DEP0000159BA

DEP0000159BA - Process for extruding rods or for sheathing wires or cables or for producing other coverings from thermoplastic materials

Info

Publication number: DEP0000159BA
Authority: DE
Inventors: Edmond George Williams
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Publication date: 1951-02-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auspressen von thermoplastischen Werkstoffen und insbesondere auf die Herstellung von elektrischen Kabeln durch Auspressen.The invention relates to a method for extruding thermoplastic materials and in particular to the manufacture of electrical cables by extrusion.

Es ist bekannt, dass Stangen, isolierte Drähte, Kabel und andere mit einem Beleg versehenen Gegenstände dadurch hergestellt werden können, dass thermoplastische Stoffe bei einer erhöhten Temperatur gewünschtenfalls über einen Grundstoff, beispielsweise einen Draht, ausgepresst werden, so dass ein mit einem Belag versehener Draht o.dgl. entsteht bezw. ein Belag auf einer Unterlage aufgebracht wird. Der thermoplastische Werkstoff erhärtet durch Abkühlen. Derartige Arbeitsweisen sind mit verschiedenen Änderungen auf die Verarbeitung von thermoplasti- schen Werkstoffen anwendbar, und die Erfindung schlägt ein Verfahren unter Verwendung von thermoplastischen Werkstoffen vor, um durch Auspressen Beläge zu erzeugen, die genügend steif sind, um einer Kaltverformung durch atmosphärischen Druck zu widerstehen. Diese thermoplastischen Werkstoffe legen sich beim Abkühlen fest um das Grundmaterial.It is known that rods, insulated wires, cables and other objects provided with a document can be produced by pressing thermoplastic materials at an elevated temperature, if desired over a base material, for example a wire, so that a wire provided with a coating or the like. arises or a covering is applied to a base. The thermoplastic material hardens when it cools down. Such working methods are with various changes to the processing of thermoplastic different materials are applicable, and the invention proposes a method using thermoplastic materials to produce, by extrusion, coatings that are sufficiently rigid to withstand cold deformation by atmospheric pressure. These thermoplastic materials attach themselves to the base material when they cool down.

Wenn eine verhältnismässig starke Schicht dieser Materialien in einer einzigen Lage von grösserer Stärke aufgebracht werden soll, ist es schwierig, die Entstehung von Blasen oder Hohlräumen zu vermeiden. Derartige Blasen oder Hohlräume sind besonders nachteilig, wenn ein zentraler Leitungsdraht mit einer thermoplastischen Isoliermasse von größerer Stärke versehen werden soll. Aehnliche Schwierigkeiten treten beim Auspressen dieser Materialien zu Einzelteilen auf, und in diesem Fall wird gewisse Abhilfe dadurch geschaffen dass mit dem Auspressen während der Kühlung fortgefahren wird. Eine derartige Arbeitsweise ist aber nicht anwendbar auf das Auspressen von Stangen oder mit einem Belag versehenen Drähten da dieser kontinuierlich erfolgen muß. Bei mit einem Belag versehenen Drähten kann die Schwierigkeit der Verhinderung der Hohlraumbildung oft dadurch überwunden werden, dass das thermoplastische Material in mehreren dünnen Schichten aufgebracht wird und indem es sehr langsam gekühlt wird. Diese Arbeitsweisen sind aber für die Grossfabrikation sehr umständlich.If a relatively thick layer of these materials is to be applied in a single layer of greater thickness, it is difficult to avoid the formation of bubbles or voids. Such bubbles or cavities are particularly disadvantageous when a central conductor wire is to be provided with a thermoplastic insulating compound of greater strength. Similar difficulties arise in extruding these materials into individual parts, and in this case some remedy is provided by continuing the extrusion while cooling. However, such a method of operation cannot be used for pressing rods or wires provided with a coating, since this must be carried out continuously. In the case of coated wires, the difficulty of preventing cavitation can often be overcome by applying the thermoplastic material in several thin layers and by cooling it very slowly. However, these working methods are very cumbersome for large-scale production.

Die Erfindung schlägt nunmehr ein Verfahren zur Herstellung von stärkeren Gegenständen vor, die frei von Blasen oder Hohlräumen sind. Die geschieht in weniger Arbeits- gängen, als es bisher möglich war, und mit einer verhältnismässig hohen Kühlungsgeschwindigkeit.The invention now proposes a method for producing stronger objects that are free of bubbles or voids. This happens in less work than was previously possible, and with a relatively high cooling speed.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Stangen oder Belägen von Drähten oder Kabeln durch Auspressen, wobei diese eine so grosse Stärke besitzen, dass unter gewöhnlichen Herstellungsverfahren beim Abkühlen in der Masse Hohlräume zurückbleiben. Um dies zu vermeiden wird gemäss der Erfindung das thermoplastische Material in erwärmten Zustand durch einen Düse ausgepresst und dann mit Hilfe von Druckluft, Druckwasser oder einer anderen unter Druck stehenden Flüssigkeit einer starken Abkühlung unterworfen, wobei der Druch dieses Mediums ausreichend ist, um die dauernde Bildung von Hohlräumen zu vermeiden.The invention relates to a method for the production of rods or coverings of wires or cables by pressing, these having such a great strength that cavities remain in the mass when it cools under conventional production processes. In order to avoid this, according to the invention, the heated thermoplastic material is pressed out through a nozzle and then subjected to a strong cooling with the aid of compressed air, pressurized water or another pressurized liquid, the pressure of this medium being sufficient for permanent formation to avoid cavities.

Die Bildung von Blasen oder Hohlräumen während des raschen Abkühlens von grösseren Querschnitten des thermoplastischen Werkstoffes ohne Anwendung von äusserem Druck ist, wie angenommen wird, auf die Bildung eines festen äusseren Filmes des thermoplastischen Werkstoffes zurückzuführen, bevor der innere Teil oder Kern der Masse festgeworden oder genügend gekühlt ist. Durch das nachfolgende Festwerden und/oder Kühlen <Nicht lesbar> findet eine Zusammenziehung statt, und wenn der äussere Film schon zu steif geworden ist, als dass er unter der Wirkung der auf ihn einwirkenden äußeren Kräfte zusammenbricht, so führt dies zur Bildung von Hohlräumen.The formation of bubbles or cavities during the rapid cooling of larger cross-sections of the thermoplastic material without the application of external pressure is, as is assumed, due to the formation of a solid outer film of the thermoplastic material before the inner part or core of the mass has become solid or sufficient is cooled. As a result of the subsequent solidification and / or cooling <illegible>, a contraction takes place, and if the outer film has already become too stiff to collapse under the action of the external forces acting on it, this leads to the formation of cavities.

Bei einer Arbeitsweise zur Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens wird mit Polyäthylen als thermoplastischen Werkstoff gearbeitet, und ein Kupferdraht wird durch eine Düse gezogen, durch die auch das bei gewöhnlicher Temperatur feste Polyäthylen bei einer Temperatur von oberhalb 110° ausgepresst wird.In one mode of operation for carrying out the method forming the subject of the invention, polyethylene is used as the thermoplastic material and a copper wire is passed through A nozzle is drawn through which the polyethylene, which is solid at normal temperature, is pressed out at a temperature above 110 °.

Wenn das Polyäthylen bei einer Temperatur verarbeitet wird, die oberhalb derjenigen liegt, bei welcher schon eine wesentliche Zersetzung stattfindet, so ist dafür zu sorgen, dass diese Temperaturspitzen nur eine kurze Zeit lang beibehalten wird, so dass der Betrag der Zersetzung zu vernachlässigen ist. Wenn der Draht durch die Düse ausgepresst wird, ist er mit einer gleichmässigen Schicht von Polyäthylen versehen, welches sich noch im wesentlichen Zustand befindet. Die Masse wird dann in einer unter Druck stehenden Kammer gekühlt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Draht mit dem Belag durch ein Druckrohr geführt wird, ddurch das auch ein Kühlmedium, wie beispielsweise Luft oder Wasser, unter Druck geleitet wird. Der mit dem Belag versehene Draht , der durch diese Kammer hindurchgegangen ist, besitzt einen gleichmässigen Belag von Polyäthylen, der frei von Hohlräumen oder Blasen ist.If the polyethylene is processed at a temperature above that at which substantial decomposition already takes place, care must be taken that these temperature peaks are only maintained for a short time, so that the amount of decomposition is negligible. When the wire is pressed out through the nozzle, it is provided with an even layer of polyethylene, which is still in its essential state. The mass is then cooled in a pressurized chamber. This can take place, for example, in that the wire with the covering is passed through a pressure pipe, through which a cooling medium, such as air or water, is also passed under pressure. The wire provided with the covering that has passed through this chamber has a uniform covering of polyethylene that is free of cavities or bubbles.

Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Stange aus thermoplastischem Werkstoff dadurch hergestellt, dass das Material, wie beispielsweise Polyäthylen, durch eine Düse bei einer oberhalb des Erweichungspunktes liegenden Temperatur ausgepresst wird, worauf dann die Stange durch ein gekühltes Druckrohr geführt wird, in dem es durch Berührung mit Luft, Wasser oder einem anderen unter Druck stehenden Mittel gekühlt wird. Die Luft, das Wasser oder das andere Kühlmittel kann durch die Düse oder durch irgend eine andere Oeffnung entweichen.According to another embodiment of the invention, a rod made of thermoplastic material is produced in that the material, such as polyethylene, is pressed through a nozzle at a temperature above the softening point, whereupon the rod is passed through a cooled pressure tube in which it is cooled by contact with air, water or any other pressurized medium. The air, water or other coolant can escape through the nozzle or some other opening.

Naturgemäss darf die Düse nicht auf eine Temperatur abgekühlt werden, die zu niedrig ist, um eine befriedigende Verformung durch Auspressen herbeizuführen, und es ist bisweilen zweckmässig, insbesondere wenn Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, als Kühlmedium verwendet wird und wenn die Kühlkammer nahe der Düse oder direkt anschliessend an die Düse angeordnet ist, eine entsprechende Ablenkvorrichtung vorzusehen, durch die vermieden wird, dass das kalte Wasser direkt um die Düse herumfliesst.Naturally, the nozzle must not be cooled to a temperature that is too low to bring about a satisfactory deformation by pressing it out, and it is sometimes useful, especially when liquid, such as water, is used as the cooling medium and when the cooling chamber is close to the nozzle or is arranged directly adjoining the nozzle to provide a corresponding deflection device, by means of which it is avoided that the cold water flows directly around the nozzle.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist anwendbar auf sämtliche thermoplastischen Werkstoffe, welche durch Auspressen verformt werden können und die durch nachfolgendes Abkühlen soweit zu einer festen Masse erhärten, dass sie nicht mehr zusammenfallen. Das Verfahren kann auf feste Polymerisate Anwendung finden, die ein hohes Molekulargewicht besitzen, aber auch auf andere synthetische Stoffe und naturgemäss auch auf natürlich vorkommende Werkstoffe. Beispiele derartiger Stoffe sind: Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 10.000, plastifiziertes Polyvinylchlorid, Zwischenpolymerisate von Styrol und Isobutylen, plastifiziertes Aethylzelluslose, Guttapercha und Mischungen, welche diese Stoffe enthalten. Unter verformbare Mischungen werden hierbei solche verstanden, die beim Abkühlen homogen bleiben und die nicht in eine oder mehrere feste Phasen beim Abkühlen zerfallen. Auf diese Weise entsteht z.B. beim raschen Abkühlen einer 5 bis 10 mm starken Stange ohne Anwendung von Druck ein Produkt, in dem häufig Blasen oder Hohlräume enthalten sind, die bisweilen sogar einen Durchmesser von 1 mm überschreiten.The method forming the subject of the invention can be applied to all thermoplastic materials which can be deformed by pressing and which harden to a solid mass by subsequent cooling to such an extent that they no longer collapse. The process can be applied to solid polymers which have a high molecular weight, but also to other synthetic substances and naturally also to naturally occurring materials. Examples of such substances are: polyethylene with a molecular weight of 10,000, plasticized polyvinyl chloride, intermediate polymers of styrene and isobutylene, plasticized ethyl cellulose, gutta-percha and mixtures containing these substances. Deformable mixtures are understood here to mean those which remain homogeneous on cooling and which do not disintegrate into one or more solid phases on cooling. In this way, for example, when a 5 to 10 mm thick bar is rapidly cooled without applying pressure, a product is created that often contains bubbles or cavities that sometimes even exceed a diameter of 1 mm.

Der mittlere Druck, welche in der Druckkühlkammer angewandt wird, hängt u.a. von der Kühlungsgeschwindigkeit, der Stärke des thermoplastischen Werkstoffes und dem Temperaturbereich ab, durch den gekühlt werden muss. Es wurden gefunden, dass, wenn Drähte mit einer Schicht von Polyäthylen von 2,5 mm Stärke bei einer Temperatur von ungefähr 120° versehen werden, der mit dem Belag versehene Draht gekühlt werden kann, ohne das Hohlräume oder Blasen in der Masse zurückbleiben, wenn der Draht mit einer Geschwindigkeit von 3 m pro Minute ddurch ein 2 1/2 mtr. langes Rohr gezogen wird, durch das kalte Luft geblasen wird. Der Luftdruck in dem Rohr beträgt 0,7 kg cm(exp)2. Es können aber auch höhere Drucke, wie beispielsweise solche von 14 kg(exp)2 angewandt werden, beispielsweise wenn ein stärkerer Belag des thermoplastischen Materials, beispielsweise ein solcher von 25 mm Stärke, angewandt wird oder wenn die Temperatur wesentlich höher ist und etwa 290° beträgt oder wenn eine rasche Kühlung mit Wasser angewandt wird. Wenn die Kammer sich direkt an die Düse anschliesst, darf der in der Kammer herrschende Druck nicht den Auspressdruck überschreiten. Bei einer Schraubpresse mag dieser Druck etwa 21 kg/cm(exp)2 betragen, jedoch kann bei Kolbenpressen auch mit höheren Druck gearbeitet werden. Bei hohen Drucken können auch hohe Kühlgeschwindigkeiten Anwendung finden.The mean pressure that is used in the pressure cooling chamber depends, among other things, on the cooling speed, the thickness of the thermoplastic material and the temperature range through which the cooling must take place. It has been found that if wires are provided with a layer of polyethylene of 2.5 mm thickness at a temperature of approximately 120 °, the wire provided with the coating can be cooled without leaving voids or bubbles in the mass when the wire at a speed of 3 m per minute d through a 2 1/2 mtr. long pipe through which cold air is blown. The air pressure in the tube is 0.7 kg cm (exp) 2. However, higher pressures, such as those of 14 kg (exp) 2, can also be used, for example if a thicker covering of the thermoplastic material, for example one of 25 mm thickness, is used or if the temperature is significantly higher and about 290 ° or when rapid cooling with water is used. If the chamber is directly connected to the nozzle, the pressure in the chamber must not exceed the ejection pressure. In the case of a screw press, this pressure may be around 21 kg / cm (exp) 2, but a higher pressure can also be used in the case of piston presses. At high pressures, high cooling speeds can also be used.

Die Vorteile der Verhinderung von Hohlräumen in Produkten hängen von der Natur der Produkte und von dem jeweiligen Verwendungszweck ab, dem sie unterworfen werden. So besitzen beispielsweise Stangen an den Stellen, wo Hohl- räume oder Blasen in ihnen enthalten sind, eine viel geringere Festigkeit. Drähte, die in ihrem Belag derartige Hohlräume enthalten, weisen ebenfalls eine geringere Festigkeit an diesen geschwächten Stellen auf und wenn diese Drähte als Hochspannunskabel Anwendung finden, so treten häufig an den Stellen, wo sich die Einschlüsse befinden, Ionisierungen und schliesslich Durchschlägt auf.The benefits of preventing voids in products depend on the nature of the products and the particular use to which they are put. For example, in the places where hollow spaces or bubbles contained in them have a much lower strength. Wires that contain such cavities in their covering also have a lower strength at these weakened points and if these wires are used as high-voltage cables, ionizations and finally breakdowns often occur at the points where the inclusions are located.

In den folgenden Beispielen sind einige Ausführungsformen der Erfindung angegeben.Some embodiments of the invention are given in the following examples.

Beispiel 1example 1

Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,2 mm wird mit einem konzentrischen Belag aus Polyäthylen versehen. Der Gesamtdurchmesser des Drahtes, nachdem er mit dem Belag versehen ist, beträgt 7 mm. Die Herstellung dieses Isolationsbelages erfolgt in der Weise, dass der Kupferdraht mit einer Geschwindigkeit von 3 m pro Minute durch die Düse eine Schraubpresse bei einer Temperatur von 130° bewegt wird. Die erforderliche Stärke des Polyäthylenbelages wird gleichzeitig durch die Düse mit ausgepresst. An die Düse schliesst sic ein 2,4 m langes Rohr an, durch das der mit dem Belag versehene Draht hindurchgezogen wird und aus dem er durch eine entsprechend bemessene Düse an dem anderen Ende des Rohres austritt. Diesem Rohr wird gekühlte Druckluft mit einem Druck von 1,8 kg/cm(exp)2 zugeleitet, die langsam durch die Austrittsdüse entweicht. Wenn der Draht aus dem Druckrohr austritt, ist der Drahtbelag fest geworden und er ist frei von Blasen und Hohlräumen.A copper wire with a diameter of 1.2 mm is provided with a concentric covering of polyethylene. The total diameter of the wire after it has been coated is 7 mm. This insulation covering is produced in such a way that the copper wire is moved at a speed of 3 m per minute through the nozzle of a screw press at a temperature of 130 °. The required thickness of the polyethylene covering is pressed out through the nozzle at the same time. A 2.4 m long pipe is attached to the nozzle, through which the wire provided with the covering is pulled and from which it emerges through a correspondingly dimensioned nozzle at the other end of the pipe. This pipe is fed with cooled compressed air at a pressure of 1.8 kg / cm (exp) 2, which slowly escapes through the outlet nozzle. When the wire emerges from the pressure pipe, the wire coating has set and it is free of bubbles and voids.

Vergleichsweise sei festgestellt, dass bei einem ähnlichen Arbeitsverfahren, bei welchem Luft von atmosphärischem Druck durch dass Rohr geleitet wird, lediglich zum Kühlen des Belages, in diesem Fall der fest gewordene Belag kleine Bläschen und Hohlräume enthält, insbesondere an den Teilen, wo der Belag direkt an dem Draht anliegt.By way of comparison, it should be noted that in a similar working process, in which air at atmospheric pressure through that pipe is passed, only for cooling the coating, in this case the solidified coating contains small bubbles and cavities, especially on the parts where the coating is in direct contact with the wire.

Beispiel 2Example 2

Ein Kupferdraht von 2 mm Stärke wird mit einer Belagschicht aus Guttapercha versehen, so dass der Gesamtdurchmesser 2 cm beträgt. Zu diesem Zweck wird der Draht durch die Düse einer hydraulisch betätigten Kolbenpressmaschine hindurchgeleitet, welche auf 120° erwärmt worden ist. Das Guttapercha wird durch die Düse mit einer geeigneten Geschwindigkeit ausgepresst, um auf dem Draht den Belag von dem gewünschten Durchmesser zu erhalten. Der mit dem Belag versehene Draht wird dann durch ein 6 m langes Rohr gezogen, welches Druckwasser mit einem Druck von 10,5 kg/cm(exp)2 enthält. Der Draht tritt aus der Druckkammer durch eine Stopfbuchse oder Düse an anderen Ende des Rohres aus.A copper wire 2 mm thick is provided with a covering layer of gutta-percha so that the total diameter is 2 cm. For this purpose, the wire is passed through the nozzle of a hydraulically operated piston press machine, which has been heated to 120 °. The gutta-percha is pressed out through the nozzle at a suitable speed in order to obtain the coating of the desired diameter on the wire. The wire provided with the covering is then pulled through a 6 m long pipe which contains pressurized water at a pressure of 10.5 kg / cm (exp) 2. The wire exits the pressure chamber through a gland or nozzle at the other end of the pipe.

Beispiel 3Example 3

Eine Mischung von 4 Gewichtsteilen Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 15.000 und 1 Teil Polyisobutyl mit einem mittleren Molekulargewicht von 100.000 wird ständig durch die Düse einer Schraubenpressmaschine ausgepresst, und zwar einer Temperatur von 140° C. Auf diese Weise entsteht eine Stange aus dem thermoplastischen Werkstoff mit einem Durchmesser von 1 cm. Diese Stange wird dadurch abgekühlt, dass sie durch ein sich an die Düse anschliessendes 5 m langes Rohr gezogen wird, aus dem die Stange wiederum durch eine Düse oder Stopfbuchse austritt. In dieses Rohr wird Druckluft mit einem Druck von 3,5 Atmosphären eingeleitet, die durch ein Drucksteuerventil austritt.A mixture of 4 parts by weight of polyethylene with a molecular weight of 15,000 and 1 part of polyisobutyl with an average molecular weight of 100,000 is constantly pressed through the nozzle of a screw press machine at a temperature of 140 ° C. In this way, a rod made of the thermoplastic material is produced with a diameter of 1 cm. This rod is cooled by pulling it through a 5 m long pipe that is connected to the nozzle, from which the rod in turn exits through a nozzle or stuffing box. Compressed air at a pressure of 3.5 atmospheres is introduced into this pipe and exits through a pressure control valve.

Claims

1.) A method for extruding rods or for sheathing wires or cables for the production of other coverings from thermoplastic materials, characterized in that the thermoplastic material is pressed out in a heated state through a nozzle and then with the help of compressed air, pressurized water or another Pressure fluid is subjected to strong cooling, the pressure of this cooling medium being so high that no cavities remain in the mass.

2.) The method according to claim 1, characterized in that the pressure is above 0.35 kg / cm (exp) 2 and expediently in the range from 1.4 to 14 kg / cm (exo) 2.