DE3133897C2

DE3133897C2 -

Info

Publication number: DE3133897C2
Application number: DE3133897A
Authority: DE
Inventors: Helmut Prof. Dr. 4021 Metzkausen De Kaeufer; Lutz Dipl.-Ing. Rautenberg; Joachim Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Pahl
Original assignee: Deutsche Solvay Werke GmbH
Current assignee: Cavity GmbH
Priority date: 1981-08-27
Filing date: 1981-08-27
Publication date: 1991-05-16
Also published as: ES522671A0; BE894167A; JPS5845017A; FR2511929B1; IT8222791A0; ES8402756A1; JPH0247340B2; US4514351A; DE3133897A1; NL8203362A; BR8204940A; ES514938A0; ES8702229A1; IT1152353B; FR2511929A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffplatten, -folien, -bahnen, -bändern, -stangen, -formteilen, -gegenständen oder -profilen von hoher mechanischer Festigkeit aus Thermo plasten gemäß Patentanspruch 1.

Aus der DE-AS 15 04 291 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Bahnen aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) bekannt.

Dazu wird PTFE-Pulver mit Schmier- oder Gleitmittel versetzt und verformt. Das PTFE-Pulver wird mit erheb lichen Mengen Schmiermittel (Naphtha-Gasolin, Kerosin und dergleichen) zu einer Masse geformt (vergleiche unter anderem Beispiel 1, Spalte 8, Zeile 16) durch eine erste formgebende Düse zu einem Stab verformt und nachfolgend durch eine zweite formgebende Düse hindurch zu einem flachen Band verformt, wobei das Material in Längsrichtung der Bahnen und in dazu seitlicher Rich tung verformt wird.

Die Verformung erfolgt dabei so, daß der Verformungs grad des Stabes etwa 10 bis 70% größer ist als der Verformungsgrad des Bandes und daß der Verformungsgrad des Stabes bei der Durchführung durch die zweite formgebende Düse derartig ist, daß das Verhältnis der Längsverformung zu der seitlichen Verformung 1,4 +/-0,30 beträgt.

Nach der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen wird das Kunststoffpulver mit einer erheblichen Menge an Schmiermitteln versetzt, vorzugsweise in Gegenwart von Füllstoffen, Faserglas und dergleichen.

Die Umformung erfolgt bei Umgebungstemperatur. Nach der Umformung müssen die umgeformten Teile oder Bahnen erhitzt werden (Beispiel 1: 350°C; Beispiel 2: 350°C; Beispiel 3: 380°C), um das Schmiermittel auszutreiben und den Kunststoff zu sintern. Diese Schmiermittel wirken störend und sind umweltbelastend.

Da gemäß DE-AS 15 04 291 eine Erhitzung nach der Umformung auf höhere Temperaturen durchgeführt wird, als die Umformungstemperatur (vergleiche beispielsweise 350°C oder 380°C (Minderung) werden, sofern sie überhaupt in der Schmiermittelkombination enthalten waren, keine molekularen Orientierungen erhalten.

Die DE-AS 21 61 182 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines orientierten Acrylnitril-Polymeren, wobei unter Bildung eines Blockerzeugnisses das Acryl nitril-Polymere vorverformt wird und anschließend das Blockerzeugnis durch eine Düse bei einem Druck von 100 bis 5000 kp/cm² und einer Temperatur von 50 bis 300°C und unter Reduzierung der Querschnittsfläche um minde stens das 3,5 fache extrudiert wird. Gemäß diesem Verfahren muß eine Druckumformung - nicht während des Abkühlvorganges durchgeführt werden bzw. eine weitere Druck- oder Scherdruckbehandlung muß nicht innerhalb der Relaxationszeit durchgeführt werden.

Gemäß DE-OS 17 29 175 läßt man auf das Polymermaterial nach seinem Austreten aus dem Extruder mindestens eine an zwei gegenüberliegenden Seiten des Materials angrei fende zusätzlich Preßeinrichtung einwirken, derart daß eine Stauung des Materials zwischen der Preßeinrichtung und dem Auslaß des Extruders entsteht. Der Abstand zwischen der zusätzlichen Preßeinrichtung und dem Extruder wird so gewählt, daß das Material trotz Abkühlung im wesentlichen im amorphen Zustand der Preßeinrichtung zugeführt wird. Durch die zusätzlichen Stauungsbereiche, die durch Vorratsbehälter oder durch freie Stauungen überbrückt werden müssen, treten zusätzlich unkontrollierte Bereiche auf.

Aus der DE-OS 28 56 580 ist bereits ein Strukturbil dungsprozeß bekannt, der im Formwerkzeug durch speziel le Druckumformung während des Abkühlens nach der Urformung oder Umformung oder in einem getrennten Arbeitsprozeß vorgenommen wird, wobei neben den ge wünschten Außenkonturen gleichzeitig Molekülorientie rungen entstehen, die die Eigenschaften der Teile wesentlich verbessern. Zu diesem Zweck ist es erforder lich, daß somit von einem extrudierten, gegossenen oder gespritzten halbzeug bzw. Vorformling ausgegangen wird, also von einem vorgeformten kunststoffgegenstand, der nachfolgend druckverstreckt wird, wobei ein neues molekularorientiertes Formteil entsteht.

Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Verbesserung dieses Verfahrens und der hergestell ten technischen Teile oder Gegenstände zu erzielen, wobei diese Preßreckung oder Druckverstreckung auch zur Herstellung beliebiger Formteile, z. B. auch Platten, Bahnen, Stangen und dgl. möglich sein sollte.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß diese Ziele und Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung von Kunst stoffplatten, -folien, -bahnen, -bändern, -stangen, -formteilen, -gegenständen oder -profilen von hoher mechanischer Festigkeit aus Thermoplasten gelöst werden können, wobei das thermoplastische Material zunächst auf oder über seinen Schmelz- oder Erweichungspunkt erwärmt und die aus dem Extruder oder der extruderähn lichen Vorrichtung austretende Strangpreßmasse ganz oder teilweise auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes bzw. Erweichungspunktes abgekühlt wird, wobei die Strangpreßmasse während des Abkühlungsvor ganges in einer Formgebungsvorrichtung, Preßreckvor richtung oder einer anderen Zusatzvorrichtung minde stens einer Druckumformung oder Preßreckung bei Drücken von 90 N/mm² bis 1500 Nmm² (in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kunststoff und der Temperatur der Strang preßmasse) und/oder mindestens einer pulsierenden Druck- oder Scherdruckbehandlung unterworfen wird und der druckumgeformte oder preßgereckte oder scher druckbehandelte Kunststoff nachfolgend innerhalb der Regenerations- oder Relaxationszeit von 5 sec bis 5 min mindestens einem weiteren Preßreck-, Druckumform-, Druckverstreck- und/oder Reckprozeß unterworfen wird, vorzugsweise unter Verwendung mindestens eines Walzen paares. Durch die Druckbehandlung wird ein Fließvorgang erzeugt, der eine Reckung bewirkt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die aus dem Extruder austretende Strangpreßmasse in eine Formge bungs-, Preßreck- oder andere Zusatzvorrichtung, die mit einer Querschnittsverengung und einem zur Aufnahme der Strangpreßmasse dienenden Vorraum bzw. einer Kammer versehen ist, eingebracht, und aus einer Düse, einem Schlitz oder einer ähnlichen, als Austrittsöff nung ausgebildeten Querschnittsverengung der Formge bungs-, Preßreck- oder anderen Zusatzvorrichtung unter Drucken von 90 N/mm²-1500 N/mm², vorzugsweise 160 N/mm²-1000 mm², und/oder unter pulsierendem Druck oder Scherdruck ausgepreßt und vor und/oder während des Auspressens einer Temperierphase, vorzugsweise einer Abkühlphase, unterworfen. Nachfolgend wird der ausge preßte und molekularorientierte Thermoplast unmittelbar oder unter Einschaltung einer Zwischenzone mindestens einem weiteren Temperier-, vorzugsweise Kühlprozeß und/oder Verarbeitungsprozeß unterworfen.

Nach einer Ausführungsform wird der aus der Formge bungs-, Preßreck- oder Zusatzvorrichtung ausgepreßte molekularorientierte Thermoplast unmittelbar oder unter Einschaltung einer Zwischenzone in eine oder mehrere mit der Austrittsöffnung oder dem Zwischenstück in druckfester Verbindung stehende Formen bzw. Formnester, vorzugsweise geschlossene Formen bzw. geschlossene Formnester, unter weiterer Molekülorientierung unter gleichzeitiger oder nachfolgender Temperierung, vor zugsweise Abkühlung, eingepreßt, wobei auch nach der Füllung der Formen bzw. Formnester während eines Zeit raumes von 1 sec bis 5 min, vorzugsweise 10 sec bis 2 min der Druck aufrechterhalten wird. Auf diese Weise gelingt es hochfeste Kunststoffgegenstände, -formteile und -profile herzustellen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform stehen die Oberflächen der aus dem Extruder austretenden Strang preßmassen (pro Gewichtseinheit) zu den Oberflächen des jeweils daraus geformten Formteiles bzw. Gegenstan des im Verhältnis 30 : 1 bis 1,1 : 1, vorzugsweise 15 : 1 bis 1,2 : 1.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der aus der Austrittsöffnung der mit einer Querschnitts verengung versehenen Formgebungs-, Preßreck- oder anderen Zusatzvorrichtung austretende druckumgeformte Kunststoff von mindestens einem Walzenpaar erfaßt und einem Druckverstreck- (Preßreckung) und/oder Reckprozeß unterworfen.

Bevorzugt wird dabei der aus der Austrittsöffnung der mit einer Querschnittsverengung versehenen Formge bungs-, Preßreck- oder Zusatzvorrichtung austretende druckumgeformte Kunststoff durch Druckverstrecken innerahlb des Walzenspaltes mindestens eines Kalander walzenpaares bzw. Kompressionswalzenpaares unterhalb des Kristallitschmelzpunktes bzw. Erweichungspunktes des Thermoplasten weiterverarbeitet, wobei mindestens ein Kompressionswalzenpaar des zur Druckverstreckung (Preßreckung) eingesetzten Kompressionswalzenaggregates eine Linienlast von 100 N/cm-900 N/cm, vorzugsweise 150 N/cm-850 N/cm, auf die aus der Öffnung der Zusatzvorrichtung kommenden preßgereckten oder druckum geformten platten-, folien-, bahnen-, bänder-, stangen- oder profilähnlichen Kunststoffteile bzw. -gegenstände im Walzenspalt eines Kompressionswalzenpaares kurzzei tig ausübt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfah rens übt mindestens ein Kompressionswalzenpaar des zur Druckverstreckung (Preßreckung) eingesetzten Kompressi onswalzenaggregates eine Linienlast von 100 N/cm-900 N/cm, vorzugsweise 150 N/cm-850 N/cm, auf die aus der Austrittsöffnung der mit einer Querschnittsverengung versehenen Formgebungs-, Preßreck- oder Zusatzvorrich tung austretenden preßgereckten oder druckumgeformten platten-, folien-, bahnen-, bänder-, stangen- oder profilähnlichen Formteile oder Gegenstände im Walzen spalt eines Kompressionswalzenpaares kurzzeitig aus, wobei diese einem Fließwalzprozeß unterworfen werden. Nach der ersten kurzzeitigen Druckverstreckung (Preß reckung) noch innerhalb der Regenerationszeit der Ermüdungserscheinung des druckbeaufschlagten Bereiches und/oder der Relaxationszeit der elastischen Rückstel lung des druckbeaufschlagten Bereiches des Thermopla sten werden die Platten, Folien, Bahnen, Bänder, Profile, platten- bzw. folienähnlichen Formteile bzw. die preßgereckten oder druckverstreckten Vorformlinge einer oder mehrerer weiterer kurzzeitiger Preßreckungen oder Druckverstreckungen und/oder Drucknachbehandlungen im Walzenspalt eines oder mehrerer weiterer Kompressi onswalzenpaare unterworfen, wobei die Temperatur dieser Walzen oder Walzenpaare gleich oder kleiner ist als die Temperatur des ersten zur Druckverstreckung eingesetz ten Kompressionswalzenaggregates.

Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform sind die Umfangsgeschwindigkeit der zur Druckverstreckung (Preßreckung) und/oder Drucknachbehandlung eingesetzten Walzen der Walzenpaare gleich. Jede Walze der zur Preßreckung oder Druckverstreckung eingesetzten Kom pressionswalzenpaare wird direkt oder indirekt durch eine Bewegungsvorrichtung angetrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Verbesse rung der mechanischen Eigenschaften, vorzugsweise zur Verbesserung der Schlagzugzähigkeit (Schlagbiegefestig keit), der Streckspannung bzw. Zugfestigkeit. Die Durchlässigkeit für gasförmige Stoffe wurde verringert. Bei bestimmten Verfahrensbedingungen wurde eine Zunahme der Oberflächenhärte festgestellt.

Bevorzugt wird die Temperatur dieser nach dem Kompres sionswalzenpaar angeordneten Walzen oder Walzenpaare kleiner gehalten als die Temperatur des ersten zur Druckverstreckung eingesetzten Kalanders bzw. Kompres sionsaggregates. Unter Regenerationszeit der Ermüdungs erscheinung des druckbeaufschlagten Bereiches des Thermoplasten versteht man in diesem Zusammenhang die Zeit, die beispielsweise nach einer stärkeren Druckein wirkung vergeht, bis sich der Kunststoff von der Ermüdung regeneriert hat. Diese Ermüdungserscheinung ist auch durch die verringerte elastische Rückstellung bemerkbar. Wird der Thermoplast mehreren stärkeren Druckeinwirkungen kurzfristig hintereinander unterwor fen, ohne daß er Zeit hatte, eine gewisse Ermüdungspha se zu durchlaufen, so tritt ein Verspröden des Thermo plasten ein und der Stoff kann brechen (bzw. "totge waltzt" werden). Wird daher ein mehrmaliges Kompressi onswalzen mit einer entsprechend höheren Linienlast kurzfristig hintereinander durchgeführt, ohne daß der Thermoplast eine gewisse Ermüdungsphase durchlaufen konnte, so besteht die Gefahr einer negativen Verände rung der mechanischen Eigenschaften des Materials, z. B. ein Verspröden, oder die Gefahr des Brechens der so behandelten Platte. Durchläuft dagegen andererseits der Stoff nach der Druckeinwirkung die gesamte Phase der Regeneration bzw. Rückstellung, und wird erst nachfol gend eine erneute Druckeinwirkung durchgeführt, so ergeben sich für diese, mit der erneuten Druckeinwir kung erzielten mechanischen Änderungen ähnliche Ergeb nisse wie die, die bei der ersten Druckeinwirkung unter vergleichbaren Bedingungen vorlagen. Daraus folgt, daß die erneute Druckbeaufschlagung des jeweiligen Berei ches des Thermoplasten im Rahmen der vorliegenden Erfindung und der vorliegenden Verfahrensbedingungen innerhalb eines bestimmten Zeitintervalles erfolgen muß (5 s-5 min, vorzugsweise 20 s-3 min).

Unter Relaxationszeit oder Zeit der elastischen Rück stellung des Thermoplasten wird die Zeit verstanden, innerhalb der sich eine verminderte elastische Dämpfung der druckbeaufschlagten Stelle des aus dem Walzenspalt kommenden Thermoplasten ergibt. Die Zeit der elasti schen bzw. spontanen elastischen Rückstellung (Relaxati onszeit bzw. Regenerationszeit) ist u. a. von den Verarbeitungsbedingungen bzw. den Einwirkungsbedingun gen (Walzentemperatur, gewählte Linienlast usw.) und von dem jeweiligen Thermoplasten abhängig (die Relaxa tionszeit braucht je nach äußeren Bedingungen nicht identisch zu sein mit der Zeit der molekularen Relaxa tion).

Je höher die gewählte Walzentemperatur innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, umso länger erstreckt sich die Regenerations- bzw. Relaxationszeit. Je härter dagegen der Thermoplast ist oder je niedriger die gewählte Walzentemperatur liegt, umso schneller stellt sich die geringe elastische Dämpfung zurück.

Für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs gemäßen Verfahrenbedingungen ergeben sich Zeitinter valle für die Bearbeitungsbedingungen innerhalb der Regenerations- bzw. Relaxationszeiten, die zwischen 5 s und 5 min, vorzugsweise zwischen 20 s und 3 min, liegen. Vergleicht man diese Zeiten, innerhalb der die druckbeaufschlagte Stelle von dem einen Walzenspalt zu dem anderen Walzenspalt gelangt und innerhalb der Relaxationszeit erneut einer Druckbeaufschlagung unterworfen wird, mit der Zeit, innerhalb der bei spielsweise eine Folie von einem Walzenspalt zu dem anderen Walzenspalt eines üblichen Kalanders gelangt, so beträgt sie ein Mehrfaches. Ebenso sind auch viele der üblichen Kalander für das erfindungsgemäße Verfah ren wegen der anzuwendenden sehr hohen Linienlast nicht geeignet.

Die weitere bzw. die weiteren auf die erste kurzzeitige Druckverstreckung (Preßreckung) innerhalb des Zeitin tervalles der Relaxationszeit bzw. Regenerationszeit des Thermoplasten fallende(n) Preßreckung(en) oder Druckverstreckung(en) und/oder Drucknachbehandlung(en) können in transversaler oder longitudinaler Richtung (Längsrichtung) erfolgen. Um ein kontinuierliches Verfahren zu ermöglichen, wird als Arbeitsrichtung die longitudinale Arbeitsrichtung bevorzugt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Walzen spalt des ersten und mindestens eines weiteren Kompres sionswalzenpaares in Abhängigkeit von der eingesetzten Materialdicke der Platten, Folien, Bahnen, Bänder oder platten- bzw. folienähnlichen Formteile derart einge stellt, daß der kürzeste Abstand der Walzen im Walzen spalt der zur Druckverstreckung eingesetzten Kompressi onswalzenpaare 30 bis 90%, vorzugsweise 50 bis 75%, der Materialdicke (Ausgangsdicke) beträgt. Durch diesen Einstellbereich wird ein optimaler Verstreckungsgrad erreicht.

Weiterhin sollen die Umfangsgeschwindigkeiten der zur Preßreckung oder Druckverstreckung und/oder Drucknach behandlung- eingesetzten Walzen und Walzenpaare gleich sein, damit ein kontinuierliches Verfahren erreicht oder zusätzliche Streckungen vermieden werden. Jede Walze der zur Preßreckung oder Druckverstreckung eingesetzten Walzenpaare wird dabei direkt oder indi rekt durch eine Bewegungsvorrichtung angetrieben.

Die Walzentemperatur der zur Druckverstreckung einge setzten Walzen liegt zwischen 20°C und einer Tempera tur (gemessen in °C), die mindestens 15% niedriger ist als die Temperatur im Kristallitschmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt des eingesetzten thermoplastischen Kunststoffes, vorzugsweise zwischen 30° und einer Temperatur (gemessen in °C), die mindestens 20% niedriger ist als die Temperatur im Kristallitschmelz punkt bzw. Erweichungspunkt des eingesetzten thermo plastischen Kunststoffes.

Die Druckverstreckung (Preßreckung) der Platten, Folien, Bahnen, Bänder, Profile, platten- bzw. folien ähnlichen Formteile oder Vorformlinge durch die hinter einander geschalteten oder in einem Abstand voneinander angebrachten Kompressionswalzenpaare (Druckwalzen) erfolgt so, daß ein Verstreckungsgrad zwischen 0,9 bis 0,30, vorzugsweise zwischen 0,75 bis 0,50, erzielt wird, wobei als Verstreckungsgrad das Verhältnis der Materialdicke nach der Verstreckung zu der Materialdic ke vor der Verstreckung definiert wird.

Durch zahlreiche Versuche wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden, wenn mindestens ein Walzenpaar des zur Drucknachbehandlung eingesetzten Kalanders eine Linien last von 75 N/cm bis 700 N/cm, vorzugsweise 80 N/cm bis 650 N/cm, auf die Platten, Folien, Bahnen, Bänder, Profile, platten- bzw. folienähnlichen Formteile oder Vorformlinge im Walzenspalt ausübt, wobei der Druck in Abhängigkeit von dem Walzenspalt variiert wird und der Walzenspalt vorzugsweise den gleichen Abstand aufweist wie der des zur Druckverstreckung vorgeschalteten Kompressionswalzenpaares.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch die aus dem Extruder (auch die Verwendung eines Breit schlitzextruders, insbesondere bei Folien, Bändern, Platten usw., ist zweckmäßig) austretenden platten-, folien-, bahnen-, bänder- oder profilähnlichen druckum geformten Teile, Gegenstände oder Vorformlinge unter Einhaltung der angegebenen Temperaturbereiche, d. h. ggf. vorzugsweise unter Abkühlung auf die erfindungsge mäßen Temperaturbereiche, unmittelbar dem Kompressions walzenaggregat zugeführt werden, so daß die Formgebung durch die Kompressionswalzen und nachgeschalteten Walzen, insbesondere auch durch die Drucknachbehand lungswalzen, erfolgt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Platten, Folien, Bänder, Bahnen, Profile oder platten- bzw. folienähnlichen Formteile werden, falls eine andere Formgebung erwünscht ist, einer Umformung, vorzugsweise einem Tiefziehverfahren, unterworfen, wobei die dabei angewendeten Temperaturen unterhalb der innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten höchsten Kompressionswalzentemperatur liegen muß. Sollte diese Temperaturen überschritten werden, müssen zusätzliche Maßnahmen (druckaufnehmende Formen und dgl.) durchgeführt werden.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können alle Thermo plasten, z. B. Polyvinylidenchlorid, Polyamid, Poly acetal, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, vor zugsweise jedoch Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyäthylen, Polyamid, Polyacetale und deren Mischpoly merisate eingesetzt werden. Bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Thermoplaste eingesetzt, die teilkristallin sind (bzw. einen Gehalt an kristal linen Bereichen aufweisen).

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Platten, Folien, Bänder, Bahnen, Profile und dgl. weisen verbesserte mechanische Eigenschaften auf. So ergibt sich beispielsweise bei den nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellten Platten, Folien, Bändern, Bahnen, Profilen, platten- bzw. folienähnli chen Formteilen und Gegenständen eine erhöhte Streck spannung und eine verbesserte Schlagzugzähigkeit, wobei diese Verbesserung der Schlagzugzähigkeit sowohl in Bahnrichtung als auch senkrecht bzw. quer zur Bahnrich tung festzustellen ist.

Die Streckspannung steigt bei den druckverstreckten Platten in Walzrichtung an. Bei einer longitudinalen, Kaskadenkompressionswalzenbehandlung bleibt sie quer zur Walzenrichtung annähernd gleich oder nimmt nur geringfügig ab, wobei sich dieses Verfahren von anderen monoaxialen Verstreckungsvorgängen unterscheidet, bei denen diese Eigenschaft quer zur Verstreckungsrichtung stärker abnimmt.

Weiterhin wurde festgestellt, daß die Dichte der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren preßgereckten oder druckverstreckten Platten, Folien, Bänder, Bahnen, Profile und dgl. geringer werden kann als die des Ausgangsmaterials. Durch Röntgenweitwinkeluntersuchun gen, Rasterelektronenmikroskopie, mikrospkopische Aufnahmen und Dichtemessungen wurde festgestellt, daß offensichtlich eine stärkere Orientierung der Moleküle des Kunststoffes durch das erfindungsgemäße Verfahren stattgefunden hat.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die aus dem Extruder oder der extruderähnlichen Vorrichtung austre tende Strangpreßmasse ganz oder teilweise auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes bzw. Erwei chungspunktes abgekühlt und anschließend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter verarbeitet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform verläßt das thermoplastische Material den Extruder oder ein vorge schaltetes Werkzeug des Extruders als dünnwandig geformtes Element oder als dünnwandige Strangpreßmasse, wobei die aus dem Extruder austretende Strangpreßmasse eine mittlere Materialdicke oder einen mittleren Durchmesser von 0,3 mm bis 30 mm, vorzugsweise 1 mm bis 15 mm, aufweist.

Bei oder nach dem Austritt aus dem Extruder wird die Strangpreßmasse teilweise abgekühlt und in mehreren übereinander- oder durcheinanderliegenden Schichten in mindestens einem Werkzeugvorraum oder unmittelbar in der Formgebungs-, Preßreck- oder Zusatzvorrichtung abgelagert und während oder nach dem Abkühlungsvorgang einer Druckumformung und/oder Scherdruckbehandlung unterworfen.

Vorrichtungen zur Herstellung von Kunststoffplatten, -folien, -bahnen, -bändern, -stangen, -formteilen, -gegenständen oder -profilen von hoher mechanischer Festigkeit sind zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Diese Vorrichtungen bestehen aus einem Extruder oder einer ähnlichen, mit einer Misch- und Heizvorrichtung ausgerüsteten Vorrichtung sowie mehreren Zusatzvorrichtungen, wobei mindestens eine Formgebungs-, Preßreck- oder andere Zusatzvorrichtung einen oder mehrere Preßstempel und mindestens eine Düse, einen Schlitz oder eine ähnliche als Austritts öffnung ausgebildete Querschnittsverengung, aus der der Kunststoff während der Preßreckung oder Druckumformung mittels der Preßstempel ausgepreßt wird, sowie min destens eine vorgeschaltete und/oder in der Zusatzvor richtung angebrachte Kühlvorrichtung enthält. Nach dieser Austrittsöffnung sind eine oder mehrere Vorrich tung(en) zur Weiterverarbeitung und/oder Kühlung angeordnet. Als Vorrichtung zur Weiterverarbeitung ist z. B. ein Kompressionswalzenaggregat oder Kompressions walzenpaar der Austrittsöffnung nachgeordnet.

Dieses Kompressionswalzenaggregat besteht aus einem oder mehreren Walzenpaaren, von denen mindestens ein Walzenpaar unter Mitverwendung mechanischer, hydrauli scher, elektrischer und/oder elektromagnetischer Zusatzvorrichtungen als Druckwalzenpaar (Kompressionswalzenpaar), vorzugsweise ein weiteres Walzenpaar unter Mitverwendung mechanischer, hydrauli scher, elektrischer und/oder elektromagnetischer Zusatzvorrichtungen als Druckwalzenpaar (Kompressions walzenpaar) und/oder Drucknachbehandlungswalzenpaar ausgebildet sind. Jede Walze der zur Druckverstreckung und zur Drucknachbehandlung eingesetzten Walzenpaare ist direkt oder indirekt durch eine Bewegungsvorrich tung antreibbar und weist gleiche Walzendurchmesser auf. Nach einer möglichen Ausführungsform ist minde stens ein Walzenpaar des zur Druckverstreckung (Preß reckung) eingesetzten Kompressionswalzenaggregates durch die mitverwendeten mechanischen, hydraulischen, elektrischen und/oder elektromagnetischen zusatzvor richtungen so konstruiert und angeordnet, daß es durch Druck- oder Zugspannung eine Linienlast von 100 N/cm bis 900 N/cm, vorzugsweise 150 N/cm bis 850 N/cm, auf die Platten, Folien, Bahnen, Bänder oder anderen Formteile ausübt, wobei die Walzentemperatur des zweiten, dritten oder n-ten zur Druckverstreckung und/oder Drucknachbehandlung eingesetzten Walzenpaares annähernd gleich oder kleiner ist als die Temperatur des ersten zur Druckverstreckung eingesetzten Druckwal zenpaares (Kompressionswalzenpaares).

Zur Durchführung des Verfahrens ist z. B. vor dem ersten Kompressionswalzenpaar und/oder vor und/oder an der Austrittsöffnung der Zusatzvorrichtung zum Druck verpressen (Preßrecken) eine Temperiervorrichtung, vorzugsweise zum Abkühlen der Platten, Folien, Bahnen, Bänder oder platten- bzw. folienähnlichen Formteile oder Vorformlinge, angeordnet, wobei die Temperiervor richtung vorzugsweise auf einen Temperaturbereich eingestellt ist, der zwischen 26°C und einer Tempera tur (gemessen in °C) liegt, die mindestens 20% niedri ger ist als die Temperatur im Kristallitschmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt des eingesetzten Thermoplasten, vorzugsweise zwischen 30°C und einer Temperatur (gemessen in °C) liegt, die mindestens 30% niedriger ist als die Temperatur im Kristallitschmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt des eingesetzten Thermoplasten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens und mit Hilfe der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt Platten, Folien, Bahnen, Bänder, platten- bzw. folienähnliche Formteile oder Gegenstände aus Kunststoff mit einer Ausgangsdicke von mehr als 2 mm, vorzugsweise mehr als 2,5 mm, der Druckverstreckung unterworfen.

Beispiele Beispiel 1

Polypropylen wurde unter Verwendung eines Extruders plastifiziert. Die austretende Strangpreßmasse hatte bei dem Austritt eine Temperatur von 170°C und wies einen mittleren Durchmesser von ca. 12 mm auf. Die Abkühlzeit betrug 4 Minuten. Die Temperatur der Strang preßmasse war unmittelbar vor der Druckverstreckung auf ca. 120°C herabgesenkt worden, während die zur Druckverstreckung verwendete Vorrichtung auf eine Temperatur von ca. 23 bis 35°C gehalten wurde. Beim Einpressen durch die Düse konnte ein Druck von 100-20 N/mm² gemessen werden. Die obere Düsenöffnung (die im vorliegenden Fall auch dem Innendurchmesser der Vor richtung entsprach) hatte einen Durchmesser von 22 mm, während die untere Düsenöffnung 20 mm lang und 5 mm breit war. Ein Verdichtungsdruck von 300 N/mm² wurde eingehalten. Das Material wurde durch Druckverstreckung in ein Werkzeug gepreßt, wobei eine Druckhaltezeit von 40 Sekunden unter Verwendung des vorgenannten Verdich tungsdruckes eingehalten wurde. Die unter Verwendung des Werkzeuges hergestellten rechteckigen Platten bzw. Stäbe hatten eine Abmessung von 20×5×50 mm und wiesen eine erhöhte Zug- und Schlagbiegefestigkeit auf.

Beispiel 2

Niederdruckpolyäthylen entsprechend Beispiel 1 wurde unter gleichen Temperaturen, Vorrichtungen usw. druck verstreckt, wobei der aus der unteren Düsenöffnung austretende Strang von einem Kompressionswalzenaggregat erfaßt und einer weiteren Druckverstreckung unterworfen wurde. Dabei verringerte sich die ursprüngliche Plat tendicke (Ausgangsdicke 5 mm) auf 2,6 mm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffplatten, -folien, -bahnen, -bändern, -stangen, -formteilen, -gegenständen oder -profilen von hoher mechanischer Festigkeit aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei das thermoplastische Material zunächst auf oder über seinen Schmelz- oder Erweichungspunkt erwärmt und die aus dem Extruder oder der extruderähnlichen Vorrichtung austretende Strangpreßmasse ganz oder teilweise auf eine Temperatur unterhalb des Schmelz punktes bzw. Erweichungspunktes abgekühlt wird, wobei die Strangpreßmasse während des Abkühlungs vorganges in einer Formgebungsvorrichtung, Preßreck vorrichtung oder einer anderen Zusatzvorrichtung mindestens einer Druckumformung oder Preßreckung bei Drücken von 90 N/mm² bis 1500 N/mm² (in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kunststoff und der Temperatur der Strangpreßmasse) und/oder mindestens einer pulsie renden Druck- oder Scherdruckbehandlung unterworfen wird und der druckumgeformte oder preßgereckte oder scherdruckbehandelte Kunststoff nachfolgend inner halb der Regenerations- oder Relaxationszeit von 5 sec bis 5 min mindestens einem weiteren Preßreck-, Druckumform-, Druckverstreck- und/oder Reckprozeß unterworfen wird, vorzugsweise unter Verwendung mindestens eines Walzenpaares.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungs-, Preßreck- oder Zusatzvorrich tung für die aus dem Extruder austretende Strang preßmasse mit einer Querschnittsverengung und einem zur Aufnahme der Strangpreßmasse dienenden Vorraum bzw. einer Kammer versehen ist und eine Düse, einen Schlitz oder eine ähnliche, als Austrittsöffnung ausgebildete Querschnittsverengung aufweist und die Strangpreßmasse aus der Formgebungs-, Preßreck- oder Zusatzvorrichtung unter Drücken von
90 N/mm²-1500 N/mm², vorzugsweise
155 N/mm²-1000 N/mm²,
und/oder unter pulsierendem Druck oder Scherdruck ausgepreßt und vor und/oder während des Auspressens einer Temperierphase, vorzugsweise einer Abkühlpha se, unterworfen wird und daß der ausgepreßte und molekularorientierte Thermoplast unmittelbar oder unter Einschaltung einer Zwischenzone, nachfolgend mindestens einem weiteren Temperier-, vorzugsweise Kühlprozeß und/oder Verarbeitungsprozeß, unterworfen wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der aus der Formgebungs-, Preßreck- oder anderen Zusatzvorrichtungen ausgepreßte moleku larorientierte Thermoplast unmittelbar oder unter Einschaltung einer Zwischenzone innerhalb der Relaxationszeit in eine oder mehrere, mit der Austrittsöffnung oder dem Zwischenstück in druckfe ster Verbindung stehende Formen bzw. Formnester, vorzugsweise geschlossene Formen bzw. Formnester, unter weiterer Molekülorientierung unter gleichzei tiger oder nachfolgender Temperierung, vorzugsweise Abkühlung, eingepreßt und auch nach der Füllung der Formen bzw. Formnester während eines Zeitraumes von 1 sec bis 5 min, vorzugsweise 10 sec bis 2 min, der Druck aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberflächen der aus dem Extruder austretenden Strangpreßmassen (pro Gewichtseinheit) zu den Oberflächen des jeweils daraus geformten Formteiles bzw. Gegenstandes im Verhältnis
30 : 1 bis 1,1 : 1, vorzugsweise
15 : 1 bis 1,2 : 1,
stehen.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der druckumgeformte Kunststoff durch Druckverstrecken im Walzenspalt mindestens eines Kalanderwalzenpaares bzw. Kompressionswalzenpaares unterhalb des Kristallitschmelzpunktes bzw. Erwei chungspunktes des Thermoplasten innerhalb der Relaxationszeit weiterverarbeitet wird, wobei mindestens ein Kompressionswalzenpaar des zur Druckverstreckung (Preßreckung) eingesetzten Kom pressionswalzenaggregates eine Linienlast von
100 N/cm-900 N/cm, vorzugsweise
150 N/cm-850 N/cm,
auf die aus der Öffnung der Zusatzvorrichtung kommenden preßgereckten oder druckumgeformten platten-, folien-, bahnen-, bänder-, stangen- oder profilähnlichen Kunststoffteile bzw. -gegenstände im Walzenspalt eines Kompressionswalzenpaares kurzzei tig ausübt.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß noch innerhalb der Relaxations zeit der elastischen Rückstellung des druckbeauf schlagten Bereiches des Thermoplasten die Platten, Folien, Bahnen, Bänder, Profile, platten- bzw. folienähnlichen Formteile bzw. die preßgereckten bzw. druckverstreckten Vorformlinge einer oder mehreren weiteren kurzzeitigen Preßreckungen oder Druckverstreckungen und/oder Drucknachbehandlungen im Walzenspalt eines oder mehrerer weiterer Kompres sionswalzenpaare unterworfen werden, wobei die Temperatur dieser Walzen oder Walzenpaare gleich oder kleiner ist als die Temperatur des ersten zur Druckverstreckung (Preßreckung) eingesetzten Kom pressionsaggregates.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeiten der zur Druckverstreckung (Preßreckung) und/oder Druck nachbehandlung eingesetzten Walzen der Walzenpaare gleich sind und daß jede Walze der zur Druckverstre ckung (Preßreckung) eingesetzten Kompressionswalzen paare direkt oder indirekt durch eine Bewegungsvor richtung angetrieben wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermopla stische Material den Extruder oder ein vorgeschal tetes Werkzeug des Extruders als dünnwandig geform tes Element oder als dünnwandige Strangpreßmasse verläßt, wobei die aus dem Extruder austretende Strangpreßmasse eine mittlere Materialdicke oder einen mittleren Durchmesser von
0,3 mm bis 30 mm, vorzugsweise
1 mm bis 15 mm,
aufweist und bei oder nach dem Austritt aus dem Extruder teilweise abgekühlt und in mehreren über einander- oder durcheinanderliegenden Schichten in mindesten einem Werkzeugvorraum oder unmittelbar in einer Formgebungs-, Preßreck- oder anderen Zusatz vorrichtung abgelagert und während oder nach dem Abkühlvorgang einer Druckumformung (Preßreckung) und/oder Scherdruckbehandlung unterworfen wird.