DE1504208A1

DE1504208A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Formteilen oder Profilstraengen aus thermoplastischen Kunststoffen mit Zellstruktur

Info

Publication number: DE1504208A1
Application number: DE19631504208
Authority: DE
Inventors: Thomas Engel
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1963-11-29
Filing date: 1963-11-29
Publication date: 1969-09-25
Also published as: US3342913A; GB1018178A; CH423215A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Rerstellung von Formteilen oder Profilsträngen aus thermoplastischen Kunststoffen mit ZellstrukturO Die Erfindung betrifft die Herstellung von Zellstruktur aufweisenden vollen oder hohlen Formteilen oder Profilsträngen aus thermopiastischen Kunststoffen, wobei das Treibgasverfahren mittels eines zerfallenden organischen oder anorganischen pulvrigen oder eines gasförmigen Treibmittels angewendet wird.
Zur Herstellung von Scheumkörpern nach dem Treibgasverfahren arbeitet man im allgemeinen in geschlossenen Pormen, die zum Zuhalten in Presse eingesetzt werden, wobei Drucke zwischen 100 und 500 kg/cm2 angewendet werden. Da beim Arbeiten in offenen oder unter geringem Druck stehenden Formen das Treibgas einerseits entweichen und andererseits die Zellwände sprengen kann, ist bisher kein Verfahren bekannt geworden, welches die kontinuierliche Herstellung von Schaumkörpern in befriedigender Weise gestattet, Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, das Treibmittel homogen und bei möglichst niedriger Temperatur einzumischen und zum gewünschten Zeitpunkt zur Zersetzung und Blähwirkung zu bringen und den geblähten Kunststoffschaum stabil zu halten, Es wurde nun gefunden, dass man Formteile und Profilstränge mit Zelistruktur mit verhältnismässig einiachen Mitteln herstellen kann, wenn man in einer Schneckenmaschine dem plastifizierten Kunststoff unterhalb der Ublichen Verarbeitungstemperatur (z,B, bei Polyäthylen bei etwa 150°C) im Kompressionsteil der Schnecke ein unter mechanischem Druck und unter dem Druck eines Gases stehendes pulvriges und/oder gasförmiges Treibmittel zuführt, wobei auf dem weiteren Förden7eg bis zur Ausspritduse die Masse gemischt und Temperatur und Druck so eingestellt werden, dass das Treibmittel nicht oder nur in sehr beschränktem Masse Zellen ausbildet.
Bei und nach Austritt der Masse aus der Ausspritzdüse wird sie mittels entsprechend temperierter Formwerkzeuge oder durch Luft- oder Flüssigkeitskühlung auf eine Temperatur gebracht, welche insbesondere die Oberfläche soweit verfestigt, dass eine geschlossene kristalline Aussenhaut entsteht, ohne dass die Masse abgeschreckt wird Es erfolgt dann die Blähung bis zur Ausfüllung des Formwerkzeuges bzw. bis zur Ausbildung des gewünschen Stranges oder Hohlkörpers0 Zur Durchführung des Verfahrens hat sich z. B. das verhältnismässig billige und physiologisch unbedenkliche Ammoniumcarbonat als Treibmittel sehr geeignet erwiesen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Treibmittel als ein Gemisch mit Kunststoffpulver und gegebenenfalls Gleitmittel zugefßürt. Farbstoffe, Pigmente und andere Zusatzstoffe, wie Stabilisatoren usw. können ebenfalls als Gemisch mit dem Treibmittel zugesetzt werden Der auf den Vorratsbehälter mit dem zuzuftihrenden Treibmittel bzw. Treibmittelgemisch aufzugebende Gasdruck, s. 30 in Porm von Pressluft, richtet sich nach dem zu verarbeitenden Kunststoff, nach dem gewünschten Schäumungsgrsd und der durchsatzmenge. Der Gasdruck muss zumindest etwas höher sein als der Druck im entsprechenden Teil der Schneckenmaschine.
Anstelle von Prossluft kann ein anderes unter Druck gesetztes Gas oder Gasgemisch verwendet werden, In manchen Fällen, insbesondere bei der Verarbeitung von gegen Sauerstoff empfindlichen Kunststoffen wird man inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxyd, ein Edelgas usw. bevorzugen.
Das Verfahren gestattet die Rerstellung von Formteilen in leichten zxBo aus Metall oder Kunststoff bestehenden Formen, so dass die aufwendigen und teuren Druekformen und Pressen entfallen. Man kann die Formen in einer taktmässig an der Ausspritzdüse vorbeibewegten Platte anordnen, wobei die Platte bzw. der hintere Rand der Form beim Weiterschreiten den Kunststoffstrang in der Jeweils zur vollstlndigen Ausfüllung der Porm erforderlichen Länge abschneidet0 Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass.der Kunststoff zunächst ohne Treibmittelzusatz bei verhaltnismässig niedriger Temperatur (unterhalb der Verflüssigunstemperatur) erweicht und plastifiziert wird. Der Kunststoff wird daher geschont, und man erzielt anschliessend eine bessere Einmischung und Verteilung des Treibmittels, wobei vorzeitige Zersetzung und Gasverluste vermieden werden. In der Schneckenmaschine sind Druck und Temperatur so bemessen, dass es hier noch nicht zur Blähung kommt.
Diese erfolgt erst nach Austritt der Masse aus der Ausspritzdüse0 Bei der Herstellung von Profilstr;ngen kann man durch die Bemessung der Treibmittelmenge, des Aufgabegasdrucks und der Kühlung beim Austritt aus der Düse den Blähungsgrad so festlegen, dass man ohne weitere Verformungswerkzeuge zu einem Strangvon einheitlichem Profil kommt. Man kann auch einen schlauchförmigen Profilstrang erzeugen und diesen, z. B. im Blasverfahren zu Hohlkörpern wie Flaschen o.dgl. weiterverformen.
Bei der Herstellung von lönglichen Gegenstlnden ist es gegebenenfalls von Vorteil die Ausspritzdüse zu Beginn des Ausspritzens in die Form hineinragen zu lassen und sie im Masse des Füllens durch entsprechende Bewegung der Düse und/oder der Form aus dieser herauszubewegen.
Insbesondere bei grösseren Formt eilen kann man auch die Porm einer Drehbewegung unterwerfen, womit man eine bessere Füllung mit dem zunächst noch nicht oder nur wenig geblähten Extrudat erzielen kann.
Ferner ist es moglich, ein Halbfabrikat zu fertigen, indem man die Masse nach Austritt aus der Düse soweit kühlt, dass sich nicht die volle 3lähwirkung entfaltet. Durch Wärmeeinwirkung zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. mittels Infrarotstrahlen, kann dann weiter gebläht werden, In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in ihren wesentlichen Teilen schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung von der Ausspritzsettee Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie II-II der Pig. 1.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Gestaltung des Ausspritzmechanismus.
In dem mit den üblichen Kühlungsvorrichtungen usw. versehenen Gehause 1 ist in einer Schneckenlaufbüchse die Schnecke 2 angeordnet. Innerhalb des Kompressionsteils der Schnecke 2 mündet in deren Laufbüchse die Treibmittelzuführschnecke 3, die von einem nicht dargestellten stufenlos regelbaren Getriebemotor angetrieben wird0 Der Pörderraum der Schnecke 3 ist angeschlossen an den Treibmittelvorratsbehälter 4, @ welcher unter dem Druck der durch die Rohrleitung 5 zugeführten Pressluft steht.
Die Zuführung des Treibmittels bzw. Treibmittelgemisches erfolgt also zugleich unter dem Förderdruck der Schnecke 3 und unter dem Druck des auf den Treibmittelvorratsbehälter aufgegebenen Gases.
Am Vorderteil der Schneckenmaschine ist eine dem herzustellenden Gegenstand entsprechende Ausspritzdüse 6 angeordnet. Um eine noch bessere Durchmischung zu erzielen, kann zwischen der Schnecke 2 und der Düse 6 ein zusätzlicher Mischrotor vorgesehen sein. Unmittelbar vor der lüsenöffnung 7 befindet sich die um die Achse 8 taktmässig drehbare Scheibe 9. In Bohrungen der Scheibe 9 sind in kreisförmiger Anordnung die Formen lo eingesetzt, so dass das rUckwärtige Formende mit der rückwärtigen Fläche der Drehplatte 9 abschliesst. Im dargestellten Ausiührungabeispiel tragt die -Drehplatte 9 acht Formen 10. In Fig. 2 sind wegen der besseren Uebersichtlichkeit nur die in der Schnittfläche liegenden Formen dargestellt. Ferner ist ein Ausstoseer 11 vorgesehen.
Vor den vorderen Oeffnungen der Formen 10 befindet sich die feststehende Abdeckplatte 18. Diese ist kreisbogenförmig gestaltet und Uberdeckt alle Formen 10 mit Ausnahme derjenigen, welche sich Jeweils vor dem Ausstosser 11 befindet.
Zur Temperierung der Pormen bzw. des ausgepressten Stranges ist es zweckmässig in den Zeichnungen nicht dargestellte, mit Luft oder Flüssigkeit arbeitende Kühleinrichtungen an den entsprechenden Stellen anzubringen.
Bei der Gestaltung des Ausspritzmechanismus gemäss Fig.
9 ist eine im folgenden als schwimmende Düse 12 bezeichnete Vorsatzdüse vorgesehen. Die schwimmende Düse 12 greift mit ihrem zylindrischen Innenteil 13 mit Spiel Uber die am Schneckengehäuse 1 befestigte Ausspritzdüse 6.
Die Vorderfläche 14 der schwimmenden Düse 12 ist nach aussen leicht konvex geformt. Die Düse 12 ist in einer Bohrung 15 der feststehenden Platte 16 verschiebbar gelagert; die Bewegung nach vorne wird durch den Flansch 17 in der Weise begrenzt, das nur die W6lbung der Vorderfläche 14 gegebenenfalls teilweise ueber die Vorderebene der Platte 16 vorstehen kann.
Die schwimmende Düse 12 wird durch den aus der Düse 6 austretenden Kunststoff nach vorne getrieben. Gegebenenfalls kann zwischen dem Flansch 17 und, der Stirnfälche des Gehäuses 1 zusätzlich eine Schraubenfeder angeordnet sein. Vor der feststehenden Platte 16 ist, wie bei Fig. 1 und 2 beschrieben, eine die Formen tragende Drehplatte 9 und eine in Pig, 3 nicht dargestellte Abdeckplatte vor gesehen.
Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung geht beispielsweise bei.der Herstellung von Verschlusstopfen aus folgenden Angaben hervor. Unter Verwendung von Hochdruckpolyäthylen vom Schmelzindex,7 wurden pro Stunde etwa 15 kg Kunststoff durchgesetzt.
Bei einem auf den Treibmittelvorratsbehälter aufgegebenen Pressluftdruck von 5 atü erhielt man unter Verwendung einer Drehplatte mit 20 Formen Jede Sekunde einen iertigen, z. B. für Flaschen verwendbaren Stopfen. Die Temperatur in der Zuführungszone des Treibmittels betrug etwa 140°C und die Oberflächentemperatur beim Austritt aus der Düse betrug etwa 12o0C.
Selbetverstöndlich lässt sich das Verfahren auch unter Verwendung von mehrteiligen Formen, z.B. ftlr die Herstellung von hinterschnittenen Formteilen, durchführen.

Claims

@ Patentansprüche 1)Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von vollen oder hohlen Normteilen oder Profilstränge aus thermopalastischen Kunststoffen mit Zollstruktur unter Anwendung des ireibgasverfahrens mit pulvrigen oder gasförmigen Treibmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schneckenmaschine dem plastifizierten Kunststoff im Kompressionsteil der Schnecke ein unter mechanischem Druck und unter dem Druck eines Gases stehendes pulvriges und/oder gasförmiges Treibmittel als ein Gemisch mit Kunststoffpulver und gebebenenfalls Gleitmittel zugeführt wird, wobei auf dem weiteren Förderweg bis zur Ausspritzdüse die Masse gemischt und Temperatur und Druck ao eingestellt werden, das das Tore mittel nicht odex nur in sehr beschränktem Masse Zellen ausbildet und dass die Masse bei und nach Austritt aus der Ausspritzdüse mittels entsprechend temperierter Formwerkzeuge oder durch Luft-oder Flüssigkeitskühlung auf eine Temperatur gebracht wird, welche die Masse und insbesondere die Oberfläche soweit verfestigt, dass eine geschlossene Aussenhaut entsteht, dex entstehende Schaum aber nicht abgeschreckt wird, worauf die Blähung bis zur Ausfüllung der Form bzw. bis zur Ausbildung des gewünschten Strangprofils oder Hohlkörpers statffindet.

2) Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Ammoniumcarbonat verwendet wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel als ein Gemisch mit Kunststoffpulver und gegebenenfalle Gleitmittel zugeiUhrt wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass Farbstoffe, Pigmente und andere Zusatzstoffe wie Stabilisatoren usw. als Gemisch mit dem Treibmittel zugesetzt werden.

5.) Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichaet, dass der Vorratsbehälter mit dem zuzuführenden Treibmittel bzw. Treibmittelgemisch unter einem Gasdruck, z.B. einem Pressluttdruck steht.

6.) Verfahren nach Ansprch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass gnstelle von Pressluft ein unter Druck gesetztes Inertgas wie Stickstoff, CO2 oder ein Edelgas der wendet wird.

7.) Verfahren nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ausspritzdüse zu Beginn des Anespritzens in die Form hineinragen lässt und sie im Masse des Füllens durch entsprechende Bewegung der Düse und/oder der Form aus dieser herausbewegt.

8.) Verfahren nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Porm während ihrer Füllung einer Drehbewegung unterwirft.

9.) Verfahren nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse zum geschäumten Schlauch und anschliessend, z.B. im Blasverfahren zu einem Hohlkörper weiterverformt wird. lo.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass an eine mit üblichen Einrichtungen, insbesondere Kühlvorrichtungen, und mit einer dem herzustellenden Gegenstand entsprechenden Ausspritzdttse versehene Schneokenmaschine im Kompressionsteil der Schnecke (2) eine biß in die Schneckenlaufbüchse führende Förderschnecke (3) angeschlossen ist und dass der Förderraum der Schnecke (3) mit einem Treibmittelvorratsbehälter (4) in Verbindung steht, der seinerseits an eine Druckgasleitung (5) angeschlossen ist.

11.) Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibmittelzuführschnecke ist von einem stufenlos regelbaren Getriebemotor angetrieben wird.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine bewegbare, vorzugsweise drehbare, die Formen (10) tragende Platte (9) vorgesehen ist, welche die Formen (lo) zur FUllungtaktmässig vor die Ausspritzdüse (6) führt.

13.) Vorrichtung nach Anspruch 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Formen (10) tragende, verschiebbare Platte (9) bzw. der zur Schneckenmaschine gerichtete Rand der Formen so an der Ausspritzdtlse (6) vorbeigeführt wird, dass beim taktmässigen Weiterschreiten der Platte (9) das für die Füllung einer Form erforderliche Strangende abgeschnitten wird0 14.) Vorrichtung nach Anspruch 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausstosser (11) fUr die gebildeten Formkörper vorgesehen ist.

15.) Vorrichtung nach Anspruch 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine die äusseren Oeffnungen der Pormen (10) verschliessende, Jedoch die jeweils vor dem Ausstosser (11) befindliche Form freilassende Abdeckplatte (18) vorgesehen ist0 16.) Vorrichtung nach Anspruch 10 - 15, dadurch gekennzeichnet. dass auf der feststehenden Ausspritzdüse (6) eine schwimmende Vorsatzdüse (12) angeordnet ist, die mit ihrem zylindrischen Innenteil (13) mit Spiel über die Ausspritzdüse (6) greift und eine nach aussen leicht konvex geformte Vorderfläche 14) aufweist. t74) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmende Vorsatzdüse (12) in einer Bohrung (15) einer feststehenden Halterungaplatte (16) verschiebbar gelagert ist und ein Flansch (17) an ihrem rückwärtigen Ende ihre Vorwärtsbewegung so begrenzt, dass nur die konvexe Vorderfläche (14) der Vorsat'zdüse (12), gegebenenfalls teilweise, über die Vorderebene der Halterungsplatte (16) vorstehen kann.

18.) Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorsatzdüse (12) bzw. dem Flansch (17) und der Stirnfläche der Schneckenmaschine (1) eine sortreibende Schraubenfeder angeordnet ist0