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Verfahren zum Herstellen von Röhren oder Stäben aus Vinylpolymeren
Beim Herstellen von Röhren oder Stäben aus Vinylpolymeren, als deren wichtigste
Vertreter die Polymerisate und Mischpolymerisate der Vinylhalogenide, des Vinylacetats,
der Ester, Amide, Nitrile der polymerisationsfähigen ungesättigten Mono- oder Polycarbonsäure,
der Vinyläther und des Styrols genannt werden, bedient man sich überwiegend der
aus der Celluloidindustrie bekannten Arbeitsweise.
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Hiernach wird das meist pulverförmige Polymere ohne Benutzung von
Lösungs- und Quellungsmitteln formbar gemacht und die formbare Masse anschließend
in Röhrenpressen je nach der Art des verwendeten Mundstückes zum Rohr, Stab, Band
0. dgl. verformt. Die bei dieser Verfahrensstufe benutzten Temperaturen und Drucke
hängen von der Art der zu verarbeitenden Polymeren ab und betragen beispielsweise
beim Polyvinylchlorid I60 bis 2100 und 50 bis I50 Atmosphären Kelbendruck. Da es
bekannt ist, daß die Eigenschaften eines aus einem Vinylpolymeren geformten Werkstückes,
sei es nun ein Flächengebilde oder ein Rohr, stark von der Verformungstemperatur
abhängen, wurde es im allgemeinen für zweckmäßig gehalten, innerhalb der Röhrenpresse
vom Fällungsende bis zum Mundstück eine allmählich ansteigende Temperatur aufrechtzuerhalten.
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Es hatte sich jedoch gezeigt, daß trotz dieser Maßnahme die Beschaffenheit
der Oberfläche eines Rohres o. dgl. sehr starken Schwankungen unterworfen war. Aus
ein und demselben Rohstoff ließen sich nacheinander Rohrlängen herstellen, bei denen
eine vollkommen glatte und einwandfreie Oberfläche mit einer runzligen abwechselte.
Parallel mit diesem äußerlich sichtbaren Wechsel der Oberflächenbeschaffenheit geht
nun eine Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Rohres in dem Sinne, daß
gleichzeitig mit dem Auftreten der runzligen
Oberfläche die Festigkeitseigenschaften
sich erheblich verschlechterten. So erniedrigt sich die Schlagbiegefestigkeit von
85 cm kg/cm2 bei Rohren mit einwandfreier Oberfläche auf 33 cm kg/cm2 bei Rohren
mit runzliger Oberfläche.
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Bei Anwendung der sog. Zangenprobe - diese besteht darin, daß man
an dem Rohr an einem Ende mit einer Kneifzange nach oben biegt ist der Unterschied
in den mechanischen Eigenschaften dieser beiden Rohrarten besonders auffallend.
Ein Rohr mit runzliger Oberfläche zersplittert knallend, während ein glattes Rohr
sich geschmeidig aufbiegen läßt. Der gleiche Unterschied ergibt sich beim Prüfen
der Röhren auf Kältebeständigkeit. Bringt man in ihnen eingeschlossenes Wasser zum
Gefrieren, so zerspringt das runzlige Rohr in kurzer Zeit, während das glatte Rohr
diese Beanspruchung sicher aushält.
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Deutlich läßt sich der Unterschied in den elastischen Eigenschaften
der beiden Rohre zeigen, wenn man sie von etwa 2 m Höhe auf den Boden fallen läßt.
Das Rohr mit glatter Oberfläche ist elastisch federnd, während das Rohr mit runzliger
Oberfläche zersplittert. Es ist ferner nicht möglich, ein solches runzliges Rohr
nachträglich durch Wärme irgendwie zu biegen, da hierbei meistens Aufplatzen der
Längsseite auftritt.
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Es ist nun bereits vorgeschlagen, die mechanischen Eigenschaften
von Flächengebilden, Iiäden, Bändern 0. dgl. aus Vinylpolymeren dadurch zu erhöhen,
daß man diese Formlinge einer nachträglichen Reckung unterwirft. Die Anwendung dieser
Arbeitsweise auf die Röhrenherstellung gibt zwar eine kleine Erhöhung der Schlagbiegefestigkeit
der Röhren, jedoch ist es nicht möglich, dadurch die runzlige Oberfläche wieder
zu glätten.
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Da der Verkaufswert einer Röhre aber neben diesen mechanischen Eigenschaften
wesentlich durch das Aussehen bedingt ist, so bringt die Anwendung dieser bekannten
Methode keinen Vorteil. Man war also bei der großtechnischen Herstellung von Rohren
aus Vinylpolymeren immer auf ein gewisses zufälliges Ergebnis angewiesen; es ist
klar, daß hierunter die NVirtschaftlichkeit der Röhrenherstellung litt.
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Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß das Herstellen von Röhren
oder Stäben aus Vinylpolymeren mit einwandfreier glatter Oberfläche und demgemäß
auch guten mechanischen Eigenschaften stets dann gelingt, wenn man die als erste
Stufe der Röhrenherstellung in bckannter NVeise vorzunehmende Plastifizierung der
Vinylpolymeren durch RVärmezufuhr auf über den Erweichungspunkt angewärmten ÄValzen
durchführt, deren Oberflächengeschwindig keit 7,5 m pro Minute nicht überschreitet.
Die Oberflächengescllwindigkeit der Walzen eines Walzenstuhles kann hierbei, wie
bekannt, untereinander gleich sein, sie kann aber auch voncinander abweichen. Im
letzteren Falle darf die Oberflächengeschwindigkeit der schneller laufenden Walze
den genannten Höchstbetrag nicht überschreiten. Die bei diesem Vorwalzen einzuhaltende
Temperatur richtet sich nach dem Rohstoff: Für Polyvinylchlorid hat sich ein Temperaturgebiet
von 150 bis I80" als günstig erwiesen, während die Mischpolymen.sate des Vinylchlorids
mit Acrylsäureestern nur Temperaturen von I25 bis I600 erfordern. Nun gilt es zwar
als Regel beim Verwalzen der Vinylpolymeren zu Folien, daß die mech'anischen Eigenschaften
dieser Flächengebilde um so besser sind, je höher die-alztemperatur bei sonst gleicher
Walzgeschwindigkeft gewesen ist. Die GesChwindigkeit der Walzen betrug hierbei,
wie dies auch bei der Celluloidherstellung der Fall ist, etwa 20 bis 28 m pro Minute
Oberflächengeschwindigkeit.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß die aus solchen bei verschiedenen
Temperaturen gewalzten Rohformlingen hergestellten Röhren stets eine runzlige Oberfläche
aufweisen. Erst die Verringerung der Umlaufzahl der Walzen auf eine Oberflächengeschwindigkeit
von höchstens 7,5 m pro Minute ermöglicht das Herstellen von Röhren mit glatter
einwandfreier Oberfläche und guten Festigkeitseigenschaften aus ein und demselben
Rohstoff. Dies-mußte um so mehr überraschen, als bisher beim Herstellen von Folien
aus Vinylpolymeren der verschiedensten Art niemals auch nur andeutungsweise beobachtet
werden konnte, daß die Festigkeitseigenschaften der Folien in Abhängigkeit von der
Oberflächengeschwindig keit des Walzwerkes bei für das Vinylpolymer jeweils günstigster
Walztemperatur sich ändern Fernerhin wurde hierbei festgestellt, daß die RValztemperatur
hierbei an der unteren Grenze der Verarbeitungstemperatur eingestellt werden kann.
Hierin liegt ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens, da so thermische Zersetzungen
so gut wie ganz ausgeschaltet werden. Das bei niedriger Oberffächengeschwindigkeit
vorgenommene Vorwalzen bietet bei der eigentlichen Röhrenherstellung den weiteren
Vorteil, daß zur Erzeugung gleicher Leistung einer Röhrenpresse ein nicht unbedeutend
kleinerer Druck beim Pressen eingestellt werden kann, als wenn eine Rohmasse zur
Verarbeitung gelangt, die auf schnellaufenden Walzen (Oberflächengeschwin digkeit)
20 bis 28 mm pro Minute formbar gemacht ist. Hierin liegt eine erhebliche Steigerbung
der Betriebssicherheit.
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Der Einfluß der Oberflächengeschwindigkeit der Walzen beim ersten
Plastifizieren der Vinylpolymeren auf die Oberflächenbeschaffenheit und mechanischen
Eigenschaften der Röhren bleibt auch dann bestehen, wenn als Glcitmittel wirkende
Stoffe, wic Wachsalkohole, Polymerisate des Octodezylvinyläthers oder Oleylvinylätllers,
gegebenenfalls
im Gemisch miteinander, zugesetzt werden. Trotz Anwendung dieser Stoffe werden beim
Überschreiten der obengenannten oberen Grenze der Oberflächengeschwindigkeit die
Röhren runzlig und spröde, so daß eine gewerbliche Verwendung nicht mdglich ist.
Vor oder während des Vorwalzens des zur Röhrenherstellung dienenden Polymeren können
ihnen in bekannter Weise gegebenenfalls Füllmittel und Farbstoffe zugesetzt werden.
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Die Wandstärke des Rohres richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck,
der in erster Linie von dem chemischen Charakter des Vinylpolymeren abhängig ist.
Es seien als Verwendungsgebiete genannt: Bau von Wasserleitungen, Säureleitungen
und Treibstoffleizungen. Die beispielsweise für die Herstellung von Röhren geschilderte
Arbeitsweise findet in gleicher Weise Anwendung bei der Herstellung von runden oder
viereckigen Stäben, Profilstücken, Bändern oder Fäden, denn hierzu ist, wie bekannt,
lediglich die Verwendung eines entsprechend gestalteten Mundstücks der Röhrepresse
notwendig.