DE2302597C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Strängen aus vernetzbaren Thermoplasten oder vulkanisierbaren Elastomeren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Strängen aus vernetzbaren Thermoplasten oder vulkanisierbaren Elastomeren

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DE2302597C3
DE2302597C3 DE2302597A DE2302597A DE2302597C3 DE 2302597 C3 DE2302597 C3 DE 2302597C3 DE 2302597 A DE2302597 A DE 2302597A DE 2302597 A DE2302597 A DE 2302597A DE 2302597 C3 DE2302597 C3 DE 2302597C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Strängen aus vernetzbaren Thermoplasten oder vulkanisierbaren Elastomeren, bei dem der Thermoplast bzw. das Elastomer gemischt, plastifiziert und aufgeschmolzen, unmittelbar anschließend zu einem dünnen Strom verengt und dabei durch Scherkräfte kurzfristig auf Vernetzungs- bzw.
Vulkanisationstemperatur erhitzt wird.
Bei der Kabel- und Leitungsherstellung ζ, B. ist es bereits allgemein üblich, die Umhüllungen aus Naturoder Synthese-Kautschuk oder auch aus venietzbaren s thermoplastischen Kunststoffen in den bekannten kontinuierlichen Vulkanisationsanlagen unter Dampf zu vulkanisieren bzw. zu vernetzen. Hierbei ist es auch bekannt, daß für die volle Erwärmung, d. h. für den Wärmetransport durch die gesamte Umhüllung eine
to verhältnismäßig lange Zeit benötigt wird, da die Temperaturleitfähigkeit der isolierenden Schicht verhältnismäßig gering ist Die Zeit für die Vulkanisierung oder Vernetzung steigt weiter an, wenn man zu dickeren (solierwandhüllep übergeht Hinzu kommt, daß in all can Fällen, wo die Isolierung unmittelbar auf ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. auf den Kupferleiter eines elektrischen Kabels, aufgebracht wird, eine ständige Wärmeableitung in den Kupferleiter nicht verhindert werden kann. Das kann gegebenenfalls soweit führen, daß die an dem Kupferleiter angrenzende Schicht bei zu knapp gewählter Heizzeit nicht die gewünschte Endtemperatur erreicht und damit auch die maximalen Festigkeitswerte der Umhüllung zumindest an dieser Stelle nicht erwartet werden können.
Alle diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß, um eine volle Durchvulkanisation oder Durchvernetzung des isolierenden Materials zu erreichen, eine bestimmte Verweilzeit eingehalten werden muß, d. h. je nach Länge der gewählten Anlage darf eine bestimmte Fertigungsgeschwindigkeit nicht überschritten werden. Man hat auch bereits die Fertigungsgeschwindigkeit dadurch zu erhöhen versucht, daß man den Dampfdruck, d. h. die Vulkanisationstemperatur, stark anhebt. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß die äußeren
Schichten der Umhüllung durch die lange Verweilzeit
überheizt und damit an dieser Stelle die gewünschten
Werte der Festigkeit und Dehnung überschritten
werden.
Aber auch andere bekannte Verfahren, bei denen die
AO Vernetzung oder Vulkanisation in Salzbädern oder durch eine Bestrahlung erfolgen soll, haben sich bisher nicht durchsetzen können, da diese Verfahren verhältnismäßig kostspielig und in der Anordnung kompliziert sind.
In neuerer Zeit sind indessen Überlegungen angestellt worden, die für die Vernetzung oder Vulkanisation erforderliche Erwärmung des Gutes weitestgehend im Strangpreßkopf durchzuführen. So ist beispielsweise eine Lösung vorgeschlagen, bei der der gepreßte Strang durch eine kegelige Erweiterung dünnwandig ausläuft und danach wieder bis zur Umhüllung zusammengeführt wird. Bei diesem Verfahren wird beim Zusammenführen der Masse die Temperatur der Führungsteile stark erhöht, so daß auch die Massetemperatur entsprechend ansteigt. Abgesehen davon, daß infolge des dünnwandigen Auslaufs des zu pressenden Materials nur eine geringe Fertigungsgeschwindigkeit möglich ist, führt dieses Verfahren immer wieder zur vorzeitigen Vernetzung bestimmter Materialteilchen, so daß ζ. Β.
eine einwandfreie, aus elektrischen Gründen notwendige homogene Isolierung bisher nicht hergestellt werden konnte.
Bekannt ist auch bereits eine Schnecken-Strangpresse zur Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffe fen oder ähnlichen Massen (DEvAS 11 87 009), bei der der Förderbewegung der Schnecke eine pulsierende Axialbewegung überlagert wird. Sinn dieser Maßnahme ist, zusätzliche F.nergic in die zu verarbeitende Masse
einzuspeisen, um durch diese auch auf kleinste Masseteilchen wirksamen Scherkräfte eine schnelle Temperaturerhöhung und innige Plastifizjerefi'ekte zu erreichen. Nachteilig hierbei ist, daß die zusätzliche Energie über die gesamte Schneckenlänge eingespeist werden muß, also auch das gerade eingefüllte Granulat erhöhten Scherbeanspruchungen ausgesetzt wird, bevor überhaupt eine Vermischung und Plastifizierung stattgefunden hat Das kann aber zu örtlichen überhöhten Temperaturbeanspruchungen führen, insbesondere dann, wenn vernetzbare Materialien verspritzt werden sollen, die zur Bildung der Vernetzungsbrücken Peroxide in der Mischung enthalten, welche ihrerseits bei bestimmten Temperaturen zerfallen und damit die Vernetzung einleiten. Der Weg über die Mischung und Plastifizierung längs der Schnecke bis zum Mundstück reicht dann nicht mehr aus, um ein homogenes Endprodukt zu erzeugen, zumal zum Ausgang des Extruders hin wegen der axialen Bewegung der Schnecke insgesamt mit weiter ansteigenden Massetemperacuren gerechnet werden muß.
Nachteilig ist aber auch ferner, daß durch die der Drehbewegung der Schnecke überlagerte axiale Pulsation der Materialausstoß nicht gleichmäßig, sondern ebenfalls im Takte der Pulsation ungleichmäßig erfolgt, was z. B. bei der Umhüllung von Kabeln, Rohren oder dergl. Anlaß zu nicht tragbaren Dickenschwankungen ist.
Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich bei einem anderen bekannten Verfahren (»Forging and crosslin- jo king of thermoplastics«, by Thomas Engel, Plastics Engineering, Sept. 67, S. 175 ff), bei dem die Vernetzung thermoplastischer Werkstoffe durch kurzfristige Anwendung extrem hoher Drücke erreicht wird. Diese Maßnahme macht entsprechend dem Druckauf- und -abbau eine diskontinuierliche Fertigung erforderlich, wobei die unvermeidbaren Oberflächenmarkierungen zwar für die Rohrfertigung noch tragbar sind, für die Kabelherstellung aber nicht zugelassen werden können.
Abhilfe schafft demgegenüber das im Oberbegriff des Anspruches ) angegebene bekannte Verfahren (GB-PS 13 03 643), bei dem das thermoplastische Material während eines Misch- und Plastidzierungsvorgangcs aufgeschmolzen und anschließend in einem vom Mischung»- und Plastifizierungsvorgang unabhängigen Verarbeitußgsschritt mittels eines vor dem Extruderausgang vorgeschalteten sog. Scherkopfes mit engem Scherspalt zwischen einem feststehenden Gehäuse und einem in einer entsprechenden Bohrung rotierenden Dorn kurzfristig eine zusätzliche Temperaturerhöhung erfährt. Eine im Gegensatz zum sog. Engel-Druckverfahren kontinuierliche Fertigung ist gewährleistet, nachteilig kann jedoch mitunter sein, daß an der Gehäusefläche festhaftende Masseteilchen durch die kontinuierliche Drehbewegung nicht rechtzeitig entfernt werden, so daß sich Masseansammlungen bilden, die aufgrund erhöhter Temperatur noch im Scherkopf vernetzen und nach ganz oder teilweise Abreißen im vernetzten Zustand in dem ausgeformten Produkt eingelagert sind. Die Homogenität z. B. einer Kabeliso-Iierung ist dann nicht mehr gewährleistet.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, bei gleichmäßigem Austrag die Herstellung von sirangförmigcm Gut aus vernetzbaren Werkstoffen zu vereinfachen und unabhängig von der Dicke des aus (,5 dem Strangpreßkopf auslaufenden Stranges mit geringst möglichem Aufwarl eine Durchvernclzung oder Durchvulkanisierung der eingesetzten Thermoplaste oder Elastomere bei homogener Verteilung der Masseteilchen zu erreichen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Diese unmittelbare Beeinflussung des noch nicht ausgepreßten, aber bereits homogenisierten Materials, beispielsweise über eine entsprechende Exzenter-Anordnung, eine Uitraschall-Ankopplung oder über mechanische Schwinger, schafft auf einem relativ kleinen Raum eine verhältnismäßig große Oberfläche für die Wärmeübertragung. Die Wärmeübertragung ist dabei intensiver als die bei der sog. Dampfvulkanisa'ion. Da kurz vor der Endverformung des Materials dieses ungewöhnlich kurzfristig auf die Vulkanisations- oder Vernetzungstemperatur gebracht und herausgetrieben wird, entsteht eine sehr intensive Vernetzung, die sich auch auf die Materialeigenschaften des gespritzten Stranges, beispielsweise in einer Erhöhung der Festigkeit, auswirkt, ganz abgesehen von der hierdurch möglichen Oberflächencvte.
Durch die Anwendung der Erfindung allein oder in Kombination mit rotierenden Elementen wird die Haftung von Materialteilchen im Scherspalt, die Anlaß zu Inhomogenitäten im Endprodukt sind, vermieden. Gegenüber dem bekannten Verfahren mit rotierendem Dorn artein, bei dem Scherspalt und Drehzahl die variablen Größen bilden, ergibt sich der Vorteil, daß nach der Erfindung Scherspalt, Hublänge und Anzahl der Stöße, d. h. drei variable Größen, zur Optimierung der Fertigung eingesetzt werden können. Das Ergebnis sind dann Endprodukte verbesserter Oberflächengüte und Homogenität.
In Durchführung der Erfindung können die Stoßbewegungen zur Vernetzung des extrudierbaren Materials mit unterschiedlicher Frequenz aufgebracht werden, wobei es vorteilhaft ist, entsprechend dem gewünschten Querschnitt der zu vernetzenden Isolierung oder dergl. entweder kleine Stoßenergien bei hohen Frequenzen oder große Stoflenergien bei niederen Frequenzen wirksam werden zu lassen.
Die im Oberbegriff des Anspruches 4 umrissene bekannte Vorrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die im Kennzeichen des Anspruches 4 angegebenen Merkmale angepaßt.
Dabei weist zweckmäßigerweise die Matrize eine konische Bohrung auf, in der der entsprechend konisch ringförmige Kernteil als Scherteil in Achsrichtung hin- und herbewegbar ist. Um auch das Innere eines solchen Scherteils mit dem zu extrudierenden Material zu versorgen, ist es vorteilhaft, wenn der Scherteil Materialdurchflußöffnungen aufweist.
Der Scherteil kann aber auch an seiner der Mündung der Matrize zugewandten Seite kegelstumpfförmig sein, wobei es zur Erhöhung der Friktion zweckmäßig ist, wenn in dem kegelstumpfförmigen Teil Gewirtdegänge angeordnet sind.
Handelt es sich um die Herstellung von Umhüllungen für elektrische Kahel oder Leitungen, dann weist der Scherteil eine durchgehende Bohrung auf. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der ringförmige Scherteil inne'! und außen Gewindegänge aufweist.
Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1—6 dargestellten Ausfüh. ungsbeispiele näher erläutert.
Zum Strangpressen eines sehlauchförmigen Stranges aus vernetzbarem Thermoplast oder vulkanisierbarem Elastomer, dient, wie in der F i g. 1 dargestellt, ein
konischer ringförmig ausgebildeter Scherteil I. der in einen entsprechend ausgebildeten Spalt in einer Matrize 2 eingreift. Der Spritznippcl selbst ist mit 3 bezeichnet. Der Scherteil wird in Achsrichtung in den konischen, durch die Matrize 2 und einen Nippel 3 gebildeten Ringspalt a getrieben und kurzfristig ztirückbewegi usw.. so daß das aus dem Kingmundstück 4 austretende Material bereits vernetzt ist. |e nach der zu verarbeitenden Menge des Materials kann dabei die Frequenz des hin- und hergehenden Scherteils 1 eingestellt werden.
Der Scherteil 1 kann zur Vernetzung oder Vulkanisation des extrudierbarcn Materials zusätzlich eine Rotationsbewegung ausführen, indem er um seine Achse gedreh; wird. Um einen gewissen Rückstau zu erreichen und um die Dimensionierung z. B. eines Schlfiuches durchführen zu können, werden ein Ringmundstück 4 und ein innerer Dorn 5 benötigt. Um einen iviatcriaifiuü auch in das innere des Scherteiis i sicherzustellen, besitzt dieser Materialdurchflußkanäle 7, durch die das Material bis in den Raum 6 gelangen kann. Angetrieben wird der Scherteil 1 im Bereich 8.
Abweichend von der Ausführung nach der Fig. I ist in der F i g. 2 ein Werkzeug mit unmittelbarem Anschluß an einen Extruder 9 mit einer Schnecke 10 dargestellt. Der wiederum ringförmig ausgebildete Scherteil 11 ist mit einem konischen Kompressionsteil 12 versehen. Auch wird das vom Extruder 9 gelieferte Material in Form eines Schlauches ausgepreßt, in gleicher Weise körnte aber auch die Formung beispielsweise eines äußeren Mantels erfolgen, in dem das Strangpreßwerkzeug eine Bohrung zum Beispiel für eine hindurchzuführende Kabelseele aufweist.
Im Verlaufe des ringförmigen Scherteiis Il sind Aussparungen 14 vorgesehen, uurch die das vom Extruder 9 gelieferte Material in den Innenraum 15 gelangen kann. Der Antrieb des Scherteils 11 erfolgt über das dem Mundstück abgekehrte Ende 16. Bei leichtem Werkzeug ist es besonders vorteilhaft, die axialen Schlagbewegungen des Scherteils 11 mit hoher Frequenz durchzuführen. Dies gewährleistet eine nraWlic^K l/rtniinijiöi-li^hp pAi-tiaiina pinpc ^rhlaiirhp*: 1 λ Bei größeren Werkzeugen oder größeren Wanddicken und damit größeren Materialmengen wird vorteilhaft die Schlagfolge abnehmen.
In der Fig. 3 ist ein einseitiger Kegelstumpf 17 dargestellt, der nur einen Kegelhalter 18 und ein zugehöriges Mundstück 19 tiotwcndig machl. Dies» Anordnung h;it besondere Vorteile durch (!ic Einfach heu des mechanischen Aufbaues. Um die Friktion /i erhöhen, kann es mitunter vorteilhaft sein, auf den Kegelstumpf 17 .Schneckengänge 20 anzuordnen D1 Drchrichiung des Kcgelhalters 18 ist zweckmäßig s< gewählt, daß zu dem Extruder 21 eine Auslnebskraf entsteht. Der vordere Teil 22 des Kegelhaltcrs 18 kanr durch entsprechende Rippen und Trennung von
ίο Kcgclhaltcr 18 feststehend angeordnet werden. Das ha den besonderen Vorteil einer besseren Zentrierung de stranggepreßten Schlauches 23. Ein weiterer Vorteil is darin zu sehen, daß auch eine Innenbohrung 24 vorgesehen werden kann, die /.. U. zur Durchführung
is von Kabeln und Leitungen geeignet ist. die mit den Schlauch 23 umspriut werden sollen. Das Feslsetzcr des Materials ist hier nicht gegeben, da der drehbare Kegelstumpf i/ evti. mit den Schneckcngangen 20 ciit Flächen sauber putzt.
Die in der Fig. 4 dargestellte Vorrichtung is insbesondere für kleine Austritlsquerschnillc geeignet sie unterscheidet sich von dem Vorhergehenden in wesentlichen dadurch, daß die Komprimierung de strangzupressenden Masse durch einen löffelartigci Hammer 25 erfolgt, der selbstverständlich and mehrfach am Umfang verteilt angeordnet sein kann Auch h'.tr ist es möglich, eine Innenbohrung für cii Kabel 26 vorzusehen, auf das eine Umhüllung 2' aufgebracht wird.
>o Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ist in de F i g. 5 dargestellt. Der äußere Konus ist hierbei mit 2S der innere mit 29 und die Hubbewegung des Scherteil mit A bezeichnet. Der Austrittsquerschnitl .30 ist dabc so dimensioniert, daß ein Druckaufbau im Innern auiu 3
3i möglich ist. Wesentlich hierbei ist. daß auch eini Absperrung im hinteren Teil 32 des Innenraums 3 entsteht. Um das zu erreichen, isi der Abschnitt . parallel und dichter zum äußeren Konus 28 angeordnet während der Abschnitt y sich vom äußeren Konus 21 zum Austrittsquerschnttt 30 hin abhebt.
Finp wpitprp Fruän7iintr pinpr vnrtpilhaflrn Aiicfüh
rung ist in der F i g. 6 dargestellt, wo ein ringförmige Rotationswerkzeug beschrieben ist. das auf den konischen Scherteil wendeiförmige Gänge 33 bzw. 3' aufweist.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Strängen aus vernetzbaren Thermoplasten oder vulkanisierbaren Elastomeren, bei dem der Thermoplast bzw. das Elastomer gemischt, plastifiziert und aufgeschmolzen, unmittelbar anschließend zu einem dünnen Strom verengt und dabei durch Scherkräfte kurzfristig auf Vernetzungs- bzw. Vulkanisationstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherkräfte allein oder zusätzlich zu bereits vorhandenen fortlaufend gleichsinnig quer zur Fließrichtung des Stroms gerichteten Scherkräften stoßartig in die Fließrichtung des dünnen Stroms gerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßbewegungen mit unterschiedlicher Frequenz aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher Frequenz kleine Stoßenergien aufgewendet werden und umgekehrt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem Extruder zum Mischen, Plastifizieren und Aufschmelzen des Thermoplasts bzw. Elastomers, und einem unmittelbar dessen Ausgang nachgeordneten Strangpreßwerkzeug, in dessen hohlem Mundstück ein mit diesem einen Ringspalt zur Bildung des dünnen Stroms des 1 hermoplasts bzw. Elastomers begrenzender Kernteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringspalt ein Scherteil (1, 11, 18,25) im wesentlichen in Axialrichtung der Matrize (2,19) hin- und herbewegbar isv.
5. Vorrichtung nach Alispruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (2, 19) eine konische Bohrung aufweist, in der der entsprechend konisch ringförmige gegebenenfalls drehbare Kernteil als Scherteil (1, 11, 18) in Achsrichtung hin- und herbewegbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherteil (1) Materialdurchflußöffnungen (7) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherteil (18, 20) an seiner der Mündung der Matrize (2, 19) zugewandten Seite kegelstumpfförmig ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem kegelstumpfförmigen Teil (17) des Scherteils (18, 20) Gewindegänge (20) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherteil (18,20) eine durchgehende Bohrung (24) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Scherteil (1, 11,18) innen und außen Gewindegänge (33, 34) aufweist.
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