DE2000737C3 - Verfahren zum Herstellen von geschäumten Kunststoffen - Google Patents

Description

die andere Seite auf einer Temperatur 7";. hält, die unter der Temperatur liegt, hei der der Kunststoff ausschäumt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung geht man so vor, daü man eine Seite auf eine Temperatur 7', erhitzt, die über dem Schmelzbcreich T_s des Kunststoffes liegt, während man die andere Seite auf einerTemperatur T₂ hält, die unter dem Schmelzbereich T_x des Kunststoffes liegt.

Es ist ferner möglich, daß man eine Seite auf eine Temperatur 7\ erhitzt, die über dem Schmelzbereich T_s des Kunststoffes liegt, während man die andere Seite auf einerTemperatur T₂ hält, die gleich oder etwa gleich dem Schmelzbereich T* des Kunststoffes ist.

Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung die andere Seite gekühlt. Die Kühlung kann dabei durch Flüssigkeiten, die einen Teil der Wärme abführen, oder durch Gase, z. B. durch Luft, erfolgen. In den meisten Fällen genügt zum Kühlen Luft oder Wasser, die auf die eine Seite des Kunststoffes aufgeblasen oder aufgesprüht werden.

Vor dem Erhitzen und Ausschäumen Kann der treibmittelenthaltende Kunststoff zu einem Formling, Platte, Folie, Tafel oder Profil \erformt werden. Es i>t aber genausogut möglich, den Kunststoff in Form eines feinen oder grobkörnigen Pulvers, in dünnen oder dickeren Lagen, anzuwenden.

Besonders bewährt haben sich thermoplastische Kunststoffe, wie Polyolefine. Polyamide und Mischpolymerisate auf Basis Äthylen, Propylen, Butadien, Vinylverbindungen, Acrylnitril und Styrol. Auch sogenannte Elastomere, z. B. auf Basis Acrylnitril-Butadien-Styrol, haben sich als geeignet erwiesen. Die Kunststoffe können übliche Zusätze enthalten, wie Füllmittel, Pigmente, feuerhemmende Mittel. Zur Herstellung vernetzter Schäume ist der Zusatz von Vernetzungsmittel, z. B. organischen Peroxiden, möglich.

Das Treibmittel wird, in entsprechender Doiserung, vorzugsweise dem pulverisierten Kunststoff zugegeben. Im Prinzip können sowohl gasförmige als auch flüssige Treibmittel verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch feste Treibmittel, insbesondere solche, welche indifferente Gase wie Stickstoff oder Kohlendioxid abspalten, verwendet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann man auf eine oder auf beide Seiten des Kunststoffs vor dem Erhitzen und Ausschäumen ein Flächcngebildc aufbringen. Es ist ferner möglich, zwischen zwei oder mehreicn Kunststofflagen und/oder Formungen vor dem Erhitzen und Ausschäumen eine oder mehrere Flächengebilde einzubringen.

Diese Flächengebilde können zu dekorativen Zwekkcn oder zur Verstärkung dienen.

Die Flächengcbilde können aus Fasern oder Fäden bestehen, regelmäßige Struktur haben oder auch aus sogenannten Wirrvliescn bestehen. Sie können aus organischen Stoffen, z. B. Kunststoffen, oder aus anorganischen Stoffen, wie Glasfasern oder Metallfaden, bestehen. Geeignet sind auch Fäden aus Kohlenstoff oder Graphit. Das erfindungsgemäßc Verfahren ist sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich durchführbar.

Die Erfindung ist beispielsweise an Hand der schematischen Zeichnungen und der folgenden Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. I eine Einrichtung zur diskontini'ierlichen

ΗρΓςίρΙΙιιησ Ptnspitiir Hirhtpr Srh!»iimi:»nfFpr7Pitom«p Fig. 2 eine Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einseitig dichter Schaumstofferzeugnisse,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils der Fi<j· 2,
Fig. 4 eine Anlage zur vollkontinuierlicheii Herstellung einseitig dichter Schaumutofferzeugnisse.

In der Fig. I bedeutet 1 eine beheizbare Platte,

2 und 2' je eine Aluminiumplatte mit einer Oberfläche aus Polytetrafluoräthylen 3, 3^r, 4 eine dünne Lage treibmittelenthaltcnden Kunststoffs oder Kunststoff-Formling, 5 die Kühleinrichtung.

In Fig. 2 bedeutet 1 die Kühlkammer, 2 die Heizkammer, 3 das Kühlband, 4 das Heizband, 5 die Kühliufteintrittsschlitze, 6 die Kühlluftaustrittsschlitze, 7 und 8 die Heißlufteintritts- bzw. Austrittsschlitze, 9 den Kunststoff-Formling, 10 das geschäumte Kunststofferzeugnis.

In Fig. 3 bedeutet Il den Eintritt und 12 den Austritt für die Kühlluft, 13 den Eintritt für die Heißluft und 14 den Austritt für die Heißluft; die übrigen -" üezugszcichcn entsprechen denen der Fig. 2.

In Fig. 4 bedeutet 1 das zur Verstärkung dienende

Glasfasergewebe, 2 Umlenkrolren. 3 eine beheizte

Walze, 4 das treibmittelenthaltendc Kunststoffpulver, 5 die Schmelzwalzen, 6 die Auftragswalze, 7 eine Umlenkwalze, 8 das mit dem Kunststoff beschichtete Glasfasergewebe, 9 behei/te Schäumwalze, 10 eine

* li'mlenkrolle, 11 eine Kühlwalze. 12 eine Anpreßwalze zum Glätten, 13 den Kühllufteintrittsstutzen, 14 Vernebelungsdüsen für Kühlwasjer, 15 Abluftstutzen.

16 Druck- und Glättwalzen, 17 die Schäumkammer, 18 das geschäumte Fertigprodukt mit einseitig glatter Oberfläche, 19 die Zuführung für das Kühlwasser.

20 die Zuführung für die Kühlluft.

Beispiel I

Ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Hochdruckpolyäthylenpulver mit einem Erweichungspunkt von 120X, einer Dichte von 0,92 g/cnv' und einer Kristallinität von 75%, 3 Gewichtsteilen Porofor ADCM

(BAYER) und 0,5 Gewichtsteilen Zinkoxid wird nach Fig. 1 zwischen zwei Aluminiumplatten 2 und 2' mit Teflon-beschichteter Oberfläche 3 und 3' eingebracht. Durch Erhitzen auf 220 C wird das Pulver an der Oberfläche zunächst verschmolzen. Dann wird die

untere Platte 2' mittels einer Heizplatte 1 auf 250 C erhitzt. Die obere Aluminiumplattc 2 wird mittels einer Kühlvorrichtung 5 auf einer Temperatur von 95 C gehalten. Nach 14 Minuten konnte eine StrukturschaumplaUc entnommen werden, deren Oberfläche zu der gekühlten Platte hin hoch verdichtet war, während der übrige Teil eine feinporige Struktur aufwies.

Beispiel 2

Aus einem Gemisch von 60 Gewichtsteilen Hochdruckpol»'^;\thylen mit einem Erweichungsbereich von 110 bis 118 C und einer Dichte von 0,91 g/cm³, 40 Gewichtsteilen Niederdruckpolyäthylen mit einer Dichte von 0,96 g/cm³, einem Schmelzbereich von 127

bis 131 X, 2 Gewichtsteilen Pcrofof ADCM (BAYER) werden gepreßte Platten in einer Dicke von 2,5 mm hergestellt. Zwischen zwei solchen Kunststoffplatten wird ein grobmaschiges Glasfasergewebe eingelegt. Dieses Gebilde wird zwischen zwei in Fig. I beschriebenen Aluminiumplatteii eingelegt und nach Beispiel I aufgeschäumt. Die untere Platte wird auf 240X und die obere Platte auf II0X gehalten. Die Schäumzeit hpfriini IK min Fi wirrl pine Strukturschaumplatte mit

verstärkender Einlage und holier ObcrfHichendiehtc erhalten.

Beispiel 3

[■!ine nach Heispiel 2 durch Pressen hergestellte Kunststoffplatte wird auf ihrer Oberfläche mit einer dünnen Aluminiumfolie, auf der Unterseite mit einem Glasfaservlies verschen und nach Beispiel 2 erhitzt und aufgeschäumt.

Es wird ein Strukturschaumstoff erhalten, dessen eine Fläche eine metallische Oberfläche aufweist. Diese Obcrläche zeichnet sich durch hohe Druck- und Biegefestigkeit aus. Die andere Seite erhielt durch das Vlies ebenfalls eine große mechanische Festigkeit und ein dekoratives Aussehen. ¹S

Beispiel 7 Beispiel 4

Eine Mischung aus 100 Gewichtstellen Hochdruckpolyäthylen mit einem Schmelzbcreich von 105 bis 117 C, einer Dichte von 0,92 g/em^;\ 2 Gewichtsteilcn Porofor ADCM (BAYER). 0.5 Gewichtsteilen Zinkoxid und 0,3 Gewichtsteilen Dicumolperoxid. wird nach Beispiel I und Fig. 1 zwischen zwei Aluminiumplatten 2, 2' eingebracht, erhitzt, aufgeschäumt und vernetzt. Die untere Platte 2' wird auf eine Temperatur von 230 C. die obere Platte 2 mittels der Kühleinrichtung 5 auf einer Temperatur von 70 C gehalten. Die Heizzeit beträgt 20 min. Es wird ein Strukturschaumstoff aus vernetztem Polyäthylen, dessen Oberfläche sehr dicht und hart ist und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, erhalten.

Beispiel 5

Eine 2,0 mm starke Platte aus Polyundecanamid (Polyamid-11) mit einem Schmelzpunkt von 189 C und einer Dichte von 1.04 g/cm^:>, die einen Zusatz von 3 Gewichtsprozent Natriumhydrogencarbonat enthält, wird nach Fig. I und Beispiel 1 zwischen zwei Aluminiumplatten 2, 2' gebracht, erhitzt und aufgeschäumt. Die Temperatur der unteren Platte 2' beträgt 280 C. die der oberen Platte 2 I7O"C. Nach 20 min wird ein Strukturschaum mit einer stabilen und glatten, außerordentlich harten Außenschicht erhalten.

Beispiel 6

Eine Hochdruckpolyäthylenfolie 9 aus Polyäthylen einer Dichte von 0,92 g/cm³ und einem Schmelzbereich von 108 bis 116^CC, die 1,5 Gewichtsprozent Porofor ADCM (BAYER) enthielt, wird nach Fig. 2 zwischen ein endloses Kühlband 3 und ein endloses Heizband 4 gebracht.

Das Heiz- bzw. Kühlband befindet sich in einem Kammersystem, das aus einer Heizkammer 2 und einer Kühlkammer 1 besteht.

Das Heizband 4 wird durch bei 7 eintretende und bei 8 austretende Heißluft auf eine Temperatur von 235^CC und das Kühlband 3 durch bei 5 eintretende und bei 6 austretende gekühlte Luft auf eine Temperatur von 85 C gehalten. Die Geschwindigkeit beider Bänder ist so eingestellt, daß nach 10 min am Austritt des Kammersystems ein fertiger Strukturschaum 10 erhalten wird. Es wird auf diese Weise kontinuierlich ein Strukturschaum mit hoher Oberflächendichte, großer mechanischer Festigkeit und einer Shore-Härte von 85 erhalten.

Is wird kontinuierlich ein Verbundstoff durch Doublieren folgenden Aufbaues hergestellt:

a)eine 2.5 mm starke Hochdruckpolyäthylen-Platte aus Polyäthylen mit einer Dichte von 0.92 g/cm^! und einem Erweichungsbcrcich von 108 bis 116 C. die 2 Gewichtsprozent Porofor ADCM (BAYER) enthielt.

b) ein weitmaschiges Glasfasergcwcbc mit einem Gewicht von 100 g/m'²,

c)einc 2,0 mm starke Hochdruckpolyäthylen-Platte aus Polyäthylen gemäß Punkt a). die 2.5 Gewichtsprozent Porofor ADCM (BAYER) und 0.5 Gewichtsprozent Zinkoxid enthielt.

Der auf diese Weise hergestellte Verbundstoff wird nach Beispiel 6, Fig. 2, kontinuierlich in das Kammersystem eingeführt, erhitzt und aufgeschäumt. Am Auslaß wird ein Strukturschaum 10 mit festhaftender Verstärkcreinlage und einer Oberfläche hoher Dichte mit hohem Glanz und hoher Druck- und Biegefestigkeit erhalten.

„ Beispiel 8

Von de\ Rolle 1 wird ein Glasfasergewebe mit Maschen von etwa 8 mm Durchmesser abgewickelt und über die Umlenkrolle 2 zu einer auf 180 C beheizten Walze 3 gcfüSirt. Über den Fülltrichter 4 wird

3« ein llochdruckpolyäthylenpulver mit einer Körnung von 100 bis 300 μ einem Schmelzbcreich von 108 bis 117 C. einem Kristallinitätsgrad von 76%, dem 2 Gewichtsprozent Porofor ADCM (BAYER) zugemischt sind, auf ein Schmelzwalzenpaar 5 mit einer Temperaturvonl60 C aufgegeben. Das geschmolzene Kunststoffpulver wird in einer Schichtstärke von 0,5 mm mittels der Auftragswalze 6 auf das Glasfasergewebe aufgebracht und über die Anpreß- und Umlenkwalze 7 zu dem Verbundstoff 8 vereinigt, der in den Schaumofen 17 geführt wird. Dort er durch Überführen auf die Heizwalze 9 einseitig auf die Schäumtemperatur von 240 C gebracht. Die andere Seite des Verbundstoffes wird durch Kaltwasser, das bei 19 zugeführt und aus Vernebelungsdüsen 14 austritt und durch bei

+5 20 zugeführte, mittels Stutzen 13 in die Kammer 17 eintretende Kühlluft, die bei 15 wieder austritt, auf 50 C gekühlt. Der Verbundstoff 8 wird durch Druck- und Glättwalzen 16 an die Heiztrommel 9 leicht angedrückt, wodurch gleichzeitig ein gleichmäßiges und einwandfreies Schäumen gewährleistet wird. Die ge schäumte Bahn läuft dann über eine Umlenkrolle K zur Kühlwalze 11, wo sie unter leichtem Druck erzeugt durch die Anpreßwalze 12 gekühlt und geglättet wird Aus der Schäumkammer 17 tritt eine geschäumt!

Kunststoffplatte 18 mit einseitig glatter Oberfläche voi 2 mm Dicke, hoher Steifigkeit und einseitig versehenen Glasfasergewebe, hoher Festigkeit, aus.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehe insbesondere darin, daß es nunmehr möglich ist, au

^5ΰ einfache und wirtschaftliche Weise Schaumstoffe m einseitig verdichteter und kompakter Oberfläche hei zustellen. Da die Herstellung dieser Schaumstofl weitgehend drucklos oder nur mit geringem Druc erfolgt, sind keine besonderen Anforderungen a

Material und Werkzeuge zu stellen. Insbcsondei erfordert das Verfahren keine hohen Treibrnittelmei gen. was wegen des hohen Preises dieser Mittel zu eini großen Ersparnis führt. Die zur Ausübung des erfii

dungsgemäßen Verfahrens erforderliche Apparatur ist leicht zu bedienen und erfordert keinen besonderen Aufwand an BcJienung und Wartung. Es werden stets reproduzierbare Ergebnisse erhalten, wobei ein großer Vorteil darin liegt, daß das Verfahren kontinuierlich und mit hohen Produktionsleistungen durchgeführt weRkη kann.

Die mit Hilfe des Verfahrens erhaltenen Schaumstoffe besitzen eine harte, außerordentlich feste Oberfläche, die sich durch eine hervorragende Güte, Glätte und teilweise hohen Glanz auszeichnet. Durch die Art und Intensität der Kühlung kann die Dicke der harten

Deckschicht in weiten Grenzen verändert werden. Das Verfahren erlaubt die Herstellung verstärkter Schaumstoffe, die für Spezialzwecke, z. B. für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen, Stoßstangen u. dgl. oder in dei

Bauindustrie, verwendet werden können. Die einseitig verdichteten Schaumstofferzeugnisse können fernei zur Herstellung von Tischplatten in der Möbelindustrie und als tragende Konstruktionsteile eingesetzt werden Sie lassen sich nageln, bohren, sägen und sonst wi(

ίο Holz verarbeiten. Halbzeuge aus diesem Material sine infolgedessen vielseitig in der Technik und im Haushai verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 fähiger Polyvinylchlorid-Schmelze zu füllen. Die ExPatentansprüche: pansion schreitet parallel mit dem Einspritzen der Masse fort, bis diese überall die Wandungen des un-

1. Verfahren zum Herstellen von geschäumten veränderlichen Formenhohlraumes erreicht hat. Dort Kunststoffgegenständen mit einseitig dichter Ober- 5 wird die Masse durch die niedrigere Werkzeugtempefläche durch Mischen von Kunststoff mit festen ratur abgekühlt, was zur Ausbildung einer unge-Treibmitteln gegebenenfalls Vernetzungsmitteln schäumten oberflächenlichen Haut führt.

und anderen Zusätzen, und anschließendes Erhitzen Neben der Methode der teilweisen Formfüllung

der Mischung dadurch gekennzeich- wird auch die Methode der Formenhohlranmver-

n e t, daß man das aufschäumbare Gemisch auf J° größerung und die Methode der Schmelzabsaugung

einer Seite auf eine Temperatur T₁ erhitzt, die über angewendet. Bei der Methode der Formenhohlraum-

dem Schmelzbereich T, des Kunststoffs liegt, dabei vergrößerung wird der Formenhohlraum vollständig

ausschäumt und gegebenenfalls vernetzt, während mit expandierfähiger Kunststoffschmelze gefüllt. Die

man die andere Seite auf einer Temperatur T₂ hält, geschlossene Außenhaut wird infolge der Kühlwirkung

die unter der Temperatur liegt, bei der der Kunst- 15 der Form gebildet. Durch Senken einer Formwand

stoff ausschäumt. wird die Schmelze druckentlastet, wodurch sie im

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Innern, unter Beibehaltung der kompakten Außenhaut, zeichnet, daß man die andere Seite auf einer Tempe- aufschäumt.

ratur 7", hält, die unter T_s liegt oder höchstens bis Bei der Schmelzabsaugung wird nach Verfestigung

zu Tg reicht. »° der Außenhaut ein Teil der Schmelze wieder abge-

3. Verfahren nach Anprsuch 1 oder 2, dadurch saugt. Die Absaugung und die gleichzeitige Wegnahme gekennzeichnet, daß man die andere Seite kühlt. des Massedruckes bewirken, daß die noch verbleibende

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Masse bis auf die bereits verfetsigte Außenhaut nach dadurch gekennzeichnet, daß aus dem treibmittel- innen aufschäumt (Industrie-Anzeiger, 91, Nr. 60, haltigen Kunststoff vor dem Erhitzen und Aus- »5 S. 17 bis 19, 1969).

schäumen ein Formling, eine Platte oder eine Folie Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Struk-

geformt wird. turschäumen gehen^stets von expandierfähigen Kunst-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, stoffschmelzen aus, die unter hohem Druck in die dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine oder entsprechenden gasdichten Formwerkzeuge gespritzt auf beide Seiten des Kunststoffs vor dem Erhitzen 3° werden müssen. Damit während der Expansion keine und Ausschäumen ein Flächengcbilde aufbringt. Masse aus dem Formenhohlraum herausgedrückt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wird, ist der Anguß beispielsweise bei der Methode der dadurch gekennzeichnet, daß ma zwischen zwei teilweisen Formfüllung schnell einzufrieren. Zur Ausoder mehreren Kunststofflagen und/oder Form- bildung einer guten Oberfläche muß die plastische lingen vor dem Erhitzen und Ausschäumen ein 35 Masse mit großer Kraft an die Wandungen des Foroder mehrere Flächcngebilde einbringt. menhohlraumes angedrückt werden. Da diese Kraft

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, allein durch den Druck des Treibgases bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man es kontinuierlich haben die bisher bekannten Methcien den Nachteil, durchführt. daß relativ hohe Treibmittelmengen erforderlich sind,

⁴⁰ damit der Druck entsprechend erhöht und dadurch die Oberflächengüte des geschäumten Erzeugnisses

verbessert wird.

Damit keine Expansion der einströmenden Schmelze vor der vollständigen Formfüllung erfolgen kann, ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen 45 beispielsweise bei der Methode der Formhohlraum-

von geschäumten Kunststoffgegenständen mit einseitig vergrößerung und der Methode der Schmelzabsaugung

dichter Oberfläche durch Mischen von Kunststoff mit üblich, einen Gegendruck anzuwenden. Dieser muß

festen Treibmitteln, gegebenenfalls Vernetzungsmitteln _s0 lange andauern, bis sich infolge des Wärmeentzuges

und anderen Zusätzen, und anschließendes Erhitzen durch die gekühlte Form eine hinreichend verfestigte

der Mischung. 5" Haut gebildet hat. Die Absaugung eines Teils der

Sollen derartige geschäumte Kunststoffe eine ge- Schmelze bei der Methode der Schmelzabsaugung schlossene Außenhaut erhalten, so ist es erforderlich, muß mit genau einzuhaltender Geschwindigkeit und den Formhohlraum vor dem Schäumen mit treib- mittels beheizter Kanäle erfolgen. Allen Methoden ist mittelfreiem Kunststoff auszugießen, der sich nach gemeinsam, daß sie nicht einfach durchzuführen sind, dem Schäumvorgang innig mit dem Schaumstoff ver- 55 _uncj _es schwierig ist. reproduzierbare Ergebnisse zu bindet. (D. Homann, Kunststoff-Schaumstoffe, 1966, erhalten. Sie erfordern eine komplizierte Apparatur, S. 47). Auch durch eine Nachbehandlung des fertigen genaue Überwachung und sind kostspielig und aufSchaumstoffes mit Lacken oder durch Nachspritzen wendig.

von Polyurethanen kann die Oberfläche verfestigt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein werden. (R. Vieweg und A. Höchtlen, Kunststoff- ^6o Verfahren zu schaffen, mit dem geschäumte Kunst-Handbuch, Band VII, »Polyurethane«, 1966, S. 604/ -.toffe mit einer schönen glatten und kompakten •05). Oberfläche besonders wirtschaftlich hergestellt werden

In letzter Zeit ist man bestrebt, Schäume herzustel- können.

len, bei denen Zellkern und geschlossene Haut ein Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Ganzes bilden und die auf einem rationelleren Wege ^6s löst, daß man das aufschäumbare Gemisch auf einer

hergestellt werden können. Seite auf eine Temperatur T_x erhitzt, die über dem

Zur Herstellung solcher Strukturschaumstoffe ist es Schmelzbereich T, des Kunststoffs liegt, dabei ausbekannt. Formenhohlräume teilweise mit expandier- schäumt und eeeebenenfalls vernetzt, während man