-
Strangpreßverfahren zum kontinuierlichen Aufschouzen thermoplastischer
gunststoffe, insbesondere Styrolpolymerisat, zu Profilkörpern.
-
Es ist seit langem bekannt, thermoplastische Kunststoffe durch Strangpressen
in Profilkörper mit nahezu beliebiger Querschnittsform umzuwandeln.
-
Ferner ist es bekannt, thermoplastische Kunststoffe mit Hilfe des
Strangpre#verfahrens fortlaufend aufzuschäumen. Diese Arbeitsweise ist bei allen
Thermoplasten möglich und hat sich für Styrolpolymerisate in erheblichem Maße eingeführt,
u.a., weil hierfür niedrig siedende Kohlenwasserstoffe als preisgünstige Treib-oder
Blähmittel zur Verfügung stehen. Diesem in verschiedenen Abwandlungen bekannten
Verfahren sind bei Schaumstoffen hinsichtlich der Querschnittsgestalt den erzeugten
Stränge gegenwärtig sehr enge Grenzen gezogen. Praktisch
ausschließlich
hergestellt werden Platten bzw. Bahnen mit rechteckigem Querschnitt, ferner Rohre
oder sehr dünnwandige Schläuche, die meist zu Folien weiterverarbeitet werden, oder
schließlich kreisrunde Strenge. Als formgebende Werkzcuge oder Düsen verwendet man
ganz überwiegend Breitschlitz- oder Ringdüsen.
-
Diese Beschränkung in der querschnittsform - verglichen mit dem Strangpreßverfahren
für nicht schäumende Kunststoffe - ist bedingt durch das anisotrope dreidimensionale
Aufschäumen des Xunststoffs nach Verlassen der Düse. Nie z.B. in der Zeitschrift
"Industrie-Anzeiger", 87. Jahrgng (1965) Nr. 12, S. 189 - 94, zitiert nach dem Sonderdruck
"S 539 der BadischSn Anilin und Sodafabrik AG, ludwigshafen, S. 8, ausgeführt ist,
sind die Abmessungen der Düse bei optimalen Verarbe tungsbedingungen etwa um den
Faktor drei kleiner als die Maße des gewünschten Profils zu wählen. Jedoch ist das
nur als eine Faustregel anzusehen, weil eine ganze Reihe von Faktoren die Abmaße
und die Querschnittsgestalt des mit einer bestimmten Düse erzeugten trangs soweit
beeinflußt, daß sich Maße und Gestalt des Strangs höchstfalls angenähert voraussagen
lassen.
-
Es ist deshalb bereits bei rechteckigen Strangquerschnitten erforderlich,
den in der Mitte stärker als an den Rändern aut
schäumenden Strang
durch Walzen u.dgl. nachzubearbeiten, was eist vorgenommen wird, solange der Strang
noch warm und verformbar ist.
-
Bei rohrförmigen oder zylindrischen Schaumstoffsträngen ist man meist
gezwungen, recht aufwendige Kalibriervorrichtungen zu verwenden. Es liegt auf der
Hand, daß die Schwierigkeiten, dem extrudierten Schaumstoffstrang die gewünschte
teuerschnittsgestalt und nötigen Abma#e zu verleihen, beim Übergang auf weniger
einfache @uerschnittsformen erheblich zunehmen und die Kalibrierung zunehmend schwieriger
wird.
-
Ein anderer nachteil oes Strangpressens von Schaumstoff liegt in dem
relativ hohen Raumgewicht, des so verarbeiteten Gutes.
-
Während man nach dem sog. Formschäumverfahren aus vorgeschäumtem treibmittelhaltigem
Kunststoffgranulat Blöcke oder Platten u.dgl. mit Haumgewichten von 10 - 20 kp/m3
erreicht, weisen die stranggepreßten Schaumstoffe Raumgewichte von 40 - 60 kp/m3
und mehr auf. Stranggepreßte Schaumstoffe sind aufgrund ihrer größeren Dichte zwar
von größerer Festigkeit, wo es hierauf nicht ankommt jedoch erheblich teurer als
im Formschäumverfahren erzeugte. ta ist daher schon bekannt geworden, das Raumgewicht
strenggepre#ter Schaumstoffe herabzusetzen, indem man sie unmittelbar
nach
Austritt aus der Die oder nach dem Erkalten nochmals erwärmt. Dieses sog. Nachschäumen
ist besonders gebräuchlich bei Folien aus aufgeschäumtem Styrolpolymerisat, die
nach dem sog. Schlauchfolien-Blasverfahren erzeugt werden.
-
Diese Schaumstoffolien mit einem ursprünglichen Raumgewicht von beispielsweise
200 - 400 kptm3 werden nach ihrer Herstellung zunächst auf Rollen gewickelt und
schließlich mehrmals durch Öfen gezogen, wo sie mit Wasserdampf erhitzt werden Zwischen
den einzelnen Durchgängen durch den oder die Öfen wird die Folie jeweils mehrere
Stunden zwecks Druckausgleich zwischengelagert, bis sie schließlich ein Raumgewicht
von ca. 80 kp/m3 und dementsprechend größere Dicke erreicht hat. Diese Beheizung
der Folie muß allerdings sehr vorsichtig erfolgen, da andernfalls Verzerrungen,
Verwerfungen oder t'Verbrennung't der Oberfläche eintreten.
-
Die Erfindung zielt nun darauf ab, das Strangpreßve-fahren von der
geschilderten Beschränkung auf einfacheProfilquerschnitte zu befreien.
-
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Querschnittsgestalt
des die formgebende Düse der Presse verlassenden aufschäumenden Strangs mit Hilfe
einer Wärmebehandlung, die zur Verminderung des Raumgewichts von stranggepreßten
Schaumstoffsträngen an sich bekannt ist, geändert wird.
-
Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, daß man die Verzerrung des
Profilquerschnitts, die nach Verlassen des Mundstücks der Presse eintritt und die
vermutlich eine Folge von durch ungleichmäßige Abkühlung verursachten inneren Spannungen
ist, aufheben und ggf. "überkompensieren" kann, wenn man die Abkühlung des Strangs
verhindert bzw. ihn wieder auf die in der Düse herrschende Temperatur aufheizt.
-
Die Erfindung soll weiter erläutert werden anhand der nachfolgenden
Versuche und der Zeichnung, in der die Figuren 1 - 10 Querschnitte eines Schaumstoifstrangs,
der mit der Düse von Fig. 11 erzeugt ist, in Abhängigkeit von der im Feizkanal von
Fig 13 herrschenden Temperatur darst Ilen, Fig. 11 der Querschnitt der formgebenden
Düse ist, Fig. 12 ein Strangprofil mit den in Tabelle I verwendeten Maßangaben zeigt
und Fig. 13 ein Schema einer zur Durchführung der Erfindung verwendbaren Vorrichtung
wiedergibt (wobei die sich stromabwärts anschließende, herkömmliche Abzugsvorrichtung
der Deutliehkeit halber weggelassen ist).
-
Beispiele : Es wurde eine Einschnecken-Strangpresse mit einem Schneckendurchmesser
D = 52 m und einer Schneckenlänge L = 15 D vep wendet. (Fabrikat Frieseke &
Höpfner, Erlangen) Bei einer Drehzahl von 23 Min-1 betrug der Durchsatz 20,3 kp/h,
2 und der Schneckenrückdruck wurde mit 60 kp/cm2 Õemessen.
-
Diese Schneckenstrangpresse wurde mit Styrolpolymerisat folgender
Rezeptur beschickt: 76,6 Teile Polystyrol (Type III C der BASF) von 0,1 bis 0,5
mm Körnung mit einem Hauptteil von 0,1 bis 0,3 mm und einem Litergewicht von 400
g 9,0 Teile n-Pentan 12,0 Teile Polyvinylchlorid (Type Vinnol E 100/70 der Firma
Wacker) 0,4 Teile Bariumstearat 2,0 Teile Microsil (feine Kieselsäure der Firma
Giulini)
Im Nundstück dieser Presse 1 befand sich eine U-förmige
Düse 2 mit einer Breite von 8,6 mm, einer Höhe von 6,6 mm und einer Wandstärke von
2mm (vgl. Fig. 11) Die einzelnen Zonen des Zylinders der Presse, von der Autgabeseite
zur U-Düse hin, wurden nach der lehre von Patent (Patentanmeldung G 22 773 IV/39b)
ständig auf folgenden Temperaturen gehalten: 20, 50, 80, 120, 120°f. (Die Temperatur
des Extrudats in der U-Düse war demnach 120°C) Die Abzugsgeschwindigkeit wurde auf
10 m/min eingestellt.
-
Unmittelbar stromab von der U-Düse 2 war ein 2 m langer Heizkanal
4 angeordnet, seine Wandung (60 cm breit, 20 cm hoch) war au#en mit Heizdrähten
umwickelt. Die Temperaturverteilung entlang des Heizkanals wurde mit Thermoelementen
und Thermometern fortlaufend gemessen. Die in tabelle 1 angegebenen Temper@turen
sind Mittelwerte dieser Messungen. Die Temperaturverteilung entland des Heizkenals
erwies sich als für den Versuchszweck hinreichend gleichmäßig ( die Schwankungen
infolge der Einflüsse von Konvektion und der teilweise offenen Kanalenden betrugen
durchschnittlich etwa 3 ) Die Strangpresse mit der oben beschriebenen und in Fig.
11 abgebildeten U-Düse 2 wurde angefahren und bei zunächst kaltem
Heizkanal
ins Gleichgewicht gebracht (Vereuch Nr. 1) Anschließend wurde die Temperatur im
Heiskanai stufenweise bis auf 16500 erhöht und der Einfluß der Wärmebehandlung auf
den Querschnitt des extrudierten Schaumstoffstrangs untersucht (Versuch Nr. 2 -
10) Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.
-
Sie zeigen, daß der die in Fig. 11 dargestellte Düse 2 verlassende
Strang 3, dessen Schenkel in der Düse einen Winkeln von 90° einschlie#en, sich ohne
die erfindungsgemä#e Wärmebehandlung bis zu einem Winkel von etwa 125° aufweitet,
vgl.
-
Fig. 1, (Der Einfachheit halber sind die Versuche 1 - 10 mit den Figuren
1 - 10 der Zeichnung übereinstimmend beziffert worden) Erhöht man die Temperatur
im Heizkanal bis zu der in der Düse herrschenden Temperatur von 120°C, so geht der
Winkel oc des erzeugten Stangs 3 bis auf annähernd den Wert (900) zurück, den die
Schenkel des U-Profils mit seiner Grundfläche in der Düse (Fig. 11) bilden.
-
Erhöht man die Temperatur im Heizkanal über die Düsentemperatur hinaus,
so verringert sich der Winkels weiter, bis die Schenkel des U-Profils zusammentreffen,
wie Fig. 10 zeigt.
-
Tabelle I Versuch Heizkanal- Abma#e des Strangs (mm) Eingeschl. Raumgewicht
Nr. Temp. (°C) a b c e f Winkel@(Grd) (kp/m3) 1 20 18 36 16 9 8 125 66 2 50 18,5
35 17 9 8 119 62 3 75 19 33 17,5 9,2 8,2 113 58,3 4 100 19 26 18,5 9,3 8,3 101 55
5 115 18,5 19,5 19 9,2 8,3 91,5 52,8 6 125 18,5 16,5 19 9 8,2 88 52 7 135 17,8 14,5
19 9,4 8,5 85 51,5 8 145 18 11,5 19,2 9,6 8,6 80 49,6 9 155 18 5 18,3 9,4 8,6 70
47,8 10 165 18 0 18 9,6 9,0 60 46,3
Es wird häufig sehr erwünscht
sein, Schaumstoffstränge mit geschlossenem Querschnitt bzw. annähernd rohrförmigem
Profil berstellen zu können, ohne - wie bisher erforderlich - Ringspaltdüsen verwenden
zu müssen, die schwierig zu zentrieren und verhältnismäßig teuer sind. Durch die
erfahrungsgemäße W§rmenachbehandlung besteht die Möglichkeit, aus einfacheren Düsen
mit gekrümmten oder auch ebenen Schlitzen Schaumstoffstränge her zu stellen, die
sich zu einem rohrartigen Querschnitt schließen.
-
Die Festigkeit derart erzeugter Rohrkörper ist allerdings an den Stoßstellen
der Profilteile meist vermindert. Für Schaumstoffrohre, die später zur Wärmeisolierung
von Rohrleitungen verwendet werden sollen, ist das indes kein Nachteil, weil sie
für diesen Zweck ohnehin in Achsrichtung aufgeschnitten und geteilt werden mUssen,
damit die Rohrhälften sich über die cu isolierende Leitung schieben lassen. Bei
den erfindungsgemäß herstellbaren Rohrkörpern ist die verminderte Festigkeit sogar
vorteilhaft, weil sie sich an den Stoßstellen durch einfaches Aufreißen trennen
lassen, mithin also Sollbruchstellen" bereits aufweisen.
-
Ferner ist es möglich, wenn auch zumeist nicht erforderlich, den Schaumstoffstrang
3 nach Verlassen des Heizkanals 4 noch mechanisch zu bes beiten, indem man mittelsht
rkömmlicher Walzen oder Rollen 5 sein Oberfläche glättet oder ihn walkt, um dem
Schaumstoff größere Elastizität zu verleihen. Solche Formgebungswerkzeuge 5 kdnnen
ggf. auch stromauf des Heizkanals 4 angeordnet werden, inshesondere
dann,
wenn der Strang 3 nach Verlassen des Heizkanals 4 geschlossenen, rohrartigen Querschnitt
haben soll, weil dann eine mechanische Pearbeitung kaum noch möglich ist. Als Material
für die Formgebungawerkzeuge 5 empfehlen sich besonders haftungsarme Kunststoffe
wie das unter dem geschützten Warenzeichen "Teflon" bzw. "Hostaflon" gehandelte
Tri- oder Tetrafluoräthylenpolymerisatu.dgl. Die Formgebungswerkzeuge 5 können auch
dazu dienen, den Scliaumstoffstrang 3 zusätzlich zu profilieren, z.B. mit irr Achsrichtung
oder senkrecht dazu verlaufenden Rillen, Rippen u.dgl. zu versehen oder bestimmte
Einprägungen vorzunehnen.
-
Eine weitere vorteilhafte Abwandlung des Verfahrens besteht darin,
?aß man den B. aus einer Düse 2 tretenden Strang, der beispielsweise freiwillig
einen Querschnitt nach Fig. 4 annimmt, mit Hilfe einer geeignet geformten, zwischen
Düse 2 und Heizkanal 4 angeordneten Rolle 5 bis auf einen etwa Fig. 1 entsprechenden
Querschnitt aufweitet und diese Aufweitung anschließend durch eine Wärmebehandlung
bis zu den gewünschten Querschnitt, der z.B. Fig. 8 entsprechen möge, wieder aufhebt.
-
Es hat sich nämlich gezeigt, daß mit dieser Aufweitung ein erheblicher
Zuwachs in der Wandstärke (e und f in Fig. 12) verbunden ist, wobei das Raumgewicht
des Strangs 3 annähernd erhalten bleibt, die Vorschubgeschwindigkeit des Strangs
3 jedoch entsprechend abnimmt Durch besagte Aufweitung wird der
Strang
3 von der Rolle 5 (trotz deren sehr geringer Reibung und Haftung) offenbar gebremst
und gestaut, so daß das Aufschäumen senkrecht zur Bewegungsrichtung begünstigt wird.
Gleichzeitig bleiben Oberflächengüte und Querschnittsgestalt des Strangs 3 erstaunlicherweise
im wesentlichen unverändert. Buf diese Weise ist es somit möglich geworden, gestalttreue
Schaumstoffprofile von erheblicher Wandstärke mit einer Düse 2 zu erzeugen, deren
Schlitzweite wie erwünscht klein gehalten werden kann.
-
Schaumstoffprofile etwa nach Fig. 8 oder 9, die anderweitig schwierig
herzustellen wären, sind für Verpackungszwecke besonders geschätzt, weil sie, zum
Kantenschutz auf z.B. Glasscheiben u. dgl. aufgeschoben, selbstklemmend wirken und
keiner zusätzlichen Befestigung bedürfen.