DE1183667B - Verfahren zur Herstellung von glatten Schlaeuchen, insbesondere Folienschlaeuchen, aus thermoplastischem Kunststoff, und Spritzkopf an einem beheizten Extruder zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von glatten Schläuchen, insbesondere Folienschläuchen, aus thermoplastischem Kunststoff, und Spritzkopf an einem beheizten Extruder zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glatten Schläuchen, insbesondere Folienschläuchen, aus thermoplastischem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Copolymere aus Vinylacetat und Vinylchlorid, Zeliuloseacetat und andere Zellulos eester, Polyester, Polymethylmetacrylat, Polyäthylen, Polypropylen, Polyamiden, Polyacrylonitrild, Polycarbonate u. dgl. Bei diesem Verfahren wird die geschmolzene, unter Druck stehende Kunststoffmasse durch eine formgebende Ringspaltdüse extrudiert, wobei die Kunststoffmasse unmittelbar vor dem Austritt aus dem Ringspalt der Düse des Extruders zusätzlich erwärmt wird. Wenn insbesondere Folienschläuche hergesteilt werden sollen, wird der aus der Düse ausgetretene Schlauch durch in seinen Hohlraum geblasene Druckluft aufgebläht (sogenanntes Blasverfahren) und zusätzlich in seiner Längsrichtung ausgezogen.
• Der Druck, unter dem das geschmolzene Ausgangsmatenal unmittelbar vor der Düse steht, ist im wesentlichen durch die Förderleitung der Presse des Extruders (in der Regel eine Schneckenpresse), den Spaltquerschnitt der Düse sowie die Viskosität und Gleitfähigkeit des geschmolzenen Kunststoffes bestimmt. Überschreitet dieser Druck eine bestimmte Grenze, so entsteht ein Schlauch mit einer rauhen Oberfläche. Die Beschaffenheit dieser rauhen Oberfläche wird in der angelsächsischen Literatur bisweilen als melt fracture (Br,uchstruktur) bezeichnet. Sie macht es z. B. bei der Verarbeitung von Hartpolyvinylchlorid oft unmöglich, eine klar transparente Folie von befriedigender Homogenität zu erzielen.
• Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Bildung einer solchen rauhen Oberfläche dadurch zu verhindern, daß der vor der Düse des Spritzkopfes herrschende Druck erniedrigt wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Querschnitt der Düse vergrößert oder zur Herabsetzung der Viskosität des Materials die Temperatur im Spritzkopf erhöht werden. Beide Wege haben jedoch Nachteile: Bei vergrößertem Düsenquerschnitt wird der Austrittswiderstand der Düse zu klein. Dadurch leiden die Homogenität des plastifizierten Materials vor der Düse (besonders bei Winkeispritzköpfen, in denen der Fluß des plastischen Materials umgelenkt werden muß) und die Gleichmäßigkeit des Endproduktes.
• Steigert man hingegen die Temperatur des Spritzkopfes,des Extruders, so entsteht - besonders bei Verarbeitung von Polyvinylchlorid in Winkelspritzköpfen - die Gefahr von Zersetzungserscheinungen; denn in den Zonen der Umlenkung gelten für die einzelnen Stromfäden verschieden lange Verweilzeiten, und es istirlicht möglich, die herrschende Temperatur überall diesen verschiedenen Verweilzeiten anzupassen.
• Nach der Erfindung wird e Entstehung der erwähnten melt fracture oder Bruchstruktur dadurch verhindert, daß die Kunststoffmasse im Anschluß an ihre Formgebung an ihrer Oberfläche erwärmt wird.
• Es hat sich gezeigt, daß der Druck vor der Düse hierdurch nur wenig aiimmt. Der im Spritzkopf entstehende Stau gewährleistet deshalb weiter volle Homogenität des zur Mündung strömenden Werkstoffes.
• Infolge der zusätzlichen oberflächlichen Erwärmung gleitet dabei das Matanal jedoch so gleichmäßig aus dem Düsenspalt heraus, daß ein Schlauch mit glatter Oberfläche ohne meist fracture (13ruchstruktur) entsteht.
• Die nur oberflächliche Anwendung der zusätzlichen Erwärmung ermöglicht es, dabei eine höhere Temperatur anzuwenden, ohne die Eigenschaften der Folie nachteilig zu beeinflussen. Durch die Anwendung einer höheren Temperatur für die zusätzliche Erwärmung wird der Effekt, eine Folie mit glatter Oberfläche zu erzielen, natürlich verbessert. Die oberflächliche Wirkung sotzt voraus, daß die zusätzliche Erwärmung nicht in dem formgebenden Teil der Düse, sondern im Anschluß an die Formgebung der Kunststoffmasse erfolgt. Während der Formgebung gelangt Material von der Oberfläche des Materialstromes in dessen Inneres oder umgekehrt vom Inneren an die Oberfläche, wobei eine gleichmäßige oberflächliche Erwärmung nicht möglich ist.
• Deshalb wird die Kunststoffmasse beim vorliegenden Verfahren erst im Anschluß an ihre Formgebung zusätzlich erwärmt, wobei es gelingt, der Oberfläche des Schlauch es die Temperatur zu erteilen, welche zur Erzielung einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit optimal ist, und gleichzeitig im Innern des Schlauchquerschnittes die Temperatur beizubehalten, welche im Interesse der Aufrechterhaltung der Kunststoffqualität nicht überschritten werden darf.
• Die Erfindung betrifft auch einen Spritzkopf an einem beheizten Extruder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieser Spritzkopf hat eine Ringspaltdüse und Heizmittel, welche den an die Austrittsõffnung unmittelbar angrenzenden Teil der Wände des Ringspalts auf einer höheren Temperatur halten als den der Austrittsöffnung abgewandten Teil. Dabei sind die Heizmittel erfindungsgemäß nur im Bereich eines an den formgebenden Teil der Düse angrenzenden Austrittsteils angeordnet.
• Der Heizkörper ist vorzugsweise ein elektrischer Heizwiderstand oder ein nach dem Wirbelstrom-Verfahren zu erhitzendes Organ. Um den Übergang der zusätzlichen Wärme von der Wand der Ringspaltdüse auf die anderen Teile des Spritzkcpfes zu erschweren, können eine oder mehrere Staurillen angebracht oder andere Vorkehrungen getroffen sein. um diesen Wärmeübergang herabzusetzen.
• Es ist ein Extruder bekannt, dessen Spritzdüse einen formgebenden Teil hat, aus dem der Folienschlauch unmittelbar austritt, um anschließend, durch kühlende Luft, welche aus Öffnungen einer schraubenlinienförmig verlaufenden Leitung austritt, die den Schlauch in einem Abstand umschließt, gekühlt zu werden.
• Es ist auch eine Spritzdüse für Kunststoffschläuche bekannt, die einen konisch erweiterten, formgebenden Teil und einen keine Formänderung bewirkenden Austrittsteil hat, in welchem aber keine zusätzliche Erwärmung erfolgt.
• Es ist weiterhin bekannt, außerhalb der Spritzdüse Führungen zur Kalibrierung des aufgeblasenen Schlauch es anzuordnen, welche geheizt oder gekühlt sind, aber keinen Einfluß darauf haben, wie das Material aus dem Ringspalt der Düse herausgleitet.
• Bei einem anderen bekannten Spritzkopf tritt der Schlauch unmittelbar aus einer formgebenden Ringspaltdüse aus. Dabei sind am Umfang des an der Formgebung beteiligten Austrittsendes der Düse mehrere Hohlräume vorgesehen, die in einzeln einstellbarem Maße mit einem Heiz- oder Kühlmittel gespeist werden. Dadurch soll die Temperatur längs des Umfangs des austretenden Schlauches von Steile zu Stelle reguliert werden, em einen Schlauch zu erzielen, dessen Wandstärke längs des Umfangs konstant ist.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spritzkopfes für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines beheizten Extruders dargestellt.
• Dieser Spritzkopf besitzt einen Gehäuseblock 1 mit einem Einsatz 2, der von einer Mutter 3 gehalten ist. Der Gehäuseblock 1 kann beheizt sein. Zwischen dem Gehäuseblock 1 und dem Einsatz 2 ist ein rmgförmiger Kanal 4 gebildet, welcher von der (nicht gezeichneten) Schneckenpresse des Extruders über einen konischen Vorraum 4 a in Richtung des Pfeiles A mit dem geschmolzenen, unter Druck stehenden thermoplastischen Kunststoff gespeist wird. Der ringförmige Düsenspalt 5 ist zwischen zwei Ringen 6 und 7 gebildet, welche in die Stücke 2 und 1 eingesetzt sind und je einen elektrischen Heizkörper 9 bzw. 8 tragen. Zwischen dem Teil der Ringe 7, 6, welcher den Heizkörper 8 bzw. 9 trägt, und dem Gehäuseblock 1 bzw. Einsatzstück 2 ist eine Wärmestaurille 10 bzw. 11 vorgesehen. Der extrudierte Schlauch ist mit 12 bezeichnet, er kann mittels in Richtung des Pfeiles B über einen axialen Kanal 13 eingeblasener Druckluft auf mehr als den doppelten Durchmesser des ringförmigen Austrittsspaltes aufgeblasen werden. Die Heizkörper 8 und 9 sind nur im Bereiche der Ringe 6 und 7 angeordnet, welche an den formgebenden, konischen Teil der Düse anschließen.
• Beispielsweise wurde mit einem ringförmigen Düsenspalt 5 mit einem inneren Durchmesser von 100 mm und einer Breite von 0,5 mm beim Verarbeiten von Polyvinylchlorid ohne Weichmacher mittels einer bestimmten Sohneckenpresse ein Vordruck von etwa 200 atü im Kanal 4 erzielt und 12 kg Kunststoffmasse pro Stunde extrudiert, wobei die Temperatur der Düse 2100 C betrug. Der unter diesen Bedingungen ohne zusätzliche, nach der Formgebung erfolgende, oberflächliche Erwärmung der Kunststoffmasse extrudierte Schlauch hatte deutliche melt fracture oder Bruchstruktur, also eine rauhe Oberfläche. Nachdem die Ringe 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 180 atü. Das zu extrudierende Material hatte eine Verweilzeit von 0,33 Sekunden in dem zusätzlich erwärmten Teil der Düse. An Stelle eines rauhen Produktes wurde aber nun ein glatter Schlauch erzeugt, der beim Aufblasen einen klaren Folienschlauch mit völlig homogener Oberfläche ergab Natürlich hängen die zweckmäßigen Betriebsbaiinr gungen von dem zu extrudierenden Material ab.
• Für Polyvinylchlorid-Kunstharzmischungen mit oder ohne Weichmacher, Stabilisatoren und andere Zusätze sind je nach der Misohung zwischen 160 und 2200 C liegende Temperaturen der Austrittsdiise zweckmäßig. Im allgemeinen liegen die günstigen Temperaturen zwischen 400 C für bestimmte Arten von Vinylacetat-Kulsstharzen und 3400 C für Poly carbonate.
• Die günstigste Differenz zwischen der Temperatur der Ringe 6 und 7 der Düse und der Temperatur des in die Düse eintretenden Materials ist eine FunEon der Eigenschaften des Kunststoffes, der Daten und der restlichen Betriebsdaten des Extruders. Diese günstige Temperaturdifferenz ist zweckmäßig durch Versuchte von Fall w Fall zu ermitteln.
• Es ist zu bemerken, daß die auf einer erhöhten Temperatur gehaltenen Ringe 6 und 7 der Düse nicht zu einer nennenswerten Erhöhung der Temperatur des extrudierten Materials führen, jedoch bessere Gleitbedingungen für das aus der Düse austretende Material schaffen, wodurch die Bildung der »Bruchstruktur« verhindert wird. Die Verweilzeit des Materials zwischen den zusätzlich erwärmten Ringen 6 und 7 kann 0,01 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 0,1 bis 2 Sekunden betragen, und diese Ringe können auf einer Temperatur gehalten werden,- welche 1 bis 25°/o, vorzugsweise 2 bis 10 0/o höher ist als die Temperatur im Innern des Extruders. Die Mittel zur zusätzlichen Erwärmung der Kunststoffmasse nach der Formgebung können unterteilt sein. Beispielsweise können die Heizkörper aus einzelnen in ihrer Temperatur regulierbaren Segmenten bestehen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von glatten Schläuchen, insbesondere Folienschläuchen aus thermoplastischem Kunststoff, durch Extrudieren der geschmolzenen, unter Druck stehenden Kunststoffmasse durch eine formgebende Ringspaltdüse, wobei die Kunststoffmasse unmittelbar vor dem Austritt aus dem Ringspalt der Düse des Extruders zusätzlich erwärmt wird, d, a d u r c h gekeolnzeichnet, daß die Kunststoffmasse im Anschluß an ihre Formgebung an ihrer Ob erfläche erwärmt wird.
2. 2. Spritzkopf an einem beheizten Extruder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Ringspaltdüse und Heizmitteln, welche den an die Austrittsöffnung unmittelbar angrenzenden Teil der Wände des Ringspaltes auf einer höheren Temperatur halten als den der Austrittsöffnung abgewandten Teil, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel nur Orn Bereiche eines an den formgebenden Teil der Düse angrenzenden Austrittsteils angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 858 771; britische Patentschrift Nr. 714 194; französische Patentschriften Nr. 1 152 208, 1 103 835, 986 585; Modern Plasties, Bd. 29 (1952), Nr. 6, S. 109, 120, 196, 197.