DE69228171T2

DE69228171T2 - Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Polymermaterial bestehend aus einem geschäumten Kern mit einer umhüllenden Schale, und Vorrichtung für dieses Verfahren

Info

Publication number: DE69228171T2
Application number: DE69228171T
Authority: DE
Inventors: Antonio I-28100 Novara Addeo; Aurelio I-20023 Cantalupo Cerro Maggiore(Milan) Biscotti; Francesco I-22070 Guanzate Mascia, (Como); Annibale I-22060 Carugo Vezzoli, (Como)
Original assignee: Montell Italia SpA; Himont Italia SpA
Current assignee: Basell Poliolefine Italia SRL; Himont Italia SpA
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2012-11-14
Also published as: ATE175617T1; US5368458A; JPH0615722A; DE69228171D1; ES2127739T3; EP0542302A1; US5609803A; DK0542302T3; IT1252680B; ITMI913014A0; ITMI913014A1; EP0542302B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Polymermaterial mit Hilfe der Blasformtechnik, insbesondere zur Bereitstellung von Körpern, die einen Kern aus geschäumtem Material, das von einer äußeren Schale umschlossen wird, umfassen.
Derartige Körper zeigen normalerweise eine starre Struktur und gute Wärmeisolationseigenschaften, so daß sie für elektrische Haushaltsgeräte, wie Kühlschränke und dergleichen, besonders vorteilhaft sind. Derzeit wird das Blasformverfahren verwendet, um einen Schalenhohlkörper aus thermoplastischem Material herzustellen, in den anschließend ein wärmehärtender Schaum eingespritzt wird, beispielsweise ein Polyurethanschaum, der durch die bekannte RIM-Technologie erhalten wird. Eine solche Vorgehensweise ist sowohl hinsichtlich der Möglichkeit der Wiederverwertung des fertigen Gegenstands als auch hinsichtlich der Umweltverschmutzung durch ein Treibmittel problematisch.
Die chemische Beschaffenheit des geschäumten Polyurethankerns macht es eigentlich unmöglich, den hergestellten Gegenstand wiederzuverwerten, und das in der RIM-Technologie normalerweise verwendete Chlorfluoralkan-Treibmittel ist hinsichtlich seiner Wechselwirkung mit dem in der Stratosphäre vorliegenden Ozon problematisch. Außerdem gestaltet die Ausführung des Verfahrens gemäß bekannter Technologie mit zwei unterschiedlichen Schritten (Blasformen und anschließendes Einspritzen von Schaum) den Herstellungszyklus recht langsam und kostenaufwendig.
US-A-3 901 958 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen, umfassend einen hohlen Kern aus geschäumtem Material, umschlossen von einer äußeren Schale, wobei ein Hohlkörperrohling mit zwei Schichten, umfassend ein verschäumbares Material und das die äußere Schale bildende Material, in eine Druckkammer extrudiert wird und der Hohlkörperrohling sich unter Anliegen an der Ausformung der Form ausdehnt. Die Kammer wird dann vom Druck entspannt, um Ausdehnen des verschäumbaren Materials zu veranlassen.
US-A-3 378 612 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von Körpern mit einem Kern aus einem geschäumten Material, umschlossen von einer äußeren Schale, wobei ein vorgeschäumtes Material in einen röhrenförmigen Hohlkörperrohling gespritzt wird und Druck verwendet wird, um den Hohlkörperrohling zu formen. Wenn der Druck zurückgenommen wird, dehnt sich die Vorform aus, um den Hohlraum der Form zu füllen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens von der Art, die in der Einleitung der Beschreibung ausgewiesen ist, das die vorstehend genannten Nachteile nicht zeigt und einfach und kostengünstig auszuführen ist.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Körpern, umfassend einen Kern aus geschäumtem Material, umschlossen von einer äußeren Schale, durch das Blasformverfahren gelöst, wobei das Blasformen durch Einspritzen eines verschäumbaren thermoplastischen Polymermaterials, das geeignet ist, die Wände des Hohlkörpers mit den Wänden der Form in Kontakt zu bringen, in das Innere eines thermoplastischen Hohlkörpers ausgeführt wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das eingespritzte verschäumbare Material ein physikalisches Treibmittel, ausgewählt aus CO&sub2;, N&sub2; und Kohlenwasserstoffen, enthält und daß es in äußerst raschem Zeitraum in der Größenordnung von 2 Sekunden eingespritzt wird, und daß die Gestaltung des Hohlkörpers, der an den Wänden der Form anliegt, durch Ausdehnen des verschäumbaren Materials erhalten wird.
Der Begriff "verschäumbares thermoplastisches polymeres Material" bedeutet ein beliebiges thermoplastisches Material, das mit dem Treibmittel vermischt ist. Es ist einleuchtend, daß wie in der üblichen Blasformtechnologie der extrudierte Hohlkörper (Hohlkörperrohling) bei einer Tempera tur sich nahe der Erweichungstemperatur des Polymers befindet, und zumindest so nahe, daß Blasformen des Hohlkörpers gewährleistet ist. Dieses Merkmal ist im Fall der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, da das geschäumte thermoplastische Material (das sich ebenfalls bei einer Temperatur nahe der Erweichungstemperatur des Polymers befindet) an die Wände des Hohlkörpers thermogeschweißt werden kann, wodurch ein strukturell widerstandsfähiger Gegenstand erhalten werden kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung betrifft die Möglichkeit der Verwendung desselben polymeren Materials oder von Materialien, die zu derselben Polymerfamilie gehören, sowohl für den geschäumten Kern als auch für die äußere Schale, wodurch es möglich wird, die verfertigten Gegenstände am Ende ihrer Nutzzeit wiederzuverwerten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch die Beschleunigung des Herstellungszyklus, verglichen mit üblicher Technologie des Blasformens und anschließend Ausschäumen der gekühlten hohlen Schale.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des vorstehend genannten Verfahrens.
Eine solche Vorrichtung von der Art, die einen Extruder mit Sammelkammer umfaßt, geeignet für das zyklische Extrudieren eines röhrenförmigen Hohlkörperrohlings zwischen zwei beweglichen, zueinander weisenden Formhälften ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auch einen zweiten Extruder für ein polymeres Material, angemischt mit dem Treibmittel, und eine Hilfssammelkammer in Verbindung mit dem zweiten Extruder umfaßt und mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die mittig in bezug auf eine ringförmige Düse zur Extrusion eines röhrenförmigen Hohlkörperrohlings angeordnet ist.
Weitere Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im einzelnen durch die nachstehende Offenbarung deutlich, wobei sie nur zur beispielhaften Erläuterung und nicht zur Einschränkung angeführt sind.
Fig. 1, 2, 3, 4 zeigen aufeinanderfolgende Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 5 zeigt eine Längsquerschnittsansicht eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstands.
Fig. 6 zeigt einen Längsquerschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Unter Bezug auf die Zeichnungen wird mit Bezugsziffer 1 der Endteil eines Extruders für ein dichtes Polymermaterial, wie beispielsweise Polypropylen, ausgewiesen. Der Extruder 1 ist auf einem Hauptkörper 3 befestigt, an dessen Ende ebenfalls ein zweiter Extruder 2 für ein verschäumbares Polymermaterial, wie Polypropylen, vermischt mit CO&sub2;, N&sub2;, Kohlenwasserstoffen, befestigt ist. Der erste Extruder 1 steht in Verbindung mit einer ringförmigen Sammelkammer 4, innerhalb der das dichte Material gesammelt wird; die Kammer 4 ist mit einer mittigen zylindrischen Sammelkammer 10 für schäumbares Material koaxial. Die kreisförmige Sammelkammer 4, deren Volumen einstellbar ist, ist mit einem kreisförmigen Kolben 5 ausgestattet, der mit Stäben 5a mit einem hydraulischen Stempel 18a betätigt wird, um eine bestimmte Menge von geschmolzenem Polymer in die ringförmige Extrusionsdüse 6 zu speisen. Stempel 18a ist zwischen einer beweglichen Platte 17 am Ende der Stäbe befestigt und eine befestigte Platte 12 ist eins mit Körper 3.
In analoger Weise ist die mittige Sammelkammer 10, die mit dem zweiten Extruder über Kanal 8 verbunden ist, mit einem selbstreinigenden Kolben 9, der mit Stempel 18b über einen mittigen Stab 9a betätigt wird, ausgestattet. Kolben 9 liefert unter Druck über Ventil 11 eine bestimmte Menge an verschäumbarem Polymermaterial im plastischen Zustand mittig in die ringförmige Düse 6. Die freie Öffnung der letzteren ist außerdem mit Stempel 18c einstellbar, der durch Stäbe 7a die Lage der Endplatte 7 relativ zu dem mittigen Teil, d. h. dem Kernteil der ringähnlichen Düse 6, ändert.
Unter letzterer ist eine Form installiert, die zwei selbstschneidende Formhälften 15 einander gegenüberstehend umfaßt, die geeignet sind, von vorn miteinander einzurasten, so daß sie einen Hohlraum festlegen. Jede der Formhälften 15 ist außerdem an ihrem unteren Ende mit einem beweglichen Einsatz 16 ausgestattet, geeignet für einen Vorschub, bezogen auf dieselbe Formhälfte in einer Richtung, die dieselbe Richtung des Verschlusses der Formhälften 15 ist, in der Weise, die genauer nachstehend erläutert wird.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein röhrenförmiger Hohlkörperrohling 13 aus thermoplastischem Material durch die Düse 6 unter den gewünschten Bedingungen von Temperatur und Druck in einen Raum, der zwischen beiden Formhälften 15 umfaßt ist, extrudiert. Am Ende des Extrusionsschritts des röhrenförmigen Hohlkörpers 13 wird letzterer an seinem unteren Teil durch zwei Einsätze 16 geschlossen, die sich während des Verfahrensschritts integral mit den Formhälften 15 entlang einer Querrichtung zur Extrusionsrichtung des Hohlkörperrohlings 13 verschieben (Fig. 2). Dann wird in das Innere des röhrenförmigen Hohlkörperrohlings 13, dessen Boden geschlossen ist, das verschäumbare Polymermaterial 14, das in der mittigen Sammelkammer 10 vorliegt, eingespritzt (Fig. 3). Die Einspritzung des verschäumbaren Materials in das Innere des röhrenförmigen Hohlkörperrohlings wird gemäß einem anschließenden sehr raschen Vorgang, nämlich Öffnen von Ventil 11, Betätigen von Kolben 9 und Schließen von Ventil 11 ausgeführt.
Das verschäumbare Material, das aufgrund des geringen Drucks im Inneren des Hohlkörperrohlings vorliegt, kann zwanglos schäumen, wobei es die Wände des Hohlkörperrohlings 13 gegen die Wände der Formhälften 15 drängt, die in der Zwischenzeit miteinander eingerastet sind, und sich so gegen die Wände anschmiegt (Fig. 4). Während des Verschäumungsschritts wirkt der Schaum als Formungsmittel für den röhrenförmigen Hohlkörperrohling. Während eines solchen Schritts verursacht das Schließen der zwei Formhälften 15 und die durch die beweglichen Einsätze 16 ausgeübte Scherwirkung (vorangetrieben durch Federn 16a, die zwischen dem Einsatz und der betreffenden Formhälfte angeordnet sind) das in Fig. 5 mit der Bezugsbezeichnung P ausgewiesene Stück zu einer peripheren Scherwirkung, wobei Stück P nach geeignetem Kühlen aus der Form herausgenommen werden kann.
Um den Formungsschritt zu verbessern, kann der ringförmige Hohlraum, der zwischen dem Hohlkörperrohling und den Wänden der Form umfaßt ist, vorteilhafterweise vom Druck entlastet werden.

Beispiel 1

Der Test wurde unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung ausgeführt.
Polypropylen, erhältlich von der Firma Himont unter der Handelsmarke Moplen® SP 98/E mit einem Schmelzindex von 0,7 g/10 Minuten, wurde in den Extruder (1), der einen Durchmesser von 120 mm aufweist und ein Schneckenlängen : Durchmesser-Verhältnis = 30 aufweist, gespeist.
Polypropylen wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 150 kg/h mit einer entsprechenden Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 30 U/min extrudiert.
Am Extruderschneckenende (1) wurden Druckwerte von 140 bar (2000 1b/p²) und eine Temperatur der geschmolzenen Polymermasse von 210ºC gemessen.
Durch ein beheiztes Anschlußstück gelangt das geschmolzene Polymer dann in die Sammelkammer (4), die ein maximales Volumen von 9 Liter aufweist.
In den Extruder (2) wurde eine Verbindung gespeist, die aus 100 Teilen Polypropylen, erhältlich von der Firma Himont unter dem Handelsnamen Profax HMS PF 814 mit einem Schmelzindex von 2,5 g/10 Minuten, 1,0 Teilen "Hydrocerol® Compound" von Boehringer und 0,5 Teilen Zinkstearat bestand.
Der Extruder (2) ist vom Doppelschneckentyp mit gleichdrehenden Schnecken, die einen Durchmesser von 90 mm und ein Längen: Durchmesser-Verhältnis von 16,6 aufweisen.
In den Extruder wird ein Gemisch von Isobutan und Butan im Verhältnis 30 : 70 direkt in die geschmolzene Polymermasse bei einem Abstand vom Einspeisungspunkt von etwa 1/3 der gesamten Extruderlänge eingespritzt.
Das Kohlenwasserstoffgemisch wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit gleich 7 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polypropylenharzes, eingespritzt. Die geschmolzene Masse, die aus dem Polymer, den Additiven und dem Gas bestand, wurde innig miteinander vermischt, von einer Homogenisierungstemperatur von etwa 215ºC zu einer Extruderaustrittstemperatur von etwa 160ºC geleitet.
Aus dem Extruder läuft das Polymer/Schäumungsmittel- Gemisch durch einen erhitzen Zuspeisungskanal zum Füllen der Sammelkammer (10), die ein maximales Innenvolumen von 4 Litern aufweist.
Der am Ende der Extruderschnecke gemessene Druckwert betrug 100 bar.
Wenn das Füllen beider Sammelkammern beendet war, wurde das Verfahren gemäß den wie in Fig. 1 bis 5 erläuterten Verfahrensschritten fortgesetzt.
Aus der Sammelkammer (4) wird ein röhrenförmiger Hohlkörperrohling extrudiert, der einen Durchmesser von 500 mm und eine Dicke von 4 mm aufweist.
Die Länge des röhrenförmigen Hohlkörperrohlings wurde mit 1,3 Metern festgelegt.
Die Bedingungen der Strömungsgeschwindigkeit für das geschmolzene Polymer, die für die Extrusion des Hohlkörperrohlings übernommen wurden, betrugen 1,2 kg/Sekunde, äquivalent einer fallenden axialen Geschwindigkeit von 13 m/min.
Nachdem beide beweglichen Einsätze (16), die am unteren Teil beider Formhälften angebracht sind, miteinander in Kontakt kamen, um das Material des röhrenförmigen Hohlkörperrohlings in jener Fläche zu "schweißen", die noch im geschmolzenen Zustand ist, wurde in den Hohlkörperrohling das Polymer/Schäumungsmittel-Gemisch, das in der Sammelkammer (10) enthalten war, eingespritzt.
Das schäumbare Gemisch verläßt Verschlußventil (11), das einen kreisförmigen Querschnitt von 12 mm Durchmesser aufweist, bei einer Fließgeschwindigkeit von 2160 kg/Stunde. Die Einspritzzeit betrug 2 Sekunden, was einer Menge an eingespritztem schäumbaren Gemisch von 1,2 kg entspricht.
Gleichzeitig schließen sich zur Einspritzung des schäumbaren Gemischs beide Formhälften (15) unter Herstellung eines Hohlraums mit einer Parallelepiped-Form mit den Abmessungen 600 · 1100 · 50 mm.
Das erhaltene Endprodukt ist ein Strukturkörper, der die Abmessungen des Hohlraums reproduziert, gekennzeichnet durch eine äußere Schicht aus dichtem, aus Extruder (1) tretenden Polypropylen mit einer Dicke von 3,5 mm und einem inneren Kern aus geschäumtem Polypropylen mit einer Dichte von 35 kg/m³.

Beispiel 2

Der vorliegende Test wurde unter Verwendung derselben wie in Fig. 6 erläuterten Ausrüstung und unter der in Beispiel 1 offenbarten Verfahrensführung ausgeführt.
Zu Extruder (1) wurde Polystyrol gespeist, das von der Firma Enichem Polimeri unter der Handelsmarke Edistir SRL 800 erhältlich ist, mit einem Schmelzindex von 3,5 g/10 Minuten bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 180 kg/Stunde für eine entsprechende Schneckenumdrehungsgeschwindigkeit von 25 U/min.
Zu Extruder (2) wurde ein Gemisch gespeist, das aus 100 Teilen Polystyrol, erhältlich von der Firma Enichem Polimeri unter der Handelsmarke Edistir N 1380, mit einem Schmelzindex von 3,0 g/10 Minuten, 0,5 Teilen "Hydrocerol® Compound" von Boehringer und 0,2 Teilen Zinkstearat bestand. Das verwendete Schäumungsmittel war dasselbe Gemisch von Beispiel 1, nämlich Butan : Isobutan 70 : 30 mit einer Strömungsgeschwindigkeit gleich 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polystyrolharzes.
Der am Ende der Extruderschnecke gemessene Druckwert betrug 160 bar, wobei die Temperatur der geschmolzenen Masse 145ºC betrug.
Die bei der Extrusion des Hohlkörperrohlings übernommenen Bedingungen waren dieselben wie in Beispiel 1, wobei der Durchmesser der Öffnung von Verschlußventil (11) von 12 auf 20 mm erhöht wurde, um die Einspritzströmungsgeschwindigkeit des schäumbaren Gemischs unverändert zu halten (2160 kg/Stunde, wozu während eines Zeitraums von 2 Sekunden eine 1,2 kg entsprechende Menge eingespritzt wurde).
Das erhaltene Endprodukt ist ein integraler Polystyrol-Strukturkörper mit einer äußeren dichten Schicht von 3,5 mm Dicke und einem inneren geschäumten Kern mit einer Dichte von 35 kg/m³.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch das Blasformverfahren, die einen Kern aus geschäumtem Material, umschlossen von einer äußeren Schale, umfassen, wobei das Blasformen durch Spritzen eines thermoplastischen polymeren Materials in das Innere eines thermoplastischen Hohlkörpers ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das eingespritzte verschäumbare Material ein physikalisches Treibmittel, ausgewählt aus CO&sub2;, N&sub2; und Kohlenwasserstoffen, enthält und äußerst schnell in einem Zeitraum in der Größenordnung von 2 Sekunden eingespritzt wird, und daß das Formen des Hohlkörpers, der an den Wänden der Form anliegt, durch Ausdehnen des verschäumbaren Materials erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die nachstehenden Schritte umfaßt:

- zwei bewegliche Formhälften (15) werden vorher so angeordnet, daß sie zueinander weisen,

- ein im wesentlichen röhrenförmiger thermoplastischer Hohlkörperrohling (13) wird zwischen den Formhälften (15) extrudiert,

- beide Formhälften (15) schließen sich an dem Hohlkörperrohling (13), um einen zwischen den Wänden des Hohlkörperrohlings (13) und den Wänden der Form (15) umfaßten Hohlraum zu definieren,

- ein thermoplastisches polymeres Material, das ein physikalisches Treibmittel enthält, welches den Hohlkörperrohling im plastischen Zustand innerhalb des vorstehend genannten Hohlraums auftreiben kann, wird in das Innere des Hohlkörperrohlings (13) gespritzt, bis die Wände des Hohlkörperrohlings mit den Wänden der Form in Kontakt treten und anliegen, wobei die Einspritzzeit äußerst schnell in der Größenordnung von 2 Sekunden liegt, und

- der hergestellte Gegenstand (P) wird aus der Form (15, 16) entnommen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Hohlkörperrohling (13) verwendete polymere Material mit dem verschäumbaren polymeren Material (14) im wesentlichen identisch ist.

4. Vorrichtung zur Herstellung von fertigen Gegenständen aus Polymermaterial, die mit einem Kern aus geschäumtem Material, umschlossen von einer äußeren Schale, versehen sind, von der Art, die einen Extruder (1) mit einer Sammelkammer (4), geeignet für zyklisches Extrudieren eines röhrenförmigen Hohlkörperrohlings (13) zwischen zwei beweglichen Formhälften (15), die zueinander weisen, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auch einen zweiten Extruder (2) für ein polymeres Material, angemischt mit einem physikalischen Treibmittel, ausgewählt aus CO&sub2;, N&sub2; und Kohlenwasserstoffen, und eine Hilfssammelkammer (10) in Verbindung mit dem zweiten Extruder (2) umfaßt und mit einer Spritzdüse (11), mittig angeordnet in bezug auf eine ringförmige Düse (6), zur Extrusion des röhrenförmigen Hohlkörperrohlings (13) ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (4) eine ringähnliche Form zeigt und mit der Hilfssammelkammer (10) koaxial ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Formhälften an ihrem unteren Ende, mit gleitenden Einsätzen (16) versehen sind, geeignet zum Abdichten des Hohlkörperrohlings (13) an dessen unterem Ende, bevor die Form geschlossen wird.