DE2533218A1

DE2533218A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden mit schaumstruktur

Info

Publication number: DE2533218A1
Application number: DE19752533218
Authority: DE
Inventors: William Patrick Mulvaney
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1974-09-12
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1976-04-01
Also published as: DE2533218B2; NL186301B; NL7510712A; FR2284432B1; IT1042490B; AU8464275A; DE2533218C3; DK405675A; AU501089B2; FR2284432A1; BR7505829A; JPS5545019B2; SE415009B; JPS5153569A; GB1517219A; ES440868A1; CH605098A5; CA1069662A; US3975473A; DK145449B

Description

2k. Juli 1975 UNION CARBIDE CORPORATION Gzy/goe

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen mit Schaumst-ruktur.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus expandierten thermoplastischen Stoffen.

Verfahren zur Herstellung von Gegenstanden aus expandierten thermoplastischen Stoffen durch Extrusion und Formen sind seit langem bekannt. Nach diesen Verfahren wird in dem Extruder in den geschmolzenen thermoplastischen Stoff ein Gas eingeführt. Man erhält dadurch Gegenstände, die feine Zellen in guter Verteilung enthalten. Ein solches Verfahren ist in der US-Patentschrift 2,928,130 beschrieben. Hierbei wird ein Gas in einen in zwei Stufen arbeitenden Schnecken-Extruder zwischen den beiden Stufen eingeführt. Hierbei wird das Gas in der Schmelze des thermoplastischen Stoffes gelöst und mit ihm innig gemischt, bevor die Schmelze mit dem gelösten Gas aus dem Extruder austritt.

Auch Änderungen dieses Verfahrens sind bekannt. Diese können das verwendete thermoplastische Material betreffen, das Treibgas, die kernbildenden Mittel und andere Zusätze, die mit Erfolg verwendet werden können.

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Nach diesem Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus thermoplastischen Stoffen mit Zellstruktur können entweder kontinuierlich zweidimensional Gegenstände mit einem gleichmäßigen Querschnitt durch Extrusion hergestellt werden, z.B. zum Isolieren von Drähten und Kabeln, oder es können diskontinuierlich dreidimensionale Gegenstände hergestellt werden, z.B. durch das Spritzgieß-Verfahren in einer Form.

Einführen von Gas in Formen durch Extrusion kann erfolgreich verwendet werden in Verbindung mit anderen Verfahren, z.B. durch Formen im Vakuum oder durch Spritzgießen. In dem letzteren Falle wird das Gemisch aus dem geschmolzenen thermoplastischen Stoff und dem gasförmigen Treibmittel in eine Sammelzone eingeführt, in welcher vor dem Einführen in die Form eine bestimmte Menge des Gemisches gesammelt wird. Ein solches Verfahren ist in der US-PS 3,268,636 beschrieben.

Der hier verwendete Ausdruck "Gemisch eines geschmolzenen thermoplastischen Materials mit einem gasförmigen Treibmittel" bedeutet eine ungleichmäßige oder gleichmäßige Verteilung des gasförmigen Treibmittels in dem geschmolzenen thermoplastischen Stoff. Hierzu gehören Lösungen und nicht-homogene physikalische Gemische des gasförmigen Treibmittels in dem geschmolzenen thermoplastischen Material«

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Schwierigkelten entstehen bei den bekannten Verfahren zum Formen durch Extrusion für die Herstellung von Gegenständen aus zellartigem thermoplastischen Material beim Einführen des Treibgases in das geschmolzene thermoplastische Material im Extruder. Diese Schwierigkeiten führen zu Schwankungen der physikalischen Eigenschaften der erhaltenen Gegenstände durch Änderungen des Druckes im Extruder, wodurch Änderungen des Volumens des gasförmigen Treibmittels in dem geschmolzenen thermoplastischen Material verursacht werden. Solche Änderungen können beruhen auf Änderungen verschiedener Variablen des Verfahrens beim Extrudieren und sind Fachleuten gut bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von Gegenständen aus zellartigen thermoplastischen Stoffen mit praktisch gleichmäßigen physikalischen Eigenschaften.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von solchen Gegenständen, bei welchen praktisch gleichmäßige Volumina des Treibgases in das thermoplastische Material in dem Extruder eingeführt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus einem zellartigen thermoplastischen Stoff. Hierbei

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wird der feste thermoplastische Stoff unter Druck in einem Extruder geschmolzen« Ein gasförmiges Treibmittel wird unter Druck in den thermoplastischen geschmolzenen Stoff eingeführt. Der geschmolzene thermoplastische Stoff und das gasförmige Treibmittel werden dann in eine Zone niedrigeren Druckes gebracht, wo die zellförmige Expansion des thermoplastischen Stoffes durch das Treibgas erfolgt, und wobei das Treibgas mit Schallgeschwindigkeit an einem Punkte stromaufwärts der Einführung des Treibgases in das geschmolzene thermoplastische Material gemessen und zugeführt wird.

Die nachfolgende Gleichung dient zur Bestimmung des kritischen Druckes in der Drossel der verengten Düse gemäß der Erfindung:

2 ^ Έ~^~ϊ P

Jj + 1 I (I)

Hierbei bedeutet:

P = den Druck in der Drossel der Düse c

P_-. = den stromaufwärts regulierten Druck

C
P

wobei C und C die spezifischen Wärmen bei konstantem Druck ρ ν

bez* bei konstantem Volumen bedeuten.

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Unter diesen Bedingungen wird das Zumessen unter hohem Druck

mit konstanter Geschwindigkeit so ausgeführt, daß die Gasströmung W in Standard-Litern je Stunde durch die Düse eine Funktion ist nur des Druckes oberhalb P₁ und des Querschnitts der Düse oder des Mundstückes, entsprechend der nachstehenden Formel:

W (l/Std) = J (P₁, a) (II)

Man sieht, daß bei einer derartigen Ausführung der Einlaßleitung für das Gas in den Extruder, daß das Treibmittel mit Schallgeschwindigkeit strömt, die Strömungsgeschwindigkeit des Gases unabhängig ist von Druckänderungen stromabwärts von dem Meßpunkt. Druckschwankungen stromabwärts von dem Meßpunkt und daher auch in dem Extruder ändern also nicht das Volumen des Gases, das in den geschmolzenen thermoplastischen Stoff eingeführt wird, und sichert damit eine Gleichmäßigkeit der Einführung des Gases und eine Gleichmäßigkeit der Porosität in dem entstandenen Endprodukt 4

Es viurde ferner gefunden, daß bei der Profilextrusion mit konstantem Querschnitt und bei der dreidimensionalen Extrusion verschiedene Dichten der Gegenstände aus dem expandierten thermoplastischen Stoff erhalten werden können, und zwar unter Verwendung des gleichen thermoplastischen Stoffes, lediglich durch

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Änderung des Gasvolumens, das in den thermoplastischen Stoff in dem Extruder eingeführt wird. Das ist neu gegenüber dem Stande der Technik, nach welchem der .verwendete thermoplastische Stoff und das Gasvolumen geändert werden, wenn die Dichte des hergestellten Gegenstandes geändert werden soll.

Erfindungsgemäß wird das Abmessen des Treibgases durchgeführt beim Leiten des Gases durch ein verengtes Mundstück, so daß das Gas durch dieses Mundstück mit Schallgeschwindigkeit hindurchströmt.

Es wurde gefunden, daß beim Abmessen des Treibgases bei Schallgeschwindigkeit gemäß der Erfindung der Druck stromaufwärts des Mundstückes gemäß der Gleichung (II) geregelt wird. Demnach viird die Strömungsgeschwindigkeit W für ein gegebenes Mundstück bestimmt durch den Druck P₁ stromaufwärts. Änderungen des geregelten Druckes P. oberhalb führen zu Änderungen der in die Schmelze eingeführten Gasmenge und zu Änderungen der Dichten der erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände aus zellartigem thermoplastischem Stoff. Entsprechend wird der Druck P. stromaufwärts so eingestellt, daß der Druck in der Drossel der kritische. Druck P ist, der wenigstens gleich ist dem Druck in dem Extruder. Der Druck P₁ stromaufwärts wird so eingestellt , daß er dem Werte nach der umgestellten Gleichung (I) gleich ist oder ihn übertrifft:

^Pi · ^Pc k

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Erfindungsgemäß können Gegenstände aus zellartigen thermoplastischen Stoffen mit einem weiten Dichtenbereich hergestellt werden durch Einstellung des Druckes stromaufwärts in der beschriebenen Art. Die Kenntnis dieser Umstände ist bedeutsam, weil man damit die gewünschte Dichte der Gegenstände erreichen kann lediglich durch Änderung des Druckes, und ohne gemäß dem Stande der Technik ein bestimmtes thermoplastisches Material zu wählen, um einen Gegenstand der gewünschten Dichte herzustellen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden thermoplastischen Stoffe sind Fachleuten gut bekannt. Zu ihnen gehören beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid und verschiedene andere synthetische harzartige Stoffe, die thermoplastisch sind, zusammen mit Gemischen und Copolymeren solcher Stoffe, die ebenfalls diese Eigenschaft haben. Zusätzlich können die Stoffe verhältnismäßig kleine Mengen von Zusätzen enthalten, welche die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften ändern, oder andere gut bekannte Zusätze.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Treibgas sollte vorzugsweise,

cliGiöi seil insbesondere zum überziehen von Drähten und Kabeln,/inert sein gegenüber dem zu expandierenden Stoff, und vorzugsweise in ihm löslich sein. Vorzugsweise sollte das Treibgas bei den Arbeitsbedingungen sich nicht thermisch zersetzen. Zu den brauchbaren

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inerten Gasen gehören Stickstoff, Argon, Helium, Neon, Kohlendioxyd und dergleichen.

Auch andere Treibmittel können verwendet werden, wie beispielsweise Pluorkohlenwasserstoffe.

Obwohl die Verwendung von kernbildenden Stoffen im allgemeinen nicht nötig ist, so können in einigen Fällen doch solche Stoffe verwendet werden.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden kernbildenden Stoffe können in feinverteilter Form in dem Polyäthylen oder Polypropylen während der Expansion vorhanden sein, wie weiter unten beschrieben ist.

Die Teilchendurchmesser der kernbildenden Mittel können zwischen etwa 0,01 und 50 Mikron liegen. Zu diesen Stoffen gehören PoIytetrafluoräthylen, Azodicarbonamid, p,p'-Oxy-(bis-Benzolsulfonylhydrazid), Trihydrazin-sym-triazin, und p-Toluolsulfonyl-semicarbazid.

Die kernbildenden Mittel können für sich oder in Kombination miteinander verwendet werden.

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Die kernbildenden Mittel sollten so gleichmäßig wie möglich in der Masse des Polymers dispergiert sein. Sie sollten ferner vorzugsweise, bei dem Isolieren von Drähten und Kabeln chemisch inert sein gegenüber dem Polymer und unlöslich sein in diesem und anderen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Mischung.

Die Zeichnungen erläutern einige Ausführungsformen der Erfindung.

Es zeigt:

Pig. 1 schematisch eine Vorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, und

Pig. 2 in auseinandergezogenem Zustand einen Schnitt durch die Vorrichtung zum Messen des eingeführten Gases gemäß

Fig. l;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Extruder.

Nach den Pig. 1 und 2 wird ein Extruder 10 verwendet zum Schmelzen des thermoplastischen Materials und zum Einführen und Mischen des Treibgases* Der Extruder 10 enthält ein äußeres Gehäuse 12 und eine innere Schnecke l4. Das Treibgas wird in den Extruder 10 durch den Einlaß 16 mit dem stromaufwärts angeordneten Ventil 18 eingeführt. Das Treibgas wird dem Behälter 20 entnommen, wo es sich unter einem Druck befindet, der gleich oder höher ist als der Druck in dem gesamten anderen System, z.B.

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420 kp/cra . Nacheinander in der Gasleitung zwischen dem Behälter 20 und dem Ventil 18 angeordnet sind ein einstellbarer Regler 22 für hohe Drücke, ein Abschlußventil 24, ein Gasfilter 26 und das Gehäuse 28 für das Mundstück» Nach Pig« 1 ist ein Ablaßventil 30 abseits der Leitung zwischen dem Abschlußventil 24 und dem Filter 26 angeordnet. Abseits der Leitung können vorteilhafterweise auch Druckmesser 32 stromaufwärts und stromabwärts von dem Gehäuse 28 für das- Mundstück angeordnet sein«

Nach Fig« 2 enthält das Gehäuse 28 für das Mundstück einen äußeren zylindrischen Teil 34 mit Festhalteteilen 36 an den entgegengesetzten Enden, welche die Vorrichtung zum Zumessen des Gases einschließen« Diese Vorrichtung besteht aus einem zylindrisehen Teil 38 mit einem mittig gelegenen Mundstück 39 zwisehen zwei Dichtungsringen 40 aus Kautschuk. Das Teil 38 wird gegen die Oberfläche des stromabwärts gelegenen Festhalteteiles 36 durch die Feder 42 mitteJs des Dichtungsringes 44 angedrückt.

Beisp.iel 1

Nach diesem Beispiel wurde ein 8 mm dickes CATV-Kabel (Fernsehkabel) erfindungsgemäß hergestellt. Als innerer Leiter wurde ein 1,8 mm dicker Kupferdraht verwendet, als äußerer Leiter ein 0,125 mm dickes Band aus Aluminium. Die dielektrische Schicht wurde hergestellt aus einem Gemisch von 99,9 Gew.-% eines Co-

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- ii -

polymers von Äthylen und Buten mit einer Dichte von 0,95 und einem Schmelzindex von 0,2 dg/Min, und 0,1 Gew*-$ Azodicarbonamid.

Die dielektrische Mischung wurde in einer Vorrichtung bearbeitet, wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt ist. Verwendet wurde ein einstufiger Schnecken-Extruder mit einem Durchmesser von 6,35 cm und einem Verhältnis von Länge zum Durchmesser von 20:1» Die Einführungszone, die Übergangszone und die Abmeßzone des Extruders hatten Längen von 4, 6 bzw. 10 Durchmessern. Das Gehäuse des Extruders wurde auf etwa 150⁰C erwärmt in der Nähe des Einlaßendes, in der Nähe des Einlasses für das Gas und am Auslaßende. Die Extruder-Schnecke wurde mit JO U/Min, betrieben. Der Druck in dem Kopf des Extruders lag

bei 70 kp/cm . Als inertes Treibgas wurde Stickstoff verwendet»

ρ Es wurde unter einem Druck von 35 kp/cm in das geschmolzene Polymer in den Extruder eingeführt, wobei der geregelte Druck

bei l60 kp/cm lag. Zum Zumessen des Gases wurde ein Mundstück mit einem Durchmesser von 0,013 mm verwendet. Stündlich wurden etwa 19 Liter Stickstoff in den Extruder eingeführt, und zwar an einem Punkt, der 7»7 Schraubendurchmesser von dem Auslaßende des Extruders entfernt war. Dieser Punkt war bei efcwa 37ί der Länge des Extruders von dessen Auslaßende entfernt. Beim Erreichen des Einlasses für den Stickstoff war das verwen-

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- 12 dete Polyäthylen vollständig geschmolzen*

Das geschmolzene dielektrische Gemisch mit dem in ihm dispergierten Stickstoff wurde dann mit einer Temperatur von etwa 150⁰C und unter einem Druck von etwa 70 kp/cm durch eine Düse geführt, um den Draht zu überziehen. Je Stunde wurden etwa 2k kg des dielektrischen Gemisches aus dem Extruder gefördert.

Der innere Leiter war nicht vorgewärmt und wurde durch die Düse mit einer Geschwindigkeit von 13,5 m/Min, hindurchgeführt» In dem Kopf der Düse wurde eine Düse mit einem Durchmesser von 5,5 mm zur Herstellung eines Überzuges aus einem Vinylharz und eine Führungsspitze mit einem inneren Durchmesser von 1,7 mm verwendet. Das dielektrische Gemisch wurde auf den Leiter extrudiert und expandierte außerhalb der Düse zellartig zu einer Umhüllung mit einer Dichte von 0,^5 g/cnr und einer gleichmäßigen Zellenstruktur mi.t mittleren Zellendurchmessern von 0,05 bis 0,12 mm»

Dann wurde der äußere Leiter aufgebracht, so daß ein Kabel mit einem äußeren Durchmesser von 11,5 mm entstand. Das Kabel brauchte nicht getrocknet zu werden» Etwa 100 m eines solchen Kabels wurden hergestellt» Nach Laboratoriumsversuchen hatte dieses Kabel einen gleichmäßigen Zerstreuungsfaktor von 80,ur bei 50 Mega-Hertz und eine dielektrische Konstante von 1,5. Es

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hatte eine berechnete Dämpfung von 0,5*19 db/100¹ bei 50 Mega-Hetz und von 1,39 bei 300 Mega-Hertz.

Beispiel 2

Nach diesem Beispiel wurde erfindungsgemäß ein TeIeföndraht mit einer Dicke von 1,5 mm unter Verwendung eines 0,51 mm dicken Kupferdrahtes als innerer Leiter hergestellt.

Als dielektrische Schicht wurde die gleiche verwendet, wie im Beispiel 1 angegeben.

Das dielektrische Gemisch wurde wie oben beschrieben, bearbeitet, und zwar in einem zweistufigen Schneckenextruder mit einem Durchmesser von 6,35 mm und einem Verhältnis der Länge zum Durchmesser von 20:1. Die Einführungszone, die Übergangszone und die Abmessungszone im Extruder hatten Längen von 4,6 bzw. 10 Durchmessern. Die Entspannungszone der zweiten Stufe lag etwa 7,7 Durchmesser von der Schnecke in dem Zumessungsabschnitt entfernt. Das Gehäuse des Extruders wurde in der Nähe des Einlasses für das inerte Gas und am Auslaßende auf etwa 175°C erwärmt» Die Extruder-Schnecke wurde mit 20 Ü/Min. betrieben, der Druck in

2
dem Extruderkopf lag bei 120 kp/cm * Als Treibgas wurde Stick-

stoff verwendet, der unter einem Druck von 55 kp/cm in das geschmolzene Polymer eingeführt wurde, während der geregelte Druck

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ρ
bei 120 kp/cm lag. Zum Zumessen des Gases wurde ein Mundstück mit einem Durchmesser von 0,013 mm verwendet« Der Stickstoff wurde in den Extruder an einem Punkt eingeführt, der 7,7 Schraubendurchmesser oder etwa 37$ der Länge von dem Auslaßende des Extruders entfernt war. Beim Erreichen der Stelle, an welcher der Stickstoff eingeführt wurde, war das Polyäthylen vollständig geschmolzen.

Das geschmolzene Dielektrikum mit dem in ihm dispergieren Stickstoff wurde zum Überziehen des Drahtes durch einen Düsenkopf bei einer Temperatur von etwa 190 C und einem Druck von etwa

320 kp/cm geführt. Je Stunde wurden etwa 11 kg des dielektrischen Gemisches aus dem Extruder gefördert.

Der innere Leiter war nicht vorgewärmt und wurde durch den Dünenkopf mit einer Geschwindigkeit von 520 m/Min» geführt. Der Düsenkopf enthielt ein 1,3 mm weites Mundstück aus Vinylharz und eine Führungsspitze mit einem inneren Durchmesser von 0,5 mm. Das auf den Leiter extrudierte dielektrische Gemisch expandierte außerhalb des Düsenkopfes zellartig zu einer Dichte von 0,55 g/cm und enthielt in gleichmäßiger Verteilung Zellen mit mittleren Durchmessern von 0,05 bis 0,13 mm. Mehrere tausend Meter dieses Leiters wurden hergestellt. Die Isolierung hatte eine dielektrische Konstante von 1,65.

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Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren im allgemeinen entsprechend dem Beispiel 2 verwendet« Das thermoplastische Material bestand aus 99,9 Gew.-% Polypropylen mit einem Schmelzfluß von 5,0 und einer Dichte von 0,905 g/cnr und 0,1 Gew.-? Azodicarbonamid als kernbildendes Mittel. Der so hergestellte Telefondraht hatte die gleichen ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften wie der nach Beispiel 2 hergestellte.

DEr geregelte Druck lag bei 90 kp/cm , der Druck bei Einlaß des

ο
Gases bei ^5 kp/cm . Der erhaltene Überzug hatte eine Dichte von etwa o,*J5 g/cm .

Beispiel 4 .

Dieses Beispiel wurde nach dem Verfahren des Beispiels 2 durchgeführt. Das thermoplastische Gemisch bestand aus 99,85- Gew.-? eines Homopolymers von Äthylen mit einer Dichte von 0,921 g/cm"' und einem Schmelzindex von 0,1 dg/Min., 0,1 Gew,~% Azodiearbonamid und 0,05 Gew.-? l_>3>5-Trimethyl~2,lJ,6-tris(.3,5-tert-butyl-il· hydroxybenzyl)-Benzol» Der geregelte Druck lag bei I¹JO kp/cm ,

der Druck an der Einführung des Gases bei 70 kp/cm * Das erhaltene Extrudat hatte eine Dichte von 0,6 g/cm^ und eine dielektrische Konstante von 1,72«

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Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wurde nach dem Verfahren des Beispiels 2 gearbeitet. Als thermoplastisches Material wurde ein Gemisch aus 93,4% Polyäthylen niedriger Dichte mit einem Schmelzindex von 0,1 und einer Dichte von 0,92 g/cm ·, 6,5% eines Copolymers von Polyäthylen hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,1 und einer Dichte von 0,955 g/cmr und 0,l8# Azodicarbonamid verwendet» Der geregelte Druck lag bei 105 kp/cm , der Druck an der

Einführungsstelle bei 55 kp/cm » Das Extrudat hatte eine Dichte von 0,6 g/cnr und eine dielektrische Konstante von 1,72«

Beispiel 6

Bei diesem Beispiel wurde nach dem Verfahrens des Beispiels 2 gearbeitet. Als thermoplastisches Material wurde ein Copolymer von Äthylen mit 97,^% homopolymerem Äthylen, 2,5$ Vinylacetat und 0,l# Azodicarbonamid verwendet» Der hergestellte Telefondraht hatte praktisch die gleiche Dichte wie nach dem Beispiel 2,

Der geregelte Druck lag bei 130 kp/cm , der Druck an der Einlaß-

stelle bei 65 kp/cm » Das Extrudat hatte eine Dichte von 0,65 g/cm und eine dielektrische Konstante von etwa 1,8.

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Beispiel 7

Verwendet wurde ein Extruder mit einem Verhältnis der Länge zum Durchmesser von 20:1 mit einem Kompressionsverhältnis von 3:1« Verarbeitet wurde ein Polyäthylen niedriger Dichte mit einer Dichte von 0,92 und einem Schmelzindex von 0,1 mit einem Zusatz von 0,1Ji, Azodicarbonamid« Stickstoff wurde an der Seite des Extruders unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingeführt. Das Gemisch wurde mit einer Schmelztemperatur von 155°C extrudiert. Der Druck in dem Extruder an der Einführungsstelle des Gases lag bei90 kp/cm . Der Druck stromabwärts, der geregelte Druck des Zumessungs-Mundstückes mit einem Durchmesser

ρ
von 0,075 mm lag bei 200 kp/cm . Die Schnecke wurde mit je 15 U/Min, betrieben. Das Gemisch wurde in einer Menge von l60 g/Min, extrudiert. Durch den geregelten Druck von 200 kp/cm wurde das Gas so in den Extruder eingeführt, daß ein gleichmäßiges, stabförmiges Extrudat mit einem Durchmesser von 7,1 mm und einer Dichte von O_t65 g/cnr extrudiert wurde. Die Zellen in dem Extrudat hatten Durchmesser von 0,30 bis 0,35 mm. Verwendet wurde als Schnecke eine Davis-Standard-Mischungs-Schnecke mit vier Sätzen von Mischstiften, Der Zuführungsteil, der über-

der Schraube gangsteil und der Abmessungsteil/hatten Längen von 4, 6, bzw. 10 Durchmessern. In dem Extruder wurde die erste Zone bei , die zweite Zone bei l45°C, die dritte Zone bei 145°C, die vierte

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Zone bei l40°C und die fünfte Zone bei l40°C gehalten. Die Drücke

2 2

an den drei Meßstellen lagen bei 90 kp/cm , 62 kp/cm und 105

kp/cm an dem Kopf kurz vor dem Ende des Extruders. Die Streifen zur Messung des Druckes waren 85, 3^ bzw, 1,3 cm von dem Ende entfernt.

Bei Erhöhung des geregelten Druckes auf 230 kp/cm verblieb der

P gleichmäßige

Druck in dem Extrudergehäuse bei 90 kp/cm . Die/Dichte des Extrudates sank auf 0,5 g/cm , während die übrigen Parameter der Temperatur, des Druckes und der Umdrehungsgeschwindigkeit gleich blieben. Das Extrudat enthielt Zellen mit Durchmessern von 0,23 bis 0,36 mm. Der äußere Durchmesser des Stabes betrug 6,5 mm.

Dieses Beispiel zeigt, daß bei Verwendung eines einzigen Stoffes profilierte Extrudate kontinuierlich und gleichmäßig mit verschiedenen Dichten extrudiert v/erden können, wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur der geregelte Druck geändert wird.

Beispiel 8

Es wurde eine Vorrichtung nach dem Beispiel 7 verwendet» Als Polymer wurde eine Verbindung mit einer Dichte von 0,92 und einem Schmelzindex von 0,1 zusammen mit 0,053» Azodicarbonamid verwendet.

Der Druck an der Einlaßstelle lag bei 95 kp/cm , der regulierte

Druck bei 205 kp/cm . Bei einer Temperatur der Schmelze von

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155°C und einer Schnecke mit 14 U/Min, wurde ein Extrudat mit einer Dichte von 0,53 g/em·⁵ erhalten. Die Zellen hatten Durchmesser von 0,15 bis 0,23 mm. Der Stab hatte einen äußeren Durchmesser von 6,5 mm.

Bei Erhöhung des geregelten Druckes auf 260 kp/cm hatte das Extrudat'eine Dichte von 0,^9 g/cm . Es hatte Zellendurchmesser von 0,15 bis 0,30 mm und einen äußeren Durchmesser des Stabes von 7,2 mm. Der Druck an der Einlaßstelle des Gases lag

2
bei 95 kp/cm .

Bei Herabsetzung des geregelten Druckes auf 180 kp/cm hatte das Extrudat eine Dichte von 0,68 g/cm und Zellendurchmesser von 0,15 bis 0,30 mm. Der äußere Durchmesser des Stabes lag bei 0,62 mm. Im übrigen waren die Temperatur, die Drücke und die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Schnecke praktisch die. gleichen wie nach dem Beispiel 7·,

Beispiel 9

Es wurde eine Vorrichtung nach dem Beispiel 7 verwendet. Verwendet wurde ein Copolymer von Äthylen mit Äthylacrylat mit 17 Gew.-% Äthylacrylat mit einer Dichte von 0,93 g/cnr und einem Schmelzindex von 4,5, zusammen mit 0,1? Azodicarbonamid. Der Druck an

2 der Einlaßstelle des Gases lag bei 70 kp/cm . Der geregelte

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Druck bei I¹IO kp/cm . Bei einer Schmelztemperatur von l60°C hatte das Extrudat eine Dichte von 0,70 g/cm ♦ Das Druckprofil an den drei Streifen zur Messung der Drücke lag bei 90, 28 und 56 kp/em an dem Kopf kurz vor der Brecherplatte. Das Extrudat enthielt Zellen mit Durchmessern von 0,07 bis 0,13 mm und hatte einen äußeren Durchmesser von 6,5 mm»

Bei Erhöhung des geregelten Druckes auf 175 kp/cm hatte das Extrudat eine Dichte von 0,57 g/cm⁵, Der Druck an der Einlaß-

stelle des Gases lag bei 70 kp/cm . Das Extrudat hatte Zellendurchmesser von 0,13 bis 0,18 mm und einen äußeren Durchmesser von 6,6 i»u

Beispiel 1,0

Verwendet wurde eine Vorrichtung nach dem Beispiel 7» Die Verbindung war ein Copolymer von Äthylen und Buten mit einer Dichte von 0,95 g/cm und einem Sehmelzindex von 0,25, zusammen mit 0,l£ Azoclicarbonamide An der Einlaßstelle des Gases herrschte

2 2

ein Druck von 28 kp/cm _# der geregelte Druck lag bei 63 kp/cm . Bei einer Schmelztemperatur von 167⁰C hatte das Extrudat eine Dichte von 0,5 g/cm"⁵. An den drei Meßstellen wurden Drücke von 21, 0 und 70 kp/cm gemessen. Das Extrudat enthielt Zellen mit Durchmessern von 0,10 bis 0,18 mm und hatte einen äußeren Durchmesser von 7,8 wa*

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Bei Herabsetzung des geregelten Druckes auf 31 kp/cm und des Druckes in dem Extruder auf l4 kp/cm hatte das Extrudat eine Dichte von 0,65 g/cm , Zellendurchmesser von 0,13 bis 0,18 min und einen äußeren Durchmesser von 7,8 mm.

Beispiel 11 '

In einer Vorrichtung nach dem Beispiel 7 wurde ein Polypropylen mit einer Dichte von 0,905 g/cm und einem Schmelzfluß von 5,0 verarbeitet. An der Einlaßstelle des Gases lag der Druck

ρ ρ

bei 14 kp/cm , der geregelte Druck bei ^9 kp/cm . Bei einer Schmelztemperatur von 182⁰C und 15 U/Min, der Schnecke hatte das Extrudat eine Dichte von 0,4 g/cm", Es hatte Zellendurchmesser von 0,5 mm bis zu einer offenen Zellenstruktur. Der extrudierte Stab hatte einen äußeren Durchmesser von 10,4 mm. Bei Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke auf 50 U/Min« sank die Temperatur der Schmelze auf l80°C, der Druck an der

Einlaßstelle des Gases auf 7 kp/cm und der geregelte Druck

wurde auf 21 kp/cm eingestellt» Bei einem Ausstoß aus dem Extruder von 155 g/Min, nahm die Dichte des Extrudates auf 0,67 g/cm zu« Das Extrudat enthielt Zellen mit mittleren Durchmessern von 0,6l mm, die Zellenstruktur war geschlossen und der äußere Durchmesser des Stabes lag bei 9,5 mm* Diese beiden Schäume wurden hergestellt ohne Verwendung eines kernbildenden Mittels und waren daher grob» Die Durchmesser des Musters mit einer

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Dichte von 0,4 g/cm schwankten von 0,5 mm bis zu einer offenen Zellenstruktur. Die Blasen in dem Muster mit einer Dichte von 0,67 g/cm hatten Durchmesser von etwa 0,6 mm und die Blasen konnten deutlich gesehen werden, im Unterschied zu einer opaken ' Oberfläche, welche die innere Blasenstruktur verbirgt.

Beispiel, 12

Die Vorrichtung und das Polymer nach dem Beispiel 11 wurden verwendet, mit dem Unterschiede, daß dem Polymer 0,1$ Azodicarbonatamid als zellenbildendes Mittel zugegeben wurde. Der Druck an der Einlaßstelle des Gases lag unter 7 kp/cm , der geregelte Druck bei 31 kp/cm , wobei eine Schmelztemperatur von 18O°C aufrechterhalten wurde und die Schnecke mit 25 U/Min, betrieben wurde. Erhalten wurde ein Extrudat mit einer Dichte von 0,63 g/cm mit einer glatten gleichmäßigen, opaken Oberfläche und inneren Zellen mit Durchmessern von 0,13 bis 0,20 mm« Der äußere Durchmesser des Stabes lag bei 11,1 mm*

Bei Erhöhung des regulierten Druckes auf 56 kp/cm verblieb der

2 Druck der Einlaßstelle bei weniger als 7 kp/cm . Die Dichte des Extrudates nahm bis auf 0,50 g/cm ab. Die Zellen hatten mittlere Durchmesser von 0,12 bis 0,20 mm, und der Stab hatte einen äußeren Durchmesser von 10,0 mm.

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Die Beispiele 11 und 12 zeigen, daß bei Verwendung von kernbildenden Stoffen bessere Endprodukte mit geregelten Zellendurchmessern und einer opaken, glatten Oberfläche erhalten werden. Die Beispiele zeigen ferner, daß durch Änderung des geregelten Druckes die Dichte des Extrudates geändert werden kann*

Beispiel 15

In einer Vorrichtung nach dem Beispiel 7 wurde ein Polystyrol mit einer Dichte von 1,0¹I g/cnr und einer Schlagfestigkeit von 1,4 ft.-Ib./in« verarbeitet. Das Polystyrol wurde ohne kernbildende Zusätze extrudiert* Der Druck an der Einlaßstelle

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des Gases lag bei 32 kp/cm , der geregelte Druck bei 62 kp/cm , die Schmelztemperatur bei 193°C und der Extruder wurde mit 20 U/Min, betrieben; je Minute wurden 248 g extrudiert« Das Extrudat hatte eine Dichte von 0,95 g/cm , es enthielt Zellen mit mittlerem Durchmesser von 0,75 mm und hatte einei äußeren

Durchmesser von 7,3 mm. Bei Heraufsetzung des geregelten Druckes 2 "⁵S

auf 175 kp/cm nahm die Dichte auf 0,77 g/cnr ab, der mittlere Zellendurchmesser auf etwa 1,3 mm zu und der äußere Durchmesser des Stabes lag bei 7,6 mm.

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Beispiel lA

Es wurde eine Vorrichtung nach dem Beispiel 7 verwendet, mit einem Durchmesser von 6,4 mm der Extrusionsdüse. Verarbeitet wurde ein in der Wärme stabilisiertes Copolymer von Polyvinylchlorid. Hierbei könnten verschiedene Stoffe kerbildend wirken. Zu diesen gehören Calziumcarbonat, nicht-geschmolzenes pulverförmiges Polyvinylchlorid oder ein Zusatz zur Änderung der Schlagfestigkeit. In festem Zustand hat diese Verbindung eine Dichte von 1,3 g/cm , beim Extrudieren unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen wurde die Dichte auf 0,5 g/cnr herabgesetzt. Der Druck an der Einlaßstelle des Gases lag bei

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150 kp/cm , der geregelte Druck bei 295 kp/cm . Die Schmelze hatte eine Temperatur von l82°C, und die Schnecke wurde mit 15 U/Min» betrieben. Je Minute wurden 270 g extrudiert. Das Extrudat enthielt Zellen mit Durchmessern von 0,15 bis 0,23 mm und der Stab hatte einen äußeren Durchmesser von 20,0 mm.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen mit Schaumstruktur aus einem thermoplastischen Material, wobei das thermoplastische Material unter Druck in einem Extruder geschmolzen wird,, ein gasförmiges Treibmittel unter Druck in das geschmolzene thermoplastische Material eingeführt wird, und das Gemisch aus dem geschmolzenen thermoplastischen Material und dem gasförmigen Treibmittel in eine Zone niedrigeren Druckes gefördert wird, wo das Gemisch aufschäumt, dadurch gekennzeichnet ,daß die Zuführung des gasförmigen Treibmittels vor der Einführung in das geschmolzene thermoplastische Material bei Schallgeschwindigkeit gemessen und geregelt wird.

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus dem geschmolzenen thermoplastischen Material und dem gasförmigen Treibmittel in Form eines Profils durch eine Düse als Isolierung auf einen Draht oder auf ein Kabel aufgebracht wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Treibmittel ein Gas verwendet wird,' das in dem geschmolzenen thermoplastischen Material löslich ist.

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*J» Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Treibmittel Stickstoff verwendet wird»

5* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn'ze ichne t, daß als thermoplastisches Material Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol oder ein Gemisch von zwei oder mehreren dieser Stoffe verwendet wird»

6» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung und Regelung des zugeführten gasförmigen Treibmittels eine Vorrichtung verwendet wird, durch deren Mundstück das Gas mit Schallgeschwindigkeit strömt, so daß das Gas mit einer geregelten gleichförmigen Geschwindigkeit unbeeinflußt von dem Rückdruck in das geschmolzene thermoplastische Material eingeführt wird.

7» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichne t, daß der Druck des strömenden gasförmigen Treibmittels vor dem Eintritt in die Meß- und Regelvorrichtung derart eingestellt wird, daß das aufgeschäumte Gemisch die gewünschte Dichte erhält*

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