DE2455639A1

DE2455639A1 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren eines zusammengesetzten plastikmaterials zur bildung langer profile

Info

Publication number: DE2455639A1
Application number: DE19742455639
Authority: DE
Inventors: Mitsuyoshi Kato; Naoki Yoshimura
Original assignee: Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1974-11-25
Publication date: 1975-05-28
Also published as: FR2252206A1; GB1479335A; SE7414508L

Description

Patentanwalt

Dr. Helmut Späfh 60 P 21

8200 Ro:3nheim/0&fc.

Max-Jossfs-Plafz 6 * .

Deutschland

Mitsubishi Petrochemical Co. Ltd«, Ho. 5-2, Marunouchi 2-chome, Ohiyoda-ku, Tokyo / Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren eines zusammengesetzten Plastikmaterials zur Bildung langer Profile

Wegen der Verknappung von Naturstoffen, insbesondere Hölzern, ist man bestrebt, für architektonische Zwecke andere Stoffe zu entwickeln. Die Aufmerksamkeit fällt hierbei auf die Anwendung zusammengesetzter Plastikstoffe für architektonische Zwecke., da sie verschiedene Kennwerte aufweisen, die denjenigen von Holz ähnlich oder überlegen sind, beispielsweise einen hohen Biegemodul der Elastizität, einen geringen linearen Ausdehnungskoeffizienten· und die Eigenschaft, daß durch Feuchtigkeitsabsorption kein Aufquellen erfolgt, und dergleichen mehr. Insbesondere haben zusammengesetzte Stoffe bestehend aus einem thermoplastischen Harz, beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen oder Polyolefin bei Abwandlung mit polarem vinyl- oder äthylenisch ungesättigtem Monomer, und einem organischen-Füllstoff, beispielsweise in Form von Holzstaub oder einem anorganischen Füllstoff, beispielsweise Lehm, besonders günstige Kennwerte der mechanischen Festigkeit, der AbmessungsStabilität, der Dichtheit gegenüber Wasser, in Bezug auf das Aussehen und dergleichen mehr. Alle diese erwähnten Kennwerte sind sehr ■ günstig zur Herstellung von langen Profilen für architektonische Zwecke, beispielsweise für Schwellen und Zargen. Erwartungsgemäß wird eine rationelle Herstellung derartiger Erzeugnisse nach dem

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sogenannten Strangpreßverfahren ermöglicht.

Bekannte Extruder zur Durchführung eines Profil-Strangpreßverfahrens umfassen allgemein ein Formgebungselement (Formgebungs-Mündungsstück) , einen Ziehmechanismus und eine Extrusionsform,, In dem Formgebungselement wird in einem Abschnitt eine Saugwirkung dergestalt hervorgerufen, daß der Durchtritt vollständig mit dem Strom des geschmolzenen Harzes ausgefüllt wird, wobei die extrudierten Produkte von genauerer Form erhalten werden, während in einem anderen Teil eine Kühlung ausgeführt wird, um · die Form der extrudierten Produkte zu verfestigen und zu fixieren·

Das Formgebungselement ist getrennt von der Extrusionsform aus den folgenden Gründen vorgesehen: Wärmeisolation zwischen der Extrusionsform und dem Formgebungselement zur Kühlung und Verfestigung; Verhinderung der Ausübung eines Rückstaudruckes in dem Extruder auf das Harz in dem Formgebungselement zur Erleichterung der Herstellung des Formgliedes.

Es ist schwierig oder unmöglich, zusammengesetzte Plastikstoffe zu extrudieren und Profile zu bilden, wenn man nach bekannten Strangpreßverfahren arbeitet, sofern ein normales Plastikmaterial im geschmolzenen Zustand durch ein Mündungs stück gepreßt und danach in ein Formgebungselement zum Fixieren und Verfestigen eingeführt wird, wenn die Ziehgeschwindigkeit etwas höher als die Strangpreßgeschwindigkeit ist (Herunterziehverhältnis von 10 - JO %), da die extrudierten zusammengesetzten Stoffe mit einem Gehalt von zumindest einem nichtschmelzenden Füllstoff, beispielsweise organische Füllstoffe, insbesondere Holzstaub, Spreu, Zellstoff, und anorganische Füllstoffe, beispielsweise Al (OH)-, Talkum und Lehm, die Tendenz haben, insbesondere zwischen der Form und dem Formgebungselement abzubrechen, wobei die kontinierliche Einführung des extrudierten Erzeugnisses in das Formgebungselement schwierig sein kann. Ferner kann die Profiloberfläche aufgerauht oder rissig sein, selbst wenn der Ausgleich der Extrusions- und Ziehgeschwindigkeit (Lineargeschwindigkeit) nur leicht einer Abweichung unterworfen ist.

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lerner bewegt sich der innere Teil der Strömung mit einer' höheren Geschwindigkeit als der äußere Teil, d.h. daß die Geschwindigkeit der verschiedenen Teile des strömenden Abschnittes nicht gleichförmig ist* Xm Ergebnis können die extrudierten Erzeugnisse in. Längsrichtung verworfen sein (wie dies nachfolgend in Fig. 6 veranschaulicht ist), oder es können in einem extremen Pail die Flächen brüchig werden (wie nachfolgend in Fig. 7 veranschaulicht ist), und zwar wegen des Nachlaufes des Oberflächenteils gegenüber dem inneren Teil. Da die Anwendung einer Saugwirkung auf die Innenseite.des Formgebungselementes ebenfalls nicht ausreicht," um das zusammengesetzte Material an die innere Fläche des Formgebungselementes zu pressen, sind die Kanten der extrudierten Erzeugnisse rund oder in sonstiger Weise fehlerhaft. Durch das übliche Verfahren ist es demnach schwierig, Langprofil-Erzeugnisse für architektonische Zwecke herzustellen, welche das Erfordernis einer verhältnismäßig hohen Abmessungsgenauigkeit erfüllen müssen. Unter diesen 'Umständen besteht ein Bedarf für die Schaffung eines gegenüber'dem Stand der Technik verbesserten Strangpreßverfahrens zur Herstellung von Langprofil-Erzeugnissen aus einem zusammengesetzten Material«,

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung, eines gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines zusammengesetzten Plastikmaterials in verbessertem Zustand durch eine lang ausgedehnte Form, wobei die zusammengesetzten. Stoffe in der Form gekühlt werden und die Langprofil-Erzeugnisse eine bessere Abmessungsgenauigkeit haben und wobei schließlich das · Verfahren zu einem einfachen Vorgang ohne Verwendung eines Formgebungselementes durchführbar ist.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Strangpressen von zusaiimengesetztem Material zwecks Erzielung von Profilerzeugnissen mit richtiger Form, deren Abmessungen insbesondere in Querrichtung sehr genau sind und welche während und nach dem Strangpreß-' Vorgang keiner Deformation, beispielsweise einer Verwerfung und Verdrillung, unterworfen sind.

Die Erfindung schafft auch eine-Auswahl bevorzugter zusammenge-

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setzter Stoffe zur Anwendung in einem Verfahren zum Strangpressen eines zusammengesetzten Materials, um Langprofil-Erzeugnisse zu erhalten, die für architektonische Zwecke geeignet sind.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Strangpressen eines zusammengesetzten Materials im gewünschten verfestigten Zustand durch genaue Steuerung der Betriebsparameter einer verwendeten Form.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren, bei welchem die extrudierten Profil-Erzeugnisse formverändert werden, indem sie durch ein Formveränderungselement geleitet werden.

Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zusammengefaßt schafft die Erfindung ein Vorfahren und eine Vorrichtung zum Strangpressen eines zusammengesetzten Plastikmaterials, das zumindest aus einem thermoplastischen Harz und zumindest einem Füllstoff besteht, der aus der Gruppe organischer und anorganischer Füllstoffe gewählt ist, um Profile für architektonische Zwecke herzustellen, beispielsweise als Schwellen, Zargen oder dergleichen, welche eine hohe Abmessungsgenauigkeit aufweisen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren eines zusammengesetzten Materials in schematischer Seitenansicht,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten®. Form im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III von Fig_e 2,

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Fig. 4- ein Ausführungsbeispiel einer ahnlichen Form wie in Fig. 2, 3 in einer Querschnittdarstellung ähnlich Fig. 3,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Rollen-Formveränderungselementes in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 den verworfenen und verdrillten · Zustand eines Strangpreßerzeugnisses nach dem Stand der Technik in schematischer perspektivischer Darstellung,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strangpreßerzeugnisses . nach dem Stand der Technik in teilweiser und perspektivischer Darstellung,

Fig» 8, 9 Strangpreßerzeugnisse, wie siß mit dem Erfindungsgegenstand herstellbar sind, ähnlich Fig_D 6, 7, jeweils in perspektivischer Querschnittdarstellung,

Fig. 10 die Abhängigkeit der Härte eines Harzes von der-Temperatur, zur Vuranschaulichtung des Erweichungspunktes=

Anhand von Fig„ 1 wird zunächst ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens allgemein dargestellt. Briketts 1 oder Pulver aus Zusammengesetz tem Material, bestehend aus zumindest einem thermoplastischen Harz und zumindest einem Füllstoff in geeignetem Mischverhältnis, werden einem en. sich bekannten Extruder 3 von einem Trichter 2 her zugeführt,. Haeh dam Schmelzen und Kneten in dem Extruder 3 wird das zusammengesetzte Material von dem Auslaß einer Form 4 in verfestigtem Zustand als Iiangprofil extrudiert.

Das extrudierte Erzeugnis wird in ein 'Wärmebehandlungs- und -formveränderungselement 5 eingeführt, wobei eine Wärmebehandlung und gleichzeitige Korrektur einer Verwerfung einer entstandenen Deformation durchgeführt wird. Das auf diese Weise erhaltene Langprofil wird in feste I/ängen durch eine an sich bekannte

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Schneidmaschine geschnitten. Auf diese Weise kann man Profilerzeugnisse fester Länge für architektonische Zwecke erhalten, beispielsweise in Form von Schwellen. Die Form 4- und das Wärmebehandlungs- und -formveränderungselement 5 sind gemäß der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäß gestaltet. Das Hauptmerkmal der Erfindung'liegt insbesondere in der Form und dem Aufbau der Form 4- sowie in dem Verfahren, dem die Form 4- zugeordnet ist.

Nunmehr werden die Einzelheiten des Verfahrens erläutert. Zusammengesetzte, nach der Erfindung anwendbare Stoffe bestehen zumindest aus einem plastischen Harz und zumindest einem Füllstoff, wobei die Bestandteile im richtigen Verhältnis gemischt werden. Thermoplastische Harze, welche vorliegend geeignet sind, umfassen synthetische Harze, wie sie allgemein als Btrangproßfähige Stoffe verwendet werden, beispielsweise PVG, Polyamid, Acrylonitril-Butadien-Styren-Kppolymer, Polyolefine usw. Bevorzugte Harze sind Polyolefine, beispielsweise hohe Dichte aufweisendes Polyäthylen und Polypropylen,· weil diese Stoffe als Profile für architektonische Zwecke im Vergleich zu Vinylehloridharz und Acrylonitril-Butadien-Styren-Kopolymerharz bevorzugt werden, da letztere Stoffe beim Entflammen giftige Gase erzeugen.

Geeignete Füllstoffe sind organische Substanzen, beispielsweise Holzstaub, Zellstoff und Spreu; geeignete anorganische Stoffe sind Al(OH)-,, Talkum, Lehm und Kalziumkarbonat„ Die organischen Füllstoffe sind günstig zur Steigerung der Festigkeit, insbesondere des Biegemoduls der Elastizität, ohne Steigerung der Dichte der Profilerzeugnisse„ Anorganische Füllstoffe sind günstig zur Steigerung der- Wärme Stabilität sowie der Schlagzähigkeit. Zusätzlich ist eine Zusammenfassung organischer und anorganischer Füllstoffe vorzuziehen, da die anorganischen Füllstoffe ein partielles Quellen der zusammengesetzten Stoffe verhindern, das unmittelbar nach dem Strangpressen durch Verdampfen von Wasser auftritt, welches in einem organischen Füllstoff oder Holzstaub absorbiert ist. Die Füllstoffe sind im Bereich von 10 - 80 Gewichtsprozenzt, vorzugsweise 20-70

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Gewichtsprozent, enthalten. Bei weniger als 10 Gewichtsprozent kann die vorangehend erwähnte Wirkung der füllstoffe nicht erwartet werden, während bei mehr als 80 % die zusammengesetzten Stoffe brüchig werden, so daß der Strangpreßvorgang schwierig wird. Ferner steigert die Verwendung modifizierter Polyolefine die Verträglichkeit zwischen Füllstoffen -und Polyolefinen zur Steigerung der Schlagzähigkeit. Geeignete modifizierte Polyolefine für diesen Zweck sind Kopolymere eines Olefins, beispielsweise Äthylen, mit zumindest einem Monomer aus der Gruppe polarer Monomere, insbesondere acrylische und methacrylische Säuren, deren Estern, beispielsweise Glyzidilacrylat, Methylmethacrylat und Vinylacetat, Acrylovnitril, maleische Säure, maleisches Anhydrid und aufgesetzte Kopolymere eines Polyolefins mit dem vorangehend erwähnten polaren Monomer oder den polaren Monomeren»

Der Gehalt an polarem Monomer oder Monomeren liegt vorzugsweise um etwa 0,01 bis 10 % in einem modifizierten Polyolefin.. Zur Anwendung wird das modifizierte Polyolefin bei einem gewünschten Mischverhältnis mit nicht modifiziertem thermoplastischen Harz gemi seht„

Ein zusammengesetztes Material, welches verfahrenmäßig behandelt , wurde, um ein Pulver oder ein Brikett zu bilden, von dem der flüchtige Bestandteil auf weniger als 2 % eingestellt wurde, wird einem Extruder zugeführt, der aus einem üblichen Extruder und der erfindungsgemäßen Form 4· besteht. Der Extruder ist mit einer Schraube 7 und 'einer Brechplatte 8 versehen, um den Eückstaudruck in der Extrusionsrichtung zu erzeugen«, An dem vorderen Ende des Extruders 3 ist eine Form 4- mit einem langen Kanal 9 befestigt. Zwischen dem Einlaß der Form 4 und dem Auslaß des Extruders ist ein verengter Kanal 10 vorgesehen, dem ein erweiterter Teil folgt. Der verengte Kanal 10 kann gemäß Fig. 2 einen solchen Aufbau haben, daß der Durchmesser des Durchtrittes vermindert wird, oder einen solchen Aufbau, daß zumindest zwei Kreidebolzen befestigt sind, welche diametral in den Durchtritt hineinragen» Der Schnittflächenbereich des verengten Kanals gegenüber dem wieder erweiterten Teil, d_ah. das Verengungsver-

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hältnis, ist vorliegend auf weniger als 0,8 eingestellt. Wenn das Verengungsverhältnis mehr als 0,8 "beträgt, wird das Drohmoment der Schraube auf das zusammengesetzte Material in der Form übertragen, wobei infolgedessen in dem zusammengesetzten Material verbleibende Torsionsspannungen (Verdrillungen) verfestigt werden« Demgemäß haben die extrudierten Erzeugnisse das Bestreben, sich zu verdrillen oder zu verwerfen.

Der Kanal 9 der Form 4 hat den gleichen Querschnitt wie das gewünschte Profil (Fig. 8, 9) und eine Länge von mehr als 10 cm. Um die Reibung des zusammengesetzten und extrudierten Materials gegenüber der Innenfläche des Kanals zu vermindern, wird eine Polytetrafluoräthylen-Βθschichtung an der Innenfläche mit einer Dicke von 20 - 100 u vorgesehen, die bei oberhalb 300° aufgesintert wird, oder es wird ein Polytetrafluoräthylon-Film mit einer Dicke von 100 - 300 u auf die Innenfläche aufgeschichtet.

Damit das zusammengesetzte Material, das im geschmolzenen Zu-.stand, geformt wurde, im verfestigten Zustand unter Abkühlung extrudiert wird, muß eine Differenz von 40⁰C zwischen den Temperaturen des zusammengesetzten Materials an einem Einlaß und Auslaß der Form 4 vorliegen» Aus diesem Grund ist es günstig, wenn die Länge der Form mehr als 30 cm beträgt und mehr als den 20-fachen Wert der maximalen Dicke der extrudierten Erzeugnisse aufweist. Ferner ist gemäß einem Merkmal der Erfindung die Form 4 mit Kühlelementen an ihrem vorderen Endabschnitt versehen, welche sich bis zu etwa einem Drittel bis zwei Drittel der Gesamtlänge der Form von deren Auslaß 11 erstrecken. Im vorliegenden Beispiel sind die Kühlelemente als Gruppe von Durchtritten 12a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, 1 veranschaulicht, durch welche Kühlwasser strömt, wobei die Öffnungen der Durchtritte mit nicht veranschaulichten Kühlfluidquellen verbunden sind.

Durch die Funktion der Kühlelemente wird das geschmolzene zusammengesetzte Material unter den Verfestigungspunkt abgekühlt, während die gewünschte Form aufrechterhalten wird, bevor das Material die Form verläßt. Ein auf diese Weise erhaltenes strang-

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gepreßtes Erzeugnis im verfestigten Zustand hat" eine ausgezeichnete AbmessungsStabilität und zeigt keine Deformationen oder Vox-warfungen infolge eines Schrumpf ens bei der Verfestigung.

Unter "Verfestigungspunkt" ist vorliegend eine Temperatur zu verstehen, bei welcher thermoplastisches Harz, welches eine Matrix bildet, sich vom plastischen Zustand in einen festen Zustand umwandelt, Für'kristallines Harz ist dies ein Schmelzpunkt, der von der spezifischen Volumenkurve erhalten wird, während für nichtkristallines Harz diese Temperatur ein Erweichungspunkt ist, welcher durch eine Temperatur angezeigt wird, bei der die Oberflächenhärte des Harzes (gemessen mit einem D-Durometer gemäß ASTM-D2240-68) ein Fünftel derjenigen bei 20° ist.

In Bezug auf Hart-PVC ist die Abhängigkeit der Oberflächenhärte von der Temperatur in Figo 10 veranschaulicht„ Aus der Kurve folgt, daß der Erweichungspunkt bei 100⁰C liegt»

Die Durchtritte 12a - 121 für Kühlwasser sind gemäß Figo 3 angeordnet ο Bc;i dem abgewandelten Ausführungsbeispiel von Figo 4- sind Durchtritte 15a» b, c, d, e, f, g, h, i,o vorgesehen. Hierbei sind nahe im Querschnitt stärkeren Teilen, die schwierig zu kühlen sind, beispielsweise an dem Biegeteil 13 und dem Fußpunkt der Rippe 14-, längs des Kanals 9a, mehr Durchtritte angeordnet, so daß die dickeren Teile wirksamer gekühlt werden. Um zu verhindern, daß sich das Erzeugnis in Querrichtung verdrillt oder in Längsrichtung wirft, ist es günstig, daß die Temperaturen und Durchsätze des Kühlwassers in den Durchtritten unabhängig steuerbar sind. Auch können Durchtritte unterschiedlicher Durchmesser gebildet werden» Anstelle von Wasser ist ein anderes Fluid verwendbar, bei- · spielsweise Luft oder öl. .

Andererseits sind Heizelemente 17 vorgesehen, die an sich bekannt und in der Nachbarschaft des Einlasses der Form 4 angeordnet sind» Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind band-

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förmiga Heizelemente vorgesehen.

Bei dem Wärmebehandrungs- und Formverändorungselement 5 wird das Profilerzeugnis 18,"das durch die Form 4 extrudiort wird, in ein Vielrollen-Formvorändorungsolement 19a, b, c, d, e eingeführt, welches aus mehr als drei, vorzugsweise 10 - 15»Rollen "besteht, die in Abständen von etwa 20 cm vorgesehen sind, um dem Profilerzeugnis 18 die Umkehrkrümmung zu verleihen; hierbei wird gleichzeitig eine Wärmebehandlung durch Heizelemente 20 durchgeführt, vorzugsweise durch Infrarot-Heizelemente von etwa 1 kW/h» Es ist günstig, wenn die einzelnen Rollen 19a 19e mit Klemmen 21 befestigt werden, um eine vertikale Verschiebbarkeit entsprechend dem Ausmaß -der Formveränderung gewährleisten zu können=

Durch Entlangführen des extrudierten Langprofils durch die Vielrollen-Formveränderungseinrichtung unter Druck und' Wärme kann eine umgekehrt beabsichtigte Verwerfung gegenüber der~ jenigen Verwerfung auf das Profil übertragen werden, welche am unbehandelten Profil entsteht.

Die Vielrollon-Formveränderungseinrichtung ist so angeordnet, daß die umgekehrte beabsichtigte Verwerfung der ursprünglichen Verwerfung überlagert wird, wobei das rechte Maß empirisch ermittelt werden kann.

Allgemein ist es empfehlenswert, die Anordnung der Vielrollen-Formveränderungseinrichtung so einzustellen, daß eine konvexe Krümmung auf der dickeren Seite des Profils entsteht, da die dickere Seite das größere Bestreben hat, sich nach der Kühlung infolge Zusammenziehung zu verwerfen. Die, Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung sind so gewählt, daß die innere Spannung des extrudierten Erzeugnisses vermindert wird. Die Wärmebehandlung wird über mehr als 10 see, vorzugsweise mehr als 20 see, box der Oberflächentemperatur des extrudierten Erezugnisses im Bereich von 50⁰C zum Verfestigungepunkt des verwendeten Harzes gemäß den vorangehenden Festlegungen durchgeführt, vorzugsweise, auf eine- Temperatur unter 30⁰C gegenüber dom

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Verfestigungspunkt. Wenn eine Formveränderung bei einer Temperatur unterhalb 50⁰C durchgeführt wird, treten bei der Kühlung erneut eine Deformation und eine Verwerfung auf, während bei einer Formveränderung oberhalb des Verfestigungspunktes die Erzeugnisse ihre gewünschte Form verlieren.

Die Arbeitsvorgänge, bei denen Briketts eines zusammengesetzten Materials dem Extruder 3 zugeführt werden, im verfestigen Zustand durch die Form 4' extrudiert werden und danach der Wirkung des Wärmbehandlungs- und Formveränderungselementes 5 unterworfen werden, sind nachfolgend näher erläutert.

Das geschmolzene zusammengesetzte Material, welches durch eine Schraube 7 in clem Extruder 3 extrudiert wird, verläuft zuerst durch eine Brecherplatte 8, erreicht den Einlaß 16 der Form 4, wird in dem längen Kanal 9 geschmolzen und verläuft durch den Auslaß 11.

Wenn ein Harz von niedriger Schmelzviskosität im geschmolzenen Zustand extrudiert wird, erscheint eine geringe Verdrillung dos Erzeugnisses, da die inneren Spannungen infolge der Drehung der Schraube des Extruders scinnell abfallen. Falls ein hochvisköses Material, beispielsweise eine Zusammensetzung bestehend aus thermoplastischem Harz und organischen oder anorganischen Pulvern, wodurch sich geringe Schmelzflüssigkeits-Kennwerte ergeben, bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur extrudiort wird, beispielsweise·wenn ein zusammengesetztes Polypropylenmaterial extrudiert wird und durch den Einlaß der Form bei 160° sowie durch den Auslaß bei 100⁰C verläuft, so verbleibt eine Spannung infolge der Drehung der Schraube des Extruders in den extrudierten Erzeugnissen 22; als Ergebnis kann eine Verdrillung gemäß Fig. 6 auftreten. Um eine solche Verdrillung zu vorhindern, wird die Restspannung durch vorangehendes Einschnüren des Stromes des zusammengesetzten Materials weggenommen, um eine unter Kraft erfolgende Homogenisierung herbeizuführen. Dies wird beispielsweise durch Einleiten des zusammengesetzten Materials durch den verengten Kanal 10 erreicht, bevor ein Durchlaufen durch den Einlaß 16 der Form 4 erfolgt.

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Nach dem Durchlaufen des Einlasses 16 der Form 4 tritt das zusammengesetzte Material glatt in den rückwärtigen üb oil dos Kanals 9 ein, ohne den Rückstau zu sehr zu steigern, da. die Temperatur durch die benachbarten Heizelemente 17 aufrechterhalten wird, wobei das Material im geschmolzenen Zustand strömte Danach wird das Material durch die Kühlanordnung abgekühlt und vorläuft abschließend durch den Auelaß 11 in einer gevüceohten Form und im verfestigen Zustand. Die Betriebsdaten (Temperatur des Auslasses einer Form, Ergiebigkeit in Bezug auf Lineargeschwindigkeit und Rückstaudruck), gemessen während Extrusionsvorgängen im verfestigten Zustand mit der Form nach der vorliegenden Erfindung, und zwar bei einer Länge des Kanals 9 von 100 cm, welcher mit Polytetrafluoräthylen-Heiζelementen benachbart seinem Einlaß und Kühldurchtritten für Wasser an seinem vorderen Endabschnitt versehen ist, sowie ferner unter Verwendung einer dem Stand der Technik angehörenden Form, welche weder mit Heizelementen noch mit einer Kühleinrichtung ausgestattet ist, sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Temperatur des Linear

vorderen Endabschnittes geschwin- Rückder Form digkeit' _ stau

50 cm/min. 110 kp/cm*

Übliche Form	110⁰C
Erfindungsgemäße
Form	30⁰C

100 cm/min. 100 kp/cm²

Die Tabelle zeigt, daß das Verfahren nach der Erfindung die zweifache Ergiebigkeit bei sehr niedriger Auslaßtemperatur unter niedrigerem Rückstau im Vergleich zu einem Verfahren nach dom Stand der Technik ermöglicht.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung kann das erfindungsgemäße Verfahren den Nachteil nach dem Stand der Technik vermeiden, daß beim schnellen Abkühlen des vorderen Teiles der Form der Einlaßteil ebenfalls gekühlt wird, wobei unvermeidlich der Rückäau steigt. Dies führt dazu, daß unter gewissen Umständen nicht

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extrudiert werden kann»

Beim erfindungsgemäßen Vorfahren bewegt sich das geschmolzene zusammengesetzte Material, welches in die Form 4 geführt wird,· in gleichmäßiger Verteilung längs des Kanals 9 zu dem Auslaß 11, während es gekühlt wird. Die Kühlung wird durch die Durchtritto des Kühlwassers 12a - 121 oder 15a - 150 bewirkt und durch Einstellung der Strömungsdurchsätze und Temperaturen des Kühlfluids in einzelnen Kanälen entsprechend den Längsabschnitten des Kanals 9 und entsprechend - dem herzustellenden Profil gesteuert. Auf diese Weise verläuft, nachdem dickere Teile, beispielsweise der Biegeteil 13 und der Basisteil 14 eines Profilquerschnitts, sowie die dünneren und flacheren Teile gleichförmig gekühlt sind, das zusammengesetzte Material durch den Auslaß,

Venn die Profilerzeugnisse durch den Auslaß 11 extrudiert werden, erfolgt eine Kühlung zumindest in dem Ausmaß, daß der verfestigte Oberflächenteil der·Erzeugnisse am Aufquellen verhindert wird und seine eigene Form beibehält. Forner ist es günstig, wenn das zusammengesetzte Material eo vollständig wie möglich in der Form verfestigt wird, da sonst nach dem Extrudieren eine Deformation des Erzeugnisses durch Schrumpfen infolge der Verfestigung auftreten kann» Durch die vorangehend erläuterte Kühlung werden Profilorzeugnisse ohne Verwarfung und Verdrillung erhalten, da in der Form jeder Querschnittsteil einer gleichförmigen Einwirkung der Kühlung unterworfen ist, so daß keine Dispersion des Strömungsdurchsatzes des zusammengesetzten Materials über verschiedene Abschnitte des Querschnittes erfolgt. Ferner wird zur Verminderung des Strömungswiderstandes des zusammengesetzten Materials eine Polytetrafluoräthylen-Beschichtung auf die innere Fläche des Kanals 9 aufgebracht.. Demgemäß kann ein leichterer Extrusionsvorgang eines'gewünschten zusammengesetzten Materials durch einen üblichen Extruder durchgeführt werden. Das Verfahren nach der Erfindung, bei welchem ein zusammengesetztes Material in der Form selbst gekühlt wird, ermöglicht also eine wirksame Herstellung von Profilerzeugnissen, indem von .den Kennwerten

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der zusammengesetzten Stoffe Gebrauch gemacht wird, xtfelche solche nach dem Stand der Technik hinsichtlich Festigkeit, Abmessungsgenauigkeit, Abmessungsstabilität und Wasserbeständig?· keit übertreffen.

Nach dem Extrudieren im verfestigten Zustand wird das Profilerzeugnis einer Wärmebehandlung und Formveränderung untervrorfen, um zu verhindern, daß eine wesentliche Spannung und Krümmung enteteht· ,

Die Formveränderung bzw. "Rückformung" wird anstelle eines Formgebungselementes durch einen Formveränderungsmechanismus bestehend aus mehreren Rollen 19a - I9e durchgeführt, wobei die Einstellung jeder Rolle justierbar ist, und zwar unter einer Wärmebehandlung mittels Heizelementen 20.

Daher wird ein Profilerzeugnis einer guten Abiaessungsgenauigkeit kontinuerlich extrudiert, ohne daß Fehler auftreten, beispielsweise ein Abreißen, eine unerwünschte Krümmung und eine Deformation. Boim Vorfahren nach der Erfindung ist es nicht erforderlich, eine Formgebungseinrichtung zu verwenden; verschiedene Steuerungen für physikalische Zustände können beacht lieh vereinfacht werden. Infolge ständiger Wegnahme von Spannungen durch die Wärmebehandlung weisen die extrudierten Erzeugnisse gemäß Fig.. 8, 9 weder eine Deformation noch eine Krümmung während und nach dem Extrudieren auf, so daß das erfindungsgemäße Verfahren sehr geeignet ist, um Schwellen, Zargon und andere Erzeugnisse für architektonische Zwecke herzustellen.

Nachfolgend sind einige Beispiele zur Durchführung der Erfindung ni ο der gel e gt.

Beispiel 1

Briketts aus einem zusammengesetzten Material bestehend aus Holzstaub (Feuchtigkeitsgehalt weniger als.1 %) mit 30 Gewichtsprozent, Rest Polypropylen, wird dem Extruder zugeführt, welcher oino Länge des Kanals 9 von 30 cm aufweist, wobei Kühlwasser-

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durchtritte vorgesehen sind. Das zusammengesetzte Material wird unter folgenden Bedingungen extrudiert: Die Temperaturen des Auslasses des Extruders des Einlasses sowie Auslasses der Form liegen bei 180° bzw. 170° bzw. unter 100⁰C. Das extrudierte Erzeugnis wird in den Vielrollen-Formveränderer mit zehn Rollen eingeführt. Während des Durchlaufes dortselbst wird das extrudierte Erzeugnis einer Formveränderung bzw. Rückformung und gleichzeitig einer Wärmbehandlung bei 100⁰O über 300 see unter der Einwirkung von drei Infrarot'-Heizelementen unterworfen. Auf diese Weise ergeben sich Erzeugnisse mit sehr hoher Abmessungsgenauigkeit und ohne jede Krümmung oder Deformation bei stabilen Arbeitsbedingungen.

• Beispiel 2

Ein zusammengesetztes Material bestehend aus 30 Gewichtsprozent Holzstaub, 30 Gewichtsprozent Kalziumkarbonat, 5 Gewichtsprozent modifiziertem Polyproyion, das durch Anschluß-Kopolymerisation mit maleischem Anhydrid (bei 0,5 Gewichtsprozent modifiziert), hergestellt wurde, und 35 Gewichtsprozent nichtmodifiziertem Polypropylen wird extrudiert,· um ein Profilerzeugnis gemäß Fig. 8 zu erhalten. Der Strangpreßvorgang wird durch eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 durchgeführt; diese, weist einen verengten Kanal von 30 mm Durchmesser auf, so daß sich oin Verengungsverhältnis von 0,36 in Bezug auf die Querschnittsfläche im Vergleich zu dem erweiterten Teil von 50 mm Durchmesser ergibt. Eine Form mit einem Kanal von 30 cm Länge, welcher eine Polytetrafluoräthylen-Beschichtung aufweist und in welchem Kühlfluidkanäle verlaufen, ist vorgesehen. Die Temperaturen des zusammengesetzten Materials betragen 180°C in dem Extruder und 170° bzw. 100° im Einlaß bzw. Auslaß der Form. Das extrudierte Erzeugnis wird danach durch eine Viülrollen-Formveränderungseinrichtung mit zehn Rollen gemäß •Fig. 5 behandelt und gleichzeitig einer Wärmebehandlung bei 10O⁰C über 300 see mit drei breiten Infrarot-Heizelementen unterworfen.

Auf diese Weise können Erzeugnisse mit einer hohen Abmessungs-

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genauigkeit erhalten werden, wobei keinerlei Deformation oder Krümmung vorliegt.

Das Torsionsverhältnis der Erzeugnisse liegt "beim erfindungsgemäßen Vorfahren bei 0/2000, beim bekannten Verfahren hingegen bei 5/2000, wobei im letzteren Fall kein verengter Kanal gemäß Fig. 2 vorgesehen ist»

Die physikalischen Eigenschaften eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Erzeugnisses ergeben sich wie folgt:

Dichte

1,52 g/cm^ (ASTM D-15Q5-68)

Dreipunktbioge-

40 000 kp/cnr (ASTM D-790-71)

Schlagprüfung nach

Charpy 4,5 kp · em/«»² (AS!» D-256-72)

Linearer Ausdehnungskoeffizient 4 χ 10~⁵/°C (ASTM D-696-70)

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Claims

Patentansprüche

1. Vorfahren' zur Herstellung langer Profile durch Extrudieren eines zusammengesetzten Plastikmaterials durch eine an einem ' Extruder befestigte Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Form einen langen Kanal (9) aufweist, daß der vordere Endabschnitt der Form gekühlt wisxL(Kanäle 12), daß das zusammengesetzte Plastikmaterial in der Form geschmolzen und öcr;ach gekühlt wird und daß das Profilerzeugnis durch die Form im verfestigten Zustand kontinuierlich extrudiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Plastikmaterial ein Gemisch von zumindest einem thermoplastischen Harz mit mehr als 20 Gewichtsprozent von zumindest einem Füllstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Plastikmatorial ein Gemisch eines Polyolofinharzes mit mehr als 20 Gewichtsprozent von zumindest einem organischen Füllstoff ist, welcher aus der Gruppe mafassend Holzstaub,-Spreu und Zellstoff gewählt ist,

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Plastikmaterial ein Gemisch aus einem Polyolefinharz mit 10 Gewichtsprozent von zumindest einem organischen Füllstoff und 10 Gewichtsprozent von zumindest einem anorganischen Füllstoff ist.

5ο Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Plastikmaterial ein Gemisch von zumindest einem Material aus der Gruppe von Polyolefin und modifizierten Polyolefinharzen mit mehr als 10 Gewichtsprozent Holzstaub und mehr als 10 % anorganischem Füllmaterial ist«.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Plastikmaterial bei einer Temperatur unterhalb dos Schmelzpunktes eines kristallinen Harzes extrudiert

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wird, wenn das kristalline Harz ein Bestandteil des zusammengesetzten Plastikmaterials ist, oder bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes eines nichtkristallinen Harzes, "wenn das nichtkristallinu Harz ein Bestandteil des zusammengesetzten Plastikmaterials ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß der Vordere Endabschnitt der Form derart gekühlt wird, daß" hinsichtlich des Querschnittes des Stromes des zusammengesetzten Plastikmaterials die schwierig zu kühlenden dickeren 'Teile, beispielsweise ein Rippenteil und ein Biegeteil, stärker als die anderen Teile gekühlt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Durchtritte eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser, Luft oder öl, längs des Kanals (9) angebracht sind, wobei die Kühlung durch Ausströmen eines Kühlmediums in den Durchtritten (12) durchgeführt wird.

9« "Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsdurchsatz eines Kühlmediums so gesteuert wird, daß der dickere Teil des zusammengesetzten Plastikmaterials intensiver als die anderen Toilc gekühlt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das exfcrudierte kontinuierliche Profilerzeugnis einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 50 C bis zum Verfestigungspunkt über mehr als 10 see unterworfen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Material ein Gemisch aus dem Polyolefin und modifizierten Polyolefin-Harzen mit zumindest einem Füllstoff ist, wobei die Kühlung durch Durchströmenlassen eines Kühlfluids durch mehrere Durchtritte (12) durchgeführt wird, die längs des Kanals (9) der Form angeordnet sind, daß das Profilerzeugnis kontinuierlich im vorfestigten Zustand durch die Form oxtrudiort wird und daß das extrudierte Profileneugnis danach tiiner

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■behandlung "bei einer Temperatur im Bereich von 30 G unterhalb des Verfestigungspunktes bis zum Verfestigungspunkt des Harzes über mehr als 10 see unterworfen wird.

12. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß das Profilerzeugnis kontinuierlich im verfestigten Zustand extrudiert wird, daß das extrudierte Profilerzeugnis danach einer Wärmobehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 50⁰C bis zum "Verfestigungspunkt" des Harzes über mehr als 10 see unter» •worfenund gleichzeitig einem Formänderungsvorgang bzw. Rück-* formvorgang ausgesetzt wird, um auf das Profilerzeugnis eine Krümmung in umgekehrtem Sinn zu übertragen«

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Plastikmaterial durch einen verengten Kanal in dem Extruder strömen gelassen' wird, wobei das Verengung sverhältnis weniger als 0,8 der Querschnittsfläche des Strömungsdurchtrittes ist, .

14. Vorfahren nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des zusammengesetzten Plastikmaterials in Nachfolge zu dem Strömungsdurchtritt erweitert wird, wobei 'Restspannungen infolge der Drehung der Schnecke des Extruders vermindert werden und infolgedessen das extrudierte Profiler- · zeugnis frei von Torsions- und Verdrillungsspannungen ist, und daß das Profilerzeugnis kontinuierlich durch die Form extrudiert wird, wobei das extrudierte Profilerzeugnis zur " Übertragung einer Umkohrkrümmung einer Formänderung oder Rückformung unterzogen wird..

15« Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-14- mit einem Extruder zum Ernsten des zusammengesetzten Materials mittels Drohung einer Schraube und. einer lösbar an dem Extruder angeordneten Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Form einen langen Kanal (9) aufweist, welcher mit einem Kühlelenent (Kanäle 12) im vorderen Endabschnitt versehen ist.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Kühleleiaent aus mehreren Kanälen (12) für ein Kühlfluid besteht, welche längs des langen Kanals (9) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Durchtritte in den Normteilen angeordnet sind, welche dickeren Teilen entsprechen (Kanäle 12b - 12i in Fig. 3) > die schwierig zu kühlen sind, beispielsweise Biege- und Rippenteile (13j 14-) des zusammengesetzten Materials.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15 ₅ dadurch gekonnzeichnet, daß ein Wärmabehandlungselement, beispielsweise Infrarct-Heizelement (17)> vor dem Auslaß der Form vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vielrollen-Formänderungselement bzw. -arückformelement (5) an der Vorderseite des Auslasses der Form vorgesehen ist, wobei
die Lage jeder Rolle (19) entsprechend einstellbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Värmebehandlungselement (17) mit dem Vielrollen-Formänderungsolement bzw. Rückformelement vereinigt ist, bei dem die
Einstellung jeder Rolle (19) justierbar ist.

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