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Verfahren zum Behandeln eines rohrförmigen oder vollen Profilstranges
aus Polyamid
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln eines rohrförmigen
oder vollen Profilstranges aus Polyamid, um einen Strang mit über dessen ganze Länge
gleichmäßigen, konstant bleibenden Querschnittsabmessungen zu erhalten, und betrifft
ein Verfahren, bei dem der vorgeformte Strang zunächst erwärmt, im erwärmten Zustand
durch eine Kalibrierungsdüse gezogen und nach Austritt aus der Düse einer Behandlung
bei unterschiedlichen Temperaturen unterzogen wird.
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Hochschmelzende Polyamide sind wegen des Quellens beim Austritt aus
der Strangpresse und wegen der verhältnismäßig geringen Viskosität im geschmolzenen
Zustand nur schwer mit gleichmäßigem Durchmesser zu spritzen.
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Wenn das Material beim Abziehen unter Spannung gehalten wird, erfolgt
zudem eine Molekularorientierung.
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Diese durch Streckung erreichte Molekularorientierung wird bei bekannten
Verfahren zur Herstellung von Fäden mit relativ dünnem Querschnitt dazu herangezogen,
Fäden mit hoher Festigkeit zu erreichen. Dies geschieht gemäß den bekannten Verfahren
dadurch, daß die Fäden so stark gestreckt werden, daß ihr Querschnitt wesentlich
geringer als die Abmessung der Matrizenöffnung wird. Dabei wird aber die endgültige
Form und Größe des entstehenden Fadens nicht oder zum mindesten nicht im wesentlichen
von der Abmessung der Ziehdüse, sondern von dem Streckmaß und
der
Materialkonstanten bestimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Verstreckung
von Fäden eine plötzliche Einschnürung auftritt, die sich bei weiterem Ziehen rasch
in Längsrichtung des Fadens ausbreitet. Die zur Ausdehnung der Einschnürung über
die Länge des Fadens erforderliche Zugkraft ist dabei wesentlich geringer als die
zur ersten Einschnürung erforderliche Kraft. Bei der Einschnürung erfolgt gleichzeitig
eine Molekularorientierung des Materials.
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Wenn ein vorbestimmter, vom Material abhängiger Grad von Molekularorientierung
erreicht ist, ist zur weiteren Dehnung eine ganz erhebliche Zugkraft erforderlich,
die wesentlich größer ist als die sowohl zur ersten Einschnürung als auch zur Ausdehnung
dieser ersten Einschnürung über die Länge des Fadens erforderliche Zugkraft. Der
Faden wird bei den bekannten Verfahren deshalb mit einer Kraft aus der Düse abgezogen,
die ausreicht, um eine erste Einschnürung und eine Ausbreitung der Einschnürung
über die Länge des ganzen Fadens zu erreichen, wodurch ein Faden mit großer Festigkeit
und innerhalb dem für derartige Fäden z. B. für Textilzwecke ausreichenden großen
Toleranzspielraum liegenden Durchmesserunterschieden hergestellt wird.
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Diese durch die bekannten Verfahren ohne weiteres einzuhaltenden
Durchmessertoleranzen sind für eine Reihe von Verwendungsgebieten von Polyamiden,
insbesondere für die Herstellung von rohrförmigen oder vollen Profil stangen mit
größerem Durchmesser zu weit. Die bei derartigen Halbzeugen gestellten Forderungen
an Maßhaltigkeit liegen wesentlich über den mit den bekannten Verfahren Erreichbaren.
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Durch die oben geschilderten Eigenschaften der Polyamide führt eine
übliche Nachkalibrierung in Düsen, wie sie z. B. bei der Metallverarbeitung bekannt
ist, nicht zum Ziele. Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren
zu schaffen, mit dem es möglich ist, rohrförmiges oder volles Profilmaterial sehr
genau im Durchmesser zu kalibrieren.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Strang um
nicht mehr als 9 °/o, bezogen auf den mittleren Durchmesser, vor der Behandlung
im Durchmesser vermindert und anschließend an die nach Austritt aus der Düse erfolgende
Abkühlung zur Stabilisierung einer Nachbehandlung unter Anwendung von Wärme und
Feuchtigkeit unterworfen wird.
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Durch die Querschnittsverminderung um ein Maß, bei dem keine wesentliche
Molekularorientierung eintritt, und durch die sofort nach der im Austritt aus der
Düse erfolgende Kühlung des Materials ist eine genaue Maßhaltigkeit in Abhängigkeit
vom Düsenquerschnitt, im wesentlichen unabhängig von der Abziehkraft, sichergestellt.
Durch die anschließende, zur Stabilisierung des Gefüges dienende Nachbehandlung
durch Wärme und Feuchtigkeit, die zu diesem Zweck bei verformten Fäden aus Polyamid
an sich bekannt ist, werden die bei Polyamiden sonst in einem längeren Zeitraum
erfolgenden Gefügeumwandlungen nach dem Pressen sehr schnell durchgeführt, so daß
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stränge nach den kurzzeitig
aufeinanderfolgenden Behandlungsstufen dieses Verfahrens ihre endgültige -Querschnittsabmessung
erreicht haben, wobei der Querschnitt wesentlich genauer eingehalten wird, als dies
bei den bekannten Verfahren möglich ist, so daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Profilstäbe für eine ganze Reihe von Verwendungszwecken eingesetzt
werden können, bei denen eine genaue Maßhaltigkeit erforderlich ist und für die
bisher Polyamidprofile nicht anwendbar waren.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. I eine schematische Ansicht einer
Vorrichtung, wie sie nach der Erfindung Verwendung findet, und Fig. 2 eine vergrößerte
Ansicht von Teilen der Ziehvorrichtung der Fig. I.
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Wie aus Fig. I hervorgeht, weist die Anordnung eine Strangpresse
3 auf, die in üblicher Weise eine Förderschnecke in einem Zylindermantel enthält,
der von Beheizungselementen umgeben ist. Durch den Zuführungstrichter 4 wird dieser
Förderschnecke Polyamid in Flockenform oder als Granulat zugeführt. Beim Vorschub
des Granulates durch die Schnecke wird es geschmolzen, und das geschmolzene Material
wird aus einem Mundstück 5 in ein Wasserbad 6 geleitet, wo es sich, z. B. als Strang
7, verfestigt. Abziehwalzen 8 ziehen das Material aus dem Bad 6 und führen es in
das Rohr 9. Das Rohr g hat einen wesentlich größeren Durchmesser als der gespritzte
Strang 7 und ist mit einem oder mehreren Dampfeinlässen 10 versehen. Es bildet somit
eine längliche Dampfkammer, durch die der Strang 7 gezogen wird. Das Rohr g ist
in Fig. I nach links unten geneigt dargestellt, so daß das darin gebildete Kondensat
nach links zurückläuft und durch den Ablaß II abgeleitet werden kann. Der Strang
7 wird dann durch eine Matrize 12 gezogen, die beispielsweise an Armen I3 befestigt
ist, wobei die Matrize einen konisch zulaufenden, verengten Durchtritt aufweist,
der die Durchmesserverringerung des Stranges, wie es bei 7 a in Fig. 2 angedeutet
ist, vorsieht.
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Unmittelbar beim Austrittsende der Ziehmatrize I2 ist eine Wasserleitung
14 mit einem Verteilungsrohr 15 angeordnet, durch dessen nach unten gerichtete Offnungen
I6 dauernd Wasser auf den feingezogenen Strang zugeführt wird. Außerdem ist das
linke Ende des Rohres 15 offen, so daß auch auf die Austrittsöffnung der Matrize
ein Wasserstrahl gerichtet ist. Der die Matrize verlassende Strang 7 a wird durch
eine Haspel I7 weiterbefördert, um die er ein oder mehrere Male gewickelt ist. Die
Haspel wird mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die etwas über der Spritzgeschwindigkeit
liegt. Hinter der Haspel 17 läuft der Strang durch ein weiteres Dampfrohr, das mit
IS bezeichnet ist und das von der Zuführungsleitung 19 mit
Dampf
versorgt wird. Auch dieses Rohr ist nach links unten geneigt, und das Kondensat
wird durch die Ableitung 20 abgeführt.
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In Fig. I ist eine vorzugsweise über eine Rutschkupplung angetriebene
Aufnahmewinde 2I zum Aufwickeln des fertiggestellten Materials dargestellt.
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Zur Betrachtung der Wirkungsweise der ohen kurz geschilderten Anordnung
soll angenommen werden, daß die Herstellung eines Stranges aus Polyhexamethvlenadipinsäureamid
erwünscht ist, dessen Durchmesser 2,75 mm beträgt. Für diesen Zweck soll die Strangpresse
so betrieben werden, daß ein Strang von 2,96 mm Durchmesser entsteht.
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Der gespritzte Strang kann jedoch wegen der Einschnürung oder aus
anderen Gründen nicht gleichmäßig sein, sondern sein Durchmesser kann um -o,2mm
schwanken. Der verfestigte, aus dem Kühlbad 6 gezogene Strang wird dann durch das
Dampfrohr g gezogen und auf eine Temperatur in der Nähe des Siedepunktes des Wassers
erhitzt.
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Der Strang tritt dann bei einer Temperatur von annähernd I00° C in
die Matrize ein. Es ist vorteilhaft, das Ende des Dampfrohres g verhältnismäßig
dicht an der Matrize I2 anzuordnen, wie es in Fig. 2 zu sehen ist, um ein Erhitzen
der benachharten Seite der Matrize vorzusehen.
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In dem hier betrachteten Beispiel hat der Matrizendurchlaß einen
Durchmesser von 2,6 min, d. h. einen etwas geringeren Durchmesser, als er für den
fertigen Strang erwünscht ist. Jedoch ist die dadurch bewirkte Herabsetzung des
Durchmessers beträchtlich geringer als die Durchmesserverminderung bei einer vollständigen
Orientierung der Molekularstruktur des Polvamids bei bekannten Verfahren. Beim Betrieb
ist der Durchmesser des die Matrize verlassenden Stranges etwas größer als der minimale
Durchmesser des Matrizendurchlasses. Dies ist offensichtlich eine Folge eines leichten
Zurüclsspringens, das nach dem Verlassen der Matrize auftritt.
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Nach dem Verlassen der Matrize wird der Strang einer Abkühlung in
dem durch das Rohr I5 zugeführten Wasserstrom ausgesetzt. Dies ist von großer Wichtigkeit,
da beim Fehlen einer solchen schroffen Kühlung das die Matrize verlassende Material
durch die Abziehkraft sich unregelmäßig einschnürt und dadurch eine große Unregelmäßigkeit
im Durchmesser entstehen würde. Durch die erwähnte Kühlung wird jedoch die Neigung
zur Einschnürung ausgeschaltet. Es ist bei der Anordnung des kühlenden Wasserstromes
von Vorteil, ein Auftreffen des Wassers gegen die Austrittsseite der Matrize vorzusehen.
Dies unterstützt weiter die Überwindung der Einschnürneigung.
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Die Dampfbehandlung im Dampfrohr IS unterstützt das Wachsen, das
beim Altern auftritt. Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel führt diese
Dampfbehandlung zu einem Wachsen des ausgezogenen Stranges auf dem gewünschten Durchmesser,
d. h. im wesentlichen auf 2,96 mm, welcher Wert oben zum Zwecke der Erläuterung
erwähnt wurde.
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Statt der Verwendung eines Dampfrohres, wie es bei I8 in Fig. I angedeutet
ist, kann das gezogene Material sofort auf eine Aufnahmewinde, wie sie bei 21 zu
sehen ist, aufgewickelt werden.
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Das Material kann dann entweder einer Dampfbehandlung oder einer Behandlung
in einem Bad kochenden Wassers unterworfen werden. Das geformte Material kann auch
einer Behandlung in einem Heißluftofen ausgesetzt werden, in dem das gespritzte
Rohr oder der Strang auf eine Temperatur von 107 bis I350 C für beispielsweise 20
bis 45 Minuten erhitzt wird. Der Zeitraum hängt vom Durchmesser oder vom Querschnitt
des behandelten Gebildes ab. In den Fällen, wo der gefonnte Strang oder das Rohr
wesentliche Querschnittsabmessungen aufweist, ist es vorzuziehen, eine getrennte
Behandlung mit Dampf, kochendem Wasser oder Heißluft zu verwenden, da größere Zeiträume
für das Wiederanwachsen auf den gewünschten Durchmesser erforderlich sind. als es
beim Feinziehen des Materials in einem kontinuierlichen Vorgang ausführbar ist.
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Im Zusammenhang mit der Verwendung der Matrize soll noch einmal betont
werden, daß das Kühlen des Materials beim Verlassen der Matrize von großer Bedeutung
ist und daß es sich herausgestellt hat, daß auf diese Weise ein außerordentlich
zufriedenstellender Betrieb, besonders vom Standpunkt der Erzeugung von Strängen
gleichmäßigen Durchmessers erzielt wird. Die besten Ergebnisse werden erreicht,
wenn Strang und Matrize an der Aufgabeseite der Matrize gemeinsam erhitzt und an
der Austrittsseite der Matrize gemeinsam gekühlt werden.
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Im Zusammenhang mit der Dampfbehandlung des Materials vor der Matrize
ist zu erwähnen, daß die Dampfbehandlung vorzuziehen ist, obwohl auch eine andere
Wärmebehandlung Verwendung finden kann. Diese Wärmebehandlung ist von Bedeutung
bei der Herabsetzung der Neigung des Materials, zu brechen, wenn es durch die Matrize
läuft. Die Dampftemperatur (1000 C) ist für diesen Zweck ausreichend, obwohl die
Behandlungstemperatur geändert werden und etwas unterhalb oder beträchtlich über
I00° C liegen kann.
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Die Verwendung von Dampf ist besonders vorteilhaft, nicht nur, weil
er ein bequemes Heizmittel darstellt, sondern auch, weil die Feuchtigkeit die Neigung
zum Zurückspringen unmittelbar, nachdem das Material die Matrize verläßt, und ferner
das anschließende Wachsen bei der Alterung herabzusetzen sucht.
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Aus dem Vorhergehenden ergibt sich von selbst, daß an Stelle von
Wasser auch ein anderes inertes Kühlmittel Verwendung finden kann, jedoch hat sich
Wasser als besonders wirksam herausgestellt, wenn es mit der üblichen Temperatur
von 2 bis 250 C, die es in den normalen Wasserleitungen hat, Verwelldung findet.
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Bezüglich des das Verfahren gemäß der Erfindung abschließenden Feinziehvorganges
soll daran erinnert werden, daß dieser ohne Rücksicht auf die ursprüngliche Herstellungsweise
des Stranges oder
Rohres vorteilhaft anwendbar ist. Somit kann der
Feinziehvorgang auch bei Strängen oder Rohren durchgeführt werden, die auf andere
Weise als durch das Spritzen gemäß Fig. I hergestellt sind.
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Der Feinziehvorgang beim erfindungsgemäßen Verfahren sieht nur eine
geringfügige Reduktion in der Matrize im Vergleich zur vollständigen Orientierung
vor, weil ein solcher gleichmäßiger Durchmesser bei der Herstellung solcher Gebilde
nur durch das Kalibrieren in einer Ziehdüse praktisch erreichbar ist. Aus diesem
Grunde ist es vorzuziehen, daß das Material auf einen Durchschnittsdurchmesser gespritzt
wird, der etwas größer, beispielsweise 5 °/o, als der zum Schluß erwünschte Durchmesser
ist. Die Matrize findet dann nur zur Reduzierung des Durchmessers um einen geringen
Prozentsatz, d. h. 8 oder gO/o, Verwendung, worauf die Behandlung zur Zurückbildung
den Durchmesser auf den anfänglich gewünschten Wert bringt. Beim Arbeiten nach diesem
bevorzugten Verfahren bleiben die physikalischen Eigenschaften des Polyamids im
wesentlichen unbeeinflußt.
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Die Erfindung ist besonders geeignet zum Feinziehen von Rohren und
Strängen mit Außendurchmessern zwischen 2 und 7,5 mm.
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Zusätzlich zur Herstellung von Strängen oder Rohren von wesentlich
gleichmäßigerem Durchmesser, als er bisher praktisch bei Polyamiden und besonders
bei hochschmelzenden Polyamiden erzielbar war, weist die Erfindung als weiteren
Vorteil eine Vielseitigkeit bei der Herstellung von Strängen oder Rohren von leicht
verschiedenen Durchmessern aus einem gespritzten Gebilde gegebenen Durchmessers
auf. Um dies zu erreichen, braucht nur eine Feinziehmatrize mit einem Durchlaß von
abweichendem Durchmesser eingesetzt zu werden. Falls eine etwas größere Reduktion
als in dem gegebenen Beispiel erwünscht ist, können verschiedene Matrizen in Reihe
Verwendung finden, falls diese Matrizen unmittelbar hintereinander angeordnet sind
und das Material ferner vor dem Eintritt in die erste Matrize erwärmt und unmittelbar
nach dem Austritt aus der letzten Matrize gekühlt wird.
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Selbstverständlich bezieht sich der Ausdruck »Feinziehen« nicht nur
auf geringfügige Änderung der Querschnittsfläche, sondern auch auf entsprechende
Anderungen des Profils an sich oder auf beides.