NO751928L

NO751928L -

Info

Publication number: NO751928L
Application number: NO751928A
Authority: NO
Inventors: G Lozach
Original assignee: Charbonnages Ste Chimique
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1975-06-02
Publication date: 1975-12-08
Also published as: DE2523277B2; SE7506059L; FR2273653A1; FI751649A; DK135618C; IE41886B1; ZA753552B; IT1035940B; GB1470267A; DE2523277A1; BE829551A; DD118018A5; IE41886L; DK135618B; AR202987A1; AU8187375A; NL7506630A; FR2273653B1; BR7503522A; LU72612A1

Description

"Fremgangsmåte for fremstilling av profilelementer"Procedure for the production of profile elements

av termoplast".of thermoplastic".

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for ved ekstfudering å fremstille profiler av strukturelt oppskummet termoplast, det vil si som hat en tetthet mellom 0,4 og 0,9 i forhold til det tilsvarende massive termoplastmateriale. Fremgangsmåten er spesielt anvendelig for polystyren, polyvinylklorid og kopolymerer som inneholder en av.disse substanser, men kan anvendes generelt for polymerer som har•tilstrekkelig utstrakt "gummiaktig område" (slik det skal defineres senere) . The present invention relates to a method for producing profiles of structurally foamed thermoplastic by extrusion, that is to say which has a density between 0.4 and 0.9 in relation to the corresponding solid thermoplastic material. The method is particularly applicable to polystyrene, polyvinyl chloride and copolymers containing one of these substances, but can be used in general for polymers which have a sufficiently extended "rubbery area" (as will be defined later).

Oppfinnelsen angår også installasjoner for utførelse av denne fremgangsmåte og vedrører også de oppnådde profiler som har en anisotrop struktur og er spesieltkarakterisertved at cellene i det strukturelt oppskummede termoplastprofil har en langstrakt form i lengderetningen. The invention also relates to installations for carrying out this method and also relates to the obtained profiles which have an anisotropic structure and are particularly characterized in that the cells in the structurally foamed thermoplastic profile have an elongated shape in the longitudinal direction.

Det er allerede kjent forskjellige fremgangsmåter til fremstilling av ekstruderte profiler av oppskummet termoplast, hvor det i alminnelighet benyttes kostbare og kompliserte anordninger, spesielt med hensyn på utformning og konstruksjon av matrisene. Ved alle disse fremgangsmåter foregår ekspansjonen enten fra det ytre mot det indre eller fra det indre mot det ytre, og i disse tilfelle kan ekspansjonen bli hindret nær ved kantene ved at det der dannes massivt polymermateriale. Different methods are already known for the production of extruded profiles of foamed thermoplastic, where expensive and complicated devices are generally used, especially with regard to the design and construction of the matrices. In all these methods, the expansion takes place either from the outside towards the inside or from the inside towards the outside, and in these cases the expansion can be prevented close to the edges by the formation of massive polymer material there.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen avviker fra de tidligere kjente fremgangsmåter ved at ekspansjonen ved utløpet av ekstruderingsmatrisen foregår bare i lengderetningen. Derved blir matriseformen ganske enkel, idet profilgeometrien og profil-dimensjpnene blir slik som for de profiler som skal fremstilles. Dette forhold blir det samme som for en formingsanordning for metall med en metallkalibreringsinnretning som vanligvis anvendes i kombinasjon med en matrise og som hovedsakelig har samme form og dimensjoner som den profil som skal fremstilles. The method according to the invention deviates from the previously known methods in that the expansion at the outlet of the extrusion die takes place only in the longitudinal direction. Thereby, the matrix form becomes quite simple, as the profile geometry and profile dimensions are the same as for the profiles to be produced. This relationship becomes the same as for a forming device for metal with a metal calibration device which is usually used in combination with a matrix and which mainly has the same shape and dimensions as the profile to be produced.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fås ekspansjonen ved å utsette det ekstruderte produkt for en trek-kraft som er slik at den lineære ekstruderingshastighet i forhold til den lineære hastighet ved utløpet av metallmatrisen er proporsjonal med tettheten som ønskes oppnådd. For å få et profilelement med en tetthet på 0,50 er det for eksempel nødvendig at den lineære hastighet av det ekstruderte produkt ved utløpet av metallmatrisen er dobbelt så stor som ekstruderingshastigheten av det ekstruderte produkt ved utløpet av metallmatrisen. In the method according to the invention, the expansion is obtained by subjecting the extruded product to a pulling force which is such that the linear extrusion speed in relation to the linear speed at the outlet of the metal matrix is proportional to the desired density. In order to obtain a profile element with a density of 0.50, for example, it is necessary that the linear speed of the extruded product at the outlet of the metal matrix is twice as great as the extrusion speed of the extruded product at the outlet of the metal matrix.

For å hindre en eventuell radial utvidelse av det ekstruderte produkt, som kunne føre til deformasjon av profilelementet og for å hindre gassbobler i å briste ved overflaten, slik at overflaten får et mindre bra utseende, utføres det en ytre kjøling av polymeren ved hjelp av kalde fluidumstråler som er plassert så nært opp til utløpet av matrisen som mulig. Når det dreier seg om komplekse profiler vel det vanligvis være nødvendig å benytte fluidumstråler med forskjellige trykk for å stoppe ekspansjonen av den kjølte sone, slik som beskrevet i norsk patentsøknad nr. 74 0903 som er inngitt 14. mars 1974. In order to prevent a possible radial expansion of the extruded product, which could lead to deformation of the profile element and to prevent gas bubbles from bursting at the surface, so that the surface gets a less good appearance, an external cooling of the polymer is carried out using cold fluid jets which are placed as close to the exit of the matrix as possible. When it comes to complex profiles, it is usually necessary to use fluid jets with different pressures to stop the expansion of the cooled zone, as described in Norwegian patent application no. 74 0903 which was filed on 14 March 1974.

Det er åpenbart at den termoplastiske polymer under ekstruderingen må ha slike viskos-elastiske egenskaper at den kan tåle en forlengelse som minst tilsvarer den longitudinelle ekspansjon som ønskes oppnådd.uten at den slites av. I sitt arbeid "Properties and Structures of Polymers" Wiley&Sons, New York, London (1960) i kapittel 2 og 4, side 71 til 73 og spesielt på den side 7 3 viste kurve, har A. V. Tobolsky trukket skille mellom områder for viskos-elastiske egenskaper for polymerer som funksjon av temperaturen. It is obvious that the thermoplastic polymer during extrusion must have such visco-elastic properties that it can withstand an extension that at least corresponds to the longitudinal expansion that is desired to be achieved without it wearing off. In his work "Properties and Structures of Polymers" Wiley&Sons, New York, London (1960) in chapters 2 and 4, pages 71 to 73 and especially on the curve shown on page 7 3, A. V. Tobolsky has drawn a distinction between regions for visco-elastic properties of polymers as a function of temperature.

Denne kurve er gjengitt på fig. 1 på de medfølgende tegninger. På denne kurve betegner "A" det glass-aktige område, "B" overgangsområdet, "C" det gummiaktige område, "D" det gummiaktige flyteområde og "E" det væskeformede flyteområde. En stor forlengelse uten brudd er bare mulig i det tredje område "C", det gummiaktige område og i det fjerde område "D", det gummiaktige flyteområde. For en stor ekspansjon, det vil si for tettheter på -fra 0,4 til 0,6 vil det i alminnelighet være nødvendig at polymermassen har en temperatur som tilsvarer det gummiaktige flyteområde, mens overflaten av det ekstruderte produkt som utsettes for store påkjenninger og bør ha relativt høy elastisitetsmodul for å kunne oppta en forlengelse i størrelses-ordenen 100 %, vil ha en temperatur som tilsvarer det gummiaktige This curve is shown in fig. 1 on the accompanying drawings. On this curve, "A" denotes the glassy region, "B" the transition region, "C" the rubbery region, "D" the rubbery flow region and "E" the liquid flow region. A large elongation without breaking is possible only in the third region "C", the rubbery region and in the fourth region "D", the rubbery flow region. For a large expansion, i.e. for densities of -from 0.4 to 0.6, it will generally be necessary for the polymer mass to have a temperature corresponding to the rubbery flow range, while the surface of the extruded product which is exposed to large stresses and should have a relatively high modulus of elasticity to be able to absorb an extension of the order of 100%, will have a temperature corresponding to the rubbery

. område. Ved relativt liten ekspansjon kan imidlertid polymeren. area. However, with relatively small expansion, the polymer can

ha en temperatur som tilsvarer det gummiaktige område.have a temperature corresponding to the rubbery area.

En annen betingelse for at tettheten for den ekstruderte polymer i forhold til tettheten for den faste polymer skal tilsvare forholdet mellom ekstruderingshastigheten og trekkhastigheten, er at ekspansjonen er praktisk talt avsluttet når profilet passerer inn i den kalde metalliske formeinnretning, Another condition for the density of the extruded polymer in relation to the density of the solid polymer to correspond to the ratio between the extrusion speed and the drawing speed is that the expansion is practically finished when the profile passes into the cold metallic forming device,

det vil. si at avstanden mellom matrisen og den metallsike formeinnretning er slik at ekspansjonen er praktisk talt avsluttet ved innløpet til den metalliske formeinnretning. it will. say that the distance between the matrix and the metallic molding device is such that the expansion is practically finished at the inlet of the metallic molding device.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er derforkarakterisert vedat et ekspanderbart termoplastmateriale som inneholder oppskummingsmiddel og hvis nødvendig smøremidler, stabiliseringsmidler og andre additiver, ekstruderes gjennom en matrise hvis form og dimensjoner er lik det ønskede profil, mens temperaturen tilsvarer det gummiaktige flyteområde, at det ekstruderte produkt kjøles.hurtig over hele omkretsflaten umiddelbart etter utløpet fra matrisen ned til en overflatetemperatur som tilsvarer det gummiaktige område for det termoplastiske materiale, at det ekstruderte produkt trekkes gjennom en metallisk formeinnretning med en trekkhastighet større enn ekstruderingshastigheten og at forholdet mellom ekstruderingshastigheten og trekkhastigheten ved utløpet av formeinnretningen tilsvarer den ønskede tetthet, slik at det oppnås et profilelement av strukturelt oppskummet, orientert termoplast hvis celler er langstrakte i trekkretningen. The method according to the invention is therefore characterized in that an expandable thermoplastic material containing a foaming agent and, if necessary, lubricants, stabilizers and other additives, is extruded through a matrix whose shape and dimensions are equal to the desired profile, while the temperature corresponds to the rubbery flow range, that the extruded product is cooled. over the entire peripheral surface immediately after exit from the die down to a surface temperature corresponding to the rubbery region of the thermoplastic material, that the extruded product is drawn through a metallic die with a drawing speed greater than the extrusion speed and that the ratio between the extrusion speed and the drawing speed at the exit of the die corresponds to desired density, so that a profile element of structurally foamed, oriented thermoplastic whose cells are elongated in the tensile direction is obtained.

Et annet karakteristisk trekk er at det benyttes kalde fluidumstråler som tilføres med samme eller forskjellige trykk og fordeles over omkretsflaten på det ekstruderte produkt. Another characteristic feature is that cold fluid jets are used which are supplied with the same or different pressures and are distributed over the peripheral surface of the extruded product.

Enda et annet karakteristisk trekk er at forholdet mellom ekstruderingshastigheten og trekkhastigheten ligger mellom 0,4 og 0,9... Yet another characteristic feature is that the ratio between the extrusion speed and the drawing speed is between 0.4 and 0.9...

Installasjonene for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter en ekstruderingsmaskin, en matrise, The installations for carrying out the method according to the invention comprise an extrusion machine, a matrix,

en kald- fluidumstråleenhet, en metallisk formeinnretning, en a cold-fluid jet unit, a metallic molding device, a

kjølesone og en trekk- eller strekk-innretning for profilelementet, idet disse forskjellige elementer eller anordninger er arrangert slik i forhold til hverandre at de betingelser som er nødvendige for prosessen blir oppnådd. cooling zone and a pulling or stretching device for the profile element, these different elements or devices being arranged in relation to each other in such a way that the conditions necessary for the process are achieved.

Det følgende eksempel skal betraktes som en illustrasjon og på ingen måte begrensende for oppfinnelsen, idet det vises til fig. 2 på de medfølgende tegninger, som viser en kompleks profil som kan fremstilles ifølge oppfinnelsen. The following example is to be considered as an illustration and in no way limiting the invention, referring to fig. 2 in the accompanying drawings, which show a complex profile which can be produced according to the invention.

På denne tegning benyttes henvisningsbetegnelsen P for å antyde profilgeometrien for matrisen, mens henvisnings-tallene 1 til 7 antyder sprøytekjøleinnretningene som er fordelt rundt omkretsflaten på det ekstruderte produkt. In this drawing, the reference designation P is used to indicate the profile geometry of the die, while the reference numbers 1 to 7 indicate the spray cooling devices which are distributed around the peripheral surface of the extruded product.

Eksempel:Example:

I dette eksempel ble det benyttet en polystyren homopolymer raed et midlere molekylvektantall på 240 000 og en massemolekylvekt på 500 000. Denne polymer hadde et gummiaktig område ved temperaturer mellom 110 og 170°C og dens elastisitetsmodul varierte mellom 10 7 og 10 6 dyn/cm 2. Bearbeidingen ble fore-tatt i en SAMAFOR ekstruderingsmaskin med en enkelt skrue med diameter på 65 mm og med fire oppvarmingssoner. In this example, a polystyrene homopolymer with a number average molecular weight of 240,000 and a mass molecular weight of 500,000 was used. This polymer had a rubbery region at temperatures between 110 and 170°C and its modulus of elasticity varied between 10 7 and 10 6 dyne/cm 2. The processing was carried out in a SAMAFOR extrusion machine with a single screw with a diameter of 65 mm and with four heating zones.

Skruen hadde ett kompresjonstrinn.The screw had one compression stage.

Temperaturprofilen for ekstruderingsmaskinen var: The temperature profile of the extruder was:

Denne temperaturprofil sikrer plastifisering av polymeren og dekomponering av oppskummingsmidlet. This temperature profile ensures plasticization of the polymer and decomposition of the foaming agent.

Temperaturprofilen i matrisen var: The temperature profile in the matrix was:

Ved valg av disse temperaturer blir det mulig å fremstille et ekspandert ekstrudert produkt hvis masse har en slik temperatur at det kan utsettes for en forlengelse på 100 %. By choosing these temperatures, it becomes possible to produce an expanded extruded product whose pulp has such a temperature that it can be subjected to an elongation of 100%.

Geometrien P for utløpsprofilet i matrisen er vist på fig. 2. Dette profil er identisk med det profilsnitt som ønskes fremstilt. Dette er også den virkelige, geometri for snittet gjennom det metalliske profil. The geometry P for the outlet profile in the matrix is shown in fig. 2. This profile is identical to the profile section that is desired to be produced. This is also the real geometry for the section through the metallic profile.

De trykk som benyttes i kjøleinnretningene og som er beskrevet i den foran nevnte norske patentsøknad nr. 74 0903 er følgende: The pressures used in the cooling devices and which are described in the aforementioned Norwegian patent application no. 74 0903 are the following:

Ingredienser * i den ekstruderte polystyren: Ingredients * in the extruded polystyrene:

Trekkhastigheten av 1,20 meter pr. minutt som for en tetthet på 0,5 g/cm 2 for det ekstruderte produkt tilsvarer en hastighet på 0,60 m/min ved utløpet av ekstruderingsmatrisen. Avstanden fra matrisen til den metalliske formeinnretning var The pulling speed of 1.20 meters per minute which for a density of 0.5 g/cm 2 for the extruded product corresponds to a speed of 0.60 m/min at the exit of the extrusion die. The distance from the matrix to the metallic mold device was

150 mm. 150 mm.

. Ved hjelp av fremgangsmåten er det også mulig. With the help of the method it is also possible

å fremstille sylindriske profiler, spesielt stenger, ved at det opprettes et i hovedsaken jevnt trykk ved omkretsflaten av det ekstruderte produkt. Lignende resultater oppnås med polymerer av polyvinylkloridtypen og kopolymerer som inneholder polystyrene-lementer eller polyvinylkloridelementer. to produce cylindrical profiles, especially rods, by creating an essentially uniform pressure at the peripheral surface of the extruded product. Similar results are obtained with polymers of the polyvinyl chloride type and copolymers containing polystyrene elements or polyvinyl chloride elements.

Det oppnås ifølge oppfinnelsen strukturelt oppskummede termoplastprodukter med orientert cellestruktur som er langstrakt i lengderetningen. According to the invention, structurally foamed thermoplastic products with an oriented cell structure which is elongated in the longitudinal direction are obtained.

Det er lett å forstå at foreliggende oppfinnelse bare er beskrevet som et forklarende eksempel som ikke menes å være begrensende og at det kan foretas en hvilken som helst modifikasjon uten å overskride rammen for foreliggende oppfinnelse, slik den er opptrukket i de vedføyde patentkrav. It is easy to understand that the present invention is only described as an illustrative example which is not meant to be limiting and that any modification can be made without exceeding the scope of the present invention, as outlined in the appended patent claims.

Claims

1. Process for the production of structural foamed thermoplastic with a density between 0.4 and 0.9, characterized in that the expandable thermoplastic material with foaming agent1 and the necessary additives is extruded through a matrix that has the shape and dimensions of the desired cross-sectional profile, while the temperature corresponds to the rubbery flow area, that the extruded product is rapidly cooled over the entire peripheral surface immediately after exiting the die to a surface temperature corresponding to the rubbery area of the thermoplastic material, that the extruded product is drawn through a metallic forming device at a drawing speed that is higher than the extrusion speed and that the ratio between the extrusion speed and the drawing speed at the outlet of the molding device corresponds to the desired density, so that a profile element of structurally foamed thermoplastic whose cells are elongated in the drawing direction is obtained.

2. Method according to claim 1, characterized in that the cooling is carried out by means of cold fluid jets which are distributed evenly over the peripheral surface of the extruded product.

3. Method according to claim 2, characterized in that the cooling is carried out by means of cold fluid jets which are supplied at different pressures and distributed over the peripheral surface of the extruded product.

4. Method according to claim 1, characterized in that the expanded plastic material is selected from polymers whose rubbery area in the visco-elastic state is a function of temperature.

5. Method according to claim 4, characterized in that the polymer is selected from the group comprising polystyrene, polyvinyl chloride, copolymers containing one of these two substances and other polymers which have a sufficiently wide rubbery area.

6. Profile element of structurally foamed thermoplastic, which is produced according to the method according to claim 1, characterized in that it has an oriented cell structure which is extended in the longitudinal direction.