DE2251937A1

DE2251937A1 - Verfahren zur herstellung eines schaums aus thermoplastischem harz

Info

Publication number: DE2251937A1
Application number: DE2251937A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hattori; Nobuo Hoshino; Mitsuo Inui; Akira Kasai; Hirdyuki Nakae; Isamu Noguchi; Naonori Shiina
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1971-10-23
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1973-05-24
Also published as: GB1408637A; JPS4848562A; DE2251937B2; US3863000A; DE2251937C3

Description

Verfahren zur Herstellung eines Schaums aus thermoplastischem Harz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaums von niedriger Dichte und hoher mechanischer Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, aus thermoplastischem Harz.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man eine Harzzusammensetzung, die durch Lösen eines flüchtigen Treibmittels in thermoplastischem Harz bei etwas höheren Temperaturen als dem Erweichungs- oder Schmelzpunkt der Zusammensetzung hergestellt wurde, unter Verwendung einer Strangpresse .und einer flachen Strangpreßform (die) zu einem Brett (board) extrudiert; daß man vor der Bildung von Schaumkernen nur die oberen und unteren Flächen des extrudierten Bretts abschreckt, um sie so hart wie gewünscht zu gestalten; daß man danach langsam abkühlt, so daß Schaumzellen in Richtung der Dicke des Bretts wachsen, d.h. so daß die Zellen in Richtung der Längsachse erheblich langer sind als in Richtung der Querachse, wodurch ein geschäumter Körper von hoher Druckfestigkeit und Biegefestigkeit erhalten wird.

SAD ORIGINAL

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Ein Schaum, der aus thermoplastischem Harz durch das übliche Verfahren hergestellt wird, stellt eine weiche Masse dar, die im allgemeinen aus feinen Zellen besteht mit einer Dichte von etwa 0,03 g/cm und weist ausgeprägte Wärmeisolierungs- und stoßdämpfende Eigenschaften auf, besitzt jedoch eine äußerst geringe mechanische Festigkeit.

In diesem Zusammenhang kann die US-Patentschrift 3 523 988 genannt werden, die ein Verfahren zur Herstellung eines Schaums von großer mechanischer Festigkeit betrifft, um Verbesserungen gegenüber den vorstehend genannten Nachteilen des Schaums des Stands der Technik zu erzielen.

Gemäß der genannten US-Patentschrift enthält die Form eine Expansionskammer, um darin den Druck zu erniedrigen. In einem Pormschlitz (die slit) neben der Expansionskammer wird ein Gemisch aus Polyolefin, flüchtigem Treibmittel und Kernbildner geschäumt. Zum Zusammenfallen der Zellen auf den Oberflächen des Schaums, um eine harte Haut zu erzeugen, wir Druck angewandt. Der Schaum wird unter einem bestimmten Druck in der Expansionskammer voll expandiert. Das Verfahren der US-Patentschrift unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung dadurch, daß der Schaum expandiert wird, während er einer Scherkraft in einer abgeschlossenen Zone unterworfen wird. Demgemäß besteht der gemäß dem Verfahren der US-Patentschrift erhaltene Schaum aus Zellen mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm Und besitzt eine Dichte von 0,16 g/cm als niedrigsten Wert Und eine Dicke von weniger als 10 mm.

Demgegenüber ist das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus einem thermoplastischen Harz und einem flüchtigen Treibmittel im gelösten Zustand durch eine Strangpreßform in die Atmosphäre extrudiert, um Schaumkerne zu bilden, und daß man danach das extrudierte Gemisch langsam abkühlt, um die Zellen endgültig wachsen zu lassen. Erfindungsgemäß können die Zellen voll auswach sen, weil Schaumkerne unter AtmosphSrendruck stufenweise wachsen in einem Zustand, der frei von jeglicher Scherkraft

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ist, wodurch es leicht ermöglicht wird, ein geschäumtes Brett mit einem Zellendurchmesser von etwa 10 mm (hier definiert als ein Mittelwert von Durchmessern, gemessen in den drei dimensionalen Richtungen der einzelnen Zellen), einer Dichte von 0,1 g/ cm und einer Dicke von 50 mm. Daher schließt der Schaum der vorliegenden Erfindung im allgemeinen Zellen ein, die durch dicke Wände und Stränge (strands) charakterisiert sind und eine ausgeprägte Druckfestigkeit aufweisen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung näher erläutert im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, worin

EiSL·™!. ^e^ⁿ Diagramm für die Beziehung zwischen Dichte und Druckmodul (compressive modulus) von geschäumten Körpern, die gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen erhalten wurden, und

Fig. 2 ein Diagramm für die Beziehung zwischen der Dichte und dem Biegemodul (flexural modulus) von geschäumten Körpern, die gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen erhalten wurden,

darstellen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, enthält ein erfindungsgemäß hergestellter geschäumter Körper atißerordentlich große Zellen. Obwohl es theoretisch noch nicht klar bestimmt werden konnte, v/ird auf Grund von Versuchen angenommen, daß der Mechanismus, auf Grund dessen ein Schaum mit derart großen Zellen hergestellt wird, darin besteht, daß, wenn ein flüchtiges Treibmittel sehr langsam unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen in den Gaszustand übergeht, dann Schaumkerne in einer relativ geringen Anzahl gebildet werden, was zum Wachstum von großen Zellen führt.

Folgende Voraussetzungen sind erforderlich zur Bildung von großen Zellen durch langsames Übergehen des flüchtigen Treibmittels in den Gaszustand:

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1) daß man die Extrusion unter Halten des therrnoplatischen Harzes und des flüchtigen Treibmittels im gelösten Zustand durchführt,

2) daß man das Harzgemisch bei einer möglichst niedrigen Temperatur extrudiert und expandiert und

3) daß man die Expansion kontinuierlich während einer langen Zeitdauer unter Bedingungen,, die im wesentlichen frei von Scherkraft sind,

durchführt.

Die Herstellung eines Kunststoffschaums mit Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm kann nur erzielt werden, wenn die vorstehenden Erfordernisse erfüllt sind. Der Ausdruck "Schaumzellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm", wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß das Volumen, das durch Zellen mit einem Durchmesser von m hr als 5 mm in Anspruch genommen wird, mehr als 50 % des Gesamtvolumens eines geschäumten Körpers ausmacht. Wenn man das Gemisch aus Harz und einem flüchtigen Treibmittel in gelöstem Zustand bei relativ niedriger Temperatur in die Atmosphäre extrudiert, tritt eine Übersättigung an Treibmittel in dem Harz ein. Das übersättigte Treibmittel sammelt sich in dem nicht-homogenen Teil des Gemischs an, z.B. im Teil, wo sich ein Kernbildner befindet, wodurch die Bildung von Schaumkernen gefördert wird.

Die Schaumzellen neigen zum Wachstum auf Grund dr>s bei der verwendeten Temperatur vorherrschenden Dampfdrucks des Treibmittels. Jedoch wird das Wachstum durch die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes verhindert. Daher wird die Wachstumsgeschwindigkeit der Schaumzellen durch das Ausmaß der Übersättigung und den Dampfdruck des flüchtigen Treibmittels und durch die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes bestimmt. Die Erfindung erlaubt die Herstellung eines Schaums mit großen Zellen durch Steuerung dieser Faktoren, um die geeignete Wachstumsgeschwindigkeit der Zellen zu erzielen.

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Das Wachstum der Zellen wird beendet bei dem Punkt, bei dem der Dampfdruck des flüchtigen Treibmittels und die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes sich gegenseitig voll aufheben. Wenn das Abkühlen zu schnell durchgeführt wird, wird das Wachstum der Zellen vor ihrer vollständigen Ausbildung beendet, so daß sie eine geringere Größe auf v/ei sen, und demzufolge wird kein Schaum mit niedriger Dichte und merklicher Dicke (Stärke) erhalten. Umgekehrt wird bei zu langsamer Abkühlung ein übermäßiges Wachstum der Zellen erfolgen, wodurch Hohlräume innerhalb des Schaums auftreten.

Die thermoplastischen Harze, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, schließen ein Polyolefine, Mischpolymerisate von Olefinen, Polystyrol, Mischpolymerisate von Styrol und Polyvinylchlorid, Mischpolymerisate von Vinylchlorid, Acrylharz, Polyamid, Polyester, Polyacetal und Polycarbonat. Unter diesen thermoplastischen Harzen sind Polyolefine und Mischpolymerisate von Olefinen bevorzugt. Besonders erwünscht ist ein Polyäthylen mit hoher Dichte mit einem Schmelzindex (M.I.) von weniger als 1,0. Obwohl der Grund hierfür nicht ganz verständlich ist, erleichtert dieses Polyäthylen mit hoher Dichte das Wachstum von Schaumzellen mit dicken Wänden und Strängen, wodurch die gleichmäßige Herstellung eines erwünschten Schaums ermöglicht wird.

Die flüchtigen Treibmittel, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, schließen ein Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Äther, Ester und Gemische davon jeweils mit einem Siedepunkt, der niedriger liegt als der Erweichungspunkt des verwendeten thermoplastischen Harzes. Bevorzugt werden Kohlenwasserstoffe und halogenierte Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt im Bereich von -20 bis 50 C. Besonders bevorzugt ist Trichlormonofluormethan. Wahrscheinlich beruht dies auf der Tatsache, daß dieses Material eine ausgeprägte Löslichkeit in dem thermoplastischen Harz im Extruder und eine scharfe Abnahme der Löslichkeit beim Druck- und Temperatur-Abfall nach der Extrusion aufweist* Obwohl die Menge des flüchtigen Treibmittels, die zu dem thermoplastischen

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Harz zugegeben wird, von dessen Art abhängt, beträgt die Menge des Treibmittels im allgemeinen 2 bis 20 Gewichtsteile oder vorzugsweise 6 bis 15 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des thermoplastischen Harzes. Wenn zuviel Treibmittel zugegeben wird, wächst in der Form eine große Anzahl von
Schaumkernen. Αΐε Folge davon werden, wenn das Harzgemisch
in die freie Luft extrudiert wird, feine Zellen in dem Schaum erscheinen, wodurch jedes weitere Zellenwachstum unterbunden wird. Des weiteren wird ein Teil des Treibmittels durch die Zellenwand entweichen, so daß es keine großen Zellen und als Folge davon ein dicker Schaum erhalten wird.

Wenn umgekehrt die Menge an Treibmittel zu gering ist, wird das Wachstum der Schaumkerne abnehmen, wodurch die Herstellung der gewünschten Zellen unterbleibt und als Folge davon zu einem dicken Schaum von niedriger Dichte führt. Wenn ein für das verwendete thermoplastische Harz geeignetes Treibmittel in den oben erwähnten Anteilen zugegeben wird, ist es notwendig, daß keine oder nur einige sichtbare Schaumkerne in der Form gebildet werden. Wenn andererseits zahlreiche Schaumkerne gebildet werden, wird kein Schaum mit großen Zellen erhalten. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandte Extrusionstemperatur liegt im allgemeinen zwischen dem Erweichungs- oder Schmelzpunkt eines Harzgernischs und einer Temperatur von 20 C über dem Erweichung- oder Schmelzpunkt des Ha zes selbst. Bei Durchführung der Extrusion bei einer zu hohen Temperatur wird das Treibmittel einen unnötig hohen Dampfdruck aufweisen, und die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes wird außerordentlich gering sein. Wenn daher das Harzgemisch durch eine Form in die freie Luft extrudiert wird, wird das Treibmittel in eine Vielzahl feiner Blasen übergehen, die zum Teil durch das Gemisch entweichen, ohne darin Zellen zu bilden, wodurch die Herstellung eines mechanisch starken Schaums mit großen Zellen ausbleibt.

Da das in der vorliegenden Erfindung verwendete Treibmittel in dem thermoplastischen Harz löslich ist, liegt der Erweichungs- oder Schmelzpunkt des Harzgemischs beträchtlich un-

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terhalb desjenigen des Harzes selbst. Wenn daher versucht wird, die Extrusion bei Temperaturen unterhalb des Erweichungs- oder Schmelzpunktes des Harzgemisches durchzuführen, wird die Extrusion im wesentlichen mißlingen.

Erfindungsgemäß wird das langsame Abkühlen des extrudierten Harzgemisches während einer genügend langen Zeit durchgeführt, um das gewünschte Zellenwachstum zu.erzielen, im allgemeinen 2 bis 25 Minuten.

Das langsame Abkühlen wird üblicherweise durch Stehenlassen des extrudierten Gemischs an der Luft, Aufblasen von Luft, Legen in ein Wärmeübergangsmedium, wie Wasser oder eine andere Flüssigkeit bei höherer Temperatur als Raumtemperatur oder durch Kontaktieren mit einer Metallplatte oder durch Legen in eine Form (mold) mit jeweils geeigneter Temperatur, durchgeführt.

Obwohl erfindungsgemäß das extrudierte Gemisch' sehr langsam zum Zwecke des Wachstums der Schaumkerne gekühlt werden sollte, kann der voll expandierte Schaum schnell abgekühlt v/erden. Weiterhin kann die Expansion unter vermindertem Druck durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß die Expansionsgeschwindigkeit nicht unangemessen beschleunigt wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es von Wichtigkeit, eine geringe Menge von Schaumkernen zu bilden und wachsen zulassen, und daher ist es wünschenswert, eine geringe Menge eines Kernbildners zu verwenden. Der Kernbildner kann aus anorganischen Materialien, wie Calciumcarbonatj Ton, Talkum, Zinkweiß (zinc white), Silicat und Glaspulvern,oder organischen Materialien, wie Ruß und Holspulvern, bestehen. Die Menge des Kernbildners beträgt vorzugsweise weniger als 3 Gewichtsteile und in besonders bevorzugter Weise 0,1 bis 1,5 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des verwendeten thermoplastischen Harzes. Bei Abwesenheit des Kernbildners wird eine Neigung zur ungleichmäßigen und spärlichen Verteilung der Zellen bestehen. Im Gegensatz hierzu wird eine übermäßige-Zugabe des Kernbildners zu einer übermäßigen Bildung ."von

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Schaumkernen führen, was das Auftreten von feinen Zellen zur Folge haben wird, wodurch ein gewünschter Schaum von mechanischer Festigkeit mit großen Zellen nicht erhalten werden kann.

Nach dem erfindvmgsgemäßen Verfahren ist es erwünscht, die Schaumkerne unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen wachsen zu lassen. Demzufolge wird ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkernen im Kopf eines Extruders und Extrusion des Harzgemisches während dessen Expandierung nicht angewendet.

Da das erfindungsgemäße Verfahren das langsame Abkühlen des extrudierten Gemischs für seine spätere Expansion umfaßt, wird es von der Form mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der Extrusionsgeschwindigkeit bei der Form abgezogen, wodurch die Expansion unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen ermöglicht wird. Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren, das die Expansion des Harzgemischs unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen ermöglicht, besteht darin, daß man das extrudierte Gemisch einem Formquellen (die swelling) unterwirft und dessen Ausdehnung so durchführt, daß die Querschnittsform der in der Form gequollenen Masse unverändert bleibt. Wenn andererseits das extrudierte Harzgemisch von der Form schneller entnommen wird, als es durch sie hindurchgeht, und danach expandiert wird, wird die Neigung dazu bestehen, feine Zellen in dem Harz zu bilden, wodurch der erfindungsgemäße Schaum mit den ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften nicht erhalten werden kann. Der Grund für die große mechanische Festigkeit, insbesondere ausgeprägte Druckfestigkeit, des erfindungsgemäßen Schaums liegt darin, daß er große Zellen und daher dicke Wände und Stränge aufweist.

Ein anderer Grund liegt darin, daß beim Wachstum der Schaumzellen die Zellwände und -stränge streckorientiert werden.

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In dem Schaum gemäß dem Stand der Technik weisen die Zellwand und die Stränge eine bemerkenswert gleichmäßige Stärke von 1 bis 10 Mikron auf. In dem erfindungsgemäßen Schaum jedoch erstreckt sich die Dicke über einen weiten Bereich von 10 bis 2000 Mikron.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, ein Harzgemisch in Form von Stäben, Rohren und Brettern bzw. Platten zu extrudieren, die alle durch die große Stärke (Dicke) gekennzeichnet sind. Erfindungsgemäß kann ein Schaum mit einer Dicke von im allgemeinen 10 bis 200 mm oder vorzugsweise 20 bis 100 mm erhalten werden. Ein Schaum mit einer Dicke von weniger als Ip mm kann keine großen Zellen mit einer niedrigen Dichte besitzen. Wenn die Stärke 200 mm übersteigt, werden in der Mitte des Schaums große Hohlräume auftreten, so daß dessen mechanische Festigkeit ausbleibt.

Der erfindungsgemäß hergestellt Schaum ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine große mechanische.Festigkeit und eine niedrige Dichte im allgemeinen im Bereich von O,O5 bis 0,3 g/ cm , vorzugsweise zwischen 0,08 und 0,20 g/cm , aufweist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man das Harzgemisch aus einem thermr:plastischen Harz und einem flüchtigen Treibmittel in Form eines Bretts (bzw, einer Platte) durch eine Formöffnung bei einer Temperatur, die geringfügig höher als die Erweichungstemperatur des Gemischs ist, extrudiert, die Oberflächen des Bretts schnell zur Ausbildung von Hautschichten auf dessen beiden Seiten abkühlt und das Brett mit den Hautschichten langsam abkühlt,, um die Bildung von Schaumkernen darin zu bewirken, um Zellen mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von mehr als 5 mm wachsen zu lassen. Die Bildung von Häuten auf beiden Oberflächen des ex-, trudierten Bretts unterbindet dessen Expansion in der Extrusionsrichtung und in der Querrichtung mit dem Ergebnis, daß Schaumkerne im wesentlichen in Richtung der Dicke des extru,-dierten Bretts wachsen, wodurch ein dickes Brett erhalten wird, das aus Zellen in Form eines Rugby-Balls besteht. Das oben ·

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erwähnte Verfahren erleichtert die Bildung von Häuten von etwa 1 mm Stärke, Ein mit solchen Häuten versehener Sehpum wird nicht nur hinsichtlich der Druckfestigkeit_f sondern auch der Biegefestigkeit merklich verbessert.

Das schnelle Abkühlen der beiden Oberflächen des extrudierten Bretts kann durchgeführt werden z«B, durch Aufblasen eines kalten Gases,z.B. kalter Luft,in das Brett, durch Aufsprühen einer Flüssigkeit wie Wasser, durch Kontaktieren mit einem gekühlten metallischen Material, wie eine Metallrolle oder -»platte, oder durch Befestigen an einem bogenähnlichen Material, wie eine Metallplatte, ein Gipsbrett oder ein gewebtes Glastuch (woven glass fabric).

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schaum erlaubt es, dem Harzgemisch verschiedene Additive, wie ein Antioxydans, einen Ultraviolettabsorber, ein flammhemmendes Mittel und Pigmente einzuarbeiten.

Der erfindungsgemäß hergestellte thermoplastische Schaum kann leicht durch die nachfolgend angegebenen Schritte ssy einem gewünschten Gegenstand verarbeitet werden« Schäumej insbesondere geforrae Bretter bzw. Platten,können miteinander verbunden werden, indem man einen wärmeschmel^enden Klebstoff in die großen Zellen, die auf den zu verbindenden Oberflächen* eier Bretter erscheinen, einfüllt, den Klebstoff schmilat und danach, die zu verbindenden Oberflächen gegenetnandefj»*«?i$t·

Im Fell, daß swei Bretter in L-Form verbunden werden sollen, werden der äußere eckige Umfang der L-For«, der durch einen Teil der einen Seite der sewei B^efter/une «ei?' innere eckige Umfang der !.-Form, d. er durch einen Teil der gegenüberliegenden Seite der Bretter gebildet wird, mit ihnlichen L-f$neigen Metallstücken versehen, von denen ein«·· »uf eier Innenseite mit einem wa'rmeschmelzenden Klebemittel überzogen ist und das andere auf der Außenseite »it dem Klebemittel überzogen ist. Von den freiliegenden Seiten der Metalletücke wird Wärme angewendet, um die zwei Bretter durch thermisches Verschmelzen

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zu verbinden und um die Metallstücke mit den äußeren und inneren eckigen Umfangsflachen der zwei L-förmig verbundenen Bretter zu verbinden.

Wenn ein einziges Brett (eine einzige Platte) gebogen werden soll, wird ein V-förmiger Einschnitt(Kerbe)in dem Teil der Oberfläche des Bretts gebildet, an dem es gebogen werden soll. Die innere Oberfläche des V-förmigen Einschnitts wird mit einem Klebstoff überzogen. Das Brett wird am Zentrum des V-förmigen Einschnitts gebogen, und die gegenüberliegenden Oberflächen des V-förmigen Einschnitts werden gegeneinandergepreßt, so daß sie mittels des Klebstoffs in jedem gewünschten Winkel, der dem des V-förmigen Einschnitts entspricht, miteinander verbunden werden.

Das Glätten oder Pressen der Oberfläche eines Schaumbretts kann z.B. durch Leiten der Oberfläche über eine erhitzte Metallwalze oder -platte, während die Oberfläche fest dagegengepreßt wird, erzielt werden.

Weiterhin kann ein Schaum, insbesondere ein Schaumbrett, dadurch selbstlöschend gemacht werden, daß man dessen Oberflächenhäute abschneidet, um große Zellen freizusetzen, und daß man diese mit einem nicht-brennbaren oder flammhemmenden Mittel ausfüllt.

Der erfindungsgemäße Schaum besitzt eine ausgeprägte Beständigkeit nicht nur gegenüber Druck und Biegen, sondern auch gegenüber Chemikalien und Kälte. Weiterhin besitzt der Schaum entschieden bessere wärmeisolierende und stoßdämpfende Eigenschaften als Holz- oder andere harte Bretter, obwohl es in dieser Beziehung einem Schaum mit feinen Zellen geringfügig unterlegen ist. Demgemäß kann der erfindungsgemäße Schaum einem sehr breiten Anwendungsbereich zugeführt werden, z.B. als Antifrostmaterialien für Eisenbahnen und Straßen, als Gerüstbretter, als Tiefbaumaterialien, wie z.B. als,Zement-Formplatten (concrete forming plates), als Strukturmaterialien, wie Böden, Wände und Isolierteile des Dachs-von Ge- ·■ -

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bäuden, wärmeisolierende Materialien für Kühlhäuser, als Verpackungsmaterialien zur Verwendung in einem Behälter, in dem schwere Gegenstände transportiert werden, als Lager bzw. Matrazen und geräuschabsorbierende Materialien.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispi el 1

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 80 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polyäthylen mit hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,2, einer Dichte von 0,96 g/cm und einem Schmelzpunkt von 134 C und 1 Gewichtsteil Calciumcarbonat als Kernbildner beschickt. Während das Gemisch sich durch den Extruder bewegte, wurde zu dem Gemisch ein flüchtiges Treibmittel aus Trichlorfluormethan in den verschiedenen in der Tabelle I angegebenen Mengen zugegeben. Das Gemisch wurde durch eine flache Form von 400 mm Breite und 3 mm Stärke extrudiert und mit verschiedenen, in Tabelle I angegebenen Geschwindigkeiten abgezogen.

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Tabelle I

co ο co OO PO

O O CO

ί3

	Probe Nr.	1	2	3	4	5	6
Trichlorfiuormethan (Gewichtsteile)	8,2	9,0	10,4	11,8	13,2	15,0
ungefähre Extrusionsgeschwindigkeit ■ (cm/Minute)	30	30	30	'30	30	30
Äbziehgeschwlndigkeit Ccm/Minute) (take up speed) ;	10,0	10,5 '	11,0	12,0	■ 12,5	13,0
erforderliche Zeit für' vollständiges Zeilenwachstum (Minuteri)	13,0	13,0	13,5	14,0	14,5	15,0
Dicke des Schaums (mm)	55	56	58	60	62	64 ,
Breite des Schaums (ram)	410	410	415	420	425	430
Dichte des Schaums (g/cin^ )	0,19	■0,16	0,12	.0,10	0,08	0,06
Prozentuales Volumen besetzt durch Zellen mit einer Größe von mehr als S mm Durchmesser (%)	95	95	95	95	95	95
Druckmodul (compressive modulus) (kg/cm )	290. ■	180	110	90	64	• 38
Öiegemodul (flexural modulus) (kg/cm )	1800	1100	600	450	300	180

OJ I

ro

co co

Die Temperatur des Gemischs betrug 142°C. Das durch die flache Form extrudierte Gemisch wurde langsam durch Aufblasen von Luft (30⁰C) gekühlt. In einer Entfernung von etwa 1 cm vom Auslaß der Form begann die Bildung von Schaumkernen, und in einer Entfernung von etwa 5 cm begann das Auftreten von Zellen. Wenn das Gemisch in einer Entfernung von etwa 160 cm vom Formauslaß abgezogen (abgehoben wurde, war das Wachstum von Zellen beendet. Der erhaltene Schaum bestand aus Zellen, von denen die Mehrzahl einen Durchmesser von mehr als 5 mm besaß. Die Dicke (Stärke), die Breite, die Dichte, der Druck- und Biegemodul des erhaltenen Schaums, die Größe der Zellen sind der Tabelle I unter Bezugnahme auf die Proben Nr. 1 bis 6 zu entnehmen· Die Beziehung zwischen Dichte und Druckmodul des Schaums wird anhand der gestrichelten Linie in Fig. 1 wiedergegeben, und die Beziehung zwischen Dichte und Biegemodul wird anhand der gestrichelten Linie in Fig. 2 wiedergegeben. Wie aus der Tabelle I hervorgeht, liefert das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen leichten, dicken Schaum von großer Druckfestigkeit.

Verqlei ch sb ei sniele

A. Wenn im vorstehenden Beispiel 1 die Temperatur des Beschickung sgemischs auf 160 C erhöht wurde, wurden im Gemisch Schaumkerne in der Form gebildet. Daher wuchsen keine großen Zellen, selbst wenn das extrudierte Gemisch an der freien Luft langsam abgekühlt wurdet Die meisten der gebildeten Zeilen besaßen einen Durchmesser von weniger als 5 mm.

B. Wenn in Beispiel 1 die Menge des TrichlorfluorSthans als Treibmittel auf 30 Gewichtsteile erhöht wurden wurden im Gemisch in der Form zahlreiche Zellen gebildet. Zum Zeitpunkt der Extrusion expandierten die Zellen augenblicklich, Die Expansion war jedoch auf ein bestimmtes Ausmaß beschränkt, so da» der erhaltene Schaum aus Zellen von zumeist weniger als 2 mm Durchmesser bestand und er demzufolge weich war.

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INSPECTED

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C. Das unter den Bedingungen des Beispiel 1 extrudierte Harzgemisch wurde in Wasser von 15°C in einem Behälter abgeschreckt.· Nach 1 Minute setzte das Wachstum der Zellen aus. Der erhaltene Schaum bestand aus spärlich verteilten Zellen mit einem Durchmesser von zumeist weniger als 5 mm und einer Dichte von 0,64 g/cm .

D. Das Harzgemisch wurde unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen,wie in Beispiel 1 beschrieben, extrudiert, mit der Ausnahme, daß die Abziehgeschwindigkeit (take up speed) auf 50 cm/Minute erhöht wurde. Obwohl dabei plötzlich zahlreiche Schaumkerne gebildet wurden, wuchsen dennoch die Zellen lediglich in geringen Mengen. Der erhaltene Schaum bestand aus Zellen mit einem Durchmesser von zumeist unter 5 mm.

Andere Schäume, die nicht unter den Bedingungen der vorstehenden Tabelle I hergestellt worden waren, wurden dem Ziel der vorliegenden Erfindung nicht gerecht.

Beispiel 2

Derselbe Extruder, wie in Beispiel 1 verwendet, mit einem Durchmesser von 80 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polyäthylen von hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,2 und einer Dichte von 0,96 g/cm sowie einem Schmelzpunkt von 134°C und Ί Gewichtsteile Calciumcarbonat als Kernbildner beschickt. Während das Gemisch durch den Extruder passierte, wurde dem Gemisch ein flüchtiges Treibmittel aus Trichlorfluorinethan in den in Tabelle II angegebenen verschiedenen Mengen zugegeben. Das Harzgemisch wurde durch eine flache Form von 400 mm Breite und 3 mm Stärke extrudiert und mit den verschiedenen in Tabelle II angegebenen Geschwindigkeiteh abgezogen.

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Tabelle II

ο co co ro

O CD

co

■z.

	Probe Nr.	1	2	3	4	5	6
Tr ich lor fluorine than (Gewicht steile )	7,0	8,2	9,0	10,4	11,8	13,2
ungefähre ExtruEicnsgeschv/incigkeit (cm/Min.)	30	30	30	30	30	30
Abziehgeschwindigkeit (take up speed) (cm/Minute)	10,0	10,5	11,0	12,0	12,5	13,0
erforderliche Zeit für vollständiges Zellenwach ξ turn (Minuten)	10,5	11,0	11,5	12,0	12,5	13,0
Picke des Schaums (ram)	45	46	48	50	52	54
3reite des Schaums (mm)	3 70	3 70	375	380	385	3 90
Dicke der Haut (mm)	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Dichte des Schaums (g/cm )	0,19	0,16	0,12	0,10	0,08	0,06
Prozentuales Volumen besetzt durch Zellen mit einer Größe von mehr als 5 mm Durchmesser (%)	95	95	95	95	95	95
Prozentuales Volumen besetzt durch Zellen mit einer Größe von a/b ⁺) 1,5 (%)	95*	95 <	95 <	95^	95*	95v
Druckmodul (compressive modulus) (kg/cm )	300	200	130	100	70	50
Biegemodul (flexural modulus) (kg/cm)	2800	1800	1000	800	500	350

a stellt die Länge einer Zelle in Richtung der Dicke (Stärke) eines geschäumten Bretts und b deren Lance in einer dazu senkrechten Richtung dar.

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Die Temperatur des Harzgemische betrug 142°C»

Das durch die flache Form extrudierte Harzgemisch wurde mit einem Kupferrohr mit einem Durchmesser von 20 mm, das am Formaijslaß angebracht war, kontaktiert und auf 1.5 C abgekühlt, so daß nur die beiden Oberflächen zur Bildung von Häuten schnell abgekühlt wurden. Als das extrudierte Gemisch 1 cm vom Forrnauslaß erreichte, begann die Bildung von Schaumkernen, und als das extrudierte Gemisch auf eine Ent~ fernung von etwa 3 bis 4 cm vom Formauslaß weitertrans- portiert war, begannen Zellen zu wachsen. Die Zellen wuchsen nur in Richtung der Stärke des erhaltenen Bretts (der Platte), Danach wurde das Brett an freier Luft auf 30 C abgekühlt. Das Wachstum der Zellen war beendet, als das Brett sich bis zu einer Entfernung von 150 cm vom Formauslaß fortbewegt hatte. Das erhaltene Brett bestand aus Rugbyball-ähnlichen Zellen, von denen die meisten einen Durchmesser von mehr als 5 rnm besaßen und die sich in Richtung der Stärke des Bretts erstreckten.

Es wurden die Stärke, die Breite, die Hautdicke, die Dichte, der Druckmodul und der Biegemodul der verschiedenen erhaltenen Brett-Proben 1 bis 6 bestimmt, ferner die Form und die Größe der Zellen, und die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt.

Dj e liazi rhimg zwischen Dichte und Druckmodul des erhaltenen Bretts wird durch die durchgezogene Linie in Fig. 1 und die Beziehung zwi sehen Dichte und Biegemodul ebenso in Fig. 2 durch die durchgezogene Linie wiedergegeben. Wie aus der vorstehenden Tabelle II hervorgeht, wird erfindungsgemäß ein leichter, dicker Schaum mit hervorragender Druck- und Biegefestigkeit erhalten.

ORIGINAL

ORIW INSPECTED 3 09821/100 8

Ein Extruder mit fin ein Durchmesser von 65 mm wurde Wlt einein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen eines Äthylen-Buten^Mischpoly-. merisats mit einein Schmelisindex von 0,3 und einer Dichte von 0,95 q/crn und 1 Gewichtsteil Ton beschickt» Während das Ge-. misch durch den Extruder passierte, wurden 8 Gewichtsteile Trichlorfluormethan zugegeben* Das Harzgemisch Wurde durch eine stabförmige Form mit eimern Durchmesser von 20 mm extrudiert.

Die Temperatur der Harzmischung betrug 140 C. Das aus der stabförmigen Form extrudierte Harzgemisch wurde sofort auf eine geeignete Länge geschnitten und in eine Bojenform mit 150 mm Länge, 80 mm Breite und 20 mm Dicke gegeben» Es wurde während 15 Minuten in dieser Form an der Luft belassen, wobei Druck von außen aufgebracht wurde» Nach dem vollständigen Abkühlen mit Wasser auf 20°C wurde die Form geöffnet und die Boje herausgenommen. Die erhaltene Boje besaß eine Haut von 0,4 mm Dicke und eine Dichte von 0,16 g/cm . Das durch Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm besetzte Volumen betrug 90 % des Gesamtvolumens der Bojfe» Die Boje war leicht und besaß eine große Druckfestigkeit wie 25 kg/cm .

Beispiel 4

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 65 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen kristallinem Pooypropylfen mit einem Schmelzindex (M. F. I. value) von 0,3 und einer Dichte von 0_t90g/cm und 1 Gewichtsteil Calciumcarbonat beschickt. Während dos Ge» misch durch den Extruder passierte, wurden ihm 12 Öewichtßtei» Ie Trichlorfluormethan zugegeben. Das HarKgemlsch wurde durch eine flache Form von 240 mm Breite und 2 mm Stärke extrudiert. Die Temperatur des Harzgemischs betrug 170 C· Das Harzgemisch wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/Minute extrudiert und von der Form mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/Minute abgezogen. Das extrudierte Gemisch, das von der Form abgegeben wurde, wurde mit einem Kupferrohr von 20'mm Durchmesser, das am Formauslaß angebracht war und-

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b <? i ei η er T emp er a t u r vo η 15" C g eh θ 11 en wu rd e, k on t a k t i er t, um beide Oberflächen des erhaltenen Schaums schnell abzukühlen, wobei darauf Häute ausgebildet wurden. Als das extrudierte Gemisch eine Entfernung von 0,5 cm vom Formauslaß erreichte, enstanden Schaumkerne, und als es etwa 3 cm vom Formauslaß erreichte, begannen Zellen zu wachsen, was sich in Richtung der Stärke des geschäumten Bretts fortsetzte. Das geschäumte Brett wurde auf 30 C abgekühlt«, Das Wachsen der Zellen war beendet, als das geschäumte Brett sich auf eine Entfernung von etwa 60 cm vom Formauslaß bewegt hatte. Der gesamte Extrudierungszyklus nahm 3 Minuten in Anspruch, Das erhaltene geschäumte Brett (Platte) war 20 mm stark, 180 mm breit und besaß eine Dichte von 0,11 g/cm und dessen Häute waren 0,5 mm stark. Das durch Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm besetzte Volumen betrug 80 % des Gesamtvolumens des geschäumten Bretts. Ferner wurde das Volumen der Zellen mit einer Größe von a/b % 1,5 (a und b wurden vorstehend definiert) mit 85 % des geschäumten Bretts angezeigt, wobei der Großteil aus Rugbyball-ähnlichen Zellen bestand, die sich in Richtung der. Stärke erstreckten. Es wurde so ein geschäumtes Brett mit ausgezeichneten physika-Ii sehen Eigenschaften, wie Druckmodul von 150 kg/cm und Biegemodul von 1300 kg/cm , erhalten.

Beispiel 5

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 80 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polystyrol und 0,5 Gewichtszeilen Zinkweiß (zinc white) beschickt. Während das Gemisch durch den Extruder passierte, wurden 10 Gewichtsteile Butan zugegeben. Das Harzgemisch wurde durch eineflache Form mit 400 ram Breite und 2 mm Stärke extrudiert. Die Temperatur des Geiniiichs betrug 155 C. Das Harzgemisch bewegte sich durch den Extruder mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/Minute, und es wurde von dem Formauslaß mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/Minute abgezogen. Das von dem Munstück entnommene extrudierte Gemisch wurde mit einem Kupferröhr von 20 mm Durchmesser, das am Formauslaß angebracht war. und auf einer Temperatur von 15."C gehalten wurde', ' koritäktiert, urn■ "" '' "

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SAD ORIGINAL

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Claims

Patentansprüche

1,)I Verfahren zur Herstellung eines widerstandsfähigen Schaums aus thermoplastischem"Harz, der niedrige Dichte und große Zellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) in einen Extruder ein thermoplastisches Harz und ein flüchtiges Treibmittel, das bei Extrudierungsternperaturen in dem Harz löslich ist, einführt,

. b) das Gemisch durch eine Strangpreßformöffhung bei einer Temperatur, die geringfügig über der Erweichungstemperatur des Gemischs liegt, extrudiert, um die Bildung von Schaumkernen darin zu bewirken, und

c) das extrudierte Gemisch langsam abkühlt, um das Wachstum von Zellen mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von mehr als 5 mm zu bewirken.
2.) Verfahren zur Herstellung eines widerstandsfähigen Schaums aus thermoplastischem Harz, der niedrige Dichte und große Zellengröße aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) in einen Extruder ein thermoplastisches Harz und ein flüchtiges Treibmittel, das bei Extrudierungstemperaturen in dem Harz löslich ist, einführt,

b) das Gemisch durch eine Strangpreßformöffnung bei einer Temperatur, die geringfügig über der Erweichungstemperatur dos Gemischs liegt, extrudiert, um die Bildung von Schaumkernen darin zu bewirken, und

c) das extrudierte Gemisch langsam abkühlt, um das Wachstum von Zellen mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von mehr als 5 mm zu bewirken, unter scherkraftfreien Bedingungen·
3.) Verfahren zur Herstellung eines-widerstandsfähigen Schaums aus thermoplastischem Harz, der niedrige' Dichte und große Zellengröße aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man

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a) in einen Extruder ein thermoplastisches Harz und ein flüchtiges Treibmittel, das bei Extrudierungstemperaturen in dein Harz löslich int, einführt,

b) das Gemisch zu einem Brett durch eine Strangpreßforrnöffhung bei einer Temperatur, die geringfügig höher liegt als die ErweichungGtemperatur des Gemischs, extrudiert,

c) die Oberflächen des Bretts (der Platte) schnell zur Bildung von Hautschichten auf beiden Seiten cibkühlt und

d) das Brett mit Hau t:;chichten langsam abkühlt, um darin die Bildung von Schaumkernen und das Wachstum von Zellen mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von mehr als

5 mm zu bewirken.
4.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Harz ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend ausPolyolefinen, Mischpolymerisaten von Olefinen, Polystyrol, Mischpolymerisaten von Styrol, Polyvinylchlorid, Mischpolymerisaten von Vinylchlorid, Acrylharz, Polyamid, Poly- , ester, Polyacetal und Polycarbonat.
5.) Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten und deren Mischpolymerisaten.
6.) Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen ein Polyäthylen von hoher Dichte mit einem Schmelzindex von weniger als 1 ist.
7.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüchtige Treibmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Äthern und Estern und deren Mischungen, wobei alle einen Siedepunkt, der niedriger ist als der Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes, besitzen.

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8« ) Verfahren gemäß Anspruch' 7, dadurch gekeimt ei'chncts daß der halogenierte Kohlenwäss er stoff irichlormönöilyörilthäii ist.
9.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet$ döß das flüchtige Treibmittel in einer Menge Von t bis 2Ö
wichtöteileni bezogen auf IDO Gewichtsteile des thermo« plastischen Harzes, verwendet wird»
10,> Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet% daß das flüchtige Treibmittel in einer Menge von 6 bis 15
wichtsteilen, bezogen auf iOO Gewichtsteile des therrriö^ plastischen Harzes, verwendet wird.
■11.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß die Extrusion bei Temperaturen, die zwischen dem Erweichung oder Schmelzpunkt des Gemisches und einer Temperatur, die 20⁰C höher liegt als entweder der Erweichungspunkt oder der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes selbst, liegen, durchgeführt wird·
■12») Verfahren gemäß Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch unter Atmosphärendrück extrudiert wird.
13.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gemisch langsam an der Luft abgekühlt wird*
14*) Verfahren'gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gemisch'durch Aufblasen von Luft langsam abgekühlt wird.
15.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gemisch durch Legen in ein Wärmeübergangsmedium langsam abgekühlt wird.
16.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gemisch durch Inkontaktbringen mit einer Metallplatte, die bei einer benötigten Temperatur ge-

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halten wird, langsam abgekühlt wird.
17.) Vorfahren gernäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gemisch in einer Form langsam abgekühlt wird.
18.) Verfahren gernäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum der Zellen in 2 bis 25 Minuten nach der Extrusion des Gemischs beendet wird.
19.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernbildner ein Material verwendet wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumcarbonate Ton, Talkum, Zinkweiß (zinc white), Silicat, Glaspulvern, Ruß und Holzpulvern.
20.) Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbiluner in einer Menge von weniger als 3 Gewichtsteilen, bezogen auf lOO Gewichtsteile des thermoplastischen Harzes, angewandt wird.
21.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in Form eines Stabs, eines Rohrs oder eines Bretts extrudiert wird.
22.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gemisch auf eine Dicke (Stärke) von 10 bis 200 mm expandiert wird.
23.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das thermoplastische Harz ein Additiv eingearbeitet wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Pigment, einem Antioxydans, einem Ultraviolettabsorber und einem flammhernmenden Mittel.
24.) Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Brett durch Aufblasen von gekühltem Gas an den Oberflächen schnell abgekühlt wird, um auf seinen beiden Seiten Hautschichten zu bilden.

•AD

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25.) Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnetj daß das extrudierte Brett durch Aufsprühen von Flüssigkeit an den Oberflächen schnell abgekühlt wird j um auf seinen beiden Seiten HautFchichten zu bilden.
26.) Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet^ daß das extrudierte Brett an seinen Oberflächen durch Ihkontaktbringen mit einem gekühlten Metallmaterial schnell abgekühlt wird.
27.) Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Brett an den Oberflächen durch Anbringen eines gekühlten bogenartigen Materials daran schnell abgekühlt wird.

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