Verfahren zur Herstellung glatter Schläuche aus thermoplastischem Kunststoff und Spritzkopf an einem beheizten Extruder zur Durchführung des Verfahrens
Das Patent betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glatten Schläuchen, insbesondere Folienschläuchen, aus thermoplastischem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Kopolymere aus Vinylazetat und Vinylchlorid, Zelluloseazetat und andere Zelluloseester, Polyester, Polymethylmethacrylat, Poly äthylen, Polypropylen, Polyamiden, Polykarbonate und dergleichen. Bei diesem Verfahren wird die geschmolzene, unter Druck stehende Kunststoffmasse durch wenigstens einen formgebenden Teil einer Ringspaltdüse, anschliessend durch einen die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitenden und an einem Ende die Austrittsöffnung aufweisenden Teil dieser Düse gepresst und vor dem Verlassen der Austrittsöffnung zusätzlich erwärmt.
Die zusätzliche Erwärmung dient dabei zur Erzielung einer glatten Oberfläche des Endproduktes. Wenn insbesondere Folienschläuche hergestellt werden, wird der aus der Düse ausgetretene Schlauch durch in seinen Hohlraum geblasene Druckluft aufgebläht (sogenanntes Blasverfahren) und zusätzlich in seiner Längsrichtung gestreckt.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art, welches aber zur Herstellung von massiven Strängen dient, erfolgt die zusätzliche Erwärmung in den Bereichen eines formgebenden (in Strömungsrichtung verjüngten) Teiles und des ohne Formänderung weiterleitenden, die Austrittsöffnung aufweisenden Teiles der Düse. Im Bereiche des formgebenden Teiles gelangt infolge der Formänderung ständig zusätzlich erwärmtes Material von der Oberfläche des Stranges ins Innere des Querschnittes desselben. Dadurch ist die zusätzliche Erwärmung in ihrer Wirkung nicht auf die Oberfläche des Stranges begrenzt.
Würde auf diese Weise an Stelle eines Stranges ein Schlauch, insbesondere ein Folienschlauch, hergestellt, so würde die gesamte Schlauchwandung durchgehend die Temperatur annehmen, welche zur Erzielung der vorbestimmten Oberflächenbeschaffenheit vorgesehen ist. Das wäre aber unerwünscht, denn die zur Erzielung einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit erforderliche Temperatur soll möglichst nur auf der Oberfläche vorhanden sein. Die Temperatur im Innern des Schlauchquerschnittes ist zweckmässig tiefer. Praktisch soll die Oberflächentemperatur relativ hoch sein, während die Temperatur im Inneren des Querschnittes hinreichend unterhalb der durch Zersetzungserscheinungen des Kunststoffes bedingten Grenztemperatur desselben liegen muss.
Um die Wirkung der zusätzlichen Erwärmung zuverlässig auf die Oberfläche des Materials zu beschränken, wird bei dem Verfahren nach der Erfindung die Kunststoffmasse nur im Bereich des ohne Formänderung weiterleitenden Teiles der Ringspaltdüse oberflächlich auf eine Temperatur erwärmt, welche höher ist als die Temperatur im letzten, an der Formgebung der Kunststoffmasse beteiligten Teil der Ringspaltdüse.
Weil die Erwärmung der Kunststoffmasse auf eine höhere Temperatur, dabei im Gegensatz zum vorbekannten Verfahren nicht bereits im formgebenden Teil derDüse, sondern nurim ohne Formänderung weiterleitenden Teil derselben erfolgt, bleibt die Erwärmung der Kunststoffmasse auf die höhere Temperatur auf die Oberfläche der Kunststoffmasse beschränkt. Auf diese Weise gelingt es, der Oberfläche des Schlauches die Temperatur zu erteilen, welche zur Erzielung einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit optimal ist, und es kann gleichzeitig im Innern des Schlauchquerschnittes die Temperatur bei behalten werden, welche im Interesse der Aufrechterhaltung der Kunststoffqualität erforderlich ist.
Das Patent betrifft auch einen Spritzkopf an einem beheizten Extruder zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Ringspaltdüse dieses Spritzkopfes hat einen oder mehrere formgebende Teile, einen die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitenden, an einem Ende die Austritts- öffnung aufweisenden Teil und wenigstens einen Heizkörper zur zusätzlichen Erwärmung der Kunststoffmasse vor der Austrittsöffnung.
Bei dem Spritzkopf der Erfindung ist wenigstens ein Heizkörper nur im Bereiche des Teiles der Düse angeordnet, welcher die Kunststoffmasse ohne Form änderung weiterleitet, und am Ende die Austritts öffnung aufweist, und dieser Heizkörper ist zur Erzeugung einer Temperatur der Düsenwandung dieses Teiles bemessen, welche höher ist als die Temperatur der Düsenwandung des letzten formgebenden Teils.
Vorzugsweise ist zwischen dem die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitenden Teil der Düse und dem angrenzenden formgebenden Teil der Düse eine Wärmestaurille gebildet.
Das Patent betrifft weiterhin einen glatten Schlauch aus thermoplastischem Kunststoff, welcher Schlauch nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Spritzkopfes dargestellt. Im Zusammenhang damit wird auch das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Spritzkopf und einen Teil eines aus diesem Spritzkopf austretenden Schlauches.
Der dargestellte Spritzkopf besitzt einen Gehäuseblock 1, mit einem flüssigkeitsdicht eingesetzten Einsatz 2, der von einer Mutter 3 gehalten ist. Der Gehäuseblock 1 kann (mit nicht dargestellten Heizmitteln) geheizt sein. Zwischen dem Gehäuseblock 1 und dem Einsatz 2 wird ein ringförmiger Kanal 4 gebildet, welcher von einer (nicht gezeichneten) Schneckenpresse des Extruders über einen konischen Vorraum 4a in Richtung des Pfeiles A mit dem geschmolzenen, unter Druck stehendem, thermoplastischen Kunststoff gespeist wird. Der ringförmige Düsenspalt 5 ist zwischen zwei Lippen 6 und 7 gebildet, welche je einen elektrischen Heizkörper 9 bzw. 8 tragen.
Die Heizkörper 8 und 9 sind nur im Bereiche des die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitenden Teiles der Ringspaltdüse angeordnet und zur Erzeugung einer Temperatur der Lippen 6, 7 bemessen, welche höher ist als die Temperatur der Düsenwand des angrenzenden, formgebenden Teils der Düse. Zwischen dem Teil der Düse, welchem die Heizkörper 8 bzw. 9 zugeordnet sind und dem an diesem Teil angrenzenden Teil der Düse sind Wärmestaurillen 10 und 11 gebildet. Ein Teil des stranggepressten Schlauches ist mit 12 bezeichnet.
Der Schlauch 12 wird mittels in Richtung des Pfeiles B durch einen axialen Kanal 13 eingeblasener Druckluft auf mehr als den doppelten Durchmesser des ringförmigen Austrittsspaltes 5 aufgeblasen.
Mit einem Spritzkopf der beschriebenen Art, dessen ringförmiger Düsenspalt 5 einen inneren Durchmesser von 100 mm und eine Weite von 0,5 mm hatte, wurde beim versuchsweisen Verarbeiten von P. V. C. ohne Weichmacher mittels einer bestimmten Schneckenpresse ein Vordruck von etwa 200 atü im Kanal 4 erzielt und es wurden 12 kg Kunststoffmasse pro Stunde extrudiert, wobei die Temperatur des Spritzkopfes 210"C betrug. Der unter diesen Bedingungen ohne zusätzliche Heizung der Lippen 6 und 7 extrudierte Schlauch hatte eine rauhe Oberfläche, und führte nach dem Aufblasen zu einer Schlauchfolie mit ebenfalls rauher Oberfläche.
Nachdem die Lippen 6, 7 mittels der Heizkörper 8 und 9 mit einer Leistung von etwa 30 Watt auf eine Temperatur von 2200 C geheizt wurden, betrug der Vordruck im Raum 4 nur noch etwa 190 atü. Das zu extrudierende Material hatte eine Verweilzeit von 0,5 Sekunden zwischen den zusätzlich erwärmten Lippen 6, 7 der Düse, und es wurde ein glatter Schlauch erzeugt, der sich zu einem Folienschlauch mit völlig glatter Oberfläche aufblähte.
Natürlich hängen die zweckmässigen Betriebsbedingungen von den Abmessungen der ganzen Anlage und dem zu extrudierenden Material ab.
Für Polyvinylchlorid-Kunstharzmischungen mit oder ohne Weichmacher, Stabilisatoren und anderen Zusätzen sind je nach der Mischung zwischen 160 und 2200 C liegende Temperaturen der Austrittsdüse zweckmässig. Im allgemeinen liegen die günstigen Temperaturen zwischen 40 C für bestimmte Arten von Vinylazetat-Kunstharzen und 3400 C für Polykarbonate.
Die günstigste Differenz zwischen der Temperatur der die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitenden Teile der Düse und der Temperatur des in die Düse eintretenden Materials ist eine Funktion der Eigenschaften des Kunststoffes, der Daten und der Betriebsdaten des Extruders. Diese günstigste Temperaturdifferenz ist zweckmässig durch Versuche von Fall zu Fall zu ermitteln.
Der auf einer erhöhten Temperatur gehaltene, die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitende Teil der Düse erhöht die Temperatur im Querschnitt des Materials nicht, schafft jedoch bessere Gleitbedingungen für das aus der Düse austretende Material, wodurch die Erzielung einer glatten Schlauchoberfläche ohne Überhitzung des Materials möglich ist. Die Laufzeit des ohne Formänderung im zusätzlich erwärmten Teil der Düse strömenden Materials kann 0,01 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 0,1 bis 2 Sekunden betragen und dieser Teil der Düse kann auf einer Temperatur gehalten werden, welche 1 bis 25 /o, vorzugsweise 2 bis 10 0/o höher ist als die Temperatur des in diesen Teil eintretenden Materials.
Die Mittel zur zusätzlichen Erwärmung des die Kunststoffmasse ohne Formänderung weiterleitenden Teiles der Düse können unterteilt sein. Beispielsweise kann der Heizkörper aus einzelnen in ihrer Temperatur regulierbaren Segmenten bestehen.
Statt durch Heizkörper 8 und 9 können die Lippen 6 und 7 auch nach dem Wirbelstromverfahren oder auf andere geeignete Weise erhitzt werden.
Process for the production of smooth hoses made of thermoplastic material and an injection head on a heated extruder for carrying out the process
The patent relates to a process for the production of smooth tubes, in particular film tubes, from thermoplastic material such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, copolymers of vinyl acetate and vinyl chloride, cellulose acetate and other cellulose esters, polyesters, polymethyl methacrylate, polyethylene, polypropylene, polyamides, polycarbonates and the like. In this process, the melted, pressurized plastic mass is pressed through at least one shaping part of an annular gap nozzle, then through a part of this nozzle which transfers the plastic mass without changing its shape and has the outlet opening at one end, and is additionally heated before it leaves the outlet opening.
The additional heating serves to achieve a smooth surface for the end product. If, in particular, film tubes are produced, the tube that has emerged from the nozzle is inflated by compressed air blown into its cavity (so-called blowing process) and additionally stretched in its longitudinal direction.
In a known method of this type, which is used for the production of solid strands, the additional heating takes place in the areas of a shaping part (tapered in the direction of flow) and the part of the nozzle which passes on without changing its shape and has the outlet opening. In the area of the shaping part, as a result of the change in shape, additional heated material constantly passes from the surface of the strand into the interior of the cross section of the same. As a result, the additional heating is not limited in its effect to the surface of the strand.
If a hose, in particular a film hose, were produced in this way instead of a strand, the entire hose wall would continuously assume the temperature which is provided for achieving the predetermined surface quality. However, that would be undesirable because the temperature required to achieve a certain surface quality should only be present on the surface, if possible. The temperature inside the hose cross-section is expediently lower. In practice, the surface temperature should be relatively high, while the temperature in the interior of the cross section must be sufficiently below the limit temperature of the same due to the decomposition phenomena of the plastic.
In order to reliably limit the effect of the additional heating on the surface of the material, in the method according to the invention, the plastic compound is only superficially heated to a temperature in the area of the part of the annular gap nozzle which passes on without changing its shape, which is higher than the temperature in the last Part of the annular gap nozzle involved in the shaping of the plastic compound.
Because the heating of the plastic compound to a higher temperature, in contrast to the previously known method, does not take place already in the shaping part of the nozzle, but only in the part that transmits it without changing the shape, the heating of the plastic compound is limited to the higher temperature on the surface of the plastic compound. In this way, it is possible to give the surface of the hose the temperature that is optimal to achieve a certain surface quality, and at the same time the temperature can be maintained in the interior of the hose cross section, which is necessary in the interest of maintaining the plastic quality.
The patent also relates to an injection head on a heated extruder for carrying out the method according to the invention. The annular gap nozzle of this spray head has one or more shaping parts, a part which transfers the plastic compound without changing its shape, has the outlet opening at one end, and at least one heating element for additional heating of the plastic compound in front of the outlet opening.
In the spray head of the invention, at least one heating element is arranged only in the area of the part of the nozzle which passes the plastic compound on without changing its shape, and has the outlet opening at the end, and this heating element is dimensioned to generate a temperature of the nozzle wall of this part which is higher is than the temperature of the nozzle wall of the last shaping part.
Preferably, a heat retainer is formed between the part of the nozzle which transfers the plastic compound without changing its shape and the adjoining shaping part of the nozzle.
The patent also relates to a smooth hose made of thermoplastic material, which hose is produced by the method according to the invention.
The drawing shows an embodiment of the spray head according to the invention. In connection with this, the method according to the invention is also described, for example.
The single figure of the drawing shows schematically a longitudinal section through a spray head and part of a hose emerging from this spray head.
The spray head shown has a housing block 1 with an insert 2 inserted in a liquid-tight manner and held by a nut 3. The housing block 1 can be heated (with heating means not shown). An annular channel 4 is formed between the housing block 1 and the insert 2, which is fed from a screw press (not shown) of the extruder via a conical antechamber 4a in the direction of arrow A with the melted, pressurized thermoplastic material. The annular nozzle gap 5 is formed between two lips 6 and 7, which each carry an electric heater 9 and 8, respectively.
The heating elements 8 and 9 are arranged only in the area of the part of the annular gap nozzle which transfers the plastic compound without changing shape and are dimensioned to generate a temperature of the lips 6, 7 which is higher than the temperature of the nozzle wall of the adjacent, shaping part of the nozzle. Heat restorations 10 and 11 are formed between the part of the nozzle to which the heating elements 8 and 9 are assigned and the part of the nozzle adjoining this part. Part of the extruded hose is designated by 12.
The tube 12 is inflated to more than twice the diameter of the annular outlet gap 5 by means of compressed air blown in through an axial channel 13 in the direction of arrow B.
With a spray head of the type described, the ring-shaped nozzle gap 5 of which had an inner diameter of 100 mm and a width of 0.5 mm, a pre-pressure of about 200 atm was achieved in the channel 4 during the trial processing of PVC without plasticizers using a specific screw press 12 kg of plastic compound were extruded per hour, the temperature of the extrusion head being 210 ° C. The hose extruded under these conditions without additional heating of the lips 6 and 7 had a rough surface and after inflation resulted in a hose film with a likewise rough surface .
After the lips 6, 7 had been heated to a temperature of 2200 C by means of the heating elements 8 and 9 with a power of about 30 watts, the pre-pressure in room 4 was only about 190 atmospheres. The material to be extruded had a dwell time of 0.5 seconds between the additionally heated lips 6, 7 of the nozzle, and a smooth tube was produced which expanded into a film tube with a completely smooth surface.
Of course, the appropriate operating conditions depend on the dimensions of the entire system and the material to be extruded.
For polyvinyl chloride / synthetic resin mixtures with or without plasticizers, stabilizers and other additives, temperatures of the outlet nozzle between 160 and 2200 ° C. are appropriate, depending on the mixture. In general, favorable temperatures are between 40 C for certain types of vinyl acetate resins and 3400 C for polycarbonates.
The most favorable difference between the temperature of the parts of the nozzle which transfer the plastic mass without changing its shape and the temperature of the material entering the nozzle is a function of the properties of the plastic, the data and the operating data of the extruder. This most favorable temperature difference can be determined by means of tests on a case-by-case basis.
The part of the nozzle, which is kept at an elevated temperature and transfers the plastic compound without changing its shape, does not increase the temperature in the cross-section of the material, but creates better sliding conditions for the material emerging from the nozzle, which makes it possible to achieve a smooth tube surface without overheating the material. The running time of the material flowing in the additionally heated part of the nozzle without changing its shape can be 0.01 to 10 seconds, preferably 0.1 to 2 seconds, and this part of the nozzle can be kept at a temperature of 1 to 25 / o, preferably 2 to 10 0 / o higher than the temperature of the material entering this part.
The means for additional heating of the part of the nozzle which transfers the plastic compound without changing its shape can be subdivided. For example, the radiator can consist of individual segments whose temperature can be regulated.
Instead of heating elements 8 and 9, the lips 6 and 7 can also be heated by the eddy current method or in another suitable manner.