DE2309059A1

DE2309059A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalandrieren von geschichteten kunststoffmaterialien

Info

Publication number: DE2309059A1
Application number: DE19732309059
Authority: DE
Inventors: Fred Harpoth Ancker
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-08-30
Also published as: SE7302594L; CA1013624A; JPS521750B2; AU5235173A; DE2309059B2; AU472670B2; JPS4899258A; FR2173257A1; IT979443B; BR7301352D0; GB1426077A; FR2173257B1; BE795862A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kalandrieren von geschichteten Kunststoffmaterialien

Die Erfindung betrifft das KalandrLereη von geschichteten Kunstst of materialien, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrich-

bzw.Lagen tung zuin !!erstellen von aus mehreren Schichten/bestehenden Schichtkörpern zwischen einem Paar von Gegendrehwalzen.

Es ist ein Verfahren zum Steuern des fluiden Stromes zwischen einem Paar von Gegenwalzen bekanntgeworden, in dem deutliche Verbesserungen über herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen zum Kalandieren vorgeschlagen werden, und durch das das Grundverfahren: des Kalanderns so erweitert worden ist, daß nunmehr

Materialein breites Angebot von Materialien und /stärken kalandiert werden können,wie dies vorher nicht möglich war. Darüber hinaus wurden im Vergleich zu normalen Kalander - und Extrudierverfahren wesentliche Erhöhungen in der Durchflußrate erreicht.

Die vorliegende Erfindung erweitert dieses Verfahren zur Fliesskoutrolle und schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von au!j mehreren Schichten bestehenden Schichtkörpern vor, insbo.'iondere zur Herstellung eines ochichtkörpers mit einem

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Kern aus expandiertem Kunststoff.

Im folgenden werden die in der Beschreibung verwendeten Begriffe näher erläutert.

"Kalandrieren " ist ein Verfahren zur Ausbildung eines fließfähigen Kunststoffmaterials als Folie bzw. Bogen, wobei das Material zwischen einem oder mehreren Paaren von Gegendrehwalzen hindurchgeführt wird, das heisst, beim Kalandrieren wird der fluide Strom großenteils in Richtung der Stärke zusammengedrückt, und zwar während des Hindurchführens durch den "Walzenspalt, Hit anderen Worten; Das Verhältnis des Bank- oder Spalt/
/durchmessers (die kürzeste Entfernung zwischen den Punkten, an •denen das Medium beide Walzen an der Eintrittsseite berührt) zu der Stärke des Bogens (der kürzesten Entfernung ,zwischen den

denen
Punkten, an/ das Medium beide Walzen an der Austrittsseite be-

als

rührt) ist beträchtlich grosser/eins, in der Tat ist es gewöhnlich zehn- bis tausendmal grosser.

fähiges
"Fließ- Kunststoffmaterial¹' eind Polymerisate, die allgemein als kalandierbar und/oder extrudierbar angesehen werden. Beispiele für derartige Materialien umfassen die meisten Additionspolymere sate : Polyolefine wie beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten (1), poly-4-methylpenten (1), Polyisobutylen und dessen Copolymerisate; Polydiene wie z.B. Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren, Polycyanopren und dessen Copolymerisate, insbesondere Copolymerisate nut Styrol und/oder Acrylonnitril; Vinylpolymerisate, z.B. Polystyrol, Polv-CX-methylstyroi, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat und Copolymerisate; Polyacryl-

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säure und Polymethacrylsäure und deren Estere und Salze; Polyformal; Polyalkylenoxide und deren Copolymerisate; Polyarylather wie z.B. Polyphenylenoxid; Polyvinylidenchlorid und dessen Copolymerisate; und Copolymerisate von Acrylonitril und Styrol und mit Vinylchlorid.

Eingeschlossen sind auch thermoplastische Cellulosematerialien, wie beispielsweise Athylcellulose, Celloluseacetat, Cellolusebutyrat, Hydroxypropylcelloluse und ähnliche.

Andere Beispiele umfassen standardmässige kondensierbare Polymerisate: Polyester, wie beispielsweise Polyäthylen, Terephthalat und Polyäthylenisophthalat; Polyamide, wie beispielsweise Poly-£-caprolactam, Polyhexamethylen, Adipamid und Polyhexamethylensebacamid«; Bisphenol A polycarbonat; Polysulfone; und thermoplastische Polyurethane wie beispielsweise faserbildende Polymerisate aus Hexamethylendiisοcyanat und Tetramethylenglycol und die elastomerischen Polymerisate aus Diphenylmethan-ρ,ρ¹-düBocyanat, Adipicsäure und Butanmediol 1,4.

"Ströme von geschmolzenem fliessbarem Kuststoffmaterial" sind kontinuierliche Bahnen von geschmolzenem bzw. teigartigem Kunststoffmaterial, wie sie gewöhnlich einer V/alzenspalte-eines Kalanders mit mehreren Walzen von einem vorhergehenden Walzenspalt zu-/geführt werden fund wie sie beispielsweise durch kontinuierliches Extrudieren eines derartigen Materials durch eine Presse mit einem breiten Schlitz ausgebildet werden.

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"Geschichtete Bahnen" sind Längen von Bahnmaterial, die in einem Walzenspalt zu geschmolzenem, fließbarem Kunststoffmaterial verbunden werden können, um einen aus mehreren Schichten bestehenden Schichtkörper auszubilden, der im folgenden als 'Schichtkörper." bezeichnet wird. Beispiele für derartige Schichtbahnen umfassen feste Baiinen, wie zum Beispiel Aluminiumfolie, Papier, Krepp, Pergamin, Cellophan, Polyesterfolie und ähnliches; gewebte Bahnen, wie beispielsweise Bauniwolltücher, Gaze- bzw. MuIl-"tücher, Glasstoffe, gestrickte Stoffe und ähnliche ; nicht gewebte Bahnen wie beispielsweise Filz, gehackte oder verwirbelte Glasseiden-^{S ra}j¹^S.chtgewebte Stoffe und ähnliche; ein Gewebe aus parallelen Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, Borfasern, Kohle- bzw. Graphitfasern, Asbestgarnen und ähnliche, die zur Herstellung von mit Polymerisaten vorimprägnierten Fasern verwendet werden, um Verbundbänder auszubilden; und poröse Bahnen wie beispielsweise poröse, zellförmige bzw. schwammartige Celloluse-, Kunststoff- oder Metallbogen, expandierter Kunststoff oder Metallsiebe bzw. Netze usw.

Die erwärmbaren "fließbaren Kunststoffmaterialien" nach der Erfindung sind weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie nicht dem Newton¹sehen Fließgesetz unterliegende Parameter (Co und n) aufweisen. Legt man dem Fließgesetz die nachfolgende Gleichung zugrunde

⁰ (-jr )ⁿ = co ^ⁿ

so sind die Viskositätsparameter wie folgt definiert:

its — sichtbare Schmelzviskosität (lbs.Sek. χ inch" ) (= kg/Sek. χ cm" )

-1

ϊο =Viskositätswert extrapoliert auf die Einheits-Gieß-309835/1004

V =Gießrate (Sek."¹)

rate von eins ( \/ =1 . Sek." ) η = Exponent des Pliessgesetzes.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines geschichteten Kunststoffmaterials, xiobei Ströme von fließbarem Kunststoffmaterial und geschichte Bahnen durch den Walzenspalt eines Paares von Gegendrehkalanderwalzen geführt werden, ist dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zum Stauen des Ausstoßvolumens
/vorgesehen ist, die sich über die Breite und zwischen dem Paar

von Kalanderwalzen erstreckt, wobei die am meisten stromab gelegene Projektion der Staueinrichtung derart angeordnet ist, daß die sonst

zwischen dem Paar von Kalanderwalzen stromauf des Walzenspaltes durch Auswählen der Kaland-erbedingungen ausgebildete Materialbank wenigstens durchdrungen wird, und daß Ströme des geschmolzenen, fließbaren Kunststoffmaterials der Öffnung des Walzenspaltes an jeder Seite der Volumenstaueinrichtung zugeführt veden während gleichzeitig die geschichtete Bahn längs bzw. durch die Staueinrichtung zwischen den Strömen des Kunststoffmaterials geführt wird. In besonderen Fällen kann ein Strom eines expandierbaren Kunststoffmaterials durch die volumetrische Staueinrichtrmg geführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Es zeigt;

durch

Figur 1 schematisch einen Schnitt/eine typische, herkömmliche. Kaland-.erbank;

Figuren 2a und 2b. schematisch das hydrostatische Druckprofil und die Pließzonen einer typischen Kaiand—ersituation (es werden 25 mil £=■ 6,35 mm/ formberjtändiges Polyvinylchlorid kalandtiert, und zwar_ mit 12"-Valzen); aufgetragen ist der hydrostatische Druck /ät/ über dem Walzenspalt £Lnch~7; Figur 3 schematisch einen .Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht des Extrudier-Kalanders nach der Fig. 3;

Figur 5 schematisch einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform nach der Erfindung;

Figur 6 schematisch einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zur Herstellung von Kunststoffschichtkörpern mit einem verschäumten Kern ; und

Figur 7 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 6.

Zum besseren Verständnis des erfiudungsgeiaüssen Ausbildens von Schichtkörpern durch Kalandrieren in einem einsigen "alsenspalt, soll im folgenden kurz der Verlauf einer herkömmlichen Kalandrier-"bank erläutert werden:

' 309835/100A

-JBT-

Die Figur 1 zeigt, daß eine Kalandoerbank sich gewöhnlich von dem eintretendenfluiden Strom hinwegdreht, und es ist daher unmöglich, eine feste, gewebte oder ungewebte Bahn in das Zentrum des fluiden Mediums einzulassen: Die Bahn wird sofort an die Seite gedrückt. Demgemäss befindet sich in einem Walzenspalt bei einer herkömmlichen KalandCarbank die einzige feste Position zum Einlassen einer Bahn längs der Valzenoberflache, und es besteht nur eine einzige freie Walzenob er fläche in jedem Spalt. Daher kann, sofern nur ein Walzenspalt verwendet wird, ein Schichtkörper nur so ausgebildet werden, daß das fliessbare Kunststoffmaterial an einer Seite und die Bahn an der anderen Seite vorgesehen ist. Sind zwei Walzenspalte verfügbar, d.h. bei einer Kalandreranlage mit drei oder mehreren Walzen, so ist es möglich, einen aufeinandergeschichteten Schichtkörper (sandwich laminate) durch aufeinanderfolgendes ^chichtkalandderen in .zwei Walzenspalten zu bilden, wobei das Kunststoff material in der Mitte und die beiden Schichtbahnen an der Außenseite vorgesehen sind.

Eine spezielle Durchführungsform im herkömmlichen Zalandrierbeschichten ist das sog. Friktionsverfahren, das zum Imprägnieren von Stoffen mit hochviskosen und elastischen Kautschukkomponenten verwendet wird. In diesem Fall wird die beim normalen Kaland-.erbeschichten bereits hohe Schubspannung noch erhöht, indem unterschiedliche Geschwindigkeiten für die beiden den Besckichtungs- bzw. Friktionsspalt ausbildenden Walzen verwendet werden. Dieses Verfahren ist daher auf die Anwendung bei sehr starken und zähen Stoffen begrenzt,"die den sehr hohen

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Schubspannungskräften dieses Verfahrens widerstehen können.

Im Gegensatz zu diesem Verfahren steht das Prägen von Schichtkörpern in einem Walzenspalt, und zwar iia wesentlichen ohne Kalandrierbank. In diesem Fall besteht eins nur geringe Reduktion in der Stärke des Stromes von fliessbarern Kunststoffmaterial während dieser durch den Walzenspalt geführt wird, und nur ein geringer Druck wird daher zwischen der Beschichtung und der festen Schichtbahn ausgeübt. Obgleich dieses Verfahren die zuvorgenannten Probleme des Beschädigens von schwachen Schichtbahnen-wie beispielsweise verwirbelte Glaswolle, dehnbaren Schaum, Netze, gestrickte Stoffe usw. überwindet, so verursacht der niedrige hydrostatische Druck oft Probleme im Zusammenhang mit unzureichender Durchlässigkeit sowie dein Befeuchten und Anhaften der Kunststoffbeschichtung an die Schichtbahn.

Bine besondere Art eines zusammengesetzten Schichtkörpers, die allgemein im Handel erhältlich ist, ist Bahn- bzw. Folienmaterial mit verschäumter Kernschicht. Derartige Schichtkörper werden gegenwärtig im allgemeinen durch Walzen mit niedrigem Druck, Band— oder Preß-schichtung von vorgefertigtem verschäumt ein Bahnmaterial in verschiedenartige nichtporöse feste Schichtbalrnen hergestellt. Es ist jedoch sehr wünschenswert, derartige Schichtkörper mit verschäumter Kernschicht auszubilden, und zwar durch Verschäumen und Expandieren dieses Materials in situ in einem einzelnen V/alzenspalt. Ein derartiges Verfahren ist aber bis

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heute nicht bekanntgeworden. Der Grund hierfür ist das luftabweisende Verhalten des Spaltes bei normalen Kalanderwalzen.

Wenn daher die verschäumte Kunststoffmasse einem YJalzenpaar mit einer geschlossenen Spaltanordnung zugeführt wird, go wird ein grosser Teil des Gases in der verschäumten Bank nach hinten hinweggedrückt und entweicht in die Atmosphäre, Weiterhin schliesst das Strömungsschema einer herkömmlichen Kaland—erbank die ausreichende Kontrolle der Verbindung von verschäumbaren und nichtver schäumbar en Kunst st off strömen zum Zweck der Ausbildung in situ von Kunststoff-Schichtkörpern mit einem verschäumten Kern aus.

Die Erfindung schlägt daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines zusammengesetzten Schichtkörpers aus mehreren Schichten durch geeignete Hindurchführung von fliessbaren Kunststoff strömen und Schichtbahnen durch einen einzelnen Walzenspalt vor.

Weiterhin wird eine Einrichtung zum Ausüben von hohem hydrostatischen Druck bei gleichzeitiger niedriger Schubspannung in einem Walzenspalt vorgeschlagen, so daß Schichtkalandrieren von schwachen bzw. dehnbaren Schichtbahnen ohne Zerreissen und Verzerren des Materials ermöglicht wird.

Darüber hinaus schlägt die Erfindung eine Einrichtung vor, mittels derer verschäumtes Folien- bzw. Bahnenmaterial mit nichtporöser Haut hergestellt wird, und zwar durch Expandieren des

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fließbaren Kunststoffmaterials in situ in einem Walzenspalt.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst, daß ein System zum Kontrollieren des Stromes von geschmolzenem

merisat

Poly-/in einem Walzenspalt vorgesehen ist, sowie dass zusätzliche Anordnungen vorgesehen sind, die den Vorlauf der Schichtbahnen in einem Walzenspalt stabilisieren. Hierzu ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in dem Walzenspalt eine volumetrische Staueinrichtung vorgesehen ist, die zumindest teilweise den Rückwärtsstrom des fluiden Mediums in dein Walzenspalt blockiert und somit eine positive Kontrolle des Verlaufs des fluiden Stroms zwischen der Staueinrichtung und der Oberfläche jeder Walze gewährleistet ist. Weiterhin ist in der Staueinrichtung ein Schlitz vorgesehen, durch den entweder eine Schicht bahn oder ein getrennter fluider Strom einlassbar sind.

Wenn _; der mittlere fluide Strom ein expandierbares fliessbares Kunststoffmaterial ist, so wird ein Fließsystem erhalten, das insbesondere zum Herstellen eines Schichtkörpers mit einer verschäumten Kernschicht geeignet ist.

Das dieser Erfindung zugrundeliegende Fließsystem besitzt gegenüber anderen derzeitigen Schicht- und Beschichtungsverfahren mit niedrigem Druck den Vorteil, daß der Schichtkörper durch Kalandrieren, und nicht etwa durch Einprägungen, ausgebildet wird. Hierbei ist die Verwendung von sehr hohen hydrostatischen

beim
Drücken möglich, die lvalanäderen entwickelt werden können, das heisst wenn die Walzen dazu verwendet werden, den Schmelzfluss in eine Folie und ein Bahnenmaterial auszubilden, und

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zwar durch wesentliches Zusammendrücken des fluiden Mediums, während / den Waisenspalt durchfliesst. Zur Verdeutlichung zeigt Fig. 2a ein hydrostatisches Druckprofil, das während des Kalandrierens auf einer Waise mit einen Durchmesser von 12" von formbeständigem FVC mit einer Stärke von 25 mil (= 6,35 mm)entsteht. Es wird deutlich, daß ein maximaler hydrostatischer Druck von über 100 at. in dem Walzenspalt entsteht, und daß ein Druck, der das Mehrfache des atmosphärischen Druckes aufweist, sich bis in die stagnierende Fließzone erstreckt, deren Begrenzung durch die mit ψ - 0 bezeichnete Kurve der Figur 2b gezeigt ist. Somit wird durch das Einlassen einer Schichtbahn in den Mittelpunkt des fluiden Stromes, wo die Schubspannungen nahezu 0 betragen, eine ausgezeichnete Befeuchtung, Durchlässigkeit und Anhaftunß möglich, und zwar infolge des hohen hydrostatischen Druckes,-wobei jedoch .infolge der sehr geringen Schubspannung zerbrechliche und dehnbare Bahnen verwendet werden können, in ahnlicher Weise können expandierbare fluide Ströme mit keiner oder nur geringer Expansion des Kunststoffes eingelassen werdenj nachdem das fluide Medium den Walzenspalt durchquert hat, wodurch eine Verbesserung in'der Fließ- und Verfahrenskontrolle bei der Herstellung von Bahnmaterial mit einer ve schäumten Kernschicht erhalten wird.

Die Figuren 3-7 zeigen die Ausführungsformen gemäss der Erfindung.

In der Vorrichtung nach den Figuren 3 und 4 besitzt eine Strangpresse bzw. ein Extruder 10 eine Form, die sich in die Materialbank erstreckt,-welche sonst zwischen den Gegendrehwalzen

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12 und 14 einer Kaiana—ereinrichtung ausgebildet würde. Die Presse 10 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Kaland—ereinrichtung und besitzt innere Leitungen 16 und 18 zur Aufnahme des geschmolzenen Polymerisates von einem Extruder 20 und zum Hindurchführen des Materials durch Kanäle 22 und 24 der Presse zu den Kanälen 26 und 28, die gegenüber den Seiten der Presse 10 und der Kalanderwalzen 12 und 14 ausgebildet sind.

Die Presse 10 besitzt ebenfalls einen im wesentlichen axialen Kanal 30 zur Zufuhr des Schichtbogens 32 unmittelbar zu dem Spalt 34 der Kaland-rereinrichtung, und zwar zwischen den beiden äusseren Strömen des geschmolzenen, fliessbaren Polymerisates, das den Walzenspalt durch die Kanäle 26 und 28 betritt.

Zusätzliche Bahnen bzw. Bogen von Material 36 und 38 können wahlweise, falls erwünscht, zugeführt werden, und zwar zu den äusseren Oberflächen der Walzen 12 und 14, um eine äussere Oberfläche für den entstehenden Schichtkörper 40 herzustellen.

Der zentrale Schichtbogen, Ströme von geschmolzenem fließbarem Polymerisat und wahlweise äußere zusätzliche Bahnen werden kontinuierlich zugeführt und durch Hindurchführen durch den Walzenspalt 34 der Kaland-rere inri chtung verbunden, um den Materialbogen 40 aus geschichtetem Polymerisat herzustellen.

Es ist selbstverständlich, daß die Einrichtung 10 zum Stauen des

mens
Ausstoßvolu- über die gesamte Breite und zwischen den Kalander-

wiesen,die walzen 12 und 14 vorgesehen ist.. Es hat sich als vorteilhaft er-

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äusserste Spitze der Staueinrichtung (stromab des Iiaterialdurchflusses) derart anzuordnen, daß die Materialbank, die sonst zwischen dein Paar von Kalanderwalzen stromauf des Yialzenspaltes durch Auswahl der Kaland^rbedingungen ausgebildet wird, am wenigsten durchdrungen wird.

Es wird "bevorzugt, wenn die vorderste Spitze der Staueinrichtung in ausreichender Weise innerhalb des Bereiches zwischen dem Paar von Kalanderwalzen angeordnet ist, und zwar hinter der Position, in welcher die zu kalanckLerende Materialbank nur leicht durchdrungen wird. Jedoch wird jede andere Anordnung der vordersten Spitze der Staueinrichtung (innerhalb des Bereiches, in dem die Materialbank durchdrungen wird) zwischen den Walzen eine signifikante Verringerung des Rückflusses und somit verbesserte Kalandderergebnisse zur Folge haben.

Vorzugsweise wird die Staueinrichtung beim Kalandrieren in ausreichender Nähe zu dem Walzenspalt gehalten, so daß eine wesentliche Verringerung des Kalandäerrückflusses entsteht, und die für herkömmliche Kaländ—erbänke typische Drehung der Bank eliminiert wird. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Staueinrichtung im wesentlichen in der Stagnationszone konturiert und angeordnet wird. Diese Konturierung und Anordnung ist jedoch - wie bereits erwähnt - überhaupt nicht kritisch und die erwünschten Ergebnisse werden erhalten, indem nach und nach ein wesentlicher Bereich der Rückflußzone von der Staueinrichtung besetzt wird.

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Wie bereits erwähnt, ist es im Rahmen der Erfindung wahlweise möglich, Bahnen (von derselben bzw. unterschiedlicher Art) längs der beiden Walzenoberflächen einzulassen, wodurch die Ausbildung von komplizierten zusammengesetzten Schichtkörpern zum Hindurchführen durch eine Einzelwalze ermöglicht wird. Die längs der"WaI-zenoberflächen angeordneten Bahnen können aus dekorativen Gründen gewählt werden. Zusätzlich zu den bereits erwähnten Bahnenmaterialien können als äussere Oberflächen für den fertigen Bogen dekorative Bahnen, wie beispielsweise Holzfurniere, Kork, gestanzte oder gravierte Metallfolien, Sackleinen, bedrucktes oder auf andere Weise gemustertes Papier, natürliche oder synthetische Faserstoffe usw. verwendet werden. Weiterhin kann das durch die Leitungen 16 und 18 eingelassene fließbare Kunststoffmaterial durch einzelne Strangpressen bzw. andere Schmelzpumpen zugeführt werden, wodurch sich Schichtkörper mit unterschiedlichen Kunststoff zwischenlagen ergeben. In ähnlicher Weise kann die durch den Kanal 30 eingelassene Schichtkörperbahn 32 selbst eine aus mehreren Schichten bestehende Zusammensetzung sein, so daß der zusammengesetzte Schichtkörper 40 selbst aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist.

Mit der in Fig. 5 gezeigten weiteren Ausführungsform nach der Erfindung können die gleichen Ergebnisse erzielt werden, und zwar durch Anwendung einer Kaland--ereinrichtung mit vier Walzen. Die Figur zeigt eine Kaland-*ereinrichtung mit Walzen 11, 12, 13 und 14. Die Ströme von fließbarem Kunststoff und Schichtbahnen werden durch die Presse 10, wie in der Ausführungsform nach

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den Figuren 3 und 4, der Kalanderereinrichtung zugeführt, während wahlweise zusätzliche äußere Bahnen 36 und 38 in der dargestellten Weise den Materialbänken zwischen den Walzenpaaren 11-12 und 13-14 zugeführt werden. Der polymere Schichtkörper 40 wird in dem Walzenspalt zwischen dem Paar von Walzen 12 und 14 hergestellt (vgl. Fig. 3 und 4).

Die Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 dient zur Herstellung von Schichtkörpern mit einer verschäumten Kernschicht.

Wie im Falle der Ausführungsform nach Figur 3 und 4 können zusätzliche äußere Schichtbahnen 36 und 38 längs der Oberflächen der Walzen 12 und 14 eingelassen werden. Außerdem wird deutlich, daß die Ausführungsform nach Fig. 5 so verändert werden kann, daß durch Verwendung eines expandierbaren Kunststoffmaterials anstelle der Schichtbahn 32 durch den Kanal in der Presse 10 ein Bogen mit einem verschäumten Kern 41 hergestellt wird. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, Bogen- bzw. Bahnmaterial und Schichtkörper direkt auf einer herkömmlichen Kalander- einrichtung herzustellen.

Das Fließsystem nach der vorliegenden Erfindung umgeht auf einfache Weise das Phänomen der Zurückweisung von Luft, wie es in b ezug auf herkömmliche Kaland—erbänke weiter oben beschrieben ist. Das expandierbare Material in der Mitte des Stromes ist von allen Seiten umschlossen und befindet sich unter erhöhtem

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Druck, bis das Material den Walzenspalt durchquert hu.t. Selbst dann besteht die Oberfläche des Bpgens" aus nichtexpandierbarem Kunststoffmaterial, und das Gas.ist somit auf wirksame Weise eingefangen, so daß eine wirksame Verwendung der chemiochen Verblasungsmittel bzw. der injizierten G-a.oe gewährleistet ist.

Eine Art von Schichtkörpern, die mehr und mehr Bedeutung gewinnt, ist kontinuierlich vorimprägniertes Fasermaterial, das aus Fasern mit hoher Biegefestigkeit und einem hohen E-Modul,wie beispielsweise Graphit, Boron oder Glas besteht. Diese vorimprägnierten Pasern sind Bahnen von Fasern, die einen genauen Abstand voneinander aufweisen und genau ausgerichtet sind, und die als Kette einer Beschichtungsvorrichtung zugeführt werden, das heisst ohne Querfasern (gefüllt oder gewebt). Das zum Beschichten verwendete Polymerisat ist gewöhnlich ein Epoxy- oder Polyimid-

das

Prepolymerisat^Jn B-Statium bzw. im Anschluss an den Imprägnierwird.
Vorgang weiterbewegt / Die Bänder werden dann dazu verwendet, zu-. sammengesetzte Strukturen auszubilden, die als Teile mit sehr hoher Biegefestigkeit Verwendung finden, wie beispielsweise Luftoder Raumfahrtteile, und zwar durch Ausrichten der Fasern entsprechend der Richtung der ausgeübten Spannungen. Nach dem endgültigen Auf einanderschichten werden die Zusammensetzungen miteinander verschweisst und im Autoclav gehärtet.

Es ist überaus wichtig, die Ausbildung \ron Luftbläschen in diesen Zusammensetzungen zu verhindern, weil diese Lücken bzw. Löcher im Endprodukt ergeben, die eine ernsthafte

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Reduzierung der mechanischen Eigenschaften der Zusammensetzung durch ihre Wirkung als Spannungserhöher zur Folge haben. Somit dient die Ausführungsform gemäss Figur 3 bei Anwendung als hochbiegefeste Faserkette dazu, die Fähigkeit zum Zurückweisen von Luft einer V/alzenspalte zu maximalisieren. Dies geschieht dadurch, daß eine mit der Stärke der Fasern übereinstimmende minimale Spaltöffnung verwendet wird, wobei ein verhältnismässig grosser Teil der Mediumoberfläche an den Punkten 26 und 28 der Atmosphäre ausgesetzt ist..

In den folgenden Beispielen sind verschiedene Einrichtungen

um
miteinander kombiniert,/die erwünschten Verfahrensaufgaben zu

lösen. Die verwendeten Einrichtungen sind wie folgt:

Strangpressen bzw. Extruder

Stufen
Trommeldurchmesser

Nr.

einfach

3 1/2"

(= 88,90 mm)

Verhältnis Länge : 0 21 Steigungswinkel der Schnecke Erste Sehneckenstufe

Gangtiefe

0,125 inch (3,175 mm)

Kompressionsverhältnis 4,5 Zweite Schneckenstufe

Gangtiefe -

KompreKsionoverhältnis -

Nr. 2
einfach

Nr. 3 zweifach

3 1/2" 2 1/2"

(= 88,90 mm) (= 63,50 mm) 21 24 quadr.Steigerung ^

0,200 inch
(5,08 mm)

2,8

0,110 inch (2,794 mm)

4,0

0,135 inch (3,43 mm)

3,7

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Die Schnecke für den zweistufigen Extruder besaß eine Spielblase

mit einer Stärke von 30 mils (=7,62 mm) am Ende des ersten Messbereichs; die

Aufnahme für die Gasinjektion befand sich in der Extrudertrommel, und zwar direkt im Anschluß an diese Stelle.

	KaIa nder	Nr. 2
	Nr. 1	4 Walzen.vertikal
Typ	2 Walzen.vertikal	einzeln
Walzenantrieb	einzeln	einzeln
Walzenheizung	einzeln	8"
Walzendurchmesser	12»	16«
Walzenfläche	24"

Beispiel 1

Dieses Beispiel verdeutlicht das Kalanderschichten

von Pappmaterial mit Polyäthylen niedriger Dichte, und zwar an zwei Seiten bei HindurchfUhrung durch eine einzelne Walze.

Das verwendete Polyäthylenharz besaß eine Dichte von 0,924,

Gew. einen Schmelzindex von 4,0 und enthielt 0,1/% eines Anti-

Gew.
oxydierungsmittels und 0,2/% eines Walzengleitmittels. Das

Rollenmaterial war gebleichter Karton mit einem Gewicht von 235 lbs/Rienf= 106,6 kg.J .

Bei dem Versuch wurde der Extruder Nr. 3 verwendet, der mit dem Kalander Nr. 1 durch einen Extrudier- Kalander mit einem

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mittleren Schlitz gemäss Figuren 3 und 4 verbunden war. Die Vorrichtung wurde unter folgenden Bedingungen betrieben:

Trommeltemperaturen, von hinten nach vorn, 145°C,

2O5°C, 26O°C, 32O°C

Schmelztemperatur 31O°C

Schmelzdruck (vor den Ventilen) 1.000 psi (= 70 kg/cm )

Presstemperatur 250⁰C

Drehgeschwindigkeit der

Schnecke - 150 u/min

Durchflussrate 147 lbs/hr (= 66,7 kg/h)

Der Kalander wurde unter folgenden Bedingungen betrieben:

Walzentemperatur, obere Walze, 22°C

Walzengeschwindigkeit,

obere Walze 850 feet/min (=4,318 m/sec)

Walzentemperatur, untere Walze, 25°C

Walzengeschwindigkeit

untere Walze, 900 feet/min (=4,570 m/sec)

Unter diesen Bedingungen wurden sehr gleichmäßige Polyäthylenbeschichtungen mit einer Stärke von 0,5 - I₁5 mils (= 0, 125 bis 0, 375 mm) bzw. etwa 5-20 lbs/Ries (= 2,27-9,07 kg/Ries) mit ausgezeichneter Anhaftung an die Pappe hergestellt. Die Schichtstärke an jeder Seite konnte ohne weiteres durch die den Extruder

Presse

und Jede der Leitungen der verbindenden Ventile Justiert werden.

Mit Polyäthylen beschichtete Pappe der beschriebenen Art kann

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auf vielfache Weise für Verpackungen verwendet werden, beispielsweise zum Herstellen von Milchkartons. Das Papier bzw. der Karton kann vor dem Beschichten bedruckt werden, oder der fertige Schichtkörper kann anschliessend bedruckt werden. Die PoIyäthylenbeSchichtungen machen die Pappe undurchlässig für Flüssigkeiten und Wärme abdichtbar. Schichtkörper dieser Art wurden bisher durch aufeinanderfolgendes Beschichten beider Seiten der Pappe hergestellt, wie weiter oben beschrieben.

Beispiel2

Dieses Beispiel verdeutlicht das Kalanderschichten eines Materials _mit biegsamen PVC-BeSchichtungen an beiden Seiten, wobei ein standardmäßiger 4-Walzen-Kalander verwendet wurde. Der verwendete biegsame Polyvinylchlorid - Ansatz besaß folgende Bestandteile:

Bestandteile Handels- Hersteller

bezeichnung

PVC-Harz	QYNA	ERL-2774	Union	Curbide	48,0
Harz- Modifikator Cycolac L Di(2-Äthylhexyl)phthalat DOP Ba/Cd-Stabilisator	Mark C	Marbon Union	Chemie Carbide	10,0 38,6 1,3
Expoxy-Stabilisator	—	Union	Carbide	1,5
organisches Phosphit	Argus	Chem.	0,4
Stearinsäure	—		0,2

100,-

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Bei einer Schmelztemperatur von 180⁰C besaß diese Zusammensetzung folgende Parameter der Schmelzviskosität: Co= 2,3 und η = -0,65.

Das verwendete Material wurde aus einer 7O/3O?oigen Mischung aus Dynel/Vinyon HH-Stapelfaser hergestellt (Dynel = Faser aus copolymerem Vinylchloridacrylonitril; Vinyon HH » Faser aus copolymerem Vinylchloridvinylacetat). Das Gewicht des Materials betrug 4 oz/sq. (= 135,6 g/m²), die Webart war glatt, und es wurden 55-60 Stiche pro inch (= ca. 22-24 Stiche pro cm), und zwar sowohl in der Kett- wie in der Schußrichtung erreicht.

Die verwendete Grundausrichtung war der weiter oben beschriebene Kalander Nr. 2. Das Kalandderschichten wurde wie in Fig. 5 beschrieben durchgeführt.

Der PVC-Ansatz wurde in einer Mischvorrichtung gemischt und anschliessend in einem Banbury-Mischer plastifiziert, der eine Kapazität von 4 pounds (= 1,81 kg) besaß. Sodann wurde der Ansatz in eine Zweiwalzenmühle gegeben (die Walzen besaßen Temperaturen von 180°C), von welcher die gewalzten Heissbogen den Kalanderwalzen 11,12 und 13,14 zugeführt wurden. Der Kalander wurde wie folgt betrieben:

Walze Nr.	Temperatur in C	Umdrehungs	(= m/sec)
			0,12
		geschwindigkeit	0,15
11	175	in feet/min	0,15
12	130	22	0,13
14	140	30
13	173	30
	309835/1004	25

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Das Material wurde durch den mittleren Schlitz des Extruders 10 durchgeführt, nachdem es durch Passieren einer Heißwalze mit einer Oberflächentemperatur von 135°C vorerwärmt war. Das Beschichten des Materials an beiden Seiten mit biegsamem PVC in einer Stärke von 15 mils (= 3»81 mm) wurde im Walzenspalt 12,14 durchgeführt. Der fertige Schichtkörper wurde durch eine an die Kalanderwalze 14 anstoßende geprägte Abstreifwalze geprägt und anschliessend durch Hindurchführen über eine Reihe von Kühlwalzen auf Zimmertemperatur heruntergekühlt.

Der erhaltene Schichtkörper zeigte eine hervorragende Bindung der Vinylbeschichtung an das Material und eine sehr einheitliche Beschichtungsstärke an beiden Seiten des Materials. Der beschriebene Schichtkörper kann im Vakuum ausgebildet werden, wobei die Verstärkung des Materials und das geprägte Oberflächenmuster gut erhalten bleiben. Schichtkörper dieser Art werden . ^ ......

handelsüblich für Autoraobilpolsterungen, nichtzerdrück-

verwendet. bares Spielzeug Regenmäntel usw/ Bisher wurden Schichtkörper dieser Art durch sehr kostspielige Verfahren hergestellt, bei denen das Material zwischen Bogen von vorkalandttertem Vinylmaterial nachbeschichtet wurde, wobei oft Schichtkörper erhalten wurden, die eine sehr geringe Adhäsionsfähigkeit aufwiesen und die geprägten Oberflächenmuster nach dem Ausbilden im Vakuum in unzureichender Weise gehalten haben.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird das KalanoÄei—schichten einer Metallainetßtoff-Verbindung beschrieben, die entweder drei Metall-

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folien und zwei Kunststoffschichten oder zwei Metallfolienschichten mit einer einzelnen Lage von Kunststoff miteinander verbindet.

Bei diesem Experiment wurde Polyäthylen verwendet, das eine Dichte von 0,96, einen Schmelzindex von 8,0 besaß und 0,1 Gew.% eines Antioxidierungsmittels aufwies. Es wurde eine Aluminiumfolie verwendet (2S Aluminiumfoil), die eine Stärke von 2,5 mil (= 0,635 mm) besaß, und die vor der Aufschichtung mit SuIfochromat behandelt worden war, um ein ausreichendes Anhaften an das Polyäthylen zu gewährleisten.

Es wurde der Extruder Nr. 2 verwendet, der mit der Kalandrier- -einrichtung Nr. 1 durch eine Presse mit zwei Leitungen und einem mittleren Schlitz verbunden war (vgl. Fig. 3 und 4).

Der Extruder arbeitete unter folgenden Bedingungen:

Trommeltemperaturen, von hinten nach vorn,

15O°C/16O°C/17O°C/175⁰C

Schmelztemperatur 200°C

Schmelzdruck (vor dem Ventil) 2000 psi (= 141 kg/cra )

Presstemperatur 190°C

Drehgeschwindigkeit der

Schnecke 120 U/min

Durchflussrate 250 pounds/hr (= 113,40 kg/h)

Der Kalander wurde unter folgenden Bedingungen betrieben:

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Walzentemperatur, obere Walze, 14O°C Walzentemperatur, untere Walze, 15O°C.

Die Extruder-Kaland-rereinrichtung war. entsprechend den Fig. ■3 und· h zusammengesetzt ,wobei drei Aluminiumfolien in den Walzenspalt geführt wurden, nämlich eine mittlere Folie 32 und zwei Mussere Folien 36 und 38. Die Walzenspaltöffnung und die Walzengeschwindigkeit wurden so variiert, daß Schichtkörper mit variierenden Gesamtstärken von 15 mils bis 150 mils (= 3»81-38,10 mm) hergestellt wurden. Die Zufuhr der mittleren Folie 32 wurde unterbrochen, der Schlitz 30 der Presse wurde mit einem Einsatzstück geschlossen, und es wurden Schichtkörper ohne die mittlere Folie bzw. Bahn mit derselben Stärke hergestellt, und zwar durch Justieren des Walzenspaltes und der Walzengeschwindigkeit, ohne die Arbeitsweise des Extruders zu verändern.

-Der auf diese Weise hergestellte Schichtkörper aus Aluminium und Polyäthylen ist im Austausch für Metallfolien zu verwenden, und zwar bei vielen Anwendungen im Zusammenhang mit Prägestanzen und

bzw.Rohrarbeiten.
Leitungs- /Das Material ist leichter und wirtschaftlicher als ähnliches aus Metall bestehendes Material. Bisher wurden Schichtkörper dieser Art durch Press-Schichten oder durch aufeinanderfolgendes Schichten hergestellt, wozu Ausrüstungen erforderlich waren, die kostspieliger und komplexer sind als die hier beschriebenen.

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Beispiel 4

Dieses Beispiel beschreibt das Kaland-ferschichten einer Polypropylenzusammensetzung, die mit Glasfasern verstärkt ist und aus zwei Kunststoffschichten und drei mit Glasfasern verstärkter /DesxeKffⁿund die durch Hindurchführen durch einen einzelnen Walzenspalt hergestellt wird.

Das verwendete Polyprop'ylenharz besaß eine Dichte von 0,905 (ASTMD-792-50) und einen Fließindex von 3,5 Dezigramm/min, bei 23O°C und 44 psi (= 3,08 kg cm³) (ASTM D-1238). Die verwendete Glasfaser war ein kontinuierliche. Fädenglasmatte mit einem Gewicht von 1,5 oz/ft² (= 45,755 g/dm²). Die Matte

'. wurde aus Ε-Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,3 mils (= 0, 762 mm) hergestellt.

Die Ausrüstung und die Anordnung entsprachen dem Beispiel Nr. 3·

Der Extruder arbeitete unter folgenden Bedingungen:

Trommeltemperaturen,

von hinten nach vorne, 180^oC/200°C/220^oC/230°C

Schmelztemperatur 240⁰C

Presstemperatur 220°C

Schmelzdruck ■

(vor den Ventilen^) 2000 psi (= 141 kg/cm²)

Ventilbereich Justiert

Durchflussrate 210 lbs/hr (= 95,254 kg/h).

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Der Kalander arbeitete unter folgenden Bedingungen:

" Obere Walze, Temperatur, 15O°C

Obere Walze, Geschwindigkeit 10 feet/min (=O,O51Om/sec)

Untere Walze, Temperatur, 16O°C

Untere Walze, Geschwindigkeit, 11 feet/min (=0,051 m/sec)

Die Ausrüstung war so verschraubt, daß die Glasmatte/lurch den mittleren Schlitz 32 der Presse wie auch längs jeder Walzenoberfläche 36 und 38 zugeführt wurde. Die Walzenspaltenöffnung und die Anordnung der Presse wurden Justiert, so daß ein fertiger Schichtkörper entstand, der eine Stärke von 90 mils (s 22,86 mm) besaß und etwa 50 Gew.% Glas enthielt.

Der erhaltene Schichtkörper besaß gute Befeuchtungseigenschaften und eine gute Durchlässigkeit des Harzes in der Glasmatte durch den Kunststoff, trotz der verhältnismässig hohen Schichtungsrate für diese Art von Material. Als Ergebnis der Schichtung zeigten die Glasmatte praktisch keine Verzerrung.

Thermoplastische Schichtkörper dieser Art finden im Automobilbau und als Möbelteile Verwendung. Wenn derartige Schichtkörper durch Vorerwärmen erweicht werden, so können sie, ähnlich.wie Metallbahnen, durch Kaltprägen in dreidimensionale Formen gebracht werden, und zwar bei hohen Raten und gewöhnlich mit einfacheren Werkzeugen, als dies für Metallprägen erforderlich ist. Die derzeitigen Verfahren zum Herstellen derartiger Schichtkörper

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bestehen im Plattenschichten in hydraulischen Pressen oder in Bandschichten bei niedrigen Drücken. Beide Verfahren sind sehr teuer und schwierig im Vergleich mit dem direkten Verfahren nach der Erfindung zum Herstellen von kontinuierlichen Schichtkörpern.

Beispiel 5

Dieses Beispiel beschreibt das Schichten durch Kalandileren von formbeständigen PVC-Schichtkörpern mit einem verschäumten Kern, auf die nicht poröse Beläge aus derselben Zusammensetzung aufgetragen sind, und zwar durch Hindurchführen durch eine einzelne Walze.

Der -verwendete Vinyl	- Ansatz	besaß die folgenden	Kompo
nenten:
Komponenten	Handelsname	Hersteller	%
PVC-Harz	QSQH-7	Union Carbide	94,5
Harzmodif Jkator	KM-120N	Rohm & Haas	2,-
Stabilisierungs mittel	TM-181	Advance	1,-
Gleitmittel	Ca-stearat	-	1,-
η	Wax C	Hoechst	0,5
Verblasungsmittel	Celogen AZ	US-Rubber Co	100,-

QSQH ist ein Vinylchloridäthylen -Copolymerisat ,das etwa 1 % Äthylen sowie eine inherente Viskosität von 0,78 (0,2 g in 100 ml Cyclohexanon bei 30⁰C ) besitzt.

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Es wurden zwei Extruder Nr. 2 in der Kombination mit der Kalandiereinrichtung Nr. 1 verwendet. Die Grundausrüstung war verbunden durch eine dreiströmige Presse (Siehe Fig. 6 und 7).

Einer der Extruder wurde verwendet, um einen expandierbaren mittleren Strom des oben genannten Ansatzes durch die mittlere Leitung 30 des Extruders 10 zuzuführen, während der andere Extruder denselben Ansatz ohne das Verblasungsmittel durch die äusseren
Leitungen 13 und 16 der Presse zuführte. Die Extruder arbeiteten beide unter folgenden Bedingungen:

Walzentemperaturen,

von hinten nach vorne,

Schmelztemperatur Schmelzdrücke

(vor dem Ventilbereich)

Presstemperatur Ventilbereiche Durchflussraten

145°C/15O°C/15O°C/145⁰C 17O°C

1000 ρsi (= 70 kg/cnr) 16O°C

justiert 150 lbs/hr (= 68,039 kg/h)

Der Kalander arbeitete unter folgenden Bedingungen:

Obere Walze, Temperatur, 150°C

Obere Walze, Geschwindigkeit 40 feet/min (= 0,203m/see)

Untere Walze, Temperatur, 16O°C

Untere Walze, Geschwindigkeit, 42 feet/min (= 0,210 m/sec)

Der austretende Bogen besaß einen gleichmässig verschäumten Kern in einer Stärke von etwa 55-60 mils (= 13,97-15,24 mm) und

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einheitliche, nicht verschäumte Beläge von etwa 10 mils Stärke (= 2,54 mm). Durch Einstellen der Ventile an einer oder beiden

Seiten des Extruders, konnte das Stärkeverhältnis zwischen äusserer Schicht
/ und verschäumtem Kern ohne weiteres auf einfache Weise variiert werden. In ähnlicher Weise konnte die Gesamtstärke des heraustretenden Schichtkörpers ohne weiteres durch vergleichbare Einstellungen in der öffnung des Walzenspaltes und den Geschwindigkeiten der Walze variiert werden.

Bretter aus verschäumtem, formbeständigem PVC sind als nicht brennbare Bretter und Material im Bau- und Transportgewerbe anwendbar. Der cellulare Kern verringert Gewichts- u.Herstellungskosten und gewährleistet wertvolle Isoliereigenschaften. Die fe-

/ bietet

stfeäußere Schicbtj&inen hervorragenden Widerstand gegen Verschleiss sowie eine gute Oberfläche zum Bedrucken, zur dekorativen Beschichtung oder zum gleichzeitigen bzw. nachträglichen Prägen. Schichtkörper mit verschäumtem Kern dieser Art konnten bisher nur unter grossen Schwierigkeiten hergestellt werden, außer durch nachträgliches Schichten von Schaumstoffen und Folienmaterial.

Beispiel 6

Dieses Beispiel beschreibt Kalanderschichten von Folienmaterial aus Polyamid mit einem verschäumten Kern, das mit gehackten Glasfasern verstärkt ist und eine nichtporöse Haut derselben Zusammensetzung aufweist.

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Der verwendete Ansatz aus Polyamid und Glas war wie folgt zusammengesetzt:

Komponenten

Nylon 6

Antioxidierungsmittel

Gleitmittel

gehackte
Glasfaser

Handelsübliche Bezeichnung

8203 C Aminox

Flexamine

Stearinsäure

OCF 411 (1/4")

Hersteller

Allied Chemical

US Rubber Co

Owens-Corning
Fiberglas

88,7 0,5

0,5 0,3

10,-100,—

Es wurde dieselbe Ausrüstung wie im Beispiel 5 verwendet, und

zwar mit dem Extruder Nr. 3. Beide

Extruder wurden unter folgenden Bedingungen betrieben:

'Walzentemperatur, von hinten nach vorn, 235°C/240^oC/240^oC/240°C Schmelztemperatur 145°C

Presstemperatur 240°C

Schmelzdruck (vor den Ventilen) 1500 psi (» 1o5 kg/cm ) Ventilbereich justiert

Durchflussrate 87 lbs/hr (= 12,247 kg/h).

170°C

Der Kalander wurde unter folgenden Bedingungen betrieben:

Obere Walze, Temperatur, Obere Walze, Geschwindigkeit, Untere Walze, Temperatur,

Untere Walze, Geschwindigkeit, . 10,5 feet/min («0,05 m/sec)

10,0 feet/min(= 0,050m/sec)

180⁰C

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Nach dem Herstellen der richtigen Arbeitsbedingungen für die Werkzeug-/Kombination aus Extruderpresse und Kalander wurde ein fester Bogen mit einer Stärke von etwa 30-35 mils (= 7,62 - 8,89 mm) durch Verbinden der Schmelzströme durch Leitungen 13, 16 und in dem Kalanderspalt hergestellt. Die Gaseinlassöffnung an dem Extruder, die die mittlere Leitung 30 bediente, wurde anschliessend an einen nitrogenen Zylinder angeschlossen und Nitrogen wurde in die Extrudertrommel eingelassen, und zwar mit einem Druck von 500 psi (=35 kg/cm ). Der aus der Walze austretende Bogen besaß nun eine Mittelschicht mit einem verschäumten Kern mit einer Stärke von etwa 40 mils (= 10,16 mm), die von zwei festen Schalen umschlossen war, die eine Stärke von etwa 7-8 mils (= 1,78 - 2,o3 mm) besaßen. Wie in dem vorherigen Beispiel war

das Verhältnis zwischen verschäumten Kern und Schale justierbar, und zwar durch Variieren der Ventileinstellungen an einem oder beiden Extrudern. Ebenfalls konnte, wie vorher, durch Justieren der Walzengeschwindigkeit und der öffnung des Spaltes die Gesamtstärke des Schichtkörpers mit dem verschäumten Kern variiert werden. Infolge der Einstellbarkeit des Betrages von ver-

auch fügbarem Gas zum Expandieren, war jedoch/das Expandierverhältnis des verschäumten Kerns ohne weiteres variierbar, und zwar durch die Einstellung des Drucks an dem an den Extruder angeschlossenen nitrogenen Ventil. Es waren bemerkenswerte Variierungen in dem Expandierverhältnis möglich, ohne daß die Zellstruktur des Schaumes beeinträchtigt wurde.

Mit Glas verstärkte Nylonplatten mit einem verschäumten Kern sind steife, starke und zähe Platten, die in der Industrie eine viel-

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eeitige Verwendung finden können, insbesondere dort, wo eine hohe Temperatur-Formbeständigkeit wichtig ist. Beispiele sind Ersatz für Sperrholz und andere zusammengesetzte Platten, wie sie Jetzt für Transportcontainer, Lastwagen-Karosserien u.a.

verwendet werden. Diese Art von Platten konnten bisher nur unter

en
Schwierigkeit/und in wenig ökonomischer Weise hergestellt werden.

Beispiel 7

Dieses Beispiel beschreibt Kalanderschichtung von Bahnenmaterial mit verschäumtem Kern aus Polystyrol mit einer nichtporösen Oberflächenhaut aus mit Kautschuk modifiziertem schlagfestem Polystyrol.

Die für den Schmelzstrom (Leitung 30) des^verschäumten Kerns verwendete Polystyrolzusammensetzung besaß eine Schmelzviskosität von(i60°C), bei einer Abgaberate von 5»8 lbs/sek/in (Co) (= 1,70 kg/sek./cm ) und einem Fließgesetzexponenten von - 0,74 (n). Die Polystyrolperlen wurden in n-Pentan eingetaucht und zwar vor der Anwendung in einer Endkonzentration von 5 Gew.-%.

zierte
Das mit Kautschuk modifi- und für den äusseren Schmelzfluss

(Leitungen 13 und 16) verwendete Polystyrol besaß einen Co-Wert

von 9,2 und einen η-Wert von -0,78 (16O°C). Das mit Kautschuk erte

modifizi-Polystyrol wurde in seiner ursprünglichen Zusammensetzung verwendet, d.h. ohne weitere Behandlung mit Pentan.

Die verwendete Ausrüstung entsprach der des Beispiels 5 unter Verwendung des Extruders Nr. 2, um einen Strom von expandier-

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barem Polystyrol für die mittlere Leitung 30 herzustellen.und ein Extruder des Typs Nr. 1 wurde verwendet, um die Ströme von schlagfestem Polystyrol für die äusseren Leitungen 13 und 16 vorzusehen.

Die Extruder wurden unter folgenden Bedingungen betrieben:

Trommeltemperatur, hinten Trommeltemperatur, mitte (1) Trommeltemperatur., mitte (2) Trommeltemperatur, vorne Schmelztemperaturen Presstemperaturen
Ventilbereich
Durchflussraten

Extruder Nr.2 Extruder Nr. 1

125°C	130⁰C
15O⁰C	140⁰C
145°C	150°C
125°C	155°C
135°C	150⁰C
125°C	140⁰C
offen	justiert
100 lbs/hr	50 lbs/hr
45,36 kg/h	22,68 kg/h )

Der Kalander wurde unter folgenden Bedingungen betrieben:

Obere Walze, Temperatur, Obere Walze, Geschwindigkeit, Untere Walze, Temperatur, Untere Walze, Geschwindigkeit,

110°c 2 feet/min (=0,001 m/sec)

115°C 2feet/min (=0,001 m/sec)

Der von dem Kalander abgegebene Bogen besaß eine Gesamtstärke (nach dem völligen Expandieren) von 0,280 inch (= 7,1 mm) mit einem verschäumten Kern und zwei äusseren Schichten mit einer Stärke von etwa 20 mils ( = 5,08 mm). Der zentrale Zellbereich des Styrol-

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homopolymerisate besaß eine einheitliche Porenstruktur.. Die äusseren Lagen des mit Kautschuk modifi-^{2 er} ^Aystyrols besaßen keine Perforationen und eine hervorragende Oberflächenerscheinung.

Styrolhomopolymerisat ist normalerweise ein sehr brüchiges Material. Wenn dieses jedoch, wie in diesem Beispiel beschrieben, bei niedrigen Temperaturen expandiert wird, so entwickelt

rung
es infolge der Orient ie- beträchtliche Zähigkeit. Andererseits

Schicht

würde eine unorlentierte - aus Polystyrol sehr brüchig bleiben und somit die Verbesserungen in der Zähigkeit negieren, die infolge der Orientierung des verschäumten Kerns erreicht wurden. Diese allgemein bekannte Schwierigkeit wird hier umgan-

tes gen, indem mit Kautschuk modifizier- Polystyrol verwendet wird,

das eine gute Zähigkeit in unorientiertem Zustand aufweist.

Schichtkörper dieser Art aus Polystyrol sind für viele Anwendungsgebiete erwünscht, weil sie die niedrigen Kosten von Polystyrol und die guten Eigenschaften von mit Kautschuk modifiziertem Polystyrol aufweisen. Im Gegensatz zu früheren Schichtungsver fahren ist das Verfahren nach der Erfindung sehr einfach unwirtschaftlich, so daß neue Kombinationen aus bekannten Materialien zu optimalen Leistungen und Kosten zusammengefasst werden können, wie sie in diesem Beispiel beschrieben sind.

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Claims

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23.Februar 1973 Union Carbide Corp. Case 7783

Gu/gm

Patentansprüche

Verfahren zum Kalandrieren von geschichtetem Kunststoffmaterial, wobei Ströme von fließfähigem Kunststoff und geschichtete Bahnen durch den Walzenspalt eines Paares von Gegendreh-Kaland—erwalzen geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Stauen des Ausstoßvolumens über die Breite und zwischen dem Paar von Kalanderwalzen gehalten wird, wobei die am meisten stromab gelegene Projektion der Staueinrichtung derart angeordnet wird, daß die sonst zwischen dem Paar von Kalanderwalzen 'stromauf des Walzenspaltes durch Auswählen der KalandtLerbedingungeh ausgebildete Materialbank wenigstens durchdrungen wird, und daß Ströme des Kunststoffmaterials der öffnung des Walzenspaltes an jeder Seite der Staueinrichtung zugeführt werden, während gleichzeitig wenigstens eine geschichtete Bahn zwischen den Strömen des polymeren Materials zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als geschichtete Bahn ein Strom eines verschäumbaren Reaktionsmittels vorgesehen wird, das eine verschäumte Kunststoff-Kernschicht ausbildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschichtete Bahn dem Walzenspalt des Kalanders durch die Staueinrichtung zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Staueinrichtung symmetrisch ausgebildet und quer über die Breite des Paares von Kalanderwalzen angeordnet

' wird.

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5. Kontinierliehes Verfahren zum direkten Extrudier-Kalandiieren von geschichteten Polymerisaten, dadurch gekennzeichnet, daß durch Extrudieren zwei getrennte, kontinuierliche Ströme von geschmolzenem, fließfähigem polymerem Material ausgebildet werden, ferner, daß ein Kalander mit einem Paar von Gegendrehwalzen sowie eine Einrichtung zum Stauen des Ausstoßvolumens quer über die Breite und zwisehen dem Paar von Kalanderwalzen vorgesehen wird, wobei die am meisten stromab gelegene Projektion der Staueinrichtung derart angeordnet wird, daß die sonst zwischen dem Paar von Kalanderwalzen stromauf des Walzenspaltes durch Auswählen der Kalandlierbedingungen ausgebildete Materialbank wenigstens durchdrungen wird, und daß die beiden getrennten Ströme bzw. Bahnen aus polymerem Material den Kalanderwalzen an gegenüberliegenden Seiten der Staueinrichtung zugeführt werden, während eine geschichtete Bahn durch die Staueinrichtung dem Walzenspalt zwischen den Strömen des Polymerisats zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Staueinrichtung symmetrisch ausgebildet wird und über die Breite des Paares von Kalanderwalzen angeordnet wird.
7. Vorrichtung zum Kalandieren von geschichteten Polymerisaten, gekennzeichnet durch ein Paar von zylindrischen Gegendreh-Kalanderwalzen (12,14), die zwischen sich einen. Walzenspalt definieren, ferner durch eine über der Breite und zwischen dem Paar von KalanoV-erwalzen angeordnete Einrichtung (10) zum Stauen des Ausstoßvolumens, die sich in den Bereich zwischen dem Paar von Kalanderwalzen derart erstreckt, daß die sonst zwischen dem Walzenpaar (12,14) stromauf des Walzenspaltes durch Auswählen der Kalandrierbedingungen ausgebildete Materialbank wenigstens durchdringbar ist, wobei die Staueinrichtung einen axialen Schlitz (30) quer über ihre Breite zur Zufuhr einer Bahn aus geschichtetem Material zu dem Walzenpaar (12,14) aufweist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des KalendCerwalzen-Paares (12,14) gleich ist und daß die Staueinrichtung (10) einen symmetrischen Querschnitt besitzt und bezüglich des Walzenpaares symmetrisch angeordnet ist.
9. Vorrichtung zum direkten Extrudier-Kalandieren von geschichteten Polymerisaten, gekennzeichnet durch eine Bogen-Extrudiereinrichtung zum Herstellen von zwei Bogen aus extrudiertem Polymerisat, einem Paar von zylindrischen Gegendreh-Kaland^erwalzen (12,14), die zwischen sich einen Walzenspalt definieren, und durch eine Einrichtung (10) zum Stauen des Ausstoßvolumens, die über die Breite und zwischen dem Paar von Walzen (12,14) vorgesehen ist, und die sich in den Bereich zwischen dem Walzenpaar derart erstreckt, daß die sonst zwischen dem Walzenpaar stromauf des Walzenspaltes durch Auswählen der Kalandierbedingungen ausgebildete Materialbank wenigstrens durchdringbar ist, und daß ein axialer Schlitz(30) über die Breite der Einrichtung (10) zum Zuführen einer Bahn aus geschichtetem Material durch die Kalanderwalzen vorgesehen ist, wobei zwischen der Staueinrichtung (10) und Jeder der Kalanderwalzen (12,14) soviel Spiel vorgesehen ist, daß der nicht gestaute Durchfluß jeder der beiden Ströme von extrudiertem Polymerisat frei dazwischen hindurchfUhrbar ist und mit der Bahn aus geschichtetem Material im Anschluß an das Hindurchführen durch den Walzenspalt verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius jeder der Kalanderwalzen (12,14) gleich ist, und daß die Staueinrichtung (10) einen symmetrischen Querschnitt besitzt und bezüglich des Walzenpaares (12,14) .symmetrisch angeordnet ist.

Der Patentanwalt:

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3?

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