DE2758632C2 - Vorrichtung zur Herstellung eines geschäumten Formkörpers mit der Struktur von Holz aus kristallinen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines geschäumten Formkörpers mit der Struktur von Holz aus kristallinen Kunststoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere aus kristallinen Thermoplasten, wie Polypropylen, Propylencopoly.merisaten oder Mischungen aus Polypropylen und weniger als 50 Gew.-% r^;nes anderen Thermoplasten, durch Extrudieren und Verschäumen des verschäumbaren kristallinen Kunststoffe.«, die einen beheizbaren Extruder mit einer Auslaßdüse, einen sich in Fließrichtung des extrudierten Stranges daran anschließenden kühlbaren Rahmen, einen Freiraum, einen Aufnahmerahmen und weitere Einrichtungen zur Bearbeitung des extrudierten Stranges aufweist, wobei die Auslaßdüse zwischen je zwei Reihen von öffnungen mindestens einen Vorsprung auf der Eintrittseite der Extrusionsmasse besitzt

Vorrichtungen der vorgenannten Art, bei denen die Auslaßdüse jedoch keinen Vorsprung auf der Eintrittseite der Extrusionsmasse aufweist, sind aus den DE-OS 19 07 360 und 25 10 006, den US-PS 34 43 007,37 20 572 und 39 93 721 sowie der JP-OS 59 969/76 bereits bekannt. Auch die in der US-PS 37 20 572 in Fig. 7 abgebildete »Düse« weist keine Vorsprünge auf. Nachteilig an diesen bekannten Vorrichtungen ist, daß sich damit kristalline Thermoplaste nicht problemlos kontinuierlich extrudieren und verschäumen lassen. Vielmehr kristallisiert der

Thermoplast in einem Teil einer Reihe der öffnungen der Auslaßdüse aus.

Aus der DE-OS 22 24 460 ist zwar eine Vorrichtung mit dem vorgenannten Aufbau bekannt, die zusätzlich zwischen je zwei Reihen von Öffnungen der Auslaßdüse mindestens einen Vorsprung auf der Eintrittseite der Extrusionsmasss aufweist, der dL.ch die konische Erweiterung der Öffnungen zur Eintrittseite hin im Querschnitt gesehen die Form ei.ies abgeschnittenen Kegels hat. ein solcher Vorsprung bietet aber ebenfalls keine Gewähr für einen kontinuierlichen .nd störungsfreien Durchfluß der Extrusionsmasse durch die Düsenöffnungen. Der ankommende Har/strom trifft nämlich frontal auf die flach ausgebildeten Teile eines solchen Vorsprungs, wodurch der Harzstrom unvermeidlich aufgehalten wird und Wirbel bildet. Da bei dieser bekannten Vorrichtung auch keine Einrichtung zur Entfernung der beim Extrudieren und Schäumen entstehenden Gase an der Austrittsseite der Düse vorgesehen ist. bilden sich unvermeidlich Hohlräume und Verunreinigungen in dem extrudierten und geschäumten Material.

Aufgabe der Erfindung war es daher, die aus der DE-OS 22 24 460 bekannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß das Extrudieren und Verschäumen von kristallinen, thermoplastischen Kunststoffen kontinuierlich und störungsfrei durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die gekennzeichnet ist durch eine Gasablaßrille an der Austrittsseite der Düse und dadurch, daß der Vorsprung auf der Eintrittsseite entlang den Reihen der Öffnungen der Düse als kontinuierlich verlaufende, spitzwinklige Erhebung ausgebildet ist.

Dadurch ist es auf technisch einfache Weise möglich, das partielle, vorzeitige Kristallisieren kristalliner thermoplastischer Kunststoffe beim Extrudieren und Verschäumen zuverlässig zu verhindern, so daß ein einwandfrei geschäumtes Extrudat erhalten wird, dessen angestrebte Holzstruktur durch Verstopfungen der Masse in der Düse nicht beeinträchtigt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Oberfläche des Vorsprungs der Auslaßdüse geglättet, wodurch noch wirksamer verhindert werden kann, daß auf der Eintrittsseite der Düse eine Stockung der geschmolzenen Harzmasse auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt;

Fig. 2 und 3 ein Beispiel für eine Düse, die in dem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Extruder eingesetzt werden kann, wobei die F i g. 2 eine vertikale Seitenschnittansicht der Düse und die F i g. 3 eine partielle Rückansicht der Düse zeigen:

F i g. 4 und τ ein anderes Beispiel für eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Düse, wobei die F i g. 4 eine vertikale Seitenschnittansicht der Düse und die F i g. 5 eine partielle Vorderansicht der Düse zeigen;
Fig.6 und 7 vertikale Seitenschnittansichten anderer Beispiele für Rahmen, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden;
Fi g. 8 und 9 ein weiteres Beispiel für eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbare Düse, wobei

es die Fig.8 eine vertikale Seitenschnittansicht der Düse und die Fig.9 eine partielle Vorderansicht der Düse zeieen:und

F i g. 10 und 11 ein weiteres Beispiel für eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbare Düse, wobei die Fig. 10 eine vertikale Seitenschnittansicht der Düse und die Fig. 11 eine partielle Vorderansicht der Düse zeigen.

U In den Figuren steht der Buchstabe Efür einen Extruder, die Ziffer 1 steht für eine Temperaturkontroileinrich-

# tung, die Ziffer 2 steht für eine Form, die Ziffer 3 für eine Düse, die Ziffer 31 für einen Vorsprung, die Ziffer 32 für

§ Öffnungen, die Ziffer 33 für eine Gasablaßrille, die Ziffern 4 und 4' für Rahmen bzw. Einfassungen, die Ziffern 41

ψ und 41' für Kanäle für ein Kühlmedium, die Ziffer 5 für einen Aufnahmerahmen, die Ziffer 6 für eine Platte, die

ϊ Ziffer 7 für ein Wasserbad, die Ziffer 71 für Rollen bzw. Walzen, die Ziffer 8 für eine Oberflächenbehandlungsein-

P richtung, die Ziffer 9 für Aufnahmerollen bzw. -walzen und die Ziffer 100 für einen geschäumten Formkörper.

% Die F i g. 1 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Temperaturkontroll-

% oder -regeleinrichtung 1 am vorderen Ende des Extruders £ vorgesehen ist Die Temperaturkontrolleinrichtung

I 1 umfaßt ein Torpedo 12 im äußeren Zylinder 11 und der Hohlraum dazwischen bildet den Harzkanal 13. Im

\ Innern des Torpedos 12 Defindet sich ein Hohlraum und in dem Hohlraum zirkuliert ein Heiz- oder Kühlmedium

I durch die Rohrleitung 14, um den Torpedo 12 zu erwärmen oder zu kühlen. Der äußere Zylinder 11 weist einen

\ spiralförmigen Kanal 15 auf, der diesen durchbohrt, durch den ein Heiz- oder Kühlmedium durch die Rohrleitun-

5 gen 16 zirkuliert wird, um dadurch den äußeren Zylinder 11 zu erwärmen oder zu kühlen. Auf diese Weise wird

I ein geschmolzener Thermoplast, der durch den Kanal 13 fließt, auf eine Temperatur innerhalb eines extrem

I engen Bereiches eingestellt, der sich für die nachfolgende Verschäumung eignet. Um den äußere.a Zylinder 11

I herum können Banderhitzungseinrichtungen 17 vorgesehen sein.

I Anschließend an die Temperaturregeleinrichtung 1 ist eine Form 2 vorgesehen. Diese Form 2 ist von einer

I Banderhitzungseinrichtung 21 umgeben und der Harzkanal 22 der Form 2 ist mit einer Einstellung platte 23 mit

i einer Anzahl von Öffnungen und einer Düse 3 versehen. Da der Tnermopiast in dem Kanai 22 im innerabschnitt

i schneller fließt als in dem peripheren Abschniu, sind die Durchmesser der Öffnungen der Einstellungsplatte 23 in

ji geeigneter Weise eingestellt, so daß der Strom des Thermoplasten gleichmäßig wird. Der Kanal 22 ist mit einem

£ engen Hals 24 zwischen der Einstellungsplatte 23 und der Düse 3 ausgestattet, der dazu dient, eine vorzeitige

I Verschäumung zu vermeiden und den Verschäumungsdruck aufrechtzuerhalten.

I Eine Düse 3 mit einer Anzahl von Öffnungen 32, 32, .... die in Reihen angeordnet sind, weist einen als

I kontinuierlich verlaufende, spitzwinklige Erhebung ausgebildeten Vorsprung 31 auf einer Eintrittsseite zwischen

\ diesen beiden Reihen auf und sie besitzt eine GasablaßriUe 33, die im Inneren zwischen den beiden Reihen von

*j Öffnungen 32,32... auf der Harzaustrittsseite vorgesehen ist Außerdem steht ein quadratischer Ralimen 4 mit

t, einer Vielzahl von Kanälen 41 zur Steuerung der Temperatur mit dem vorderen Ende dieser Düse 3 nach der

Form 2 in Verbindung. Der Rahmen 4 ist über den Hohlraum 42, der einen Wärmeisolierungseffekt aufweist, um f eine direkte Übertragung von Wärme auf die Form 2 zu vermeiden, damit verbunden. Außerdem ist noch ein

ξ ähnlicher anderer Rahmen 4' mit einer etwas größeren Querschnittsfläche und mit einer Vielzahl von ähnlichen

- Kanälen 41' und ähnlichen Hohlräumen 42' an dem vorderen Ende des Rahmens 4 vorgesehen. Beide Enden der

I vorstehend beschriebenen Gasablaßrille 33 sind gegenüber der Luft geöffnet, und die nach der Extrusion durch

>· die jeweiligen öffnungen 32, 32 ... erzeugten Gase werden direkt in die Atmosphäre abgelassen. Die Ziffer 5

, bezeichnet einen konisch verjüngten Aufnahmerahmen, der dazu dient, die verschäumte Masse zu komprimie-

) ren, um die Querschnittsfläche in einem gegebenen Kompressionsverhältnis zu vermindern. Die Ziffer 6 bezeici ·

_t net eine Platte zur Steuerung des Aussehens und der Dimension der geschäumten Masse, die Ziffer 7 bezeichnet

I ein Wasserbad zum Kühlen und Verfestigen der geschäumten Masse und die Ziffer 71 bezeichnet Rollen, die in

f dem Wasserbad 7 vorgesehen sind, welches die Masse kühlt, wanrend seine Dimension kontrolliert wird. Nach

ί dem Wasserbad 7 ist eine Oberflächenbehaiidlungseinrichtung 8 vorgesehen. Diese Oberflächenbehandlungseinrichtung 8 besieht aus einem Heizelement und sich konisch verjüngenden Kompressionselement 8i und '? einem sich daran anschließenden Kühlelement 82. wodurch die Oberfläche des geschäumten Harzformkörpers

'; wiedererwärmt und in einem solchen Grad komprimiert wird, daß die Querschnittsfläche des Schaums um etwa

3 bis etwa 20% vermindert wird, verglichen mit der Querschnittsfläche vor dem Wiedererwärmen und der Kompression, um eine harte Oberflächenschicht und eine hohe Dimensionsgenauigkeit des dabei erhaltenen geformten Schaum-Formkorpers zu erzielen. Die Ziffer 9 bezeichnet Aufnahmerollen bzw. -walzen.

In der vorstehend beschriebenen Herstellungsvorrichtung wird der Thermoplast beispielsweise mit Keimbildnern, Treibmitteln und Pigmenten und dgl. durchgeknetet und geschmolzen mitte's eines beheizten Extruders E, der mittels einer Temperat'irregeleinrichtung 1 auf eine solche Temperatur eingestellt wird, daß die Temperatur der Mischung bei Austritt aus der Extnisionszone 10 bis 20⁰C über dem Schmelzpunkt der Kunststoffmischung liegt. Der Strom des Thermoplasten wird gleichmäßig gemacht, ir..iem man ihn durch die Einstellungsplatte 23 hindurchleitei, danrch erreicht er die Düse 3.

Danach wird der Strom in eine Vielzahl von Einzelströmen aufgeteilt (zwei Siiöme in der Fig. 1) mitteis des Vorsprunges 31. ohne daß die Mischung aufgehalten wird, und er wird drrch die jeweiligen Öffnungen 32,32... weiter aufgeteilt und schließlich in einen Rahmen 4 extrudiert unter Bildung einer Vielzahl von weichen, geschäumten Strängen, die in ihrer Anzahl der Anzahl der öffnungen entsprechen. Die am Austritt aus der Düse 3 im Verlaufe der Extrusion und Verschäumung erzeugten Gase werden durch Ablassen derselben in die Ψ Atmosphäre durch die Gasablaßrille 33 direkt entfernt, so daß sie niemals in die geschäumte Masse gelangen, f| Die Vielzahl von weichen, geschäumten Strängen, die extrudiert und geschäumt worden sind, nachdem sie dursh

I die Öffnungen 32, 32... extrudiert worden sind, werden von der Oberfläche derselben her gekühit durch den

f Rahmen 4, der auf eine für die Verschäumung geeignete Temperatur eingestellt ist, die niedriger ist als die

i. Temperstur der Düse 3, so daß sie nacheinander verschäumt und durch Schmelzen in dem Rahmen 4 miteinan-

I der verbunden werden unter Bildung einer verbundenen geschäumten Masse.

I Danach wird die durch den Rahmen 4 hindurchgeführte, gebundene Masse weiter sukzessive verschäumt und

I durch den Aufnahmerahinen 5 zur Herabsetzung der Querschnittsfläche der Harzmasse und durch die Platte 6

zur Kontrolle der scheinbaren Dimension strömen gelassen, wobei die gebundene Masse durch Kompression stärker schmelzgebunden und dann mit dem Wasser in dem Wasserbad 7 direkt abgekühlt wird, während die Form durch die Rollen 71 getragen wird. Die dabei erhaltene, gekühlte, geschäumte Masse wird unter Erwärmen um 3 bis 20% komprimiert und mittels einer beheizten Kompressions-Einrichtung 81 und einer Kühleinrichtung 82 gekühlt, um die Oberfläche in eine glänzende, harte Oberflächenschicht umzuwandeln. Auf diese Weise erhält man einen geformten Schaumkörper 100 mit einer guten Dimensionsgenauigkeit mittels der Aufnahmerollen 9.

Ein anderes Beispiel für einen Aufbau der Düse 3 ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Die Düse 3 weist hierbei einen horizontal sich fortsetzenden, als kontinuierlich verlaufende, spitzwinklige Erhebung ausgebildeten Vorsprung 311 zwischen zwei Reihen einer Anzahl von öffnungen 32,32..., die einen gleichen Abstand voneinander haben, und Vorsprünge 312,312, die mit der oberen oder unteren Seite des Kanals 22 in Berührung stehen und die obere oder untere Reihe der öffnungen 32, 32, ... erreichen, auf. Die Düse 3 ist ebenfalls mit einer Gasablaßrille 33 in der gleichen Weise wie die in der F i g. 1 dargestellte Düse 3 ausgestattet.

Die Fig.4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform der Düse 3, die zwei Reihen von sich horizontal erstreckenden, als kontinuierlich verlaufende, spitzwinklige Erhebungen ausgebildete. Vorsprünge 31 auf der Harzeintrittsseite aufweist, wobei jeder der Vorsprünge 31 auf beiden Seiten eine Anzahl von öffnungen 32,32, ... aufweist, die in einem gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.

Die F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Düse 3. bei der-in dem Rahmen 4 zusätzlich noch ein den Kanal 41 aufweisendes Sieb bzw. Gitter 43 vorgesehen ist.

Die Fig. 7 zeigt einen Aufbau, bei dem ein anderer quadratischer Rahmen 4 mit einem Kanai4i'entlang des Weges der Extrusion etwas verengt ist. und der am vorderen Ende des quadratischen Rahmens 4 über den Hohlraum 42' vorgesehen ist.

Die Fig.8 und 9 zeigen einen Aufbau, bei dem die Gasablaßrille 33. deren beide Enden gegenüber der Atmosphäre offen sind, im Innern der Düse 3 vorgesehen ist, wobei Gasablaßlöcher 331 in gleichem Abstand voneinander auf der Harzaustrittsseite zwischen zwei Reihen von Öffnungen 32,32,... vorgesehen sind. Ais weiteres Beispiel zeigen die F i g. 10 und 11 eine Düse 3, in der als kontinuierlich verlaufende, spitzwinklige Erhebungen ausgebildete, bogenförmige Vorsprünge 31 auf der Harzeintrittsseite und eine Reihe von Gasablaßrillen 33, 33 deren beide Enden gegenüber der Atmosphäre offen sind, so vorgesehen sind, daß sie sich in

rechten Winkeln überkreuzen. Das vordere Ende der Düse 3 ist rii.t dem quadratischen Rahmen 4, der entlang des Extrusionsweges verengt ist, verbunden.

Die Öffnungen 32 in der Düse 3 haben einen Durchmesser (bezogen auf die runden öffnungen) von 1 bis 4 mm und eine freie Länge von 10 bis 30 mm, wobei sie in einem Zentralabstand von 2 bis 2i)mm voneinander angeordnet sind. Man läßt die verschäumbare Harzmischung hindurchströmen, während man die Temperatur der Düse 3 auf eine Temperatur einstellt, die höher ist als der Schmelzpunkt des verwendeten Harzes. Der Vorsprung 31 zur Verhinderung des Staus einer geschmolzenen Harzmischung auf der Harzeintrittsseite kann eine Stockung der Harzmischung noch wirksamer verhindern, wenn seine Oberfläche geglättet oder mit einer Chromplattierung oder Teflonbeschichtung versehen worden ist. Die Gasablaßeinrichtung auf der Auslaßseite der Öffnungen ttt der Düse verhindert eine Verunreinigung der Harzströrrse fan Gsssn, dis bsi der Extrusion und Verschäumung durch die jeweiligen Öffnungen 32 erzeugt werden. Die auf der Auslaßseite der Düse vorgesehene Gasablaßrille steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Wo breite oder große Formkörper hergestellt werden, wird an diese Gasablaßrille vorzugsweise eine Saugpumpe angeschlossen, um die erzeugten Gase abzusaugen.

Der Rahmen ist vorgesehen zum Schmelzverbinden einer Vielzahl von weichen geschäumten Harzslrängen. die durch die Düse extrudiert und schwach verschäumt worden sind, und zum Abkühlen auf eine Temperatur, die sich für die Verschäumung eignet bei gleichzeitiger Einschränkung der freien Verschäumung. Die Gcsamtqucrschnittsfläche der Kanäle der jeweiligen Öffnungen muß auf etwa 5 bis 30%, vorzugsweise 5 bis 15% der Querschnittsfläche der Harzkanäle in dem Rahmen festgesetzt werden. Das heißt, wenn die Querschnittsfläche des Harzkanals in den Öffnungen weniger als etwa 5% beträgt, ist der Kontakt der Stränge mit der inneren Oberfläche des Rahmens so gering, daß die Stränge nur schwer abgekühlt und schlecht verschäumbar werden, während dann, wenn die Quei ;chnittsfläche der Öffnungen mehr als 30% beträgt, die Gase, die aus den Strängen so freigesetzt werden, die bei einer höheren Temperatur als der für die Verschäumung geeigneten Temperatur extrudiert werden, durch die Gasablaßrille nicht vollständig entfernt werden und zwischen den jeweiligen Strängen verbleiben unter Bildung von Hohlräumen oder Zwischenräumen in dem daraus hergestellten Formkörper, oder die Zellen mehr in der Extrusionsrichtung als in einer vertikalen Richtung davon gestreckt werden unter Bildung eines geschäumten Formkörpers mit einer geringen Kompressionsfestigkeit, weil die jeweiligen Stränge innerhalb des Rahmens nicht vollständig verschäumt werden können.

Außerdem kann der Abschnitt des Harzkanals in dem Rahmen in der Extrusionsrichtung expandiert oder eingeengt werden. Das heißt, die Querschnittsfläche des Auslasses des Rahmens kann um etwa 10% erweitert oder eingeengt werden, verglichen mit derjenigen des Einlasses des Rahmens. Die Länge des Rahmens beträgt vorzugsweise 30 bis 100 mm. Wenn die Expansionskraft gering ist. ist die Länge vorzugsweise vergrößert Auch muß die Temperatur dieses Rahmens auf einen Wert eingestellt werden, der niedriger ist als die Temperatur der Düse. Besonders bevorzugt ist es, die Temperatur des Rahmens auf einen Wert einzustellen, der um mindestens etwa 30°C, vorzugsweise um 50 bis 100°C. unterhalb des Schmelzpunktes der Har/mischung liegt. Zu diesem Zweck ist es zweckmäßig, eine Vielzahl von Kanälen in dem Rahmen vorzusehen und ein Kühlmedium durch die Kanäle zirkulieren zu lassen, dessen Temperatur auf die gewünschte Temperatur eingestellt worden ist. ό5 So beträgt beispielsweise bei Verwendung eines Polypropylens, gegebenenfalls in Mischung mit ! bis 30 Gew.-% eines anderen Thermoplasten, wobei der Schmelzpunkt der Mischung etwa 150 bis etwa 170⁰C beträgt, die Temperatur des Rahmens etwa 50 bis etwa 120⁰C, vorzugsweise 70 bis 100⁰C. Wenn die Temperatur des Rahmens höher als etwa 120⁰C ist, werden die Kunststoffstränge nicht vollständig verschäumt oder der Kunst-

stoff haftet an der Innenwand des Rahmens oder die Schäume brechen. Wenn dagegen die Temperatur des Rahmens unterhalb von etwa 50⁰C liegt, bildet sich auf der Oberfläche der Kunststoffstränge in dem Rahmen eine harte Haut, wodurch die Stränge nicht vollständig verschäumt werden, und manchmal erstarrt der Kunststoff in der Diiso als Folge der Abkühlung durch den Rahmen.

Beispiele für kristalline, thermoplastische Kunststoffnabe, die zur Herstellung geschäumter Formkörper mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können, sind Polypropylenharze, Polypropylen-Copolymerisate, eine Mischung aus Polypropylen und weniger als etwa 50 Gew.-% eines Thermoplasten oder Polpmidharze. Das eingesetzte Polypropylen hat vorzugsweise einen Schmelzindex von weniger als etsva 5 (gernessen gemäß ASTM D-1238). Ein Beispiel für Polypropylen-Copolymerisate, die verwendet werden können, ist ein Ethylen/Propylen-Copolymerisat.

Beispiele für Thermoplasten, die mit Polypropylen gemischt werden können, sind Polystyrol, vorzugsweise ein solches mit einem Schmelzindex von weniger als etwa 15; Polymethylmethacrylat, vorzugsweise ein solches mit einem Schmelzindex von weniger als etwa 5; Polyäthylen mit hoher Dichte, vorzugsweise ein solches mit einem Schmelzindex von weniger als etwa 3; Polycarbonat; ein Acrylnitril/Styrol-Copolymerisat, vorzugsweise ein solches mit einem Schmelzindex von weniger als etwa 7; oder ein Polyamidharz. Diese anderen Thermoplasten werden in der Regel in einem Mengenanteil von 1 bis 30 Gew.-°/o, vorzugsweise von 2 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Thermoplasten, eingemischt. Das Mischen von Polypropylen mit diesen anderen Thermoplasten dient dazu die Verschäumbarkeit des Polypropylens zu verbessern und stabile Verformungseigenschaften zu ergeben, so daß gute Schäume kontinuierlich hergestellt werden können. Unter den oben genannten Harzen, die eingemischt werden können, werden Polystyrol, Polymethylmethacrylat und Polyethylen mit hoher Dichte besonders bevorzugt

Beispiele für Polyamidharze, die alleine verwendet werden können, sind Nylon 6, Nylon 66 und Nylon 12. Unter diesen ist Nylon 12 besonders geeignet.

Bei der Herstellung geschäumter Formkörper mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können verschiedene Verschäumungsmittel verwendet werden, wie z. B. leicht flüchtige Flüssigkeiten aus aliphatischen Kohlen-Wasserstoffen, wie Pentan, Butan. Propan, Petrolether und dgl., oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Monochlormethan.Trichlorfluormethan, Dichlortetrafluoräthan, und dgl., und thermisch zersetzbare Verschäumungsmittel, wie Azodicarbonsäureamide, Dinitrosopentamethylentetramin und dgl.

Diese Verschäumungsmittel können vorher mit den einem Extruder zugeführten Thermoplasten gemischt oder in den Extruder eingeführt werden, um sie beim Extrudieren mit dem Thermoplasten zu mischen. Die MMge des Verschäumungsmittds kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Verschäumungsgrad stark variieren, sie beträgt in der Regel 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Masse. Zur Herstellung von gleichmäßigen feinen Zellen ist die Zugabe eines Verschäumungshilfsmittels oder eines Keimbildners zusätzlich zu dem vorstehend genannten Verschäumungsmittel zweckmäßig. Beispiele für solche Zusätze sind feinpulvriger Talk, Siliciumdioxidpulver, eine Mischung aus Natriumbicarbonai und Zitronensäure und dgl., die alle an sich bekannt sind. j

Das Herstellungsverfahren wird wie vorstehend angegeben durchgeführt und da die geschäumten Harzsträn- |

ge, die durch Öffnungen in der Düse extrudiert und einmal geschäumt worden sind, auf eine durch die Verschäu- |

mung mitteis des Rahmens geeignete Temperatur eingestellt sind, ist es möglich, weiterhin eine qualitativ gute, geschäumte Masse kontinuierlich herzustellen. Andererseits kann die Temperatur der Düse selbst bei einem vergleichsweise hohen Wert gehalten werden, so daß weder eine Kristallisation noch eine Erstarrung in den Öffnungen der Düse und daher keine Änderung der Extrusion und Expansion auftritt. Dadurch wird auch ein |

stabiler Extrusionsverlauf unter Bildung eines qualitativ guten Schaumformkörpers gewährleistet.

Außerdem ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, die im Verlaufe der Extrusion und Verschäumung erzeugten Gase direkt in die Atmosphäre abzulassen und einen breiten oder großen Schaumkörper ohne Hohlräume oder Zwischenräume zwischen einer Vielzahl von geschäumten Strängen als Folge der gebildeten Gase zu erzeugen.

Der auf diese Weise erhaltene geformte Schaumkörper ist in bezug auf seine Wärmebeständigkeit, seine chemische Beständigkeit (Beständigkeit gegenüber Chemikalien) den Polystyrolschäumen überlegen, ohne daß bei der Verbrennung schwarzer Rauch entsteht, und deshalb kann er mit Erfolg als Material für eine Heizvorrichtung oder für eine Warmwasser-Beschichtungsvorrichtung oder als Baumaterial für Vorrichtungen zur Herstellung von industriellen Chemikalien, Verpackungsmatenalien, Füllmaterial, Formpreßmaterialien und dgl. verwendet werden.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform, bei der die in der F i g. 1 dargestellte Formvorrichtung verwendet wird, näher erläutert Die darin angegebenen Teile, Prozentsätze, Verhältnisse und dgl. beziehen sich, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht

Beispiel 1

Eine Mischung, hergestellt durch gründliches Mischen von 2 Teilen feinpulvrigem Talk (als Keimbildner) und 0,2 Teilen eines braunen Pigments mit 100 Teilen Polypropylen, wurde in den Trichter eines Extruders E eingefüllt, der in dem Beschickungsabschnitt auf 200 bis 250⁰C und an dem vorderen Ende auf 150 bis 170⁰C eingestellt worden war. Die Mischung und das als Verschäumungsmittel verwendete Butan, das unterwegs in den Extruder eingeführt wurde, wurden in dem Extruder gründlich durchgeknetet und in die Temperaturkontrolleinrichtung überführt Die Mischung wurde durch die Einstellungsplatte 23 in der Form 2 in die bei einer Temperatur von 170 bis 180¹C gehaltene Düse 3 eingeführt, in den Rahmen 4 extrudiert und auf der Ausiaßseite mit einer Anzahl von Öffnungen in der Düse 3 verschäumt Dann wurde eine Vielzahl von weichen, verschäumten Harzsträngen, die durch die jeweiligen Öffnungen extrudiert worden waren, durch Schmelzen in dem

vorstehend beschriebenen Rahmen 4 miteinander verbunden, der durch Zirkulieren eines Öls von 85 bis 90⁰C und auch durch Zirkulieren von Wasser von Raumtemperatur in dem Rahmen 4' kontrolliert wurde, wobei die äußere Form beibehalten wurde. Anschließend wurde die gebundene, verschäumte Harzmasse der Atmosphäre ausgesetzt, um eine weitere Verschäumung in einem solchen Grade zu ermöglichen, daß die Querschnittsfläche

derselben auf das 1,2- bis 2,5fache der jeweiligen der öffnung der Form 4 anstieg, dann wurde die Querschnittsfläche mittels eines Aufnahmerahmens 5 um 5 bis 50% verkleinert, bezogen auf die Querschnittsfläche der sekundär verschäumten Harzmasse. Die auf diese Weise eingeschnürte Masse wurde durch Durchleiten durch ein Wasserbad 7 abgekühlt, mittels einer Oberflächenbehandungseinrichtung 8 oberflächenbehandelt und anschließend mittels Aufnahmerollen bzw. -walzen 9 kontinuierlich gestreckt. Dabei erhielt man einen Schaumkörper 100 mit einer glänzenden, harten Oberfläche, die ein Holzmaserungsmuster aufwies, wobei die in Längsrichtung zwischen den jeweiligen Harzströmen gebildeten Verbindungsstellen als braune Linien auftraten, wodurch ein Aussehen erzeugt wurde, das künstlichem Holz ähnelte.

In diesem Beispiel wurde eine Düse 3 mit dem in den Fig.2 und 3 gezeigten Aufbau, die an dem vorderen Ende der Form 2 angebracht war. verwendet. Die Düse 3 besaß einen rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe

von 22 mm und einer Breite von 152 mm mit 96 öffnungen mit einem Durchmesser in ihrem Zentrum von 1,6 mm. die in Form von zwei parallelen Reihen mit einem vertikalen Abstand von 10 mm ausgerichtet waren, wobei die jeweiligen Öffnungen in jeder Reihe einen horizontalen gleichen Abstand von 3 mm voneinander hatten. Die Auslaßseite der Düse 3 lag in einer vertikalen Form vor und zwischen der oberen und unteren Reihe der Öffnungen 32.32 befand sich eine Gasablaßrille 33 einer Breite von 6 mm und einer Tiefe von 5 mm. die

mit der Atmosphäre in Verbindung stand. Außerdem hatten die Rahmen 4 und 4'. die miteinander verbunden waren, einen Querschnitt in Längsrichtung mit einer Höhe von 13 mm und einer Breite von 150 mm sowie eine Länge von 35 mm parallel zu der Extrusionsrichtung und zusätzlich hatten sie eine Öffnung mit einem Querschnitt von 14 mm χ 152 mm und einer Länge von 35 mm, deren innere Oberfläche gleichmäßig mit Teflon beschichte· war. Außerdem enthielt der Rahmen Kanäle 41 zum Zirkulieren eines Temperaturregelungsöls sowie Kanäle 4Γ zum Zirkulieren von Kühlwasser, die in den oberen und unteren Abschnitten der Form vorgesehen waren. In einer weiteren Stufe waren ein Aufnahmerahmen 5 mit einem Querschnitt von 13 mm χ 150 mm, eine Platte 6 und Rollen bzw. Walzen 71 mit einer öffnung mit rechteckigem Querschnitt in einer Längsrichtung zur Kontrolle der scheinbaren Dimension vorgesehen, woran sich ein Wasserbad zum Kühlen der geschäumten Harzmasse mit Wasser anschloß, in dem die geschäumte Harzmasse gekühlt wurde, während sie von den Rollen bzw. Walzen 71 getragen und zusammengedrückt wurde. Dann wurde der einmal gekühlte Harzschaum der Oberflächenbehandlungseinrichtung 8 zugeführt, die Heiz- und Kompressionsplatten 81 und Kühlplatten 82 aufwies, um die Querschnittsfläche des dabei erhaltenen Formkörpers um 3 bis 20% zu vermindern, zur Herstellung eines geschäumten Formkörpers 100, der eine glatte, gut glänzende und harte Oberfläche und eine hohe Druckfestigkeit aufwies.

Der so hergestellte geschäumte Formkörper 100 war eine ebene Platte mit einer Dicke von 12 mm und einer Breite von 150 mm, die auf das 7,3fache verschäumt worden war. Die erhaltene Platte hatte eine Querschnittsstruktur, die aus 2 parallelen Reihen von durch Schmelzen miteinander verbundenen Strängen bestand, von denen jeder Strang eine Höhe von 6 mm und eine Breite von 3 mm hatte. Sie enthielten keine Hohlräume an der Grenzfläche zwischen den durch Schmelzen miteinander verbundenen Schaumströmen und ihre Oberflächen wiesen gerade Verbindungslinien zwischen den dünnen Schaumströmen auf, die ein Aussehen verliehen, das der Maserung von natürlichem Holz ähnelte. Sie sahen daher aus wie natürliches Holz, gekoppelt mit dem leichten Aussehen desselben.

Beispiel 2

Es wurde eine Mischung hergestellt durch gründliches Mischen von 1 Teil feinpulverigem Talk und 2 Teilen Azodicarbonsäureamid mit 100 Teilen Polyamidharz und diese Mischung in den Extruder feingeführt, der auf 180 bis 26O⁰C eingestellt worden war. Die Mischung wurde durch die auf 160 bis 170⁰C eingestellte Düse 3 extrudiert und verschäumt. Die Temperatur des Rahmens 4 wurde durch Hindurchleiten von Luft durch die Kanäle 41 auf 100 bis 110'' C eingestellt. Die so extrudierten, verschäumbaren Polyamidharzströme wurden in dem Rahmen 4 verschäumt und nacheinander durch den Aufnahmerahmen 5, die Platte 6 und die Rollen bzw. Walzen 71, wie in Fig. 1 dargestellt, hindurchgeführt, um so das Verbinden durch Schmelzen herbeizuführen. Danach wurde die gebundene, geschäumte Harzmasse in dem Wasserbad 7 mit Wasser gekühlt und erstarren gelassen, wobei man den gewünschten Formkörper 100 erhielt, der aus einem geschäumten Polyamidharz bestand. Der so hergestellte, geschäumte Formkörper 100 war eine durchgehende ebene Platte einer Dicke von 18 mm und einer Breite von 30 mm. deren Dichte 0,4 bis 0,5 g/cm³ betrug.

In diesem Beispiel wurde als Düse 3 eine Düse mit dem in den F i g. 10 und 11 dargestellten Aufbau verwendet. Das heißt, an dem vorderen Ende der Form 2 war eine Düse 3 mit einem rechteckigen Querschnitt von 24 mm χ 29 mm und mit 39 öffnungen mit einem Durchmesser von 1,6 mm und einer Tiefe von 10 mm angebracht, wobei die jeweiligen öffnungen in jeder von zwei parallelen Reihen einen horizontalen Abstand von 5 mm voneinander hatten, v/ie in der F i g. 11 dargestellt. An der Auslaßseite der Düse 3 waren Gasablaßrillen 33 mit einer Breite von 1 mm und einer Tiefe im Querschnitt von 3 mm vorgesehen. Außerdem wurde ein Rahmen mit der in F i g. 7 dargestellten Struktur als Rahmen 4 verwendet Das heißt, der Rahmen 4 hatte eine Düsenöffnung von 24 mm χ 29 mm am Einlaß und von 18 mm χ 29 mm am Auslaß und einer Länge von 20 mm, wobei die innere Oberfläche des Rahmens mit Chrom plattiert war.

Beispiel 3

Wenn die Temperatur der Düse 3 in dem obigen Beispiel 1 auf 160°C eingestellt wurde, wurde ein leichter Bruch in den Strömen aus dem verschäumbarert Harz in den öffnungen 32 beobachtet, während dann, wenn die Temperatur der Düse 3 auf 150°C eingestellt war_v ein vollständiger Bruch durch die Kristallisation des Thermo- 5 plasten zu beobachten war, was zu einer instabilen Extrusion und zu einer Verhinderung der nachfolfjnden Verschäumung führte. Dabei erhielt man keinen gleichmäßig verschäumten Formkörper mit einem hohen Verschäumungs- bzw. Expansionsverhältnis.

Außerdem setzte dann, wenn der Rahmen 4 mit dem Temperaturregelungsöl, das auf 120°C erhitzt war, gekühlt wurde, die Verschäumung der verschäumbaren, extrudierten Harzströme erst ein, wenn die Temperatur 10 den Düse 3 auf weniger als 160⁰C herabgesetzt wurde. Das verwendete Polypropylenharz neigte jedoch bei dieser Temperatur der Düse 3 zur Kristallisaiion und in dem dabei erhaltenen Formkörper traten Risse oder Brüche in inneren Abschnitten auf. Deshalb konnten keine zufriedenstellenden ebenen Platten aus Polypropylenschaum hergestellt werden.

Anschliejx-nd wurden die Art des Harzes und die Butarönenge, die verwendet wurden, geändert und die 15 Harztemperatur an dem vorderen Ende des Extruders 3, die Harztemperatur an dem Einlaß der Düse 3 und die Temperatur des Rahmens 4 wurden wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben eingestellt bzw. kontrolliert unter Verwendung der im Beispiel 1 eingesetzten Formvorrichtung zur Herstellung eines guten Harzschaumforrrckörpers einer guten Qualität

Tabelle

Polypropylen

Gew.-Teile ')

³)

⁴)

Polypropylen⁸)

Talk
Pigment⁹)

Polypropylen⁸)

Polystyrol¹⁰)

Talk

Polypropylen⁸)

Polystyrol¹⁰)

Talk

Polypropylen⁸)
Polymethylmethacrylat¹¹)
Talk

Polypropylen⁸)
Polyäthylen¹²)
mit hoher Dichte
Talk

Polypropylen⁸)

Polycarbonat¹³)

"Talk

Äthylen-

Propylen¹⁴)

Acrylonitril-

Styrol¹⁵)

Talk

Polypropylen⁸)

Polyamid¹⁶)

Talk

Äthylen-Propylen¹⁴)
Talk
Pigment⁹)

100

2 0,2

100

20

100

100 20

100 20

100

20

100 20

100

20

100

2 0.2

11,0 9,8

5,5 6,5

9,0

173
177

176
189

180

165
167

166
178

166

13 χ 150 35

14x152 35

13x150 35

14x152 35

13x150 30

13x150 30

13x150 50

80	12x150	73
80	12x150	4,5
100	14x160	8,4
100	14x160	7,0

13x150

8,3 189 178 13x150 50 90 13x150 8,0

IV 4 169 13x150 50 85 13x150 8,2

7,6 191 174 13x150 50 90 13x150 11.8

8,3 187 169 13x150 50 85 13x150 6,5

7,4 188 176 13x150 50 85 13x150

10,0 172 164 13x150 35 78 12x150 5,0

') Zugegebene Butanmenge in Gew.-%.

²) Harztemperatur am vorderen Ende des Extruders in °C.

^J) Harztemperatur am Einlaß der Düse in °C.

■*) Struktur der Rahmenform. Querschnitt, Länge (mm).

') Temperatur des in der Rahmenform zirkulierten Öls.

⁶) Querschnittsfläche des Formrahmens in mm.

') Expansions- bzw. Verschäumungsverhältnis.

⁸) ein Polypropylen, das einen Schmelzindex von 03 (ASTM D-1238), eine Wärmeverformungstemperatur von 120 bis 130"C(ASTM D-648) und einen Vicat-Erweichungspunkt von 145bis 150⁰C(ASTM D-1525) hatte.

⁹) Rouge-Pigment.

^I0) ein Polystyrol mit einem Schmelzindex von 7,5 (ASTM D-1238). einer Wärmeverformungstemperatur von 94° C (JlS

K-6871) und einem Vicat-Erweichungspunkt von 97⁰C(ASTM D-i525). ") ein Polymethylmethacrylat mit einem Schmelzindex von 0,5 (ASTM D-1238), einer Wärmeverformungstemperatur von

92° C (ASTM D-648) und einem Vicat-Erweichungspunkt von 120° C (ASTM D-1525). ¹²) Polyäthylen mit hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,04 (ASTM D-1238) und einem Vicat-Erweichungspunkt von

124"C(ASTM D-1525).
^u) Polycarbonat mit einer Wärmeverformungstemperatur von 134 bis 14O⁰C(ASTM D-648).

¹⁴) ein Äthylen/Propylen-Copolymerisat mit einem Äthylengehalt von 10 Gew.-% und einem Schmelzindex von 0,4 (ASTM D-1238),

¹⁵) ein Acrylnitril/Styrol-Copolymerisat mit einem Schmelzindex von 3,5 (ASTM D-1238). einer Wärmcverformungstcmpcratur von 94°C (JIS K-6871) und einer Vicat-Erweichungstemperatur von 94"C(JIS K-6871) und einem Vicat-Erweichungspunkt von 112⁰C(ASTM D-1525).

^lb) ein Polyamid mit einer Wärmeverformungstemperatur von 52"C(ASTM D-648).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung eines geschäumten Formkörpers mit der Struktur von Holz aus kristallinen Kunststoffen, enthaltend einen beheizbaren Extruder mit einer Auslaßdüse, einen sich in Fließrichtung des extrudierten Stranges daran anschließenden kühlbaren Rahmen, einen Freiraum, einen Aufnahmerahmen und weitere Einrichtungen zur Bearbeitung des extrudierten Stranges, wobei die Auslaßdüss zwischen je zwei Reihen von Öffnungen mindestens einen Vorsprung auf der Eintrittseite der Extrusionsmasse besitzt, gekennzeichnet durch eine Gasablaßrille (33) an der Austritfseite der Düse (3), wobei der Vorsprung (31) auf der Eintrittseite entlang den Reihen der Öffnungen (32) als kontinuierlich verlaufende, spitzwinklige

ι ο Erhebung ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Vorsprungs (31) geglättet ist.