DE1629645B2 - Vorrichtung zum Strangpressen geschäumter, thermoplastischer, rohrförmiger Erzeugnisse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Strangpressen geschäumter, thermoplastischer, rohrförmiger Erzeugnisse mit einem ringförmigen Umlenk-Austrittskanal und bezieht sich auf das Herstellen von Filmen, Tafeln oder Platten aus geschäumtem Polypropylen mit einem isotropen Zellenaufbau, welches eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Einreißen und Abbiegen besitzt und frei von Rillen oder ähnlichen Oberflächenmängeln ist. Als Schaum mit isotropem Zellenaufbau ist ein Schaum bezeichnet, dessen Zellen makroskopisch gesehen längs der drei üblichen Koordinatenachsen gleich lang sind.

Bei einer bekannten Strangpreßvorrichtung für geschäumte Kunststoffe wird zunächst ein Rohr aus einer ringschlitzförmigen Düse stranggepreßt, deren gegenüber der Düsenachse am Austrittsende nach außen geneigter Austrittskanal eine senkrecht zur Düsenachse stehende Düsenfläche hat. Das stranggepreßte Rohr wird dabei von zwei Abzugwalzen mit konstanter Geschwindigkeit weggezogen, wobei gleichzeitig Luft in das Rohr eingeführt und zwischen der Düse und dem Abzugwalzenspalt eingeschlossen wird, um eine Blase zu bilden. Der Abstand zwischen der Düse und den Abzugwalzen muß eine ganz bestimmte Größe haben, auf die die Strangpreßgeschwindigkeit derart abgestimmt ist, daß sich das Material in ausreichender Weise auf eine Temperatur abgekühlt, bei der es bereits im wesentlichen beständig ist. Daraus resultiert ein ausgebeultes Rohr aus geschäumtem thermoplastischem Material, das zum Schaffen zweier Platten längs der beiden Seitenkanten dann aufgeschlitzt wird.

In manchen Fällen und insbesondere im Falle der Verwendung von Polypropylen läuft der Schäumungsprozeß im Vergleich zur Geschwindigkeit, mit der der Blasenumfang anwächst, zu rasch ab. Wenn daher das thermoplastische Material die Strecke zwischen dem ringförmigen Austrittskanal in der Düse und dem den endgültigen Durchmesser aufweisenden aufgeblähten Rohr durchläuft, wird auf Grund der Aufschäumung des thermoplastischen Materials neues Volumen schneller erzeugt, als sich der Umfang ausdehnen kann, so daß dadurch ein Teil des Umfanges Druckkräften ausgesetzt ist.

Diese Druckkräfte arbeiten der Volumenausbreitung entgegen und haben Rillen zur Folge, die sich in Längsrichtung über das gesamte Rohr erstrecken. Dieses Entgegenarbeiten durch die Druckkräfte bringt, wenn es in einem stärkeren Maße auftritt, ein fortwährendes Zusammenfallen der Zellen längs der Rillen mit sich. Als Folge davon besitzt die hergestellte Platte ein grobes Gefüge und eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen Einreißen in der Richtung, in der sich die Rillen erstrecken.

Es wurde bereits versucht, die Druckkräfte und das ä daraus resultierende Bilden von Rillen dadurch zu vermeiden, daß zur Aufnahme des neuen Volumens die Abzugwalzen mit größerer Geschwindigkeit angetrieben wurden und daß zur Durchmesservergrößerung mit höherem Gasdruck gearbeitet wurde, um so die Falten und Rillen herauszudrücken. Beide Maßnahmen haben eine Zugbeanspruchung des stranggepreßten Erzeugnisses zur Folge, die zu in Längs- und Umfangsrichtung länglichen Zellen führt. Diese länglichen Zellen haben eine nur geringe Widerstandsfähigkeit gegen eine Deformation bei auf die Oberfläche senkrechter Einwirkung von Kräften, so daß die hergestellten Platten eine geringe Quetschfestigkeit und Steifigkeit besitzen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Strangpressen geschäumter, thermoplastischer, rohrförmiger Erzeugnisse mit einem ringförmigen Umlenk-Austrittskanal zu schaffen, mit der sich ein rohrförmiges Erzeugnis gleichförmiger Dicke und isotropem Zellenaufbau ohne Entstehung von Druckkräften, die eine einwandfreie Aufschäu- ä

mung verhindern und Längsrillen und ähnliche Oberflä- ™ chenunebenheiten in ihm oder den daraus geschaffenen Platten ergeben, herstellen läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß erfindungsgemäß der ringförmige Austrittskanal einen von seiner Achse weggerichteten, etwa kegelstumpfförmigen Endabschnitt aufweist, dessen Mantellinien mit der axialen Durchlaßrichtung des Austrittskanals einen Winkel von mehr als 90° bilden.

Dadurch wird erreicht, daß die Geschwindigkeit, mit der der Umfang des stranggepreßten Erzeugnisses anwächst, gegenüber der Aufschäumgeschwindigkeit beschleunigt wird, weil sich die Strecke zwischen der Düsenöffnung am Ende des Endabschnitts des Austrittskanals und dem den Enddurchmesser aufweisenden stranggepreßten Rohr in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zur Längsachse des Strangpreßwerkzeuges verläuft. Bei Material, das gezwungen wird, einer derartigen Strecke zu folgen, bis im wesentlichen der Enddurchmesser des Rohres erreicht ist, wird das Entstehen von Druckkräften und die daraus resultierende Rillenbildung auf ein Mindestmaß verringert.

Es hat sich herausgestellt, daß die Schmelze, die aus einem ringschlitzförmigen Austrittskanal, dessen Man-

telflächen mit der Längsachse der Düse einen Winkel von 90° bildet, austritt, nicht in genau radialer Richtung ausfließt, sondern in der Regel sogleich nach vorn in Richtung auf die Abzugwalzen kippt oder sich wölbt. Zu dieser Abweichung von der radialen Bewegung trägt einerseits der Gasdruck, der eine Auswölbung bewirkt und andererseits das Nachlassen der elastischen Spannung bei (Energiespeicherungsphenomene der Schmelze).

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das geschäumte, thermoplastische Material im Düsenkopf um einen Winkel von mehr als 90° gegenüber der axialen Durchlaßrichtung umgelenkt. Auf diese Weise nähert sich die Schmelze über eine größere Strecke dem Enddurchmesser des fertigen Rohres mehr in genau radialer Richtung an, so daß Druckkräfte im Material und daraus resultierende Rillenbildung auf ein Mindestmaß verringert sind.

Ein zusätzlicher und wichtiger Vorteil, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht wird, liegt darin, daß mit dem »nach hinten geneigten« kegelstumpfartigen Endabschnitt erreicht wird, daß der Laufstreckenabschnitt der Schmelze, der sich annähernd in radialer Richtung erstreckt, etwas von der Austrittsöffnung des Endabschnitts des Austrittskanals entfernt ist. Ein solcher Laufstreckenabschnitt ist besonders dann günstig, wenn die Aufschäumgeschwindigkeit einen Maximalwert erreicht, nachdem das stranggepreßte Erzeugnis einen Teil des in radialer Richtung zwischen der Austrittsöffnung und dem Enddurchmesser des Rohres gemessenen Weg durchlaufen hat. Bei dem nach hinten geneigten Endabschnitt des Austrittskanals wird die größte Radialgeschwindigkeit in einigem Abstand von der Austrittsöffnung erreicht. Daher tritt das am schnellsten vor sich gehende Anwachsen des Umfangs des ausgepreßten Erzeugnisses auf Grund des Aufschäumungsvorganges ungefähr zur gleichen Zeit auf, zu der die Bewegungsrichtung des ausgepreßten Erzeugnisses der radialen Richtung am nächsten kommt. Der Schaum ist daher geringeren Druckkräften ausgesetzt und neigt weniger zum Krümmen und Ausbeulen.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse wurden erzielt,

wenn der Winkel zwischen den Mantellinien des Endabschnitts und der axialen Durchlaßrichtung des Austrittskanals zwischen 120 und 140° liegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der kegelstumpfförmige Endabschnitt von zwei Düsenteilen des Düsenkopfes mit einander etwa parallelen und in gegenseitigem Abstand angeordneten kegelstumpfförmigen Düsenflächen begrenzt.

Wenn die Düsenteile in axialer Richtung des Düsenkopfes relativ zueinander verstellbar sind, kann der Endabschnitt des Austrittskanals in einfacher Weise an die jeweiligen Dickenerfordernisse des Erzeugnisses angepaßt werden.

Diese Verstellbarkeit wird beispielsweise dadurch erreicht, daß das vordere Düsenteil auf einen mittigen Düsendorn im hinteren Düsenteil aufgeschraubt ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer sehematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Düsenkopf 10 gezeigt, der an dem vorderen Ende einer üblichen Strangpreßvorrichtung mit Förderschnecke angeordnet ist. An dem Düsenkopf 10 ist ein ortsfester Düsenteil 11 mittels Schrauben 12 befestigt. Der Düsenkopf 10 und das Düsenteil 11 sind ringförmig und grenzen einen Kanal ab.

der sich am vorderen Ende konisch verjüngt.

Symmetrisch innerhalb des durch den Kopf 10 und das Düsenteil 11 abgegrenzten Kanals ist ein Dorn 13 mittels mehrerer Streben 14 gehalten, in ein Gewinde 17 im vorderen Ende des Dorns 13 ist ein Bolzen 16 mit Gewinde 17 eingeschraubt, das sich nach außen über das Düsenteil 11 erstreckt. Sowohl der Dorn 13 als auch der Bolzen 16 sind mit Bohrungen 20 und 21 versehen, die sich in Längsrichtung durch diese Teile erstrecken, um den Durchgang von Luft oder irgendeinem anderen gasförmigen Medium zu ermöglichen.

Ein vorderes Düsenteil 24 ist mit seinem mittigen Innengewinde auf den Bolzen 16 aufgeschraubt. Das feste, hintere Düsenteil 11 hat eine stirnseitige Düsenfläche 25, die mit der Düsenachse einen Winkel von mehr als 90° bildet. In entsprechender Weise bildet auch die rückwärtige Düsenstirnfläche 26 des vorderen Düsenteils 24 mit der Düsenlängsachse einen Winkel von mehr als 90°. Die Düsenfläche 26 kann sich im wesent-Jichen parallel zu der Düsenfläche 25 erstrecken oder kann eine bis zu 15° andere Neigung entweder im konvergierenden oder im divergierenden Sinne besitzen. Die Schlitzbreite zwischen den Düsenflächen 25 und 26 kann eingestellt werden, indem das vordere Düsenteil 24 längs des Gewindeabschnitts 18 des Bolzens 16 gedreht wird. Eine Feststellmutter 28 ist auf dem Gewindeabschnitt 18 des Bolzens 16 aufgeschraubt, um das verstellbare vordere Düsenteil 24 in der jeweils gewünschten Stellung zu sichern.

Im Betrieb wird die Kunststoffschmelze mittels einer nicht gezeigten, genau hinter dem Dorn 13 vorgesehenen Förderschnecke nach vorn gepreßt. Die Schmelze enthält keimbildende und schaumbildende Mittel und wird innerhalb des Extruders unter Druck gehalten, um das Schäumen zu verhindern, bevor sie aus dem von den Düsenflächen 25 und 26 nach hinten geneigten Austrittskanal austritt. Erst wenn die Schmelze in Form eines Rohres 30 aus dem Auslaßkanal austritt, beginnt der Schäumvorgang. Gleichzeitig wird Luft oder ein anderes Gas durch die Bohrung 20 und 21 in das Innere des Rohres eingeleitet, um es aufzublähen.

Der Laufweg des rohrförmigen stranggepreßten Erzeugnisses, das von dem nach hinten geneigten Austrittskanal, welcher im vorliegenden Falle mit der Düsenlängsachse einen Winkel von 120° bildet, austritt, ist mit ausgezogenen Linien dargestellt und mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Mit gestrichelten Linien ist bei 31 der Laufweg bezeichnet, den das rohrförmige stranggepreßte Erzeugnis durchläuft, falls es aus einem Austrittskanal austritt, der gegenüber einem Winkel von 120° nur einen Winkel von 90° mit der Längsachse einschließt. Man erkennt, daß der durch die gestrichelten Linien 31 dargestellte Weg nur unmittelbar nach dem Austreten aus der Düsenöffnung radial ist, während der Weg 30 hinter dem nach hinten geneigten Austrittskanal sich über einen viel größeren Wegabschnitt in radialer Richtung erstreckt. Darüber hinaus hat, was noch wichtiger ist, dieser radiale Abschnitt Abstand vom Austrittsquerschnitt des Austrittskanals.

Der nach hinten ansetzende Laufweg 30 ergibt Vorteile gegenüber dem genau radial ansetzenden Laufweg 31 dadurch, daß ein viel größerer Abschnitt des Weges 30 sich der genau radialen Richtung annähen. Dies ist besonders wichtig, da der angestrebte Strangpreßweg, mit dem Rillen bildende Druckkräfte vermieden werden können, in radialer Richtung verläuft.

Der optimale Winkel, der eine möglichst radiale Laufrichtung ergibt, kann zwischen 110 und 160°

schwanken und hängt von der Zusammensetzung der Kunststoffschmelze, der Temperatur, der Art des schaum- und keimbildenden Mittels usw. ab. Im allgemeinen liegt jedoch dieser optimale Winkel zwischen 120 und 140°.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Strangpressen geschäumter, thermoplastischer, rohrförmiger Erzeugnisse mit einem ringförmigen Umlenk-Austrittskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Austrittskanal einen von seiner Achse weggerichteten, etwa kegelstumpfförmigen Endabschnitt aufweist, dessen Mantellinien mit der axialen Durchlaßrichtung des Austrittskanals einen Winkel von mehr als 90° bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Mantellinien des Endabschnitts und der axialen Durchlaßrichtung des Austrittskanals zwischen 120 und 140° liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Endabschnitt von zwei Düsenteilen (11, 24) des Düsenkopfes (10, 11, 24) mit einander etwa parallelen und in gegengeseitigem Abstand angeordneten kegelstumpfförmigen Düsenflächen (25, 26) begrenzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenteile (11, 24) in axialer Richtung des Düsenkopfes (10, 11, 24) relativ zueinander verstellbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Düsenteil (24) auf einen mittigen Düsendorn (13; 16) im hinteren Düsenteil (11) aufgeschraubt ist.