WO2015010812A1 - Extrusionswerkzeug mit einer heizung des austrittsbereichs, verfahren zur erzeugung einer kunststoffschlauchfolie - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an extrusion tool for a film blowing head of a hose extrusion plant for the extrusion of a hose from a plastic melt with a tool body having a melt channel for forming the hose, wherein the tool body has an orifice region with an outlet opening for the molded hose. Furthermore, the invention relates to a method for producing a plastic tube, which is extruded from an extrusion die of a film blowing head. Furthermore, the invention relates to an extruded plastic film which is made of a polyethylene.
- resulting surface irregularities are also referred to as surface melt fracture, which is essentially confined to the surface of the extrudate.
- the LLDPE or mLLDPE plastics frequently used in the outer and inner layers can often not be extruded in perfect film optics without adding so-called process auxiliaries (for example AMF: anti-melt fracture).
- AMF anti-melt fracture
- process aids serve as additives to e.g. to increase the sliding properties of the plastic melt on the wall region of the melt channel, in particular to reduce the friction on the melt channel wall.
- additives reduce melt fractures in the extrudates.
- such additives are expensive and the additional costs may, depending on the desired concentration, prohibit their use in plastics, e.g. LLDPE, which is e.g.
- the additives or process aids mentioned can also influence the rheological properties of the plastic of the extruded film or tube.
- the additives used can influence critical tube or film properties in the opposite direction, such as gloss, haze, transparency and weldability of the film.
- the object of the present invention is to obviate the abovementioned disadvantages, in particular an extrusion tool for a film blowing head of a hose extrusion plant, to provide a process for producing a plastic hose, wherein high rates of defect-free extrusion of the plastic melt can be achieved, in particular reduced melt fractures in the extrudate or can be prevented.
- the object of the present invention is achieved by all features of claim 1.
- the dependent claims conceivable embodiments are described with respect to the extrusion die.
- the invention is solved by all features of independent claim 13.
- possible embodiments of the method according to the invention are described.
- the object is achieved by all features of claim 16.
- the dependent claims 17 and 18 conceivable embodiments are described with respect to the extruded plastic film according to the invention.
- an extrusion tool for a film blowing head of a hose extrusion plant for the extrusion of a hose from a plastic melt wherein the tool body is designed such that a heater provided on the tool body causes only a local heating of the mouth region. It has surprisingly been found that with a locally introduced temperature increase in the mouth region of the tool body, which can also be referred to as a nozzle, the effect of melt fracture on the extruded plastic or on the extruded film or on the extruded plastic tube can be turned off.
- a core of the invention here is that a very defined, local limitation takes place during the heating of the tool body, and only in or at the mouth region of the tool body on which exits the extrudate or the plastic melt, otherwise it can cause material burns in the extrusion die ,
- the tool body is in this case designed such that only a local heating takes place at the mouth area, without the remaining tool body is substantially heated.
- a melt fracture avoiding, local temperature elevation zone arises only in or at the mouth region of the tool body, which effectively prevents melt fracture on the surface of the extrudate.
- the tool body can have a heat separation, which causes the heat emitted by the heating to reach almost the mouth area.
- a heat separation is integrated in the tool body such that a heat flow from the mouth area in the remaining tool body low is held.
- the heat separation is arranged on and / or in the mouth region, which is designed as an insulator.
- the heat separation can be embodied as an air gap.
- the invention comprises that the heat separation is made of a material material having heat-insulating property, in particular that the heat separation is formed of a ceramic material.
- the extrusion tool according to the invention can have an opening region of the tool body which protrudes out of the tool body, the heating being arranged on or in the mouth region.
- the mouth area is heated only locally.
- a measure improving the invention can provide that the heat separation has a thickness which is between 0.5 mm ⁇ x ⁇ 10 mm, in particular between 1 mm ⁇ x ⁇ 5 mm.
- the value of the thickness of the heat separation is particularly preferably between 2 mm and 3 mm.
- the heat separation may be designed as an air gap or else consist of a defined material material, which may be e.g. a ceramic is.
- the above-mentioned thickness may be sufficient for almost the heat introduced by the heater to remain in the mouth area to prevent melt fracture in the extrudate.
- the extrusion tool according to the invention comprises that the heat separation extends in the direction of the melt channel.
- the extent of the heat separation may, for example, extend substantially perpendicular to the extension of the melt channel. It can also be provided that the extent of the heat separation is aligned at a defined angle, in particular obliquely to the Schmelzkanalerstreckung. Such orientations of the heat separation can influence the efficiency of the local heating of the mouth region.
- a distance between the heat separation and the melt channel remains, which is in particular between 0.5mm ⁇ y ⁇ 10mm.
- the distance between the heat separation and the melt channel has a value which is between approximately 1 mm and 5 mm. This does not essentially weaken the tool body. Furthermore, there is a reliable heat separation, the Effectively prevents or minimizes a warm discharge from the mouth area in the rest of the tool body.
- the extrusion tool has a tool body with heating and the heat separation, which are designed such that the melting temperature of the melt channel in the mouth region is greater than the melting temperature of the plastic melt.
- the melt temperature of the melt channel when operated is 105% to 150% To, where To is the melt temperature of the plastic melt. It has advantageously been shown that at such temperatures in the melt channel wall, a thin sliding film is achieved on the plastic melt, whereby an adhesion of the plastic melt is reduced or prevented with the melt channel wall. This effectively prevents melt fracture on the surface of the extrudate.
- the mouth region extends circumferentially on the tool body, the mouth region having an inner mouth region and an outer mouth region, the inner mouth region and / or the outer mouth region having the heating.
- the mouth region can be formed as a ring, which extends circumferentially around the tool body, so that a hose can be produced as an extrudate from the extrusion tool.
- the tool body is designed such that the mouth region can be retrofitted with the heater on the tool body.
- the fastening can be positive and / or force and / or cohesive.
- the invention is described by a method for producing a plastic tube which is extruded from an extrusion die of a film blowing head, the extrusion die having a tool body with a melt channel from which the plastic hose is formed from a plastic melt, the tool body having a mouth region Outlet opening for having the molded plastic tube, and a heater is provided on the tool body, which causes only a local heating of the mouth region, whereby a thin sliding film of the plastic melt is formed in the melt channel, wherein the sliding film extends along the tool body of the mouth region, so that prevents melt fracture on the plastic tube becomes. It is particularly advantageous that a thin lubricant film forms at the edge region of the plastic melt, which faces the melt channel.
- a thin lubricating film is produced, which is advantageously of low viscosity and has a low adhesion with the melt channel wall. This creates an extrudate surface that has little or no surface irregularities that can otherwise lead to surface melt fracture.
- the inventive method and the extrusion tool according to the invention can be used particularly effectively in the production of a plastic tube, which is an extruded plastic film, which is made of a polyethylene, in particular an LLDPE film or mLLDPE film.
- Linear Polyethylene Plastics (LLDPEs) are prone to surface melt fracture due to their mechanical properties and flow instabilities as extrudates.
- the proposed extrusion tool as well as the method according to the invention just mentioned can effectively prevent the melt fracture in the plastics just mentioned.
- the invention relates to an extruded plastic film which is made of a polyethylene, in particular an LLDPE film or mLLDPE film, wherein the film is formed of at least one layer, the layer of 100 parts by weight is executed, wherein the layer has a melt fracture preventing process aid having a weight fraction of 0 to 2.
- the extruded plastic film has 0 parts by weight of processing aids which can prevent melt fracture.
- a co-extruded plastic film can be proposed according to the invention, which is formed of several layers, wherein at least one of the two outer layers is / are carried out as follows: the outer layer is made of 100 parts by weight, wherein the outer layer with a melt fracture preventing process aid has a weight fraction of 0 to 2.
- extruded plastic films or plastic film variants can be produced by the process described in this invention or produced by means of the extrusion tool of this invention.
- Figure 1 is a schematic view of a blow head of a hose extrusion plant
- Figure 2 is a schematic view of an extrusion die for a
- FIG. 3 shows a possible embodiment of the mouth region of the extrusion tool according to FIG. 1 or FIG. 2,
- FIG. 4 shows a sectional view through the extruded plastic hose produced according to FIG. 1,
- Figure 5 shows another embodiment of the mouth region of
- Figure 7 shows a still further embodiment of the mouth region of
- FIG. 1 schematically shows a film blowing head 1 which can be used in a tube extrusion line for extrusion or coextrusion of a plastic tube 2 or a plastic film 2 made from a thermoplastic melt 3.
- the film blowing head 1 has an extrusion tool 10 with a tool body 11, which comprises a melt channel 12 (see FIG. 2) for producing the plastic hose 2.
- This melt channel 12 is designed annular and has an outlet opening 14 according to Figure 2 at the top of the tool body 1 1, from which the heated plastic melt 3 and / or the molded plastic tube 2 (also denominated as extrudate) emerges.
- cooling unit 6 internal cooling of the tube can be realized, in which cooling air 8 flows via the outlet channels, not explicitly shown, of the cooling unit 6 in the direction of the inside of the tube.
- the cooling unit 6 is designed as a floor cooling, in which a plurality of superimposed outlet channels are provided for the cooling air 8 to spaced at different heights to the hose inner side to cool the tube 2.
- a through the tool body 1 1 extending air guide 7 is provided, which the heated exhaust air 9, which is created by the tube internal cooling, sucks.
- the said cooling air 8 flows through the air duct 7 into the cooling unit 6.
- an extruder 5 is shown schematically.
- the plastic melt 3 flows through a line in the tool body 1 1, wherein the plastic melt 3 is brought to a defined temperature, so that the plastic melt 3 and the plastic tube 2 from the mouth region 13 of the tool body 1 1, as shown schematically in Figure 1, emerge can.
- the mouth region 13 has an outlet opening 14, which is designed like a ring on the upper side of the tool body 1 1.
- the tool body 1 1 at the mouth region 13 a heater 30, which causes only a local heating of the mouth region 13.
- the local heating of the mouth region 13 causes a thin lubricating film 4 of the plastic melt 3 to form in the melt channel 12.
- the sliding film 4 is according to the invention of low viscosity, wherein the sliding film on the wall 17 of the melt channel 12 is formed.
- the illustrated embodiments include a provided on the tool body 1 1 heat separation 31, which causes the outgoing of the heater 30 heat Q almost reaches the mouth region 13.
- the heat separation 31 is integrated in the tool body 1 1 in such a way that heat dissipation from the opening area 13 into the remaining tool body 13 is kept low.
- the invention according to all embodiments only allows that the heat flow in the direction of the melt channel 12 of the mouth region 13 takes place.
- the mouth region 13 protrudes from the tool body 1 1, wherein the heater 30, which is, for example, an electric heater 30, is arranged directly on the mouth region 13 in order to effectively drain heat into the mouth region 13.
- FIG. 3 shows that the heat separation 31 can be embodied as an air gap.
- the heat separation 31 can be made of a material material which has a heat-insulating property.
- the heat separation 31 according to FIG. 5 is formed from a ceramic material.
- the mouth region 13 extends circumferentially on the tool body 1 1, the mouth region 13 having an inner mouth region 15 and an outer mouth region 16.
- This special mouth region 13, 15, 16 according to the invention may also be referred to as a die lip.
- the inner and the outer mouth region 15, 16 each have their own heater 30 to allow the already described low-viscosity sliding film 4 to form on the wall 17 within the plastic melt 3. The melt fracture at the extrudate surface can be prevented or reduced even if one of the two mouth regions 15, 16, i. the inner mouth region 15 or the outer mouth region 16 are equipped with a heater 30.
- the heat separation 31 extends perpendicular to the extension of the melt channel 12.
- the heat separator 31 has an oblique course to the extension of the melt channel 12, which by way of example in Figure 6 and FIG 7 is shown.
- the already described sliding film 4 which prevents a melt fracture on the surface of the extrudate 2 is formed substantially above the heat separation 31 on the wall 17.
- the embodiment according to FIG. 6 and FIG. 7 can also be combined with the exemplary embodiment according to FIG. 5, which means that instead of an air gap as heat separation 31, according to FIG. 6 and FIG.
- a heat-insulating material can be used as heat separation 31, in particular of a ceramic material , It is particularly advantageous that the heat separation 31 has a thickness x, which rests between 1 mm ⁇ x ⁇ 5 mm, in particular has a thickness of about 3 mm. In addition, it has proved to be advantageous that a distance between the heat separation 10 and the melt channel 12 remains, which is between 3 mm ⁇ y ⁇ 5 mm. That just described with respect to the thickness of the heat separation 31 and the distance y is according to Figure 5 to Figure 7 also applicable.
- an extrudate or a film 2 or a tube 2 can be produced, wherein on the surface of the irregularities, in particular surface melt fracture can be effectively prevented.
- surface defects can be effectively avoided.
- an extruded plastic film 2 which is produced from a polyethylene, wherein the film 2 can be formed from only one layer or can consist of a plurality of layers 21, 22, 23.
- FIG. 4 shows a plastic film 2, which is formed from a carrier layer 23 and two outer layers 21, 22. It is also conceivable that between the two outer layers 21, 22 further intermediate layers are provided. It is particularly advantageous that can be dispensed according to the invention on a melt fracture preventing process aid or the weight fraction can be greatly reduced. This applies in particular to LLDPE films and to mLLDPE films which can be produced according to all exemplary embodiments from FIGS. 1 to 7.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug (10) für einen Folienblaskopf (1) einer Schlauchextrusionsanlage zur Extrusion eines Schlauches (2) aus einer Kunststoffschmelze (3) mit einem Werkzeugkörper (11), der einen Schmelzkanal (12) zum Ausformen des Schlauches (2) aufweist, wobei der Werkzeugkörper (11) einen Mündungsbereich (13) mit einer Austrittsöffnung (14) für den ausgeformten Schlauch (2) aufweist.
Description
EXTRUSIONSWERKZEUG MIT EINER HEIZUNG DES AUSTRITTSBEREICHS, VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINER KUNSTSTOFFSCHLAUCHFOLIE
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für einen Folienblaskopf einer Schlauchextrusionsanlage zur Extrusion eines Schlauches aus einer Kunststoffschmelze mit einem Werkzeugkörper, der einen Schmelzkanal zum Ausformen des Schlauches aufweist, wobei der Werkzeugkörper einen Mündungsbereich mit einer Austrittsöffnung für den ausgeformten Schlauch aufweist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Kunststoffschlauches, der aus einem Extrusionswerkzeug eines Folienblaskopfes extrudiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine extrudierte Kunststofffolie, die aus einem Polyethylen ausgeführt ist.
Aus der US 3709290 ist ein Extrusionswerkzeug für einen Folienblaskopf einer Schlauchextrusionsanlage bekannt. Es hat sich gezeigt, dass die Oberflächeneigenschaften des Extrudats im Allgemeinen zeigen, dass bei niedriger Scheerspannung das Austreten des Extrudats (Kunststoffschmelze) glatt und glänzend ist. Weist die genannte Spannung einen kritischen Wert auf, zeigt das Extrudat einen Verlust an Oberflächenglanz. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass bei der Extrusion von Kunststofffolien, Blasfolien, die insbesondere mehrschichtig aufgebaut sein können, es bei bestimmen Rohstoffkombinationen des Extrudates durch strömungsbedingte Wechselwirkungen zwischen dem fließenden Polymer und der Schmelzkanalwandung am Mündungsbereich des Werkzeugkörpers häufig zu strukturellen Unregelmäßigkeiten an der Folienoberfläche, Schlauchoberfläche kommt. Diese entstehenden Oberflächenirregularitäten werden auch als Oberflächenschmelzbruch bezeichnet, der sich im Wesentlichen auf der Extrudatoberfläche beschränkt. Insbesondere die häufig in der Außen- und Innenschicht eingesetzten LLDPE oder mLLDPE Kunststoffe lassen sich oft nicht in einwandfreier Folienoptik extrudieren, ohne sogenannte Prozesshilfsmittel (z.B. AMF: Anti-Melt-Fracture) hinzu zu dosieren. Diese Prozesshilfsmittel dienen als Additive, um z.B. die Gleiteigenschaften der Kunststoffschmelze am Wandbereich des Schmelzkanals zu erhöhen, insbesondere die Reibung an der Schmelzkanalwand zu reduzieren. Diese Additive vermindern Schmelzbrüche in den Extrudaten. Nachteiligerweise sind derartige Additive teuer und die Zusatzkosten können, je nach gewünschter Konzentration, ihre Verwendung in Kunststoffen verbieten, wie z.B. LLDPE, welche z.B. für Gebrauchsartikel-Anwendungen vorgesehen sein können. Zudem können die genannten Additive bzw. Prozesshilfsmittel auch die rheologischen Eigenschaften des Kunststoffes der extrudierten Folie bzw. Schlauches beeinflussen. Zudem hat sich gezeigt, dass in Überschussmengen die eingesetzten Additive kritische Schlauch- bzw. Folieneigenschaften in der entgegengesetzten Richtung beeinflussen können, wie Glanz, Trübung, Transparenz und Verschweißbarkeit der Folie.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu verhindern, insbesondere ein Extrusionswerkzeug für einen Folienblaskopf einer Schlauchextrusionsanlage, ein Verfahren zur Erzeugung eines Kunststoffschlauches zu schaffen, wobei hohe Raten defektfreier Extrusionen der Kunststoffschmelze erzielbar sind, insbesondere Schmelzbrüche im Extrudat vermindert bzw. verhindert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch sämtliche Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind denkbare Ausführungsformen bezüglich des Extrusionswerkzeugs beschrieben. Des Weiteren wird die Erfindung durch sämtliche Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 13 gelöst. In den abhängigen Verfahrensansprüchen sind mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Zudem wird die Aufgabe durch sämtliche Merkmale des Patentanspruches 16 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen 17 und 18 sind denkbare Ausführungsformen bezüglich der erfindungsgemäßen extrudierten Kunststofffolie beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Extrusionswerkzeug für einen Folienblaskopf einer Schlauchextrusionsanlage zur Extrusion eines Schlauches aus einer Kunststoffschmelze vorgeschlagen, wobei der Werkzeugkörper derart ausgeführt ist, dass eine am Werkzeugkörper vorgesehene Heizung lediglich eine lokale Erwärmung des Mündungsbereiches bewirkt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit einer lokal eingebrachten Temperaturerhöhung im Mündungsbereich des Werkzeugskörpers, der im Folgenden auch als Düse bezeichnet werden kann, der Effekt des Schmelzbruches am extrudierten Kunststoff bzw. an der extrudierten Folie oder am extrudierten Kunststoffschlauch abgestellt werden kann. Ein Kern der Erfindung ist hierbei, dass eine sehr definierte, örtliche Begrenzung bei der Erwärmung des Werkzeugkörpers stattfindet, und zwar lediglich im oder am Mündungsbereich des Werkzeugkörpers, an dem das Extrudat bzw. die Kunststoffschmelze austritt, da es andernfalls zu Materialverbrennungen im Extrusionswerkzeug kommen kann. Der Werkzeugkörper ist hierbei derart ausgebildet, dass lediglich eine lokale Erwärmung am Mündungsbereich erfolgt, ohne dass der restliche Werkzeugkörper wesentlich erwärmt wird. Es entsteht somit eine schmelzbruchvermeidende, lokale Temperaturerhöhungszone lediglich im oder am Mündungsbereich des Werkzeugkörpers, wodurch wirksam ein Schmelzbruch an der Oberfläche des Extrudats verhindert wird. Erfindungsgemäß kann der Werkzeugkörper eine Wärmetrennung aufweist, die bewirkt, dass die von der Heizung ausgehende Wärme nahezu in den Mündungsbereich gelangt. Hierbei ist es denkbar, dass eine Wärmetrennung derart im Werkzeugkörper integriert ist, dass ein Wärmeabfluss vom Mündungsbereich in den restlichen Werkzeugkörper gering
gehalten wird. Zum Beispiel ist es denkbar, dass die Wärmetrennung am und/oder im Mündungsbereich angeordnet ist, die als Isolator ausgeführt ist. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die Wärmetrennung als Luftspalt ausgeführt sein. Ebenfalls umfasst die Erfindung, dass die Wärmetrennung aus einem Werkstoffmaterial ausgeführt ist, das wärmeisolierende Eigenschaft aufweist, insbesondere das die Wärmetrennung aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Extrusionswerkzeug einen Mündungsbereich des Werkzeugkörpers aufweisen, der vorsprungartig sich aus dem Werkzeugkörper erstreckt, wobei die Heizung am oder im Mündungsbereich angeordnet ist. Hier wird wirkungsvoll erzielt, dass der Mündungsbereich lediglich lokal erwärmt wird.
Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme kann vorsehen, dass die Wärmetrennung eine Dicke aufweist, die zwischen 0.5mm < x < 10mm liegt, insbesondere die zwischen 1 mm < x < 5mm liegt. Besonders bevorzugt liegt der Wert der Dicke der Wärmetrennung zwischen 2mm und 3mm. Hierbei kann die Wärmetrennung als Luftspalt ausgeführt sein oder aber auch aus einem definierten Werkstoffmaterial bestehen, der z.B. eine Keramik ist. Die oben genannte Dicke kann ausreichen, dass nahezu die von der Heizung eingebrachte Wärme im Mündungsbereich verbleibt, um einen Schmelzbruch im Extrudat zu verhindern.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Extrusionswerkzeug, dass die Wärmetrennung sich in Richtung des Schmelzkanals erstreckt. Die Erstreckung der Wärmetrennung kann beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckung des Schmelzkanals verlaufen. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Erstreckung der Wärmetrennung in einem definierten Winkel, insbesondere schräg zur Schmelzkanalerstreckung ausgerichtet ist. Derartige Ausrichtungen der Wärmetrennung können den Wirkungsgrad der lokalen Erwärmung des Mündungsbereiches beeinflussen.
Vorteilhafterweise kann ein Abstand zwischen der Wärmetrennung und dem Schmelzkanal verbleibt, der insbesondere zwischen 0.5mm < y < 10mm liegt. Besonders bevorzugt weist der Abstand zwischen der Wärmetrennung und dem Schmelzkanal einen Wert auf, der zwischen ungefähr 1 mm und 5mm liegt. Hierdurch wird nicht im Wesentlichen der Werkzeugkörper geschwächt. Des Weiteren erfolgt eine zuverlässige Wärmetrennung, die
wirkungsvoll einen Warmeabfluss vom Mündungsbereich in den restlichen Werkzeugkörper verhindert bzw. gering hält.
In einer Ausführungsform weist das Extrusionswerkzeug einen Werkzeugkörper mit Heizung und der Wärmetrennung auf, die derart ausgeführt sind, dass die Schmelztemperatur des Schmelzkanals im Mündungsbereich größer ist als die Schmelztemperatur der Kunststoffschmelze. Vorteilhafterweise beträgt die Schmelztemperatur des Schmelzkanals, wenn die Heizung betrieben wird, 105 % bis 150 % To, wobei To die Schmelztemperatur der Kunststoffschmelze ist. Es hat sich vorteilhafterweise gezeigt, dass bei derartigen Temperaturen bei der Schmelzkanalwand ein dünner Gleitfilm an der Kunststoffschmelze erzielt wird, wodurch eine Adhäsion der Kunststoffschmelze mit der Schmelzkanalwand verringert bzw. verhindert wird. Hierdurch lässt sich wirkungsvoll ein Schmelzbruch an der Oberfläche des Extrudats verhindern. In einer die Erfindung verbessernden Maßnahme kann der Mündungsbereich umlaufend am Werkzeugkörper sich erstreckt, wobei der Mündungsbereich einen inneren Mündungsbereich und einen äußeren Mündungsbereich aufweist, wobei der innere Mündungsbereich und/oder der äußere Mündungsbereich die Heizung aufweisen. Der Mündungsbereich kann als Ring ausgebildet sein, der am Werkzeugkörper umlaufend sich erstreckt, so dass ein Schlauch als Extrudat aus dem Extrusionswerkzeug erzeugt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Werkzeugkörper derart ausgestaltet ist, dass der Mündungsbereich mit der Heizung am Werkzeugkörper nachrüstbar ist. Somit kann es sinnvoll sein, den Mündungsbereich montagefreundlich am Restkörper des Werkzeugkörpers separat als Ersatzteil anbringen zu können, wobei die Befestigungsart form -und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig sein kann.
Des Weiteren wird die Erfindung durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Kunststoffschlauches, der aus einem Extrusionswerkzeug eines Folienblaskopfes extrudiert wird, beschrieben, wobei das Extrusionswerkzeug einen Werkzeugkörper mit einem Schmelzkanal aufweist, aus dem aus einer Kunststoffschmelze der Kunststoffschlauch ausgeformt wird, der Werkzeugkörper einen Mündungsbereich mit einer Austrittsöffnung für
den ausgeformten Kunststoffschlauch aufweist, und eine Heizung am Werkzeugkörper vorgesehen ist, die lediglich eine lokale Erwärmung des Mündungsbereiches bewirkt, wodurch ein dünner Gleitfilm der Kunststoffschmelze im Schmelzkanal entsteht, wobei der Gleitfilm entlang des Werkzeugkörpers des Mündungsbereiches sich erstreckt, so dass ein Schmelzbruch am Kunststoffschlauch verhindert wird. Besonders vorteilhaft ist, dass ein dünner Gleitfilm sich am Randbereich der Kunststoff schmelze bildet, der dem Schmelzkanal zugewandt ist. Es entsteht am Randbereich der Kunststoffschmelze ein dünner Gleitfilm, der vorteilhafterweise niedrigviskos ist und eine geringe Adhäsionswirkung mit der Schmelzkanalwand aufweist. Hierdurch entsteht eine Extrudatoberfläche, die kaum oder keine Oberflächenirregularitäten aufweist, die ansonsten zu Oberflächenschmelzbruch führen können.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Heizung Wärmeenergie in den Mündungsbereich einbringt, so dass ein niedrigviskoser Gleitfilm entsteht, insbesondere dass der Werkzeugkörper eine Wärmetrennung aufweist, die bewirkt, dass die von der Heizung ausgehende Wärme nahezu in den Mündungsbereich gelangt und/oder dass eine Wärmetrennung derart im Werkzeugkörper integriert ist, dass ein Wärmeabfluss vom Mündungsbereich in den restlichen Werkzeugkörper gering gehalten wird. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Viskosität des Gleitfilms wesentlich geringer ist als die Viskosität der übrigen Kunststoffschmelze innerhalb des Mündungsbereiches.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Extrusionswerkzeug lässt sich besonders wirkungsvoll bei der Erzeugung eines Kunststoffschlauches anwenden, der eine extrudierte Kunststofffolie ist, die aus einem Polyethylen ausgeführt ist, insbesondere eine LLDPE-Folie oder mLLDPE-Folie ist. Gerade lineare Polyethylen Kunststoffe (LLDPE) haben aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sowie den Strömungsinstabilitäten als Extrudats die Neigung zu einem Oberflächenschmelzbruch. Das vorgeschlagene Extrusionswerkzeug sowie das erfindungsgemäße, soeben genannte Verfahren können den Schmelzbruch bei den soeben genannten Kunststoffen wirkungsvoll verhindern.
Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine extrudierte Kunststofffolie die aus einem Polyethylen ausgeführt ist, insbesondere eine LLDPE-Folie oder mLLDPE-Folie ist, wobei die Folie zumindest aus einer Schicht ausgebildet ist, die Schicht aus 100 Gewichtsteilen
ausgeführt ist, wobei die Schicht ein Schmelzbruch verhinderndes Prozesshilfsmittel mit einem Gewichtsanteil von 0 bis 2 aufweist. Vorteilhafterweise weist die extrudierte Kunststofffolie 0 Gewichtsanteile an Prozesshilfsmitteln auf, die einen Schmelzbruch verhindern können. Hierdurch lassen sich die Herstellkosten einer Kunststofffolie stark reduzieren. Zudem sind keine Prozesshilfsmittel (Additive) notwendig, die nach benötigter Konzentration auch die kritischen Folieneigenschaften in eine entgegengesetzte Richtung negativ beeinflussen können. In gewissen Anwendungsfällen kann es sogar verboten sein, Prozesshilfsmittel, insbesondere in einer definierten Konzentration einzusetzen. Vorteilhafterweise kann eine co-extrudierte Kunststofffolie erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, die aus mehreren Schichten ausgebildet ist, wobei zumindest eine der beiden äußeren Schichten wie folgt ausgeführt ist/sind: die äußere Schicht ist aus 100 Gewichtsteilen ausgeführt, wobei die äußere Schicht ein Schmelzbruch verhinderndes Prozesshilfsmittel mit einem Gewichtsanteil von 0 bis 2 aufweist.
Diese eben genannten extrudierten Kunststofffolien bzw. Kunststofffolienvarianten lassen sich durch das in dieser Erfindung beschriebene Verfahren erzeugen bzw. mit Hilfe des erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeugs dieser Erfindung herstellen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Blaskopfes einer Schlauchextrusionsanlage, Figur 2 eine schematische Ansicht eines Extrusionswerkzeuges für einen
Folienblaskopf einer Schlauchextrusionsanlage,
Figur 3 eine mögliche Ausführungsform des Mündungsbereiches des Extrusionswerkzeugs gemäß Figur 1 oder Figur 2,
Figur 4 eine Schnittansicht durch den erzeugten, extrudierten Kunststoffschlauch gemäß Figur 1 ,
Figur 5 eine weitere Ausführungsform des Mündungsbereiches des
Extrusionswerkzeuges gemäß Figur 1 oder Figur 2, Figur 6 eine weitere Ausführungsform des Mündungsbereiches des
Extrusionswerkzeuges gemäß Figur 1 oder Figur 2 und
Figur 7 eine noch weitere Ausführungsform des Mündungsbereiches des
Extrusionswerkzeuges gemäß Figur 1 oder Figur 2.
In Figur 1 ist ein Folienblaskopf 1 schematisch dargestellt, der in einer Schlauchextrusionsanlage zur Extrusion oder Co-Extrusion eines Kunststoffschlauches 2 oder einer Kunststofffolie 2 aus einer thermoplastischen Kunststoffschmelze 3 zum Einsatz gebracht werden kann. Hierbei weist der Folienblaskopf 1 ein Extrusionswerkzeug 10 mit einem Werkzeugkörper 1 1 auf, der einen Schmelzkanal 12 (siehe Figur 2) zur Erzeugung des Kunststoffschlauches 2 umfasst. Dieser Schmelzkanal 12 ist ringförmig ausgestaltet und weist eine Austrittsöffnung 14 gemäß Figur 2 an der Oberseite des Werkzeugkörpers 1 1 auf, aus der die erwärmte Kunststoffschmelze 3 und/oder der ausgeformte Kunststoffschlauch 2 (auch als Extrudat bezeichenbar) austritt.
Über eine Kühleinheit 6 lässt sich eine Schlauchinnenkühlung realisieren, bei der Kühlluft 8 über die nicht explizit gezeigter Auslasskanäle der Kühleinheit 6 in Richtung Schlauchinnenseite strömt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühleinheit 6 als Etagenkühlung ausgeführt, bei der eine Vielzahl an übereinanderliegenden Auslasskanälen für die Kühlluft 8 vorgesehen sind, um in unterschiedlichen Höhen beabstandet zur Schlauchinnenseite den Schlauch 2 zu kühlen. Des Weiteren ist eine durch den Werkzeugkörper 1 1 sich erstreckende Luftführung 7 vorgesehen, die die erwärmte Abluft 9,
die durch die Schlauchinnenkühlung entsteht, absaugt. Zudem strömt durch die Luftführung 7 die besagte Kühlluft 8 in die Kühleinheit 6 hinein.
In Figur 2 ist des Weiteren schematisch ein Extruder 5 gezeigt. Die Kunststoffschmelze 3 strömt durch eine Leitung in den Werkzeugkörper 1 1 , wobei die Kunststoffschmelze 3 auf eine definierte Temperatur gebracht wird, damit die Kunststoffschmelze 3 bzw. der Kunststoffschlauch 2 aus dem Mündungsbereich 13 des Werkzeugkörpers 1 1 , wie in Figur 1 schematisch gezeigt, austreten kann. Der Mündungsbereich 13 weist eine Austrittsöffnung 14 auf, die ringartig auf der Oberseite des Werkzeugkörpers 1 1 ausgestaltet ist.
Damit die Oberfläche der austretenden Folie 2 bzw. des Schlauches 2 keinen Schmelzbruch erleidet, weist der Werkzeugkörper 1 1 am Mündungsbereich 13 eine Heizung 30 auf, die lediglich eine lokale Erwärmung des Mündungsbereiches 13 bewirkt. Gemäß Figur 3 und Figur 5 bewirkt die lokale Erwärmung des Mündungsbereiches 13, dass ein dünner Gleitfilm 4 der Kunststoffschmelze 3 im Schmelzkanal 12 entsteht. Hierdurch lässt sich ein Schmelzbruch an der Oberfläche des Extrudates 2 verhindern. Der Gleitfilm 4 ist erfindungsgemäß niedrigviskos, wobei der Gleitfilm an der Wandung 17 des Schmelzkanals 12 entsteht. Zudem umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele eine am Werkzeugkörper 1 1 vorgesehene Wärmetrennung 31 , die bewirkt, dass die von der Heizung 30 ausgehende Wärme Q nahezu in den Mündungsbereich 13 gelangt. Hierbei ist die Wärmetrennung 31 derart im Werkzeugkörper 1 1 integriert, dass ein Wärmeabfluss vom Mündungsbereich 13 in den restlichen Werkzeugkörper 13 gering gehalten wird. Die Erfindung gemäß sämtlicher Ausführungsbeispiele lässt lediglich zu, dass der Wärmefluss in Richtung Schmelzkanal 12 des Mündungsbereiches 13 erfolgt.
Gemäß sämtlicher Ausführungsbeispiele erstreckt sich der Mündungsbereich 13 vorsprungartig aus dem Werkzeugkörper 1 1 , wobei die Heizung 30, die beispielsweise eine elektrische Heizung 30 ist, direkt am Mündungsbereich 13 angeordnet ist, um wirkungsvoll Wärme in den Mündungsbereich 13 abfließen zu lassen.
In Figur 3 ist gezeigt, dass die Wärmetrennung 31 als Luftspalt ausgeführt sein kann. Gemäß Figur 5 ist gezeigt, dass die Wärmetrennung 31 aus einem Werkstoffmaterial ausgeführt sein kann, das wärmeisolierende Eigenschaft aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wärmetrennung 31 gemäß Figur 5 aus einem keramischen Material ausgebildet.
Gemäß sämtlicher Ausführungsbeispiele erstreckt sich der Mündungsbereich 13 umlaufend am Werkzeugkörper 1 1 , wobei der Mündungsbereich 13 einen inneren Mündungsbereich 15 und einen äußeren Mündungsbereich 16 aufweist. Dieser spezielle Mündungsbereich 13, 15, 16 gemäß der Erfindung kann auch als Düsenlippe bezeichnet werden. Gemäß sämtlicher Ausführungsbeispiele ist es denkbar, dass der innere und der äußere Mündungsbereich 15, 16 jeweils eine eigene Heizung 30 aufweisen, um innerhalb der Kunststoffschmelze 3 den bereits beschriebenen niedrigviskosen Gleitfilm 4 an der Wandung 17 entstehen zu lassen. Der Schmelzbruch an der Extrudatoberfläche kann auch dann verhindert bzw. reduziert werden, wenn eine der beiden Mündungsbereiche 15, 16, d.h. der innere Mündungsbereich 15 oder der äußere Mündungsbereich 16, mit einer Heizung 30 ausgestattet sind.
Gemäß Figur 3 und Figur 5 erstreckt sich die Wärmetrennung 31 senkrecht zur Erstreckung des Schmelzkanals 12. Je nach Anforderungsprofil und technischen Randbedingungen kann es Sinn machen, dass die Wärmetrennung 31 einen schrägen Verlauf zur Erstreckung des Schmelzkanals 12 aufweist, welches exemplarisch in Figur 6 und Figur 7 gezeigt ist. Gemäß Figur 6 und Figur 7 entsteht im Wesentlichen oberhalb der Wärmetrennung 31 an der Wandung 17 der bereits beschriebenen Gleitfilm 4, der einen Schmelzbruch an der Oberfläche des Extrudates 2 verhindert. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 und Figur 7 lässt sich auch mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 kombinieren, dass bedeutet, dass gemäß Figur 6 und Figur 7 anstelle eines Luftspaltes als Wärmetrennung 31 ein wärmeisolierender Werkstoff als Wärmetrennung 31 eingesetzt werden kann, insbesondere aus einem keramischen Material. Besonders vorteilhaft ist, dass die Wärmetrennung 31 eine Dicke x aufweist, die zwischen 1 mm < x < 5mm anliegt, insbesondere die eine Dicke von ungefähr 3 mm aufweist. Zudem hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein Abstand zwischen der Wärmetrennung 10 und dem Schmelzkanal 12 verbleibt, der zwischen 3mm < y < 5mm ist. Das soeben
beschriebene bezüglich der Dicke der Wärmetrennung 31 sowie des Abstandes y ist gemäß Figur 5 bis Figur 7 ebenfalls anwendbar.
Gemäß sämtlicher Ausführungsbeispiele lässt sich ein Extrudat bzw. eine Folie 2 oder ein Schlauch 2 herstellen, wobei an der Oberfläche die Irregularitäten, insbesondere Oberflächenschmelzbruch wirkungsvoll verhindert werden kann. Somit können Oberflächendefekte wirkungsvoll vermieden werden. Es lässt sich insbesondere eine extrudierte Kunststofffolie 2 herstellen, die aus einem Polyethylen hergestellt ist, wobei die Folie 2 aus lediglich einer Schicht ausgebildet sein kann oder aus einer Vielzahl an Schichten 21 , 22, 23 bestehen kann. In Figur 4 ist eine Kunststofffolie 2 gezeigt, die aus einer Trägerschicht 23 und zwei äußeren Schichten 21 , 22 gebildet ist. Ebenfalls ist es denkbar, dass zwischen den beiden äußeren Schichten 21 , 22 weitere Zwischenschichten vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft ist, dass gemäß der Erfindung auf ein Schmelzbruch verhinderndes Prozesshilfsmittel verzichtet werden kann bzw. der Gewichtsanteil stark reduziert werden kann. Dieses gilt insbesondere bei LLDPE-Folien und bei mLLDPE-Folien, die gemäß sämtlicher Ausführungsbeispiele aus Figur 1 bis Figur 7 erzeugbar sind.
Bezugszeichen l i ste
I Folienblaskopf
2 Extrudat, Schlauch, Folie
3 Kunststoffschmelze
4 Gleitfilm
5 Extruder
6 Kühleinheit, Etagenkühlung
7 Luftführung
8 Kühlluft
9 Abluft
10 Extrusionswerkzeug
I I Werkzeugkörper
12 Schmelzkanal
13 Mündungsbereich
14 Austrittsöffnung
15 innerer Mündungsbereich
16 äußerer Mündungsbereich
17 Wandung
21 äußere Schicht
22 äußere Schicht
23 Trägerschicht
30 Heizung
31 Wärmetrennung
Claims
P ate n ta n s p rü c h e
Extrusionswerkzeug (10) für einen Folienblaskopf (1) einer Schlauchextrusionsanlage zur Extrusion eines Schlauches (2) aus einer Kunststoffschmelze (3) mit
einem Werkzeugkörper (11), der einen Schmelzkanal (12) zum Ausformen des
Schlauches (2) aufweist, wobei der Werkzeugkörper (11) einen Mündungsbereich (13) mit einer Austrittsöffnung (14) für den Schlauch (2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkzeugkörper (11) derart ausgeführt ist, dass eine am Werkzeugkörper (11) vorgesehene Heizung (30) lediglich eine lokale Erwärmung des Mündungsbereiches (13) bewirkt.
Extrusionswerkzeug (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkzeugkörper (11) eine Wärmetrennung (31) aufweist, die bewirkt, dass die von der Heizung (30) ausgehende Wärme nahezu in den Mündungsbereich (13) gelangt.
Extrusionswerkzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Wärmetrennung (31) derart im Werkzeugkörper (11) integriert ist, dass ein Wärmeabfluss vom Mündungsbereich (13) in den restlichen Werkzeugkörper (11) gering gehalten wird.
Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mündungsbereich (13) vorsprungartig aus dem Werkzeugkörper (11) sich erstreckt, wobei die Heizung (30) am oder im Mündungsbereich (13) angeordnet ist.
Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmetrennung (31) am und/oder im Mündungsbereich (13) angeordnet ist, die als Isolator ausgeführt ist.
6. Extrusionswerkzeug (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmetrennung (31 ) als Luftspalt ausgeführt ist oder dass die Wärmetrennung (31 ) aus einem Werkstoffmaterial ausgeführt ist, das wärmeisolierende Eigenschaften aufweist, insbesondere dass die Wärmetrennung (31 ) aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
7. Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmetrennung (31 ) eine Dicke aufweist, die zwischen 0.5mm < x < 10mm liegt, insbesondere die zwischen 1 mm < x < 5mm liegt.
8. Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmetrennung (31 ) sich in Richtung des Schmelzkanals (12) erstreckt.
9. Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Abstand zwischen der Wärmetrennung (31 ) und dem Schmelzkanal (12) verbleibt, der insbesondere zwischen 0.5mm < y < 10mm liegt.
10. Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkzeugkörper (1 1 ) mit Heizung (30) und der Wärmetrennung (31 ) derart ausgeführt sind, dass die Wandtemperatur des Schmelzkanals (12) im Mündungsbereich (13) größer ist als die Schmelztemperatur der Kunststoffschmelze (3).
1 1 . Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mündungsbereich (13) umlaufend am Werkzeugkörper (1 1 ) sich erstreckt, wobei der Mündungsbereich (13) einen inneren Mündungsbereich (15) und einen äußeren Mündungsbereich (16) aufweist, wobei der innere Mündungsbereich (15) und/oder der äußere Mündungsbereich (16) die Heizung (30) aufweisen.
12. Extrusionswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkzeugkörper (1 1 ) derart ausgestaltet ist, dass der Mündungsbereich (13) mit der Heizung (30) am Werkzeugkörper (1 1 ) nachrüstbar ist.
13. Verfahren zur Erzeugung eines Kunststoffschlauches (2), das aus einem Extrusionswerkzeug (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, eines Folienblaskopfes (1 ) extrudiert wird, wobei
das Extrusionswerkzeug (10) einen Werkzeugkörper (1 1 ) mit einem Schmelzkanal (12) aufweist, aus dem aus einer Kunststoffschmelze (3) der Kunststoffschlauch (2) ausgeformt wird,
der Werkzeugkörper (1 1 ) einen Mündungsbereich (13) mit einer Austrittsöffnung (14) für den Kunststoffschlauch (2) aufweist, und
eine Heizung (30) am Werkzeugkörper (1 1 ) vorgesehen ist, die lediglich eine lokale Erwärmung des Mündungsbereiches (13) bewirkt, wodurch ein dünner Gleitfilm (4) der Kunststoffschmelze (3) im Schmelzkanal (12) entsteht, wobei der Gleitfilm (4) entlang des Werkzeugkörpers (1 1 ) des Mündungsbereiches (13) sich erstreckt, so dass ein Schmelzbruch am Kunststoffschlauch (2) verhindert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizung (30) Wärmeenergie in den Mündungsbereich (13) einbringt, so dass ein niedrigviskoser Gleitfilm (4) entsteht, insbesondere dass der Werkzeugkörper (1 1 ) eine Wärmetrennung (31 ) aufweist, die bewirkt, dass die von der Heizung (30) ausgehende Wärme nahezu in den Mündungsbereich (13) gelangt und/oder dass eine Wärmetrennung (31 ) derart im Werkzeugkörper (1 1 ) integriert ist, dass ein Wärmeabfluss vom Mündungsbereich (13) in den restlichen Werkzeugkörper (1 1 ) gering gehalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Viskosität des Gleitfilms (4) wesentlich geringer ist als die Viskosität der übrigen Kunststoffschmelze (3) innerhalb des Mündungsbereiches (13).
16. Extrudierte Kunststofffolie (2), die aus einem Polyethylen ausgeführt ist, insbesondere eine LLDPE-Folie oder mLLDPE-Folie ist, wobei
die Folie (2) zumindest aus einer Schicht (21 , 22) ausgebildet ist,
die Schicht (21 , 22) aus 100 Gewichtsteilen ausgeführt ist, wobei die Schicht (21 , 22) ein
Schmelzbruch verhinderndes Prozesshilfsmittel mit einem Gewichtsanteil von 0 bis 2 aufweist.
17. Extrudierte Kunststofffolie (2) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Folie (2) aus mehreren Schichten (21 , 22, 23) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der beiden äußeren Schichten (21 , 22) wie folgt ausgeführt ist/sind:
die äußere Schicht (21 , 22) ist aus 100 Gewichtsteilen ausgeführt, wobei die äußere Schicht (21 , 22) ein Schmelzbruch verhinderndes Prozesshilfsmittel mit einem Gewichtsanteil von 0 bis 2 aufweist.
18. Extrudierte Kunststofffolie (2), die nach einem der Ansprüche 13 bis 15 hergestellt ist.
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