DE2232459A1

DE2232459A1 - Extruderduese

Info

Publication number: DE2232459A1
Application number: DE2232459A
Authority: DE
Inventors: John A Mihalik
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1971-07-22
Filing date: 1972-07-01
Publication date: 1973-02-01
Also published as: GB1401447A; US3767346A

Description

Die Erfindung betrifft eine Extruderdüse, "bestehend aus einem Paar zueinander distanzierter Düsenlippen zur Begrenzung der Düsenöffnung und aus Elementen zur Zuführung schmelzflüssigen, thermoplastischen Materials unter Druck zwischen die geraden- oder kreisförmigen Lippen für die Extrusion eines band- oder schlauchförmigen Filmes aus der Düsenöffnung·

Für die Herstellung von Filmen aus thermoplastischen, polymeren Materialien durch Ausdüsen, wird dieses Material innerhalb eines Schraubenextruders schmelzflüssig gemacht, unter Druck zur Extrusionsdüse gefördert und zwischen einem Lippen- oder Blattpaar ausgedüst, das als Form für den PiIm diente Wenn dieses derart ausgeformte polymere Material aus der Extrusionsdüse austritt wird es im allgemeinen nach unten gezogen und abgeschreckt, beispielsweise auf Kühlwalzen oder innerhalb eines Bades mit kaltem Wasser.

Bei der Herstellung von Filmen auf diese bekannte Weise ist die

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Gegenwart von sich, längs erstreckenden Dickenvariationen in Intervallen quer über die Filmbreite nicht ungewöhnlich. Solche Variationen können beispielsweise bedingt sein durch Temperaturdifferenzen längs der Düsenlippen, Fabrikationstoleranzen, Lippenverwerfungen oder ungleichmäßig Lippenausdehnungen, wenn die Lippen während der Extrusion beheizt werden·

Eine zusätzliche Ursache solcher Dickenunterschiede, die hier überwunden werden sollen, ist das Auftreten von Temperaturdifferenzen in die Masse des geschmolzenen polymeren Materials während seiner Passage zur und durch die Düse, d.h. insbesondere _t, obgleich eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur in der Masse des polymeren Materials vorliegt, wenn es die Extruderschraube verläßt, kann es eintreten, daß die Temperatur von Teiltn dieser Masse Veränderungen während des Durchlaufes zwischen dem Extruder und der Düse und/oder während der Passage durch die Düse selbst unterworfen ist, abgesehen von der Strahlung und/oder von Heizern die im allgemeinen längs des Transportweges und der Düse angeordnet sind. Demgemäß, obgleich die Distanz zwischen den Lippen einer Düse im wesentlichen gleich sein kann, treten Teile geschmolzenen polymeren Materials, die unterschiedliche Temperaturen haben, in unterschiedlichen Mengen aue und beeinflussen auch die Düsenlippen mit unterschiedlicher Temperaturbeaufschlagung, wobei diese Effekte in der L_age sind, beträchtliche Variationen in der Dicke der hergestellten Filme hervorzurufen.

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Bei herkömmlichen langgestreckten Düsenlippen sind verschiedene Formen von Einstellmechanismen für die Biegung für "beide der Lippen vorgeschlagen worden, um Filmdieken-Variätionen zu vermeiden. Derartige Lippen sind jedoch im allgemeinen ziemlich massiv, so daß sie eine notwendige Steifigkeit unter dem herrschenden Extrusionsdruck besitzen und die demgemäß auf -Biegungen längs einer beträchtlichen Länge mehr als auf ausgewählte lokalisierte Bereiche ansprechen. Darüber hinaus wird eine Düsenblattbiegung erreicht, während sich die Düse im beheizten Zustand befindet, was gewöhnlich zu einer Anzahl von Falseheinstellungen führt, so daß eine solche Verfahrensweise langsam und zeitaufwendig isto

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Extruderdüse für die Benutzung bei der Herstellung von Filmen aus geschmolzenen, polymeren Material zu schaffen, die geeignet ist, Temperaturunterschiede im geschmolzenen polymeren Material zu kompensieren, um damit eine bessere und genauere Dickenkontrolle über die ganze Breite des sich ergebenden Filmes zu erreichchen.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einer Extrusionsdüse derart gelöst, daß mindestens ein Wärmetauscher einstellbar in bestimmte, ausgewählte Stellungen auf mindestens einer der Lippen benachbart aber distanziert zur Düsenöffnung angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher relativ kurz im Vergleich zur Länge der Düsenlippen gehalten ist für eine ausgewählte Temperaturbeeinflussung entsprechender Lippenbereiche_o /.

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In Vergleich zu der Düsenlippen ist der Wärmetauscher relativ kurz, beispielsweise 9»5 mm oder weniger bis 19mm oder mehr, so daß es Möglich ist, die Temperatur der düsenlippen in jedem Be_T reich besonders zu beeinflussen. Hin geeigneter Wärmetauscher für die Benutzung in Verbindung mit einer Düse nach der vorliegenden Erfindung kann aus einem kurzen geschlossenen Rohr bestellen mit entsprechenden Anschlüssen für die Zirkulation eines Wärmeträgermediums. Alternativ kann das Y7ärmeträgermedium natürlich auch durch eine Schlange zirkulieren, die selbst innerhalb eines Y7ärmeaustauschmediums angeordnet ist, das sich innerhalb des geschlossenen Rohres befindet₀ Abhängig von speziellen Effekt, der auf die Düsenlippen zur Wirkung gebracht werden soll_r kann das Wärrceträgerinedium vor seiner Passage durch das geschlossene Rohr aufgeheizt oder gekühlt werden«, Palis der Wärmeträger Wärme auf die Extrusionsdüse aufbringen soll, kann ein elektrischer Widerstand benutzt werden₀

Der Wärmetauscher kann durch verschiedene Maßnahmen an der Düsenlippe befestigt sein und zwar unter Beachtung einer guten Y/ärmeübertragung und erleichterter Auswahlbewegung des Wärmetauschers in verschiedene Stellungen längs der Düsenlippen. Beispielsweise kann ein solcher Wärmetauscher angeklemmt oder magnetisch an der Düsenlippe gehalten sein oder, was nachfolgend noch genauer beschrieben wird in einem Schlitz längs der Überfläche der Düsenlippe auf der der Düsenüffnung abgewandten Seite„ Ein solcher Schlitz ist für eine entsprechend gut anliegende, aber noch verschiebbaren Lagerung des verwendeten Y/ärmetauschers ausgebildet

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falls erwünscht, nit einer Hint er schneidung versehen, so daß der Y/ärmetauscher innerhalb des Schlitzes gehalten v/irdo Einer oder ■ mehrere Wärme tauscher können längs der einen oder längs beider Extrusionslippen angeordnet sein, Venn eine Vielzahl solcher Wärmetauscher benutzt wird, können diese von unterschiedlicher Länge und- derart ausgebildet sein, daß sie gleiche oder unterschiedliche Wirkungen hervorrufen, d„ h. sie kömien alle zur Ui¹-v/ärinui g oder Kühlung bestimmter Bereiche der Düsenlippen dienen oder einige davon können eine Kühlung bewirken, während andere besondere Bereiche der Düsenlippen beheizen·

Die Düsenlippen können einen Teil mit anderen Teilen der Düse bilden oder eine oder beide der Lippen können entnehmbar und einstellbar deü Halteeleiiienten der Extrusionsdüse zugeordnet sein, um die Diatanz der Düsenlippen leicht variieren zu können zumindest längs der Düsenöffnung.

Thermoplastische polymere Materialien, die üblicherweise für die Herstellung von Filmen durch Extrusion benutzt v/erden, können ebenfalls bei der erfindungsgemäßen Düse zur Verarbeitung kommenο

Solche filiiibildenden, thermoplastischen, polymeren llaterialien ui'id zahlreich und können beiopiels sein: Polypropylen, Polyäthylen, Polyester, Polyvinyl-Chlorid od. dgl_o

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Die erfinduugsgemäße Extruder düse wird nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert ο

Es zeigen

Pig ο 1 schematise}! in Seitenansicht ein herkömmliches Filmausdüssystern;

Pig. 2 eine Vorderansicht einer Extruderdüse nach der vorliegenden Erfindung;

Figo 3 im Schnitt längs Linie III- III gemäß Figo 2 und in perspektivischer Ansicht die erfindungsgemäße Düse;

Fig. 4 in perspektivischer Ansicht einen 7/ärme tauscher und

Fig. 5 eine Teilaii3icht einer abgewandelten Auaführungsform der Düse nach dor Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine i;ypisahe Anordnung eines Filmextrusionssyoteus, bestehend aus einem üchraubenextruder 11, in dem ein thermoplastisches, polymeres I.Iaturial unter Druck in die Düse gedruckt wird· Vom Extruder 11, in dem das Material noch eine im wesentlichen gleichförmige Tu.;purutur haben kann, wird dieses durch leitungen 13, 15 und ein Knie 17 sur Düse 19 gefördert. Die LtJitungsabschnitte sind mit. entsprechenden Flanschen 21 versehen, um die Gciantleitiuig irvisohüii Extruder 11 und Dü;;;e 19 in einfädler Wc; hu; anbrJi.gen ·δχι können.

"Di υ Lo L Lungen 13, 15 und das Knie 17 sind ni!, eruier geeigneben V/ärin.'i.'iol·;!, Lon (nicht darges teilt) vergehen vuul -;.'..■; lsi icho HoL-.".er (nicht dargtist'jll.t) · ♦/ 7

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können auch in gewissen Bereichen der Leitimgsabschnitte angeordnet sein ebenso λ'/ie auch längs der Düae selbst,' um einen Värmeverlust des Materials zu vermeiden-bzw. auszugleichen,.

Abgesehen davon treten jedoch in der geschmolzenen Hasse während ihrer Passage durch die Leitungsabschnitte und durch die Düse Fühlungen oder Erwärmungen auf··

Wärueverluste und Wärme Zuführungen durch die Wandungen und/oder die Flansche der Leitungsabschnitte 13» 15 und das linie 17 können nicht einheitlich gehalten werden, was insbesondere gravierend dadurch bedingt ist, daß das geschmolzene, thermoplastische Material nicht ISngs gleicher Y/ege zwischen dem Extruder und der Düse bewegt v/ird und zwar insbesondere durch die Passage des Knies und durch die Düse 19. Demgemäß Y/erden Teile schmelzflüssigen !laterials, die längs der Wandungen der Leitungsabschnitte 13, und des Knies 17 in der Temperatur differieren und heißer oder kalter sein als das Material das im mittleren Bereich der Leitung fließt.

Während des Durchlaufes des Ilaterials durch die Leitung tritt nur eine vernachlässigbare Vermischung des Materials ein, so daß die Tenperaturdifferenziale während seiner Strömung durch die Düse 19 erhalten bleiben«- Dadurch ergibt sich, daß nicht alle Teile des geschmolzenen, thermoplastischen Materials unter den gleichen Bedingungen aus der Düsenöffnung austreten. Hinzu kommt noch, daß die Lippen der Extruderdüse selbst unterschiedlichen Temperaturen auf ihrer ganzen Breite unterworfen sind, /„

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was zu einer ungleichen Expansion und zu einer Variation der Distanz der Lippen führt, was wieder Dickenvariationen des mit einer solchen Düse hergestellten Filmes zur Folge hat.

In den Figo 2,3 ist eine Düse für ein System gemäß Fig. 1 mit 23 bezeichnet. Die Düse 23 besteht aus einem Düsenkörper 25 der einen zentralen Kanal 27 aufweist, in den unter Druck das schmelzflüssige, thermoplastische Material eingebracht wird, wobei der Düsenkörper 25 eine breite Ausnehmung 29 aufweist und einen Schlitz 31, der in den Kanal 27 mündet. Die Düsenlippen 33, 35 sind innerhalb der Ausnhemung 29 angeordnet und mit einer Reihe von Schrauben 27 gehalten., In den Lippen 33, 35 sind Öffnungen 39 für die Aufnahme der Kopfschrauben 37 angeordnet, wobei die Öffnungen 39 geringfügig größer sind als der Durchmesser der Schäfte der Kopfschrauben, um eine Einstellung der Lippen relativ zum Düsenkörper zu ermöglichen. Wie bei bekannten Düsenkonstruktionen sind entsprechende Einstellschrauben 41 vorgesehen, die in den Düsenkörper 25 eingeschraubt sind· Mit diesen Schrauben kann eine entsprechende Schlitzbreite der Düse eingestellt werdeno

Längs einer Außenfläche von mindestens einer der Lippen 33, ist eine Nut 45 angeordnet, die vorzugsweise zur Aufnahme von einem oder mehreren Wärmetauschern 47 hinterschnitten isto Diese Nut 45 ist distanziert von der Düsenöffnung 43 angeordnet und erstreckt sich über die ganze Lange der betreffenden Lippe₀

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Ein einzelner Wärmetauscher 47 ist in Figo 4 dargestellt und besteht lediglich aus einem Rohr 49 mit geschlossenen Enden 51 und mit entsprechenden Zu- und Ableitungen 53»55. Ein Wärmeträgermedium, beispielsweise öl, wird von einer entsprechenden Leitung aus (nicht dargestellte) durch den Wärmetauscher 47 geleitet, um eine entsprechende Heizung oder Kühlung längs entsprechender Bereiche der Lippen zu bewirken und dann wieder abgeleitet, wobei eine Rückführung und eine entsprechende Aufheizung oder Kühlung im Kreislauf erfolgen kann_o Der Wärmetauscher 47 3teht in gutem Kontakt mit der Lippe, um einen guten Wärmetausch zu gewährleisten und um den Wärmetauscher in der gewünschten Stellung durch Reibungskontakt zu halten.

Wie erwähnt, ist der Wärmetauscher 47 relativ kurz im Yergleichzur Länge der Lippen 33, 35, da es wünschenswert ist, die Wirkung des Wärmetauschers nur auf bestimmte, sehr schmale Bereiche der Lippen zu beschränken. Während die Breite des Filmes, die vom Wärmetauscher beeinflußt wird, in erster Linie von der Länge des Wärmetauschers selbst abhängt, können kleine Variationen in der Breite dadurch erreicht werden, daß die Temperatur des Wärmeträgermediums, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, variiert wirdo

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Düse 23 Endplatten 57 auch auf, die die Enden der Leitung 27 j die Extruderöffnung 43 und die Nuten 45 abschließt. Wenn die Öffnung der Schlitze 45 in der Fläche der Lippen nicht groß genug ist, um den Einsatz der Wärmetauscher 47 zu erlauben,

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kann der Wärmetauscher in die Nut 45 von einer Seite aus eingesetzt werden, ehe die Endplatte 57 angebracht wirdo Wie in Fig. 2, 3 dargestellt, können die Nuten 45 längs beider Lippen 33, 35 angeordnet sein und jede eine oder mehrere Wärmetauscher enthalten. Die Anwendung von Wärmetauschern in diesem Sinne kann auch für die Herstellung von Filmschläuchen vorgesehen werden, wobei gemäß Fig» 5 kreisförmige Lippen 59, 61 die Düsenöffnung 53 gewünschter Breite begrenzen. Eine umlaufende Nut 45 ist in der Lippe 61 angeordnet und hinterschnitten, auiBer an der Stelle 67» um den Einsatz des Wärmetauschers 69 zu ermöglichen. Eine Platte 71 wird über dem Bereich 87 nach dem Einschieben des Wärmetauschers 69 angeordnete Die Wirkungsweise des Wärmetauschers 69 ist die gleiche wie die des beschriebenen Wärmetauschers 47<>

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Claims

Patentansprüche:

l.iExtruderdüse, bestehend aus einem Paar zueinander distanzierter Düsenlippen zur Begrenzung der Düsenöffnung, und- aus Elementen zur Zuführung schmelzflüssigen, thermoplastischen Materials unter Druck zwisahen die geraden oder kreisförmigen Lippen für die Extrusion eines band- oder schlauchförmigen Filmes aus der Düsenöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wärmetauscher (47, 69) einstellbar in bestimmte ausgewählte Stellungen auf mindestens einer der Lippen (33, 35» 59, 61) benachbart aber distanziert zur Düsenöffnung angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (47, 69) relativ kurz im Vergleich zur Länge der Düsenlippen (33, 35; 59, 61) gehalten ist für eine, ausgewählte Temperaturbeeinflussung entsprechender Lippenbereiche_o

β Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (47, 69) aus einem geschlossenen Rohr besteht und mit Anschlüssen (53» 59) für die zirkulierende Durchleitung eines Wärmeträgermediums.

3e Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Düsenlippeh (33» 35; 59, 61) eine durchgehende Hut (45, 65) in einer Außenfläche aufweist, in der der Wärmetauscher (47, 69) verschieblich angeordnet ist·

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Düse nach Anspruch 3» dadurch gekennzeich ne t, daß die Nut (45 _t 65) hinterschnitten ausgebildet ist<

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