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Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Erzeugnissen aus thermoplastischen
Kunststoff enthaltendem Material ==================================================
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein besonderes Verfahren zur Herstellung
von bandförmigen Erzeugnissen aus thermoplastischen Kunststoff enthaltendem Material,
wodurch die fertigen Bänder praktisch schrumpffrei werden und sich auch in grossen
Breiten herstellen lassen, Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf Kunststoff,
der thermoplastische Kunststoffe, zunächst weichgemachtes Polyinylchlorid, enthält,
dem zweckmässig Püllmittel, z.B. Kreide oder Kaolin, zugesetzt worden iste
Thermoplastische
Kunststoffe weisen, wie bekannt, bei verschiedenen Temperaturen verschiedene mechanische
Migenschaften auf, Drei Haupttemperaturbereiche sind unterscheidbar, von denen jeder
sich dadurch auszeichnet, dass innerhalb desselben eine der mechanischen Eigenschaften
des betreffenden Kunststoffes vorherrscht.
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Wenn von niedrigeren Temperaturen ausgegangen wird, können die drei
Haupttemperaturbereiche in folgender Weise charakterisiert werden: 1. Derjenige
Temperaturbereich, in dem der thermoplastische Kunststoff sich unter seiner sog.
Glastemperatur befindet, doh ; derjenigen Temperatur, die den thermoplastischen
Kunststoff in einen Zustand hoher und verhältnismässig konstanter Elastizität bringt.
Dieser Temperaturbereich wird gewhnlich "der elastische Bereich" genannt0 2o Derjenige
Temperaturbereich, der von der Glastemperatur des thermoplastischen Kunststoffs
bis zu seiner Schmelzpunkttemperatur reicht und in dem die plastizität des thermoplastischen
Kunststoffs stark abnimmt, wobei gleichzeitig seine Plastizität gesteigert wird0
Dieser Temperaturbereich nennt man gewöhnlich 'tden plastisch-elastischen Bereich".
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3o Derjenige Temperaturbereich der oberhalb der Schmelzpunkttemperatur
des thermoplastischen Kunststoffes liegt und in dem
der thermoplastische
Kunststoff keine Elastizität aufweist und nur Plastizität besitzt. Dieser gemperaturbereich
wird feder plastische Bereich" genannt.
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Mit Rücksicht darauf, dass ein therrwloplastischer Kunststoff kein
einheitlicher Stoff ist, können selbstverstandlich keine scharfen Grenzen für die
drei Temperaturbereiche angegeben werden, Soviel kann jedoch gesagt werden, dass,
wenn einem thermoplastischen Kunststoff ein weichmachnungsmittel zugesetzt wird,
eine Verschiebung der Temperaturgrenzen nach unten eintritt, dass es jedoch immer
noch möglich ist; in Zusammenhang mit einein weichgemachten therriollastischen Kunststoff
die betreffenden drei Deinitionen zu verwenden.
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Gegenstande aus Kunststoff, die bei Temperaturen innerhalb des plastischen
Bereichs geformt worden sind, bleiben formbeständig, wenn sie auf meinperaturen
innerhalb des elastischen Bereichs gekühlt werden ohne dabei pannungen ausgesetzt
zu werden. Erfolgt die Abkühlung dagegen im Zusammenhang damit, dass die bei Temperaturen
innerhalb des plastischen Bereichs geformten Gegenstände SpaMugen ausgesetzt werden
oddr erfolgt die Formung bei Temperaturen innerhalb des plastisch-elastischen Bereichs
mit darauffolgender abkühlung, werden in die Gegenstande verschiedenartige Spannungen
eingelagert ("eingefroren"), welche alle in der Richtung wirken, dass die Gegenstande
später bestrebt sind, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Diese Erscheinung
bringt in der Kunststofftechnik viele und schwierige Probleme mit sich.
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Ein Gebiet, in dem diesen Bestreben eine6 geformten Kunststoffes allmählich
in seine urspritagliche Form zurückzukehren, sich in einer sehr unvorteilhaften
Weise bemerkbar macht, ist das Belegen von Oberflächen mit Kunststoffmaterial in
Bandform. Es hat sich nämlich gezeigt, dass infolge der Schrumpfung des Materialß
zwischen den anfänglich dichten Fugen zwischen den Belagelementen nach einiger Zeit
verunzierende, staubsammelnde Spalten entstanden sind.
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Die Herstellung von thermoplastischem Kunststoff in Bandform kann
in verschiedenen Weisen erflogen.
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Nach einer Nethode werden die Bänder durch Kalandrierung hergestellt,
was beißpielsweise in der Weise ausgeführt werden kann, dass diejenigen Komponenten,
die im Material enthalten sein sollen, zuerst zu einem pulverförmigen Gemisch zusammengebracht
werden, in dem die Komponenten miteinander sorgfältig gemischt werden. Das entstandene-Gemisch
wird in einem sog. Mischwalzwerk zum Teil gelatiniert, worauf die somit teilweise
gelatinierte Nasse,
einem Gelatinierungswerk zugeführt wird, in dem die ganze Masse gelatiniert wird.
Diese gelatinierte Masse, die warm und plastisch ist, wird einem Kalander zugeführt,
wo sie zu einer Folie mit einer Stärke von 0,10 - 0,30 mm kalandriert wird. Diesem
Verfahren sind Grenzen gesetzt, u.a. aus dem Grunde dass es nicht möglich ist, dadurch
Kalandrierung Polien guter Qualität herzustellen, die wesentlich stärker als
die
oben angegebenen sind. Ist ein Band mit z.B. einer Stärke von 1 - 3 mm herzusellen,
ist es daher notwendig eine Anzahl Folien zu laminieren. Bei der Kalandrierung wird
die warme, plastische Folie von der Walze abgezogen, wobei es nicht vermieden werden
kann, dass die Folie sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in ihrer Querrichtung
mit Spannungen behaftet wird. Die grössten Spannungen liegen jedoch in der längsrich
tung der Folie vor. Die Laminierung wird in der Weise durchgeführt, dass eine Anzahl
aufeinander angebrachter Polien dazu gebracht werden, eine Heizvorrichtung zu passieren,
umfassend z.B. Walzen und Strahlungsheizer. Nachdem die Folien in plastischen Zustand
gebracht worden sind, werden sie durch Pressen zwischen Walzen miteinander vereinigt.
Es kann jedoch auch nicht vermieden werden, dass der Stoff auch während der eigentlichen
Laminierunsstufe mit weiteren Spannungen behaftet wird. Der Umet stnd, dass der
Kunststoff auf seinem Wege zu dem Fertigen Erzeugnis Kalandrierung und wiederholten
Laminlerungen unterzogen worden ist, führt dazu, dass das fertige Band eine Neigung
zur Nachschrumpfung sowohl in seiner Längsrichtung als auch in seiner Querrichtung
aufweist. Diese Nachschrumpfung bringt bedeutende Unzulänglichkeiten und Probleme
mit sich, z.B. beim Belegen von Oberflächen mit derartigem bandförmigem Material.
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Gemäss einem anderen Verfahren zur Herstellung von Bändern aus thermoplstischem
Kunststoff werden Strangpressen verwendet.
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Dabei wird der Stoff dazu gebracht, durch eine Mlae au passieren,-bei
welcher
der Durchströmungsquerschnitt der Ausströmöffnung entweder die Form eines breiten
Schlitzes, sog. Breitschlitzdüse, haben kann, oder auch zweckmässig ringförmig ist.
Im letzteren Falle wird das aus der Düse kontinuierlich heraustretende Erzeugnis
in Gestalt eines Rohrs erhalten. Vom baulichen Gesicfitspunkt ist eine Rohrdüse
vorzuziehen, dabei entsteht aber das Problem, ein Rohr in einen flachen Körper zu
entfalten ohne im Zusammenhang damit derartige, örtliche Spannungen in den Stoff
einzutragen, die bei einer künftigen Verwendung des hergestellten Enderzeugnisses
nachteilig sein können Das Strangpressen von rohrförmigen Kunststoffkörpern erfolgt
bisher im allgemeinen unter Anwendung einer Strangpresse, die mit einer senkrecht
angeordneten Rohrdüse versehen ist0 In der strangpresse, die mit Pulver oder Granulat
aus Kunststoff gespeist wird, wird der Stoff gelatiniert, wonach er durch die Rohrdüse
passiert, so dass man ein Rohr erhält. Unmittelbar nach dem Austritt aus der Rohrdüse
wird das Rohr kontinuierlich mittels eines an der Mündung der Rohres angeordneten
Messers aufgeschnitten und dann zu einem senkrecht herunterhängenden Band entfaltet,
das danach einer Aufnahmevorriphtung zugeführt wird.
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Beim Entfalten des rohres zu einem Band, haben die verschiedenen Teile
des Rohres sich verschieden lange Strecken zu bewegen, ehe die-Bandform erreicht
worden ist. Diejenigen Teile des aufgeschnittenen Rohres, die
die längste Strecke zu dberwAnden haben, Übertragen ihre Zugspannungen auf den warmen
plastischen
Teil des Stoffs, der-dann gestreckt und in einem Spannungszustand
abgekühlt wird. Dieser Spannungszustand wird "eingefroren" und führt eine Neigung
zu örtlichen Schrumpfungen des Stoffs herbei.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Zwecke, die vorstehend angegebenen
Übelstände zu beseitigen und die Herstellung von Bändern - sowohl von schmalen als
auch von breiten Bänern - aus thermoplastischem Kunststoff in der Weise eu ermöglichen,
dass das fertige Erzeugnis praktisch schrumpffrei wird.
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Somit bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren bei der Herstellung
von bandförmigeh Erzeugnissen aus thermoplastischen Kunststoff enthaltendem Material
durch Strangpressen einer in einer Strangpresse gelatinierten Grundmasse zu einem
Rohr, welches kontinuierlich in seiner Längsrichtung aufgeschnitten und zu einem
flachen Band entfaltet wird, das danach einer Aufnahmevorrichtung kontinuierlich
zugeführt wird.
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Die wesentliche Neuheit der Erfindung besteht darin, dass das stranggepresste
Rohr, das beim Austreten aus der Strangpresse auf eine so hohe Temperatur gebracht
worden ist, dass ein Zustand plastisch ist, dazu gebracht wird, über einen gekühlten
Dorn zu passieren, wobei es den Dorn umschlieesst, und dabei allZ mählich so weit
abgekühlt wird daes sein Zustand elastisch wird1 und dass das Rohr erst nachdem
der elastische Zustand erreicht
worden ist, un-ter gleichzeitigem
Aufschneiden vom Dorn abgezogen und zu'einem flachen Band entfaltet wird, welches
der Aufnahmevorrichtung zugeführt wird Beim Durchführen des Verfahrens ist es zweckmässig,
wenigstens während eines Teils der Passage des Rohres über den n Dorn, wenn das
Rohr noch seine höchste Temperatur hat, ein gasförmiges Mittel unter Druck, z.B.
Druckluft, zwischen das den Dorn umschliessende Rohr und den Dorn einzuführen, so
dass das warme Rohr daran gehindert wird, mit der Oberfläche des Dorns in Berührung
zu gelangen. Während eines späteren Teils seine-r Passage über den Dorn, wenn das
Rohr auf elastischen Zustand abgekühlt worden ist, ist es dagegen zweckmässig, das
Rohr in Reibungsberührung mit der Oberfläche des Dorns zu bewegen Diese und weitere
Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Besch@eibung unter Hinweisung
auf die beigefügten Zeichnungsfiguren hervor Figur 1 stellt schematisch eine Seitenansicht
einer Anlage zur Durchführung des neuen Verfahrene gemäss der Erfindung dar, während
Figur 2, in grösserem Maßstabe, eine Einzelheit der Anlage, von unten und teilweise
im Schnitt, zeigt. Die Figuren 3 und 4 stellen zwei, nachstehend näher erläuterte
Diagramme dar
In der Figur 1 bezeichnet 1 eine Strangpresse üblicher
Ausführung und 2 eine mit der Presse verbundene Rohrdüse. 3 ist ein im Anschluss
an der Rohrdüse angeordneter, zweckmässig zylindrischer und zweckmässig sich waagerecht
erstreckender Dorn, über den das aus der Rohrdüse 2 kommende Rohr 4 unter allmählicher
Abkühlung passiert, ehe es von einem am Ende des Dorns 3 angeordneten Messer 5 aufgeschnitten
wird. Mit 6 ist eine, mit einem Walzenpaar versehene Vorrichtung bezeichnet, mittels
welcher das aufgeschnittene rohr vom Dorn abgezogen wird, während das Rohr gleichzeitig
2;u einem flachen Band 7 entfaltet wird, das schliesslich auf eine Aufnahmewalze
8 aufgerollt wird.
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In der Figur 2, die in grösserem Maßstabe die Mündung der Rohrdüse
2 und den anschliessend angeordneten Dorn 3 von unten zeigt, besteht der Dorn aus
einem zweckmässig horizontal angeordneten zylindrischen, mit zwei Mänteln versehenen
Körper. Der Zwischenraum 3a zwischen den Mänteln steht über dem inneren Mantel mit
einer Zufuhrleitung Db und einer Auslassleitung 3c für ein Kühlmittel, z.B. Wasser,
in Verbindung, welches Kühlmittel dadurch den Zwischenraum 3a in der mit einem Pfeil
angedeuteten Richtung kontinuierlich durchströmen kann zwecks Kühlung des Dorns,
wahrend der Passage des Rohres 4 über denselben. Dadurch kann das Rohr, welches
den Dorn dabei völlig umschliesst, allmählich und gleichförmig längs seinem ganzen
Umfang abgekühlt werden.
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Weiterhin mündet in den äusseren Dornmantel in der Nähe von der Rohrdüse
2 eine Leitung 3d für ein gasförmiges Mittel, z.B.
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Drtckluft, wodurch das aus der Düse 2 heraustretende Rohr 4 während
des
ersten Teils seiner Passage über den Dorn, wenn das Rohr sich noch bei einer hohen
Temperatur befindet, von dem durch die Luft bewirkten Überdruck daran gehindert
werden kann, mit der Oberfläche des Dorns in Berührung zu gelangen. wenn diese Druckluftschicht
nicht zwischen Rohr und Dorn appliziert würde, dann würde das Rohr, infolge der
hohen Reibung zwischen dem warmen Kunststoff und der metalloberfläche des Dorns,
leicht die Oberfläche des Dorns greifen und örtliche Dehnung en des Materials würden
entstehen. Wie aus der Figur ersichtlich, sind dem Dorn 3 entlang drei Zonen I,
II, III markiert worden0 Innerhalb Zone I, wo das Rohr 4 seine höchste Temperatur
während seiner Passage über den Dorn hat, befindet sich das Rohr in plastischem
Zustande, wodurch ein Spannungsausgleich sowohl in der Längsrichtung als auch in
der Querrichtung des Rohres durch Fliesen stattfinden kanne Innerhalb der Zone II
sinkt die Temperatur so stark, dass das Rohr immer elastischer wird0 Nährend die
Temperatur innerhalb der Zonen II und III sinkt, wird das Rohr immer dichter an
dem Dorn anliegen. Dies hat eine immer gesteigerte reibung zwischen Rohr und Dorn
zur Folge und diese gesteigerte Reibung ist besonders innerhalb Zone III hervorragend,
Die Geschwindigkeit der Abziehvorrichtung 6 wird derart geregelte dass das Material
innerhalb Zone I nicht mehr gestreckt wird als erforderlich ist, damit diejenigen
Längenunterschiede der verschiedenen Teile des Umfanges des Rohres, die aus Unterschieden
im Fluss von den verschiedenen Teilen der Spalte der p' Rohrdüse herrühren, ausgeglichen
werden. Pie hohe Reibung
zwischen Rohr und Dorn innerhalb Zone
III dient als Puffer für diejenige Spannung, die entsteht, wenn durch die Abziehvorrichtung
eine gewisse ziehende kraft auf das in Bandform über führte Rohr aufgebracht wird.
Dieser Umstand nebst der Tatsache, dass diejenige Strecke, Zone 1, längs welcher
das Rohr sich in plastischem Zustand befindet, lang ist, brint den besonderen] Vorteil
mit sich, der iii dem neuen erfindungsgemässen Verfahren enthalten ist, nämlich
dass in das Rohr keine grösseren Spanungen eingetragen worden, wenn das Rohr sich
in plastischem Zustande befindet, sondern es :ird stattdessen das Spannungsmaximum
zu demjenigen Teil des Weges des rohres über den Dorn konzentriert, in den das dohr
sich im elastischen Zustande befindet, d,h. hauptsächlich innerhalb Zone III. In
dieser Weise werden keine eingefrorerenen Spannungen von den Zonen 1 und II erhalten
Der Dorn ka-nn z.B. in der Weise abgeändert werden, dass der Durchmesser desjenigen
Teils des Dorns, der der Zone I am nächsten liegt, beträchtlich kleiner ist, als
der Durchmesser des danach folgenden Teils des Dorns, Dadurch kann keine direkte
Abkühlung des Rohres von dem gekühlten Dorn an jener Stelle erfolgen. Die Länge
der Zone kann von 0,1 bis 0,5 Keter schwanken, Weiterhin kann derjenige Teil des
Dorns, der innerhalb Zone III gelegen sein soll, aus einem nicht-gekühlten, expandierbaren
Teil bestehen - oder auch kann er aus einem gesonderten, nichtgekühlten, expandierbaren
Dorn bestehen - der die Einstellung der 1eibung zwischen Dorn und Rohr auf den erwünschten
Wert ermöglicht
Die Geschwindigkeit des Rohres über den Dorn hängt
von der Stärke des Materials und vom Rohrdurchmesser ab. Die Bewegungsgeschwindigkeit
kann zwischen O,2und 0,7 Meter pro Minute varneren,-Somit beträgt die Länge der
Aufenthaltszeit des Materials innerhalb Zone I etwa 1 nute. Nach dieser Zeit ist
das Material völlig abgelzhltD Die innere Kühlung, die oben dargestellt und beschrieben
worden ist, kann auch durch eine äussere Kühloung, mit Wasser als Kühlmittel, ergänzt
werden0 Das Diagramm gemäss der Figur 3 soll die Spannung bzwO die Temperatur als
Funktion des Weges des Materials darstellen. Es ist daraus ersichtlich, wie der
Mittelwert der Spannung in der Längsrichtung des Rohres (des Bandes) längs dem Bewegungsweg
des Rohres (des Bandes) schwankt.
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Im Diagramm gemäss der Figur 4 ist die Spannung eine Variable längs
der Ordinatenachse. Längs der Abszissenachse gibt es keine Variable. Dort wird stattdessen
die Breite (der Umfang) des Rohres angegeben, wobei vorausgesetzt wird, dass das
Rohr aufgeschnitten und entfaltet worden ist. Die drei Kurven der Figur sollen somit
zeigen, wie die Spannung in der Längsrichtung des Rohres längs der Breite (dem Umkreis)
des Rohres an drei verschiedenen Stellen schwankt. Die oberste Kurve zeigt somit,
wie die Spannung längs dem Umkreis des Rohres am Messer schwankt,, die mittlere
Kurve seigt die Spannungsvariation in der Mitte von
Zone III, während
die niedrigste Kurve das entsprechende Verhaltnis, aber an der Grenze zwischen Zone
II und Zone III, darstellt. Jede Kurve in Figur 4 ist durch einen Punkt auf der
Spannungskurve der Figur 3 repräsentiert0 Es ist bereits bekannt, eine Musterung
bei z.B. Erzeugnissen der hier in Frage kommenden Art dadurch zu bewirken, dass
als Material eine granulierte Grundmasse verwendet wird, welcher Masse gefärbte
Granulen zugesetzt worden sind0 beim Strangpressen eines derartigen Gemisches wird
eine Marmorierung mit ein wenig diffusen und weit ausgedehnten Streifen erhalten0
Im Zusammenhang mit dem neuen, erfindungsgemässen Verfahren hat es sich als zweckmässig
Diese, eine pulverförmige Grundmasse zu verwenden, welcher die gefärbten Granulen
zugesetzt werden, 36 und dieses Gemisch nachher zu Granulen strangzupressen. Die
auf diese Weise erhaltenen Granulen werden dann beim Strangpressen des Rohres verwendet
und dabei wird eine trarmorlerung erhalten, die distinkter und nicht so ausgedehnt
ist, wie diejenige, die bei dem früher verwendeten Verfahren erhalten wird Diese
neue, distinkte Marmorierung ist für das Auge in sehr hohem Grade anziehend und
ist der oben erwähnten, diffusen und ausgedehnten Marmorierung vorzuziehen Ausfüh:
Für die Herstellung eines bandförmigen, /366 zur Bildung eines Fussbodenbelags bestimmten
Erzeugnisses aus weischgemachtem
Polyvinylchlorid mit zugesetztem
Püllmittel, z. BO Kreide oder Kaolin, wurden teils weisse, teils schwarze Musterungsgranulen
hergestellt. Die pulverförmige Grundmasse, der die Granulen zugesetzt wurden, enthielt
dieselben Komponenten als die Musterungsgranulen und waren grau und etwas weicher
als die Musterungsgranulen gemacht worden. Das dadurch erhaltene Gemisch wurde zu
Granulen stranggepresst und diese wurden einer Strangpresse mit angeschlossener
Rohrdüse zugeführt. Unmittelbar ausserhalb der Rohrdüse, durch welche die Masse
gepresst wurde, wurde das dabei gebildete Rohr auf einen zylindrischen, mit zwei
Mänteln versehenen, gekühlten Dorn aufgenommen0 Zwischen das Rohr und denjenigen
Teil des. Dorns, der der Rohrdüse am nächsten lag, wo das Rohr seine höchste Temperatur
hatte und sich in plastischem Zustand befand, wurde Luft von geeignetem Druck, zOB.
o - 0,s atü, zweckmässig 0,005 - 0,4 atü, eingeführt, In diesem Bereich wurde das
Rohr nur langsam und gleichförmig um seinen ganzen Umkreis gekühlt. Als das Rohr
kühler wurde, schrumpfte sein Umfang ein wenig und das Rohr schloss sich immer dichter
um den Dorn und gleichzeitig damit ging das Rohr allmählich in seinen elastischen
Zustand über. Hierbei wurde die Reibung zwischen Rohr und Dorn gesteigert0 Die Abnahmegeschwindigkeit
für das Rohr vom Dorn wurde derart geregelt, dass der plastische Teil des Rohres,
der ausserdem von der Druckluft getragen war, spannungefrei wurde, und die Spannungen
wurden hauptsächlich auf den elastischen Teil des Rohres konzentriert. Am Dornende
wurde das Rohr in seiner Längsrichtung mit Hilfe eines dort ortsfest angeordneten
Messers kontinuierlich aufgeschnitten und der aufgeschnittene
Formkörper
wurde dann allmählich zu einem flachen Band mit Hilfe einer das Band derart unterstützenden
Vorrichtung entfaltet, dass der Übergang in den flachen Zustand so. geschmeidig
wie möglich wurde. Das fertige Band, das infolge der früheren erwähnten Zusetzung
von weissen und schwarzen Granulen zu der grauen Grundmasse eine Marmorierung aufwies,
wurde auf eine Aufnahmevorrichtung mit kontinuierlich regelbarer Geschwindigkeit
aufgerollt. In dem angegebenen Beispiel enthielt das fertige Band 50 - 70 % Polyvinylchlorid,
20 - 30 % Weichermacher, 10 - 20 % Füllmittel, Stabilistoren, Schmiermittel und
Pigment.