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Extrudierte Mehrschichtenformkörper und Vorrichtung zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft Mehrschichtenformkörper aus verschiedenen thermoplastisahen
Kunststoffen, die durch Extrusion durch eine gemeinsame düse erzeugt sind, sowie
eine Vorrichtung zur Herstellung solaher Formkörper.
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Bei der Herstellung endloser stranggepreßter Formkdrper ist die Verweilzeit
der Formmasse im Extruder von der Art und Größe des zu erzeugenden Profils unabhängig
und kann duroh geeignete Bauart des Extruders verhältnismäßig kurz gehalten werden.
Die Verweilzeit in der Düse hingt dagegen stark von der Art und Grume des Profils
des zu erzeugenden Formkdrpers ab und nimmt in Düsen fUr plattenförmige Profile
mit waohsender Breite der Profile erheblich zu. Da die Förderleistung eines Extruders
keinen weiteren Spielraum zuläßt, ist die Fließgesohwindigkeit an der Austrittsöffnung
umso geringer, je breiter und dicker das Profil ist. Bei der Extrusion von Platten
muß die Fließgeschwindigkeit am Plattenrand und in der Plattenmitte gleiah groß
sein, was einen gleichmäßigen Formmassendruok über die ganze Breite der Düse voraussetzt.
Dies wird duroh einen Verteilerkanal im Innern der Düse erreicht, dessen Quersohnitt
so gro# bemessen ist, da# der Strömungswiderstand darin erheblich geringer als in
der $Austrittsöffnung ist, Die Flie#geschwindigkeit im Verteilerkanal nimmt mit
zunehmendem Querschnitt ab, der Querschnitt und die LKnge des Verteilerkanals nehmen
mit der Düsenbreite jedoch zu, Diese Umstkndo führen in breiten Extruslonsdüsen
zu Verweilzeiten der Formmasse, die erheblich linger als im Extruder sind.
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Bei der Auswahl der Formmase muS ihrer Verweilzeit im thermoplastischen
Zustand d Rechnung getragen werden. Im Interesse
einer hohen mechanischen
Fertigkeit und Korrosionsbeständigkeit des erzeugten Formkdrporfl wird das Molekulargewicht
der Formmasse möglichst hooh gewählt. Um die Formmasse bei der Verarbeitung nicht
zu schädigen, dürfen Verarbeitungstemperatur, Schmelzviskosität und die Verweilzeit
bestimmte, durch die Materialeigensohaften festgelegte Grenzen nicht überschreiten.
Die wechselseitige ABhängiigkeit dieser Grö#en bedingt, da# für die Herstellung
breiter extrudierter Formkörper mit hoher Verweilzeit des thermoplastisohen Materials
Formmassen mit niedrigerem Molekulargewicht als fUr sahmale Profile verwendet werden
mUßsen.
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Wenn die Grenzwerte fUr Temperatur und Schmelzviskosität tberschritten
werden, tritt durch Uberhitzung und durch Scherkr§fte eine Schädigung der Formmasse
überwiegend in den unmittelbar an der beheizten Wandung der Dusse fließenden Zonen
des Formmassenstromes auf. Die Heizelemente, die die erforderliche Mayentemperatur
bis zum Austritt aus der DUse aufrechterhalten, arbelten grö#tenteils intermittierend,
so da# die der beheizten Wandung am nächsten liegenden Schichten abweckselnd Temperaturen
oberhalb und unterhalb des eingestellten Mittelwertes ausgesetzt sind, Die Höchsttemperatur,
der die wandnahen Formmassenteile wthrend der Heizphasen auegeastzt sind, begrenzt
daher mittelbar den Temperaturmittelwert in der Formmasse. Hierbei ist auah zu berücksichtigen,
da9 gerade die wandnahen Formmassenanteile die niedrigste Strdmungsgesohwindigkoit
und infolgedessen die höchste Verweilzeit haben. Daraus ergibt sikh, da8 die wandnah
flie#enden Anteile der Formmasse der höchsten Beanspruchung duroh Temperaturspitzen
und lange Verweilzeit ausgesetzt sind, wthrend die Hauptmenge der Formmasse die
Düse mit einer Temperatur und einer Verweilzeit durchläuft, die deutlich unter den
zulässigen Grenzwerten liegen Mit der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst.
Mehrsohlohtenformkörper zu erzeugen, deren Kernschicht beim
Herstellungsverfahren
nicht den verschärften Bedingungen der äußeren Schicht des Formmassenstromes ausgesetzt
ist und infolgedessen so ausgewählt sein kann, daß sie nur die milderen Bedingungen
des Kernes des Formmassenstromes ohne Schädigung verträgt. Gegenstand der Erfindung
sind daher Mehrschichtenformkörper aus zwei oder mehr thermoplastischen Kunststoffen,
bei denen der Kern des Formkörpers von einer geschlossenen Schicht aus andersartigem
Material umhUllt wird.
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Erfindungsgemäß werden diese Mehrschichtenformkörper mit einer Vorrichtung
erzeugt, die aus mindestens zwei Extrudern, einer ProfildUse und einem diese Einheiten
verbindenden Zwischenstück bestehto In der beigefügten Abbildung ist ein Schnitt
durch die Vorrichtung der Erfindung dargestellt. Darin bezeichnet 1 das ZwischenstUck,
2 und 3 die Kopfstücke zweier Extruder. Im Innenraum des ZwischenstUckes ist eine
mit der Austrittsöffnung des Extruders 2 durch einen Massekanal 4 verbundene Düse
5 angeordnete die von mindestens einer weiteren Düse 6, die ihrerseits durch einen
Massekanal 7 mit der Austritts8ffnung eines weiteren Extruders 3 in Verbindung steht,
ringförmig umschlossen ist.
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Der Innenraum des ZwischenstUckes ist mit der Eintrittsöffnung der
ProfildUse 8 durch einen weiteren Massekanal 9 verbunden.
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Es ist bemerkenswert, da# die im ZwischenstUck gebildete, das Kernmaterial
umhüllende Schicht beim Durchlaufen der Profildüse trotz starker Verformung des
Quers¢hnittes als geschlossene Schicht erhalten bleibt.
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Extrudierte Formkdrper, die aus mehr als einer Formmasse hergestellt
wurden, sind schon bekannt. Sofern die verschiedenen Formmassen in den bekannten
Formkörpern zusammenhängendee voneinander scharf getrennte Zonen bilden, liegen
diese zumeist nebeneinander und bilden z, B. verschiedenfarbige Streifen.
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Es sind auch Verfahren bekannt, wonach Rohre und S¢hlOu¢he durch gemeinsames
Extrudieren zweier Formmassen in der Weise erzeugt werden, da# die eine Formmasse
die innere Seite, die andere Formmasse die äu#ere Seite der Rohrwandung bildet.
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@iese bekannten Mehrschichtenformkörper werden in allon Flllen so
hergestellt, da# verschiedene Formmassenströme erst unmittelbar an der Austrittsöffnung
der Profildüse zusammenflie#en, so daB aie der thermiaohen Beanspruchung in der
ProfildUse in vollem Ma#e ausgesetzt sind. Hierbei werden auch Vorrichtungen angewandt,
bei dense die Trennwand zwischen zwei Formmassen-Strömen gegenüber der Düsenöffnung
in oder gegen dis Fließriohtung stwas versohoben werden tanne Daduroh wird ein leichtes
Überquellen eines der Formmassenströme Uber dan Profil seiner Austrittsöffnung ermöglicht,
so da# das Dickenverhältnis benachbarter Sohiohten innerhalb gewisser Grenzen Verändert
werden kann.
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SohXleBlloh ist es auoh bekannte zwei von Je sima Extruder erzeugte
Formmassenströme in jeweils mehrere flache Tu tri autsut llon und diese in tu Zwischenstück
abc boy einanderzusohiohten. Der so orsougto mehrsohiohtigo Formmassenstrom tritt
sodann in eine Breitschlitzdüse ein und wird dort zu einer aus vlelen dünnen, alternierenden
Schichten aufgebauten Platte verformt. Hierbei wird jedooh keine Schicht von einer
anderen vollständig umschlossen, wenn es bei diesem Verfahren auoh grundsätzlich
möglich ist, Deckschichten aus thermostabilem und Scherbeständigem Material su bilden,
so kann doch die Sohldigung einer empfindliahen Formmsse an den Stellen nioht vermieden
werden, wo deren Sohiohten die hei#en Wandungen des Verteilerkanals berühren.
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Die erfindungsgemä#en Produkte bieten gegenüber den bekannten Mehrsohiohtenformkörpern
den Vorteil, da# aie ale Kernsohicht Formmassen enthalten könnene die allein nicht
zu Formkörpern der gleichen Gestalt verarbeitet werden können ; ze B. kann die Kernzone
aus hoohmolekularen Polymerisaten bestehen, die bei der angewandten Temperatur gerade
noch gznUgend plastisoh sind, die aber bei Berührung mit der Wand duroh Scherbeanspruchung,
Überhitzung
und orhöhte Verweilzelt Zersetzungen erleiden würden. Die Folgen soloher Zersetzungsreaktionen
sind dem Kunststoffverarbeiter als Streifen und Blasen in der Oberflächenschioht
des extrudierten Materials wohl bekannt. Diese Fehleracheinungen können vermieden
werden, wenn die Oberfläohensohioht aus einem Polymerisat mit niedrigerem Molekulargewicht
besteht, das auch bei den Spitzentemperaturen der Wandung des Düsenkörpers nicht
zersetzt wird und infolge einer gegenüber dem Kernmaterial herabgesetzten Schmelzviskosität
durch Scherkräfte nicht stark beanspruaht wird. Die mechanisohe Festigkeit solcher
Mehrsohichtenkörper wird duroh das hochmolekulare Kernmaterial, das vorzugsweise
den Hauptteil des Produktes bildet, bestimmt. Auah die Korrosionsfestigkeit solcher
Mehrschiohtenkörper ist gegenüber Produkten, die völlig aus dem Material der Außenwand
aufgebaut sind, verbessert, da von der Oberfläche ausgehende Risse sich in der Regel
im Kernmaterial niaht fortpflanzen. Naah diesem Prinzip aufgebaute Mehrschichtenformkörper
aus Polymethylmethaorylat, bei dem die Kernschicht ein höheres Molekulargewicht
als die Au#enschicht auRweist, haben besonders wertvolle Eigenschaften, Andere vorteilhafte
Kombinationen enthalten als Kernschicht besonders preisgünstige Formmassen, ze B.
Polyvinylchlorid, die jedoch nur eine begrenzte thermisohe Beanspruohung vertragen
und deshalb bisher in großen Breiten überhaupt nicht oder nur mit erheblichen Mängeln
extrudiert werden konnten, Weitere Kunststoffe, die als Material für die Kernschicht
in Frage Kommen, sind die als ABS-Harze bekannten Acrylnitril-Butadien-Syrol-Mischpolymerisate
oder sahlagfeste Polystyrolsorten. Als subers Sahicht komen vorzugsweise hochwertige
Kunststoffe mit hoher thermischer Stabilität und Scherbestädnigkeit sowie hohem
Glanz und guter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Polymethylmethaorylat, zur
Anwendung.
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Die Anwendung von Formteilen gemä# der Erfindung kann auoh dann vorteilhaft
sein, wenn die AuBensohioht Zusatzstoffe
enthält,dieimInnernderFormmasseunnützsind
und dort aus Gründen der Kostenersparnis fortgelassen werden soldons Solche Zusatzetoffe
können Farbstoffe, Pigmente oder Sohutzstoffe gegen bestimmte kußere Einflüsse,
wie UV-Strahlung, Korrosionsmittel us dgl., sein. Umgekehrt kann auch die Kernsohloht
Zusätze, wie Wolohmaoher odor flammhemmende Mittol, enthalten, die in der Oberflächenschicht
nicht erwünscht sind. Durch teilweises AbRrKson der Deckschicht von Platten mit
verschieden gefärbter Deck- und Kernschicht können farbige Schriftzüge und Ornamente
orzougt werden.
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Der Einsatz von mehr als zwei verschiedenen Formmassen bzw. vonmehr
als zwei Extrudern ist nur in Sonderflllen erforderlich.
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Mit mindestens drei Extrudern, von denen zwei die gleiohe Formmasse
fdrdern können, wird bei der Herstellung gro#volumiger Hohlprofile gearbeitet. Die
gegen thermisohe und Scherbeanspruahung zu schützende Kernschicht wird in diesem
Palle an der Innen- und an der Au#enwandung des Hohlprofils von einer Schutzschicht
aus thermoplastischom Material abgeschirmt.
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Die wirtschaftliche Bedeutung der Extruslonsvorriohtung gemä# der
Erfindung ist duroh die Tatsache gegeben, da# sis aus konventionellen Extrudern
und ProfildUsen lediglich duroh Zwischenschalten eines besonderen Verbindungsstückes
aufgebaut werden kann, so daß bei der Umstellung einer Extrusionsanlage auf die
Herstellung von Mehrschichtenformkörpern die zuvor benutzten Anlagen nichet unbrauchbar
werden.
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Dan MengenverhKltnis der verschiedenen, am Autbau des Formmassenstranges
beteiligten Kunststoffe ist innerhalb welter Grenzen beliebig Vorzugsweise wird
der die äu#ere Schicht bildende Kunststoff in geringerer Menge als das Kernmaterial
angewendet, z. B. zwischen 2 und 50 %, bezogen auf die Menge des Kernmaterials.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann der Sußere
Düsenring des Zwischenstückes mittels beweglicher Stellglieder in seiner Breite
verkndert werden Eine weitere Möglichkeit zur Variation des MengenverhSltnisses
der verwendeten Formmasse liegt in der Regelung der Extrudierleistung bzw. in der
Wahl von Extrudern mit geeignetem Leistungsverhältnis.