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Verfahren zur Behandlung von in Mischaggregaten herge-
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stellten drurkempfindlichen Schmelzmassen Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Behandlung von in Mischaggregaten hergestellten, anschllessend
extrudierten und mit einer Schutzschicht versehenen, durckempfindlichen Schmelzmassen,
vorzugsweise Schmelzhaftklebstoffen.
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Schmelzhaftklebstoff-Rezepturen basieren heute -vielfach auf thermoplastischem
Kautschuk. Die chemische Struktur dieser Polymere bedingt eine Anfälligkeit gegen
mechanische und oxidative, insbesondere jedoch gegen thermische Einflüsse in den
verschiedenen Phasen der Herstellung und Verarbeitung. So ist es bekannt, dass Schmelzhaftklebstoffe
auf der Basis Styrol-Isopren-Styrol im Primärschritt zur Depolymerisation, also
zum Kettenabbau neigen und erst im Sekundärschritt zur Polymerisation.
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Kautschuke auf der Basis Styrol-Butadien-Styrol zeigen bei thermischer
Beanspruchung Vernetzungsreaktionen.
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Neben den Basis-Polymeren unterliegen auch die übrigen Komponenten,
wie Harze und Weichmacher, einer thermischen Alterung. Somit besteht ein unmittelbarer
Zusammenhang zwischen der thermischen Belastung und den
Haftungseigenschaften
und damit der konstanten Qualität der Schmelzhaftklebstoffe. Es wird daher angestrebt,
die thermische Belastung zur Erzielung guter Hafteigenschaften und einer konstanten
Qualität möglichst gering zu halten.
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Eine thermische Beanspruchung der druckempfindlichen Schmelzmassen
folgt sowohl beim Herstellungsvorgang als auch bei dem oft erst in zeitlichem Abstand
daran anschliessenden Verarbeitungsvorgang. In der zwischen beiden Vorgängen liegenden
Lager- und Transportphase ist die thermische Beanspruchung in der Regel vernachlässigbar.
Beim Herstellungsvorgang ist die Verweilzeit im Mischaggregat, d.h. die eigentliche
Herstellungsphase, sowie insbesondere die daran anschliessende Abkühlphase von Bedeutung.
Beim Verarbeitungsvorgang wiederum wird die Schmelzmasse in der Aufschmelzphase
und während der Verweilzeit im Puffer und unmittelbar während des Auftragsvorganges
thermisch belastet.
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Schmelzhaftkleberformulierungen werden heute sowohl diskontinuierlich
in Rührwerken;-in Mischdissolvern und in Knetern, als auch kontinuierlich in Mischextrudern
hergestellt. Bei der diskontinuierlichen Herstellung beträgt die Verweilzeit in
den Rührwerken und Dissolvern je nach Losgrösse ca. 4 bis 8 Stunden und in Knetern
ca. 60 bis 90 Minuten. Bei der kontinuierlichen Herstellung von druckempfindlichen
Schmelzmassen in Mischextrudern beträgt die Verweilzeit und damit die eigentliche
Herstellungsphase nur wenige Minuten. Danach werden die Schmelzhaftklebstoffe in
silikonisierte Kartonboxen oder in Fässer abgefüllt. Je nach Gewicht kann die
Abkühlphase
der in den silikonisierten Kartonboxen hergestellten Blöcke bis zu 2 Tagen in Anspruch
nehmen.
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Bei Fässern kann sich die Abkühlphase je nach Gebindegrösse sogar
über 5 bis 6 Tage erstrecken.
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Beim Verarbeitungsvorgang wiederum erfordert das Auf-.schmelzen der
Blöcke, welches üblicherweise in Rührwerken erfolgt, aufgrund der hohen spezifischen
Wärmekapazität häufig eine Zeitspanne bis zu 24 Stunden.
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Beim Aufschmelzen der in den Fässern abgefüllten Schmelzhaftklebstoffe
kann durch den Einsatz sogenannter Bulkmelter die Aufschmelzzeit gegenüber der Blockaufschmelzung
erheblich herabgesetzt werden. Diese Verringerung der thermischen Belastung beim
Aufschmelzvorgang fällt jedoch bei der Fassaufschmelzung aufgrund der sehr langen
Abkühlzeit beim Herstellungsvorgang kaum ins Gewicht.
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Durch Schmelzprofilatoren lassen sich für die Patronen-bzw. Kartuschenfüllung
geeignete Strangstücke extrudieren. Die Eigenklebrigkeitdieser Strangstücke lässt
sich durch eine Schutzschicht aus Trennmittel reduzieren.
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Ein Aneinanderkleben unter Druck und Lagertemperatur lässt sich aber
nur durch eine Einzelverpackung der Strangstücke verhindern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollkommen neuartiges
Verfahren zu schaffen, mit dem einerseits ein für die Weiterverarbeitung durch Aufschmelzen
in besonderer Weise geeignetes, gut handhabbares Produkt geschaffen wird, andererseits
die thermische Belastung
sowohl beim Herstellungs- als auch beim
Verarbeitungsvorgang entscheidend verringert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Strang
beliebiger Länge erzeugt, mit einer Folie ummantelt und zur Verarbeitung zusammen
mit der Folie äufgeschrriolzen wird.
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Erfindungsgemäss wird somit anstelle kurzer, für die Patronen- bzw.
Kartuschenfüllung geeigneter Strangstücke ein Strang beliebiger Länge erzeugt, der
mit einer Folie ummantelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Strang entsprechend
der jeweils gewünschten und benötigten Länge zu einem Wickel bzw. zu einer Rolle
zu wickeln, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass durch den Wickeldruck im Zusammenwirken
mit den Lagertemperaturen ein Aneinanderkleben der Stränge erfolgt. Ein Trennmittelüberzug,
wie er zum Schutz der mit bekannten Schmelzprofilatoren erzeugten kurzen Strangstücke
bereits eingesetzt wird, eignet sich zur Vermeidung eines Aneinanderklebens der
Stränge nicht.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensweise liegt
jedoch in einer bisher nicht erreichten Reduzierung der thermischen Gesamtbelastung
beim Herstellungs- und Verarbeitungsvorgang. Da die Verweilzeit in der Herstellungsphase
und insbesondere die daran anschliessende Kühlphase aufgrund der nur bei der Strangherstellung
gegebenen Kühlmöglichkeiten sehr kurz sind, ist die thermische Belastung beim Herstellungsvorgang,
verglichen mit bekannten Verfahrensweisen, verschwindend gering. Da darüberhinaus
beim Verarbeitungsvorgang aufgrund der Strangkonfiguration ein Aufschmelzen jeweils
nur in dem Masse möglich ist, in dem
Schmelzmasse für den Auftragvorgang
benötigt wird, ist auch die thermische Belastung in der Aufschmelzphase nur sehr
gering. Selbst unter Einbeziehung der thermischen Belastungen der Pufferphase ergibt
sich somit erfindungsgemäß eine im Vergleich mit bekannten Verfahrensweisen geringe
thermische Gesamtbelastung.
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Die erfindungsgemäss eingesetzten Schmelzhaftkleber stellen im Regelfall
solche auf Basis von thermoplastischem Kautschuk, der gegebenenfalls modifiziert
sein kann, dar. Aber auch andere Schmelzhaftkleber, z.B. auf Basis von Ethylen-Vinylacetat-Massen
oder solche polyamidischer Natur, werden in Betracht gezogen. Diese Basismassen
enthalten im allgemeinen Harzzusätze, z.B. modifizierte Naturharze, wie Terpenharze,
etc., oder auch Kohlenwasserstoffharze. Als Kohlenwasserstoffharze kommen beispielsweise
solche petrochemischen Ursprungs in Frage,die aus geeigneten Fraktionen der Erdölkräckung
gewonnen werden können. Als solche können z.B. die sogenannten Escorez-Harze der
Esso Chemie, Hamburg, genannt werden, die den Schmelzklebermassen eine auch bei
Raumtemperatur bestehende Daueroberflächenklebrigkeit verleihen, die für Schmelzhaftkleber
charakteristisch ist.
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Die erfindungsgemässeingesetzte Folie soll im wesentlichen den folgenden
drei Bedingungen genügen, nämlich: (a) sie muss mit der ummantelnden Schmelzhaftklebermasse
kompatibel sein, d.h. im schmelzflüssigen Zustand mischbar oder lösbar,
(b)
die Folie muss aufschmelzbar sein, und (c) keine Oberflächenklebrigkeit, zumindest
aber keine Oberflächenklebrigkeit im Bereich üblicher Lagertemperaturen besitzen.
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Die Wahl der Folie richtet sich somit nach der Art des zu ummantelnden
Schmelzhaftklebers und kann durch den Fachmann in geeigneter Weise vorgenommen werden.
Für Schmelzhaftklebemassen auf Basis von Kautschuk kommen vor allem Polyolefinfolien,
wie Polyethylenfolien, aber auch Folien aus PVC oder anderen Chlorvinylpolymeren
und Polyvinylalkoholfolien in Betracht. Soweit polyamidische Schmelzhaftklebemassen
Verwendung finden, kommen beispielsweise Polyamidfolien in Betracht, etc.. Die Folie
kann im Einzelfall auch eine geschäumte Folie darstellen, insbesondere dann, wenn
die Folie geschlossene Poren enthält.
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Durch-den Einsatz von Folien, insbesondere in geringer Folienstärke,
erfolgt keine Beeinträchtigung der Eigenschaften der Schmelzmassen. Dies ist insbesondere
dann gewährleistet, wenn der Anteil der Ummantelungsfolie in bezug auf die Schmelzmasse
vorteilhaft kleiner als 3 Gew.%, bevorzugt kleiner als 2 Gew.%, gehalten wird.
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Daher ist es nicht erforderlich, dass die Ummantelungsfolie selbstklebende
Natur hat, soweit sie mit der umgebenden Schmelzhaftklebemasse mischbar bzw. lösbar
ist.
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Die Temperatur, bei der die Ummantelung der Schmelzhaftklebemasse
mit der Folie im erfindungsgemässen Verfahren
stattfindet, richtet
sich nach der Art der Schmelzhaftklebemasse einerseits und der Art der gewählten
Folie andererseits. Die Ummantelung wird im Regelfall bei einer Temperatur durchgeführt,
die unter der Temperatur liegt, bei der das Schmelzen der Folie beginnt.
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Im allgemeinen wird somit in einem Temperaturbereich von 90 bis 1800C
ummantelt. Bevorzugt liegt die Ummantelungstemperatur im Bereich von 95-130 0C,
manchmal aber auch über 130 0C, und insbesondere manchmal über 150 0C.
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Das Aufschmelzen des folienummantelten Stranges kann sowohl diskontinuierlich
als auch kontinuierlich erfolgt gen. Beim kontinuierlichen Aufschmelzen ist es zweckmässig,
Aufschmelzextruder einzusetzen. Das kontinuierliche Aufschmelzen eröffnet darüberhinaus
völlig neue Rezeptierungsmöglichkeiten. So wurden wegen der Aufschmelz- und Verarbeitungsprobleme
bisher überwiegend Schmelzhaftklebstoffe hergestellt und verarbeitet, deren Viskosität
unter 200.000 mPas lag. Verbesserte Scherfestigkeiten bei höheren Temperaturen bedingen
jedoch gerade Schmelzhaftkleberformulierungen mit Viskositäten oberhalb 200.000
mPas. Durch Einsatz von Aufschmelzextrudern können nunmehr auch Schmelzhaftkleberformulierungen
mit Viskositäten über 200.000 mPas verarbeitet werden. Dadurch kann ein weiterer
Anteil der heute bei derartigen Formulierungen noch verwendeten Lösungsmittelsysteme
substituiert werden. Dies ist ein weiterer Schritt in Richtung umweltfreundlicher
Technologien.
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Durch die erfindungsgemässe Anordnung einer Ummantelungsfolie wird
nicht nur ein Verblocken der einzelnen
Lagen im Falle der Herstellung
von Wickeln bzw. Rollen verhindert, sondern darüberhinaus auch ermöglicht, dass
die Schmelzmasse per laufendem Meter gehandelt werden kann. Zweckmässige Längen
bei der Herstellung von Wickeln oder Rollen liegen je nach Querschnitt in der Grössenordnung
zwischen 1 und 1.000 m, vorzugsweise werden Längen zwischen 10 und 300 m abgegeben.
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Erfindungsgemäss kann der Strang einen runden, quadratischen, rechteckigen
oder auch anderen Querschnitt aufweisen.
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Bei einem Strang mit rundem Querschnitt ist es zweckmässig, dass der
Druchmesser im Bereich zwischen 1 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 cm, liegt.
Bei einem Strang mit rechteckigem Querschnitt ist es vorteilhaft, dass die Stranghöhe
im Bereich zwischen 0,5 und 3 cm, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 cm und die Strangbreite
im Bereich zwischen 2 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 5 und 8 cm, liegt.
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Die Aufschmelztemperatur des folienummantelten Stranges kann entsprechend
der jeweiligen Zusammensetzung der Schmelzmasse unterschiedlich sein. Bei Schmelzhaftklebstoffen
mit einer Ummantelung mit Polyolefin-Folie ist es jedoch zweckmässig, die Aufschmelztemperatur
im Bereich von 130 bis 2000C, vorzugsweise zwischen 150 und 1800C, zu halten.
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Im folgenden sind zwei bekannte Verfahrensweisen anhand von Zeit/Temperatur-Diagrammen
näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein Zeit/Temperatur-Diagramm für
die bekannte "Blockverarbeitung", Fig. 2 zeigt ein Zeit/Temperatur-Diagramm für
die bekannte "Fassverarbeitung", und Fig. 3 zeigt ein Zeit/emperatur-Diagramm für
die Strangçerarbeitung nach dem erfindungsgemässen Verfahren.
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In allen drei Diagrammen ist lediglich der Herstellungsvorgang und
der Verarbeitungsvorgang dargestellt. Die zwischen beiden Vorgängen liegende, hinsichtlich
der thermischen Belastung vernachlässigbare Lager- und Transportphase ist nicht
dargestellt.
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In allen drei Diagrammen ist ferner der Herstellungsvorgang durch
die Bereiche (a) und (b) und der Verarbeitungsvorgang durch die Bereiche (c) und
(d) gekennzeichnet. Der Bereich (a) beinhaltet die Herstellungsphase, d.h. die Verweilzeit
im jeweiligen Mischaggregat. Mit (b) wiederum ist die daran anschliessende Abkühlphase
bezeichnet.
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Der Buchstabe (c) kennzeichnet den Bereich der Aufschmelzphase und
(d) die Verweilzeit in der Pufferphase beim Verarbeitungsvorgang. Die Auftragsphase,
d.h. der Auftragsvorgang der Schmelzmasse auf das jeweilige Werkstück ist bei den
heutigen Herstellungsverfahren in bezug auf die Zeit vernachlässigbar klein und
daher in der Pufferphase (d) mit enthalten.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Blockverarbeitung erfolgt
die Herstellung der Schmelzmasse, d.h.
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das Vermischen der verschiedenen Komponenten, in einem Kneter innerhalb
weniger Stunden (Herstellungsphase a).
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Die Abkühlung in der AS phase (b) nach dem Einfüllen der fertiggemischten
Schmelzmassen in silikonisierte Kartönboxen erfolgt im vorliegenden Beispiel innerhalb
eines Zeitraumes von etwas mehr als 40 Stunden, so dass der Herstellungsvorgang
insgesamt 50 Stunden umfasst (Summe aus a und b). Die Schmelzmasse ist somit bereits
beim Herstellungsvorgang 50 Stunden lang einer thermischen Belastung ausgesetzt.
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Beim Verarbeitungsvorgang wird die Schmelzmasse ca. 12 Stunden aufgeschmolzen
XAufschmelzphase c). Zur über brückung von Fertigungsschwankungen und anderer Einflüsse
bei der Fertigung ist ferner eine ca. 5 Stunden betragende Pufferphase (Bereich
d) notwendig, in der die aufgeschmolzene Schmelzmasse auf Verarbeitungstemperatur
(1600C) gehalten wird. Insgesamt ergibt sich somit bei der Blockverarbeitung gemäss
Beispiel nach Fig. 1 eine thermische Belastung der Schmelzmasse über einen Zeitraum
von etwas unter 70 Stunden.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten bekannten Fassverarbeitung erstreckt
sich die Herstellungsphase (a) über den gleichen Zeitraum wie im Falle des Beispiels
nach Fig. 1.
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Bei der angenommenen Gebindegrösse ist wegen der hohen spezifischen
Wärmekapazität jedoch für die Abkühlphase (b) ein erheblich längerer Zeitraum erforderlich.
Bei der im vorliegenden Beispiel gewählten Gebindegrösse beträgt die
Gesamtzeit
des Herstellungsvorganges (Summe aus a und b) ca. 100 Stunden.
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Beim Verarbeitungsvorgang wird im Beispiel gemäss Fig. 2 ein sogenannter
"Bulkmelter" eingesetzt. Derartige Bulkmelter schmelzen die in dem Fass enthaltene
Schmelzmasse kontinuierlich lediglich auf einer Stirnseite ab. Dadurch wird jeweils
nur die zur Auffüllung des Puffers notwendige Schmelzmassenmenge aufgeschmolzen
und nicht - wie im Falle der Blockverarbeitung gemäss Fig. 1 - die gesamte Masse.
Die thermische Belastung beim Aufschmelzvorgang (c) ist daher beim Einsatz eines
Bulkmelters relativ gering. Die aus Fertigungsgründen notwendige Pufferphase (d)
entspricht der Pufferphase in Fig. i. Trotz Einsatz eines sogenannten Bulkmelters
wird jedoch bei der Fassverarbeitung eine entscheidende Verbesserung der thermischen
Belastung nicht erzielt, da die Abkühlphase (b) - wie ein Vergleich der Fig. 1 und
2 zeigt - bei dieser Verfahrensweise dominierend und daher in erster Linie massgeblich
für die thermische Belastung ist.
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Erfindungsgemäss wird nun gemäss Fig. 3 ebenfalls in einem herkömmlichen
Kneter die Schmelzmasse aus den einzelnen Komponenten hergestellt. Die Verweilzeit
während der Herstellungsphase (a) ist mit Fig. 1 und 2 vergleichbar.
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Im Vergleich zu der in den vorangegangenen Beispielen erläuterten
Block- bzw. Fassverarbeitung hat der durch ein Strangpresswerk erzeugte Strang einen
relativ kleinen
Querschnitt, der ohne grossen technischen Aufwand
vergleichsweise sehr schnell abgekühlt werden kann.
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Die thermische Belastung in der Abkühlphase (b) kann daher wegen der
kurzen Abkühlzeit entscheidend reduziert werden.
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Beim diskontinuierlichen und insbesondere beim kontinuierlichen Aufschmelzen
mittels eines Aufschmelzextruders ist erfindungsgemäss darüberhinaus auch die Aufschmelzphase
(c) sehr karz, da vom erzeugten Strang lediglich eine solche Menge aufgeschmolzen
wird, wie sie zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Menge im Puffer (Phase d) notwendig
ist. Für die Pufferphase (d) wurde zum besseren Vergleich eine den Pufferphasen
in den Fig. 1 -und 2 entsprechende Zeitspanne angenommen.
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Zusammenfassend ergibt sich somit, dass durch das erfindungsgemässe
Verfahren aufgrund der Reduzierung der Abkühlphase (b) und der Aufschmelzphase (c)
eine Verringerung der thermischen Belastung der Schmelzmassen in einem bisher noch
nicht erreichten Umfang erzielt wird.
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Beispiel Eine Schmelzhaftklebemasse aus 50 Gew.% Styrol-Isopren-Styrol-Kautschuk
mit 50 Gew.% eines ESCOREZ-Harz-Gemisches (Gewichtsverhältnis 1:1) aus ESCOREZ-5300
tit
ESCO#EZ-1 401 (Vertrieb: ESSO-Chemie, Hamburg) wird durch eine Düse eines Strangpresswerkes
zu einem Strang eines Durchmessers von 20 bis 25 mm bei einer Temperatur von 120
bis 1300C ausgepresst. Über den Düsenkopf wird ein Folienschlauch geführt, der durch
eine Isolierung, die gegebenenfalls zusätzlich kühlbar ist, gegen eine vorzeitige
Erwärmung durch den Düsenkopf geschützt ist. Der Folienschlauch stellt eine handelsübliche
50 #m-Polyethylen-Folie dar, der durch die austretende Klebermasse gefüllt und hiernach
durch Eintritt in ein Wasserbad gekühlt wird. Der Strang wird nach Erkalten zu einer
Rolle aufgewickelt.