Verfahren zum Herstellen von Hohlprofilen aus Thermoplasten
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Hohlprofilen aus thermoplastischen Stoffen. Sie betrifft im besonderen die Herstellung von Hohlprofilen mit besonders glatter Oberfläche und unter Anwendung des bekannten Folienblasverfahrens die Herstellung von glasklaren Folienschläuchen.
Hohlprofile aus Thermoplasten werden im allgemeinen auf Strangpressen mit vorgeschalteten und gegebenenfalls profilierten Ringdüsen hergestellt. Je nach den Eigenschaften des Werkstoffs und der Stärke der Wandung entsteht entweder ein steifes Rohr oder ein mehr oder weniger flexibler Schlauch. In noch plastischem Zustand kann ein solcher durch Quetschwalzen abgeschlossener Schlauch durch das Einpressen eines gasförmigen Mediums unter wesentlicher Aufweitung zu einer Schlauchfolie verformt werden. Diese Verformung erfolgt meistens bei Temperaturen oberhalb des Erweichungs- oder Kristallitschmelzpunktes und wird dann als Recken biezeichet. Schwieriger ist ein als Strekken bezeichnetes Verformen unterhalb des Erweichungs- und Kristallitschmelzpunktes auszuführen.
Beim Strecken sind auf den Schlauch Kräfte auszu üben, die beträchtlich höher ! als die eines Reckvorganges liegen. Häufig muss der Folienschlauch für das Strecken nochmals bis in die Nähe des Erweichungspunktes erwärmt werden.
In diesem Zusammenhang ist es zur Herstellung von Mehrschichtrohren und -schläuchen bereits bekannt, unmittelbar vor dem Austrittsquerschnitt der Düse einen stirnseitig geschlossenen Druckraum anzuordnen. Dieser Raum wird mit einem Druckgas gefüllt, das die überein andergeschobenen Schläuche bzw. Rohre in n noch pla- stischem Zustand von innen her gegen eine steife äussere begrenzende Wandung presst (DAS 1117 862).
Es handelt sich hierbei also um einen im Schlauchinnern herrschenden Druck gegenüber einer Wand, an der der extrudierte Schlauch einer erheblichen Reibung unterliegt. - In ähnlichem Zusammenhang ist es auch bereits bekannt, das Schlauchprofil mittels eines durch Öffnungen in der äusseren Stützwand wirkenden Unterdrucks fest gegen diese anzupressen und dadurch die Kalibrierung der Rohre bzw. der Schläuche zu verbessern. - Die durch solche Massnahmen erheblich gesteigerte äussere Reibung setzt naturgemäss die grösstmögliche Strangpressgeschwindigkeit herab und beeinträchtigt bei der Herstellung von klarsichtigen Blasfolien deren Transparenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Hohlprofilen so zu verbessern, dass sich für Rohre eine exaktere Kalibrierung und bei einer nachfolgenden Reckung oder Streckung zu Schlauchfolien die bestmögliche Oberflächenbeschaffenheit und Transparenz ergibt. - In letzterem Zusammenhang ist durch die belgische Patentschrift 578 741 schon ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Ausführung bekannt geworden, bei der auf die Ebene der Ringdüse ein etwas grösserer Hohlzylinder druckdicht aufgesetzt ist, der den entstehenden Schlauch mit geringem Abstand umgibt.
Das äussere Ende dieses auch als Temperkammer bezeichneten Hohlzylinders ist zur Bildung einer Verengung entsprechend dem Durchmesser des extrudierten Schlauches eingezogen. In den zylindrischen Ringraum wird ein gasförmiges Druckmittel eingeführt, das den entstehenden Schlauch über seinen noch plastischen Bereich hinweg von aussen stützt und dem inneren Druck etwa das Gleichgewicht hält.
Es ist auch bereits bekannt, den Überdruck in der Temperkammer durch eine Drosselung ihres Austrittsquerschnitts in gewissen Grenzen zu regeln. Eine Reibung des Schlauches gegenüber der am Ende des Zylinders gebildeten Engstelle tritt erst jenseits der Frostlinie des Werkstoffes auf, wenn die Temperkammer hinreichend lang gewählt wird. Die Durchsichtigkeit des nachfolgend unter nochmaliger Erwärmung zu reckenden und zu streckenden Schlauchs wird durch eine solche Stützanordnung unmittelbar hinter der Ringdüse zwar verbessert, es ist aber nicht möglich, den Stützdruck im den Schlauch umgebenden Ringraum hinter der Ringdüse während des Betriebes in genügend wei tem Bereich zu ändern, da das Druckmittel an der Engstelle austreten kann.
Es wurde nun gefunden, dass sich die bekannten Strangpressverfahren für Rohre sowie Verfahren zum Herstellen von Schlauchfolien weiter verbessern lassen und bessere CkbierflächenbeschaSenheiten und Kiarsicht- eigenschaften erzielt werden, wenn das Hohlprofil aus der Ringdüse unmittelbar in einen ganz oder teilweise flüssigkeitsgefüllten Raum hineingepresst wird, in dem der auf das Hohlprofil von aussen ausgeübte Druck durch Andern der Höhe einer Flüssigkeitssäule geregelt wird.
Zweckmässig wird zwischen der Ringdüse und der Flüssigkeitssäule ein Gaspolster eines bestimmten, von der Höhe der Flüssigkeitssäule abhängenden Druckes aufrecht erhalten. Ferner lässt sich vorteilhaft ebenfalls die Standhöhe der Flüssigkeit in dem den Schlauch umgebenden Raum durch Anlegen eines regelbaren Unterdrucks zwischen der Düsenebene und dem Flüssigkeitsspiegel heben und senken. Die Flüssigkeit bildet hierbei am Ausgang des den Schlauch umgebenden und diesen von aussen stützenden Druckraums einen vollkommenen Abschluss.
Nach diesem Verfahren hergestellte Rohre beliebigen Querschnitts zeichnen sich auf Grund der unmittelbar an der Düsenplatte einsetzenden Kühlung nicht nur durch bessere Masshaltigkeit und Profiltreue über grosse Längen hinweg aus, sondern ermöglichen es auch, die Strangpressgeschwindigkeit wesentlich zu steigern. Es wurde ferner festgestellt, dass nach diesem Verfahren, hergestellte Folienschläuche weitestgehend amorphe Struktur besitzen, die sich in einer besonders hohen Transparenz äussert. - Weitere Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich besonders beim Herstellen von Profilen aus Kunststoffen, die ein Treibmittel zur Erzeugung einer zellförmigen Struktur enthalten.
Durch den in weiten Grenzen regelbaren Druck auf den stranggepressten Querschnitt unmittelbar hinter der Düse lässt sich der bisher nur unbefriedigend beeinflussbare Blähgrad gut beherrschen und in der gewünschten Grössenordnung konstant halten.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Hohlprofil im mit der Flüssigkeit ganz oder teilweise gefüllten Raum gereckt. Dazu wird die Flüssigkeitssäule gegebenenfalls kontinuierlich beheizt oder es wird ein Flüssigkeitskreislauf geschaffen, in dem eine geregelte Zur und Abführung der Wärme an anderer Stelle als der den Stützdruck bestimmenden Flüssigkeitssäule erfolgt.
In anderer Weise als bisher kann ferner der Querschnitt des strauggepressten Hohlprofils auch nach dem Passieren der einem bestimmten regelbaren Druck entsprechenden Flüssigkeitssäule verändert, insbesondere vergrössert werden. Mit Hilfe der regelbaren Flüssigkeitssäule ausserhalb des Hohlprofils und des regelbaren Gasdrucks im Inneren des Profils wird der zum Strecken erforderliche höhere Druck aufgebracht, wobei das Hohlprofil in seinem plastischen Bereich gegen den anwendbaren höheren Innendruck durch die äussere Flüssigkeitssäule von der Düse ab regelbar gestützt ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen des Verfahrens in Verbindung mit den Zeichnungen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von flexiblen Schläuchen im Querschnitt.
Ein- U-förmig gestaltetes Gehäuse 1 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeitssäule 2 im rechten freien Schenkel des Gehäuses besitzt eine Höhe, die unter Berücksichtigung der Wichte der Flüssigkeit dem im linken Schenkel an der die Ringdüse enthaltenden Düsenplatte 3 zu erzeugenden maximalen Druck entspricht. Die Düsenplatte 3 am Kopfstück 3 a der nicht näher dargestellten Schneckenpresse ist zur Verringerung des Wärmeübergangs gegebenenfalls aus Isolierstoff ausgeführt.
Das Gehäuse 1 ist druckdicht mit der Düsenplatte 3 bzw. dem Kopfstück 3a der Strangpresse verbunden.
Der Umfang des linken abgeschlossenen Schenkels bzw. dessen Querschnittsfläche ist in der Düsenplattenebene grösser als die gestreckte Länge der Ringdüse bzw. die durch diese bestimmte Querschnittsfläche. Die Schnekkenpresse drückt den plastischen Schlauch 4 fortlaufend in die Flüssigkeit 2, wobei das sofortige Einfallen bzw.
Zusammenfallen des Schlauches durch ein über das Rohr 5 in das Schlauchinnere eingeführtes gasförmiges Druckmittel verhindert wird. Der Druck der Flüssigkeitssäule 2 in unmittelbarer Nähe der Düsenplatte 3 und der Gasdruck im Schlauchinnern sind grössenordnungsmässig etwa im Gleichgewicht. Der vorteilhafte Unterschied der äusseren Abstützung des Schlauches durch die Flüssigkeit im linken abgeschlossenen Schenkel des U-förmigen Gehäuses 1 gegenüber der bisher üblichen äusseren Abstützung durch ein gasförmiges Medium ist in der Zu- bzw.
Abnahme des Druckes in Abhängigkeit von der sich ändernden Höhe hx des sich bewegenden Schlauchprofils in der Flüssigkeitssäule zu sehen. - Der abgekühlte Schlauch wird von der Abzugsvorrichtung 6 über die Umlenkrollen 6' durch das U-förmige Gehäuse gezogen, passiert gegebenenfalls noch Abstreifvorrichtungen für anhaftende Flüssigkeit und wird dann in der üblichen Weise auf Vorratsrollen gewickelt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den abgekühlten Schlauch bereits aus dem waagerechten Zweig seiner Bewegung durch eine in der Gehäusewand angebrachte Dichtlippenanordnung auf kürzerem Wege aus dem Gehäuse 1 herauszuführen.
In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des gleichen Verfahrens wiedergegeben. Die Verbindung des Kopfstücks 3a der Strangpresse mit dem U-förmigen Gehäuse 1 sowie der Abzug des abgekühlten Schlauches entspricht vollständig der Anordnung in Fig. 1. Zur Aufrechterhaltung eines Gaspolsters 7 im kurzen Schenkel des Gehäuses 1 zwischen der Düsenplattenebene und dem Pegel der Flüssigkeitssäule ist in das Kopfstück 3 a ein weiter aussen liegendes Zuführungsrohr 8 für ein gasförmiges Druckmittel eingefügt.
An einem weiter zurückliegenden, nicht näher dargestellten Ort, ist im Zuge der Gaszuführung 8 ein Absperrventil 8a vorgesehen, das ein Entweichen des in den kurzen Schenkel des Gefässes 1 eingepressten Gaspolsters verhindert. - Bei der Ausführung des Verfahrens zum Herstellen von Hohlprofilen unter Verbindung von Kunststoffen mit verhältnismässig hohem Schmelzbereich ist es vorteilhaft, das Gaspolster 7 bis auf wenige Millimeter Höhe zu verkürzen. Es dient dann im wesentlichen nur als besonders gut wärmeisolierende Schicht zwischen der Düsenplatte und dem Flüssigkeitspegel.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens, bei dem das freie Ende des mit der Düsenplatte 3 dicht verbundenen Gefässes 1 in eine mit der Flüssigkeit gefüllte Wanne la eintaucht. Hydrostatisch liegen die gleichen Verhältnisse wie bei den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 vor.- Durch den Rohrstutzen 8 in der Düsenplatte 3 wird der den Schlauch 4 umge bunde Raum so weit teilweise levakuier, t, dass der Flüssigkeitsspiegel bis zur gewünschten Höhe ansteigt. Die in diesem Fall gegebenen Druckverhältnisse im gasgefüllten und im flüssigkeitsgefüllten Teilraum des Gefässes 1 sowie der über dem Rohrstutzen 5 ausgeübte regelbare Druck im Innern des plastischen Schlauchs bewirken dessen Reckung unmittelbar hinter der Düsenplatte.
In Fig. 4 ist die Ausführung des Verfahrens mit der Abzugsrichtung des Schlauches 4 nach oben schematisch wiedergegeben. Von der Strangpresse ist wiederum lediglich die Düsenplatte 3 mit der Zuleitung 5 für die in den Schlauch einzuführende Druckluft dargestellt. Nach der regelbaren Abstützung in der Flüssigkeitssäule 7 durchläuft der Schlauch eine oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ringförmig angeordnete Heizvorrichtung 9 und wird auf die dem jeweiligen Werkstoff angepasste Reckoder Strecktemperatur gebracht. Die Quetschwalzen der Abzugsrichtung 6 schliessen den Schlauch 4 oben gasdicht ab. Durch Erhöhen und Regeln des Gasdrucks im Innern wird der Schlauch in üblicher Weise gereckt oder gestreckt, je nach Bemessung der Temperatur, die die Heizvorrichtung 9 abstrahlt.
Gegenüber den bekannten Strangpressvorrichtungen mit auf die Düsenplatte aufgesetzten Temperkammern, die am Austrittsende des Schlauchs lediglich durch eine spaltförmige Engstelle mit unvermeidlicher mechanischer Reibungswirkung oder auch durch eine an der gleichen Stelle angeordneten Blende abgeschlossen sind, ist durch die in das Gefäss 1 eingeführte Flüssigkeit in jedem Fall ein reibungsfreier druckdichter Abschluss gegeben.
Beispiel
Das Verfahren wurde an einer wie folgt aufgebauten und dimensionierten Anlage praktisch erprobt. An den Düsenkopf einer mit dem Abzug nach unten arbeitenden Schneckenstrangpresse mit einem Schneckendurchmesser von 12 mm und der Schneckenlänge 15D, einem Ringdüsendurchmesser von 20 mm und einer Spaltbreite von 0,8 mm, war ein Flansch von 250 mm Durchmesser angeschlossen. An diesem Flansch wurde ein Plexiglasrohr entsprechenden Durchmessers von 350 mm Länge dicht befestigt. Das freie Ende dieses Rohres wurde entsprechend der Anordnung nach Fig. 2 in den kurzen Schenkel eines mit Wasser gefüllten U-förmigen Gefässes getaucht. Zur Erzeugung eines Luftpolsters vor der Düsenplatte der Strangpresse war ein ausserhalb des Ringdüsendurchmessers liegendes Zuführungsrohr an eine Druckluftanlage angeschlossen.
Die Strangpresse wurde mit einer Schneckendrehzahl von 1400/min. betrieben. Aus der Düse wurde ein Schlauch aus Polyäthylen der Dichte 0,918 und dem Schmelzindex 1,5 bei einer Massentemperatur von
1950 C und einer Abzugsgeschwindigkeit von 5 m/min. extrudiert. Der Schlauch wurde auf etwa 60 mm Durchmesser, d. h. im Verhältnis 1:3 gereckt, wobei sich eine Wandstärke von 0,2 mm einstellte.
Mit der üblichen Luftkühlung gelang es nicht, die Schlauchfolie auch im Inneren so zu kühlen, dass sie hinter dem Walzenpaar beim Eintritt in das Kühlwasser nicht verschweisste. Verstärkte man den Druck der
Stützluft im Schlauchinnern, so wurde letzterer nur stärker gereckt, ohne das Verschweissen zu vermeiden.
Durch Ändern der Höhe der Flüssigkeitssäule im freien Schenkel des Gefässes änderte sich im gleichen Mass der r Druck des Luftpolsters, und der D, Druck im Schlauch- inneren wurde über das Zuführungsrohr 8 danach im gleichen Mass erhöht. Bei diesem Betriebszustand war ein Druck von 160 mm Wassersäule im kurzen ge schlossenen Schenkel des Gefässes gegeben. Der Schlauch trat jetzt, ohne dass sich das Reckverhältnis änderte, etwa kegelförmig in das Kühlwasser ein. Seine Wände wurden durch eine bis zu den Absperrwalzen reichende Luftschicht aneinandergehalten, die ihn ausserhalb des Kühlwassers wieder auf vollem Kreisquerschnitt aufblähte. Die auf diese Weise extrudierte Polyäthylen-Schlauchfolie hatte bei einer geforderten Wandstärke von 0,2 mm eine aussergewöhnlich geringe Streuung in der Stärke.
Sie war glasklar und hatte einen hohen Glanz.
Das erfindungsgemässe Verfahren sowie entsprechende Anordnungen und Vorrichtungen zu seiner Ausführung sind im Rahmen der Erfindung noch auf verschiedene Weise wandlungsfähig. Es ist zum Beispiel möglich, die auf der Düsenplatte lastende Flüssigkeitssäule schichtweise aus Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte und Eigenschaften zusammenzusetzen, um entweder zusätzliche Behandlungseffekte zu erzielen oder den Umfang der mit einem U-förmigen Gefäss von bestimmter Höhe erzielbaren Druckänderungsbereich durch die Anwendung höherer Flüssigkeitsdichten als 1 noch zu erweitern.