DE2249435B2 - Vorrichtung zur herstellung von profilen aus geschaeumten thermoplasten - Google Patents

Description

extrudiert Der Hohlraum wird beim Aufschäumen druckp(kp/cm>)ab:

rugeschäumt Nachteilig an diesem Kopf ist, daß er nur k=G ■ μ/ρ

niedrige Ausstoßgeschwindigkeit zuläßt, und zudem 60 Geometrie der Düse läßt sich der

tritt durch die Dornhalterung eine Teiung des ^"„^^i^fberechnen. Beispiele für derartige

Materialstromes in mehrere Te.lströme auf, die sich bei g2™jjjjj£^_o. _S c h e η k e I In »Kunst-

Ksassss F^{carl Hanser}-^{Verlag> Müncher}

von Nachteil, daß für die Herstellung von geschäumten 65 »^jS^Swnder Erfindung ist es, die Herstel-Hohlprofilen ^^^^^^Ά^ J^pSSS^w^mA Thermoplasten ze

ÄÄiiiÄ^^ Ά**-^{und einen geeigneten Extruder}·^insbeson

opf aufzuzeigen, der das Geschwindig-„, möglichst einheitlich über den Querschnitt t, bzw. eine gleichförmige Fließfront erzeugt Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur [ von Profilen aus geschäumten Thermoplaend aus Extruder und Schnecke sowie einem .„opf mit Fließkanal, bei der der FUeßkanal ι axialer Richtung angeordnete Trennwände in inile aufgeteilt ist und wobei jeder Einza'kanal jpDüsenkoeffizienten von weniger als 2 mm* hat, gelöst, daß die axiale Länge oder die ; der Einzelkanäle über dem Querschnitt des „_iab verschieden groß ausgebildet sind, die Erfhdnng wird es möglich, einwandfrei ante Profile auch großen Querschnitts herzu- i_S Die aus dem Stand der Technik bekannten Ie der Schaumextrusion werden somit durch _»Maßnahmen verhindert t entscheidender Bedeutung für du Funktion des Verfahrens und der Vorrichtung sind die im Extruderfcopf eingebauten Trennwände, das heißt der durch sie beeinflußbare Fließwiderstand im Extruderkopf. Sie lind vorteilhafterweise in Form eines Gitters angeordnet und können sowohl über den gesamten Querschnitt der Düse vorhanden sein, sowie auch nur in einem Teil der Düse. Ziel der Trennwände ist es, einen möglichst gleichmäßigen Fluß der plastischen Masse über den Gesamtquerschnitt des Profils zu erreichen. Dies kann nur erzielt werden, wenn jeder Einzelkanal, der durch die Trennwände entsteht einen Düsenkoeffizienten zwischen 0,1 und 2 mm³ hat. Zur Berechnung dieses Koeffizienten gelten folgende Formeln.

Kanal mit Kreisquerschnitt: Kanal mit Rechtecksquerschnitt:

k =

35

40

darin ist

i(mra') F<?(mm²) r(mm) F (mm')

6(mm) s (mm)

Düsenkoeffizient Querschnittsfläche des Gesamtprofils

Radius bei Kreisquerschnitt gesamte vom Materialstrom berührte Oberfläche innerhalb des Düsenkanals (Düsenwand und Trennwände)

Kanalbreite bei Rechteckquerschnitt Kanalhöhe bei Rechteckquerscbnitt

Für die Praxis ergibt sich aus den Formeln, daß der Düsenkoeffizient und damit die Drosselwirkung der Trennwände einerseits von deren l-änge in axialer Richtung abhängt und andererseits von der Höhe und Breite des Einzelkanals, das heißt von dem Abstand der Trennwände.

Um nun das erstrebte Ziel der gleichmäßigen Fließfront der plastischen Masse zu erreichen, Kann die axiale Länge des Gitters in einzelnen Zonen verschieden groß sein. Beispielsweise gestaltet man bei üblichen Rund- oder Rechtecksprofilen das Gitter im Zentrum der Düse länger, um die größere Fließgeschwindigkeit in diesem Bereich zu drosseln. Die genaue Anpassung 6s kann mit geringem Aufwand durch Verkürzen zum Beispiel Abschleifen der Trennwände durchgeführt Bei komplizierteren Profilen ist es oftmals günstiger, wenn der ungleichmäßige Fluß der plastischen Masse dadurch vereinheitlicht wird, daß die Seitenlängen der Einzelkanäle Ober den Querschnitt des Gesamtkanals verschieden sind. Das heißt an Orten höherer Fließgeschwindigkeit der plastischen Masse befinden sich viele Kanäle pro Flächeneinheit, somit hat der Gesamtkanal hier starke Drosselwirkung, und an Zouen geringerer Fließgeschwindigkeit befinden sich entsprechend weniger Kanäle pro Flächeneinheit, somit niedriger Drosselwirkung. Eine Feinabstimmung der axialen Länge der Kanäle ist in den meisten Fällen zusätzlich von Vorteil.

im allgemeinen wird das Trennwandgitter außerhalb der Düse aus den einzelnen Trennwänden zusammengesetzt und dann in die Düse des Extruderkopfes eingebaut Es wird beispielsweise durch eine konische Ausbildung des Fließkanals durch den Materialdruck gehalten oder eingelötet Vorteilhaft ist es, wenn es leicht austauschbar angebracht ist, da das Drosselgitter an die zu extrudierende Schmelze bzw. deren Gleiteigenschaften an den Kanalwänden angepaßt werden muß. In manchen Fällen ist es auch möglich, die Gleiteigenschaften an das vorhandene Drosselgitter anzupassen.

Neben dem Düsenkoeffizienten, der für die Einzelkanäle einen Wert von 0,1 bis 2 mm³ hat kann auch der Düsenkoeffizient des Gesamtkanals, der zum Vergleich mit ähnlichen Düsen zweckmäßig ist mit den gleichen Formeln unter Berücksichtigung des jeweils entsprechenden Kanalquerschnitts und der von dem jeweils betrachteten Massestrom berührten Kanaloberfläche berechnet werden.

Bei Kanälen mit Drosselgitter und rechteckigem Querschnitt besteht folgendes Verhältnis zwischen dem Düsenkoeffizienten des Einzelkanals und den aus vielen Kanälen bestehenden Gesamtkanal

kc=* a² b ■ Jfcf(mm³), worin

Jtc(mm³) Düsenkoeffizient des Gesamtkanals mit Ürosselgitter

*E(mm³) Düsenkoeffizient des Einzelkanals a (-) Anzahl der Einzelkanäle auf der schmalen

Rechteckseite b (-) Anzahl der Einzelkanäle auf der langen

Rechteckseite ist

Im allgemeinen erstrecken sich die Trennwände nicht über die gesamte Länge der Extruderdüse in axialer Richtung. Es ist von Vorteil, wenn die Trennwände 5 schon vor dem Düsenmund 7 aufhören und eine Bügelzone 8 der ein- bis fünfzehnfachen Länge der Fließkanalhöhe folgt Die Bügelzone 8 besteht bevorzugt aus 2 Bereichen, von denen der mit dem Düsenmund 7 endende parallele Wände aufweist und der nach hinten darauffolgende konische Wände mit einer Kompression von 1 :1,05 bis 1 :1,5 h»t

Durch die Kompression wird das Zusammenschweißen der durch die Trennwände entstehenden Stränge erleichtert Die Bügelzone kann jedoch auch durchgehend parallele oder durchgehend konische Wände aufweisen.

Die Gesamtlänge der Düse liegt im allgemeinen im Bereich von 2 bis 25 s (s—Wandabstand der Düse im Bereich der Bügelzone der Düse). Übliche Abmessungen der Einzelkanäle sind: Breite und Höhe 3 bis 10 mm, Länge 30 bis 250 mm.

Dadurch, daß die Trennwände sehr dünn ausgeführt sind, tritt keine Entspannung nach dem Gitter ein und die Gefahr des Aufschäumens oder Verbrennens der thermoplastischen Schmelze ist nicht gegeben. Auch die Verschweißung der Teilstränge verläuft ohne Schwierigkeiten und ohne Nahtbildung.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es durch einfache Maßnahmen möglich, eine gleichmäßig strömende Fließfront zu erzielen und somit zu spannungsfreien, homogenen Profilen zu kommen. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da mit den bisher im Werkzeugbau üblichen Methoden, wie der Veränderung der Einströmquerschnitte, bei schäumbarem Material keine wesentlichen Verbesserungen erzielt werden können.

Beispiele für Thermoplasten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verschäumt werden können, sind PVC und dessen Copolymere, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere und Polyäthylen. Die eingesetzten Mischungen enthalten die üblichen Rezepturbestandteile, wie zum Beispiel Gleitmittel, Stabilisatoren und Treibmittel. Durch die Wahl der Rezeptur können die Eigenschaften des Profils weitgehend beeinflußt werden. Eine vorteilhafte Mischung besteht aus

100 Gew.-Teilen PVC

1 bis 20 Gew.-Teilen Acrylnitril-Butadien-Styrol- oder Methacrylat-Butadien-Styrol-Harzen

0,5 bis 3 Gew.-Teilen Stabilisatoren

0,3 bis 2,5 Gew.-Teilen Gleitmittel

0,1 bis 1,8 Gew.-Teilen Treibmittel

Obis IOGew.-Teilen Füllstoffe

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert.

Die A b b. 1 stellt einen Extruder 1 dar. Durch die Schnecke 2 wird die schäumbare, thermoplastische Masse in den Extruderkopf 3 gedrückt. Das im Fließkanal 4 eingesetzte Gitter 5 teilt diesen in Einzelkanäle 6 auf. Die Gestaltung des Gitters ist so durchgeführt daß in der Mitte des Fließkanals die Länge der Wände größer ist um den an sich schnelleren Fluß der plastischen Müsse im Zentrum zu drosseln. Durch diese Maßnahme wird erreicht daß die plastische Masse gleichmäßig durch die Bügelzone 8 fließt und beim Düsenmund 7 austritt Mit A b b. 2 wird das Gitter im Querschnitt dargestellt Alle Trennwände haben den gleichen Abstand. In A b b. 3 ist ein Gitter dargestellt bei dem die Trennwände im mittleren Teil enger stthen.

Id A b b. 4 wird der gleiche Extruder wie in A b b. 1 gezeigt Der in dieser Abbildung dargestellte Kopf dient zur Extrusion eines Profiles mit Stegea Durch Längenanpassung des Drosselgitters 5 läßt sich hier ebenfalls eine optimale Angleichung der unterschiedlichen Füeßgeschwindigkeiten erreichen. In Abb.5 ist der Querschnitt des Drosselgitters nut gleichbleibendem Abstand der Trennwände gezeigt Eine andere Möglichkeit zur Anpassung der Fließgeschwindigkeit zeigt Abb.6. Hier wird die Anpassung durch unterschiedliche Trennwandabstände erreicht

Beispiele

Eine schäumbare Hart-Polyvinyicnlorid-Mischung mit den Bestandteilen 100 Gew.-Teile Massepolyvinyichlorid, K Wert 60, 2£ Gew.-Teile Stabilisator, 1,0 Gew.-Teil Gleitmittel, 03 Gew.-Teile Azodicarbonamid und Farbstoff wad atf einem Extruder mit D=60 mm Schneckendurchmes&er, Schneckenlänge 20 D und Vohimenkompression in der Schnecke von 1 :3 Ober verschiedene Düsen zu einem brettartigen Vollstrang extrudiert

Beispiel 1

Mit der obengenannten Maschine und dem Material wie angegeben wurde mit folgender Düse ein Profil extrudiert: Kanalabmessungen am Düsenmund: Breite B= 100 mm, Höhe A = 10 mm, DUsenlänge /.=300 mm, der Düsenkoeffizient dieser Düse beträgt Ar=25,2 mm³.

ίο Das erzeugte Extrudat enthält große Lunker, die Oberfläche ist wellig, das Material fließt ungleichförmig aus der Düse und durch die Schnecke erzeugte spiralförmige Markierungen sind am Strang noch zu erkennen. Die Dichte des Extrudates beträgt ca.

0,95 g/cm³.

Beispiel 2

In den Fiießkanal der im Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung wurde ein Drosselgitter, bestehend aus neunzehn 10 mm breiten und einer 100 mm breiten Trennwand eingebaut. Dadurch entstehen quadratische Einzelkanäle mit den Abmessungen 5x5 mm. Die Blechdicke betrug 0,2 mm; sie wird bei den Rechnungen nicht berücksichtigt Die Länge des Drosselgitters

betrug 60 mm. Vor dem Drosselgitter war eine Einlaufzone, nach dem Drosselgitter eine Bügelzone mit einer Länge von 30 mm und einer Kompression von 1 :1,1 vorgesehen.
Der Düsenkoeffizient des Einzelkanals beträgt

Jt_c=0,43mm³

der Düsenkoeffizient des gesamten Kopfes beträgt
Ar_G=34,7mm³

Hierfür gilt die Beziehung k_G=a² b k_E
In diesem Beispiel ist
a= 2( 2 Reihen in der Höhe)
6=20 (20 Reihen in der Breite)
Das Extrudat tritt deutlich gleichmäßiger und glatter aus der Düse aus. In der Mitte des Stranges ist die Austrittsgeschwindigkeit etwas größer als am Rand.
Die Dichte des Extrudates beträgt ca. 0,7 g/cm³.

Beispiel 3

In diesem Versuch wird ein Drosselgitter verwendet dessen Wände im mittleren Bereich der Düse an die Fließfront angeglichen, also ca. 10 mm verlängert wurden und zum Rand zu auf die dort vorhandene Länge auslaufen.

Die übrige Vorrichtung wurde wie in Beispiel 2 belassen. Der Düsenkoeffizient der mittleren Einzelkanäle beträgt ca. i=G37mm³. Die äußeren Kanäle wurden wie im Beispiel 2 belassen. Der Düsenkoeffi-

ss zient des gesamten Kopfes durch die Korrektur wai geringfügig. Der Materialfluß in der Düse ist nach dei Korrektur gleichmäßiger. Die Ränder fließen etwi gleich schnell wie die Mittelbereiche. Die Porenstruktui ist gleichmäßiger. Die Dichte des Extrudates beträgi 0,65 g/cm*.

Beispiel 4

Mit der gleichen schäumbaren Mischung und de gleichen Maschine wie in Beispiel t wurde ein Profil mi 6s den in Abb.5 gezeigten Formen gefahren. Dii Abmessungen betragen: A, = 10 mm, A₂=20 mm, Ge samtbreite fr = 100 mm. Breite des Mittelbereiche Oj=60 mm, Gesamtlänge der Düse L=200 mm.

Der Fließkanal wurde in der in Abb.4 gezeigten Weise mit einem Drosselgitter versehen, der Wandabstand der Gitterwände betrug 5 mm. Die Länge des Gitters betrug durchschnittlich 65 mm. In den Einlaufbereichen der beiden Stege mit einem Querschnitt von 20 χ 20 mm und in der Mitte des Verbindungsteiles mit einer Höhe von 10 mm wurde der Widerstand durch Verlängerung des Drosselgitters um 10—20 mm erhöht. Der Strang trat gleichmäßig aus dem Düsenmund aus. Geringe Unterschiede in der Austrittsgeschwindigkeit to konnten durch weitere Korrekturen an der Drossel-

gitterlänge beseitigt werden. Die Dichte des Extrudats betrug bei gleichmäßiger Porenstruktur 0,63 g/cm³.

Beispiel 5

Zu der in den Beispielen 1 —4 verwendeten Mischung wurden 15 Gew.-Teile Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymer zugefügt. Ein mit der Vorrichtung aus Beispiel 3 gefahrenes Extrudat hatte eine besonders glatte Oberfläche, eine gleichmäßige Porenstruktur und etwas größere Poren als bei einer Mischung ohne ABS. Die Dichte betrug 0,58 g/cm³.

Hierzu 2 BkUl Zeieliniincen

Claims (4)

1. der Austrittsdüse zu erhöhen. Nach Passieren der

   ssSiSSHSS

   gsSiSSHSS

   t. Vorrichtung zur Herstellung von Profilen aus J^ ^2S ergibt sich durch die große geschäumten Thermoplasten, bestehend aus Bett«- 5 ^SnSeiwdterung hinter der lochscheibe eine der and Schnecke sowie einem toaderkopf mit g^SSTSTSwö«» Aufschäumen der EinzelmOknA bei der der Füeßkanat durch m analer ^^^erdem oftmals zu Ablagerungen und Richtung angeordnete Trennwände m Einzelkanale ^¹¹Sf. S**r= Verbrennungen des Materials führt aufgeteilt ist und wobei jeder Enzelkanal einen «fc^JJfJgSmi versucht, durch Vorschaiten eines Dfisenkoeffizienten von weniger als 2 mm* hat. io J**⁰*? *™ηLochscheibe eine Verbesserung zu dadörcfa gekeanzeichnet, daß die axuüe ^f^ Jg _^ sichjedoch. daß dabei viele Porendes Länge oder die Seitenlange der Bnzelkanjue aber vg^jSttSL·*. Durch den damit verursachdenQuersdnüttdesGesamlkanals verschieden groß f^fS^SmB^ea sich Schaumkörper mit höherer ausgebildetsrad. H^AbTSTvorbekannten Einbauten in die
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch U dadurch gekenn- 15 Dichte. f£V"T ^^ _den Fließwklerstand des zeichnet, daß die Trennwände g) in For«ι eines g^ÄünExtrudirkopfzuerhöheaDiesistbeider Gitters angeordnet sind und den Fheßkanal (4) oder J"«^⁵ ™ Sttbarenί Thermoplasten von besone,nen Tefl des Fließkanals (4) in Einzelkanäle (6) mit ^^^,^SnXda das Material nicht nur unter rechteckigem Querschnitt aufteilen. ^C die Extruderschnecke erzeugten Druck.

   3 Vriht nach Anspruch 2 bis 4 dadurch *o derc.durchd«e Gdk d ich zersetzen

   echteckigem Querschnitt aufteilen. ^C die Extruderschnecke erzeugten Druck.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4. dadurch *o derc.durch_ d«e Gasdruck des sich zersetzen-

   gekennzeichnet daß die Trennwände schon vor dem s°^nd5" ™~ JL _{steht Bei} », kleinem FTießwiderstand

   Düsenmund (7) aufhören und eine Bügelzone (8) der den Tre bmutels ste _ungIeichmäßig in Form

   ein bis fünfzehnfachen Länge der Fließkanalhohe ^^f^V^^ d Düse gepreßt Eine

   Düsenmund (7) aufhören und eine Bügelzone () _ungIeichmäßig in Form

   ein- bis fünfzehnfachen Länge der Fließkanalhohe ^^f^V^,^ Stranges aus der Düse gepreßt Eine WS¹· , , _L , iSnna des Fließwiderstandes durch Verlängerung
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 25 ^^h«_z°" ζ™*_{τ m} beschränktem Umfang möglich, zeichnet, daß die Bügelzone (8) aus £ve. Bereichen ^f^_n ⁿ _d ^e _e ^1Sp_lastische Massen schlechte Gleiteigenbesteht von denen der mit dem Düsenmund (7) da_ ^"^iaena _MS_obern_ächen haben und somit die endende parallele Wände aufweist und der nach schäften ^^e^°^_chen gefördert wird. Aus der hinten darauffolgende konische Wände mit einer Bildung «Jjej^j _& Anordnung einer Bügelzone Kompression von 1 :1.05 bis 1 :13 hat 3° ^^„^^änden bekannt, d h, die Trennwände

   reichen nicht bis zum Düsenmund

   _Aus der GB-PS 11 38938 ist eine Vorrichtung zum

   Herstellen von Profilen aus geschäumtem Thermoplast u α mit einem Extruder mit Schnecke und Extruderkopf

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend 35 mit ^einem ""V™ _der nießkanal durch, in axialer dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. ΪΪΚϋ . nee ordnete Trennwände einer Dicke von

   Die Herstellung von Profilen aus geschäumten ^J^^Sf^JJ _in Einzelkanäle aufgeteilt ist und Thermoplasten, die zusätzliche Stabilisatoren Gleitmit- rad«: mehr ™*™^nü einen Düsenkoeffizienten tel, Treibmittel und gegebenenfalls Füllstoffe sowie *^ο^γ£ weitere Zusatzstoffe enthalten, mittels eines Extruders 40 D Vil d hämten Profile hegt

   tel, Treibmittel und gege ^γ.£

   weitere Zusatzstoffe enthalten, mittels eines Extruders 40 *^ν°"Λ^Γ._Γbekannten Methoden, mittels Einbauten in ist bekannt Der Vorteil der geschäumten Profile hegt »etaJjWuwn« _{mand ffl vergroßerni} haupuachlich im etwa um 50 Gew,% niedreren X^^^Entspannungszonen nach den Einbau-Materialeinsatz bei gleichem Volumen. Zudem lassen ^unTsomk zu vorzeitigem Aufschäumen des «ich Vollprofile mit großem Querschnitt aus geschäum- ten unj som ^ ^ ^^ _{und aufgerissenen}

   tem Material sinnvoller herstellen oberflächen der fertigen Profile bemerkbar. Durch den Eine entscheidende Bedeutung für die Quahtärder ^Ob^/^ⁿ _e ^a _ru_öht"_n ^g _Mengen an Gleitmitteln können Profile und überhaupt für die Herstellbarkeit der Pmfile Zusatz ^gg^X _eingeschränkt werden. kommt der Gestaltung des Extruderkopfes at Beim Jd^^eüSproSe aus Mischungen mit hohem Einsatz von für die Kompaktprofilherstellung üblichen ££*2^,^£β ungleichmäßige Blasen, große Extruderköpfen können nur dünnwandige Artikel aus ₅o ^«ttejanteil ottma g ^ _{Verschweißbar}. geschäumtem Material hergestellt werden, und zudem ^P°7_d ⁿ _er ^u"^d _at^_riX_ra;_{ge durch} den hohen Gleitmittelzuweist die Oberfläche der Profile oftmals eine rauhe und kert der ^nalstrangeou^ ^ ^ nießwiderstand rissige Struktur auf. FxtnTderkoDfes stellt der Düsenkoeffi-