DE1629603B2

DE1629603B2 - Strangpresse zum Herstellen von Hohlsträngen aus thermoplatischem Material

Info

Publication number: DE1629603B2
Application number: DE1629603A
Authority: DE
Inventors: Olaf Eugene Bartlesville Okla. Larsen (V.St.A.)
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1965-12-27
Filing date: 1966-12-27
Publication date: 1974-09-19
Also published as: JPS5010908B1; NL6618192A; NL141122B; DE1629603A1; BE691620A; GB1169728A; US3393427A; ES334561A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Strangpresse zum Herstellen vor. Hohlsträngen aus thermoplastischer;·; Material nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine solche Strangpresse ist in der GB-PS 548 741 vorbeschrieben. In der Strangpreßmatrize dieser bekannten Strangpresse konvergieren die Wandungen von Mantel und Dorn in Alispreßrichtung nur über eine relativ kleine Strecke der Strangpreßmatrize und verlaufen dann im Abgabeendteil parallel.

In der GB-PS 520 560 wird eine Strangpreßmatrize beschrieben, deren Ringraum sich ebenfalls nur über eine relativ kurze Strecke der Matrize verjünijt, wobei der Dorn über seine Gesamte Länsie zylindrisch ist.

Nach einem in der GB-PS 685 043 beschriebenen Verfahren werden Rohre oder Schläuche aus thermoplastischem Material dadurch hergestellt, dnß dieses Material durch eine Düse mit einem Abgabeendteil extrudiert wird, wobei beim Festlegen des endgültigen Querschnitts des Rohres oder Schlauches eine Kraft gegen die äußere Oberfläche des Materials während des Gleitens durch die Strangpreßmatrize aufrechterhalten wird. Dieser bekannte Strangpreßkopf zum Extrudieren von Kunststoffmaterial enthält einen gekühlten Dorn, der von einer temperaturgeregelten Buchse umgeben ist, die mit dem Dorn einen ringförmigen Durchgang für das Kunststoffmaterial bildet, wobei sich Dorn und Buchse konisch zum Auslaßende verjüngen. Auch hier ist jedoch ein relativ großer Teil der Länge des ringförmigen Durchgangs zylindrisch. Die während des Kühlens vor der Verfestigung auftretende Schrumpfung des Materials kann zu einer unerwünschten, rauhen Oberfläche mit Runzeln, Riefen oder anderen Fehlern auf dem Hohlstrang führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strangpresse zu entwickeln, deren Matrize während des Abkiihlens und Schrumpfens mit dem Kunststoff in Kontakt bleibt und dadurch bei einer erheblich größeren Extrusionsgeschwindigkeit Hohlstränge mit glatten Außen- und Innenflächen liefert. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung der Strangpreßmatrize nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs gelöst.

Mit einer derart ausgebildeten Strangpreßmatrize kann die Extrusionsgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden. Beispiele für die Steigerung der Extru- C5 sionsgeschwindigkeit sind in der Tabelle 1 angeführt. Da der Kontakt während der gesamten Verfestigung des Extrudates aufrechterhalten wird, weisen die ge

bildeten Hohlstränge eine glatte Innen- und Außenfläche auf.

Die Strangpreßgeschwindigkeit eines Gegenstandes aus Kunststoff ist durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der die Wärme von dem Gegenstand abgeführt werden kann, während er sich durch die Strangpreßmatrize bewegt. Wenn ein Hohlstrang sich selbst tragen soll, wenn er aus der Strangpreßmatrize austritt, muß der Kunststoff unter seine Verfestigungstemperatur gekühlt werden. Dies kann auf bekannte Art, z. B. mittels eines Kreislaufs einer Kühlflüssigkeit durch den Mantelteil der Strangpreßmatrize, erreicht werden. Da die Kühlung und damit die Verfestigung des Kunststoffmaterials in der Strangpreßmatrize bewirkt, daß der Kunststoff schrumpft, bleibt bei bekannten Strangpreßmatrizen die äußere Fläche des Kohlstrangs nicht im Kontakt mit der in nc-ro α Fläche des .Mantels, was zur Folge hat, daß zwischen dem teilweise verfestigten Kunststoff und eier inneren Fläche des Mantels ein Spalt entsteht. Dieser Spalt wirkt als Isolation zwischen dem ManteHei! der Strangpreßmatrize und dem Kunststoff, wodurch das Abführen der Wärme von dem Kunststoff erschwert ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich sowohl den Dorn als auch die Innenfläche des Mantels der Strangpreßmatrize über die ganze Länge konisch auszubilden, wird das Schrumpfen des Kunststoffmaterials bei seiner Verfestigung ausgeglichen. Der konische Dorn kann dabei eine geringere Konizität aufweisen als die Innenfläche des Mantels. Der Holilstrang bleibt in erster Linie deshalb glatt und frei von Falten, weil er während seiner gesamten Verweilzeit in eier Strangpreßmatrize in Berührung mit der Innenfläche des Mantels bleibt. Dabei wird kontinuierlich eine Kraft gegen die gesamte äußere Fläche des Hohlstrangs während seines Weges durch den Durchgang der Strangpreßmatrize aufrechterhalten.

Beim durch Kolbenstrangpressen bewirkten dynamischen Strangpressen von Materialien mit h oh era Molekulargewicht, z. B. von Äthylen-Polymeren, die einen hohen Druck-Schmelzindex von der Größenordnung ] oder weniger haben, ist es erforderlich, daß sich die Strangpreßmatrize, ausgenommen die beheizte Plastifizierungskammer, kontinuierlich vom Einsatz bis zum Abgabeendteil verjüngt. Anderenfalls verursacht die Schrumpfung durch die Kühlung beim Durchgang durch die Strangpreßmatrize eine unerwünschte, rauhe Oberfläche.

Eine beispielsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Strangpreßanlage, die in Verbindung mit der Strangpreßmatrize verwendet werden kann,

F i g. 2 einen Längsschnitt einer Strangpreßmatrize.

Ein langgestreckter Hohlstrang von vorbestimmter Querschnittsgestaltung aus einem thermoplastischen Material wird erhalten durch Zuführen des thermoplastischen Materials zu einer Strangpreßmatrize, welche, die Querschnittsgestaltung bestimmt, das Aufbringen einer Kraft auf dieses thermoplastische Material, um seine Bewegung durch die Strangpreßmatrize zu bewirken, und die Aufrechterhaltimg einer Kraft gegen die äußere Oberfläche des Hohlstranges während seines Weges durch die Strangpreßmatrize. Die Kraft auf die Außenfläche des Hohlstranses wird

durch die konisch zulaufende Innenfläche des Mantels und die konische Außenfläche des Dorns der Strangpreßmatrize erzeugt, während er sich durch die Strangpreßmatrize bewegt. Der entstehende Rückdruck im Hohlstrang führt zu einer besseren Piastifizierung des thermoplastischen Materials. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das thermoplastische Material während seiner Verfestigung kompakt bleibt, wodurch die Möglichkeit der Lunker- oder Riefenbildung verringert wird.

Die Strangpreßmatrize 1 ist in Verbindung mit einer dynamischen Strangpreßanlage dargestellt, die einen Rahmen 2 umfaßt, der einen Kolben 3 trägt, der mit einem Schwungrad 4 durch eine Kurbelstange 6 und einen Kreuzkopf 7 verbunden ist. Ein Motor 8 und ein Riemen 9 bewegen den Kolben 3 über den Kurbeltrieb 4, 6, 7 hin und her.

Ein Granulat eines thermoplastischen Materials kann in einem Vorratstrichter 11 durch eine her-¹ kömmliche Fördereinrichtung 12 zugeführt

iais > verläiise

Ein Rohr 13 kann zur Weiterleitung des Ma':
vom Vorratstrichter 11 zu einem Fülltrichter 14
wendet werden, der das Material direkt dem G
des Kolbens 3 zuführt. Dieser preß't es in die Strangpreßmatrize 1. Der Hohlstrang 16 kann durch ein Auflager 17 gestützt werden, nachdem er aus der Strangpreßmatrize ί austritt. Das Auflager 17 kann zur weiteren Reduzierung der Temperatur des Kohlstranges 16 mit Kühleinrichtungen versehen sein.

Die neuartige Strangpreßmatrize 1 umfaßt einen Dorn 18 und einen diesen konzentrisch umgebenden Mantel 19. der in einem Abstand von diesem angeordnet ist, um einen Ringrauni 21. zu bilden. Um den Mantel 19 und in einem Abstand von diesem ist ein Kühlmantel 22 angeordnet, um eine Ringkanimer 23 zu bilden, durch welche eine Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser od. dgl, durch die Einlaßleitung 24 und die Auslaßleitung 26 umlaufen kann.

Das Innere der Strangpreßmatrize 1 kann durch eine andere Kühleinrichtung gekühlt werden, die eine Einlaßleitung 27 umfaßt, die mit den Durchgängen 28 verbunden ist, die im Inneren des Domes 18 zur Verteilung einer Kühlflüssigkeit durch alle Bereiche des Dorns angeordnet sind. Die Durchgänge 28 für die Kühlflüssigkeit münden in einen Kühlflüssigkeitsausgang 29 aus, der zur Ableitung der Kühlflüssigkeit aus dem Inneren des Dorns, wie durch die Pfeile gezeigt, dient.

Die Strangpreßmatrize 1 kann durch geeignete Einrichtungen der Plastifizierungskammer der dynamischen Strangpreßanlage angebracht werden. Ein elektrischer Bandheizer 31, der um die Strangpreßvorrichtung vor dem Eintrittsende der Strangpreßmatrize angeordnet ist, sichert, daß das Kunststoffmaterial geschmolzen ist, während es in die Strangpreßmatrize eintritt. Ein Wärniedamm 32 in der Form einer um den Umfang herumlaufenden Nut zwischen der Plastifizierung und der Strangpreßmatrize isoliert die Plastifizierungskammer von der Strangpreßmatrize und verhindert den Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teilen. Wenn gewünscht, kann eine Isolierungspackung aus einem warmhärtbaren Harz od. dgl. in den Wärmedamm 32 eingesetzt werden. Die relativen Lagen des elektrischen Bandheizers 31, des Wärmedamms 32 und der Ringkammer 23 ergeben eine scharfe Erstarrungslinie zwischen dem schmelzflüssigen und dem festen Zustand des zu formenden Kunststoffmaterials.

Die relative Größe und Form des Dorns 18 und des Mantels 19, die den Ringraum 21 in der Strangpreßmatrize bilden, können über weite Grenzen variieren. Wichtig ist, daß der Ringraum 21 in Rich-S tung des Weges des Hohlstranges ausreichend konvergiert, um zu sichern, daß der Hohlst rang in Berührung mit der Innenfläche des Mantels 19 bleibt, während er durch die Strangpreßmatrize gleitet.
Obwohl die relative Konizität des Dorns 18 und

ίο des Mantels 19 innerhalb weiter Grenzen in Abhängigkeit zum Teil von dem Schrumpfungsfaktor des zu pressenden Materials variieren kann, soll der Ringraum im allgemeinen zwischen dem Dorn und dem Mantel in Richtung des Weges des Hohlstranges um wenigstens etwa 1 mm'm über die Länge der Strangpreßmatrize konvergieren. Die bevorzugte Konvergenz beträgt etwa 3 mm/m.

im allgemeinen kann der Dorn innerhalb des Bereichs bis 15 mm/m konisch zulaufen und der Mantel innerhalb des Bereichs von 1 bis 25 mm m konisch verlaufen, wobei die Differenz in der Konizität des Dorns und derjenigen der Buchse wenigstens 1 mm/m beträgt.

Mit der erfindungsgemäßen Strangpresse können thermoplastische Materialien, z. B. Natur- oder Kunstharze, beispielsweise Polyolefine. Polyamide, Polyester, Fiuorkohlenstoif poly mere, Acetylharzc, Polycarbonate, Vinylpolymere, Acrylpolymere, Polystyrole und ähnliche Materialien stranggpreßt werden.

Polyolefine, wie z. B. Polyäthylen und Äthylen-Buten-Mischpolymerisate mit einem Molekulargewicht größer als iOOOOO, sind besonders zum Strangpressen mit der erfindunssaemäßen Strangpresse 2eei'.':net.

Beispiel 1

Ein Äthylen-Buten-Mischpolvmcrisat mit einem Hochlastschmelzindex von 1.4(ASTM D 1238-62 T, Bedingung F) mit einer Dichte von 0,956 (ASTM D 1505 T), das etwa 1 Gewichtsprozent Glycerin und etwa 2,5 Gewichtsprozent Ruß enthält, wurde zu einem Rohr mit 2.54 cm Durchmesser stranggepreßt, um die vergrößerte Strangpreßgeschwindigkeit darzustellen, die mit einem konvergierenden Ringraum zwischen dem Dorn und dem Mantel der Strangpreßmatrize erreicht wird. Die folgenden Daten von den verschiedenen neu ausgeführten Versuchen sind in Tabelle I aufgeführt.

Tabelle Ϊ

	Konus	mm m	Grad der	Strangpreß
			Konver	geschwindig
Versuch			genz des	keit
	Dorn	Buchse	Ring
	0	0	raums	(cm/min)
Nr.	4	4	(mm/m)	2,5 bis 5
Kontrolle A	6	6	0	10 bis 13
Kontrolle B	6	7	0	13
Kontrolle C	Si	S)	0	32 *)
1	4	6	1	etwa 2,5
Kontrolle D	6	6	0	etwa 5
Kontrolle E		0	10
2		2

*) Die durch diesen Versuch hergestellte Röhre zeigte eine äußerst autc Oberfläche, frei von Falten und unebenen Stellen.

Die Kontrollen A, B und C in der vorstehenden Tabelle dienen als eine Grundlage für den Versuch Nr. 1. Die Kontrollen D und E bilden eine Grundlage für Versuch Nr. 2. Die Unterschiede in den Kontrollversuchen, z. B. Kontrolle C und Kontrolle E, können der Tatsache zugeschrieben werden, daß das Strangpressen unter leicht unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt worden war.

Die angegebene Strangpreßgeschv/indigkeit ist die annähernde Maximalgeschwindigkeit, bei welcher die Rohre in ihrer verfestigten Form stranggepreßt werden konnten, wobei sie sich selbst trugen und dabei frei von Falten beim Austritt aus der Strangpreßmatrize waren. Es ist offensichtlich, daß die Strangpreßgeschwindigkeit, vergleicht man Versuch Nr. 1 mit den Kontrollen A, B und C, im wesentlichen mit einer Ringraumkonvergenz von 1 mm/m angewachsen war. Ähnlich ist die Strangpreßgeschwindigkeit beim Versuch Nr. 2 wenigstens doppelt so groß, verglichen mit der Strangpreßgeschwindigkeit für d'ie Kontrollversuche D und E.

Beispiel 2

Aus einem Mischpolymerisat, ähnlich Beispiel 1, wurde eine Mischung mit 10 Gewichtsprozent Ruß, 0,5 Gewichtsprozent Glycerin und 0,5 Gewichtsprozent Isopropylalkohol (Verdünnungsmittel für Glycerin) gebildet. Diese Mischung wurde zu einer etwa 6,3-cm-Röhre stranggepreßt, um weiter die vergrößerte Strangpreßgeschwindigkeit darzustellen, die mit einem konvergierenden Ringraum zwischen dem Dorn und dem Mantel der Form erhalten wird. Die Daten aus diesen Versuchen sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

IO	Versuch	Konus,	mm/m	Grad der Konver genz des 1? Inn	Strang- preß- geschwin-
			Kmg- raums	digkeit
15 Nr.	Dorn	Buchse	(mm/m)	(cm/min)
Kontrolle F	6	6	0	17
-ι j	3	6	3	31

Aus den obigen Daten ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit im Versuch Nr. 3 nahezu doppelt so groß ist wie jene für den Kontrollversuch F. Der Grund, warum die Strangpreßgeschwindigkeit für den Kontrollversuch F von den Strangpreßgeschwindigkeiten für die Kontrollversuche in Tabelle I differiert, sind die verschiedenen Strangpreßbedingungen und die unterschiedliche Form.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Strangpresse zum Herstellen von Hohlsträngen aus thermoplastischem Material mit einem hin- und hergehenden Preßstempel und einer Strangpreßmatrize mit einem zwischen einem Dorn und einem diesen konzentrisch umgebenden Mantel gebildeten Ringraum, wobei in Richtung des Materialaustritts Mantel und Dorn konisch verjüngt sind und der Ringraum stetig verengt ist. dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verengung des Ringraumes (21) über die gesamte Länge von Mantel (19) und Dorn (18) erstreckt und Mantel und Dorn über ihre gesamte Lange kühlbar sind.