DE2536461A1

DE2536461A1 - Verfahren zur herstellung von mehrschichtigen extrudierten verbundkoerpern

Info

Publication number: DE2536461A1
Application number: DE19752536461
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Vetter
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1975-08-16
Filing date: 1975-08-16
Publication date: 1977-02-24

Description

Verfahren zur Herstellung von mehrschichtien extrudierten Verbundkörpern Die Erfindung betrifft die Herstellung mehrschichtiger extrudierter Verbundkörper von hoher SchlaOzähiàkeit und guter Witterungsbeständigkeit. Man erhält sie z.B. durch gemeinsame Extrusion zweier Teilstränge und Vereinigung zu einem Verbundstrang, insbesondere aus einem plattenaörmiÓen, ge#ebenenfalls Hohlräume enthaltenden dickeren Strang aus einem Kunststoff mit hoher Schlagzähigkeit und begrenzter Witterungsbeständigkeit und einer Deckschicht aus einem Material von geringerer Schlagzä.higkeit und hoher Witterungsbeständigkeit.
in Die Herstellung derartiger Verbundkörper ist schon/der französischen Patentschrift 1 571 591 beschrieben worden.
Die danach hergestellten Platten, Rohre oder Profile bestehen aus einer dickeren Schicht von Polyvinylchlorid und einer dünneren Deckschicht aus Polymethylmethacrylat. Die Vorstellung, daß das mechanische Verhalten des Verbundkörpers im wesentlichen durch die dickere schlagzähe Schicht bestimmt wird, hat sich als irrig erwiesen, der Verbundkörper ist ebenso spröde wie das Material der dünnen Deckschicht.
Die Ursache für die verminderte Schlagzähigkeit der dickeren Kunststoffschicht dürfte ip einer Vergrößerung der -Rißfortpflanzungsgeschwindigkeit aus der Deckschicht in die darunter liegende Kernschicht zu sehen sein. Während also bei einer mechanischen Belastung des Verbundkörpers die weniger schlagzähe Deckschicht reißt und der Riß über die Grenzfläche der beiden Schichten weiterläuft, würde die gleiche mechanische Belastung an dem schlagzähen Material allein keine Rißbildung +) beim Übergang des Risses verursachen. Es wurde nun gefunden, daß die SchlaOzähigkeit der Kernschicht im wesentlichen erhalten bleibt, wenn der ganze Verbundkörper biaxial gereckt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von schlagzähen Verbundkörpern aus wenigstens zwei Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen mit unterschiedlicher Schlagzähigkeit, die zu einem Verbundkörper vereinigt sind, wobei der Verbundkörper bei einer Temperatur oberhalb der Erweichun=stemperatur der beteiligten Kunststoffe, bei der wenigstens der Kunststoff mit der geringeren Schlagzähigkeit im thermoelastischen Zustand vorliegt, biaxial um wenigstens jeweils 50 % gereckt und anschließend unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden bei einer biaxialen Reckung um wenigstens 50 bis 70 ß erzielt. Der thermoelastische Zustand wird beim Erwärmen über den Erweichun#spunkt vor dem Eintritt in den thermoplastischen Zustand erreicht.
Im thermoelastischen Zustand setzt der Kunststoff einer Formänderung eine elastische Rückstellkraft entgegen und nimmt seine Ausgangsgestalt wieder ein, wenn die verformende Kraft nicht mehr einwirkt.
Vorzugsweise wird das Verfahren mit einem Verbundkörper durchgeführt, der durch gleichzeitige Extrusion wenigstens zweier Teilstränge und deren Vereinigung im thermoplastischen Zustand erhalten worden ist. Es ist zweckmäßig, den Verbundstrang unmittelbar nach der Vereinigung der Teilstränge zu recken, indem der Verbundstrang abgekühlt wird, bis wenigstens der Teilstrang mit der geringeren Schlagzähigkeit im thermoelastischen Zustand vorliegt und daß der Verbundstrang längs und quer zur Extrusionsrichtung um jeweils mindestens 30 ffi gereckt und anschließend unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird.
In der Regel enthalten die erfindungsgemäß hergestellten Verbundkörper einen verhältnismäßig dicken Teilstrang, der beispielsweise die Form einer ebenen oder gewellten Platte haben kann. Dieser Strang kann auch den Kern eines drei-oder mehrschichtigen Verbundkörpers bilden. Er kann einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, also z.B. die Form eines Rohres, eines Vierkantprofils oder eines Mehrkammerprofils haben, das aus zwei parallelen Schichten und dazwischen angeordneten Stegen aufgebaut ist. Dieser Teilstrang bildet in der Regel 70 bis 90 ffi des Gesamtgewichts des extrudierten Formkörpers und kann deshalb als Hauptstrang bezeichnet werden. Er wird vorzugsweise aus einem Kunststoff von hoher Schlagzähigkeit gebildet, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, ABS-Kunsstoffen, Styrolacrylnitril-Kunststoffen oder Polycarbonat. Der Hauptstrang wird von einer in der Regel dünneren Schicht eines Deckstranes ganz oder teilweise umkleidet oder auf einer Seite beschichtet.
Der Deckstrang besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff von hoher Witterungsbeständigkeit, wie z.B. Polymethylmethacrylat.
Der Kunststoff der Deckschicht soll ein möglichst hohes Molekulargewicht haben, das einen ausgeprägten thermoelastischen Bereich zwischen der Erweichungstemperatur und der Temperatur der thermoplastischen Fließfähigkeit gewährleistet. Molekulargewichte im Bereich von 100.000 bis 500.000 ergeben bei Polymethylmethacrylat-Formmassen besonders günstige Eigenschaften.
Die zu dem Verbundstrang zu vereinigenden Teilstränge können getrennt voneinander mittels verschiedener Düsen erzeugt und anschließend zusammengeführt werden. Eine technisch besonders günstige Arbeitsweise besteht darin, einen runden Hauptstrang mit einem Deckstrang ringförmig zu umgeben und den dadurch gebildeten Verbundstrang in eine Profildüse einzuleiten, wo er die erwünschte Profilform erhält. Diese Arbeitsweise ist in der deutschen Offenlegungsschrift 17 29 323 beschrieben.
Vor der biaxialen Reckung wird der Verbundstrang so weit abgekühlt, daß wenigstens die Deckschicht im thermoelastischen Zustand vorliegt; im Falle von Polymethylmethacrylat eignen sich Temperaturen zwischen 120 und 1500. Noch bessere Ergebnisse werden erreicht, wenn auch der Hauptstrang während der Reckung thermoelastisch ist. Da der Hauptstrang und der Deckstrang aus verschiedenartißrem Material bestehen, wird es allerdings häufig keinen Temperaturbereich geben, in welchem beide Teilstränge thermoelastisch sind. Um eine gleichmäßige Temperatur des Stranges zu ~#währleisten, kann es zweckmäßig sein, den Verbundstrang nach der Abkühlung wieder zu erwärmen.
Für die Reckung des Verbundstranges stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Die Reckung in Extrusionsrichtung läßt sich in jedem Falle durch eine Abzursreschwindi,keit erreichen, die größer ist als die Extrusionsgeschwindigkeit. Durch geeignete Bremsvorrichtungen zwischen der Temperierungszone, in der die zur Reckung erforderliche Temperatur einstellt wird, und der eigentlichen Reckungszone muß dafür Sorge getragen werden, daß der Strang nicht schon im thermoplastischen Bereich gestreckt wird, weil dadurch die durch das Verfahren der Erfindung bezweckte Eivenschaftsverbesserung nicht erzielt wird. Zur Bremsung einet sich bei Vollsträngen ein Walzenpaar, das den thermoelastischen Strang mit etwa der gleichen Geschwindigkeit in die Reckzone fördert, mit der er aus der Düse austritt. Am Ende der Reckzone befindet sich ein zweites Walzenpaar mit einer im Verhältnis der erwünschten Reckung größeren Abzugsgeschw indigkeit. Hohlprofistränge können dadurch gebremst werden, daß man sie mit Hilfe des in den Hohlkammern herrschenden Gasdruckes an die Wandung einer Kalibrierbüchse andrückt. Die Reibungsverhältnisse innerhalb der Kalibrierbüchse lassen sich durch ein Schmiermittel, das den Verbundstrang außen umgibt, beeinflussen. Als Schmiermittel eignen sich beispielsweise PolyäthylenrSlykole oder viskose wäßrige Polymerisatlösungen.
Die Reckung quer zur Extrusionsrichtung läßt sich bei Hohlprofilsträngen in einfacher Weise dadurch erreichen, daß die Kalibrierbüchse konisch im Maße der gewünschten Reckung erweitert wird. Der Hohlstrangr wird beim Durchlauf durch diese Zone durch den in seinem Innern herrschenden Gasdruck aufkreweitet. Nach der Aufweitung wird der Strang unter die Erweichungstemperatur abgekühlt, was in einer weiteren Zone der Kalibrierbüchse mit gleichbleibendem Querschnitt erfolgen kann. Um in dem Hohlstrang den zur Abbremsung sowie zur Strangaufweitung erforderlichen Gasdruck aufrechterhalten zu können, wird in an sich bekannter Weise ein Verschlüßstopfen in den Hohlstrang eingebracht, der an den Formkern der Profildüse angehängt ist. Bei kompliziert gestalteten Hohlsträngen oder solchen mit einer Vielzahl von Hohlkammern ist es vorteilhafter, den Hohlstrang abschnittsweise zuzuschweißen, was beispielsweise mit beheizten Schweißbacken möglich ist.
Verbundstränse ohne Hohlräume werden mit mechanischen Hilfsmitteln quer zur Extrusionsrichtung gereckt. Zum Recken ebener Platten eignen sich z.B. auseinanderlaufende Greiferketten, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 20 56 697 beschrieben sind.
Die mechanischen oder Gasdruckkräfte, mit denen der Strang gereckt wird, müssen wenigstens so lange aufrechterhalten werden, bis der Strang unter die Erweichungstemperatur abekühlt ist, so daß der durch die Reckung erzielte Dehnungszustand eingefroren wird. Zur Abkühlung eignen sich Kühlflächen, Kühlwalzen, das Aufblasen von Kaltluft oder das Aufsprühen von Wasser.
Die Wandstärke der gereckten Formkörper ist - je nach dem Re ckungs grad - auf die Hälfte bis ein Viertel der ursprünglichen Dicke vermindert. Um z.B. eine 3 mm starke ebene Platte mit einem Hauptstrang aus PVC und einer Deckschicht aus Polymethylmethacrylat herzustellen, wird zunächst ein etwa 8 mm starker Hauptstrang aus PVC mit einer etwa 1 mm starken Deckschicht aus Polymethylmethacrylat extrudiert und der Verbundstrang beispielsweise um 70 % biaxial gereckt. Die Deckschicht nimmt dabei auf etwa 1/5 mm ab, was jedoch voll ausreichend ist, um der Platte eine dem Polymethylmethacrylat entsprechende Witterungsbeständigkeit zu verleihen. Für die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Verbundkörper im Bauwesen ist es besonders vorteilhaft, für den Hauptstrang einen unbrennbaren oder flammhemmend ausgerüsteten Kunststoff zu verwenden, beispielsweise Polyvinylchlorid oder mit flammhemmenden Zusätzen, insbesondere Phosphorverbindungen, ausgerüste#tes Polymethylmethacrylat oder e in ein Mischpolymerisat des Methylmethacrylats beispelsweise mit halogenhaltigen Comonomeren.
Die Witterungsbeständigkeit der schwer brennbaren Kunststoffe ist zwar oft nicht befriedigend, jedoch erhält man durch die Deckschicht ein insgesamt witterungsbeständiges Material. Auch wenn diese Deckschicht selbst brennbar ist, stellt sie wegen ihres geringen Mengenanteils an dem Verbundwerkstoff kein ins Gewicht fallendes Brandrisiko dar. Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Formkörper gegenüber solchen aus ungerecktem Material besteht hinsichtlich des Brandrisikos darin, daß der gereckt Formkörper auf seine ursprüngliche Größe zurückschrumpft, sobald seine Erweichungstemperatur überschritten wird. Dadurch wird eine selbsttätire Uffnung einer mit derartigen Formkörpern erstellten Verglasungsfläche erreicht und ein Hitzestau unter der Verglasung vermieden.

Claims

Patentansprüche

@. Verfahren zur Herstellung von schlagzähen Verbundkörpern aus wenigstens zwei Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen mit unterschiedlicher Schlagzähigkeit, die zu einem Verbundkörper vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der beteiligten Kunststoffe, bei der wenigstens der Kunststoff mit der geringeren Schlagzähigkeit im thermoelastischen Zustand vorliegt, biaxial um wenigstens jeweils 50 % gereckt und anscfließend unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Verbundkörper durchgeführt wird, der durch gleichzeitige Extrusion wenigstens zweier Teilstränge und deren Verreinigung im thermoplastischen Zustand erhalten worden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vereinigte Verbundstrang abgekühlt wird, bis wenigstens der Teilstrang mit der geringeren Schlagzähigkeit im thermoplastischen Zustand vorliegt, und daß der Verbundstrang längs und quer zur Extrusionsrichtung um jeweils 50 % gereckt und anschließend unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis ), dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrang aus einem schlagzähen oder/und schwer-bzw. unbrennbaren Kunststoff und ein zweiter, die Oberfläche des Verbundstranges bildender Teilstrang aus einem hoch witterungsbeständigen Material gebildet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schlagzähe Teilstrang aus ABS-, Styrol-Acrylnitril-, Polycarbonat- oder PVC-Kunststoff und der hoch witterungsbeständige Teilstrang aus Polymethylmethacrylat oder einem Uberwdegend aus Methylmethacrylat aufgebauten Mischpolymerisat besteht.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrang aus dem höher schlagzähen bzw.

aus schwer- oder unbrennbarem Kunststoff 70 bis 90 % des Gewichtes des Verbundkörpers ausmacht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymethylmethacrylat oder das Mischpolymerisat ein Molekulargewicht zwischen 100.000 und 300.000 hat.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teilstränge ein Hohlstrang ist und durch Aufblasen mit einem Druckgas gereckt wird.