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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Schläuchen aus Tetrafluoräthylen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schläuchen aus Tetrafiuoräthylen
mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber Durchsikkern von Flüssigkeiten geringer
Viskosität, bei dem eine ringförmige Masse aus einer im wesentlichen homogenen Mischung
feinverteilten Tetrafluoräthylenharzes und einer flüchtigen Strangpreßhilfe durch
eine ringförmige Matrizenöffnung gedrückt wird.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen
dieses Verfahrens, welche eine konische Form und einen konischen Dorn, der in der
Form und im Abstand von dieser angeordnet ist, um einen Ringspalt zwischen den beiden
Teilen zu bilden, wobei dieser Ringspalt von einer ersten Kreiskonusfläche eines
dieser Teile und dem anderen Teil gebildet wird und in Strömungsrichtung des strangzupressenden
Materials konvergiert, eine zweite Kreiskonusfläche und eine Zylinderfläche auf
diesem einen Teil sowie eine Zylinderfläche auf dem anderen Teil, die sich gegenüber
und im Abstand von der Zylinderfläche auf dem einen Teil befindet, und an beiden
Teilen gegenüberliegende schraubenförmige Rillen und Stege zwischen den Rillen aufweist,
um den Oberflächen der strangzupressenden Masse eine Drehbewegung in entgegengesetzten
Richtungen zu erteilen.
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Polytetrafluoräthylen ist gegenüber den meisten chemischen Lösungsmitteln
inert sowie mechanisch fest und zäh, hat ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften
und kann bei Temperaturen von - 240 bis 2600 C verwendet werden. Infolge dieser
Eigenschaften ist Polytetrafluoräthylen besonders brauchbar in Form von Schläuchen
oder Taschen zur Beförderung von korrosiven Flüssigkeiten in weiten Temperatur-
und Druckbereichen.
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Es wurde bereits ein Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Polytetrafluortähylenschläuche
entwickelt, das auf der Verwendung eines feinen Pulvers beruht, welches mit einer
flüssigen organischen Strangpreßhilfe vermischt wird, um eine leichte Verformung
in die gewünschte Form unterhalb des Schmelzpunktes des Harzes zu ermöglichen.
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Bei diesem Verfahren wird die Strangpreßhilfe mit dem Tetrafluoräthylenharzpulver
vermischt, diese Zusammensetzung unter Anwendung von etwa 7 bis 20 at Druck zu einer
zylindrischen Walze vorgeformt und der Vorformling dann in eine Stempelstrangpresse
eingesetzt. Die Zusammensetzung wird mittels eines Stempels oder Stößels durch eine
Matrize gepreßt, die Strangpreßhilfe verdampft und schließlich das stranggepreßte
Erzeugnis gesintert und in der Form des fertigen Schlauches abgekühlt.
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Schläuche mit Wandstärken von 0,025 bis 0,25 cm können auf diese Weise
hergestellt werden.
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Dünnwandige Polytetrafluoräthylenschläuche der oben bezeichneten
Art können vorteilhafterweise als Ausfütterung in mit Drähten verstärkten Schläuchen
verwendet werden. Ein Schlauch dieser Art wurde entwickelt, um Arbeitsdrücken bis
zu 210 at innerhalb eines Temperaturbereiches von - 53,9 bis t 2320 C standzuhalten.
Solche Schläuche werden für den Transport von Flüssigkeiten, wie z. B.
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Turbojet-Brennstoffe, synthetische Schmieröle, hydraulische Flüssigkeiten
für Flugzeuge aus synthetischen Estern und, bei geringeren Drücken und extremen
Temperaturen, rauchende Salpetersäure in Geschossen, verwendet.
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Obgleich dünnwandige Schläuche aus Polytetrafluoräthylen, die die
Auskleidung von mit Draht verstärkten Schläuchen bilden, in hohem Maß gegen chemische
Angriffe von Flüssigkeiten, die in diesen Schläuchen enthalten sind, und gegen thermischen
Abbau innerhalb eines weiten Temperaturbereiches widerstandsfähig sind, hat sich
doch herausgestellt, daß die Schlauchauskleidung, die aus gewöhnlichem aus Pasten
stranggepreßtem Polytetrafluoräthyleii harz besteht, Flüssigkeiten mit geringer
Viskosität durch ihre Wandungen durchsickern läßt und bricht, insbesondere nachdem
sie wiederholt relativ hohen und niederen Temperaturen zyklisch ausgesetzt wurde.
Diese Schwächung des Polytetrafluoräthylenschlauches hat die uneingeschränkte Anwendung
solcher Schläuche für Flugzeugschläuche trotz der ausgezeichneten thermishen und
chemishen Grundeigenschaften verhindert.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, stranggepreßte
dünnwandige Schläuche aus
Polytetrafluoräthylen zu erzeugen, die
für Flüssigkeiten niederer Viskosität undurchlässig und gegen Bruch widerstandsfähig
sind, auch nachdem diese Schläuche wiederholt relativ hohen und niederen Temperaturen
ausgesetzt wurden.
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Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß zur Bildung von Tetrafluoräthylenharzfasern,
die sich im allgemeinen in Strangpreßrichtung erstrekken, der Querschnitt des ringförmigen
Preßstranges in an sich bekannter Weise um wenigstens 90°/o reduziert wird, daß
die Fasern der äußeren Oberflächenschicht des ringförrnigen Preßstranges gegenüber
den Fasern der inneren Oberflächenschicht dieses Preßstranges um einen Winkel von
wenigstens 150 gegeneinander versetzt werden, indem unter weiterer Verringerung
des Querschnittes der ringförmigen Masse in bekannter Weise der inneren und der
äußeren Oberflächenschicht des Preßstranges Drehbewegungen in entgegengesetzten
Richtungen aufgezwungen werden, daß die Masse zur Bildung eines Schlauches durch
eine ringförmige Matrizenöffnung ausgedrückt wird und daß hierauf die Strangpreßhilfe
entfernt und der Schlauch gesintert wird.
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Dieses Verfahren läßt sich mit besonderem Vorteil in einer Strangpresse
durchführen, bei der gemäß dieser Erfindung die zweite Kreiskonusfläche auf dem
einen Teil in Fortsetzung der ersten Fläche in Strömungsrichtung angeordnet ist
und im gleichen Sinn konvergiert, wobei die Neigung der zweiten konischen Fläche
geringer ist als die Neigung der ersten konischen Fläche; die Zylinderfläche auf
dem einen Teil in Fortsetzung der zweiten Kreiskonusfläche angeordnet ist, wobei
die Rillen auf einer zweiten Fläche auf dem anderen Teil gegenüber und im Abstand
von der zweiten Kreiskonusfläche und auf dieser zweiten Kreiskonusfläche angeordnet
sind; die Rillen und Stege weich gekrümmte Fläche aufweisen und die Tiefe der Rillen
gegen die schmalen Enden der Konusfiächen zu abnimmt; die Tiefe der Rillen das 2-
bis Sfache des Abstandes zwischen den genannten Flächen, gemessen an gegenüberliegenden
Stegen, an jeder Stelle längs der Achse des Dornes und der Form beträgt und die
Querschnittsfläche des Ringraumes zwischen den gerillten Flächen um 50 bis 95 O/o
abnimmt; und ein Stößel oder Stempel vorgesehen ist, der sich in einem sich von
der Form aus erstreckenden und den Dorn umgebenden Mantel hin- und herbewegen kann.
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Bei einer bekannten Strangpresse zur Verarbeitung von thermoplastischen
Massen zu Schläuchen ist im Gehäuse des Spritzkopfes ein Dorn vorgesehen, der ein
Außengewinde hat, das einem gegenläufigen Innengewinde des Gehäuses gegenüber angeordnet
ist. Die Gewinde sind bei diesem bekannten Gegenstand vorgesehen, um die Trennung
des Materials durch die Stege, die den Dorn haltern, rückgängig zu machen. Eine
Orientierung der Fasern im Sinn dieser Erfindung wird mit der bekannten Vorrichtung
nicht erreicht.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Strangpresse zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens im Längsschnitt; Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt längs der Linie
2-2 in Fig. 1; F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine etwas abgeänderte Ausführungsform
einer Strangpresse;
F i g. 4 zeigt einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 4-4
in Fig. 3; F i g. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform
einer Strangpresse.
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Bei der Herstellung von dünnwandigen Schläuchen aus Polytetrafluoräthylen
mittels eines Strangpreßverfahrens wird, wenn eine ringförmige Masse aus Harz und
flüchtiger Strangpreßhilfe zwischen Dorn und Matrize so vorgeschoben wird, daß der
anfängliche große Querschnitt der Masse auf die Wandstärke des gewünschten Rohres
verringert wird, eine Bildung der Harzteilchen in Fasern stattfinden. Diese Harzfasern
erstrecken sich in Strangpreßrichtung, und nach Entfernung des flüchtigen Schmiermittels,
beispielsweise durch Erwärmung, ist die faserige poröse ungesinterte Rohrstruktur
in Längsrichtung, d. h. in Strangpreßrichtung, fest, jedoch in Querrichtung dazu
schwach und kann leicht in sich in Längsrichtung erstreckende Faserbündel aufgespalten
werden.
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Während des Sinterns schrumpft der Schlauch, der frei von flüchtiger
Strangpreßhilfe ist, auf etwa 400/0 in Strangpreßrichtung zusammen, die Porosität
verschwindet augenscheinlich, und die Faserstruktur scheint infolge der Verschmelzung
unter Bildung einer homogenen Rohrwandung mit einem Hohlrauminhalt von nahezu Null
zu verschwinden.
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Die auf diese Weise hergestellten Schläuche zeigen jedoch eine Neigung
zum Durchsickernlassen und Brechen. Mikroskopische Untersuchungen von solchen Schläuchen
ergaben viele kleine Risse, die längs der Strangpreßrichtung in der Wandstruktur
verliefen. Aus der Ähnlichkeit zwischen diesen Rissen und solchen Rissen, die durch
Trennung der sich in Längsrichtung erstreckenden Fasern in den faserigen ungesinterten
Schläuchen erhalten wurden, die frei von flüssiger Strangpreßhilfe waren, wurde
geschlossen, daß, um eine undurchlässige Wandung zu erhalten, bessere Zwischenfaserverbindungen
erforderlich sind als sie mit den verfügbaren Strangpreßvorrichtungen und Strangpreßverfahren
erhalten werden konnten.
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Es wurde gefunden, daß die Tendenz des dünnwandigen Schlauches aus
Polytetrafluoräthylen zu brechen und Flüssigkeiten geringer Viskosität durchzulassen,
im wesentlichen ausgeschaltet werden kann, wenn die normalerweise lineare Faserstruktur
des Harzes des stranggepreßten Schlauches auf besondere Weise unterbrochen wird,
so daß Fasern wenigstens in einer Schicht des Schlauches um einen Winkel gegen diejenigen
Fasern versetzt werden, die die andere Oberfläche des Schlauches bilden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt Polytetrafluoräthylenschläuche
mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch und Durchsickern von Flüssigkeiten
geringer Viskosität, weil es mit ihm möglich ist, eine im wesentlichen homogene
Mischung aus feinverteiltem Tetrafluoräthylenharz und einer flüchtigen Strangpreßhilfe
so in einen Schlauch überzuführen, daß die Teilchen des Tetrafluoräthylenharzes
zu Fasern geformt und die Fasern, die in der äußeren Schicht des ausgepreßten Schlauches
liegen, gegenüber denen, die in der inneren Schicht liegen, im Winkel gegeneinander
versetzt werden.
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Die in F i g. t dargestellte Strangpresse weist einen hohlen Mantel
10 und eine Matrize 11 auf, die die Fortsetzung des Mantels bildet. Der Mantel und
die
Matrize sind als aus einem einzigen Stück und beispielsweise
aus Stahl. Sie können jedoch auch aus getrennten Teilen bestehen, die zusammengesetzt
werden. Die Matrizell ist mit einer ersten konischeu kreisförmigen Innenfläche 12
und einer zweiten konischen kreisförmigen Innenfläche 13 versehen, die in das engere
Ende der konischen Innenfläche 12 übergeht. Das engere Ende der zweiten konischen
Fläche 13 geht in eine zylindrische Innenfläche über. die eine Düse 14 bildet.
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In der Mitte innerhalb des Mantels 10 und der Matrize 11 und im Abstand
von dieser ist ein Dorn 15 angeordnet. Dieser Dorn besitzt eine konische Außenfläche
16, die in eine zylindrische Oberfläche 17 übergeht und an dem Übergang in dieser
zylindrischen Fläche endigt. Die konische Außenfläche 16 des Dornes ist so angeordnet,
daß sie sich gegenüber der konischen Innenfläche 13 der Matrize 11 befindet, und
die zylindrische Außenfläche 17 des Dornes befindet sich innerhalb der zylindrischen
Düse 14 der Matrize 11, so daß eine ringförmige Öffnung gebildet wird.
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Das andere Ende des Dornes 15, welches nicht dargestellt ist, ist
in bekannter Weise befestigt, um eine Verschiebung des Domes 15 relativ zu dem Mantel
und der Matrize 11 zu vermeiden. Es sind jedoch Einrichtungen vorgesehen, um eine
Relativdrehung des Dornes 15 gegenüber der Matrize 11 zu bewirken. Diese Anordnung
wird genauer in Zu-Zusammenhang mit der F i g. 3 beschrieben.
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Der Konus der ersten konischen Fläche 12 der Matrizell soll so sein,
daß die Querschnittsfläche des Ringraumes zwischen der Matrize 11 und dein Dom 15
wenigstens um 90°/o längs dieser Fläche verringert wird. Der Zweck dieser Flächenreduktion
ist, die Harzteilchen in Harzfasern überzuführen. Ein Konus mit einer Neigung von
etwa 50 bis etwa 75° gegenüber der Achse ist im allgemeinen ausreichend, um diese
Flächenreduktion zu bewirken, wenn die äußere Gegenseite des Dornes 15 im wesentlichen
zylindrisch ist.
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In dem Ringraum zwischen dem Dorn 15 und dem Mantel 10 befindet sich
ein ringförmiger Stößel 18, der eine hin- und hergehende Bewegung ausführen kann.
Ein nicht dargestellter hydraulischer Kolben stellt eine vorzugsweise verwendete
Einrichtung zum Antrieb des Stößels dar. Es können jedoch auch andere geeignete
Einrichtungen, wie z. B. eine Schraubenwinde, verwendet werden, um Stößel mit kleinerem
Durchmesser anzutreiben. Eine Einrichtung, die in der Lage ist, etwa 700 at Druck
an der Stirnfläche des Stößels zu erzeugen, ist hier für die meisten Anwendungszwecke
geeignet.
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Die zweite konische Innenfläche 13 der Matrize 11 ist mit mehreren
schraubenlinienförmig verlaufenden Rillen 19 und die konische Außenfläche 16 des
Dornes 15 ist in gleicher Weise mit mehreren solcher Rillen 20 versehen. Die Anzahl
der Rillen 19 und 20 kann unterschiedlich sein, jedoch soll diese Anzahl hinreichend
groß sein, um die Harzfasern, in den Oberflächenschichten des Massestromes aus Harz
und flüchtiger Strangpreßhilfe zu verschieben, so daß der Winkel zwischen den Fasern
der äußeren Oberflächenschicht und den Fasern der inneren Oberflächenschicht wenigstens
150 beträgt. Im allgemeinen ist der Dorn 15 mit etwa vier bis sieben Rillen 20 und
die Matrize 11 mit etwa fünf bis zehn Rillen 19 versehen, die ausreichend sind,
um die
oben beschriebene Verschiebung der Fasern gegeneinander zu gewährleisten.
Jede der Rillen 19 und 20 verläuft in ihrer gesamten Länge über einen Umfangsbogen
von etwa 120 bis etwa 2000 und vorzugsweise etwa 1800.
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Die Rillen 19 und 20 haben glatte, gekrümmte Oberflächen, wie am
besten aus F i g. 2 zu ersehen ist. In gleicher Weise haben die Stege 21 und 22
der Rillen 19 und 20 glatte, gekrümmte Oberflächen. Die Tiefe der Rillen 19 und
20 nimmt in Richtung gegen die Mündung der Strangpresse ab.
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In F i g. 2 ist der ringförmige Raum zwischen del zweiten konischen
Innenfläche 13 der Matrizell und der konischen Außenfläche 16 des Dornes 15 im Querschnitt
dargestellt. Dieser Raum nimmt längs der gerillten Teile der Flächen 13 und 16 gegen
die engeren Enden dieser konischen Flächen um von etwa 50 bis etwa 950/0 und vorzugsweise
um von etwa 60 bis etwa 80°/o ab. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Zwischenraumes,
auf die dabei Bezug genommen wird, besteht nicht nur aus dem Ringraum, der durch
die Stege 21 und 22 von Matrize und Dorn begrenzt ist und der zwischen den konzentrischen
Kreisen, die durch die gestrichelten Linien A und B in Fig. 2 dargestellt sind,
liegt, sondern auch in den Flächen, die durch die Rillen selbst bestimmt sind.
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Vorzugsweise entspricht die Tiefe der Rillen 19 und 20 etwa dem 2-
bis Sfachen des Abstandes zwischen den konischen Oberflächen 13 und 16 von Matrize
11 und Dorn 15, gemessen an einander gegenüberliegenden Stegen an jedem Punkt längs
dei Achse des Dornes 15 und der Matrize 11. Daher beträgt mit Bezugnahme auf F i
g. 2 die Tiefe der Rillen 19 und 20 etwa das 2- bis Sfache des Abstandes zwischen
den konzentrischen Kreisen A und B an jeder Stelle längs der gerillten Teile von
Matrize 11 und Dorn 15.
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Ein anderes wichtiges Merkmal in bezug auf die Rillen 19 und 20 besteht
darin, daß die Gesamtquerschnittsfläche sowohl der Rillen 19 als auch der Rillen
20 an jeder Stelle quer zur Achse von Matrize 11 und Dorn 15 von etwa ein Drittel
bis etwa zwei Drittel der Querschnittsfläche des Ringraumes, der durch die gegenüberliegenden
Stege der konischen kreisförmigen Flächen von Dorn 15 und Matrize 11 begrenzt ist,
beträgt. Mit anderen Worten, die Gesamtquerschnittsfläche der Rillen 19 an jeder
Stelle längs der Achse des Dornes 15 und der Matrize 11 ist gleich etwa ein Drittel
bis etwa zwei Drittel der Fläche zwischen den konzentrischen Kreisen A und B. Dieselbe
Beziehung gilt für die Rillen 20.
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Die Länge der gerillten, konischen Teile der Matrize 11 und des Dornes
15 variiert in Abhängigkeit von der Größe des Mantels 10 und des stranggepreßten
Erzeugnisses, und der Winkel der Matrizenrillen 19 ist gleich derjenigen des Dornes
15. Die gerillten konischen Teile sollen lang genug sein, um eine unterschiedliche
Verdrehung von wenigstens 3600 der Fasern gegeneinander zu erzeugen, die in. den
inneren und äußeren Schichten des stranggepreßten Erzeugnisses, das durch die konischen
Teile hindurchgeführt wird, liegen. Zum Beispiel für breite, große Schläuche mit
einem Außendurchmesser von 15,24 cm, die in einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 5
dargestellt ist, hergestellt werden, ist ein Vorformling mit einem äußeren Durchmesser
von 15,24 cm, einer Länge von etwa 30,48 bis
40,64 cm im allgemeinen
erforderlich, wohingegen für die Herstellung eines Schlauches mit 0,467 cm Außendurchmesser,
der aus einem Vorformling von 8,89 cm Außendurchmesser in einer Vorrichtung, wie
sie in Fig. 1 dargestellt ist, gefertigt wird, ein relativ kurzer Konus von 5,08
bis 10,16 cm gewöhnlich genügt.
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Die Länge des Mundstückes, das durch die zylindrische Fläche 34 der
Matrize 31 und der Fläche 37 des Dornes 25 gebildet wird, beträgt vorzugsweise etwa
das 5- bis 7fache des Durchmessers des Dornes 35 an der Mündung. Es wurde gefunden,
daß mit einem Mundstück, das diese Länge besitzt, der innere Durchmesser und die
Wandstärke des fertigen gesinterten Schlauches gleichförmiger und weniger empfindlich
in bezug auf Veränderungen der Strangpreßgeschwindigkeit und anderer Variabler ist.
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Es wurde gefunden, daß dann, wenn die oben beschriebenen Beziehungen
zwischen Dorn und Form vorliegen, Kunststoffschläuche erhalten werden, die im wesentlichen
widerstandsfähig gegen das Durchsickern von Medien geringer Viskosität sind, nachdem
die Schläuche der üblichen thermischen Behandlung unter Druck unterworfen worden
waren.
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Die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung ist im allgemeinen ähnlich
der in F i g. 1 dargestellten. Der in F i g. 3 dargestellte Mechanismus ist für
eine relative Drehbewegung des Dornes 35 gegenüber der Form während des Strangpressens
dünnwandiger Schläuche konstruiert. Es wird jedoch betont, daß die in F i g. 1 dargestellte
Vorrichtung, bei der der Dorn relativ zur Form fest angeordnet ist, zufriedenstellend
arbeitet. Trotzdem kann eine Anordnung auch mit sich gegeneinander drehender Matrize
31 und Dorn 35, wie in F i g. 3 dargestellt ist, ausgerüstet sein.
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Die in F i g. 3 gezeigte Vorrichtung besitzt einen hohlen Mantel
30 und eine Matrize 31, die eine Fortsetzung des Mantels ist. Die Matrize 31 ist
mit einer ersten konischen, kreisförmigen Innenfläche 32 und einer zweiten konischen,
kreisförmigen Innenfläche 33 versehen, welche in das engere Ende der konischen Fläche
32 übergeht. Das engere Ende der zweiten konischen Fläche 33 geht in eine zylindrische
Innenfläche einer Düse 34 über.
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In der Mitte innerhalb des Mantels 30 und der Form und im Abstand
von diesen ist ein Dorn 35 angeordnet, der eine konische, kreisförmige Außenfläche
36 aufweist, die in eine äußere zylindrische Fläche 37 übergeht und an dem Übergang
endigt.
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Die konische, kreisförmige äußere Fläche 36 des Dornes 35 ist so angeordnet,
daß sie sich gegenüber der konischen, kreisförmigen Innenfläche 33 der Matrize 31
befindet, und die zylindrische Außenfläche 37 des Dornes 35 ist innerhalb der zylindrischen
Düse 34 der Matrize 31 angeordnet, so daß sich eine ringförmige Öffnung ergibt.
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Das andere Ende des Dornes 35 (nicht dargestellt) ist so angeordnet,
daß eine Bewegung des Dornes gegenüber dem Mantel und der Form mit Ausnahme einer
Drehbewegung verhindert wird. Entweder der Mantel 30 und die Matrize 31L oder der
Dorn 35 kann mittels geeigneter Einrichtungen, die nicht dargestellt sind, in Drehung
versetzt werden, so daß ein Teil gegenüber dem anderen sich dreht.
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In dem Ringraum zwischen dem Dorn 35 und dem Mantel 30 befindet sich
ein ringförmiger Stöße138, der innerhalb des Mantels 30 durch entsprechende Einrichtungen,
wie sie in Zusammenhang mit der in
F i g. 1 dargestellten Vorrichtung angedeutet
wurden, hin- und herbewegt werden kann.
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Die zweite konische, kreisförmige Innenfläche 33 der Matrize 31 ist
mit mehreren Rillen 39 versehen, die sich im allgemeinen in axialer Richtung des
Dornes 35 erstrecken, und die konische Außenfläche 36 des Dornes 35 ist in gleicher
Weise mit mehreren ähnlich angeordneten Rillen 40 ausgerüstet. Die Anzahl der Rillen
in dem Dorn 35 kann im allgemeinen von etwa sechs bis zehn betragen, wohingegen
die Anzahl der Rillen in der Matrize 31 im allgemeinen von etwa acht bis zwölf variieren
kann.
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Die Rillen 39 und 40 sind mit glatten gekrümmten Oberflächen versehen,
wie am besten aus F i g. 4 zu sehen ist. In gleicher Weise besitzen die Stege 41
und 42 der Rollen 39 und 40 glatte, gekrümmte Oberflächen. Die Tiefe der Rillen
39, 40 nimmt in Richtung gegen das Mundstück der Strangpresse in der gleichen Weise
ab wie die Rillen 19, 20 der in F i g. 1 dargestellten Strangpresse.
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Zwischen den einzelnen Elementen der in den F i g. 3 und 4 dargestellten
Strangpresse herrschen dieselben Beziehungen wie zwischen den in Fig. 1 und 2 dargestellten
Elementen, soweit es die Konizität der ersten konischen Fläche 32 der Matrize, die
Querschnittsfläche des Ringraumes zwischen der zweiten konischen Innenfläche 33
der Form und der konischen Außenfläche 36 des Dornes, die Tiefe der Rillen 39 und
4O, die Gesamtquerschnittsfläche der Rillen und die Länge des Mundstücks betrifft.
Zum Beispiel besitzen die Rillen 39 und 48 eine Tiefe, die etwa dem 2- bis Sfachen
des Abstandes zwischen den konzentrischen Kreisen C und D in Fig.4 an jeder Stelle
längs der konischen Teile der Matrize 31 und des Dornes 35 entsprechen, und die
Gesamtquerschnittsfläche der Rollen 39 sowie ebenfalls der Rollen 40 beträgt an
jeder Stelle längs der Achse etwa ein Drittel bis etwa zwei Drittel Querschnittsfläche
des Ringraumes, der zwischen den konzentrischen Kreisen C und D an derselben Stelle
liegt.
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In F i g. 5 ist eine andere Form einer Strangpresse dargestellt,
welche jedoch in der gleichen Weise wie die Vorrichtungen nach den weiter oben beschriebenen
Figuren arbeitet. Die Vorrichtung zum Strangpressen von dünnwandigen Schläuchen
aus Tetrafluoräthylenharz mit relativ großem Durchmesser, die in F i g. 5 dargestellt
ist, besitzt einen hohlen Mantel 50 und in Fortsetzung desselben einen Matrizenteil
5n. Die Matrize 51 besitzt eine im wesentlichen zylindrische Innenfläche 52, deren
Endteil eine zylindrische Düse 53 aufweist. In der Mitte innerhalb des Mantels 50
und der Matrize 51 und im Abstand von diesen ist ein Dorn 54 angeordnet, der eine
erste konische Außenfläche 55 mit kreisförmigem Querschnitt und eine zweite konische
Außenfläche 56 aufweist, die in das breitere Ende der ersten konischen Fläche übergeht.-Die
zweite konische Fläche 56 endigt an ihrem weiteren Ende in eine äußere, zylindrische
Fläche 57, die innerhalb der zylindrischen Düse 53 im Abstand von dieser angeordnet
ist, so daß eine ringförmige Öffnung in der Düse entsteht.
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Die innere zylindrische Fläche der Matrize 51 ist mit schraubenlinienförmigen
Rillen 58 versehen, und die zweite konische äußere Fläche des Dornes 54 weist Rillen
59 auf. Die Rillen 58 und 59 sind so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen,
und die Drehrichtung der Rillen 58 ist der der Rillen 59 entgegengesetzt.
Die
Rillen 58 und 59 und die Stege zwischen diesen Rillen sind ebenfalls mit glattem,
gekrümmten oder gerundeten Oberflächen versehen, und die Tiefe der Rillen nimmt
in Richtung gegen das Mundstück der Strangpresse ab.
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In dem Ringraum zwischen dem Dorn 54 und dem Mantel 50 befindet sich
ein ringförmiger Stößel 60, der mittels geeigneter Einrichtungen, wie in Zur am
menhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, hin- und herbewegt werden kann.
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Ebenso wie bei der Vorrichtung nach den F i g. 3 und 4 stehen die
Elemente einer in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung in derselben Beziehung zueinander
wie die Elemente der in Fig. 1 dargestellten Vorrrichtung. Deshalb muß der Konus
der ersten konischen Fläche 55 des Dornes 54, die in ähnlicher Weise wie die konische
Matrizenfläche 12 in F i g. 1 arbeitet, so ausgebildet sein, daß die Querschnittsfläche
des Ringraumes zwischen Matrize 51 und Dorn 54 sich wenigstens um 900/0 längs der
konischen Fläche 55 verringert, um die Bildung von Harzfasern aus Harzteilchen zu
bewirken. Eine Neigung von etwa 50 bis 750 gegenüber der Achse ist im allgemeinen
für diesen Zweck ausreichend, wenn die gegenüberliegende Matrizeufläche nicht konisch
ist. Die Rillen 58 und 59 sollen dieselbe Tiefe und Gesamtquerschnittsfläche wie
die Nuten 19 und 20 der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung besitzen. Ebenfalls
soll die Verringerung der Querschnittsfläche des Raumes zwischen den gerillten Teilen
von Matrize 51 und Dorn 54 von etwa 50 bis etwa 95«'/o und vorzugsweise von etwa
60 bis 800/0 längs der gerillten Teile betragen.
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Beim Strangpressen von dünnwandigen Polytetrafluoräthylenschläuchen
nach dem Verfahren und mit einer der vorstehend beschriebenen Strangpressen wird
eine Beschickung vorbereitet, indem feinverteilte Harzteilchen und eine flüssige
Strangpreßhilfe, wie z. B. farbloses Paraffinöl, Naphtha u. dgl., gut durch mischt
werden. Die Menge der verwendeten Strangpreßhilfe hängt weitgehend von dem Verhältnis
der Querschnittsfläche des Vorformlings, der in die Strangpreßvorrichtung eingeführt
wird, zu der Querschnittsfläche des stranggepreßten Erzeugnisses ab.
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Im allgemeinen kann etwa 15 bis etwa 25 ovo Schmiermittel, bezogen
auf das Gewicht von Schmiermittel und Harz, bei der Herstellung von Schläuchen hoher
Qualität verwendet werden.
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Ein ringförmiger Vorformling wird dann aus dieser Mischung hergestellt,
indem die Mischung in einem Vorformzylinder, in dessen Mitte sich ein Kernstab befindet,
verdichtet wird. Die Abmessungen des Verdichtungszylinders sollen so sein, daß der
radiale Spielraum zwischen dem Vorformling und den Wandungen des Mantels der vorstehend-
beschriebenen Strangpressen etwa 0,51 bis 0,76 mm beträgt.
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Eine abgewogene Menge der Zusammensetzung, die stranggepreßt werden
soll, wird mit Sorgfalt in den Vorformzylinder geschüttet, um zu gewährleir sten,
daß das Pulver gleichmäßig um den Kernstab verteilt ist. Nachdem ein Verschlußstopfen
in den Vorformzylinder eingesetzt wurde, wird Druck angewandt, um den Vorformling
zu verdichten. Ein Druck von etwa 7 bis 21 at soll sich dabei während einiger Minuten
ausbilden und dann langsam nachlassen. Der resultierende Vorformling ist ein dichtes
lebmartiges Produkt.
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Der zum Strangpressen erforderliche Druck variiert in weitem Ausmaß
entsprechend dem Verhältnis des Querschnittes des Vorformlings zu dem Querschnitt
des rohrförmigen Produkts. Wenn dieses Verhältnis beispielsweise 250:1 ist, ist
ein Duuck von etwa 350 at an der Stirnseite des Stößels im allgemeinen erforderlich.
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Während des Strangpressens in einer Strangpresse, wie sie in Fig.
1 dargestellt ist, wird, wenn die Strangpreßmischung mittels des Stößels durch den
Ringraum, der von der konischen, kreisförmigen Fläche 12 der Matrize 11 und dem
Dorn 15 begrenzt ist, gedrückt wird, die Querschnittsfläche des Vorformlings um
900/o oder mehr verringert, und die Harzteilchen werden in Harzfasern geformt, die
sich in der allgemeinen Strangpreßrichtung erstrecken.
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Hiernach wird der faserige Vorformling mit wesentlich verringertem
Querschnitt durch den Ringraum gepreßt, der von der zweiten konischen Fläche 13
der Matrize 11 und der konischen Fläche 16 des Dornes 15 begrenzt ist. Während des
Durchganges des Vorformlings durch diesen Raum wird die Querschnittsfläche weiter
um etwa 50 bis etwa 95 °/, und vorzugsweise um etwa 60 bis 800/0, verringert. Zusätzlich
folgen die Fasern, die in den äußeren Flächenschichten und in den inneren Schichten
des ringförmigen Vorformlings liegen, dem Strömungsweg des geringsten Widerstandes,
der durch die Rillen 19 in der Matrize 11 und die Rillen 20 in dem Dorn 15 vorgegeben
ist. Auf diese Weise werden die Harzfasern, die später die äußeren Schichten des
stranggrepreßten Rohres bilden, nach rechts verdreht und diejenigen, die die innere
Schicht des Rohres bilden, nach links verdreht. Dieses Verdrehen der Fasern, die
die inneren und äußeren Schichten des Rohres bilden, erfolgt-vorzugsweise wenigstens
etwa um 3600, so daß sie einen Winkel miteinander bilden, der wenigstens etwa 150
und vorzugsweise von etwa 30 bis etwa 600 betragen soll. Das stranggepreßte Erzeugnis
wird hernach aus der Strangpresse durch das ringförmige Mundstück gepreßt, das durch
die zylindrische Fläche 17 des Dornes 15 und die zylindrische Fläche 14 der Matrize
11 bestimmt wird. Die Strangpreßhilfe wird entfernt, und das Rohr wird gesintert.
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Das Strangpressen von dünnwandigen Rohren mit großem Durchmesser
mittels der Strangpreßvorrichtung, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist, ist im wesentlichen
dasselbe wie es im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben wurde. In diesem Fall wird
die Querschnittsreduktion des Vorformlings zur Bildung von Harzfasern durch die
konische Fläche 55 des Dornes 54 bewirkt. Nachher wird die Faserorientierung und
die weitere Querschnittsverringerung längs der gerillten Teile von Dorn und Form
in derselben Weise wie mit einer in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung erhalten.
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Bei einer Vorrichtung, wie sie in F'ig. 3 dargestellt ist, wird nach
einer wesentlichen Verringerung des Querschnittes des Vorforrnlings- längs der konischen
Fläche 32 der Matrize 31, die oben beschriebene Harzfaserorientierung längs den
gerillten Teilen der Matrize 31 und des Dornes 35 durch Drehung entweder der Matrize
31 oder des Dornes 35 oder durch Drehung sowohl der Matrize 31 als auch des Dornes
35 in entgegengesetzten Richtungen erreicht. -Die Drehgeschwindigkeit hängt von
der Strangpreßgeschwindigkeit ab. Die Drehgeschwindigkeit
nimmt
mit der Strangpreßgeschwindigkeit zu.
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Eine Drehgeschwindigkeit des Dornes relativ zu der Form von etwa 4
Umdrehungen pro Minute bei Strangpreßgeschwindigkeiten von etwa 0,3 m pro Minute
ist im allgemeinen genügend, um die gewünschte Harzfaserorientierung zu erhalten.
Diese Geschwindigkeif nimmt auf etwa 120 Umdrehungen pro Minute bei Strangpreßgeschwindigkeiten
von etwa 9 m pro Minute zu.
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Die Strangpresse, die in den Zeichnungen dargestellt ist, kann sowohl
in horizontaler als auch in vertikaler Stellung arbeiten. Horizontal-Strangpressen
können in Verbindung mit nachfolgender absatzweiser Abdampfung und Sinterung und
VertM:al-Strangpressen in Verbindung mit nachfolgender kontinuierlicher vertikaler
Abdampfung und Sinterung verwendet werden.
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Eine Zusammensetzung, die etwa 820/0 feinverteilte Teilchen aus Polytetrafluoräthylen.
und 18 18°/e Naphtha enthielt, wurde in einen Vorformling geformt und in Form eines
dünnwandigen Rohres in einer Vorrichtung, wie sie in Fi g. 1 dargestellt ist, stranggepreßt.
Nach Entfernen des Naphthas und nach dem Sintern wurde ein 0,91 m langes Rohr mit
10,32m Außendurchmesser und 1,092mm Wandstärke erhalten. Dieses Rohr wurde in drei
je 0,3 m lange Stücke geteilt, und jedes wurde als Auskleidung eines geflochtenen
mit Drähten verstärkten Schlauches verwendet, dessen Außendurchmesser 14,29 mm betrug.
Die Schläuche wurden getestet.
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Das Ergebnis war folgendes: 1, Mit rotgefärbtem JP-4 Turbojet-Brennstoff
gefüllt 2 Stunden lang bei Raumtemperatur unter einen Druck von 105 at gesetzt.
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2. 22 Stunden- lang mit einer Füllung aus einer hydraulischen Silikatester-Hochtemperaturflüssiglçeit
bei 105 at und 2040 C unter Druck gesetzt.
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3. Der Versuch 1 wurde wiederholt.
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4. Der Versuch 2 wurde wiederholt.
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5. Der Schlauch wurde bei -53,90 C 5 Stunden lang getränkt, indem
er mit rotgefärbtem JP-4 Turbojet-Brennstoff bei Atmosphärendruck angefüllt wurde.
Der Druck wurde auf 105 at erhöht und der Schlauch 17 Stunden lang auf einer Temperatur
von 53,90 C gehalten.
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Die vorstehend aufgeführte Versuchsreihe bildet einen Einzelzyklus,
der bis zum Bruch wiederholt wird. Das Durchsickern während eines Versuches eines
Zyklus, d. h., wenn rotgefärbte Flüssigkeit an der Außenseite des Schlauches erscheint
oder wenn der Druck in einem geschlossenen System abfällt, zeigt den Bruch an.
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Ein Schlauch, dessen Herstellung nach der vorstehenden Beschreibung
vorgenommen wurde, zeigte bei diesem Versuch keinen Bruch nach 8 Zyklen.
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Vergleichsweise wurden drei Schläuche mittels gewöhnlicher Matrizen
und Dome, die glatte Oberflächen besaßen, hergestellt. Der Bruch erfolgte für die
auf übliche Weise hergestellten Schläuche im ersten Versuch des ersten Zyklus, im
vierten Versuch des ersten Zyklus bzw. im fünften Versuch des ersten Zyklus.