DK155579B - Fremgangsmaade og apparat til kontinuerlig ekstrudering og blaesning af tynd plastfilm - Google Patents

Description

DK 155579B

- i -

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til kontinuerlig ekstrudering og blæsning af film af formstof-materiale, som nærmere angivet i krav l's indledning.

Fremstilling af massiv PVC-film befinder sig for øjeblikket 5 i konstant udvikling. Målet, der ønskes nået, består i forøgelse i henseende til kanalerne, under anvendelse af ekstruder ingsmaskiner, som arbejder på kontinuerlig vis, samt pålidelighed ved fremstillingen, idet der tilsikres et højt kvalitetsniveau sammen med reduktion af omkostningerne.

10 PVC (polyvinylchlorid) er fra 100°C termisk meget sensitivt. Over denne temperatur ødelægges det i stigende udstrækning ved udskillelse af saltsyre. Som følge af granulation indtræder der temperaturer i massen på omkring 175-190°C og ved fremstillingen (ekstrudering) temperaturer 15 på omkring 185-220°C. Granulation og ekstrudering er kun mulig ved tilsætning til massen af stabilisatorer samt gli-demidler, hvilke delvis forbruges under de termiske påvirkninger.

De nævnte stabilisatorer samt glidemidler kan influere på 20 uheldig måde på produktets kvalitet. Ved eliminering af granulationen, dvs. anvendelse af pulvere ifølge den foreliggende opfindelse, underkastes PVC-materialet kun én gang en høj termisk påvirkning, og dette indtræffer under den ene ekstrudering. Idet der gribes til anvendelse af 25 pulvere, kan af denne årsag misfarvninger, netdannelser og andre misvirkninger eller mangler formindskes eller undgås.

Mængden af tilsætningsmidler, dvs. stabilisatorer og glidemidler, kan også mindskes, såfremt granulationen undgås, hvorved der ud over et bedre slutprodukt også er tilveje-30 bragt en økonomisk fordel, eftersom disse tilsætningsmidler er meget dyre.

- 2 -

DK 155579B

Opvarmningen af det massive PVC-pulver i ekstruderingsma-skinen medfører imidlertid vanskeligheder, eftersom det tilladte område af temperaturer er meget begrænset enten som følge af modstanden mod strømningen af materialet, som 5 skal plasticeres, eller som følge af den begrænsede termiske stabilitet.

Det er muligt, at lokale overopvarmninger kan indtræffe navnlig i de dele af ekstruderingsmaskinen, som besidder lav termisk ledningsevne, hvilket fører til termisk beskad-10 igelse af den allerede forbelastede masse.

Bearbejdning af massivt PVC i ekstruderingsmaskiner er endvidere begrænset meget af massens lave termiske stabilitet. Kravet om opnåelse af en så lille termisk indvirkning som muligt står i modsætning til fremkomst af kvalitets-15 mæssigt uacceptable produkter under anvendelse af høje ar-bejdstemperaturer samt, af denne årsag, lave strømningsmodstande. Det er kun muligt med høje massetemperaturer i korte tidsintervaller, for at massen ikke skal ødelægges.

Den termiske dekomponering af PVC under fremstillingen er 20 som indikeret karakteriseret ved udskillelse af saltsyre ved selv-oxidering samt ved netdannelse. Lave termiske beskadigelser, som ikke influerer på ekstruderingsmetoden, kan i stedet for medføre misfarvning såvel som uanvendelighed af produktet som følge af forringelse af de 25 mekaniske egenskaber. Betydelige termiske beskadigelser kan observeres i form af streger, som først besidder en lys kastaniebrun farve og derefter en mørk kastaniebrun forud for, at der efter ekstruderingen forekommer helt forkullede stykker. Når en gang centeret for beskadigelse er opstået, 30 forbliver en del af den beskadigede masse hæftende til eks-truderingsmaskinens metaloverflade og medfører en ekstrudering af den såkaldte "brænding" på hele massen.

Ved opdukken af de ovenfor nævnte streger er det - 3 -

DK 155579B

sædvanligvis nødvendigt at afbryde produktionen. Efter demontering af trækpladen og skruen må alle delene, som kommer i berøring med massen, omhyggeligt rengøres. Efter genoptagelse af ekstruderingsarbejdet kræver det timer, i 5 afhængighed af maskinens størrelse, til opnåelse af normal produktionstilstand, således at monteringsarbejdet og klargøring som nævnt betyder et betydeligt tab af tid og derfor også af produktionsydelse.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse tillader 10 overvindelse af de refererede vanskeligheder, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

Fordelene ved den foreliggende fremgangsmåde består i den kendsgerning, at der er undgået for lang en opvarmning af 15 materialet, hvorved forkulning af materialet er undgået.

Dette skyldes ikke alene underopdeling i en plastifice-ringszone og i en homogeniseringszone, men også i en forholdsvis kort tvingen af materialet ind i plastificeringszonen.

20 Temperaturen i ekstruderingsmaskinen forbliver fortrinsvis under omkring 190°C.

Fra det øjeblik, hvor der gås ud fra råmaterialet i pulverform, stiger vanskelighederne i henseende til dets fluidicering væsentligt, den foreliggende fremgangsmåde 25 tilvejebringer indføring i ekstruderingsmaskinens forløb, efter at materialet er blevet passende opvarmet, sammentrykt og homogeniseret, idet en forhindring besidder indjusterede åbninger, som tvinger strømmen af materiale transporteret af ekstruderingsmaskinens skrue til en 30 nedsættelse af hastigden, dvs. ændre hastighed og som følge heraf atplasticere, men uden forøgelse af temperaturen, hvorefter der følger en dekompression, afgasning, påfølgende sammentrykning samt udstødning ved hjælp af ekstruderingsmaskinen.

DK 155579 B

- 4 -

Opfindelsen angår også et apparat af den i krav 2's indledning angivne art, som tillader virkeliggørelse af den foreliggende fremgangsmåde, og dette apparat er ejendommeligt ved det i krav 2's kendetegnende del anførte.

5 Ifølge USA patentskrift nr. 3.486.193 kendes der et skrue-ekstruderingsapparat, som får tilført et råmateriale, og som er forsynet med komprimerings-, afgasnings- og homogeniseringszoner efterfulgt af en koaksial blandering til delvis afdækning af udstrømningen af materialet med henblik 10 på plastificering.

Endvidere kendes der fra "Der Plastverarbeiter", 21 OKT

1970 en tilføringsskrue, som benyttes til tilføring af et velblandet materiale til ekstruderingsapparatets indfør-ringszone.

15 En kombination af to kendte foranstaltninger giver resultatet ifølge den foreliggende opfindelse.

Det drejer sig om kombinationen af virkningen af et enkelt-skrueekstruderingsapparat med virkningen af en tilføringsskrue.

20 Ved tilføringsskruen bliver råmaterialet ikke blot blandet, men det bliver også tilført i pulverform og sammentrykket forlods kontinuerligt i kold tilstand, idet polyvinylchlo-rid er meget varmefølsomt fra 100°C. Over denne temperatur sønderdeles det i stigende grad under udskillelse af HC1.

25 Ved fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen bliver det muligt at overvinde disse ulemper ved den kendte teknik.

Til indføring af det pulverformede råmateriale opvarmet til en temperatur under den sædvanlige, og for at det skal 30 kunne nå frem til de kalibrerede åbninger, kræves en - 5 -

DK 155579B

forkompression af det pulverformede råmateriale med tilføringsskruen, og denne forkompression må kunne reguleres, hvilket vil sige, at hastigheden af tilføringsskruen reguleres i forhold til hastigheden af enkeltskrueekstrude-5 ringsmaskinen under hensyn til egenskaberne af det råmateriale, som skal bearbejdes.

I artiklen "Der Plastverarbeiter" angives det klart, at tragtskruen kun har den opgave at blande pulveret og ikke at foretage nogen forkompression.

10 Apparatet ifølge opfindelsen gør det muligt indbyrdes uafhængigt at ændre forkompressionen af råmaterialet, nemlig ved ænding af hastigheden af tilføringsskruen, og sammentrykningsgraden deraf, nemlig ved ændring af hastigheden af ekstruderskruen, idet de to skruer ikke er forbundet med 15 hinanden, men drives indbyrdes uafhængigt.

Som følge af, at materialestrømmen tvinges gennem ringens gennemboringer, plastificeres materialet uden væsentlig forøgelse af temperaturen. Herved undgås overopvarmning af materialet med deraf følgende misfarvning og ødelæggelse af 20 strukturen af ekstrudatet.

Opfindelsen skal forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser en ekstruderingsmaskine ifølge en første udførelsesform ifølge den foreliggende opfindelse vist i 25 længdesnit og i meget skematiseret form, fig. 2 viser i forstørret målestok snit langs linien II-II på fig.l, fig. 3 viser i forstørret målestok længdesnit igennem den centrale zone i ekstruderingsmaskinen vist på fig. 1 sva-30 rende til afgasningszonen som nabo hertil, - 6 -

DK 155579B

fig. 4 viser i forstørret målestok snit langs linien IV-IV på fig.3 igennem en afgasningspumpe, fig. 5 viser i forstørret målestok delvist snit langs linien V-V på fig. 4 igennem stemplet hørende til afgasnings-5 pumpen, fig. 6 viser i diagramform forløbet af afgasningspumpestan-gen som funktion af tiden, fig. 7a, 7b, 7c, 7d viser forskellige snit, som udgør den enkelte skrue hørende til ekstruderingsmaskinen ved en an-lo den udførelsesform ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 8 viser i forstørret målestok enkeltheder ved en strømningsbrydningsring vist i formindsket målestok på fig.

7b, fig. 9 viser ekstruderingsskruens forreste ende, og 15 fig.10 viser ekstruderingshovedet set i aksialt snit.

En ekstruderingsmaskine, der som helhed på fig.l er betegnet med henvisningsbetegnelse 10, udviser en ekstruderings-skrue 12 lejret i ekstruderingsmaskinens 14 cylinder. Pra en tilføringssilo 16 er arbejdsmateriale, dvs. harpiks i 2o pulverform blandet med stabilisatorer og glidemidler, ført ved hjælp af en tilføringsskrue 20 (fig.2) anordnet i en kanal 18 til en ekstruderingsskrue 12, der er vist på fig.l og fører igennem en indgangsåbning 24 (fig.2).

Ekstruderingsskruen 12 besidder syv forskellige zoner 25 (fig.l og 3).

I området af tilføringssiloen 16 for materialet forefindes en tilførselszone E. I denne zone besidder ekstruderings-skruen 12 næsten konstant udvendig diameter, indvendig dia-

DK 155579E

- 7 - meter samt stigning og befinder sig fortrinsvis uden opvarmning. En første kompressionszone K^, som er lidt opvarmet, øger efter tilførselszonen E, og her besidder skruen en konstant udvendig diameter, en øgende forløbende indven-5 dig diameter (konisk kerne) samt konstant stigning. En opvarmet homogeniseringszone H følger efter den første kompressionszone , og her besidder skruen en konstant udvendig diameter, indvendig diameter samt stigning. En opvarmet dekompressionszone D, i hvilken skruen besidder en konstant 10 udvendig diamter, en kraftigt øgende forløbende indvendig diameter samt en konstant stigning, samt en opvarmet afgasningszone G, i hvilken skruen besidder en konstant indvendig diameter, men reduceret i forhold til de ovenfor nævnte diametre, samt konstant stigning, følger efter homo-15 geniseringszonen.

En anden opvarmet kompressionszone I^, i hvilken skruen besidder en konstant udvendig diameter, en øgende forløbende indvendig diameter (konisk kerne) samt konstant stigning, følger efter afgasningszonen G.

20 En opvarmet udstødningszone A, i hvilken skruen besidder en konstant udvendig diameter, men begrænset langs en vis længde, en konstant indvendig diameter for den samme længde samt indsnævrende forløbende ende i nærheden af ekstrude-ringshovedet, hvorfra massen fuldstændigt plastificeret 25 kommer ud i rørform og bliver fortyndet ved blæsning af røret i radial retning samt strækning i aksial retning, følger efter den anden kompressionszone I diagrammet vist på fig. 6 er der som allerede nævnt vist forløbet i millimeter af stangen hørende til afgasnings-pumpen som funktion af tiden regnet i sekunder. 1

Som det fremgår, indtræffer stempelslaget meget hurtigt svarende til tiden t, er holdt konstant i tiden mellem t^ og t^ og vender abrupt tilbage til udgangspunktet ved tids- - 8 -

DK 155579B

punktet t^r - og lige så meget for tiderne t^ og t^.

Ved ekstruderingsskruen vist på fig. 7a, 7b, 7c, 7d svarer afstanden E til tilførselszonen for polyvinylchloridstøv blandet med stabilisatorer og glidemidler. Tilførslen fin-5 der sted i kold tilstand ved en meget lav temperatur. Sammentrykningszonen følger efter, i hvilken skruens udvendige diameter er konstant, men den indvendige diameter forløber forøgende, idet kun stigningen er konstant tjenendede således til bestemmelse af sammentrykningen.

10 Homogenisering finder sted i den efterfølgende zone Η. I denne zone er skruens udvendige og indvendige diametre samt stigning konstant.

Mod enden af homogeniseringszonen er der indskudt en strømningsbrydningsring 3 (se fig. 8) besiddende indjusterede 15 udboringer 4 og 5 til tilvejebringelse af en forhindring for den normale strømning af formstofmateriale langs eks-truderingsskruen tvingende materialet at blive plasticeret uden medfølgende forøgelse af temperaturen.

Dette udgør den væsentlige del af den foreliggende opfind-20 else, idet det medfører en betydelig forbedring af arbejdsforholdene for formstofmaterialet, navnlig for polyvinyl-chlorid, som er meget følsomt over for forøgelser af temperaturen og med vanskelighed er i stand til at blive plasticeret ved relativt lav temperatur uden anvendelse af appa-25 ratet, som der nu refereres til.

Dekompressionszonen D, i hvilken skruens udvendige diameter samt stigning er konstant, medens den indvendige diameter forløber hurtigt formindskende til brat reduktion af trykket, følger efter homogeniseringszonen H. 1 I den efterfølgende afgasningszone G er skruens udvendige og indvendige diameter konstant og herved også stigningen,

DK 155579 B

- 9 - medens en egnet pumpe, som ikke er vist, sørger for bortledning af gasserne.

I den efterfølgende zone foreligger der en ny sammentrykning, for hvilken skruens udvendige diameter samt stig-5 ning er konstant, medens den indvendige diameter forløber forøgende.

Slutteligt er den udvendige diameter, den indvendige diameter samt stigningen konstant i udstødningszonen A.

Skruen er afsluttet med et tilspidset hoved 6 (fig.9), 10 medens råmaterialet, som er fuldstændigt plasticeret, passerer igennem trækpladen 7 (fig.10), en kanal 8, en åbning 9 med cirkulært tværsnit og forlader ved 10 i form af et rør, hvis tykkelse gradvist formindskes ved pustning i radial retning samt ved aksialt træk.

Trækpladen, som er vist på fig.10, kan klassificeres til at 15 befinde sig mellem den såkaldte type "med radii" og besidder fordelen af bedre fordeling af massen i forhold til de kendte "hjerte-formede", spiral-formede" etc. ekstrude-ringstrækplader, i hvilken ekstruderingsmassens forløbskurs er simplere, og udstødningshastigheden er større.

20 Idet der ønskes bearbejdning af polyvinylchlorid med kendte ekstruderingsmaskiner, er trækpladen med radix den mindst egnede på grund af effekten af brænding og misfarvning, eftersom massen reduceres, såfremt udstødningshastigheden fra trækpladen er for lav. 1

Derimod er ved ekstruderingsmaskiner ifølge den foreliggende opfindelse, i hvilke der ikke foreligger nogen reduktion af massen, trækpladen med radii virkelig egnet, eftersom den tillader optimal fordeling af massen, som kommer ud, og dermed en perfekt tykkelse af filmen.

DK 155579 B

- 10 -

Strømningsbrydningsringen 2 (fig.8) er anordnet til at kunne tilvejebringes også på en fuldkommen forskellig måde, forudsat at der foreligger åbninger, som er indjusteret til passage af strømmen af formstofmateriale, og som bryder 5 den nævnte strømning, dvs. hindre den delvist til fordel for plastificering uden forøgelse af temperaturen.

Claims (1)

1. Fremgangsmåde til kontinuerlig ekstrudering og blæs-ning af film af formstofmateriale, især af stift polyvinyl-chloridpulver som råmateriale, under undgåelsen af udskillelse af saltsyre, misfarvning og netdannelse samt til be- 5 grænsning af mængden af additiver, kendetegnet ved, at råmaterialet i kold tilstand forkomprimeres kontinuerligt af en tilføringsskrue og derpå indføres i en separat skrueekstruderingsmaskine med en plastificering bevirkende kalibrerede åbninger (4,5), idet materialet passerer 10 gennem en første sektion, som er en kompressionssektion omfattende en tragt (16) med den nævnte tilføringsskrue (20) samt en indføringszone (E) en første opvarmet kompressions-zone (K^) og en opvarmet plastificeringszone (H) i den separate ekstruderingsmaskine, og at materialet derpå ledes 15 gennem en anden sektion efter de kalibrerede åbninger (4.5) , hvilke åbninger er anbragt i den opvarmede plastificeringszone (H), idet den anden sektion omfatter: en opvarmet dekompressionszone (D) en opvarmet afgasningszone (G), en anden opvarmet kompressionszone 20 (i^) og en opvarmet udstødningszone (A) for materialet. 1 Apparat til kontinuerlig ekstrudering og blæsning af film af formstofmateriale, navnlig af stift polyvinylchlo-ridpulver som råmateriale under undgåelse af udskillelse af saltsyre, misfarvning, netstrukturdannelse og til begræns- 25 ning af mængden af additiver og omfattende en tragt med en tilføringsskrue (20) og en ekstruderingsmaskine (14) med en skrue (12) med blødgørende kalibrerede åbninger (4,5), k e ndetegnet ved, at de kalibrerede åbninger (4.5) medfører en opdeling af apparatet i to sektioner,nem-30 lig en første sektion eller kompressionssektion omfattende en tragt (16) med dens tilføringsskrue (20) samt en indføringszone (E), en første kompressionszone (K^) og en plastif iceringszone (H) i ekstruderingsmaskinen, medens den anden sektion efter de kalibrerede åbninger (4,5) omfatter - 12 - DK 155579B en dekompressionszone(D), en afgasningszone (G) en anden kompressionszone (P^) og en uddrivningszone (A) for materialet, idet tilføringsskruen (20) er indrettet til kontinuerligt at føre formstofpulveret i kold tilstand ind 5 i ekstrudereringsmaskinen i forkomprimeret tilstand.