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Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper
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werden, mittels einer besonderen geschlossenen Pressform die scheinbare Dichte der porösen Formkörper je nach ihrem beabsichtigten Verwendungszweck wunschgemäss zu variieren.
Durch die Anwendung eines besonderen Erhitzungsverfahrens, dem alle Teilchen der vollkommen verschäumten synthetischen thermoplastischen Substanzen während des Pressverfahrens unterworfen wer- den, soll es ermöglicht werden, zwischen allen Teilchen der porösen Masse eine vollkommen einheit- liche Sinterung zu gewährleisten. Die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung poröser Formkörper aus synthetischen thermoplastischen Materialien, insbesondere aus verschäumtem Polystyrol, kann ohne Anwendung lästiger Verfahrensschritte, wie z. B. Dampferzeugung, erfolgen.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht in seinem Wesen darin, dass man die verschäumbaren
Teilchen bis zu ihrer völligen Verschäumung durch einen heissen Gasstrom erhitzt, die vollständig ver- schäumten, im wesentlichen treibmittelfreien Teilchen nach einer Temperungszeit zwischen 3 h und
3 Tagen in eine geschlossene Pressform einführt, die mindestens eine bewegliche, wie ein Kolben ar- beitende Wand besitzt, diese Teilchen in der Form mit einem heissen Gas bis zum beginnenden Er- weichungspunkt, ohne dass eine Agglomeration auftritt, erhitzt, worauf man auf die erhitzten Teilchen einen mechanischen Druck ausübt, um die einzelnen Teilchen zu einem einzigen porösen Körper zu sintern.
Vorteilhaft werden im erfindungsgemässen Verfahren synthetische thermoplastische Substanzen als Ausgangsmaterial verwendet, die Homo-und bzw. oder Mischpolymerisate von Styrol, Vinylchlorid.
Acrylonitril, Methylmethacrylat u. dgl., sind, jedoch mindestens ein gleichmässig dispergiertes Treibmittel enthalten.
Die erste Phase dieses Verfahrens besteht darin, dass die verschäumbaren Teilchen der synthetischen thermoplastischen Substanz mittels heisser Gase, insbesondere Dampf, Luft oder teilweise oder ganz verbrannte Gase, auf Temperaturen nahe der Martenszahl (beginnender Erweichungspunkt) erhitzt werden. Diese Teilchen, die sich im Dampf des heissen Gases frei bewegen können, werden bis zur völligen Verschäumung bei den oben genannten Bedingungen gehalten, um eine Agglomeration zu vermeiden. Vorzugsweise wendet man eine Temperungszeit von 12 bis 48 h an.
Die zweite Phase des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, aus den genannten Teilchen synthetischer, thermoplastischer Substanz, insbesondere aus Polystyrol, nach einer gewissen Temperungszeit, nach welcher sie praktisch kein Treibmittel mehr enthalten, poröse Körper zu pressen. Die dabei verwendete geschlossene Pressform hat eine oder mehrere bewegliche Wände, die wie Kolben arbeiten und dazu geeignet sind, die mechanische Kompression zur Sinterung der Masse zu leisten ; die geschlossene Pressform und vorzugsweise die Seitenwände der Pressform wird bzw. werden mit der Heizgasquelle durch eine oder mehrere Förderleitungen verbunden.
Die verschäumten und getemperten, von Treibmittel wesentlich freien Polystyrolteilchen, die in der ersten Phase des erfindungsgemässen Verfahrens erhalten wurden, werden in gewünschter Menge in die Pressform gegeben ; dann wird heisses Gas, vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 80 und 1200 C, eingeblasen und die verschäumten Polystyrolteilchen, die sich in der Pressform frei im heissen Gasstrom bewegen, werden gleichmässig bis zum beginnenden Erweichungspunkt erhitzt, ohne dass dabei Agglomeration eintritt. Vorzugsweise erfolgt das Einblasen des heissen Gasstromes an den Unterkanten der Seitenwände der Pressform.
Mit Hilfe des beweglichen Teiles der Pressform wird Druck auf die erhitzten, verschäumten Teilchen ausgeübt, bis ein bestimmtes Volumen erreicht und die Sinterung der einzelnen Teilchen zu einer einzigen porösen Masse mit geringer scheinbarer Dichte erzielt ist. Indem man bei gleichem Druck und deshalb gleichem Endvolumen der gewünschten porösen Körper die Menge der in die Pressform gegebenen Teilchen innerhalb gewisser Grenzen variiert, kann man die scheinbare Dichte der porösen Körper je nach ihrem Verwendungszweck variieren. Umgekehrt ist es möglich, um z. B. Platten von einem bestimmten Umfang zu erhalten, deren Dichte und deren Dicke durch mehr oder weniger starke Änderung des Druckes zu modifizieren.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren können poröse Formkörper jeder Grösse und Gestalt mit ausgezeichneten physikalischen und mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Festigkeit des Materials, Formbeständigkeit (dank deren die porösen Formkörper während des nach dem Pressen erfolgenden Abkühlens keine Schrumpfung erleiden), Beständigkeit gegen Quetschung, Dehnung und Zerbröckeln, und vor allem mit einer scheinbaren Dichte, die zwischen 200 und 10 kg/m 3 variieren kann, erhalten werden. Die Dichte ist bei gleichen Ausgangsmengen an zu sinternden Teilchen ausschliesslich eine Funktion des Druckes, der durch den beweglichen Teil der Pressform auf die zu sinterde Teilchenmasse angewendet wird.
Durch Anwendung erhitzter Luft oder eines andern heissen Gases bei der Verschäumung im Verlauf
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des Pressverfahrens hat man den Vorteil, mit vollkommen trockenen verschäumten Teilchen zu arbei- ten, wodurch die Sinterung erleichtert wird und die so erzielten Formkörper eine grosse Homogenität aufweisen.
Beispiel l : 5kg verschäumbare Polystyrolteilchen, gleichmässig dispergiertesPentan als Treib- mittel enthaltend, wurden mit Dampf 20 min lang auf 1150 C in einem nicht ganzgefüllten Kessel erhitzt, so dass diese Teilchen sich frei im Dampf bewegen konnten und keine Aggregate bildeten. Das von den Teilchen eingenommene Volumen war 100 mal grösser als das Ausgangsvolumen.
Im Einklang mit der Tatsache, dass die Treibmitteldämpfe im wesentlichen aus den so erhaltenen porösen Teilchen verschwunden waren, wurde gefunden, dass das grösstmögliche Endvolumen erreicht war.
Die verschäumten, im wesentlichen treibmittelfreien Teilchen liess man dann an der Luft 24 h lang abkühlen und anschliessend wurden sie in eine Pressform mit niederen Wänden und rechteckigem Querschnitt gegeben.
Ein heisser Luftstrom von 115 bis 118 C wurde durch die Zuleitung auf den Boden der Pressformwände geblasen, wobei den Teilchen das vom Kolbenhub freigegebene Höchstvolumen der Pressform zur Verfügung stand.
Die verschäumten Teilchen wurden innerhalb dieses Luftstromes 10 min lang durcheinandergewirbelt, so dass sie gleichmässig bis zum beginnenden Erweichungspunkt erhitzt wurden, und gleichzeitig wurde 30 min lang eine Kompression von 5 at mittels des beweglichen Teiles der Pressform ausgeübt, um die Sinterung der Teilchen zu einer einzigen porösen Masse zu bewirken.
Nach dem Abkühlen erhielt man eine poröse rechteckige, 4 cm dicke Platte mit einer scheinbaren Dichte von 20 kg/m3. Die Platte sah kompakt und homogen aus und zerbröckelte auch nicht im Inneren. Ausserdem erwies sie sich als widerstandsfähig gegen Druck und Bruch ; sie eignete sich als thermisches und akustisches Isoliermaterial und war deshalb für die meisten verschiedenen Zwecke, für die solches Material verwendbar ist, brauchbar.
Beispiel 2: 0,3 kg vollkommen verschäumter und treibmittelfreier Polystyrolteilchen, die, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten wurden, wurden in eine erfindungsgemäss verwendbare Pressform gegeben, die einen kreisrunden Querschnitt mit einem Radius von 20 cm und eine Höhe von 100 cm hatte. 30 min lang wurde heisse Luft von 950 C hineingeblasen, worauf die Zufuhr heisser Luft abgebrochen wurde ; zugleich wurde ein Druck von 7 at auf die zu sinternde Masse angewendet. Ein poröser, zylindrischer Formkörper mit einer Höhe von 40 cm und einer scheinbaren Dichte von 25 kg/m 3 wurde erhalten.
Mit derselben Pressform und Ausgangsmenge poröser Teilchen und unter Anwendung eines Druckes von 8 at wurde eine scheinbare Dichte von 40 kg/m 3 erzielt ; mit einem Druck von 10 at eine scheinbare Dichte von 60 kg/m3j mit einem Druck von 12 at eine scheinbare Dichte von 80 kg/m 3.
Beispiel 3 : O, 1kgporöserPolystyrolteilchen, wie in Beispiel 1 erhalten, wurden in eine erfindungsgemäss verwendbare Pressform mit einem quadratischen Querschnitt von 50 cm Breite und einer Höhe von 150 cm gegeben.
Heisse Luft mit einer Temperatur von 1050 C wurde 15 min lang eingeblasen, während der bewegliche Teil der Pressform 30 min lang einen Druck von 5 at auf die zu sinternden Teilchen ausübte. Der nach dem Kühlen erhaltene Körper wurde in 5 cm dicke Platten geschnitten, die auf der gesamten Oberfläche homogen aussahen und eine scheinbare Dichte von 22 kg/m 3 aufwiesen, die an allen Stellen einheitlich war.
Unter Anwendung der gleichen Verfahrensweisen wie im vorhergehenden Beispiel erhielt man Formkörper beliebiger Grösse und Gestalt, z. B. solche, die bei entsprechender Herstellungstechnik Hohlkörper mit gekrümmten Oberflächen, wie z. B. Männchen, Püppchen und verschiedenerlei Werbematerial ergaben, indem man Halbformen aus Holz oder anderem geeignetem Material einzeln oder zweiteilig in der erfindungsgemäss verwendeten Pressform aufstellte. Die zweiteiligen Halbformen wurden in den Pressformen so angebracht, dass der eine Teil am Boden der Pressform und der andere am beweglichen Teil der Pressform befestigt war ; auf diese Weise bildete sich im Zwischenraum der beiden Halbformen während des Pressvorganges die gewünschte Form aus porösem Material.
Die"Martenszahl"synthetischer thermoplastischer Substanzen, die im Zusammenhang mit der Erfindung genannt ist, wurde von R. Howink in "Fundamentals of Synthetic Polymer Technology in Chemical and Physical Aspects", herausgegeben [1949], auf S. 73 definiert.