DE1554889B2

DE1554889B2 - StrangpreBvorrichtung zum Herstellen von Blasfolien aus Polystyrolschaumstoff

Info

Publication number: DE1554889B2
Application number: DE1554889A
Authority: DE
Inventors: Carel Jan Breukink; Jacob Vermeulen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1964-05-12
Filing date: 1965-05-10
Publication date: 1975-05-07
Also published as: NL6405249A; GB1101504A; FR1433132A; US3385917A; NL6407412A; NL146744B; BE663710A; DE1554889A1

Description

zen angeordnet und die Rippen aufeinanderfolgender Kränze gegeneinander versetzt oder in axial verlaufenden Reihen angeordnet und die Rippen jeder Reihe gegenüber den Rippen der benachbarten Reihe versetzt sein.

Durch diese Ausbildung erfolgt ein stetiges Unterteilen und Wiederzusammenführen der Kunststoffmasse, so daß die Tendenz der Masse, abgeteilte unterkühlte Teilmengen an oder in der Nähe der Kühlflächen zu bilden, wirksam unterbunden wird, wodurch gleichzeitig insgesamt höhere Strömungsgeschwindigkeiten entlang der Kühlflächen und schließlich ein homogeneres Vermischen der Polystyrolmasse und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielt werden. Es wurde daher überraschend festgestellt, daß sich erheblich höhere Produktionsgeschwindigkeiten erreichen lassen, als es bisher beim Blasen von Polystyrolschaumfolien möglich war. Gegenüber bekannten Vorrichtungen lassen sich Steigerungen bis zu 50% und darüber erzielen. Die zur Kühlung der Kühlflächen verwendete Kühlflüssigkeit soll im allgemeinen eine Temperatur zwischen etwa 90 und 130° C haben. Die vorteilhaften Eigenschaften der neuen Strangpreßvorrichtung kommen gerade bei der Herstellung von Schaum aus Polystyrol und z. B. flüssigem Isopentan als Schäummittel besonders zur Geltung. Da die Temperatur des Schaumstoffs beim Verlassen der Austrittsdüse einen großen Einfluß auf die Güte des Polystyrolschaums ausübt, insbesondere auf die Glätte und das Aussehen der Oberfläche, läßt sich erreichen, daß die Austrittstemperatur 145 bis 150° C nicht überschreitet. Diese Bedingung läßt sich einhalten, ohne daß mit besonders niedrigen Strangpreßgeschwindigkeiten gearbeitet wird, bei denen die Schnecke nur vergleichsweise wenig mechanische Arbeit in Wärme umwandelt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung (F i g. 1 bis 7) näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Austrittsdüse des Extruders,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausbildungsform der Austrittsdüse des Extruders,

F i g. 3 eine Abwicklung der Rippen des Extruders nach F i g. 2,

F i g. 4 eine Abwicklung stromlinienförmig gestalteter Rippen,

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 2,

F i g. 6 eine Ansicht einer an der Innenwand des Gehäuses befestigten Rippe und

F i g. 7 eine Hohlrippe, in die Kühlflüssigkeit ein- und ausgeleitet werden kann.

Bei der Strangpreßvorrichtung gemäß F i g. 1 ist in einem Gehäuse bzw. Zylinder 10 eine Förderschnecke 11 drehbar. Am vorderen Ende des Gehäuses 10 ist der Strangpreßkopf aus einem Mantel 12 und einem Dorn 13 vorgesehen, die einen ringförmigen Kanal 16 abgrenzen. Der Dorn 13 ist ortsfest mittels radialer Speichen 14 und 14 a mittig im Mantel 12 gehalten. Als innere Kühlfläche dient ein hohler Kühldorn 15 im Mantel 10, der am vorderen Ende fest mit den Speichen 14 verbunden und zwischen der Förderschnecke 11 und den Speichen 14 und 14 a angeordnet ist. An seinem hinteren Ende ist die Förderschnecke 11 auf dem Kühldorn 15 drehbar gelagert, so daß sie sich gegenüber dem feststehenden Kühldorn drehen kann. Die aufschäumbare Polystyrol-

masse wird durch Drehung der Förderschnecke 11 nach vorn bewegt, fließt zuerst durch den ringförmigen Kanal zwischen dem Kühldorn 15 und dem Gehäuse 10, dann zwischen den Speichen 14 und 14 a hindurch, hiernach durch den Kanal 16 zwischen dem Strangpreßkopf 12 und dem Dorn 13 und schließlich durch eine konische Erweiterung 17 zwischen dem Strangpreßdorn 13 und dem Mantel 12, dem Austrittsdüsenspalt,

Das Gehäuse 10 ist mit mehreren schraubenlinienförmigen Kühlmittelkanälen 18 versehen, die mit einem Einlaß 19 und einem Auslaß 20 in Verbindung stehen, so daß Kühlwasser durch die Kanäle gepumpt werden kann. Die Temperatur des Kühlwassers kann in der Größenordnung von 90° C liegen.

Der Mantel 12 des Strangpreßkopfs mit der Austrittsdüse weist ebenfalls schraubenlinienförmige Kanäle 21 mit einem Einlaß 22 und einem Auslaß 23 auf.

Der Kühldorn 15 hat ein inneres Rohr 24, das mit einer Kühlwasserleitung über einen Kanal 25 verbunden werden kann, der sich durch eine Speiche 14 erstreckt. Das aus dem inneren Rohr 24 ausströmende Kühlwasser gelangt in den Kühldorn 15 durch einen ringförmigen Kanal 26 zwischen der Innenwand des hohlen Kühldorns und der Außenwand des inneren Rohrs 24, um die Strangpresse schließlich über einen Austrittskanal 27 zu verlassen, der mit dem Kanal 26 verbunden ist und sich durch die Speiche 14 a erstreckt. Die Außenfläche des Kühldorns 15 ist mit mehreren radial nach außen ragenden Kühlrippen 28 besetzt, um den Wärmeaustausch zwischen dem durch den Dorn 15 fließenden Kühlwasser und der Polystyrolmasse zu fördern, die durch den Kanal zwischen dem Kühldorn und der Innenwand des Gehäuses 10 strömt. Der Strangpreßdorn ist mit einem schraubenlinienförmigen Kühlkanal 29 versehen, an den sich an der Erweiterung 17 ein konischer Raum 30 anschließt. Das Kühlwasser kann dem Kanal 29 über die Kanäle 25 und 31 in der Speiche 14 zugeführt werden. Hierbei strömt das Kühlwasser von dem konischen Raum 30 aus über einen Rückleitungskanal 33 innerhalb des Doms 13 zurück, um die Strangpresse über in der Speiche 14 a vorgesehene Kanäle 34 und 27 zu verlassen.

Die Speiche 14 ist ferner mit einem Luftzuführungskanal 35 versehen, der mit einem axialen Kanal 36 in dem Dorn 13 in Verbindung steht und am vorderen Ende des Doms 13 mündet, so daß Luft dem aus der Erweiterung 17 austretenden Schlauch zugeführt werden kann, um ihn aufzublasen.

Bei dieser Strangpresse wird die Polystyrolmasse sowohl von innen als auch von außen her vor der Austrittsdüse wirksam und gleichmäßig gekühlt, weil die inneren und äußeren Kühlflächen Mischelemente in Form mehrerer Rippen sind, die sie mehrmals unterteilen und wiedervereinigen. Um die Kühlwirkung noch zu verbessern, sind die Rippen 28 gestaffelt angeordnet, beispielsweise so, wie es in F i g. 3 für die Rippen der Strangpresse nach Fig. 2 gezeigt ist.

Um die Verbesserung zu veranschaulichen, die sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Strangpresse erzielen läßt, zeigt die folgende Tabelle die Ergebnisse von Versuchen, die mit einer Strangpresse mit nur einem von außen gekühlten Mantel (Versuche A) sowie einer erfindungsgemäßen Strangpresse (Versuche B) erfolgten. Als Ausgangsmaterial diente Poly-

Drehzahl der	. Austrittstemperatur
Förderschnecke	des Polystyrolschaums
	Versuche A Versuche B
(U/min)	/O /~\ /O /~\

50	155	142
65	175	145
75	185	150

5 6

styrol mit Isopentan als Schäummittel, wobei kleine zugeführte Druckluft direkt an die Innenwand einer Mengen von Natriumbicarbonat und Zitronensäure Form gepreßt wird, wie dies beispielsweise bei der zugesetzt wurden. Der erzeugte Polystyrolschaum Herstellung von Flaschen bekannt ist. Da die Kunsthatte nach dem Blasen eine Dichte von 70 g/l und eine Stoff masse mit gleichmäßiger niedriger Temperatur Porengröße von 0,15 bis 0,20 mm. Die Strangpresse 5 austritt, kann die Abkühldauer der geformten Flasche war mit einer Förderschnecke mit einem Durch- in der Form verkürzt werden.

messer von 00 mm ausgerüstet, deren Länge dem F i g. 2 zeigt den vorderen Teil einer anderen Aus-

27fachen des Durchmessers entsprach. Die maximal bildungsform einer erfindungsgemäßen Strangpresse, zugelassene Austrittstemperatur des Polystyrol- bei der das Wärmeaustauschorgan nicht gleichzeitig schaums betrug 150° C. 10 einen zum Formen dienenden Dorn bildet. Die

Strangpresse nach Fig. 2 umfaßt einen zylindrischen Mantel 37, eine darin umlaufende Förderschnecke 38, einen Strangpreßkopf 39 und einen mittleren Mantelschuß 40. Der Mantel und der Kopf sind mit 15 Rohrschlangen 51 bzw. 52 für eine Kühl- oder Heizflüssigkeit versehen. An Stelle der Rippen 43 auf dem Wärmeaustauschorgan 42 oder zusätzlich zu diesen Rippen sind Rippen auf der Innenwand des Gehäuses 37 oder des Kopfes 39 vorgesehen, wie es z. B. in 20 Fig.6 für eine am Gehäuse37 befestigte Rippe53

Die Tabelle zeigt, daß bei der Strangpresse mit dargestellt ist. Der mittlere Mantelschuß 40 umfaßt Außenkühlung die Austrittstemperatur weit über den radiale Speichen 41, die ein Wärmeaustauschorgan in zulässigen Wert ansteigt, und zwar auch dann, wenn Form eines hohlen zylindrischen Körpers 42 halten, die Drehzahl nur 50 U/min beträgt. Bei der erfin- der auf seiner in F i g. 3 in Abwicklung dargestellten dungsgemäßen Strangpresse war es möglich, eine 25 Außenfläche 44 Rippen 43 trägt. Diese sind in axial Drehzahl der Förderschnecke von 75 U/min zu ver- verlaufenden Reihen angeordnet, wobei die Rippen wenden, bevor die Temperatur zu hoch wurde und einer Reihe gegenüber den Rippen der benachbarten sich die Qualität des Polystyrolschaums unzulässig Reihe versetzt sind, wie es in F i g. 3 z. B. für die verschlechterte. Bei der erfindungsgemäßen Strang- Reihen 45 und 46 dargestellt ist. Der mittige Kühlpresse ist es somit möglich, die Produktionsleistung 30 körper 42 ist mit Rohren 47 und 48 versehen, um erheblich zu steigern, was auch gegenüber einer so- ihm ein Wärmeübertragungsmittel, z. B. öl oder wohl mit Innen- als auch mit Außenkühlung arbei- Wasser, zuführen zu können.

tenden Strangpreßvorrichtung der eingangs genann- Die Kunststoffmasse tritt aus dem Strangpreßkopf

ten Art der Fall ist. 39 durch eine Düsenöffnung 49 aus. Die Rippen 43

Es läßt sich also eine höhere Produktionsgeschwin- 35 haben rechteckige Querschnittsform. An Stelle derdigkeit und/oder eine bessere Qualität erzielen. Wenn artiger Rippen lassen sich stromlinienförmig gestalder Dorn 13 als solcher schon ziemlich lang ist, ist es tete Rippen 50 verwenden, wie sie Fig. 4 zeigt,
in manchen Fällen möglich, den Kühldorn 15 fortzu- F i g. 7 entnimmt man die Ausbildungsform einer

lassen. Es ist jedoch im allgemeinen zweckmäßig, Hohlrippe 54, bei der mit Hilfe von Rohrleitungen 55 dem inneren Kühlorgan ohne Rücksicht darauf, ob 40 und 56 ein Wärmeübertragungsmittel zu- und abführes nur durch den Dorn 13 oder aber durch die beiden bar ist.

Dorne 13 und 15 gebildet ist, eine Länge zu geben, Im Betrieb der Strangpreßvorrichtung strömt die

die mindestens dem dreifachen des kleinsten Außen- Kunststoffmasse durch die Presse zum Strangpreßdurchmessers des Dorns 13 entspricht. kopf, so daß es an den Rippen der Wärmeaustausch-Die in Fig. 1 gezeigte Strangpresse bietet ferner 45 flächen entlangströmt und durch die Rippen in-geVorteile bei der direkten Herstellung von Höhlkör- trennte Ströme unterteilt wird, die sich nach dem pern aus dem ausgepreßten Schlauch, der durch die Passieren der Rippen wiedervereinigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 2 halb ungünstig, da dadurch die Viskosität zu niedrig, Patentansprüche: und so der gerade erzeugte Teil des durch das Auf blasen entstehenden Ballons zu weich und schon ge-

1. Strangpreß vorrichtung zum Herstellen von genüber geringen Druck- und Temperaturänderungen Blasfolien aus Polystyrolschaumstoff mit einem 5 zu empfindlich wird. Eine Kühlung des Ballons mit Blasfolienextruder, wobei vor der Austrittsdüse Hilfe von Luft, wie sie häufig angewendet wird, führt des Extruders äußere und innere, mit Kühl- zu keinen befriedigenden Ergebnissen, da sich hierflüssigkeit gekühlte Kühlflächen vorgesehen sind, durch die Unstabilität des Ballons, da Wirbel erzeugt an denen die aufschäumbare Polystyrolmasse in- werden, vergrößert. Um diese Schwierigkeiten zu verfolge Strömungs- und Mischbewegung kühlbar io meiden, arbeitet man mit niedrigerer Strangpreßgeist, dadurch gekennzeichnet, daß als schwindigkeit, als es möglich sein würde, wenn die innere und/oder äußere Kühlflächen Misch- genannten Schwierigkeiten nicht aufträten,
elemente in Form mehrerer, radial angeordneter Wenn schon beim Extrudieren normaler Kunst-Rippen (28, 43, 50, 53, 54) zum mehrmaligen stoffe die Temperaturregelung kritisch und schwierig Unterteilen und Wiedervereinigen der Polystyrol- 15 durchführbar ist, erhöhen sich diese Schwierigkeiten masse vorgesehen sind. beim Verarbeiten von Polystyrolschaumstoff, da die

2. Strangpresse nach Anspruch 1, dadurch ge- Anwesenheit des Schäumemittels die Beherrschung kennzeichnet, daß die Rippen (50) in Kränzen der richtigen Temperaturverhältnisse dadurch erangeordnet und die Rippen aufeinanderfolgen- schwert, daß es selber bestimmte Anforderungen an der Kränze gegeneinander versetzt sind. 20 die Wärmeverteilung stellt, indem die Temperatur

3. Strangpresse nach Anspruch 1, dadurch ge- innerhalb des Extruderkopfes nicht über eine bekennzeichnet, daß die Rippen (43) in axial ver- stimmte Temperatur ansteigen darf, um ein starkes laufenden Reihen (45, 46) angeordnet und die Schäumen der Kunststoffschaummasse innerhalb der Rippen jeder Reihe gegenüber den Rippen der Mischschnecke und der Austrittsdüse zu vermeiden, benachbarten Reihe versetzt sind. 25 Aus diesem Grunde ist eine feinfühlige und genaue

Temperaturregelung noch viel wichtiger und schwieriger als beim Strangpressen von ungeschäumten

Kunststoffrohren. Einer der für die Schwierigkeit der

Beherrschung der Temperaturverteilung verantwort-30 liehen Gründe ist das schlechte Wärmeleitvermögen

Die Erfindung betrifft eine Strangpreßvorrichtung des Kunststoffs, so daß die direkte Wärmeübertrazum Herstellen von Blasfolien aus Polystyrolschaum- gung durch In-Berührung-Bringen der Kunststoffstoff mit einem Blasfolienextruder, wobei vor der masse mit einer erwärmten oder gekühlten Wand-Austrittsdüse des Extruders äußere und innere, mit fläche auch schlecht ist. Dieses Wärmeübertragungs-Kühlflüssigkeit gekühlte Kühlflächen vorgesehen sind, 35 problem besteht an sich sowohl beim Erwärmen als an denen die aufschäumbare Polystyrolmasse infolge auch beim Abkühlen der Kunststoffmasse, jedoch er-Strömungs- und Mischbewegung kühlbar ist. gibt sich ein zusätzliches Problem nur beim Abküh-

Bei der bekannten Strangpreßvorrichtung dieser len einer Kunststoffmasse, nämlich durch die mit dem Ausbildungsform (GB-PS 9 49 655) dient als äußere Abkühlen aus der geschmolzenen Phase verbundene Kühlfläche die Wandung des Extruder-Zylinders, die 40 Abnahme der Viskosität. Der Teil der Kunststoffvon einem Kühlmantel umschlossen ist. Als innere, masse, der die Kühlfläche direkt berührt, wird höher mit Kühlflüssigkeit gekühlte Kühlfläche ist der Kern viskos, so daß er immer langsamer fließt, was wieder Extruder-Schnecke ausgebildet, welcher hohl derum zur Folge hat, daß die Abkühlung immer inausgebildet und von einer an seinem rückwärtigen tensiver auf abgegrenzte Bereiche in unmittelbarer Ende eingeleiteten Kühlflüssigkeit nach vorn zur 45 Nähe der Kühlflächen beschränkt wird. Es versteht austrittsseitigen Spitze und zurück durchströmt wird. sich, daß diese Kette schnell zu großen Temperatur-Die Extruder-Schnecke ist dabei zweiteilig ausgebil- differenzen zwischen den einzelnen Teilbereichen und det, wobei in einem ersten Teil die Mischung ohne dem Kern der Kunststoffmasse einerseits und den Kühlung erfolgt. Die Kühlung ist derart einzustellen, Kühlflächen andererseits führen muß, weshalb nur daß die schaumfähige Polystyrolmasse vor Austritt 5« eine milde Kühlung, wenn diese überhaupt vorgeaus der Blasdüse auf eine 145 bis 150° C nicht über- sehen wurde, angewandt wurde. Ein Schritt auf dieschreitende Temperatur gekühlt wird. Mit dieser be- sem Weg ist die Kühlung der Kunststoffmasse an kannten Strangpreßvorrichtung ist es trotz der Küh- einer äußeren und an einer inneren mit Kühlflüssiglung schwierig, der gesamten Polystyrolmasse vor keit gekühlten Kühlfläche. Es hat sich aber gezeigt, dem Austritt aus der Düse eine gleichmäßige Tempe- 55 daß sie nicht ausreicht, wenn hohe Produktionsleiratur aufzuprägen. Man hat durch lange Förder- und stungen erzielt werden sollen.

Mischstrecken sowie durch unterteilte Heiz- und Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Kühleinrichtungen, die sorgfältig gesteuert werden, Kühlflächen der eingangs genannten Strangpreßdies zu erzielen getrachtet. Die Austrittstemperatur vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß soll aber nicht überhöht sein, um einerseits hoch wer- 60 eine Leistungssteigerung ohne Qualitätseinbuße mögtige Blasteile zu erzielen und andererseits mit einer lieh ist.

befriedigend hohen Produktionsgeschwindigkeit ar- Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei

beiten zu können. Eine gleichmäßige Temperaturver- der eingangs genannten Strangpreßvorrichtung vor, teilung ist bei der Herstellung von Schaumteilen auch daß als innere und/oder äußere Kühlflächen Mischdeswegen besonders wichtig, um am Erzeugnis Be- 65 elemente in Form mehrerer, radial angeordneter reiche unerwünschter Zellstruktur und, infolge davon, Rippen zum mehrmaligen Unterteilen und Wiederunregelmäßige Oberflächen zu vermeiden. Beim Blas- vereinigen der Polystyrolmasse vorgesehen sind. Die folienextrudieren ist eine zu hohe Temperatur des- Rippen können zweckmäßigweise entweder in Kran-