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Dokumentenidentifikation DE60034108T2 06.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001150847
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STIFTES DURCH TRI-EXTRUSION UND STIFT MIT EINER SCHUTZSCHICHT
Anmelder Conte S.A., Boulogne-sur-Mer, FR
Erfinder CHOCHOY, Ludovic, F-62720 Wierre Effroy, FR;
BAILLIEU, Helène, F-62830 Samer, FR;
BACHELET, Jacques, F-62240 Cremarest, FR;
FOSCARIN, Lucien, F-51600 St. Hilaire Le Grand, FR
Vertreter CBDL Patentanwälte, 47051 Duisburg
DE-Aktenzeichen 60034108
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 29.11.2000
EP-Aktenzeichen 009853573
WO-Anmeldetag 29.11.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/FR00/03334
WO-Veröffentlichungsnummer 2001043987
WO-Veröffentlichungsdatum 21.06.2001
EP-Offenlegungsdatum 07.11.2001
EP date of grant 28.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse B43K 19/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Stiftes zum Schreiben oder Kolorieren durch gleichzeitige Extrusion von Thermoplasten, die nacheinander einerseits die Mine und andererseits das die Mine umgebende Material bilden, welches in der Fortsetzung des vorliegenden Textes aufgrund der Ähnlichkeit mit der Zusammensetzung der herkömmlichen Stifte, bei denen dieses Material aus Holz besteht, als Holzmaterial bezeichnet wird. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren durch Tri-Extrusion von Thermoplasten, wonach eine Schutzzwischenschicht zwischen die Mine und das Holzmaterial extrudiert wird. Sie betrifft auch einen Stift zum Schreiben oder Kolorieren, welcher geeignet ist, durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten zu werden.

Die kontinuierliche Herstellung eines Stiftes zum Schreiben oder Kolorieren durch Co-Extrusion von Thermoplasten, welche die Mine, eine Schutzzwischenschicht und das Holzmaterial bilden, ist bereits aus dem Dokument EP.0.505.262 bekannt. In diesem Dokument besteht die Schutzzwischenschicht aus einem nicht expandierten Thermoplasten, welcher mit dem Minenmaterial und dem Holzmaterial kompatibel ist und welcher eine Schmelztemperatur hat, die gleich oder über sowohl der Schmelztemperatur des Minenmaterials als auch derjenigen des Holzmaterials ist bzw. liegt. Das Ziel dieser besonderen Auswahl des die Schutzzwischenschicht bildenden Thermoplasten liegt darin, Fehler zu vermeiden, die auf das Vorliegen von Blasen am Außenumfang des Minenmaterials zurückzuführen sind, die bei der Herstellung von Stiften durch Bi-Extrusion, bei der ein Treibmittel in dem Holzmaterial verwendet wird, festgestellt worden sind. Aufgrund seiner Schmelztemperatur ist der die Schutzschicht bildende Thermoplast weniger flüssig als das Minen- und das Holzmaterial. Aus diesem Grund verformt er sich unter der Wirkung der an der Oberfläche des Holzmaterials freigesetzten Blasen nicht und bildet eine Schutzbarriere für das Minenmaterial.

Das Problem, das die vorliegende Erfindung zu lösen sucht, ist von anderer Natur. Es betrifft auch die kontinuierliche Herstellung eines Schreib- oder Kolorierstiftes durch Co-Extrusion aus Thermoplasten. Es ist nämlich das Vorliegen einer anderen Art von Fehler, nämlich von Rissen der Mine festgestellt worden, die zu häufigen Brüchen, insbesondere beim Anspitzen des Stiftes führen.

Der Anmelder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Herstellungsverfahren vorzuschlagen, das den vorgenannten Nachteil behebt, wodurch das Auftreten derartiger Risse vermieden wird.

Erreicht wird dieses Ziel vollkommen durch das erfindungsgemäße Verfahren. Es handelt sich dabei um ein kontinuierliches Herstellungsverfahren von Stiften zum Schreiben oder Kolorieren, das darin besteht, einen ersten beladenen Thermoplasten, welcher als Minenmaterial bezeichnet wird, und um diesen herum eine sogenannte Schutzzwischenschicht aus einem treibmittelfreien Thermoplasten sowie einen zweiten, ein Treibmittel enthaltenden Thermoplasten, welcher als Holzmaterial bezeichnet wird, zu coextrudieren und die genannten coextrudierten Thermoplasten abzukühlen.

In erfindungsgemäß kennzeichnender Weise wird der die Schutzschicht bildende Thermoplast derart festgelegt, daß er während des Schrumpfens des Minenmaterials beim Abkühlen verformbar bleibt.

Aus den Feststellungen, die der Anmelder machen konnte, ergab sich, daß die Risse hauptsächlich dann auftreten, wenn für das Minenmaterial Thermoplaste mit hohem Ausdehnungskoeffizienten eingesetzt wurden, der während des Abkühlens zu erheblichen Längs- und Querschwindungen führt. Es handelt sich insbesondere um Minenmaterialien, die bei der Herstellung von Stiften mit weicher Mine verwendet werden.

Vorzugsweise wird der die Schutzschicht bildende Thermoplast gewählt, damit dessen Verfestigungspunkt unter dem Verfestigungspunkt des das Minenmaterial bildenden Thermoplasten liegt.

So wird sich beim Abkühlen der extrudierten Materialien, darüber hinaus eventuell nach dem Querschneiden dieser, wodurch die einheitlichen Stifte entstehen, das Minenmaterial zuerst gegenüber der Schutzschicht verfestigen, da sein Verfestigungspunkt (d.h. die Temperatur, ab welcher der Thermoplast, der in plastischem oder geschmolzenen Zustand war, beginnt, sich zu verfestigen) über demjenigen des die Schutzschicht bildenden Thermoplasten liegt. Das Schrumpfen des Minenmaterials, das bei der Verfestigung erfolgt, wird sich vollziehen, während das Minenmaterial von der Schutzschicht umgeben ist, die sich noch nicht verfestigt hat, die sich jedoch in einem verformbaren Zustand befindet. Aufgrund ihrer Verformbarkeit und ihrer Geschmeidigkeit ermöglicht diese Schutzschicht dem Minenmaterial, sich von seinen inneren Spannungen zu befreien und sich folglich zusammenzuziehen, ohne daß es zur Bildung von Rissen kommt. Die eigentliche Verfestigung der Schutzschicht erfolgt später.

Vorzugsweise liegt die Abweichung zwischen den Verfestigungspunkten des Minenmaterials und der Schutzschicht in der Größenordnung von 10 bis 20 °C.

Vorzugsweise wird zum Absenken des Verfestigungspunktes der Schutzschicht als Zusatzstoff entweder ein thermoplastisches Elastomer oder ein Ethylvinylacetat-Copolymer (EVA) eingesetzt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Stift zum Schreiben oder Kolorieren zu beanspruchen, der geeignet ist, durch das vorgenannte Herstellungsverfahren erhalten zu werden.

In bekannter Weise wird dieser Stift durch das Übereinanderanordnen eines Kerns aus einem ersten beladenen, als Minenmaterial bezeichneten Thermoplasten, einer Schutzschicht aus einem nicht expandierten Thermoplasten sowie einer Schicht aus einem zweiten expandierten, als Holzmaterial bezeichneten Thermoplasten gebildet. Kennzeichnenderweise hat der die Schutzschicht bildende Thermoplast einen Verfestigungspunkt, der unter demjenigen des das Minenmaterial bildenden Thermoplasten liegt.

Vorteilhafterweise enthält die Schutzschicht ein thermoplastisches Elastomer oder ein Ethylvinylacetat-Copolymer (EVA).

In bevorzugter Weise umfaßt die Schutzschicht als Thermoplasten ein Styrolpolymer. Beispielsweise umfaßt die Schutzschicht 70 bis 95 % einer Styrolverbindung sowie 5 bis 30 % eines thermoplastischen Elastomers oder eines Ethylvinylacetat-Copolymers.

Es ist auch möglich, als die Schutzschicht bildenden Thermoplasten ein Material einzusetzen, das sich nach dem Abkühlen nicht verfestigt, das jedoch, da es warmverformbar ist, elastisch bleibt. Es kann sich insbesondere um ein thermoplastisches Elastomer handeln.

Die vorliegende Erfindung wird beim Lesen der Beschreibung einer Version des Verfahrens zur Herstellung eines Schreib- oder Kolorierstiftes durch Tri-Extrusion von Thermoplasten sowie des so erhaltenen Stiftes mit drei aufeinandertolgenden Schichten, der anhand der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht ist, besser verständlich; in der Zeichnung zeigen:

1 eine Darstellung in Form eines Diagramms der Schritte der Tri-Extrusion, und

2 eine perspektivische Ansicht des Stiftes mit elastischer Schutzschicht gemäß der Erfindung.

Die Techniken der Polyextrusion sind seitens des Fachmannes gut bekannt. Die verwendeten Geräte sind beispielsweise vom Typ dessen, welches in dem Dokument FR.2.099.248 für die Bi-Extrusion beschrieben ist, die auf die kontinuierliche Herstellung von Schreibstiften angewendet wird. Aus diesem Grund begnügte man sich damit, in 1 eine Tri-Extrusion von drei Thermoplastschichten, eines zentralen Kerns, einer Zwischenschicht und einer Außenschicht, schematisch darzustellen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bildet der zentrale Kern das Minenmaterial 1, bildet die Zwischenschicht die Schutzschicht 2 und bildet die Außenschicht das Holzmaterial 3 eines kontinuierlich hergestellten Stiftes 4.

Die Zusammensetzung der Thermoplasten wird festgelegt, damit jedes entsprechende Element die erwarteten Eigenschaften besitzt, d.h. der gesamte Stift soll eine gute Anspitzbarkeit sowie eine Dichte nahe derjenigen des herkömmlichen Holzstiftes aufweisen. Was das Minenmaterial anbelangt, so soll dieses Füllstoffe für das Schreiben umfassen und auf den Schreib- oder Kolorierträger leicht übertragbar sein, um eine gute Deckkraft aufzuweisen. Die entsprechenden Bestandteile werden beispielsweise aus denjenigen ausgewählt, die in dem Dokument FR.1.588.294 beschrieben sind.

Was das Holzmaterial anbelangt, enthält dieses, um die gewünschte Dichte zu erhalten, ein Treibmittel, beispielsweise Azodicarbonamid. Was die Schutzschicht 2 anbelangt, die treibmittelfrei ist, so soll diese einerseits mit dem Minenmaterial 1 und dem Holzmaterial 2 kompatibel sein, um den richtigen Halt der Mine in dem Stift zu gewährleisten. Das die Schutzschicht bildende Material wird gewählt, um einen Verfestigungspunkt zu haben, der unter, gar deutlich unter demjenigen des die Mine bildenden Thermoplasten liegt.

Der Verfestigungspunkt wird üblicherweise auch als Erweichungspunkt bezeichnet. Dies ist die Temperatur (oder der Temperaturbereich), ab welcher das Material im plastischen oder geschmolzenen Zustand beginnt, sich zu verfestigen. Dies ist auch die Temperatur (oder der Temperaturbereich), ab welcher der Thermoplast in festem Zustand beginnt, weich zu werden. Sie wird auch als Vicat-Punkt bezeichnet.

Beim Abkühlen des Stiftes 4, der durch die drei coextrudierten Schichten 1, 2, 3 gebildet ist, verfestigt sich das Minenmaterial 1 schneller als die Schutzschicht. Bei eben dieser Verfestigung kommt es zu dem Schrumpfungsphänomen, was in dem Minenmaterial zu inneren Spannungen führt, Spannungen, die von der Zusammensetzung des Minenmaterials sowie von dessen Durchmesser abhängig sind. Gemäß der Erfindung erfolgt die Verfestigung des Minenmaterials während die Schutzschicht, die noch nicht begonnen hat, sich zu verfestigen, sich noch in einem verformbaren (pastenartigen oder auf jeden Fall elastischen) Zustand befindet. Aus diesem Grund wird das die Schutzschicht bildende Material dadurch, daß es sich verformt, das Schrumpfen des Minenmaterials begleiten, wodurch das spätere Auftreten der Risse vermieden wird.

Bei der Herstellung von Schreib- oder Kolorierstiften mit weicher Mine ist das Auftreten derartiger Risse in der Mine am stärksten festzustellen. Nach den Feststellungen des Anmelders haben weiche Minen einen höheren Ausdehnungskoeffizienten, was ein stärkeres Schrumpfungsphänomen zur Folge hat. Nach dem Konzept der vorliegenden Erfindung besteht die Funktion der Schutzschicht darin, die Schrumpfungskoeffizientendifferenz zwischen den das Minenmaterial einerseits und das Holzmaterial andererseits bildenden Thermoplasten unter gleichzeitiger Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen diesen beiden Materialien zu kompensieren, sobald die vollständige Verfestigung des Stiftes erfolgt ist. Denn es ist wichtig, daß zwischen der Mine und dem Rest des Stiftes eine mechanische Verbindung bestehen bleibt.

Je weicher die Struktur der Mine ist, um so stärker nehmen ihre mechanischen Leistungen, insbesondere der Biegebruch ab. Um diese Verluste hinsichtlich der mechanischen Leistungen zu kompensieren, wird der Durchmesser der Mine in dem Stift erhöht, was das Schrumpfungsphänomen sowie die Bedeutung des Einsatzes der erfindungsgemäßen Schutzschicht korrelativ erhöht. Diese Schutzschicht, die in diesem Fall vorzugsweise eine Dicke von wenigstens gleich 0,5 mm aufweist, kann als Verstärkung für das Minenmaterial dienen, wodurch eine Verfestigung der Mine sichergestellt wird, die geeignet ist, die Risiken von Brüchen bei der Verwendung des Stiftes deutlich zu verringern.

Selbstverständlich ist es im Falle eines Holzmaterials mit Treibmittel wünschenswert, daß die Schutzschicht auch die Funktion erfüllt, die ihr in dem Dokument EP.0.505.262 zugeteilt wurde, nämlich die Funktion der Bildung einer Barriere für das Minenmaterial gegen das Durchdringen der von dem Holzmaterial stammenden Blasen. In diesem Fall hat der die Schutzschicht bildende Thermoplast, der treibmittelfrei und mit dem Minenmaterial und dem Holzmaterial kompatibel ist, eine Schmelztemperatur, die gleich oder über sowohl der Schmelztemperatur des Minenmaterials als auch derjenigen des Holzmaterials ist bzw. liegt.

Beispiel 1:

Es handelt sich um einen Stift 4 mit weicher Graphitmine. Die Zusammensetzung des Minenmaterials 1 ist folgende: Polystyrol-Methacrylat-Copolymer : 20 bis 25 % Weichmacher : 15 % Carbon Black : 55 % Rußschwarz : 5 %
Zinkstearat : 0,5 % Talkum : 4,5 %

Die Zusammensetzung der Schutzschicht 2 sieht folgendermaßen aus: Styrolpolymer : 80 % Ethylvinylacetat-Copolymer EVA : 20 %

Die Zusammensetzung des Holzmaterials 3 ist folgende: Polystyrol-Methacrylat-Copolymer : 78,5 % Weichmacher vom Typ Phtalat : 10 % Holzspäne : 10 % Pigmente (Vormischung) : 1,5 %

Direkt vor der Extrusion wird dem Holzmaterial in der Größenordnung von 2 % einer Vormischung, die Azodicarbonamid als Treibmittel enthält, zugemischt.

Die Schutzsicht kann auch mit einer Vormischung derart gefärbt werden, daß die Schutzschicht 2 die gleiche Farbe wie das Holzmaterial 3 hat, oder mit einer anderen Farbe gefärbt werden, um sie sichtbarer zu machen.

Der Verfestigungs- oder Vicat-Punkt A (ISO 306) für die verschiedenen, oben genannten thermoplastischen Bestandteile ist folgender: Methacrylat : 100 bis 110 °C schlagfestes Polystyrol : 92 bis 95 °C ABS : 104 bis 110 °C Ethylvinylacetat-Copolymer : 40 bis 44 °C

Das Vorliegen von Ethylvinylacetat-Copolymer, selbst in geringen Anteilen, ermöglicht, den Verfestigungspunkt der Schutzschicht im Vergleich zu dem Minenmaterial und dem Holzmaterial zu senken.

Die gleiche Wirkung könnte dadurch erzielt werden, daß anstelle des Ethylvinylacetat-Copolymers ein thermoplastisches Elastomer, beispielsweise vom Typ SBS (Styrol-Butadien-Styrol) mit einer Shore-Härte zwischen 50 und 70 eingesetzt wird.

Nach der Tri-Extrusion und dem kontinuierlichen Durchlaufen einer Formvorrichtung 5 erhält man einen Stift 4 mit sechseckiger Form, der – sobald er angespitzt ist (2) – zwischen dem Minenmaterial und dem Holzmaterial 3 die Schutzschicht 2 zum Vorschein kommen läßt, die im vorliegenden Fall eine Dicke von 0,3 mm bei einem Stift 4 von etwa 7 mm zwischen den flachen Seiten und eine Mine mit einem Durchmesser von etwa 2 mm hatte.

Beispiel 2:

Es handelt sich um einen Stift 4 mit weicher Farbmine.

Das Holzmaterial 3 ist unverändert.

Die Zusammensetzung des Minenmaterials 1 ist folgende: Polystyrol-Methacrylat-Copolymer : 25 % Weichmacher vom Typ Phtalat : 15 % Farbpigmente : 25 % Zinkstearat : 0,5 % Talkum : 34,5 %

Die Zusammensetzung der Schutzschicht 2 sieht folgendermaßen aus: Styrolpolymer : 83 % Ethylvinylacetat-Copolymer (EVA) : 15 % Pigment-Vormischung : 2 %

Im Falle der Verwendung eines thermoplastischen Elastomers vom Typ SBS hätte die Zusammensetzung der Schutzschicht 2 wie folgt aussehen können: Styrolpolymer : 88 % thermoplastisches Elastomer : 10 % Pigment-Vormischung : 2 %

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen, die als nicht erschöpfende Beispiele beschrieben wurden, begrenzt. Es ist möglich, andere Grundbestandteile als das Polystyrol-Methacrylat-Copolymer für das Minenmaterial und das Holzmaterial zu verwenden. Des weiteren ist es möglich, dem Stift – ohne Beschränkung auf die Sechseckform – jedwede Form zu verleihen. Es kann sich dabei um eine Kreis-, Dreieck-, Achteckform handeln, ohne daß diese Liste erschöpfend sei. Es ist auch möglich, für die Schutzschicht einen Thermoplasten zu verwenden, der nicht nur warmverformbar ist (beim Schrumpfen der Mine), sondern der sich nicht verfestigt und nach dem vollständigen Abkühlen des Stiftes elastisch bleibt, beispielsweise auf der Basis eines thermoplastischen Elastomers.


Anspruch[de]
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Stiften zum Schreiben oder Kolorieren durch gleichzeitige Co-Extrusion, bestehend aus dem Co-Extrudieren eines ersten, Minenmaterial genannten beladenen thermoplastischen Materials und um jenes herum einer Schutzschicht genannten Zwischenschicht aus einem thermoplastischen Material, das frei von Treibmittel ist, und eines zweiten, Holzmaterial genannten thermoplastischen Materials, das ein Treibmittel enthält, und aus dem Kühlen der co-extrudierten thermoplastischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfestigungspunkt des thermoplastischen Materials, das die Schutzschicht bildet, unter dem Verfestigungspunkt des thermoplastischen Materials liegt, das das Minenmaterial bildet, derart, daß die Schutzschicht während des Schrumpfens des Minenmaterials beim Kühlen verformbar bleibt. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Stiften mit weicher Miene. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Verfestigungspunkten des Minenmaterials und der Schutzschicht in der Größenordnung von 10 bis 20°C liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Absenken des Verfestigungspunktes der Schutzschicht man als Zusatz entweder ein thermoplastisches Elastomer oder ein Ethyl-Vinylacetat-Copolymer (EVA) einsetzt. Stift, erhalten durch gleichzeitige Co-Extrusion, gebildet durch das Übereinanderlagern eines Kerns aus einem ersten, Minenmaterial genannten thermoplastischen beladenen Material, einer Schutzschicht aus einem nicht expandierten thermoplastischen Material und einer Schicht aus einem zweiten, Holzmaterial genannten expandierten thermoplastischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material, das die Schutzschicht bildet, einen Verfestigungspunkt besitzt, der unter jenem des thermoplastischen Materials liegt, das das Minenmaterial bildet. Stift nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht ein thermoplastisches Elastomer oder ein Ethyl-Vinylacetat-Copolymer (EVA) enthält. Stift nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht als thermoplastisches Material ein Styrolpolymer umfaßt. Stift nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht 70 bis 95% einer Styrolverbindung und 5 bis 30% eines thermoplastischen Elastomers oder eines Ethyl-Vinylacetat-Copolymers umfaßt. Stift nach Anspruch 5, gebildet durch die Überlagerung eines Kerns aus einem ersten, Minenmaterial genannten beladenen thermoplastischen Material, einer Schutzschicht aus einem nicht-expandierten thermoplastischen Material und einer Schicht aus einem Holzmaterial genannt expandierten thermoplastischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht wärmeverformbar ist und nach Abkühlen elastisch bleibt. Stift nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem thermoplastischen Elastomer besteht.






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