DE1778471C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren, bei dem ein plastifizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Innenschicht von einem plastifizierten Kunststoff für eine Hüllschicht umhüllt und in den Kunststoff der Innenschicht ein plastilizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Kernschicht eingeführt wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Häufig ist es erwünscht, verschiedene Kunststoffe zu einem Verbundkörper zu extrudieren. Hierbei kann einer der Kunststoffe thermisch verhältnismäßig unstabil sein und die üblichen Extruder korrodierend angreifen. Daher lassen sich beispielsweise Copolymere mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt von Virvylidenchlorid, beispielsweise von 80%, nur schwierig extrudieren. Es sind hierbei besondere Vorsichtsmaßnahmen notwendig, die bei einem Kunststoff, wie Polyäthylen oder Polystyrol, nicht erforderlich sind. Polyäthylen, Polystyrol und verschiedene andere thermoplastische Kunststoffe können leicht in einer Vorrichtung aus kohlenstoffhaltigem Stahl extrudiert werden; für Vorrichtungen zum Extrudieren von weniger stabilen und korrodierenden Kunststoffen müssen dagegen Nickellegierungen verwendet werden. Bei der Herstellung mehrschichtiger Verbundkörper, die als einen Bestandteil einen thermisch abbaubaren Kunststoff enthalten, muß man dafür sorgen, daß der thermisch abbaubare Kunststoff unter einer Schicht eines verhältnismäßig stabilen Kunststoffes gefördert i>5 wird, oder daß er nur mit solchen Metallteilen der Vorrichtung in Berührung kommt, die gegen si:ine korrodierende Wirkung beständig sind. Ferner ist es erwünscht, daß die Verweilzeit des abbaubaren Kunststoffes innerhalb des Extruders so kurz wie möglich ist. Die Herstellung und Vorbereitung von Extruder-Mundstücken zum Extrudieren von mehrschichtigen Filmen, Folien, Rohren oder Stangen ist verhältnismäßig teuer. Wenn das Mundstück korrosionsbeständige Teile enthalten soll, werden die Herstellkosten wesentlich erhöht.

Aus der niederländischen Patentschrift 66 11 616 ist ein Verfahren zum Coextrudieren eines Verbundkörpers bekannt, der zu einem großen Teil aus einem thermisch verhältnismäßig instabilen und korrosiven Kunststoff besteht. Bei diesem Verfahren wird der thermisch instabile Kunststoff von einer Hüllschicht aus thermisch stabilem und nicht korrosivem Kunststoff umgeben. Deswegen müssen die Teile des Extrusionskopfes, die nur dem Hüllkunststoff ausgesetzt sind, nicht aus korrosionsbeständigem Material hergestellt sein. Dadurch werden in erheblichem Maße Kosten eingespart. Soll jedoch innerhalb der Innenschicht aus dem korrosiven Kunststoff eine weitere Schicht, die man als Kernschicht bezeichnen kann, extrudiert werden, so müssen nach den bisher bekannten Verfahren die Bauteile, die der Zuführung und Extrusion dieser dritten Schicht dienen, aus hochwertigen, korrosionsbeständigen und schwer zu bearbeitenden Materialien hergestellt sein, weil sie mit dem korrosiven Kunststoff in Berührung kommen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfuhren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der innerhalb eines Stromes aus korrosivem Kunststoff eine oder mehrere Kernschichten extrudiert werden können, ohne daß in erheblichem Umfang Bauteile verwendet werden müssen, die mit aufwendigen Verfahren vor Korrosion geschützt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Einführen des hitzebeständigen Kunststoffes für die Kernschicht entgegen der Fließrichtung des thermisch instabilen Kunststoffes für die Innenschicht sowie des thermisch stabilen Kunststoffes für die I liillschicht erfolgt.

Der Durchführung dieses Verfahrens dient eine Vorrichtung mit einer ersten Zuleitung für den Kunststoff der Innenschicht, mit einer die erste Zuleitung umfassenden zweiten Zuleitung für den Kunststoff der Hüllschicht und mit wenigstens einer dritten Zuleitung für den Kunststoff der Kernschicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die als Stromteiler ausgebildete dritte Zuleitung mit ihrer Mündung entgegen der Fließrichtung der Kunststoffe für die Innenschicht und für die Hüllschicht auf die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung gerichtet ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Extrusionskopfes für die Kernschicht ist es möglich, dieses Teil im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen aus normalen, nicht besonders korrosionsgeschützten Materialien, zum Beispiel kohlenstoffhaltigen Stählen, herzustellen. Dadurch tritt eine Kostenersparnis ein, zumal korrosionsbeständige Materialien nicht nur teuer, sondern auch schwerer zu bearbeiten sind.

Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

F i g. 2 einen Längsschnitt der Vorrichtung entlang der Linie U-Il nach Fi g. 1;

F i g. 3 einen Schnitt durch das zweite Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung;

Fig.4 eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, des dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;

F i g. 5 einen Querschnitt der Vorrichtung entlang der Linie V-V nach F i g. 4;

F i g. 6 einen Schnitt der Vorrichtung gemäß F i g. 4 in größerer Darstellung entlang der Linie VI-VI und

F i g. 7 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 4 in größerer Darstellung entlang der Linie VIl-VlI nach Fig.4.

Eine Vorrichtung 10 ist mit einem Extruder 11 für thermoplastischen Kunststoff verbunden. Zwischen der Vorrichtung 10 und dem Extruder 11 ist ein Zwischenstück 17 angeordnet, in den der durch Wärme plastifizierte Kunststoff aus einer Leitung 13 des Extruders 11 gelangt. Das Zwischenstück 17 hat eine zentral angeordnete rechtwinklige Leitung 20 mit einer abgeschrägten ersten Zuleitung 21 für den Kunststoff. Innerhalb des Zwischenstückes 17 befindet sich eine ringförmige rechteckige zweite Zuleitung 24 in Verbindung mit der Leitung 20. Die Zuleitung 24 ist wesentlich enger als die .Sammelleitung 23 an ihrer weitesten Stelle. In das Zwischenstück 17 mündet eine zweite Leitung 25 für Kunststoff. Die Leitung 25 verbindet die Sammelleitung 23 und eine zweite Quelle 26 von durch Wärme plastifiziertem Kunststoff. Die Leitung 20 des Zwischenstückes 17 hat ein Auslaßende 28 mit etwa rechtwinkeligem Querschnitt. In die als Extrudermundstück ausgebildete Vorrichtung 10 tritt der plastifizierte )< > Kunststoff durch eine mit dem Auslaßende 28 verbundene Einlaßöffnung 37 ein. Die Vorrichtung 10 umschließt eine innere Leitung 35 mit Stromlinienform, die eine Einlaßöffnung 37 hat, die auf das Auslaßende 28 des Zwischenstückes 17 paßt. Die Leitung 35 endet in einem Extrudierschlitz 39. Innerhalb der Leitung 35 befinden sich mehrere Stromteiler 40, die in Abständen voneinander dort angeordnet sind, wo die Leitung 35 ihren größten Querschnitt hat. Jeder dieser Stromteiler 40 enthält eine Anschlußleitung 46. die in eine dritte Zuleitung 51 mündet. Die Zuleitungen 51 enden in je einer Mündung 56, deren Länge etwa der Lange der Stromteiler 40 entspricht. Die Zufuhr des Kunststoffes für die Anschlußleitungen 46 erfolgt über eine Leitung 62 aus einer Quelle 63. Jeder der Stromteiler 40 ist so angeordnet, daß seine Mündung 56 gtgen die Einlaßöffnung 37 der Leitung 35 gerichtet ist. Die Leitung 35 verengt sich gegen den Extruderschlitz 39 und verbreitert sich in einer Ebene senkt echt zur Zeichnung. Die gestrichelten Linien in Fig. 1 zeigen stellenweise die Begrenzungen zwischen den Schichten der Kunststoffe aus der ersten, zweiten und dritten Zuleitung 21,24 bzw. 51.

Beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 führt man einen ersten Kunststoff in durch Wärme plastifiziertem Zustand aus dem Extruder 11 ein. Der zweite durch Wärme plastifizierte Kunststoff wird aus der Quelle 26 zugeführt. Dieses zweite Material gelangt aus der Quelle 26 durch die Leitungen 25 in die Sammelleitungen 23 und tritt aus dieser in Form eines etwa rechtwinkeligen Schlauches aus und umgibt den Kunststoff aus dem Extruder 11. In einem Abschnitt der Strecke /wischen dem Zwischenstück 17 und der Vorrichtung 10 entsteht also ein zusammengesetzter Strom aus Kunststoff, wobei der mittig befindliche Kunststoff umhüllt ist von einer ringförmigen Schicht des /weiten Kunststoffes. Die dritte Quelle 61 liefert durch Wiirmc nkistifiziertes und nicht korrodierendes Material in die Leitung 62. Aus dieser gelangt es in die Anschlußleitungen 46 der Stromteiler 40 und tritt durch die Mündungen 56 aus. Der Austritt erfolgt entgegen der Fließrichtung des thermisch instabilen Kunststoffes aus dem Extruder 11 und des thermisch stabilen Kunststoffes aus der Quelle 26, die durch die Leitung 35 fließen. Jeder der Ströme aus den Mündungen 56 wird geteilt und gegen die Stromteiler 40 gedrückt. Hierbei fließt er entlang der Stromteiler 40 und bildet eine einzige Schicht an einer Stelle, die zwischen den Stromleilern 40 und dem Extruderschlitz 39 liegt. Der korrodierende Kunststoff aus dem Extruder 11 kann also nicht in Berührung kommen mit den Stroniteilern 40. Der austretende, den nicht dargestellten Verbundkörper bildende Strom besteht aus einer äußeren Schicht eines Kunststoffes aus der zweiten Quelle 26, mehreren inneren Schichten aus Kunststoff aus dem Extruder 11 und mehreren dazwischen liegenden Schichten aus Kunststoff von der dritten Quelle 63.

Die Vorrichtung 70 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. j zeigt einen Körper 71 mit einer inneren Leitung 72, die der Leitung 35 nach 1 i g. 1 entspricht. Der Körper 71 hat ein oberes Ende 73 und ein Auslaßende 74. Innerhalb der Leitung 72 befindet sich ein Stromverteiler 75. Der Stromverteiler 75 ist ein Leitblech, durch welches die Zahl der Schichten in dem Strom vergrößert werden kann. Das Leitblech 75 enthält einen Körper 76, der einen aufwärts angeordneten Stromteiler 78 bildet. Der Stromteiler 78 hat eine längliche schlitzförmige Zuleitung 79, die stromaufwärts in einer Mündung 80 endet. Innerhalb des Stromverteilers 75 befindet sich eine Leitung 81, die in Verbindung steht mit der schlitzförmigen Zuleitung 79 und einer zweiten Anschlußleitung 82. Die Anschlußleitung 82 steht ihrerseits in Verbindung mit einer Leitung 85 zum Einführen eines dritten Kunststoffes. Die gestrichelten Linien in Fig. 3 zeigen, wie Teile des dritten Kunststoffes, die aus der Mündung 80 austreten, strömen.

Bei Verwendung dieser Vorrichtung 70 wird die Anzahl der Schichten am stromabwärts gelegenen Auslaßende 74 etwa verdoppelt gegenüber der Anzahl der Schichten, die stromaufwärts eintreten, wobei noch zwei weitere Schichten aus der Mündung 80 entstehen. Der Stromverteiler 75 ist beinahe ganz umhüllt von dem dritten Kunststoff und dadurch gegen korrodierende Anteile innerhalb des Stromes geschützt.

Die Fig. 4 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung 90 zur Herstellung eines Rohres mit mehreren Schichten. Die Vorrichtung 90 enthält den Körper 91 mit einem ersten Ende 92 und einem zweiten Ende 93. Der Körper 91 enthält eine innere Leitung 95 in Verbindung mit dem ersten Ende 92. Etwa koaxial mit der Leitung 95 enthält der Körper 91 um einen Dorn 140 eine Leitung 96, die in Verbindung mit der Leitung 95 und dem zweiten Ende 93 des Körpers 91 steht. Der Körper 91 enthält ein zentral angeordnetes Rohrstück 97, das sich in der Leitung 95 gegen das erste Ende 92 hin erstreckt. Das Rohrstück 97 hat ein erstes Ende 98 und ein zweites Ende 99. Das zweite Ende 99 berührt das ersie Ende 92 der Leitung 95. Ferner enthält der Körper 91 eine innere ringförmige Aushöhlung 101, die koaxial mit der Leitung 96 angeordnet ist und dem ersten Ende 98 des Rohrstückes 97 anliegt. Die Aushöhlung 101 für den Kunststoff steht durch eine ringförmige Leitung 102 in Verbindung mit der Leitung 95. Der Körper 91 enthält ferner einen Verteiler 104 für den Kunststoff. Der Verteiler 104 ist flach und ringförmig und erstreckt

sich in die ringförmige Aushöhlung 101 und die Leitung 102. Der Verteiler 104 enthält einen Körper 105 mit einer darin befindlichen ersten Leitung 107 für Kunststoff. Die Leitung 107 steht in Verbindung mit einer Quelle 108 für den durch Wärme plastifizieren Kunststoff. Die Leitung 107 endet in der Leitung 110 innerhalb des Körpers 105 und verläuft etwa senkrecht /u der Leitung 107. Die Leitung 110 steht in Verbindung mit dem Raum außerhalb des Körpers 105 und mit der ringförmigen Aushöhlung 101. Der Körper 105 teilt die Aushöhlung 101 in zwei Teile 101a und 1016. Ferner unterteilt der Körper 105 die ringförmige Leitung 102 in zwei ringförmige Leitungen 102a und 102t. Der Körper 91 enthält ferner eine Sammelleitung 112 für Kunststoff, die der Aushöhlung iOi anliegt und sich radial nach außen erstreckt. Die Sammelleitung 112 steht in Verbindung mit einer Leitung 113, die ihrerseits in Verbindung mit einer zweiten Quelle 114 für Kunststoff steht. Der Körper 105, welcher der Sammelleitung 112 anliegt, enthält mehrere Anschlußleitungen 116, welche die Verbindung zwischen der Sammelleitung 112 und vier Zuleitungen 118 für einen dritten Kunststoff herstellen. Die Zuleitungen 118 für den dritten Kunststoff erstrecken sich von einem Punkt außerhalb des Körpers 91 bis zur inneren Oberfläche 119 des ringförmigen Körpers 105. Innerhalb des Körpers 105 befinden sich drei Stromteiler 121. Jeder der Stromteiler 121 enthält eine schlitzförmige Zuleitung 122 in Verbindung mit der Anschlußleitung 116. In Verbindung mit dem Körper 91 steht eine Extruder-Vorrichtung 124. Diese Extruder-Vorrichtung 124 enthält einen umhüllenden Körper 125. innerhalb dessen sich eine innere rechtwinkelige zweite Zuleitung 126 befindet. Die Zuleitung 126 steht über eine Leitung 127 in Verbindung mit der Quelle 114 für den zweiten Kunststoff. Die Zuleitung 126 mündet anliegend an den Körper 91 in ein etwa rechtwinkeliges Extruder-Mundstück 128, dessen Querschnitt dem Querschnitt der Zuleitung 118 entspricht. Beim Körper 105 befindet sich eine Quelle 129 für den dritten Kunststoff. Die Quelle 129 steht in Verbindung mit einem Futterstück 130 innerhalb der Zuleitung 126. Das Futterstück 130 enthält eine innere, erste Zuleitung 131, dessen Auslaßende 133 einen rechtwinkeligen Querschnitt hat, der kleiner ist, als der Querschnitt der Zuleitung 118. Der Körper 125 und das Futterstück 130 umschließen eine rechtwinkelige Extruderleitung 135, die in Verbindung mit der Extruder-Mündung 128 und der Zuleitung 126 steht. Der Dorn 140 befindet sich zentral innerhalb der Leitungen % und 95 des Körpers 91. Der Dorn 140 hat ein erstes Ende 141 und ein zweites Ende 142. Der Dorn 140 wird rotierbar innerhalb des Körpers 91 getragen von einem ersten Lager 144, das von dem zweiten Ende 99 und dem Rohrstück 97 gehalten wird. Das zweite Ende 142 des Domes 140 wird rotierbar von dem Lager 146 an dem zweiten Ende 93 und dem Körper 91 getragen. Ein Antrieb 147 ist am zweiten Ende 142 des Domes 140 befestigt. Am ersten Ende 141 des Domes 140 ist ein Rohrstück 149 starr befestigt und bildet einen Teil eines ringförmigen Mundstückes 160. Das Rohrstück 149 hat ein Ende 150. das in einigem Abstand von dem zweiten Ende 142 angeordnet ist. Das Ende 150 bildet den inneren Teil einer Austritlsöffnung 151. Innerhalb des Körpers 91 befindet sich rotierbar angeordnet der äußere Teil 153 des Mundstückes. Dieser Teil wird von zwei l-agern 154 und 155 getragen. Mit dem Teil 153 is! ein Antrieb 156 verbunden. Der Teil 153 hat eine innere Leitung 159 und eine das Mundstück umfassende Oberfläche 158. Das Mundstück 160 fluchtet mit dem äußeren Teil der Leitung 95. Die Leitung 95 hat einen festen Wandteil 161a und einen beweglichen Wandteil 1616.

Die F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch die Leitung 95 entlang der Linie VII-VII nach Fig.4. Hin Strom i7i aus Kunststoff stammt aus der zweiten Quelle 114, ein Strom 172 aus Kunststoff aus der dritten Quelle 129.

Beim Betriebe der Vorrichtung 90 gelangt der erste Kunststoff aus der Quelle 108 durch den Körper 105 in die erste Leitung 107, in die Leitung 110, strömt dann in die hohlen Teile 101a und 1016 und radial durch die Leitungen 102a und 1026, von wo er in die Leitung 95 gelangt- Aus der dritten Quelle 129 kommt ein etwa rechtwinkeliger Strom von leicht abbaubarem Kunststoff in die erste Zuleitung 131. Dieser Strom kommt von dem Auslaßende 133 der Zuleitung 131 in etwa rechtwinkeliger Form in das Extruder-Mundstück 128 und in die Zuleitung 118. Kunststoff aus der zweiten Quelle 114 kommt durch die Leitung 127 in die zweite Zuleitung 126 und wird als umhüllende Schicht um den aus der Leitung 131 austretenden Strom extrudiert. Ein Teil des Kunststoffes aus der zweiten Quelle 114 tritt in den Körper 91 durch die Leitung 113 und die Sammelleitung 112 ein. Der Kunststoff tritt aus der Sammelleitung 112 durch die Leitungen 116 aus. Aus den Anschlußleitungen 116 strömt der Kunststoff radial nach auswärts durch die dritten Zuleitungen 122 in die nach außen erweiterten Mündungen 123. Der ummantelte Strom fließt in die Zuleitung 118 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung und trifft den zweiten Kunststoff aus den Mündungen 123. Der Strom aus den Zuleitungen 118 hat also die Form des rechtwinkeligen Stromes 172 aus Kunststoff von der dritten Quelle 129, der umhüllt ist von einem äußeren Strom 171 aus Kunststoff von der zweiten Quelle 114. Diese Ströme 171 und 172 sind ihrerseits umschlossen von dem Kunststoff aus den ringförmigen Leitungen 102a und 1026 (Fig. 7). Beim Führen der Kunststoffe durch die Leitung 95 werden diese durch die rotierende

so Bewegung des Domes 140 und der Oberfläche 158 so beeinflußt, daß die Teüströme gestreckt werden und vier Schichten bilden. Jede dieser vier Schichten hat eine spiraiige Form, deren Ausdehnung abhängig ist von der Extrudiergeschwindigkeit und von der Rotationsgeschwindigkeit des Mundstückes 160. Der nicht dargestellte, aus dem Mundstück 160 austretende Verbundkörper enthält also vier Schichten aus Kunststoff von der dritten Quelle 129 und acht Schichten aus Kunststoff von der zweiten Quelle 114.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Palentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren, bei dem ein plastifizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Innenschicht von einem plastifizierten Kunststoff für eine Hüllschicht umhüllt und in den Kunststoff der Innenschicht ein plastifizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Kernschicht eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Eiriführen des hitzebeständigen Kunststoffes für die Kernschicht entgegen der Fließrichtung des thermisch instabilen Kunststoffes für die Innenschicht sowie des thermisch stabilen Kunststoffes für die Hüllschicht erfolgt. is

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, mit einer ersten Zuleitung für den Kunststoff der Innenschicht, mit einer die erste Zuleitung umfassenden zweiten Zuleitung für den Kunststoff der Hüllschicht und mit wenigstens einer dritten Zuleitung für den Kunststoff der Kernschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromteiler (40, 78, 121) ausgebildete dritte Zuleitung (51, 79, 122) mit ihrer Mündung (56, 80, 123) entgegen der Fließrichtung der Kunststoffe für die Innenschicht und für die Hüllschicht auf die erste Zuleitung (21, 131) und die zweite Zuleitung (24, 126) zu gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (123) nach außen )0 erweitert sind.