CH371588A - Verfahren und Apparat zum Kalibrieren und Abkühlen eines gespritzten Kunststoffschlauches - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Apparat zum Kalibrieren und Abkühlen eines gespritzten Kunststoffschlauches    Die vorliegende Erfindung bezieht t sich auf ein    Verfahren und einen Apparat zum Kalibrieren und Abkühlen eines gespritzten Schlauches aus Kunststoff.



   Aus vielen modernen thermoplastischen Kunststoffen werden Produkte durch Spritzen in irgendeiner Form hergestellt. Der Spritzgussprozess ist z. B. besonders wichtig für die Herstellung von Filmen. Dabei wird der Kunststoff in Form eines dünnwandigen Schlauches gespritzt, welcher, nachdem er das Spritzwerkzeug verlassen hat, mittels eines unter Druck stehenden, in dem Schlauch eingeschlossenen Gases gedehnt wird. Der Druck des eingeschlossenen Gases bewirkt eine Dehnung des Schlauches, wodurch die Wandstärke des Schlauches reduziert, und schliesslich die Breite des aus dem Schlauch erhaltenen Films vergrössert wird. Anschliessend kann der Schlauch nötigenfalls mechanisch gestreckt werden, bevor man ihn   aufsehneidet    und dadurch einen Kunststoffilm erhält.



   Es leuchtet ein, dass sich eine bessere Regulierung und Konstanz der Filmdicke   und-breite    erwirken lässt, wenn die Weite des gespritzten Schlauches genau regu  liert wird und wenn n der Film in der gewünschten    Dicke verfestigt wird. Bei einigen Kunststoffen ist es nötig und wünschbar, dass eine gewisse Länge des gespritzten Schlauches in kontinuierlicher Weise einem Kalibrier- und   Kühlprozess    unterworfen wird, wenn gleichmässig und genau geformte Erzeugnisse erhalten werden sollen.



      Während d dieses Prozesses haben viele Kunststoffe    die Tendenz, beim Durchlaufen des entsprechenden Apparats an dessen Wänden anzuhaften. Dieses Anhaften hat einen beträchtlichen Materialverschleiss zur Folge und ergibt grosse Mengen beschädigten Films und einen unrationellen Betrieb der Produktionsanlage. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Apparat zum genauen Kalibrieren von Kunststoffschläuchen zu schaffen. Das erfindungsgemässe Verfahren und der erfindungsgemässe Apparat sollen für verschiedene Kunststoffe verwendbar sein und einer grossen Anzahl von Bedingungen angepasst werden können. Das Verfahren soll ein Anhaften des Schlauches an dem Apparat verhindern und der Apparat soll schliesslich verhältnismässig einfach gebaut und sparsam im Betrieb sein.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zum Kalibrieren und Abkühlen eines   Schlauches    aus einem Kunststoff, welcher nach dem Verlassen eines Extruders mittels eines unter Druck in das Innere des Schlauches eingeführten Gases gedehnt worden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass man den noch formbaren Schlauch durch einen länglichen, starren Körper mit kreisförmigem Innenquerschnitt gleiten lässt, durch welchen die Weite des Schlauches begrenzt wird, dass man dem Schlauch durch Kühlung des Körpers Wärme entzieht, um ihn unter die Klebtemperatur des Kunststoffes abzukühlen, und dass man dafür sorgt, dass sich ein dünner Luftfilm zwischen Schlauch und Körper befindet, um ein Anhaften des Schlauches an dem Körper zu vermeiden.



   Im folgenden werden beispielsweise   AusfühFrungs-    formen eines Apparates zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben.



     In    der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise im   Schnitt,    eines typischen Extruders mit   einem    Apparat zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des Apparats,
Fig. 3 ein Schnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform dieses Apparates.



   In Fig.   1 ist    ein typischer Extruder 1, der mit in körniger Form vorliegendem Kunststoffmaterial   ge     spiesen wird, dargestellt. Die Körner werden in den Trichter 2 eingefüllt. Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Extruder kann von irgendeiner Bauart sein, wobei die Bauart von dem zu spritzenden Kunststoffmaterial abhängt. In der Fliessrichtung des Materials schliesst an den Trichter 2 eine Schnecke 3 an, welche in den Zylinder 4 hineinragt. Der Zylinder 4 kann auf eine für die Bearbeitung des Materials geeignete Temperatur erhitzt werden.



  Am Ende des Zylinders 4 befindet sich ein Filter 5, durch welches das Material, nach seiner Kompression und Schmelzung im Zylinder 4 in den Spritzkopf 6 vorrückt, welchen es, den Schlauch 8 bildend, durch die Spritzdüse 7 verlässt. Durch einen in der Spritzdüse 7 ausmündenden Kanal 9 wird Luft oder ein anderes Gas, welche unter einem kleinen Überdruck von höchstens   0,2    atü stehen, in den Schlauch 8 eingeführt.



   Der Schlauch weitet sich unter dem Druck des Gases aus. Beim Fortschreiten des Schlauches wird dessen Ausweitung durch den Innendurchmesser eines Kühl- und Kalibrierrohres 10 begrenzt. Die innere Oberfläche des Rohres 10 wird mittels eines durch den Hohlraum 11 zirkulierenden Kühlmittels auf beispielsweise   240C    abgekühlt. Das Kühlmittel tritt in den Hohlraum 11 beispielsweise durch die Einlass öffnung 12 ein und verlässt ihn durch die   Auslass-    öffnung 13. Der schlauchförmige Film 8 wird so praktisch auf die Temperatur der Innenwand des Rohres 10 abgekühlt und gleichzeitig auf den Innendurchmesser des Rohres 10 kalibriert.

   Während dieses Abkühl- und Kalibrierprozesses wird der Schlauch 8 stetig durch das Kühlrohr 10 vorgerückt, wonach er in ein   Erwännungsrohr    14 eintritt, welches auf einer Temperatur von 820   C    gehalten wird. Das Rohr 14 wird durch ein durch den Hohlraum 15 zirkulierendes Heizmedium erwärmt. Dieses tritt durch die Einlassöffnung 16 in den Hohlraum 15 ein und verlässt diesen durch die Auslassöffnung 17.



   Bei der besonderen, in Fig. 1 dargestellten Form des Apparats, die nur beispielgebend ist, rückt der Schlauch 8 aus dem   Erwärmungsrohr    14 zu den Faltrollen 18 vor. Die in Paaren angeordneten Faltrollen 18 liegen in der   Bewegungsrichtung    des Schlauches 8 immer enger   beisammen,    bis das letzte Rollenpaar den Schlauch 18 vollständig platt drückt. Dieser läuft dann durch ein Paar   Kompression oder    Klemmrollen 19 hindurch zu nicht dargestellten Aufwindrollen. Die Faltrollen 18 und die Kompressionsrollen 19 sind in einem erhitzten Ofen 20 angeordnet, in dem der Film auf einer gewünschten Temperatur, welche höher als die Übergangstemperatur zweiter Ordnung des Kunststoffs sein kann, aber unter der Klebtemperatur des Films liegen muss, gehalten wird.

   Unter der Klebtemperatur versteht man diejenige Temperatur, bei der die Filmoberflächen aneinanderzuhaften beginnen.



   Die oben genannten Temperaturen der Rohre 10 und 14 sind nur gültig für ein bestimmtes Kunstharz.



  Die Temperaturen können so gewählt werden, wie es für die Verarbeitung des betreffenden Kunstharzes jeweils am günstigsten ist. Auf alle Fälle sind diese Temperaturen niedriger als die Temperatur des den Extruder verlassenden Films zu wählen, so dass der gespritzte   Schlauch    im Verhältnis zu den Spritzbedingungen gekühlt wird.



   Beim Spritzen von Filmen aus   kristailisierbaren    Kunststoffen ist es nötig, den gespritzten Schlauch rasch bis auf eine Temperatur abzukühlen, welche unter der minimalen   Kristallisationstcmperatur    des Kunstharzes liegt. Dadurch wird eine Kristallisation vermieden und eine vollständig amorphe Beschaffenheit des Films gesichert. In diesem Fall kann es notwendig sein, den Film anschliessend auf eine Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur des Harzes zu erwärmen, so dass der Film gefaltet oder anderen Prozessen unterworfen werden kann. Dabei erwärmt man den Film natürlich auf eine Temperatur, welche etwas unterhalb der Kristallisationstemperatur und vorzugsweise auch unterhalb der Klebtemperatur des Films liegt.

   Beim Spritzen derartigen Materials wird das Rohr 10 auf sehr niedriger Temperatur gehalten, um so den gespritzten Film rasch abzukühlen. Das Rohr 14 wird auf einer etwas höheren Temperatur gehalten, welche oberhalb der Übergangstemperatur des besonderen gespritzten Kunstharzes liegt. Die Temperaturen der Rohre 10 und 14 werden je nach der Dicke des gespritzten Films, der Kristallisationstemperatur und der   Übergangstemperatur    des gespritzten Harzes gewählt.



   Beim Spritzen vieler Kunstharze ist es indessen nicht unbedingt notwendig, das gespritzte Material, wie oben beschrieben, sofort unter seine Kristallisationstemperatur abzukühlen.



   Wenn der gespritzte Kunststoff nicht der raschen Abkühlung bedarf, können die Rohre 10 und 14 auf gleicher Temperatur gehalten werden, um so den Film unter die Klebtemperatur, aber nur um so viel abzukühlen, dass er seine Formbarkeit beibehält. Es versteht sich, dass mit dem oben beschriebenen Apparat fast jede gewünschte Kombination von Temperaturen erreicht werden kann, und man hat gefunden, dass ein Temperaturbereich zwischen 15 und   930C    für praktisch alle der gegenwärtig bekannten Materialien ausreicht.



   In Fig. 2 besteht das Kalibrier- und Kühlrohr 21 aus einem rohrförmigen Körper, welcher mit geflanschten Enden 22 und 23 versehen ist, mittels denen er in geeigneter Lage zum Extruder aufgestellt werden kann. Die innere Oberfläche 24 des   Kalibrierr-    und   Kühlrohre    21 wird durch eine Reihe abwechslungsweise aufeinanderfolgender erhabener Felder 25 und Einbuchtungen 26 gebildet. Der Durchmesser der Felder 25 entspricht praktisch dem Durchmesser des fertigen Schlauches. Der Durchmesser der zwischen den Feldern 25 befindlichen Einbuchtungen 26 ist etwas grösser. Die Reihe abwechslungsweise aufeinanderfolgender Felder 25 und Einbuchtungen 26 erstreckt sich entlang der ganzen Innenwand des Rohres 24. In der Zeichnung sind die Felder 25 etwa gleich breit wie die Einbuchtungen 26.

   Das Verhältnis dieser   Breiten kann jedoch beträchtlich verändert werden, ohne dass dadurch die Funktion des Rohres in dem erfindungsgemässen Verfahren wesentlich   beeinträch-    tigt würde.



   Zwei Temperaturreguliervorrichtungen 27 und 28 umgeben das Äussere des Rohres 24. Jede dieser Vorrichtungen 27 und 28 besteht aus einer zu einer eng gewundenen, an der Aussenwand des Rohres 24 anliegenden Rohrschlange, z. B. einer solchen aus Kupfer, so dass ein durch die Rohrschlange 27 bzw.



  28 strömendes Kühlmedium, z. B. Wasser, die innere Oberfläche der Hülse 24 auf der vorbestimmten Temperatur hält. Die Rohre 27 und 28 sind in einen wärmeleitenden Zement eingebettet und davon überdeckt, um die Wärme besser zu übertragen bzw. aufzunehmen. Um die Wirksamkeit der Temperaturregulierung zu erhöhen, kann die aus Hülse 24, Rohren 27 bzw. 28 und Zement gebildete Einheit von einem Isolationsmantel (nicht gezeichnet) umgeben sein. Die Enden 29 und 30 des Rohres 27 sind an der Hülse 24 mittels Backen 31 bzw. 32 festgeklemmt. Mittels Muffen 33, 34 sind die Enden 29, 30 mit Wasserleitungen 35, 36 verbunden. Das auf die gewünschte Temperatur erwärmte Wasser fliesst durch die Leitung 35 in das Rohr 27 hinein und hindurch und verlässt das Rohr 27 durch die Leitung 36.



   In analoger Weise ist das Ende 37 des Rohres 28 mittels der Backe 32 an der Aussenseite der Hülse 24 festgeklemmt und mit einer Wasserleitung 38 verbunden, durch welche das Wasser in das Rohr 28 eintritt. Das andere Ende des Rohres 39 ist mittels der Klammer 40 befestigt und an der Wasserleitung 41 angeschlossen. Das durch das Rohr 28 fliessende Wasser entstammt vorzugsweise einer anderen Quelle als das durch das Rohr 27 fliessende Wasser, so dass die Wassertemperatur in den beiden Rohren 27, 28 und damit die Temperatur zweier aufeinanderfolgender Abschnitte des Rohres 24 verschieden und unabhängig voneinander gehalten werden kann.



   In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform eines Kühl- und Kalibrierrohres 42 dargestellt. Dieses Rohr 42 ist mit Hohlwänden versehen. Die Innenfläche des Rohres 42 wird, wie diejenige des Rohres von Fig. 2, von abwechslungsweise aufeinanderfolgenden   erha-    benen Feldern 43 und Einbuchtungen 44 gebildet.



  Eine erwärmte Flüssigkeit, z. B. Wasser, tritt durch den Einlass 46 in die Kammer 45 ein, zirkuliert durch die Kammer 45 und verlässt diese unten durch einen (nicht gezeichneten) Auslass. Um die Aufrechterhaltung verschiedener Temperaturen in verschiedenen Teilen des   Kühl- und    Kalibrierrohres zu ermöglichen, ist ein zweites Rohr mit dem ersten Rohr 42 in Serie geschaltet (vergleiche Fig. 1). Der gespritzte Schlauch durchläuft die beiden Rohre nacheinander. Durch diese Anordnung können Temperaturen in fast beliebiger Kombination aufrechterhalten werden, je nachdem es für die zu formenden Materialien erforderlich ist.



   Im Betrieb aller der oben beschriebenen Ausführungsformen von Apparaten wird der gespritzte Schlauch durch das eingeschlossene Gas praktisch bis zum Innendurchmesser des   Kühl- und    Kalibrierrohres gedehnt. In allen Fällen befindet sich die Innenfläche des Rohres auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur des das Spritzwerkzeug verlassenden Filmes, so dass der Schlauch, während er das Rohr durchläuft, abgekühlt wird. Durch das Abkühlen in dem Rohr verfestigt sich der Kunststoff bei der gewünschten Weite des Schlauches, gleichzeitig wird der Schlauch in seiner ganzen Länge auf gleicher Temperatur gehalten.



   Der Schlauch durchläuft das   Kallbrier- und      Kühl-      rohr,    ohne gezerrt zu werden oder anzuhaften. Er gleitet auf einem sehr dünnen, zwischen den erhabenen Feldern und der äusseren Oberfläche des Schlauchs befindlichen   Luftfilm,    welcher durch die in den Vertiefungen eingeschlossene Luft gespiesen wird. Dieser Luftfilm wird durch die Bewegung des Schlauches durch das   Kalibrier- und    Kühlrohr erzeugt, wobei dauernd ein Teil der in den Vertiefungen eingeschlossenen   Luft    mitgerissen und zwischen den erhabenen Feldern und dem Schlauch komprimiert wird. Durch den dünnen Luftfilm wird eine   Berüh ;    rung zwischen Kunststoffschlauch und Rohr vermieden.

   Bei geeigneter Wahl der Temperatur lässt sich der Schlauch leicht behandeln und weist gleichmässige Gestalt und Temperatur auf.



   Der Apparat zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich zum Abkühlen und Kalibrieren gespritzter Filmschläuche aus organischen,   filmbildenden    Verbindungen, wie z.   B. Athylenpoly-    meren, Vinylpolymeren und Polystyrol. Besonders gute Resultate erhält man an Schläuchen aus hochmolekularen, linearen Kondensationspolymeren, wie z. B.

   Polyamiden, Polyestern und gemischten Poly  amid ; Polyester-Verbindungen.    Der Apparat hat sich als besonders geeignet zum Behandeln von Filmschläuchen aus linearen, aromatischen Polyestern wie Polyäthylenterephthalat,   Athylenterephthalat ; Athylen-      isophthalat - Copolyestem, Äthylenterephthaiat - 2,2- bis - (4- fl - Oxyäthoxyphenyl) - prnpanterephalat - Co-    polyestern und anderen hochschmelzbaren Polyestern erwiesen. Der Apparat kann sowohl bei amorphen, nicht kristallisierbaren als auch bei hochschmelzenden, rasch kristallisierenden Kunststoffen verwendet werden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Kalibrieren und Abkühlen eines Schlauches aus Kunststoff, welcher nach dem Verlassen eines Extruders mittels eines unter Druck in das Innere des Schlauches eingeführten Gases gedehnt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass man den noch formbaren Schlauch durch einen länglichen, starren Körper mit kreisförmigem Innenquerschnitt gleiten lässt, durch welchen die Weite des Schlauches begrenzt wird, dass man dem Schlauch durch Kühlung des Körpers Wärme entzieht, um ihn unter die Klebtemperatur des Kunststoffs abzukühlen, und dass man dafür sorgt, dass sich ein Luftfilm zwischen Schlauch und Körper befindet, um ein Anhaften des Schlauches an dem Körper zu vermeiden.

   II. Apparat zur Ausführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper eine Öffnung aufweist, deren Weite der Weite des Schlauches entspricht, dass der Körper im Abstand von und fluchtend mit der Öffnung des Extruders angeordnet ist, dass die innere Oberfläche des Körpers eine Reihe kreisförmiger, erhabener Felder aufweist, deren Zwischenräume radial nach aussen eingebuchtet sind, und dass er mindestens eine Temperaturreguliervorrichtung aufweist, mittels welcher bzw. welchen der Körper auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schlauch gleichzeitig kalibriert und abkühlt, so dass der Durchmesser des Schlauches beibehalten wird.

   2. Verfahren zum Kalibrieren und Abkühlen eines Schlauchs aus einem kristallisierbaren Kunstharz, gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schlauch unter die Kristallisationstemperatur abkühlt.

   3. Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Körper auf einer Temperatur zwischen 60 und 93" C hält.

   4. Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man zwei aufeinanderfolgende Abschnitte des Körpers auf zwei verschiedenen Temperaturen hält, wobei die Temperatur des zweiten Abschnitts höher als diejenige des ersten Abschnitts, aber tiefer als die Klebtemperatur des Kunststoffs ist.

   5. Verfahren gemäss Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den ersten Abschnitt auf einer Temperatur zwischen 15 und 600 C und den zweiten Abschnitt auf einer Temperatur zwischen 71 und 93O C Wält.

   6. Verfahren gemäss Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperaturen, der beiden Abschnitte zwischen 15 und 93" C hält.

   7. Apparat gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper eine axial zu der Spritzkopföffnung des Extruders angeordnete Hülse ist.

   8. Apparat gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand aufeinanderfolgender Felder gleich der Felderbreite ist, und dass der Durchmesser der Felder gleich dem äusseren Durchmesser ist, auf den der Schlauch kalibriert werden soll.

   9. Apparat gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jede Temperaturreguliervorrichtung eine mit dem Inneren des Körpers kommunizierende Ein- und Auslassöffnung und eine mit der Ein- und Auslassöffnung in Verbindung stehende Quelle eines Temperaturreguliermediums aufweist, derart, dass das Medium in dem Körper zirkulieren kann.

   10. Apparat gemäss Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mindestens eine mit einer Ein- und einer Auslassöffnung verbundene Hohl- wandkammer aufweist.

   11. Apparat gemäss Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper auf der Aussenseite mit einer gewundenen Rohrschlange versehen ist, deren Enden mit einem Ein- und einem Auslassanschluss verbunden sind.

   12. Apparat gemäss Patentanspruch II, zur Ausführung des Verfahrens gemäss Unteranspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens zwei Temperatur reguliervorrichtungen.