DE102013103255B4

DE102013103255B4 - Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Integralschaumplatte

Info

Publication number: DE102013103255B4
Application number: DE102013103255.9A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lichti
Original assignee: Veka AG
Current assignee: Veka AG
Priority date: 2013-03-30
Filing date: 2013-03-30
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2033-03-31
Also published as: DE102013103255A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Integralschaumplatte mit wenigstens folgenden Schritten: – Aufschmelzen eines thermoplastischen Kunststoffs und eines Treibmittels in einem Extruder, – Auspressen der Kunststoffschmelze zu einem ebenen Plattenprofil in einer Düseneinheit (10) mit einer Düsenaustrittsöffnung (12), wobei die Düseneinheit (10) zwei innen liegenden Verteilergeometrien umfasst, die jeweils aus einem kleiderbügelförmigen oder fischschwanzförmigen Fließkanal (11) gespeist werden, wobei die beiden Verteilergeometrien durch eine Mittelplatte (15) getrennt sind, welche sich mit einer Spitze (16) bis an oder in die Düsenaustrittsöffnung (12) erstreckt, – Abkühlen und Kalibrieren der Oberflächen und/oder der Seitenkanten des Plattenprofils in wenigstens einer Kalibriereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (10) und die Mittelplatte (15) in den sich an die Verteilergeometrien und an die Fließkanäle (11) anschließenden Bereichen auf eine erste Temperatur T1 beheizt werden und dass die Mittelplatte (15) im Bereich ihrer sich in oder an die Düsenaustrittsöffnung (12) erstreckenden Spitze (16) mittels wenigstens eines in der Mittelplatte (15) angeordneten Temperierkanals (19) auf eine zweite Temperatur T2 unterhalb von T1 gekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Integralschaumplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Integralschaumplatten werden durch Extrusion aus einem mit einem Treibmittel aufgeschäumten Kunststoff wie beispielsweise Hart-PVC hergestellt. Durch die nach innen erfolgende Aufschäumung können größere Plattenstärken bei erheblich verringerter Dichte gegenüber einem Vollmaterial erzielt werden. Die extrudierte Kunststoffschaummasse wird beim Eintritt in das Düsengehäuse in zwei Materialströme aufgeteilt und durch einen Düsenspalt ausgepresst. Bei diesem an sich bekannten Verfahren wird ein Düsenwerkzeug eingesetzt. Im Düsengehäuse sind zwei kleiderbügel- oder fischschwanzförmige Verteilergeometrien gleichmäßig über der Düsenbreite verteilt ausgebildet, die von der Schmelze durchlaufen werden. Eine Mittelplatte dient dazu, den Schmelzestrom in Teilströme aufzuteilen. Die beiden Teilströme der Schmelze werden durch die beiden Düsenspalte gepresst und vereinigen sich am Ende der Fließkanäle, also am Ende der Mittelplatte, wieder.
Die Schmelze schäumt nach innen auf und durchläuft ein sich direkt anschließendes, gekühltes Kalibrierwerkzeug und anschließend eine weitere gekühlte Kalibriereinheit. Durch die Kurzkalibrierung mittels der Kühlplatte werden die beiden äußeren Oberflächen des extrudierten Stranges schlagartig abgekühlt, wodurch der Aufschäumvorgang an der Oberfläche unterdrückt wird. Die Integralschaumplatte ist deshalb durch beidseitig geschlossene und glatte Oberflächen sowie einen im Inneren vorhandenen porösen Kern gekennzeichnet.
Beim Zusammenschäumen der beiden Schmelzeströme zur Plattenmitte hin können innen liegende Schaumblasen aufplatzen, die dann Gas freigeben, das in Plattenmitte, wo sich die beiden Teilströme vereinigen, zur Lunkerbildung führt. Es können im ungünstigen Fall sogar großflächig ausgedehnte “Gastaschen “ entstehen. Je dicker die Torpedomittelplatte am Austritt vor der Kühlplatte ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Blasen überdehnt werden und platzen. Im Spitzenbereich der Mittelplatte können überschüssige Gasanteile des aufschäumenden Materials abgeleitet werden.
Mit zunehmender Dicke der Torpedomittelplatte erhöht sich der Weg der beiden aufeinander zuschäumenden Teilströme und damit auch die Zeit bis zu deren Zusammentreffen in der Plattenmitte, die Zeitspanne also, in der Blasen wachsen, überdehnt werden und deshalb platzen können. Aus diesem Grund ist eine Lunkerbildung mehr bei dicken Integralschaumplatten zu beobachten als bei dünneren Stärken.
Aus der DE 8714160 U1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem außerhalb des Fließkanals im Werkzeug Kühlkanäle vorgesehen sind, um den Aufschäumvorgang abzubremsen, und zwar bei jedem der beiden Teilströme jeweils durch Kühlung von der Außenseite her. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass die Gasbildung im Kern des durch die Vereinigung der beiden Teilströme entstehenden Schmelzestrangs nicht reduziert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass insbesondere bei größeren Wandstärken die Lunkerbildung reduziert wird oder eine Bildung von Lunkern ganz vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düseneinheit und die Mittelplatte in den sich an die Verteilergeometrien und an die Fließkanäle anschließenden Bereichen auf eine erste Temperatur T1 beheizt werden und dass die Mittelplatte im Bereich ihrer sich in oder an die Düsenaustrittsöffnung erstreckenden Spitze auf eine zweite Temperatur T2 unterhalb von T1 gekühlt wird.
Die Kühlung in der genannten Zone des Werkzeugs führt zu einer gezielten Abkühlung der Schmelzegrenzschicht, welche über die Torpedomittelplatte fließt. Dies wiederum führt zu einer Unterdrückung der Zellbildung an der inneren Extrudatoberfläche. Es entsteht dort eine kompakte Haut minimaler Dicke von etwa 0,1 mm. Da die Blasen in dieser inneren Randschicht eingefroren sind, können sie sich beim Zusammenfluss der beiden Schmelzeströme nicht mehr überdehnen und platzen und können kein Gas mehr freigeben, das zur Lunkerbildung führt.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Extrusionswerkzeug 100 mit einem Düsengehäuse 10 und seitlich angesetzter, aber vorzugsweise thermisch getrennter Kühlplatte 20. Das Extrusionswerkzeug 100 besitzt ein Düsengehäuse 10 mit einem Ober- und Unterteil sowie einer dazwischen eingesetzten Mittelplatte 15, die zur Düsenaustrittsöffnung 12 hin verjüngt ist und in einer Spitze 16 ausläuft.
Ein Schmelzestrom eines thermoplastischen Kunststoffs, der über chemische und/oder physikalische Mittel aufschäumbar ist, wird von einem nicht dargestellten Extruder in das Werkzeug geleitet und darin geteilt. Die beiden Schmelzeteilströme, die durch die jeweils zwischen Oberteil und Mittelplatte bzw. zwischen Unterteil und Mittelplatte 15 eingearbeitete Verteilergeometrie gleichmäßig über die Breite verteilt und durch die Fließkanäle 11 gespeist werden, werden im Bereich der Spitze 16 durch eine insbesondere nach innen erfolgende Schäumung wiedervereinigt, wie bei der Herstellung von Integralschaumplatten an sich bekannt. Eine Entlüftungsbohrung 18 ist vor dem Bereich der Spitze 16 in die Torpedomittelplatte 15 eingebracht, um dort frei werdendes Gas über Entlüftungsbohrungen aus der Vereinigungszone der beiden Schmelzeströme in die Entlüftungsbohrung 18 hinein abzuleiten. Besser als der Versuch der Ableitung von Gasen ist es, deren Freisetzung zu vermeiden.
Erfindungsgemäß sind in der Torpedomittelplatte 15 zusätzliche Temperierkanäle 19 vorgesehen, die beispielsweise von einem flüssigen Medium wie Öl oder einem gasförmigen Medium wie Luft durchströmt werden. Das Medium besitzt eine Temperatur T2, die unterhalb der Temperatur T1 liegt, auf welche zumindest die Fließwege im Werkzeug 100 aufgeheizt werden. Der Werkstoff ist Hart-PVC. Das Werkzeug wird an den Fließwegen im Ober- und Mittelteil sowie der übrigen Torpedomittelplatte 15 auf eine Temperatur T1 von ca. 180° C geheizt. Hierzu sind Temperierkanäle 17 im Gehäuse vorgesehen. Der Schmelzedurchsatz beträgt für eine Plattenbreite von 800 mm bis 2000 mm bei einer Plattenstärke von 8 mm bis 30 mm zwischen 200 kg und 500 kg pro Stunde.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine dünne Integralschaumplatte mit einem Nennmaß von 8 mm produziert. Dazu wird ein Werkzeug mit entsprechend engem Fließkanal eingesetzt. In diesen ragt eine Spitze 16 mit einer Höhe von 4,5 mm hinein. Angesichts der geringen Höhe der Spitze 16 treffen die von oben und unten zugeführten Schmelzeteilströme schnell aufeinander und vereinigen sich vor der Spitze 16. Entsprechend ist die Strecke und die Verweilzeit für eine nach innen wirkende freie Schäumung begrenzt. Es ist ausreichend, den Bereich der Spitze auf eine Temperatur T2 von 165°C bis 170°C abzukühlen.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine dickere Integralschaumplatte mit einem Nennmaß von 24 mm produziert. Dazu wird ein Werkzeug mit entsprechend weitem Fließkanal eingesetzt. In diesen ragt eine Spitze 16 der Mittelplatte 15 mit einer Höhe von 15 mm hinein. Angesichts der großen Höhe der Spitze 16 treffen die von oben und unten zugeführten Schmelzeteilströme verzögert aufeinander und vereinigen sich erst weiter vor der Spitze 16. Entsprechend ist eine recht große Strecke vorgegeben, bis die Teilströme aufeinander treffen und deshalb ist auch die Verweilzeit für eine nach innen wirkende freie Schäumung entsprechend lang. Da hieraus eine hohe Gefahr einer Lunkerbildung resultiert, wird bei dem nach der Erfindung durchgeführten Verfahren eine Abkühlung des Spitzenbereichs der Torpedomittelplatte 15 um 40°C auf 140°C vorgenommen. Durch diese starke Abkühlung wird ein schnelles Einfrieren der inneren Grenzschicht des Schmelzeteilstroms bewirkt, das zu einer Hautbildung führt, welche wiederum das Platzen von Blasen und Freisetzen von Gasen vermeidet.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Integralschaumplatte mit wenigstens folgenden Schritten: – Aufschmelzen eines thermoplastischen Kunststoffs und eines Treibmittels in einem Extruder, – Auspressen der Kunststoffschmelze zu einem ebenen Plattenprofil in einer Düseneinheit (10) mit einer Düsenaustrittsöffnung (12), wobei die Düseneinheit (10) zwei innen liegenden Verteilergeometrien umfasst, die jeweils aus einem kleiderbügelförmigen oder fischschwanzförmigen Fließkanal (11) gespeist werden, wobei die beiden Verteilergeometrien durch eine Mittelplatte (15) getrennt sind, welche sich mit einer Spitze (16) bis an oder in die Düsenaustrittsöffnung (12) erstreckt, – Abkühlen und Kalibrieren der Oberflächen und/oder der Seitenkanten des Plattenprofils in wenigstens einer Kalibriereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (10) und die Mittelplatte (15) in den sich an die Verteilergeometrien und an die Fließkanäle (11) anschließenden Bereichen auf eine erste Temperatur T1 beheizt werden und dass die Mittelplatte (15) im Bereich ihrer sich in oder an die Düsenaustrittsöffnung (12) erstreckenden Spitze (16) mittels wenigstens eines in der Mittelplatte (15) angeordneten Temperierkanals (19) auf eine zweite Temperatur T2 unterhalb von T1 gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Hart-PVC ist und dass die Temperatur T1 von 175°C bis 195°C beträgt und die Temperatur T2 von 140°C bis 175°C beträgt.