DE1778471B2

DE1778471B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren

Info

Publication number: DE1778471B2
Application number: DE671778471A
Authority: DE
Inventors: Henry Lee Findlay Ohio Glass; Walter John Bay City Mich. Schrenk
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1967-05-05
Filing date: 1968-05-03
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US3511903A; NL160519B; BE714633A; GB1222895A; DE1778471C3; JPS498701B1; NL6806193A; DE1778471A1; SE339559B; NL160519C; FR1565035A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahre«! zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren, bei dem ein plastifizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Innenschicht von einem plastifizierten Kunststoff für eine Hüllschicht umhüllt und in den Kunststoff der Innenschicht ein plastifizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Kernschicht eingeführt wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Häufig ist es erwünscht, verschiedene Kunststoffe zu einem Verbundkörper zu extrudieren. Hierbei kann einer der Kunststoffe thermisch verhältnismäßig unstabil sein und die üblichen Extruder korrodierend angreifen. Daher lassen sich beispielsweise Copolymere mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt von Vinylidenchlorid, beispielsweise von 80%, nur schwierig extrudieren. Es sind hierbei besondere Vorsichtsmaßnahmen notwendig, die bei einem Kunststoff, wie Polyäthylen oder Polystyrol, nicht erforderlich sind. Polyäthylen, Polystyrol und verschiedene andere thermoplastische Kunststoffe können leicht in einer Vorrichtung aus kohlenstoffhaltigem Stahl cxtrudicrt werden; für Vorrichtungen zum Extrudieren von weniger stabilen und korrodierenden Kunststoffen müssen dagegen Nickellegierungen verwendet werden. Bei der Herstellung mehrschichtiger Verbundkörper, die als einen Bestandteil einen thermisch abbaubaren Kunststoff enthalten, muß man dafür sorgen, daß der thermisch abbaubarc Kunststoff unter einer Schicht eines verhältnismäßig stabilen Kunststoffes gefördert wird, oder daß er nur mit solchen Metallteilen der Vorrichtung in Berührung kommt, die gegen seine korrodierende Wirkung beständig sind. Ferner ist es erwünscht, daß die Verweil/eil des abbaubaren Kunststoffes innerhalb des Extruders so kurz wie möglich ist. Die Herstellung und Vorbereitung von Extruder-Mundstücken zum Extrudieren von mehrschichtigen Filmen, Folien, Rohren oder Stangen ist verhältnismäßig teuer. Wenn das Mundstück korrosionsbeständige Teile enthalten soll, werden die Hersteilkosten wesentlich erhöhl.
Aus der niederländischen Patentschrift 6t!i Il ΊΙ6 ist

ίο ein Verfahren zum Coextrudieren eines Verbundkörpers bekannt, der zu einem großen Teil aus einem thermisch verhältnismäßig instabilen und korrosiven Kunststoff besteht. Bei diesem Verfahren wird der thermisch instabile Kunststoff von einer HOIIschicht aus thermisch stabilem und nicht korrosivem Kunststoff ui:.gcben. Deswegen müssen die Teile des Exirusionskopfes, die nur dem Hüllkunststoff ausgesetzt sind, nicht aus korrosionsbeständigem Material hergestellt¹ sein. Dadurch werden in erheblichem Maße Kosten i/ingespan. Soll jedoch innerhalb der Innenschicht aus dem korrosiven Kunststoff eine weitere Schicht, die man als Kernschicht bezeichnen kann, exirudicrl werden, so müssen nach den bisher bekannten Verfahren die Bauteile, die der Zuführung und Extrusion dieser dritten Schicht dienen, aus hochwertigen, korrosionsbeständigen und schwer zu bearbeitenden Materialien hergestellt sein, weil sie mit dem korrosiven Kunststoff in Berührung kommen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und

JO eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der innerhalb eines Stromes aus korrosivem Kunststoff eine oder mehrere Kernschichlcn cxtrudicrt werden können, ohne daß in erheblichem Umfang Bauteile verwendet werden müssen, die mit aufwendigen Verfahren vor Korrosion geschützt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Einführen des hitzebeständigen Kunststoffes für die Kernschicht entgegen der Fließrichtung des thermisch instabilen Kunststoffes luv die Innenschicht sowie des thermisch stabilen Kunststoffes für die Hüllschicht erfolgt.

Der Durchführung dieses Verfahrens dient eine Vorrichtung mit einer ersten Zuleitung für den Kunststoff der Innenschicht, mit einer die erste Zuleitung umfassenden zweiten Zuleitung für den Kunststoff der Hüllschicht und mit wenigstens einer dritten Zuleitung für den Kunststoff der Kernschicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die als Stromteiler ausgebildete dritte Zuleitung mit ihrer Mündung entgegen der Fließrichtung der Kunststoffe für die Innenschichi und für die Hüllschichi auf die erste Zuleitung und die /.weile Zuleitung gerichtet ist.

Durch die crfindungsgcmäßc Anordnung des Extrusionskopfcs für die Kernschicht ist es möglich, dieses Teil im Gegen .atz zu den bekannten Vorrichtungen aus normalen, nicht besonders korrosionsgeschüt/.tcn Materialicr, zum Beispiel kohlenstoffhaltigen Stählen, herzustellen. Dadurch tritt eine Kostenersparnis ein, zumal korrosionsbeständige Materialien nicht nur teuer, sondern auch schwerer zu bearbeiten sind.

Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundkörper durch Coextrudieren. Ks zeigt

Fig. I einen Querschnitt durch die Vorrichtung gc näß dem ersten Ausführungsbcispiel;

F ig. 2 einen Längsschnitt der Vorrichtung entlang der Linie H-Il nach Fig. I;

!'ig. 3 einen Schnitt durch das /weite Ausfiihrungsbcispicl der Vorrichiung;

I"ig.4 eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, des dritten Ausführungsbcispiels der Vorrichtung;

Γ i g. 5 einen Querschnitt der Vorrichtung entlang der Linie V-V nach Fig.4;

F i g. 6 einen Schnitt der Vorrichtung gemäß F i g. 4 in größerer Darstellung entlang/ier Linie Vl-Vl und

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 4 in größerer Darstellung entlang der Linie VII-VII nach Fig.4.

Eine Vorrichtung IO ist mit einem Fxtruder 11 für thermoplastischen Kunststoff verbunden, /.wischen der Vorrichtung 10 und dem Extruder 11 ist ein Zwischenstück 17 angeordnet, in den der durch Wärme plastifizierte Kunststoff aus einer Leitung 13 des Extruders 11 gelangt. Das Zwischenstück 17 hat eine zentral angeordnete rechtwinklige Leitung 20 mit einer abgeschrägten ersten Zuleitung 21 für den Kunststoff. Innerhalb des Zwischenstückes 17 befindet sieh eine ringförmige rechteckige zweite Zuleitun« 24 in Verbindung mit der Leitung 20. Die Zuleitung 24 ist wesentlich enger als die Sammelleitung 23 an ihrer weitesten Stelle. In das Zwischenstück 17 mündet eine zweite Leitung 25 für Kunststoff. Die Leitung 25 verbindet die Sunimcllcilung 23 und eine zweite Quelle 26 von durch Wärme plastifiziertcm Kunststoff. Die Leitung 20 des Zwischenstückes 17 hat ein Auslaßende 28 mit etwa rechtwinkeligem Querschnitt. In die als Extrudermundsiück ausgebildete Vorrichtung 10 tritt der plastifi,.iertc Kunststoff durch eine mit dem Auslaßende 28 verbundene Einlaßöffnung 37 ein. Die Vorrichtung 10 umschließt eine innere Leitung 35 mit Stromlinienform, die eine Einlaßöffnung 37 hat, die auf das Auskittende 28 des Zwischenstückes 17 paßt. Die Lciiung 35 endei in einem Extrudicrschlitz 39. Innerhalb der Leitung 35 befinden sich mehrere Stromteiler 40. die in Abständen voneinander dort angeordnet sind, wo die Leitung 35 ihren größten Querschnitt hai. leder dieser Stromteiler 40 enthält eine Anschlußlcitung 46, die in eine dritte Zuleitung 51 mundcl. Die Zuleitungen 51 enden in je einer Mündung 56, deren Länge etwa der Länge der Stromteiler 40 entspricht. Die Zufuhr des Kunststoffes für die Anschlußlcilungen 46 erfolgt über eine Leitung 62 aus einer Quelle 63. leder der Stromteiler 40 isi so angeordnet, daß seine Mündung 56 gegen die Einlaßöffnung 37 der Leitung 35 gerichtet ist. Die Leitung 35 verengt sich gegen den Eximdersehlii/ 39 und verbreiten sich in einer Ebene senkrecht /ur Zeichnung. Die gestrichelten Linien in Fig. I /eigen stellenweise die Begrenzungen /wischen den Schichten der Kunststoffe aus der erslen, /weilen und dritten Zulcilung2l,24b/w.5l.

Heim Betrieb der Vorrichtung nach I" i g. I fiihrl man einen ersten Kunststoff in durch Wärme plasiifi/iertem Zustand aus dem Extruder Il ein. Der /weile durch Wärme plastifizicrlc Kunststoff wird aus der Quelle 26 zugeführt. Dieses /weile Malerial gelangt aus der Quelle 26 durch die Leitungen 25 in die Sammelleitungen 23 und tritt aus dieser in Form eines elwii rechtwinkeligen Schlauches aus und umgibt den Kunststoff aus dem Extruder 11. In einem Abschnitt der Strecke /wischen dem Zwischenstück 17 und der Vorrichtung 10 entsteht also ein zusammengesetzter Strom aus Kunststoff, wobei der niillig befindliche Kunststoff umhüllt ist vn einer ringförmigen Schicht des /weilen Kunststoffes. Die dritte Quelle 63 liefert durch Wärme plaslifizierles und nicht korrodierendes Material in die Leitung 62. Aus dieser gelangt es in die AnsehluUleitungen 46 der Stromteiler 40 und tritt durch dij MüiidungLn 56 aus. Der Austritt erfolgt entgegen der Fließrichtung des thermisch instabilen Kunststoffes aus dem Extruder Il und des thermisch stabilen Kunststoffes aus der Quelle 26, die durch die Leitung 35 fließen. Jeder der Ströme aus den Mündungen 56 wird geteilt und gegen die Stromteiler 40 gedrückt. Hierbei fließt er entlang der Stromteiler 40 und bildet eine

ίο ein/ige Schicht an einer Stelle, die /wischen den Stromteilern 40 und dem Exiruderschlit/ 39 liegt. Der korrodierende Kunststoff aus dem Extruder II kann also nicht in Berührung kommen mit den .Stromteilern 40. Der austretende, den nicht dargestellten Verbundkörper bildende Strom besteht aus einer äußeren Schicht eines Kunststoffes aus der /weiten Quelle 26, mehreren inneren Schichten aus Kunststoff aus dem Extruder 11 und mehreren dazwischen liegenden Schichten aus Kunststoff von der dritten Quelle 63.

Die Vorrichtung 70 gemäß dem /.weilen Ausrührungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt einen Körp., 71 mit einer inneren Leitung 72. die der Leitung 35 r.jch F i g. 1 entspricht. Der Körper 71 hat ein oberes Ende 73 und ein Auslaßende 74. Innerhalb der Leitung 72 befindvi sich ein Stromverteiler 75. Der Stromverteiler 75 ist ein Leitblech, <i jrch welches die Zahl der Schichten in dem Strom vergrößert werden kann. Das Leitblech 75 enthält einen Körper 76. der einen aufwärts angeordneten Stromteiler 78 bildet. Der Stromteiler 78 hat eine

jo längliche schlitzförmige Zuleitung 79. die stromaufwärts in einer Mündung 80 endet. Innerhalb des Stromvertei- !ers 75 befindet sich eine Leitung 81. die in Verbindung steht mit der schlitzförmigen Zuleitung 79 und einer /weiten Anschlutlleilung 82. Die Anschlußleitung 82

J5 sieht ihrerseits in Verbindung mit einer Leitung 85 zum Einführen eines dritten Kunststoffes. Die gestrichelten Linien in Fig. 3 /eigen, wie Teile des dritten Kunststoffes, die aus der Mündung 80 austreten, strömen.

Bei Verwendung dieser Vorrichtung 70 wird die Anzahl der Schichten am stromabwärts gelegenen Auslaßtndc 74 etwa verdoppelt gegenüber der Anzahl der Schichten, die stromaufwärts eintreten, wobei noch zwei v/eilere Schichten aus der Mündung 80 entstehen.

Der Stromverteiler 75 isl beinahe ganz umhül't von dem dritten Kunststoff und dadurch gegen korrodierende Anteile innerhalb des Stromes geschützt.

Die Fig.4 zeigt als drittes Ausfiihrungsbeispiel eine Vorrichiung 90 zur Herstellung eines Rohres mil

to mehreren Schichten. Die Vorrichtung 90 enthält den Körper 91 mil einem crMcn Ende 92 und einem zweiten Ende 93. Der Körper 91 enthält eine innere Leitung 95 in Verbindung mit dem erslen Ende 92. Etwa koaxial mit der l.cilurg 95 enthält der Körper 9! um einen Dorn 140 eine Leitung 96, die in Verbindung mit der Leitung 95 und dem zweiten Ende 93 des Körpers 91 stchl. Der Körper 91 enthält ein zentral angeordnetes Rohrstück 97, das sich in der Leitung 95 gegen das erste Ende 92 hin erstreckt. Das Rohrstück 97 hai ein erstes Ende 98

Mi und ein /weites Ende 99. Das zweite Ende 99 berührt das erste Ende 92 der Leitung 95, Ferner enthält der Körper 91 eine innere ringförmige Aushöhlung 101, die koaxial mit der Leitung 96 angeordnet ist und dem ersten Ende 98 des Rohrstückes 97 anliegt. Die Aushöhlung 101 für

f)5 den Kunststoff slehl durch eine ringförmige Leitung 102 in Verbindung mit der Leitung 95. Der Körper 91 enthüll ferner einen Verteiler 104 für den Kunststoff. Der Verteiler 104 ist flach und rinijfrirmii' iinrl rrurocki

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sich in clic ringförmige Aushöhlung 101 und die Leitung 102. Der Verteiler 104 enthält einen Körper 105 mn einer darin befindlichen ersten Leitung 107 für Kunststoff. Die Leitung 107 steht in Verbindung mil einer Quelle 108 fur den durch Wärme plastifizieren Kunststoff. Die i.ei.ung 107 endet in der Leitung 110 innerhalb des Korpers 105 und verläuft etwa senkrecht /Ii der Leitung 107. Die Leitung 110 steht in Verbindung mit dem Raum außerhalb des Körpers 105 und mil der ringförmigen Aushöhlung 101. Der Körper 105 teilt die Aushöhlung 101 in /wci Teile 101,/ und 101 fr Ferner unlerleilt der Körper 105 die ringförmige Leitung 102 in zwei ringförmige Leitungen 102,7 um! 102/'. Der Korper 91 enthält ferner eine Sammelleitung 112 für Kunststoff, die der Aushöhlung 101 anliegt und sich radial nach außen erstreckt. Die Sammelleitung 112 sieht in Verbindung mit einer Leitung 11J. die ihrerseils in Verbindung mil einer /weilen Quelle 114 fur Kunststoff sieht. Der Körner 105. welcher der Sammelleitung 112 anliegt, enthält mehrere Anschliiltleilungen 116. welche die Verbindung /wischen der Sammelleilung 112 und vier Zuleitungen 118 für einen dritten Kunststoff herstellen. Die /uleilungen 118 für den dritten Kunststoff erstrecken sich von einem Punkt außerhalb des Körpers 91 bis /ur inneren Oberfläche 119 des ringförmigen Körpers 105. Innerhalb des Körpers 105 befinden sich drei Stromteiler 121. leder der Stromteiler 121 enthält eine schlitzförmige Zuleitung 122 in Verbindung mil der Anschlußleitung I 16. In Verbindung mit dem Körper 91 sieht eine Extruder-Vorrichtung 124. Diese H\truder-Vorrichtung 124 enthält einen umhüllenden Körper 125. innerhalb dessen sich eine innere rechtwinkelige /weile Zuleitung 126 befmdei. Die Zuleitung 126 stein über eine 1.ellung 127 in Verbindung mit der Quelle 114 für ilen /weilen Kunststoff. Die Zuleitung 126 mündet anliegend an den Körper 91 in cm eiwa rechtwinkeliges Extruder-Mundstück 128. dessen Querschnitt dem Querschnitt der Zuleitung 118 entspricht. Heim Körper 105 befindet sich eine Quelle 129 fur den drillen Kunststoff. Die Quelle 129 steht in Verbindung mit einem Futterstück 130 innerhalb der Zuleitung 126. Das I utlerstück Π0 enthält eine innere, erste Zuleitung 131. dessen Anstoßende 133 einen rechtwinkeligen Quersehnil! hat. der kleiner ist. als der Querschnitt der Zuleitung 118. Der Körper 125 und das l-'uiterstuck 130 umschließen eine rechtwinkelige Exiruderleitiing 135. die in Verbindung mit der Extruder-Mündung 128 und der Zuleitung 126 steht. Der Dorn 140 befindet sich zentral innerhalb der Leitungen % und 95 des Körpers 91. Der Dorn 140 ha! ein erstes Lnde 14! und ein zweites Ende 142. Der Dorn 140 wird rotierbar innerhalb des Körpers 91 getragen von einem ersten Lager 144. das von dem/weiten Lnde 99 und dem Rohrstück 97 gehalten wird. Das /weite Ende 142 des Domes 140 wird rotierbar von dem Lager 146 an dem /weiten F.nde 93 und dem Körper 91 getragen. Ein Antrieb 147 ist am /weiten Ende 142 des Dorncs 140 befestigt. Am ersten Ende 141 des Domes 140 ist ein Rohrstück 149 starr befestigt und bildet einen Teil eines ringförmigen Mundstückes 160. Das Rohrslüek 149 hai ein Ende 150. das in einigem Absland von dem /weilen Ende 142 angeordnet ist. Das Linie 150 bildet den inneren feil einer Auslriltsöffnung 151. Innerhalb des ¹J Körpers 91 befindel sich rolierbar angcordncl der äußere Teil 153 des Mundstückes. Dieser Teil wird von zwei Lagern 154 und 155 gelragen. Mil dem Teil 153 ist ein Antrieb (56 verbunden. Der Teil 153 hai eine innere Leitung 159 und eine das Mundstück umfassende

ίο Oberfläche 158. Das Mundstück 160 fluchtet mil dent äiillcren Teil der Leitung 95. Die Leitung 95 hai einen fesien Wandleil IhI;/ und einen beweglichen Wandleil 161fr

Die I ι g. 7 zeigt einen Schnitt durch die l.eilung 95

!■> entlang der Linie VII-VII nach I i g. 4. Ein Strom 171 aus Kunststoff stammt aus der zweiten Quelle 114. ein Strom 172 aus Kunststoff aus der drillen Quelle 129.

lieim Uetriebe der Vorrichtung 90 gelangt der erste Kunststoff aus tier Quelle 108 durch den Körper 105 in

2" die erste l.eilung 107. in die l.eilung 110. sirömi dann in die hohlen feile ΙΟΙ,ι und lOlfr und radial durch die Leitungen 102,7 und 102fr, von wo er in die l.eilung 95 gelangt. Aus der dritten Quelle 129 kommt ein elwa rechtwinkeliger Strom von leicht abbaubarem Kunst

2Ί sloff in die erste Zuleitung ΠI. Dieser Strom kommt von dem Anstoßende 133 dei Zuleitung 131 in elwa rechtwinkeliger l-'orm in das Extruder-Mundstück 128 und in 'lic Zuleitung 118. Kunststoff aus der /weilen Quelle 114 kommt durch die Leitung 127 in die zweite

J« Zuleitung 126 und wird als umhüllende Schicht um den aus der l.eilung 131 austretenden Strom exlrudiert. Ein Teil des Kunststoffes aus der zweiten Quelle 114 trill in den Körper 91 durch die l.eilung 113 und die Sammelleitung 112 ein. Der Kunststoff tritt aus der

Ji Sammelleilung 112 durch die Leitungen 116 aus. Aus den Anschlußleitungen 116 slröml der Kunststoff radial nach auswärts durch die dritten Zuleitungen 122 in die nach außen erweiterten Mündungen 123. Der ummantelte Strom fließt in die Zuleitung 118 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung und trifft den /weilen Kunststoff aus den Mündungen 123. Der Strom aus den Zuleitungen 118 hat also die Form des rechtwinkeligen Stromes 172 aus Kunststoff von der dritten Quelle 129. der umhüllt ist von einem äußeren Strom 171 aus

<ί Kunststoff von der /weiten Quelle 114. Diese Ströme 171 und 172 sind ihrerseits umschlossen von dem Kunststoff aus den ringförmigen Leitungen 102.1 und 102fr (F i g. 7). Beim Führen der Kunststoffe durch die Leitung 95 werden diese durch die rotierende Bewegung des Domes !40 und der Oberfläche 158 so beeinflußt, daß die Teilströme gestreckt werde und vier Schichten bilden. |cde dieser vier Schichten hat eine spiralige l'orm, deren Ausdehnung abhängig ist von der Extrudicrgeschwindigkcil und von der Rotationsgeschwindigkeit des Mundstückes 160. Der nicht dargestellte, aus dem Mundstück 160 austretende Verbundkörper enthält also vier Schichten aus Kunststoff von der dritten Quelle 129 und acht Schichten aus Kunststoff von der /weiten Quelle 114.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verrühren zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Coextrudieren, bei dem ein plastifi/ierter thermoplastischer Kunststoff für eine Innenschichi von einem plastifizierten Kunststoff für eine Hüllschicht umhüllt und in den Kunststoff der Innenschicht ein plastifizierter thermoplastischer Kunststoff für eine Kernschicht eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen des hitzebeständigen Kunststoffes für die Kernschicht entgegen der Fließrichtung des thermisch instabilen Kunststoffes für die Innenschicht sowie des thermisch stabilen Kunststoffes für die Hüllschicht erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, mit einer ersten Zuleitung für den Kunststoff der Innenschicht, mit einer die erste Zuleitung umfassenden zweiten Zuleitung für den Kunststoff der Hüllschichi und mit wenigstens einer dritten ZuIeKu₁Ig für den Kunststoff der Kernschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromteiler (40, 78, 121) ausgebildete dritte Zuleitung (51, 79, 122) mit ihrer Mündung (56, 80, 123) entgegen der Fließrichtung der Kunststoffe für die Innenschichi und für die Hüllschicht auf die erste Zuleitung (21, 131) und die zweite Zuleitung (24, 126) zu gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (123) nach außen erweitert sind.