DE3232379A1

DE3232379A1 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren von thermoplastischen kunstharzmassen

Info

Publication number: DE3232379A1
Application number: DE19823232379
Authority: DE
Inventors: Raleigh N. Big Spring Tex. Rutledge
Original assignee: Cosden Technology Inc
Current assignee: Permian Research Corp
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1983-03-10
Also published as: US4362482A; IT1153186B; FR2511931A1; BE894215A; IT8223073A0; GB2107844B; SE452433B; NL8203386A; SE8204934L; SE8204934D0; FR2511931B1; GB2107844A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK. · dr. P. WEINHOLD · dr. P. BARZ · München DIPL.-ING. G. DANNENBERG · dr. D. GUDEL- dipl.-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

SIEGFRIEDSTRASSE ΘΟΟΟ MÜNCHEN

TELEFON: (089) 335024 + 335025 TELEGRAMME: WIRPATENTE TELEX: 5215679

ΒΑ/SW Case: COS 381-2

COSDEN TECHNOLOGY INC.

West, 10th Street Wilmington, Delaware
U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen

- yr- Ά

Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren von thermoplastischen Massen, insbesondere

>o geschäumten thermoplastischen Massen. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich vor allem zum Extrudieren von Massen die einen größeren Teil mindestens eines thermoplastischen Harzes enthalten, das entweder amorph oder kristallin ist, wobei ein erhöhter Durchsatz und eine verbesserte Qualität des Extrudats erzielt werden.

In herkömmlichen Verfahren zum Extrudieren von thermoplastischen Massen werden Perlen oder Pellets mindestens eines thermoplastischen Harzes und verschiedene andere Additive in die Füllzone eines Schneckenextruders eingefüllt. In

dem Extruder werden das thermoplastische Harz und die Additive zu einer im wesentlichen homogenen kontinuierlichen fließfähigen Masse vermischt, die dann von der Schnecke durch eine Extrusionsdüse gepreßt wird, so daß ein Produkt der gewünschten Form und Dimensionen entsteht.

Beim Transport der thermoplastischen Masse durch den Extruder nimmt ihre Temperatur aufgrund der kombinierten Scher- und Druckkräfte, die von der drehenden Extruderschnecke auf das Material ausgeübt werden, beträchtlich zu.

Bei einem bestimmten Extruder hängt die Größe der Temperaturzunahme von der Drehgeschwindigkeit der Extruderschnecke und den Schereigenschaften des jeweiligen thermoplastischen Harzes ab. Obwohl eine gewisse Erwärmung für eine zufriedenstellende Extrusion wünschenswert und notwen-

dig ist, muß überschüssige Wärme aus dem Material im Anschluß an den Extruder abgeleitet werden, um die Form und Integrität des extrudierten Produkts zu bewahren. Gewöhn-

lieh erfolgt dies dadurch, daß man das Extrudat im Anschluß an die Extrusionsdüse über Kühlwalzen oder durch Kühlbäder führt.

Da die Temperatur des die Extrusionsdüse verlassenden Extrudats proportional zur Drehgeschwindigkeit der Extruderschnecke beim Betrieb unter Standardbedingungen ist (d.h. ein erhöhter Durchsatz bedingt eine höhere Temperatur), sind herkömmliche Extrusionsanlagen hinsichtlich ihrer Durchsatzrate durch die Kapazität der Kühleinrichtung im Anschluß an die Extrusionsdüse beschränkt. Selbst bei ausreichender Kühlkapazität kann das Extrudat einen Wärmeschock erleiden, wenn die Temperatur zu schnell über einen breiten Temperaturunterschied reduziert wird, so daß seine mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.

Besondere Probleme treten beim Extrudieren von geschäumten thermoplastischen Massen auf. Extruder für geschäumte thermoplastische Massen werden gewöhnlich bei hohen Drucken betrieben, um das Treibmittel kondensiert zu halten, bis die Masse aus der Extrusionsdüse austritt. Wenn die Temperatur des geschäumten Produkts beim Austritt aus der Extrusionsdüse wesentlich höher ist als die für eine zufriedenstellende Extrusion erforderliche Temperatur, erfolgt bei Druckentspannung eine Überexpansion des Treibmittels, so daß es zu einem Zellenbruch und einem Verlust der Dimensionsstabilität und Massenintegrität kommt. Bei zu niedriger Temperatur ist die Expansion unvollständig und man erhält schlechte Dichten. Für manche Polymere, wie Polyethylen,beträgt der richtige Temperaturbereich nur etwa + 1,11⁰C.

Das Problem ist nipht nur die Einhaltung einer spezifischen absoluten Temperatur, sondern auch die Gleichmäßigkeit der Temperatur. Wenn innerhalb der Polymermasse Temperatur-

gradienten auftreten, kommt es zu einem ungleichmäßigen Schäumen mit damit verbundenem Zellenbruch und schlechten Dichtewerten. Das Auftreten von Temperaturgradienten wird

durch höhere Durchsätze begünstigt. Beim Extrudieren von Schaumstoffen ist es daher äußerst schwierig, den Durchsatz einer Extrusionsanlage zu erhöhen, ohne gleichzeitig die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Produkts zu beeinträchtigen, -z.B. die Größe, Gleichmäßigkeit und

Integrität der Zellen und die Dichte des Schaumstoffs. Diese Probleme werden noch verstärkt, wenn dem geschäumten Produkt - wie oft erwünscht - verschiedene Additive zugesetzt werden, z.B. Flammschutzmittel.

Um diese Probleme zu lösen, wurden in der Vergangenheit verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. So ist es z.B. üblich, zwei getrennte, in Reihe verbundene Extruderschnecken einzusetzen, siehe z.B. US-PS 3 860 220. Bei dieser Konfiguration dient die Schnecke des zweiten Extruders lediglieh

zum Fördern der thermoplastischen Masse durch den Extruder, der ummantelt ist und mit einem zirkulierenden Kühlmittel gekühlt wird. Die Verwendung eines zweiten Extruders dieser Kapazität hat sich sowohl hinsichtlich der Investitionsais auch der Energiekosten als sehr kostspielig erwiesen und ist eine unwirksame Methode zum Kühlen des geschäumten Materials. In einer solchen zweiten Schnecke werden Temperaturgradienten erzeugt, weil die Wärme an der Schnecke entwickelt wird, während die Kühlung von außen erfolgt. Da die Schaumstoffextrusion bei hohen Drucken erfolgt, bestehen

ferner oft Probleme mit den hinteren Dichtungen der zweiten Extruderschnecke. Ein Bruch der hinteren Dichtungen kann eine Beschädigung des Getriebekastens durch das entweichende Polymer sowie ein unerwünschtes Austreten des Treibmittels zur Folge haben.

Eine weitere Maßnahme besteht darin, die Drehgeschwindigkeit der Extruderschnecke zu senken. Diese Maßnahme steht jedoch der gewünschten Erhöhung des Durchsatzes entgegen.

Weitere Maßnahmen sind z.B. das Vorsehen von Kühleinrichtungen stromabseitig zum Extruder (vgl. z.B. US-PS 3 385 917, 3 151 192, 3 444 283 und 3 658 973 sowie GB-PS 2 003 080) ' oder in Kombination mit der Extrusionsdüse selbst (vgl. z.B. US-PS 3 393 427 und 4 088 434 sowie SU-PS 592 610). Diese Düsen bzw. Werkzeuge sind sehr kostspielig und noch kostspieliger zu modifizieren. Ferner stellen sie keine wirksamen Wärmetauschelemente dar und erlauben keine signifikante Erhöhung des Durchsatzes.

Es ist auch möglich, die Kühlkapazität stromabseitig zur Extrusionsdüse zu erhöhen; vgl. z.B. US-PS 3 764 642. Dadurch entsteht jedoch die bereits erwähnte Gefahr eines Wärmeschocks und außerdem ist die Kühlung meist stromaufseitig zur Düsenöffnung erforderlich, damit das Harz innerhalb eines bestimmten Temperaturberexchs extrudiert werden kann. Dies gilt vor allem beim Extrudieren von Schaumstoffen.

Weitere Maßnahmen bestehen darin, eine Kühleinrichtung zwischen dem Extruder und der Extrusionsdüse vorzusehen; vgl. z.B. US-PS 3 310 617, 3 275 731, 3 751 377, 3 588 955, 3 827 841 und 3 830 901. Diese Maßnahmen ermöglichen zwar eine erhöhte Gesamt-Wärmeaustausch- oder Kühlkapazität der Extrusionsanlage, eignen sich jedoch nicht zur Lösung des Problems einer gleichmäßigen Temperatur, was z.B. daraus ersichtlich ist, daß eine zusätzliche Mischvorrichtung stromabwärts zur Wärmetausch- oder Kühlvorrichtung erforderlich ist; siehe z.B. US-PS 3 588 955, Fig. 3. Obwohl durch diese bekannten Maßnahmen eine gewisse Erhöhung des Durchsatzes erzielt wurde (siehe z.B. US-PS 3 827 841), war es nicht möglich, einen gewissen Wert zu überschreiten und gleich-

zeitig einen Schaumstoff mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften herzustellen.

Es besteht daher Bedarf für ein Verfahren zum Extrudieren von thermoplastischen Massen, das gleichzeitig einen erhöhten Durchsatz durch den Extruder ermöglicht und keine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften des extrudierten Produkts verursacht. Insbesondere besteht Bedarf für ein Verfahren, das das Extrudieren von geschäumten thermoplastischen Massen mit erhöhten Produktionsraten und ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften ermöglicht, vorzugsweise mittels eines Einschneckenextruders.

Ziel der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen, die einen signifikant erhöhten Durchsatz durch die Extrusionsanlage ermöglichen, wobei

vorzugsweise ein Einschneckenextruder verwendet wird. Neben dem erhöhten Materialdurchsatz soll auch die Herstellung extrudierter Produkte mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften erreicht werden. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung

zum Extrudieren von geschäumten thermoplastischen Kunstharzmassen, insbesondere solchen, die eine genaue Temperaturregelung und Gleichmäßigkeit der Temperatur erfordern. Auch hier sollen signifikant erhöhte Durchsätze des geschäumten thermoplastischen Materials ohne Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften, z.B. der Zellgröße, Zellgleichmäßigkeit, Dichte und Einreißfestigkeit, erreicht werden. Ferner sollen sich das Verfahren und die Vorrichtung zum Extrudieren von geschäumten thermoplastischen Materialien eignen, die wesentliche Mengen an Additiven, z.B. Flammschutzmitteln, enthalten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die thermoplastische Kunstharzmasse in einem Extruder plastifiziert und in Extrusionsrichtung fördert,

die aus dem Extruder austretende, plastifizierte Masse auf eine gleichmäßige Temperatur abkühlt, die für die Extrusion durch eine Extrusionsdüse erwünscht ist, wobei die plastifizierte Masse in dieser Kühlstufe durch mindestens einen umschlossenen Strömungsweg einer Kühleinrichtung geleitet wird, ein Kühlmedium um den gesamten Umfang jedes Massen-Strömungsweges zirkuliert w-ird und j ein hydraulisches Gleichgewicht zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kühleinrichtung über den gesamten Quer- ! schnitt jedes Massen-Strömungsweges aufrechterhalten 20 wird, und
j die gekühlte Masse durch eine Extrusionsdüse extrudiert,

die eine Düsenöffnung aufweist und stromabseitig zur Kühlj einrichtung angeordnet ist. Zur Herstellung von geschäumten Produkten wird während der Plastifizierungsstufe außerdem

! 25 ein Treibmittel in die Kunstharzmasse injiziert. |

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: ι

■ Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung '· zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen mit einem Extruder zum Plastifizieren und Fördern der Masse in Extrusions-

: so richtung, einer stromabseitig zum Extruder angeordneten

! und mit der Auslaßöffnung des Extruders verbundenen Einrichtung zum Kühlen der aus dem Extruder austretenden plastifizierten Masse auf eine gleichmäßige Temperatur, die für die Extrusion durch eine Extrusionsdüse erwünscht ist, wobei

j 35 die Kühleinrichtung mindestens einen umschlossenen Strömungsweg zum Fördern der plastifizierten Masse von Einlaß zum Auslaß der Kühleinrichtung aufweist, einer Einrichtung zum Zirkulieren eines Kühlmittels entlang des gesamten Umfangs jedes Massen-Strömungswegs und einer Einrichtung zum

Aufrechterhalten eines hydraulischen Gleichgewichts zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kühleinrichtung über den gesamten Querschnitt jedes Massen-Strömungswegs und einer Extrusionsdüse, die eine Düsenöffnung aufweist, stromabseitig zur Kühleinrichtung angeordnet und mit dem Auslaß der Kühleinrichtung verbunden ist, zum Aufnehmen und Extrudieren der gekühlten plastifizierten Masse durch die Düsenöffnung. Vorzugsweise umfaßt der Extruder eine einzige Extruderschnecke und eine Einrichtung zum Einleiten eines Treibmittels in die in dem Extruder enthaltene plastifizierte Masse, um ein geschäumtes Produkt herzustellen.

in einer Ausführungsform weist die Kühleinrichtung ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß mit drei im allgemeinen konzentrisch angeordneten axialen Durchgängen auf, wobei der umschlossene Strömungsweg den mittleren Durchgang und die Einrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels die inneren und äußeren Durchgänge umfaßt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Einrichtung zum Aufrechterhalten des hydraulischen Gleichgewichts mehrere erste öffnungen, die in gleichem Abstand entlang des Umfangs des Einlaßendes des mittleren Durchgangs angeordnet sind, und mehrere zweite Öffnungen, die in gleichem Abstand entlang des Umfangs des Auslaßendes des mittleren Durchgangs angeordnet sind, wobei die Größe der zweiten öffnungen in Bezug auf die ersten Öffnungen so gewählt wird, daß das hydraulische Gleichgewicht aufrechterhalten wird.

In einer anderen Ausführungsform umfaßt die Kühleinrichtung einen Mantel, in dem Kühlmittel zirkulieren kann, und mehrere darin angeordnete Rohre, die mehrere umschlossene Strömungswege zum Fördern der plastifizierten Masse definieren bzw. begrenzen. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Gleichgewichts eine öffnung von verringerter Größe am stromaufseitigen Ende jedes Rohres. Die Größe der öffnungen wird definiert durch die folgende Beziehung:

- JlS

mindestens etwa Rohrlänge Öffnungslänge 25:1, vorzugsweise

: ——— = etwa 40:1 bis

Rohrdurchmesser Öffnungsdurchmesser 100 : 1 und insbesondere mindestens etwa 50 : 1.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B: vereinfachte perspektivische Ansichten zweier Vorrichtungen zum Extrudieren von

geschäumten thermoplastischen Massen;

Fig. 2: einen vergrößerten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung entlang der Linie 2-2 von Fig. 1A;

Fig. 3: einen vergrößerten Querschnitt durch die Kühleinrichtung von Fig. 2 entlang der Linie 3-3 von Fig. 1A?

eine vergrößerte Ansicht einer bevorzugten Einlaßdüse für die Kühleinrichtung der Fig. 1 bis 3;

eine vergrößerte Ansicht einer bevorzugten Auslaßdüse für die Kühleinrichtung der Fig. 1 bis 3;

25	Fig.	4:

	Fig.	5:

Fig. 6: einen vergrößerten Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform einer Kühleinrichtung, die eine damit verbundene und an ihrem distalen Ende integral befestigte Extrusionsdüse aufweist,

Fig. 7: eine Längsansicht einer anderer Ausführungsform einer erf i'ndungs gemäß en Kühleinrichtung;

	8:	- *ί -	von Fig.	Fig. 7;	Rohrplattenteil
5 Fig.		- 2.0	einen Querschnitt durch das		7;
	9:	einen Längsschnitt durch den	Kühleinrichtung von	Einlaßende der
Fig.		der Kühleinrichtung

Fig. 10: einen Querschnitt durch das Einlaßende des Rohrplattenteils einer Kühleinrichtung des in Fig. gezeigten Typs;

! 15 Fig. 11: einen Querschnitt durch das Auslaßende der Kühleinrichtung von Fig. 7;

Fig. 12: einen Querschnitt durch das Auslaßende des Rohrplattenteils einer Kühleinrichtung des in Fig. 7 gezeigten Typs;

Fig. 13: einen vergrößerten Schnitt durch eine Einlaßventilanordnung der Kühleinrichtung von Fig. und

Fig. 14: einen isolierten Querschnitt durch eine Zwischenplatte, die in einer Ausführungsform einer Kühleinrichtung des in Fig. 7 gezeigten Typs verwendet werden kann.

Fig. 1A zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Extruders zum Extrudieren von thermoplastischen Folien oder Platten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Perlen oder Pellets mindestens eines extrudierbaren thermoplastischen Harzes werden gegebenenfalls zusammen mit anderen Bestandteilen, z.B. Gleitmitteln, Färbemitteln, Flammschutzmitteln oder UV-Stabilisatoren, vermischt, in einen Fülltrichter eingebracht und hierauf durch die Füllöffnung 26 des Extruders 10 eingefüllt.

Erfindungsgemäß verwendbare thermoplastische Harze sind sowohl kristalline als auch amorphe Polymere. Bevorzugte thermoplastische Harze sind z.B. Polystyrol, Polyvinylchlorid, Acrylnitril-Butadien-Styrolharze, Polyethylen, Polypropylen und Polyester, wie z.B. Terephthalate. Es versteht sich jedoch, daß auch verschiedene andere Copolymere und Terpolymere unter den genannten kristallinen und amorphen Polymeren eingesetzt werden können.

Der Extruder 10 ist ein herkömmlicher motorbetriebener einstufiger Schneckenextruder, in dessen Zylinder 24 eine Extruderschnecke 22 so angeordnet ist, daß sie um ihre Längsachse drehbar ist. Beim Bewegen der thermoplastischen Masse von der Füllöffnung 26 entlang der Extruderschnecke 22 werden ihre Komponenten weiter vermischt und Scher- sowie Druckkräften ausgesetzt, die die Masse erwärmen und sie im wesentlichen homogen, kontinuierlich und fließfähig machen. Der Zylinder 24 des Extruders 10 ist im allgemeinen vorerhitzt, um zu vermeiden, daß die thermoplastische Masse an der Innenwand haftet. Wenn die kontinuierliche fließfähige thermoplastische Masse das j stromabseitige Ende der Extruderschnecke 22 erreicht, wird sie durch die Extrudi
richtung 12 gepreßt.

! 25 sie durch die Extruderauslaßöffnung 18 in die Kühlein-

In der Kühleinrichtung 12 wird Wärme von der thermoplastischen Masse auf ein zirkulierendes Kühlmedium übertragen, das in der Kühleinrichtung 12 durch erste und zweite Einlaßleitungen 82 bzw. 84 eintritt und durch die Auslaßleitung 86 austritt. Obwohl der genaue mechanische Aufbau der im erfindungsgemäßen Verfahren jeweils eingesetzten Kühleinrichtung nicht kritisch ist, ist in Fig. 2 ein vergrößerter Längsschnitt (entlang der Linie 2-2 von Fig. 1A) durch eine bevorzugte Kühleinrichtung dargestellt, die sich im erfindungsgemäßen Verfahren als zufriedenstellend erwiesen hat. Diese bevorzugte Kühleinrichtung und andere

Einrichtungen werden nachstehend näher erläutert.

In Fig. 1A ist eine Kühleinrichtungs-Auslaßöffnung 20 mit einer Extrusionsdüsen-Einlaßöffnung 90 verbunden. Die aus dem Auslaß 20 austretende gekühlte thermoplastische Masse wird somit durch den Extrusionsdüsen-Einlaß 90 geführt und ergibt ein Extrudat 97 in Form einer dünnen ebenen Folie oder Platte . Je nach der Größe und Form der öffnung der jeweiligen Extrusionsdüse können die Form und Dimensionen des Extrudats beliebig variieren. Da das Extrudat beim Austritt aus der Extrusionsdüse 98 gewöhnlich in plastischem Zustand vorliegt, ist im allgemeinen vor der weiteren Handhabung ein zusätzliches Kühlen z.B. mit Kühlwalzen, Wasserbädern oder Luftstrahlen erforderlich.

j Fig. 1B zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht 20 einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von geschäumten thermoplastischen Massen. Die in Fig. 1B dargestellte Vorrichtung ist in vieler Hinsicht identisch mit der Vorrichtung von Fig. 1A. Gleiche Elemente sind deshalb mit denselben Bezugszeichen versehen. In Fig. 1B ist jedoch in in dem Extruder eine Treibmittel-Einlaßöffnung 28 vorgesehen, durch die ein Treibmittel oder ein Gemisch von Treibmitteln in bekannter Weise in die in dem Extruder enthaltene Polymermasse eingeleitet werden kann. Zur Herstellung von geschäumten Produkten wird ferner gewöhnlich ein Keimbildner zusammen mit den Polymerpellets in den Extruder-Einfülltrichter 26 eingefüllt.

Bevorzugte thermoplastische Harze zur Herstellung von geschäumten thermoplastischen Massen sind Polyolefine, insbesondere Polyethylen von niederer Dichte und Polypropylen, sowie Polystyrol. Es versteht sich jedoch,

daß auch verschiedene andere Copolymere und Terpolymere unter den oben genannten kristallinen und amorphen PoIymeren im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können.

Bevorzugte Keimbildner für das erfindungsgemäße Verfahren sind Talk, Metallpulver, Pigmente und ähnliche pulverförmige Materialien, deren Teilchen als Keime dienen können, auf denen feine Tröpfchen des Treibmittels kondensieren, wenn dieses in den Extruder injiziert wird. Die Teilchengröße des Keiinbildners sollte extrem fein seih,

vorzugsweise <44 μπι. Andere pulverförmige Komponenten,

z.B. Gleitmittel oder Flammschutzmittel, können ebenfalls in gewissem Maß während dem Extrudieren als Keimbildner fungieren, wenn sie in der thermoplastischen Masse enthalten sind.

Als Gleitmittel eignen sich beliebige pulverförmige Gleitmittel, die gewöhnlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt werden. Bevorzugte Gleitmittel sind Gemische aus Calciumstearat und Acrawax C (pulverförmiges synthetisches Wachs von der Glyco Chemicals Inc., Greenwich, Connecticut), das vermutlich ein 2,2-Bis-stearamid ist. In manchen Fällen ! kann die durch Verwendung von synthetischen Wachsen erzielte Gleitfähigkeit so groß sein, daß die Zell-Zell- ! Verschmelzung im Endprodukt beeinträchtigt wird. Verwen- ! det man jedoch ein Gemisch mit einem anderen pulverförmigen

Gleitmittel, z.B. das synthetische Wachs in Kombination mit Calciumstearat, so läßt sich diese Erscheinung kontrollieren.

Die über den Einlaß 26 in den Extruder 10 eingefüllte Mas-

se kann gegebenenfalls auch andere Bestandteile enthalten, z.B. Kautschukmaterialien, Ionomerharze, Färbemittel, UV-Stabilisatoren etc. Beim Transport der Masse durch die drehende Extruderschnecke werden die Komponenten in dem

Extruder 10 vermischt und die plastischen und kautschukartigen Komponenten werden Scher- und Druckkräften ausgesetzt, die die Masse erhitzen und eine im wesentlichen kontinuierliche fließfähige Masse ergeben. Beim weiteren Transport der Masse durch den Extruderzylinder wird ein Treibmittel unter hohem Druck, z.B. 350 bar, durch den Treibmitteleinlaß 28 in den Zylinder injiziert. Im Inneren des Extruders 10 wird das Treibmittel mit der thermoplastischen Masse vermischt und kondensiert um die darin enthaltenen Keimbildnerteilchen. Diese Kondensation wird dadurch gefördert, daß die sehr feinen Keimbildnerteilchen keiner Scherwirkung durch die Extruderschnecke unterliegen und deshalb kühler bleiben als das umgebende Material.

Bevorzugte Treibmittel sind z.B. Methylchlorid, Kohlendioxid, Ammoniak, Luft, n-Pentan, Isopentan, Fluorkohlenstoffe und deren Gemische. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn man einen größeren Teil eines weniger flüchtigen Treibmittels zusammen mit einem kleineren Teil eines Treibmittels mit höherer Flüchtigkeit verwendet. Beim Austritt aus der Extruderdüse expandiert die flüchtigere Komponente schnell und vergrößert die Zellgröße ohne Bruch der Zellwand. Sobald die geschäumte Masse beginnt, sich abzukühlen, verhindert dann die schwerere Treibmittelkomponente eine unerwünschte Schrumpfung der Zellen oder deren Kollaps.

Beim Weitertransport der Masse durch die drehende Schnecke vom Treibmitteleinlaß 28 durch den Extruder 10 wird sie weiter zu einer im wesentlichen homogenen kontinuierlichen fließfähigen Masse gemischt, wobei das Treibmittel auf dem darin verteilten Keimbildnermaterial kondensiert ist. Beim Erreichen des Extruderauslasses 18 wird die thermoplastische Masse in die Kühleinrichtung 12 gepreßt, in der sie Wärme auf ein zirkulierendes Kühlmedium über-

trägt, wie dies bei Fig. 1A beschrieben wurde. Beim Austritt aus der Kühleinrichtung 12 wird die thermoplastische Masse durch die Ringöffnung 100 der Extrusionsdüse 98 gepreßt, worauf sie schnell expandiert. Die Expansion des Extrudats 102 erfolgt, weil der Außendruck beim Verlassen der Extrusionsdüse 98 auf Atmosphärendruck abfällt und dadurch das Treibmittel um jedes Keimbildnerteilchen unter Ausbildung

individueller Zellen expandieren kann. Obwohl das in i Fig. 1B dargestellte Extrudat 102 ein geschäumtes thermoplastisches Rohr ist, können durch Verwendung verschiedener Extrusionsdüsen Extrudate 102 von unterschiedlicher Form und Dimension hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung 12 entlang der Linie 2-2 von Fig. 1A.

Diese Kühleinrichtung 12 umfaßt vorzugsweise ein aus drei Kammern bestehendes, im wesentlichen zylindrisches Gefäß, das Wärme von einer thermoplastischen Masse aufnehmen kann, die aus dem Auslaß 18 des Extruders 10 von Fig. 1A durch den Einlaß 16 der Kühleinrichtung 12 eintritt. Im einzelnen weist die Kühleinrichtung 12 hierbei vorzugsweise drei konzentrisch und koaxial angeordnete Gefäße auf, die in Fig. 2 als äußeres Gefäß 30, mittleres Gefäß 32 und inneres Gefäß 34 bezeichnet sind. Die drei Gefäße haben im wesentlichen zylindrische Form mit kreisförmigen Querschnitten, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1A darstellt.

Länge und Durchmesser der Gefäße werden vorzugsweise so gewählt, daß die Innenwand 42 des äußeren Gefäßes 30 und die Außenwand 44 des mittleren Gefäßes 32 an allen Punkten äquidistant sind. Obwohl in Fig. 2 nicht dargestellt, versteht es sich, daß Anschlagstifte verwendet werden können, um gegebenenfalls die Ausrichtung der Gefäße zu unterstützen. Bei der jeweiligen Konstruktion richtet sich der genaue Abstand nach der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit und den Eigenschaften der verwendeten Fluide. Der so definierte Innenraum wird in den Fig. 2 und 3 als äußere Kammer 36 bezeichnet. In ähnlicher Weise sind die Innenwand 46 des mittleren Gefäßes 32 und die Außenwand 48 des inneren Gefäßes 34 vorzugsweise an allen Punkten äquidistant, wodurch eine mittlere Kammer 38 für den Strom der plastifizieren thermoplastischen Masse definiert wird. Schließlich wird eine innere Kammer 4 0 durch die Innenwand 50 des inneren Gefäßes 34 definiert.

Die Kühleinrichtung 12 wird befähigt, eine thermoplastische Masse aus dem Extruder 10 aufzunehmen, indem man am proximalenEnde des mittleren Gefäßes 32 einen Einlaß 16 derart befestigt, daß das Innere des Einlasses 16 mit der mittleren Kammer 38 in Verbindung ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Außenwand 52 des Einlasses 16 vorzugsweise ein Gewinde zum Aufnehmen der Einlaßdüse 54 auf. In ähnlicher Weise weist die Außenwand 56 des Auslasses 20 vorzugsweise ein Gewinde zum Aufnehmen der Auslaßdüse 60 auf.

Im folgenden werden die Einlaßdüse 54 und Auslaßdüse 60 unter Bezug auf die vergrößerten Ansichten der Fig. 4 bzw. näher beschrieben. Die Einlaßdüse 54 und die Auslaßdüse 60 umfassen jeweils mit Gewinde versehene Kuppelelemente 62, 64 und langgestreckte Stutzen 66, 68. Die langgestreckten

Stutzen 66, 68 weisen Längsbohrungen 70, 72 mit einem Durchmesser auf, der ein Durchströmen der thermoplastischen Masse ermöglicht. Die Länge der Stutzen 66, 68 wird vorzugsweise so gewählt, daß beim Aufschrauben des Kuppelelementes 62

der Einlaßdüse 54 bzw. des Kuppelelementes 64 der Auslaßdüse 60 auf den Einlaß 16 bzw. den Auslaß 20 der Kühlein-' richtung die Stirnseiten 74, 76 der Stutzen die Endwand des inneren Gefäßes 34 berühren; siehe Fig. 2. Um das Strömen der thermoplastischen Masse von der Einlaßdüse 54 in die mittlere Kammer 38 und von der mittleren Kammer 38 zu der Auslaßdüse 60 zu ermöglichen, weist jede Düse ferner mehrere kleine öffnungen 78, 80 auf, die radial in dem Bereich der Stutzen 66, 68 gebohrt sind, der sich beim Aufschrauben der Kuppelelemente 62, 64 der Einlaßdüse 54 bzw. Auslaßdüse 60 auf den Einlaß bzw. Auslaß und Anliegen der Stirnseiten 74, 76 der Stutzen an die Endwand des inneren Gefäßes 34 im Inneren der mittleren Kammer 38 befindet.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß der Durchsatz durch eine Extrusionsanlage, wie sie z.B. in Fig. 1a gezeigt ist, im Vergleich zu ähnlichen bekannten Extrusionsanlagen in überraschendem Ausmaß erhöht werden kann, wenn Maßnahmen ergriffen werden, um das hydraulische Gleichgewicht der thermoplastischen Masse beim Strömen durch die Kühleinrichtung 12 aufrecht zuhalten. Dies wird bei der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, daß man die Anordnung und Größe der Öffnungen 78, 80 in den Einlaß- und Auslaßdüsen 54, 60 geeignet wählt.

Die Öffnungen 78, 80 sind entlang des Umfangs der Stutzen 66, 68 gleichmäßig verteilt, um sicherzustellen daß das thermoplastische Harz gleichmäßig in die mittlere Kammer

über ihren gesamten Eingangsumfang eingespeist wird und auch wieder gleichmäßig zur Auslaßdüse 60 hin zusammenströmen kann. Diese Funktion, eine gleichmäßige Verteilung und Sammlung des Stroms zu erzielen, kann dadurch gefördert werden, daß man mehrere Strombrecher oder Flügel 79

vorsieht, die entlang des Umfangs im allgemeinen gekrümmten Außenfläche 48 der Enden des inneren Gefäßes 34 verteilt sind und im allgemeinen radial in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Einlaß- und Auslaßdüsen 54, 60 vorragen. Die

Strombrecher oder Flügel 79 können zwischen jedem Satz oder zwischen Gruppen der entlang des Umfangs benachbarten öffnungen 78, 80 angeordnet sein. Die Strombrecher oder Flügel 79 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Spaltbreite der mittleren Kammer 38 und vorzugsweise einen nennenswerten Teil des Radialabstands, der durch die Stirnseiten des inneren Gefäßes 34 definiert wird, ζ.B.mindestens die Hälfte dieses Abstands und vorzugsweise den gesamten Abstand, oder sogar entlang eines Teils der axial verlaufenden Außenfläche 48 des inneren Gefäßes 34.

Die Gesamtfläche der öffnungen 80 der Auslaßdüse 60 ist etwas größer als die der Öffnungen 78 der Einlaßdüse 54. Diese etwas größere Fläche der öffnungen 80 in der Auslaßdüse 60 ist ausreichend, um einen gleichmäßigen Rückdruck und damit ein hydraulisches Gleichgewicht in der mittleren Kammer 38 zu schaffen, wodurch ein gleichmäßiger Massenfluß der thermoplastischen Masse gefördert und die ansonsten auftretende Kanalbildung der thermoplastischen Masse in der mittleren Kammer 38 vermieden werden. Die genaue quantitative Beziehung zwischen der Größe der öffnungen 8 0 und der Größe der öffnungen 78 kann nicht angegeben werden, da sie z.B. je nach dem verwendeten thermoplastischen Harz und den angewandten Harz-Einlaß- und -Auslaßtemperaturen variiert. Im allgemeinen sollten die öffnungen 80 der Auslaßdüse 60 eine etwa 5 bis 15 % größere Gesamtfläche haben als die öffnungen 78 der Einlaßdüse 54. Vorzugsweise wendet man dieselbe Zahl von Einlaßöffnungen 78 wie von Auslaßöffnungen 80 an, wobei die letzteren einen größeren Durchmesser haben. Die Auslaßöffnungen müssen so dimensioniert sein, daß sie keine Kanalströmung im Inneren der Kühleinrichtung aufgrund lokaler überhitzung des Harzes ermöglichen.

Tritt eine lokale Überhitzung auf und beginnt eine regionale Kanalströmung, so wird die Wirksamkeit der Kühleinrichtung drastisch reduziert. Die Öffnungen 78, 80 der Einlaßdüse 54 und Auslaßdüse 60 fördern auch das Vermischen der durchtretenden thermoplastischen Masse.

Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, umfaßt die Kühleinrichtung 12 ferner eine Einrichtung zum Aufnehmen und Zirkulieren 5 eines Kühlmittels auf beiden Seiten der mittleren Kammer 38, durch die die thermoplastische Masse fließt. Hierbei ist eine erste Kühlmittel-Einlaßleitung 82 mit dem inneren Gefäß 34 derart verbunden, daß sie mit der inneren Kammer 40 der Kühleinrichtung 12 in Verbindung steht. In gleicher ι io Weise ist die in den Fig. 1 und 2 gezeigte zweite Kühlmitj tel-Einlaßleitung 84 mit dem äußeren Gefäß 30 verbunden, so daß sie mit der äußeren Kammer 36 verbunden ist. Die Kühlmittel-Einlaßleitungen 82, 84 sind vorzugsweise mit den Gej fäßen 30 bzw. 34 derart verbunden, daß das in die Kühlein-15 richtung 12 einströmende Kühlmittel zunächst die Außenwand

44 des mittleren Gefäßes 32 und die Innnenwand 50 des j inneren Gefäßes 34 nahe dem stromabseitigen Ende der mittj leren Kammer 38 berührt. Bei einem derartigen Aufbau strömt J das Kühlmittel durch die äußere Kammer 36 und die innere i 20 Kammer 40 im wesentlichen im Gegenstrom zu dem Strom der j thermoplastischen Masse in der mittleren Kammer 38, wodurch

I ein wirksamer Wärmeaustausch erzielt wird. Die Kühleinrich-

i tung 12 weist ferner eine Kühlmittel-Auslaßleitung 86 auf, die über Kühlmittelauslässe 88, 9 0 mit der äußeren Kammer

36 bzw. der inneren Kammer 40 verbunden ist.

Ein bevorzugtes Kühlmittel für die Kühleinrichtung 12 ist ein Öl mit einem höheren Flammpunkt als die Temperatur der thermoplastischen Masse beim Eintritt durch die Einlaßdüse

54. Andere geeignete Wärmeaustauschfluide, z.B. Hydraulikflüssigkeiten, können ebenfalls verwendet werden. Nach dem Austritt aus der Kühleinrichtung 12 kann das Kühlmittel

selbst gekühlt werden, z.B. mit Wasser, und dann zu den t
j ersten und zweiten Kühlmittel-Einlaßleitungen 82, 84

ι wieder zurückgeführt werden.

Um den Wärmeaustausch zwischen der thermoplastischen Masse und dem zirkulierenden Kühlmittel zu fördern, wird die Strömung des zirkulierenden Kühlmittels durch die äußere Kammer 36 und die innere Kammer 40 vorzugsweise so geregelt, daß ein signifikanter Oberflächenkontakt mit der Außenwand 44 des mittleren Gefäßes 32 und der Innenwand des inneren Gefäßes 34 aufrechterhalten wird. Obwohl dem Fachmann verschiedene Wege bekannt sind, dieses Ergebnis zu erzielen, werden zufriedenstellende Ergebnisse mit Hilfe der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Strömungsregler erzielt. Hierbei sind vertikale Strombrecher 92 im Inneren der inneren Kammer 40 angeordnet und an der Innenwand 50 des inneren Gefäßes 34 befestigt. In gleicher Weise ist ein Metallband 94 spiralförmig um die Außenwand 4 4 des J mittleren Gefäßes 32 gewickelt und damit verschweißt, um den Strom des durch die Einlaßleitung 82 in die äußere Kammer 36 eintretenden Kühlmittels gegen die Auslässe 88, 90 der Kühlmittel-Auslaßleitung 86 zu lenken.

In Fig. 1B ist ein Kühleinrichtungsauslaß 20 mit der Extrusionsdüsen-Einlaßöffnung 9 6 verbunden. Beim Verlassen der Kühleinrichtung,12 wird die gekühlte thermoplastische Masse zu dem Extrusionsdüseneinlaß' 96 _un<j durch die ringförmige Düsenöffnung 100 der Extrusionsdüse 98 geführt. Im Falle der Extrusion von Kunstharzmassen, die ein Treibmittel enthalten, erfährt das aus der Düsenöffnung 100 extrudierte Profil eine schnelle Expansion. Die Expansion des Extrudats 102 erfolgt, da der Außendruck beim Verlassen der Extrusions-' düse 98 auf Atmosphärendruck abnimmt, so daß das Treibmittel um jedes Keimbildnerteilchen expandieren und einzelne Zellen bilden kann.

Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile hinsichtlich des erhöhten Durchsatzes des thermoplastischen Harzes werden auch im Falle des Extrudierens von Nicht-Schaumstoffen erreicht, jedoch ist die Erhöhung oft nicht so signifikant, da bei der Nicht-Schaumstoffverarbeitung oft weniger strenge Temperaturanforderungen an das Harz beim Eintritt in die Extrusionsdüse gestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine neuartige Kühleinrichtung auf, die mit einer Extrusionsdüse stromabseitig davon integral verbunden ist. Ein Längsschnitt durch diese Ausführungsform ist in Fig. 6 gezeigt. Die Vorrichtung von Fig. 6 umfaßt eine Kühleinrichtungseinheit 104 und eine Extrusionsdüseneinheit 106.

Die Kühleinrichtungseinheit 104 umfaßt vorzugsweise ein aus drei Kammern bestehendes, im wesentlichen zylindrisches Gefäß, das Wärme aus einer thermoplastischen Masse aufnehj men kann, die aus der Auslaßöffnung eines Extruders, wie er z.B. in Fig. 1 gezeigt ist, durch die Einlaßöffnung 25 I

! eintritt. Die Kühleinrichtungseinheit 104 umfaßt hierbei \ vorzugsweise drei konzentrisch und koaxial angeordnete Ge- ! ; fäße, die in Fig. 6 als äußeres Gefäß 110, mittleres Gefäß 112 und inneres Gefäß 114 bezeichnet werden. Die drei Gefäße sind im wesentlichen zylindrisch mit ringförmigen Querschnitten und können aus handelsüblichen Rohren mit dem Solldurchmesser hergestellt werden. Die stromaufseitigen Enden des äußeren Gefäßes 110, mittleren Gefäßes 112 und inneren Gefäßes 114 sind durch herkömmliche Schweißkappen verschlossen, während die stromabseitigen Enden dieser Gefäße durch flache kreisförmige Platten 116, 118, 120 verschlossen sind, die wie in Fig. 6 an die jeweiligen Gefäße angeschweißt sind. Länge und Durchmesser der Gefäße werden

vorzugsweise so gewählt, daß die Innenwand 122 des äußeren Gefäßes 110 und die Außenwand 124 des mittleren Gefäßes an allen Punkten äquidistant sind. Bei der jeweiligen Konstruktion richtet sich der genaue Abstand nach der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit und den Eigenschaften der verwendeten Fluide. Der so definierte Innenraum wird als äußere Kammer 130 bezeichnet. In ähnlicher Weise sind die Innenwand 126 des mittleren Gefäßes 112 und die Außenwand 128 des inneren Gefäßes 114 vorzugsweise an allen Punkten äquidistant und definieren eine mittlere Kammer 132 für den Strom des thermoplastischen Harzes. Schließlich wird eine innere Kammer 134 durch die Innenwand 131 des inneren Gefäßes 114 definiert.

Die Kühleinrichtungseinheit 104 wird befähigt, eine thermoplastische Masse aufzunehmen, indem man einen Einlaß 108, wie in Fig. 6 gezeigt, am stromaufseitigen Ende des mittleren Gefäßes 112 derart anbringt, daß das Innere des Einlasses 108 mit der mittleren Kammer 132 in Verbindung ist. Vorzugsweise ist die Außenwand 136 des Einlasses 108 mit einem Gewinde versehen, um die Einlaßdüse 138 aufzunehmen.

Die Einlaßdüse 138 entspricht der Einlaßdüse 54 von Fig. 4 und der Beschreibung zu dieser Figur können Einzelheiten über die Einlaßdüse 138 entnommen werden.

Die Kühleinrichtungseinheit 104 ist befähigt, ein Kühlmittel auf beiden Seiten der mittleren Kammer 132, durch die die thermoplastische Masse strömt, aufzunehmen und zu zirkulieren. Ein bevorzugtes Kühlmittel zur Verwendung in der 35Kühleinrichtungseinheit 104 ist ein Öl mit einem höheren Flammpunkt als die Temperatur der durch die Einlaßdüse 108

eintretenden thermoplastischen Masse. Eine erste Kühlmittel-Einlaßleitung 140 ist mit dem inneren Gefäß 114 derart verbunden, daß sie mit der inneren Kammer 134 der Kuhleinrichtungseinheit 104 in Verbindung steht. Gleichermaßen ist eine zweite Kühlmittel-Einlaßleitung 142 mit dem äußeren Gefäß 110 derart verbunden, daß sie mit der äußeren Kammer 130 in Verbindung steht. Die Kühlmittel-Einlaßleitungen 140, 142 sind vorzugsweise mit den Gefäßen 114 bzw. 110 derart verbunden, daß das in die Kuhleinrichtungseinheit 104 einströmende Kühlmittel zunächst mit der Außenwand 124 des mittleren Gefäßes 112 und der Innenwand 131 des inneren Gefäßes 114 nahe dem stromabseitigen Ende der mittleren Kammer 132 in Berührung kommt. Bei einem derartigen Aufbau strömt das Kühlmittel durch die äußere Kammer 130 und die innere Kammer 134 im wesentlichen im Gegenstrom zu der thermoplastischen Masse in der mittleren Kammer 132, so daß ein wirksamerer Wärmeaustausch erzielt wird. Die Kuhleinrichtungseinheit 104 umfaßt ferner eine Kühlmittel-Auslaßleitung 144, die über Kühlmittel-Auslaßöffnungen 146, 148 mit der äußeren Kammer 130 bzw. inneren Kammer 134 in Verbindung ist.

25 Um den Wärmeaustausch zwischen der thermoplastischen Masse

und dem zirkulierenden Kühlmittel zu fördern, wird die Strö- ; mung des zirkulierenden Kühlmittels durch die äußere Kammer : 130 und die innere Kammer 134 vorzugsweise so geregelt, daß ■ es einen ausreichenden Oberflächenkontakt mit der Außenwand ! ³⁰124 des mittleren Gefäßes 112 und der Innenwand 131 des inneren Gefäßes 114 beibehält. Obwohl dem Fachmann verschiedene Wege geläufig sind, dies zu erreichen, werden zufriedenstellende Ergebnisse mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Strömungsregler erzielt. Hierbei sind vertikale Strombrecher 150 in der inneren Kammer 134 angeordnet und an der Innenwand 131 des inneren Gefäßes 114 befestigt. Gleicher-

maßen ist ein Metallband 152 spiralförmig um die Außenwand 124 des mittleren Gefäßes 112 gewickelt und damit verbunden, um die Strömung des in die äußere Kammer 130 durch die Kühlmittel-Einlaßleitung 142 eintretenden Kühlmittels gegen den Kühlmittelauslaß 146 in der Kühlmittel-Auslaßleitung 144 zu lenken.

Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt die Extrusionsdüseneinheit 106 vorzugsweise eine Extrusionsdüse 154 und eine Flanschplatt^ 156. Die Flanschplatte 156 ist an die Endplatte 116 und das äußere Gefäß 110 der Kühleinrichtungseinheit 104 angeschweißt. Die Extrusionsdüse 154 ist eine herkömmliche Ringdüse, die ein inneres Düsenteil 158 und ein äußeres Düsenteil 160 umfaßt, die zusammen eine ringförmige öffnung 162 bilden. Das innere Düsenteil 158 und das äußere Düsen-ί teil 160 sind auf der Flanschplatte 156 mittels Gewindebolzen 164, 166 befestigt. Der Ringraum 162 steht mit dem ringför-20migen Reservoir 168 in Verbindung, das wiederum mit der mittleren Kammer 132 der Kühleinrichtungseinheit 104 über mehrere Auslaßöffnungen 170 in Verbindung ist, die durch die Flanschplatte 156 und die Endplatten 116, 118 in regelmäßigen Abständen entlang des Ringraumes gebohrt sind, der 25durch den Querschnitt der mittleren Kammer 132 definiert wird.

Bei dieser Ausführungsform wird das hydraulische Gleichgewicht in der Kühleinrichtung 104 in ähnlicher Weise aufrechterhalten, wie dies für die Kühleinrichtung 12 beschrieben wurde. In der Einlaßdüse 138 sind mehrere Öffnungen 78' vorgesehen, wie dies für die Einlaßdüse 54 in Fig. 4 gezeigt ist. Am Auslaßende der Kühleinrichtung 104 sind in den Endwänden 116, 118 mehrere Auslaßöffnungen 170 vorgesehen, um eine Verbindung zwischen der mittleren Kammer 132 und

der ringförmigen Extrusionsöffnung 162 der Extrusionsdüse 154 zu schaffen. Die Auslaßöffnungen 170 haben eine ähnliche

Funktion wie die Auslaßöffnungen 80 in der Ausfuhrungsform 5 der Fig. 2 bis 4, d.h. sie schaffen einen ausreichenden Rückdruck gleichmäßig entlang des Umfangs der mittleren Kammer 132 und damit ein hydraulisches Gleichgewicht der durch die Kühleinrichtung 104 strömenden plastifizierten Masse. Die Öffnungen 170 sind deshalb etwas größer als die 10 Einlaßöffnungen 78', um den erforderlichen Rückdruck zu er-I zielen. Hierdurch wird eine Kanalbildung vermieden und ein

im wesentlichen gleichmäßiger Massenstrom entlang des Umfangs j der mittleren Kammer 132 erzielt. Vorzugsweise ist die komj binierte Querschnittfläche der Auslaßöffnungen 170 etwa 5 bis 15 oder 15 %, vorzugsweise 8 bis 10 % größer als die kombinierte Querschnittfläche der Öffnungen 78' der Einlaßdüse 138.

j In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die j in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung in Kombination mit einem 20 herkömmlichen Extruder betrieben, so daß eine neuartige Vorrichtung zum Extrudieren thermoplastischer Massen mit we-

i sentlich erhöhten Durchsatzraten zur Verfügung steht, j

j Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in den ; 25 Fig. 7 bis 14 gezeigt. In Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch ■ eine Kühleinrichtung 172 dargestellt, in der ein Kühlmittel

um mehrere Rohre 194 zirkulieren kann, die im Inneren des ^! Mantels 174 angeordnet sind. Zusätzlich zu dem Mantel 174

weist die Kühleinrichtung 172 eine Einlaßventileinheit 176, • so eine Auslaßthermoelenenteinheit 178 und ein Rohrplattenteil i 180 auf, das normalerweise im Inneren des Mantels 174 angei ordnet ist, jedoch zur Illustration in Fig. 8 isoliert von dem Mantel 174 gezeigt ist.

Der Mantel 174 ist vorzugsweise ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß, das für den Einsatz in der Kühleinrichtung 172 mit einem Einlaßmantelflansch 182, einem Auslaßmantelflansch 184, einem Kühlmitteleinlaß 186 und einem Kühlmittelauslaß 188 versehen wird. Das Rohrplattenteil 180 ist so gestaltet, daß es im Inneren des Mantels 174 angeordnet und mittels des Einlaßrohrplattenflansches 190 und Auslaßrohrplattenflansches 192 oder auf beliebig andere funktionell äquivalente Weise daran angebolzt werden kann. Das Rohrplattenteil 180 umfaßt mehrere Rohre 194, in denen die thermoplastische Polymermasse vom Polymereinlaß 196 zum Polymerauslaß 198 im allgemeinen im Gegenstrom zu dem durch den Mantel 174 strömenden Kühlmittel transportiert werden kann. Die Strömung des Kühlmittels durch den Mantel 174 kann zusätzlich durch Einbau von Strombrechern 200 oder dergleichen in das Rohrplattenteil 180 geregelt werden; siehe Fig. 8. In der in Fig. 7 bis 14 dargestellten bevorzugten Ausführungshform umfaßt das Rohrplattenteil 180 sechs Metallrohre, die in gleichmäßigem Abstand entlang des Umfangs um die Längsachse der Kühleinrichtung 172 angeordnet sind.

Wie in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 6 hat es sich gezeigt, daß der Durchsatz durch die ummantelte Rohr-Kühleinrichtung der Fig. 7 und 8 wesentlich erhöht werden kann, wenn man ein hydraulisches Gleichgewicht über den gesamten Querschnitt der Kühleinrichtung aufrechterhält, durch die das thermoplastische Polymermaterial transportiert wird. Es

ist somit eine wesentliche Erhöhung des Durchsatzes bei beliebigen Extrusionsanlagen möglich, in denen die Kühleinrichtung verwendet wird.

Das hydraulische Gleichgewicht wird über die Kühleinrichtung aufrechterhalten, indem man den Druckabfall in den einzelnen Rohren 194 sorgfältig regelt. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß man eine öffnung am stromaufseitigen Ende jedes Rohr 194 vorsieht. Diese Öffnungen können entweder von be- ! 10 stimmter oder variabler Größe sein, wie nachstehend diskutiert wird. Es wurde gefunden, daß die folgende Beziehung erfüllt sein muß, um ein hydraulisches Gleichgewicht der plastifizierten Polymermaterialien aufrecht zuerhalten:

Rohrlänge Öffnungslänge mindestens

« = etwa 25:1

Rohrdurchmesser Öffnungsdurchmesser

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis etwa 40 : 1 bis 100 : und insbesondere etwa 50 : 1 bis 100 : 1. Dies bedeutet, daß der Druckabfall durch die Öffnung mindestens etwa 25 mal größer als der Druckabfall durch jedes einzelne Rohr ist und vorzugsweise etwa 50 mal größer.

j 25 Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform werden vorzugsweise Rohre mit einem Innendurchmesser von etwa 1 ,27 ! bis 5,08 cm verwendet. Ist der Rohrdurchmesser beträchtlich j kleiner als 1,27 cm, so muß die öffnung extrem klein ge- : macht werden, um der vorstehenden Beziehung zu genügen. Dies hat wiederum einen beträchtlichen Druckaufbau zur Folge, der aufgrund des Energieverbrauchs eine Temperaturerhöhung beim Transport des Polymers durch die Kühleinrichtung bewirkt. Bei einem Rohrdurchmesser von mehr als etwa 5,08 cm wird der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen dem nahe der Rohrmitte befindlichen Polymer und dem Kühlmittel zu

niedrig, um eine ausreichende Kühlung zu bewirken. Rohre mit einem Innendurchmesser von etwa 2,54 cm ergeben einen guten Kompromiss zwischen dem Druckabfall und dem Wärmeübertragungskoeffizienten.

Ein Mittel zur Schaffung einer öffnung am Einlaßende jedes Rohrs 194 ist das Vorsehen eines Ventils in jedem Rohr, wodurch eine variable Öffnungsgröße zur Verfügung steht. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform ist in den Fig. 7 und 9 dargestellt. In diesen Figuren umfaßt die Einlaßventileinheit 176 einen Polymereinlaß 196, eine Einlaßflanschplatte 202 und mehrere Ventile 204, eines für jedes Rohr

194. Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch die Einlaßventileinheit 176. Fig. 10 zeigt den Aufbau einer Einlaß-Polymerverteilungseinrichtung 220, durch die der Strom der thermoplastischen Masse durch den Polymereinlaß 196 geteilt und über die Durchgänge 206 zu den Rohren 194 gelengt wird. Durch Vorsehen eines getrennten Ventils für jedes Rohr 194 in der Einlaßventileinheit 176 von Fig. 13 ist es möglich, den Strom der thermoplastischen Masse durch die Rohre 194 entsprechend der vorstehenden Beziehung zu regeln, um ein hydraulisches Gleichgewicht über die Kühleinrichtung aufrechtzuhalten und den Wärmeaustausch mit dem in dem Mantel 174 zirkulierenden Kühlmittel zu maximieren.

Fig. 12 zeigt eine Auslaß-Polymersammeleinrichtung 222, durch die der Polymerstrom durch die Rohre 194 über Durchgänge 210 gesammelt und in den Polymerauslaß 198 eingespeist wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Kühleinrichtung 172 wird die Temperatur der aus jedem Rohr 194 austretenden thermoplastischen Masse mit Thermoelementen 208 über-

-^r- 39

wacht, die in der Auslaßthermoelementeinheit 178 angeordnet sind, siehe Fig. 7 und 11. Die Thermoelemente 208 können z.B. in den Durchgängen 210 der Auslaß-Polymersammeleinrichtung angeordnet sein; siehe Fig. 12. Wenn die Temperatur der aus einem Rohr 194 austretenden thermoplastischen Masse zu hoch wird, zeigt dies an, daß das jeweilige Rohr nicht mehr im hydraulischen Gleichgewicht mit den übrigen Rohren ist. Dies bedeutet, daß- das Polymer beginnt, in einer Kanalströmung selektiv durch das jeweilige Rohr zu strömen. Es ist dann möglich, dieses Rohr wieder in ein hydraulisches Gleichgewicht zu bringen und die Austrittstemperatur zu reduzieren, indem man den Fluß durch das Rohr durch teilweises Schließen des entsprechenden Ventils 204 der Einlaßventileinheit 176 verringert. Diese Regelung kann sowohl manuell als auch automatisch unter Verwendung herkömmlicher Schaltungen erfolgen, die die Ventile 204 direkt mit den jeweiligen Thermoelementen 208 verbinden. Im allgemeinen ist jedoch das hydraulische Gleichgewicht recht stabil, wenn es einmal eingestellt ist, so daß ein manueller Betrieb der Ventile 204 voll ausreicht.

In einer alternativen Ausführungsform kann eine mit einer Einlaßöffnung versehene Platte 230 vorgesehen werden. Diese Platte kann entweder die Einlaßventileinheit 176 ersetzen oder am Einlaßende jedes-Rohres 194 als Zwischenplatte

zwischen dem Rohrplattenflansch 190 und der Einlaßflansch- ! platte 202 der Einlaß-Polymerverteilungseinrichtung 220 von Fig. 10 angeordnet sein. Wenn die Platte 230 als Zwischenplatte vorgesehen ist, ist das in den Fig. I₁ 9 und dargestellte Ventilsystem der Einlaßventileinheit 176 angesichts der Öffnungsanordnung der Platte 230 selbstverständlich nicht mehr erforderlich. Eine derartige Zwischenplatte 230 ist in Fig. 14 dargestellt. Die Platte weist mehrere öffnungen 232 auf, deren Zahl der Zahl der Rohre 194 entspricht und die in der Platte 230 in derselben räumlichen Verteilung vorgesehen sind, wie die Rohre

194 an der Rohrplatte 190 befestigt sind. Die Größe der Öffnungen 232 muß so gewählt werden, damit sie der vorste- ' henden Druckabfallbeziehung für die jeweilige Rohrgröße und das zu verarbeitende Polymermaterial entspricht. Hierbei bestimmt das letztere die Polymerviskosität, die ein relevanter Faktor für den entstehenden Druckabfall ist. Bei dieser Ausführungsform ist es einfach, die Extrus'ionsanlage für die Verarbeitung unterschiedlicher Polymermaterialien anzupassen, da eine Vielzahl austauschbarer Zwischenplatten 230 mit unterschiedlichen Öffnungsgrößen vorgesehen werden kann und die jeweils geeignete leicht in die Kühleinrichtung 172 eingebaut werden kann.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Kühleinrichtung 12 vorzugsweise so konstruiert ist, daß sie zu beliebiger Zeit ein größeres Volumen an Polymermaterial enthält als das Volumen des plastifizierten Polymers, das in dem Extruder 10 enthalten ist. Vorzugsweise ist das Volumen des Polymers in der Kühleinrichtung mindestens doppelt und insbesondere mindestens 5- oder 6-mal größer als das in dem Extruder enthaltene Volumen. Dies ermöglicht es, den Extruder mit sehr hohen Raten zu betreiben, während gleichzeitig das Polymer eine ausreichend lange Verweilzeit in der Kühleinrichtung hat, um wirksam abgekühlt zu werden. Bei Betreiben des Extruders mit hoher Geschwindigkeit hat das aus dem Extruder austretende Polymer selbstverständlich eine höhere Temperatur.Im Falle des Extrudierens von Schaumstoffen ist diese höhere Temperatur jedoch von Vorteil, wenn das Polymer noch in dem Extruder ist, weil es dann leichter ist, das Treibmittel darin gleichmäßig zu dispergieren. Treibmittel vom Freon-Typ sind z.B. bei höheren Temperaturen löslicher.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, den Extruder mit sehr hoher Geschwindigkeit zu betreiben. Dies erhöht nicht nur den Durchsatz der Extruderanlage, sondern ermöglicht auch die Herstellung eines verbesserten geschäumten Produkts, d.h. eines Produkts mit einer gleichmäßigeren Zeil-

größenverteilung, da das Treibmittel besser in dem Polymer verteilt wird. Durch die erfindungsgemäß erzielte erhöhte Wirksamkeit der Kühleinrichtung, die auf der Aufrechterhaltung eines hydraulischen Gleichgewichts in der Kühleinrichtung beruht, kann das Polymer auf extrem gleichmäßige Temperatur gebracht werden, d.h. in der Polymermasse treten keine Temperaturgradienten auf. Dies ist von besonderem Vorteil bei der Herstellung von geschäumten thermoplastischen Produkten, da eine gleichmäßige Expansion ein verbessertes Produkt mit gleichmäßiger Dichte und Zellstruktur ergibt.

Aufgrund dieser Merkmale ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet zum Extrudieren geschäumter Produkte aus thermoplastischen Polymeren, die eine exakte Temperaturregelung und -gleichmäßigkeit unmittelbar vor dem Passieren der Extrusionsdüsenöffnung und dem anschließenden Expandieren erfordern. Ein gleichmäßige Temperatur wird durch die beschriebene Maßnahme eines hydraulischen Gleichgewichts in der Kühleinrichtung sichergestellt und dies wiederum ermöglicht eine präzise Temperaturregelung durch Verwendung eines Kühlmittels mit einer Temperatur, die bei der gewünschten Endtemperatur des Polymers gehalten wird. Dies ist möglieh aufgrund der relativ langen Verweilzeit und verhindert auch unerwünschte Temperaturgradienten in dem Polymer. Aufgrund der Fähigkeit zu einer präzisen Temperaturregelung eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Extrudieren von geschäumten Polymeren mit sehr kriti-' 30 sehen Temperaturregelanforderungen, wie Polyethylen. Tatsächlich ist es möglich, geschäumte Polyethylenprodukte von ausgezeichneter Qualität mit wesentlich erhöhten Produktionsraten herzustellen, die einen hohen Prozentsatz an Additiven, z.B. Flammschutzmitteln, enthalten.

Erfindungsgemäß ist es möglich, bis zu etwa 5 mal größere Durchsatzraten zu erzielen, als sie bisher mit herkömm-• 5 liehen Extrusionsanlagen erreicht wurden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Herstellung geschäumter thermoplastischer Massen mit wesentlich niedrigeren Dichten, kleinerer mittlerer Zellgröße und gleichmäßigerer Zellgröße als nach herkömmlichen Methoden.

In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Verfahren befähigt, geschäumte Produkte mit überraschend guten flammhemmenden Eigenschaften zu ergeben. Geschäumten Polyethylen-Rohrisolierungen für Haushalts-Heißwasser-Rohrinstallationen aus Produkten dieser Art ist bereits eine Genehmigung durch die Underwriter's Laboratories erteilt worden.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Gleitmittel zugesetzt, das mit dem halogenierten Flammschutzmittel synergistisch zusammenwirkt. Das Gleitmittel ist ein synthetisches Wachs auf der Basis von 2,2-Bisstearamid. Es ist von der Firma Glyco Chemicals, Inc., Greenwich, Connecticut, unter der Bezeichnung Acrowax C ι 25 erhältlich. Vermutlich reagiert diese Verbindung mit dem ! in dem Flammschutzmittel enthaltenen Halogen unter Entwicklung von Stickstoff, der flammverlöschende Wirkung

hat. Erfindungsgemäß wird die Stearamidverbindung dem j Polymermaterial in einer Menge von etwa 0,02 bis 0,5, vorzugsweise etwa 0,05 bis 0,15 Gew.-% zugesetzt.

Geeignete Flammschutzmittel, die zusammen mit dem 2,2-Bisstearamid verwendet werden können, sind z.B. halogenierte Verbindungen, vorzugsweise bromhaltige Verbindungen, die unter den Extrusionsbedingungen ausreichend stabil sind, sich jedoch unter Brandbedingungen unter Freisetzung einer ausreichenden Halogenmenge zersetzen, um mit der Stearamidverbindung zu reagieren. Der Fachmann kann unter den be-

kannten Materialien unter Berücksichtigung der vorstehenden Kriterien und in einfachen Versuchen geeignete Flammschutzmittel auswählen. Die erfindungsgemäß am meisten bevorzugte Verbindung ist Decabromdiphenyloxid.

Das Flammschutzmittel wird der Polymermasse gewöhnlich in einer Menge von etwa 2 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.-% to zugesetzt. Diese Mengen beziehen sich auf ein geschäumtes Produkt mit einer Dichte von etwa 32,06 bis 64,13 kg/m Dem Fachmann ist geläufig, das diese Mengen mit zunehmender Dichte des geschäumten Produkts etwas erhöht werden.

Das Gleitmittel und das Flammschutzmittel können der Polymermasse auf verschiedene Weise einverleibt werden. Beispielsweise kann man sie der pulverförmigen Polymerbeschickung des Extruders zumischen. Alternativ können diese Komponenten in flüssiger Form direkt in den Extruderzylinder eingespritzt und dort mit dem Polymer vermischt werden.

Erfindungsgemäß können auch andere Kombinationen von stickstoffhaltigen Verbindungen und halogenhaltigen j 25 Flammschutzmitteln eingesetzt werden, z.B. die in der j US-PS 4 230 821 und der US-Anmeldung 22 257 vom 20. März 1979 j beschriebenen Verbindungskombinationen.

j In dieser speziellen Ausführungsform der Herstellung ; 30 flammhemmender Produkte können gegebenenfalls auch andere Bestandteile eingesetzt werden, z.B. bis zu etwa 10 Gew.-% einer Verkohlungskomponente, wie Antimonoxid, und bis zu etwa 1 Gew.-% eines anderen Gleitmittels, wie Calciumstearat.

In der bevorzugten Ausführungsform der Herstellung von flammwidrigem geschäumtem Polyethylen für Rohrisolierungen werden vorzugsweise bis zu etwa 3 % eines Ionomerharzes, z.B. eines Zink-Ionomerharzes, das von DuPont unter der Bezeichnung Surlyn vertrieben wird, und bis zu etwa 5 % eines kautschukartigen Polymers verwendet, z.B. eines Styrol-Butadien-Blockcopolymers (Phillips 416), um die Flexibilität zu verbessern.

Beispiele 1 bis 3

Eine Extrusionsanlage wird im wesentlichen wie in Fig.1B gezeigt aufgebaut, wobei man eine Kühleinrichtung gemäß Fig. 2, jedoch ohne die Flügel 79, verwendet. Die Vorrichtung umfaßt einen 6,35 cm-Extruder und eine Düse zur Herstellung eines Rohrs von 5,08 cm Durchmesser. Polyethylen hoher Dichte wird als Kunststoffmaterial verwendet. Als Kühlmittel dient Öl mit einer Temperatur von

In einem ersten Versuch weisen die .Einlaßdüse 54 und die Auslaßdüse 60 keine der öffnungen 78, 80 auf, die in den Fig.

und 5 gezeigt sind. Statt dessen ist zwischen jeder Düse 54, 60 und der jeweiligen Stirnwand des inneren Gefäßes ein Spalt von etwa 1,27 cm vorgesehen. Das Polymer tritt in die Kühleinrichtung mit etwa 260⁰C ein und verläßt sie aufgrund des hydraulischen Ungleichgewichts mit einer Temperatur von etwas mehr als 260⁰C.

In einem zweiten Versuch werden 8 entlang des Umfangs angeordnete Einlaßöffnungen 78 mit einem Durchmesser von 4,76 mm und 8 ähnliche Auslaßöffnungen 80 mit einem Durchmesser von 6,35 mm vorgesehen. Auch hier tritt das Polymer in die Kühleinrichtung mit etwa 26 0⁰C ein; da jedoch

-M - ^HJ

aufgrund des entlang des ümfangs in gleichmäßiger Weise erzeugten Rückdrucks ein hydraulisches Gleichgewicht erzielt wird, tritt das Polymer mit einer gleichmäßigen Temperatur von etwa 171⁰C aus der Kühleinrichtung aus. Stromaufseitig zu den Einlaßöffnungen 78 wird ein Rückdruck von etwa 331 bar gemessen, während stromabseitig zu den Auslaßöffnungen 80 ein Rückdruck von etwa 82,74 bar gemessen wird.

In einem dritten Versuch wird das Verfahren aus dem zweiten Versuch wiederholt, jedoch verwendet man Einlaßöffnungen 78 mit einem Durchmesser von 6,35 mm und Auslaßöffnungen 80

mit einem Durchmesser 7,94 mm. Hinsichtlich der Polymer-Austrittstemperatur werden ähnliche Ergebnisse erzielt, jedoch ergeben die Rückdruckmessungen etwa 193 bar bzw. 46,54 bar.

Beispiel 4

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren: wird ein flammhemmendes Rohrisoliermaterial aus Polyethylen hergestellt. Es wird die Rohrextrusionsanlage von Fig. 1B verwendet. In den Extrudertrichter wird folgendes Zusammensetzung eingespeist:

440 Teile Polyethylen von hoher Dichte 32 Teile Ruß

10 Teile Zink-Ionomerharz (Surlyn)

10 Teile Styrol-Butadien-Blockcopolymer(Phillips 416) 5 Teile Acrowax C
1 Teil Calciumstearat

Mit 15 Teilen des Polyethylenharzes werden die folgenden Additive kompoundiert:

27 Teile Decabromdiphenyloxid 18 Teile Antimonoxid

Die kompoundierte Masse mit den genannten Bestandteilen wird in den Extrudertrichter eingefüllt. Ein Treibmittelgemisch aus 80 % Freon 114 und 20 % Freon 11 wird in den Extruderzylinder eingeleitet. Es werden etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Polymergemisch, eingesetzt.

Die Polymermasse wird in der Kühleinrichtung auf eine Temperatur von 104 bis 110⁰C geregelt und durch eine ringförmige Düsenöffnungen zu einem rohrförmigen Produkt extrudiert. Die Dichte des mit Flammschutzmittel versehenen Produkts beträgt etwa 56,11 kg/m

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen, dadurch gekennz eichnet, daß man die thermoplastische Kunstharzmasse in einem Extruder plastifiziert und in Extrusionsrichtung fördert,

die aus dem Extruder austretende, plastifizierte Masse auf eine gleichmäßige Temperatur abkühlt, die für die Extrusion durch eine Extrusionsdüse erwünscht ist, wobei die plastifizierte Masse in dieser Kühlstufe durch mindestens einen umschlossenen Strömungsweg einer Kühleinrichtung geleitet wird, ein Kühlmedium um den gesamten Umfang jedes Massen-Strömungsweges zirkuliert wird und ein hydraulisches Gleichgewicht zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kühleinrichtung über den gesamten Querschnitt jedes Massen-Strömungsweges aufrechterhalten wird, und

die gekühlte Masse durch eine Extrusionsdüse extrudiert, die eine Düsenöffnung aufweist und stromabseitig zur Kühleinrichtung angeordnet ist.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem während der Plastifizierung ein Treibmittel in die Kunstharzmasse einleitet.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine thermoplastische Kunstharzmasse aus der Gruppe der kristallinen und amorphen Polymere verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastische Kunstharzmasse ein Polystyrol, Polyvinylchlorid, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyethylen, Polypropylen und/oder Polyalkylenterephthalat verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastische Kunstharzmasse ein Polyethylen von niederer Dichte verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kühlmittel ein öl mit einem höheren Flammpunkt als die Kunstharzmasse verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel Methylchlorid, Kohlendioxid, Ammoniak, Luft, n-Pentan, Isopentan, Fluorkohlenstoffe und/oder deren Gemische verwendet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man der Kunstharzmasse während der Plastifizierung außerdem einen Keimbildner aus der Gruppe Talk, Metallpulver und/oder Pigmente zusetzt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keimbildner Teilchen umfaßt, die durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 44 um treten.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Plastifizierung in einem Extruder mit nur einer Extruderschnecke durchführt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunstharzmasse in der Kühlstufe durch ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß mit 3 im allgemeinen konzentrisch angeordneten axialen Durchgängen leitet, wobei die Kunstharzmasse durch einen umschlossenen

j Strömungsweg strömt, der von dem mittleren Durch- j gang dargestellt wird, und das Kühlmittel in den inneren und äußeren Durchgängen zirkuliert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das hydraulische Gleichgewicht dadurch aufrechterhält, daß man die Kunstharzmasse durch mehrere erste Öffnungen, die in gleichem Abstand entlang des Umfangs des Einlaßendes des mittleren Durchgangs angeordnet sind, und mehrere zweite Öffnungen leitet, die in gleichem Abstand entland des Umfangs des Auslaßendes des mittleren Durchgangs angeordnet sind, wobei das Größenverhältnis der zweiten Öff-

j nungen zu den ersten Öffnungen so gewählt wird,

25 daß ein hydraulisches Gleichgewicht aufrechterhalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittfläche der zweiten Öffnungen größer ist als die Gesamtquerschnittflache der ersten Öffnungen.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Kühlstufe außerdem die plastifizierte thermoplastische Kunstharzmasse über den gesamten Querschnitt des umschlossenen Strömungsweges gleichmäßig verteilt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Kühlstufe die Kunstharzmasse durch mehrere in einem Mantel angeordnete Rohre leitet, die mehrere umschlossene Strömungswege zum Fördern der plastifizierten, thermoplastischen Kunstharzmasse darstellen, und um die Rohre in dem Mantel das Kühlmittel zirkuliert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Gleichgewichts die Kunstharzmasse durch eine Öffnung von verringerter Größe am stromaufseitigen Ende jedes Rohres leitet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe jeder Öffnung der folgenden Beziehung genügt:

mindestens etwa 25:1, vorzugs-Rohrlänge Öffnungslänge weise etwa 40:1

„ , , , ^: ..„ , ~ bis 100:1 und Rohrdurchmesser ofrnungsdurchmesser _insbesondere

mindestens etwa 50:1 .

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Größe der Öffnungen in Abhängigkeit von den Bedingungen der Kunstharzmasse am Austrittsende jedes Rohres selektiv einstellt, um das hydraulische Gleichgewicht aufrechtzuhalten.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Kühlstufe außerdem die Temperatur der aus jedem Rohr austretenden plastifizierten thermoplastischen Kunstharzmasse mißt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem das Volumen der Kunstharzmasse in dem Gesamtvolumen der umschlossenen Strömungswege der Kühleinrichtung größer hält als das Volumen der plastifizierten thermoplastischen Kunstharzmasse in dem Extruder.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man das Volumen der Kunstharzmasse in den umschlossenen Strömungswegen der Kühleinrichtung mindestens etwa fünfmal größer hält als das Volumen der plastifizierten thermoplastischen Kunstharzmasse in dem Extruder.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zu plastifizierende thermoplastische Kunstharzmasse etwa 0,02 bis 0,5 Gew.-% 2,2-Bis-stearamid und etwa 2 bis 10 Gew.-% eines halogenhaltigen Flammschutzmittels enthält, das unter den Plastifizierungsbedingungen stabil ist, jedoch unter Brandbedingungen sich zersetzt und eine ausreichende Halogenmenge entwickelt, um mit dem 2,2-Bis-stearamid unter Freisetzung von Stickstoff zu reagieren.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flammschutzmittel Decabromdiphenyloxid verwendet.

24. Vorrichtung zum Extrudieren von thermoplastischen Kunstharzmassen, gekennzeichnet durch einen Extruder (10) zum Plastifizieren und Fördern der Masse in Extrusionsrichtung; eine stromabseitig zum Extruder angeordnete und mit der Auslaßöffnung (i8)des Extruders verbundene Einrichtung (12) zum Kühlen der aus dem Extruder austretenden, plastifizierten Masse auf eine gleichmäßige Temperatur, die für die Extrusion durch eine Extrusionsdüse (98) erwünscht ist, wobei die Kühleinrichtung (12) mindestens einen umschlossenen Strömungsweg zum Fördern der plastifizierten Masse vom Einlaß (16) zum Auslaß (20) der Kühleinrichtung aufweist, eine Einrichtung zum Zirkulieren eines Kühlmediums um den gesamten Umfang jedes Massen-Strömungsweges und eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines hydraulischen Gleichgewichts zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kühleinrichtung über den gesamten Querschnitt jedes Massen-Strömungsweges; sowie eine Extrusionsdüse (98), die eine Düsenöffnung (100) aufweist, stromabseitig zur Kühleinrichtung (12) angeordnet und mit dem Auslaß (20) der Kühleinrichtung verbunden ist, um die gekühlte plastifizierte Masse zum Extrudieren durch die Düsenöffnung (100) aufzunehmen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels das Kühlmittel im allgemeinen im Gegenstrom zu dem Strom der plastifizierten Masse in der Kühleinrichtung (12) zirkuliert.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder25, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (10) nur eine einzige Extruderschnecke (22) aufweist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (10) eine Einrichtung

(28) zum Einleiten eines Treibmittels in die darin enthaltene plastifizierte Masse aufweist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (12) ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß mit drei im allgemeinen konzentrisch angeordneten axialen Durchgängen aufweist, wobei der umschlossene Strömungsweg den mittleren Durchgang darstellt und die Einrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels die inneren und äußeren Durchgänge darstellt.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufrechterhalten des hydraulischen Gleichgewichts mehrere erste Öffnungen (78) , die in gleichem Abstand entlang des Umfangs des Einlaßendes des mittleren Durchgangs angeordnet sind, und mehrere zweite Öffnungen (80) umfaßt, die in gleichem Abstand entlang des Umfangs des Auslaßendes des mittleren Durchgangs angeordnet sind,

wobei das Größenverhältnis der zweiten Öffnungen zu ι

den ersten Öffnungen so gewählt ist, daß das hydraulische Gleichgewicht aufrechterhalten wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittfläche der zweiten Öffnungen

(80) größer ist als die Gesamtquerschnittfläche der ersten Öffnungen (78).

31.. Vorrichtung nach einem der Ansprüche .28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (12) drei konzentrisch und koaxial angeordnete, im wesentlichen zylindrische Gefäße (30, 32, 34) umfaßt, die im allgemeinen parallele zylindrische Umfangsflächen und im allgemeinen parallele kreisförmige Stirnseiten haben, wobei am Einlaßende der mittleren Kammer (38) eine Einlaßleitung (66) vorgesehen ist, die durch die stromaufseitigen Stirnseiten des äußeren Gefäßes (30) und des mittleren Gefäßes (32) durchtritt und an der stromaufseitigen Stirnseite des inneren Gefäßes (34) anstößt, und wobei am Auslaßende der mittleren Kammer (38) eine Auslaßleitung (68 ) vorgesehen ist, die durch die stromabseitigen Stirnseiten des äußeren Gefäßes (30) und des mittleren Gefäßes (32) durchtritt und an das stromabseitige Ende des inneren Gefäßes (34) anstößt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßleitung (66) in dem Raum zwischen den stromaufseitigen Stirnseiten der inneren und mittleren Gefäße (34, 32) erste Öffnungen (78) ausgebildet sind und in der Auslaßleitung (68) in dem Raum zwischen den stromabseitigen Stirnseiten der inneren und mittleren Gefäße (34, 32) zweite Öffnungen (80) ausgebildet sind.

. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (12) ferner

eine Einrichtung zum gleichmäßigen Verteilen der plastifizierten Masse über den gesamten Querschnitt des umschlossenen Strömungsweges aufweist, z.B. mehrere ! entlang des Umfangs beabstandete Flügel (79) die sich radial in den Raum zwischen den stromaufseitigen Stirn-

Seiten der inneren und mittleren Gefäße (34,32) erstrecken.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (12) ferner eine Einrichtung zum gleichmäßigen Sammeln der plastifizierten Masse aus dem gesamten Querschnitt des umschlossenen Strömungsweges aufweist, z.B. mehrere entlang des ümfangs beabstandete Flügel (79) die sich radial in den Raum zwischen den stromabseitigen Stirnseiten der inneren und mittleren Gefäße (34, 32) erstrecken.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels eine erste Kühlmittel-Einlaßleitung (82) zum. Einleiten des Kühlmittels in das stromabseitige Ende , der inneren Kammer (40) , eine zweite Kühlmittel-Einlaßj ■ leitung (84) zum Einleiten des Kühlmittels in das strom-20 abseitige Ende der äußeren Kammer (36) und einen Kühlmittelauslaß (86) aufweist, der am stromaufseitigen Ende der Kühleinrichtung (12) angeordnet ist und mit den inneren und äußeren Kammern (40, 36) in Verbindung steht.

; 36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, j .. daß die Einrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels j ferner Strombrecher- (92, 94) in den inneren und äußeren j Kammern (40, 36) aufweist,
30

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch

gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (172) einen Mantel (174), in dem ein Kühlmittel zirkuliert, und mehrere in dem Mantel angeordnete Rohre (194) aufweist, die 35

mehrere umschlossene Strömungswege zum Befördern der plastifizierten Masse darstellen.

- ίο -

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des hydraulischen Gleichgewichts eine Öffnung von verringerter Größe am stromaufseitigen Ende jedes Rohres (194) ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe jeder Öffnung der folgenden Beziehung genügt:

mindestens etwa 25:1, vorzugs-

Rohrlänge . Öffnungslänge _ weise etwa 40:1

Rohrdurchmesser Öffnungsdurchmesser

mindestens etwa 50:1 .

40. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,

daß jede der Öffnungen eine Öffnung von variabler Größe ist, deren Größe selektiv eingestellt werden kann.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung ein Ventil (204) aufweist..

42.. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (172) ferner eine nahe dem Auslaßende jedes Rohres (194) angeordnete Einrichtung (208) zum Messen der Temperatur der aus jedem Rohr austretenden plastifizierten Masse aufweist.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen der umschlossenen Strömungswege in der Kühleinrichtung größer ist als das Volumen der plastifizierten Masse in dem Extruder _f vorzugsweise mindestens etwa fünfmal größer.