DE1214865B

DE1214865B - Verfahren zur Herstellung von Kalanderwalzen aus Kunststoffen durch Schleudern

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Publication number: DE1214865B
Application number: DEK53107A
Authority: DE
Original assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1964-06-02
Filing date: 1964-06-02
Publication date: 1966-04-21

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

214 865 Int. Ο.:

B 29c

Deutsche Kl.: 3.9 a2-S/04

Nummer: 1214 865

Aktenzeichen: K53107X/39a2

Anmeldetag: 2. Juni 1964

Auslegetag: 21. April 1966

In den letzten Jahren sind vielfach Versuche gemacht worden, um die bekannten Papier- und Baumwollwalzen in Kalandern für die Textil- und Papierindustrie durch Walzen aus Kunststoff zu ersetzen.

Bei diesen Versuchen wurden meistens Kunststoffe auf der Basis der Polyamide bzw. Superpolyamide verwendet, weil Walzen aus solchen Kunststoffen besonders gute Glätteigenschaften besitzen. Da es sich bei diesen Walzen um Walzen mit verhältnismäßig großen Abmessungen handelt, z. B. Walzen von 3 bis 4 m Länge und von.Durchmessern bis zu 600 mm, erfolgt die Herstellung solcher Walzen entweder unter Anwendung der Blockpolymerisation bzw. des Nylongusses oder aus noch flüchtigem Polyamidmaterial, welches unmittelbar vom Extruder in Schleuderformen eingegeben wird.

Es sind auch Versuche gemacht worden, Granulate als Ausgangsmaterial zu verwenden und dieses Material unter Temperatureinwirkung im angeschmolzenen Zustand zu Rohren zu schleudern.

Für den praktischen Betrieb !wurden im allgemeinen keine massiven Walzen, sondern Rohrwalzen hergestellt, welche dann als Walzenüberzüge, die aufgeschrumpft wurden, oder als Manchons, d. h. rohrförmige Hohlkörper, die zwischen zwei Walzen arbeiten, verwendet wurden.

Das einfachste Verfahren zur Herstellung solcher Rohrwalzen verwendet die Blockpolymerisation bzw. den Nylonguß. Bei diesem Verfahren werden mehrere Komponenten Netzkatalysatoren gemischt und bei verhältnismäßig geringen Temperaturen vergossen. Die Formen sind hierbei beheizt. Die Temperaturen leiten die Polymerisation ein. Der Vorgang verläuft exotherm, wodurch die Gewähr gegeben ist, daß das gesamte Flüssigkeitsvolumen mehr oder weniger schnell polymerisiert, auch wenn zunächst nur ein Teil der Moleküle mit der erwärmten Form in Berührung kommen.

Alle Arbeitsversuche mit Walzen, welche nach diesem Verfahren hergestellt wurden, verliefen jedoch negativ, da die auf diese Art hergestellten Walzen beim Arbeitseinsatz unter der Belastung von Druck und Temperatur keine Formbeständigkeit zeigten.

Untersuchungen haben nun ergeben, daß die mangelnde Formbeständigkeit auf innere Spannungen in den Kunststoffrohren zurückzuführen ist. Diese Spannungen können durch eine nachträgliche Wärmebehandlung verringert, aber nicht gänzlich aufgehoben werden. Die Ursache der Spannungen ist darin zu suchen, daß alle unter Anwendung der Blockpolymerisation und des Nylongusses her-Verfahren zur Herstellung von Kalanderwalzen
aus Kunststoffen durch Schleudern

Anmelder:

Eduard Küsters Maschinenfabrik,

Krefeld/Gladbacher Str. 457

gestellten Walzen und auch die mit aus. dem Extruder kommenden Material und in flüssigem Zustand geschleuderten Rohrwalzen außer der normalen Schrumpfung, welche den Wärmedehnungsfaktor zur Ursache hat, einen Polymerisationsschrumpf aufweisen. Dieser Schrumpf ist beträchtlich und kann je nach der Härteeinstellung zwischen 3V2 bis 4% betragen. Da die Polymerisation, über das gesamte Füllvolumen einer Guß- oder Schleuderform betrachtet, nicht vollkommen gleichmäßig verläuft, sind die großen Spannungseinlagerungen im Werkstück verständlich.

Die Gleichmäßigkeit des Schrumpfens in drei Ebenen ist dann ausgeschlossen, wenn sich zur gleichen Zeit beim Polymerisationsvorgang mehr oder ,weniger bereits verfestigte Molekülanhäufungen neben noch flüssigen Molekülansammlungen befinden. Da die Initialzündung zu der Polymerisation von der erwärmten Form ausgehen muß und darüber hinaus noch eine Reaktionswärme auftritt, welche von außen her nicht mehr gesteuert werden kann, kann mit einer gleichen Polymerisation des ganzen Füllvolumens zu einem gleichen Zeitpunkt nicht gerechnet werden. Die verbleibenden Spannungen in dem fertiggestellten Körper werden um so größer, je größer das Füllvolumen ist. Mit anderen Worten: Je größer die Walzenrohrkörper sind. Es konnte nachgewiesen werden, daß bei kleinsten und kleinen Walzen das Freiwerden der Spannungen, also die Deformationen, während des Betriebes nicht oder nur geringfügig auftreten, während bei größeren Walzenlängen und Durchmessern die Formbeständigkeit so absinkt, daß diese Walzen in der Praxis nicht zu verwenden sind.

Weder die Wärmebehandlung über mehrere Tage konnte hier eine Abhilfe schaffen, noch vermochten die Versuche, durch thermische und mechanische Belastung der Walzen die Formveränderungen zunächst durch Freimachen der Spannungen zu er-

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zwingen und durch anschließende mechanische Nacharbeit die Formänderungen wieder zu beseitigen, dieses Problem zu lösen.

Durch jede mechanische Nacharbeit werden die Ringspannungen an den Walzenoberflächen teilweise abgebaut. Damit werden wieder andere Spannungen bzw. Spannungsdifferenzen frei, welche bei nochmaliger thermischer und mechanischer Belastung erneut zu Formveränderungen führen.

Es ist nun gefunden worden, daß die Formbeständigkeit der Rohrkörper wesentlich größer wird, wenn diese Rohre in einem Schleudervorgang hergestellt werden, bei welchem eine so große Normalbeschleunigung — in m/s² angesetzt wird, daß die Fliehkraft

bei weitem die Polymerisationsschrumpfkraft übersteigt. Bei solch großen Fliehkräften wird das Material derart in die endgültige Form gezwungen, daß die Schrumpfkraft aus dem Polymerisationsvorgang nicht mehr in der Lage ist, die Form, welche der Schleuderdurchmesserform entspricht, zu ändern.

Der Körper erhält, im Querschnitt gesehen, eine Ringspannung, welche in ihrer Größenordnung den Spannungen, die sich aus dem ungleichen Schrumpfprozeß der Polymerisation ergeben, weit überlagert ist. Darüber hinaus wird eine wesentlich gleichmäßigere Gefügeorientierung erreicht, als sie mit den bisher verwendeten Schleuderprozessen, die mit wesentlich kleinerer Normalbeschleunigung arbeiten, möglich ist. Je kleiner die Schleuderkräfte sind, um so mehr verschieben sich die in der Polymerisation befindlichen Partien in Umfangsrichtung der Schleuderform zueinander. Es konnte beobachtet werden, daß bei den in gebräuchlicher Weise im Schleuderverfahren hergestellten Rohren eine Unzahl von Überlappungen auftreten, die nach der Mitte des Rohres in ihrer Häufigkeit zunehmen.

Die jeweilige Verschiebung von mehr oder weniger in der Polymerisationsphase befindlichen MoIekülanhäufungen muß aber zwangläufig zu einer partiell ungleichen Schrumpfung und damit zu mehr oder weniger latenten Spannungen führen. Bei späterer Belastung der Rohrwalze, besonders bei thermischer Belastung, lösen sich diese Spannungen und führen dabei zu Formveränderungen.

Rohrwalzen, welche im Schleuderverfahren bei großer Normalbeschleunigung hergestellt werden, zeigen ein wesentlich besseres Verhalten hinsichtlich der Formbeständigkeit als alle Walzen, welche mit

ao den bisher üblichen Normalbeschleunigungen hergestellt worden sind.
Die Normalbeschleunigung ist durch die Formel

rw* bzw. — in" m/sec² bestimmt und wird häufig als

ein Vielfaches der Erdbeschleunigung g=9,81 m/sec² angegeben. Hierbei bedeutet r den Radius, w die Winkelgeschwindigkeit und ν die Geschwindigkeit. Es ergeben sich beispielsweise für verschiedene Umdrehungszahlen η und Durchmesser nachstehende Werte von g:

n/min	I	Durchmesser mm	rw², in/sec¹
2000	I	450 350 250	1000 g 780 g 560 g
1500	I	450 350 250	550 g 430 g 300 g
1000	r	450 350 250	250 g 195 g 140 g
500	450 350 250	60 g 47 g 33 g

Walzen, welche mit 550 g hergestellt wurden, zeigten eine gute Formbeständigkeit bei Temperaturen von etwa 60° C, einer Arbeitsgeschwindigkeit von 250 m/min und bei Drücken zwischen 200 und 300 kg/cm Walzenlänge.

Bei Walzen, welche mit 1000 g hergestellt wurden, konnte die Belastung bis auf 60° C bei 400 m/min Arbeitsgeschwindigkeit und Drücken zwischen 200 und 300 kg/cm Walzenlänge gesteigert werden, ehe Formänderungen auftraten.

Bei allen Walzen, welche nach den bisher üblichen Methoden des Gießens oder Schleuderns unter den bisher gebräuchlichen Bedingungen hergestellt wurden, ist die Belastbarkeit bis zum Eintreten der Oberflächendefotmation ganz wesentlich geringer.

Selbstverständlich müssen bei einem Schleudervorgang mit einer sehr großen Normalbeschleunigung alle Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, welche sich insbesondere auf die statische und dynamische Auswuchtung des Schleuderkörpers und die Fundamentierung beziehen. Ohne diesen Aufwand ergeben sich keine Walzen mit genügender Formbeständigkeit.

Bei Walzen mit verhältnismäßig großem Durchmesser, aber kleiner Walzenlänge, genügen Schleudervorrichtungen, welche in der Horizontalen arbeiten. Bei Walzen mit großem Durchmesser und großer Länge empfiehlt es sich, die Herstellung in einer Vertikalschleuder vorzunehmen. Es wurde nämlich gefunden, daß Walzen, welche unter großer Normalbeschleunigung und in einer horizontalen Schleuder hergestellt werden, nach der Wärmebehandlung in ihrem Durchmessermaß unverändert bleiben, während die Lange kurzer wird. Dies läßt darauf schlie-

ßen, daß das Schrumpfen durch die Polymerisation in axialer Richtung durch die großen Fliehkräfte teilweise verhindert wird. Daher erscheint es zweckmäßig, wenn bei dem Polymerisationsvorgang auch ein axialer Druck ausgeübt wird. Bei Walzen großer Länge würde ein solcher Druck schon durch die Größe der Flüssigkeitssäule sich ergeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Walzen für Kalander usw. aus Kunststoff, insbesondere Kunststoff auf der Basis der Polyamide bzw. Superpolyamide, durch Schleudern, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalbeschleunigung so groß ist, daß die auftretenden Fliehkräfte die bei der Polymerisation auftretenden Schrumpfkräfte erheblich übersteigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Normalbeschleunigung von mehr als 500 g geschleudert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schleudern und der Polymerisation ein Druck in Achsrichtung der herzustellenden Walze ausgeübt wird.

4. Verfahren nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleudern in einer Vertikalschleuder erfolgt.