DD246727A1

DD246727A1 - Konditioniervorrichtung zur herstellung von thermoplastschaeumen

Info

Publication number: DD246727A1
Application number: DD86288187A
Authority: DD
Inventors: Karl-Christian Danz; Klaus Deininger
Original assignee: Bauakademie Ddr
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1987-06-17
Also published as: DE3708082C2; DE3708082A1; SU1731647A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Extrusionsschaeumen von Thermoplasten zur Erzeugung von mechanisch hoch beanspruchbaren Schaumextrudaten mit grober Zellstruktur. Es sollen geeignete Druck- und Temperaturbedingungen in der Schmelze vor und waehrend der Entspannungsphase geschaffen werden. Die Oberflaeche des unter Atmosphaerenbedingungen aufschaeumenden Extrudats soll ausreichend diffusionsbestaendig gegenueber den aus der Schmelze tretenden Treibgasen sein. Im Innern des Extrudats soll eine gleichmaessige grobzellige Schaumstruktur gebildet werden. Eine Konditioniervorrichtung zur Herstellung von Thermoplastschaeumen, gekoppelt an einer Extruder und ein Extrusionswerkzeug, besteht erfindungsgemaess aus einem Gehaeuse 6 und einem Schmelzenkanal 5, zwischen denen sich ein Kuehlmedium 7 befindet. Das Gehaeuse 6 ist durch Abstandshalter 8 vom Extrusionswerkzeug 3 getrennt, der Schmelzenkanal 5 ist mit dem Extrusionswerkzeug 3 direkt verbunden, und der Querschnitt des Schmelzenkanals 5 ist mit dem der Ausgangsoeffnung des Extrusionswerkzeuges 3 identisch. Figur

Description

Eine Konditioniervorrichtung, gekoppelt an einen Extruder und ein Extrusionswerkzeug, besteht erfindungsgemäß aus einem Gehäuse und einem Schmelzenkanal, zwischen denen sich ein Kühlmedium befindet. Das Gehäuse ist durch Abstandhalter vom Extrusionswerkzeug getrennt. Der Schmelzenkanal ist mit dem Extrusionswerkzeug direkt verbunden, und der Querschnitt des

S.chmelzenkanals ist mit dem der Ausgangsöffnung des Extrusionswerkzeuges identisch.

Die im Extruder erzeugte Schmelze und das hinzugefügte geeignete physikalisch wirkende Treibmittel, dem gegebenenfalls noch eine Trägersubstanz für das Eintragen des Treibmittels in den Extrusionsprozeß zugesetzt wird, wird zum Extrusionswerkzeug befördert. Das Gehäuse der Konditioniervorrichtung ist von dem Extrusionswerkzeug räumlich getrennt, um gegenseitige thermische Beeinflussung so gering wie möglich zu halten. Damit bleibt eine Viskositätsveränderung der Schmelze vor dem Austritt aus dem Extrusionswerkzeug ausgeschlossen. Der Querschnitt des Extrusionswerkzeuges verjüngt sich so, daß er beim Ausgang mit dem des Schmelzenkanals der Konditioniervorrichtung identisch ist, wodurch sich auch Pfropfenströmung im Schmelzenkanal einstellt. Es erfolgt eine differenzierte Temperierung der äußeren Randzonen des Extrudats, während die Volumenanteile im Inneren ihre vom Scher- und.Transportprozeß im Extruder hervorgerufene hohe Temperatur beibehalten. Die Umfangsflächen des Extrudats werden so abgekühlt, daß sie nach Austreten in die Atmosphäre genügend diffusionsbeständig gegenüber den aus der Lösung tretenden Treibgasen sind und diese im Extrudat halten. Gleichzeitig ist die Fließfähigkeit der Extrudatoberfläche noch ausreichend, um dem von innen wirkenden Schäumdruck nachzugeben, ohne zu reißen. Im Extrudatinneren entsteht durch die relativ hohe Massetemperatur und die damit verbundene niedrige Schmelzenviskosität eine grobzellige Schaumstruktur.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Thermoplastschäume mit Dichten kleiner 0,1 g cm~³ mit Extrudern, die kleine Längen-Durchmesser-Verhältnisse der Schnecke, z.B. 25D, aufweisen, hergestellt werden.

Es ist möglich, Altfolien aus Industrie und Landwirtschaft sowie Polyolefin-Abfallgemische, wie die Schwimmfraktion der rückgeführten Haushalt-Plastabfälle, zu verschäumen.

Es entstehen grobzellige Schäume niedriger Dichte und relativ hoher Festigkeit aus Thermoplasten oder Thermoplastabfälien, insbesondere aus Polyolefinen mit Schmelzindizes größer 1 g (600see)"¹.

Ausführungsbeispiel

Es zeigen Figur 1: Seitenansicht der Konditioniervorrichtung, gekoppelt an Extruder und Extrusionswerkzeug Figur 2: Querschnitt der Konditioniervorrichtung mit unmittelbarem Anschluß an Extrusionswerkzeug

Die Schwimmfraktion aus rückgeführten Haushalt-Plastabfällen wird mit einem Schneidgranulator zu rieselfähigem Schüttgut mit Korngrößen kleiner4mm zerkleinert. Die Messung des Schmelzindexvon diesem Material ergibt7g (600sec)~¹. 840 Teile dieses aufbereiteten Polyolefin-Abfallgemisches werden mit 150 Teilen gemahlenen Kaolins gemischt. Dieser Mischung werden als Keimbildner und zur teilweisen Vernetzung 10 Teile einer Mischperoxidlösung zugesetzt, die aus Cyclohexanon- und Methylcyclohexanonperoxiden mit ca. 40% Dibutylphthalat besteht. Als physikalisch wirkendes Treibmittel werden 60 ml Methanol pro Kilogramm dieser Vermischung zugesetzt und eingearbeitet.

Die Mischung wird in den Trichter 1 eines 45-mm-Einschneckenextruders mit 25D Länge gegeben, dessen Extrusionswerkzeug 3 eine 16-mm-Runddüse als Ausgangsöffnung aufweist. An das Extrusionswerkzeug 3 schließt sich die Konditioniervorrichtung, die aus einem Schmelzenkanal 5 und einem Gehäuse 6 besteht, zwischen denen sich ein Kühlmedium 7 befindet, an. Der Durchmesser des Schmelzenkanals 5 beträgt ebenfalls 16mm, seine Länge beträgt insgesamt 280 mm. Das Gehäuse 6 ist durch Abstandhalter 8 vom Extrusionswerkzeug 3 getrennt. Die Umdrehungszahl der Schnecke wird auf 40min"¹ eingestellt. Aufgrund des Lösungsmittelgehaltes des Extrusionsgutes liegen die Zylindertemperaturen des Einschneckenextruders 2 unterhalb des für vergleichbare Polyethylensorten üblichen Bereiches. Sie werden so eingestellt, daß die Massetemperatur vor der Schneckenspitze 433 K beträgt. Die Temperatur des Kühlmediums 7 zwischen Gehäuse 6 und Schmelzenkanal 5 wird nach dem Anfahren auf 399 K reduziert. Im Extruder 2, unmittelbar vor der Konditioniervorrichtung, baut sich ein Massedruck von 75bar bis 80 bar auf. Nach dem Verlassen der Konditioniervorrichtung 4 schäumt dastreibmittelhaltige Extrudat zu einem Rundprofil von ca. 75 mm Durchmesser auf. An der Oberfläche des Profils werden in der Aufschäumphase 401 K bis404K gemessen, während im Inneren des Profils 431 K vorliegen.

Während der Abkühlphase kollabiert das Schaumprofil durch den Unterdruck in den Schaumzeilen bei Erreichen der KondensationstemperaturdesTreibmittels gleichmäßig auf den endgültigen Durchmesservon 55mm bis 58mm. Die Dichte des erzeugten Schaumes beträgt 0,055g/cm~³. Die Schaumstränge besitzen eine geschlossene Oberfläche und im Innern eine Zellstruktur mit 3 bis 6mm Durchmesser.

Die Schraumprofile können in einer Warmformpresse z. B. zu plattenförmigen Elementen mit folgenden Eigenschaften weiterverarbeitet werden:

Probe 1 Probe 2

Dichte(g -cm ³)	0,12	0,18
Wärmeleitfähigkeit (Wm-¹K"¹)	0,058	0,060
Druckfestigkeit bei 10% Verformung (N/cm²)	8,1	10,1
Dicke mm	50	' 35

Derartige Formkörper eignen sich aufgrund ihrer Dämmwirkung, Feuchte- und Verrottungsbeständigkeit sowie Druckfestigkeit z. B. für vielfältige spezielle Wärmedämmprobleme im Bauwesen und stellen eine effektive Verwertungsvariante für Polyolefin-Abfälledar.

Claims

Patentanspruch:

Konditioniervorrichtung zur Herstellung von Thermoplastschäumen, gekoppelt an einen Extruder und ein Extrusionswerkzeug, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einem Gehäuse (6) und einem Schmelzenkanal (5) besteht, zwischen denen sich ein Kühlmedium (7) befindet, daß das Gehäuse (6) durch Abstandhalter (8) vom Extrusionswerkzeug (3) getrennt ist, der Schmelzenkanal (5) mit dem Extrusionswerkzeug (3) direkt verbunden und der Querschnitt des Schmelzenkanals (5) mit dem der Ausgangsöffnung (4) des Extrusionswerkzeuges (3) identisch ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Extrusionsschäumen von Thermoplasten zur Erzeugung von mechanisch hoch beanspruchbaren Schaumextrudaten mit grober Zellstruktur.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen .

Die Verschäumung von Thermoplasten mittels Extrusion beruht darauf, daß in der Schmelze auf physikalischem Weg oder durch chemische Reaktion eingetragene Gase unter Druck verteilt werden und im darauffolgenden Entspannungsschritt zum Schäumen des Extrudats führen.

Die Schaffung von für den Schäumprozeß geeigneten Druck- und Temperaturbedingungen in der Schmelze unmittelbar vor und während der Entspannunsphase stellt neben dem Einbringen der als Treibmittel wirkenen Substanzen das schwierigste Problem dar. Es gilt, die Diffusionsbeständigkeit der sich bildenden Zellwände, den Treibdruck des Schäumgases und die Fließfähigkeit der Plastschmelze aufeinander abzustimmen. Der Massedruck muß während der Extrusion so hoch gehalten werden, daß kein Treibgas vor dem Eintreten der Schmelze in die Schaumzone aus der Lösung treten kann. Die Massetemperaturen, bei denen die Bedingungen hinreichender Diffusionsbeständigkeit und Fließfähigkeit der Schmelze vorliegen, sind für die Thermoplaste sehr unterschiedlich. Bei den teilkristallinen Polyolefinen liegen sie im technologisch schwierig zu steuernden Bereich wenig unterhalb der Kristallitschmelzpunkte, während bei den amorphen Thermoplasten wie Polystyren und Polyvinylchlorid breitere Temperaturintervalle innerhalb der Erweichungsbereiche zum Schäumen fnöglich sind.

Die Anforderungen an die Konditionierung der Thermoplastschmelzen für das Extrusionsschäumen haben zu einer Vielfalt apparativ aufwendiger Lösungen geführt.

So werden zwei Extruder in Tandem-Anordnung hintereinander geschaltet. DieExtrusionsstreckeistineinePlastifizierungszone, eine Injektionszone, eine Misch- und Kühlzone und eine Extrusionszone untergliedert. Der zweite Extruder mit den Zonen des Mischens und Kühlens ist von einem Kühlmantel umgeben, in dem sich eine Kühlflüssigkeit bewegt (US-PS 3151192). Bei einem anderen Extruder mit einem sehr großen Länge-Durchmesser-Verhältnis der Schnecke von 40 D und mehr wird in der letzten Zylinderzone vor dem Extrusionswerkzeug eine Konditionierung der Schmelze für das Schäumen vorgenommen (US-PS 4424287). In der US-PS 2669751 ist im verlängerten Extruderzylinder zum Konditionieren der Schmelze eine gekühlte Welle angeordnet. Die US-PS 3751 377 offenbart Zwischenfläche-Oberfläche-Generatoren als statische Mischer und die DE-PS 2906973 zeigt eine Schmelzenkühlvorrichtung mit Aufteilung der Schmelze in Teilströme auf. Bei allen bekannten Vorrichtungen ist das Extrusionswerkzeug stets nach der Kühlzone bzw. der Kühlvorrichtung angeordnet. In der Kühlzone wird zusätzlich noch gemischt, wobei Wärme dissipiert wird. Das wirkt dem Kühleffekt entgegen. Bei teilkristallinen Polymeren sind diese Vorrichtungen teilweise nicht anwendbar, da die erreichte Kühlung zu gering ist. Die meisten bekannten Vorrichtungen sind außerdem an bestimmte zu verschäumende Substanzen gekoppelt bzw. auf ein spezielles Problem des Extrusionsschäumens ausgelegt.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung sollen für den Schäumprozeß geeignete Druck- und Temperaturbedingungen in der Schmelze vor und während der Entspannungsphase geschaffen werden. Der Massedruck während der Extrusion muß so hoch gehalten werden, daß kein Treibgas vor dem Eintreten der Schmelze in die Schäumzone aus der Lösung treten kann. Während des Schäumens soll das Treibmittel im Inneren des Schaumextrudats eine definierte grobzellige Schaumstruktur erzeugen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Treibdruck des Schäumgases und die Fließfähigkeit der Plastschmelze aufeinander abzustimmen. Mit einer Vorrichtung sollen solche Bedingungen beim Extrusionsschäumen von Thermoplasten, insbesondere Polyolefinen, geschaffen werden, daß die Oberfläche des unter Atmosphärenbedingungen aufschäumenden Extrudats ausreichend diffusionsbeständig gegenüber den aus der Schmelze tretenden Treibgasen ist und daß im Inneren des Extrudats eine gleichmäßige grobzellige Schaumstruktur gebildet wird.