molding compositions are considered, the gap width cannot usually be taken below the grain size, but as has been found, a maximum gap width of 1 - 2 millimeters also leads to good results.
The narrow gap, which, depending on the circumstances, such as local viscosity of the mass, speed of operation, pressure ratios, etc., if necessary, can be down to 1 millimeter, exerts an intensive rubbing action on the mass and at the same time mixing.
At the same time, due to the small distance between the heating surfaces, the mass is uniformly heated up to the interior, and this heating is all the more uniform when the narrow gap is not only a laminar flow, but a grinding of the mass. .
Both actions, the rubbing and the thermal, come into their own, since the mass is not pressed through a short constriction, but through a long gap, the length of which can be adapted to individual circumstances.
In the past, in the manufacture of tapes and wires from certain polymerization products, an insert consisting of three plate-shaped, interconnected discs, two of which were apertured and had a cross-section, was placed in the nozzle of the extruder. , equal to the internal diameter of the part in which the insert was placed. The third part had a smaller diameter so that the press fabric was mixed intensively and brought into contact with the heated wall of the nozzle.
Although this known device undoubtedly achieves a certain mixing, due to the shortness of the axial path around the edge of the disc, there cannot be a significant degree of friction, especially since the gap width, which according to tests carried out here, is decisive influence, nothing is mentioned in the older proposal. On the other hand, when the molding compound is pressed against the hot wall by the disc at its edge, this measure is far removed from the tempering of the polymer compound in the long, narrow gap according to the invention.
All customary granular or powdery, natural or artificial, high polymer, thermoplastic substances such as cellulose acetate, polystyrene, polyesters, polyamides, etc., can be processed according to the new process.
According to a practical embodiment, a long insert cylinder can be placed coaxially in the press cylinder of the injection-molding apparatus after the pressing member, ie after pressing punch or press screw, instead of the pointed torpedo used hitherto, which is advantageously rounded at the ends and which fills the press cylinder radially to a distance of less than 3 millimeters, preferably less than 2 millimeters.
The narrow gap and the very low layer thickness of the polymer composition required by it, although this composition is also poorly heat-conducting, guarantees a uniform and low heat dissipation and therefore uniform heating of the composition. At the same time, during pressing, the mass is intensely rubbed between the closely spaced slit walls, which leads to a disturbance of all inhomogeneities.
In the case of the concentric gap, corresponding to the insert cylinder in the press cylinders, the target is also achieved when the second gap surface ,. that is, the surface of the insert cylinder is not additionally heated, as it automatically reaches temperature through the mass and is practically not subjected to cooling. Therefore, this insert cylinder may be made of a poorly heat-conducting material.
The minimum length of the gap and therefore that of the
<Desc / Clms Page number 6>
insert cylinder is expediently chosen at least as large as the diameter of the insert cylinder, but preferably considerably longer and usually a multiple of said diameter. The minimum length also depends on the nature of the polymer, the speed of operation, the pressures, the capacity of the device and the like. Nevertheless, different thermoplastics can be pressed with the same machine and the same insert.
For centering the insert cylinder in the press cylinder, the insert cylinder is provided in known manner with spacers, optionally with streamline-shaped adjusting devices. Normally, three spacers are provided at two places, preferably both at the head and at the end of the insert cylinder, which spacers are approximately 1200 apart.
Due to the extraordinarily narrow and long gap and the always high viscosity of the molding compound, the insert cylinder experiences a great deal of pressure in the direction of the nozzle, so that the insert must be secured in place with corresponding adjustment devices.
The process can be improved somewhat if the insert cylinder is also heated directly. This can be done by simple resistance heating. The rubbing of the mass can be further improved, and one can then work with a shorter gap, if, as has been found, the two walls of the gap are moved parallel to each other.
In the case of an insert cylinder, this particular method can be provided in such a way that devices are provided by which a rotating movement can be made to the insert cylinder. This rotation can be a smooth rotating or a reciprocating rotating motion.
These rotational movements of the insert cylinder can be brought about for this purpose, preferably in injection molding machines with large capacity, in such a way that the drive shaft of the insert cylinder is guided through a bore in the impact piston or in the worm screw.
When using a worm screw, the insert cylinder can easily be turned by the worm screw itself.
In the case where the. As in the production of infinitely long rods, profiled rods, bands and the like, mass is freely ejected from a fixed nozzle, the nozzle can be placed eccentrically on the head of the extruder. This then offers the possibility to pass the drive shaft for the insert cylinder coaxial to the press cylinder through the head plate.
The already known plates with holes and screen gaskets placed in front of the nozzle, which until now mainly served for better mixing, can still be used in the new method. In the case of relatively thinly liquid casting mass, there is in fact the risk that the mass will flow out of the nozzle when pouring is interrupted. This flow is substantially prevented if perforated plates or screen packings are connected upstream.
Perforated plates placed in front of the mouthpiece can still perform special functions in the meantime.
This additional part of the invention is characterized in that the mass flow must pass through at least two perforated plates placed one behind the other after grinding and before exiting the casting nozzle, one of which is fixed and the other moves.
To this end, the device according to the invention can have the following characteristics. Two types of perforated plates are arranged one after the other in the cylindrical pressing space after the insert cylinder, one type of which is clamped immovably, while the other type fills the cylindrical pressing space in a sealing and piston-like manner and is provided with devices for rotating the plate.
<Desc / Clms Page number 7>
Thus, as tests have shown, a relatively good intermixing of the molding compound is achieved when two perforated plates are placed in front of the casting nozzle, spaced a certain distance from each other, one of which is fixed and the other is rotated.
Not only does a certain mixing of the mass occur in the individual holes *, resp. partial flows, but also a mixture of the partial flows of elder.
The problem can be solved in this way that a fixed perforated plate is placed in front of the nozzle in a known manner and a second perforated plate is placed at a relatively close distance from the side of the insert cylinder. which seals the press cylinder with little play in a piston-like manner and which can be rotated around the coaxial drive shaft.
Depending on the type of the sup-casting device, i.e. injection molding device or extruding press, the drive of the rotatable perforated plate can be effected from the side of the pressing device or from the side of the mono-piece.
The rotatable perforated plate can be driven in the same way as that of the rotatable insert cylinder.
If a rotatable insert cylinder and a rotatable perforated plate are used, the drive of both can be effected without further complication by the same drive shaft.
According to the invention, the whole mass is mixed with a fixed and rotatable perforated plate, preferably in the space between the two plates which are relatively closely spaced from each other. Mixing is better when this distance is small and not significantly greater than the diameter of the holes in the front.
As has been found, the mixing device can be improved without great complexity if a second still perforated plate is provided on the other side of the rotatable perforated plate. In this way two mixing spaces are obtained, delimited at the ends by a fixed perforated plate and in the middle by the common, rotatable disc, the drive shaft of this perforated disc passing through one of the other two perforated discs.
All these perforated discs, some of which can be rotated, have a mixing effect. However, they are not able to replace the mixing action obtained by the insert cylinder. However, they ensure that the rubbed material is mixed again before exiting the nozzle.
The invention is further elucidated below with reference to figures 1-3. They represent perpendicular longitudinal sections, through: the devices in schematic form.
Figure 1 represents an injection molding device with the conventional hopper 1 for the granular material, the narrower part of the pressing cylinder 2 with the pressing punch 3, no widened cylindrical pressing space 4, the heating device 5 and the pouring nozzle 6. In the widened Pressing space 4 is situated the insert cylinder 7 according to the invention, which leaves the narrow gap 8 open between itself and the wall of the pressing space 4 through which the softened polymer mass is pressed. The centering of the insert cylinder 7 is effected by the adjusting devices 9, three of which are attached to the front and three to the rear part of the insert cylinder, and which have a sharp shape in order not to disturb the flow of material.
Figure 2 represents an extruder, provided with the conventional hopper 11, the worm screw 12, which can be driven by means of the drive shaft 13. The heating device for softening the polymer mass is not shown. In the press cylinder space 14 on the worm screw 12 is the insert cylinder 16 according to the invention, which experiences the movement of the worm screw 12 and rubs the polymer mass as it passes through the narrow gap 17. Behind the rotating insert cylinder 16
<Desc / Clms Page number 8>
a perforated plate 18 is connected through which the mass must pass before it leaves the device through the nozzle 19.
Figure 3 also represents an extruder. The filling hopper 21, worm screw 22 with drive shaft 23 correspond to known devices. In the extended press cylinder space 24 is accommodated the rotatable insert cylinder 25 according to the invention, which can be driven by the drive shaft 26 on the one hand by the three spacers 27 in the cylindrical pressing space 24 and on the other hand by the bearing 28 centrally. is guided. The perforated plate 29 is fixed to the shaft 26 and can rotate in a piston-like manner and sealingly in the cylindrical pressing space.
The two perforated plates 30 and 31 are fixed in the housing 32. Heater and insulation are indicated by 33 and 34.
The granular material, which is fed through the hopper 21 to the worm screw 22, is passed through this, while already softening in the heat, to the insert cylinder 25 and there forcibly through the narrow annular gap 35 between the wall 24. of the press chamber and insert cylinder 26 and thus intensely rubbed.
The rubbed mass now collects in the space 36 and is mixed there to some extent, pushed through the holes of the fixed disc 30 and enters the space 37, to, after intensive mixing between the plates 29 and 30, through the holes of plate 29 to enter the space 38, where intensive mixing again takes place, before the mass reaches the nozzle through the holes of the fixed plate 31, where the mass is continuously poured into infinitely long moldings.