DE4002214A1 - Verfahren und vorrichtung zur endlosen herstellung von platten aus einer warmen, plastischen kunststoff-formmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur endlosen Herstellung von Platten aus einer warmen, plastischen Kunststoff-Formmasse durch kontinuierliche, unter Druck erfolgende Extrusion der Formmasse in eine Form, deren Innenprofil dem Plattenprofil entspricht, und Verfestigung der Formmasse in der Form. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Beim Stranggießen in - gegebenenfalls gekühlte - Gleitformen muß die verwendete Kunststoff-Formmasse wegen der Volumenkon­ traktion der nach und nach erstarrenden Zonen der Schmelze unter Druck gehalten und gefördert werden, so daß insbesondere im Kern des Fertigprodukts keine Lunker entstehen. Durch die Wirkung des Druckes entsteht eine Reibungskraft zwischen extru­ diertem Profil und Gleitform, die leicht zu Rissen und anderen Oberflächenbeschädigungen am Fertigprodukt sowie zu inneren Spannungen desselben führen kann. Um diese Mängel zu vermeiden, hat man bisher beim Stranggießen nur mit relativ kleinen Aus­ stoßgeschwindigkeiten gearbeitet und die Fertigprodukte nöti­ genfalls nachträglich getempert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Stranggieß­ verfahren zur endlosen Herstellung von Platten so zu verbes­ sern, daß das Endprodukt keine Oberflächenbeschädigungen auf­ weist und spannungsfrei ist, und dennoch mit relativ großen Ausstoßgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Kunststoff-Formmasse kontinuierlich und unter Druck in eine druckdichte Form bildende Mehrbandpresse mit vorlaufenden Preß­ bändern extrudiert und sie dort unter Druck verfestigt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt eine wenigstens aus zwei einander gegenüberliegenden, endlos umlau­ fenden Hauptbändern bestehende Mehrbandpresse mit Ein- und Aus­ laufseite, seitliche Bänder oder Gleitkufen, die den Zwischen­ raum zwischen den Hauptbändern seitlich dicht verschließen und eine an der Einlaufseite angeordnete, druckdicht an die Bänder oder Gleitkufen angeschlossene Extrusionsdüse.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammen mit der beiliegenden, schematischen Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenan­ sicht einer Mehrbandpresse mit an der Einlaufseite druckdicht angeschlossener Extrusionsdüse;

Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht der Anordnung aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 und 6 Erstarrungslinien einer in der Mehrbandpresse geförder­ ten Kunststoff-Formmasse;

Fig. 7 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Anordnung mit einer mehrere Austrittsöffnungen besitzenden Extrusionsdüse und

Fig. 8 schematisch eine abgewandelte Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.

Die Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt eine Doppel- oder Mehrbandpresse 1 mit zwei oberen Walzen 2, 3 und zwei unteren Walzen 4, 5 um welche endlose Preßbänder 6 bzw. 7 herumgeführt sind. Mindestens jeweils eine der Walzen 2, 3 bzw. 4, 5 ist motorisch angetrieben und beheizt, so daß die Preßbänder 6, 7 erwärmt werden und kontinuierlich umlaufen. Zwischen dem unte­ ren Trumm des oberen Preßbandes 6 und dem oberen Trumm des unteren Preßbandes 7 ist ein Reaktionsraum 8 ausgebildet.

Im Bereich der die Einlaufseite der Anordnung bildenden Walzen 2 und 4 ist an die vorlaufenden Preßbänder 6, 7 druckdicht eine Extrusionsdüse 9 angeschlossen, die beispielsweise einem Extru­ der (Rammextruder, Schneckenextruder) nachgeschaltet ist. Über eine Eintrittsöffnung 11 der Extrusionsdüse 9 wird eine warme, plastische Kunststoff-Formmasse, beispielsweise ein Thermo­ plast, ein Duroplast, eine elastomerer Kunststoff oder eine Mischung solcher Kunststoffe, in einen Düsenraum 12 eingelei­ tet. Die Formmasse 9 verläßt die Extrusionsdüse über eine Aus­ trittsöffnung 13, die zwischen den Walzen 2 und 4 liegt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der zwischen den Hauptbändern 6, 7 gelegene Reaktionsraum 8 seitlich von zwei weiteren endlo­ sen Bändern 15, 16 verschlossen, die um Walzen 17, 18 bzw. 19, 20 umlaufen. Wenigstens eine der Walzen 17, 18 bzw. 19, 20 ist motorisch angetrieben und gegebenenfalls beheizt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die seitlichen Bänder 15, 16 druckdicht an den Hauptbändern 6, 7 anliegen und damit den Reaktionsraum 8 seitlich druckdicht verschließen.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die Extrusionsdüse an ihrer Austrittsöffnung 13 derart vorspringend ausgebildet, daß sich die seitliche Außenbegrenzung der Extrusionsdüse 9 eng an die an der Einlaufseite der Mehrbandpresse 1 vorgesehenen Walzen bzw. die auf diesen Walzen liegenden Preßbänder anschmiegt. Die zwischen die Walzen an der Einlaufseite der Mehrbandpresse vor­ springenden Randkanten der Extrusionsdüse 9 können, beispiels­ weise unter Verwendung geeigneter, thermoresistenter Kunststof­ fe, elastisch ausgebildet werden, so daß sie sich unter dem Druck der die Extrusionsdüse 9 verlassenden Kunststoff-Form­ masse dicht an die Preßbänder 6, 7, 15, 16 anlegen.

Die Drehachsen der (großen) Walzen 2, 3, 4 und 5 liegen gewöhn­ lich horizontal, während die Achsen der (kleinen) Walzen 17, 18, 19, 20 gewöhnlich vertikal ausgerichtet sind.

Wie weiterhin aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind an den Rück­ seiten der den Reaktionsraum 8 begrenzenden Preßbandabschnitte an sich bekannte Druckplatten 21 vorgesehen, die die Bänder in gegenseitiger Abdichtung halten und auf die im Reaktionsraum 8 vorlaufende Formmasse den erforderlichen Preßdruck ausüben. Die Druckplatten 21 können in ebenfalls an sich bekannter Weise geheizt oder gekühlt sein. Normalerweise sind die den Walzen 2, 4 bzw. 17, 19 benachbarten Druckplatten beheizt, während die an der Auslaufseite der Mehrbandpresse (Walzen 3, 5, 18, 20) vor­ gesehenen Druckplatten gekühlt sein können. Es ist jedoch auch möglich, im Bereich der Auslaufseite noch einmal beheizte Druckplatten vorzusehen, um das auslaufende Fertigprodukt nach vorher erfolgter Kühlung zu tempern.

Die Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1. Man erkennt in dieser Figur insbesondere auch die im Reaktionsraum 8 druckdicht eingeschlossene und vorgeschobene Kunststoff-Formmasse 22, die einen plattenförmigen Strang mit verhältnismäßig großen, oberen und unteren Breitseiten 23 bzw. 24 sowie relativ kleinen Schmalseiten 25 bzw. 26 bildet. Nach Verlassen der Mehrbandpresse 1 kann dieser plattenförmige Strang in einzelne Platten oder Tafeln zerteilt werden.

Die Fig. 4 zeigt in einer Ansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1 die Mündung der Extrusionsdüse 9 zwischen den Walzen 2, 4, 17, 19 sowie die Anpassung der äußeren Düsengestalt an die Walzenkontur.

Bei der beschriebenen Ausführungsform einer Mehrbandpresse sind die Hauptbänder 6, 7 seitlich von den Bändern 15, 16 druckdicht verschlossen. Es ist möglich, diese seitlichen Bänder 15, 16 durch stationäre Gleitkufen zu ersetzen. Zwar entsteht in die­ sem Falle an den Schmalseiten des extrudierten und vorgeschobe­ nen, plattenförmigen Stranges eine an sich unerwünschte Rei­ bung, da jedoch die Schmalseiten des Stranges wesentlich klei­ ner als seine Breitseiten sind, kann diese relativ kleine Rei­ bung unter Umständen in Kauf genommen werden.

Beim Strangpressen und also auch beim erfindungsgemäßen Verfah­ ren schreitet der Erstarrungsvorgang der Kunststoff-Formmasse in der Form (Mehrbandpresse) nur langsam von außen nach innen fort, wobei die Grenze zwischen dem erstarrten Bereich und der Schmelze eine kegelförmige Gestalt 10 (Fig. 1) annimmt. Fig. 5 zeigt schematisch den von den Bändern 6, 7, 15 und 16 gebilde­ ten Reaktionsraum 8 und die in sich geschlossenen Kurven 27, welche die kegelförmige Gestalt der Grenzfläche zwischen dem außen gelegenen, erstarrten Bereich und der innen gelegenen Schmelze repräsentieren. Die Erstarrung schreitet durch gleich­ mäßige Kühlung von außen nach innen fort und führt dazu, daß im äußeren Bereich des extrudierten Profils unerwünschte Druckei­ genspannungen und im inneren Bereich des extrudierten Profils unerwünschte Zugeigenspannungen entstehen.

Diese inneren Spannungen lassen sich entsprechend Fig. 6 durch das Anlegen der beheizten Druckplatten 21 an die seitlichen Bänder 15, 16 vermeiden. In diesem Falle verbleibt die Kunst­ stoff-Formmasse im Bereich der seitlichen Bänder 15, 16 im Schmelzzustand und erstarrt lediglich schichtweise von oben bzw. unten nach innen. Es wurde gefunden, daß sich dabei innere Spannungen an den beheizten Seitenbereichen der Formmasse 22 weitgehend ausgleichen. Es entsteht auf diese Weise ein sehr eigenspannungsarmes, von den Breitseiten her schichtweise erstarrtes, plattenförmiges Extrudat.

In Fig. 7 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Unterschied zwi­ schen den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 7 besteht darin, daß die Extrusionsdüse 29 nicht nur eine, sondern zwei überei­ nander gelegene Austrittsöffnungen 31 und 32 aufweist, so daß insbesondere verschiedene Kunststoff-Formmassen in zwei Lagen übereinander in den Reaktionsraum 8 zwischen den Bändern 6, 7 eingebracht und somit laminierte Platten oder Tafeln herge­ stellt werden können. Es ist möglich, statt zwei Austrittsöff­ nungen auch mehr als zwei solcher Öffnungen an der Düse 29 vor­ zusehen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtungen wird die aus der Extrusionsdüse 9, 29 austretende, warme und plastische Kunststoff-Formmasse (Schmelze) kontinuierlich und unter Druck zwischen die vorlaufenden Bänder 6, 7, 15, 16 eingebracht, von diesen mitge­ nommen und gezielt über die Platten 21 abgekühlt, so daß an den seitlichen Begrenzungen des extrudierten Profilstranges prak­ tisch keine Reibung entsteht, die zu unerwünschten Oberflächen­ defekten des Extrudats und inneren Spannungen desselben führen könnte. Die Mehrfachbandpresse wird so lang ausgebildet, daß sich das Extrudat in ihr zum gewünschten Profil verfestigt und an der Auslaufseite der Presse austritt. Die Verfestigung kann dabei durch gekühlte Druckplatten 21 beschleunigt werden. Die Verfestigung kann auch durch eine der Mehrfachbandpressen nach­ geschaltete Sprüh- oder Wasserbadkühlung beschleunigt werden.

Die pro Zeiteinheit aus der Düse 9, 29 zwischen die Preßbänder 6, 7, 15, 16 eingebrachte Menge der Formmasse und die Vorlauf­ geschwindigkeit dieser Bänder werden so aufeinander abgestimmt, daß zwischen der Formmasse und den Bändern praktisch keine Relativbewegung stattfindet.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Kunststoffmassen können beispielsweise bestehen aus: Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethacrylat, Poly­ amidimid, Polyetherketon, Polysulfon, Polyurethan, gesättigter und ungesättigter Polyester, Epoxidharz, Phenolharz, Melamin­ harz, Polyimid und Polytetrafluorethylen sowie Mischungen davon.

In die Kunststoff-Formmasse können Verstärkungsstoffe beispiels­ weise Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Metall- und natürliche Tex­ tilfasern, Kreide, Silikat, Glimmer, Graphit, Molybdändisulfid eingebracht werden.

Ferner ist es möglich, an der Einlaufseite der Mehrbandpresse zwischen den dort die Walzen 2, 4 umschlingenden Bändern 6, 7 einerseits und der Außenbegrenzung der Düse 9 andererseits eine Folie, eine Matte oder dergleichen, druckdicht in den Reak­ tionsraum 8 mit einlaufen zu lassen, so daß sich ein an den Breitseitenoberflächen beschichtetes Endprodukt ergibt. Eine solche Matte kann beispielsweise aus Glasfasern bestehen.

Bei Verwendung von außenseitig strukturierten (plastisch gemu­ sterten) Preßbändern 6, 7 lassen sich erfindungsgemäß auch Platten mit entsprechend strukturierter Oberfläche herstellen.

Strukturierte Oberflächen an dem erfindungsgemäß hergestellten Plattenprofil lassen sich auch dadurch erzeugen, daß man auf die Preßbänder entsprechend oberflächlich profilierte Tafeln aufbringt, die von den Preßbändern mitgenommen werden und zwi­ schen welche die Kunststoff-Formmasse eingebracht wird.

Durch Verstellen des Abstandes zwischen den Walzen 2, 3 einer­ seits und den Walzen 4, 5 andererseits und damit zwischen den Preßbändern 6 und 7 lassen sich Platten unterschiedlicher Dicke herstellen. In diesem Fall werden die Extrusionsdüsen 9, 29 in an sich bekannter Weise aus mehreren, zueinander verstellbaren Teilen ausgebildet, die eine Anpassung an den geänderten Abstand zwischen den Preßbändern 6 und 7 gestatten. Insbesonde­ re kann die Extrusionsdüse 9, 29 dabei so ausgebildet werden, daß auch der Querschnitt der Düsenaustrittsöffnung in Abhängig­ keit von dem eingestellten Abstand der Hauptbänder in seiner Höhe verstellbar ist.

Entsprechendes gilt auch für die Verstellbarkeit des Austritts­ querschnittes der Extrusionsdüse in Querrichtung, also der Breite nach, wobei diese Verstellung in Abhängigkeit von dem eingstellten Abstand der seitlichen Bänder (oder Gleitkufen) erfolgt, falls diese zwischen den Hauptpreßbändern 6, 7 ange­ ordnet sind und mit ihren Seitenkanten abgedichtet an diesen Bändern anliegen.

Durch entsprechende Ausbildung der Extrusionsdüse 9, 29 in an sich bekannter Weise kann im übrigen der Druck, unter welchem die Formmasse im Reaktionsraum 8 verfestigt wird, eingestellt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die mit der Kunststoff-Formmasse in Kontakt gelangenden Flächen der Extrusionsdüse 9, 29 und der Preßbänder 6, 7, 15, 16 so ausgebildet sind, daß die Formmasse nicht daran haftet. So können diese Flächen beispielsweise mit Polytetrafluoräthylen beschichtet werden. Auf die Außenseiten der Preßbänder kann ein Schmiernebel aufgebracht werden.

Die Fig. 8 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines abgewandelten Verfahrens gemäß der Erfindung. Wie darge­ stellt, wird die Formmasse 22 an der Einlaufseite der Mehrband­ presse 51, also im Bereich der Walzen 2 und 4 ohne Verwendung einer druckdicht angeschlossenen Düse auf das untere Hauptband 7 drucklos aufgebracht. Die Mehrbandpresse 51 ist im übrigen so ausgebildet, wie in Fig. 6 dargestellt, d. h. an den Rücksei­ ten der seitlichen Preßbänder 15 und 16 sind beheizbare Druck­ platten 21 vorgesehen, so daß die Formmasse 22, wie weiter oben dargelegt, im Bereich des Schmelzkegels 10 schichtförmig erstarrt. Wie die Fig. 8 zeigt, werden im vordersten Bereich, also an der Spitze des Schmelzkegels 10 die dort vorgesehenen Druckplatten 21 schräg angeordnet, so daß dann dort die Haupt­ bänder 6, 7 zunächst keilförmig und anschließend wieder paral­ lel zueinander, jedoch mit geringerem Abstand verlaufen. Auf diese Weise wird zunächst frei und drucklos aufgebrachte Form­ masse erst am Ende des Schmelzkegels 10 unter Druck gesetzt. Dort hat sich durch Abkühlung die Viskosität der Formmasse bereits so erhöht, daß dort aufgebrachte Drücke sich zur Ein­ laufseite der Mehrbandpresse 51 hin nicht mehr fortpflanzen können. Infolgedessen erstarrt die Formmasse ab der Spitze des Schmelzkegels 10 bei weiterem Vorlauf unter Druck und zeigt im fertigen Zustand im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie wenn sie von vornherein mit Hilfe einer druckdicht angeschlos­ senen Exzenterdüse unter Druck in die Mehrbandpresse einge­ bracht worden wäre. Die der Fig. 8 zugrundeliegende Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also darin, daß man die Formmasse zunächst drucklos einbringt, jedoch seit­ lich, wie in Fig. 6 dargestellt, heizt und gezielt abkühlt. Die Hauptbänder 6, 7 und die Druckplatten 21 werden erst im vordersten Bereich, also am Ende des Schmelzkegels 10 keilför­ mig verlaufend angeordnet, so daß dann durch die hierdurch gebildete Verengung die Formmasse anschließend unter Druck erstarrt.

Claims (14)

1. Verfahren zur endlosen Herstellung von Platten aus einer warmen, plastischen Kunststoff-Formmasse durch kontinuier­ liche, unter Druck erfolgende Extrusion der Formmasse in eine Form, deren Innenprofil dem Plattenprofil entspricht und Verfestigung der Formmasse in der Form, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunststoff-Formmasse kontinuierlich und unter Druck in eine eine druckdichte Form bildende Mehrbandpres­ se mit vorlaufenden Preßbändern extrudiert und sie dort unter Druck verfestigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Formmasse aus thermoplastischen, duroplastischen ela­ stomeren Kunststoffen oder Mischungen solcher Kunststoffe verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine durch Verstärkungs- und/oder Füllstoffe verstärkte Kunststoff-Formmasse verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit der Kunststoff-Formmasse endlose Verstär­ kungselemente in die Mehrbandpresse einlaufen läßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Verwendung strukturierter Preßbänder Platten mit entsprechend strukturierter Oberfläche herstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung weitgehend spannungsfreier Platten die Kunst­ stoff-Formmasse an den Schmalseiten der Mehrbandpresse derart beheizt wird, daß die Erstarrung der Formmasse von den Oberflächen der Plattenbreitseiten her zur Plattenmit­ te hin erfolgt, die Formmasse an den Plattenschmalseiten dabei aber zunächst plastisch bleibt und sich Spannungen in diesem Bereich ausgleichen können.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von Platten mit profilierter Oberfläche die Kunststoff-Formmasse auf von der Mehrfachbandpresse mitgenommene Tafeln aufbringt, die entsprechend profiliert sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunststoff-Formmasse zunächst drucklos in die Mehr­ bandpresse einbringt und erst am Ende des sich in der Mas­ se ausbildenden Schmelzkegels Druck aufbringt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine wenigstens zwei einander gegenüberliegende, endlos umlaufende Haupt­ bänder (6, 7) umfassende Mehrbandpresse (1) mit Ein- und Auslaufseite, durch seitliche Bänder (15, 16) oder Gleit­ kufen, die den Reaktionsraum (8) zwischen den Hauptbändern (6, 7) seitlich dicht verschließen, und durch eine an der Einlaufseite angeordnete, druckdicht an die Preßbänder (6, 7, 15, 16) oder die Gleitkufen angeschlossene Extrusions­ düse (9, 29).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbänder (6, 7) und die seitlichen Bänder (15, 16) und Gleitkufen durch Heiz- und Kühlvorrichtungen (21) bereichsweise heiz- oder kühlbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Extrusionsdüse (9, 29) in Abhängigkeit von dem eingestellten Abstand der Hauptbänder (6, 7) in seiner Höhe verstellbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Extrusionsdüse (9, 29) in Abhängigkeit von dem eingestellten Abstand der seitlichen Bänder (15, 16) oder Gleitkufen in seiner Breite verstell­ bar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrusionsdüse (29) zur Herstellung mehrschichtiger Platten mehrere separate Austrittsöffnungen (31, 32) für Kunststoff-Formmassen bzw. Verstärkungsstoffe aufweist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch an den Rückseiten der Hauptbänder (6, 7) angeordnete Druckplatten (21), die in Vorlaufrich­ tung der Formmasse (22) erst ab dem Ende des sich in der Masse ausbildenden Schmelzkegels (10) wirksam sind, und durch an den Rückseiten der seitlichen Bänder (15, 16) angeordnete, heizbare Druckplatten (21).