DE3700237A1

DE3700237A1 - Co-extrusionskopf

Info

Publication number: DE3700237A1
Application number: DE19873700237
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Becker; Wilhelm Dr Ing Neubauer
Original assignee: Bekum Maschinenfabriken GmbH
Current assignee: Bekum Maschinenfabriken GmbH
Priority date: 1987-01-07
Filing date: 1987-01-07
Publication date: 1988-07-21
Also published as: ES2022284B3; US4838778A; EP0274095A2; EP0274095B1; EP0274095A3; ATE64336T1; JPS63247009A

Description

Die Erfindung betrifft einen Co-Extrusionskopf für die kontinuierliche Herstellung von als Vorformlinge in Blasformen weiter zu verarbeitenden, co-extrudierten Schläuchen aus mehreren Kunststoffschichten. Diese Schich ten schließen meist eine oder mehrere Trägerschichten, eine oder seltener mehrere Sperrschichten und zwischen diesen Haftvermittlerschichten ein. Die Schichten des Schlauches werden im Extrusionskopf in koaxial angeordne ten, ringförmigen, von zugehörigen Extrudern gespeisten Speisekanälen gebildet, die ineinander einmünden, bevor der fertige Schlauch durch eine Düse austritt. Die Erfin dung richtet sich insbesondere auf jene in der Praxis vor herrschenden Fälle, in denen die einzelnen vorgenannten Schichten unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften haben, die auf dem unterschiedlichen Zweck derselben beruhen. Die Trägerschichten sollen nämlich dem in einer Blasform hergestellten Endprodukt die erforderli che Festigkeit verleihen, während Aufgabe der Sperrschicht ist, die Diffusion von Bestandteilen des Inhalts des ge blasenen Hohlkörpers zu verhindern. Die Sperrschicht be steht meist aus einem verhältnismäßig teuren Material und soll infolgedessen möglichst dünn sein. Da diese Sperr schicht häufig nicht ohne weiteres eine zufriedenstellende Verbindung mit den Trägerschichten eingeht, ist zwischen diesen Schichten jeweils eine Haftvermittlerschicht ange ordnet, die ebenfalls verhältnismäßig dünn sein soll.

In bekannten Co-Extrusionsköpfen werden die Kunst stoffschichten schrittweise zusammengeführt, zunehmend ge meinsam transportiert und schließlich zu einem einzigen Schlauch vereinigt, der aus der Düse extrudiert wird. Bei dieser Herstellungsweise kann es zu einem unruhig struktu rierten Schlauch kommen, bei dem sogar sogenannte "Dopp lungen" zwischen benachbarten Schichten, d.h. ungewollte Vermischungen der Materialien zweier aufeinandertreffender Schichten, auftreten können.

Dem breiten Anwendungsgebiet von im Blasverfahren hergestellten Artikeln aus mehrschichtigen Vorformlingen entspricht die Vielfalt der Möglichkeiten der Anordnung und Beschaffenheit der einzelnen Schichten. Häufig kommt es darauf an, durch eine Sperrschicht die Diffusion des Inhalts oder von Teilen des Inhalts des geblasenen Hohl körpers zu verhindern, aber Anordnung und Beschaffenheit der Sperrschicht hängen auch von der Art des Stoffes ab, dessen Diffusion "gesperrt" werden soll. Daneben spielt die Festigkeit, Steifigkeit sowie selbstverständlich der Preis eine Rolle, aber auch ästethische Gesichtspunkte, z.B. der außen sichtbare Glanz können Art und Lage der Schicht oder Schichten im Schichtenverbund beeinflussen. In der Regel ist es so, daß die Sperrschicht, die bei spielsweise aus EVOH oder PA bestehen kann und die bei spielsweise aus PE oder PP bestehenden Trägerschichten un terschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen, wozu auch ihr Fließverhalten gehört. Da die Haftvermittler schicht hingegen im allgemeinen denselben molekularen Grundaufbau wie die zugehörige Trägerschicht hat, haben diese beiden Schichten ähnliche physikalische Eigenschaf ten und damit auch ein ähnliches Fließverhalten.

Bei den bisher üblichen Co-Extrusionsköpfen münden die die einzelnen Kunststoffschichten führenden Ringkanäle einzeln in einem ausgeprägten axialen Abstand voneinander in den inneren Hauptspeisekanal, z.B. in der Weise, daß sich zunächst die innere Trägerschicht mit der inneren Haftvermittlerschicht vereinigt, zu der dann die Sperr schicht hinzukommt. Bevor dann in einigem axialen Abstand die äußere Haftvermittlerschicht einmündet, wird das aus der inneren Trägerschicht, der inneren Haftvermittler schicht und der Sperrschicht bestehende Laminat über eine beträchtliche Strecke gemeinsam in dem Speisekanal geführt, wobei die innere Trägerschicht und die Sperrschicht in Kon takt mit den Begrenzungswänden des Speisekanals stehen und unterschiedlichen Fließwiderständen ausgesetzt sind. Diese führen zu starken Scherspannungen innerhalb der Schichten und zwischen den einzelnen Schichten. Diese bewirken die vorstehend angesprochenen Strukturfehler innerhalb des Schlauches und die Vermischung der aneinander angrenzenden Materialien, so daß die schließlich aus dem Schlauch her gestellten Hohlkörper eine mindere Qualität aufweisen.

Aus der US-PS 45 22 775 ist zwar ein Co-Extrusions kopf bekannt, bei dem die verschiedenen Kunststoffschich ten nicht einzeln im axialen Abstand voneinander dem inne ren Hauptspeisekanal zugeführt werden, sondern bei dem vorher die Sperrschicht und die sie einbettenden Haftver mittlerschichten zusammengeführt werden, bevor dieses La minat mit der inneren Trägerschicht vereinigt wird. Dies mag die Vereinigung der dünnen Sperrschicht und Haftver mittlerschichten mit der erheblich stärkeren Trägerschicht erleichtern, vermeidet jedoch nicht die aus dem unter schiedlichen Fließverhalten der Haftvermittlerschichten und der Sperrschicht herrührenden Strukturfehler, da auch bei diesem bekannten Co-Extrusionskopf ein aus einer Haft vermittlerschicht und einer Sperrschicht bestehendes Lami nat über eine beträchtliche Wegstrecke so in einem Speise kanal geführt wird, daß die beiden, unterschiedliche Fließ widerstände aufweisenden Schichten an den Begrenzungswän den des Speisekanals anliegen.

Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Co-Extrusionskopf der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß Strukturfehler in dem her zustellenden Schlauch, beispielsweise in Form von Vermi schungen zweier angrenzender Schichten, mit Sicherheit vermieden werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den in den An sprüchen angegebenen Mitteln.

Mit dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Co-Ex trusionskopfes wird vermieden, daß bei der Führung zusam mengesetzter Schichten unterschiedliche Fließwiderstände auftreten, die zu Scherspannungen führen könnten. Die Schicht, beispielsweise Sperrschicht, die ein anderes Fließverhalten als die anderen Schichten aufweist, bei spielsweise als die Haftvermittlerschichten, wird nach ihrem Austritt aus dem zugehörigen Speisekanal entweder unmittelbar zwischen diese beiden Haftvermittlerschichten aufgenommen, wenn die drei zugehörigen Speisekanäle eine gemeinsame Einmündung haben, oder dann, wenn aus konstruk tiven Gründen zwei getrennte Einmündungen erforderlich oder zweckmäßig sind, nach einer derart geringen Wegstrecke nach ihrer Vereinigung mit einer Haftvermittlerschicht von der zweiten Haftvermittlerschicht überdeckt, daß das unter schiedliche Fließverhalten infolge der äußerst geringen Fließstrecke keine nennenswerten Scherspannungen entwickeln kann, so daß keine Strukturfehler in dem Schlauch entste hen können.

Die Schicht abweichender Struktur und damit Fließ verhaltens, und das ist in der Regel die Sperrschicht, muß also dann, wenn sie mit weiteren Schichten zusammenkommt, von beiden Seiten gewissermaßen erfaßt und in Richtung auf die Austrittsdüse gezogen werden. Dann bekommt die in der Mitte zwischen zwei Schichten liegende Sperrschicht soz. beiseitig einen Halt und durch den Zug nach unten in Rich tung auf die Austrittsdüse verbleibt keine Zeit für das Eindringen einer ihr benachbarten Schicht.

Mit Vorteil wird ferner vorgeschlagen, daß die die Haftvermittlerschichten enthaltenden Speisekanäle im Be reich der gemeinsamen Einmündung bereits die jeweils zuge hörige Trägerschicht führen. Die Vereinigung der einen, z.B. inneren Trägerschicht und der anderen, z.B. äußeren Trägerschicht, mit der jeweils zugehörigen Haftvermittler schicht vor der gemeinsamen Einmündung bzw. den axial nahe beieinanderliegenden Einmündungen ermöglicht es, diese so nahe an der Austrittsdüse des Co-Extrusionskopfes auszu bilden, wie dies konstruktiv möglich ist. Dies hat insbe sondere dann, wenn die innere Trägerschicht und die innere Haftvermittlerschicht aus anderen Materialien bestehen als die äußere Trägerschicht und/oder ihre zugehörige Haftver mittlerschicht, und sich das innere Laminat von dem äuße ren Laminat hinsichtlich des Fließverhaltens unterschei det, den Vorteil, daß auch hinter der gemeinsamen Einmün dung bzw. den axial nahe beieinanderliegenden Einmündungen keine nennenswerten Scherspannungen innerhalb der Schich ten und zwischen den Schichten infolge der unterschiedli chen Fließwiderstände an den Begrenzungswänden entstehen können, da hierzu die verbleibende Wegstrecke bis zu Aus trittsdüse zu gering ist.

Alternativ hierzu kann es zweckmäßig sein, daß der die innere Haftvermittlerschicht enthaltende Speisekanal im Bereich der gemeinsamen Einmündung bzw. der nahe bei einanderliegenden Einmündungen bereits mit dem die innere Trägerschicht führenden Speisekanal vereinigt ist, während der die äußere Trägerschicht führende Speisekanal in Fließ richtung nachfolgend zugeführt wird. Hierdurch läßt sich die Anordnung der die Speisekanäle enthaltenden ringför migen Segmente des Co-Extrusionskopfes einfacher gestalten, da nicht alle Speisekanäle in einem Punkt zusammenlaufen. Es ist auch bekannt, in den Schichtenaufbau eines co-extru dierten Schlauches eine sog. "Abfallschicht" (auch "Rege nerat-Schicht" oder "regrind" genannt) einzubauen, d.h. eine Schicht, die aus dem entsprechend aufbereiteten Ab fall besteht, der häufig am Hals und am Boden bei der Her stellung von Hohlkörpern aus schlauchförmigen Vorformlin gen entsteht. Da der so entstandene Abfall sowohl Träger schicht- als auch Sperrschicht- wie Haftvermittlerschicht material enthält, kann die Abfallschicht als Trägerschicht oder zusätzliche Trägerschicht dienen, aber unter Umstän den auch wegen ihres in manchen Fällen genügenden Anteils an Haftvermittlerschicht eine besondere Haftvermittler schicht, zumindest zwischen dieser Abfallschicht und einer anderen Schicht, z.B. Trägerschicht, entbehrlich machen. In der Praxis kann aber das Abfallmaterial eine sehr unter schiedliche Zusammensetzung aufweisen, so daß es zweckmäßig oder auch erforderlich sein kann, ihm vor seiner Verwen dung als Schichtbildner einen gewissen Prozentsatz an Neu material beizugeben. Auch in diesem Fall des Einbaus einer Abfallschicht in den Schichtenverbund ist die Erfindung anwendbar, wofür in der Regel ein zusätzlicher Speisekanal genügt, der in der Regel zwischen innerer Trägerschicht und innerer Haftvermittlerschicht und/oder äußerer Träger schicht und äußerer Haftvermittlerschicht anzuordnen ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an einigen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, aus denen sich auch weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben. Es stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den die einzelnen Schichten führenden Speisekanäle enthalten den unteren Teil eines erfindungsgemäßen Co- Extrusionskopfes;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausfüh rungsform und

Fig. 3 einen Halb-Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform in einem gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößterten Maßstab.

In Fig. 1 ist der untere Teil einer ersten Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Co-Extrusionskopfes 1 dar gestellt, der im Zusammenhang mit der Erfindung von Bedeu tung ist. Um einen mittigen Dorn 2 mit Tragspindel 3 sind ring- oder hülsenförmige Segmente 4 bis 7 angeordnet, deren Außen- und Innenwände Speisekanäle 8 bis 12 bilden, die von nicht aus der Zeichnung ersichtlichen, bekannten Herz kurven gespeist werden, in deren Anfang je ein Extruder mündet.

Es sei, weil das eine bevorzugte Schichtanordnung darstellt, nachfolgend angenommen, daß bei den beschriebe nen und dargestellten Ausführungsformen die Speisekanäle, also bei der Ausführungsform nach der Fig. 1, die Speise kanäle 8 bis 12 in der Reihenfolge ihrer Numerierung eine innere Trägerschicht, eine innere Haftvermittlerschicht, eine mittige Sperrschicht, eine äußere Haftvermittler schicht und eine äußere Trägerschicht führen. Dann mündet die in dem Speisekanal 9 geführte innere Haftvermittler schicht bei 13 in den die innere Trägerschicht führenden Speisekanal 8, während der die äußere Trägerschicht füh rende Speisekanal 12 und der die äußere Haftvermittler schicht führende Speisekanal 11 sich an der Einmündung 14 vereinigen. Das so entstandene innere Laminat, die in dem Speisekanal 10 geführte Sperrschicht und das äußere Lami nat vereinigen sich an einer gemeinsamen Einmündung 15, wo - im Querschnitt - im wesentlichen an einem Punkt die Sperrschicht zwischen die beiden Haftvermittlerschichten aufgenommen wird. Die Einmündung 15 liegt in der Nähe der Austrittsdüse 16, aus der der fertige Schlauch austritt. Da die Sperrschicht nach ihrem Austritt aus dem zugehöri gen Speisekanal 10 sofort zwischen die beiden Haftvermitt lerschichten aufgenommen wird und nach ihrer Vereinigung mit diesen nicht mehr mit einer Begrenzungswand eines Speisekanals in Berührung gerät, kann ihr abweichendes Fließverhalten mangels Berührung mit einer Begrenzungswand nicht zur Geltung kommen und keine Scherspannungen inner halb der Schichten und zwischen den einzelnen Schichten hervorrufen. Anstelle einer Trägerschicht oder zusätzlich zu einer solchen kann auch eine Abfallschicht eingesetzt werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung mündet zunächst der die innere Haftvermittler schicht führende Speisekanal 17 bei 18 in den die innere Trägerschicht führenden Speisekanal 19. Die in den Speise kanälen 20 und 21 geführte Sperrschicht und äußere Haft vermittlerschicht werden an Einmündungen 22 und 23 dem inneren Laminat zugeführt, wobei die Einmündungen 22 und 23 so nahe beieinanderliegen, daß sich das unterschiedli che Fließverhalten der Sperrschicht und der inneren Trä gerschicht während der kurzen Fließstrecke bis zur Einmün dung 23, an der die Sperrschicht von der äußeren Haftver mittlerschicht überdeckt wird, nicht bemerkbar machen kann. Der Speisekanal 24 führt anschließend die äußere Träger schicht zu, so daß der herzustellende Schlauch kurz vor Austritt aus der Düse 16 fertiggestellt ist.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 werden die einen gleichen oder annähernd gleichen moleku laren Grundaufbau aufweisenden Schichten, also die in den Kanälen 12 und 11 bzw. 21 und 22 gebildeten Schichten in verhältnismäßig großem axialem Abstand von den anderen Schichten gleichen oder annähernd gleichen molekularen Grundaufbaus gebildet. Wenn man die Kanäle derart im Kopf verteilt, kann man die verschiedenen Extruder ohne gegen seitige Behinderung und so, daß man an sie auch gut heran kommt, über die Höhe des Kopfes verteilen. Man kann aber auch durch eine geeignete Ausbildung der Herzkurven errei chen, daß die Extruder über die Höhe des Kopfes einen ge nügenden axialen Abstand aufweisen und die unteren Einmün dungen 25 bis 29 derselben in die Kanäle 30 bis 34 in der Höhe verhältnismäßig dicht beeinanderliegen, wie das Fig. 3 veranschaulicht. Dadurch werden wesentlich kürzere Fließ strecken und auch Zusammenfließstrecken, z.B. zwischen den Kanälen 30 und 31 für die äußere Trägerschicht und Haft vermittlerschicht erzielt. Auch in diesem Falle wird das aus den Schichten in den Kanälen 30, 31 und 32 mit der innen liegenden Sperrschicht gebildete Laminat im Endteil des Kanals 33 nur eine sehr kurze Wegstrecke 35 geführt, bis die Sperrschicht auf der Innenseite von dem Laminat aus den Schichten 33 und 34 bedeckt und abwärts geführt wird.

Allen dargestellten und beschriebenen Ausführungs formen der Erfindung ist gemeinsam, daß die Schicht (oder Schichten), die ein anderes Fließverhalten als die übrigen Schichten aufweist, nicht oder nur über eine vernachlässig bar kurze Strecke in der Weise im Verbund mit anderen Schichten transportiert wird, daß sie in Berührung mit einem Wandabschnitt eines Speisekanals steht. Dies hat zur Folge, daß bei allen stufenweise ausgebildeten Laminaten die Entstehung von nennenswerten Scherspannungen in einzel nen Schichten und zwischen den Schichten vermieden ist, so daß der schließlich ausgebildete Schlauch vollkommen frei vom Strukturfehlern ist.

Je weniger Strukturfehler, insbesondere die sog. "Dopplung", aber im Schichtaufbau, und dies insbesondere innerhalb der Sperrschicht und Haftvermittlerschichten, zu befürchten sind, desto dünner können diese Schichten aus gebildet werden, was allgemein angestrebt wird.

Bezugszeichenaufstellung: Fig. 1
1 Co-Extrusionskopf
2 Dorn
3 Tragspindel
4 ringförmiges Segment
5 ringförmiges Segment
6 ringförmiges Segment
7 ringförmiges Segment
8 Speisekanal (z. B. für innere Trägerschicht)
9 Speisekanal (z. B. für innere Haftvermittlersch.)
10 Speisekanal (z. B. für Sperrschicht)
11 Speisekanal (z. B. für äußere Haftvermittlersch.)
12 Speisekanal (z. B. für äußere Trägerschicht)
13 Einmündung
14 Einmündung
15 gemeinsame Einmündung
16 Austrittsdüse
Fig. 2
17 Speisekanal (für innere Haftvermittlerschicht)
18 Einmündung
19 Speisekanal (für innere Trägerschicht)
20 Speisekanal (für Sperrschicht)
21 Speisekanal (für äußere Haftvermittlerschicht)
22 Einmündung
23 Einmündung
24 Speisekanal (für äußere Trägerschicht)
Fig. 3
25 (Herzkurven)-Einmündung
26 (Herzkurven)-Einmündung
27 (Herzkurven)-Einmündung
28 (Herzkurven)-Einmündung
29 (Herzkurven)-Einmündung
30 Speisekanal (für äußere Trägerschicht)
31 Speisekanal (für innere Haftvermittlerschicht)
32 Speisekanal (für Sperrschicht)
33 Speisekanal (für innere Haftvermittlerschicht)
34 Speisekanal (für äußere Trägerschicht)
35 gemeinsame Wegstrecke

Claims

1. Co-Extrusionskopf für die kontinuierliche Herstel lung von als Vorformlinge in Blasformen weiter zu verar beitenden, co-extrudierten Schläuchen aus mehreren Kunst stoffschichten, die mindestens eine oder mehrere Träger schichten, meist eine Sperrschicht und zwischen diesen Haftvermittlerschichten aufweisen, mit koaxial angeordne ten, die von zugehörigen Extrudern eingespeisten Kunst stoffschichten führenden, ringförmigen Speisekanälen, die, die Schichten des Schlauches bildend, ineinander einmünden, bevor der fertige Schlauch durch eine Düse austritt, da durch gekennzeichnet, daß der oder die Speise kanäle für eine oder mehrere, im molekularen Aufbau und ihrem Fließverhalten gegenüber den übrigen Schichten ab weichenden Schichten und die Speisekanäle für je eine beid seitig angrenzende Schicht, sich an einer gemeinsamen Ein mündung oder an getrennten, jedoch axial nahe beieinander liegenden Einmündungen vereinigen.

2. Co-Extrusionskopf nach dem Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der die innere Haftvermittler schicht enthaltende Speisekanal (9, 17, 33), der ausschließ lich die Sperrschicht führende Speisekanal (10, 20, 32) und der die äußere Haftvermittlerschicht enthaltende Speiseka nal (11, 21, 31) sich an einer gemeinsamen Einmündung (15) oder an zwei getrennten, jedoch axial nahe beieinanderlie genden Einmündungen (22, 23) vereinigen.

3. Co-Extrusionskopf nach dem Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die die innere und die äußere Haftvermittlerschicht enthaltenden Speisekanäle (9, 11) im Bereich der gemeinsamen Einmündung (15) ferner bereits die jeweils zugehörige Trägerschicht führen.

4. Co-Extrusionskopf nach dem Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der die innere Haftvermittler schicht enthaltende Speisekanal (17) im Bereich der gemein samen Einmündung bzw. der nahe beieinanderliegenden Ein mündungen (22, 23) bereits mit dem die innere Trägerschicht führenden Speisekanal (19) vereinigt ist, während der die äußere Trägerschicht führende Speisekanal (24) in Fließ richtung nachfolgend zugeführt wird.

5. Co-Extrusionskopf nach den Ansprüchen 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Ein mündung (15) oder die nahe beieinanderliegenden Einmündun gen (22, 23) in Nähe der Austrittsdüse (16) liegen.

6. Co-Extrusionskopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, ge kennzeichnet durch mindestens einen zusätzlichen Speisekanal für eine Abfallschicht zwischen der inneren Trägerschicht (8, 19, 34) und der inneren Haftvermittler schicht (9, 17, 33) und/oder der äußeren Trägerschicht (12, 30) und der äußeren Haftvermittlerschicht (11, 21, 31).