DE2015966A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Rotationsschmelzen - Google Patents

Description

, P. Thielmann

Patentingenieur
Biedenkopf, Am Esphenberg 14

Dr. -Ing, Herbert Gieh 1 er , Köln -Klettenberg, Geisbergstr.

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Rotationsschmelzen

Es ist bekannt, im sogenannten Rotations schmelz verfahr en Hohlkörper aus thermoplastischem Kunststoff herzustellen. Im wesentlichen handelt es sich dabei um eine Produktions weise, bei der eine Form, die der Außenform des gewünschten Hohlkörpers entspricht, mit einem fließ- oder rieselfähigen thermoplastischen Kunststoff teilweise gefüllt wird, wonach man die Form unter Rotation derselben in zwei Ebenen erhitzt, abkühlen läßt und das fertige Formteil ausformt.

Je nach dem verwendeten Kunststoff wird dieses Verfahren in verschiedenen Abwandlungen angewendet. Zur Verarbeitung kommen bei den bisher bekannten Verfahrensvariationen Piastisole wie z.B. PVC-Pasten, Polyolefine wie Polyaethylen und Polypropylen sowie Polystyrol und Palymethylmethjjccrylat und andere."

Bei der Verarbeitung von gelierenden Kunststoffen wie PVC-Pasten genügt es, daß die Form während der Heizphase, also bis zum

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Gelieren des Kunststoffes rotiert. Während des Abkühlens kann die Form ruhen. Bei der Verarbeitung von schmelzbaren Kunststoffen muß die Form auch während des Abkühlens rotieren. Man bringt hierbei den Kunststoff als gut rieselbares Pulver in einer dem Formteil entsprechenden Menge in die Form, erhitzt dieselbe bei Rotation, bis der Forminhalt völlig durchgeschmolzen ist. Dann kühlt man die Form ab, wobei die Rotation fortgesetzt wird, bis ihr Inhalt erstarrt ist. Danach kann das fertige Formteil ausgeformt werden.

Es ist eine Variante dieses Verfahrens bekannt, wobei während der Heizphase in der Form ein mehr oder weniger großer Unterdruck hergestellt wird. Dadurch soll eine Verbesserung der Oberfläche der Formteile erzielt und einer Blasenbildung im Kunststoff entgegengewirkt werden.

Auch bei den verschiedenen Abwandlungen des Rotationsschmelzverfahrens ist die Auswahl der verarbeitbaren Kunststoffe noch ungenügend. Das Verfahren beschränkt sich im wesentlichen auf die Verarbeitung von PVC und PE (Polyaethylen). Diese Kunststoffe lassen sich gut verarbeiten; jedoch kann man daraus nicht alle Gegenstände herstellen, die man gern im Rotations schmelz verfahr en wegen der damit verbundenen Vorteile herstellen möchte. Das Rotationsschmelzverfahren ermöglicht bekanntlich, mit verhältnismäßig einfachen Mitteln Hohlkörper mit gleichmäßiger Wandung auch in schwierigen Formen ohne Spannungen herzustellen. Es ist insbesondere die Aufgabe noch nicht gelöst, hohle Formteile mit glasklarem, gut durchgeschmolzenen Wänden aus bruchfestem Material herzustellen. Polymethylmethacrylate lassen sich zwar zu glasklaren, homogen durchgeschmolzenen Formteilen verarbeiten. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzen und dem Zersetzen bei Überhitzen des Kunststoffes ist aber so gering, daß bei der Verarbeitung große Schwierigkeiten auftreten.

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Höheren Anforderungen bezüglich mechanischer Festigkeit halten solche Formteile aus diesem Material nicht stand.

Polystyrol, ebenso wie Polymethacrylat und Polyolefine weichmacherfrei, hat ebenfalls für das Rotationsschmelzverfahren kaum Bedeutung, weil die Formteile keine genügende Festigkeit haben.

Die Anwendung von Cellulosederivaten, insbesondere von Celluloseazetobutyrat und Cellulosepropionat würde eine erhebliche Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten des Rotationsschmelzverfahrens bedeuten. Man könnte auch glasklare Formteile mit. guter Bruchfestigkeit und Formstabilität herstellen, wenn die Verarbeitung dieser Kunststoffe nach diesem Verfahren nicht beträchtlichen Einschränkungen unterliegen würde. Diese Einschränkungen sind in dem Weichmacheranteil begründet. Die sehr gut verarbeitbaren PVC-Pasten enthalten zwar auch Weichmacher; es handelt sich aber hierbei um Dispersionen von PVC-Pulver in Weichmachern. Die Weichmacher werden beim Erhitzen durch Nebenvalenzen des PVC an dieses gebunden, und die Masse geliert.

Ganz anders dagegen handelt es sich beim CAB, CP und CA um echte Lösungen von Cellulose-Estern in einem oder mehreren Weichmachern. Dabei ist die Fließfähigkeit dieser Kunststoffe mit demjenigen Weichmacheranteil, der für Bruchfestigkeit und F or Instabilität am günstigsten ist, nicht ausreichend für eine Verarbeitung im Rotationsschmelzverfahren. Dies führt einmal durch unkontrollierte Weichmacherverluste wegen der erforderlichen Erhitzung bis an die Grenzwerte zu dem. Nachteil, daß die ursprüngliche Bruchfestigkeit des Materials völlig verloren geht. Zum anderen sind nicht ohne weiteres Formteile mit einwandfreier Oberfläche und ohne Blaseneinschlüsse zu erzielen. Auch .die Herstellung eines Unterdrucks in der Form während der Heizphase führt nicht zu Ergebnissen, die in Anbetracht der ursprünglich sehr guten Eigenschaften von CAB,

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CA und insbesondere CP befriedigen. Die Ergebnisse schwanken unkontrollierbar von extrem spröde und somit bruchempfindlich bis zu völlig ungenügender .Formstabilität schon bei geringfügiger Erwärmung.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einer Form mit zwei einen Hohlraum zwischen sich freilassenden Wänden, wobei der Hohlraum zwischen den Formwänden mit einem als Energieträger dienenden Strömungsmedium ausfüllbar ist. Die Form besteht aus zwei Hälften, die mittels aufeinanderpassender Flansche miteinander zu verbinden sind. Sie ist in einer um zwei Achsen drehbaren Halterung angeordnet. Das Forminnere ist durch eine Rohrleitung mit einem Unterdruckerzeuger verbunden.

Eine solche Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Form im ständig sich wiederholenden Gebrauch nicht mehr gasdicht verschließbar ist. Dadurch kommt es bei Anwendung eines Unterdruckes in der Form zu erheblichen Materialfehlern in Form von Löchern, Oxydationserscheinungen und Verbrennungen entlang der Formtrennlinie.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Rotations schmelz verfahr en dahingehend zu verbessern, daß auch Formteile aus Celluloseazetat, Cellulosebutyrat und insbesondere Cellulosepropionat in gleichbleibender, einwandfreier Qualität hergestellt werden können.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs ge mäßen Verfahrens zu schaffen.

Zur Lösung der das Verfahren betreffenden Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Herstellen von hohlen Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff durch Rotations schmelz en,

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'wobei die Form sowohl während der Heizphase, als auch während der Abkühlphase in Rotation um zwei Ebenen gehalten und während der Heizphase in der Form ein Unterdruck hergestellt wird, den man beim Übergang zur Abkühlphase durch ein Schutzgas aufhebt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man dem Kunststoff einen Überschuß an Weichmacher zugibt, den man während der Heizphase aus der Form bei Unterdruck abdestilliert.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man zwischen den Dichtungsflächen an der Form-Trennlinie auch während der Abkühlphase einen Unterdruck aufrechterhält, wobei man gleichzeitig das in die Form eingelassene Schutzgas unter Überdruck bis etwa 1 atü setzt.

Zur Lösung der die Vorrichtung betreffenden Aufgabe geht die Erfindung aus von einer aus zwei mittels aufeinander pas sender Flansche verbundenen Hälften bestehenden, in einer um zwei Achsen drehbaren Halterung angeordneten Form mit zwei, einen Hohlraum zwischen sich freilassenden Wänden, wobei der Hohlraum zwischen den Formwänden mit einem als Energieträger dienenden Strömungsmedium ausfüllbar ist und das Fotfminnere durch eine Rohrleitung über ein Rohr-Rotationsgelenk mit einem Unterdruckerzeuger verbunden ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens der Flansch einer der beiden Formhälften eine annähernd parallel zum Rand verlaufende, einen ringförmigen Hohlraum zwischen den beiden Flanschen bildende Nut aufweist, die durch eine Rohrleitung mit einem Unter'druckspeicher verbunden

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ist, der seinerseits durch eine Rohrleitung mit einem gegen den Unter druckspeicher dichtenden Rückschlagventil an die Rohrleitung zum Unterdruckerzeuger zwischen der Form und dem Rohr-Rotationsgelenk angeschlossen ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß zwischen. dem Rückschlagventil und dem Anschluß an die Rohrleitung zum Unterdruckerzeuger ein Abscheider für den aus der Form entwichenen, kondensierten Weichmacher angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung des gesamten rotierenden Teils der Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Flanschpartie der Formhälften.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus der zweiteiligen , doppelwandigen Form la, Ib, ,die in einer nicht dargestellten, um zwei Achsen drehbaren Halterung angeordnet ist. Der Hohlraum 2a, 2b zwischen den Formwänden ist mit einem als Energieträger dienenden Strömungsmittel, beispielsweise Öl, ausfüllbar. Die beiden Formhälften la und Ib sind mittels aufeinander passender Flansche 3a, 3b miteinander verbunden, die durch an sich bekannte Mittel, beispielsweise Schraubklammern o. dgl., zusammengepreßt werden.

Bei Kugelformen kann zur weiteren Dichtung der Flansche 3a, 3b auf deren Umfang eine Nut 4a, 4b ausgedreht sein, in der ein Dichtungsringband 5 aus Silikongummi angeordnet ist. Bei anderen Formen ist hierzu eine Nut in mindestens einem der Flansche

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anzuordnen, in die eine Rundschnur aus Silikongummi eingelegt wird.

Der Innenraum der Form ist durch eine Rohrleitung 6 über ein R ohr-Rotations gelenk 7 durch, die die Form haltende Drehachse hindurch mit einem Unterdruckerzeuger verbunden.

An einem der beiden Flansche 3a ist auf der Innenfläche eine Nut ausgearbeitet, die einen ringförmigen Hohlraum 9 zwischen den beiden Flanschen 3a und 3b bildet« Dieser Hohlraum ist durch eine Rohrleitung 10 mit einem Unter druckspeicher 11 verbunden, der seinerseits durch eine Rohrleitung 12mit einem gegen den Unterdruckspeicher dichtenden Rückschlagventil* 13 an die Rohrleitung 6 zum Unterdruckerzeuger zwischen dem Rohr-Rotati ons gelenk 7 und der Form la angeschlossen ist* Zwischen dieser Anschlußstelle und dem Rückschlagventil 13 ist ein Abscheider 14 für den aus der Form entwichenen, kondensierten Weichmacher angeordnet.

Arbeitsweise und Wirkung der Vorrichtung sind folgende: Nachdem die Form in an sieh bekannter Weise mit Kunststoff beschickt und die Beheizung der Form eingeleitet worden ist, wird im Forminnern ein Unterdruck hergestellt. Da die Flanschdichtung im praktischen Gebrauch kaum gasdicht gehalten werden kann/ strömt bei den bekannten Vorrichtungen nun ständig Luft an der Trennlinie in das Forminnere. Dadurch bildet sichlin dieser Zone keine geschlossene Kunststoffschicht. Es entstehen Löcher und Oxy da ti onser scheinungen entlang der Förmtrennlinie.

Bei der erfindungsgemäßen Form ist dieser Mangel ausgeschaltet, da auch zwischen den beiden Flanschen 3, 3a ein Unterdruck hergestellt wird. Dieser wird durch den Unterdruckspeicher 11

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aufrechterhalten, und zwar auch dann noch, wenn der Unterdruck in der Form beim Übergang von der Heizphase zur Abkühlphase ausgeglichen und in einen Überdruck umgewandelt worden ist. Bei diesem Druckübergang tritt das Rückschlagventil 13 in Tätigkeit, welches ein Auffüllen des Unterdruckspeichers 11 verhindert. Das Volumen des Unterdruckspeichers 11 reicht aus, um zwischen den Flanschen 3a, 3b bis zur Erstarrung des Kunststoffes in der Form den erforderlichen Unterdruck aufrechtzuerhalten.

Der Abscheider 14 für den aus der Form entweichenden, inzwischen wieder kondensierten Weichmacher verhindert, daß das Rückschlagventil 11 durch den Weichmacher verklebt und in seiner Funktion beeinträchtigt wird.

pie Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielweise zusätzlich zu dem Rückschlagventil 13 oder anstelle desselben ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil in der Rohrleitung 12 zwischen dem Unter druckspeicher 11 und der Form la angeordnet sein.

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Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE .

1./Verfahren zum Herstellen von hohlen Formteilen aus thermo-

plastischen Kunststoffen, insbesondere aus Cellulosederivaten durch Rotationsschmelzen, wobei die Form sowohl während der Heizphase, als auch während der Abkühlphase in Rotation um zwei Achsen gehalten und während der Heizphase in der Form ein'Unterdruck hergestellt wird, den man beim Übergang zur Abkühlphase durch ein Schutzgas ausgleicht, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Kunststoff einen Überschuß an Weichmacher zugibt, den man während der Heizphase aus der Form bei Unterdruck abdestilliert.

2,Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den Dichtungsflächen an der Form-Trennlinie auch während der Abkühlphase einen Unterdruck aufrechterhält, wobei man gleichzeitig das in die Form eingelassene Schutzgas unter Überdruck bis etwa 1 atü setzt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und 2, insbesondere eine aus zwei mittels aufeinander passender Flansche verbundenen Hälften bestehende, in einer um zwei Achsen drehbaren Halterung angeordnete Form (la, Ib) mit zwei einen Hohlraum (2a, 2b) zwischen sich freilassenden Wänden, wobei der Hohlraum zwischen den Förmwänden mit einem als Energieträger dienenden Strömungsmedium ausfüllbar ist und das Forminnere durch eine Rohrleitung über ein Rohr-Rotationsgelenk mit einem Unterdruckerzeuger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Flansch (3a) einer Formhälfte (la) eine etwa parallel zum Rand verlaufende, einen ringförmigen Hohlraum (8) zwischen den

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beiden Flanschen bildende Nut aufweist, die durch eine Rohrleitung (10) mit einem Unterdruckspeicher (11) verbunden ist, der seinerseits durch eine Rohrleitung (12) mit einem gegen den Unterdruckspeicher (11) dichtenden Rückschlagventil (13) an die Rohrleitung (6) zum Unterdruckerzeuger zwischen der Form (la) und dem Rohr-Rotationsgelenk (7) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rückschlagventil (11) und der Rohrleitung (6) zum Unterdruckerzeuger ein Abscheider (14) für den aus der Form entwichenen, kondensierten Weichmacher angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang der Flansche (3a, 3b) eine Nut (4a, 4b) ausgedreht ist, in der ein Dichtungs-Ringband (5), vorzugsweise aus Silikongummi angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekenzeichnet, daß mindestens bei einem der Flansche (3, 3a) auf der Dichtungsfläche nahe am Außenrand eine Nut eingearbeitet ist, die einen Dichtungsring, vorzugsweise aus Silikongummi, aufnimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Rückschlagventil (13) oder anstelle desselben ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil in der Rohrleitung (inzwischen dem Unterdruckspeicher (11) und der Form (la) angeordnet ist.

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