DE2335065A1

DE2335065A1 - Verfahren zum strangpressen bzw. -spritzen

Info

Publication number: DE2335065A1
Application number: DE19732335065
Authority: DE
Inventors: Frederic Neil Cogswell
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1972-07-12
Filing date: 1973-07-10
Publication date: 1974-01-31
Also published as: DE2335065C2; CA1028114A; AU465204B2; US3920782A; FR2191990A1; AT344979B; BE802274A; NL177808B; ATA616673A; IT998228B; AR206500A1; AU5783673A; ES416843A1; GB1441586A; NL7309655A; JPS579936B2; NL177808C; SE399386B; FR2191990B1; JPS4959162A

Description

PATENTANWALTS3ÜR0 TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

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B 55oo

Imperial Chemical Industries Limited London (Großbritannien)

Verfahren zum Strangpressen bzw. -spritzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strangpressen bzw. -spritzen eines zur Bildung von "Haifischhaut" neigenden thermoplastischen Materials in der Weise, daß die Menge der "Haifischhaut" herabgesetzt und in einigen Fällen sogar ausgeschaltet wird.

"Haifischhaut" ist eine Bezeichnung, die dazu benutzt wird, eine bestimmte Art einer Oberflächenunregelmäßigkeit zu bezeichnen, welche während des Strangpressens bzw. -spritzens einiger thermoplastischer Materialien unter bestimmten Bedingungen auftritt. Diese "Haifischhaut" bzw. Oberflächenunregelmäßigkeit ist gekennzeichnet durch eine Reihe von Kanten bzw. Graten senkrecht zur Flußrichtung, und sie ist beispiels-

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weise näher beschrieben von J. A. Brydson in "Flow Properties of Polymer Melts", Iliffc Books, London 1970, Seiten 78 - 8l. Die "Haifischhaut" kann sich während des Strangpressens bzw. -spritzens vieler unterschiedlicher thermoplastischer Materialien, einschließlich Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Acetalcopolymere und Acrylpolymere, bilden, und sie ist besonders bemerkenswert bei Materialien hohen Molekulargewichts mit enger Molekulargewichtsverteilung, welche Materialien allgemein vorteilhafte mechanische Eigenschaften besitzen, die wegen der "Haifischhautbildung" nicht ausgenutzt werden können«

J. A. Brydson beschreibt, wie die kritische lineare Strangpreßbzw. -Spritzgeschwindigkeit für den Einsatz der "Haifischhaut" mit der Temperatur ansteigt, jedoch ist es in der Praxis nicht immer ein geeigneter Weg, die "Haifischhautbildung" durch Erhöhen der Temperatur der Schmelze zu stoppen, und zwar wegen des möglichen Einsatzes von Zersetzung und wegen der Schwierigkeit, die auftritt, wenn man die zusätzliche Wärme ohne Erhöhung der Zykluszeiten bzw. der Arbeitsgangzeiten abführen will Das Problem der überschüssigen Wärme kann teilweise dadurch überwunden werden, daß man gerade die Spitze des Strangpreßbzw. -Spritzwerkzeugs erhitzt, so daß nur die äußere Schicht des Strangpreß- bzw. -Spritzmaterials über seine sonst normale Strangpreß- bzw. -Spritztemperatur erwärmt wird.

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Es irarde nun gefunden, daß, obwohl eine anfängliche Kühlung der Schmelze die Bildung von "Haifischhaut" bei den meisten Polymeren erhöht, eine weitere Kühlung über eine kritische Temperatur hinaus bzw. weiter als zu einer kritischen Temperatur die Bildung der' "Halfischhaut" herabsetzt. Diese kritische Temperatur, die sich von Polymer zu Polymer ändert, wird nachstehend als die "Temperatur der maximalen Haifischhaut¹¹ bezeichnet. Polymermaterialien werden üblicherweise bei einer Schmelztemperatur stranggepreßt bzw. -gespritzt (extrudiert), die so niedrig wie möglich ist, damit die Zyklusbzw. Arbeitsgangzeiten herabgesetzt-werden, aber eine zu große Herabsetzung der Temperaturen der Schmelze bringt die Gefahr mit sich, daß sich die Schmelze innerhalb des Strangpreß- bzw. -spritzwerkzeugs (Extrudierungswerkzeug) verfestigt, was eine ernsthafte Beschädigung oder Zerstörung der Strangpreß- bzw. -spritzeinrichtung (Extruder) zur Folge hat-. In der Praxis liegt die untere Grenze üblicherweise ungefähr bei der Temperatur, auf welche die Temperatur der Schmelze aufgrund der Arbeit ansteigt, die zur Überwindung der Viskosität der Schmelze aufgewandt werden muß, und diese untere Grenze liegt oberhalb der "Temperatur der maximalen Haifischhaut" für die meisten Polymere. Es wurde jedoch nun überraschenderweise gefunden, daß nur die Oberfläche der extrudierenden Schmelze gekühlt werden muß, um die erstrebte Verbesserung zu erreichen.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Strangpressen bzw. -spritzen von geschmolzenem, zur Bildung einer "Haifischhaut" neigenden Polymermaterial geschaffen, mit dem das Auftreten der Haifischhaut während des Strangpressens bzw. -spritzens (Extrudierens) des Polymermaterials durch ein Strangpreß- bzw. -spritzwerkzeug unter Bedingungen der Strangpreß- bzw. -Spritzgeschwindigkeit und der Schmelzentemperatur, bei denen sonst eine "Haifischhaut" erzeugt wird, herabgesetzt wird, indem man erfindungsgemäß nur eine äußere Schicht des extrudierenden Materials kühlt, so daß es derart aus dem Strangpreß- bzw. -spritzwerkzeug austritt, daß sich die äußere Schicht auf einer Temperatur befindet, die oberhalb ihrer Verfestigungstemperatur , jedoch ausreichend unterhalb der "Temperatur der maximalen Haifischhaut" liegt, so daß dadurch die Herabsetzung der Bildung von "Haifischaut" erreicht wird; wonach man das stranggepreßte bzw. -gespritzte Erzeugnis als längliches bzw. langgestrecktes Erzeugnis abzieht oder zum Zwecke der Ausbildung von Külbchen für die Blasformung unterteilt.

Die Temperatur der äußeren Schicht kann dadurch erniedrigt werden, daß man die Spitze des Extrudxerungswerkzeugs auf ungefähr die Temperatur abkühlt, welche für die äußere Schicht des Polymermaterials erwünscht ist. Im allgemeinen ist die Menge

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der gebildeten "Haifischhaut" um so niedriger, je niedriger die Temperatur der Spitze des Extrudierungswerkzeuges unter der "Temperatur der maximalen Haifischhaut" liegt. Wenn jedoch die Temperatur des Extrudierungswerkzeugs unter die Verfestigungstemperatur herabgesetzt wird, d.h. unter den Kristallschmelzpunkt oder bei amorphen Polymeren unter die in der Praxis dem Kristallschmelzpunkt entsprechende Temperatur, dann besteht die Gefahr, daß das Extrudierungswerkzeug blockiert und infolgedessen die Extrudierungsexnrichtung zerstört wird, und daß weiterhin andere Oberflächendefekte progressiv mit herabgesetzter Temperatur auftreten können. Temperaturen, die im Bereich der Verfestigungstemperatur bis etwa 15 C oberhalb der Verfestigungstemperatur liegen, sind allgemein brauchbar, aber die speziell zu wählende Temperatur kann durch" nachfolgende Betriebsweisen bestimmt werden. So macht eine steifere Haut, die durch Verwendung einer Temperatur der Spitze des Extrudierungswerkzeuges erhalten wird, welche dicht bei der Verfestigungstemperatur liegt, eine nachfolgende Blasformung schwieriger; jedoch kann sich alternativ hierzu die Möglichkeit ergeben, daß dann, wenn höhere Blasdrücke verfügbar sind, die Orientierung, die dann in der Oberfläche des geblasenen Erzeugnisses erhalten wird, in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft sein kann.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Fig. 1 und k der Zeichnung das Extrudierungswerkzeug von zwei Extrudern im Schnitt zeigen, die so ausgebildet sind, daß die Spitze des Extrudierungswerkzeugs gemäß der Erfindung gekühlt wird. Die Erfindung wird weiterhin an Beispielen 1 bis k näher erläutert, die Experimente beschreiben, welche mit der dargestellten Einrichtung ausgeführt worden sind, wobei die Beispiele 2 und k Strangpressungen bzw. -spritzungen erläutern , die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt worden sind, während in den Beispielen 1 und 3 Vergleichsexperimente beschrieben werden. Die Fig. 2 und 3 zeigen grafisch die Ergebnisse, die in den Experimenten der Beispiele 1 und 2 erhalten worden sind.

In der in Fig. 1 veranschaulichten Einrichtung bedeutet 11 ein Extrudierungswerkzeug, das am Ende eines vertikalmontierten Extrudierungszylinder» 12 gehalten wird, dessen Wände 13 die üblichen, nicht dargestellten, Erhitzungs- und Isolierungsvorrichtungen enthalten. Das Extrudierungswerkzeug besitzt eine Bohrung Ik von 2 mnr Durchmesser und l6 mm Länge, die in der Spitze 15 ausläuft. Ein Thermoelement 16 ist mit Silber in eine kleine Einsenkung eingelötet, die ungefähr 2 mm von der Spitze entfernt ist. Das Gerät wurde so kalibriert, daß es die Temperatur der Schmelze, die durch das Thermoelement l6 gemessene

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Temperatur und die lineare Strangpreß- bzw. -Spritzgeschwindigkeit (Extrudierungsgeschwindigkeit), berechnet als Volumenströmungsrate

TTx (Kaciiue) anzeigte. Unterhalb des Extrudierungswerkzeugs befand sich ein kreisförmiges Rohr 17 mit im gleichmäßigen Abstand angeordneten Löchern 18, die' teilweise nach einwärts gerichtet waren, wobei eine mit dem kreisförmigen Rohr in Verbindung stehende, nicht dargestellte Versorgungsleitung mit einer Druckluftquelle verbunden war.

Beispiel 1

In den Experimenten dieses Beispiels wurden die Messungen dazu ausgeführt, um die maximale ⁵¹HaIf ischhautbildungstemperatur" einer Polyäthylenschjnalze des Flußindexes (190/2) 0.8 und der Bezugsdichte 939 kg/m zu bestimmen, wobei diese Polyäthylenschmelze eine enge Molekulargewichtsverteilung besaß, die durch Geldurchdringungschromatographie als gewichtsmittleres Molekulargewicht M 7&000 und zahlmittleres Molekulargewicht M 38OOO bestimmt worden war, wobei ferner für diese Experimente ein Gerät benutzt wurde, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

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Der Zylinder wurde mit dem Polyäthylen gefüllt und auf eine Schmelzeiltemperatur von I30 C erwärmt. Daraufhin wurde auf die Schmelze Druck zur Einwirkung gebracht, so daß diese über einen Bereich von Geschwindigkeit extrudiert wurde. Die Schmelzentemperatur wurde dann auf 1^0 C erhöht, und die Schmelze wurde wiederum über einen Bereich von Geschwindigkeiten extrudiert. Das wurde in Intervallen von 10 C bis zu einer Temperatur von 190 C wiederholt, und jedes Mal wurde der Bereich der Geschwindigkeiten eingestellt, so daß die Proben in einem Bereich von Proben mit glatten glänzenden Oberflächen bis zu Proben mit stark "haifischhautartigen" Oberflächen lagen; es wurden bei jeder Temperatur acht Proben genommen. An einer einen gleichmäßigen Bereich aufweisenden Probe wurde die Amplitude der Oberfläche als Abstand von der Tiefe der Täler zu den Höhen der Hügel auf einer "Talysurf"-Maschine gemessen, und diese Probe wurde nachfolgend als Kontrollprobe benutzt, mit der alle anderen Proben visuell verglichen wurden. Die gemessenen Oberflächenaipplxtuden wurden dann in Abhängigkeit von der linearen Extrudierungsgeschwindigkeit aufgetragen.

Visuell waren Proben, die Oberflächenamplituden von der Größe von 2 /um besaßen, glatt und glänzend und schienen keine "Ilaifischhaut" zu haben. Bei einer Amplitude von ungefähr 10 yum wurde die Oberfläche matt, so daß dies die Amplitude des visu-

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eilen Einsetzens von "Haifischhaut" ist. Proben, die eine Oberflächenamplitude von 100 ,um besaßen, waren sehr rauh mit einem hohen Grad an "Haifischhaut".

Durch Interpolation der vorerwähnten Darstellung der Oberflächenamplitude in Abhängigkeit von der linearen ExtrudierungSigeschwindigkeit bei konstanter Temperatur wurden für die drei Oberflächenamplituden von 2 ,um, 10 ,um und 100 ,um Kurven linearer Extrudierungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur hergestellt. Die erhaltenen Kurven sind in Fig. 2 veranschaulicht, und sie zeigen, daß das als Probe verwendete Polyäthylen eine "maximale Haifischhauttemperatur" von ungefähr 150 besaß. In konventionellen Schrauben-Strangpressen bzw. -spritzwerkzeugen würde dieses Polymer allgemein bei Schme3.zentemperaturen von ungefähr l60 - 170 C extrudiert werden, und von den vorliegenden Kurven kann man ersehen, daß dann, wenn das Polymer bei Temperaturen unterhalb von etwa l40 C extrudiert wird, eine Herabsetzung der "Haifischhautbildung" bei jeder gewünschten Extrudierungsgeschwindigkeit auftritt. Das wird noch deutlicher, wenn die Temperatur auf 130° C herabgesetzt ist.

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Beispiel 2

Unter Verwendung der in Fig. 1 veranschaulichten Extrudierungseinrichtung und einer weiteren Probe der gleichen Charge von Polyäthylen, wie sie im Beispiel 1 verwendet worden ist, wurde die Wirkung untersucht, die dann auftritt, wenn man die äußere Schicht der Schmelze kühlt, während man die Masse der Schmelze auf einer mehr normalen Strangpreßtemperatur hält. Es wurde eine konstante lineare Extrudierungsgeschwindigkeit von 37 nun pro Sekunde benutzt, und die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt. Wegen der Schwierigkeit der Messung der Temperatur der äußeren Schicht der Schmelze wurde die Temperatur des Extrudierungswerkzeugs dicht an der Schmelze als Annäherung der Temperatur, bei welcher die äußere Schicht der Schmelze aus dem Extrudxerungswerkzeug austrat, durch das Thermoelement l6 gemessen.

Zur Kontrolle wurde des Polymer anfänglich unter Verwendung eines Bereichs von Schmelzentemperaturen stranggepreßt, ohne daß irgendeine zwangsweise Kühlung der Spitze des Extrudierungswerkzeugs vorgenommen wurde. Die Temperatur des Extrudierungswerkzeugs, welche durch das Thermoelement l6 aufgezeichnet wurde, war gleichbleibend etwa 3 C niedriger als die Schmelzentemperatur, und zwar vermutlich aufgrund der Wärmeabgabe an die umgebende Atmosphäre. Das Polymer wurde dann bei drei unterschiedlichen Schmelzentemperaturen von 150° C, 170° C und 190° C

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stranggepreßt, während Luft aus öqh- .kraisförinigen JRohr 17 zum Zwecke der Kühlung der Spitze des Extrudierungswerkzöugs geblasen wurde. Die Oberflächenamplitude wurde dann bei jeder Probe über einen Bereich von Temperaturen der Spitze des Extrudierungswerkzeugs gemessen, und die Amplitude wurde in Abhängigkeit von der Temperatur der Spitze des ExtrudierungswerkzGugs für jeden Satz von Ergebnissen aufgetragen.

Diejenige Kurve der Fig. 3, die ohne irgendeine Kühlung der Spitze des Extrudierungswerkzeugs erhalten worden war, repräsentiert die Bedingungen, die denjenigen der in Fig. 2 ge-, zeigten Kurvendarstellung entsprechen, wobei die maximale "Haifischhautbildung¹¹ wiederum bei ungefähr 150 C auftrat. Wie man aus den Zeichnungen ersieht, sind die Kurven, die aus den unter Anwendung der Kühlung der Spit -3 des Extrudierungswerkzeugs gewonnenen Ergebnissen resultieren, tiicht koinzident. Das könnte möglicherwaise von einer Differenz zwischen der gemessenen Temperatur der Spitze des Extrudierungswerkzeugs und der Temperatur des Polymermaterials in der Spitze des Extrudierungswerkzeugs herrühren. Jedoch zeigen die Kurven deutlich, daß es durch genügende Herabsetzung der Temperatur der Spitze des Extrudierungswerkzeugs möglich ist, die Oberflächenamplitude beträchtlich unter die Niveaus abzusenken, bei denen die Oberflächenamplitude bei Nichtvorhandensein der Kühlung der Spitze des Extrudierungswerkzeugs ausgebildet wird.

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In den Beispielen 1 und 2 wurde die verwendete Polyäthylenprobe so ausgewählt, daß es eine Probe war, die typische Resultate erzeugt.

Jedoch wurden gleiche oder entsprechende Ergebnisse mit anderen Polymermaterialien erhalten, und Beispiele hiervon sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben, in der die Temperaturen Annäherungen darstellen, die von einer Anzahl praktischer Beobachtungen bei typischen Strangpreßabstufungen bzw, -graden erhalten wurden.

Polymer	Erweichungs punkt	Temperatur	⁰ c	Spitze des Ex- trudierungs- werkzeugs für glatte Oberfläche
Polyvinylchlorid	120	maximale "Haifisch haut "	normale Extrudie- rung	130
Polyäthylen niedriger Dichte	115	170	180	130
Polyäthylen hoher Dichte	135	150	170
Acetalcopolymer	165	I60	170	I70
homogenes Acrylonitril- Styrol-Copolymer	1^0	200	190	150
Polymethyl- methacrylat	i4o	I8O-2OO	200	150
	I80	200

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Das Verfahren zum Kühlen der Spitze des Extrudierungswerkzeugs, d.h. durch Blasen von Luft auf die Spitze des Extrudierungswerkzeuges von einem perforierten Ring her, kann auf verschiedenste Weise verändert werden, so daß die maßgebenden Erfordernisse erfüllt werden.

So ist es beispielsweise möglich, einen kontinuierlichen Schlitz anstelle der Mehrzahl von Löchern im Ring zu benutzen, und der Ring kann für andere Formen der Spitze des Extrudierungswerkzeugs durch andere Formen ersetzt werden, beispielsweise dann, wenn ein Extrudierungswerkzeug zum Strangpressen dünner Platten verwendet wird. Bei den meisten thermoplastischen Materialien
wird vorzugsweise gekühlte Luft verwendet, um eine optimale
Kühlung zu erzielen. Ea können aber auch andere Kühlmittel benutzt werden, wie beispielsweise ein Sprühmittel aus einer
Mischung von Wasser und Luft, es wurde jedoch gefunden, daß es in diesem Fall schwierig ist, ein Hervorrufen der Verfestigung der Schmelze im Extrudierungswerkzeug zu kontrollieren und zu
verhindern. Darüber, hinaus erfordert die Verwendung von Wasser allgemein ein nachfolgendes Trocknen des Polymers. Diese Schwierigkeiten werden weiter erhöht, wenn Wasserstrahlen anstelle
von aus Luft und Wasser bestehenden Sprühmitteln benutzt werden.

Die Fig. k zeigt eine Einrichtung zum indirekten Kühlen der
Spitze des Extrudierungswerkzeugs. Das Extrudierungswerkzeug
kl besitzt einen koaxialen Dorn 42, so daß eine ringförmige

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Austrittsöffnung 43 gebildet wird; dieses Extrudierungswerkzeug ist von konventioneller Art, das zum Strangpressen zylindrischer Külbel benutzt wird, welche dann zu Flaschen geblasen werden. An der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs ist ein Wärmeaustauscher 44 angebracht, der innere Durchgänge 45 für die Zirkulierung eines Wärmeaustauschmittels besitzt· Der Wärmeaustauscher befindet sich in direktem thermischem Kontakt mit dem Bereich 46 der Stirnfläche, welcher sich benachbart zur Spitze 47 um die kreisförmige Austrittsöffnung herum erstreckt. Der Wärmeaustauscher ist jedoch durch eine Isolierungsschicht 48 vom Rest der Stirnfläche thermisch isoliert, obgleich etwas Wärme infolge Kondensation durch das Extrudierungswerkzeug an den nichtisolierten Bereich in der Nähe der Spitze verloren gehen kann.

In dem Apparat, der im folgenden Beispiel 4 benutzt wurde, ist als Wärmeaustauschmittel gekühltes Wasser von einer konventionellen Formkühlungseinheit benutzt worden, die in Verwendung mit der Blasform (nicht dargestellt) angewandt worden ist, wobei die Blasform dazu diente, Flaschen aus den Külbeln auszubilden, die durch die dargestellte Strangpreßausrüstung extrudiert worden waren. Das verwendete Isoliermaterial war eine Platte auf Asbestbasis, die unter der Bezeichnung "Sindanyo" verkauft wurde, und ein Fett auf ^HSilikon"-Basis, das unter der Handelsbezeichnung "Thermopath" 157 verkauft wurde,

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wurde dazu benutzt, die Übertragung von Wärme zwischen dem Wärmeaustauscher und dem damit in Berührung stehenden Bereich 46 der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs zu unterstützen,

Beispiel 3

Das Extrudierungswerkzeug und der Dorn der Fig. 4 wurden bei Abwesenheit des Wärmeaustauscher dazu benutzt, zylindrische Külbel durch Strangpressung herzustellen, welche eine Dicke von ungefähr 1,5 mm besaßen, und zwar aus einem Polyäthylen hoher Dichte und enger Molekulargewichtsverteilung, dessen

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Referenzdichte 970 kg/m und dessen Schmelzflußindex (190/2) 2.0 betrug. Die Molekulargewichte, die mittels Geldurchdringungschromatographie bestimmt worden waren betrugen

M = 112000 und M = 22000. Das Polymer wurde bei Schmelzw η

temperaturen extrudiert, die über den Bereich von l60 - l80 C variierten, und zwar mit einer linearen Extrudierungsgeschwindigkeit im Bereich von 2 - 10 cm pro Sekunde.

Das stranggepreßte Erzeugnis besaß eine matte Oberfläche von rauher Textur, wobei die Oberflächenamplitude etwa 100 ,um betrug, bei allen in dem Bereich liegenden Temperaturen, insbesondere bei den unteren Temperaturen, diese Tatsache zeigte sich auch in den geformten Flaschen.

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Beispiel 4

Das Experiment des Beispiels 3 wurde wiederholt, jedoch wurde der Wärmeaustauscher gemäß der Darstellung der Fig. k angebracht . Wasser von ungefähr O C wurde durch den Durchgang k5 von der Formkühlungseinheit hindurchgeleitet.

Das extrudierte Erzeugnis besaß eine glänzende Oberfläche, und bei Kühlung hatten die geformten Flaschen eine entsprechen-, de glänzende Oberfläche mit einer glatten Fühlung. Die Verbesserungen, die durch die Kühlung der Spitze des Extrudierungswerkzeugs erzielt worden waren, wurden ohne merkliche Beeinflussung des Extrudierungsdruckes oder Beeinträchtigung des nachfolgenden Aufblasvorganges erhalten.

Obwohl es oft vorteilhaft ist, einen getrennten Wärmeaustauscher zu benutzen, so daß dieser in Verbindung mit mehreren alternativen Extrudierungswerkzeugen verwendet werden kann, ist dies nicht wesentlich. Wenn das gleiche Extrudierungswerkzeug kontinuierlich über lange Zeiträume hinweg zum Strangpressen von Polymeren benutzt werden soll, die zur Bildung einer "Haifischhaut" neigen, kann es auch vorteilhaft sein, den Wärmeaustauscher als integrierenden Teil in das Extrudierungswerkzeug einzubauen.

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Bei den Extrudierungswerkzeugen, wie sie sowohl anhand von Fig. 1 als auch anhand von Fig. 4 veranschaulicht sind, ist es zur Erleichterung der Kontrolle der Temperatur der Spitze allgemein zu bevorzugen, ein Extrudierungswerkzeug zu benutzen, von dem nur die Stirnfläche frei liegt, so daß es weniger auf Änderungen der äußeren Temperatur anspricht. Da die Spanne zwischen der bevorzugten Temperatur der Spitze des Extrudierungswerkzeugs und dem Erweichungspunkt so klein ist, kann ein freiliegendes Extrudierungswerkzeug sehr leicht durch einen Luftzug um die wenigen Grade abgekühlt werden, die erforderlich sind, um die Schmelze an der inneren Oberfläche des Extrudierungswerkzeugs festbacken bzw. gerinnen zu lassen.

Wärmeaustauscher, die in ihrer Art gleich oder ähnlich wie der Wärmeaustauscher der Fig. k sind, können dazu benutzt werden, einen Dorn eines großen Durchmessers (über 10 cm Durchmesser) zu kühlen, wenn es erwünscht ist, ebenso wie eine glatte äußere Oberfläche oder anstelle einer glatten äußeren Oberfläche zu erhalten. Kleinere Dorne können mit Wärmerohren bzw. Wärmeableitungsrohren gekühlt werden, wie sie von D.Chisholm in dem Buch "The Heat Pipe", herausgegeben von Mills & Boon Limited, 1971» beschrieben sind.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß zwar gemäß der britischen Patentschrift Nr. 969 689 die Spitze eines Extrudierungswerkzeugs durch einen Gebläsewind kühler Luft gekühlt wird,

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jedoch wurde diese Maßnahme in Verbindung mit der Überwindung eines vollständig anderen Problems getroffen, das in Verbindung mit einer unterschiedlichen Klasse von Polymeren bei einem unterschiedlichen Satz von Extrudierungsbedingungen auftrat. Der Kühlluftgebläsestrom war nämlich dazu vorgesehen, irgendeinen Kragen, Ring, Bund o. dgl«, der von dem extrudierten thermoplastischen Material an der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs ausgebildet wurde, unter derjenigen Temperatur zu halten, bei der eine wesentliche thermische Zersetzung auftreten kann. Das Problem der Ausbildung eines Kragens, Rings, Bunds o. dgl. steht in Verbindung mit dem Strangpressen von Materialien niedriger Viskosität bei hohen Verarbeitungstemperaturen, die unter Bedingungen erfolgt, bei denen diese Materialien das Extrudierungswerkzeug leicht naß machen. Die Kragen, Ringe, Bunde o. dgl., die auf der hohen Temperatur (im allgemeinen in Gegenwart von Luft) während längerer Zeitdauern gehalten werden als die Masse des extrudierten Materials, haben die Tendenz, sich aufgrund der thermischen Zersetzung zu entfärben, und bei einem evtl. Herunterbrechen von der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs den übrigen Teil des extrudierten Materials zu verunreinigen. Dieses Problem wird akuter, wenn die Temperatur erhöht wird. Hingegen ist andererseits die Ausbildung von "Halfischhaut" ein Oberflächendefekt, der mit einer niedrigen Extrudierungstemperatur eines Materials hohen Molekulargewichts in Verbindung steht, und es handelt sich hierbei um einen Defekt, der durch Erhöhung der Temperatur herab-

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gesetzt wird, vorausgesetzt, daß die Temperatur über der "Temperatur der maximalen Haifischhaut" liegt. Infolgedessen lehrt die britische Patentschrift 969 689 die Verwendung einer gekühlten Spitze des Extrudierungswerkzeugs dazu, einer Schwie-. rigkeit abzuhelfen, die umso -ausgeprägter wird, je weiter die Bedingungen von denen abweichen, bei welchen eine "Haifischhaut" auftreten kann.

Das Fehlen einer "Haifischhaut" ist dort von besonderer kommerzieller Wichtigkeit, wo extrudierte Erzeugnisse, wie beispielsweise Filme, dünne Platten oder Rohre für nachfolgende Blasformung wegen der Forderung des Abnehmers eine glänzende Oberfläche erfordern. Jedoch ist es möglich, daß die Forderung der Abnehmer für einige Anwendungsfälle durch Veränderung des Grades der glatten oder matten Texturen über ausgewählte Bereiche erhöht bzw. geändert wird. Durch Auswahl der Temperatur und der Extrudierungsgeschwindigkeit kann ein veränderlicher Grad an "Haifischhaut¹¹ erzeugt werden, oder die, "Haifischhaut" kann im wesentlichen ausgeschaltet werden. Infolgedessen können durch Veränderung der Bedingungen über vorgewählte Bereiche Muster auf den extrudierten Erzeugnissen ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine dünne Platte, eine flexible Bahn o. dgl. mit L-förmigen Linien von alternierenden glänzenden und matten Bereichen erzeugt werden, indem man eine Reihe von im Abstand voneinander angeordnete Luftdüsen, die Kühlungsluft

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auf diskrete Bereiche der Spitze des Extrudierungswerkzeugs richten, längs des letzteren oszillieren läßt.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dem "Haifischhaut", die während der Extrudierung von Polymermaterialien gebildet wird, dadurch kontrolliert oder sogar eliminiert werden kann, daß man eine äußere Schicht des Materials kühlt, derart, daß es aus dem Extrudierungswerkzeug mit reduzierter Temperatur heraustritt, während die Masse der Schmelze auf der optimalen Arbeitstemperatur gehalten wird .

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Claims

Pat entansprüche

1. Verfahren zum Strangpressen bzw. -spritzen von geschmolzenem, zur Bildung einer "Haifischhaut" neigendem Polymermaterial, mit dem das Auftreten der "Haifischhaut¹¹ während des Strangpressens bzw. -spritzens (Extrudierens) des Polymermaterials durch ein Strangpreß- bzw. -spritzwerkzeug unter Bedingungen der Strangpreß- bzw. -spritzgeschwindigkeit

und der Schmelzentemperatur, bei denen sonst eine "Haiffischhaut" erzeugt wird, herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man nur eine äußere
Schicht des extrudierenden Materials kühlt, so daß es derart aus dem Strangpreß- bzw. -spritzwerkzeug austritt, daß sich die äußere Schicht auf einer Temperatur befindet, die oberhalb ihrer Verfestigungstemperatur, jedoch ausreichend unterhalb der "Temperatur der maximalen Haifischhaut" liegt, so daß dadurch die Herabsetzung der Bildung von "Haifischhc-mt" erreicht wird; wonach man das stranggepreßte bzw.
-gespritzte Erzeugnis als längliches bzw. langgestrecktes
Erzeugnis abzieht oder zum Zwecke der Ausbildung von Külbchen für die Blasformung unterteilt.

2. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch geken nzeichnet, daß man die Spitze des Extrudierungswerkzeugs auf ungefähr die Temperatur kühlt, die für die äußere

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Schicht des Polymermaterials gewünscht bzw. gefordert wird.

3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch geken nzeichnet, daß man einen kontinuierlichen Strom bzw. Gebläsestrom relativ kalten Gases auf die Spitze des Extrudxerungswerkzeugs richtet bzw. strömen läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch geken nzeichnet, daß man die Spitze des Extrudxerungswerkzeugs mit einem Kühlmittel kühlt, das man durch einen in thermischem Kontakt mit der Spitze des Extrudxerungswerkzeugs befindlichen k^Tärmoaustauscher hindurchleitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u rc h gekennzeichnet, daß das von der äußeren Schicht entfernte Material vom Extrudierungswerkzeug mit der vorerwähnten Temperatur extrudiert wird, bei der sonst eine "Haifischhaut" auftritt, während die äußere Schicht bei einer Temperatur extrudiert wird, die 15 C oder weniger über deren Verfestigungstemperatur liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Külbchen einer Blasformung zum Zwecke der Ausbildung geformter Erzeugnisse

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unterworfen werden, ohne daß weiter Wärme auf diese zur Anwendung gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, da durch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Polymermaterial durch ein Extrudierungswerkzeug extrudiert wird, das thermisch von der außerhalb der Extrudierungseinrichtung befindlichen Umgebung isoliert ist, ausgenommen seine Stirnfläche oder sein Bereich um die Spitze herum, und daß kontinuierlich ein Strom bzw. ein Gebläsestrom von kühlerem Gas auf die Spitze des Extrudierungswerkzeugs gerichtet und dadurch diese Spitze während des Extrudierens gekühlt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzene Polymermaterial durch ein Extrudierungswerkzeug extrudiert, welches rinan Wärmeaustauscher aufweist, der entweder integral mit der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs oder in thermischem Kontakt mit der Spitze des Extrudierungswerkzeugs an dessen Stirnfläche befestigt ist, wobei der Wärmeaustauscher eine oder mehrere durch diesen verlaufende Durchginge besitzt, und daß man ein Wärmeaustauschmittel durch.diese Durchgänge zirkulieren läßt, so daß dadurch die Wärme von der Spitze des Extrudierungswerkzeugs während des Extrudierens abgezogen wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher an der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs in direktem thermischen Kontakt mit dem Bereich der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs befestigt ist, der sich in der Nachbarschaft der Spitze befindet, daß der Wärmeaustauscher jedoch von dem Rest der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs isoliert ist, abgesehen von der Wcirmeleitung, die durch das Extrudierungswerkzeug zu dem Bereich in der Nähe der Stirnfläche des Extrudierungswerkzeugs gelangt.

10. Extrudiertes Erzeugnis, das aus einem Polymermaterial gebildet ist, welches zur Ausbildung einer "Haifischhaut" neigt, dadurch gekennzeichnet, daß es mittels extrudierenden Polymermaterials durch ein Extrudierungswerkzeug ausgebildet ist, dessen Spitze gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 gekühlt ist.

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