DE2224460A1

DE2224460A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profilen aus geschaeumten thermoplasten

Info

Publication number: DE2224460A1
Application number: DE2224460A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Albert; Hans-Otto Dipl Ing Schiedrum; Heinrich Dr Tacheci
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1972-05-19
Filing date: 1972-05-19
Publication date: 1973-11-29
Also published as: FR2185494A1; IT987692B; CH551858A; JPS4941467A; GB1436262A; DK130636B; BE799823A; FR2185494B1; NL7306680A; US3920876A; DK130636C

Description

FARBWERKE HOECHST AG., vormals Meister Lucius & Brüning

Aktenzeichen: HOE 72/F 151' ύ. Η

Datum: l8. Mai 1972 - Dr.EL/N -

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilen aus geschäumten Thermoplasten

Es ist bekannt, treibmittelhaltige thermoplastische Kunststoffe durch eine Breitschlitzdüse zu plattenförmigen Körpern zu extrudieren. Beim Aufschäumen entstehen jedoch keine Platten mit exakten Außenmaßen und glatter Oberfläche,sondern mehr oder, weniger wellenförmige Gebilde. Durch Verminderung des Materialstroms an bestimmten Stellen des Austrittschlitzes der Breitschlitzdüse, z.B. durch stellenweise Verengung des Schlitzes oder Einbau von Verdrängungskörpern kann man diese Wellen zwar teilweise ausgleichen, bei einer nachgeschalteten genauen Kalibrierung der nicht ganz gleichmäßig dicken Platten durch Pressen erhält man jedoch Platten mit ungleichmäßiger Dichteverteilung.

Nach einem anderen Verfahren läßt man das aus dem Schlitz austretende Material zwischen zwei Formplatten aufschäumen. Sobald der Schaum die durch den Formplattenabstand vorgegebene Dicke erreicht hat, baut sich ein gewisser Gegendruck auf und das Material fließt in die Breite. Nach diesem Verfahren werden zwar ebene Platten erhalten, aber es ist schwierig, Platten mit Breiten über 600 mm und Dicken über 200 mm herzustellen.

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Ein weiteres Verfahren besteht darin, daß man mit einer als Lochplatte ausgebildeten Düse arbeitet. Die aus den einzelnen öffnungen austretenden Stränge werden beim Aufschäumen in einer Kalibrierung so zusammengefügt, daß eine zusammenhängende Platte entsteht. Die Verschweißung der einzelnen Stränge untereinander -^ ist jedoch so schlecht, daß die mechanische Festigkeit der Platte · ungenügend ist.

Es wurde nun gefunden, daß man eine ausgezeichnete Verschweißung der Stränge erreicht, wenn man eine Lochplatte verwendet, deren Bohrungen sich zur Materialaustrittsseite hin, vorzugsweise konisch, erweitern, so daß sie sich spätestens an der Materialaustrittsseite der Lochplatte zu einer zusammenhängenden öffnung vereinigen. Durch diese Ausführung der Lochplatte beginnt das Aufschäumen der einzelnen Materialstränge bereits in den sich erweiternden Bohrungen, und die Stränge fließen bereits in der Lochplatte oder direkt beim Austritt zusammen und verschweißen.

Erfindungsgegenstand ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Profilen, vorzugsweise Platten, aus Schaumkunststoffen durch Auspressen von treibmittelhaltigen Thermoplasten durch eine Lochplatte in eine Formdüse, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den treibmittelhaltigen Thermoplasten durch eine Lochplatte auspreßt, deren Bohrungen sich in Strömungsrichtung, vorzugsweise konisch, erweitern und daß der Beginn des Aufschäumens der einzelnen Materialstränge bereits in den Bohrungen der Lochplatte erfolgt und die Materialströme spätestens beim Austritt aus der" Lochplatte zusammenfließen und verschweißen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vor allem eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilen, vorzugsweise Platten, aus Schaumkunststoffen, die aus treibmittelhaltigen Thermoplasten erhalten werden, bestehend aus Extruder, Lochplatte, Formdüse, Kalibrierung und Abzug, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lochplatte sich zur Materialaustrittsseite hin, vorzugsweise konisch, erweiternde Bohrungen hat, die sich spätestens an der Materialaustrittseite' der Lochplatte zu einer zusammenhängenden öffnung vereinigen. ' ,

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Das im Extruder befindliche, plastische Material" wird durch den Widerstand der Lochplatte unter Druck gehalten und dadurch am Aufschäumen gehindert. Erst während' des Durchtrittes du^rch die Lochplatte sinkt der Druck im Material, das infolgedessen in dem sich erweiternden Te,il der Bohrungen aufschäumen kann. Beim Zusammenfluß der einzelnen, teilweise aufgeschäumten Materialströme ist der Wärmeinhalt des Materials noch ausreichend hoch, so daß vollständige Verschweißung stattfinden kann. Da die Stränge nicht gegen Luft aufschäumen, entsteht keine die Verschweißung erschwerende Haut. Anschließend strömt dann das· Material durch die anges.chlossene, beheizbare Formdüse, in der neben der vollständigen Verschweißung und Aufschäumung auch die exakte Formgebung des Profils erfolgt.

An die Formdüse schließt sich eine kühlbare Kalibrierung an, in der die Platte oder das Profil, bzw. deren Oberfläche abgekühlt werden, falls dies nicht bereits infolge des Wärmeentzugs durch die Treibmittelverdampfung in ausreichendem Maße geschehen ist. Eventuell werden noch Kühlbäder, immer aber eine Abzugsvorrichtung vorgesehen.

Das -Raumgewieht der erhaltenen Schaumkörper hängt im wesentlichen von der Abstimmung von Lochquerschnitt der Bohrungen (an ihrer engsten Stelle), Formdüsenquerschnitt und Abzugsgeschwindigkeit ab. Eine Vergrößerung des Durchgangsquerschnittes (Summe der Querschnitte der Bohrungen jeweils an ihrer.engsten Stelle) der Lochplatte erhöht die Dichte des fertigen Formkörpers, während eine Vergrößerung des Querschnittes der Formdüse und eine Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit die Dichte des Formkörpers verringert. Vorzugsweise hat die Gesamtöffnung an der Materialaustrittsseite der Lochplatte einen ähnlichen, aber kleineren Querschnitt wie die Formdüse. Es ist aber auch möglich, bereits in der Lochplatte bis zur endgültigen Größe des Formkörpers aufzuschäumen.· Bei gegebener Formdüse und Kalibrierung kann die Dichte des Formkörpers durch Auswechseln der Lochplatte oder durch Ändern der Abzugsgeschwindigkeit variiert werden.

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Die Oberflächenqualität des Schaumkörpers und die Dicke der Außenhaut werden durch die Länge der Kalibrierung und das Ausmaß der Kühlung beeinflußt.

Die Bohrungen der Lochplatten bzw. deren Erweiterungen zur Materialaustrittsseite hin können beliebige Querschnitte haben, die z.B. quadratisch, mehreckig, rund oder oval sein können. Die Bohrungen können in einer Reihe oder, vorzugsweise bei der Herstellung dicker Platten, in mehreren Reihen übereinander angeordnet sein. Die Erweiterungen sind vorzugsweise konisch. Sie können aber auoh die Form einer Halbkugel ode reines Paraboloids oder eines sonstigen Körpers mit gekrümmter Oberfläche aufweisen.

Die Figuren 1 bis 4. zeigen günstige Anordnungen und Querschnittsformen der Bohrungen für die Herstellung von Platten und anderen Profilen. Bei Profilen werden die Bohrungen in der Lochplatte entsprechend dem gewünschten Querschnitt des jeweiligen Profils, angeordnet. Um einen strömungstechnisch günstigen Durchfluß durch die Lochplatte zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Bohrungen auch an der Materialeintrittsseite konisch zu erweitern. Prinzipiell können die Erweiterungen der Bohrungen zur Materialaustrittsseite hin unmittelbar an der Materialeintrittsseite der Bohrungen ihren Anfang nehmen. Es ist jedoch zweckmäßiger, vor allem zur Erreichung eines ausreichenden Gegendruckes und eines gleichmäßigen und ruhigen Materialflusses, nach eventueller Verengung von der Materialeintrittsseite her (entsprechend einer Erweiterung zur Materiaieintrittsseite hin) die Bohrungen eine gewisse Strecke ohne Erweiterung parallel zu führen und die Erweiterungen zur Ma^o^lalaustrittsseite hin erst dann beginnen zu lassen, wie in den Figuren 1 a und 1 b gezeigt.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf die Materialaustrittsseite einer einreihigen Lochplatte mit quadratischem Querschnitt der konisch erweiterten Bohrungen (j5) auf der Materialaustrittsseite.

Flg. la zeigt einen Schnitt durch diese Lochplatte entlang der Linie A-A. In Fig. 1 b vereinigen sich die konisch erweiterten Bohrungen mit quadratischem Querschnitt (3)

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schon kurz vor der Materialaustrittsseite. Außerdem sind die Bohrungen (2a) auch an der Materialeintrittsseite zur Materialeintrittsseite hin konisch erweitert.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Materialaustrittsseite einer einreihigen Lochplatte mit kreisförmigem Querschnitt der konisch erweiterten Bohrungen auf der Materialaustrittsseite.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Materialaustrittsseite einer doppelreihigen Lochplatte mit quadratischem Querschnitt der konisch erweiterten Bohrungen auf der Materialaustrittsseite und U-förmiger Anordnung, der beiden Lochreihen.

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf die Materialaustrittsseite einer kreisrunden Lochplatte mit sechseckigem Querschnitt der konisch erweiterten Bohrungen (3b) auf der Materialaustrittsseite.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung der einzelnen Aggregate der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

In den Zeichnungen sind mit (1) jeweils die Lochplatten, mit (2) die Bohrungen auf der Materiäleintrittsseite der jeweiligen Lochplatte bzw. die ganze Bohrung bis zur Erweiterung auf der Materialaustrittsseite (für den Fall einer konischen Erweiterung auf der Materiäleintrittsseite wird diese mit (2 a) bezeichnet) und mit (3) die erweiterten Bohrungen auf der Materialaustrittsseite der jeweiligen Lochplatte bezeichnet (3, 3 a, 3b). In Fig. 5 stellt außerdem (4) die Materialaustrittsseite des Extruders, (5) die mit der Lochplatte (1) (mit 5 übereinander liegenden Reihen von Bohrungen) fest verbundene Breitschlitzdüse, (6) die Kalibrierung, (7) den Abzug und (8) die extrudierte Schaumplatte dar.

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Als Kunststoffe für dieses Verfahren eignen sich praktisch alle thermoplastischen Kunststoffe. Bevorzugt verwendet werden Polystyrol, kautschukmodifizierte schlagfeste Polystyrole oder Mischpolymerisate des Styrols mit bis zu 30 Gew.-#, vorzugsweise bis zu 20 Gew.-J^, an Comonomeren, z.B. Methylstyrol und/oder Acrylnitril, Polyolefine, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Mischpolymerisate des Äthylens oder Propylens miteinander oder mit ihren höheren Homologen, Polyvinylchlorid oder Vinylchlorid-Mischpolymerisate, oder Polymerenmischungen, die die genannten Polymerisate überwiegend enthalten.

Als Treibmittel können sowohl physikalische Treibmittel, z.B. Kohlenwasserstoffe wie Pentan oder Propan, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylchlorid oder Dichlordifluormethan oder Gase wie Stickstoff oder Kohlendioxid als auch chemische Treibmittel, wie vorzugsweise Azodicarbonamid, verwendet werden. Die Treibmittel können im Ausgangsgranulat enthalten sein oder der treibmittelfreien Schmelze im Extruder zudosiert werden. In diesem Fall wird vorzugsweise mit einer Tandemanlage, d.h. mit zwei hintereinandergeschalteten Extrudern gearbeitet.

Dem Kunststoff können neben dem/den Treibmittel(n) weitere Additive zugesetzt werden, z.B. Porenregler, Füllstoffe, Stabilisatoren, Antistatika, Farbstoffe, Flammschutzmittel oder Gleitmittel,

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißen die einzelnen Materialstränge einwandfrei miteinander und man behält alle Vorteile bei, die sich aus der Verwendung einer Lochplatte ergeben, speziell die exakte Steuerung des Materialflusses. Es werden maßgenaue Platten bzw. andere Profile mit guter Oberfläche und gleichmäßiger Dichte erhalten; auch große Breiten und Dicken bereiten keine Schwierigkeiten.

Die erfindungsgemäße Herstellung von Schaumstoffplatten wird durch folgende Beispiele näher erläutert;

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Beispiel 1:

Polystyrolgranulat wurde in einem Einschneckenextruder (60 mm) bei ca. 220⁰C aufgeschmolzen. Dem Granulat waren vorher 0,3 Gew.-^ Citronensäure und 0,4 Gew.% Natriumcarbonat als- Porenregler aufgetrommelt worden. In die Schmelze wurde durch eine Einläßöffnung im Extruder mit Hilfe einer Dosierpumpe 12 Gew.-^ Dichlordifluormethan, bezogen auf das eingesetzte Polystyrol, eingepreßt. Im Extruder wurde eine innige Durchmischung des Polystyrols mit dem Treibmittel bewirkt.

Die Mischung wurde über eine Druckleitung in einen zweiten Extruder (90 mm) überführt, der mit intensiv wirkenden Kühlzonen ausgestattet war. Die Massetemperatur wurde dort bis auf ca.* 105°C gesenkt. Der Extruder beförderte die Masse über einen Verteilerkanal zur Lochplatte (Dicke 25 mm). Die Lochplatte war mit einer Reihe von acht Bohrungen versehen, die zur Materialeintrittsseite hin leicht konisch erweitert waren und die auf der Materialaustrittseite im Querschnitt zunahmen (Durchmesser der Bohrungen an der engsten Stelle: 2 mm). Ähnlich wie in Pig. I dargestellt, hatten die Erweiterungen hier rechteckigen (statt quadratischen) Querschnitt und gingen auf der Austrittsseite der Lochplatte ineinander über. Als gesamte Austrittsfläche ergab sich somit ein Rechteck von 110 χ 10 mm. · .

Beim Durchtritt durch die sich erweiternden Bohrungen begann das Material aufzuschäumen und floß an deren Ende nahtlos zusammen'; Die teilweise geschäumte Masse floß weiter durch eine auf ca. 6o°C temperierte Breitschlitzdüse mit einem Querschnitt von 22Ö χ 50 mm und einer Länge von 300 mm. Hierbei fand vollständige Auf- * schäumung und Formgebung statt. Durch die Verdampfung des Treibmittels wurde der Masse soviel Wärme entzogen, daß die Platte weitgehend formstabil war. In einer nachfolgenden, gekühlten Kalibrierung wurde die Plattenoberfläche weiter abgekühlt.

Die Platte wurde mit einer Geschwindigkeit von 2 ra/fflin abgezogen. Sie hatte exakte Abmessungen, eine gute Festigkeit und ein. gleichmäßiges Raumgewicht von 44 g/l. Der Ausstoß betrug 58 kg/h.

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Beispiel 2:

Wie in Beispiel 1 wurde eine Tandem-Anlage verwendet. Der erste Extruder hatte jedoch einen Schneckendurchmesser von 114 mm, der zweite von 152 mm» Hier wurde eine Kombination aus einer Lochplatte (Dicke 6o mm) mit 1200 Bohrungen (Durchmesser an der engsten Stelle 2 mm) mit einer Breitschlitzdüse vom Querschnitt 600 χ 200 mm verwendet. Die Länge der Breitschlitzdüse betrug 200 mm. Die 1200 Bohrungen der Lochplatte waren in 20 übereinanderliegenden Reihen angeordnet und zur Materialeintrittsseite hin leicht konisch erweitert und nahmen nach der Materialaustrittseite hin im Querschnitt zu, so daß sich eine Gesamtaustrittsflache von 600 χ 200 mm ergab.

Der Breitschlitzdüse nachgeschaltet war eine gekühlte Kalibrierung mit einem Querschnitt von 600 χ 200 mm.

Die Anlage wurde mit Polystyrolgranulat beschickt, dem als Porenregler 0,4 Gew.-% Citronensäure und 0,5 Gew.-# Natriumbicarbonat beigemischt wurden. Als Treibmittel wurden in den ersten Extruder 12 Gew.-^ (bezogen auf eingesetztes Polystyrol) eines Gemisches aus Dichlordifluormethan und Methylchlorid (im Gewichtsverhältnis 1:1) eingepumpt.

Die Platte wurde mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,9 m/min abgezogen. Die erhaltene Platte hatte ein Raumgewicht von 36 g/l. Der Ausstoß dieser Al'.age betrug 225 kg/h.

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Claims

" 9 "" 222U60 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Profilen, vorzugsweise Platten, aus Schaumkunststoffen durch Auspressen von treibmittelhaltigen Thermoplasten durch eine Lochplatte in eine Formdüse, dadurch gekennzeichnet, daß man den treibmittelhaltigen Thermoplasten durch eine Lochplatte auspreßt, deren Bohrungen sich in Strömungsrichtung, vorzugsweise konisch, erweitern und daß der Beginn des Aufschäumens der einzelnen

- Materialstränge bereits in den Bohrungen der Lochplatte erfolgt und die Materialströme spätestens beim Austritt aus der Lochplatte zusammenfließen und verschweißen.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Profilen, vorzugsweise Platten, aus Schaumkunststoffen, die aus treibmittelhaltigen Thermoplasten erhalten werden, bestehend aus Extruder, Lochplatte, Formdüse, Kalibrierung und Abzug, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte sich zur Materialaustrittsseite hin, vorzugsweise konisch, erweiternde Bohrungen hat, die sich spätestens an der Materialaustrittsseite der Lochplatte zu einer zusammenhängenden Öffnung vereinigen.

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