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"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dünnwandigen Polyamidplatten,
Folien oder dgl." Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen
Polyamidplatten, Folien oder dgl. die ggf. durch Fasern, Gewebe oder Vliese armiert
sind, durch anionische Polymerisation von schmelzflüssigen Lactamen, Lactamgemischen
oder modifizierten Lactamen, sowie eine Vorrichtung dazu.
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Bekanntlich erfolgt bei der Herstellung von Polyamidformkörpern die
anionische Polymerisation von schmelzflüssigen Lactamen und Lactamgemischen, insbesondere
Lactamen mit sieben oder mehr Ringgliedern wie Caprolactamen, Capryllactam und Laurinlactam,
welche mit den für die Polymerisation erforderlichen Mengen Katalysatoren und Aktivatoren
vermischt sind, in entsprechend ausgebildeten Gießformen. Hierbei wird die Polymerisation
durch Zuführung von Wärme über die Werkzeugbegrenzungsflächen angestoßen, die von
außen z.B. mit Dampf, durch Wärmeträgermedien oder elektrisch mit Hilfe von Widerstands-
oder Induktionsheizungen erhitzt werden.
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Die Herstellung von flächigen Formkörpern und planparallelen Platten
wird normalerweise in kastenförmigen Werkzeugen vorgenommen. Solche Kastenwerkzeuge
sind in der Regel in der Weise aufgebaut, daß zwei beheizbare Platten mit Abmessungen
bis zu 3000 x 1500 mm und größer in vorgegebenem Plattenabstand auf einer Längsseite
und den Breitseiten durch demontierbare Leisten oder auch durch mit den Platten
fest verankerte Wände verbunden werden bzw. die Boden- und Seitenbegrezungen des
schmalen, flüssigkeitsdichten, einseitig offenen Kastens mit einer Platte fest verbunden
sind, und die andere Platte verschiebbar angeordnet wird. Der Plattenabstand wird
entsprechend der gewunschten Plattendicke gewählt.
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Zum Öffnen und Schließen solcher Werkzeuge sindaowohl hydraulische
als auch von Hand zu bedienende Spannvorrichtungen im Gebrauch.
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Für die Herstellung von Platten mit Wandstärken von 15 mm aufwärts,
bewähren sich derartige Werkzeuge. Die Fertigung dünnwandiger Platten, Folien oder
flächiger Formkörper bis etwa 10 mm durch anionische Polymerisation von Lactamen
ist dagegen in solchen Formen mit großen Schwierigkeiten verbunden. Neben anderen
unerwünschten Störungen ist insbesondere die Herstellung lunker-, blasen- und schlierenfreier
Körper problematisch. Nach den herkömmlichen Verfahrensweisen werden zur besseren
Entlüftung der Werkzeuge die dünnflüssigen Lactamschmelzen beispielsweise als Kontaktfilm
an einer der Begrenzungsflächen bei schräg gestelltem Werkzeug aufgegeben oder die
Lactamschmelze von unten in das Werkzeug gedrückt. Bei Flächengebilden mit niedrigen
Quadratmetergewichten ist außerdem mit Hilfe solcher Werkzeuge keine rationelle
Fertigung mehr möglich.
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Erfindungsgemäß werden diese Nacnteile dadurch beseitigt, daß die
schmelzflüssigen Lactame, Lactamgemische oder modifizierten Lactame zum Einleiten
der Polymerisation in dünner Schicht zwischen
zwei formgebenden,
in Längsrlchtung bewegten Bändern aus einem mit dem Schmelzen sich nicht verbindendem
Werkstoff durch eine Erwärmungszone geführt werden, wobei der Abstand zwischen den
Bändern zur vollständigen Ausfüllung des Zwischenraumes mit der Schmelze dem Adhäsions-/Kohäsionsgleichgewicht
der polymerisierenden Schmelze angepaßt wird.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtpng,
die gekennzeichnet ist durch ein als Unterlage dienendes erstes endloses Transportband,
ein zweites, oberhalb des ersten Transportbandes angeordnetes endloses Transportband,
das zu dem unteren Transportband einen einstellbaren Kaliberspalt aufweist, eine
im Bereich der Lactamenaufgabe vor dem Anfang des oberen Transportbandes angeordnete,
in dem Transportband einer Bandmulde erzeugende Spannrolle und eine oberhalb und
unterhalb der Transportbänder am Anfang des Transportbandes angeordnete,den Kaliberspalt
einschließende Hochfrequenzeinrichtung.
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Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in
den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen naher erläutert werden.
Dabei zeigt: Fig. 1 die Gesamtanordnung der Bandanlage, Fig. 2 die Anordnung des
Ober- und Unterbandes zueinander, Fig. 3 die Bandausführung, beispielsweise für
die Polymerisation lactamgetränkter Vliese, Gewebe und Fadenscharen; Fig. 4 die
Rollenanordnung im Bereich der Lactamaufgabe für die Führung von Gewebe, Vliesen,
Fasern oder Fadenscharen.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus den Transportbändern 1
und 2, die Randbegrenzungen Ib und 2b aufweisen. Entsprechend der Aufgabe werden
an das Bandmaterial hohe Anforderungen ge; stellt. Als Bandmaterial werden vornebinlich
Polytetraflu#räthyl'en9-
Polyäthylen - ggf. faserverstärkt und mit
anorganischen FUllmitteln modifiziert - oder polytetrafluoräthylenbeschichtetes
Stahlband verwendet. Band 1 ist mit einer flussigkeitsdichten Randbegrenzung (Fig
2) ausgerüstet und wird im Bereich des Obertrums durch die Spannrolle 3 so geführt,
daß zwischen den Umlenkrollen 4 eine Bandmulde fUr die Lactamaufgabe entsteht.
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Diese Bandmulde bildet für die dünnflüssigen Ausgansstoffe einen kleine,
sich ständig erneuernden Vorrat. Der Vorrat hängt außer von der Tiefe der Bandmulde
auch von der Geschwindigkeit des Transportbandes 1 und der Lactamzufuhrgeschwindigkeit
ab. Die Tiefe der Bandmulde la, die Geschwindigkeit des Transportbandes und die
Geschwindigkeit der Lactamzufuhr müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß keine
Polymerisationsauslösung im bereich der Lactamaufgabe eintritt. Das Band 2 ist im
gemeinsamen Maschinenrahmen der Bandanlage stufenlos verstellbar aufgehängt 5 und
mit Hilfe der Spannrollen 6 sowohl in seiner Neigung als auch in seiner Querjustierung
verstellbar. Die einander zugekehrten Trwe der beiden Förderbänder ergeben die Polymerisationsfori
und die kalibrierende Bandstrecke. An die Lactamaufgabe 7 schließt sich in Bewegungsrichtung
die aus den beiden Bändern gebildete WPolymerisationsform" mit der Hochfrequenzeinrichtung
an, die, wie in Fig. 1, durch die auf Hochfrequenz-Potential liegende Elbke trodenanordnung
8 und die geerdete Gegenelektrode 9 gebildet wird.
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Ein Luftspalt zwischen den Elektroden und Band 2 mindert die Gefahr
elektrischer Überschläge. Wird als Transportband ein Stahlband - ggf. polytetrafluoräthylen-beschichtet
- verwendet, dient dies gleichzeitig als geerdete Elektrode. Diese Elektrodenanordnung
ist für die Herstellung der meisten dickeren flächenhaften Gebilde geeignet. Fur
die Erwärmung von Lactamschichten t 10 mm lassen sich ggf. vorteilhafter sog. in
der Hochfrequenz.
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erwärmung bekannte Girlandenelektroden einsetzen. Derartige Elektroden
bestehen aus rohrförmigen Elektrodenstgben, die quer zur Laufrichtung der Bänder
angeordnet werden, Die Stibe werden in diesem Fall anstelle der geerdeten Plattenelektrode
und anstatt
der auf Hochfrequenzpotential liegenden Platten im
Maschinenrahmen der Bandanlage angebracht und parallel geschaltet, jeweils mit einem
Pol des HF-Generators verbunden.
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Für die Hochfrequenzerwärmung im Kondensatorfeld eignen sich nur Materialien
mit dielektrischem Verlustfaktor. Bei gegebenen dielektrischen Werten ist der von
der Lactamschmelze absorbierte Energieanteil abhängig vom Elektrodenabstand, der
zwischen den Elektroden befindlichen Substanzmenge und der Feldstärke. Die Schmelzenerwärmung
wird mit Hilfe der Feldstärke und der Durchlaufgeschwindigkeit unter Berücksichtigung
der Schmelzenaufgabetemperatur bei vorgegebener Lactamschmelzenschichtdicke und
Konzentration der die Polymerisation initiierenden Substanzen gesteuert. Für die
gleichbleibende Qualität der Polymerisate ist von Bedueutung, daß die polymerisationsfähige
Lactamschmelze mit einer dosierten Energiemenge zur Polymerisation angeregt wird,
wobei sich der Einsatz eines schlecht wärmeleitenden Förderbandmaterials als vorteilhaft
erwiesen hat und eine adiabatische Polymerisationsführung begünstigt. Die Temperatur
der Elektrodenkörper wird durch eine zusätzliche Beheizung direkt aus dem Netz über
der Schmelzentemperatur des Lactams gehalten und dadurch das Ansetzen von Sublimaten
verhindert.
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Die Antriebe der Transportbänder 1 und 2 sind gekoppelt, so daß unbedingte
r Synchronlauf erreicht wird. Die Kalibri erungs ano rdnung besteht im Bereich des
Bandes 1 aus dem Auflagetisch 10 mit stufenloser Höhenverstellung, über den das
Band gleitet und der stufenlos verstellbaren ebenen Hohiplatte 11, die an der Unterseite
mit Saugöffnungen versehen ist, das Band 2 ansaugt und in Kontaktlage hält.
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Die Herstellung faser-., vlies- oder gewebearmierter dünnwandiger
Platten oder Folien erfolgt in der Weise, daß das Fasergebilde auf das Transportband
aufgelegt, an der Lactamaufgabestelle mit Lactam getränkt und schließlich in der
Polymerisationszone in die Folie oder Platte vorgegebener Dicke, die durch die Spaltbreite
des Kaliberteils bestimmt ist, eingebettet wird.
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Bei der Herstellung polyamidgebundener Gewebe, Vliese oder Fasern
wird ein Transportband gemäß Fig. 3 verwendet, das Fasergebilde auf dieses Transportband
aufgelegt und im Bereich 7 der Lactamaufgabe mit Lactam getränkt. Die Verwendung
eines Transportbandes gemäß Fig. 3, dessen Bandoberfläche Erhöhungen Ic aufweist,
auf denen das Vlies oder Gewebe aufliegt, ist deshalb erforderlich, damit von den
Fasern adsorptiv nicht festgehaltenes Lactam in Richtung Aufgabestelle abfließen
kann, wodurch ein getränktes Fasergebilde in die Polymerisationszone gelangt. Das
Band 2 wird hierbei nur so weit angestellt, daß es mit dem Schmelzensumpf nicht
in Berührung kommt. Für die Behandlung nicht zusammenhängender Fadenscharen wird
gleichzeitig eine perforierte PE-Folie aufgegeben, die den Fadenscharen als Auflage
dient und ihrerseits auf den Erhöhungen oder Noppen Ic des Bandes (Fig. 3) aufliegt.
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Das Verfahren eignet sich weiterhin zur Herstellung von Flächengebilden
mit geprägter oder geformter Oberfläche, indem Transportbänder mit der gewlnschten
Prägung oder besonderen Formkonturen verwendet werden.
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Es ist bekannt, daß die anionische Lactampolymerisation an nicht genügend
heißen Begrenzungsflächen, insbesondere bei dünnwandigen Gebilden mit geringem Eigenwärmepotential
abbricht. FUr das Abbinden des anionischen Polyamids an der Faseroberfläche ist
daher einerseits eine definierte Fasertemperatur wichtig und zum anderen von Bedeutung,
daß die Fasern ausreichend trocken sind; dem eigentlichen Polymerisationsanteil
sind daher weitere Behandlungszonen vorgeschaltet: eine Hochfrequenzeinrichtung
12, die der HF-Trocknung von Füllstoffen, insbesondere Fasern, dient und die Luftbehandlungsanordnung
13, in der eine Temperaturegalisierung des Trockengutes und die Entfernung störender
Spaltprodukte erreicht wird. Aufgrund von Feuchtenestern im Fasergut oder anderen
FUllstoffen und der Tatsache, daß feuchtere Stellen mehr Hochfrequenzenergien aufnehmen
als trockene, erreicht das Trockengut ggf.
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verschiedene Temperaturniveaus. Die daraus resultierende Anfälligkeit
des Prozesses wird dadurch unterbunden, daß man auf den Füllstoff,
insbesondere
Fasermaterial, vor Einschleusen in die Lactamaufgabezone 7 Heißluft einwirken läßt,
die in der Regel einen genügenden Temperaturausgleichseffekt bewirkt und gleichzeitig
Wasserdampfreste oder während der Trocknung entstandene, die Polymerisation störende
Spaltprodukte ausschleust. Die Luftbehandlungsanordnung 13 ist so ausgebildet, daß
die mit Hilfe eines Luftrakels aufgegebene trockene Heißluft durch beiderseits angeordnete
Schleusen 14 abgesaugt wird. Zur vollständigen Tränkung werden die Faserschichten
19 im Bereich der Lactamaufgabe durch die Rollen 18 (Fig. 4) geführt.
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Die Lactamaufgabe 7 ist vom übrigen Anlagengehäuse durch die Schutzhaube
15 getrennt und mit Dtickstoffzuleitung 16 versehen, über die im Lactamaufgaberaum
eine Inertgasatmosphäre aufrecht erhalten wird, Das Lactam wird einer gebräuchlichen
Schmelzenvorbereitungsanlage mit Misch- und Dosiereinrichtung entnommen, Die gesamte
Bandanlage ist mit einem hochfrequenzmäßig dichten Abschirmgehäuse umgeben. Die
Behandlungselektroden sind innerhalb des Gehäuses so aufgehängt, daß der Elektrodenabstand
stufenlos verstellt und verschiedene Elektrodenarten eingebaut werden können. Die
beschriebene Luftbehandlui#gsanordnung 13 funktioniert getrennt von der GeneratorenluStkühlung.
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Im folgenden sollen noch zwei Beispiele angegeben werden0 Beispiel
1 In einer geeigneten Schmelzenvorbereitungsanlage werden 250 kg geschmolzenes Caprolactam
mit 2,2 kg Natrium-Caprolactam katalysiert und in einem zweiten gesonderten Behälter
die gleiche Mange Lactam mit 4,4 kg llexamethylendiisocyanat versetzt. Für die Polymerisation
werden gleiche Teile dieser Schmelze bei ca. 1100 gemischt und die Mischung der
Bandanlage bei einer Bandgeschwindigkeit von 1,2zm/min und einem auf 7,5 mm Distanz
eingestellten Kalibrierungsteil mit einer Fördergeschwindigkeit
von
70,5 l/Std. zugeführt. Die Elektroden des HF-Teils für die Polymerisationsauslösung
werden von einem 50-Kw-Generator gespeist. Bei einer Frequenz von 10 - 15 MHz und
einer anliegenden Elektrodenspannung von ca. 8 KV ist bei einem Elektrodenabstand
von 4,5 cm das System im Gleichgewicht, so daß die Kalibrierungsstrecke eine 6 bis
7 mm starke Polyamidfolie im Zustand der beginnenden Kristallisation verläßt. Anschließend
wird die Folie abgelängt und unter definierten Bedingungen abgei#1t.
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Beispiel 2 Auf das mit einer Geschwindigkeit von 1,3 m/min laufende
genoppte Trägerband der Anlage wird ein thermisch gebundenes Polyestervlies mit
einem Flächengewicht von 104 g/m2 aufgelegt und in den Trocknungszonen erhitzt.
Nach einer Verweilzeit von ca. 30 sec in der fiF-Trocknung wird das Vlies mit Heißluft
von 1800 - 1900 C behandelt, so daß es mit einer Fadentemperatur von ca. 1600 C
in den Bereich der Lactamaufgabe gelangt und hier mit polyi.risationsfähigen Caprolactam
durchtränkt wird. Das Caprolactam wird wie in Beispiel 1 einer Schmelzenvorbereitungsanlage
entnowen und in kontinuierlichem Strom mit einer Fördergeschwindigkeit von 14,0
kg/Std. der Bandanlage aufgegeben. Das getränkte Vlies durchläuft bei einem Elektrodenabstand
von 5,0 cm das zweite HF-Feld (15 MHz, 12 KV) und verläßt die Anlage polyamidgebunden
mit einem um 160 - 170 % erhöhten Flächengewicht0 - PatentansprUche -