DE2938781C2

DE2938781C2 - Extruderkopf zum Koextrudieren eines wenigstens zwei Schichten aufweisenden Verbundrohres

Info

Publication number: DE2938781C2
Application number: DE2938781A
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Nishimoto; Kengo Iwaki Fukushima Yamazaki
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1983-11-24
Also published as: US4265693A; DE2938781A1; GB2032837A; JPS581650B2; JPS5546937A; GB2032837B

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruderkopf zum " Koextrudieren eines wenigstens zwei Schichten aufweisenden Verbundrohres gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Rohrförmige Laminate werden im allgemeinen durch Koextrudier-Aufblähverfahren hergestellt, bei denen eine Mehrzahl verschiedener Kunststoffe gleichzeitig parallel extrudiert und dann in einer ringförmigen Extruderdüse ringförmig geschichtet werden. Bei den herkömmlichen Koextrudierverfahren werden die aus den einzelnen Extrudern ausgepreßten Kunststoffströme ringförmig in einem Stück aufeinandergeschichtet, und zwar mit Abmessungen, die ungefähr gleich denjenigen am Auslaß der Extruderdüse sind. Die ringförmige Extruderdüse muß daher eine Mehrzahl von ringförmigen Kanälen für die Kunststoffströme aufweisen, wobei jeder mit relativ geringer Dicke und relativ großem Durchmesser mit hoher Präzision geformt ist. Diese Präzision ist jedoch begrenzt, so daß die glatte Durchströmung der Kunststoffe behindert wird und sich eine ungleichmäßige Verteilung der Querschniltsdicke des Laminats ergibt. Außerdem werden bei Durchgang des Kunststoffs durch die sehr dünnen Strömungskanäle hohe Temperaturen erzeugt, wodurch dann Schwierigkeiten entstehen, wenn ein Laminat aus weniger wärmebeständigen Kunststoffen erzeugt werden soll. Laminate, die teuere Kunststoffe in geringer Dicke aufweisen, sind ebenfalls für ein derartiges Herstellungsverfahren ungeeignet, da die Dicke des teueren Materials wegen der ungleichmäßigen Verteilung der Querschnittsdicke zunimmt, so daß die Materialkosten ansteigen. Außerdem ergibt sich die Schwierigkeit, daß sehr sorgfältig ein Klebeharz ausgewählt werden muß, weil wegen der kurzen Strecke von dem Laminierteil bis zum Düsenauslaß eine gute Haftverbindung nicht erzielt werden kann. ^fe0

Da überdies bei der Durchführung von herkömmlichen Koextmsions-Aufblähverfahren Kreuz- oder Spiraldüsen erforderlich sind, deren Anzahl gleich derjenigen der Schichtlagen ist, und da folglich an der Vereinigungsstelle der Kunststoffströme in der Extrusionsdüse deren Aufbau sehr kompliziert ist, ist die Anzahl der aufeinanderschichtbaren Lagen begrenzt und die Herstellung der für die Erzeugung solcher Laminate geeigneten Düse schwierig.

Ein Extruderkopf der eingangs genannten Gattung (GB-PS 14 36 907) ist mit Zufuhrkanälen zur Zufuhr je eines Kunststoffes ausgestattet, sowie mit einer Kammer zum Ausbreiten der Kunststoffe in Form eines Laminats bis zur Vereinigung von dessen Rändern, und mit einer ringförmigen Form zur Formung der verbundenen Kunststoffe zu einem Verbundrohr, wobei ein die Zufuhrkanäle und einen mit diesen verbundenen gemeinsamen Kanal umfassender Adapter vorgesehen ist, in welchem die Kunststoffe zu einem Laminat zusammengeführt werden. Die Querschnittsgestalt jedes der einzelnen Kunststoffströme in der Verbundströmung ist in Abhängigkeit von ihrer Viskosität etwa rechteckig geformt.

Mit einem Extruderkopf dieser Art ist es zwar möglich, dann gleichmäßige Schichtungen zu erreichen, wenn der Unterschied zwischen den Viskositäten der einzelnen Schichten sehr gering ist, doch ergeben sich ungleichmäßige Schichten, wenn dieser Unterschied groß ist, wie in der Praxis meist gegeben.

Ferner ist aus dem DE-GM 77 09 203 ein Extruderkopf bekannt, in dem zwei Ströme aus thermoplastischem Kunststoff getrennt in Ringkanäle eingeleitet und in einem ringförmigen gemeinsamen Kanal miteinander vereinigt werden. Die vereinigte Strömung wird dann der eigent'ichen Extruderdüse zugefünrt. Die Materialströmungen werden in diesem bekannten Extruderkopf also durch getrennte Einleitung in die getrennten Kanäle bereits vor ihrer Vereinigung in ringförmige Strömungen umgeformt. Als solche treffen sie dann in der Ringzone aufeinander. Bei einem derartigen Extruderkopf können also nur zwei Materialströme aufeinandergeschichtet werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Extruderkopf der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem auch bei großem Unterschied der Viskositäten der einzelnen Kunststoffströme gleichförmige Schichten erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmaie des Patentanspruches 1 gelöst.

Dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Kunststoffschichten unterschiedlicher Viskosität auch unterschiedliche Ausbreitungseigenschaften haben, und daß diese unterschiedlichen Ausbreitungseigenschaiten durch eine entsprechende Querschnittsgestalt der Strömungen derart kompensiert werden können, daß letztlich ein Verbundrohr mit umfangsmäßig völlig gleichförmigen, d. h. gleichmäßig dicken Schichten erzielbar ist. Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß die erzielten Verbundrohre keine Schicht bzw. Schichten aufweisen, die sich nicht völlig um den Umfang des Verbundrohrs herumerstrekken, obgleich sehr große Unterschiede in den Viskositäten der einzelnen Schichten vorliegen können.

Bei der Verminderung der Dicke der geschichteten Verbundströmung und bei einer Änderung der Breite der Verbundströmung beim Übergang von der flachen Strömung zur ringförmigen Strömung wird beobachtet, daß die jeweiligen Kunststoffschichten ein unterschiedliches Ausbreitungsverhallen zeigen, und zwar wegen der unterschiedlichen Viskositäten der jeweiligen Kunststoffschichten, sowie aufgrund der angrenzenden Flächen (Innenwand oder angrenzender Kunststoff) oder wegen des Düsenaufbaus und dergleichen. Dadurch sammeln sich nur die besser verteilbaren

Kunststoffe an den Seitenrandern, während die weniger ^Ut verteilbaren Kunststoffe diese Stelle nicht erreichen.

Selbst wenn also die Dicke an der Vereinigungsstelle der Kunststoffströmungen gleichförmig ist, so sind doch nicht alle Kunststoffschichten bis zu den Seitenrandern vorgedrungen und stoßen daher in der Düse nicht aufeinander. Wenn also Kunststoffschichten zusammengeführt werden sollen, die ein sehr unterschiedliches Ausbreitungsverhalten zeigen, wird erfindungsgemäß durch entsprechende Gestaltung der Zuführkanäle die Kunststoff strömung geringer Viskosität konvex ausgebildet, und zwar mit einem dickeren Mittelteil und einem dünneren Randteil, wobei gegebenenfalls die Kunststoffströmung größerer Viskosität konkav ausgebildet wird, also mit einem dünneren Mittelteil und breiteren Außenteilen, so daß das Dickenverhältnis der Kunststoffströmungen beim Durchgang durch die Düse gleichmäßig wird. Insbesondere gilt dann für das Querschnittsverhältnis der aneinandergi enzenden Kunststoffschichten an der Vereinigungsstelle, daß das Verhältnis der Kunststoffschicht geringer Viskosität zu der Kunststoffschicht größerer Viskosität im mittleren Teil größer ist als an den Seitenrandern.

Da die Viskosität des Kunststoffs für sein Ausbreitungsvermögen ein sehr wesentlicher Faktor ist und bei niedriger Viskosität ein besseres Strömungsvermögen und eine bessere Verteilbarkeit gegeben sind, werden erfindungsgemäß die Kunststoffströmungen geringer Viskosität konvex ausgebildet. Anzumerken ist dabei jedoch, daß das Ausbreitungsvermögen einer Kunst-Stoffschicht auch von anderen Faktoren abhängt, z. B. von der angrenzenden Berührungsfläche (der Düsenwand oder der angrenzenden Kunststoffschicht), sowie der Gestalt der Kanäle usw. Es ist also nicht nur die Viskosität der allein das Ausbreitungsvermögen bestim- ^J5 mende Faktor.

Damit das Dickenverhältnis entlang des Umfanges jeder Kunststoffschicht beim Aneinanderstoßen der Seitenränder der Ströme in der Düse gleichmäßig wird, ist es nicht nur erforderlich, daß die Kunststoffschicht geringerer Viskosität an der Vereinigungsstelle konvex ist, sondern auch daß das Dickenverhältnis zu den angrenzenden Kunsistoffschichten im mittleren Bereich und an den Seitenbereichen genau bestimmt wird. Da jedoch das Ausbreitungsvermögen der Kunststoffschichten auch von verschiedenen anderen Faktoren als der Viskosität abhängt, nämlich den angrenzenden Flächen, der Strömungsgeschwindigkeit, dem Druck, der Düsenform usw., ist es sehr schwierig, die Struktur jeder Schicht an der Vereinigungsstelle theoretisch ^5ιΊ unter Berücksichtigung all der vorstehenden Faktoren festzulegen.

In der Praxis werden mit dem erfindungsgt'mäßen Extruderkopf mehrschichtige Verbundrohre mit geringen Ur.gleichmäßigkeiten in der Querschnittsdicke erzielt, wobei der Aufbau des Adapters unter Beobachtung von etwaigen Ungleichmäßigkeiten der Dicken des Laminats beim Austreten aus der Düse abgestimmt wird. Dazu ist anzumerken, daß eine herkömmliche ringförmige Verzweigungsdüse sehr teuer ist, da sie komplizierte gekrümmte Oberflächen aufweist und sehr präzise entsprechend dem zu extrudierenden Verbundrohr gefertigt werden muß. Änderungen von herkömmlichen Düsen sind also nicht ohne weiteres möglich, während der bei dem erfindungsgemäßen Extruderkopf vorgesehene Adapter ohne weiteres und ohne hohe Kosten angepaßt und geändert werden kann.

Anhand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung beispielsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer ringförmigen Verzweigungsdüse des Extruderkopfes zum Koextrudieren eines wenigstens zwei Schichten aufweisenden Verbundrohres,

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie 1I-II gemäß Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie HI-III gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt eines Adapters für zwei Ströme,

Fig.5 einen schematischen Schnitt eines Adapters für drei Ströme,

F i g.6 einen schematischen Querschnitt der Verbundströmung an der Vereinigungsstelle in dem Adapter mit einem niedrig viskosen Strom A und einem höher viskosen Strom B,

F i g. 7 eine weitere Möglichkeit gemäß F i g. 6 und

F i g. 8—15 weitere Möglichkeiten von schematischen Querschnitten bei einem Verbundstrom aus drei Schichten.

Die Kunststoffe A und B aus Extrudern 1, 2 treten durch Zuführkanäle 4,5 in einem Adapter 3 ein (F i g. 4); an der mit 6 bezeichneten Stelle werden die beiden Ströme dann zu einem Verbundstrom vereinigt. Der Verbundstrom tritt dann über den Verbundkanal 7 in eine ringförmige Verzweigungsdüse (Fig. 1) ein. Die Viskosität des Kunststoffes A ist geringer als diejenige des Kunststoffes B, daher wird ein Verbundstrom mit einer Querschnittsgestalt nach F i g. 6 oder F i g. 7 gebildet, wobei die Dicke a in der Mitte größer ist als die Dicke b an den Seitenrändern der Kunststoffströmung der Schicht A und wobei die Beziehung "l_c > ^b/d erfüllt wird, worin a und b oben definiert sind, und in der Schicht Scdie Dicke in der Mitte und c/die Dicke an den Seitenrändern ist.

Wenn bei dreilagigen Strömungen die Gesamtdicke der Schichten am Auslaß des Adapters 3 dieselbe sein soll wie bei der zuvor beschriebenen zweilagigen Strömung, so kann eine Düse mit dem gleichen Aufbau wie die zuvor beschriebene verwendet werden, die für die zuvor beschriebenen zweilagigen Strömungen vorgeschlagen wurde, wobei einfach der Aufbau des Adapters 3 so geändert wird, wie dies in F i g. 5 gezeigt wird. Bei dem in F i g. 5 gezeigten Adapter werden drei Schichten zu einem Verbundstrom vereinigt. Wenn drei Arten von Harzen C, D, E verwendet werden, so hat die zusammengesetzte Strömung im Querschnitt an der Zusammentrittsstelle 6 die in den Fig.8 oder Fig.9 gezeigte Gestalt, wobei die Schichten E oder C einen konvexen Querschnitt unter der Annahme haben, daß die Viskosität des Harzes C oder E als Außenschicht geringer ist als diejenige der Kernschicht D. Wenn hingegen die Viskosität der Schicht D als Kernschicht geringer ist als diejenige der Harze Cund E, so kann die Schicht D eine konvexe Struktur aufweisen, wie in den F i g. 10,11 und 12 gezeigt ist.

Der Adapter kann je nach Kunststoffkombination geändert werden, und ebenso je nach Anzahl der Schichtlagen und Dicke jeder Schicht.

Wenn der Unterschied zwischen der Viskosität der aneinander angrenzenden Kunststoffe sehr groß ist, so kann die Schicht E mit niedrigerer Viskosität nur im mittleren Bereich auf die Schicht F höherer Viskosität aufgeschichtet sein, z. B. wie dies in den Fig. 13. 14 und 15 dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Exiruderkopf zum !Coextrudieren eines wenigstens zwei Schichten aufweisenden Verbundrohres aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei die Ströme aus den Kunststoffen zu einem flachen Verbundstrom zusammengeführt und danach die Ränder des Verbundstroms ringförmig vereinigt werden, mit einem einen Zuführkanal für jeden der Kunststoffe, sowie einen an die Zuführkanäle anschließenden Verbundkanal für den Verbundstrom aufweisenden, vor einem Ringspalt für das Vereinigen der Verbundstromränder angeordneten Adapter und mit einer Ringdüse zum Formen des Verbundrohres, dadurch gekennzeichnet,^ daß der Zuführkanal (4) für denjenigen Kunststoff, der in dear Verbundstrom eine geringere Viskosität aufweist, im Übergangsbereich zu dem Verbundkanal (7) einen im wesentlichen konvexen Querschnitt aufweist.