DE2348010A1

DE2348010A1 - Extrusions-blasverfahren zur herstellung von rohrmaterial und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2348010A1
Application number: DE19732348010
Authority: DE
Inventors: Carl Bradford Havens
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1974-04-18
Also published as: BE804592A; GB1429064A; JPS5635531B2; CA1015511A; FR2201180B1; NL7313313A; JPS4972359A; DE2348010C2; NL178141B; IT996208B; NL178141C; FR2201180A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Tng. ,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing, R AAVeickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

XPR

8 MÜNCHEN 86, DEN 2348

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

THE DOV/ CHEI-IICiL COMPANY
2050 Abbott Road, Midland,
Michigan / V.St.A.

Extrusions-Blasverfahren zur Herstellung von Rohrmaterial und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Extrusions-Blasverfahren zur Herstellung von Rohrmaterial aus einem filmbildenden synthetischen thermoplastischen Kunstharzmaterial, das nach dem ExtrusionsVorgang über einen Dorn geführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von SOlienrohr mit vorgegebenen physikalischen Eigenschaften und relativer Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen des Extrusionsvorganges.

Ein Extrusions-Blasverfahren (Bubble-Blasverfahren, blown bubble process) der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Rohrmaterial nach dem Extrusionsvorgang über einer kreisrunden Gaslagerung mit gegenüber der Extrusionsöffnung größerem Durchmesser gespannt wird, so daß es zwischen der Extrusionsöffnung und der Gaslagerung eine kegelstumpfförmige Gestalt erhält, daß ein Gas mit einer Temperatur unter der thermoplaste-

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sehen Temperatur des Materials von der Gaslagerung aus zugeführt wird und daß das Rohrmaterial von der Gaslagerung aus über den Dorn geführt wird, dessen Temperatur unter der thermoplastesehen Temperatur gehalten wird und dessen Querabmessung etv;a derjenigen der Gaslagerung entspricht.

Eine Extrusionseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer Vorrichtung zur Zuführung filmbildenden synthetischen Kunstharzmaterials im thermoplastischen Zustand an einen Spritzkopf mit ringförmiger Extrusionsöffnrnig und mit einem ringförmigen Dorn, dessen Außenfläche mit einer Kühlanordnung zur Haltung ihrer Temperatur unter der thermoplastischen Temperatur des Kunstharzmaterials verbunden ist, ist in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens derart aufgebaut, daß der Extrusionsöffnüng koaxial eine ringförmige Gaslagerung mit Abstand nachgeordnet ist, deren Außendurchmesser größer als derjenige der Extrusionsöffnüng ist und etwa dem Außendurchmesser des Dorns entspricht.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Rohrmaterial in Kontakt mit der Außenfläche des Dorns gebracht wird.

Weitere Vorteile und Wesenszüge der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der figuren hervor. Es zeigen:

Fig. Λ eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur

Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und Fig. 2 den Schnitt 2-2 aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist in einem teilweisen Seitenschnitt eine Einrichtung 10 dargestellt, mit der ein Verfahren nach der Er-

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findung durchzuführen ist. Die Einrichtung 10 umfaßt eine Quelle 11 für heißes, ira thermoplastischen Zustand befindliches fumbildendes synthetisches Kunstharzmaterial, eine solche Quelle kann beispielsweise eine Spritzgußmaschine sein. Sie hat ein Austrittsende 12. Ein Spritzkopf 14 ist mit dem Austrittsende 12 der Maschine 11 über eine Leitung 15 verbunden. Der Spritzkopf 14 hat eine ringförmige Extrusionsöffnung 17 ₅ die durch einen Luftring 16 umgeben ist. Der Luftring 16 (im Schnitt dargestellt) erzeugt eine radial nach innen gerichtete ringförmige Strömung eines Kühlgases. Der Spritzkopf 14 hat eine Spritzachse 18, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Nahe der Extrusionsöffnung 17 ist eine Gaslagerung 20 vorgesehen. Diese bildet eine ringförmige Lagerfläche 21, die nach außen gerichtet ist und einen gegenüber dem Durchmesser der Extrusionsöffnung 17 größeren Durchmesser hat. Die Lagerung 20 steht mit einer Quelle 23 eines Gases in Verbindung, welches zur Kühlung geeignet ist und die Vorbeiführung des Extrusionsprodukts ermöglicht. Die Gaslagerung hat vorteilhaft die Porm einer ringförmigen Leitung. Ein Dorn 25 ist nahe der Lagerung 20 dieser nachgeordnet, so daß er auf der dem Spritzkopf 14 und der Extrusionsöffnung

17 abgewandten Seite angeordnet ist. Der Dorn 25 hat eine Außenfläche 27 in einer Ebene normal zur Extrusionsachse

18 und entspricht in seiner Außenabmessung derjenigen der Lagerung 20 in einer Ebene normal zur Extrusionsachse 18. Die Lagerung 20 und der Dorn 25 sind an einer Halte- und Zuführungsvorrichtung 28 befestigt, über die eine Kühlflüssigkeit von der Quelle 23 zu der Gaslagerung 20 und zum Dorn 25 geführt wird. Der Querschnitt der Lagerung 20 und des Dorns 25 in einer Ebene normal zur Extrusionsachse ist vorzugsweise kreisförmig, falls erwünscht, kann er jedoch auch elliptisch, abgerundet dreieckförmig oder andersartig ausgebildet sein. Eine Positionierungsvorrichtung

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29 ist an der Außenfläche 27 des Dorns 25 angeordnet. Sie hat ein ringförmiges Gehäuse 31, in dem eine ringförmige Kammer 32 gebildet ist. Die Kammer 32 steht mit einer Gasquelle 33 in Verbindung, die Gas unter Druck und bei vorgegebener Temperatur zuführt. Das Gehäuse 31 bildet einen ringförmigen und radial nach innen gezüchteten Kanal 32a, der an der der Kainmer 32 abgev/andten Seite in einer radial nach innen weisenden öffnung 33a endet, welche sich nahe der Außenfläche 27 des Dorns 25 befindet. Die Positionierungsvorrichtung erzeugt einen ebenen Gasstrahl, beispielsweise einen Luftstrahl, der das Rohrmaterial gegen die Aussenf lache 27 des Dorns 25 drückt. Eine Abflachungsvorrichtung 34- ist auf der Extrusionsach.se angeordnet und umfaßt eine erste und eine zweite Abflachungsanordnung 35 bzw. für das Rohrmaterial. Eine Schlitzvorrichtung 38 ist nahe dem Austrittspunkt der beiden Abflachungsanordnungen 35 und 36 angeordnet. Darauf folgen zwei Aufwickelvorrichtungen 40 und 41. Ein extrudiertes Rohrmaterial 42 tritt aus dem Spritzkopf 14 aus, wird über die Lagerung 20 und den Dorn 25 geführt und anschließend geschlitzt und aufgewickelt.

In Fig. 2 ist der Schnitt 2-2 der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt, .aus dem hervorgeht, wie die Gaslagerung 20, der Dorn 25, die Positionierungsvorrichtung 29 und die Halte- und Zuführungsvorrichtung 28 einander zugeordnet sind.

Beim Betrieb der Einrichtung und der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das heiße und plastifizierte filmbildende synthetische Kunstharzmaterial von der Maschine 11 geliefert, dem Spritzkopf 14 zugeführt und aus der Extrusionsöffnung I7 als Rohr 42 mit ringförmigem Querschnitt abgegeben. Das Rohrmaterial 42 wird

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dann gedehnt und über die Gaslagerung 20 geführt. Zwischen der Positionierungsvorrichtung 29 und dem Dorn 25 wird eine nach innen gerichtete ebene Gasströmung.zur Kühlung erzeugt, die das Rohrmaterial in Berührung mit der Außenfläche 27 des Dorns 25 bringt. Eine wirksame und schnelle Kühlung des gespannten Rohrmaterials wird durch drei Quellen erzeugt, und zwar durch die Gaslagerung, die Positionierungsvorrichtung und den Dorn. Durch Steuerung der Temperaturen dieser drei Elemente kann die Kühlgeschwindigkeit des extrudierten Rohrmaterials leicht innerhalb weiter Grenzen eingestellt werden. Vorteilhaft wird der zwischen der Extrusionsöffnung 17 und der Gaslagerung 20 verlaufende Teil des Rohrmaterials in einer kegelstumpfförmigen Konfiguration gehalten, indem der Gasdruck innerhalb und außerhalb des Rohrmaterials auf gleichen Werten gehalten v/erden. Dies wird leicht durch Verwendung eines hohlen Dorns und/oder durch Belüftung durch die Mitte des Spritzkopfes hindurch erreicht. Es ist wesentlich, daß der durch das Rohrmaterial umschlossene Raum entlüftet wird, um ein Aufblasen des Rohrmaterials zu verhindern und es in seiner IPonn dem Dorn anzupassen. Ein leichter positiver oder negativer Druck kann innerhalb des Rohrmaterials in Kauf genommen werden, jedoch soll der Druckunterschied nicht so groß sein, daß eine wesentliche Verzerrung des Rohrmaterials eintritt. Die Gasströmung für die" Gaslagerung muß frei aus dem Raum innerhalb des Rohrs abfließen können. Eine unzweckmäßige Behinderung dieser Strömung kann in. der Ausbildung unansehnlicher Flecken auf dem Rohrmaterial resultieren, wenn flüchtige Anteile in dem extrudierten Material vorhanden sind, beispielsweise restliches Glycol in Polyäthylen.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist vorzugsweise aus Material aufgebaut, das sich zur Verarbeitung des zu extrudierenden Materials eignet, beispielsweise besteht sie aus Stahl für Polystyrol und Polyäthylen, aus korrosions-

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beständigen Nickellegierungen für Polyvinylchlorid und Vinylidenchlorid—Polymere. Die Auswahl geeigneter Materialien ist dem Fachmann bei Anwendung der Erfindung möglich. Die Gaslagerung besteht beispielsweise aus gesintertem Metall, porösem Keramikmaterial oder perforiertem Metall. Für die meisten Anwendungszwecke wird ,jedoch zur Gewährleistung eines kratzer- und fehlerfreien Rohrmaterials ein poröses Lagermaterial wie z.B. Keramik, Kunststoff oder Metall verwendet, welches eine relativ schwache Gasströmung und einen hohen Druckabfall an seinem Körper gewährleistet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine maximale Variation des Rohrmaterials bei minimalem Kontakt mit der Oberfläche der Lagerung. Solche Prinzipien sind im Zusammenhang mit der Verarbeitung filmbildender Materialien mittels Gaslagerungen oder Luftkissen bekannt. Der Dorn besteht vorteilhaft aus einem wärmeleitfähigen Material wie z.B. Aluminium, Stahl, Nickel oder Kupfer mit relativ glatter Außenfläche. Die Glätte der Außenfläche bestimmt zum Teil die Oberflächenqualität des darüber hinweggeführten Filmmaterials. Eine besonders gute Oberfläche wird durch eine feine, matte Chromplatte gebildet, die mit Polytetrafluorethylen imprägniert ist.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung werden vorteilhaft im Zusammenhang mit der Verarbeitung einer jeden filmbildenden synthetischen Kunstharzverbindung eingesetzt, die nach einem Extrusionsverfahren in die Form eines Films oder einer Folie gebracht werden kann. Solche Stoffe sind dem Fachmann bekannt. Zu ihnen gehören beispielsweise Verbindungen aus Styro!polymeren einschließlich Polystyrol, Acrylnitril, Butadien/Styrolharze, Styro 1/Acrylnitrilharze, Polyolefinharze einschließlich Polyäthylen, Polypropylen, Kunstharzpolymere aus Äthylen und Propylen, Polymere aus Äthylen und/

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oder Propylen mit anderen Monomeren wie Vinylacetat und/oder Acrylsäure, Polyvinylchlorid, Vinyliden-chlorid-polymere wie ein Copolymer aus 85 Gewichtsteilen Vinylidenchlorid und 15 Gewichtsteilen Vinylchlorid, oder spritzfähige Polyester. Solche polymeren Verbindungen können, falls erwünscht, die üblichen Zusätze wie Plastizierungs-pigmente, !Farbstoffe, Wärme— und Liehtötabilisatoren, Gleitmittel, antimikrobe Mittel und andere Zusätze enthalten, die üblicherweise verwendet werden.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung,

Es wird eine Extrusionseinrichtung der in Fig. 1 und 2 -gezeigten Art verwendet. Sie hat einen Nenndurchmesser von 11,4- cm und wird mit einem ringförmigen Spritzkopf versehen, dessen Extrusionsöffnung einen Durchmesser von 30,5 cm hat. Eine ringförmige Gaslagerung hat einen Außendurchinesser von ca. 65 cm. Sie ist aus einem Rohr aus gesintertem Nickel mit einem Rohrdurchmesser von 6,35 cm gebildet. Sie wird durch eine Halterung gehalten, die von der durch die Extrusionsöffnung umgebenen Fläche des Spritzkopfs absteht. Gekühlte Luft wird der Gaslagerung durch eine an der Halterung befestigte Leitung zugeführt. Ein Dorn von 65 cm Durchmesser ist an der Halterung nahe der Gaslagerung auf deren dem Spritzkopf abgewandter Seite befestigt. Der Dorn hat eine zylindrische Oberfläche aus Chrom, die mit Polytetrafluoräthylen imprägniert ist. Der Dorn wird durch Wasser mit einer Temperatur von 18° C gekühlt, welches durch ihn hindurchgeführt wird. Die Luft wird der Gaslagerung mit einer Temperatur von 21° C zugeführt. Das gespritzte Material ist Polyäthylen mit einer Dichte von ca. 0,92 g pro ecm, das so gebildete Rohrmaterial wird über die Gaslagerung und den Dorn gespannt und der Abflachungs- und Auf-

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wickelvorrichtung zugeführt. Ein ringförmiges Luftmesser umgibt den Dorn nahe der Gaslagerung. Diese Positionierungsvorrichtung hat einen Innendurchmesser am Luftkanal von 67 cm, einen Luftkanalspalt von 0,04 cm und wird mit ge~ kühlter Luft bei einer Temperatur von 21 G versorgt. Die Temperatur des Spritzkopfs beträgt 177° G, die Spritzgeschwindigkeit beträgt 163 kg pro Stunde bei einem Poly— äthylenfilm von 0,004 cm Dicke ausgezeichneter Klarheit. Das Material ist fleckenfrei, hat eine hohe Kerbzähigkeit und eine hochglänzende Oberfläche.

Zum Vergleich werden dieselben Einrichtungen zur Erzeugung eines Polyäthylenfilms nach einem Verfahren (trapped bubble process) verv/endet, bei dem ein Kühler auf dem Spritzkopf befestigt ist, der mit einem Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher arbeitet, bei dem das Gas innerhalb der gebildeten Blase schnell über den Wärmetauscher zirkuliert. Die maximale Spritzgeschwindigkeit beträgt 86 kg pro Stunde, es wird jedoch schlechteres Material erzeugt. Wenn der Wärmetauscher entfernt wird, ergeben sich optimale Bedingungen bei 68 kg pro Stun.de bei schlechterem Filmmaterial.

jthnliche Vorteile wie bei den zuvor beschriebenen erfin— dungsgemäßen Verfahren werden dann erreicht, wenn das Verfahren mit zugehöriger Einrichtung bei anderen filmbildenden synthetischen Kunstharzmaterialien angewendet wird.

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Claims

2 3 4 β Γ: 1 O - 9 -

Patentansprüche

1. Extrusions-Blasverfahren zur Herstellung von Rohrma~- terial aus einem filmbildenden synthetischen thermoplastischen Kunstharzmaterial, das nach dem Extrusionsvorgang über einen Dorn geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrmaterial nach dem Extrusionsvorgang über einer kreisrunden Gaslagex^ung mit gegenüber der Extrusionsöffnung größerem. Durchmesser gespannt wird, so daß es zwischen der Extrusionsöffnung und der Gaslagerung eine kegelstumpf~ förmige Gestalt erhält, daß ein Gas mit einer Temperatur unter der thermoplastischen Temperatur des Materials von der Gaslagerung aus zugeführt wird und daß das Rohrmaterial von der Gaslagerung aus über den Dorn geführt wird, dessen Temperatur unter der thermoplastischen Temperatur gehalten wird und dessen Querabmessung etwa derjenigen der Gaslagerung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nahe der Gaslagerung den Dorn umgebende und nach, innen gerichtete Gasströmung erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck zwischen der Extrusionsöffnung und der Gaslagerung im wesentlichen gleich dem an der Außenseite des Rohrmaterials wirkenden Druck gehalten wird.

4-, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharzinaterial Polyäthylen verwendet wird*

5. Extrusionseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, mit einer Vorrichtung zur

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Zuführung fumbildenden synthetischen Kunstharzmaterials im _ thermoplastischen Zustand an einen Spritzkopf mit ringförmiger IDxtrusionsöffnung und mit einem ringförmigen Dorn, dessen Außenfläche mit einer Kühlanordnung zur Haltung ihrer Temperatur unter der thermoplastischen Temperatur des Kunstharzmaterials verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionsöffnung (17) koaxial eine ringförmige Gaslagerung (20) mit Abstand nachgeordnet ist, deren Außendurchmesser größer als derjenige der Extrusionsöffnung (17) ist und etwa dem Außendurchmesser des Dorns (25) entspricht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslagerung (20) in einer Ebene normal zur Extru— sionsachse (18) einen kreisförmigen Querschnitt hat.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Stelle zwischen der Extrusionsöffnung (17) und der Gaslagerung (20) und dem Außenraum einer Entlüftung (28) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (29) zur Erzeugung einer radial nach innen gerichteten ebenen Kühlgasströmung koaxial mit der Gaslagerung (20) in deren Bereich angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 his 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionsöffnung (17) eine Vorrichtung (16) zur Erzeugung einer ebenen und radial nach innen gerichteten Gasströmung zugeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 his 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslagerung (20) aus einem porösen Metallzylindermaterial besteht.

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