DE2523277A1

DE2523277A1 - Verfahren zur herstellung von profilen aus thermoplastischen materialien mit verringertem gewicht und die dabei erhaltenen produkte

Info

Publication number: DE2523277A1
Application number: DE19752523277
Authority: DE
Inventors: Guy Lozach
Original assignee: Chimique des Charbonnages SA
Current assignee: Orkem SA
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1975-12-18
Also published as: BR7503522A; DE2523277B2; NL7506630A; DK135618B; LU72612A1; IE41886L; BE829551A; DK250775A; JPS5130268A; GB1470267A; FR2273653B1; AR202987A1; IE41886B1; ZA753552B; DK135618C; IT1035940B; SE7506059L; DD118018A5; FR2273653A1; AU8187375A

Description

MÜLLER-ΒΟΚέ · GHOEMKG · UEüFEL · SCHÖN · HERTEL

PATENTANWÄLTE MÜNCHEN - BRAUNSCHWEIG - KÖLN

OK W. MOUtX-IOKt· ■ RAUHSCHVW* H>W.«ROKN(NO.OIFL.-lHa.· MOnCHIN DR.P. OCUPCU DIPU-CHCM.* MOnCHKN DR. A. SCHÖN, DIPW-CHKM. ■ MÖNCHEN WKIINBR HKRTCL, DIfM^PHYS. ■ KÖLN

26. MAI 1975

S 2762

SOCIETE CHIMIQUE DES CHARBONNAGES
Tour Aurore, Paris-Defense,
CGURBEVOIE, Haut-de-Seine, Frankreich

Verfahren zur Herstellung von Profilen aus thermoplastischen Materialien mit verringertem Gewicht und die dabei erhaltenen

Produkte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Profilen aus thermoplastischen Materialien mit verringertem Gewicht, d. h. mit einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9, bezogen auf das entsprechende volle oder massive thermoplastische Material, durch Extrusion. Sie ist insbesondere von Vorteil bei der Anwendung auf Polystyrol, Polyvinylchlorid und auf Mischpolymerisate, die eine dieser beiden Substanzen enthalten, sowie allgemein bei der Anwendung auf Polymerisate, die ein ausreichend breites "Kautschukplateau¹¹ (wie es nachfolgend definiert ist) aufweisen.

β MÜNCHEN 8β · SIEBEHTSTH. 4 · POB 860720 ■ KABEI-I MUEBOPAT · TEL. (089) 47107» ■ TELEX 3·2?β3ι»

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Die Erfindung betrifft ferner Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sowie die dabei erhaltenen Profile, die eine anisotrope Struktur aufweisen und insbesondere dadurch charakterisiert sind, daß die in dem Profil aus einem thermoplastischen Material mit verringertem Gewicht vorhandenen Blasen in Längsrichtung langgestreckte Formen haben.

Es sind bereits verschiedene Extrusionsverfahren zur Herstellung von Profilen aus einem thermoplastischen Material mit verringertem Gewicht bekannt, die allgemein unter Verwendung einer teuren und komplizierten Apparatur durchgeführt werden, insbesondere was die Gestaltung und Ausführung der Extrusionsdüsen (Extrudermundstücke) anbetrifft. In allen diesen Verfahren erfolgt die Ausdehnung (Verschäumung) von außen nach innen oder von innen nach außen und in diesen Fällen kann die Ausdehnung bzw. Verschäumung in der Nähe der Ränder durch die Anwesenheit oder die Bildung von vollem (massivem) Polymerisat begrenzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von diesen bekannten Verfahren dadurch, daß die Ausdehnung (Verschäumung) beim Austritt aus der Extrusionsdüse nur in Längsrichtung erfolgt. Dies erlaubt einen besonders einfachen Aufbau der Extrusionsdüse, die in bezug auf die Form ihres Querschnittes und die Dimensionen denjenigen des gewünschten Profils entspricht. Das gilt auch für die Metall-Abkühlungsvorrichtung oder· -Formgebungsvorrichtung, die im allgemeinen in Kombination mit der Extrusionsdüse verwendet wird und im wesentlichen die Form und Dimensionen des gewünschten Profils aufweist.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ausdehnung (Expansion) dadurch erzielt, daß man das Extrudat einem Zug unterwirft, der so groß söin soll, daß seine lineare Extrusionsgeschwindigkeit _t bezogen auf seine lineare Geschwindigkeit beim Austritt aus der Metall-Formgebungsvorrichtungjproportional zur gewünschten Dichte ist. Zur Herstellung eines Profils mit einer Dichte von 0,50 muß beispielsweise die lineare Geschwindigkeit des Extrudats beim Austritt aus der Metall-Formgebungsvorrichtung der doppelten Extrusionsgeschwindigkeit des Extrudats beim Ausgang aus der Extrusionsdüse entsprehen.

Um jede radiale Ausdehnung des Extrudats zu vermeiden, die zu einer Deformation des Profils führen würde, und um zu vermeiden, daß die Gasblasen an die Oberfläche durchbrechen und damit der Oberfläche des Profils ein schlechtes Aussehen verleihen, wird das Polymerisat mit kalten Fluidstrahlen, die so nah wie möglich am Ausgang der Extrusionsdüse angeordnet sind, von außen gekühlt. Zur Erzielung von komplizierten Profilen ist es im allgemeinen erforderlich, Fluidstrahlen zu verwenden, die unter einem differentiellen Druck stehen, um so die Ausdehnung an der abgekühlten Stelle zu stoppen, wie es in der deutschen OL- Schrift P 24 12 364.6 beschrieben ist. *

Bei der Extrusion muß das thermoplastische Polymerisat selbstverständlich ein viskoelastisches Verhalten aufweisen, so daß es ohne zu brechen einer Dehnung unterworfsi werden kann, die mindestens gleich derjenigen ist, die der Ausdehnung in Längsrichtung entspricht, wie sie gewünscht wird. A.V.

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Tobolsky unterscheidet in seiner Arbeit "Properties and Structure of Iolymers", Wiley and Sons, New York, London (1960), in den Kapiteln 2 und 4 auf den Seiten 71 bis 73, insbesondere in der auf der Seite 73 angegebenen Kurve , fünf Bereiche des viskoelastischen Verhaltens von Polymerisaten als Funktion der Temperatur. Diese Kurve entspricht der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen. In dieser Kurve bezeichnet der Buchstabe ¹¹A" das"glasartige Plateau" der Buchstabe ¹¹B" bezeichnet die "Über gangs zone", der Buchstabe ¹¹C" bezeichnet das"Kautschukplateauy der Buchstabe ¹¹D" bezeichnet die "Fließzone im Kautschukzustand¹¹ und der Buchstabe ¹¹E" bezeichnet die Fließzone. Eine beträchtliche Dehnung ohne Bruch ist nur in dem dritten Bereich (C), dem "Kautschukplateau", und in dem vierten Bereich (D), der "Fließzone im Kautschukzustand¹', möglich. Im allgemeinen muß für eine wesentliche Verschäumung (Erleichterung), d. h. für Dichten von 0,4 bis 0,6,die Masse des Polymerisats eine Temperatur haben, die der Fließzone im Kautschukzustandentspricht, während die Oberfläche des Extrudats, die beträchtlichen Spannungen ausgesetzt ist und einen verhältnismäßig hohen Modul aufweisen muß, während sie gleichzeitig ohne Bruch um einen Wert in der Größenordnung von 100% dehnbar ist, eine Temperatur hat, die dem Kautschukplateau entspricht; bei geringen Verschäumungen kann die Masse des Polymerisats noch eine Temperatur haben, die dem Kautschukplateau entspricht.

Eine andere Bedingung dafür, daß die Dichten des verschäumten Polymerisats und des massiven Polymerisats innerhalb des Verhältnisses der Extrusionsgeschwindigkeiten und der Zuggeschwindigkeiten liegen, ist die, daß die Verschäu-

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mung praktisch beendet ist, wenn das Profil in die kalte Metal!-Abkühlungsvorrichtung eintritt, d. h. wenn der Abstand zwischen der Extrusionsdüse und der Metal!-Abkühlungsvorrichtung so groß ist, daß die Verschäumung beim Eintritt in die Metal!-Abkühlungsvorrichtung praktisch beendet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekeimzeichnet, daß ein verschäumbares thermoplastisches Material, das ein Treibmittel und gegebenenfalls Schmiermittel, Stabilisatoren und andere übliche Zusätze enthält, durch eine Extrusionsdüse mit der Form und den Dimensionen des gewünschten Profils extrudiert wird, während es eine Temperatur aufweist, die der Fließzone im Kautschukzustand entspricht, daß das Extrudat auf seinem äußeren Umfang unmittelbar nach dem Austritt aus der Formdüse schnell abgekühlt wird bis zu einer Temperatur der äußeren Haut, die demKautschukplateau des thermoplastischen Materials entspricht, und daß das Extrudat in einer Metall-Abkühlungsvorrichtung mit einer Zuggeschwindigkeit \vard, die höher ist als die Extrusionsgeschwindigkeit, wobei das Verhältnis zwischen der Extrusionsgeschwindigkeit und der Zuggeschwindigkeit am Ausgang der Metal!-Abkühlungsvorrichtung der gewünschten Dichte entspricht, so daß man den gewünschten Profilkörper aus einem orientierten verschäumten thermoplastischen Material erhält, der Blasen aufweist,die in Zugrichtung länglich sind.

Bei anderen Ausführungsformen verwendet man kalte Fluidstrahlen, die unter gleiche oder verschiedene Druckergesetzt sind und auf den Umfang des Extrudats verteilt sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das Verhältnis zwischen

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Extrusionsgeschwindigkeit und der Zuggeschwindigkeit zwischen 0,4 und 0,9.

Die Einrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen einen Extruder, eine Extrusionsdüse, eine Einheit für die Injektion des kalten Fluids, eine Metall-Abkühlungsvorrichtung, eine Abkühlungsbank tind eine Vorrichtung zum Ziehen des Profils," wobei diese verschiedenen Einrichtungen oder Apparaturen im Verhältnis zueinander so angeordnet sind, daß die in dem Verfahren "vorgesehenen Bedingungen erzielt werden.

Die Erfindung wird durch das nachfolgend angegebene Beispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Diese zeigt einen komplizierten Profilquerschnitt, der erfindungsgemäß hergestellt werden kann. Der Buchstabe P bezeichnet die geometrische Form des Querschnittes der Extrusionsdüse und die Ziffern 1 bis 7 bezeichnen die auf dem Umfang des Extrudats verteilten Blaseinrichtungen.

Beispiel ' . ' .

In diesem Beispiel wurde ein Styrolhomopolytnerisat mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 350 000 und einem gewischtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von 500 verwendet. Diese Polymerisat wies zwischen 110 und 170 C ein Kautschukplateau auf, sein Modul variierte demnach zwischen

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10 und 10 dyn/cm . Es wurde mit einem 1-Schnecken-Extruder Samafor mit einem inneren Durchmesser von 65 mm mit vier

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Erwärmungszonen und einer Schnecke mit einer Druckstufe gearbeitet.

Temperaturprofil des Extruders:

erste Zone :.Eintrittsabschnitt 149 C

zweite Zone : erster Zentralabschnitt 169 C

dritte Zone : zweiter Zentralabschnitt 170 C

vierte Zone : Austrittsabschnitt 175 C

Dieses Profil stellt die Erweichung des Polymerisats und die Zersetzung des Verschäutnungsmittels sicher.

Temperaturprofil der Extrusionsdüse:
-erste Zone : Düseneingang 170 G

zweite Zone : Düsenausgang 190 C

Die Gesamtheit dieser Temperaturenerlaubt die Herstellung eines verschäumbaren Extrudats, dessen Masse eine solche Temperatur aufweist, daß man es einer Dehnung von 100 % unterwerfen kann.

Die geometrische Form P des Querschnittes des Ausgangs der Extrusionsdüse ist in der Fig.2dargestellt. Dieser Querschnitt ist identisch mit dem gewünschten Profi!querschnitt. Das gilt auch für die geometrische Form des Querschnittes der Metall-Formgebungsvorrichtung. Die auf die Blaseinrichtungen ausgeübten Drucke, wie sie in der oben genannten deutschen OL-Schrift P 24 12 364.6 angegeben sind, sind die folgenden:

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Blaseinrichtung links oben (1) Blasdruck 300 Millibar

oben Mitte (2) 400 Millibar

oben rechts (3) 500 Millibar

rechts (4) 50 Millibar

unten rechts (5) 200 Millibar

unten links (6) 400 Millibar

links (7) 50 Millibar

Zusammensetzung des extrudierten Polystyrols

Polystyrolhotnopolymerisat 100 Gew.Teile

Schmiermittel (Stearinsäure) 0,140 "

Keimbildner (mikronisierter Talk) 0,50 " Verschäumungsrnittel (Azodicarbonamid,

"Genitron EPB von Fisons") 0,25 "

Die Ziehgeschwindigkeit betrug 1,20 m/min, dies entsprach bei einer Dichte von 0,5 g/cm für das Extrudat einer Geschwindigkeit am Ausgang der Extrusionsdüse von 0,60 m/min. Der Abstand zwischen der Extrusionsdüse und der Metall-Formgebungsvorrichtung betrüg 150 mm.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch zylindrische Profile, insbesondere Stangen .(Bolzen)jhergestellt werden, wenn man den Druck auf dem Umf'ang des Extrudats im wesentlichen einheitlich macht. Analoge Ergebnisse werden mit Polymerisaten vom Polyvinylchlorid-Typ und mit Mischpolymerisaten erhalten, die Polystyroleinheiten oder Polyvinylchlorideinheiten enthalten.

Nach dem erfindi'~ip ' -em'-ißen Verfahren e h^;<"If man Produkte

aus einem verschäumten thermoplastischen Material, die eine orientierte und in Längsrichtung langgestreckte Zellstruktur aufweisen.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auf die vorstehend angegebetmbeispielhaften und bevorzugten Ausführungsformen keineswegs beschränkt, diese können vielmehr in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1.\ Verfahren zur Herstellung von Profilen aus thermopiastischen Materialien mit verringertem Gewicht mit einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9j dadurch gekennzeichnet, daß man das verschäumbare thermoplastische Material zusammen mit dem Tosibmittel und den erforderlichen Zusätzen durch eine Extrusionsdüse mit der Form und den Dimensionen des gewünschten Profils extrudiert (strangpresst), während
es eine Temperatur aufweist, die der Fließzone im Kautschukzustand entspricht, daß man das Extrudat auf seinem Umfang unmittelbar nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse
schnell abkühlt bis auf eine Temperatur der Außenhaut,
die dem Kautschukplateau des thermoplastischen Materials entspricht, und daß man das Extrudat in einer Metall-Abkühlungsvorrichtung mit einer Ziehgeschwindigkeit *■ -, die höher ist als die Extrusionsgeschwindigkeit,
wobei das Verhältnis zwischen der Extrusionsgeschwindigkeit und der Ziehgeschwindigkeit am Ausgang der Abkühlungsvorrichtung der gewünschten .Dichte entspricht, so "daß man einen Profilkörper aus einem orientierten, verschäumten, thermoplastischen Material erhält, der in der Zugrichtung längliche Blasen aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Abkühlung unter Verwendung von kalten Fluidstrahlen durchführt, die gleichmäßig über den Umfang des Extrudats verteilt sind.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abkühlen unter Verwendung von kalten Fluidstrahlen durchführt, die verschiedenen Drucken unterworfen und über den Umfang des Extrudats verteilt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das verschäumbare thermoplastische Material unter den Polymerisaten auswählt, die in ihrem viskoelastischen Verhalten als Funktion der Temperatur ein Kautschukplateau aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Polymerisat aus der Gruppe Polystyrol, Polyvinylchlorid, der eine dieser beiden Substanzen enthaltenden Mischpolymerisate und anderen Polymerisaten mit
einem ausreichend breiten Kautschukplateau ausvrählt.

6. Profile aus einem verschäumten thermoplastischen
Material, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt v.'orden sind und eine in Längsrichtung orientierte und verschäumte Zellstruktur aufweisen.

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