DE2412364B2 - Verfahren zur Herstellung von Fonnkörpern aus thermoplastischem, schäumbarem Material - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Fonnkörpern aus thermoplastischem, schäumbarem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Formkörpeiii aus thermoplastischem, schäumbaren Material der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen
Gattung.
Aus der GBVS 10 82 875 ist ein Verfahren zur Wiederverwendung von gcsch; jmten, thermoplastischen
Polymeren bekannt, bei dem dieses als Abfall anfallende Material zermahlen nd mittels eines
Extruders auf eine bestimmte Form, insbesondere Bandbzw. Plattenform, gebracht wird. Dabei kann es
zweckmäßig sein, eine oder mehrere ungeschäumte »Häute« auf der Platte auszubilden; zu diesem Zweck
wird die äußere Oberfläche der Platte rasch gekühlt, um ihre Expansion bzw. Schäumung zu unterbinden;
dadurch bilden sich an der Außenfläche Häute, während
der noch warme, primäre Bereich der Platte weiter schäumen bzw. expandieren kann.
Aus der DE-OS 17 04 675 ist ein Strangpreßverfahren zum kontinuierlichen Aufschäumen thermoplastischer
Kunststoffe zu Profilkörpern bekannt. Dabei wird die Querschnittsgestalt des die formgebende Düse der
Presse verlassenden, aufschäumenden Strangs mit Hilfe einer Wärmebehandlung geändert, wobei das extrudierte
Material unter Umständen sogar bis auf die in der Düse herrschenden Temperatur erhitzt wird.
Weiterhin ist aus der DE-OS 15 04 310 ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumkunststoff-Formkörpern
bekannt, bei dem das Reaktionsgemisch zunächst die Mündung des Extruders verläßt, so daß es
frei aufschäumen kann. Am Ende des Aufschäumvorganges oder nach der Beendigung des Aufschäumens
wird der entstehende Körper durch ein Kühlmedium beblasen, das heißt, dieser Körper wird lokal an ganz
bestimmten, genau definierten Stellen gekühlt. Auf· grund der dadurch erzeugten Temperaturunterschiede
an verschiedenen Stellen der Oberfläche des Körpers treten Spannungen auf, die zu einer Verformung und
insbesondere zu einer Kontraktion der Oberfläche führen. Durch diese lokale Abkühlung des extrudierten
Körpers zieht sich seine obere Oberfläche zusammen, so daß sich der Körper beispielsweise zu einer
Rohrschale verformt.
Schließlich ist aus der DE-OS 21 16 239 ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem
schäumbarem Material der angegebenen Gattung bekannt Dabei wird das aus einer Mündung
extrudierte Material an seiner Außenfläche direkt an der Mündung durch gezieltes Beblasen mit einem
FluidstroHi, dessen Temperatur unter der Erweichungstemperatur
des thermoplastischen Materials liegt,
ίο gekühlt und damit vorgeformt; anschließend erhält
dieses vorgeformte, thermoplastische Material seine endgültige Form.
Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, daß damit nur relativ einfache Profile, im wesentlichen
Plattenprofile hergestellt werden können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Gattung zu schaffen,
mit dem auch komplizierte Profile hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüche
zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß durch die Beblasung des
thermoplastischen Materials auf mechanischem Wege eine Verformung der Oberfläche erreicht wird, so daß
sich durch entsprechende Variation des Druckes
Ji und/oder des Durchsatzes über den Umfang des Materials auch komplizierte Formen herstellen lassen.
Nach dieser relativ starken Vorformung des noch relativ weichen Materials ist anschließend nur noch eine
geringe mechanische Verformung erforderlich, um schließlich die fertige Gestalt zu erhalten. Und
schließlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch sehr unterschiedliche Profile mit dem gleichen
Extruder-Mundstück hergestellt werden, da sich die Vorformung durch entsprechende Änderung des
■in Drucks und/oder Durchsatzes bzw. eine Variation der
Anordnung der Düsen an den verschiedenen Stellen des Umfangs des Materials in einfacher Weise variieren
läßt.
Wenn die Profile keine Kreissymmetrie haben, sollte
■»■> die Querschnittsfläche des extrudierten, thermoplastischen
Materials praktisch gleich der Fläche des Kühlsystems und außerdem die Geometrie dieses
Querschnittes gleich der Geometrie des Kühlsystems sein.
in Die Erfindung wird im folgenden anhand von
Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Stirnansicht eines Querschnittes durch die
Mündung eines Extruders,
5Ί Fig. 2 eine Stirnansicht eines Querschnittes einer
Metall-Abkühlvorrichtung für ein bestimmtes Profil,
Fig. 3 eine Stirnansicht einer Kombination des in Fig. I dargestellten Extruder-Mundstückes mit einem
Beblasungssystem,
M) Fig.4, 5 und 6 verschiedene Querschnitte des
extrudierten Materials nach der Beblasung,
Fig. 7 eine Stirnansicht eines weiteren Querschnittes
durch eine andere Ausführungsform eines Extruder-Mundstückes,
si F i g. 8 ein L-Profil, das ausgehend von dem in F i g. 7
dargestellten Mundstück erhalten wird,
Fig.9 eine Stirnansicht einer dritten Ausführungsform eines Querschnittes eines Extruder-Mundstückes.
Fig, 10 eine Stirnansicht einer Kombination des
Mundstückes nach Fig.9 mit einer Beblasungsvorrichtung.und
F i g. 11 einen rechtwinkligen Querschnitt durch das
extrudierte, thermoplastische Material, das mit dem in F i g. 9 dargestellten Mundstück erhalten wird.
Durch Extrusion wurde ein Kehlleisten-Profil mit
einer Querschnittsfläche von 18,7 cm2 hergestellt.
Bei dem hierzu verwendeten, thermoplastischen Material handelt es sich um ein schlagzähes Polystyrol
mit 3% Polybutadien, das als Porenbildner Zeolith sowie die üblichen Zusat75toffe (Schmiermittel, Antioxidantien,
mineralische Füllstoffe) enthielt.
Der Querschnitt des Mundstückes des Extruders sowie einer metallischen Abkühlvorrichtung 2 ist in den
F i g. 1 und 2 dargestellt.
Durch Beblasen des extrudierten, thermoplastischen Materials mit einem Fluidstrom wird auf mechanischem
Wege eine Vorformung erreicht. Zur Beblasung wird Luft verwendet, die aus den in F i g. 3 zu erkennenden
Düsen 3 und 4 zugeführt wird; diese Düsen 3 und 4 sind über Leitungen 5 und 6 mit einer Druckluftquelle
verbunden. Jede Düse wird mit kühler (etwa 20°C) Druckluft mit einem Druck gespeist, der durch einen
Präzisionsregler 7, 8, beispielsweise einen Nadelschieber oder ein Druckreduziermanometer, festgelegt wird.
Statt der in Fig.3 zu erkennenden beiden Düsen 3
und 4 können auch vier bis acht Düsen verwendet werden.
Statt Druckluft kann auch ein anderes Gas, eine Gasmischung oder eine Suspension einer Flüssigkeit in
einem Gas, wie beispielsweise ein Wassernebel, eingesetzt werden.
Jede Düse weist einen oder mehrere Schlitze oder kreisförmige öffnungen auf, die in der Zeichnung nicht
dargestellt sind und eine geringe Breite oder einen kleinen Durchmesser, beispielsweise in der Größenordnung
von 0ß bis 2 mm, haben, so daß ein homogener
Fluidstrom aus der Düse austritt.
Jede Düse wird so ausgerichtet, daß der von ihr austretende Luftstrahl auf einen bestimmten Bereich
der äußeren Oberfläche des extrudierten, thermoplastischen Materials auftrifft.
Bei diesem Ausführungsbeispiel w:irde mit folgenden Ex trusionsbedingungen gearbeitet:
Es wurde ein Extruder vom Typ »Samofor, 65-26 D« verwendet;
die Temperaturen belrugen 145° — 155° — 162° —
165"/153° - 180°C; moplastischc Material in dem
Mundstück des Extruders hatte eine Temperatur
von 177° C.
Die Drehgeschwindigkeit der Schnecke des Extruders betrug43 Upm.
Der Druck in dem Mundstück des Extruders betrug 120 bar.
Die Ziehgeschwindigkeit des extrudierten Profil betrug 62 cm/min.
Bei der Beblasung wurden die folgenden Parameter eingehalten:
Der Druck an der oberen Düse 3 betrug 0,41 bar.
Der Druck an der unteren Düse 4 betrug 0,12 bar.
der Druckluft-Durchsatz betrug 3,2 mJ/h.
Die obere Düse hatte 11 öffnungen und die
untere Düse 13 öffnungen; der Durchmesser qer öffnungen betrug 1 mm.
Unter diesen Betriebsbedingungen wurde ein Formkörper mit gutem Aussehen hergestellt, der die 0,5fache
Dichte des kompakten Materials hatte.
Wenn das extrudierte Material die gleiche Geometrie wie die Abkühlvorrichtung hat und die Enden A-A'des
if extrudierten Materials in der entsprechenden Stellung
in die Metall-Abkühlvorrichtung eindringen (s. F i g. 4), so führt eine Änderung der Drücke an der oberen bzw.
unteren Düse zu einer Modifikation der Querschnitts-Fläche des extrudierten Materials und seiner Geometrie.
Fig.5 zeigt den Fall, bei dem der Druck an der
oberen Düse 3 0,60 bar und der Druck an der unteren Düse 4 0,12 bar beträgt; Fig.6 veranschaulicht den
Fall, daß diese jeweiligen Drücke 0,30 bar bzw. 0,12 bar betragen.
?.o Die Verlurmung kann durch die Gleichung
AP= Ph-Pb
ausgedrückt werden, wobei bedeuten:
AP = Differenz der Drücke
Ph = Druck an der oberen Düse
Pb = Druck an der unteren Düse.
Ph = Druck an der oberen Düse
Pb = Druck an der unteren Düse.
Der optimale Wert für die Differenz AP der Drücke
J» ändert sich bei einem gegebenen Formkörper mit
- dem Durchsatz des Extruders,
— der Extrusionstemperatur,
— der Beschaffenheit des thermoplastischen Materials, und
- dem Wirkungsgrad und den Eigenschaften des Schäummittels.
Etwaige Toleranzfehler des Extruder-Mundstückes, die beispielsweise zu einer Asymmetrie des extrudierten
4(1 Materials längs der Extrusionsachse führen, können
durrh seitliches Beblasen korrigiert werden. Bereits durch Beblasen mit Luft aus einer seitlichen Düse mit
einem äußerst geringen Druck, beispielsweise mit einem Druck von 0,1 bar, läßt sich das extrudierte, t!:ermopla-
4"> stische Material merklich verformen.
Mittels des in Fig. I gezeigten Extruder-Mundstükkes
ist ein L-förmigts Profil hergestellt worden, wie es in F ig. 7 dargestellt ist.
Bei dem thermoplastischen Material handelte es sich um scnlagzähes Polystyrol mit 4,5% Polabutac'ien, das
Azodicarbonamid als Porenbildner sowie Hie üblichen Zusätze (Schmiermittel. Antioxidantien, mineralische
Füllstoffe) enthielt.
Der Querschnitt des Extruder-Mundstückes ist in F i g. 7 gezeigt. Es vurden 6 Düsen eingesetzt, wobei die
folgenden Betriebsbedingungen eingehalten wurden:
Druck an der oberen linken Düse 0,020 bar
Druck an der mittleren oberen Düse 0,300 bar
Druck an der oberen rechten Düse 0,400 bar
Druck an der rechten Düse 0,020 bar
Druck an der linken Düse 0,120 bar
Druck an der unteren Düse 0,300 bar
Durchmesser der Düsenöffnungen 1mm
Zahl der Düsenöffnungen
in der oberen linken Düse
in der oberen mittleren Düse
in der oberen rechten Düse
in der linken Düse
in der rechten Düse
in der unteren Düse
in der oberen linken Düse
in der oberen mittleren Düse
in der oberen rechten Düse
in der linken Düse
in der rechten Düse
in der unteren Düse
Dichte des erhaltenen Formkörpers
9 21 19 14
9 40
0,60 des kompakten Materials Dichte des erhaltenen FOrmkörpers
0,50 des kompakten Materials
Ein rechtwinkliges Profil mit den Abmessungen χ 30 mm (s. Fig. 11) wurde aus Homopolystyrol
extrudiert, das als Porenbildner Azodicarbonamid sowie die üblichen Zusätze (Schmiermittel, Antioxidantien,
mineralische Füllstoffe) enthielt.
Der Querschnitt des Mundstückes la des Extruders ist
in ucM ι i g. y ünu ι υ gcZcigi.
Es wurde mit folgenden Bedingungen gearbeitet:
Der Druck an der oberen Düse betrug
der Druck an der unteren Düse betrug
der Druck an der rechten Düse betrug
der Druck an der linken Düse betrug
Durchmesser der Düsenöffnungen
Zahl der Düsenöffnungen
der Druck an der unteren Düse betrug
der Druck an der rechten Düse betrug
der Druck an der linken Düse betrug
Durchmesser der Düsenöffnungen
Zahl der Düsenöffnungen
an der rechten und linken Düse
Zahl der Düsenöffnungen
Zahl der Düsenöffnungen
an der oberen und unteren Düse
0,180 bar 0,080 bar 0,050 bar 0,030 bar 1 mm
10 10 Ein rechtwinkliges Profil mit den Abmessunger 80 χ 30 mm aus starrem Polyvinylchlorid mit einen
K-Wert von 57, das als Porenbildner Azodicarbonamk
sowie die üblichen Zusätze (Schmiermittel, Antioxidan tien, mineralische Füllstoffe) enthielt, wurde durct
Extrusion hergestellt. Der Querschnitt des Mundstücke la des Extruders ist in den F ig. 9 und 10 gezeigt.
Es wurde mit folgenden Bedingungen gearbeitet . Extrusionstemperatur 140"-160""-16V-IbS
I6O°-I6O°C. Die Materialtemperatur im Mundstück
des Extruders betrug 190'C.
Der Druck an der oberen Düse betrug der Druck an der unteren Düse betrug
2Π der Druck an der linken Düse betrug der Druck an der rechten Düse betrug
Dichte des erhaltenen Profils
0.260 bar 0,410 bar 0,480 bar 0.400 bar
0,59 des kompakten Materials
Durch entsprechende Änderung des Drucks und/oder des Durchsatzes des Fluidstroms sowie Umstellung det
Düsen lassen sich auch unterschiedliche Oberflächen beispielsweise Bereiche mit glatter Haut, Bereiche mi
rauher Haut sowie Bereiche ohne Haut, herstellen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem, schäumbarem Material
durch Extrusion aus einer Mündung, Kühlung und damit Vorformung der Außenfläche des thermoplastischen
Materials direkt an der Mündung durch gezieltes Beblasen mit einem Fluidstrom, dessen
Temperatur unter der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials liegt, und durch anschließende
Formung des vorgeformten, thermoplastischen Materials, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorformung auf mechanischem Wege durch Beblasen mit einem Fluidstrom mit über dem
Umfang variierendem Druck und/oder Durchsatz erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Temperatur des Fluidstroms
variiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformung durch
Beblasen in mindestens zwei Stufen erfolgt.
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