DE7931476U1

DE7931476U1 - Kleiderbuegelfoermige duese

Info

Publication number: DE7931476U1
Application number: DE19797931476U
Authority: DE
Original assignee: Tonen Sekiyu Kagaku KK
Current assignee: Tonen Chemical Corp
Priority date: 1978-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1980-05-08
Also published as: JPS591180B2; BE879876A; GB2048152A; US4285655A; CA1140310A; GB2048152B; JPS5563624A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine kleiderbücfelförmige Düse mit einem kleiiüefbügeiföfmigeft ächlitzteü / einem Verteileirteil Und eifiem Veirteiler'-einläßteil« Insbesöndeire betrifft die Eiffindung eine kürze kleider= bügeiförmige Düse,- d.h» eine Düse mit begrenzter" ErstrecHüng in
Richtung der" Maschine,

Die Extrusion von Streifen bzw« Plätten öder Folien würde bis jetzt im wesentlichen durch die Verwendung einer flachen Düse ausgeführt/ mit Ausnähme von Füiiföiien, d«h« Folien/ die durch ein Folienblasverfahren hergestellt Werden« Als fläche Düse werden oft fischsehwarizfömiige Düsen/ Verteilerdüsen (T-Düsen) Und kleiderbügel=
förmige Düsen verwendet, Diese Düsen werden geeigneterweise abhängig von der Art der Harze und der Dicke oder Breite der Streifen Verwendet. Die fischschwänzförmige Düse wird im wesentlichen beim Herstellen einos schmalen Streifens aus einem Material niederer Fließfähigkeit Verwendet/ das leicht durch Wärme zerlegbar ist/ wie etwa ein hartes Viriylchlofidharz; Und die Verteilerdüse wird im wesentlichen beim Herstellen eines breiten Streifens verwendet/ insbesondere von Streifen oder Folien aus Polyäthylen/ Polypropylen,
Polystryrol oder Nylon *

Wenn ein breiter Streifen durch eine fischschwänzförmige Düse hergestellt wird, ist eine derartige Ausführung notwendig, daß die Länge, d.h. die Ausdehnung in Maschinenrichtung, extrem groß ist. Eine Verteilerdüse hat die Nachteile, daß die Verweilzeit des Harzes, das
durch die Düsenseitenenden fließt, so lang ist, daß eine Zersetzung des Harzes durch die Wärme gefördert wird, und dies wird durch die
Schwierigkeiten ih der Temperatursteuerung wegen der größen Masse
der Düse/ die/ um dem höhen Druck des Harzes zu widerstehen/ benötigt wird, verstärkt. Düsen, die einem Kleiderbügel ähneln/ wurden zum Zweck der Überwindung ds*r Nachteile dieser Düsen entwickelt und wurden bis jetzt weitverbreitet benutzte Solche Düsen werden Kleiderbüaeidüsen öenanriti

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- 4

Aufgäbe" der Erfindung ist es, eine Düse zu Sähäffen/ die die ein« fängs genannten Schwierigkeiten beseitigt- Und eine einwändfreie Extrusion Von Kunststoffstfeifen ermöglichte

Diese Aufgabe wird durch eine Kleiderbügeldüse der eingangs beschriebenen Art gelöst/ die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist/ daß der Verteilerteil die Form eines Kleiderbügels aufweist/ in dem die Tiefe des Kleiderbügelschlitzteils durch folgende Formel definiert ist*

j ^i₁ η i

,_ f_Bn/lil3(ii + 1) J~3 ι (3n_±_A) 1 3(n+l)

in der Ro der Radius eines Kreises ist, der äquivalent dem Querschnitt des Verteilers auf der Mittellinie der Düse ist/ η der Fließverhälteriindex des geschmolzenen Harzes ist, m das Verhältnis der Verweilzeit von Harz, das durch den Verteiler und das Düsenseitenende fließt zur Verweilzeit von Harz, das durch den Kleiderbügelschlitzteil entlang der Mittellinie der Düse fließt, ist, und L die benötigte halbe Breite der Düse ist.

Es wird eine verbesssrte Kleiderbügeldüse geschaffen, in der der Verteiler gekrümmt ist und in der der Verteilerradius, die Kleiderbügelschlitzteildicke und die Form der Kleiderbügeldüse durch eine Formel bestimmt werden, die offenbart wird, und dies alles im Verhältnis zum Radius des Verteilers an seinem Einlaß. Der Radius des Verteilers an seinem Einlaß ist unter Berücksichtigung der Fließcharakteristika der Harzschmelze ¹ZUr Schaffung einer niedrigen Schmelzgeschwindigkeit am Einlaß ausgewählt.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Äusführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Kleiderbügeldüse;

2 sine Quersehnittsansicht der Kleiderbügeldüse in Fig. Ί entlang Linie A;

* ι ¹¹M*¹.

• · ' ι · ι ι' ί ί

-S-

flg, 3 eine Änsiöhfc einer herkömmlichen Kleiderbügeldüöe/ Und

Fig* 4 eine QUeischnittsänsichfc der Kleiderbügeldüse in Fig* 3 entlang Linie G*

Im Detail auf die Zeichnungen Bezug nehmend/ zeigt Fig* 3 eine herkömmliche Kleiderbügeidüse mit einem VefteÜerteil 13 in der Innenseite der Düse> wobei der Verteilerteil 13 in einer Form, die einem Kleiderbügel ähnelt/ sich von der Mitte am Einlaß 14 erstreckt und sich zu einem Seitenende 15 hin verjüngt/ wodurch die Verwellzeitverteiiüng des geschmolzenen Harzes relativ gleichförmig über die Breite der Düse gemacht ist* Der Verteilerteil 13 ist durch einen Einlaß 16 mit einem Kleiderbügelschlitzteil 12 verbünden, der wiederum mit dem Düsenlippenteil 11 Verbünden ist. Der Kleiderbügelschlitzteileinlaß 16 erstreckt sich von einem Ende des Verteilerteils 13 zum anderen, und der Kleiderbügelschlitzteil 12 umfaßt den ganzen Raum auf der Innenseite des Kleiderbügelverteilers* Wegen der Eigenschaft/ daß die Verweilzeit des durchfließenden Harzes relativ gleichförmig über der Breite der Düse ist, ist diese bekannte Düse insbesondere für die Herstellung von Streifen oder Folien aus Harzen mit niedriger Hitzebeständigkeit gebräuchlich, wie etwa harten Vinylchloridharzen.

In einer derartigen Kleiderbügeldüse wurden viele Verbesserungen durchgeführt, beispielsweise indem die Düse mit einer Düsenlippe mit verschiedenen Mechanismen versehen wurde, die eine Einstellbarkeit zur Steuerung der Gleichförmigkeit der Verteilung der Fließgeschwindigkeit des Harzes pro Breiteneinheit der Düse schaffen.

Es wurde vorgeschlagen/ in der Kleiderbügeldüse die Fließgeschwindigkeit über der Breite der Düse gleichförmig zu halten/ British Plastics, März 1971, S. 95-^99, Modern Plastics, März 1976, S.52-55, und SPE Journal, Bd. 29, Juli 1973, S.33-37(A). Danach wurde vorgeschlagen, die Fließgeschwindigkeit pro Breiteneinheit der Düse aufrechtzuerhalten und die Verweilzeit des Harzes, das durch die

Düse heräüsfließt/ gleichförmig" über der" Breite der DÜ§e 2 U hai" tert/ Pölymeif Engineering and Science/ Bd* 19# Ni:* 3/ 1979# S*i69-i72(B) 4

Jedoch ist eine Düse, die fähig ist/ diese zwei Effördernisse (gleichförmige Fließgeschwiridigkeit und gleichförmige VerweÜzeit) gleichzeitig zu erfüllen/gemäß der Druckschrift (B) ein langer kleiderbügel j anders ausgedrückt, sie weist einen kleinen öffnungswinkel des VerteilerteÜs auf* Dies führt zu einem großen Körper/ einem Faktor, von dem man annahm, daß er durch die kleiderbügeldüse vermindert wird*

in einer flachen Düäie ist im allgemeinen eine gleichförmige Fließgeschwindigkeit im wesentlichen wichtig, aber eine gleichförmige Verweilzeit wird nicht immer benötigt. Abhängig von der thermischen Zerlegungsgeschwindigkeit des durch die Düse zu extrudiefenden Harzmaterials ist es möglich, etwas das Verhältnis der Verweilzeit des Harzes, das einen Umweg zu den Seitenenden der Düse nimmt/ zu der Verweilzeit des Harzes, das entlang der Mittellinie der Düse fließt, zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß gemäß den folgenden Formeln es möglich ist, eine solche Geometrie zu erzielen, daß die Länge (die Abmessung in Maschinenrichtung) einer Kleiderbügeldüse klein und die Länge eines Kleiderbügelschlitzteils klein ist, während die Definition der Größe eines zum Querschnitt eines Vertei-* ierteils äquivalenten Kreises eingehalten wird, wie es in der vorgenannten Druckschrift (B) beschrieben ist. So wird die vorliegende^ Erfindung erzielt, wodurch die Düsenkosten gesenkt und die Unzuträglichkeiten der Düsenhandhabung beseitigt werden.

Das heißt, (es wird im Detail auf Fig. 1 Bezug genommen) das Wesen der Erfindung besteht in einer Kleiderbügeldüse, die einen Düsenlippenteil 1, einen Kleiderbügelschlitzteil 2, einen Verteilerteil 3, einen Verteilereinlaß 4. einen Kleiderbügelschlitzteileinlaß 6 um-

■y;^;

faßt, in der der Radius R eines Kreises, der äquivalent dem Querschnitt des Verteilerteils 3 ist, der den Kle.iderbügelsohlitzteil 2 auf einer Linie B, die um eine Distanz y in Richtung von der Mittellinie A der Düse zum Seitenende 5 der Düse hin entfernt ist, berührt, durch die folgende Formel (1) definiert ist, der innere Dickenabstand bzw. die innere Weite d des Kleiderbügelschlitzteils 2 durch die folgende Formel (2) definiert ist und die Höhendifferenz h des Kleiderbügelschlitzteils 2 auf der Linie B, die um eine Distanz y in Richtung von der Mittellinie A zum Seitenende 5 der "Düse entfernt ist, durch die folgende Formel (3) definiert ist:

R = Ro (1 - £ ) ^1/3 (l)

in der Ro der Radius des Kreises ist, der dem Querschnitt des Verteilerteils 3 auf der Mittellinie A der Düse äquivalent ist, und L die benötigte halbe Breite der Düse ist,

1 1 η

in der η der Fließverhaltenindex (J. M. McKelvey, Polymer Processing, S.32, John Wiley (1962)} des geschmolzenen Harzes ist, und m das Verhältnis der Verweilzeit eines Harzes, das durch den Verteilereinlaß 4, den Verteilerteil 3 und das Düsenseitenende fließt, zu der Verweilzeit eines Harzes ist, das durch den Verteilereinlaß 4 und den Kleiderbügelschlitzteil 2 entlang der Mittellinie A der Düse fließt/ und

1 ' ¹

- k - (L - y)³ / (L - y}³ -

«2_(.3n .+. 1) 2 4n ..... (3)

in 1

In den oben beschriebenen Formeln geht η von 1/2 bis 1/4 im Fall allgemein gebräuchlicher Harze, xn von 1 bis 50, vorzugsweise 2 bis 20, h von Null an der Linie A bis zu einem Maximum am Sei-

tenende 5 und y von 0 an der Linie A bis zu L - k am Seitenende

3
¹J

5, weil y größer als L - k h zu einer komplexen Zahl macbt, die keine praktische Bedeutung hat.

In der vorliegenden Erfindung wird eine kurze K.leiderbügeldüse geschaffen, d.h. mit einem großen öffnungswinkel an dem kleiderbügelartig geformten Verteilerteil, die gleichzeitig eine gleichförmige Fließgeschwindigkeit in der Breitenrichtung eines den Kleiderbügelschlitzteil 2 verlassenden Harzes aufweist, während sie eine größere Verweilzeit von einen Umweg zum Seitenende 5 der Düse nehmenden Harzteilen als die Verweilzeit von entlang der Mittellinie der Düse fließenden Harzteilen ermöglicht, d.h. eine solche Verweilzeit ermöglicht, die mehrmals multipliziert werden kann, aber auf einen solchen Bereich begrenzt ist, daß nur eine geringe ungleichmäßige thermische Zerlegung eines extrudierten Artikels vorhanden ist.

Wenn m von 1 auf 4 und 16 geändert wird, während der Wert von η konstant gehalten wird, ist beispielsweise die Höhendifferenz h des Kleiderbügelschlitzteils 2 am Seitenende 5, falls h = 1 ist, wo m= 1 ist, O,41,wo m = 4 ist, und 0,17, wo m = 16 is>, und die Distanz d, wenn d = 1 ist, wo m - 1 ist, ist 0,57, wo m = 4 ist, und 0,33, wo m = 16 ist.

Die obigen drei Fälle von Zahlenbeispielen werden erhalten/ wenn RO => 2,0065 Com], L - 100 C cn\}, η ^ 1/4 in die Formeln (1), (2) und (3) jeweils für m = 1,4 und 16 eingesetzt werden. Im Falle m a 1

d * 0,53167 £cmj
3

L - )C a 98,654 [ata]

ι · ■ f I P

I = M

ι · · ι

I I I I "

it 9 i I · ·

I I ■ } ·

^ I

38,926 [cm] bei y = 98,654 fern] 3 1 J 3

2R = 2RO(I -

L - k

bei y = 98,654 [cm]

= 0,954 [cm]

Αι

Im Falle m = 4

d = 0,30536 [cm]

L - k² = 99,888 [cm]

h = 15,942 [cm] bei y = 99,888 [cm]

2R = 0,416 [cm] bei y = 99,888 [cm]

Im Falle m = 16

d = 0,17538 [cm]

L - \? « 99,991 [cm]

h =6,806 [cm] bei y = 99,991 fern7

2R = 0,179 [cm]· bei -y = 99,991 [cm J

Wir betrachten hier den h Wert bei y = L - Jc , 3

weil y größer als

(L - k ) zu einer komplexen Zahl für h in Formel (3) führt, die keine praktische Bedeutung hat*

Die Werte von (L - k + 2R) im obigen Beispiel sind größer als L = 100 [cm] um -0,392 [cm], +0,304 [cm] und +0,17 fcmj , jeweils, und diese Differenzen sind hinreichend klein verglichen mit der an jedem Düsenöffnungsseitenende herausquellenden Harzschmelze. Daher kann gesägt werden, daß der geometrische Entwurf einer Düse mit L =* 100 fern] in jedem Fall erfüllt wird. Die Kleiderbügeldüse zeigt tine niedere Höhe und kleine Distanz mit der Zunahme von m*

Daher kann eine billige Kleiderbügeldüse angenähert erhalten werden, indem ein Wert über 10 für πι gewählt wird, der die Größe eines äquivalenten Kreises in dem Verteilerteil 3 definiert, wie es in der vorher genannten Druckschrift (B) beschrieben ist, und das erfindungsgemäße Verfahren und die Formeln zur Definition der Höhendifferenz h und der Distanz d des Kleiderbügelschlitzteils 2 angewandt wird.

Wenn geformte Artikel, wie etwa Streifen mit einer "Icke von 0,25 bis 0,5 mm und Folien mit einer Dicke weniger als 0,25 mm aus thermoplastischen Earzen wie etwa Polyvinylchloriden, Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern, Polystyrolen, Polyvinylidenchloriden und ABS-Harzen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kleiderbügeldüse mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau hergestellt v/erden, weisen die resultierenden Artikel gleichförmige Qualität in Richtung der Breite der Düse ebenso wie eine gleichförmige Dicke bzw. Stärke auf.

Da die erfindungsgemäße Kleiderbügeldüse einen solchen Aufbau, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, aufweist, daß jedes ferne Ende des Verteilerteils 3 mit dem Düsenlippenteil 1 an jedem Seitenendteil 5 der Form senkrecht zum Düsenlippenteil 1 verbunden ist, d.h. entlang der Maschinenrichtung der Düse, während ein bestimmter begrenzter Radius eines äquivalenten Kreises an jedem fernen Ende des Verteilerteils 3 eingehalten ist, wird eine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften und Änderungen in der Dicke des extrudierten Artikels an derSeite unterdrückt.

Die erfindungsgemäße Düse ist mit den obengenannten Harzen verwendbar. Vor allem ist die Düse insbesondere mit Harzen verwendbar, die eine Neigung zur thermischen Zerlegung während des Extrudierens aufweisen, insbesondere Polyvinylchloriden und Polypropylenen.

In den folgenden Beispielen werden Folien geformt/ die als Düse •ine T-Düse (Verteilerdüse) und eine eiffittdüftgsgemäße Kleiderhügel" düse Verwenden, Und als extifUdierteä HäifZ Polypropylen. Der Dehnungs-

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modul auf den geformten Folien wUifde bestimmt* Insbesondere gibt sogar= Wenn die Höhendifferenz (h) so niedrig wie die deif f-Düse düfäh Setzen Von in bei 8 gehalten wiifd/ die düiräh die Erfindung hergestellte Folie gleichförmigere Eigenschaften* Wie äüs der' folgenden iäbeÜe offensichtlich ist*

Beispiel 1, (Vergieiähsbeispiel) Häfzi Polypropylen _t Schmelzflußgeschwindigkeit = 9 (feel 23Ö°G) Düseä T^DÜse

Düsenlippenbreite (2 L) = 76/2 cm Aüßendimension vom Einlaßί Länge = 17 cm

Tiefe = 24 cm Veraibeiturigstemperaturs 24O⁰C

Beispiel 2

Harz: dasselbe wie in Beispiel 1

Düse; ixxeiderbügeidüse, Düsenlippenbreite (2 L) = 76,2 cm ÄUßendimension vom Einlaß: Länge = 17 cm

Tiefe = 25 cm wobei ι = 8j h (am DÜsenseitenende 5) = 3/95 cm

d = 0,088 cm Verarbeitungstemperatur: 24O°G

Beispiel 3

Harz: dasselbe wie in Beispiel 1 Düse: Kleiderbügeldüse Düsenlippenbreite (2 L) = 76,2 cm Außendimension vom Einlaß: Länge = 17 cm

Tiefe = 35 cm wobei m = 1, h (am DÜsenseitenende 5) =14,83 cm

d = 0,202 cm Verarbeitüngstempefatür: 24Ö°G

I
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Tabelle

Beispiel Nt*» j 2__

Diöke der' Folie (/ι) 25 25

1% DehrtUngsmödüi (kg/cm^)
(AÖTM D-882)

Mittelteil der FöÜe 9^040 9,020

Teil 5 cm vom Seitehende der Folie 8>1ÖÖ 8,820

Claims

Schutzansprüche :

1. Kleiderbügelförmige Düse mit einem kleiderbügelfönrigen Schlitzteil, einem Verteilerteil und einem Verteilereinlaßteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerteil die Form eines Kleiderbügels aufweist, in dem die Tiefe des kleiderbügelförmigen Schlitzteils (2) durch folgende Formel (2) definiert ist:

d =

Ro/m'

1 1) 1 ■h (3η + 1) J 3 η 1) 1 3 3 (η + 3 (2η + 1) (η + I ²

(2)

in der Ro der Radius eines Kreises ist, der äquivalent dem Querschnitt des Verteilers auf der Mittellinie der Düse ist, η der Fließverhaltenindex des geschmolzenen Harzes ist, m das Verhältnis der Verweilzeit von Harz, das durch den Verteiler und das Düsenseitenende fließt zur Verweilzeit von Harz, das durch den kleiderbügelförmigen Schlitzteil entland der Mittellinie der Düse fließt, ist, und L die benötigte halbe Breite der Düse ist.

2. Kleiderbügelförmige Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ d^ der Radius R eines Kreises, der äquivalent dem Querschnitt des Verteile ist, der den kleiderbügelförmigen Schlitzteil (2) auf einer Linie berührt, die um eine Distanz y in Richtung von der Mittellinie der Düse zum Söitenende hin entfernt ist/ durch die Formel (1) definiert ist«

·' J " I Ϊ ' „* ' ["[I I 21 .2,1980

R = Ro (1 - J ) ^1/3 CD

in der L die benötigte halbe Breite der Düse ist.

3. Kleiderbügclförmige Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhendifferenz „h des kleiderbügelförmigen Schlitzteils (2) auf einer Linie, die um eine Distanz y in Richtung von der Mittellinie der; Düse zum Seitenende hin entfernt ist, durch die Formel (3) definiert istr

(L -

C3)

-2(3n + 1) 2 4n

_ir, _Λο^ ν _ 3 (η + 1) t-^3 Γ(3η +1)1 3 (η + 1)

xn der k - π . Cd) .J₂^₊₁, J