DE2017843B2

DE2017843B2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer flexiblen, wellen- und runzelfreien schaumkunststoffbahn

Info

Publication number: DE2017843B2
Application number: DE19702017843
Authority: DE
Inventors: Samuel; Marchant Keith; Monmouthshire Baxter (Großbritannien)
Original assignee: Monsanto Ltd
Current assignee: Monsanto Ltd
Priority date: 1969-04-15
Filing date: 1970-04-14
Publication date: 1976-06-24
Also published as: JPS5333627B1; BE748951A; DE2017843A1; FR2043123A5; CA936663A; ES378511A1; GB1264852A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer flexiblen wellen- und runzelfreien Schaumkunststoffbahn unter Extrudieren eines vor dem Extrudieren durch entsprechend hohen Druck am Aufschäumen gehinderten, ein Treibmittel enthaltenden, wenigstens halb geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffs in Form einer Kunststoffbahn auf eine auf einem gewölbten Weg bewegte, die Bahn kühlende feste Fläche, die auf einer unter der Erweichungstemperatur des Kunststoffs liegenden dem Aufschäumen förderlichen Temperatur von beispielsweise 60°C Temperatur gehalten wird, bei welcher der Kunststoff an der Fläche anhaftet, Aufschäumen der Bahn auf dieser Oberfläche und Abziehen der so aufgeschäumten Bahn von der Fläche.

Dieses Verfahren ist aus der DT-PS 12 25 847 bekannt. Es wurde entwickelt, um eine von Wellen und Runzeln wenigstens im wesentlichen freie Schaumstoffbahn ei /cueen zu können

Bei diesem bekannten Verfahren liegt die Extrusionsrichtung in einer durch den Spalt zwischen zwei formgebenden Walzen liegenden Ebene, und die aufschäumende Kunststoffbahn durchläuft den Spalt zwischen dem gekühlten Walzenpaar, in welchem sie wieder zusammengedrückt wird, bevor sie auf die endgültige Dicke expandiert wird. Hierbei können jedoch die in dem Walzensp?';· entwickelten Drücke hoch sein, und die Oberfläche der Bahn wird beim ίο Durchlaufen des Walzenspaltes aufgerissen, wenn einer der Betriebsparameter des Verfahrens auch nur geringfügig vom Sollwert abweicht. Die kontinuierliche Durchführung des Verfahrens und die ausreichend genaue justierung der dabei verwendeten Vorrichtung bieten daher erhebliche Schwierigkeiten.

Ferner ist aus der US-PS 30 11 217 ein Verfahren bekannt, bei welchem eine aufschäumende Kunststoffschicht senkrecht auf die Oberfläche einer umlaufenden Walze aus einer ohne Abstand angeordneten Schlitzdüse extrudiert wird. Hierbei soll eine nachträglich aufschäumbare Bahn erzeugt werden. Zu diesem Zweck wird die Walze so stark gekühlt, daß ein Aufschäumen unterbleibt.

Die Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren der eingangsumrissenen Art zu schaffen, das -Jie Gefahr, daß die Oberfläche der Schaumstoffbahn aufreißt, vermeidet, dennoch eine wellen- und runzelfreie Oberfläche der Schaumstoffbahn liefert, einfach durchführbar ist. Das Verfahren läßt sich vorteilhaft dahingehend weiterbilden, daß in und in relativ weiten Grenzen unterschiedlich dicke Schaumstoffbahnen erzeugt werden können, ohne daß Teile der verwendeten Vorrichtung ausgewechselt werden müßten.

Das wird gemäß der Erfindung überraschenderweise dadurch erreicht, daß die Kunststoffbahn unter einem spitzen Winkel zur Fläche extrudiert und nach Durchlaufen einer Strecke von 0,51 bis 12,7 mm auf die Fläche aufgelegt wird und daß der Kunststoff auf der Fläche in Richtung senkrecht zur Fläche frei aufschäumen kann.

Die Erfindung nützt die Erkenntnis aus, daß eine Entspannung der aufschäumenden Kunststoffschicht in die Breite (bis auf geringe Randbereiche) durch ausreichende Adhäsion an der Fläche unterbunden werden kann.

Wegen der Anfangsadhäsion zwischen Kunststoff und Fläche kann die Schicht auch in Kontakt mit einer nach unten webenden Fläche gebracht werden und von unterhalb derselben abgezogen werden. Bevorzugt wird die Schicht auf eine nach oben weisende Fläche aufgelegt.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Extruder, welcher in eine Breitschlitzdüse mündet, und einem an diese angrenzenden, um seine parallel zur Längsrichtung der öffnung der Breitschlitzdüse verlaufende Achse umlaufenden Träger mit abwickelbarer Oberfläche, einer regelbaren Kühleinrichtung für den Träger und einer Abzugseinrichtung zum Abziehen der Materiaibahn vom Träger. Diese ist aus der US-PS 30 11 217 bekannt. Sie ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Träger in einem Abstand von 0,51 bis 12,7 mm von der Strinfläche der Breitschlitzdüse und relativ zu dieser so angeordnet ist, daß die Austrittsebene der aus der Breitschlitzdüse austretenden Maierialbahn mit der Trägeroberfläche einen spitzen Winkel bildet, und daß die Umlaufgeschwindigkeit der Trägerfläche einstellbar ist.

Die Dichte des Schaums kann variieren, ζ. B. kann sie im Bereich von 0,008 g/cm³ oder auch weniger bis zu 0,801 g/cm¹ oder höher liegen. Vorzugsweise liegt die Dichte in der Mitte dieses Bereiches, wobei Dichten von 0,160 bis 0361 g/cm³, z. B. etwa 0,240 bis 0,481 g/cm³ of. tehr geeignet sind.

Die Kunststoffbahn wird in der Regel in einer Breite zwischen 15,24 und 122 cm und mit einer Dicke zwischen 0,51 und 12,7 mm hergestellt.

Der schäumende Kunststoff kann auch an Stelle der Walze auf eine endlose, bewegliche tragende Bahn extrudiert werden, welche in einem Abschnitt mit einem Radius, vergleichbar dem der oben beschriebenen Walzen, gewölbt ist

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert ein Verfahren gemäß Erfindung zur Herstellung einer geschäumten Polyäthylenbahn unter Verwendung einer freilaufenden Walze.

Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 4,0 und einem Gehalt an 1% Calciumpropionat als kernbildendes Mittel wurde mit einem 3,81 cm (1,5 inch) Schnekkenextruder bei einem Durchsatz von 13,6 kg/Std. (30 pounds per hour) durch eine Breitschlitzdüse mit einer Länge von 15,24 cm (6 inches) extrudiert. Die Werkzeugöffnung wurde durch ein Paar Werkzeuglippen gebildet, mit einem 0,51 cm (0,2 inch) parallelen Führungskanal-Abschnitt mit einer Werkzeugöffnung von 0,127 mm (0,005 inch). In den Zylinder des Extruders wurde Stickstoff bei einem Druck von 53,7 kg/cm² (750 pounds per spuare inch gauge) injiziert. Die Temperatur des Extruders betrug 140° C. Eine wassergekühlte Messingwalze von 2,54 cm (1 inch) Durchmesser wurde durch einen Satz von Seitenblechen vor der Werkzeugöffnung gehalten, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Der Düsenaustritt war in einem Abstand von 038 mm (0,015 inch) von der Walzenoberfläche und 3,56 mm (0,14 inch) unterhalb der Horizontalebene tangential zu dem Oberteil der Walzenoberfläche angebracht. Demensprechend trifft der Kunststoff auf die Walzenoberfläche in einem Winkel von etwa 31 ° auf. Die Oberflächentemperatur der Walze wurde bei 50 bis 60° C gehalten und die Walze war frei drehbar mit einer Geschwindigkeit, die durch dns Extrudat bestimmt wurde.

Es wurde eine geschäumte Kunststoffbahn erhalten, die drei von Riffelung, an der in Berührung mit der Walze stehenden Seite glänzend und auf der gegenüberliegenden Seite matt war, welche die nachstehenden Dimensionen aufwies:

Breite: 15,24 cm (6 inches),
Dicke: 1,52 mm (0,06 inch),
Dichte: 0320 g/cm³ (20 pounds per cubic foot).

Durch Einjustierungen der Walzenstellung (die Walze konnte vertikal und horizontal verstellt werden) konnte ein Bereich von Werten der Dicke der Schaumplatte von 0,51 bis /,62 (0,02 to o3 inch) erhalten werden. In allen Fällen war die Geschwindigkeit der Abnahme gleich der Walzengeschwindigkeit, so daß kein Herabziehen erfolgte.

Bei der Anwendung der nachstehend angeführten Stickstoff-Drücke wurde der folgende Dichtebereich erhalten:

Stickstoffdruck Dichte

kg/cm² (pounds g/cm³
square per inch
gauge)

Dicke

(pounds mm per cubic foot)

(inch)

36,2 (500) 46,7 (650) 502 (700)

0.481 0,401 0320

(30) (25) (20)

Beispiel 2

1.524 2,032 1,524

(0,06) (0,08) (0,06)

Dieses Beispiel erläutert ein Verfahren gemäß Erfindung zur Herstellung einer geschäumten Polyäthylenbahn unter Verwendung einer angetriebenen Walze. Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 4,0 und einem Gehalt von 1% Calciumpropionat wurde mittels einem 3^1-cm-(13-inch-)Schneckenextruder durch eine Breitschlitzdüse mit einer Länge von 15,24 cm (6 inches) und einem Durchsatz von von 13,6 kg (30 pounds) pro Stunde extrudiert Die Werkzeugöffnung wurde durch 1 Paar Werkzeuglippen gebildet, welche einen 5,08 mm (02 inch) parallelen Führungskanal mit einer Werkzeugöffnung von 0,127 mm (0,005 inch) aufwiesen. Stickstoff wurde in den Extruder-Zylinder bei einem Druck von 643 kg/cm² (900 pounds per square inch gauge) injiziert und die Temperatur des Extruders bei 14O⁰C gehalten.

Eine Messingwalze von 2,54 cm (1 inch) Durchmesser wurde durch einen Satz von Seitenblechen in einer Stellung derart gehalten, daß sich der Düsenaustritt in einem Abstand von 0,127 mm (0,005 inch) von der Oberfläche der Walze und 7,62 mm (0,3 inch) unterhalb der Horizontalebene tangential zu dem Oberteil der Walzenoberfläche befand. Dementsprechend traf der Kunststoff auf die Walzenoberfläche mit einem Winke! von etwa 46° auf. Die Oberflächentemperatur der Walze wurde bei 50 bis 60° C durch Wasserkühlung gehalten. Die Walze wurde durch einen Motor mit Drehzahlregelung mit einer Geschwindigkeit von 1,524 m/Min. (5 feet per minute) angetrieben und man erhielt unter diesen Bedingungen eine riffelfreie Bahn, glänzend auf einer Seite und matt auf der anderen Seite, welche die folgenden Dimensionen aufwies:

Breite: 15,0 cm (5,9 inches).

Dicke: 3,01 mm (0,122 inch),
Dichte:0,272 g/cm³(17 pounds per cubic foot).

Durch Einregulierungen der Walzengeschwindigkeit allein wurde ein Bereich der Werte für die Dicke von 0,51 bis 7,62 mm (0,02 to 03 inch) erhalten.

Die folgenden Bereiche der Dichten wurden unter Verwendung des angegebenen Stickstoffdruckes erhalten:

Stickstoffdruck	Dichte	Dicke	(inch)	Geschwin
				digkeit d.
				ange
			(0,112)	triebenen
			(0.080)	Walze
kg/cm² (pounds per square	g/cm³ (pounds per	mm	m/Min.
inch gauge)	cubic foot)		(feet per
			minute)
64,3 (900)	0,272 (17)	2,845	i,524(5)
50,2 (700)	0,304 (19)	2,032	1,829(6)

Fortsetzung	Dichte	in	(21)	«5 ■λ	Dicke	(inch)	Geschwin
Stickstoffdruck		(25)				digkeit d.
		(30)			ange
		(31)			triebenen
			(0,045)	Walze
		mm	(0,080)	m/Min.
kg/cm^J (pounds per square			(0,037)	(feet per
inch gauge)			(0,042)	minute)
			ιγΊ-Λ Hnrphmpc
		1.143		2,438 (8)
43,2 (600)		2,032	1,524(5)
36,2 (500)	g/cm¹ (pounds per	0,94	2,743 (9)
43.2 (600)	cubic foot)	1,067	2,134(7)
36,2 (500)		R1 i-m Π ς ir	C^r^- Pvlriiriiort
Beispiel 3
	0,336
0,401
0,481
0,497

Dieses Beispiel erläutert ein Verfahren gemäß Erfindung zur Herstellung einer geschäumten Bahn aus Äthylen/Vinylacetat-Copolymeren unter Verwendung einer angetriebenen Walze.

Äthylen/Vinylacetat-Copolymeres, enthaltend 4 Gewichtsprozent Vinylacetat-Einheiten und 1% Calciumpropionat, wurde mittels eines 6,35-cm-(2,5-inches-) Schneckenextruders durch eine Breitschlitzdüse mit einer Länge von 43,18 cm (17 inches) und einer Werkzeugöffnung von 0,127 mm (0,005 inch mit einem Durchsatz von 36,3 kg (80 pounds) pro Stunde extrudiert. Als Pneumatogen wurde Stickstoff bei einem Druck von 22,1 kg/cm² (300 pounds per square inch gauge) verwendet, und die Temperatur des Extruders wurde bei 22O⁰C gehalten.

Der Kunststoff wurde auf eine Stahlwalze von flächentemperatur auf einen Wert von 50 bis 6O⁰C durch Wasserinnenkühlung gehalten wurde. Die Walze wurde in einer Stellung derart in Position gebracht, daß sich der Düsenaustritt in einem Abstand von 1,905 mm (0,075 inch) von der Walzenoberfläche und 8,64 mm (0,34 inch) unterhalb der Horizontalebene tangential zu dem Oberteil der Walzenoberfläche befand. Dementsprechend trifft das Extrudat auf die Walzenoberfläche in einem Winkel von etwa 39° auf. Die Walze wurde durch einen Motor mit Drehzahlregelung angetrieben. Unter diesen Bedingungen wurde eine riffelfreie geschäumte Bahn hergestellt, welche auf der einen Seite glänzend und auf der anderen Seite matt war.

Es wurden unter den nachstehenden Bedingungen Bahnen mit dem in der Tabelle angegebenen Bereich von Eigenschaften erhalten:

Dichte	Dicke	(inch)	Abzug	Walzen
				geschwin
			digkeit
g/cm³ (pounds per	mm	m/Min, (feet per minute)	m/Min, (feet
cubic foot)			per minute)

0,401
0,401

(25)
(25)

Beispiel 4

1,78 2.29

(0,07) (0,09) 1.829 (6)
1,371 (4,5)

1,981 (6,5)
1.372(4,5)

Dieses Beispiel erläutert ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer geschäumten Bahn aus Äthylen/Vinylacetat-Copolymeren unter Verwendung einer Walze mit Antrieb.

Ein Äthylen/Vinylacetat-Copolymeres mit einem Gehalt von 12% Vinylacetat-Einheiten und 1% Calciumpropionat wurde mittels eines 6.35-Cm-(W-inch-JSchneckenextruders durch eine Breitschlitzdüse mit einer Länge von 43,18 cm (17 inches) und einer Werkzeugöffnung von 0,127 mm (0,005 inch) bei einem' Durchsatz von 363 kg (80 pounds) pro Stunde extrudiert. Als Pneumatogen wurde Stickstoff bei einem Druck von 2Z2 kg/cm³ (300 pounds per square inch gauge) verwendet und die Temperatur des Extruders auf einem Wert bei 140° C gehalten.

Der Kunststoff wurde auf eine Stahlwalze mit 3.81 cm (1,5 inch) Durchmesser extrudiert, deren Oberfläche auf eine Temperatur von 50 bis 60°C durch Wasser-Innenkühlung gehalten wurde. Die Walze wurde durch einen Motor mit Drehzahlregelung angetrieben und hatte die gleiche Lage wie im Beispiel 3. Unter diesen Bedingungen wurde eine riffelfreie geschäumte Bahn, glänzend auf einer und matt auf der anderen Seite, hergestellt

Bahnen mit dem nachfolgenden Bereich von Eigenschaften wurden unter den angegebenen Bedingungen erhalten:

Dichte	Dicke	(inch)	Abzug	(feet per minute)	Walzen-
					geschwin-
		(0.063)		(6)	diglceit
g/cm³ (pounds per	mm	(0.04)	m/Min.	(14)	m/Min, (feet
cubic foot)			per minute)
0385 (24)	1,60	1.833	Z012 (6.6)
0.401 (25)	1.02	4.267	4.420 (14.5)

Beispiel 5

Dieses Beispiel erläutert ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer geschäumten Polyäthylenbahn unter Verwendung einer angetriebenen Walze. Das Beispiel erläutert ferner die variierenden Ausmaße der Expansion in einer Richtung parallel zum Schlitz

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oder die Kontraktion, welche auftreten kann.

Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 4,0 und einem Gehalt von 1% Calciumpropionat wurde mittels eines 6,35-cm-(2,5-inch-)Schneckenextruders durch eine Breitschlitzdüse mit einer Länge von 43,18 cm (17 inches) und einer Werkzeugöffnung von 0,127 mm (0,005 inch) bei einem Durchsatz von 31,8 kg (70 pounds) pro Stunde extrudiert. Stickstoff wurde als Pneumatogen bei einem Druck von 22,1 kg/cm² (300 pounds per square inch gauge) verwendet und die Temperatur des Extruders auf einem Wert bei 140⁰C gehalten.

Der Kunststoff wurde auf eine Messingwalze mit einem Durchmesser von 3,81 cm (1,5 inch), welche durch einen Motor mit Drehzahlregelung angetrieben und deren Oberflächentemperatur auf einen Wert von 50 bis 60° C durch Wasserkühlung gehalten wurde und die in einer Lage wie im Beispiel 3 angebracht war, extrudiert. Die Abzugsgeschwindigkeit der geschäumten Bahn konnte ebenso variiert werden. Unter diesen Bedingungen wurden riffelfreie Bahnen mit den nachfolgenden Eigenschaften hergestellt:

Dichte	Dicke	(inch)	Abzug
g/cm³ (pounds per	mm		m/Min, (feel
cubic foot)			per minute)
(a) Expansion:		(0.065)
0,385 (24)	1,65	(0,08)	2.134(7)
0,417 (26)	2,03	(0,098)	1,524(5)
0,401 (25)	2,49		1,219 (4)
(b) Kontraktion:		(0.03)
0,417 (26)	0,76	(0.03)	4,267 (14)
0.417 (26)	0,76	Breite	4,115(13,5)
Antriebsgeschwindigkeit d Walze	cm
m/Min, (feet per minute)	(inch)

(a) Expansion:	(7)	(14)	43.94	(17.3)
2,134	(5)	(9)	45,72	(18)
1,524	(4,5)		48,26	(19)
1,372	(b) Kontraktion:
4,267	42.16	(16,6)
2,743	36,83	(14.5)

Beispiel 6

Dieses Beispiel erläutert ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer geschäumten Polysty-

s rolbahn unter Verwendung einer angetriebenen Walze.

Polystyrol gemischt mit 2% Talk wurde mittels eines

6,35-cm-(2,5-inch-)Schneckenextruders durch eine Breitschlitzdüse in einer Länge von 43,18 cm (17 inches) bei einem Durchsatz von 27,2 kg (60 pounds) pro Stunde

ίο extrudiert. Kohlendioxyd wurde als Treibmittel bei einem Druck von 15,1 kg/cm² (200 pounds per square inch gauge) verwendet und war in dem Polystyrol gelöst. Der Düsenkörper wurde auf einer Temperatur von 180⁰C gehalten, und dies war die Temperatur der Polymerschmelze.

Der Kunststoff wurde durch 1 Paar paralleler Werkzeuglippen, welche mit Dampf von 8,03 kg/cm² (100 pounds per square inch gauge) erhitzt wurden, extrudiert und auf eine Messingwalze mit einem Durchmesser von 3,81 cm (1,5 inch)gepreßt, die durch einen Motor mit Drehzahlregelung angetrieben wurde und deren Oberflächentemperatur auf 120°C bis 150⁰C gehalten wurde. Unter diesen Bedingungen wurde eint Bahn aus geschäumtem Polystyrol mit den folgender Eigenschaften erhalten:

Dichte:

g/cm³ 0,481

(pounds per cubic foot) (30)

Dicke:

mm 5,08

(inch) (0,2)

Abzug:

·■ m/Min 0.426

(feel per minute) (1,4)

Antriebsgeschwindigkeit der Walze:

m/Min 0.426

(feet per minute) (1.4)

Breite:

cm 43,18

(inch) (17)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer flexiblen, wellen- und runzelfreien Schaumkunststoffbahn unter Extrudieren eines vor dem Extrudieren durch entsprechend hohen Druck am Aufschäumen gehinderten, ein Treibmittel enthaltenden, wenigstens halb geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffs in Form einer Kunststoffbahn auf eine quer zur Extrudionsrichtung auf einem gewölbten Weg bewegte, die Bahn kühlende feste Fläche, die auf einer unter der Erweichungstemperatur des Kunststoffs liegenden, dem Aufschäumen förderlichen Temperatur von bei beispielsweise 60° C gehalten wird, bei welcher der Kunststoff an der Fläche anhaftet. Aufschäumen der Bahn auf dieser Oberfläche, und Abziehen der so aufgeschäumten Bahn von der Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbahn unter einem spitzen Winkel zur Fläche extrudiert und nach Durchlaufen einer Strecke von 0,51 bis 12,7 mm auf die Fläche aufgelegt wird und daß der Kunststoff auf der Fläche in Richtung senkrecht zur Fläche frei aufschäumen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche im Auflegebereich mit einer Geschwindigkeit von 0,3 bis 6 m/Min, bewegt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, mit einem Extruder, welcher in eine Breitschlitzdüse mündet, und einem an diese angrenzenden, um seine parallel zur Längsrichtung der öffnung der Breitschlitzdüse verlaufende Achse umlaufenden Träger mit abwikkelbarer Oberfläche, einer regelbaren Kühleinrichtung für den Träger und einer Abzugseinrichtung zum Abziehen der Materialbahn vom Träger, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (7) in einem Abstand von 0,51 bis 12,7 mm von der Stirnfläche (5) der Breitschlitzdüse (2) und relativ zu dieser so angeordnet ist, daß eine Austrittsebene der aus der Breitschlitzdüse austretenden Materialbahn mit der Trägeroberfläche einen spitzen Winkel bildet, und daß die Umlaufgeschwindigkeit der Trägerfläche einstellbar ist.