DE2401383A1 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren eines thermoplastischen materials in modifizierter form - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum extrudieren eines thermoplastischen materials in modifizierter form

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann,
Dipl.-Ing. H.WeickmajSiN, Dipl.-1jiiys. Dp.. K. Fincke Dipl.-Ing. E A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN 1 4· Μαΐ ί974
POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22
PHILLIPS CABLES LIMITED,
King Street West, Brockville, Ontario, Canada
Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren eines thermoplastischen Materials in modifizierter Form
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren eines thermoplastischen polymeren Materials, insbesondere eines kristallinen schmelzbaren Polymers in modifizierter Form.
In einer bestimmten Hinsicht bezieht sich die' Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines
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zellenartigen thermoplastischen Materials in extrudierter Form. In einer anderen bestimmten Hinsicht bezieht 'sich die Erfindung auf ein .Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung isolierender Beschichtungen für Drähte und Kabeln.
Bei der Herstellung von Drähten und Kabeln, die eine isolierende Beschichtung aufweisen, wird ein thermoplastisches Material durch einen Schneckenextruder um einen Draht oder ein Kabel herum extrudiert, das durch eine Spritzgußform im Kopf des Schneckenextruders hindurchgeführt wird. Entsprechend den geforderten Eigenschaften des beschichteten Drahtes oder Kabels wird das thermoplastische Material in geeigneter Weise modifiziert.
Wenn beispielsweise ein zellartiger Effekt in der isolierenden Beschichtung erwünscht ist, kann ein gasförmiges Material in dem thermoplastischen Material innerhalb des Zylinders bzw. Mantels des Schneckenextruders eingeschlossen werden. Das gasförmige Material kann in dem thermoplastischen Material durch Einführung eines Treibmittels gebildet werden, welches thermisch zersetzt wird, um Gasblasen zu bilden, welche den zellartigen Effekt liefern. Wahlweise kann ein gasförmiges Material direkt in das thermoplastische Material eingeführt werden. In dem letzteren Falle ist die Einführung von diskreten Partikeln, beispielsweise Tonerde oder Metalle ebenso erwünscht; das aus einzelnen Partikeln bestehende Material bildet Kristallisationskernbildungsstellen für die Bildung von Gasblasen.
Diese Verfahren haben gewisse Nachteile, die darin bestehen, daß die gasförmigen Zersetzungsprodukte bei der thermischen Zersetzung des Treibmittels und die Eigenschaften des aus einzelnen Partikeln bestehenden Materials die elektrischen Eigenschaften des beschichteten Kabels in ungünstiger Weise beeinflussen können.
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Beispielsweise ist ein üblicherweise verwendetes Treibmittel für die Herstellung eines zellartigen thermoplastischen Materials Azodikarbonamid, welches bei seiner thermischen Zersetzung Wasser erzeugt, das beim Verbleib in dem.thermoplastischen Material die elektrischen Eigenschaften des Drahtes oder des Kabels, das mit diesem Material beschichtet ist, beeinflußt.
In ähnlicher Weise beeinflußt die Anwesenheit von Teilchen aus Tonerde oder Metallen, die Kristallisationskernstellen in dem thermoplastischen Material bilden, die elektrischen Eigenschaften beispielsweise die Kapazität des Drahtes oder des Kabels, das mit diesem Material beschichtet bzw. ummantelt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines extrudierten zellartigen thermoplastischen Materials zur Verfügung, wobei eine geringe Menge eines in Wärme zersetzbaren Materials verwendet wird, um Kristallisationskernbildungsstellen für das gasförmige Material zu schaffen, wodurch die verwendung von in der Hitze nicht zersetzbaren Materialien wie z.B. Tonerde oder Metalle als Kristallisationskernbildungsstellen vermieden werden können; in diesem Falle bleiben die sich bildenden, verbleibenden nicht gasförmigen thermischen Zersetzungsprodukte, die aus der Zersetzung geringer Mengen von in Wärme zersetzbarem Material, auf einem Minimum, wodurch alle nachteiligen Wir- ■ kungen ebenfalls auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben.
Es ist auch üblich, thermoplastisches polymeres Material durch den Einbau eines Vernetzungsmittels in dem thermoplastischen Material zu modifizieren. Das Vernetzungsmittel wird in das thermoplastische, polymere Material vor der Einführung des Materials in den Schneckenextruder eingebracht. Im allgemeinen befindet sich das Vernetzungsmittel bereits vom Lieferanten aus in dem thermoplastischen Material, so daß das Material
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aushärtet, wenn es erhitzt wird. Dies beinhaltet Nachteile, da die einzelnen Chargen des Lieferers variieren, was zur Folge hat, daß die elektrischen Eigenschaften des beschichteten Drahtes oder des beschichteten Kabels ebenfalls variieren. Vernetzungsmittel sind häufig äußerst unstabil und eine Vernetzung tritt unvermeidlich während der Lagerung des Materials auf, was die Herstellung einer homogenen Mischung während der Extrusions in dem Schneckenextruder noch schwieriger macht.
In einer besonderen Hinsicht ist gemäß der Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines vernetzten polymeren extrudierten Materials geschaffen.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Extrudieren eines thermoplastischen Materials in modifizierter Form, bei welchem thermoplastisches Material in den Zylinder eines Schneckenextruders eingebracht, erhitzt, durch den Zylinder und eine Extrusionseinrichtung hindurchgeführt und ein extrudiertes Material aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch eine Ventileinrichtung hindurchgeführt wird, die zusammen mit der Temperatur des Materials einen Schmelzübergang in dem Material in einer vorbestimmten Stelle und eine gründliche Durchmischung des Materials bewirkt, daß das Material in eine Niederdruckzone in dem Zylinder hineingedrückt wird, daß ein modifizierendes Mittel in das Material in der Niederdruckzone eingeführt wird und daß die sich ergebende Masse aus der Niederdruckzone heraus und durch eine Mischeinrichtung hindurchgeführt wird, die die Dispersion des modifizierenden Mittels in der Masse intensiviert.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines zellenartigen thermoplastischen Materials in extrudierter Form, bei dem ein thermoplastisches kristallines
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schmelzbares polymeres Material und eine kleine Menge eines Mittels in Form von Einzelpartikeln, das Kristallisationskernbildungsstellen bildet, in einen Zylinder eines Schneckenextruders eingeführt wird, um eine Mischung zu bilden, die Mischung durch den Schneckenextruder hindurchgeführt, erhitzt und durch den Zylinder hindurchgepreßt wird, bei dem weiterhin ein gasförmiges Material in die Mischung eingeführt wird, wobei das gasförmige Material in der Mischung an den Kristallisationskernbildungsstellen, die durch das Mittel in Form von Einzelpartikeln gebildet sind, zu Kernen kondensiert, die Mischung durch eine Extrusionseinrichtung hindurchgepreßt wird, wobei ein Expandieren der so erhaltenen extrudierten Mischung um einen vorbestimmten Wert zugelassen wird, und bei dem der extrudierte, zellenartige thermoplastische Körper aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung durch eine Ventileinrichtung, die zusammen mit der Temperatur der Mischung einen Schmelzübergang in dem Material an einer vorbestimmten Stelle und eine Dispersion der Kristallisationskernbildungsstellen in der Mischung bewirkt, daß die Mischung in eine Niederdruckzone in den Zylinder hineingedrückt wird und daß die resultierende Masse aus der Niederdruckzone herausgedrückt und durch eine Mischeinrichtung hindurchgeführt wird, in der eine wirksame Dispersion kondensierten gasförmigen Materials herbeigeführt wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Polymers in extrudierter Form, bei dem ein Polymer in einem Zylinder eines · Schneckenextruders eingeführt, erhitzt, zusammen mit einem Vernetzungsmittel durch den Zylinder des Schneckenextruders f und durch eine Extrusionseinrichtung hindurchgepreßt wird, wobei das Polymer vernetzt und das vernetzte und extrudierte Polymer aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer in"eine Niederdruckzone in dem Zylinder hineinge-
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preßt und eine vorbestimmte Menge des Vernetzungsmittels in das.Polymer in der Niederdruckzone eingeführt wird, um eine Mischung zu bilden und daß die Mischung aus der Niederdruckzone heraus durch die Extrusionseinrichtung gepreßt wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das Polymer durch eine Ventileinrichtung hindurchgeführt, bevor es in die Niederdruckzone eintritt, wobei die Ventileinrichtung zusammen mit der Temperatur des Polymers einen Schmelzübergang in dem Polymer an einer vorbestimmten Stelle bewirkt.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung werden das Polymer und das Vernetzungsmittel durch eine Mischvorrichtung nach dem Verlassen der Niederdruckzone hindurchgeführt, wobei die Mischvorrichtung die Mischung gründlich durchmischt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Schneckenextruder zur Bearbeitung und Modifizierung des polymeren Materials, mit einem Zylinder, der von einer Aufgabeöffnung bis zu einer Austrittsöffnung reicht, einer durchgehencfen Förderschnecke, die mit einem Kern und einem Schneckengang versehen und in dem Zylinder drehbar ist, wobei der Kern einen hinteren und einen vorderen Abschnitt sowie einen Zwischenab- < schnitt mit geringerem Durchmesser aufweist, der eine Niederdruckextrusionszone bildet und mit einem Kanal zum Einführen · eines modifizierenden Mittels in die Niederdruckzone dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung in dem stromaufwärts liegenden bzw. hinteren Teil vorgesehen ist, die zusammen mit der Temperatur in dem Zylinder einen Schmelzübergang in dem Polymer innerhalb des Zylinders an einer vorbestimmten Stelle herbeiführt und die zur gründlichen Bearbeitung des polymeren Materials dient.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die
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Ventileinrichtung zumindest zwei gezahnte Ringe, die am Umfang des hinteren Teils nebeneinander angeordnet sind, wobei die Zähne des einen Ringes relativ zu den Zähnen des anderen Ringes versetzt sind.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die Ventileinrichtung eine doppelte Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten Stiften, die auf dem Umfang der Schnecke angeordnet sind, wobei die Stifte in einer Reihe gegenüber den Stiften in der zweiten Reihe versetzt sind, derart, daß die Stifte der ersten Reihe gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Stiften in der zweiten Reihe liegen, um eine gewundene Bahn zwischen den Stiften für das polymere Material zu bilden.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt der Schneckenextruder eine Mischvorrichtung in dem vorderen Teil des Kernes, um ein modifizierendes Mittel und das polymere Material miteinander zu vermischen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. In dieser zeigt:
Pig. I einen Längsschnitt durch einen Extruder;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Drahtbeschichtungs-Querspritzkopf-Spritzgußform, die beim Extrudieren von Überzügen auf Leitungsdrähte verwendet wird;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1 und
Fig. 4 einen mit Zähnen versehenen Ring, der als eine Ventileinrichtüng dient.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist ein Extruder 1 eine Förderschnecke 2 auf, die drehbar in einem Zylinder 3 gelagert ist, welcher mittels elektrischer Widerstandsheizungen beheizt wird.
Der Zylinder 3 des Extruders ist mit einem Aufgabetrichter 5, der eine Zuführöffnung 6 am unteren Ende desselben aufweist, einem Einlaßkanal 7 mit einer Düse 25 zur Einführung eines modifizierenden Mittels in den Zylinder 3, Thermoelementen 8, Manometern 9 und einer Spritzgußform 10 versehen.
Die Förderschnecke 2 umfaßt einen vorderen, der Spritzgußform zugewandten Abschnitt 11 und einen hinteren Abschnitt 12, die durch einen Zwischenabschnitt I3 mit geringerem Durchmesser und konischen Abschnitten 14 und I5 verbunden sind.
Die Zone in dem Zylinder 3* in welchem sich der Zwischenabschnitt 13 befindet, bildet auf Grund des geringeren Durchmessers des Zwischenabschnitts 13 eine Niederdruckzone in dem Zylinder im Verhältnis zu den Zonen zu beiden Seiten des Zwischenabschnitts 13.
Paare von Mischringen 16 und 17a, 17b, 17c, von denen 409833/0681
jedes zwei Stiftreihen aufweist, die in Umfangsrichtung auf der Schnecke 2 angeordnet sind, wobei die Stifte einer Reihe eines Paares relativ zu den Stiften der anderen Reihe dieses Paares versetzt sind, sind mit Abstand zueinander auf der Förderschnecke 2 angeordnet, wobei das Paar der Mischringe 16 auf dem Abschnitt 12 und die Paare der Ringe 17a, 17b und 17c auf dem Abschnitt 11 vorgesehen sind.
Beim Ablauf des Verfahrens zur Modifizierung eines thermoplastischen Materials wird ein thermoplastisches Polymer in den Extruder 1 über den Aufgabetrichter 5 und die Zuführöffnung 6 eingebracht. Die Schnecke 2, die durch eine geeignete, nicht dargestellte Antriebseinrichtung angetrieben ist, fördert das thermoplastische Polymer durch den Zylinder 3, der durch die Heizung 4 aufgeheizt ist. Das thermoplastische Polymer wird deshalb in engen und im wesentlichen gleitenden Kontakt mit den heißen Wänden des Zylinders 3 gebracht und wird auch Seherbeanspruchungen unterworfen und bearbeitet, wodurch Reibwirkungen erzeugt werden.
Das thermoplastische Material wird durch den Zylinder hindurchgedrückt, in welchem ein Schmelzübergang von einem kristallinen Zustand in einen Zustand einer Newton'sehen Flüssigkeit durch einen kombinierten Effekt des Ringpaares und der Temperatur des Materials erzeugt wird. Es ist festgestellt worden, daß die Stelle des Schmelzüberganges vorherbestimmbar ist durch eine Vorauswahl der Art und der Lage der Ringe 16 und der in dem Zylinder herrschenden Temperatur; und daß die Lage nicht durch die Abmessungen der Spritzgußform 10 beeinflußt wird, wie dies angenommen wird, wenn keine Ringe 16 verwendet werden.
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Die Möglichkeit, die Stelle des SchmelzUberganges auszuwählen, hat eine Anzahl von Vorteilen. Beispielsweise wenn modifizierende Substanzen.dem Material zugefügt werden sollen, kann der Zustand des Materials in geeigneter Weise an einer be-' stimmten Stelle relativ zur Einführung des modifizierenden Materials für eine wirkungsvollere Betriebsweise ausgewählt und vorbestimmt werden.
Das Material wird Scherkräften zur Erzeugung einer Mischung und einem Gegendruck, erzeugt durch das Paar der Ringe 16, unterworfen. Dieser Gegendruck erzeugt eine zusätzliche Mischwirkung, die durch die Mischwirkung der Stifte des Paares der Ringe 16 ergänzt wird, die dazu dienen, das geschmolzene thermoplastische Material in Ströme zu unterteilen, die nach dem Durchtritt durch die Ringe 16 wieder vereinigt werden. Die Mischringe*16 erzeugen eine gründliche Mischung des thermoplastischen Materials bevor es in die Niederdruckzone um den Zwischenabschnitt I3 gelangt, wo das modifizierende Mittel in das thermoplastische Material über die Düse 25 des Einlaßkanales 7 eingebracht wird.
Das thermoplastische Material und das modifizierende Mittel treten aus der Niederdruckzone heraus und werden einer Misehwirkung durch Paare von Mischringen 17a, 17b und 17c .unterworfen, die dazu dienen, die Dispersion des modifizierenden Mittels in dem thermoplastischen Material zu intensivieren.
In dem Falle, in welchem das modifizierende Mittel ein gasförmiges Material ist und eine zellen- oder Schaumstruktur geschaffen werden soll, wird eine kleine Menge, beispielsweise 0,1 % eines Materials aus Einzelteilchen, vorzugsweise eines bei Hitze zersetzbaren und gaserzeugenden Materials wie z.B. Azodikarbonamid, in das thermoplastische Polymer über den Aufgabetrichter 5 eingeführt. Dieses Material zersetzt sich im Zylinder 3 im hinteren Abschnitt 12 und erzeugt kleine · Gasblasen, die als Stellen der Kristallisationskernbildung
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für das gasförmige Material dienen, das in die Niederdruckzone eingeführt wird. Andere Materialien in Teilchenform, wie z.B. Tonerde und Metall können ebenso benutzt werden, um Kristallisationskerne zu bilden, jedoch sind diese Materialien weniger bevorzugt, da sie in dem extrudierten Material verbleiben und demnach die elektrischen Eigenschaften beeinflussen können. Wenn eine kleine Menge eines in Hitze sich zersetzenden Materials verwendet wird, sind dagegen die Mengen an nicht gasförmigen, thermisch zersetzbaren Produkten auf einem Minimum.
Das Ringpaar 16 bewirkt eine gründliche Mischung und demnach eine gleichmäßige Verteilung der KristallisationskernbildungsZentren in dem thermoplastischen Material und unterstützen den Schmelztibergang, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Die Paare der Mischringe 17a, 17b und 17c intensivieren die Dispersion des durch den Einlaß 7 eingeführten gasförmigen Materials, um eine gleichmäßige Verteilung von Oasblasen in dem thermoplastischen Material zu erhalten.
Die Ringe 16 sind auch insofern wirksam als sie ein Austritt des durch den Einlaß 7 eingeführten gasförmigen Materials durch das Aufgabeende des Zylinders 3 verhindern.
Die Menge an gasförmigem Material, das in ein bestimmtes Polymer für eine spezielle Wanddicke und für eine spezielle Verwendung des Produktes eingeführt wird, schwankt in der Praxis zwischen annähernd 40 % bis annähernd 70 % des dielektrischen Volumens für Olefin-Polymere und so viel wie 90 % für Styrol-Polymere. Beispielsweise wird bei einem isolierten Leiter, bei welchem das anfängliche Olefin-Polymer eine Dichte von 0,93 Einheiten aufweist, die Dichte durch das Hinzufügen von gasförmigem Material, beispielsweise Stickstoff auf
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eine Zahl reduziert, die die oben erwähnten ProzentjEahien an Gas angibt.
Da in vielen. Fällen ein gewünschter Kapazitätseffekt sowie eine gewünschte Dicke der Isolation für einen bestimmten Draht oder Leiter vorliegt, ist die Menge des eingeführten Oases diejenige, welche die gewünschten Parameter erzeugt und kann demgemäß geringer sein als die Gesamtmenge an Gas, das eingeführt werden kann.
Sas wird kontinuierlich durch den Hinlaß 7 mit einem Durchsatz eingefügt, der die Parameter des gewünschten Endproduktes befriedigt und wobei ein Einführungsdruck ermöglicht wird, der ausreichend ist, um den Druck im Zylinder zu überwinden, der bstrebt ist, das Gas zu behindern. Spezielle Düsengrößen für den Kanal 7 und spezifische Drücke sind für eine breite Veränderbarkeit der Bndprodukte erforderlich, jedoch sind diese Parameter leicht bestimmbar, wobei im allgemeinen festgestellt wurde, daß eine luftbetriebene Pumpe mit einem Kompressionsverhältnis von 20tl geeignet 1st.
Auch könnte der Sindruck entstehen, daß die Einführung von gasförmigem Material durch eine einzige Düse 25 in den Kanal 7 mit geringer Größe bedeutend ist und insbesondere für die Isolierung von Telefonkabeln liefert eine einzige Düse 25 mit einem Loohdurchmesser von ungefähr 0,05 mm befriedigende Ergebnisse, wenn der Druck in der Niederdruckzone um den Zwischenabschnitt IJ der Schnecke 2 herum in der Größenordnung von l40 bis 280 at ist. In diesem Fall ist ee notwendig, eine Pumpe zur Einführung des gasförmigen Materials mit einem gleichförmigen Ausstoß zu verwenden, um den Druck zu überwinden. Deshalb ist die Menge des gasförmigen Materials, das durch die Düse 25 hindurchtritt, eine Punktion sowohl des Pumpendruckes als auch der Lochgröße.
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Ein bedeutender Vorteil des Verfahrens naoh der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Extruder 1 zur Anwendung kommt, besteht darin, daß es möglich gemacht wurde, eine gute Steuerung der Kapazität des isolierten Drahtes zu erhalten und zwar bei einer zulässigen Abweichung von + oder - 1,5 Picofarad/m (Q,5 Picofarad/Pood).
In demjenigen Falle, in welchem eine zellartige Isolierung~ durch Einführen eines gasförmigen Materials erzeugt wird, wird das beschichtete Material in einem Wasserbad abgeschreckt, um die Expansion des Qases zu begrenzen; das Wasserbad wird automatisch bewegt, um die Lage des Wassers in Bezug auf die abkühlende Zwischenschicht zu ändern und zwar auf Orund eines Befehles oder eines Signales von einem Kapazitäts-Monitor über einen Verstärker oder eine Servoeinrichtung und die Endkapazität wird auf diese Weise überwacht. Die Endkapazität ist jedoch von verschiedenen Faktoren abhängig, die die Zusammensetzung und Gleichförmigkeit des Isoliermaterials einschließen. Die vorliegende Erfindung-liefert ein Beschichtungsmaterial mit gleichförmiger Zusammensetzung und Konsistenz, wodurch in großem Maße die Überwachung der Kapazität des isolierten Drahtes unterstützt wird.
Das Material wird durch die Spritzgußform 10 extrudiert und die Oasblasen expandieren, um eine Zellstruktur au bilden.
Wenn das modifizierende Mittel ein vernetzendes Mittei ist, sichern die Ringpaare 17a, 17b und I70 eine gründliche Verteilung des vernetzenden Mittels in dem thermoplastischen Polymer; dies ist wünschenswert, um ein Produkt mit einer gleichförmigen Zusammensetzung und gleiohförmigtn Eigenschaften au erhalten« Die vernetzung erzeugt nicht nur ein wärmehärtbarts Produkt, welches daher bei höheren Temperaturen verwendet werden kann, bei welchen «in nicht vernetzt·? Polymer schmelzen würd·, sondern
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bei einigen Polymeren, beispielsweise Polyäthylen wird die Zugfestigkeit und der Widerstand gegen Spannungsbruch erhöht.
Das vernetzende Mittel wird in geeigneter Weise in Form einer Paste mit geringer Viskosität zugefügt, die das Vernetzungsmittel in einem flüssigen Bindemittel enthält. Bei einer AusfUhrungsform wurden eine geeignete Faste, die Dicumylperoxid in einem Polybuten mit einem geringen Molekulargewicht enthält, in einer Farbenverreibmasehine hergestellt, wobei eine erwärmte, vorgemischte Lösung aus einem Polybuten mit niedrigem Molekulargewicht und Dicumylperoxid verwendet wurde. Die Paste kann kontinuierlich in den Bxtruderzylinder durch eine Ballonpumpe eingeführt werden. >
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind insbesondere für die Extrusion einer Ummantelung für einen Leitungedraht bei der Herstellung von elektrischen Kabeln geeignet.
Flg. 2 ist ein Schnitt durch eine typische Drahtbeschichtungs-Querspritzkopf-Spritzgießform, die bei der Herstellung von elektrischen Kabeln zur Anwendung kommt· Unter Bezugnahme auf Flg. 2 umfaßt ein Querspritzkopf 24 ein· Prallplattenanordnung 18, einen leitenden Draht 19, einen Führungskanal für den Draht 19, «inen FUhrungsdorn 21 und «ine Öffnung
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind ein· Vielzahl von Stiften
30 und 31 auf der Schnecke 2 angeordnet und die Stifte 30 und
31 bilden zwei Reihen, wobei die Stifte 30 In Bezug auf die Stifte 31 versetzt sind, so daß jeder Stift 30 exakt einem Zwischenraum zwischen zwei Stiften 31 gegenüberliegt und umgekehrt.
Die Stifte der Ringe 17·« 17b und 17o sind von Mhnlloher
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Gestalt wie die Stifte j5Q und 3I der Ringe 16.
In Flg. 4 ist eine Einzelheit eines MisehrIngeε 16a dargestellt, der an Stelle einer Vielzahl von Stiften Zähne 2j5 aufweist«
Die Ringe 16 sind in der .Sohnecke 2 so angeordnet, daß die Stifte 30 in einem Ring genau auf die Zwischenräume zwischen den Stiften 31 im anderen Ring (vgl* Fig. 3) fallen; die Ringe 16 sind so mit Abstand zueinander angeordnet, daß das zwischen den Ringen 16 hindurohtretende Material auf einer gewundenen Bahn wandern muß, die beispielsweise 1,6 mm breit ist zwischen jedem Stift 30 in der ersten Reihe der Stifte und den entsprechenden Stiften 31 in der zweiten Reihe.
Das Spiel zwischen dem oberen Ende der Stifte 30 und 31 und der Wand des Zylinders beträgt ungefähr zwischen 0,2 und 1,5 mm und kann ebenso groß sein wie zwischen den Schneckenkämmen und der Zylinderwand.
Bei der in Fig. 1 dargestellten AusfUhrungsform umfassen die Mischringe 16, 17a, 17b und 17c jeweils ein Paar von Stiftreihen, die mit Abstand zueinander auf dem Umfang um die Schnecke 2 herum angeordnet sind.
Die Stellen und Abstände der Paare von Ringen 16, 17a, 17b und 17c relativ zu der Spitze der Schnecke 2 an dem vorderen Ende für eine Schraube mit den in Tabelle I angegebenen Abmessungen sind in der unten aufgeführten Tabelle II einge-. tragen. Bei dieser spezifischen AusfUhrungsform, die in Tabelle I näher angegeben ist, umfaßt der hintere Abschnitt drei Zonen, nämlich die erste, zweite und dritte Zone der Schnecke. Die erste Zone umfaßt den SlnfUhrungsabschnitt, die zweite Zone ist ein konisch zulaufender Übergangsabschnitt und die dritte Zone ist ein erster Homogenisierungsabschnitt.
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Die angegebenen Abmessungen dienen nur der Illustration und es ist leicht einzusehen^ daß andere Abmessungen verwendet werden können, die leicht durch einen Versuch festgestellt werden können.
TABELIaE I
Gesamtlänge der Schnecke Länge des vorderen Abschnittes 11 Länge des Zwischenabschnittes I3 Länge des hinteren Abschnittes 12 erste Zone des Abschnittes 12 zweite Zone des Abschnittes 12 dritte Zone des Abschnittes 12
axiale Länge des konischen Abschnittes 15 axiale Länge des konischen Abschnittes 14
äußerer Durchmesser der Schnecke 2
Tiefe der Schnecke an dem vorderen Abschnitt 11
Tiefe der Schnecke am Zwischenabschnitt I3 Tiefe der Schnecke am hinteren Abschnitt 12 erste Zone des Abschnittes 12
zweite Zone des Abschnittes 12
dritte Zone des Abschnittes 12
cm
193,5 50,8 6,35 95
17,8 56,5 25,4 6,35 3,175 6,35
0,32 0,64
konstant
nominal nominal
0,705 nominal konisch .0,28 nominal
Der Gesamtdurchmesser der Schnecke 2 ist konstant und zwar über die gesamte Länge von einer Spitze zur anderen und der Durchmesser des Kernes der Schnecke 2 verändert sich entsprechend der Tiefe der Schneckengänge.
In der beispielsweise dargestellten Ausführungsform bildet der konische Abschnitt 14 eine vierte Zone der Schnecke; der Zwischenabschnitt 13 bildet eine fünfte Zone, die einen Entlüftungsabschnitt darstellt; der konische Abschnitt I5 bildet
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eine sechste Zone und der vordere Abschnitt 11 ist die siebte Zone, die einen zweiten Homogenisierungsabschnitt darstellt.
TABELLE II
Ringe d1 cm d2 cm d, cm
16 0,299 - 0,0127 0,076 67,5
17a 0,549 - 0,076 0,30 44,5
17b 0,367- 0,0127 0,15 28,2
17c 0,299 - 0,0127 0,076 12,7
ist der Abstand zwischen benachbarten Stiftreihen ist der Abstand -zwischen einem Stift in dem nächsten Stift in der nächsten Reihe
dp ist der Abstand -zwischen einem Stift in einer Reihe und
d-, ist der Abstand der Ringe von der Spitze der Schnecke 2
am vorderen Ende.
Beim Betrieb wird das Material in dem Zylinder 3 durch die Prallplatte 18 hindurchgedrückt und gelangt zu dem Führungsdorn 21, welcher so geformt ist, daß das Material an allen Seiten desselben um diesen herumfließt, wodurch ein fließender Ring um den Dorn 21 herum gebildet wird, welcher in Richtung der öffnung 22 fließt und schließlich den Draht berührt. Auf diese Weise wird eine Beschichtung auf den Draht 19 aufgebracht, welcher sich kontinuierlich durch den Querspritzkopf bewegt und als ein innerer Formdorn wirkt. Um die Adhäsion der Beschichtung auf dem DrahtI9 zu verbessern, ist es in bestimmten Fällen als vorteilhaft festgestellt worden, den Draht I9 zu erhitzen, wobei diese Erhitzung dadurch erreicht wird, daß durch den Draht ein elektrischer Strom ge-' leitet wird; im allgemeinen ist es wünschenswert, den Draht auf eine Oberflächenteraperatur von ungefähr 93 °C aufzuheizen und diese Temperatur mit Rücksicht auf den Drahtdurchsatz zu halten.
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Thermoplastische Polymere, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind bekannt und umfassen beispielsweise Polymere oder Mischungen aus Polymeren, die durch Polymerisa- · tion oder Copolymerisation von aliphatischen Olefinen, beispielsweise Äthylen, Propylen und butanhalogenierten aliphatischen Olefinen, beispielsweise Vinylchlorid; ungesättigten aromatischen Kohlenwasserstoffen, z.B. Styrol und ungesättigten Estern, beispielsweise Methylmethacrylat erhalten werden. Ein besonders brauchbares Polymer für die vorliegende Erfindung ist Polyäthylen. Praktisch brauchbare Copolymere umfassen Copolymere von Äthylen und Butan und Copolymere von Propylen und Äthylen.
Ein modifizierendes Mittel bei dieser Erfindung ist Material, welches physikalisch und/oder chemisch den Zustand des thermoplastischen Materials verändert beispielsweise erzeugt die Verwendung eines inerten Gases bei einem thermoplasti schen Material als modifizierendes Mittel einen zellartigen oder schaumartigen Effekt in dem thermoplastischen Material. Das inerte Gas ist vorzugsweise in dem thermoplastischen Material unlösbar, jedoch sind in dem Fall, in welchem das thermoplastische Material ein Polymer aus Styrol ist, lösbare Gase nützlich. Bei einem anderen Beispiel verändert die Verwendung eines vernetzenden Mittels ein thermoplastisches Material dadurch, daß es dieses Material aushärtet und in Abhängigkeit von der Menge des vernetzenden Mittels das thermoplastische Material in ein wärmehärtbares Material umwandelt.
Beispiele von modifizierenden Mitteln sind Stickstoff, Argon, Helium, Luft, Kohlendioxid Pentan, fluorierte niedere Kohlenwasserstoffe und niedere Kohlenwasserstoffe, welche sowohl fluoriert und chloriert sind, typisch für fluorierte und chlorierte Verbindungen sind solche, die unter dem Warenzeichen "FRBON" erhältlich sind, beispielsweise Trichlorfluormethan, Dichlordifluormethan, Chlortrifluormethan, Chlordifluor
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methan, 1,2,2-Trichloräthan, 1,2,2-Trifluoräthan und Symdichlortetrafluoräthan, um eine zellartige oder schaumartige Struktur zu erzeugen sowie Peroxide, z.B. Dieumylperoxid, Dibenzoylperoxid, t-Butyl-perbenzoat, 2,5-bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexan und 2,5-D.imethyl-2,5-di(t-butylperoxy J^-um eine Vernetzung zu erzeugen.
Es ist für den Fachmann erkennbar, daß andere modifizierende Mittel gemäß der Erfindung eingeführt werden können, was von der erforderlichen Modifizierung des Kunststoffs abhängt. Zusatzstoffe, g. B. Füllstoffe, Antioxydationsmittel und Pigmente können ebenfalls gemäß der Erfindung hinzugefügt werden, um die Eigenschaften des thermoplastischen Materials zu verändern, insbesondere wenn ein Vernetzungsmittel ebenfalls hinzugefügt werden soll.
Geeignete unter Einwirkung von Wärme zerlegbare und gaserzeugende verbindungen zur Erzeugung von Kondensationskernen umfassen die Klasse von Verbindungen, die häufig als Treibmittel angesprochen werden, welche beispielsweise Azodikarbonamid, 4,4*-oxybis(benzolsulphonsäurehydrazid), N-aminophthalimid und N,N1-dinitropentamethylentetramin.
Nachfolgende Beispiele erläutern Verfahren gemäß der Erfindung .
BEISPIEL 1
99*85 g eines Polyäthylengranulats (geringe Dichte) und 0,15 g Azodikarbonamid werden über den Aufgabetrichter 5 in den Zylinder J des Extruders 1 aufgegeben, der im Bereich des Aufgabetrichters auf 18 bis 55°C, im Bereich des Einlasses 7 auf ungefähr 155°C und im Bereich der Spritzform auf ungefähr 2880C erhitzt ist. Stickstoffgas wird in den
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Niederdruckbereich mit einem Druck von ungefähr 140 at eingeführt und die Mischung wird um einen Draht I9 herum extrudiert, der auf eine Oberflächentemperatur von 950C erhitzt wird, wobei der Draht ungefähr eine Dicke von 0,5 mm aufweist, um eine zellartige Beschichtung mit einer Dicke von 0,655 mm zu erzeugen.
BEISPIEL 2
Das Verfahren entsprechend Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das Stickstoffgas in den Niederdruckbereich unter einem Druck von ungefähr 14 at eingeführt und die Mischung um einen CATV-Draht I9 (ein Kabel für eine Gemeinschaftsantennenanlage) extrudiert wurde, der einen Durchmesser von ungefähr 1,27 cm aufwies.
BEISPIEL 3
98*5 6 eines Polyäthylengranulats (geringe Dichte) wurden durch den Aufgabetrichter 5 aufgegeben, wobei der Zylinder des Extruders im Bereich des Aufgabetrichters auf 92I-0C im Bereich des Einlasses 7 auf ungefähr 127°C und auf ungefähr im Bereich der Spritzgußform 10 aufgeheizt wurde. 1,5 g Dicumylperoxid in Form einer Paste in einem Polybuten mit geringem Molekulargewicht wurden in die Niederdruckzone über den Einlaß 7 eingeführt und die sich hierbei ergebende Mischung wurde um Netzkabel 19 herum extrudiert, das einen Durchmesser von 1,7 mm aufwies. Der beschichtete Draht I9, der aus der öffnung 22 heraustritt, wird durch ein 60 m hohes Druckrohr hindurchgeführt, das gesättigten Dampf mit einem Druck von ungefähr 14 at aufwies. In diesem Rohr findet die Vernetzung statt. Der sich ergebende Draht hatte eine Beschichtung mit einer Dicke von 0,8 mm.
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Claims (1)

  1. 24G1383. 21 _
    Patentansprüche
    1. Verfahren zum Extrudieren eines thermoplastischen Materials in modifizierter Form, bei welchem thermoplastisches Material in den Zylinder eines Schneckenextruders eingebracht, erhitzt, durch den Zylinder und eine Extrusionseinrichtung hindurchgedrückt und ein extrudiertes Material aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch eine Ventileinrichtung hindurchgeführt wird, die zusammen mit der Temperatur des Materials einen Schmelzübergang in dem Material an einer vorbestimmten Stelle und eine gründliche Durchmischung des Materials bewirkt, daß das Material in eine Niederdruckzone in dem Zylinder hineingedrückt wird, daß ein modifizierendes Mittel in das Material in der Niederdruckzone eingeführt und daß die sich ergebende Masse aus der Niederdruckzone herausgedrückt und durch eine Mischeinrichtung hindurchgeführt wird, die die· Dispersion des modifizierenden Mittels in der Masse intensiviert.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierende Mittel ein inertes Gas ist, das einen zellenartigen Effekt in dem thermoplastischen Material erzeugt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierende Mittel ein Vernetzungsmittel ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung zwei eng benachbarte Reihen von Stiften aufweist, die senkrecht zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke herum angeordnet sind und einen Ring bilden, wobei die stifte einer der Reihen gegenüber den-Stiften der anderen Reihe versetzt angeordnet sind.
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    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung drei mit Abstand·zueinander angeordnete Ringe aufweist,- von denen jeder zwei Reihen von senkrecht · zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke herum angeordneten Stiften umfaßt, die einen Ring bilden, wobei die Stifte einer der Reihen eines jeden Ringes gegenüber den Stiften der anderen Reihe in jedem Ring versetzt zueinander angeordnet sind,
    6. Verfahren zur Herstellung eines zellenartigen thermoplastischen Materials in extrudierter Form, bei dem thermoplastisches, kristallines, schmelzbares polymeres Material und eine kleine Menge eines Mittels in Form von Einzelpartikeln, das Kristallisationskernbildungsstellen bildet, in einen Zylinder eines Schneckenextruders eingeführt, um eine Mischung zu bilden, die durch den Schneckenextruder hindurehgeführt, durch den Zylinder hindurchgepreßt wird, bei dem weiterhin gasförmiges Material in die Mischung eingeführt wird, wobei das gasförmige Material in der Mischung an .den Kristallisationskernbildungsstellen, die durch das Mittel in Form von Einzelpartikeln gebildet sind, zu Kernen kondensieren, die Mischung durch eine Extrusionseinrichtung hindurchgepreßt.wird, wobei ein Expandieren der so erhaltenen extrudierten Mischung um einen vorbestimmten Wert zugelassen wird, und bei dem der extrudierte zellenartige thermoplastische Körper aufgenommen wird, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung durch eine Ventileinrichtung, die zusammen mit der Temperatur der Mischung einen SchmelzUbergang in dem Material an einer vorbestimmten und eine Dispersion der Kristallisationskernbildungsstellen in der Mischung bewirkt, daß die Mischung in eine Niederdruckzone in dem Zylinder hineingedrückt wird und daß die resultierende Masse aus der Niederdruckzone herausgedrückt und durch eine Mischeinrichtung hindurchgeführt wird, in der eine wirksame Dispersion kondensierten gasförmigen Materials herbeigeführt wird.
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    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einzelnen Partikeln bestehende Material.ein Treibmittel ist. .
    8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung zwei eng benachbarte Reihen von Stiften aufweist, die senkrecht zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke herum angeordnet sind und einen Ring bilden, wobei die Stifte einer der Reihen gegenüber den Stiften der anderen Reihe versetzt angeordnet sind.
    9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung drei mit Abstand zueinander angeordnete Ringe aufweist, von denen jeder zwei Reihen von senkrecht zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke herum angeordneten Stiften umfaßt, die einen Ring bilden, wobei die Stifte einer der Reihen eines jeden Ringes gegenüber den Stiften der anderen Reihe in jedem Ring versetzt zueinander angeordnet sind.
    10. Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Polymers in extrudierter Form, bei dem ein Polymer in einem Zylinder eines Schneckenextruders eingeführt, erhitzt, zusammen'mit einem Vernetzungsmittel durch den Zylinder des Schneckenextruders und durch eine Sxtrusionseinrichtung hindurchgepreßt wird, wobei das Polymer vernetzt und das vernetzte und extrudierte Polymer aufgenommen wird, insbesondere nach Anspruch 1 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer in eine Niederdruckzone in dem Zylinder hineingepreßt und eine vorbestimmte Menge des Vernetzungsmittels in das Polymer in der Niederdruckzone eingeführt wird, um eine Mischung zu bilden und daß die Mischung aus der Niederdruckzone heraus durch.die Extrusionseinrichtung gepreßt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung durch eine Mischeinrichtung hindurchgeführt wird, die die Dispersion des Vernetzungsmittels in der Masse stromabwärts
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    der- Niederdruckzone intensiviert.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung drei mit Abstand zueinander angeordnete Ringe aufweist, von denen jeder zwei Reihen von senkrecht zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke herum angeordneten Stiften umfaßt, die einen Ring bilden, wobei die Stifte einer der Reihen eines jeden Ringes gegenüber den Stiften der anderen Reihe in jedem Ring versetzt zueinander angeordnet sind.
    15. Schneckenextruder insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Zylinder, der von einer Aufgabeöffnung bis zu einer Austrittsöffnung reicht, einer durchgehenden Förderschnecke, die mit einem Kern und einem Schneckengang versehen und in dem Zylinder drehbar ist, wobei der Kern einen hinteren und einen vorderen Abschnitt sowie einen Zwischenabschnitt mit geringerem Durchmesser aufweist, der eine Niederdruckextrusionszone bildet und mit einem Kanal zum Einführen eines modifizierenden Mittels in die Niederdruckzone, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung (16) in dem stromaufwärts liegenden bzw. hinteren Teil (12) vorgesehen ist, die zusammen mit der Temperatur in dem Zylinder (j5) einen Schmelzübergang in dem Polymer innerhalb des Zylinders an einer vorbestimmten Stelle herbeiführt und die zur gründlichen Bearbeitung des polymeren Materials dient.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 1J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (16) zwei eng benachbarte ReJaen von Stiften (50, 31) aufweist, die senkrecht zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke (2) angeordnet sind und einen Ring bilden, wobei die Stifte (30) einer der Reihen gegenüber den Stiften (Jl) der anderen Reihe versetzt angeordnet sind.
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    15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (17a, 17b, 17c) in dem vorderen Abschnitt (11),die die Dispersion des durch den Zylinder (3) hindurchgeführten Materials intensiviert.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung drei mit Abstand zueinander angeordnete Ringe (17a, 17b, 17c) aufweist, von denen jeder zwei Reihen von senkrecht zur und in Umfangsrichtung um die Schnecke (2) herum angeordneten Stiften umfaßt, die einen Ring bilden, wobei die Stifte' einer der Reihen eines jeden Ringes gegenüber den Stiften der anderen Reihe in jedem Ring versetzt zueinander angeordnet sind.
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