DE2222194B2 - Vorrichtung zur erzeugung eines hohlraumes oder eines bereiches besonders niedriger dichte im inneren extrudierter profile aus schaeumbaren thermoplasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Herstellung von geschäumten Profilen aus Thermoplasten nach dem Extrusionsverfahren werden meistenteils Extruderdüsen eingesetzt, die kleiner sind als der gewünschte Endquerschnitt des extrudierten 5< > Profils. Durch Aufschäumung des austretenden Stranges erreicht das Profil die gewünschte Querschnittgröße. Durch eine anschließende Kühlstrecke oder Kalibrierung kann die genaue Formung des Profils durchgeführt werden.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Hohlprofil extrudiert wird, das genau den gewünschten Querschnitt des Profils oder auch einen teilweise abweichenden Querschnitt besitzt. Das Aufschäumen des Profils erfolgt in einer beheizten Kalibrierung nach innen und gegebenenfalls auch nach außen in die vorhandenen Hohlräume. Das Profil kann dabei ganz oder nur teilweise gefüllt werden.

Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß bei der Extrusion von Vollprofilen die erreichbare mögliche ⁶S Dichte nach unten begrenzt ist, da die Thermoplasten nicht beliebig dehnbar sind und sich die Porengröße nicht beliebig erhöhen läßt. Auch kann die Porenzahl

nicht beliebig vermehrt,werden.

Wird dagegen ein Hohlprofil extrudjert so ist dazu ein Dom notwendig. Die Dorahakerengen bewirken eine Trennung des Matenalstranges in mehrere Teilströme, die nach der Passage der Dornhalterungen nur mehr teilweise miteinander verschieben. Dadurch entstehen Schwachstellen im Extrudat insbesondere bei dünnwandigen Profilen.

Aus der DT-OS 17 29 076 ist ebenfalls eine Vorrichtung mit Dorn bekannt mit der voll oder mit Hohlraum geschäumt werden kann. Aber auch hier verursachen die Dornhalterungen Fließmarken oder Schwachstellen In Extrudat Zur Druckminderung kann der Dorn in Längsrichtung einen Kanal aufweisen, der am vorderen Ende mündet .

Die DT-OS 19 63 811 beinhaltet eine Extrusionsvorrichtung mit einer Düse, die einen Dorn beinhaltet wobei der Dorn Abschnitte unterschiedlicher Durchmesser aufweist Die Abschnitte sind durch konischen Übergang miteinander verbunden und ein zylindrischer Teil ragt tiefer in den Fließkanal hinein als dem Durchmesser entspricht Der Dorn ist durch Halterungen befestigt die wiederum zu Schwachstellen im Extrudat führen. Mit dieser Vorrichtung werden Hohlkörper erzeugt, die auch im Inneren eine Deckschicht aufweisen und somit keine niedrige Dichte im Kern haben. .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der thermoplastische, geschäumte, eine feste Außenhaut aufweisende Hohlprofile oder Vollprofile mit besonders niedriger Dichte im Zentrum erzeugt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlraumes oder eines Bereiches mit besonders niedriger Dichte im Inneren extrudierter Profile aus schäumbaren Thermoplasten, bestehend aus einem Extruder mit einer Schnecke und einem formgebenden Extruderkopf, wobei in dem Extruderkopf zentral ein Verdrängungskörper angeordnet ist. der aus Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers mit konischem Übergang besteht und mit einem zylindrischen Teil tiefer in einen zylindrischen Fließkanal des Extruderkopfes hineinragt, als der Durchmesser dieses Teiles des Verdrängerkörpers groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (5,6, 7) mit der Extruderschnecke (2) starr verbunden ist und sein zylindrischer Teil (6) über einen konischen Teil (5) unmittelbar an das Schneckengewinde (4) anschließt.

Durch diese Vorrichtung wird es möglich, Profile aus schäumbaren Thermoplasten zu extrudieren, die einen zentralen Hohlraum oder einen Bereich mit besonders niedriger Dichte im Inneren des extrudierten Profils enthalten.

Die Verwendung von Schnecken mit Spitzen von spezieller Form in Extrudern für thermoplastische Materialien ist grundsätzlich bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße spezielle Gestaltung der Spitze bei der Herstellung von geschäumten Profilen aus schäumbaren Thermoplasten besondere Vorteile erzielt werden können. Die Spitze bewirkt eine Hohlraumbildung im noch ungeschäumten thermoplastischen Strang. Beim Eintreten der Verschäumung kann der Hohlraum teilweise erhalten bleiben oder zugeschäumv werden. Im letzteren Fall ist im Inneren die Dichte des Materials besonders niedrig, im ersteren Fall entstehen im Inneren Hohlräume. Das heißt, es ist mit der neuen Vorrichtung möglich, Formkörper mit sehr niedriger Gesamtdichte herzustel-

Jen, die keine Schwachstellen aufweisen, wie bei den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von geschäumten Hohlprofilen. Weiterhin ist günstig, daß der Gasdruck, der in dem Hohlraum des Stranges entsteht, das Profil zusätzlich aufbläht. S

Für die Praxis bedeuten diese Vorteile, daß z. B. für einen Formkörper bestimmter Größe weniger Material benötigt wird oder daß man bei gleichem Materialeinsatz zu Formkörpern mit größerem Querschnitt kommen kann, die somit höhere Festigkeiten aufweisen, da das Material aus der neutralen Faser entfern* ist

Es hat sich auch gezeigt, daß in den geschäumten Profilen, die durch die rotierende Schneckenspitze erzeugten Störungen nicht die nachteilige Wirkung auf die Festigkeitseigenschaften des Stranges haben, wie bei nicht geschäumten Thermoplasten. Zudem treten überraschenderweise die Störungen bei diesem Verfahren weniger stark auf.

Die Vorrichtung besteht aus einem Extruder mit bekannter Ausstattung. Auf der Schnecke des Extruders ist die erfindungsgemäße Spitze aufgeschraubt. Dadurch besteht die Möglichkeit, je nach verwendetem Extrusionskopf und gewünschtem Profil eine optimal angepaßte Spitze aufzusetzen. Dabei kann die Dicke des zylindrischen Teils und die Länge des zylindrischen Teils der Schneckenspitz* in großen Bereichen variiert werden. Vorzugsweise weist der zylindrische Teil der Schneckenspitze (6) einen Mindestdurchmesser von 3 mm auf und die Differenz zwischen innerem und äußerem Durchmesser des Ringspalts (9) zwischen Außenwand des Fließkanals und dem zylindrischen Teil (6) der Schneckenspitze ist nicht kleiner als 1 mm. Der Konuswinkel der konischen Teile der Schneckenspitze beträgt meisiensteiIs60—100°.

Die Spitze w>rd aus Festigkeitsgründen meistenteils aus hochfestem Material, z. B. Werkzeugstahl hergestellt. Sie kann auch oberflächenbehandelt sein, um ihre Gleiteigenschaften gegenüber schäumbaren Thermoplasten zu verbessern. Vorzugsweise ist sie mit PTFE überzogen.

Die Schneckenspitze ragt in den Fließkanal des Extruderkopfes hinein. Vorzugsweise reicht der zylindrische Teil (6) der Schneckenspitze nicht weiter als bis zum Austrittsquerschnitt des FließkanaL (8) in den Extruderkopf (3).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) und die Schneckenspitze (5, 6, 7) eine zentrale Bohrung (14) besitzen. Durch diese Bohrung können Gase, gegebenenfalls erwärmte Gase, eingeblasen oder verdampfbare Flüssigkeiten eingeführt werden. Die Gase und die verdampften Flüssigkeiten blähen das Profil zusätzlich auf. Die Schnecke und die Spitze können auch doppelwandig ausgeführt sein, so daß eine Beheizung durch erhitzte Hilfsmedien möglich ist.

Der Extrusionskopf bestimmt die Form des Profils. Vorzugsweise werden Extruderköpfe verwendet, die zu Profilen mit kleinem Verhältnis der Außenobe^rfläche pro definierter Länge zur Querschnitttfläche führen. Die genaue Formgebung für das Profil kann durch eine Kühlstrecke oder Kalibriervorrichtung erfolgen.

Beispiele für Thermoplasten, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verschäumt werden können, sind PVC und Copolymere, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere und Polyäthylen. Die eingesetzter. Mischungen enthalten die üblichen Rezepturbestandteile, wie z. B. Gleitmittel, Stabilisatoren und Treibmittel. Durch die Wahl der Rezeptur können die Eigenschaften des Profils sehr weitgehend beeinflußt werden.

Die Fig. 1 stellt den Extruder 1 mit Kopf 3, die Schnecke 2 mit Spitze 5, 6, 7 und den aufgeschäumten Strang 10, den Aufschäumbereich 11 und den aufgeschäumten, fertigen Profilstrang mit Kalibrierungsvorrichtung 12 dar. In den Fließkanal 8 des Extruderkopfes 3 ragt die Schneckenspitze 5, 6, 7, bestehend aus konischem Teil 5, zylindrischen Teil 6 und ebenfalls konischem Teil 7 hinein. Durch diese Spitze wird der Hohlraum 13 im thermoplastischen Material erzeugt

Die F i g. 2 stellt eine besondere Ausführungsform der Schnecke und der Schneckenspitze dar, in der diese eine zentrale Bohrung 14 aufweisen.

Beispiel 1 (Vergleich)

Eine schäumbare Hartpolyvinylchloridmischung mit den Bestandteilen Polyvinylchlorid K-Wert 60, Stabilisatoren, Gleitmitteln und Azodicarbonamid (0,3 Gew.-Tl.) als Treibmittel wird auf einem Extruder mit D = 45 mm Schneckendurchmesser, Schneckenlänge 2OD und Volumenkompression 1 :3 über eine Runddüse mit einem Durchmesser von d = 15 mm zu einem zylindrischen Vollstrang extrudiert Der Durchmesser des Extrudates betrug 29 mm, die Dichte des geschäumten Stranges 0.62 g/cm³.

Beispiel 2(Vergleich)

Die gleiche Mischung wurde mit Jem gleichen Extruder wie im Beispiel 1, aber mit einem üblicherweise zur Herstellung von Rohren verwendeten Extrusionskopf mit einem Düsendurchmesser von ebenfalls d\ = 15 mm und einem Dorndurchmesser von cfe = 5 mm zu einem hohlen Strang verarbeitet. Der Außendurchmesser des entstandenen Rohres beträgt 32 mm, der Innendurchmesser 6 mm. Die Dichte des rohrförmigen Stranges betrug 0,71 g/cm³, die Dichte des gesamten Profils — einschließlich des Hohlraumes — 0,69 g/cm³. Die Dornhalterungen erzeugen deutlich sichtbare Markierungsstreifen längs des Profils und in dem Hohlraum blasenähnliche Verdickungen in der Innenoberfläche.

Beispiel 3

Dieses Mal wurde der Dorn einschließlich der Dornhalterung aus dem Kopf entfernt und e-ne Schneckenspitze, bestehend aus konischem Teil (entsprechend Fig. 1, Nr. 5), einem zylindrischen Teil mit 5mm Durchmesser (entsprechend Fig. 1, Nr. 6) und einer konischen Spitze (entsprechend Fig. 1, Nr. 7) auf die Schnecke aufgesetzt. Der zylindrische Teil der Spitze endet innerhalb des Fließkanals 10 mm von dem Austrittsquerschnitt entfernt. Die gleiche PVC-Hartmischung wie irr Beispiel 1 wurde mit dieser Vorrichtung extrudiert. Das erzeugte Profil hatte einen Durchmesser von 36 mm, die Dichte des rohrförmigen Stranges lag bei 0,58 g/cm³, die Dichte des Gesamtstranges betrug 0,51 g/cm³.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlraumes oder eines Bereiches mit besonders niedriger Dickte im Inneren extrudierter Profile aus schäumbaren Thermoplasten, bestehend aus einem Extruder mh einer Schnecke und einem formgebenden Extruderkopf, wobei in dem Extruderkopf zentral ein Verdrängungskörper angeordnet ist der aus Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers mit konischem Übergang besteht ,und mit einem zylindrischen Teil tiSfej in einem zylindrischen Ffiefikana? des Extruderkopfes hineinragt als der Durchmesse) dieses Teiles des Verdrängerkörpers groß ist >5 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (5,6,7) mit der Extruderschnecke (2) starr verbunden ist und sein zylindrischer Teil (6) über einen konischen Teil (5) unmittelbar an das Schneckengewinde (4) anschließt '

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (6) der Schnekkenspitze nicht weiter als bis zum Austrittsquerschnitt des Fließkanals (8) in den Extruderkopf (3) reicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (6) der Schneckenspitze einen Mindestdurchmesser von 3 mm aufweist und die Differenz zwischen innerem und äußerem Durchmesser des Ringspalts (9) zwischen Außenwand des Fließkanals und dem zylindrischen Teil (6) der Schneckenspitze nicht kleiner als 1 mm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Schneckenspitze (5,6,7) mit PTFE überzogen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) und die Schneckenspitze (5, 6, 7) eine zentrische Bohrung (14) besitzen.