DE2256130B2 - Extrudermundstueck zur herstellung von kuenstlichem holz aus thermoplastischem schaumkunstharz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrudermundstück zur Herstellung von künstlichem Holz, mit einer Vielzahl von kleinen, zumindest zum Teil auf der Harzaustrittsseite erweiterten Durchtrittsöffnungen zum Extrudieren eines erweichten thermoplastischen Kunstharzes, dem ein Schäummittel und zur Nachahmung der Holzfarbe Farbzusätze beigemischt sind. Die extrudieren Kunstharzfäden schäumen und verschmelzen anschließend an den Austritt aus dem Extrudermundstück zu einem Körper oder Bündel, der das künstliche Holz darstellt.

Beispielsweise aus der US-PS 31 21 130 ist ein Extrudermundstück zur Herstellung feinzeiger Gegenstände bekanntgeworden, dessen Durchtrittsöffnungen alle gleiche Form haben und in gleichen Abständen angeordnet sind. Mit diesem Extrudermundstück sollen durch gleichmäßiges Dehnen der extrudierten Kunstharzfäden gleichförmig aufgeschäumte Gegenstände erhalten werden. Die Ausbildung von Schichten unterschiedlicher Dichten zur Nachahmung der Struktur natürlichen Holzes ist nicht beabsichtigt.

Um zellenförmigen, extrudierten Gegenständen eine ringförmige, dem natürlichen Holz ähnliche Struktur zu geben, ist es aus der FR-OS 29 75 045 bekanntgeworden, die Durchtrittsöffnungen im Extrudermundstück bezüglich Gestalt, Länge, Größe oder Verteilung zu variieren. Nach einer Ausführungsform sind die Querschnitte oder die Abstände der Durchtrittsöffnungen unterschiedlich, um die in einen bestimmten Rauminhalt expandierende Harzmenge zu verändern und dadurch Einfluß auf die Dichte des Kunstharzfadens zu nehmen. Weiterhin kann die Dichte des Kunstharzfadens verändert werden, indem die Länge der Durchtrittsöffnungen im Extrudermundstück variiert und damit wegen des unterschiedlichen Reibungswiderstandes auf den Harzdurchsatz Einfluß genommen wird.

Nach einer anderen Ausführungsform werden einzelne oder alle Durchtrittsöffnungen auf der Harzaustrittsseite erweitert. Der Zweck der harzaustrittsseitigen Erweiterungen soll der sein, den extrudierten Kunstharzfäden eine dichtere Haut zu geben, um die Zellenstruktur des Kunstholzes der von natürlichem Holz besser anzugleichen.

Um dem Kunstholz ein dem natürlichen Holz ähnliches Aussehen zu geben, ist es notwendig, in dem Kunstharz Farbtöne wie beim natürlichen Holz zu erzeugen. Zu diesem Zweck müssen dem Kunstharz Farbzusätze wie Gelb, Braun oder Schwarz beigemengt werden. Diese Farbzusätze werden nun in den einzelnen Kunstharzfäden um so stärker verdünnt werden, je mehr sich der Kunstharzfaden durch Schäumen erweitern kann. Stark erweiterte Fäden erhalten also im Ergebnis ein blässliches Aussehen, während nur wenig erweiterte Fäden einen vollen Farbton besitzen.

Wie stark sich der einzelne Kunstharzfaden nach Austritt aus der öffnung des Extrudermundstücks erweitern kann, hängt nach Beobachtungen einerseits vom zur Verfügung stehenden Raum und andererseits von seiner Abkühlgeschwindigkeit ab. Außenliegende Kunstharzfäden liegen der umgebenden Atmosphäre frei dar, so daß sie sich rasch abkühlen und damit frühzeitig erstarren.

Ihre Erweiterung ist dementspechend gering und ihr Farbton bleibt voll. Die inneren Kunstharzfäden liegen wärmeisoliert unter der äußeren Fadenreihe, so daß sie nur langsam abkühlen und entsprechend stark expandieren können. Ihr Farbton wird also blässlich.

Sind an der Oberfläche des Kunstholzes gleichzeitig äußere Kunstharzfäden und Fäden der darunterliegenden zweiten und sogar dritten Reihe sichtbar, dann erscheint die Holzoberfläche aufgrund des Wechseis von vollen und blässlichen Farbtönen streifig. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dieses unschöne Aussehen der Holzoberfläche zu vermeiden und eine in Aussehen und Eigenschaften einheitliche Oberfläche zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Extrudermundstück gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die äußersten öffnungen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, die Durchtrittsöffnungen in der zweiten oder zweiten und dritten Reihe einwärts der äußersten Öffnungsreihe auf der Harzaustrittsseite im Querschnitt um das 1,1 bis 3,6-fache des Querschnitts des nicht erweiterten Öffnungsteils erweitert sind, wobei die axiale Länge des erweiterten Öffnungsteils etwa 10 bis 80% der Gesamtöffnungslänge beträgt, und daß die Umfangswand der äußersten Öffnungsreihe in Harzaustrittsrichtung zwischen 1,5 und 5,0 mm über die entsprechende Umfangswand der einwärts angeordneten öffnungen vorsteht.

Dabei liegt der Gedanke zugrunde, die Querschnittserweiterung der Kunstharzfäden in der zweiten oder zweiten und dritten Reihe so zu begrenzen, daß diese Fäden im Ergebnis etwa gleiche Dichte und damit gleiche Farbtönung wie die äußeren Kunstharzfäden aufweisen. Die Begrenzung der Querschnittserweiterung erfolgt durch Erweitern der Durchtrittsöffnungen auf der Harzaustrittsseite des Extrudermundstücks in Verbindung mit dem Vorziehen der Umfangswand der äußersten Öffnungsreihe in Harzaustrittsrichtung. Das Erweitern der Durchtrittsöffnungen aus der Harzaustrittsseite hat einerseits einen höheren Harzdurchsatz zur Folge und andererseits die Ausbildung einer dichteren Haut um die extrudierten Kunstharzfäden.

Der vorspringende Umfangsrand des Extrudermundstücks verhindert, daß die Kunstharzfäden relativ großer Harzmasse der zweiten oder zweiten und dritten Reihe zu stark expandieren und die äußeren Kunstharzfäden wegdrängen. Zudem treten die durch die äußeren öffnungen extrudierten Fäden mit den darunterliegenden Fäden erst in Berührung, nachdem letztere nahezu vollständig gedehnt sind. Die äußeren Kunstharzfäden können sich damit, ohne durch die darunterliegenden Fäden auseinanderbewegt zu werden, über diese Fäden legen und abdecken. Als Ergebnis hiervon wird das Auftreten wechselnder Streifen auf der Holzoberfläche vollständig beseitigt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht des Extrudermundstücks, gesehen von der Harzaustrittsseite her, und

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie X-X in Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 und 2 sind in dem Extrudermundstück 1 eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen A, B, Cund D vorhanden. Die öffnungen A befinden sich möglichst nahe dem Umfang des Mundstücks und weisen gleichbleibenden Querschnitt auf. Die öffnungen B liegen in einer Linie nahe den öffnungen A einwärts von diesen, während die Öffnungen C in dritter Reihe nahe den öffnungen B angeordnet sind. Jede der öffnungen B (oder der öffnungen B und Q ist auf der Harzaustrittsseite im Querschnitt um das 1,1 bis 3,6-fache des Querschnitts des nichterweiterten Öffnungsteils erweitert. Die axiale Länge des erweiterten Öffnungsteils der öffnungen ß(oder B und C) beträgt zwischen 10 und 80% des Gesamtöffnungslänge. Die Querschnittsfläche und die Verteilung der inneren Öffnungen D ist nicht kritisch.

Die Umfangswand jedsr der öffnungen A, die am äußersten Teil des Mundstücks angeordnet sind, steht in Harzaustrittsrichtung zwischen 1,5 bis 5.0 mm über die entsprechende Umfangswand der einwärts angeordneten Öffnungen B, Cund Dvor. Nach F i g. 2 befindet sich ein Kühlbauteil 2, das von einer Leitung 3 für Kühlwasser durchsetzt ist, in Berührung mit den aus der äußersten Öffnungsreihe A extrudierten Kunstharzfäden, um diese zu kühlen und zu pressen.

Die öffnungen A, die im äußersten Teil ries Extrudermundstücks angeordnet sind, weisen eine um das 1,1 bis 1,7-fach erweiterte Querschnittsfläche gegenüber der nicht erweiterten Querschnittsfläche der Öffnungen ß(bzw. Bund Q auf.

Wird thermoplastisches Kunstharz mit Hilfe eines beschriebenen Extrudermundstücks stranggepreßt, so gewinnt man einen Gießgegenstand ohne die unerwünschte streifige Oberfläche. Auch wenn der funktionelle Ablauf nicht genau bekannt ist, so kann man sich die dabei abspielenden Vorgänge doch wie folgt erklären:

Da die Umfangswand jeder der öffnungen A, verglichen mit anderen öffnungen B, Cund D, vorsteht, wird die Ausdehnung der durch die öffnungen A extrudierten Harzfäden verzögert, und deshalb treten die durch die öffnungen A extrudierten Fäden erst mit den durch die anderen öffnungen B, C und D extrudierten Fäden in Berührung, nachdem diese nahezu vollständig gedehnt wurden, wobei durch den harzaustrittsseitig erweiterten Querschnitt der öffnungen B oder B und C die Expansion der durch diese öffnungen extrudierten Harzfäden vermindert und eine Vergrößerung der Harzdichte erreicht wird.

Durch die erweiterte Querschnittsfläche der äußersten öffnungen A wird die Menge des durch sie hindurchgehenden Harzes vergrößert und die hierbei gebildeten Harzfäden enthalten eine größere Harzmenge. Da ferner die durch die öffnungen A gebildeten Harzfäden im äußersten Teil des ganzen Faserbündels angeordnet sind, werden sie unmittelbar durch den Kontakt mit der Außenluft und eventuell zwangsweise durch das an der Außenseite angesetzte Kühlbauteil 2 gekühlt, so daß eine dichte, geschlossene Fadenschicht gebildet wird, welche die darunterliegenden Fäden überdeckt.

Die vorangehende Beschreibung gibt nur das Verhältnis zwischen den Kunstharzfäden an, die außen liegen und denen, die in den unmittelbar darunterliegenden Reihen angeordnet sind. Die weiter innen liegenden Fäden können je nach Einzelfall als stärker oder weniger stark gedehnte Fäden ausgebildet werden, um den Gießgegenstand der ringförmigen Struktur natürlichen Holzes anzupassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Der Versuch bezweckte, ein Brett mit einer Dicke von 20 mm und einer Breite von 600 mm herzustellen. Folgendes Extrudermundstück wurde verwendet:

Die Vorderplatte des Mundstücks war eine Rechteckplatte mit einer Dicke von 20 mm und mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen. Die öffnungen A nahe am Umfang der Platte hatten einen Durchmesser von 1,8 mm. Sie waren in Reihe über eine Breite von 600 mm in Abständen von 2,5 mm angeordnet. Die Umfangswand jeder dieser Öffnungen A stand um etwa 2 mm über die der öffnungen B, Cund Dvor. Die öffnungen B in der ersten benachbarten Reihe hatten einen Durchmesser von 1,6 mm und waren ebenfalls über eine Breite von 600 mm angeordnet. Der Abstand der öffnungen ßzu den öffnungen A betrug von Lochmitte zu Lochmitte 2,5 mm. Ferner waren weiter einwärts öffnungen C mit einem Abstand von je 5,0 mm über eine Breite von 600 mm angeordnet. Die Durchmesser der öffnungen Bund Cbetrugen 1,6 mm, wobei jede der öffnungen B an der Harzaustrittsseite über eine Tiefe von 10 mm, d. h. über die halbe Vorderplattendicke des Mundstücks, auf 2 mm Durchmesser erweitert war.

Als Harz wurde Polystyrol, als Treibmittel Butan verwendet. Es wurden 80 kg Polystyrolteilchen, welche 6% Butan enthielten, und 150 kg Polystyrol, das kein Treibmittel enthielt, mit 3,75 kg Talkum in Form von Feinpulver gemischt, wobei die Talkumkörnung etwa 20 Mikron betrug. Um der Mischung eine teakholzähnliche Farbe zu geben, wurde der Mischung 0,92 kg Farbzusatz in Pulverform zugegeben und alles gut verrührt. Dann wurde die Mischung extrudiert.

Der in diesem Beispie.' verwendete Extruder hatte einen Durchmesser von 115 mm und ein Verhältnis L/D von 30. Das Rohmaterial wurde dem Extruder zugeführt, wobei die Extrudertemperatur 140⁰C im Einführbereich, 185⁰C im Schmelzbereich und 150⁰C an der Vorderplatte des Mundstücks betrug. Das Rohmaterial wurde durch das Werkzeug mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 72 kg/Std. extrudiert.

Das thermoplastische Kunstharz wurde durch das Mundstück zu Fäden extrudiert, und die Harzfäden im äußeren Bereich wurden durch ein Kühlbauteil mit zirkulierendem, auf 55⁰C befindlichem Kühlöl zwangsgekühlt, wobei das Kühlbauteil am Harzaustrittsende

des Mundstücks angeordnet war. Die gedehnten Harzfäden wurden einem Gießrahmen von 20 mm χ 600 mm zugeführt, in welchem die Fäden aneinander verschmolzen wurden, um einen Gießkörper nach Art eines Brettes mit einer Dicke von 20 mm, einer Breite von 600 mm und einer mittleren Dichte von 0,25 g/cm³ zu bilden.

An jeder Brettoberfläche waren die Harzfäden gut miteinander verschmolzen und die Oberfläche bestand aus einer Harzschicht hoher Dichte. In der Oberfläche waren die Fäden gleichmäßig gefärbt und eine nennenswerte Abweichung der Farbtönung konnte nicht festgestellt werden. Das Brett hatte deshalb ein schönes Äußeres. Das hergestellte Brett hatte eine Oberflächenhärte von 41 bis 45, gemessen mit dem D-Härtemesser in Übereinstimmung mit ASTM-D-2240-64 D.

Beispiel 2

Der Versuch bezweckte, ein Brett mit einer Dicke von 20 mm und einer Breite von 150 mm herzustellen. Das Mundstück war wie folgt aufgebaut:

Die Vorderplatte des Mundstücks war eine Rechteckplatte mit einer Dicke von 10 mm und hatte eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen. Von diesen Öffnungen hatten die Öffnungen A im Außenbereich einen Durchmesser von 1,8 mm. Sie waren in Reihe über eine Breite von 150 mm in Abständen von 2,0 mm angeordnet. Die Umfangswand jeder der Öffnungen A stand hinsichtlich derjenigen der Öffnungen B, C und D um etwa 1,5 mm vor. Die Öffnungen Bin der benachbarten, einwärts gelegenen Reihe hatten einen Durchmesser von 1,6 mm und einen Abstand zu den ersteren Öffnungen, gemessen von Lochmitte zu Lochmitte, von 2,0 mm. Sie erstreckten sich ebenfalls über eine Breite von 150 mm. Ferner waren Öffnungen C in einem Abstand von 4,0 mm zur Öffnungsreihe B in einer nächsten, einwärts gelegenen Reihe angeordnet, die sich über eine Breite von 150 mm in gegenseitigen Abständen von 4,0 mm erstreckten.

Die Durchmesser der Öffnungen B und der Öffnungen C betrugen 1,6 mm und jede der Öffnungen B war an der Harzaustrittsseite über eine Tiefe von 5 mm, d. h. über die halbe Vorplattendicke des Mundstücks, auf 2,0 mm im Durchmesser erweitert.

Als Harz wurde Polymethylmethacrylat, als Treibmittel Butan verwendet. Als Rohmaterial vermischte man

ίο in diesem Versuch 64 kg Polystyrolteilchen, die 6% Butan enthielten, und 166 kg Polystyrol ohne den Zusatz mit 3,75 kg Talkum als feiner Puder mit einer durchschnittlichen Körnung von 20 Mikron. Um einen teakholzähnlichen Farbeffekt zu erhalten, wurden 0,92 kg Farbzusätze in Pulverform zugegeben und alles gut verrührt. Die Mischung wurde wie vorstehend angegeben extrudiert. Der in diesem Beispiel verwendete Extruder hatte einen Durchmesser von 50 mm und ein Verhältnis L/D von 25. Die Extrudertemperatur betrug in der Einführzone 18O⁰C, in der Schmelzzone 240⁰C und an der Vorderplatte des Mundstücks 220⁰C. Das Rohmaterial wurde durch das Mundstück mit einer Geschwindigkeit von 50 kg/Std. extrudiert.

Das thermoplastische Kunstharz wurde durch das Mundstück in Fäden extrudiert, und die extrudierten Harzfäden am äußeren Umfang wurden mit Hilfe eines Kühlbauteils zwangsgekühlt, das an der Harzaustrittsseite angeordnet war. Das Kühlbautei! hatte einen Aufbau gemäß Fig. 2 und wurde von Külilöl mit 55⁰C durchflossen. Die ausgedehnten Harzfäden wurden einem Gießrahmen von 20 mm χ 150 mm zugeführt, in dem die Fäden miteinander zu einem brettartigen Gießgegenstand verschmolzen wurden, welcher eine Dicke von 20 mm, eine Breite von 150 mm und eine mittlere Dichte von 0,25 g/cm³ bekam.

In den Brettoberflächen waren die Harzfäden gut miteinander verschmolzen und es wurde eine Oberfläche mit einer Harzschicht großer Dichte gebildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Extrudermundstück zur Herstellung von künstlichem Holz, mit einer Vielzahl von kleinen, zumindest zum Teil auf der Harzaustrittsseite erweiterten Durchtrittsöffnungen zum Extrudieren eines erweichten thermoplastischen Kunstharzes, dem ein Schäummittel und zur Nachahmung der Ho'.zfarbe Farbzusätze beigemischt sind, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die äußersten öffnungen (A) gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, die Durchtrittsöffnungen (B, C) in der zweiten oder zweiten und dritten Reihe einwärts der äußersten Öffnungsreihe (A) auf der Harzaustrittsseite im Querschnitt um das 1,1 bis 3,6-fache des Querschnitts des nicht erweiterten Öffnungsteils erweitert sind, wobei die axiale Länge des erweiterten Öffnungsteils etwa 10 bis 80% der Gesamtöffnungslänge beträgt, und daß die Umfangswand der äußersten Öffnungsreihe (A) in Harzaustrittsrichtung zwischen 1,5 und 5,0 mm über die entsprechende Umfangswand der einwärts angeordneten öffnungen (B₁QD) vorsteht.

2. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußersten Durchtrittsöffnungen (A) insgesamt eine um das 1,1 bis 1,7-fach erweiterte Querschnittsfläche gegenüber der nicht erweiterten Querschnittsfläche der öffnungen (B,C) der zweiten bzw. dritten Reihe aufweisen.