DE2402203C3 - Verfahren und Extruder zur Herstellung von mit geschäumten thermoplastischem Kunststoff isolierten Leiterdrähten - Google Patents
Verfahren und Extruder zur Herstellung von mit geschäumten thermoplastischem Kunststoff isolierten LeiterdrähtenInfo
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Description
50
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunst- 55,
stoff isolierten Leiterdrähten, bei dem während der Förderung und Durchmischung des Kunststoffs in einem
Extruder ein Treibmittel unter Druck in der Niederdruckzone des Extruders eingeführt und im geschmolzenen
Kunststoff dispergiert wird.
Ein solches Verfahren und ein zu seiner Durchführung geeigneter Extruder sind bekannt aus der US-PS
253065. Als Treibmittel dient dabei ein im Kunstharz lösliches Gas, das durch eine Bohrung des Extruderzylinders
in die Niederdruckzone des Extruders b5 eingeführt und dort im geschmolzenen Kunststoff, der
einen feinverteilten Stoff als Impfmittel zur Förderung der Bildung kleiner Gasblasen in der Masse enthält,
dispergiert wird.
Bei der Anwendung größerer Frequenzbandbreiten in Fernmeldekabeln wird eine stärkere Herabsetzung
der Verluste in Isolationen von Koaxialkabeln oder dergleichen verlangt. Bei mit geschäumtem Polyäthylen
isolierten Kabeln und ähnlich isolierten Kabeln für Stadtverbindungen müssen geschäumte Isolationen
mit sehr geringer Schichtdicke und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und besonderer Abriebfestigkeit
hergestellt werden.
Zur Herstellung solcher mit geschäumtem Polyolefin isolierten Drähte dienen Verfahren, wie das oben
angegebene, wobei ein Polyolefin, wie Polyäthylen, mit einem Treibmittel im geeigneten Mischungsverhältnis
gemischt und die Mischung um einen Leiter gespritzt wird, wobei das Treibmittel das Polyolefin
verschäumt. Die bekannten Verfahren zeigen jedoch folgende Nachteile:
1. Falls eine Schicht von geschäumtem Polyolefin mit einer Schichtdicke von nicht mehr als 0,2 mm
auf einem feinen Leitungsdraht mit einem Durchmesser von nicht mehr als 0,5 mm gebildet
wird, wird der Leiter häufig gestreckt und bricht gelegentlich.
2. Nach bekannten Verfahren hergestellte Produkte zeigen nur geringe mechanische Festigkeit
und neigen zur Rißbildung beim Biegen.
3. Falls zum Schäumen nur chemische Treibmittel benutzt werden, können Zersetzungsprodukte
nachteilige Einflüsse auf die dielektrischen Eigenschaften der Isolation haben.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mit geschäumtem
thermoplastischen Kunststoff isolierten Leiterdrähten zu schaffen, welches eine Leiterisolierung mit einer
niedrigen Dielektrizitätskonstante und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und Abriebfestigkeit liefert,
wobei die Kunstharzisolierschicht selbst bei sehr geringer Schichtdicke eine sehr hohe mechanische Festigkeit
aufweisen soll und das es gestattet, den Leiterdraht mit weitaus höherer Geschwindigkeit als bei den
bisherigen Verfahren abzuziehen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, wie es im Anspruch 1 im einzelnen beschrieben ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen im einzelnen beschrieben. Der Anspruch
6 beschreibt eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Ausführupgsbeispiel der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Extruders
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 schematische Darstellungen des Extruders, und zwar
Fig. 1 die Maschine mit vom Umfang der Schnecke her vorspringenden Düsen,
Fig. 2 die Maschine mit von den Seiten der Stege vorspringenden Düsen,
Fig. 3 die Maschine mit von der Schnecke in einem Bereich, wo ihre Stege teilweise abgeschnitten sind,
vorspringenden Düsen,
Fig. 4 die Maschine mit an einer öffnung der
Schnecke angebrachten Düsen,
Fig. 5 mit an öffnungen an der Seitenfläche des
Steges angebrachten Düsen,
Fig. 6, 7 und 8 vergrößerte Schnitte des Teils, wo die Düsen eingesetzt sind,
Fig. 9 eine Mehrzahl von in einer Reihe auf der Schneckenoberfläche angeordneten Düsen.
In den Figuren sind eine rotierende Dichtung 5, ein Einleitungsrohr 6, ein Zylinder 7, ein Antrieb 8, ein
Fülltrichter 9, ein Schneckensteg 10 und ein Mischstift 11 jeweils mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Die Fig. 1—5 zeigen eine Schnecke I eines Extru- r)
ders.die eine Niederdruckzone 2 aufweist. Durch den Mittelabschnitt der Schnecke 1 führt ein axialer Kanal
4, der mit mindestens einer Bohrung in Verbindung steht, die an der Oberfläche des im wesentlichen
zylindrischer. Teils der Schnecke oder an der Seitenfläche des Schneckensteges im Niederdruckbereich in
einer Düse 3 mündet. Fig. 4 zeigt die Düse 3 am Schneckenkörper selbst und Fig. 5 die Düse 3 an der
Seitenfläche des Schneckensteges.
Die Düsen springen von der Oberfläche des Schneckenkörpers bzw. der Seitenfläche des Schnekkensteges
vor, wie in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigt. Die Düsen 3 sind so ausgebildet, daß das Verhältnis DIH,
wobei D den Außendurchmesser der Düse, der gewöhnlich im Bereich von 3-10 mm liegt, und H die
über die Fläche des Schneckenkörpers bzw. Seitenfläche des Schneckensteges vorspringende Höhe der
Düse bezeichnen, im Bereich von 0,1-2,0, vorzugsweise 0,5—1,0 liegt. Durch eine solche spezielle Düse
kann das Treibmittel besonders gleichmäßig im geschmolzenen Kunstharz verteilt und der Wirkungsgrad
des Durchmischens und Durcharbeitens des Harzes verbessert werden, so daß keine ungleichmäßige
Blasenbildung auftritt. Wenn das £>///-Verhältnis
der Düse 3 außerhalb des erwähnten Bereiches liegt, strömt das Treibmittel entlang der Wände von
Schnecke, Schneckensteg und Zylinder, so daß die Menge des im geschmolzenen Harz verteilten Treibmittels
abnimmt und kein gleichmäßiges Schäumen erfolgt.
Außerdem bildet sich dann ein Gasfilm zwischen den Wänden, der Schnecke, des Schneckensteges oder
Zylinders und dem geschmolzenen Kunstharz aus, wodurch ein unerwünschter Schlupf des Harzes und
demgemäß ungenügendes Durchmischen des geschmolzenen Harzes auftreten kann.
Eine solche Düse 3, die in ihrer Standardform (Fig. 6) eine dünne Bohrung 12 aufweist, ist in die
Mündung der mit dem Mittelkanal 4 in Verbindung stehenden Bohrung des Schneckenkörpers 1 bzw.
Schneckensteges 10 eingeschraubt. Sie steht noch über die gewünschte Höhe nach außen vor, und ist
in dieser Stellung befestigt bzw. angeschweißt.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform dieser
JO
35
40
45 sehen sein, so daß sie in Richtung der Schraube oder in der Gegenrichtung dazu vorstehen.
Es werden noch bessere Ergebnisse erhalten, wenn ein Teil des Steges 10 weggeschnitten ist und eine oder
mehrere Düsen 3 von der Oberfläche des Schneckenkörpers in diesen Teil vorspringen. Auf diese Weise
können Schwankungen des Einspritzdrucks des Treibmittels verringert werden. Diese Ausführungsform wird in Fig. 3 gezeigt.
Die Richtung des Vorsprungs der Düse 3 kann entweder senkrecht oder schräg zur Schneckenachse bzw.
Stegfläche sein und wird im Hinblick auf die Art des zu verwendenden Polyolefinharzes, die Drehgeschwindigkeit
der Schnecke u. dgl. festgelegt.
Durch die Düse oder Düsen können außer dem inerten gasförmigen oder flüssigen und verdampfbaren
Treibmittel, wie Chlorfluorkohlenwasserstoff, auch ein organisches Lösungsmittel, wie Xylol, Toluol
und Dodecylbenzol eingespritzt werden, um die Schmel/.viskosität des geschmolzenen Polymers herabzusetzen.
Ein solches organisches Lösungsmittel kann gleichzeitig mit dem erwähnten Inertgas oder zu einem anderen
Zeitpunkt eingespritzt werden. Der Extruder arbeitet wie folgt: Ein Kunstharz, wie Polyäthylen, wird durch den
Fülltrichter 9 in die Spritzmaschine gegeben und darin durch die Schnecke 1 unter gleichzeitigem Aufschmelzen
und Mischen weitergefördert. Wenn das geschmolzene und gemischte Harz eine Niederdruckzone
2 der Spritzmaschine erreicht, wird ein durch einen Kompressor unter Druck gehaltenes Treibmittel
durch Düsen 3, die von der Oberfläche des Schnekkenkörpers 1 oder der Seitenfläche des Schneckensteges
10 vorspringen, in das geschmolzene Harz eingespritzt. Das Treibmittel wird den Düsen 3 durch ein
Zuleitungsrohr 6, eine rotierende Dichtung 5 und einen Treibmittelkanal 4 zugeführt.
Der zum Einspritzen des Treibmittels dienende Kompressor ist mit einem Drucklufttank, einer Dosierpumpe
und einer rotierenden Dichtung ausgerüs'st und sorgt dafür, daß das Treibmittel stets mit einem
geregelten Druck von bis zu maximal 200 bis 300 kp/cm2, vorzugsweise 50 kp/cm2 zugeführt wird.
Das im Drucktank enthaltene Gas gelangt durch den Kompressor und die Dosierpumpe entsprechend dem
Hub dieser Pumpe in die Spritzmaschine. Die von der Dosierpumpe zugeführte Gasmenge ist etwas größer
als die zum Erreichen des vorgeschriebenen Ein
Düse, worin die Bohrung 12 durch einen Stopfen 13 50 spritzdruckes erforderliche Menge. Um die quantitaverschließbar
ist, der beispielsweise einschraubbar ist, tive Einspritzung des Gases zu erreichen, ist das VoIu-
um das Einströmen von Kunstharz zu verhindern. Dieser Stopfen 13 kann gegebenenfalls eine noch
engere axiale Bohrung aufweisen.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Düse 3 mit einem eingeschraubten Stopfen 14, der
seinerseits eine außen im wesentlichen waagerecht, also senkrecht zur axialen Bohrung der Düse mündende
dünne Bohrung aufweist, die mit der axialen Bohrung 12 der Düse 3 in Verbindung steht.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind rings um den Umfang der Schnecke 1 eine Mehrzahl von Düsen 3 angeordnet,
und gegebenenfalls, wie in Fig. 9 gezeigt, so verteilt, daß sie in einer zum Drehsinn der Schneckenmen
des Gaskanals im durchbohrten Mittelabschnitt der Schnecke außerordentlich gering.
Bei dem Extruder wird durch Einstellung des O///-Verhältnisses der Düse bzw. Düsen im Bereich
von 0,1-2,0 verhindert, daß das Treibmittel längs des Schneckensteges oder der Zylinderoberfläche strömt,
und es wird statt dessen gleichmäßig im geschmolzenen Harz dispergiert. Außerdem bilden sich im geb0
schmolzenen Harz durch die Wirkung einer solchen Düse turbulente Strömungen, und das Harz wird genügend
gemischt.
Es können verschiedene Beschichtungs- und
Schäum verfahren angewandt werden, wie unten er-
schraube entgegengesetzten Richtung vorspringen, b5 wähnt. Die geeignete Methode wird jeweils gewählt
um die Misch-Airkung zu verstärken. im Hinblick auf die Art des die Isolation bildenden
Es können auch, wie in Fig. 2 gezeigt, Düsen 3 au Kunstharzes,
beiden Seitenflächer, Jes Steges der Schnecke vorge- 1. Im Fall eines Harzes mit niedriger Schmelzvisko-
sität wird das Harz in Form von Pellets in den Einfülltrichter gegeben und von der Schnecke
weiterbefördert, und ein Treibmittel wird unmittelbar unter Druck aus einer mit dem Treibmittelkanal
verbundenen Düse im Niederdruckbereich der Schnecke in das zuvor in der Maschine
aufgeschmolzene Harz eingespritzt und darin dispergiert.
2. Ein Harzpulver und chemisches Treibmittel werden durch den Einfülltrichter zugeführt, ein organisches
Lösungsmittel wird durch die mit dem Treihmittelkanal verbundenen Düsen eingespritzt,
und das Schäumen des Harzes wird durch die kombinierte Wirkung des ehemischen Treibmittels
und organischen Lösungsmittels durchgeführt. In diesem Fall kann die Schmelzviskosität
des Harzes im Spritzmasehinenzylinder durch die Wirkung des organischen Lösungsmittels
herabgesetzt und das beschichten mit sehr hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
3. Im Falle eines Harzes mit hoher Schmclzviskosität und daher schlechter Verarbcitbarkeit beim Umspritzen eines feinen Leiters mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm werden gepulvertes Polyäthylen mit hoher Dichte und ein organisches Lösungsmittel durch den Einfülltrichter zugeführt, um die Schmelzviskosität herabzusetzen, eine höhere ExtrudiergeschwindigVeit zu ermöglichen und gleichzeitig feinere Blasen zu erzeugen. Außerdem wird ein Gas oder verflüssigtes Gas unmittelbar durch die mit dem Treibmittelkanal verbundenen Düsen eingespritzt.
3. Im Falle eines Harzes mit hoher Schmclzviskosität und daher schlechter Verarbcitbarkeit beim Umspritzen eines feinen Leiters mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm werden gepulvertes Polyäthylen mit hoher Dichte und ein organisches Lösungsmittel durch den Einfülltrichter zugeführt, um die Schmelzviskosität herabzusetzen, eine höhere ExtrudiergeschwindigVeit zu ermöglichen und gleichzeitig feinere Blasen zu erzeugen. Außerdem wird ein Gas oder verflüssigtes Gas unmittelbar durch die mit dem Treibmittelkanal verbundenen Düsen eingespritzt.
Fallsein Leiter mit verhältnismäßig großem Durchmesser (2,2 mm) beschichtet werden soll, braucht die
Schmclzviskosität nicht herabgesetzt zu werden.
Die erwähnten Methoden I. und 3. werden bei der Herstellung einer geschäumten Isolation eines Koaxialkabels
mit niedrigem Verlust für Verwendung in einem Hochfrcc|uenzbandbereich angewandt. In diesem
Fall können nicht nur ein Polyolefin, sondern alle Arten von Kunststoffen mit einem niedrigen Verlustfaktor,
wie Polystyrol, als Isolation mit niedrigem Verlust benutzt werden. Im allgemeinen beträgt die
Dicke der geschäumten Isolation 3.0 bis 4,0 mm. und die Isolationsdicke, d.h. der Außendurchmesser der
Isolation, kann je nach dem Grad der Expansion und dem Grad des dielektrischen Verlustes verringert
werden, woraus sich geringere Herstellungskosten der Kabel ergeben.
Bei der Durchführung der obenerwähnten Vcrft'h
ren kann man (lern Hm/ eine kiciuc Menge ciiios die Schaumbildung fördernden Impfmittels zusetzen, beispielsweise eines Komplexes einer höheren Fettsäure mit einem Metall. Zinkpulver, angerauchtes, Siliziumdioxid, organisches Treibmittel und Glaspulver. In diesem Fall haftet das Gas an der Außenseite des Implmittels und eine Agglomeration des Gases zu größeren Blasen wird vermieden, wodurch die Blasen und Zellen in der Isolation gleichmäßiger werden und ein nicv'vigcr Verlust erhalten bleibt. Intolgedessen kann die mechanische F'estigkeit der Schaumstoffschicht von geringerer Dicke gesteigert werden, und die Eigenschaften des erhaltenen Isolierten Drahtes werden weiter verbessert.
ren kann man (lern Hm/ eine kiciuc Menge ciiios die Schaumbildung fördernden Impfmittels zusetzen, beispielsweise eines Komplexes einer höheren Fettsäure mit einem Metall. Zinkpulver, angerauchtes, Siliziumdioxid, organisches Treibmittel und Glaspulver. In diesem Fall haftet das Gas an der Außenseite des Implmittels und eine Agglomeration des Gases zu größeren Blasen wird vermieden, wodurch die Blasen und Zellen in der Isolation gleichmäßiger werden und ein nicv'vigcr Verlust erhalten bleibt. Intolgedessen kann die mechanische F'estigkeit der Schaumstoffschicht von geringerer Dicke gesteigert werden, und die Eigenschaften des erhaltenen Isolierten Drahtes werden weiter verbessert.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunststoff isolierten
Leiterdrähten, bei dem während der Förderung und Durchinischungdes Kunststoffs in einem
Extruder ein Treibmittel unter Druck in der Niederdruckzone des Extruders eingeführt und im geschmolzenen
Kunststoff dispergiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel
durch einen in axialer Richtung durch den Mittelteil der Schnecke (1) des Extruders reichenden
und in der Niederdruckzone (2) des Extruders zur Oberfläche der Schnecke (1) oder Seitenfläche des ι >
Steges (10) offenen Kanal (4) eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel zusammen mit
einem organischen Lösungsmittel verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel ein inertes
oder verflüssigtes inertes Gas in den ein organisches Lösungsmittel enthaltenden geschmolzenen
Kunststoff eingeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel unter einem Druck von nicht mehr als 200 bis 300
kp/cm2 eingespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel von mehreren Punkten der sich drehenden
Schnecke (1) oder den Seitenflächen ihrer Stege (10) senkrecht oder schräg ?ur Schneckenachse in
den geschmolzenen Kunststoff eingespritzt wird.
6. Extruder zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunststoff isolierten Leiterdrähten,
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer im Extruderzylinder rotierenden Schnecke, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schnecke (1) einen axial in ihr verlaufenden Treibmittelkanal (4) aufweist,
der in einem Niederdruckbereich der Spritzmaschine an der Oberfläche des Schneckenkörptrs
oder wenigstens einer Seitenfläche des Schnekkensteges
(10) in wenigstens einer Düse (3) mündet, durch die das Treibmittel unter Druck während
des Betriebs des Extruders in den durchgesetzten geschmolzenen Kunststoff einleitbar ist.
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