DE2924472C2

DE2924472C2 - Verfahren zum Herstellen eines koextrudierten Gegenstandes

Info

Publication number: DE2924472C2
Application number: DE2924472A
Authority: DE
Inventors: Joseph Mamaroneck N.Y. Dukess
Original assignee: Tri-Seal International Inc Mamaroneck Ny Us
Current assignee: Tri-Seal International Inc Mamaroneck Ny Us
Priority date: 1978-08-14
Filing date: 1979-06-18
Publication date: 1982-12-30
Also published as: GB2030919A; DE2924472A1; FR2433408B1; FI69003B; GB2030919B; FI69003C; FI792489A; FR2433408A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines koextrudierten Gegenstandes, bei dem zur Ausbildung eines Kerns aus zellenförmigem Kunststoff ein schäumbarer Kunststoff und ein Schäummittel im plastischen Zustand bei einer vorbestimmten Temperatur, und zur Ausbildung einer Außenhaut für diesen Kern die Bestandteile von wenigstens einem massiven thermoplastischen Kunststoff im plastischen Zustand gemischt werden und anschließend beide Kunststoffe gleichzeitig extrudiert und in einem Formwerkzeug ausgeformt werden.

Es sind Kunststoff-Sandwich-Bauelemente bekannt, bei welchen an der Oberseite und Unterseite eines zellenförmigen Kunststoffkern massive Kunststoff-Außenhaut-Elemente angeklebt sind. Dieses Herstellungsverfahren ist jedoch teuer, denn es erfordert die individuelle Herstellung von einzelnen Außenhaut- und Kernelementen, die Anwendung eines relativ teueren Klebstoffes sowie das Zusammenspannen der verklebten Bauelemente, bis der Klebstoff abgebunden hat. Außerdem führt die Schwierigkeit, eine hochfeste Verbindung über eine ausgedehnte Fläche unter Verwendung eines Klebstoffs zu erreichen, zu einem Produkt, dessen Zuverlässigkeit oder Dauerhaftigkeit zu wünschen übrig lassen kann.

Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfahren für Kunststoff-Sandwich-Elemente wird ein neutrales Gas in einer Polymer-Schmelze verteilt, die Polymer-Schmelze in eine Form eingebracht und während sich die Form füllt, dehnt sich das Gas innerhalb des Materials aus und es entsteht ein zellenförmiger Kern, während sich entlang den Wänden der Form eine feste Kunststoff-Außenhaut bildet. Diesem Verfahren haften die Nachteile an, daß iman die Außenhaut-Dicke nicht genau steuern bzw. beeinflussen und Variationen bei dem Material zwischen der Außenhaut und dem Kern nicht durchführen kann, und daß man schließlich für die Fertigung großer Kunststoffteile eine große und dementsprechend teuere Form benötigt.

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60 Durch die DE-AS 11 54 264 und die DE-OS 21 18 318 sind auch bereits Verfahren der eingangs bezeichneten Art zum Herstellen koextrudierter Gegenstände bekanntgeworden, bei welchen der Kern aus zellenförmigen Kunststoff sowie eine Außenhaut für diesen Kern aus massiven thermoplastischem Kunststoff gleichzeitig hergestellt und an ihren Grenzflächen miteinander verschmolzen werden. Dabei hat man auch erkannt, daß die Temperaturen der zu verschmelzenden Schichten bestimmte Werte aufweisen müssen, um eine Blasenbildung im Grenzflächenbereich zu vermeiden. In der DE-OS 21 18 318 ist dazu ausgeführt, daß d'e Temperaturdifferenz der Außenschichten gegenüber dem Kern keinesfalls mehr als 10°C betragen soll. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß die so erhaltene Verbindung nicht optimal ist.

Der Erfindung liegi daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art derart fortzuentwickeln, daß die Bindung zwischen dem Kern und der Außenhaut bei dem fertigen koextrudierten Gegenstand weiter verbessert ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst. Man erreicht durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ein geringfügiges Schmelzen der Außenhaut an der Grenzfläche, so daß der zellenförmige Kunststoff des Kerns etwas in die Außenhaut eindringen kann, wodurch eine innige Verbindung zwischen der Außenhaut und des Kerns entsteht.

Zur Ausführung des Verfahrens kann ein erster Extruder mit den wesentlichen Bestandteilen für die Herstellung des zellenförmigen Kunststoffs für den Kern bei einer vorbestimmten Temperatur beschickt werden. Wenigstens ein zweiter Extruder kann mit den wesentlichen Bestandteilen für die Herstellung des massiven Kunststoffes für die Außenhaut bei einer Temperatur beschickt werden, die sich von der vorbestimmten Temperatur unterscheidet und mindestens etwa 14⁰C niedriger als diese ist. Die Charakteristika des koextrudierten Gegenstandes bzw. Kunststoff-Sandwichelements können mit der Maßgabe gesteuert bzw. beeinflußt werden, daß man in erwünschter Weise eine hohe Biegefestigkeit, Härte, relativ hohe Biegesteifigkeit, ein relativ niedriges Gewicht und verhältnismäßig niedrige Herstellungskosten erhält. Durch Erhöhung und Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit des zweiten Extruders kann die Dicke der Außenhaut erhöht oder reduziert werden. Der auf diese Weise produzierte Gegenstand kann z. B. vorteilhaft als Deckelauskleidung verwendet werden. Jegliches Eindringen eines Produkts stagniert hinter der Auskleidung. Der fertige Gegenstand gewährleistet eine glatte Fläche, die in Berührung mit dem Inhalt des Gegenstandes steht. Das Konzept der Koextrusion des Kerns bei dem angegebenen Temperaturunterschied ermöglicht die Einstellung unterschiedlicher Elastizitätswerte. Die Schichten ermöglichen ferner eine besser ausgestanzte Auskleidung mit einer scharfen Begrenzung und ermöglichen zugleich die Schaffung eines festeren Produkts. Die bei der Koextrusion den Schaumkern unter verschiedenen Temperaturen einhüllenden Schichten ermöglichen die Ausbildung einer erwünschten Zellen-Struktur, wobei für den Fall, daß sich einige Zellen zu viel aufblasen und dann offen sind, die Schichten diese offenen Zellen abdichten, so daß man eine sehr elastische oder nachgiebige Auskleidung erhält.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläuterL Es zeigt

Fig. 1 eine Längs-Schnittansicht durch einen Teil einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens;

F i g. 2 eine Querschnittsansicht, die schematisch den Aufbau eines koextrudierten Kunststoff-Sandwichelements veranschaulicht, wobei eine verbleibende dicke Außenhaut mit einer Temperatur von wenigstens etwa 14°C niedriger als jene des Kerns unmittelbar nach der Koextrusion gezeigt ist;

F i g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht, nachdem der Kern zusätzlich geschäumt worden ist und

F i g. 4 und 5 den F i g. 2 und 3 ähnliche Ansichten, die jedoch ein koextrudier'.es Kunststofl-Sandwichelement darstellen, welches eine relativ dünne Außenhaut aufweist, die bei einer Temperatur von wenigstens etwa 14°C niedriger als jene des Kerns koextrudiert worden ist.

In der Zeichnung kennzeichnen gleiche Bezugszahlen ähnliche Teile in allen verschiedenen Ansich'en. Mit der Bezugszahl 10 ist allgemein eine Vorrichtung bezeichnet, die für die Koextrusion des Kunststolf-Sandwichelemems eingesetzt werden kam.

Es sind drei Extruder vorgesehen, wobei der Extruder 12 für den Kern horizontal angeordnet ist und seine Schnecke 14 longitudinal verläuft. Die Extruder 16 und 20 sowie deren Schnecken 18 und 22 sind vertikal angeordnet gezeigt. Es wird bemerkt, daß, wenngleich dies eine raumsparende und zweckmäßige typische Anlage darstellt, die Extruder in jede beliebige zweckmäßige Anordnung gebracht werden können, beispielsweise nebeneinander, winkelförmig angeordnet oder sogar entfernt voneinander. Das zu koextrudierende Material wird einem Formwerkzeug 24 zugeführt.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel enthält der erste Extruder 12 eine perforierte Platte 26 und eine konische Düse 29. durch welche ein zu extrudierendes Kernmalerial Cdem Formwerkzeug 24 zugeführt wird. In ähnlicher Weije tritt ein durch die Schnecke 18 gefördertes Außenhaut-Material A durch eine perforierte Platte 30 sowie durch eine konische Düse 32 auf das geschäumte Kernmaterial Cund anschließend durch das Formwerkzeug 24. Das durch die Schnecke 22 geförderte Außenhaut-Material B tritt durch eine perforierte Platte 34 und eine konische Düse 36 auf das Kernmaterial Cund anschließend durch das Formwerkzeug 24. Dies erleichtert die Ausbildung der oberen Außenhaut A aus massivem oder vollem Kunststoff und einer unteren Außenhaut B aus massivem oder vollem Kunststoff auf dem mittleren Kern C aus zellenförmigem Kunststoff des einstückigen Kunststoff-Sandwich-Körpers 100. Der Extruder 12 wird mit den Bestandteilen für die Herstellung des zellenförmigen Kunststoffes beschickt, und der zweite Extruder 16 sowie der dritte Extruder 20 werden jeweils mit den Bestandteilen für die Herstellung massiver oder voller Kunststoffe beschickt.

Es sind Steuervorrichtungen vorgesehen, um die relativen Drehzahlen der Schnecken 14, 18 und 22 zu steuern, so daß ausgewählte und ausreichende Mengen der Bestandteile abgegeben werden, um das Kernmaterial Cund das Außenhaut-Material A und ßauszubilden. Das Verfahren eignet sich für praktisch alle thermoplastische Materialien. Die Dicke des Materials kann in einem Bereich zwischen 0.254 bis 25,4 oder 50,8 mm liegen. Wenn die Dicke des Außenhaut-Materials A und B in der Größenordnung von 0.0254 bis 0,254 mm liegt, bildet der Rest die Dicke des Kernmaterials C. Das Material für den einstückig ausgeformten Kunststoff-Sandwich-Körper 100 kann aus Polyäthylen bestehen, welches bei A und B aus massivem oder vollem Polyäthylen besteht und einen Kern C aus Schaum-Polyäthylen mit geschlossenen Zeller, bildet. Die Anwendung von Polyäthylen wird nur beispielhaft angedeutet. Es können auch andere thermoplastische Materialien, die für eine Verarbeitung

ίο durch einen Extrusionsvorgang geeignet sind und sich in einen geschäumten oder zellenförmigen Zustand bringen lassen, im Rahmen des Verfahrens eingesetzt werden. Es wird auch bemerkt, daß zwei, drei oder mehr Schichten vorgesehen werden können, um die erwünschte Dicke und Eigenschaften für den Fall zu erreichen, daß dieses Material als eine Deckel-Auskleidung benutzt wird.

Beispiel 1

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Kunststoff-Sandwich-Körper 110 ausgebildet, dessen Kernmaterial Caus einer Mischung aus geschmolzenem

¥> Polyäthylen und pulverisiertem Zinkstearat hergestellt ist, welches in Mengen beigegeben ist, wie sie üblicherweise als Stabilisator und Aktivierungsmittel eingesetzt werden. Ein durch die Firma Uni-Royal unter dem Warenzeichen ,Celogen A. Z« vertriebenes Pro-

iii dukt wird als Schäummittel verwendet. Es können aber auch andere übliche Schäummittel alternativ Anwendung finden. Die Extrusions-Temperatur des Kernmaterials C kann bei optimaler Arbeitsweise von 148,7 bis 204,2⁰C reichen, und in diesem Ausführungsbeispiel ist

Jj die Kernmaterial-Temperatur mit 148,7°C ausgewählt. Das verwendete Außenhaut-Material A und ßwird mit einer solchen Geschwindigkeit abgegeben bzw. zugeführt, daß die Stärke 0,254 mm beträgt und relativ dick ist. Während die Temperatur des Polyäthylens von 93,2

·"> bis 176,5^PC reichen kann, beträgt bei diesem Auiführungsbeispiel die Temperatur der Außenhaut 134,9°C und ihr Schmelzpunkt liegt über 134,9°C, jedoch unterhalb 148,7°C.

Die Anwendung einer dicken Außenhaut ergibt eine

« akzeptable Zugfestigkeit, während die erhöhte Wärme des Kerns ein geringfügiges Schmelzen der inneren Flächen der Außenhaut in einem kontrollierbaren Umfang fördert, wie bei Vin Fig. 3 angedeutet ist. Die dicke Schicht begünstigt die Gleichförmigkeit bzw.

S" Ebenheit des fertigen Sandwichelements und sie führt ferner zu einer ausreichenden Zugfestigkeit und Härte.

Beispiel 2

In den Fig.4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel der >5 Erfindung gezeigt, bei dem eine dünne Außenhaut mit einer Dicke von 0,0254 mm bei gleicher Temperatur verwendet wird, wie sie im Beispiel 1 angegeben ist. Dieses Beispiel bringt einen guten Expansionsfaktor oder Ausdehnungsfaktor in der Größenordnung von M 400% bei großer Elastizität oder Nachgiebigkeit, eine Shore-Härte von 65 auf einem Durchmesser und eine ausreichende Zugfestigkeit, um die Funktion einer Deckel-Auskleidung einwandfrei zu erfüllen. Die erhöhte Wärme des Kerns bewirkt ein geringfügiges Schnalzen der Außenhaut sowie ein inniges Verwachsen bzw. eine Verkettung der Außenhaut und des Kcrnmaterials bei W.
Es wird bemerkt, daß die Außenhaut·Dicke, je nach

Wunsch, dadurch erhöht oder verringert werden kann, daß man die Abgabegeschwindigkeit des Extruders für das Hautmaterial erhöht oder reduziert, ohne dabei irgendwelche Veränderungen bei der Exirusions-Temperatur vorzunehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines koextrudierten Gegenstandes, bei dem zur Ausbildung eines Kerns aus zellenförmigem Kunststoff ein schäumbarer Kunststoff und ein Schäummittel im plastischen Zustand bei einer vorbestimmten Temperatur, und zur Ausbildung einer Außenhaut für diesen Kern die Bestandteile von wenigstens einem massiven thermoplastischen Kunststoff im plastischen Zustand gemischt werden und anschließend beide Kunststoffe gleichzeitig extrudiert und in einem Formwerkzeug ausgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen der Bestandteile des Kunststoffes für die Außenhaut bei einer Tempera- H tür erfolgt, die um mindestens 14° C niedriger ist als die vorbestimmte Temperatür der Bestandteile des Xerns, und daß diese vorbestimmte Temperatur mindestens so hoch eingestellt wird wie der Schmelzpunkt der Außenhaut, um ein Verwachsen sowie eine innige Verbindung der Außenhaut und des Kerns zu begünstigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur in einem Bereich von 148,7 bis 204,2⁰C eingestellt wird.