DE2050550C3

DE2050550C3 - Verfahren zum Herstellen eines gegebenenfalls profilierten endlosen Schaumstoffstranges und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2050550C3
Application number: DE2050550A
Authority: DE
Inventors: Lucien Lyon Chaudot
Original assignee: PCUK-PRODUITS CHIMIQUES UGINE KUHLMANN COURBEVOIE HAUTS-DE-SEINE FR; Pcuk Produits Chimiques Ugine Kuhlmann Courbevoie Hauts De Seine
Current assignee: Arkema France SA
Priority date: 1969-10-22
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1984-11-08
Also published as: NO132417C; IE34595B1; JPS4812423B1; ES384742A2; DK135526B; RO73029B; RO73029A; ATA944370A; NL7015500A; BE757510R; BR7023259D0; PL84474B3; IE34595L; FI52043C; FI52043B; CS216179B2; CH532463A; FR2063589A6; NL167891B; NL167891C

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

In der FR-PS 14 98 620 ist das Herstellen eines endlosen Schaumstoffstranges durch Strangpressen beschrieben, wobei dieser Schaumstoffstrang mit gleichmäßiger Zellenstruktur und einer geschlossenen glatten Oberflächenhaut durch unmittelbares Hindurchführen des Stranges durch eine Kalibriervorrichtung mit Kühlen des Stranges unter die Erstarrungstemperatur der Kunststoffmischung in einem einzigen Arbeitsgang erhalten wird, wobei diese Außenhaut nicht nur glatt und porenfrei, sondern auch homogenes Teil des .geschäumten Strangkerns ist. Wesentlich bei diesem bekannten Verfahren ist die am Düsenauslaß unmittelbar einsetzende Abkühlung des Stranges von außen unter die Erstarrungstemperatur der Kunststoffmischung und das Pressen des Stranges mit längsverlaufcndcm Hohlraum mit einem Außenquerschnitt, der dem Durchgangsquerschnitt der Kalibriervorrichtung entspricht, d. h. ein Strangpressen bei einem abstandslos und stufenlos Ineinanderübergehen von Düsenauslaß und Innenwand der Kalibriervorrichtung, die also miteinander fluchten. Bei Durchführung dieses Verfahrens werden in einem einzigen Arbeitsgang Produkte erhalten, die eine gleichmäßige Zellstruktur innerhalb einer porenfreien, geschlossenen, glatten Oberflächenhaus aufweisen und den weiteren großen Vorteil besitzen, daß ihr äußerer Querschnitt von vornherein durch die Form des Düsenauslasses festgelegt werden kann. Bei diesem Verfahren werden die Zusammensetzung der Kunststoffmischung hinsichtlich ihrer Schäumeigsnschaften, die Strangpreßbedingungen, der Querschnitt des sich in der Mischung während des Schäumens ausbildenden Hohlraums und die Länge und das Profil der Kalibriervorrichtung so aufeinander abgestimmt, daß die stranggepreßte Kunststoffmischung während des Durchgangs durch die Kalibriervorrichtung zum Inneren des Profils hin schäumt.

Bei der bekannten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens werden Form und Abmessungen des Dorns in der Düse und die Länge der Kalibrier- oder Abkühlvorrichtung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der zu verarbeitenden schäumbaren Kunststoffmischung so gewählt, daß deren Ausschäumen nach innen erfolgt, während außen die gebildete Oberflä-

<-, chcnhaut unbeeinflußt bleibt Der Strang kann auf diese Weise in der Kalibriervorrichtung gleiten, weil einerseits der Schub der Schnecke sich auf die bei der Berührung der Kalibriervorrichtung schnell erstarrenden äußeren Schichten des Strangs überträgt und andererseits

ίο kein Verstopfen bzw. Festfressen des Kunststoffes in der Kalibriervorrichtung stattfindet

Die US-PS 34 61 496 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie aus geschäumtem thermoplastischen Material mit einer nichtgeschäumten, molekular

is integrierten dünnen Haut auf mindestens einer Seite der Folie, die erzielt wird durch Kühlen der Folie unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Düsenöffnung durch geeignete Mittel, wie durch eine gekühlte Platte, durch Einwirkung von Kaltluft oder andere kühlende Mittel.

Anschließend wird die Folie dann weiter verformt, beispielsweise durch Vakuumverformen oder Blasverformen.

Zur Erzielung der dünnen Haut auf nur einer Seite der Folie wird nur diese Seite der Folie gekühlt und die andere Seite kann infolge Nichtkühlung frei ausschäumen, während zur Erzielung einer dünnen Haut auf beiden Seiten der Folie auch beide Seiten gekühlt werden müssen.
Während gemäß diesen beiden bekannten Vorrichtungcn entweder nur die Herstellung von Formteilen bzw. von Folien möglich ist, die eine geschlossene glatte Oberflächenhaut über einer gleichmäßigen Zellenstruktur aufweisen oder auf einer Seite eine Haut haben, während die andere Seite frei ausgeschäumt und damit weder glatt ist noch eine gleichmäßige Zellenstruktur besitzt, besteht häufig den Bedarf, Formteile als profilierte endlose Schaumstoffstränge herzustellen, die nur in einem Bereich eine glatte geschlossene Oberflächenhaul ausweisen, die hier an den geschäumten Kern angrenzt und diesen nur in diesem Bereich einschließt, während der restliche Bereich zwar maßhaltig profiliert ist, aber keine glatte, geschlossene Oberflächenhaut aufweist.

Erfindungsgemäß kann diese Aufgabe durch die im Patentanspruch gekennzeichnete Vorrichtung gelöst werden. Das Strangpressen erfolgt also durch eine Düse, deren Querschnitt im wesentlichen mit dem der auszubildenden glatten Oberflächenhaut übereinstimmt, worauf dann der aus der Düse austretende Strang unmittelbar gegen entsprechende Teile der kühlenden Kalibriervorrichtung gepreßt wird, d. h. je nach der zum Einsatz kommenden Düsenform, wird in diesen Bereichen die glatte Oberflächenhaut ausgebildet, d. h. durch das plötzliche Abkühlen wird der Ausschäumvorgang schlagartig unterbrochen. In den anderen Bereichen schäumt die Kunststoffmischung aber weiter aus und füllt den Durchgangsquerschnitt der Kalibriervorrichtung aus, um dann beim Erreichen der Wand der Kalibriervorrichtung ebenfalls gekühlt zu werden.

Mit dieser Vorrichtung gelingt es tatsächlich, Schaumstoffstränge mit dem gewünschten Profil zu erhalten, wobei aber die Zellstruktur nur teilweise von einer glatten Oberflächenhaut eingeschlossen ist
fis kann vorteilhaft sein, eine Kalibricrvorrichlung zu

b5 verwenden, die mit Kapillaröffnungen versehen ist, die die Innenfläche der Kalibriervorrichtung mit abgeteilten Kammern verbindet und es ermöglichen, vollständiges oder teilweises Vakuum aufrechtzuerhalten, das

nach Belieben auf die Grenzfläche zwischen dem Strang und der Kalibriervorrichtung verteilt werden kann. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft beim Strangpressen von Hohiprofilen, da es auf diese Weise möglich ist. Profile mit beliebigem Querschnitt herzustellen, die gleichmäßige Querschnittsabmessungen und teilweise eine glatte Oberfläche haben.

Die Berechnung der verschiedenen Parameter beim Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist für den Fachmann einfach. Ist die Zusammensetzung des schäumbaren Kunststoffes einmal festgelegt, genügt es, anhand von Berechnungen und/oder durch einen einfachen Versuch die Bedingungen, die zu dem gewünschten Produkt führen, festzulegen. Eine zusätzliche Regelung des Schäumens, die gleichzeitig die Einstellung der Dicke der sich auf dem Strang teilweise bildenden Außenhaut ermöglicht, kann durch Erhöhung oder Senkung der Temperatur der entsprechenden Vorrichtungsteile erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung einer regelbaren elektrischen Heizung und/ oder durch Umwälzung von Heiz- oder Kühlmedien in diesen verschiedenen Teilen.

Die Dicke der geschlossenen Oberflächenhaut kann durch Änderung der Strangpreßbedingungen, insbesondere der Temperaturen der Düse und der Kalibriervorrichtung, verändert werden. Diese Dicke wird geringer mit steigenden Temperaturen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung von vollen oder hohlen geschäumten Profilen, die eine glatte und glänzende bzw. glatte und matte Haut oder Außenschicht auf einem Teil ihrer Oberfläche, aber nicht auf der gesamten Oberfläche aufweisen, wobei die Lage dieser Oberflächenhaut oder Außenschicht nach Belieben ohne Rücksicht auf die Form der herzustellenden Profile gewählt werden kann.

Wie bereits erwähnt, haben Düsenaustritt und Eintritt der Kalibriervorrichtung nicht die gleiche Querschnittsgröße und -form. Der Austritt der Düse hat gewöhnlich eine wesentlich kleinere Fläche als der Eintritt des Kanals der Kalibriervorrichtung. In allen Fällen umschließt der Eintritt des Kanals der Kalibriervorrichtung vollständig den Austritt der Düse. Mit anderen Worten, der langgestreckte Kanal, der von der Kalibriervorrichlung gebildet wird ist, ist so angeordnet, daß der äußere Umfang der Düse im wesentlichen tangential zum inneren Umfang des Querschnitts des Kanals wenigstens an gewissen Stellen oder in gewissen Zonen verläuft, wobei der Außenumfang des Querschnitts der Düse abgesehen von diesen Stellen oder Zonen in dem Innenumfang des Querschnitts des Kanals eingeschrieben ist.

Düse und Kalibriervorrichtung sind erfindungsgemäß so angeordnet, daß die aus dem Düsenaustritt stranggepreßte schäumbare Kunststoffmischung mittelbar mit einer gekühlten Zone oder Wand des Kanals der Kalibriervorrichtung in Berührung kommt. Auf diese Weise wird eine dicke Haut längs der Oberfläche des Endprodukts, die einer solchen Wand des Kanals entspricht, gebildet. Die stranggepreßte Kunststoffmischung, die nicht längs einer Wand der Kalibriervorrichtung ausgepreßt wird, schäumt ungehindert aus und füllt die Kalibriervorrichtung, v/ie bereits erwähnt, aus.

Die Achse der Kalibriervorrichtung verläuft parallel zur Achse der Düse, fluchtet jedoch nicht mit der letzleren, sondern liegt auf einer Linie parallel zu den Scitenwänden der Düse oder der Kalibriervorrichtung und geht durch den Schwerpunkt der Düse oder der Kalibriervorrichtung. In de( Kaliiiriervorrichtung liegt sie so, daß wenigstens eihe Se-'itemwand der Düse in einer Ebene mit einer Seitenwand der Kalibriervorrichtung liegt Im Falle von Querschnitten, die einen Umfang mit gekrümmten Linien aufweisen, liegt die Achse so, daß die Seitenwände der Düse und der Kalibriervorrichtung tangential zu wenigstens einer gleichen Ebene verlaufen, wobei der Querscnitt der Düse vollständig im Querschnitt der Kalibriervorrichtung eingeschrieben ist.

Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt.

to Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt das Ende einer Strangpresse mit einer für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Düse und Kalibriervorrichtung; F i g. 2 zeigt perspektivisch den Austritt einer Düse.

die in die in F i g. 1 dargestellte Strangpresse eingesetzt werden kann;

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein Produkt, das mit der in F i g. 2 dargestellten Düse erhalten worden ist;

F i g. 4 zeigt perspektivisch eine andere Düse, die in die in F i g. 1 dargestellte Strangpresse eingesetzt werden kann;

F i g. 5 ist ein Querschnitt durch ein Produkt, das mit Hilfe der in Fi g. 4 dargestellten Düse hergestellt worden ist;
Fig.6 bis 16 veranschaulichen Beispiele der zahlreichen möglichen Variationen bezüglich der Formen der Düsenaustrittsöffnungen und der Eintrittsöffnungen der Kalibriervorrichtung gemäß der Erfindung.

Wie F i g. 1 bis F i g. 5 zeigen, kann eine Strangpresse 301 jedes üblichen Typs verwendet werden, die einen Zylinder 302 und eine Schnecke 303 aufweist. Nur die Enden des Zylinders und der Schnecke an der Austrittsseite sind dargestellt. Die Strangpresse 301 ist mit einem geraden Spritzkopf 304 ausgestattet, der eine Düse 305 mit einem ganz bestimmten Querschnitt umschließt.

Unmittelbar am Austrittsende der Düse 305 ist eine Kalibriervorrichtung 306 angeordnet, deren Innenwände den Kanal 307 bilden. Der Kanal 307 hat hier beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt, jedoch kann er jede beliebige Größe und Form haben. Die Kalibriervorrichtung 306 wird durch eine Doppelwand gebildet, die einen der Temperaturregelung dienenden Mantel 308 bildet, der mit den Leitungen 309 und 310 für die Umwälzung eines temperaturregelnden Mediums im Mantel 308 versehen ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird die nicht ausgeschäumte oder nicht vollständig ausgeschäumte Kunststoffmischung 311 in den Zylinder der Strangpresse eingeführt und durch die Düse 305 in den Kanal 307 der Kalibriervorrichtung stranggepreßt, wo sie ausgeschäumt wird. Die Kunst-Stoffmischung im ausgeschäumten Zustand in der Kalibriervorrichtung 306 ist mit der Bezugsziffer 312 bezeichnet.

Wie die Abbildung /.eigt, ist in dem in Fig. 1 dargestellten speziellen Fall die Kalibriervorrichtung 306 so zur Düse angeordnet, daß die obere Innenfläche des Kanals 307 dicht an der Oberseite der Düse 305 und in der gleichen waagerechten Ebene liegt. Der Kanal 307 der Kalibriervorrichtung hat einen größeren Querschnitt als die Düse 305. Beim Strangpressen wird die

ho Kunststoffmischung 311 in den leeren Raum 313 des Kanals 307 ausgeschäumt. Eine nicht dargestellte Abzugsvorrichtung dient dazu, das Produkt 312 durch die Kalibriervorrichtung und aus dieser abzuziehen. Die in F i g. 1 dargestellte Düse hat einen rechteckigen Quer-

h^r) schnitt. Der Düsenaustritt selbst ist in F i g. 2 dargestellt und mit der Bezugsziffer 305a bezeichnet.

Kin Produkt, hergestellt durch Strangpressen auf die in Fig. 1 dargestellte Weise, ist im Querschnitt in F i β. 3

dargestellt. Eine glatte, dicke, glänzende Haut 314 ist auf der Oberseite des Stranges, wie vorstehend in Verbindung mit F i g. 1 bis F i g. 3 geschildert, gebildet worden. Das Innere 315 des Produktes ist zellig, und die übrigen Oberflächen sind matt und glatt und nicht mit einer harten dicken Oberflächenhaut bedeckt.

Der Austritt der Düse 305 und der Eintritt des Kanals 307 können jede beliebige Größe und Form hüben, solange wenigstens eine Seite des Umfangs des einen Teils dicht bei einer entsprechenden Seite des Urnfanges des anderen Teils liegt. Die eben genannte Seite des Umfangs bedeutet die volle Länge einer Seite einer mehrekkigen Figur, wobei diese Seite an jedem Ende in einem Winkel des Mehrecks endet.

Weitere Variationen bezüglich Größe und Form der Düsen 305 und der Kanäle 307 sind in F i g. 4 bis F i g.! 6 dargestellt Beispielsweise ist die Düsenöffnung 3056 in Fig.4 U-förmig. Bei Verwendung in Kombination mit einem rechteckigen Kanal liefert sie das Produkt, das in F i g. 5 im Querschnitt dargestellt ist Dieses Produkt 320 hat drei glänzende, glatte, geschlossene Oberflächen 316, 317 und 318 jeweils mit einer dicken Haut. Die vierte Seite ist glatt, aber matt und ohne dicke Haut. Das Produkt 320 hat einen zelligen Kern 319.

Die Fig.6 bis 16 zeigen weitere Variationen bezüglich der Gestalt der Düsen 305 und der Kanäle 307.

Es können beliebige bekannte schäumbare Kunststoffmischungen verarbeitet werden. Geeignet sind beispielsweise Kunststoffmischungen auf der Basis von Polystyrol hoher oder niedriger Dichte, Polyvinylchlorid, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS), Gemische von ABS und Polyvinylchlorid, Polyamide, Polycarbonate, Polyurethane und ähnliche Polymere. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des in der FR-PS 12 55 499 beschriebenen Materials.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:

Beispie! 6

Ein Gemisch der folgenden Zusammensetzung wurde zu einem rechteckigen Schaumstoffprofil von 30 χ i0 mm stranggepreßt:

perlförmiges Polystyrol
Natriumbicarbonat
Stearinsäure
Vaselinöl

lOOGcw.-Tcile
5 Gcw.-Teile
0,1 Gew.-Teile
0,1 Gew.-Teile weist Hinter dem Austritt der Kalibriervorrichtung ist die übliche Abzugsvorrichtung angeordnet.

Es wurde unter den folgenden Bedingungen gearbeitet: Am Zylinder der Strangpresse eingestellte Temperaturcn vom Aufgabetrichter bis zum Spritzkopf:

135" -155° -160° - Kopf 140° C Schneckendrehzahl: 17 UpM
Schnecke ungekühlt:

Abzugsgeschwindigkeit des Stranges: 95 cm/min Strangpreßleistung: 8,5 kg/Std. Temperatur der Kalibriervorrichtung: vorn 40⁰C, hinten 20° C

Auf diese Weise wurde ein gut dimensionierter voller Strang von rechteckiger Form erhalten, der einen Querschnitt von 3Ox 10 mm, eine zellige Innenstruktur und eine glatte und glänzende Haut auf der Oberseite, die in inniger Berührung mit der Kalibriervorrichtung gewesen war, hatte. F i g. 3 zeigt den Querschnitt des Profils mit der glatten und glänzenden Außenhaut 314 und dem geschäumten Teil 315.

Das erhaltene Profil hatte ein Raumgewicht von 0,49.

Das Gemisch wurde in einem Intensivmischer homogenisiert und mit einer Schneckenpresse 301 mit einer Schnecke von 40 mm Durchmesser und einer Länge von 2Q Durchmessern des in Fig.! dargesieiiicn Typs stranggepreßt Das Kompressionsverhältnis der Schnecke betrug 2,5.

Die Strangpresse 301 war mit einem geraden Spritzkopf 304 mit einer Düse 305 mit rechteckigem Durchgangsquerschnitt ausgestattet Der Querschnitt der Düsenöffnung betrug insgesamt 44,7 mm². Der Durchgangsquerschnitt der Düse ist in F i g. 2 dargestellt (Ausgangsöffnung 305a).

Eine Kalibriervorrichtung 306 mit einem inneren rechteckigen Querschnitt und einer Größe von 3Ox 10x500 mm wurde unmittelbar anschließend an das Strangpreßwerkzeug so angeordnet, daß die obere Innenwand der Kalibriervorrichtung in der gleichen waagerechten Ebene wie die Oberseite der Düse lag.

Aus F i g. 1, die die Anordnung der Vorrichtung zeigt, geht hervor, daß die Düse im Inneren keinen Dorn auf-

Beispiel 2

Zur Herstellung eines Profils mit einem rechteckigen Querschnitt von 30x 10 mm wurde eine Kunststoffmischung der in Beispiel 1 genannten Zusammensetzung verwendet

Die Kunststoffmischung wurde mit der in Beispiel 1 dargestellten Strangpresse verarbeitet, jedoch war die Strangpresse 301 in diesem Fall mit einem geraden Spritzkopf versehen, der eine Düse mit mehreckigem Durchgangsquerschnitt mit einer Ausgangsquerschnittsfläche von 69,9 mm² aufwies. Der Düsenausgang der bei diesem Versuch verwendeten Düse 3056 ist in F i g. 4 dargestellt.

Es wurde die in Beispiel 1 beschriebene Kalibriervorrichtung verwendet, die wiederum so angeordnet war, daß die obere Innenwand die Kalibriervorrichtung in der waagerechten Ebene des oberen Teils des Umfangs des Durchgangsquerschnitts der Düse lag.

Die folgenden Strangpreßbedingungen werden angewandt:

Temperaluren:

135°-155°-160°-Kopf 148°C Schneckendrehzahl: 16 UpM
Schnecke ungekühlt

Abzugsgeschwindigkeit: 79 cm/min bei einer stündlichen Leistung von 8 kg Temperatur der Kalibriervorrichtung vorn 40⁰C hinten 20° C

Auf diese Weise wurde ein gut dimensioniertes Rechteck profil von 3Ox 100 mm erhalten, das einen geschäumten Kern und eine glatte Haut auf drei Seiten, die in inniger Berührung mit der Kalibriervorrichtung gewesen waren, aufwies. F i g. 5 zeigt die Seiten 316,317 und 318 des Profils, auf denen die glatte und glänzende Oberflächenhaut gebildet worden war, und den geschäumten Kern 319.
Das erhaltene Profil hatte ein Raumgewicht von 0,55.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Strangpressen und nachfolgenden Aufschäumen einer schäumbaren Mischung eines thermoplastischen Kunststoffes in dem Kanal einer gekühlten Kalibriervorrichtung unter Ausbildung eines profilierten endlosen Schaumstoffstranges, bestehend im wesentlichen aus einer Strangpreßdüse mit einer Düsenöffnung und der sich unmittelbar anschließenden Kalibriervorrichtung, deren Querschnitt mit dem Querschnitt des Schaumstoffstranges übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Profils mit einem Bereich mit glatter nichtgeschäumter Oberflächenhaut und mit einem restlichen Bereich mit glatter geschäumter Oberfläche die Kanalwand der Kalibriervorrichtung (306) im Bereich der nichtgeschäumten Haut mit der Düsenöffnung fluchtet und im restlichen Bereich der Innenquerschnitt des Kanals (307) der Kalibriervorrichtung (306) über den der Düsenöffnung (305) hinausgeht, so daß in diesem Bereich eine nicht mit der Düsenöffnung (305) fluchtende Kanalwand im Abstand zur Düsenöffnung (305) in Übereinstimmung mit dem Querschnitt des Schaumstoffstranges vorhanden ist.