DE2327512A1 - PROCESS FOR EXTRUSION OF FOAM-CAPABLE THERMOPLASTIC POLYMERIZATES - Google Patents
PROCESS FOR EXTRUSION OF FOAM-CAPABLE THERMOPLASTIC POLYMERIZATESInfo
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
DR.-ING. VOW KR21SLER DR.-ING. SCHÖN WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES UiPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM-CAROLAKELLER DR.-ING. KLDPSCH DIPL.-ING. SELTINGDR.-ING. VOW KR21SLER DR.-ING. BEAUTIFUL FOREST DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES UiPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM-CAROLAKELLER DR.-ING. KLDPSCH DIPL.-ING. SELTING
- KÖLN 1, DEICHMANNHAUS 2327512 - COLOGNE 1, DEICHMANNHAUS 2327512
Köln, den 28.Mai 1973 ■ Fu/Ax/BtCologne, May 28, 1973 ■ Fu / Ax / Bt
Verfahren_zum_Strangpressen von schäumfähigen thermoplastischen PolymerisatenProcess_zum_Strangpressen of foamable thermoplastic Polymers
Es ist bekannt, stranggepreßte Profile aus Schaumstoffen mit hohem Raumgewicht für Gegenstände wie Bilderrahmen, Formteile * oder-Fenster- und Türrahmen herzustellen. Die mechanischen. Eigenschaften und der Griff von Schaumstoffen mit liohern Raumgewicht können so eingestellt werden, daß sie den entsprechenden Eigenschaften von Holz sehr nahe kommen, und das Polymerisat.kann in geeigneter Weise gefärbt werden, um dem Holz zu gleichen.It is known to manufacture extruded profiles made of foams with a high density for objects such as picture frames, molded parts * or window and door frames. The mechanical. properties and the handle of foams with a low density can be set to match the appropriate Properties of wood come very close, and the Polymerisat.kann be colored in a suitable way to the wood same.
Für das Extrudieren von Schaumstoffen mit hohem Raumgewicht wurde unter anderem ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Schaumstoff aus einem Profilspritzwerkzeug unmittelbar in einen Profil formkasten oder eine Kaiibriereinrichtung extrudiert wird, um die Außenabmessungen einzustellen. Das Spritzwerkzeug hat einen massiven Kern, so -daß während der Ausdehnung des Polymerisats in der Kaiibriervorrichtung die Außenabmessung durch die Kalibriervorrichtung begrenzt wird und der Kunststoff sich nach innen ausdehnt und hierbei den durch den Kern des Spritzwerkzeugs gebildeten Hohlraum ausfüllt. Bei einem solchen Verfahren wird ein -ungleichmäßiges Produkt erha]ten, bei dem die Mitte des Profils ein niedrigeres Raumgewicht und viel größere Zellen, als dies erwünscht ist, aufweist.For the extrusion of foams with high density, inter alia, a method has been proposed in which the Foam from a profile injection mold directly into one Profile molding box or a Kaiibrieinrichtung extruded to set the external dimensions. The injection mold has a solid core, so that the external dimension during the expansion of the polymer in the calibration device is limited by the calibration device and the plastic expands inward and fills the cavity formed by the core of the injection molding tool. With such a Process will result in an uneven product in which the center of the profile has a lower density and much larger cells than is desired.
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Die Verwendung von Kalibriereinrichtungen, die mit Abstand vom Spritzwerkzeu3 angeordnet sind, ist bei Profi]anlagen,, mit denen feste thermop]astische Polymerisate extrudiert werden, wohlbekannt. Diese Ka]ibriervorrichtungen dienen zur Einstellung der Außenabmessungen des Profils während der Härtung des Polymerisats und haben im allgemeinen einen ähnlichen Querschnitt wie die Düse. Bei Anwendung dieses Systems auf die Herstellung von Profilen aus Schaumstoff mit niedrigem Raumgewicht läßt man den Kunststoff beim Austritt aus dem Spritzwerkzeug und vor dem Eintritt in die Kalibriervorrichtung ungehindert ausschäumen. Dies dient einfach dazu, dem Profil die äußere Form zu geben- Eine geringe Zusammendrückung ist unvermeidlich, aber unerwünscht/ da das Ziel die Herstellung eines Produkts mit niedrigem Raumgewicht ist. Diese Zusammendrückung ist nur gering und bewirkt eine Erhöhung des Raumgewichts des Produkts um 3 6,02 bis 32,04 kg/m5.The use of calibration devices which are arranged at a distance from the spraying tool is well known in professional systems with which solid thermoplastic polymers are extruded. These calibration devices serve to adjust the external dimensions of the profile during the curing of the polymer and generally have a cross-section similar to that of the nozzle. When using this system for the production of profiles from foam with a low density, the plastic is allowed to foam unhindered as it exits the injection molding tool and before it enters the calibration device. This is simply to give the profile its external shape - a small amount of compression is inevitable, but undesirable / since the aim is to produce a product with a low density. This compression is only slight and increases the density of the product by 36.02 to 32.04 kg / m 5 .
Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Strangpressen von Schaumstoffen mit hohem Raumgewicht.The invention relates to an improved process for the extrusion of foams with a high density.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Strangpressen von. schäumfähigen thermoplastischen Polymerisaten ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein schäumfähiges thermoplastisches Polymerisat durch eine Spritzform extrudiert, das Polymerisat aus der Spritzform heraus auf ein Raumgewicht^ von wenigstens l60,2 kg/nr expandieren läßt und das Polymerisat, während es.noch im heißen erweichten Zustand ist, so in eine Kalibriervorrichtung preßt, in der das Polymerisat erhärtet, daß sein Raumgewicht im geschäumten Zustand um wenigstens 48,06 kg/nr erhöht wird.The method according to the invention for extrusion of. foamable thermoplastic polymers is thereby characterized in that one is a foamable thermoplastic Polymer extruded through an injection mold, the polymer out of the injection mold to a density ^ of at least 160.2 kg / nr can expand and the polymer, while it is still in the hot, softened state, press it into a calibration device in which the polymer hardens, that its density in the foamed state is increased by at least 48.06 kg / nr.
Als" thermoplastische Polymerisate kommen alle Thermoplaste infrage, die durch Einarbeitung eines Treibmittels schäum-All thermoplastics come as "thermoplastic polymers" in question, which by incorporating a foaming agent
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fähig gemacht werden können, jedoch wird vorzugsweise Polystyrol verwendet. Das Polymerisat kann dem Extruder in Form von schäumfähigen Perlen, die eiri Treibmitte] enthalten, zugeführt werden, oder ein Treibmittel kann unmittelbar in das Polymerisat während des Extrudierens gespritzt werden, oder eine Kombination dieser Methoden kann angewandt werden. Um Streifen, simulierte Ho]zmas«rungseffekte und dg], hervorzubringen, können Polymerperlen mit unterschiedlichen Farben dem Extruder zugeführt werden. fcan be made capable, however, is preferred Polystyrene used. The polymer can be sent to the extruder in the form of foamable beads which contain a blowing agent, or a blowing agent can be added directly into the polymer during extrusion be injected, or a combination of these methods can be applied. Around stripes, simulated wood grain effects and dg], polymer beads with different colors can be fed to the extruder will. f
Zahlreiche Treibmittel sind bekannt. Im allgemeinen sind sie Gase oder Flüssigkeiten, die unter normalen Bedingungen flüchtig sind. Geeignet, sind beispielsweise niederealiphatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Chloroform und Methylchlorid, und anorganische Gase,z.B. Stickstoff und Kohlendioxyd. Pentan und Methyl chiorid allein oder in Mischung werden als Treibmittel für Polystyrol bevorzugt. Es ist auch möglich,,ein chemisches Treibmittel, das ein Gas in situ bildet, z.B. Dinitrosopentamethylendiamin oder Bariumazodicarboxylat, zu verwenden.Numerous blowing agents are known. Generally are they gases or liquids under normal conditions are volatile. Lower aliphatic, for example, are suitable Hydrocarbons, e.g. chloroform and Methyl chloride, and inorganic gases, e.g. Nitrogen and Carbon dioxide. Pentane and methyl chloride alone or in Blends are preferred as blowing agents for polystyrene. It is also possible to use a chemical blowing agent that is a Forms gas in situ, e.g. dinitrosopentamethylene diamine or barium azodicarboxylate.
Um gleichmäßige Schaumqualität und feine Zellen zu erreichen, ist es im allgemeinen zweckmäßig, ein Keimbildungsmitte] zu verwenden. Besonders geeignet als Keimbildungsmittel ist ein Gemisch von Citronensäure und Natriumbicarbonat. x In order to achieve uniform foam quality and fine cells, it is generally appropriate to use a nucleating agent]. A mixture of citric acid and sodium bicarbonate is particularly suitable as a nucleating agent. x
Die verwendete Menge des Treibmittels beträgt zweckmäßig 0,2 bis 20$ des Gewichts des Polymerisats. Bei Verwendung von Pentan mit Polystyrol liegt die Menge des Treibmittels vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 5 Gew.-^, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2,0 Gew.-%. Im-allgemeinen ist das Raumgewicht des Schaumstoffs umso höher, je weniger Treibmittel verwendet wird.The amount of blowing agent used is advantageously from 0.2 to 20% of the weight of the polymer. When using pentane with polystyrene, the amount of propellant is preferably in the range from 0.2 to 5% by weight, in particular in the range from 0.5 to 2.0% by weight . In general, the density of the foam is higher, the less blowing agent is used.
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Die zum Strangpressen von geschäumten Thermoplasten üblichen Bedingungen können angewandt werden. Beispielswelse liegt die Temperatur für Polystyrol im Bereich von 105° bis ]90°C. Das Spritzwerkzeüg kann Jedes beliebige gewünschte Profil haben. Das Profil sollte ähnlich sein wie das Profil des gewünschten Endprodukts, jedoch kann die Spritzform einen kleineren Querschnitt haben als das Endprodukt. Es erwies sich als zweckmäßig, eine Lochplatte unmittelbar vor der Spritzform, wo das thermoplastische Material in die Spritzform eintritt, zu verwenden. Die Perforationen können jede beliebige Querschnittsform -haben. Vorzugsweise ist ihre Gesamtquerschnittfläche •geringer als die der Spritzform. .-·..·.. ·The usual ones for the extrusion of foamed thermoplastics Conditions can be applied. Example catfish the temperature for polystyrene is in the range from 105 ° to] 90 ° C. The spray tool can be any desired Have profile. The profile should be similar to the profile of the desired end product, however the injection mold may have a smaller cross-section than the end product. It proved useful to have a perforated plate immediately in front of the injection mold where the thermoplastic Material enters the injection mold to use. The perforations can have any cross-sectional shape -to have. Their total cross-sectional area is preferably • less than that of the injection mold. .- · .. · .. ·
Beim Austritt aus der Düse läßt man das Polymerisat ausschäumen. Diese Ausschäumung findet vorzugsweise ungehindert an der Luft mit oder ohne zusätzliche Kühlung beispielsweise mit Hilfe eines geregelten Luftstroms statt. Die Treibmittel menge und die Strangpressbedingungen sind so einzustellen, daß sichergestellt ist, daß das nach dem Ausschäumen erreichte Raumgewicht größer als l60,2 kg/nr ist und bei geschäumten Polymerisaten, die als Holzersatz verwendet werden sollen, vorzugsweise im Bereich von 320,4 bis 801 kg/nP liegt. Während das Polymerisat sich noch in dem durch Hitze erzeugten erweichten Zustand befindet, wird es in die Kalibriervorrichtung eingeführt, die das Profil und die Abmessungen des gewünschten Fertigprodukts hat. Um eine genügende Ausdehnung des Schaums in einer üblichen Extrusionsanlage, in der der Schaumstoff im wesentlichen waagerecht in Luft bei Umgebungstemperatur extrudiert wird, zu ermöglichen, jedoch die Aushärtung vor dem Erreichen der Kalibriervorrichtung zu verhindern, sollte der Eintritt zur Kalibriervorrichtung zum Düsenaustritt zweckmäßig einen Abstand von 12 bis 900 mm, vorzugsweise von 50 bis 200 mm haben. Dieser Abstand mußAs it emerges from the nozzle, the polymer is allowed to foam. This foaming preferably takes place unhindered in the air with or without additional cooling, for example with the help of a regulated air flow. The amount of blowing agent and the extrusion conditions are to be set so that it is ensured that the after Foaming reached density greater than 160.2 kg / no and in the case of foamed polymers, which are used as wood substitutes should be used, preferably in the range of 320.4 to 801 kg / nP. While the polymer is is still in the heat-softened state, it is inserted into the calibration device, which has the profile and dimensions of the desired finished product. In order for the foam to expand sufficiently in a conventional extrusion line in which the foam Extruding essentially horizontally in air at ambient temperature, however, to allow curing before to prevent reaching the calibration device, should be the inlet to the calibration device to the nozzle outlet expediently a distance of 12 to 900 mm, preferably from 50 to 200 mm. This distance must
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möglicherweise verändert werden, wenn senkrecht nach unten extrudiert wird. Der erforderliche Grad der Zusammendrückung wird erreicht, indem der endgültige Querschnitt der Kalibriervorrichtung kleiner gehalten wird als der maximale Querschnitt, der erreicht wird, wenn der Schaum sich beim Austritt aus der Spritzform ausdehnt. Der Querschnitt der Kalibriervorrichtung kann sich gegebenenfalls von der Eintrittsstelle des Schaumstoffs bis zum endgültigen Querschnitt verjüngen, um den Eintritt des Schaumstoffs zu erleichtern. Die Zusammendrückung muß wenigstens genügen, um das Raumgewicht des Schaumstoffs um 48 kg/m , jedoch vorzugsweise um nicht mehr als l60,2 kg/nr zu erhöhen. Bevorzugt wird eine Zusammendrückung, bei der das Raumgewicht um 64,3 bis 96,1 kg/nr erhöht wird. Die Temperatur der Kalibriervorrichtung wird bei Polystyrol zweckmäßig im Bereich von 25 bis 6o C gehalten.may be changed if straight down is extruded. The degree of compression required is achieved by keeping the final cross-section of the calibration device smaller than the maximum cross-section that is achieved when the foam expands when it exits the injection mold. The cross section the calibration device can optionally from the point of entry of the foam to the final one Taper the cross-section to make it easier for the foam to enter. The compression must at least suffice to increase the density of the foam by 48 kg / m, but preferably by no more than 160.2 kg / nr. A compression in which the volume weight is increased by 64.3 to 96.1 kg / nr is preferred. The temperature the calibration device is useful with polystyrene held in the range of 25 to 6o C.
Vorzugsweise wird eine zweite Kai!tariervorrichtung, die den gleichen Querschnitt wie die erste Kalibriervorrichtung hat, unmittelbar hinter der ersten Kalibriervorrichtung angeordnet und vorzugsweise bei einer niedrigeren Temperatur als die erste Kalibriervorrichtung gehalten. Es ist auch möglich, die Temperatur längs der Kalibriervorrichfung allmählich zu senken. Die Temperatur der zweiten Kalibriervorrichtung oder die Mindesttemperatur der Kalibriervorrichtung liegt für Polystyrol zweckmäßig im Bereich von 0° bis 25°C.A second leveling device, which the same cross-section as the first calibration device has, immediately after the first calibration device arranged and preferably held at a lower temperature than the first calibration device. It is also possible to measure the temperature along the calibration device gradually lower. The temperature of the second calibration device or the minimum temperature of the The calibration device for polystyrene is conveniently located in the Range from 0 ° to 25 ° C.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden gleichmäßige Produkte mit guter Oberflächenbeschaffenheit erhalten. Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.In the method according to the invention, uniform products with a good surface finish are obtained. The invention is further illustrated by the following examples.
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3 0 kg gewöhn]iches A]]zweckpo]ystyro], das 0,5 Gew.-^ n-Pentan enthie3t, wurde 20 Minuten in einem gesch]ossenen Behä3ter mit 49,6 g Natriumbicarbonat und 20 g wasserfreier Zitronensäure gewä]zt. Das erha3tene Gemisch wurde aus einer.Einschneckenpresse mit einem Schneckendurchmesser von 50 mm durch eine bei ]40°C geha]tene Stabspritzform von 19 mm Durchmesser extrudiert. Das .Extrudat wurde einer rohrförmigen Kalibriervorrichtung zugeführt, die einen Durchmesser von 25 mm hatte, mit Wasser auf eine Temperatur von 25°C gekühlt wurde und so angeordnet war, daß3 0 kg habitual A]] purpose po] ystyro], the 0.5 wt .- ^ Containing n-pentane, it was closed in one for 20 minutes Containers with 49.6 g of sodium bicarbonate and 20 g of anhydrous Citric acid spiced. The mixture obtained was from a single screw press with a screw diameter of 50 mm through a rod injection mold held at] 40 ° C 19 mm in diameter. The .extrudate was fed to a tubular calibration device, which had a diameter of 25 mm, with water to a temperature Was cooled from 25 ° C and was arranged so that
ihr .Eintritt .einen. ;A.bs,tand; .von 75 mm. zum Austritt der ( · ■ - -. . . ■ - - ·their .entry. ; A.bs, tand ; .of 75 mm. to exit the ( · ■ - -... ■ - - ·
Spritzform hatte/ Aus der Ka]ibriervorrichtung wurde das Extrudat durch ein Nachküh3bad geführt, das aus Luft und aufgesprühtem Wasser bestand, bevor es über.eine Abzugsvorrichtung einer Schneidvorrichtung zugeführt wurde. Das Produkt hatte eine g3atte Oberfläche, eine gleichmäßige Verteilung der Ze3 3en und ein Raumgewicht von 400,5 kg/nr Das Mindestraumgewicht, das beim Austritt aus dem Extruder erreicht wurde, betrug etwa 320,4 kg/m .Injection mold had / The calibration device became that Extrudate passed through a post-cooling bath consisting of air and sprayed water existed before it was over.a trigger was fed to a cutting device. The product had a smooth surface, a uniform one Distribution of cells and a density of 400.5 kg / no The minimum density that was reached on exit from the extruder was about 320.4 kg / m 2.
Beispie3 2Example3 2
10 kg gewöhn3iches A13zweckpo]ystyro3, das 3,25 Gew.-$ n-Pentan enthielt, wurde in einem gesch]ossenen Behä]ter 20 Minuten mit 25 g Natriumbicarbonat, 20 g wasserfreier Citronensäure und 50 g eines braunen Eisenoxydpigments gewä]zt. Das Gemisch wurde durch eine Einschneckenpresse extrudiert, die einen Schneckendurchmesser von 50 rnm hatte und mit einer Profi3spritzform, die bei einer Temperatur von ]60°C gehalten wurde, versehen war. Das erha3tene Extrudat wurde einer bei 25°C gehaltenen KaJibriervorrichtung zugeführt, deren Eintritt einen Abstand von 3 00 mm zum Austritt der Spritzform hatte. Die Spritzform hatte eine Quersehnittsf lache von 0,945 cm2, während 309850/113410 kg of common all-purpose polystyrene containing 3.25% by weight of n-pentane was weighed in a closed container for 20 minutes with 25 g of sodium bicarbonate, 20 g of anhydrous citric acid and 50 g of a brown iron oxide pigment. The mixture was extruded through a single screw press which had a screw diameter of 50 μm and was provided with a professional injection mold which was kept at a temperature of 60 ° C. The extrudate obtained was fed to a calibration device maintained at 25 ° C., the inlet of which was at a distance of 300 mm from the outlet of the injection mold. The injection mold had a cross-sectional area of 0.945 cm 2 , while 309850/1134
die Kalibriervorrichtung und demgemäß das fertige Profilen the calibration device and accordingly the finished profiles
eine Querschnittsf1äehe von 5,15 cm hatte. Nach dem Austritt aus der wassergekühlten Kalibriervorrichtung wurde das Extrudat über ein kurzes Wasserbad und eine Luft τ kühlung einer Gruppe von Abzugsrollen zugeführt.had a cross-sectional area of 5.15 cm. After leaving from the water-cooled calibration device the extrudate is fed through a short water bath and air cooling to a group of take-off rollers.
Das erhaltene Produkt hatte ein glattes Aussehen und den Griff eines fein gemaserten Hartholzes. Es hatte eine annehmbar gleichmäßige Zellenverteilung und eine rötlich braune Farbe. Seine Dichte betrug 657 kg/nr. Die kleinste Dichte, die beim Austritt aus dem Extruder erreicht wurde, betrug etwa 577 kg/nr ♦ . .The product obtained had a smooth appearance and the Handle of a finely grained hardwood. It had an acceptable one even distribution of cells and a reddish brown color. Its density was 657 kg / nr. The smallest Density that was reached on exit from the extruder, was about 577 kg / nr ♦. .
Der in Beispiel 2 beschriebene Versuch wurde unter den gleichen Bedingungen wiederholt mit dem Unterschied, daß zwei Kalibriervorrichtungen verwendet wurden. Die erste Ka3ibriervorrichtung wurde bei einer Temperatur von 50°C und die zweite Kai!tariervorrichtung, die unmittelbar hinter der ersten Kaiibriervorrichtung angeordnet war, bei 5°C gehalten.The experiment described in Example 2 was repeated under the same conditions with the difference that two calibration devices were used. The first Calibration device was at a temperature of 50 ° C and the second quay tare device, which is immediately behind the first calibration device was arranged at Maintained 5 ° C.
Ein Produkt mit ähnlichem Raumgewicht und hochglänzender Oberfläche wurde erhalten.A product with a similar volume weight and a high-gloss surface was obtained.
Der in Beispiel 2 beschriebene Versuch wurde unter Verwendung einer. Kalibriervorrichtung mit einer Querschnittsfläche von 5,48 cm wiederholt. Das erhaltene Profil hatte ein Raumgewicht von 595 kg/m-Λ Das Profil war mißgestaltet, und scharfe Ecken im Profil waren abgerundet.The experiment described in Example 2 was carried out using a. Calibration device with a cross-sectional area of 5.48 cm repeated. The profile obtained had a density of 595 kg / m-Λ The profile was misshapen, and sharp corners in the profile were rounded.
Dieses Beispiel zeigt, daß ein unbefriedigendes Profil erhalten wird, wenn mit einer Zusammendrückung, bei der die Zunahme des Raumgewichts weniger als 48 kg/m^ beträgt, gearbeitet xvird..This example shows that an unsatisfactory profile is obtained when with a compression at which the increase in density is less than 48 kg / m ^, worked xvird ..
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Claims (12)
allmählich gesenkt wird.l6. Method according to "Claims 1 to 15 *, characterized in that the temperature along the calibration device
is gradually lowered.
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