DE2152018B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines synthetischen thermoplastischen polymeren Schaumstoffs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines synthetischen thermoplastischen polymeren SchaumstoffsInfo
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Description
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle für das zweite
Blähmittel als Kapillarrohr ausgebildet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines •ynthetischen thermoplastischen polymeren Schaumstoffs
durch Strangpressen eines geschmolzenen, ein Blähmittelsystem gelöst enthaltenden Polymers entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, synthetische, thermoplastische Schaumstoffe durch Strangpressen eines synthetischen
thermoplastischen Polymeren, in welchem ein Zweikomponenten-Blähmittelsystem aufgelöst ist,
herzustellen. Die eine Komponente des Blähmittels Ist mit dem geschmolzenen Thermoplasten bei der
Extrusionstemperatur mischbar, während die andere eine kritische Temperatur unterhalb der Extrusionstemperatur
besitzt und daher unter den im Extruder vorherrschenden Bedingungen in Form eines Gases
vorliegt, welches in dem Gemisch aus geschmolzenen thermoplastischen Polymeren und dem ersten Blähmittel
aufgelöst ist.
Hierbei tritt der Nachteil auf, daß insbesondere bei Verwendung relativ großer Mengen des ersten Blähmittels,
d. h. mindestens 20 Gewichtsprozent, bezo-018
een auf das Gewicht des thermoplastischen Polymeren
die Blähmittel leicht aus der Matnzenform snritzen und daß im Extrudat örtlich Unregelmäßigkeiten
eebildet werden. Außerdem kann das Extrudat unerwünscht grobe Zellen aufweisen, und in schwerwiegenden
Fällen können Unterbrechungen des Extrudats eintreten. Es wird angenommen daß dies auf
die Neigung beider Komponenten des Blahmittelsystems,
welche niedrigviskose Fließmittel sind, zur Bildung großer Taschen im Extruderzylinder zurückzuführen
ist, so daß die Bildung eines schlauchartigen Ganges durch das Gemisch aus thermoplastischem
Polymeren und erster Blähmittelkomponente hindurch zur Extrusionsform kaum zu vermeiden ist.
Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen, thermoplastischen Schaumstoffen bekannt
bei dem in die in einem Extruder von einer Zone hohen Druckes zu einer Zone niederen Druckes
geförderte Mischung aus geschmolzenem Thermoplast und Treibmittel ein zweites Treibmittel eingeführt
wird, dessen kritische Temperatur unterhalb der Extrusionstemperatur liegt. Zu diesem Verfahren
wird eine Vorrichtung verwendet, bestehend aus einem Schneckenextruder mit Einlaßöffnungen für die
flüssigen und gasförmigen Zusätze, sowie Einrichtungen zur Druckanwendung beim Eindosieren von flüssigen
und gasförmigen Zusätzen. Bei dem bekannten Verfahren bestehen die beiden Treibmittel aus einer
flüssigen Komponente und einem gasförmigen BIasenkeimbildungsmittel
bzw. Kernbildner irgendwelche Maßnahmen zur automatischen Steuerung des Keimbildungsmitteldrucks im Strangpreß-Zylinder
sind nicht vorgesehen. Dadurch ergibt sich beim Strangpressen mit hohem Treibmittelgehalt der
Nachteil, daß sich leicht Schläuche oder Taschen innerhalb der Masse des Themoplasten bilden. Hierdurch
entstehen Unregelmäßigkeiten in dem resultierenden Schaumstoff, die sich auf die mechanischen
Eigenschaften des Produktes ungünstig auswirken. Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von synthetischem,
thermoplastischem polymeren Schaumstoff durch Strangpressen mit hohem Blähmittelanteil
unter Herstellung eines Produktes mit gleichmäßiger Zellstruktur ohne Bildung unerwünschter Schläuche
oder Taschen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im
Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Schneckenstrangpresse mit abströmseitig
ihrer Schmelzzone angeordneten Eintrittsöffnungen für das erste und zweite Blähmittel,
von denen die Eintrittsöffnung für das erste Blähmittel mit einem Flüssigkeitsdosiergerät verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (8) für
das zweite Blähmittel über eine Drosselstelle (9) an einen unter konstantem Druck stehendem Vorratsbehälter
angeschlossen ist. Vorzugsweise ist dabei die Drosselstelle für das zweite Blähmittel als Kapillarrohr
ausgebildet.
Durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindungwird
erreicht, daß bei einem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Blähmittels der
Druckabfall an der Drosselstelle ansteigt, so daß infolge des konstanten Druckes des Vorratsbehälters
des zweiten Blähmittels der Druck des zweiten Blähmittels an seiner Eintrittsstelle in den Strangpreßzylinder
entsprechend abfällt. Dies führt dazu, daß -
selbst wenn sich zunächst ein Schlauch aus dem zweiten Blähmittel bildet - dieser unter Einwirkung des
Strangpreßdruckes zusammenfällt. Außerdem wird infolge der durch die Erfindung automatisch eintretenden
Druckregulierung die Ausbildung derartiger unerwünschter Gasschläuche von vornherein weitgehend
vermieden.
Es ist natürlich erforderlich, daß beide Blähmittel mit Drücken eingespritzt werden, welche oberhalb des
Druckes innerhalb des Extruders liegen, und es wurde to
gefunden, daß beim Einspritzen der Blähmittel mit diesen hohen Drücken eine Neigung zum Bilden großer
Taschen der Blähmittel besteht, wenn nicht das zweite Blähmittel durch eine Strömungsbeschränkungseinrichtung
hindurch eingespritzt wird, welche innerhalb der Einrichtung einen Druckabfall von mindestens
7 kp/cnr, vorzugsweise 21 bis 70 kp/cm:, ergibt,
und wenn nicht das erste Blähmittel als Flüssigkeit eingemessen wird. Es ist natürlich wichtig, daß
das zweite Blähmittel gut dispergiert und vor dem ao
Auflösen als feine Bläschen dispergiert ist, um die Herstellung einer einheitlichen Zellstruktur sicherzustellen.
Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer solchen Strömungsdrosselstelle dazu beiträgt, diese
Dispersion zu erzielen.
Es wird angenommen, daß die Wirkung einer Extruderschnecke selbst nicht ausreichend ist, um befriedigendes
Vermischen der Blähmittel mit dem geschmolzenen Kunststoff zu erzielen, während Mischsysteme
an Stelle von Schnecken das zu extrudierende Material nicht hinreichend pumpen und ein beträchtlicher
Druckabfall längs des Extruderzylinders besteht. Dies bedeutet, daß niedrigviskoses Fließmittel,
welches unter Druck in das viskosere Material im Extruderzylinder eingespritzt wird, dazu neigt, durch das
Material hindurch einen Gang zu bilden, welcher den vollen Einspritzdruck längs dieses Ganges überträgt.
Obgleich das erste Blähmittel ein niedrigviskoses Fließmittel ist, ist es dennoch bei den Temperaturen
und Drücken, welche im Extruder vorherrschen, eine Flüssigkeit. Es kann daher eingemessen werden, d. h.
eine festgelegte Menge kann in der Zeiteinheit eingeführt werden, beispielsweise mittels einer zwangläufigen
Verdlrängungspumpe, beispielsweise eines Kolbens oder einer Diaphragma-Pumpe, welche je Hub
eine festgelegte Menge zuliefert. Daher ist es bei Verwendung einer solchen Bemessungseinrichtung mit
konstanter Geschwindigkeit, für die Zulieferungsgeschwindigkeit nicht möglich, sich zu steigern und deshalb
wird die Neigung des Bildens großer Taschen des ersten Blähmittels vermieden. Jedoch ist es für Gase,
welche mit konstantem Druck statt mit konstantem Volumen zugeliefert werden, nicht auf bequeme
Weise möglich, auf diesem Wege in den Extruder eingemessen zu werden. Falls jedoch das zweite Blähm ittel
durch eine Strömungsbeschränkungseinrichtung hindurch, beispielsweise ein verengtes Rohr, eingespritzt
wird, längs dessen ein wesentlicher Druckabfall auftritt, dann verursacht eine Steigerung der Strömung
des eingespritzten Materials einen gesteigerten fio Druckabfall in der Strömungsbeschränkungseinrielitung,
wodurch der tatsächliche Druck in der Zylinderbüchse vermindert wird, was das eingespritzte Material
daran hindert, durch das Material hindurch, welches sich im Extruder befindet, einen Gang zu bilden.
Die Strömungsbeschränkungseinrichtung kann zweckmäßig eine öffnung, ein Ventil oder ein poröser
Stopfen sein, doch wegen der konstruktiven Schwierigkeiten, welche der Herstellung solcher Einrichtungen
anhaften, wird die Verwendung der Länge eines Rohres mit enger Bohrung, beispielsweise eines Kapillarrohres,
vorgezogen.
Es ist erwünscht, beide Blähmittel mit dem geschmolzenen thermoplastischen Polymeren gründlich
zu vermischen. In einem engen Extruder ergibt in einigen Fällen die normale Extruderschnecke ein angemessenes
Vermischen, doch bei Anwendung größerer Extruder, insbesondere bei Ausstößen gerade unterhalb
ihres berechneten Ausstoßes, dreht sich die Extruderschnecke nicht genügend schnell, um ein angemessenes
Vermischen zu ergeben, wenn nicht spezielle Mischeinrichtungen ebenfalls in die Schneckenkonstruktion
mit einbegriffen sind.
Nach der Polymerzufuhr- und Schmelzregion wird in einen Schneckenabschnitt, wo die Polymerschmelze
in eine Anzahl getrennter Ströme zerteilt wird, das erste Blähmittel in die Schmelze eingespritzt, während
sie zerteilt wird. Vorzugsweise werden beide Blähmittel während des Zerteilens der Ströme eingespritzt,
wobei das zweite Blähmittel entweder stromaufwärts oder stromabwärts des ersten Blähmittels eingespritzt
wird. Die Zerteilung der Schmelze in getrennte Ströme kann zweckmäßig erreicht werden, indem man
in der Schnecke einen speziellen gerillten Abschnitt vorsieht, welcher aus einem Zylinder besteht, der
einige axiale Kanäle aufweist, die auf seiner äußeren Oberfläche gebildet sind. Es ist bevorzugt, daß der
Zylinder mindestens drei in ihm gebildete Kanäle besitzt und es wurde gefunden, daß ein Zylinder mit Ki
Kanälen besonders geeignet ist. Auf diese Weise wird der Polymerstrom in etliche Ströme unterteilt, wenn
der Zylinder so angebracht ist, daß er sich mit der Extruderschnecke dreht. Das erste Blähmittel kann
dann durch eine Öffnung hindurch in die Zylinderbüchse in der Region eingespritzt werden, wo der Zylinder
gelagert ist, und auf diese Weise wird das geschmolzene thermoplastische Polymere einem Unterteilen
und daher einem Vermischen an dem Punkt unterworfen, wo das erste Blähmittel eingespritzt
wird, so daß das eingespritzte, niederviskose Fließmittel sofort dem ersten Unterteilungsstadium unterworfen
wird, welches der Dispergierung in molekularem Maßstab, d. h. der Auflösung, vorangehen muß. Diese
sofortige Unterteilung trägt dazu bei, daß die Bildung einer genügend großen Blase, vermieden wird, welche
durch die Schmelze hindurch einen Gang bilden könnte. Es ist auch bevorzugt, daß der Zylinder mindestens
so lang ist wie der innere Durchmesser der Extruderbohrung, und insbesondere beträgt die
Länge des Zylinders das 3- bis 6fache des Extruderdurchmessers, da dies die erforderlichen relativ großen
Mengen des ersten Blähmittels befähigt, in einer einzigen Einspritzstufe einverleibt zu werden, wodurch
das Erfordernis der Schaffung einiger Einspritzöffnungen für das erste Blähmittel mit der Bereitstellung
angemessener Schneckenabschnitte unc Einspritzausrüstungen vermieden wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sini weitere Mischabschnitte in der Zylinderbüchse de·
Extruders an einer Stelle über die Punkte hinaus vor gesehen, wo die Blähmittel eingespritzt werden. Wc
daher ein gerillter Abschnitt angewandt wird, in wel chen hinein zumindest das erste Blähmittel eingspritz
wird, folgt auf den gerillten Abschnitt ein Turbinen abschnitt, welcher das Gemisch sowohl schert als aucl
weiter unterteilt und die getrennten Ströme mischt, in welche der Polymerstrom während seines Durchganges
durch den gerillten Abschnitt hindurch aufgeteilt worden ist. Die gerillten Abschnitte und die Turbinenabschnitte
sind so konstruiert, daß längs der Extruderzylinderbüchse über dem gerillten Abschnitt
und den Turbinenabschnitt hinweg nur ein geringer Druckabfall stattfindet. Es wurde gefunden, daß die
Blähmittel um so besser innerhalb des thermoplastischen polymeren Materials dispergiert werden, je geringer
der Druckabfall ist.
Auf den Turbinenabschnitt kann ein Abschnitt folgen, in welchem die Polymer/Blähmittel-Lösung in
einem anderen Mischabschnitt einer hohen Scherung unterworfen wird. Dieser Abschnitt umfaßt zweckmäßig
einen Abschnitt, in welchem der Polymerstrom in einige verschiedene Ströme unterteilt wird, wobei
in jedem dieser Ströme das Polymere hoher Scherung unterworfen wird. Beispielsweise kann ein zylindrisches
Gebilde mit Einlaßrillen versehen sein, weiche sich nicht über die gesamte Länge des zylindrischen
Gebildes erstrecken. Diese Rillen stehen mit Ausstoßrillen im zylindrischen Gebilde über Brückenkanäle
in Verbindung, welche eine geringere Tiefe als die Rillen besitzen, so daß die Polymer/Blähnvttel-Lösung
einer Scherung gegen die Wandung der Extruderzylinderbüchse unterworfen wird, wenn die Lösung
durch diese Brückenkanäle hindurchgeht. Die Rillen können aber auch konstante Tiefe besitzen und
mit Leerlaufrollen versehen sein, welche in den Rillen liegen und welche durch die Drehung der Extruderschnecke
in bezug auf die Zylinderbüchsenwandungen gedreht werden. Auf diese Weise wird das in den Rillen
fließende Polymere hoher Scherung unterworfen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jede* synthetische thermoplastische Polymere geschäumt
werden. Zu Beispielen von Thermoplasten, welche verschäumt werden können, zählen Polymere
und Copolymere von Äthylen (mit geringer oder hoher Dichte), Propylen, Buten-1, 4-Methyl-penten-l,
einschließlich der Copolymeren von Olefin mit ungesättigten
Säuren, in denen mindestens 10% der Carbonsäuregruppen durch Metallionen neutralisiert
sind, wie dies in der (britischen) Patentschrift 1011981 beschrieben ist; Polystyrol, Styrol/Maleinsäureanhydrid-Copolymere.
Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamide, Polyoxymethylene und Polycarbonate. Es wurde gefunden, daß wegen ihrer Billigkeit
und leichten Verfügbarkeit, Polyolefine und insbesondere Polyäthylen sehr zweckmäßig verwendet
werden können. Gemische dieser Polymeren können nach der erfindungsgemäßen Technik ebenfalls geschäumt
werden.
Die ersten und zweiten Blähmittel werden so ausgewählt,
daß sie in bezug auf das synthetische thermoplastische Polymere unter den Bedingungen des
Drucks und der Temperatur des Druckgefäßes inert sind.
Das erste Blähmittel ist vorzugsweise mit dem synthetischen thermoplastischen Polymeren vollständig
mischbar und kann bei normaler Temperatur und normalem Druck eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Das
erste Blähmittel muß jedoch bei dem Druck, welcher in der Region vorherrscht, in welche das Gemisch extrudiert
wird (normalerweise Atmosphärendruck), einen Siedepunkt besitzen, welcher unterhalb der Temperatur
liegt, bei welcher das Gemisch extrudiert wird, so daß bei dieser Temperatur Schäumen eintritt. Das
erste Blähmittel muß, wie oben festgestellt, für den Thermoplasten unter den Druck- und Temperaturbedingungen,
welche im Extruder herrschen, zumindest unmittelbar vor dem Punkt ein gutes Lösungsmittel
sein, von welchem aus das Gemisch in die Zone niedrigeren Druckes extrudiert wird. In der Praxis bedeutet
dies, daß das erste Blähmittel bei dem Druck, welcher in der Hochdruckzone herrscht, einen Siedepunkt
oberhalb der Temperatur besitzen sollte, bei
ίο welcher der Thermoplast extrudiert wird. Im Hinblick
hierauf und angesichts anderer Begrenzungen wurde gefunden, daß die geeignetsten Substanzen zur Verwendung
als erstes Blähmittel Flüssigkeiten sind, deren Siedepunkte bei Atmosphärendruck höher als
Raumtemperatur, d. h. 20° C sind und mindestens 10° C unterhalb der Temperatur liegen, bei welcher
das homogene Gemisch extrudiert wird.
Zu Beispielen von Flüssigkeiten, welche als erstes Blähmittel verwendet werden können, zählen Kohlenwasserstoffe,
Äther, Ketone und halogenierte Kohlenwasserstoffe. Die besondere Flüssigkeit, welche
für ein gegebenes synthetisches thermoplastisches Polymeres gewählt wird, ist natürlich begrenzt durch
deren Mischbarkeit mit dem Thermoplasten unter den
»5 Bedingungen des Druckgefäßes.
Im Falle des Polyäthylens wurde gefunden, daß ein sehr geeignetes erstes Blähmittel Pentan ist, daß aber
andere brauchbare erste Blähmittel 1.1.2-Trichlor-1.2.2-trifluoräthan,
Hexan, Petroäther (Siedepunkt 40 bis 60° C oder 60 bis 80° C) und Methylenchlorid
sind.
Die Konzentration des ersten Blähmittels sollte 20 bis 75 Gewichtsprozent des Polymeren betragen.
Vorzugsweise werden weniger als 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polymeren, an erstem
Blähmittel verwendet. Wenn eine Konzentration von weniger als 20% verwendet wird, so ist es nicht
möglich, geschäumte Gegenstände geringer Dichte herzustellen, und wenn eine Konzentration von mehr
als 50% angewandt wird, so ist die Herstellung des Produktes kostspielig, und zwar sowohl wegen des
steigenden Aufwandes einer Lösungsmittel-Rückgewinnungsstufe, als auch deswegen, weil ein größeres
Fließmittelvolumen einen größeren Extruder für das gleiche Ausstoßgewicht an Schaum zur Folge hat. und
darüber hinaus für die Zellwandungen im geschäumten Produkt die Neigung besteht, zusammenzufallen,
so daß ein unbefriedigendes Produkt erzielt wird. Die Menge an verwendetem ersten Blähmittel liegt im
Überschuß über diejenige vor, welche zum Schäumen erforderlich ist. Auf diese Weise absorbiert das Blähmittel
latente Verdampfungswärme aus dem thermoplastischen Polymeren, wenn dieses aus denr Extruder
austritt, und kühlt so den schäumenden Thermoplasten und härtet ihn in seinem geschäumten Zustand.
Wenn geringere Mengen an erstem Blähmittel verwendet werden, so verdampft das gesamte Blähmittel,
bevor die Masse sich verfestigt hat. Dies gestattet es der Schaumstruktur zu verschwinden, beispielsweise
durch teilweisen Zusammenfall, oder modifiziert zu werden, weil unzureichendes Abkühlen der geschäumten
Masse durch das Verdampfen von Blähmittel zur Verursachung des Verfestigens der Masse
vorliegt, während noch hinreichend Gasdruck durch das Blähmittelsystem erzeugt wird um die Schaumstruktur
aufrechtzuerhalten.
Die zweite Komponente des Blähmittelsystems wirkt als Kernbildungsmittel für die Zellen, welche
durch die Verdampfung der ersten Komponenten erzeugt werden. Das zweite Blähmittel sollte eine kritische Temperatur unterhalb der Temperatur im Extruder besitzen und ist daher gasförmig, wenn es in
den Polymerstrom eingespritzt wird, doch sollte es sich in geschmolzenem Polymeren auflösen, damit sich
eine einzige Flüssigkeitsphase innerhalb der Zylinderbüchse des Extruders ergibt. Das zweite Blähmittel
ist daher normalerweise bei Raumtemperatur ein Gas, obgleich bestimmte niedrigsiedende Flüssigkeiten
verwendet werden können, insbesondere im Falle eines hochschmelzenden Polymeren. Es ist wesentlich,
daß das zweite Blähmittel in dem Gemisch aus Thermoplasten und erstem Blähmittel unter den Druck-
und Temperaturbedingungen, bei welchen der Thermoplast extrudiert wird, eine Löslichkeit von mindestens 0,01 Gewichtsprozent besitzen soll, weil sonst
im homogenen Gemisch nicht hinreichend zweites Blähmittel vorhanden ist, um beim Austreten aus dem
Druckgefäß Keime für eine große Anzahl sehr kleiner Blasen zu bilden; die Keimbildung kann dann statt
dessen vom ersten Blähmittel her erfolgen mit dem Ergebnis, daß eine geringe Anzahl sehr großer Blasen
gebildet werden und das Produkt geringe gewerbliche Brauchbarkeit besitzt. Das besondere verwendete
zweite Blähmittel ist natürlich von der Natur des Thermoplasten abhängig, doch wurde gefunden, daß
Kohlendioxyd, Stickstoff, Luft (für Polymere, welche nicht der Oxydation unterliegen), Methan, Äthan,
Propan, Äthylen, Propylen, Wasserstoff, Helium, Argon und halogenierte Derivate des Methans und
Äthans, z. B. Tetrafluorchloräthan, Beispiele von Substanzen sind, welche verwendet werden können.
Im Falle von Polyäthylen wurde gefunden, daß Kohlendioxyd oder Stickstoff besonders brauchbar sind,
vorzugsweise in Konzentrationen von mindestens 0,05 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymeren.
Es ist bevorzugt, von dem zweiten gasförmigen Blähmittel soviel wie möglich hinzuzusetzen, jedoch
nicht mehr als seine Löslichkeit in der Schmelze zu überschreiten, welche gewöhnlich ziemlich gering ist,
d. h. weniger als 10 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymeren.
Die Löslichkeit des zweiten gasförmigen Blähmittels ist natürlich abhängig von der Natur des zweiten
Blähmittels, der Natur der Polymeren, der Temperatur und dem Druck im Druckgefäß und bis zu gewissem Ausmaß von der Menge und der Art des ersten
Blähmittels.
Bei Betrachtung der Löslichkeiten inerter Gase, beispielsweise Stickstoff, in Polyolefinen und ersten
Kohlenwasserstoffblähmitteln, gelten die folgenden Betrachtungen. Für erste Blähmittel, welche keine
Kohlenwasserstoffe sind und für andere Polymere als Polyolefine, dienen sie auch als Leitfaden.
Oberhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins sind
das erste Blähmittel und das Polyolefin unbeschränkt mischbar. Ein gegebenes Gewicht des Gemisches aus
erstem Blähmittel und Polyolefin besitzt eine etwas größere Löslichkeit für das zweite Blähmittel, als die
Löslichkeit des gleichen Gewichts des Polyolefins allein ist, und zwar weil die Entropie des Mischern durch
die Anwesenheit des niedermolekularen Materials gesteigert wird. (Andere untergeordnete Änderungen
treten auf wegen des geänderten Verhältnisses von CH3- zu CH2-Gruppen.)
Im interessanten Bereich nimmt die Löslichkeit mit dem Druck zu, jedoch etwas weniger als proportional
und im Gegensatz zu dem, was für Lösungsmittel/Polymer-Gemische gefunden worden ist, haben Lu η dberg, WiIk und Huyett, J. Applied Physics, Band
31 (I960), Seite 1137, gezeigt, daß die Löslichkeit
mit der Temperatur ansteigt. Dies steht im Gegensatz zu der üblichen Erfahrung des Auf Iösens permanenter
Gase in kondensierten Phasen.
Die allgemeinen Druckbeschränkungen bestimmen, wieviel von dem zweiten gasförmigen Blähmittel
ίο einverleibt werden kann, und normalerweise liegt die
Menge des zweiten Blähmittels innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 1,5%, vorzugsweise von 0,2 bis 1,0%,
bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymeren.
is Da beim erfindungsgemäßen Verfahren das Kernbildungsmittel für den Schaum ein lösliches Gas und
nicht, wie in einigen bisher verwendeten Systemen, ein fester Partikel ist, kann der Schaum frei von
nicht-thermoplastischen Verunreinigungen erzeugt
ao werden und ist so für elektrische Anwendungen sehr geeignet, wo eine hohe dielektrische Festigkeit und
ein niedriger Verlustwinkel erforderlich sind. Es ist auch billig, wenn leicht verfügbare Blähmittel verwendet werden.
as Das Gemisch aus dem Thermoplasten und dem
Blähmittelsystem kann durch irgendeine geeignete Matrizenform hindurch extrudiert werden, um das
Endprodukt der erforderlichen Gestalt, beispielsweise Rohr, Blatt, Faden oder gewinkelter Abschnitt, zu er
zeugen, oder es kann mit einer Kreuzkopfform extru
diert werden, welche zum Überziehen von Drähten verwendet werden kann. Da gefunden wurde, daß das
beste Schäumen hervorgerufen wird, wenn der Abstand, über welchen der Druck vom Inneren des Gef ä-
ßes zur Atmosphäre abfällt, so kurz wie möglich ist, wird die Verwendung einer Form mit einem kurzen
Steg bevorzugt.
Die erfindungsgemäße Technik kann angewandt werden, um geschäumte Extrmdate irgendeiner erfor-
+o derlichen Gestalt oder Größe zu erzeugen. Beispielsweise kann die Technik angewandt werden, um Draht
zu überziehen oder um geschäumte Blätter oder Filme herzustellen. Es wurde gefunden, daß diese Technik
besonders brauchbar zur Herstellung geschäumter
Filme ist, bei denen das Polytner/Blähmittel-Gemisch
als dünnes Blatt extrudiert wird, welches dann zur Erzeugung von Film gestreckt wird. Das dünne extrudierte Blatt kann flach oder rohrförmig sein und wenn
es rohrförmig ist, so kann es zweckmäßig nach der
So bekannten Blähextrusionstechnik gestreckt werden.
Auf diese Weise erzeugte geschäumte Filme, insbesondere aus Polyolefinen, sind als Wandbedeckungsmaterialien besonders brauchbar.
erzeugten, geschäumten Thermoplasten zählen die Anwendung als sehr leichtes Verpackungsmaterial,
die Anwendung bei der Herstellung von Kissenschaumstoffen, beispielsweise bei der Polsterung für
Sitze oder Matratzen, als Wärme- oder Schallisolato
ren, elektrische Isoliermittel, beispielsweise beim
Überziehen von Drähten, und als Kondensator- oder Wellenführungsdielektrika, bei der Herstellung nicht
gewobener Materialien, beispielsweise Leder oder, nach Stichellochung, Filz, nach Koirprimierung der
Blattfonn, beispielsweise zwischen Rollen unter einem Druck von 7 bis 700 kg/cm2, als Schreibmaterial,
und als dekorative Bänder, Borten und Fäden, welche zu gewobenen Gegenständen verarbeitet werden
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können.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Teils des Extruders, welcher die Schnecke ebenfalls im Längsschnitt
zeigt;
Fig. 2 ist ein Querschnitt des gerillten Abschnittes der Schnecke, längs Linie H-II in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine isometrische Skizze des Mischabschnittes der Schnecke, welcher unmittelbar auf den
gerillten Abschnitt folgt, wobei die Skizze die Anordnung von Zähnen in den ersten beiden Zahnreihen
des Mischabschnittes zeigt; und
Fig. 4 ist eine isometrische Skizze des Scherabschnittes der Schnecke, welcher unmittelbar auf den
gezahnten Mischabschnitt folgt.
Der Extruder weist eine Zylinderbüchse 1 auf, in welcher eine einzige Schnecke 2 drehbar angebracht
ist. Das thermoplastische Polymere wird dem Extruder
über einen (nicht gezeigten) Fülltrichter zugeführt und wird in einem herkömmlichen Kompressionsabschnitt
der Schnecke komprimiert und geschmolzen. Die Zylinderbüchse 1 wird längs dieses Kompressionsabschnittes
mittels herkömmlicher (nicht gezeigter) Heizelemente von außen erhitzt, um das Schmelzen
des Thermoplasten zu bewirken. Das Ende des Kompressionsabschnittes ist in Fig. 1 mit der Bezugszahl 3 bezeichnet. Das nunmehr in geschmolzenem
Zustand befindliche thermoplastische Polymere wird durch den Kompressionsabschnitt 3 gezwungen, sich
mittels des nächsten Abschnittes 4 der Schnecke in eine Anzahl Ströme zu unterteilen. Dieser Abschnitt
ist gerillt, wobei er eine Reihe axialer Rillen 5 aufweist, und er ist auf der Schnecke starr angebracht,
so daß er sich mit dieser dreht. Der gerillte Abschnitt ist in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt. Das erste Blähmittel
wird von einem (nicht gezeigten) Reservoir her über eine Meßpumpe 7 zu einer Öffnung 6 im Extruderzylinder
1 geführt. Stromabwärts der Einspritzöffnung 6 befindet sich eine Einspritzöffnung 8, durch
welche hindurch das gasförmige zweite Blähmittel von einer (nicht gezeigten) konstanten Druckzufuhr her
mit einem (nicht gezeigten) Druckregelventil zwischen dem Reservoir und dem Kapillarrohr 9 über
dieses Kapillarrohr 9 eingespritzt wird. Das Kapillarrohr wirkt als Strömungsbeschränkungseinrichtung,
längs welcher ein Druckabfall von mindestens 7 kp/ cm2 erfolgt, wenn das gasförmige zweite Blähmittel
eingespritzt wird.
In dem gerillten Abschnitt 4 werden der Thermoplast und das erste und zweite Blähmittel unter Bildung
einer Lösung miteinander vermischt. Diese Lösung wird dann in einen Turbinenmischabschnitt 10
gedrückt, und zwar durch das Polymere, welches mittels des Kompressionsabschnittes 3 der Schnecke in
den gerillten Abschnitt 4 gepreßt wird. Dieser Mischabschnitt 10 liegt in der Form einer Reihe von im Abstand
von einander befindlichen, gezahnten Rotoren 11, 12, 13, 14 vor, welche auf der Schnecke angebracht
sind, so daß diese Rotoren sich mit der Schnecke drehen. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind abwechselnde
Zahnreihen gestaffelt, wobei in der Figur nur die ersten beiden gezahnten Rotoren 11, 12 gezeigt
sind. Die Zähne 15 des Rotors 12 liegen so axial in Ausrichtung mit dem Zwischenraum zwischen den
Zähnen 16 und 17 des ersten Rotors 11. Dieser Turbinenabschnitt 10 ergibt ein gutes Vermischen der Lösung,
wenn die Ströme nach dem Hindurchgehen durch die Axialrillen 5 des gerillten Abschnittes 4 sich
erneut kombinieren.
Um die Dispergierung der Blähmittel im thermoplastischen Polymeren weiter zu verbessern, wird die
Lösung dann durch einen Scherabschnitt 18 hindurch geschert. Dieser Abschnitt ist auch in Fig. 4 gezeigt
und besteht aus einem Zylinder 19, welcher am Einlaßende mit einer Anzahl axialer Rillen 20 versehen
ist. Diese Rillen sind blind, d. h. sie erstrecken sich
ίο nicht über die gesamte Länge des Zylinders 18, sondern
sie stehen mit Auslaßrillen 21 über Brückenkanäle 22 in Verbindung, wobei die Brückenkanäle eine
geringere Tiefe als die Rillen 20 und 21 besitzen. Die Lösung wird so durch die Rillen 20 in eine Anzahl
Ströme unterteilt und wird einer höheren Scherung unterworfen, wenn sie von Rillen 20 her in die
Rille 21 über Kanal 22 zwischen dem Grund des Kanals 22 und der Zylinderbüchse 1 des Extruders
geht.
ao Auf den Scherabschnitt 18 folgend, befindet sich ein weiterer Turbinenmischabschnitt 23 einer ähnlichen
Bauart wie der Turbinenmischabschnitt 10. Dies erteilt der Lösung ein gutes Vermischen, wenn die
Ströme, welche von den Auslaßrillen 21 des Scherabschnittes 18 herfließen, sich erneut kombinieren.
Stromabwärts des Turbinenmischabschnittes 23 befindet sich ein herkömmlicher Schneckenabschnitt
24 zum Bemessen und Extrudieren der Lösung durch eine (nicht gezeigte) Matrizenform hindurch, aus weleher
die Lösung in eine Region geringeren Druckes eintritt, wobei die Blähmittel den Thermoplasten veranlassen,
aufzuschäumen und sich zu verfestigen.
Die Erfindung wird durch das folgende Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Ein geschäumter Polyäthylenfilm wird aus einem Extruder der Art extrudiert, wie er in den Zeichnungen
veranschaulicht ist, wobei der Extruder einen Zylinderbüchsendurchmesser
von 12,1 cm und eine Schneckenlänge von 543 cm besitzt, und wobei die Schnecke sich mit einer Geschwindigkeit von 10 U/
Min. dreht.
Die geometrischen Abmessungen der Schneckenabschnitte, gemäß den Zeichnungen numeriert, sind
die folgenden:
Abschnitt 3: Schneckenabschnitt mit einer Gesamtlänge von etwa 330 cm, auf welchem die
Schneckentiefe sich von 12,7 mm auf 4,2 mm vermindert;
Abschnitt 4: gerillter Abschnitt mit einer Länge vom
48 cm, bestehend aus 16 axialen Kanälen von 12,7 mm Tiefe und 11,2 mm Breite;
Abschnitt 10: verteilender Mischabschnitt mit einer Länge von 24 cm, bestehend aus einer Anzahl an Rotoren,
welche im axialen Abstand voneinander stehen, wobei jeder Rotor 16 Flossen einer Tiefe von 12,7
mm besitzt;
Abschnitt 18: Scherabschnitt mit einer Länge von 24 cm und mit Brückenkanälen 21. welche eine Tiefe
von 0,38 mm besitzen;
Abschnitt 23: Mischabschnitt mit einer Länge von 24 cm, identisch mit Abschnitt 10; und
Abschnitt 24: normaler Schneckenabschnitt mit ei ner Gesamtlänge von 96,5 cm mit einem Übergangsabschnitt, welcher zu einem Meßabschnitt mit einer
Schneckenriefe von 4,6 mm führt.
Die öffnungen 6 bzw. 8 befinden sich 60,3 mm
bzw. 181 mm vom Anfang des gerillten Abschnittes 4
entfernt.
Ein Gemisch aus 90 Gewichtsteilen Polyäthylen geringer Dichte und 10 Gewichtsteilen Titandioxydpigment
wird dem Extruder mit einer Geschwindigkeit von 45,4 kg je Stunde zugeführt. Pentan wird,
mit einer Rate von 33 Gewichtsprozent des zugeführten Materials, in den Extruder durch öffnung 6 hindurch
eingespritzt und in das geschmolzene Polymergemisch eingemischt. Stickstoff, mit einer Rate von
0,5 Gewichtsprozent des Gesamtgemisches, wird in die Schmelze durch Kapillarrohr 9 hindurch (Innen-
durchmesser 0,178 mm, Länge 122 cm) eingespritzt,
wobei längs der Kapillare ein Druckabfall von 21 kg/ cm2 auftritt.
Die Temperatur der Zylinderbüchse wird in der Region des Schncc'icenabschnittes 2 bei 140 bis
160° C und längs der übrigen Länge der Zylinderbüchse
bei 110° C gehalten. Eine Matrizenform am Auslaßende des Extruders wird bei einer Temperatur
von 105° C gehalten, und aus dieser Matrizenform
»ο wird ein geschäumter Polyäthylenfilm extrudiert, welcher frei von Aufspaltungen ist und ein spezifisches
Gewicht von 0,15 besitzt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen thermoplastischen polymeren Schaumstoffs
durch Strangpressen eines geschmolzenen, ein Blähmittelsystem gelöst enthaltenden Polymeres
mit einer Schneckenstrangpresse von einer Hochdruckzone in eine Niederdruckzone, wobei das
Blähmittelsystem, bezogen auf das Gewicht des Polymers, 20 bis 75 Gewichtsprozent eines ersten,
flüssig zudosierten Blähmittels, daj bei dem Hochdruck mit dem geschmolzenen Polymer vollständig
mischbar ist und oberhalb der Strangpreßtemperatur siedet und bei dem Niederdruck unlerhalb
der Poiymertemperatur beim Eintritt in die Niederdruckzone siedet, und bis zu 10 Gewichtsprozent
eines zweiten gasförmig zudosierten Blähmittels enthält, das bei der Strangpreßtemperatur
und dem Strangpreßdruck in der Mischung ao aus Polymer und erstem Blähmittel zu wenigstens
0,01 Gewichtsprozent löslich ist und dessen kritische Temperatur unterhalb der Strangpreßtemperatur
liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Blähmittel von einem unter kon- »5
stantem Druck stehenden Vorrat durch eine Drosselstelle mit einem Druckabfall von wenigstens
7 kp/cm2 in das in der Strangpresse befindliche geschmolzene Polymer einführt.
2*. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer
Schneckenstrangpresse mit abströmseitig ihrer Schmelzzone angeordneten Eintrittsöffnungen für
das erste und zweite Blähmittel, von denen die Eintrittsöffnung für das erste Blähmittel mit einem
Flüssigkeitsdosiergerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (8) für
das zweite Blähmittel über eine Drosselstelle (9) an einen unter konstantem Druck stehenden Vorratsbehälter
angeschlossen ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB4944772A GB1317162A (en) | 1969-07-30 | 1970-10-19 | Material tester and search unit therefor |
GB4944770 | 1970-10-19 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2152018A1 DE2152018A1 (de) | 1972-05-18 |
DE2152018B2 true DE2152018B2 (de) | 1975-11-06 |
DE2152018C3 DE2152018C3 (de) | 1976-06-16 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7114343A (de) | 1972-04-21 |
FR2111694B1 (de) | 1975-07-18 |
AU3475771A (en) | 1973-05-03 |
ES396145A1 (es) | 1975-02-16 |
CA963215A (en) | 1975-02-25 |
BE774164A (fr) | 1972-04-19 |
JPS5513894B1 (de) | 1980-04-12 |
FR2111694A1 (de) | 1972-06-09 |
GB1328362A (en) | 1973-08-30 |
DE2152018A1 (de) | 1972-05-18 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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