PL165163B1 - Sposób i urzadzenie do ciaglego lub pólciaglego wytwarzania komórkowych tworzywsztucznych PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób ciaglego lub pólciaglego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mieszanki plasty cznej, zawierajacej srodek porotwórczy i ewentualnie inne substancje regulujace proces oraz dodatki, polega- jacy na dostarczaniu surowców do urzadzenia do prze- twarzania tworzyw sztucznych, znamienny tym, ze ugniata sie surowce w urzadzeniu do przetwarzania tworzyw sztucznych w podwyzszonej temperaturze i pod wysokim cisnieniem, nastepnie po przeniesieniu do strefy chlodzenia schladza sie te plastyczna mieszanke do postaci ciaglego wsadu majacego duza lepkosc i sztywnosc i w przyblizeniu plaski profil predkosci, pod cisnieniem wytworzonym przez skierowana przeciwpra dowo skladowa cisnienia, nastepnie przenosi sie ja do strefy hamujaco-zatrzymujacej zwiekszajac wartosc przeciwpradowej skladowej cisnienia, a po przeniesie- niu do strefy nagrzewania kontroluje sie rozprezanie mieszanki do wymaganej gestosci. 3. Urzadzenie do ciaglego lub pólciaglego wytwa- rzania komórkowych tworzyw sztucznych z mieszanki plastycznej zawierajacej srodek porotwórczy i ewentu- alnie inne substancje regulujace proces oraz dodatki, zawierajace wytlaczarke, znamienne tym, ze bezpo- srednio z wytlaczarka (X) jest polaczone urzadzenie chlodzace (2), za którym znajduje sie urzadzenie (3) hamujaco-zatrzymujace przesuwajacy sie wsad pola- czone z kolei z urzadzeniem (4) do do nagrzewania wsadu. F i g . 1 . PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mas plastycznych zawierających środek przetwórczy oraz ewentualnie inne substancje regulujące proces i dodatki. Produkcja komórkowych tworzyw sztucznych (spienionych tworzyw sztucznych) z materiałów termoplastycznych rozwija się szeroko. Powodem tego jest małe zużycie surowców pod względem objętości i wysokiej izolacji termicznej.

Istnieje kilka znanych procesów produkcji spienionych tworzyw sztucznych z żywic termoplastycznych zawierających przykładowo, piankę składającą się z kuleczek z polistyrenu (styropor) oraz statyczny proces wysokociśnieniowy do produkcji pianki PCV mającej małą gęstość i zamknięte komórki. Proces wytwarzania pianki składającej się z kuleczek, który to proces jest procesem wieloetapowym, wytwarza piankę polistyrenową o małej gęstości i niskiej

165 163 jakości. W statycznym procesie wysokociśnieniowym wytwarza się piankę PCV mającą małą gęstość, zamknięte komórki i wysoką jakość. Lecz ponieważ proces jest przeprowadzany ręcznie, to powstają wysokie koszty produkcji, co jest przyczyną znacznych ograniczeń zakresu stosowania. W procesach ciągłych najczęściej stosuje się wytłaczanie. Zwykle łatwo jest nim sterować i związane jest to z małymi kosztami wytwarzania.

Obecnie użycie urządzeń do przetwórstwa tworzyw, przykładowo wytłaczarek, pociąga za sobą zwykle zastosowanie fizycznych środków porotwórczych do spieniania komórkowych tworzyw o małej gęstości. Aby podwyższyć gęstość stosuje się zwykle chemiczne środki porotwórcze stanowiące podstawę procesu spieniania. Do procesu spieniania najlepiej jest stosować żywice termoplastyczne takie jak polistyreny (PS) zawierające polimeryzaty (HIPS, SB, SAN, ABS), polietylen (LDPE) i kopolimeryzaty (EVA), polichlorki winylu (PCv) zawierające mieszaninę polimerów i polipropyleny (PP).

Korzystne warunki do spieniania uzyskuje się wtedy , gdy lepkość roztopionego wsadu surowców wolno spada, a zwłaszcza w zakresie temperatur zmiękczania. W ten sposób amorficzne żywice termoplastyczne są łatwiejsze do spieniania niż krystaliczne. Częściowo krystaliczne materiały termoplastyczne są zwykle sieciowane chemicznie lub sieciowane za pomocą napromieniowania tuż przed lub w powiązaniu ze spienianiem. W ten sposób uzyskuje się bardziej korzystną krzywą lepkości jako funkcję temperatury. Przy wytłaczaniu pianki z tworzyw sam proces spieniania zależy od lepkości tworzywa i zdolności rozciągającej roztopionego wsadu, ciśnienia gazu środka porotwórczego, ciśnienia zewnętrznego i współdziałania pomiędzy wsadem a środkiem porotwórczym. Ponieważ w porównaniu z nierozprężnym materiałem plastycznym z tworzywa charakteryzuje się większym współczynnikiem tarcia o ścianki narzędzia połączonego z urządzeniem do przetwórstwa tworzyw takich jak wytłaczarka, to konieczne jest, aby spienianie miało miejsce tylko wówczas, gdy mieszanka plastyczna opuści narzędzie. Jednym z warunków jest to, aby ciśnienie zewnętrzne w roztopionym wsadzie zawierającym aktywny środek porotwórczy było na tyle wysokie, aby zapobiec rozprężaniu. W obecnie znanych procesach produkcyjnych, po opuszczeniu narzędzia urządzenia do przetwórstwa tworzyw przez wsad plastyczny ciśnienie zewnętrzne w stopie zmniejsza się i materiał plastyczny rozpręża się na skutek przesycenia go gazem.

Jednym z parametrów procesu, który ma duży wpływ na strukturę komórkową, a w ten sposób na jakość wytłoczonego wyrobu jest temperatura materiału. W przypadku zbyt niskiej temperatury materiału, mieszanina plastyczna nie będzie mogła rozprężyć się całkowicie z powodu odpowiednio wysokiej lepkości stopu w następstwie odpowiednio wysokiej gęstości. Jeśli temperatura materiału jest zbyt wysoka, to lepkość stopu będzie zbyt niska, co łatwo spowoduje to, że komórki zostaną przedziurawione, co wywoła dużą gęstość materiału.

W celu wytworzenia pianki z tworzyw sztucznych mającej małą, jednakową gęstość i zamknięte komórki zachodzi konieczność wytworzenia wytłoczonego wyrobu, w którym komórki gazowe nie zostaną przedziurawione na skutek nierównej prędkości w kierunku przepływu strumienia na wylocie narzędzia formującego, gdzie ciśnienie zmniejsza się i tworzą się komórki gazowe. Jednocześnie konieczne jest, aby zapewnić takie zewnętrzne ciśnienie w stopie plastycznym zarówno w urządzeniu do przetwórstwa i tworzyw i w narzędziu, które zapewni rozprężenie materiału plastycznego.

Dzisiaj te dwa kryteria stanowią czynnik hamujący przy produkcji grubych profili z pianki z tworzywa sztucznego mającego zamknięte komórki wykonywane w automatycznym procesie, w którym pianka z tworzywa sztucznego posiada małą gęstość tak, że jest jednorodna w całym przekroju poprzecznym. Jest to zwłaszcza prawdziwe wówczas, gdy stosuje się chemiczne środki porotwórcze, ponieważ ciśnienie gazu w chemicznych środkach porotwórczych (takich jak, przykładowo azodwukarbonamid lub kwaśny węglan sodowy) jest o wiele większe niż ciśnienie gazu w fizycznych środkach porotwórczych, które są normalnie stosowane (przykładowo, gazy KFK, CO2 lub N2).

Problemy związane ze ścinaniem stopu tworzywa i ścierania komórek gazowych przy redukcji gazu są dzisiaj łagodzone albo przez ograniczenie w dodawaniu środka porotwórczego lub przez to, że stopione tworzywo sztuczne ma bardzo ograniczoną grubość warstwy przy wzrastaniu ciśnienia i przy rozprężaniu. Jest to zwłaszcza prawdziwe dla chemicznych środków

1615163 porotwórczych, lecz istnieją także znaczne ograniczenia przy użyciu fizycznych środków porotwórczych. Często konieczne jest też użycie chemicznych środków porotwórczych do grubszych produktów z pianki z tworzyw sztucznych ponieważ obecnie stosowany proces produkcji jest zwykle prostszy niż przy użyciu fizycznych środków porotwórczych, a własności końcowego produktu zwykle mogą być lepiej kontrolowane niż przy użyciu fizycznych środków porotwórczych. Jest to skutkiem między innymi porównania wyższego ciśnienia gazu w chemicznym środku porotwórczym z ciśnieniem gazu w fizycznych środkach porotwórczych.

Różne cechy charakterystyczne narzędzia wytłaczającego zostały ulepszone w połączeniu z ciągłym wytwarzaniem pianki, zwłaszcza w połączeniu z wytłaczaniem. Narzędzie wytłaczające spełnia zwłaszcza dwie ważne funkcje: podnoszenie odpowiedniego ciśnienia w narzędziu i wytłaczarce, nadawanie wytłaczanemu wyrobowi wymaganego kształtu.

Ciągłe spienianie materiałów termoplastycznych ma miejsce na dwa zasadniczo różne sposoby: spienianie swobodne, kontrolowane spienianie dośrodkowe.

Spienianie swobodne stosuje się zwykle do produkcji odpowiednio prostych profili. Spieniony wytłoczony wyrób jest normalnie zbierany przez urządzenie kalibrujące znajdujące się niedaleko od wylotu narzędzia. Wymagane ciśnienie stopu w narzędziu podnosi się normalnie dzięki brzegom narzędzia.

Przy spienianiu dośrodkowym, wymagane ciśnienie stopu powstaje za pomocą torpedy wtryskarki umieszczonej wewnątrz narzędzia, a urządzenie kalibrujące jest połączone na stałe z samym narzędziem. Urządzenie kalibrujące ma ten sam wewnętrzny kształt, co dysza narzędzia. Stop jest od zewnątrz schładzany i mocno trzyma się ścianek narzędzia kalibrującego na skutek powstałej próżni. Jednocześnie otwór w urządzeniu umożliwia tłoczonemu wyrobowi rozprężać się wewnątrz urządzenia kalibrującego. Metoda ta jest stosowana przy produkcji rur, arkuszy i profili. Końcowy produkt posiada zwarty, gładki naskórek o małej gęstości w kierunku rdzenia. Metoda ta jest znana pod nazwą procesu Celuka.

Znane są połączenia metody swobodnego spieniania i procesu Celuka. Wydrążone profile produkuje się także na zasadzie podobnej do procesu Celuka.

Stosuje się także wiele sposobów współwytłaczania nierozprężonego materiału stanowiącego naskórek i spienionego materiału stanowiącego rdzeń.

Innym procesem, który powoduje powstanie ciśnienia w narzędziu i odpowiednio małe ściskanie materiału przy spienianiu jest tzw. proces Woodlite. Jest to sposób wytłaczania spienionych wstęg, które są spajane w jeden element po opuszczeniu wylotu narzędzia. Jednakże końcowy wytłoczony wyrób posiada niejednolitą strukturę i małą wytrzymałość na zginanie, gdyż zgrzewane są ze sobą różne wytłaczane wyroby.

Do produkcji spienionych rur stosuje się zwłaszcza proces Armocell. Za pomocą specjalnej konstrukcji w narzędziu kanału przepływu, wytwarza się odpowiednie ciśnienie, które zapobiega przedwczesnemu rozprężeniu stopu. Spienioną rurę utrzymuje się w małej odległości od narzędzia za pomocą urządzenia kalibrującego.

Wszystkie wyżej opisane zasady działania narzędzia powodują znaczne ograniczenia przy produkcji wyrobu o odpowiedniej gęstości, odpowiednim procencie zamkniętych komórek i wymiarach. Powodem tego jest fakt, że powstanie koniecznego ciśnienia stopu w celu uniknięcia przedwczesnego rozprężenia jest oparte na tarciu pomiędzy gorącym stopem tworzywa a narzędziem. .

Celem wynalazku jest ulepszenie sposobu wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mas plastycznych, aby można było rozszerzyć zakres ich stosowania, a jednocześnie uniknąć wad sposobów znanych ze stanu techniki i ograniczeń z nimi związanych.

Celem wynalazku jest również opracowanie konstrukcji urządzenia do przeprowadzania tego sposobu.

Sposób ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mieszanki plastycznej, zawierającej środek porotwórczy i ewentualnie inne substancje regulujące proces oraz dodatki, polegający na dostarczaniu surowców do urządzenia do przetwarzania tworzyw sztucznych, według wynalazku polega na tym, że ugniata się surowce w urządzeniu do przetwarzania tworzyw sztucznych w podwyższonej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, następnie po przeniesieniu do strefy chłodzenia schładza się tę plastyczną mieszankę do postaci

165 163 ciągłego wsadu mającego dużą lepkość i sztywność i w przybliżeniu płaski profil prędkości, pod ciśnieniem wytworzonym przez skierowaną przeciwprądowo składową ciśnienia, następnie przenosi się ją do strefy hamująco-zatrzymującej zwiększając wartość przeciwprądowej składowej ciśnienia, a po przeniesieniu do strefy nagrzewania kontroluje się rozprężanie mieszanki do wymaganej gęstości.

Korzystnie, w wytłaczarce bezpośrednio za lejkiem ciśnienie podwyższa się do około 120 MPa, które na wylocie urządzenia zmniejsza się do około 25 MPa, natomiast temperaturę mieszanki tuż za lejkiem podwyższa do temperatury około 210°C, którą na wylocie urządzenia zmniejsza się do około 165°C, i wówczas na wylocie urządzenia do rozprężania (składającego się z urządzenia chłodzącego, hamującego i nagrzewającego) temperatura wsadu wynosi około 120°C.

Urządzenie do ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mieszanki plastycznej zawierającej środek porotwórczy i ewentualnie inne substancje regulujące proces oraz dodatki, zawierające wytłaczarkę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że bezpośrednio z wytłaczarką jest połączone urządzenie chłodzące, za którym znajduje się urządzenie hamująco-zatrzymujące przesuwający się wsad, połączone z kolei z urządzeniem do nagrzewania wsadu.

Korzystnie urządzenie chłodzące stanowi chłodnica bądź też zespół stalowych taśm bez końca o niskiej temperaturze.

Korzystnie urządzenie hamujące znajdujące się za urządzeniem chłodzącym składa się z co najmniej dwóch wałków, bądź też z zespołu stalowych taśm bez końca.

Korzystnie urządzenie nagrzewające znajdujące się za urządzeniem hamującym stanowi komora napełniona gorącą cieczą bądź też zespól nagrzewanych taśm bez końca.

Korzystnie urządzenie chłodzące i urządzenie hamujące stanowią jeden zespół.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskuje się wyrób plastyczny o strukturze komórkowej o wysokiej jakości. Masa plastyczna posiada jednolitą strukturę a komórki gazowe są pełne i nieprzedziurawione .

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig.l i fig. 2 pokazano dwa układy do realizacji sposobu, według wynalazku.

Na fig. 1 pokazano układ do ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych, w którym za wytłaczarką 1 jest umieszczone urządzenie chłodzące 2 posiadające chłodnicę 5 z kanalikami 6 znajdującymi się w ściankach 7. Za urządzeniem chłodzącym 2 jest umieszczone urządzenie hamujące 3, w którym zamontowane są dwie ciągłe taśmy 9 bez końca. Za urządzeniem hamującym 3 jest umieszczone urządzenie nagrzewające 4 z komorą grzewczą

10.

Na fig. 2 pokazano drugi przykład wykonania układu do ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych, w którym za wytłaczarką 1, jest umieszczony zblokowany zespół urządzenia chłodzącego 2 i urządzenia hamująco-zatrzymującego 3 zakończonego dwoma wałkami 8, które ściskają sztywny schłodzony materiał plastyczny.

Urządzenie 2 do schładzania mieszanki plastycznej po opuszczeniu przez nią wylotu urządzenia do formowania 1 przy wystąpieniu małego tarcia pomiędzy ściankami granicznymi 7 a mieszanką plastyczną lub bez tarcia, urządzenie hamujaco-zatrzymujące 3 i urządzenie nagrzewające 4 można zbudować na różne sposoby.

Urządzenie chłodzące 2, które jest bezpośrednio połączone z zespołem do formowania znajdujące się poza wytłaczarką 1 jest chłodnicą 5 mającą te same lub w przybliżeniu te same wewnętrzne przekroje, co przekrój poprzeczny przy wylocie narzędzia zespołu do formowania

1. Wewnętrzna strona ścianki 7 zapewnia powstanie minimalnego tarcia pomiędzy nią a mieszanką plastyczną. Można to uzyskać, przykładowo, przez polerowanie na wysoki połysk lub galwanizację chromem wewnętrznych ścianek. Jednocześnie można stale dostarczać pomiędzy wewnętrzne ścianki urządzenia chłodzącego 2 i plastycznego wsadu środek smarujący po to, aby jeszcze bardziej zmniejszyć tarcie. Chłodzenie jest przeprowadzone, przykładowo, przez studzenie urządzenia chłodzącego 2 za pomocą odpuszczonego oleju płynącego w kanalikach 6 znajdujących się w ściankach 7. Urządzeniem chłodzącym 2 jest także zespół stalowych taśm 11 bez końca, które są studzone i prasują materiał plastyczny.

Urządzenie hamujące 3 znajdujące się za urządzeniem chłodzącym 2 składa się, przykładowo, z co najmniej dwóch wałków 8, które ściskają sztywny , schłodzony materiał plastyczny, albo też składa się z zespołu stalowych taśm 9 bez końca, które ściskają materiał plastyczny regulując jego prędkość, a jednocześnie wytwarzają ciśnienie w materiale plastycznym działające w kierunku przeciwnym do przepływu materiału.

Urządzenie nagrzewające 4 znajdujące się za urządzeniem hamująco-zatrzymującym 3 jest, przykładowo, komorą 10 napełnioną gorącą cieczą, w której można regulować ciśnienie lub jest zespołem taśm bez końca 11, które są nagrzewane. Nagrzewanie materiału plastycznego ma także mieć miejsce, przykładowo, w statycznym zespole nagrzewającym o wewnętrznym przekroju poprzecznym równym lub w przybliżeniu równym przekrojowi poprzecznemu wsadu plastycznego znajdującego się za wylotem urządzenia hamującego 3.

Statyczne urządzenie nagrzewające zapewnia przesuw materiału przy bardzo małym tarciu występującym pomiędzy wewnętrznymi ściankami urządzenia nagrzewającego, a wsadem plastycznym lub bez tarcia. Nagrzewanie ma także miejsce w komorze grzewczej 10, gdzie wyciskany wyrób przesuwa się swobodnie.

Równieżjest korzystne, aby podgrzewać mieszankę plastyczna pod odpowiednio wysokim ciśnieniem tak, aby mieszanka plastyczna nie rozprężała się w swym urządzeniu nagrzewającym

4. W ten sposób możliwe jest podgrzewanie materiału plastycznego o wiele szybciej ponieważ wielkość termicznej izolacji materiału plastycznego przy rozprężeniu wzrasta gwałtownie.

Wielkość tarcia działającego pomiędzy wewnętrznymi ściankami urządzenia nagrzewającego 4, a plastycznym wsadem powinna być minimalna, ponieważ w przeciwnym razie powstałyby trudności przy optymalnej kontroli ciśnienia w mieszance plastycznej powyżej tego miejsca w wytłaczarce 1. Ponadto o wiele łatwiej jest sterować kontrolą rozprężania, jeśli istnieje minimalne tarcie pomiędzy zespołem nagrzewającym 4 a materiałem plastycznym.

Opisany układ, według wynalazku działa w następujący sposób:

Termoplastyczny środek porotwórczy i inne dowolne substancje regulujące proces i dodatki dostarcza się do urządzenia prowadzącego proces plastyczny, znanego typu, przykładowo, wytłaczarki 1, gdzie są one razem ugniatane w takich warunkach temperatury i ciśnienia , że mieszanka rozprężna powstanie tylko na skutek obniżenia ciśnienia. Zarówno wytłaczarki różnego typu jak i warunki mieszania powstające w takich wytłaczarkach są dobrze znane i nie będą dalej opisywane szczegółowo. Ważną sprawą jest to, aby nie dać środkowi porotwórczemu możliwości do napęcznienia w samym urządzeniu, w którym prowadzi się proces.

Materiał plastyczny ugniata się w taki sposób, że wszystkie części składowe wsadu uzyskują w przybliżeniu, taką samą temperaturę, i faktem jest, że się to stosunkowo szybko w wyniku odpowiednio dobrego kontrolowania możliwej egzo- i endotermicznej wymiany ciepła pochodzącej od chemicznego środka porotwórczego. Dzięki szybkości ogrzewania się wnętrza plastycznego wsadu za pomocą prowadzenia procesów mechanicznych uzyskuje się również szybki rozkład chemicznego środka porotwórczego (jeśli jest stosowany).

W celu uniknięcia problemów występujących obecnie, a związanych ze znanymi procesami i znanymi konstrukcjami narzędzi do wytłaczania, aby uzyskać odpowiednio wysokie ciśnienie w narzędziu i wytłaczarce, w których komórki gazowe są w dużym stopniu dziurawione na wylot narzędziem do wytłaczania (ponieważ wzrost ciśnienia oparty jest na zjawisku ścinania/tarcia), zgodnie ze sposobem opracowanym według wynalazku powoduje się wzrost odpowiedniego ciśnienia w narzędziu i wytłaczarce. W tym przypadku chodzi o uniknięcie przedwczesnego rozpęcznienia materiału plastycznego poprzez hamowanie bądź przetrzymywanie materiału plastycznego po schłodzeniu. Wówczas materiał plastyczny tworzy ciągły tłok celem podwyższenia ciśnienia, aby zapobiec ścinaniu, a tym samym dziurawieniu komórek gazowych.

Wzrost do odpowiedniej wartości ciśnienia w narzędziu i wytłaczarce 1 zapewnia się dzięki schłodzeniu w urządzeniu chłodzącym 2 wsadu plastycznego pod ciśnieniem na wylocie narzędzia 1 do wytłaczania w takim procesie ciągłym, aby zapewnić odpowiednio wysoką sztywność wsadu plastycznego i w związku z tym przesuw wsadu plastycznego można zwalniać za pomocą urządzenia hamującego 3, które to urządzenie stanowi taśma 9 poruszajaca się w sposób ciągły. Spowalnianie materiału plastycznego kontroluje się w taki sposób, aby osiągnąć

165 163 na tyle duży wzrost ciśnienia w mieszance plastycznej, aby uchronić tę mieszankę przed rozpęcznieniem. Poza wytłaczarką 1 począwszy od urządzenia do wytłaczania lub od urządzenia do formowania materiału plastycznego musi być utrzymywane wysokie zewnętrzne ciśnienie, przy którym nie wystąpi tarcie pomiędzy ściankami granicznymi 7 a wsadem plastycznym, lub wystąpi na tyle małe tarcie pomiędzy ścianką 7 a wsadem, aby komórki gazowe powstałe po spadku ciśnienia nie zostały przedziurawione. Ze względu na brak tarcia pomiędzy ścianką 7 a wsadem plastycznym lub ze względu na fakt, że to tarcie jest bardzo małe, wsad plastyczny w urządzeniu chłodzącym 2 będzie przesuwał się z prędkością, która jest jednakowa w całym wsadzie. To oznacza, że we wsadzie plastycznym nie powstaje żadne zjawisko ścinania pomiędzy różnymi warstwami w kierunku ruchu tego wsadu lub tylko nieznaczne jego ścinanie.

Urządzenie chłodzące 2, które jest bezpośrednio połączone z urządzeniem formującym, może być bezpośrednio połączone z urządzeniem hamującym 3 (fig. 1) lub też urządzenie chłodzące 2 i urządzenie hamujące 3 mogą stanowić jeden zespół (fig. 2). Jeśli schładzanie materiału plastycznego zachodzi pomiędzy dwiema ciągłymi stalowymi taśmami 9 bez końca o niskiej temperaturze to kontrolując prędkość taśm stalowych reguluje się ciśnienie mieszanki.

Po odpowiednim spowolnieniu wsadu i uzyskaniu dostatecznego ciśnienia za pomocą urządzenia hamującego 3 materiał plastyczny zostaje podgrzany w urządzeniu grzewczym 4, przy czym jednocześnie zmniejsza się ciśnienie umożliwiając rozpęcznienie plastycznej masy. Nagrzewanie jest dokonywane w sposób ciągły i bezpośrednio w połączeniu z urządzeniem chłodzącym 2 i urządzeniem hamującym 3, przykładowo, za pomocą nagrzewanych stalowych taśm 11 bez końca lub też nagrzewanie ma miejsce, przykładowo, przy ogrzewaniu chłodzonego wsadu plastycznego w połączeniu z transportowaniem przez tunel nagrzewany gorącym powietrzem. Ochłodzony wsad plastyczny może być także nagrzewany w kąpieli ciekłej. Nagrzewając materiał plastyczny za pomocą doprowadzanego powietrza z zewnątrz lub też za pomocą wyrównywania zewnętrznej i wewnętrznej temperatury, bądź też za pomocą dostarczania ciepła z zewnątrz i wyrównywania temperatury materiału plastycznego, materiał plastyczny będzie pęczniał, aż osiągnie równowagę pomiędzy wewnętrznymi siłami rozprężania a naprężeniami działającymi w materiale plastycznym.

Gdy wytłaczany wyrób plastyczny nagrzewa się pod ciśnieniem, to zmniejsza się zewnętrzne ciśnienie po osiągnięciu przez wszystkie części wyrobu wytłaczanego odpowiedniej temperatury. Materiał plastyczny rozpręża się tak długo, aż nie osiągnie równowagi pomiędzy wewnętrznymi siłami rozprężania a naprężeniami w materiale plastycznym. Gdy wytłaczany wyrób plastyczny nagrzewa się bez zewnętrznego ciśnienia (przykładowo, w komorze grzewczej), to materiał plastyczny będzie rozprężał się jednocześnie wraz z nagrzewaniem.

W tym opisie ujawniony jest szczegółowo proces, w którym zastosowano wytłaczarkę do tworzywa lub wytłaczarki lecz można zastosować jakiekolwiek urządzenie do ciągłego lub półciągłego przetwórstwa tworzyw spełniając wymagania dotyczące stosowania odpowiednich warunków prowadzenia procesów oraz warunków temperatury i ciśnienia.

Jak stwierdzono powyżej, przy wykorzystaniu przepisu lub recepty mieszanki plastycznej należy brać pod uwagę zastosowanie urządzenia prowadzącego proces plastyczny i ocenę wymaganych własności produktu końcowego. Obecny proces zostanie opisany na przykładzie użycia polichlorku winylu (PCV).

Różne składniki znajdujące się w mieszance plastycznej zostały połączone lub zmieszane w typowym gorącym lub zimnym, pionowym mieszalniku do tworzyw. Gdy do mieszanki PCV stosuje się urządzenie homogenizujące, to używa się wytłaczarki z podwójną śrubą (średnica elementu do tabletkowania wynosi 110 mm). Gdy stosuje się urządzenie do przetwórstwa tworzyw wraz z rozkładem chemicznego środka porotwórczego to używa się wytłaczarki jednośrubowej (o średnicy 90 mm).

Zastosowano różne zestawy do formowania zawierające narzędzie do produkcji w przybliżeniu profilu okrągłego o średnicy 50 mm. Przy urządzeniu chłodzącym 2 stosuje się urządzenie statyczne, którego ścianki chłodzi się z jednoczesnym dostarczaniem ciekłego oleju pomiędzy wewnętrzne ścianki urządzenia chłodzącego, a plastyczny wsad. Przy urządzeniu hamująco-zatrzymującym 3 stosuje się układ taśm bez końca 9. Nagrzewanie wsadu plastycznego odbywa się w układzie z nagrzewanymi ściankami. Stosowano również urządzenie do

1<65 163 chłodzenia-hamowania i nagrzewania wykonane jako jeden zespół umieszczony na ciągłych ściankach w postaci stalowych taśm bez końca 11.

Poniżej podano przykłady stosowania mieszanek plastycznych (wszystkie oparte są na termoplastycznym PCV).

Wymienione ilości stanowią części wagowe składników.

M - określa rodzaj polimeryzacji PCV tzn. polimeryzację w masie; K - określa lepkość własną.

Przykład 1

PCV (M, K = 60) 100 wosk polietylenowy 0,8 stearynian wapniowy 0,4 trójzasadowy siarczan ołowiawy 10 dwuzasadowy stearynian ołowiawy 2 azodwukarbonamid 1 wodorowęglan sodowy 11 polimetakrylan metylu 11 ftalan dwuoktylowy 11

Przykład 2

PCV (M, K = 60) H0 wosk polietylenowy 0,:2 laurynian wapniowy 0,3 trójzasadowy siarczan ołowiawy 10 dwuzasadowy stearynian ołowiawy 1 azodwukarbonamid 1 wodorowęglan sodowy 25 polimetakrylan metylu 11 ftalan dwuoktylowy 22

Ze składu podanego w przykładzie 1 powstała pianka PCV mająca gęstość około 0,1 (około 100 kg/m³).

Ze składu podanego w przykładzie 2 powstała pianka PCV mająca gęstość około 0,07 (około 70 kg/m3).

Różne składniki w powyższych plastycznych mieszankach zostały zmieszane w gorącym/zimnym, pionowym mieszalniku o wysokiej prędkości do temperatury około 120°C. Po schłodzeniu mieszankę dostarcza się do urządzenia tabletkującego zawierającego wytłaczarkę z podwójną śrubą. Temperatura masy plastycznej w urządzeniu tabletkującym, na wylocie wynosi około 130°C. Następnie granulat zostaje doprowadzony do wytłaczarki z pojedynczą śrubą o średnicy D=90 mm, której długość wynosi 40 D. Ciśnienie w wytłaczarce tuż za lejkiem podnosi się do około 120 MPa. Na wylocie urządzenia, ciśnienie zmniejsza się do wielkości 25 MPa. Temperatura mieszanki tuż za lejkiem została podwyższona do około 210°C. Na wylocie urządzenia temperatura mieszanki zmniejsza się do około 165°C. Temperatura wsadu na wylocie urządzenia do rozprężania (składającego się z urządzenia chłodzącego 2, urządzenia hamującego 3 i urządzenia nagrzewającego 4) wynosi około 120°C. W specjalnych warunkach mogłoby być konieczne sieciowanie pianki z tworzywa sztucznego. Może to być przeprowadzone, przykładowo, stosując promieniowanie, nadtlenki, amidy, krzemometany lub izocyjaniany. Z uwagi na ryzyko sieciowania materiału plastycznego w urządzeniu do przetwórstwa tworzyw, korzystne jest, aby dodać składnik sieciujący w późniejszym etapie w urządzeniu przetwórstwa tworzyw lub natychmiast poza urządzeniem do przetwórstwa tworzyw w oddzielnym urządzeniu mieszającym.

165 163

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mieszanki plastycznej, zawierającej środek porotwórczy i ewentualnie inne substancje regulujące proces oraz dodatki, polegający na dostarczaniu surowców do urządzenia do przetwarzania tworzyw sztucznych, znamienny tym, ż ugniata się surowce w urządzeniu do przetwarzania tworzyw sztucznych w podwyższonej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, następnie po przeniesieniu do strefy chłodzenia schładza się tę plastyczną mieszankę do postaci ciągłego wsadu mającego dużą lepkość i sztywność i w przybliżeniu płaski profil prędkości, pod ciśnieniem wytworzonym przez skierowaną przeciwprądowo składową ciśnienia, następnie przenosi się ją do strefy hamująco-zatrzymującej zwiększając wartość przeciwprądowej składowej ciśnienia, a po przeniesieniu do strefy nagrzewania kontroluje się rozprężanie mieszanki do wymaganej gęstości.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w wytłaczarce (1) bezpośrednio za lejkiem ciśnienie podwyższa się do około 120 MPa, które na wylocie urządzenia zmniejsza się do około 25 MPa, natomiast temperaturę mieszanki tuż za lejkiem podwyższa się do temperatury około 210°C, którą na wylocie urządzenia zmniejsza się do około 165°C, i wówczas na wylocie urządzenia do rozprężania (składającego się z urządzenia chłodzącego (2), hamującego (3) i nagrzewającego (4) temperatura wsadu wynosi około 120°C.
3. 3. Urządzenie do ciągłego lub półciągłego wytwarzania komórkowych tworzyw sztucznych z mieszanki plastycznej zawierającej środek porotwórczy i ewentualnie inne substancje regulujące proces oraz dodatki, zawierające wytłaczarkę, znamienne tym, że bezpośrednio z wytłaczarką (1) jest połączone urządzenie chłodzące (2), za którym znajduje się urządzenie (3) hamująco-zatrzymujące przesuwający się wsad połączone z kolei z urządzeniem (4) do do nagrzewania wsadu.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że urządzenie chłodzące (2) stanowi chłodnica (5) bądź też zespół stalowych taśm (11) bez końca o niskiej temperaturze.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że urządzenie hamujące (3) znajdujące się za urządzeniem chłodzącym (2) składa się z co najmniej dwóch wałków (8), bądź też z zespołu stalowych taśm (9) bez końca.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że urządzenie nagrzewające (4) znajdujące się za urządzeniem hamującym (3) stanowi komora (10) napełniona gorącą cieczą.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że urządzenie chłodzące (2) i urządzenie hamujące (3) stanowią jeden zespół.