DE3502019A1

DE3502019A1 - Verfahren zur passiven druckstabilisierung einer kunststoffschmelze

Info

Publication number: DE3502019A1
Application number: DE19853502019
Authority: DE
Inventors: Dieter 6682 Ottweiler Mathieu
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Trespaphan GmbH and Co KG
Priority date: 1985-01-23
Filing date: 1985-01-23
Publication date: 1986-07-24
Anticipated expiration: 2005-01-24
Also published as: DE3502019C2

Description

Verfahren zur passiven Druckstabilisierung einer Kunst-
stoffschmelze Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung des Druckes einer thermoplastischen Schmelze innerhalb einer Extrusionsdüse bei der Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Extrusionsverfahren. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von flachen und schlauchförmigen Folien aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Extrusionsverfahren ist es aus Gründen der Dickengleichmäßigkeit der fertigen Folie und im Hinblick auf die Laufsicherheit der Folien während des Folienherstellungsprozesses notwendig, den Druck der Schmelze innerhalb der Extrusionsdüse möglichst konstant auf einem bestimmten Niveau zu halten. Druckschwankungen, insbesondere periodische, treten vor allem dann auf, wenn innerhalb der Schmelze Temperaturungleichmäßigkeiten und damit einhergehend Veränderungen der Viskosität beobachtet werden.
Man hat infolgedessen versucht, die Temperaturführung der Kunststoffschmelze während der Extrusion durch entsprechend ausgelegte Extruderschnecken sowie durch in der Extruderbuchse angebrachte Nuten gleichmäßiger zu gestalten. Dennoch entstehen trotz dieser Maßnahmen immer noch Druckpulsationen, die zu unerwünschten Problemen an der fertigen Folie sowie während des Folienherstellungsprozesses führen.
Es wurde daher versucht, dem Extruder Schmelzemischer nachzuschalten, um eine noch gleichmäßigere Temperatur der Schmelze zu erzielen, der Nachteil hierbei ist jedoch, daß an diesen Schmelzemischern ein insgesamt zu hoher Druckverlust entsteht.
Ausgehend von den geschilderten Problemen lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, den Druck einer Kunststoffschmelze unabhängig von innerhalb der Schmelze auftretenden Temperaturunterschieden konstant auf einem bestimmten vorgegebenen Niveau zu halten, mit dem insbesondere kurzfristige, periodische Druckveränderungen wirkungsvoll ausgeschaltet, mit dem aber auch darüber hinaus innerhalb kurzer Zeit sich aufbauende, länger anhaltende Druckveränderungen wirksam ausgeglichen werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung, dessen kennzeichnendes Merkmal darin zu sehen ist, daß das Schmelzevolumen in Abhängigkeit vom Schmelzedruck verändert wird.
Das Schmelzevolumen ist bei den üblicherweise für die Extrusion von thermoplastischen Kunststoffen verwendeten Vorrichtungen vorgegeben durch die Strecke beginnend mit der Schmelzeleitung am Ausgang des Plastifizierungsextruders, gegebenenfalls umfassend eine Filtervorrichtung, und endend mit dem Auslaß für die Schmelze an der Öffnung der Extrusionsdüse. Der Auslaß für die Schmelze kann bei Extrusionsdüsen für die Folienherstellung die Form eines länglichen Schlitzes aufweisen oder ringförmig sein, für die Herstellung von Fäden ist der Auslaß punktförmig. Der Schmelzedruck nimmt vom Ausgang des Plastifizierungsextruders zum Auslaß der Schmelze an der Extrusionsdüse hin kontinuierlich ab. Es wurde nun gefunden, daß das Schmelzevolumen in vorteilhafter Weise verändert werden kann, indem ein Gegendruck gegen den Schmelzedruck, insbesondere ein Federdruck oder ein Gas-oder Fltssigkeitsdruck, angelegt wird. Der Gegendruck bewirkt, daß der Schmelzedruck am Auslaß für die Schmelze an der Extrusionsdüse stets konstant bleibt. Wenn der Schmelzedruck innerhalb des Schmelzevolumens ansteigt, weicht der Gegendruck zurück, und das Schmelzevolumen wird größer; wenn der Schmelzedruck innerhalb des Schmelzevolumens abfällt, rückt der Gegendruck nach und bewirkt dadurch eine Verringerung des Schmelzevolumens an der Stelle des Druckabfalls.
Die in der Schmelze auftretenden Druckveränderungen werden normalerweise in Zeitintervallen im Bereich von 2 bis 5 sec beobachtet, sie können sich allerdings in Extremfällen auch bis auf 20 bis 25 sec ausdehnen. In den genannten Zeitintervallen treten üblicherweise Druckdifferenzen im Bereich von 2 bis 5 bar auf, die allerdings in Extremfällen auch bis zu 10 bis 15 bar reichen können. Die genannten Zahlenwerte sind abhängig von der Größe des Schmelzevolumens und der Schmelzedurchsatzmenge.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit einer Vor- richtung durchführen, bei der zwischen dem Plastifizierungsextruder, bzw. diesem gegebenenfalls nachgeschalteten Filterelement, und der Extrusionsdüse ein Kompensationselement zwischengeschaltet ist. Das Kompensationselement besitzt einen Schmelzeeinlaß und einen Schmelzeauslaß, und es besteht im wesentlichen aus einem Membranrohr. Unter dem Begriff Membranrohr ist ein Rohrkörper zu verstehen, der elastische Wandungen besitzt und der infolgedessen befähigt ist, sein Volumen durch Formänderungen des Querschnitts oder des Außenumfangs in Abhängigkeit von Druckveränderungen des in ihm befindlichen Mediums zu verändern, ohne daß seine Lage innerhalb des Gesamtsystems verändert wird. Die Formänderungen können entweder aufgrund der gegen den Schmelzedruck wirkenden Federkraft des Membranrohrs selbst oder in bevorzugter Ausgestaltung durch einen von außen auf das Membranrohr zur Wirkung kommenden Gegendruck eines gasförmigen oder flüssigen Mediums bewirkt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das Kompensationselement aus einem Membranrohr aus Stahl mit Federeigenschaften, das einen ovalen Querschnitt und eine Wanddicke im Bereich von 0,05 bis 1,2 mm, bevorzugt von 0,3 bis 0,8 mm, aufweist und das in einem ummantelten zylindrischen Hohlraum angeordnet ist, in welchem ein Gasgegendruck zur Wirkung gebracht werden kann.
Um die Erfindung noch deutlicher zu offenbaren, wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Kompensationselement.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze zu dem als Ausführungsbeispiel beschriebenen Modellversuch.
In Figur 1 ist ein Plastifizierungsextruder 1 dargestellt, in dem das thermoplastische Kunststoffmateriai in schmelzeflüssigen Zustand überführt wird. Über eine Schmelzeleitung 5 gelangt die Schmelze in ein Filterelement 2. Nach dem Filterelement 2 ist das Kompensationselement angeordnet, umfassend einen Außenmantel 4, ein Membranrohr 6 und einen Gegendruckraum 7. Dem Kompensationselement nachgeschaltet ist die Extrusionsdüse 3.
Ferner dargestellt sind in Figur 1 Druckmeßgeräte 8 und 9 sowie ein Regler 10, der über ein Ventil 11 den Gasgegendruck im Gegendruckraum 7 einstellt.
In Figur 2 ist ein senkrechter Querschnitt durch ein Kompensationselement dargestellt, in dem das Membranrohr 6 mit ovalem Querschnitt zu erkennen ist, sowie der Gegendruckraum 7, der mit der Gasdruckleitung 12 in direkter Verbindung steht, sowie die Außenummantelung 4.
Beispiel Es wurde ein Modellversuch durchgeführt, bei dem mit einer Pumpe P in einem Flüssigkeitskreislauf einer Flüs- sigkeit mit einer Viskosität, vergleichbar mit derjenigen einer Kunststoffschmelze, Druckschwankungen induziert wurden. Ferner befand sich in dem Kreislaut ein über ein verschließbares Abzweigventil A zuschaltbarer Membranbehälter M, in dem über eine Druckmembran aus einer Druckgasflasche ein Gegendruck auf die Flüssigkeit ausgeübt werden konnte. Es waren zwei Meßpunkte für die Druckschwankungen in der Flüssigkeit vorhanden, M1 unmittelbar an der Stelle des Kreislaufs, an der von der Pumpe die Druckschwankungen erzeugt wurden, und M2 an einer Stelle zwischen dem verschließbaren Abzweigventil A und einem Filterelement F. Die gemessenen Druckschwankungen konnten in einem Schreiber S ausgewertet und aufgezeichnet werden.

In der folgenden Tabelle sind die Meßergebnisse des Versuchs zusammengestellt, die Druckschwankungen lagen zeitlich etwa bei 1 sec.

P bei M1 Ap bei M2

(bar) (bar)

Abzweigventil A 26,12 12,4

geschlossen 35 ,75 24 , 7

Abzweigventil A 17,9 0,35

leicht geöffnet 19,9 0,8

35,75 1 65

Abzweigventil A 35,75 0,44

voll geöffnet

Der Versuch zeigt, daß bei Einwirkung eines Gegendrucks auf die Flüssigkeit die Druckschwankungen innerhalb der Flüssigkeit praktisch vollständig verschwinden, während sie ohne den Gegendruck deutlich beobachtet werden.

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Claims

Patentansprüche Verfahren zur Stabilisierung des Druckes einer thermoplastischen Schmelze innerhalb einer Extrusionsdüse bei der Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Extrusionsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzevolumen in Abhängigkeit vom Schmelzedruck verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegendruck gegen den Schmelzedruck angelegt wird, bevorzugt ein Federdruck oder ein Druck eines flüssigen oder gasförmigen Mediums.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druckdifferenzen von 2 bis 15 bar, bevorzugt von 2 bis 10 bar, die in Zeitintervallen von 2 bis 25 sec, insbesondere von 2 bis 20 sec, auftreten, ausgeglichen werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Plastifizierungsextruder (1), gegebenenfalls ein Filterelement (2) sowie eine Extrusionsdüse (3), dadurch gekennzeichnet, daß dem Plastifizierungsextruder (1), bzw. gegebenenfalls dem Filterelement (2), und der Extrusionsdüse (3) ein Kompensationselement zwischengeschaltet ist, umfassend einen Schmelzeeinlaß, einen Schrnelzeauslaß und ein Membranrohr (6).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationselement ein Membranrohr (6) umfaßt mit einem ovalen Querschnitt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranrohr (6) aus Stahl mit bedereigenschaften besteht und eine Wanddicke im Bereich von 0,05 bis 1,2 mm, bevorzugt von 0,2 bis 0,8 mm, aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranrohr (6) in einem von einem Außenmantel (4) ummantelten zylindrischen Hohlraum (7) angeordnet ist, in dem ein Gasgegendruck zur Wirkung gebracht werden kann.