DE2450818B2

DE2450818B2 - Verfahren zum Abkühlen der äußeren Oberfläche eines rohrförmigen Stranges vor dessen Blasformung

Info

Publication number: DE2450818B2
Application number: DE2450818A
Authority: DE
Inventors: Frederic Neil Garden City Hertfordshire Cogswell (Grossbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1973-10-26
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1979-06-21
Also published as: AU475560B2; JPS5074665A; ATA863874A; AT353474B; SE410289B; ES431364A1; FR2248922B1; NL7413593A; ZA746448B; JPS5620174B2; AU7423874A; FR2248922A1; DE2450818A1; US3980744A; BE821567A; SE7413416L; NL182459C; DE2450818C3; GB1487323A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abkühlen der äußeren Oberfläche eines rohrförmigen Stranges aus thermoplastischem Kunststoff vor dessen Blasformung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von hohlen Gegenständen durch Blasformung wird durch Strangpressen ein rolirförmiger Kumtstoffstrang bzw. •Vorformling erzeugt, wird der Kunst stoff strang in geeigneten Abstände! abgeschlossen, indem die geschmolzenen Seiten des Stranges so zusammengequetscht werden, daß sie verschweißen, und wird das abgeschlossene LängsstUck des Stranges in einer Blasform aufgeblasen, um den Gegenstand zu formen.

Da die Seiten des Stranges ausreichend schmelzflüssig sein müssen, um zu verschweißen, hat der Strang die Neigung, sich unter seinem eigenen Gewicht zu verformen, während er aus der Strangpresse austritt

s Beispielsweise hat ein senkrecht stranggepreßter

Strang die Neigung, sich in die Länge zu ziehen und an

seinem oberen, d.h. später stranggepreßten Ende allmählich dünner zu werden.

Diese Verformung tritt besonders bei der Herstellung

ίο von großen Fonnteilen auf, bei denen möglicherweise die später stranggepreßte, thermoplastische Schmelze ein beträchtliches Gewicht des Vorformlings tragen muß und bei denen das Strangpressen aus einer Schneckenstrangpresse möglicherweise so langsam sein kann, daß das Gewicht des Vorformlings während einer übermäßig iangen Zeitdauer ausgehalten werden muß. Um diese Verformung zu vermindern, werden große Vorformlinge gewöhnlich unter Verwendung von Zweistufenanlagen hergestellt, die mit einer in einen Speicher arbeitenden Schneckeratufe versehen sind, dem eine Stufe mit Prcßkolben folgt, so daB es möglich ist, das Strangpressen des Vorformlings schnell durchzuführen. Eine weitere Abhilfe besteht darin, die Vorformlinge aus Schmelzen mit sehr hoher Zähigkeit strangzupressen, obwohl solche Schmelzen for einig? Materialien, bspw. Nylon, überhaupt nicht verfügbar sind. Zweistufenanlagen und die Verwendung von Materialien mit sehr hoher Zähigkeit führen jedoch zu hohen Maschinenkosten, hohem Bearbeitungsenergie bedarf und hohen Materialkosten, da die Kosten der besonderen Materialien mit sehr hoher Zähigkeit in der Regel höher als die üblicher Spritzgießqualitäten mit niedriger Zähigkeit sind. Eine andere Möglichkeit zur Oberwindung dieser Schwierigkeiten bestand darin, eine Kalibrierdüse einzusetzen, wobei eingeschlossenes Gas benutzt wird., um den Vorformling gegen die Oberfläche der Düse zu drücken. Um zu ermöglichen, daß die Gegenstände blasgeiormt werden, während das Stützgas eingeschlossen wirti, muß jedoch eine kompii-

♦o zierte und teure Abziehvorrichtung benutzt werden.

Aus der OE-PS 310 444 ist ein Verfahren zum Abkühlen der äußeren Oberfläche eines rohrförmigen Stranges aus thermoplastischem Kunststoff vor dessen Blasformung bekannt, wobei der Strang aus einer ringförmigen Düse zwischen der Innenwand einer Strangpreßeinrichtung und der Außenwand eines zentral angeordneten Domes ausgepreßt und in geeigneten Abständen gequetscht wird. Bei diesem Verfahren dient als Kühlmedium ζ. B. auf den

so Vorformling aufgeblasene Druckluft oder eine auf den Vorformling aufgesprühte Flüssigkeit. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zwischen der Strangpreßeinrichtung! und der Blasform ein besonderes Kühlelernent vorgesehen werden muß. Aus der DE-OS 14 /9 (M5 ist es bekannt, einen rohrförmigen Sirang mit mehreren Schichten auszupressen und in geeigneten Abständen zu quetschen.

Aus der DE-OS 2031 585 ist us bekannt, einen Dorn tu beheizen, der dazu dient, durch Spritzgießen gebildete Vorformlinge in eine Blasform einzubringen,

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Abkühlen der äußeren Oberfläche eines rohrförmigen Stranges aus thermoplastischem Kunststoff vor dessen Blasformung, bei dem vermieden wird, daß sich der aus

es einer Strangpresse austretende, rohrförmig« Strang unter seinem eigenen Gewicht verformt, bei dem Zweistufenanlagen und die Verwendung von Materialien mit sehr hoher Zähigkeit vermieden werden und bei

dem es nicht notwendig ist, teure, zusätzliche Vorrichtungen oder besondere Kühlelemente zwischen der Strangpresse und der Blasform vorzusehen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der StrangpreBeinrichtung zwischen deren Innenwand und der Außenfläche des Stranges eine Schmierflüssigkeit unter Druck zugeführt und gleichzeitig mit dem Kunststoffmaterial ausgepreßt wird, wobei die Schmierflüssigkeit eine niedrigere Gefriertemperatur hat als das Kunststoffmaterial, und daß die Schmierflüssigkeit und. die Außenfläche des Kunststoi'naterials während ihres Durchgangs durch die Strangpreßeinrichtung bis auf eine Temperatur abgekühlt werden, die niedriger ist als die Gefriertemperatur des Kunststoffmaterials, aber höher ist als die Gefrierte-uperatur der Schmierflüssigkeit, v/obei jedoch die Innenfläche des Kunststoffmaterials in einem Schmelzzustand gehalten wird.

Obwohl während des Strangpressens die dafür aufzuwendende Energie bei erfindnngsgemaßar Kühlung für das gleiche Material größer als ohne Kühlung ist, kann der Energiebedarf beträchtlich niedriger als für das Strangprsssen von rohrförmigen Strängen sein, tei denen eine gleichwertige Abstützung durch die Verwendung von Schmelzen mit sehr hoher Zähigkeit erreicht wird. Da ferner bei den üblichen Spritzgießqualitäten von Polymeren mit niedriger Zähigkeit durch das erfindungsgeir.äBe Verfahren eine äußere Schiebt in einen gummiartigen Zustand abgekühlt werden kann, so daß diese Schicht ausreichend fest ist, um das Gewicht des Stranges zu tragen, ist es nicht mehr notwendig. Polymere mit sehr hoher Zähigkeit zu verwenden, so daß diese teueren Materialien vermieden werden können. Ferner können Investitionskosten vermieden werden, da das Pressen des rohrförmigen Stranges erfindungsgemäß in einer einzigen Stufe aus einer normalen Schneckenstrangpresse erfolgen kann. Die Hinzufügung eines Sammlers und einer Kolbenstrangpresse ist nicnt erforderlich, wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner ohne eine Abzieheinrichtung, die erforderlich ist, wenn mit in eine Kalibrierdüse geblasenen Strangpießlingen gearbeitet wird, durchgeführt werden, da es aufgrund des Vorhandenseins des Do?nes beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, die gesamte für das Strangpressen erforderliche Leistung dadurch zu erhalten, daß das geschmolzene Material unter Druck auf das Eintrittsende der Strangpreßeinrichtung aufgebracht wird. Daher können die durch eine solche Abziehvorrichtung bedingten Kosten und Erschwernisse vermieden werden. Da für einen wirksamen Betrieb keine Abziehvorrichtung erforderlich ist, kaan ferner das Gerät zur Durchführung des crfindungsgemäüen Verfahrens für die Herstellung des Stranges als selbständige Einheit an bestehende Strangpreßanlagen angefügt werden, wobei in der Regel nur äußerst geringe Abwandtungen dieser Anlägen erforderlich sind.

Weitere Vorteile, die dutch geeignete Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden können, sind z. B. kürzere Taktzeiten, da aufgrund der Abkühlung wahrend des StrangpreDschrittes beim Schritt der Blasformung weniger Wärme abge'Mrt zu werden braucht Bc^:m fertigen Gegenstand können besser« physikalische Eigenschaften durch Orientierung erreicht werden, die gewöhnlich in Richtung des StrsncDrcssens auftritt. Ferner kann dadurch, daß mittels einer geeigneten Schmierflüssigkeit eine Schicht gebildet wird, die nach der Formung von dem geformten Hohlkörper entfernt werden kann, eine Blasform mit schlechter Oberflächengüte benutzt werden, da kleinere Ungenauigkeiten gewöhnlich über die Dicke der äußeren Schicht verlorengehen, so daß die Oberfläche des darunter liegenden thermoplastischen Materials glänzend bleibt

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit von

ίο besonderem Nutzen bei der Herstellung von gro3en, hohlen Gegenständen durch Blasformverfahren, und es ist besonders geeignet für Polypropylen, da es die Verwendung gewöhnlicher Spritzgießqualitäten statt der teureren Qualitäten mit hoher Zähigkeit ermöglicht, wobei Polypropylen ein Material ist, das sich durch seine mechanischen Eigenschaften besonders für große Formteile eignet. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders günstig anwendbar bei der Herstellung von großen Formteilen aus Polyamid 6, das in der Regel nicht in Qualitäten nir hoher Zähigkeit verfügbar ist, da fur das ernndungsgem' 3e Verfahren gegenwärtig bspw. für Spritzgießen verfügbare Qualitäten benutzt werden können.
Thermoplastische, polymere Materialien liegen normalerw« ise je nach der Temperatur in einem von drei unterscheidbaren Zuständen vor. Bei niedrigen Temperaturen werden sie starre Festkörper und sind mechanisch brauchbar. Bei höheren Temperaturen werden sie zu fließfähigen Flüssigkeiten und können in

so diesem Zustand bspw. spritzgegossen werden. Zwischen diesen zwei Zuständen liegt der dritte Zustand, in dem das Materia) einen gummiartigen Aufbau hat; in diesem Zustand können bspw. Bögen des Materials einer Vakuumveri'ormung unterzogen werden. Wenn ein Material im geschmolzenen Zustand unter seine Gefriertemperatur abgekühlt wird, geht e* in seinen gummiartigen Zustand über, in dem c-s gegen Verformungen widerstandsfähiger ist als in seinen, geschmolzenen Zustand, und zwar unabhängig davon, wie zäh es im geschmolzenen Zustand ist. Wenn daher die äußere Schuht des Stranges unter seine Gefriertemperatiir abgekühlt wird, wird er gegen Verformungen widerstandsfähiger, selbst wenn er das Gewicht einer beträchtlichen Länge des stranggepreßten Materials tragen muß. Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Innenfläche des Stranges geschmolzen gehalten wird, können jedoch die Enden des rohrförmigen Stranges noch durch Zusammenquetschen der Seiten abgeschlossen werden.

5i) Bestimmte thermoplastische Materialien, wie bspw. Polyolefine, Polyamide und Polyethylenterephthalat, können teilweise kristallin werden, wenn sie bis in ihren gi»mrr 'artigen Zustand abgekühlt werden, und schon ein geringes Ausmaß an Kristaliinität kann ausreichend sein, das Material beträchtlich fester zu. machen. Andere. Materialien, bspw. handelsübliches Poiymethylmethacrylat, Polystyrol und Acrylnitril-Styro'-Copoiymerisate, haben Zähigloeiten, die sehr temperaturempfindlich sind; und obwohl keine Kristallisation erfolgt wird das Material bot ungefähr 140" C bis 160⁶C so zäh, daß es wie ein gummiartiger Festkörper erschein*. Andere Materialien, bspw. Polycarbonate und Polysulfone, verhalten sich ähnlich, allerdings bei höheren Temperaturen im Bereich von 200° C.

Obwohl die meisten Materialien einen bestimmten Schme 'tp'inkt bzw. Bereich haben, unterhalb dessert sie gefrieren, wenn sie unbegrenzt lange darunter gebalten werden, kann man ?inize Materialien, wenn sie schnell

abgekühlt werden, bis zu einer Gefriertemperatur, die niedriger als der Schmelzpunkt ist, unterkühlen, bevor eine Verfestigung auftritt. Wenn sich jedoch das Material während der Abkühlung unter Spannung befindet, kann dies eine Kristallisation bei einer Temperatur auslösen, die höher ist als die Kristallisationstemperatur beim Fehlen einer Beanspruchung. Bei Üblichen Bearbeitungsbedingungen können sowohl hohe Beanspruchung als auch schnelle Abkühlung vorliegen. Somit hängt die Gefriertemperatur von den jeweils herrschenden Bedingungen und deren Zeitdauer ab.

Das Ausmaß der Kühlung, die erforderlich ist, um eine nennenswerte Verformung des Stranges zu verhindern, hängt vom verwendeten thermoplastischen Material, der Konstruktion der Strangpreßeinrichtung, der tatsächlichen Temperaturverminderung und der Kühldauer ab. Ferner hängt das Ausmaß der zulässigen Kühlung bei jedem bestimmten Anwendungsfall von den Anforderungen des nachfolgenden Blasformschrittes ab. Einerseits erzeugt eine sehr geringe Kühlung einen sehr gelingen Verformungswiderstand, und andererseits kann, wenn der Strang ausreichend dickwandig ist und während einer ausreichend langen Zeit, die zum Gefrieren einer ausreichend dicken Schicht reicht, auf eine ausreichend niedrige Temperatur abgekühlt wurde, ein Strang erzeugt werden, der so starr ist, daß er nicht mehr geformt werden kann. Dieser letztgenannte Zustand liegt außerhalb des Bereichs der Erfindung, weil es in diesem Fall nicht möglich ist, die abschließenden Verfahrensschritte durchzuführen. Obwohl somit die optimalen Strangpreßbedingungen aufgrund der Tatsache, daß sie durch die konkrete Anwendung und das tatsächlich benutzte Gerät bestimmt sind, hier nicht für jeden einzelnen Anwendungsfall angegeben werden können, kann das optimale Ausmaß der Kühlung leicht durch einfache Versuche bestimmt werden, bei denen der .Strang gerade unterhalb seiner Gefriertemperatur abgekühlt wird und die Kühlung bspw. durch Absenken der Temperatur der Strangpreßeinrichtung oder längere Vsrweilzeit verstärkt wird, bis der Verformungswiderstand im Hinblick auf sämtliche Anforderungen des konkreten Anwendungsfalls optimal ist. Beispiele der für einen Bereich thermoplastischer Materialien geeigneten Bedingungen werden im folgenden zur Erläuterung angegeben.

Wenn geschmolzenes, polymeres Material an der Innenwand einer Strangpreßeinrichtung abgekühlt und verfestigt wird, neigt es dazu, an dieser zu haften, sofern die Innenwand der Strangpreßeinrichtung nicht geeignet geschmiert ist Beim erfindungsgem&ßen Verfahren wird zur Schmierung der Strangpreßeinrichtung zwischen der Strangpreßeinrichtung und der Außenfläche des polymeren Materials, das gekühlt wird, gleichzeitig eine Flüssigkeit ausgepreßt, die eine niedrigere Gefriertemperatur als das thermoplastische Material hat, wobei die Flüssigkeit aus der Strangpreßeinrichtung mit einer Temperatur oberhalb ihrer Gefriertemperatur austritt, so daß die Flüssigkeit für die Schmierung der Strangpreßeinrichtung sorgt Die Flüssigkeit sorgt nicht nur für eine wirksame Schmierung zwischen dem gefrierenden, thermoplastischen Material und der Strangpreßeinrichtung, sondern in der Regel auch für einen guten thermischen Kontakt zwischem dem gefrorenen Strang und der Oberfläche der Strangpreßcinrichtuisg. Dies wiederum ermöglicht in zweckmäßiger Weise, daß kurze Strangpreßeinrichtungen verwendet werden. Damit während des Strangpressens stabile Zustände herrschen, wird vorgezogen, daß die Zähigkeit der Schmierflüssigkeit größer als die Zähigkeit des thermoplastischen Materials vor seinem Gefrieren ist, obwohl ihr Schmelzpunkt niedriger liegt. Wenn die Schmierflüssigkeit eine niedrigere Zähigkeit als die thermoplastische Schmelze hat, kann die Gefahr bestehen, daß die Hauptströmung der thermoplastischen Schmelze in die Einspeisung für die Schmierflüssigkeit eindringt. Dadurch wird jedoch nicht grundsätzlieh die Verwendung einer Schmierflüssigkeit mit niedrigerer Zähigkeit ausgeschlossen. Ferner ist bei Verwendung von Schmierflüssigkeiten mit sehr niedriger Zähigkeit die Wahrscheinlichkci! größer, daß Schwierigkeiten bei der Verhinderung von Leckage in

π den Zufuhrleitungen auftreten.

Bei Bedarf kann die Schmierflüssigkeit ihrerseits ein zweites polymeres Material sein, dar- flüssig bleibt, solange es sich innerhalb der Slrangpreßeinrichtung befindet, und das beim Verlassen der Strangpreßeinrichtung härtet und als Film auf der verfestigten Schicht des thermoplastischen Materials getragen wird. Ein solcher Film kann eine besondere Oberfläche ergeben, die bspw. glänzend, antistatisch, gefärbt oder bedruckbar ist. Bspw. kann ein Polypropylenbehälter mii einer Schicht aus niedriger schmelzendem Äthyien-Vinylacetat-Copolymerisat hergestellt werden, wobei die Strangpreßeinrichtung während des Strangpressens auf einer Temperatur zwischen der Gefriertemperatur der Haupteinspeisung aus Polypropylen (ungefähr 120"C)

jo und dem Schmelzpunkt der Schmierllüssigkeitseinspeisung aus Äthylen-Vinylacetat-Copolyrnerisat (ungefähr 80⁰C) gehalten wird, in der Regel kann die Sc'nmierflüssigkeitseinspeisung wesentlich geringer als die Haupteinspeisung sein, solange die Flüssigkeitsrrienge aus-

J5 reicht, für eine kontinuierliche Schmierschicht zu sorgen. Diese grundsätzliche Aussage schließt jedoch nicht die Verwendung einer dickeren Schmierflüssigkeitseinspeisung aus, sofern dies für einen bestimmten Zweck beim fertigen Gegenstand erforderlich ist.

Geschichtete Stränge können dadurch erzeugt werden, daß gleichzeitig zwei oder mehr verträgliche Zusammensetzungen als thermoplastisches Material stranggepreßt werden, wobei »verträglich« bedeutei, daß die Zusammensetzungen aneinander haften, wenn

4S der Schichtstoff abgekühlt wird. Die Auswahl der verwendeten Zusammensetzungen hängt grundsätzlich von der Kombination der gewünschten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften für den Gegenstand ab. Die Verwendung zweier verschiedener thermoplastischer Zusammensetzungen kann jedoch auch von Nutzen sein, wenn es wünschenswert i«· den Dorn zu kühlen, und zwar entweder, um so viel Wärme wie möglich vom Material abzuführen, bevor es die Strangpreßeinrichtung verläßt, oder um die gesamte äußere thermoplastische Zusammensetzung unter ihren Gefrierpunkt zu kühlen, d. h. die Schicht aus thermoplastischen Zusammensetzungen, die von der umgebenden Strangpreßeinrichtung durch eine SchmierflüEsigkeit und vom Dorn durch andere thermoplastische Zusammensetzungen im flüssigen Zustand getrennt ist. In diesen beiden Fällen muß die innere Schicht einen so niedrigen Gefrierpunkt haben, daß sie sowohl die Aufgabe eines Schmiermitteis zwischen der sich verfestigenden äußeren Schicht und dem kühlen Dom als auch die Aufgabe erfüllt, die Seiten miteinander zu verschweißen, damit die einzelnen Längsstücke des rohrförmigen Stranges geschlossen werden.
Zusätzlich zur Aufgabe der Formung der inneren

Höhlung des rohrförmigen Stranges hat der Dorn bei der Erfindung die wichtige Aufgabe, die Temperatur der Innenfläche des Materials bei dessen Durchgang durch die Strangpreßeinrichtung zu regulieren. Grundsätzlich wird vorgezogen, den Dorn durch eine innerhalb des Domes angeordnete Heizung auf einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes des angrenzenden thermoplastischen Matertals zu halten. Es hat sich gezeigt, daß dies für größere Stabilität der Bedingungen während des Strangpressens sorgt und bei geeigneter Einstellung ferner ermöglicht, daß die Strangpresse angehalten wird, während das thermoplastische Material in der Strangpresse bleibt, ohne daß das Material vollständig durchfriert und die Strangpresse blockiert.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Das Gerät ist eine flüssiggeschmierte Strangpreßeinrichtung zum Extrudieren von Strängen mit gegen Verformung widerstandsfähigen äußeren Oberfläche, und die einzige Zeichnung ist ein verkürzter, schematischer Schnitt durch das Arbeitsende der Si rangpreßeinrichtung.

Das dargestellte Gerat umfaßt eine Strangpreßeinrichtung 1 mit einer zylindrischen Innenwand 2 mit einem Durchmesser von 30 mm und einen koaxialen Dorn 3 mit einem Durchmesser von 28 mm, was zu einer ringförmigen Düse von 1 mm Abstand zwischen dem Dorn 3 und der Innenwand 2 der Strangpreßeinrichtung 1 führ* Innerhalb des Domes 3 befindet sich eine Heizpatrone 4, und über einen Teil der Länge der Strangpreßeinrichtung 1 erstreckt sich ein ringförmiger Isolationsabschnitt 5, der die Strangpreßeinrichtung 1 in zwei Zonen A und S mit getrennten, nicht dargestellten Wärmeaustauschsystemen unterteilt, die im wesentlichen durch den Isolationsabschnitt 5 gegeneinander isoliert sind. Die Länge der Zone B beträgt ungefähr 5 cm. In Zone A befindet sich ein ringförmiger Einlaß 6, der in Verbindung mit einem axialen Ringkanal 7 steht, der von der ringförmigen Düse gebildet wird. Während des Betriebes wird geschmolzenes, thermoplastisches Material 8 durch den axialen Ringkanal 7 gedrückt, und Schmierflüssigkeit 9 wird durch den ringförmigen Einlaß 6 zugemessen, so daß die äußere Oberfläche des thermoplastischen Materials von der Innenwand 2 der Strangpreßeinrichtung 1 getrennt wird. Zone A ist eine heiße Zone, in der die Temperatur der Strangpreßeinrichtung 1 im wesentlichen gleich der Temperatur des eintretenden, geschmolzenen, thermoplastischen Materials ist, wogegen die Zone B unter die Gefriertemperatur des Materials abgekühlt ist, wobei ihre Temperatur allerdings oberhalb des Schmelzpunktes der Schmierflüssigkeit 9 liegt, so daß eine steife Haut 10 um den im übrigen noch geschmolzenen, rohrförmigen Strang gebildet wird. Dies ist in den folgenden Beispielen 1 bis 12 ausführlicher erläutert, die den Einsatz des beschriebenen Gerätes für bestimmte Materialien erläutern, wobei Beispiel 13 einen Vergleich liefert In sämtlichen Fällen wurde der Schmelzflußindex (MFl) nach ASTM D 65 T gemessen, und um die Wirksamkeit des Verfahrens zu demonstrieren, wurden durchweg normale Spritzgießqualitäten mit niedriger Zähigkeit benutzt.

Beispiel 1

Das beschriebene Gerät war am Auslaß einer herkömmlichen, nicht dargestellten Strangpresse befestigt. Polypropylenschmelze (MFI 230° C/2 kg = 3) wurde von der Strangpresse bei 210⁰C mit einem Druck geliefert, der ausreichte, eine lineare Strangpreßgeschwindigkeit von ungefähr 5 cms-' durch das Gerät zu erzeugen. Als Schmierflüssigkeil 9 wurde Glycerin benutzt, und dieses wurde durch den ringförmigen Einlaß 6 in einer Menge von ungefähr 3% des gesamten Volumendurchsatzes in das Gerät eingespeist. Der Dorn 3 wurde von einer Heizpatrone 4 mit 30 W auf einer Temperatur von 210 bis 220°C gehalten, und die

ic Innenwand 2 der zv/eiten Zone B wurde auf —40°C abgekühlt. Die äußere Oberfläche des rohrförmigen Stranges mit einer Gesamtdicke von ungefähr 0,9 mm, fror zu einer Haut 10, die aufgrund theoretischer Berechnungen ungefähr 0,3 mm dick sein mußte. Der unter diesen Bedingungen für die Strangpreßgeschwindigkeit erforderliche Strangpreßdruck betrug ungefähr 7,5 · 10* N rrr ². Beim Strangpressen traten Schwierigkeiten beim Abdichten des Einlasses 6 für die Schmierflüssigkeit 9 gegen den Eintritt von Polypropylenschmelze und bei der Erzeugung eines kontinuierlichen Schmierflüssigkeitsüberzuges auf. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wird die Verwendung einer Schmierflüssigkeit 9 mit höherer Zähigkeit vorgezogen.

Beispiel 2

Zur Herstellung eines Kunststoffstranges aus Polypropylen mit einem besonders glänzenden Überzug wurde das gleiche Gerät benutzt, wobei jedoch die Bedingungen in geeigneter Weise geändert wurden.

Polypropylenschmeize (MFI 230°C/2 kg = 3) mit einer Temperatur von 210⁰C wurde bei gleichem Druck wie zuvor durch den axialen Ringkanal 7 gedruckt, wobei die gleiche Dorntemperatur benutzt wurde, jedoch das Glycerin durch ein Athylen-Vinylacetat-Copolymerisat (EVA) mit 28Gew.-% Vinylacetat und MFI 19O⁰C/ 2 kg = 400 als Schmierflüssigkeit ersetzt wurde. Wegen des höheren Schmelzpunktes des Schmierfiüssigkeitscopolymerisates wurde die kühlere Zone B lediglich auf 100°C abgekühlt. Aus theoretischen Berechnungen ergibt sich, daß unter diestn Bedingungen die Dicke der in der Strangpreßeinrichtung 1 erzeugten Haut tO lediglich ungefähr 0,1 mm betrug, und zwar bei einer Gesamtdicke ähnlich der in Beispiel 1. Anders als das Glycerin aus Beispiel 1, das mit Ausnahme der

•»5 Wiederverwendung als Schmierflüssigkeit 9 keinen weiteren Nutzen hatte, nachdem der Strang aus der Strangpreßeinrichtung ausgetreten war, härtete jedoch das Copolymerisat, das als Schmierflüssigkeit 9 gleichzeitig extrudiert wurde, nachdem es die Strangpreßeinrichtung 1 verlassen hatte, so daß es eine weitere feste Schxht bildete, die den Strang glänzend aussehen ließ.

Beispiel 3

Als thermoplastisches Material 8 wurde der Strangpreßeinrichtung Polypropylenhomopolymer mit MFI 230° C/2 kg = 12 zugeführt, und als Schmierflüssigkeit 9 wurde EVA-Copolymerisat mit 28% Vinylacetat und MFI 190° C/2 kg = 5 zugeführt Das Gewichtsverhältnis des Polypropylens zur Schmierflüssigkeit 9 betrug ⁸⁸/i2, und der gesamte Massendurchsatz betrug 113g· min-' bei 210°C, was zu einer linearen, mittleren Geschwindigkeit durch die Strangpreßeinrichtung 1 von 23 cm ■ s-¹ führte. Die Strangpreßeinrichtung 1 war auf ungefähr 100° C abgekühlt, und der Dom 3 hatte eine Temperatur von ungefähr 210°C. Der Strangpreßdruck betrug 12 - 10* Nm-².

Beim Austreten des Stranges aus der Strangpreßeinrichtung 1 schwoll dieser sichtbar auf einen Durchmes-

ser von 3.5 mm und ehe Dicke von 1,6 mm an; die Strangpreßeinriehtung 1 hatte einen Durchmesser von 30 mm und eine Spaltbreite von 1 mm. Es zeigte sich, daß der Strang sehr widerstandsfähig gegen eine Formänderung aufgrund seines Eigengewichts war; bei Rohren von 0,6 m Länge wurde kein Durchbiegen festgestellt. Hier zeigt sich ein deutlicher Unterschied zu den Ergebnissen von Beispiel 13. Die lineare Geschwindigkeit des Stranges betrug ungefähr 1,5 cm ■ s~', und zum Strangpressen des Stückes von 0,6 m Länge waren 40 Sekunden erforderlich.

Danach wurden auf diese Weise stranggepreßte Kunststoffstränge von 0,6 m Länge durch Zusammenquetschen der Wände abgeschlossen, so daß die geschmolzenen Innenflächen eine Schmelzverbindung eingingen. Danach wurden die Kunststoffstränge mit einem Aufblasverhältnis von 2 : I aufgeblasen, so daß Behälter mit einem Durchmesser von 60 mm erzeugt wurden. Dann wurde an Abschnitten der Flasche die Schicht aus EVA-Copolymerisat abgezogen und das Polypropylen im Hinblick auf eine mögliche Molekülausrichtung untersucht. Weitwinkel-Röntgenbeugung zeigte, daß die innere Schicht, die bei ungefähr 210⁰C durch Strangpressen gebildet worden war, keine nennenswerte Ausrichtung aufwies und daß sie neben der normalen «-Form des Polypropylens auch etwa Polypropylen in /?-Form enthielt, wie dies von A. Turner-Jones, J. M. Aizlewood und D. R. Beckelt in »Die Mak Chem« 75, 134, 1964 beschrieben wurde. Ein aus der Oberfläche der äußeren Schicht geschnittener dünner Abschnitt erwies sich jedoch als im wesentlichen orientiert, wobei die Orientierung hauptsächlich in Strangpreßrichtung lag. Dabei bestand eine stärkere Orientierung, als sie normalerweise bei Preßteilen aus Polypropylen festgestellt wird, wenn Qualitäten mit höherer Zähigkeit verwendet werden, um dem Durchbiegen entgegenzuwirken.

Polypropylen ist mechanisch sehr gut zur Herstellung großer geformter Gegenstände geeignet. Dieses Beispiel und ebenso die folgenden, relevanten Beispiele zeigen, daß dieses Material insbesondere im Vergleich mit dem Aufwand, der für das bisher angewendete Zweistufenverfahren erforderlich ist, äußerst einfach und mit wenig mehr zusätzlicher Maschinenausrüstung, als bei sehr kleinen Formteilen notwendig ist, geformt werden kann. Dieses Beispiel zeigt ferner den verhäitnismäß niedrigen Leistungsbedarf und das zusätzliche nützliche Merkmal der Molekularausrichtung in der Oberfläche.

Beispiel 4

In der beim vorstehenden Beispiel beschriebenen Weise wurde unter Verwendung der gleichen Materialien und der gleichen Strangpreß- und Blasformungsbedingungen eine Flasche erzeugt Nach der Formung wurde die äußere EVA-Schicht mechanisch vom Polypropylenkörper abgestreift wobei eine äußerst glatte Oberfläche übrigblieb. Ungenauigkeiten der Oberflächenbeschaffenheit der Blasform wurden auf der Oberfläche der Flasche in wesentlich geringerem Maße reproduziert, als wenn ein Strang aus Polypropylen in direktem Kontakt n:it der Oberfläche der Blasform zu einer Flasche geblasen wird.

Beispiel 5

Die Herstellung einer Flasche wurde ~.n der in Beispiel 3 beschriebenen Weise mit dem Unterschied wiederholt, daß die Schmierflüssigkeit 9 aus EVA-Copolymerisat durch ein Polyäthylen mit niedriger Dichte und MFI 190°C/2 kg = 7 ersetzt wurde. Die Zähigkeit dieser Schmierflüssigkeit 9 reichte noch aus, einen gleichmäßigen Überzug zu erzeugen, und die gefertigte Flasche hatte ein Aussehen, das dem der gemäß Beispiel 3 erzeugten Flasche ähnlich war.

Beispiel 6

ίο Bei diesem Beispie! wurde eine Schmierflüssigkeit 9 mit höherer Zähigkeit benutzt. Dieses Beispiel war eine Wiederholung des vorigen Beispiels mit der Ausnahme, daß die Schmierflüssigkeit 9 durch ein Polyäthylen geringer Dichte mit MFI 190°C/2kg = 2 ersetzt war.

is Wiederum wurde eine einwandfreie Flasche geformt, die keine sichtbare Verdünnung des später stranggepreßten Endes zeigte.

Beispiel 7

Unter den in Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen wurde ein rohrförmiger Strang erzeugt und daraus eine Flasche geblasen, jedoch wurde als thermoplastisches Kunststoffmaterial Polypropylenhomopolymer mit MFI 230°C/2 kg = 4,5 und als Schmierflüssigkeit 9 ein EVA-Copolymerisat mit 28% Vinylacetat und MFI 190°C/2 kg = 2,5 eingesetzt. Diese Stoffkombination erwies sich zur Herstellung einer gleichmäßigen Flasche unter den genannten Bedingungen ebenfalls als gut brauchbar.

Beispiel 8

Das vorherige Beispiel wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß das homopolymere, thermoplastische Material durch ein statistisch po'.ymerisiertes Polypropylen-Äthylen-Copolymerisat ersetzt wurde, wobei das Copolymerisat einen Äthylengehalt von 3 Gew.-% und einen Schinelzflußindex (MFI) von 230° C/2 kg = 2,5 hatte. Wie zuvor hatte die Flasche Wände mit gleichmäßigem Querschnitt und eine gleichmäßige Haut 10 aus dem EVA-Copolymerisat.

Beispiel 9

Bei einer Wiederholung von Beispiel 3 wurde Polyäthylen hoher Dichte statt des Polypropylens als thermoplastischer Kunststoff eingesetzt. Wiederum wurde EVA-Copolymerisat als Schmierflüssigkeit 9 verwendet, und die Strangpreßeinriehtung 1 hatte eine Temperatur von ungefähr 100⁰C, während der Dorn 3 von der Heizpatrone 4 mit 30 W erwärmt wurde. Das

so Polyäthylen hoher Dichte wurde der Strangpreßeinriehtung 1 bei 170⁰C zugeführt, und der austretende, rohrförmige Strang zeigte guten Widerstand gegen Verformung aufgrund seines Eigengewichts. Die aus diesem Strang geformten Flaschen waren den gemäß Beispiel 3 geformten sehr ähnlich.

Beispiel IO

Bei diesem Beispiel war das thermoplastische Kunststoffmaterial eine normale Spritzgießqualität von Polyamid 66, und dieses wurde der Strangpreßeinriehtung bei 290⁰C zugeführt. Die Strangpreßeinriehtung 1 war die gleiche wie bei den vorangehenden Beispielen mit der Ausnahme, daß die Heizpatrone 4 mit 30 W durch eine Heizung mit 6OW ersetzt war, und zwar wegen der höheren Gefriertemperatur des thermoplastischen Materials S. Die Strangpreßeiririchtung 1 war auf 250⁰C gekühlt, und zur Schmierung wurde eine Sekundäreinspeisung von Polyamid 6 als Schmierflüs-

sigkew bei 250°C durchgeführt. Der Stratigpreß- und Blasformvorgang wurden wiederum mit gutem Erfolg so durchgeführt, daß gute Flaschen mit gleichmäßiger Wanddicke erzeugt wurden. Es zeigte sich, daß die zwei Polyamidschichten fest miteinander verschmolzen waren.

Beispiel 11

Das Verfahren nach Beispiel 10 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß das Polyamid 6 als Schniiei flüssigkeit 9 der Sekundäreinspeisung durch Polyäthylen ersetzt wurde, das der Strangpreßeinricbtung 1 bei 150° C zugeführt wurde, wobei die Strarigpreßeinrichtung I ebenfalls auf 150"C gehalten wurde. Wie zuvor wurden gute Flaschen erzeugt, wobei jedoch die dünne Polyäthvlenschicht leicht von der Flasche aus Polyamid 66 entfernbar war.

Sowohl dieses als auch das vorangehende Beispiel zeigen, daß erfindungsgemäß große Gegenstände aus Polyamid durch Blasformen hergestellt werden können, obwohl in d»r Rcgei keine Polyamiriqualititen verfügbar sind, die ausreichend hohe Zähigkeiten der Schmelze haben, um eine übermäßige Verformung auf normalen Blasformanlagen zu verhindern.

Beispiel 12

Bei Verwendung des Gerätes gemäß Beispiel 11 mit der Heizung mit 60 W wurde Polycarbonat als Beispiel für ein amorphes Material der Strangpreßeinrichtung 1 als thermoplastisches Kunststoffmaterial 8 bei einei Temperatur von 27O°C zugeführt. Bei der verwendeten Schmierflüssigkeit 9 handelte es sich um Polymethylmethacrylat, und die Strangpreßeinrichtung 1 wurde auf 200⁰C gehalten. Die erzeugten Flaschen ließen keinerlei Durchbiegen des Kunststoffstranges erkenr :n, und die polierte Blasformoberfläche wurde gut durch die glänzende Polymethylmethacryiat-Oberfiächenhaut wiedergegeben.

Beispiel 13

Dieses Beispiel dient zum Vergleich, um die Wirksamkeit der Kühlung der äußeren Oberfläche zu demonstiieren. Es wurden das Gerät und die Materialien gemäß Beispiel 3 benutzt, wobei jedoch die Strangprcßeinrichtung 1 nicht gekühlt und somit nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet wurde. Der Durchsatz durch die Strangpreßeinrichtung 1 wurde auf gleicher Höhe gehalten·, dies erforderte jedoch die Anwendung eines niedrigeren StrangjirelS-druckes von 9 χ 10⁴Nm-². Der Strang wurde durch sein eigenes Gewicht nach unten gezogen, und bei einer Länge von 0,6 m hatte sich dnr Querschnitt auf ungefähr ein Zehntel seiner anfänglichen Fläche vermindert

Dies steht in deutlichem Gegensatz zu dem in Beispiel 3 ermittelten Ergebnis, bei dem in erfindungsgemäßer Weise gekühlt wurde und bei dem kein Durchbiegen aufgrund des Eigengewichtes auftrat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abkühlen der äußeren Oberfläche eines rohrförmigen Stranges aus thermoplastischem Kunststoff vor dessen Blasformung, wobei der Strang aus einer ringförmigen Düse zwischen der Innenwand einer Strangpreßeinrichtung und der Außenwand eines zentral angeordneten Domes ausgepreßt und in geeigneten Abständen gequetscht wird, um die heißen Innenflächen zu verschweißen und dadurch einzelne an einem Ende geschlossene Längsstücke zu bilden, die in einer geteilten Blasform zu einem Hohlkörper aufgeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strangpreßeinrichtung zwischen deren Innenwand und der Außenfläche des Stranges eine Schmierflüssigkeit unter Druck zugeführt und gleichzeitig mit dem Kunststoffmaterial ausgepreßt wird, wobei die Schmierflü.«igkeit eine niedrigere Gefriertemperatur hat als das Kunststoffmaterial, und daß die Schmierflüssigkeit und die Außenfläche des Kunststoffmaterials während ihres Durchgangs durch die Strangpreßeinrichtung bis auf eine Temperatur abgekühlt werden, die niedriger ist als die Gefriertemperatur des Kunststoffmaterials, aber höher ist als die Gefriertemperatur dtr Schmierflüssigkeit, wobei jedoch die Innenfläche des Kunststoffmateriais in einem Schmelzzustand gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähigkeit der Schmierflüssigkeit größer als die Zähigkeit des Kunststoffmaterials vor seinem Gefrieren ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ScS. lierflüssigkeit ein polymeres Material ist, das flüssig bleibt, solange es sich innerhalb der Strangpreßeinrichtung befindet, das jedoch beim Verlassen der Strangpreßeinrichtung härtet, so daß es eine Schicht auf dem rohrförmigen Strang bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht während der Formgebung in der Blasform auf der Oberfläche des Stranges belassen wird und danach vom geformten Hohlkörper entfernt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur innerhalb des in an sich bekannter Weise beheizbaren Domes höher als die Gefriertemperatur des angrenzenden thermoplastischen Kunststoffmaterials gehalten wird.