DE2536462A1 - PROCESS FOR PRODUCING RECTANGULAR HOLLOW PROFILES WITH NON-CIRCULAR CROSS-SECTION - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCING RECTANGULAR HOLLOW PROFILES WITH NON-CIRCULAR CROSS-SECTIONInfo
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Description
Pat.Dr.Hh/Emm/9Pat.Dr.Hh / Emm / 9
Verfahren zur Herstellung gereckter Hohlprofilstränge mit nicht kreisförmigem QuerschnittProcess for the production of stretched hollow profile strands with a non-circular cross-section
Die mechanischen Eigenschaften und die Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit von thermoplastischen Kunststoffen läßt sich entscheidend verbessern, wenn sie im thermoelastischen Zustand biaxial gereckt werden. Während der Kunststoff im thermoplastischen Zustand fließfähig ist und seine Gestalt unter der Einwirkung verhältnismäßig geringer Kräfte bleibend verändert, setzt er im thermoelastischen Zustand einer aufgezwungenen Formänderung eine elastische Rückstellkraft entgegen. Die erzwungene Formänderung, beispielsweise die biaxiale Reckung einer ebenen Kunststoffplatte, kann durch Abkühlen bis unterhalb des thermoelastischen Temperaturbereichs eingefroren werden. Die durch die Reckung verursachte, eingefrorene Molekülorientierung ist für die Eigenschaftsverbesserungen verantwortlich. Die verbesserten Eigenschaften verschwinden wieder, wenn der gereckte Kunststoff nachträglich wieder bis zum thermoelas tischen Zustand erwärmt wird und in seine ursprüngliche Gestalt zurückschrumpft. Reckbar sind alle thermoplastischen Kunststoffe, die zwischen der Glasübergangstemperatur und dem Beginn des thermoplastischen Zustandsbereichs einen hinreichend ausgeprägten thermoelastischen Zustandsbereich haben. Dies sind vor allem thermoplastische Kunststoffe mit hohem Molekulargewicht, wie Polymethylmethacrylat, Polystyrol, ABS-Kunststoffe, Polyvinylchlorid und Zelluloseesterkunststoffe .The mechanical properties and the weather and corrosion resistance of thermoplastics can be decisively improved if they are in the thermoelastic state be biaxially stretched. While the plastic is flowable in the thermoplastic state and its shape under the The effect of relatively small forces is permanently changed, but in the thermoelastic state it sets an imposed one Change in shape against an elastic restoring force. The forced change in shape, for example biaxial stretching a flat plastic plate, can be frozen by cooling to below the thermoelastic temperature range. The frozen molecular orientation caused by the stretching is responsible for the property improvements. The improved Properties disappear again when the stretched plastic is subsequently restored to its thermoelastic state is heated and shrinks back to its original shape. All thermoplastics that are between the glass transition temperature and the beginning of the thermoplastic state range a sufficiently pronounced thermoelastic Have state area. These are mainly thermoplastics with a high molecular weight, such as polymethyl methacrylate, Polystyrene, ABS plastics, polyvinyl chloride and cellulose ester plastics .
Die Herstellung plattenförmiger gereckter Kunststoffe ist seit langem bekannt. K. Richard, G. Diedrich und E. Gaube haben in "Kunststoffe1* Bd. 50, S. 371 bis 375 (i960) auch die biaxiale Reokung von Rohren beschrieben. Die Röhre werden mittelsThe production of sheet-shaped stretched plastics has been known for a long time. K. Richard, G. Diedrich and E. Gaube have also described the biaxial reocing of pipes in "Kunststoffe 1 * Vol. 50, pp. 371 to 375 (1960). The pipes are by means of
7O98Ö8/098Q 2um 7O98Ö8 / 098Q 2um
eines Doms oder mittels Druckluft auf einen vergrößerten Querschnitt gebracht und gleichzeitig in Längsrichtung gereckt. Die Rohrwandung wird dabei biaxial gereckt und nimmt - ebenso wie eine ebene Kunststoffplatte - in der Dicke ab. Das Recken von Rohren mit Druckluft wird von den Autoren als das bevorzugte Verfahren herausgestellt, hat jedoch in der Praxis bisher nur wenig Anwendung gefunden. Dies dürfte durch technische Schwierigkeiten begründet sein, die mit dem Verfahren verbunden sind.a dome or by means of compressed air on an enlarged one Brought cross-section and at the same time stretched in the longitudinal direction. The pipe wall is stretched biaxially and decreases - just like a flat plastic plate - in thickness. The stretching of pipes with compressed air is carried out by the Identified by authors as the preferred method, but has so far found little use in practice. This is believed to be due to technical difficulties associated with the process.
Die Reckanlage arbeitet kontinuierlich und ist an einen Extruder angeschlossen. Der extrudierte rohrförmige Strang wird zunächst unter die Erweichungstemperatur abgekühlt und mittels eines Walzenpaares mit definierter Geschwindigkeit in eine beheizte Kalibrierbüchse gefördert, wo er gleichmäßig auf eine zum Recken geeignete Temperatur im thermoelastischen Zustandsbereich erwärmt wird. Der Strang wird in der Kalibrierbüchse durch den in seinem Inneren herrschenden Luftdruck an die Wandung der Kalibrierbüchse gedrückt. Um trotz der dadurch verursachten Reibung das Gleiten des Stranges durch die Kalibrierbüchse zu ermöglichen, läßt man das Heizmedium, das etwa unter dem gleichen Druck steht wie die DrudtLuft im Rohrstrang, unmittelbar an den Strang herantreten. Der Rohrstrang verläßt die Heizzone durch eine runde Austrittsöffnung, die durch die beginnende Aufblähung des Rohrstranges gegen den Austritt der unter Druck stehenden Heizflüssigkeit abgedichtet wird. Unmittelbar hinter der Heizzone wird der Strang durch den inneren Luftdruck aufgebläht und tritt mit erweitertem Umfang in eine weitere Kalibrierbüchse ein, wo er unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird. Anschließend wird er von einer Zugvorrichtung erfaßt, die schneller läuft als die Fördervorrichtung vor dem Eingang in die Erwärmungszone. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Fördervorrichtungen bewirkt die Reckung in Längsrichtung. Der Innenraum des Stranges ist durch einen gleitend eingehängten, mit dem Extruderkern verbundenenThe stretching system works continuously and is connected to an extruder. The extruded tubular strand is first cooled below the softening temperature and then by means of a pair of rollers at a defined speed conveyed into a heated calibration sleeve, where it is uniformly adjusted to a temperature suitable for stretching in the thermoelastic State area is heated. The strand is in the calibration sleeve through the ruling inside Air pressure pressed against the wall of the calibration sleeve. In order to prevent the sliding of the To enable strand through the calibration sleeve, one leaves the heating medium, which is under approximately the same pressure like the DrudtLuft in the pipe string, directly on the string approach. The pipe string leaves the heating zone through a round outlet opening, which is caused by the onset of inflation of the pipe string is sealed against the outlet of the pressurized heating fluid. Immediately behind the In the heating zone, the strand is inflated by the internal air pressure and with an expanded scope it enters another calibration sleeve, where it is cooled below the softening temperature. It is then picked up by a pulling device that runs faster than the conveyor in front of the entrance into the heating zone. The speed difference between the two conveyors causes the stretching in the longitudinal direction. The interior of the strand is through a slidably suspended, connected to the extruder core
70980Θ/0980 "* 5 " 21487170980Θ / 0980 "* 5 " 214871
röhmroh
Verschlußstopfen druckdicht abgeschlossen.Sealing plug sealed pressure-tight.
Der Innendruck in dem Kunststoffstrang muß sehr genau bemessen sein, damit sich der Rohrstrang nach dem Austritt aus der Heizzone und vor dem Eintritt in die Kühlzone genau auf den erforderlichen Umfang aufbläht. Bei zu geringem Druck wird die erforderliche Aufweitung des Umfanges nicht erreicht. Liegt der Druck zu hoch, so weitet sich der Strang so stark auf, daß er beim Eintritt in die Kühlkalibrierbüchse wieder eingeschnürt werden muß. In diesem Falle entsteht eine hohe Reibung in der Kühlkalibrierbüchse, da das in der Heizzone als Schmiermittel wirkende flüssige Heizmedium beim Austritt aus der Heizzone fast völlig abgestreift wird. Das "Verfahren bedarf daher einer dauernden sehr sorgfältigen überwachung, um eine gleichmäßige Reckung zu gewährleisten.The internal pressure in the plastic strand must be very precise Be dimensioned so that the pipe string after exiting the heating zone and before entering the cooling zone inflates exactly to the required extent. If the pressure is too low, the required widening of the circumference will not be achieved achieved. If the pressure is too high, the strand expands to such an extent that it does so when it enters the cooling calibration sleeve must be constricted again. In this case, there is a high level of friction in the cooling calibration sleeve, as this occurs in the Heating zone acting as a lubricant liquid heating medium is almost completely stripped off when it exits the heating zone. The "method therefore requires constant, very careful monitoring in order to ensure uniform stretching.
Die mit dem bekannten Verfahren verbundenen Schwierigkeiten nehmen noch erheblich zu, wenn Hohlprofilstränge von nicht kreisförmigem Querschnitt, z.B. Vierkantprofile oder Hohlplatten mit ebenen Außenflächen erzeugt werden. Beim Austritt aus der Heizzone bläht sich ein durch ebene Flächen begrenzter Hohlstrang kissenförmig auf, so daß er nur unter Stauchung in eine Kühlkalibrierbüchse eintreten kann. Dabei sind Abweichungen von der erwünschten Geometrie vor allem dann nicht mehr zu vermeiden, wenn der Hohlstrang Innenwände hat, wie es z.B. bei einer aus zwei Deckschichten und senkrecht dazwischen angeordneten Stegen bestehenden Hohlprofilplatte der Fall ist.The difficulties associated with the known method increase considerably when hollow profile strands of not circular cross-section, e.g. square profiles or hollow slabs with flat outer surfaces. When leaving from the heating zone, a hollow cord delimited by flat surfaces expands in the shape of a pillow, so that it is only compressed into a cooling calibration sleeve can enter. There are deviations of the desired geometry can no longer be avoided, especially if the hollow strand has inner walls, as is the case with, for example a hollow profile plate consisting of two cover layers and webs arranged vertically between them is the case.
Es wurde gefunden, daß sich gereckte Hohlprofilstränge mit nicht kreisförmigem Querschnitt aus thermoplastischem Kunststoff durch Aufweitung eines ebenfalls nicht kreisrunden Hohlprofilstranges im thermoelastischen Zustand mit Hilfe eines in den Hohlraum des Profilstranges eingeschlossenen Druckgases herstellen lassen, wenn der Hohlprofilstrang durch eine Kalibriervorrichtung läuft, deren freier Querschnitt in Laufrichtung des Stranges im Ausmaß der gewünschten Reckung zunimmt und in der der aufgeweitete Hohl-It has been found that stretched hollow profile strands with a non-circular cross-section made of thermoplastic material pass through Expansion of a likewise non-circular hollow profile strand in the thermoelastic state with the aid of an in the cavity produce compressed gas enclosed in the profile strand when the hollow profile strand runs through a calibration device, whose free cross-section increases in the running direction of the strand to the extent of the desired stretching and in which the expanded hollow
709808/0980709808/0980
profilstrang nach dem Erreichenseines endgültigen Querschnittes unter die Erweichungstemperatur abgekühlt wird. Die Querschnittsaufweitung des Stranges tritt dabei durch die konische Erweiterung der Kalibriervorrichtung unabhängig vom Innendruck in dem gewünschten Ausmaß ein, sofern der Innendruck wenigstens die für die Aufweitung erforderliche Größe hat.profile strand after reaching its final cross-section is cooled below the softening temperature. The cross-sectional expansion of the strand occurs through the conical expansion the calibration device independently of the internal pressure to the desired extent, provided that the internal pressure is at least that for the expansion is of the required size.
Die Aufweitung des Profildurchmessers und die Reckung der Hohlprofilwandungen verlaufen nicht in jedem Falle streng proportional zueinander. Namentlich die Innenwände von Mehrkammerprofilen werden nicht allein durch die Vergrößerung des Profildurchmessers, sondern auch durch die Dickenabnahme der Außenwandungen gereckt. Es gibt daher Fälle, in denen ein flaches Mehrkammerhohlprofil nur in die Länge und die Breite gereckt wird, während seine Dicke unverändert bleibt, wobei jedoch die Innenwände allein durch die Dickenabnahme der Außenwände im gleichen Ausmaß gereckt werden wie die Außenwände.The expansion of the profile diameter and the stretching of the hollow profile walls are not always strictly proportional to one another. In particular, the inner walls of multi-chamber profiles are used not only by increasing the profile diameter, but also by reducing the thickness of the outer walls. There is hence cases in which a flat multi-chamber hollow profile is only stretched in length and width while its thickness remains unchanged, but the inner walls are stretched to the same extent solely by the decrease in thickness of the outer walls become like the outside walls.
Die für das Verfahren der Erfindung verwendete Kalibriervorrichtung besteht aus drei Zonen; in der ersten Zone wird der Hohlstrang auf die zur Reckung geeignete Temperatur eingestellt. In der zweiten, konisch erweiterten Zone läuft die Reckung bei im wesentlichen gleichbleibender Temperatur ab. In der dritten Zone, die wie die erste Zone einen gleichbleibenden lichten Querschnitt hat, wird der Strang unter die Erweichungstemperatur abgekühlt.The calibration device used for the method of the invention consists of three zones; in the first zone the hollow strand is adjusted to the temperature suitable for stretching. In the second, In the conically enlarged zone, the stretching takes place at a substantially constant temperature. In the third zone that like that first zone has a constant clear cross-section, the strand is cooled below the softening temperature.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird - ebenso wie bei dem bekannten Verfahren - ein Schmiermittel verwendet, das ein gleichmäßiges Fließen des thermoelastischen, unter Druck stehenden Stranges in der Kalibriervorrichtung ermöglicht. Die Schmierung kann zwar wie bei dem bekannten Verfahren durch das Heiz- bzw. Kühlmedium erfolgen, das man durch öffnungen in der Wandung der ersten Zone der Kalibriervorrichtung unmittelbar an den Kunststoffstrang herantreten läßt, jedoch wird es vorzugsweise getrennt vom Heiz- oder Kühlmedium eingeleitet.In the method of the invention - as in the known method - a lubricant is used, which is a allows even flow of the thermoelastic, pressurized strand in the calibration device. As in the known method, the lubrication can be effected by the heating or cooling medium, which is introduced through openings in allows the wall of the first zone of the calibration device to approach the plastic strand directly, but it is preferred introduced separately from the heating or cooling medium.
— 5 — 709808/098G - 5 - 709808 / 098G
röhmroh
Der Strang schleppt einen Schmiermittelfilm in die nachfolgenden Zonen mit. In der Reckzone wird dieser Film im gleichen Maße aufgeweitet wie der Kunststoffstrang und wird dementsprechend dünner. Gleichzeitig wird der Strang beschleunigt. Alle diese Faktoren erhöhen den Reibungswiderstand zwischen dem Strang und der Kalibrierbüchsenwandung. Die Reibung hat einen erheblichen Einfluß auf den Ablauf «Am» des Reckvorganges. Sobald Ungleichmäßigkeiten des Reibungswiderstandes an verschiedenen Stellen des Stranges auftreten, folgen daraus Ungleichmäßigkeiten der Reckung, die an dem fertigen Strang als optisch unruhige Zonen, mechanische Schwachstellen oder in Form verzerrter Zwischenwände in Erscheinung treten. Während sich diese Probleme bei einem runden Rohrstrang noch leicht beherrschen lassen, nehmen sie bei nicht kreisförmigen Strangprofilen mit deren Kompliziertheit zu. Bei derartigen Querschnitten und vor allem an den Ansatzstellen von Innenwänden des Hohlprofils entstehen unterschiedliche Rückstellkräfte und infolgedessen auch unterschiedliche Drücke zwischen dem Strang und der Kalibrierbüchsenwandung. Das Schmiermittel sammelt sich bevorzugt in den Zonen verminderten Druckes und verändert dort den Reibungswiderstand.The strand drags a film of lubricant into the following Zones with. In the stretching zone, this film is expanded to the same extent as the plastic strand and is accordingly thinner. At the same time, the strand is accelerated. All of these factors increase frictional resistance between the strand and the wall of the calibration sleeve. The friction has a considerable influence on the process "On" the stretching process. As soon as irregularities in frictional resistance occur at different points on the strand, the result is unevenness in the stretching that occurs at the finished strand as visually unsteady zones, mechanical weak points or in the form of distorted partition walls in appearance step. While these problems are easy to control with a round pipe, they take them away with non-circular ones Extruded profiles with their complexity too. With such cross-sections and especially at the attachment points of Different restoring forces arise on the inner walls of the hollow profile and consequently also different pressures between the strand and the calibration sleeve wall. The lubricant collects preferentially in the zones of reduced pressure and changes the frictional resistance there.
Es wurde gefunden, daß sich die durch unterschiedliche Reibung verursachten lokalen Reckungsunterschiede weitgehend vermeiden lassen, wenn man ein Schmiermittel mit einer Viskosität von mindestens 5000 cP unter Betriebsbedingungen verwendet. Das Schmiermittelsystem wird dann natürlich von dem Heiz- bzw. Kühlsystem getrennt und das Schmiermittel am Eingang der Temperierungszone der Kalibriervorrichtung über eine Schmiernut auf die Strangoberfläche gebracht. Im Gegensatz zu den bei dem bekannten Verfahren als Schmiermittel dienenden niedrigviskosen ölen und Glykolen bilden die erfindungsgemäß verwendeten hochviskosen Schmiermittel auch bei der geringen Vorschubgeschwindigkeit des Stranges einen hydrodynamischen Schmierfilm aus, der durch Schwankungen des von dem Hohlprofilstrang ausgeübten Druckes nicht spürbar beeinflußt wird. Man erhält daherIt has been found that the local differences in stretching caused by different friction are largely avoided when using a lubricant with a viscosity of at least 5000 cP under operating conditions. That The lubricant system is then of course separated from the heating or cooling system and the lubricant at the inlet of the Tempering zone of the calibration device via a lubrication groove brought to the strand surface. In contrast to the low-viscosity ones used as lubricants in the known process oils and glycols form the highly viscous lubricants used according to the invention even at the low feed rate of the strand from a hydrodynamic lubricating film, which is caused by fluctuations in the pressure exerted by the hollow profile strand Pressure is not noticeably affected. One therefore obtains
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an Jeder Stelle der Kalibriervorrichtung die gleichen Fließ- und Reibungsverhältnisse, so daß keine Verzerrungen in der Querschnittsgeometrie und in der Lage der Zwischenwände auftreten. at every point of the calibration device the same flow and friction conditions so that no distortions occur in the cross-sectional geometry and in the position of the partition walls.
Das Schmiermittel muß bei der Betriebstemperatur flüssig sein, kann afoertei Raumtemperatur fest sein, wodurch die mechanische Ablösung von der Strangoberfläche erleichtert wird. Als Schmiermittel geeignet sind Stoffe, die bei der Betriebstemperatur eine genügend große Viskosität haben und weder auf den extrudierten Kunststoff noch auf die Kalibriervorrichtung korrodierend wirken. Man kann beispielsweise Wachse, Paraffine, Polyäthylenglykole oder Lösungen von hochmolekularen Stoffen in einem nicht korrosiven Lösungsmittel verwenden. Auch wäßrige Lösungen von wasserlöslichen Polymerisaten sind geeignet, beispielsweise 0,1-bis 10 $ige Lösungen mit einer Viskosität von mindestens 5.000, vorzugsweise zwischen 5.000 und 150.000 cP. Für die Herstellung der wäßrigen Schmiermittellösungen eignen sich wasserlösliche Polymerisate mit einem Molekulargewicht von etwa 50.000 bis änige Millionen. Sie sind vorzugsweise ganz oder überwiegend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Itakonsäure, Maleinsäure oder deren Salzen oder aus Acrylamid, Methacrylamid, Vinylpyrrolidon, Vinylalkohol, Hydroxyalkylestern oder Blalkylaminoalkylestera der Acryl- oder Methacrylsäure, den Salzen oder Quaternierungsprodukten dieser Ester oder aus Gemischen derartiger Monomerer aufgebaut. Auch Celluloseäther und andere natürliche oder synthetische wasserlösliche Polymere kommen in Betracht. Da die Lösungen unter Druck angewendet werden, verdampft das als Lösungsmittel dienende Wasser unter den Betriebsbedingungen nicht. Beim Austritt aus der Kalibriervorrichtung trocknet der Sehmiermittelfilm rasch auf und kann in den meisten Fällen durch Bürsten von der Kunststoff oberfläche entfernt werden. Wenn eine Schutzbeklebung des erzeugten Hohlprofilstranges mit Papier oder Folie beabsichtigt ist, kann diese vor dem Eintrocknen auf den Schmiermittelf ilm aufgebracht werden, wobei das Schmiermittel als Klebstoff für die Schutzschicht dient.The lubricant must be liquid at the operating temperature, can be solid at room temperature, thereby reducing the mechanical Detachment from the strand surface is facilitated. Suitable as lubricants are substances that have a have a sufficiently high viscosity and have a corrosive effect neither on the extruded plastic nor on the calibration device. For example, you cannot use waxes, paraffins, polyethylene glycols or solutions of high molecular weight substances in one Use corrosive solvents. Aqueous solutions of water-soluble polymers are also suitable, for example 0.1 bis 10 $ solutions with a viscosity of at least 5,000, preferably between 5,000 and 150,000 cps. For the production of the aqueous lubricant solutions are water-soluble polymers with a molecular weight of about 50,000 to a few millions. They are preferably wholly or predominantly composed of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid or their salts or from acrylamide, methacrylamide, vinylpyrrolidone, vinyl alcohol, hydroxyalkyl esters or Blalkylaminoalkylestera acrylic or methacrylic acid, salts or quaternization products of these esters or of mixtures of such monomers. Also cellulose ethers and other natural or synthetic water-soluble polymers are suitable. Since the solutions are applied under pressure, it evaporates water does not serve as a solvent under the operating conditions. When leaving the calibration device The film of the permeating agent dries up quickly and can in most cases be removed from the plastic surface by brushing will. If you intend to use paper or foil to protect the hollow profile strand produced, this can be applied to the lubricant film before it dries can be applied using the lubricant as an adhesive serves for the protective layer.
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Das zur Aufweitung des Stranges verwendete Druckgas wird durch das Kernstück der Extruderdüse in den Hohlraum des Profilstranges eingeleitet. Der erforderliche Gasdruck richtet sich nach dem Grad der Reckung und den dabei auftretenden Rückstellkräften· Bei einer linearen Zunahme des Profilumfanges um 50 bis 200 % wird ein Druck zwischen 1 und bar angewandt· Als Druckgas kann Druckluft angewendet werden· Um den Hohlstrang nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse rasch und Intensiv abzukühlen, kann auch flüssiger Stickstoff eingeleitet werden.The compressed gas used to expand the strand is introduced through the core of the extruder nozzle into the cavity of the profile strand. The required gas pressure depends on the degree of stretching and the restoring forces that occur.If the profile circumference increases linearly by 50 to 200 % , a pressure between 1 and bar is used.Compressed air can be used as the compressed gas To cool the extrusion nozzle quickly and intensively, liquid nitrogen can also be introduced.
Damit das Druckgas nicht am Ende des Hohlprofilstranges entweicht, wird der Hohlraum des Profilstranges in geeigneter Weise gegen die Atmosphäre abgeschlossen· Dies kann beispielsweise mit einem in das Hohlprofil eingesetzten Verschlußstopfen bewirkt werden, der mit einer Kette an das Kernstück der Extruderdüse angehängt ist und etwa in Höhe des Endes der Kühlzone der Kalibriervorrichtung festgehalten wird. Da es jedoch schwierig ist, einen solchen Verschlußstopfen beim Anfahren in den Hohstrang einzubringen, wird vor-So that the compressed gas does not escape at the end of the hollow profile strand, the hollow space of the extruded profile is closed off from the atmosphere in a suitable manner · This can, for example be effected with a plug inserted into the hollow profile, which is attached to the core of the with a chain Extruder nozzle is attached and is held at about the level of the end of the cooling zone of the calibration device. There However, it is difficult to insert such a plug into the hollow pipe when starting up,
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gezogen, den aufgeweiteten Hohlstrang hinter dem Austritt aus der Kalibriervorrichtung jeweils zuzuschweißen, wenn ein hinreichend langes Stück des aufgeweiteten Stranges gefördert worden ist, und das hinter der Verschweißungssteile gelegene Stück abzutrennen. Die für die Herstellung der Hohlstränge verwendeten thermoplastischen Kunststoffe können in der Regel durch Zusammenfahren von beheizten Pressbacken druckdicht verschweißt werden.drawn to weld the expanded hollow strand behind the exit from the calibration device each time a Sufficiently long piece of the expanded strand has been promoted, and that behind the welded parts separate pieces. The thermoplastics used to manufacture the hollow strands can usually be welded pressure-tight by moving heated press jaws together.
Wenn der Hohlstrang in der zuletzt angegebenen Weise an seinem freien Ende zugeschweißt ist, so bewirkt der in seinem Innern herrschende Gasdruck nicht nur eine Querschnittsaufweitung, sondern gleichzeitig eine Reckung in Längsrichtung. Man kann den Gasdruck so hoch wählen, daß die Reckung in Längsrichtung ebenso groß ist, wie die Reckung in Querrichtung, so daß die bevorzugte biaxial gleichmäßige Reckung erreicht wird. Der dafür erforderliche Gasdruck ist allerdings so hoch, daß sehr beträchtliche Druckkräfte auf die Wandung der Kalibrierbüchse übertragen werden und diese entsprechend stark dimensioniert sein muß. Es wird deshalb vorgezogen, nur einen solchen Gasdruck anzuwenden, der die erwünschte Querschnittsaufweitung bewirkt und höchstens eine geringe Längsreckung auslöst. Um trotzdem eine biaxial gleichmäßige Reckung zu erreichen, wird das freie Ende des Stranges in seinem erkalteten Bereich durch ein Zugwalzenpaar mit größerer Geschwindigkeit, abgezogen, als der Strang in die Kalibriervorrichtung eintritt. Aus der Geschwindigkeitsdifferenz ergibt sich die Reckung in Längsrichtung. Wenn das Druckgas in dem Hohlprofil durch einen Schleppstopfen gegen die umgebende Atmosphäre abgedichtet ist, kann nur durch eine solche Zugvorrichtung eine Längsreckung erreicht werden.If the hollow strand is welded shut at its free end in the manner mentioned last, the in its The gas pressure prevailing inside not only widening the cross-section, but at the same time stretching in the longitudinal direction. One can choose the gas pressure so high that the stretching in the longitudinal direction is as great as the stretching in the transverse direction, so that the preferred biaxially uniform stretching is achieved. The gas pressure required for this, however, is so high that it is very considerable Transferring compressive forces to the wall of the calibration sleeve and this must be dimensioned accordingly. It is therefore preferred to have just such a gas pressure to be used, which causes the desired widening of the cross-section and at most triggers a slight longitudinal stretching. In order to still achieve a biaxially uniform stretching, the free end of the strand is cooled in its cold Area drawn off by a pair of pulling rollers at a higher speed than the strand in the calibrating device entry. The stretching in the longitudinal direction results from the speed difference. When the compressed gas in the hollow profile is sealed against the surrounding atmosphere by a drag stopper, can only be done by such a pulling device a longitudinal stretching can be achieved.
Der extrudierte Strang setzt im thermoplastischen Bereich unmittelbar hinter der Extrusionsdüse der Längsreckung den geringsten Widerstand entgegen und würde fast nur dort gedehnt werden, wenn dies nicht durch besondere Vorkehrungen verhindert wird. Die Dehnung im thermoplastischen BereichThe extruded strand sets in the thermoplastic area immediately behind the extrusion nozzle of the longitudinal stretching the slightest resistance and would almost only be stretched there, if not by special precautions is prevented. The stretch in the thermoplastic area
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führt nicht zu der Eigenschaftsverbesserung, die durch die Reckung im thermoelastischen Bereich erzielt wird. Bei dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren wird die Dehnung im thermoplastischen Bereich dadurch verhindert, daß man den Strang zunächst unter die Erw3ichungstemperatur abkühlt und durch ein gebremstes Walzenpaar in eine Heizvorrichtung einlaufen läßt, wo der Strang wieder bis zum thermoelastischen Zustand erwärmt wird. Dann kann in Längs- und Querrichtung gereckt werden, wobei sich die Längsreckung aus der Geschwindigkeitsdifferenz des Bremswalzenpaares und des Zugwalzenpaares ergibt'.does not lead to the property improvement that the stretching is achieved in the thermoelastic range. In the known method described above, the stretching in the thermoplastic area is prevented by that the strand is initially below the softening temperature cools and can run through a braked pair of rollers in a heating device, where the strand again up to the thermoelastic State is heated. Then it can be stretched in the longitudinal and transverse directions, the longitudinal stretching from the speed difference between the pair of braking rollers and the pair of pulling rollers results in '.
Die Verwendung eines hochviskosen Schmiermittels verhindert auf besonders einfache Weise die unerwünschte Längsdehnung des Stranges im thermoplastischen Bereich. Der hochviskose Schmiermittelfilm übt eine solche Bremswirkung auf den durch die Kalibriervorrichtung fließenden Strang aus, daß der die Reckung in Längsrichtung bewirkenden Zugkraft eine gleichgroße Reibungskraft entgegensteht, die allein im thermoeiastischen Bereich des Stranges zwischen diesem und der Wandung der Kalibrierbüchse wirksam wird. Der Strang wird also im thermoelastisehen Bereich allmählich beschleunigt, wobei sich der Grad der Längsreckung aus der Geschwindigkeitsdifferenz der Abzugswalzen und der Stranggeschwindigkeit in dem Bereich ergibt, wo der thermoelastische Zustand erreicht wird, Diese Geschwimigkeitsdifferenz wird durch die Reibungskräfte zwischen dem Strang und der Kalibrierbüohsenwandimg festgelegt. Die Reibung ist der Viskosität fiss Schmiermittels bei der 3strisfcst3mp£*rv'rarr. dsp SfcranggssohMiaeiigkeit und der Reifomgs~ fläche dss thsrmoelastischen Teils des Stranges mit der Kalibrierbtiohsenwand dirskt und der Dicke fies Sohmierfilms umgekehrt Proportional= 'Dz die Fli^Sgesoh^indig^äit und di-.s Reibungsfläche während des Reolc/organges au« ad nie Sofe^ierfilmdieke , wird die Reibimg in der Resfesone stark ©2?hö*ht und srtj da£ dis zur Längsreok?.ing «nifs^Jendetä Kraft überThe use of a highly viscous lubricant prevents the undesired longitudinal stretching of the strand in the thermoplastic area in a particularly simple manner. The highly viscous lubricant film exerts such a braking effect on the strand flowing through the calibration device that the tensile force causing the stretching in the longitudinal direction is opposed by an equally large frictional force, which is only effective in the thermo-elastic area of the strand between it and the wall of the calibration sleeve. The strand is thus gradually accelerated in the thermoelastic range, the degree of longitudinal stretching resulting from the speed difference of the take-off rollers and the strand speed in the area where the thermoelastic state is reached.This speed difference is determined by the frictional forces between the strand and the calibration sleeve wall. The friction is the viscosity fiss lubricant at the 3strisfcst3mp £ * rv'rar r . dsp SfcranggssohMiaeiigkeit and Reifomgs ~ never surface dss thsrmoelastischen part of the strand with the Kalibrierbtiohsenwand dirskt and thickness nasty Sohmierfilms inversely proportional = 'Dz the Fli ^ Sgesoh ^ indigo ^ dit and di-.s friction surface during Reolc / organges au "ad Sofe When the film is thrown, the friction in the resistance becomes strong © 2? ht and srtj da £ dis to the longitudinal reok?
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IC = 214871IC = 214871
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im technischen Betrieb in Abhängigkeit von der Viskosität selbständig durch diejenige Menge des Schmiermittels ein, die der Strang aus der Schmiernut mitnimmt. Bei richtiger Bemessung der Schmiermittelviskosität wird der thermoplastische Kunststoffstrang ohne Dehnung in Längsrichtung in die Kalibrierbüchse eingezogen und erst bei Zunahme der Reibung gereckt. Wegen des starken Einflusses der Schmiermittelviskosität auf dem Ablauf des Reckvorganges ist es wichtig, diese Viskosität konstant zu halten.in technical operation depending on the viscosity independently by the amount of lubricant, which the strand takes with it from the lubrication groove. If the lubricant viscosity is properly rated, it will be thermoplastic Plastic strand is drawn into the calibration sleeve in the longitudinal direction without stretching and only when the Stretched friction. Because of the strong influence of the lubricant viscosity on the stretching process, it is important to keep this viscosity constant.
Die Außenwandungen des Hohlprofils, bei mehreren Kammern auch die Zwischenwände, haben im gereckten Zustand in der Regel eine Dicke zwischen 0,5 und 2 mm. Bei einer Reckung um 70 % in jeder Raumrichtung erreicht man diese Wandstärke bei einer Ausgangsdicke von 1,5 bis 6 mm.The outer walls of the hollow profile, and in the case of several chambers also the partition walls, generally have a thickness between 0.5 and 2 mm in the stretched state. With a stretching of 70 % in each spatial direction, this wall thickness is achieved with an initial thickness of 1.5 to 6 mm.
Nach dem Verfahren der Erfindung können Hohlprofile jeder Gestalt mit hoher Genauigkeit der Kalibrierung erzeugt werden. Sie können eine oder mehrere Kammern haben. Während die Gestaltung der Umrißform des Querschnittes praktisch keiner Einschränkung unterliegt, nehmen die Zwischenwände die Lage und Gestalt an, die sich aus den elastischen Spannungsverhältnissen beim Aufblasen ergibt. Die Möglichkeit, in den einzelnen Kammern eines Hohlprofils unterschiedliche Drücke einzustellen, beispielsweise um gewölbte Zwischenwände zu erzeugen, soll nicht unerwähnt bleiben.According to the method of the invention, hollow profiles of any shape can be produced with high calibration accuracy. she can have one or more chambers. While the design of the contour shape of the cross section is practically no limitation is subject, the partition walls take on the position and shape that result from the elastic stress conditions during inflation results. The possibility of setting different pressures in the individual chambers of a hollow profile, for example to create arched partition walls should not go unmentioned.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich für Kunststoffe, die sich im thermoplastischen Zustand extrudieren lassen und beim Abkühlen einen ausgeprägten thermoelastischen Zustand durchlaufen, z.B. J Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder ABS- Kunststoffe. Polymethylmethacrylat wird bevorzugt verwendet und kann auch flamnihemmende Zusätze enthalten. The method of the invention is suitable for plastics, which can be in a thermoplastic state and extrude through a pronounced thermoelastic state on cooling, for example, J polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride or ABS plastics. Polymethyl methacrylate is preferred and can also contain flame retardant additives.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional gereckten The invention is based on a method and a device for producing a three-dimensionally stretched
Hohlkammerprofils aus Polyraethylmethacrylat näher erläutert. X) Polyearbonatkunststoffe,Hollow chamber profile made of polyraethyl methacrylate explained in more detail. X) poly carbonate plastics,
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Figur 1 stellt den Querschnitt des Hohlprofils nach der Extrusion dar. Figure 1 shows the cross section of the hollow profile after extrusion.
Figur 2 zeigt im gleichen Maßstab den Querschnitt des gleichen Hohlprofilstranges nach der Reckung. FIG. 2 shows, on the same scale, the cross section of the same hollow profile strand after stretching.
. geändert. geä changed
Ver +) Ver +)
Figur 5 ist ein -/Schnitt durch die vollständige Extrusions- und Reckanlage einschließlich der Verschweiß- und Trennvorrichtung. Figure 5 is a - / section through the complete extrusion and stretching system including the welding and cutting device.
In die Extrusionsdüse 1 wird durch die öffnung 2 die thermoplastische Formmasse 3 aus einem (nicht dargestellten) Extruder eingespeist. Zwischen den Düsenlippen 4,5 und den Kernstücken wird ein Hohlprofilstrang gebildet, der aus zwei Deckschichten 7 und 8 und rechtwinklig dazwischen angeordneten Stegen 9 besteht.The thermoplastic is fed into the extrusion nozzle 1 through the opening 2 Molding compound 3 fed from an extruder (not shown). Between the nozzle lips 4,5 and the core pieces a hollow profile strand is formed, which consists of two cover layers 7 and 8 and webs 9 arranged at right angles between them consists.
Beim Anfahren der Anlage werden die Hohlräume 10 des Profilstranges, die am vorderen Ende durch Verschweißen im thermoplastischen Zustand geschlossen werden, mit einem geringen Luftüberdruck, der über die Leitung 11 und die Kanäle 12 in die Kammern 10 geleitet wird, gestützt. Die aus den Teilen 15 bis 20 aufgebaute Kalibriervorrichtung ist längs der Ebene A-A teilbar und die Oberteile 13, 15.» 17 und 19 sind während des Anfahrens von den Unterteilen l4, 16, 18, 20 gelöst und angehoben, so daß der austretende Strang zunächst ohne Reckung etwa bis zum Ende der Kalibriervorrichtung durchgeführt werden kann. Nunmehr werden die Oberteile 15, 15, 17 und 19 auf die Unterteile aufgesetzt und mit ihnen verriegelt. Der Druck in den Kammern 10 wird allmählich auf etwa 5 bar erhöht, so daß sich der Strang in der Reckzone I7/I8 aufbläht. Gleichzeitig wird der Luftdruck im Spalt 21/22 im gleichen Maße wie in den Kammern 10 erhöht. Beim Durchfluß am Kanal 23 wird der Hohlprofilstrang mit einem Gleitmittelfilm 24 umgeben und tritt mit diesem Film in die ZoneWhen starting up the system, the cavities 10 of the profile strand, which are closed at the front end by welding in the thermoplastic state, with a low Positive air pressure, which is passed via the line 11 and the channels 12 into the chambers 10, is supported. Those from parts 15 to 20 constructed calibration device can be divided along the plane A-A and the upper parts 13, 15. » 17 and 19 are open during Approaching the lower parts 14, 16, 18, 20 released and raised so that the emerging strand initially without stretching can be carried out approximately to the end of the calibration device. Now the tops 15, 15, 17 and 19 are on the Lower parts put on and locked with them. The pressure in the chambers 10 is gradually increased to about 5 bar, so that the Strand inflates in the stretching zone I7 / I8. At the same time the air pressure in the gap 21/22 increased to the same extent as in the chambers 10. When flowing through the channel 23, the hollow profile strand is with a Lubricant film 24 surrounds and enters the zone with this film
+ ) und Figur 4 ein · hosixo^ - 12 -+) and Figure 4 a hosixo ^ - 12 -
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Die Kalibrier ζ one 13/14 ist mit einem Kühlmantel umgeben, der von Kühlwasser durchströmt wird. Beim Austritt aus dieser Zone sind die Außenseiten der Deckschichten 7 und 8 auf eine Temperatur unter 100° gekühlt, während die im Inneren gelegene Oberfläche der Deckschichten und Stege etwa l4o° hat. Die nachfolgende Kalibrierzone 15/16 wird durch Druckwasser auf ca. l4o°C thermostatisiert. The calibration ζ one 13/14 is surrounded by a cooling jacket that is covered by Cooling water is flowed through. When leaving this zone, the outer sides of the cover layers 7 and 8 are at a temperature cooled below 100 °, while the surface of the outer layers and webs located inside has about 14o °. The following Calibration zone 15/16 is thermostatted to approx. 14o ° C using pressurized water.
Am Ende dieser Zone hat der Strang eine gleichmäßige Temperatur von l40°C, so daß er in der nachfolgenden Zone 17/I8 gleichmäßig dreidimensional gereckt wird.At the end of this zone, the strand has a uniform temperature of 140 ° C., so that it is uniform in the subsequent zone 17/18 is stretched three-dimensionally.
Nach Abschluß der Reckung wird der Strang in der Zone I9/20, die von einem Kühlmedium von etwa 25°C umströmt wird, unter die Erweichungstemperatur abgekühlt. Von dem austretenden Strang wird die Gleitmittelschicht 24 mittels Gummilippen 25/26 abgestreift und das Gleitmittel zur Wiederverwendung zurückgeführt. Die Reste des Gleitmittelfilmes werden mit dem Warmluftgebläse 27/28 getrocknet und mit den Bürstenwalzen 29/50 von der Strangoberfläche entfernt. Das Walzenpaar 31/32 bewirkt die Längsreckung in der Zone I7/18 der Kalibriervorrichtung und fördert den Strang zur Trennvorrichtung 33/34* diese enthält zwei beheizte Schweißbacken 35/36, die hydraulisch zusammengefahren werden und den Hohlstrang zuschweißen. Das Teil 37 des Hohlstranges wird an der Schweißstelle 38 im thermoplas tischen Zustand abgezogen und vom Strang getrennt. Dfcbei platzen die Kammern des Teiles 37 im Bereich der noch thermoplastischen Schweißnaht auf, so daß das Druck-Gas entspannen kann. Während des Verschweißungsvorganges läuft die Trennvorrichtung 33/34 auf den Schienen 39/40 mit dem Strang mit.After the stretching has been completed, the strand is placed in zone I9 / 20, around which a cooling medium of around 25 ° C flows, is cooled below the softening temperature. From the exiting strand the lubricant layer 24 is stripped off by means of rubber lips 25/26 and the lubricant is returned for reuse. The remnants of the lubricant film are removed with the hot air blower 27/28 dried and removed from the strand surface with the brush rollers 29/50 removed. The roller pair 31/32 causes the longitudinal stretching in zone I7 / 18 of the calibration device and conveys the strand to the separating device 33/34 * which contains two heated welding jaws 35/36, which are moved together hydraulically and weld the hollow strand. The part 37 of the hollow strand is at the Weld 38 peeled off in the thermoplastic state and separated from the strand. In the case of this, the chambers of part 37 burst in the area the still thermoplastic weld seam so that the pressure gas can relax. During the welding process, the Separating device 33/34 on the rails 39/40 with the strand.
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