DE2256130C3 - Extrudermundstück zur Herstellung von künstlichem Holz aus thermoplastischem Schaumkunstharz - Google Patents
Extrudermundstück zur Herstellung von künstlichem Holz aus thermoplastischem SchaumkunstharzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Extrudermundstück zur Herstellung von künstlichem Holz, mit einer Vielzahl
von kleinen, zumindest zum Teil auf der Harzaustritlsseite erweiterten Durchtri<Köffnungen zum Extrudieren
eines erweichten thermoplastischen Kunstharzes, dem ein Schäummittel und zur Nachahmung der Holzfarbe
Farbzusätze beigemischt sind. Die extrudierten Kunstharzfäden schäumen und verschmelzen anschließend an
den Austritt aus dem Extrudermundstück zu einem Körper oder Bündel, der das künstliche Holz darstellt.
Beispielsweise aus der US-PS 31 21 130 ist ein Extrudermundstück zur Herstellung feinzelliger Gegenstände
bekanntgeworden, dessen Durchtrittsöffnungen alle gleiche Form haben und in gleichen Absländen
angeordnet sind. Mit diesem Extrudermundstück sollen durch gleichmäßiges Dehnen der extrudierten Kunstharzfäden
gleichförmig aufgeschäumte Gegenstände erhalten werden. Die Ausbildung von Schichten
unterschiedlicher Dichten zur Nachahmung der Struktur natürlichen Holzes ist nicht beabsichtigt.
Um zellenförmigen, extrudierten Gegenständen eine ringförmige, dem natürlichen Holz ähnliche Struktur zu
geben, ist es aus der FR-OS 29 75 045 bekanntgeworden, die Durchtrittsöffnungen im Extrudermundstück
bezüglich Gestalt, Länge, Größe oder Verteilung zu variieren. Nach einer Ausführungsform sind die
Querschnitte oder die Abstände der Durchtrittsöffnungen unterschiedlich, um die in einen bestimmten
Rauminhalt expandierende Harzmenge zu verändern und dadurch HinfluO auf die Dichte des Kunstharzfadens
zu nehmen. Weiterhin kann die Dichte des Kunstharzfadens
verändert werden, indem die Länge der Durchtrittsöffnungen im Extrudermundstück variiert
und damit wegen des unterschiedlichen Reibungswiderstandes auf den Harzdurchsatz Einfluß genommen wird.
Nach einer anderen Ausführungsform werden einzelne oder alle Durchtrittsöffnungen auf der Harzaustrittssei
te erweitert Der Zweck der harzaustrittsseitigen Erweiterungen soll der sein, den extrudierten Kunstharzfäden
eine dichtere Haut zu geben, um die Zellenstruktur des Kunstholzes der von natürlichen
Holz besser anzugleichen.
Um dem Kunstholz ein dem natürlichen Holz ähnliches Aussehen zu geben, ist es notwendig, in dem
Kunstharz Farbtöne wie beim natürlichen Holz zu erzeugen. Zu diesem Zweck müssen dem Kunstharz
Farbzusätze wie Gelb, Braun oder Schwarz beigemengt werden. Diese Farbzusätze werden nun in den einzelnen
Kunstharzfäden um so stärker verdünnt werden, je mehr sich der Kunstharzfaden durch Schäumen
erweitern kann. Stark erweiterte Fäden erhalten also im Ergebnis ein blässliches Aussehen, während nur wenig
erweiterte Fäden einen vollen Farbton besitzen.
Wie stark sich der einzelne Kunstharzfaden nach Austritt aus der öffnung des Extrudermundstücks
erweitern kann, hängt nach Beobachtungen einerseits vom zur Verfugung stehenden Raum und andererseits
von seiner Abkühlgeschwindigkeit ab. Außenliegende Kunstharztäden liegen der umgebenden Atmosphäre
frei dar, so daß sie sich rasch abkühlen und damit frühzeitig erstarren.
Ihre Erweiterung ist dementspechend gering und ihr Farbton bleibt voll. Die inneren Kunstharzfäden liegen
wärmeisoliert unter der äußeren Fadenreihe, so daß sie nur langsam abkühlen und entsprechend stark expandieren
können. Ihr Farbton wird also blässlich.
Sind an der Oberfläche des Kunstholzes gleichzeitig äußere Kunstharzfäden und Fäden der darunterliegenden
zweiten und sogar dritten Reihe sichtbar, dann erscheint die Holzoberfläche aufgrund des Wechsels
von vollen und blässlichen Farbtönen streifig. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dieses
unschöne Aussehen der Holzoberfläche zu vermeiden und eine in Aussehen und Eigenschaften einheitliche
Oberfläche zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Extrudermundstück gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die äußersten öffnungen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, die Durchtrittsöffnungen in der
zweiten oder zweiten und dritten Reihe einwärts der äußersten Öffnungsreihe auf der Harzaustrittsseite im
Querschnitt um das 1,1 bis 3,6-fache des Querschnitts des nicht erweiterten Öffnungsteils erweitert sind,
wobei die axiale Länge des erweiterten Öffnungsteils etwa 10 bis 80% der Gesamtöffnungslänge beträgt, und
daß die Umfangswand der äußersten Öffnungsreihe in Harzaustrittsrichtung zwischen 1,5 und 5,0 mm über die
entsprechende Umfangswand der einwärts angeordneten Öffnungen vorsteht.
Dabei liegt der Gedanke zugrunde, die Querschnittserweiterung der Kunstharzfäden in der zweiten oder
zweiten und dritten Reihe so zu begrenzen, daß diese Fäden im Ergebnis etwa gleiche Dichte und damit
gleiche Farbtönung wie die äußeren Kunstharzfäden aufweisen. Die Begrenzung der Querschnittserweiterung
erfolgt durch Erweitern der Durchtriltsöffnungen auf der Harzaustrittsseite des Extrudermundstücks in
Verbindung mit dem Vorziehen der Umfangswand der äußersten Öffnungsreihe in Harzaustrittsrichtung. Das
ft 5 Et weitern der Durchtrittsöffnungen aus der Harzaustrittsseite
hat einerseits einen höheren Harzdurchsatz zur lolpc und andererseits die Ausbildung einer
dichteren Haut um die extrudierten Kunstharzfäden.
Der vorspringende Umfangsrand des Extrudermundstücks verhindert, daß die Kunstharzfäden relativ
großer Harzmasse der zweiten oder zweiten und dritten Reihe zu stark expandieren und die äußeren Kunstharzfäden
wegdrängen. Zudem treten die durcn die äußeren öffnungen extrudierten Fäden mit den darunterliegenden
Fäden erst in Berührung, nachdem letztere nahezu vollständig gedehnt sind. Die äußeren Kunstharzfäden
können sich damit, ohne durch die darunterliegenden Fäden auseinanderbewegt zu werden, über diese Füden
legen und abdecken. Als Ergebnis hiervon wird das Auftreten wechselnder Streifen auf der Holzoberfläche
vollständig beseitigt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht des Extrudermundstücks, gesehen von der Harzaustrittsseite her, und
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie X-X in Fig. 1.
Gemäß F i g. 1 und 2 sind in dem Extrudermundstück 1 eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen A, B, Cund D
vorhanden. Die Öffnungen A befinden sich möglichst nahe dem Umfang des Mundstücks und weisen
gleichbleibenden Querschnitt auf. Die Öffnungen B liegen in einer Linie nahe den öffnungen A einwärts von
diesen, während die öffnungen C in dritter Reihe nahe den öffnungen ßai,.^ordnet sind. Jede der öffnungen B
(oder der öffnungen B und Q ist auf der Harz^ jstrittsseite
im Querschnitt um das 1,1 bis 3,6-fache des Querschnitts des nichterweiterten Öffnungsteils erweitert.
Die axiale Länge des erweiterten Öffnungsteils der Öffnungen B (oder B und Q beträgt zwischen 10 und
80% des Gesamtöffnungsiänge. Die Querschnittsfläche und die Verteilung der inneren öffnungen D ist nicht
kritisch.
Die Umfangswand jeder der öffnungen A1 die am
äußersten Teil des Mundstücks angeordnet sind, steht in Harzaustrittsrichtung zwischen 1,5 bis 5.0 mm über die
entsprechende Umfangswand der einwärts angeordneten öffnungen B, Cund Dvor. Nach F i g. 2 befindet sich
ein Kühlbauteil 2, das von einer Leitung 3 für Kühlwasser durchsetzt ist, in Berührung mit den aus der
äußersten Öffnungsreihe A extrudierten Kunstharzfäden,
um diese zu kühlen und zu pressen.
Die öffnungen A, die im äußersten Teil des Extrudermundstücks angeordnet sind, weisen eine um
das 1,1 bis 1,7-fach erweiterte Querschnittsfläche gegenüber der nicht erweiterten Querschnittsfläche der
öffnungen ß(bzw. ßund Q auf.
Wird thermoplastisches Kunstharz mit Hilfe eines beschriebenen Extrudermundstücks stranggepreßt, so
gewinnt man einen Gießgegenstand ohne die unerwünschte streifige Oberfläche. Auch wenn der funktioneile
Ablauf nicht genau bekannt ist, so kann man sich die dabei abspielenden Vorgänge doch wie folgt
erklären:
Da die Umfangswand jeder der öffnungen A, verglichen mit anderen Öffnungen B. Cund D, vorsteht,
wird die Ausdehnung der durch die öffnungen A extrudierten Harzfäden verzögert, und deshalb treten
die durch die öffnungen A extrudierten Fäden erst mit den durch die anderen öffnungen B. C und D
extrudierten Fäden in Berührung, nachdem diese nahezu vollständig gedehnt wurden, wobei durch den
harzaustrittsseitig erweiterten Querschnitt der Öffnungen B oder B und C die Expansion der durch dies*:
Öffnungen extrudieren Harzfäden vermindert und eine Vergrößerung der Harzdichte erreicht wird.
Durch die erweiterte Querschnittsfläche der äußersten öffnungen A wird die Menge des durch sie
hindurchgehenden Harzes vergrößert und die hierbei gebildeten Harzfäden enthalten eine größere Harzmen-S
ge. Da ferner die durch die öffnungen A gebildeten Harzfäden im äußersten Teil des ganzen Faserbündels
angeordnet sind, werden sie unmittelbar durch den Kontakt mit der Außenluft und eventuell zwangsweise
durch das an der Außenseite angesetzte Kühlbauteil 2
ίο gekühlt, so daß eine dichte, geschlossene Fadenschicht
gebildet wird, welche die darunterliegenden Fäden überdeckt.
Die vorangehende Beschreibung gibt nur das Verhältnis zwischen den Kunstharzfäden an, die außen
liegen und denen, die in den unmittelbar darunterliegender: Reihen angeordnet sind. Die weiter innen liegenden
Fäden können je nach Einzelfall als stärker oder weniger stark gedehnte Fäden ausgebildet werden, um
den Gießgegenstand der ringförmigen Struktur natürlichen Holzes anzupassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Beispiele näher erläutert.
Der Versuch bezweckte, ein Brett mit einer Dicke von 20 mm und einer Breite von 600 mm herzustellen.
Folgendes Fxtrudermundstück wurde verwendet:
Die Vorderplatte des Mundstücks war eine Rechteckplatte mit einer Dicke von 20 mm und mit einer Vielzahl
von Durchtrittsöffnungen. Die öffnungen A nahe am Umfang der Platte hatten einen Durchmesser von
1,8 mm. Sie waren in Reihe über eine Breite von 600 mm in Abständen von 2,5 mm angeordnet. Die Umfangswand
jeder dieser öffnungen A snnd um etwa 2 mm über die der öffnungen B, Cund D ve <■. Die öffnungen B
in der ersten benachbarten Reihe hasten einen Durchmesser von 1,6 mm und waren ebenfalls über eine
Breite von 600 mm angeordnet. Der Abstand der öffnungen Szu den öffnungen A betrug von Lochmitte
zu Lochmitte 2,5 mm. Ferner waren weiter einwärts öffnungen C mit einem Abstand von je 5,0 mm über
eine Breite von 600 mm angeordnet. Die Durchmesser der Öffnungen ßund Cbetrugen 1,6 mm. wobei jede der
öffnungen B an der Harzaustrittsseite über eine Tiefe von 10 mm, d. h. über die halbe Vorderplattendicke des
Mundstücks, auf 2 mm Durchmesser erweitert war.
Als Harz wurde Polystyrol, als Treibmittel Butan verwendet. Es wurden 80 kg Polystyrolteilchen, welche
6% Butan enthielten, und 150 kg Polystyrol, das kein Treibmittel enthielt, mit 3,75 kg Talkum in Form von
Feinpulver gemischt, wobei die Talkumkörnung etwa 20 Mikron betrug. Um der Mischung eine teakholzähnliche
Farbe zu geben, wurde der Mischung 0,92 kg Farbzusatz in Pulverform zugegeben und alles gut
verrührt. Dann wurde die Mischung extrudiert.
Der in diesem Beispiel verwendete Extruder hatte einen Durchmesser von 115 mm und ein Verhältnis L/D
von 30. Das Rohmaterial wurde dem Extruder zugeführt, wobei die Extrudertemperaiur 1400C im
ho Einführbereich, 185°C im Schmelzbereich und 150cC an
der Vorderplatte des Mundstücks betrug. Das Rohmaterial wurde durch das Werkmig mit einer Arbeitsgeschwindigkeit
von 72 kg/Std. extruciieit.
D-". thermoplastische Kunstharz wurde durch das
t>s Mundstück zu Fäden extrudiert, und die Harzfäden im
äußeren Bereich wurden durch ein Kühlbauteil mit zirkulierendem, auf 55°C befindlichem Kühlöl zwangsgekühlt,
wobei das Kühlbauteil am Harzaustrittsende
des Mundstücks angeordnet war. Die gedehnten Harzfäden wurden einem Gießrahmen von
20 mm χ 600 mm zugeführt, in welchem die Fäden aneinander verschmolzen wurden, um einen Gießkörper
nach Art eines Brettes mit einer Dicke von 20 mm, einer Breite von 600 mm und einer mittleren Dichte von
0,25 g/cm3 zu bilden.
An jeder Brettoberfläche waren die Harzfäden gut miteinander verschmolzen und die Oberfläche bestand
aus einer Harzschicht hoher Dichte. In der Oberfläche waren die Fäden gleichmäßig gefärbt und eine
nennenswerte Abweichung der Farbtönung konnte nicht festgestellt werden. Das Brett hatte deshalb ein
schönes Äußeres. Das hergestellte Brett hatte eine Oberflächenhärte von 41 bis 45, gemessen mit dem
D-Härtemesser in Obereinstimmung mit ASTM-D-2240-64 D.
Der Versuch bezweckte, ein Brett mit einer Dicke von 20 mm und einer Breite von 150 mm herzustellen. Das
Mundstück war wie folgt aufgebaut:
Die Vorderplatte des Mundstücks war eine Rechteckplatte mit einer Dicke von 10 mm und hatte eine
Vielzahl von Durchtrittsöffnungen. Von diesen Öffnungen hatten die Öffnungen A im Außenbereich einen
Durchmesser von 1,8 mm. Sie waren in Reihe über eine
Breite von 150 mm in Abständen von 2,0 mm angeordnet. Die Umfangswand jeder der Öffnungen A stand
hinsichtlich derjenigen der Öffnungen B, C und D um
etwa 1,5 mm vor. Die Öffnungen Bin der benachbarten,
einwärts gelegenen Reihe hatten einen Durchmesser von 1,6 mm und einen Abstand zu den ersteren
Öffnungen, gemessen von Lochmitte zu Lochmitte, von
2,0 mm. Sie erstreckten sich ebenfalls über eine Breite von 150 mm. Ferner waren Öffnungen C in einem
Abstand von 4,0 mm zur Öffnungsreihe B in einer nächsten, einwärts gelegenen Reihe angeordnet, die sich
über eine Breite von 150 mm in gegenseitiger Abständen von 4,0 mm erstreckten.
Die Durchmesser der Öffnungen B und dei
Öffnungen C betrugen 1,6 mm und jede der öffnunger
B war an der Harzaustrittsseite über eine Tiefe vor 5 mm, d. h. über die halbe Vorplattendicke de;
Mundstücks, auf 2,0 mm im Durchmesser erweitert.
Als Harz wurde Polymethylmethacrylat, als Treibmit
tel Butan verwendet. Als Rohmaterial vermischte mar
ίο in diesem Versuch 64 kg Polystyrolteilchen, die 6% Butan
enthielten, und 166 kg Polystyrol ohne den Zusat? mit 3,75 kg Talkum als feiner Puder mit einei
durchschnittlichen Körnung von 20 Mikron. Um einer teakholzähnlichen Farbeffekt zu erhalten, wurder
0,92 kg Farbzusätze in Pulverform zugegeben und allegut verrührt. Die Mischung wurde wie vorstehenc
angegeben extrudiert. Der in diesem Beispiel verwendete Extruder hatte einen Durchmesser von 50 mm und eir
Verhältnis L/D von 25. Die Extrudertemperatur betrug in der Einführzone 1800C, in der Schmelzzone 2400C
und an der Vorderplatte des Mundstücks 220°C. Da: Rohmaterial wurde durch das Mundstück mit einei
Geschwindigkeit von 50 kg/Std. extrudiert.
Das thermoplastische Kunstharz wurde durch da:
Mundstück in Fäden extrudiert, und die extrudierter Harzfäden am äußeren Umfang wurden mit Hilfe eine;
Kühlbauteils zwangsgekühlt, das an der Harzaustritts seite angeordnet war. Das Kühlbauteil hatte einer
Aufbau gemäß Fig. 2 und wurde von Kühlöl mit 55°C
durchflossen. Die ausgedehnten Harzfäden wurder einem Gießrahmen von 20 mm χ 150 mm zugeführt, in
dem die Fäden miteinander zu einem brettartiger Gießgegenstand verschmolzen wurden, welcher eine
Dicke von 20 mm, eine Breite von 150 mm und eine mutiere Dichte von 0,25 g/cm3 bekam.
in den Brettoberflächen waren die Harzfäden gui miteinander verschmolzen und es wurde eine Oberfläche
mit einer Harzschicht großer Dichte gebildet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Extrudermundstück zur Herstellung von künstlichem
Holz, mit einer Vielzahl von kleinen, zumindest zum Teil auf der Harzaustrittsseite erweiterten
Durchtrittsöffnungen zum Extrudieren eines erweichten thermoplastischen Kunstharzes, dem ein
Schäummittel und zur Nachahmung der Holzfarbe Farbzusätze beigemischt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußersten öffnungen (A) gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, die
Durchtrittsörfnungen (B, C) in der zweiten oder
zweiten und dritten Reihe einwärts der äußersten Öffnungsreihe (A) auf der Harzaustrittsseite im
Querschnitt um das 1,1 bis 3,6-fache des Querschnitts des nicht erweiterten Öffnungsteils erweitert sind,
wobei die axiale Länge des erweiterten Öffnungsteils etwa 10 bis 80% der Gesamtöffnungslänge
beträgt, und daß die Umfangswand der äußersten Öffnungsreihe (A) in Harzaustrittsrichtung zwischen
1,5 und 5,0 mm über die entsprechende Umfangswand der einwärts angeordneten öffnungen (B1QD)
vorsteht.
2. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußersten Durchtrittsöffnungen (A)
insgesamt eine um das 1,1 bis 1,7-fach erweiterte Querschnittsfläche gegenüber der nicht erweiterten
Querschnittsfläche der öffnungen (B,C)acc zweiten
bzw. dritten Reihe aufweisen.
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (3)
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