DE2523277B2

DE2523277B2 - Geschäumtes Strangpreßprofil aus einem thermoplastischen Material mit einer Dichte zwischen 0,4 und 03 g/cm3 und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2523277B2
Application number: DE2523277A
Authority: DE
Inventors: Guy Chantilly Oise Lozach (Frankreich)
Original assignee: Chimique des Charbonnages SA
Current assignee: Orkem SA
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1979-02-01
Also published as: BR7503522A; NL7506630A; DK135618B; LU72612A1; IE41886L; BE829551A; DK250775A; JPS5130268A; GB1470267A; DE2523277A1; FR2273653B1; AR202987A1; IE41886B1; ZA753552B; DK135618C; IT1035940B; SE7506059L; DD118018A5; FR2273653A1; AU8187375A

Description

Die Erfindung betrifft ein geschäumtes Strangpreßprofil aus einem thermoplastischen Material mit einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9 g/cm³ sowie das Verfahren zu seiner Herstellung, wobei das verschäumbare thermoplastische Material zusammen mit einem Treibmittel und den erforderlichen Zusätzen bei erhöhter Temperatur durch eine Extrusionsdüse mit der Form und den Dimensionen des gewünschten Profils extrudiert, das dabei erhaltene Extrudat unmittelbar nach seinem Austritt aus der Elxtrusionsdüse auf seinem Umfang schnell abgekühlt und anschließend in einer Metall-Abkühlungsvorrichtung weiter abgekühlt und durch Ziehen mit einer Ziehgeschwindigkeit, die größer ist als die Extrusionsgeschwindigkeit, verstreckt wird.

Es sind bereits verschiedene Extrusionsverfahren zur Herstellung von Profilen aus einem verschäumbaren thermoplastischen Material geringer Dichte bekannt (DE-OS 21 12062 und DE-OS 17 04 118) bzw. vorgeschlagen worden (DE-OS 24 12 364). Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie unter Verwendung einer kostspieligen und komplizierten Apparatur durchgeführt werden müssen, insbesondere was die Gestaltung und Ausführung der verwendeten Extrusionsdüsen anbetrifft. Bei allen diesen Verfahren erfolgt die Verschäumung von außen nach innen oder von innen nach außen und in iiiien diesen Fällen lsi die Verschäumung in der Nähe der Ränder durch die Anwesenheit oder die Bildung von unverscnäumtem Polymerisat begrenzt Außerdem ist bei der Herstellung von komplizierten Profilen nach diesen Verfahren ein hoher technischer Aufwand erforderlich. Das gilt auch für die aus der DE-OS 22 51 937 bekannten Strangpreßprofile.

Aufgabe der Erfindung war daher ein geschäumtes Strangpreßprofil aus einem thermoplastischen Material

ίο mit einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9 g/cm³ sowie ein Verfahren dafür mit dessen Hilfe es möglich ist, auch kompliziert geformte Strangpreßprofile einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9 g/cm³ aus verschäumbaren thermoplastischen Materialien auf technisch einfache Weise herzustellen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Strangpreßprofil aus einem Polymerisat besteht, das in seinem viskoelastischen Verhalten als Funktion der Temperatur ein Kautschukplateau aufweist und im Inneren Blasen einer in Zugrichtung länglichen Form enthält, wobei das Verfahren zur Herstellung solcher Profile dadurch gekennzeichnet ist, daß als verschäumbares thermoplastisches Material ein Polymerisat verwendet wird, das in seinem viskoelasti-

2·) sehen Verhalten als Funktion der Temperatur ein Kautschukplateau aufweist, das beim Extrudieren eine Temperatur hat, die der Fließzone im Kautschukzustand entspricht und dessen Außenhaut unmittelbar nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse bis auf eine Temperatur

ju abgekühlt wird, die dem Kautschukplateau des thermoplastischen Materials entspricht, wobei innerhalb der Metall-Abkühlungsvorrichtung ein die gewünschte Dichte ergebendes Verhältnis zwischen Extrusionsgeschwindigkeit und Ziehgeschwindigkeit am Ausgang der Metall-Abkühlungsvorrichtung eingestellt wird.

Als thermoplastisches Polymerisat verwendet man vorzugsweise ein Polymerisat oder Mischpolymerisat von Styrol und/oder Vinylchlorid.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den obengenannten bekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Verfahren dadurch, daß die 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 entypricht. Das gilt auch für die Metall-Abkühlungsvorrichtung, die im allgemeinen in Kombination mit der Extrusionsdüse verwendet wird und im wesentlichen die Form und die

w Dimensionen des gewünschten Profils hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verschäumung dadurch erzielt, daß man das Extrudat einer Zugkraft unterwirft, die so groß ist, daß seine lineare Extrusionsgeschwindigkeit, bezogen auf seine

^r>'< lineare Geschwindigkeit beim Austritt aus der Metall-Formgebungsvorrichtung, proportional zur gewünschten Dichte ist. Zur Herstellung eines Profils mit einer Dichte von 0,50 g/cm³ muß beispielsweise die lineare Geschwindigkeit des Extrudats beim Austritt aus der

·><> Metall-Formgebungsvorrichtung der doppelten Extrusionsgeschwindigkeit des Extrudats beim Austritt aus der Extrusionsdüse entsprechen.

Um jede radiale Ausdehnung des Extrudats zu vermeiden, die zu einer Deformation des Profils führen

^h"> 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 Fluidstrahler die so nahe wie

möglich am Ausgang der Extrusionsdüse angeordnet sind, von außen gekühlt. Zur Herstellung von komplizierten Profilen ist es im allgemeinen erforderlich, Fluidstrahlen zu verwenden, die unter einem differentiellen Druck stehen, um so die Ausdehnung an der gekühlten Stelle zu stoppen, wie in der DE-OS 24 12 364 beschrieben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ^uch komplizierte Profile im Rahmen eines technisch einfach durchführbaren Extrusionsverfahrens hergestellt werden.

Bei der Extrusion muß das thermoplastische Polymerisat selbstverständlich ein viskoelastisches Verhalten aufweisen, so daß es ohne zu brechen einer Dehnung unterworfen werden kann, die mindestens gleich derjenigen ist, die der Ausdehnung in Längsrichtung entspricht, wie sie gewünscht wird. A. V. Tobolsky unterscheidet in seiner Arbeit »Properties and Struktu- re of Polymers«, Wiley and Sons, New \ ork, London (I960), in den Kapiteln 2 und 4 auf den Seiten 71 bis 73, insbesondere in der auf Seite 73 angegebenen Kurve, fünf Bereiche des viskoelastischen Verhaltens von Polymerisaten als Funktion der Temperatur. Diese Kurve entspricht der F i g. 1 der Zeichnungen. In dieser Kurve bezeichnet der Buchstabe »Λ« das »glasartige Plateau«, der Buchstabe »ß« bezeichnet die »Obergangszone«, der Buchstabe »C« bezeichnet das »Kautschukplateau«, der Buchstabe »D« bezeichnet die »Fließzone im Kautschukzustand« und der Buchstabe »£« bezeichnet die »Fließzone«. Eine beträchtliche Dehnung ohne Brach ist nur in dem dritten Bereich (C), dem »Kautschukplateau«, und in dem vierten Bereich (D), der »Fließzone im Kautschukzustand«, möglich. Im allgemeinen muß für eine wesentliche Verschäumung (d. h. für Dichten von 0,4 bis 0,6 g/cm³) die Masse des Polymerisats eine Temperatur haben, die der Fließzone im Kautschukzustand entspricht, 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 den 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 Verschäumung praktisch beendet ist, wenn das Profil in die kalte Metall-Abkühlungsvorrichtung eintritt, d. h. wenn der Absland zwischen der Extrusionsdüse und der Metall-Abkühlungsvurrichtung so groß ist, daß die Verschäumung beim Eintritt in die Metall-Abkühlungsvorrichtung praktisch beendet ist.

Das Verfahren wird in der Weise durchgeführt, 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 dem Kautschukplateau des thermoplastischen Materials entspricht, und daß dann das Extrudat in eine MetaH-AbkOhliingsvorrichtung mit einer Zuggeschwindigkeit gezogen wird, die höher ist als die Extrusionsgeschwindigkeit, wobei das Verhältnis zwischen der Extrusionsgeschwindigkeit und der Zuggeschwindigkeit am Ausgang der Metall-Abkühlungsvorrichtung so gewählt wird, daß die gewünschte Dichte erhalten wird, wobei man einen Profilkörper aus einem orientierten verschäumten thermoplastischen Material erhält, der Blasen aufweist, die in Zugrxhtung länglich sind.

Bei anderen Ausführungsformen verwendet man kalte Fluidstrahlen, die unter gleiche oder verschiedene Drucke gesetzt sind und auf den Umfang des Extrudats verteilt sind. Zweckmäßig liegt das Verhältnis zwischen Extrusionsgeschwindigkeit und der Zuggeschwindigkeit zwischen 0,4 und 0,9.

Die Einrichtungen für die Durchführung des Verfahrens umfassen einen Extruder, eine Extrusionsdüse, eine Einheit für die Injektion des kalten Fluids, eine Metall-Abkühlungsvorrichtung, eine Abkühlungsbank und eine Vorrichtung zum Ziehen des Profüs, 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 F i g. 2 der Zeichnung näher erläutert. 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 Styrolhomopolymerisat mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 350 000 und einem gewichtsdurchschnitllichen Molekulargewicht von 500 000 verwendet. Dieses Polymerisat wies zwischen 110 und 17O⁰C ein Kautschukplateau auf, sein Modul variierte demnach zwischen 10⁷ und 10⁶dyn/cm². Es wurde mit einem 1-Schnecken-Extruder Samafor mit einem inneren Durchmesser von 65 mm mit vier 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^cC

vierte Zone: Austrittsabschnitt 175°C

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

Temperaturprofil der Extrusionsdüse:

erste Zone: Düseneingang 170⁰C

zweite Zone: Düsenausgang 190⁰C

Die Gesamtheit dieser Temperaturen erlaubt 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 Exirusionsdüse ist in der Fig. 2 dargestellt. Dieser Querschnitt ist identisch mit dem gewünschten Profilquerschnitt. Das gilt auch für die geometrische Form des Querschnittes der Metall-Formgebungsvorrichtung. Die auf die Blaseinrichtungen

ausgeübten Drucke, wie sie in der obengenannten DE-OS 24 12 364 angegeben sind, sind die folgenden:

Blaseinrichtung

links oben (1) Blasdruck
oben Mitte (2)
oben rechts (3)
rechts (4)
unten rechts (5)
unten links (6)
Hnks(7)

Zusammensetzung des extrudieren Polystyrolhomopolymerisat

Schmiermittel (Stearinsäure)

Keimbildner (mikronisierter

Verse häumungsmittel

(Azodicarbonamid)

300 Millibar 400 Millibar 500 Millibar

50 Millibar 200 Millibar 400 Millibar

50 Millibar

Polystyrols

lOOGew.-Teile 0,140 Gew.-Teile

0,50 Gew.-Teile 0,25 Gew.-Teile Die Ziehgeschwindigkeit betrug 1,20 m/min, dies entsprach bei einer Dichte von 0,5 g/cm³ für das Extrudat einer Geschwindigkeit am Ausgang der Extrusionsdüse von 0,60 m/min. Der Abstand zwischen der Extrusionsdüse und der Metall-Formgebungsvorrichtung betrug 150 mm.

Nach dem Verfahren können auch zylindrische Profile, insbesondere Stangen (Bolzen), hergestellt werden, wenn man den Druck auf dem Umfang 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 Verfahren erhält man Produkte aus einem verschäumten thermoplastischen Material, die eine orientierte und in Längsrichtung langgestreckte Zeil-Struktur aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1! Patentansprüche:

1.; Geschäumtes Strangpreßprofu aus einem thermoplastischen Material mit einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9g/cin³, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Polymerisat besteht, das in seinem viskoelastischen Verhalten als Funktion der Temperatur ein Kautschukplateau aufweist und im Inneren Blasen einer in Zugrichtung länglichen Form enthält

2. Verfahren zur Herstellung von Profilen einer Dichte zwischen 0,4 und 0,9 g/cm³ aus thermoplastischen Materialien nach Anspruch 1, bei dem das verschäumbare thermoplastische Material zusammen mit einem Treibmittel und den erforderlichen Zusätzen bei erhöhter Temperatur durch eine Extnisicnsdflse mit der Form und den Dimensionen des gewünschten Profils extrudiert, das dabei erhaltene Extrudat unmittelbar nach seinem Austritt aus der Extrusionsdüse auf seinem Umfang schnell abgekühlt und anschließend in einer Metall-Abkühlungsvorrichtung weiter abgekühlt und durch Ziehen mit einer Ziehgeschwindigkeit, die größer ist als die Extrusionsgeschwindigkeit, verstreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als verschäumbar thermoplastisches Material ein Polymerisat verwendet wird, das in seinem viskoelastischen Verhalten als Funktion der Temperatur ein Kautschukplateau aufweist, das beim Extrudieren eine Temperatur hat, die der Fließzone im Kautschukzustand entspricht und dessen Außenhaut unmittelbar nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse bis auf eine Temperatur abgekühlt wird, die dem Kautschukplateau des thermoplastischen Materials entspricht, wobei innerhalb der Metall-Abkühlungsvorrichtung ein die gewünschte Dichte ergebendes Verhältnis zwischen Extrusionsgeschwindigkeit und Ziehgeschwindigkeit am Ausgang der Abkühlungsvorrichtung eingestellt wird.