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Harzzusammensetzung
für die
Extrusionsformung, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren
zu deren Formung
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Bezug zu verwandten Anmeldungen
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Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2006-316999 , deren Inhalte sind hiermit
unter Bezugnahme mit eingeschlossen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung für die Extrusionsformung, ein
Verfahren zu deren Herstellung und ein Verfahren zu deren Formung.
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2. Beschreibung des verwandten
Stands der Technik
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Extrusionsformung
ist ein weitverbreitet eingesetztes Verarbeitungsverfahren, das
für die
Herstellung von langen bzw. gestreckten Objekten wie etwa ummantelten
Kabeln zweckmäßig ist.
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Falls
z. B. eine Farbänderung
für Harzzusammensetzungen,
die aus dem gleichen Harzmaterial hergestellt sind, erwünscht ist,
sollte die Farbänderung
wünschenswerterweise
beginnend mit einem leicht gefärbten
Material und graduellen Voranschreiten zu stark gefärbtem Material
und ähnlich
beginnend von transparentem Material zu opakem Material durchgeführt werden
(siehe Seite 239 der Nichtpatentliteratur 1, Introduction
to Polymer Processing Technology, 2. Ausg. Nikkan Kogyo Shinbun
(Industrial Daily News), 31. Januar 1995).
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Dieser
herkömmliche
Ansatz ist jedoch nicht hinreichend effektiv zur Eliminierung oder
Vermeidung von großen
Mengen an Harz, die aufgrund der Farbänderungen vergeudet werden.
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Bei
der Herstellung von elektrischen Kabeln und insbesondere bei der
Herstellung von elektrischen Kabelsträngen bzw. Kabelbäumen für den Einsatz
in Automobilen, sollten die elektrischen Kabel mit Mantelschichten
mit breitgefächerten
Farben vorgesehen sein. Zahlreiche elektrische Kabel mit unterschiedlichen
Farben müssen
in kleinen Mengen hergestellt werden und verständlicherweise bedingt ein solches
Herstellungssystem eine Menge an Ausschussharz.
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Bei
einem Blick auf die 1 bis 3 bekommt
man einen Überblick,
wie das Ausschussharz sich ergibt. Die 1 bis 3 veranschaulichen schematisch,
wie Mantelschichten für
die elektrischen Kabel hergestellt werden. Ein Harzmaterial wird
in einen Extruder 1 über
einen Aufgabentrichter 1a des Extruders 1 geliefert
und das Harzmaterial wird in eine Düse 2 über eine
Förderschnecke
bzw. Schnecke 1b (nicht gezeigt) unter Erhitzen zugeführt, und
eine ummanteltes Kabel 5 wird durch Versehen des Harzmaterials
um ein Kernkabel 4 innerhalb einer Düse 3 herum erhalten.
Das Ausschussharz wird aus der Düse 3 aufgrund
des durch die Farbänderung
verursachten Überlaufs
ausgestoßen.
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Versuche
zur Wiederverwendung des Harzes waren bisher nicht erfolgreich,
weil geformte oder extrudierte Gegenstände, hergestellt aus wiederverwendeten
Harzmaterialen, zum Nachteil ihrer mechanischen Fähigkeit
bzw. Eigenschaften leicht oxidieren, und zwar auf Grund der thermischen
Vorgeschichte der wiedereingesetzten Harzmaterialien (siehe Nichtpatentliteratur
1).
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Harzzusammensetzung
bereit zu stellen, welche die Reduktion von Ausschussharz, das durch
einen Überlauf
bei z. B Farbänderung
für den
Einsatz in der Harzzusammensetzung, hergestellt vom gleichen Material,
verursacht wurde, so wie ein Verfahren zu deren Herstellung und
ein Verfahren zur Extrusionsformung vorzusehen, welche das Ausschussharz
reduzieren kann, das z. B. aus einer Farbänderung für die aus dem gleichen Material
hergestellten Harzzusammensetzungen herrührt.
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Um
die vorstehende Aufgabe zu erzielen, wird erfindungsgemäß eine Harzzusammensetzung für die Extrusionsformung
bereitgestellt, welche durch Kneten von ein Grundharzmaterial und
ein Antioxidans umfassenden Materialien in einem Knetschritt und
dann durch Pelletieren einer resultierenden Harzzusammensetzung
erhalten wird, worin das hinzuzugebende Antioxidans wenigstens zweimal soviel
ist, wie das Antioxidans, welches bei dem Kneten und bei dem Extrusionsformen
verbraucht wird.
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Ebenso
ist das Verfahren zur Erzeugung der Harzzusammensetzung für die Extrusionsformung gemäß dieser
Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer Harzzusammensetzung,
welche durch Kneten der ein Grundharzmaterial und ein Antioxidans
umfassenden Materialien und dann durch Pelletieren einer resultierten
Harzzusammensetzung erhalten wird. Das zuzumischende Antioxidans
ist wenigstens zweimal soviel wie das Antioxidans, welches beim
Kneten und Extrusionsformen verbraucht wird.
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Ferner
ist das Verfahren zur Formung einer Harzzusammensetzung für die Extrusionsformung gemäß dieser
Erfindung ein Verfahren zur Formung der Harzzusammensetzung für die Extrusionsformung,
umfassend den Schritt der Zuführung
der Harzzusammensetzung in einen Extruder, um ein extrudiertes Produkt
zu erzeugen. Die Harzzusammensetzung wird durch Kneten der ein Grundharzmaterial
und ein Antioxidans umfassenden Materialien und durch Pelletieren
einer resultierenden Harzzusammensetzung erhalten. Eine Menge des
Antioxidans, welches geknetet wird, ist wenigstens so groß wie die Menge
des Antioxidans, welches während
des Knetens und Extrusionsformens verbraucht wird. Ebenso wird eine
verbleibende Harzzusammensetzung, welche nicht in dem extrudiertem
Produkt eingesetzt wird, aus dem Extruder herausgenommen, geknetet und
in wiederverwendbare Pellets gebracht, um sie z. B. für das Extrusionsformen
zu präparieren,
die in der Extrusion eingesetzten Materialien zu verändern oder
um die Extrusionsformung anderer Produkte zu beginnen.
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Ferner
werden die wiederverwendbaren Pelltes in den Extruder als die Harzzusammensetzung
für die
Extrusionsformung zugeführt.
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Erfindungsgemäß ist in
der Zusammensetzung für
die Extrusionsformung die Menge des Antioxidans, welches hinzugegeben
wird, wenigstens zweimal so groß wie
die des Antioxidans, welches in dem Knetschritt und dem Extrusionsschritt
verbraucht wird. Dies ermöglicht
es, dass das extrudierte Produkt, welches die aus der verbleibenden
Zusammensetzung hergestellten, wiederverwendbaren Pellets hinreichend
gegen Oxidation geschützt
wird. Demgemäß können Produkte
ohne Defekte und ohne Verschlechterung der erforderlichen mechanischen
Eigenschaften hergestellt werden, und zwar selbst wenn das Ausschussharz,
d. h. das verbleibende Harz, das aus dem Extruder aufgrund z. B.
einer Farbänderung
zurückgewonnen
worden ist, als eine wiederverwendbare Harzzusammensetzung eingesetzt
wird, und die verbleibende Harzzusammensetzung, die zurückgewonnen
worden ist, wird geknetet und in wiederverwendbare Pellets für eine weitere
Runde der Extrusionsformung mit einem gewünschten Färbemittel, wie etwa einem Farbstoff
und einem hinzugegebenem Pigment, gebracht. Dies reduziert ebenso
Rohmaterialkosten und durch das Entsorgen des Ausschussharzes verursachte
Kosten. Ferner wird ebenso zur Reduktion von Treibhausgasen, d.
h. Kohlenstoffdioxid, ein ungewünschtes
Nebenprodukt der Entsorgung von Ausschussharz, beitragen.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch Lesen der folgenden kurzen Erläuterungen zusammen mit den
angehängten
Zeichnungen deutlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
schematisch, wie ein ummanteltes Kabel unter Verwendung eines Verfahrens
zur Extrusionsformung gemäß der Erfindung hergestellt
wird.
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2 zeigt Änderungsverhältnisse
der Schmelzflussrate (MFR), die beobachtet worden sind, als fünf Runden
der Knet- und Extrusionsform-Schritte
für Harzzusammensetzungen
mit unterschiedlichen Mengen an gemischten Antioxidantsen durchgeführt worden
sind.
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3 veranschaulicht
schematisch, wie das ummantelte Kabel unter Verwendung des Verfahrens zur
Extrusionsform gemäß dieser
Erfindung hergestellt wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens zur Extrusion der Verformung gemäß der Erfindung wird unter
Bezugnahme der angehängten
Zeichnungen 1 bis 3 erläutert.
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Ein
Verfahren zur Extrusionformen gemäß der vorliegenden Erfindung
erfordert, dass eine Menge an Antioxidans, das zugemischt werden
soll, wenigstens zweimal so groß ist,
wie eine Menge des Antioxidans, welche im Laufe eines Knetschrittes
und eines Extrusionsformungsschrittes verbraucht wird. Wie die Menge
des Antioxidans, welches während des
Knet- und Extrusionsformschrittes
verbraucht wird, bestimmt wird, kann folgendermaßen zusammengefasst werden.
- (a) Kneten der ein Grundharzmaterial und unterschiedliche
Mengen an Antioxidans umfassenden Materialien.
- (b) Pelletieren der resultierenden Harzzusammensetzung.
- (c) Zuführen
der Pellets der Harzzusammensetzung in einem Extruder.
- (d) Überlaufenlassen
der Harzzusammensetzung aus einer Düse.
- (e) Erhalten eines aus der Düse
ausgestoßenen Überlaufharzes
als eine Probe für
den Einsatz in der Auswertung der Schmelzflussrate (MFR).
- (f) Bestimmen einer minimalen Menge des Antioxidans, bei dem
eine Rate der Änderung
der MFR, d.h. ein Verhältnis
des MFR-Wertes der
vorstehenden Überlaufsproben
zu dem MFR-Wert des ursprünglichen
Harzes vor dem Kneten, innerhalb des Bereichs zwischen +5% und –5% fällt.
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Somit
wird die resultierende Minimalmenge des zuzumischenden Antioxidans
als die Menge des im Laufen der Knet- und Extrusionsformschritte
verbrauchten Antioxidans angenommen. Die vorstehende Prozedur wird
für eine
erforderliche Anzahl an Durchläufen
wiederholt, um die Harzzusammensetzungsproben, welche unterschiedliche
Mengen des Antioxidans umfassen, zu erhalten.
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Da
eine größere Menge
des zu knetenden Antioxidans einen größeren Wert der Schmelzflussrate
entspricht, muss eine untere Grenze der Menge des Antioxidans, das
geknetet werden soll, derart eingestellt werden, dass die Menge
des innerhalb eines betriebsbedingten sinnvollen Bereichs des MFR-Wertes
hinsichtlich des Extrusionsformprozesses verbleibt. Im Normalfall
sollte die obere Grenze das fünf-
bis zehnfache der während
des Knetschrittes und des Extrusionsformschrittes verbrauchten Menge
liegen, in Abhängigkeit
von den Typen der Harzzusammensetzungen.
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Ein
zur Herstellung der Harzzusammensetzung allgemein eingesetztes Antioxidans
bzw. Antioxidationsmittel kann im Verfahren zur Extrusionsformung
dieser Erfindung ohne zusätzliche
Verarbeitung eingesetzt werden. Zum Beispiel können die folgenden eingesetzt
werden: Irganox 1010, Irganox 1076, Irganox 1330, Irganox 3114 von
Ciba Speciality Chemicals Inc., Adekastab A0-80 und Adekastab A0-412S
von Asahi Denka Co., Ltd. Von diesen werden ein oder mehrere Antioxidantien
ausgewählt
und unter Berücksichtigung
der Kompatibilität
mit dem Grundhaftmaterial, der Retention bzw. Laufzeit und Fließfähigkeit
vermischt.
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1 veranschaulicht,
wie das ummantelte Kabel unter Verwendung des Verfahrens zur Extrusionsformung,
das durch diese Erfindung genannt worden ist, hergestellt wird.
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Eine
Harzzusammensetzung für
die Extrusionsformung wird geknetet und in Pellets mit einer gewünschten
Gestalt und Eigenschaften geformt, und dann in einen Aufgabetrichter
eines Extruders 1 zugeführt
und wird um das Kernkabel, das in eine Düse 3 eingeführt worden
ist, herum extrudiert. Und somit wird ein ummanteltes Kabel erhalten.
Die vorstehende Harzzusammensetzung schließt Antioxidans in einer wenigstens
2-fachen Menge wie die, die in dem Knetschritt und dem Extrusionsformschritt
verbraucht wird, mit ein.
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Um
zum Beispiel für
die Extrusionsformung vorbereitet zu sein, um die Materialien, die
in der Extrusion eingesetzt werden, zu verändern oder um die Extrusionsformung
anderer extrudierter Produkte zu beginnen, wird ein ungenutztes
extrudiertes Harz, welches nicht in einem extrudierten Produkt eingesetzt
worden ist, aus dem Extruder 1 zurückgewonnen und wird in einen
Kneter 7 hineingegeben, so dass die zurückgewonnene Harzzusammensetzung bis
zur Gleichförmigkeit
geknetet wird. Das Antioxidans kann so hinzugegeben werden, dass
die Menge des gekneteten Antioxidans wenigstens zweimal so groß für die Menge
des während
des Knetens und der Extrusionsformung verbrauchten Antioxidans ist. Ebenso
kann ein färbendes
Material wie etwa ein Farbstoff und ein Pigment hinzugegeben werden.
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Als
nächstes
wird die vorstehend erläuterte resultierende
Harzzusammensetzung in einen Extruder 8 eingeführt und
aus einem Extruder 8 in verlängerter Gestalt bzw. gestreckter
Gestalt extrudiert, in geeigneter Länge mittels eines Messers 9 geschnitten
und somit werden die wiederverwendbaren Harzzusammensetzungspellets
erhalten. Auf diese Art und Weise werden die wiederverwendbaren
Pellets, hergestellt aus der verbleibenden Harzzusammensetzung,
alleine eingesetzt oder mit Pellets, hergestellt aus frischen Harzzusammensetzungen,
geknetet und werden in den Aufgabetrichter des Extruders 1 eingeführt und
um ein Kernkabel, welches in die Düse 3 eingeführt worden
ist, herum extrudiert und somit wird ein ummanteltes Kabel hergestellt.
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Bei
der Auswertung der Leistung der Harzzusammensetzung gemäß dieser
Ausführungsform wurde
eine polypropylen-basierte Harzzusammensetzung für die Kabelummantelung eingesetzt.
75 Gewichtsteile des Blockcopolymeren vom Typ E-150GK (Primepolymer
Co., Ltd.) als ein Polypropylen, 25 Gewichtsteile R110E (Primepolymer
Co., Ltd.) als ein olefinisches thermoplastisches Elastomer (TPO),
50 Gewichtsteile KISUMA 5 (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) als
ein flammhemmendes Mittel wurden entsprechend eingesetzt. Auf Basis
dieser Anteile wurden die mit 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 5, und 10 Gewichtsteilen
des Antioxidans Irganox 1010 (Ciba Speciality Chemicals Inc.) gekneteten
Zusammensetzungen ausgewertet. Die Harzzusammensetzung ohne Antioxidans
bzw. Antioxidationsmittel wurde ebenso ausgewertet.
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Als
erstes wurden die Mengen an Antioxidans, das im Laufe der Knet-
und Extrusionsformschritte verbraucht wurde, hinsichtlich dieser
Harzzusammensetzungen überprüft. Das
Ergebnis betrug 1,5 Gewichtsteile.
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Als
nächstes
wurden die Raten der Prozentsätze
der Änderung
der MFR-Werte für
diese Harzzusammensetzungen ausgewertet, wenn fünf Runden der Knet- und Extrusionsformschritte
durchgeführt
wurden, wobei die MFR der Harzzusammensetzung unmittelbar nach der
Herstellung als 100 angenommen wurde. Die Ergebnisse sind in 2 gezeigt,
wobei Gewichtsteile die Einheit für die Menge des hinzugegebenen
Antioxidans ist.
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Unter
Bezugnahme auf 2 gilt, dass wenn der Bereich
der Menge an hinzugegebenen Antioxidans mit innerhalb des Bereichs
von 0–5
Gewichtsteilen lag, führt
eine größere Menge
an hinzugegebenen Antioxidans zu einer kleineren Rate der MFR-Änderung. Zusätzlich gilt
bei einer gegebenen größeren Menge
an hinzugegebenen Antioxidans in diesem Bereich, dass die wiederholten
Schritte des Knetens und des Extrusionsformens den MFR-Wert weniger signifikant
beeinflussen. Übrigens
umfasst eine Runde der Knet- und der Extrusionsschritte jeweils
einen der durchzuführenden
Knet- und Extrusionsschritte.
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Wenn
ein Harzzusammensetzungstyp, der 3 Gewichtsteile dieser Antioxidans
mit einschließt,
was zweimal soviel wie die Menge des während der Knet- und Extrusionsformschritte
verbrauchten Antioxidans (1,5 Gewichtsteile) ist, eingesetzt wird,
wird der MFR-Wert nicht größer, selbst
wenn zwei Runden an Knet- und Extrusionsformschritten durchgeführt werden.
Dies unterscheidet scharf von dem Phänomen der Harzzusammensetzungstypen,
die nur 2,5 Gewichtsteile oder weniger an Antioxidans mit einschließen. Der
Harzzusammensetzungstyp, der 5 Gewichtsteile oder 10 Gewichtsteile
an Antioxidans umfasst, zeigt ebenso ähnliche Tendenz.
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Es
ist jedoch anzumerken, dass der MFR-Wert zu groß für die Harzzusammensetzung wird,
die in dem Extrusionsformprozess für die Kabelummantelungen eingesetzt
wird, falls 10 Gewichtsteile an Antioxidans hinzugegeben werden.
Die Harzzusammensetzung von diesem Typ hat deshalb keine praktische
Anwendung.
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Die
Harzzusammensetzungen, welche durch Zugabe von entweder 3 Gewichtsteilen
oder 5 Gewichtsteilen des Antioxidans hergestellt worden sind, und
welche durch eine Runde der Knet- und
Extrusionsformschritte hindurch gegangen sind, wurden bei der Auswertung
unter der Annahme eingesetzt, dass dies die Harzzusammensetzung
ist, die aus einer Düse
aufgrund eines Überlaufs,
verursacht durch eine Farb- oder Produktänderung, verursacht wird. Die
vorstehend ausgestoßene
Harzzusammensetzung wurde geknetet und in wiederverwendbaren Pellets
ausgestaltet und das ummantelte Kabel wurde hergestellt. Durch die
Auswertung wurde verifiziert, dass durch visuelle Beobachtung auf
der Oberfläche
der Produkte es nicht zu Defekten wie etwa Verfärbungen kommt.
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Es
wurde ebenso bestätigt,
dass die Eigenschaften, die für
Kabelummantelungen erforderlich sind, wie etwa die Zugfestigkeit
und die Zugdehnung nicht verschlechtert werden, und zwar verglichen
mit einer Kabelummantelung, erzeugt durch eine frische Harzzusammensetzung,
die 1,5 Gewichtsteile der Antioxidans umfasst.