DE2830995A1

DE2830995A1 - Vorrichtung und verfahren zum formen plastischer massen

Info

Publication number: DE2830995A1
Application number: DE19782830995
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Neumann
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1978-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1980-01-31

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Formen plastischer Massen
Gegenstand der Erfindung ist ein Preßkopf für einen Schnecken- oder Kolbenextruder zum Formen einer plastischen, anisometrische Partikel enthaltendenMasse.
Die zum-Formen plastischer Massen, worunter im folgenden Gemische aus körnigen und pulverigen Feststoffen und einem bei der-Formungstemperatur zähplastischen Bindemittel verstanden werden, verwendeten Schnecken- oder Kolbenextruder enthalten zwischen dem Massezylinder, in welchem die Massen eingebracht, verdichtet und in Richtung auf den Preßkopf oder das Preßwerkzeug bewegt werden, und dem Preßkopf eine Einlaufzone, in welcher der Querschnitt des Massezylinders auf den Querschnitt des im Preßkopf zentral angeordneten Mundstücks reduziert wird. Zur Verminderung von Reibungsverlusten ist der Übergang zwischen den beiden Querschnitten im allgemeinen als stetige Kurve ausgebildet.
Bei der Herstellung von Formlingen auf oder mit einem derartigen Extruder orientieren sich in der Preßmasse enthaltene anisometrische Partikel, etwa nadel-, stengel- oder plättchenförmige Teilchen, besonders beim Durchtritt durch die konvergierende Einlaufzone derart, daß die langen Achsen der Partikel parallel zur Fließrichtung verlaufen. Entsprechend enthalten extrudierte Formlinge bevorzugt parallel orientierte Partikel, deren Anteil nahezu ausschließlich durch den Grad der Anisometrie und nur zu einem kleinen Teil durch die Preßbedingungen, wie z.B. die Preßgeschwindigkeit oder die Ausbildung der Einlaufzone, bestimmt wird. Da die Anisotropie physikalischer und chemischer Körpereigenschaften, wie beispielsweise die thermische und elektrische Leitfähigkeit oder die Reaktionsgeschwindigkeit, Funktionen des Orientierungsgrades sind, hat es nicht an Versuchen gefehlt, durch eine Modifizierung der Formungsbedingungen den Grad der Partikel orientierung im Formling zu ändern, um die Eigenschaften des Preßlings besser einem bestimmten Verwendungszweck anzupassen. So ist es durch die US-PS # 267 518 und die DE-OS 20 54 716 bekannt, durch mehrstufige Einlaufzonen den Grad der Partikelorientierung und damit die Anisotropie des Formlings zu erhöhen. Derartige Vorrichtungen und Verfahren ergeben für eine bestimmte K#ornanisometrie jeweils einen Orientierungsgrad der Partikel bzw. eine Formlingsanisotropie und sind grundsätzlich nicht geeignet, aus einem gegebenen Massetyp Formlinge zu erzeugen, deren Anisotropie innerhalb eines breiten Bereiches variabel ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aus einer anisometrische Partikel enthaltenden Masse Formlinge mit einem innerhalb eines breiten Wertebereichs einstellbaren Anisotropiegrad herzustellen. Eine zweite Aufgabe ist die Verbesserung der Struktur und Textur extrudierter Formlinge.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Preßkopf keine den Querschnitt des Massezylinders des Extruders auf den Querschnitt des zentral im Preßkopf angeordneten Mundstücks reduzierende Einlaufzone enthält und eine Vielzahl im wesentlichen parallel zum Mundstück verlaufende Kanäle den Preßkopf durchsetzen.
Extruder ohne eine besondere, den Querschnitt des Massezylinders oder Blockaufnehmers reduzierende Einlaufzone sind von Strangpressen für Metalle bekannt, deren Verformungsmechanismus sich wesentlich von den hier beschriebenen Preßmassen unterscheidet. Intrakristalline Scherungen und Schiebungen sind bei plastischen Massen der hier beschriebenen Art nicht möglich, eine Ortsveränderung der Partikel wird ausschließlich durch Reibungskräfte zwischen den Partikeln und den sie einhüllenden zähviskosen Bindemittel filmen ausgelöst. Da in den bekannten Preßvorrichtungen, die keine besondere Einlaufzone enthalten, die Reibungskräfte von den Adhäsionskräften übertroffen werden, wird in derartigen Vorrichtungen im allgemeinen nur das Bindemittel aus der Masse ausgequetscht und die Herstellung von Formlingen ist nicht möglich.
Es wurde überraschend gefunden, daß eine einen Preßkopf nach der Erfindung enthaltende Presse diesen Effekt nicht aufweist und die in der Masse während des Preßvorgangs erzeugten Drücke kleiner sind, als in Pressen mit den üblichen Einlaufzonen für das Formen plastischer Massen. Der aufzuwendende Druck ist in dem für die Formung wichtigen Druckbereich etwa umgekehrt proportional der Querschnittssumme der Kanäle, welche im wesentlichen parallel zum Mundstück den Preßkopf durchsetzen. Der Grad der Orientierung der Partikel und die Anisotropie der Formlinge werden in der Vorrichtung bestimmt durch das Verhältnis der Querschnittssumme gebildet aus dem Mundstücksquerschnitt und den Kanalquerschnitten zum freien Querschnitt des Mundstücks, wobei der Orientierungsgrad und die Anisotropie mit dem Quotienten zunehmen. Zahl und Querschnittssumme der Kanäle und damit der Quotient lassen sich in einfacher Weise, z.B. durch Verschrauben oder besondere Verschlußstücke, verändern und der Orientierungsgrad der Partikel und die Eigenschaften der Formlinge innerhalb eines größeren Bereichs dem jeweiligen Verwendungszweck anpassen.
Von mit einem bekannten Extruder aus anisometrische Partikel enthaltende Massen hergestellten Formlingen ist es bekannt, daß der Orientierungsgrad der Partikel in den Randzonen größer als etwa im Zentrum des Körpers ist und diese Gradienten die Ausbildung nachteiliger Texturen und Strukturen fördern können. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Formlinge weisen wesentlich kleinere Gradienten des Orientierungsgrades über den Querschnitt auf und eine weitere Verminderung des Gradienten wird dadurch erreicht, daß das Mundstück nicht mit der dem Massezylinder zugekehrten Fläche des Preßkopfes bündig abschließt, sondern in den Massezylinder hineinragt. Zur Vergleichmäßigung der Textur ist es ebenfalls vorteilhaft, die Konvergenz des Mundstücks auf maximal 5 Grad zu begrenzen.
Die Erfindung wird im folgenden durch Figuren und Beispiele erläutert. Es zeigen: Fig. 1 - einen Teil-Längsschnitt eines Extruders Fig. 2 - einen Teil-Längsschnitt eines Extruders mit erfindungsgemäßem Preßkopf Fig. 3 - einen Schnitt parallel der Linie A-B in Figur 2 Fig. 4 - einen Teil-Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Preßkopfs.
In den Figuren ist 1 der Massezylinder mit dem Preßkolben 2 und 3 der Preßkopf eines Extruders. In der bekannten Ausführung (F#ig. 1) enthält der Preßkopf ein Mundstück 4 und eine Einlaufzone 5, in welcher die plastische Masse einer Querbeschleunigung unterliegt. Die erfindungsgemäße Lösung ist in den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellt. Der Preßkopf weist eine Vielzahl von Kanälen 6 auf, die im wesentlichen parallel zum Mundstück verlaufen und dieses symmetrisch umgeben. Bei dieser Anordnung werden etwa 5 bis 50 % der plastischen Preßmasse durch die Kanäle ausgepreßt und in den Extruder zurückgegebent Die dadurch bedingte Verkleinerung der Extruderleistung wird wirtschaftlich ausgeglichen durch die günstigere und gleichmäßigere nur in geringem Maße durch Querkräfte beeinträchtigte Struktur und Textur der Preßlinge und der daraus folgenden kleinen Ausschußraten. In Figur 4 ist schließlich ein Teilschnitt eines Preßkopfes mit dem Mundstück 4 dargestellt, das einen in den Massezylinder ragenden kragenförmigen Teil 7 aufweist, durch welchen Querströmungen in Richtung auf das Mundstück fast vollständig verhindert werden. Die Richtung des Massestroms ist in den Figuren durch Pfeile angedeutet. In bekannter Weise können zur Herstellung von Rohren und ähnlichen Hohlkörpern in den Preßkopf Dorne eingehängt werden.
Für anisometrische Partikel enthaltende plastische Massen können in einfacher Weise durch Änderungen von Zahl, Querschnitt und Anordnung der Kanäle relativ zum Querschnitt des Mundstücks und zusätzlich durch Länge und Ausbildung des kragenförmigen Mundstückteils die Orientierung der Partikel während des Preßvorgangs verändert, und Formlinge mit verschiedenen Anisotropiegraden hergestellt werden. Beispielhaft sind im folgenden die Eigenschaften von Graphitformlingen dargestellt. Zur Herstellung der plastischen Preßmassen wurden 100 Teile feinkörniger Petrolkoks mit einer Korngröße von weniger als 0,5 mm mit 33,7 Teilen eines Binders gemischt, der etwa 28,6 Teile Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt (KS) von ca. 80 0C und etwa 5,1 Teile Furanharz enthielt, und dann ein erster Teil der thermoplastischen Masse auf einem Extruder mit Einlaufzone gemäß Figur 1 und ein zweiter Teil auf einem Extruder mit erfindungsgemäß ausgebildetem Preßkopf gemäß Figur 2 zu Rohren mit einem Außendurchmesser von etwa 42 mm und einem Innendurchmesser von etwa 30 mm geformt. Das Verhältnis des Mundstückquerschnitts zum gesamten freien Querschnitt betrug ca. 1:3. Der unter identischen Bedingungen gemessene Preßdruck war 100 bis 150 bar, bzw. 50 bis 70 bar für die erfindungsgemäße Anordnung. Die Formlinge wurden anschließend durch Erhitzen auf etwa 2800 0C in einem elektrischen Widerstandsofen graphitiert.
Die graphitierten Formlinge wiesen folgende Eigenschaften auf: erfindungsgemäßes Vergleichsprobe erfindungsgemäßes Verfahren Biegefestigkeit 16,3 21,9 N/mm2 20,0 21,7 18,0 23,0 + 23 % therm.Ausdehnungs- 0,9 1,1 -1/K koeffizient . 106 1,3 1,4 0,8 1,1 + 20 % Wärmeleitfähigkeit 56 60 W/mK 37 42 58 72 + 18 % Die als Verhältnis der Meßwerte parallel und senkrecht zur Preßrichtung definierte Anisotropiezahl des Graphitkörpers betrug: 2,33 2,10 2,42 2,19 2,24 2,10 ~ 9 % In einem zweiten Versuch wurde das Verhältnis gesamter freier Querschnitt / Mundstücksquerschnitt stufenweise erhöht. Das relative Verhältnis der Anisotropiezahlen nahm dabei von etwa 8 % auf 27 % zu.

Claims

Patentansprüche Preßkopf zum Formen einer plastischen, snisometrische Partikel enthaltenden Masse für einen F .necken- oder Kolbenextruder, dadurch g e k e n n z e 1 fl e e t daß der Preßkopf keine den Querschnitt des Massezylinders des Extruders auf den Querschnitt des zentral im Preßkopf angeordneten Mundstücks reduzierende Einlaufzone enthält und eine Vielzahl im wesentlichen parallel zum Mundstück verlaufende Kanäle den Preßkopf durchsetzen.
2. Preßkopf nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Querschnittssumme der Kanäle 10 bis 50 % des freien Mundstückquerschnitts beträgt.
3. Preßkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Mundstück in den Massezylinder des Extruders ragt.
4. Preßkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mundstückwandungen über die Länge des Mundstücks um höchstens 50 konvergieren.
5. Verfahren zum Herstellen eines Formlings aus einer anisometrische Partikel enthaltenden plastischen Masse durch Extrudieren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man die Masse zu einem größeren Teil durch ein zentrales Mundstück und zu einem kleineren Teil durch eine Vielzahl im wesentlichen parallel zu dem Mundstück verlaufende Kanäle führt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Preßmasse Kohlenstoffpartikel und ein carbonisierbares Bindemittel enthält.