NL9400452A - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van biaxiaal georiënteerde buis uit thermoplastisch kunststofmateriaal. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van biaxiaal georiënteerde buis uit thermoplastisch kunststof mater iaal .

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van biaxiaal georiënteerde buis uit thermoplastisch kunst stof mat er iaal, omvattende het bij een oriëntatietemperatuur van het kunststofmateriaal over een doorn forceren van de buis, welke doorn een expansiedeel omvat, dat expansie in omtreksrichting van de buis bewerkstelligt, waarbij stroomafwaarts van de doorn een axiale trekkracht wordt uitgeoefend op de buis en de biaxiaal georiënteerde buis wordt af gekoeld, en waarbij de buis stroomafwaarts van de doorn wordt onderworpen aan een kalibrering van de buitenafmetingen van de buis. In het kader van de onderhavige uitvinding heeft het begrip buis ook betrekking op slangvormige produkten.

Tevens heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

Het biaxiaal oriënteren van het kunststofmateriaal van een buis, ook bekend als het biaxiaal verstrekken van een buis, heeft tot doel de eigenschappen van de buis te verbeteren door oriëntatie in twee onderling loodrechte richtingen van de moleculen van het kunststofmateriaal van de buis. Bij een bepaalde, bekende werkwijze wordt de biaxiale oriëntatie bewerkstelligd door de buis over een doorn te forceren, waardoor de buis wordt vervormd. Stroomopwaarts van de doorn wordt de buis op een geschikte oriëntatietemperatuur gebracht. In de praktijk is binnenin de buiswand een temperatuursverloop aanwezig dat binnen een geschikt bereik voor het biaxiaal oriënteren van de moleculen van het kunststofmateriaal van de buis ligt.

Bij de bekende werkwijze wordt de buis over de doorn geforceerd doordat stroomafwaarts van de doorn een axiale trekkracht op de buis wordt uitgeoefend.. De doorn omvat een expansiedeel, dat het vergroten van de afmetingen in omtreksrichting van de buis bewerkstelligt. Doordat de buis dit expansiedeel passeert, wordt in hoofdzaak de oriëntatie van het kunststof mate riaal in omtreksrichting van de buis bepaald. De axiale trekkracht is in hoofdzaak bepalend voor de oriëntatie in axiale richting. De verkregen biaxiale oriëntatie wordt vastgelegd (ingevroren) door de buis af te koelen.

Een werkwijze volgens de aanhef is bijvoorbeeld bekend uit WO 93/19924. In deze publikatie wordt beschreven dat met behulp van een extruder een buis met een cilindrische buiswand wordt vervaardigd. In bewegingsrichting van de buis gezien bevindt zich stroomafwaarts van deze extruder een massieve, onvervormbare doorn met een conisch expansiedeel. De buis wordt bij een voor het betreffende kunststofmateriaal geschikte oriëntatietemperatuur over de doorn geforceerd doordat stroomafwaarts van de doorn een axiale trekkracht op de buis wordt uitgeoefend. Ter hoogte van een op het expansiedeel van de doorn aansluitend afloopdeel van de doorn wordt de buis uitwendig gekoeld om de verkregen oriëntatie vast te leggen.

Om te waarborgen dat de uiteindelijk vervaardigde biaxiaal georiënteerde buis met voldoende nauwkeurigheid de gewenste buitenafmetingen, in dit geval buitendiameter, heeft, wordt in deze publikatie voorgesteld stroomafwaarts van de doorn, tussen de doorn en de trekinrichting, een vacuumkalibreerbus te plaatsen. De buis wordt door deze kalibreerbus getrokken, waarbij met behulp van door een vacuumbron opgewekte onderdruk de buis tegen de binnenwand van de kalibreerbus wordt gezogen. Dit heeft tot gevolg dat de buis hier in omtreksrichting wordt opgerekt tot een door de binnenwand van de kalibreerbus vastgelegde buitendiameter. Om het oprekken van de buis mogelijk te maken, is het bij deze bekende werkwijze noodzakelijk dat de buis wordt verwarmd. Dit geschiedt door verwarming van de kalibreerbus.

De bij deze bekende werkwijze voorgestelde wijze van kalibrering van de buitenafmetingen van de biaxiaal georiënteerde buis is nadelig gebleken. In het bijzonder is gebleken dat zowel door het vergroten van de buitenafmetingen van de buis bij het kalibreren als door de bij het kalibreren toegepaste verwarming van de buis, de bij het passren van de doorn bewerkstelligde biaxiale oriëntatie van het kunststofmateriaal van de buis op ongewenste wijze wordt verstoord.

De onderhavige uitvinding beoogt bovengenoemd bezwaar op te heffen en tevens een werkwijze te verschaffen die een nauwkeurige regeling omvat voor de buitenafmetingen van de buis.

Dit oogmerk wordt bereikt door een werkwijze volgens de aanhef te verschaffen, die wordt gekenmerkt, doordat de kalibrering van de buitenafmetingen van de buis wordt bewerkstelligd door een reductie van de buitenafmetingen van de buis. In dit opzicht is het van belang te onderkennen dat de buis stroomafwaarts van de doorn door afkoeling, in het bijzonder bewerkstelligd door op die plaats opgestelde koelmiddelen, zal krimpen. Dit krimpverschijnsel treedt zowel op bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding als bij de reeds bekende werkwijzen. Om de volgens de onderhavige uitvinding beoogde werkzame reductie van de buitenafmetingen van de buis te bewerkstelligen, dient de reductie dus tot kleinere buitenafmetingen te leiden dan de buitenafmetingen die de buis zou krijgen indien rekening wordt gehouden met de optredende krimp.

In een voordelige uitvoering wordt de buis op een afstand stroomafwaarts van de doorn door een door kalibreermiddelen begrensde kalibreeropening getrokken, waarbij de kalibreeropening zodanig is dat deze een reductie van de buitenafmetingen van de buis bewerkstelligd. De kalibreermiddelen kunnen bijvoorbeeld de vorm hebben van een massieve treksteen met een daarin gevormde kalibreeropening of een aantal rollen 'die gezamenlijk de kalibreeropening begrenzen.

In tegenstelling tot de hierboven beschreven bekende werkwijze wordt door de kalibreermiddelen een verkleining van de buitenafmetingen van de buis bewerkstelligd. Doordat nu een reductie van de buitenafmetingen plaatsvindt, is het niet vereist dat de buis en/of de kalibreermiddelen worden verwarmd, hetgeen voordelig is voor het bereiken van de beoogde biaxiale oriëntatie.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding ondergaat de dwarsdoorsnede van de buis tussen de doorn en de kalibreeropening een voortschrijdende reductie. De wijze waarop deze reductie hier plaatsvindt, met name de snelheid daarvan, kan met voordeel worden benut voor de beheersing van het biaxiale verstrekkings-proces, zoals zal blijken uit de volgconclusies en de bijbehorende beschrijving.

Verder ondervindt de buis een weerstand op het moment dat de buis de kalibreermiddelen passeert. Deze weerstand kan eveneens op voordelige wijze worden benut voor de beheersing van het biaxiale verstrekkingsproces.

Opgemerkt wordt dat in de Europese octrooiaanvrage EP 0 157 601 een werkwijze volgens de aanhef is getoond waarin de te oriënteren buis, stroomafwaarts van het expansiedeel van de doorn, door een om een cilindrisch afloopdeel van de doorn gelegen treksteen wordt getrokken. Het is duidelijk dat deze treksteen niet dient als kalibreermiddel voor de buitenafmetingen van de buis nadat de buis de doorn heeft verlaten zoals bij de onderhavige uitvinding. Veeleer beschrijft EP 0 157 601 een samenwerking tussen de treksteen en het daarbinnen gelegen deel van de doorn voor het bewerkstelligen van de biaxiale oriëntatie van het kunststofmateriaal van de buis.

Bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is het van groot voordeel indien de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening wordt geregeld. Hiertoe is het uiteraard noodzakelijk dat de kalibreermiddelen ten opzichte van de doorn verplaatsbaar zijn, hetgeen eenvoudig uitvoerbaar is.

Bij voorkeur wordt de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening geregeld afhankelijk van stroomafwaarts van de kalibreeropening gemeten kenmerken, in het bijzonder de buitenafmetingen, van de biaxiaal georiënteerde buis.

Met voordeel wordt de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening vergroot indien de gemeten buitenafmetingen van de biaxiaal georiënteerde buis kleiner zijn dan de gewenste buitenafmetingen en wordt de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening verkleind indien de gemeten buitenafmetingen van de biaxiaal georiënteerde buis groter zijn dan de gewenste buitenafmetingen.

In een voordelige uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding worden de kalibreermiddelen gekoeld. Ook · stroomafwaarts van de kalibreermiddelen wordt de buis bij voorkeur verder af gekoeld. De invloed van de door deze afkoeling veroorzaakte krimp van de buis op de buitenafmetingen van de buis kan (bijvoorbeeld experimenteel) worden bepaald en worden gebruikt bij het vastleggen of instellen van de afmetingen van de kalibreeropening, die nodig zijn om de gewenste buitenafmetingen van de buis te verkrijgen.

In een variant van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt de buis stroomafwaarts van de doorn door meerdere achter elkaar geplaatste door kalibreermiddelen begrensde kalibreeropeningen getrokken, waarbij elke kalibreeropening zodanig is dat deze een verdere reductie van de buitenafmetingen van de buis bewerkstelligd. Hierdoor wordt de reductie per passage door een kalibreeropening beperkt, hetgeen in een aantal gevallen gunstig is met betrekking tot de invloed van deze reductie op de bij de doorn bewerkstelligde biaxiale oriëntatie.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de enkele figuur van de tekening, waarin in een bovenaanzicht schematisch het voor de toelichting van de uitvinding relevante deel van een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding voor het vervaardigen van biaxiaal georiënteerde buis is getoond.

In de tekening wordt uitgegaan van een toepassing waarbij een buis uit thermoplastisch kunststofmateriaal met een gladde cilindrische wand wordt vervaardigd. Het zal duidelijk zijn dat de hier beschreven uitvindingsgedachte en oplossingen ook van toepassing kunnen zijn voor het vervaardigen van buisprofie-len met een andere dwarsdoorsnede, zonodig door aanpassing van de uitvoeringsvorm van de hierin beschreven oplossingen.

De tekening toont een deel van een buis 1 uit thermoplastisch kunststofmateriaal (in langsdoorsnede), die in een continu proces wordt vervaardigd met behulp van een niet weergegeven extruder. Stroomafwaarts van de extruder wordt het kunststofmateriaal van de buis 1 op een voor de biaxiale oriëntatie geschikte temperatuur gebracht met behulp van niet weergegeven temperatuur-regelmiddelen, bijvoorbeeld met lucht- of waterkoeling.

Het kunststofmateriaal van de getemperde buis 1 wordt biaxiaal georiënteerd (verstrekt) door de buis 1 vervolgens over een met een trekstang 2 aan de extruder bevestigde metalen doorn 3 te forceren. De doorn 3 heeft een cilindrisch oploopdeel 4, een conisch expansiedeel 5, en een enizins conisch toelopend afloopdeel 6.

Voor het over de doorn 3 forceren van de buis 1 is stroomafwaarts van de doorn 3 een niet weergegeven trekinrichting aanwezig voor het uitoefenen van een axiale trekkracht op de buis 1. Eventueel kan stroomopwaarts van de doorn 3 een duwinrichting zijn geplaatst voor het uitoefenen van een duwkracht op de buis 1.

Om de tijdens het passeren van de doorn 3 bewerkstelligde biaxiale oriëntatie van de moleculen van het kunststofmateriaal van de buis 1 vast te leggen, wordt de buis stroomafwaarts van het expansiedeel 5 van de doorn 3 aan een uitwendige koeling onderworpen. Daartoe is op deze plaats een schematisch aangeduide koelinrichting 8 opgesteld, bijvoorbeeld met sproeiers voor koelwater.

Op een afstand stroomafwaarts verwijderd van de doorn 3 bevindt zich een kalibreer- en koelinrichting 10 volgens de uitvinding, die hierna zal worden toegelicht. De kalibreer-en koelinrichting 10 omvat een treksteen 11, in de vorm van een metalen schijf met een centrale kalibreeropening 12. De treksteen 11 is verschuifbaar gelagerd op geleidestangen 13 van het vast opgestelde gestel van de kalibreer inrichting 10, zodanig dat de afstand tussen de treksteen 11 en de doorn 3 binnen een geschikt bereik kan worden ingesteld. Voor het verplaatsen van de treksteen 11 omvat de kalibreerinrichting 10 een schematisch aangeduide verplaatsingseenheid 14.

Ten behoeve van het afkoelen van de biaxiaal georiënteerde buis 1 tijdens en na het passeren van de treksteen 11 zijn aan de treksteen 11 armen 15 bevestigd met koelmiddelsproeiers 16. Het koelmiddel, bijvoorbeeld water, wordt aan de sproeiers 16 toegevoerd via een leiding 17. Het koelmiddel wordt opgevangen door een om de kalibreer- en koelinrichting 10 geplaatste bak 18.

De diameter van de kalibreeropening 12 van de treksteen 11 is zodanig gekozen dat de buitendiameter van de buis l bij het passeren van de treksteen 11 wordt gereduceerd. De door de treksteen 11 bewerkstelligde reductie van de buitendiameter ten opzichte van de buitendiameter van de buis 1 op het moment dat deze de doorn 3 verlaat, is groter dan de reductie van de buitendiameter van de buis 1 die het gevolg is van de krimp door de afkoeling van de buis in het traject tussen de doorn 3 en de kalibreeropening 12. Met andere woorden wordt er door de treksteen 11 een effectieve, de buitendiameter van de buis 1 reducerende kracht op de buis 1 uitgeoefend. Door rekening te houden met verdere krimp van de buis 1 na het verlaten van de kalibreeropening kan de diameter van deze kalibreeropening 12 zodanig worden gekozen dat de uiteindelijk vervaardigde buis I met grote nauwkeurigheid de beoogde buitendiameter verkrijgt.

De onderhavige uitvinding verschaft een oplossing om de buitendiameter van de biaxiaal georiënteerde buis 1 op doelmatige wijze te beheersen. Hiertoe is stroomafwaarts van de kalibreerinrichting 10 een schematisch weergegeven meetinrichting 20 geplaatst. Deze meetinrichting 20 meet de buitenafmetingen, in dit geval de buitendiameter, van de buis 1. De meetinrichting 20 geeft een de buitenafmetingen representerend signaal af een regeleenheid 21, die dit signaal vergelijkt met een signaal dat de gewenste buitenafmetingen van de buis 1 representeerd. Een op het verschil van deze beide signalen gebaseerd stuursignaal wordt door de regeleenheid 21 aan de verplaatsingseenheid 14 van de kalibreerinrichting 10 toegevoerd. Hierdoor wordt de verplaatsing van de treksteen II ten opzichte van de doorn 3 bewerkstelligd. Indien door de regeleenheid 21 wordt vastgesteld dat de buitendiameter van de buis kleiner is dan de gewenste buitendiameter dan geeft de regeleenneid 21 een zodanig signaal af aan de verplaatsings-eenheid 14 dat de afstand tussen de doorn 3 en de treksteen 11 groter wordt. Als de buitendiameter van de buis 1 echter groter is dan de gewenste buitendiameter wordt de treksteen 11 naar de doorn 3 toe bewogen.

Voor een verklaring van deze werkwijze kan een grondslag worden gevonden in de snelheid waarmee de dwarsdoorsnede van de buis wordt gereduceerd. Deze snelheid is afhankelijk van de afstand tussen doorn 3 en treksteen 11. Indien de snelheid van reductie van de dwarsdoorsnede relatief groot is, blijkt de uiteindelijke diameterreductie groter dan bij een lagere snelheid (een grote afstand tussen de doorn en de treksteen).

Verder kan de weerstand die de treksteen 11 vormt voor het passeren van de buis 1 op voordelige wijze worden gebruikt voor de te bereiken biaxiale oriëntatie. Deze oriëntatie vindt weliswaar in hoofdzaak plaats wanneer de buis 1 de doorn 3 passeert, maar tevens blijkt de axiale spanning in de buis 1 in het traject na het passeren van de treksteen 11 van invloed op de uiteindelijk vervaardigde buis 1. In het bijzonder kan de koeling van de buis door middel van de koelinrichting 8 geschikt worden geregeld om zo de biaxiaal georiënteerde buis I in het traject tussen de doorn 3 en de treksteen 11 te koelen. Dit leidt dan tot een toename van de weerstand die de treksteen II vormt voor het passeren van de buis 1. Deze verandering van de weerstand leidt in combinatie met de op de buis l uitgeoefende trekkracht tot een verandering van de axiale spanning in de buis l. Deze wijze van veranderen van de axiale spanning in de buis 1 kan op voordelige wijze worden gebruikt voor het verkrijgen van de beoogde biaxiale oriëntatie.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van biaxiaal georiënteerde buis uit thermoplastisch kunststofmateriaal, omvattende het bij een oriëntatietemperatuur van het kunststofmateriaal over een doorn forceren van de buis, welke doorn een expansiedeel omvat, dat expansie in omtreksrichting van de buis bewerkstelligt, waarbij stroomafwaarts van de doorn een axiale trekkracht wordt uitgeoefend op de buis en de biaxiaal georiënteerde buis wordt afgekoeld, en waarbij de buis stroomafwaarts van de doorn wordt onderworpen aan een kalibrering van de buitenafmetingen van de buis, met het kenmerk, dat de kalibrering van de buitenafmetingen van de buis wordt bewerkstelligd door een reductie van de buitenafmetingen van de buis.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de buis stroomafwaarts van de doorn door een door kalibreermiddelen begrensde kalibreeropening wordt getrokken, waarbij de kalibreeropening zodanig is dat deze een reductie van de buitenafmetingen van de buis bewerkstelligd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening geregeld wordt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met'het kenmerk, dat de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening geregeld wordt afhankelijk van stroomafwaarts van de kalibreeropening gemeten buitenafmetingen van de biaxiaal georiënteerde buis.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening wordt vergroot indien de gemeten buitenafmetingen van de buis kleiner zijn dan de gewenste buitenafmetingen en dat de afstand tussen de doorn en de kalibreeropening wordt verkleind indien de gemeten buitenafmetingen van de buis groter zijn dan de gewenste buitenafmetingen.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de kalibreermiddelen worden gekoeld.

7. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de buis stroomafwaarts van de doorn door meerdere achter elkaar geplaatste, door kalibreermiddelen begrensde kalibreeropeningen wordt getrokken, waarbij elke kalibreeropening zodanig is dat deze een verdere reductie van de buitenafmetingen van de buis bewerkstelligd.

8. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de buis stroomopwaarts van de kalibreermiddelen wordt gekoeld.

9. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies.