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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpem aus schäumbaren thermoplastischen Polymerisatharzen
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Kunstharz-Erzeugnissen mit zelliger Struktur aus thermoplastischen Polymerisatharzen, insbesondere Polystyrol oder Mischpolymerisaten daraus, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Ihnen allen sind die Verfahrensschritte gemeinsam, dass dem Harz ein Treibmittel in möglichst homogener Verteilung einverleibt und das Harz mit dem Treibmittel in einen möglichst homogenen fliessfähigen Zustand gebracht wird, in welchem die Harzmasse geformt und durch Verdampfen des Treibmittels zu dem gewünschten Schaumkörper aufgeschäumt wird.
Neben solchen Verfahren, bei welchen feste, in der Wärme Gas abspaltende Substanzen als Treibmittel
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einen Siedepunkt besitzt, der unter der Plastifizierungstemperatur des Harzes liegt. Dieses Treibmittel kann in verschiedener Weise dem Kunstharz einverleibt werden, beispielsweise durch Einbau in das Harz bereits während dessen Polymerisation oder durch Diffusion in das fertige Harz.
Wesentlich für diese verschiedenen Einverleibungsverfahren ist jedoch, dass als Ergebnis das Kunstharz mit dem einverleibten Treibmittel zunächst in fester Form, beispielsweise als Granulat, vorliegt. Dieses bl hfähige Granulat wird sodann auf die Fliesstemperatur des Harzes erhitzt, wodurch das Granulat in den fliessfähigen Zustand und diese fliessfähige Masse unter Aufschäumen durchdas bei der Fliesstemperatur verdampfende Treibmittel in die Gestalt des gewünschten Schaumkörpers gebracht wird. Dies wird häufig ohne Mitwirkung einer Strangpresse in meist mit Wasserdampf beheizten Sch umformen durchgeführt, oft nach einem vorangehenden Vorschäumprozess.
Dieskann aber auch in Strangpressen erfolgen, deren Einzugszone das blähfähige Granulat aufgegeben wird, und längs der es durch die progressiv wirkende Schnecke zunehmend verdichtet und in die anschliessende, noch vor der Meteringzone der Strangpresse liegende, von aussen beheizte Umwandlungszone transportiert wird, in der das Granulat durch die von aussen zugeführte Wärme in den thermoplastischen Zustand überführt wird. In der anschliessenden Meteringzone wird die Masse durch Abkühlung in den thermoelastischen Zustand zurückgeführt, der zwischem dem ET-Bereich und dem FT-Bereich, also unterhalb des thermoplastischen Bereiches des Kunststoffes liegt.
Aus der Meteringzone der Schnecke gelangt die homogenisierte und gleichmässig temperierte
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Masse in das angeschlossene Werkzeug, aus dem sie unter Aufschäumen von der Schnecke mit konstanter Geschwindigkeit als endloser Strang extrudiert wird.
2. Als Treibmittel wird eine bei Normalbedingungen (Normaldruck und Normaltemperatur) gasför- mige organische Substanz verwendet. Das durch Erhitzen zunächst für sich aufgeschmolzene Harz
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oder nicht, jedenfalls unter Druck gehalten werden, da andernfalls das Treibmittel entweicht. Zur
Bildung der Schaumkörper genügt es daher, das Gel von seinem Druck zu entspannen, was bei- spielsweise kontinuierlich durch Auspressen des Gels aus der form gebenden Düse einer Strangpres- se in Normalatmosphäre erfolgen kann.
Im einzelnen wird bei diesem Verfahrender Einzugszone der Strangpresse nur der reine Kunststoff aufgegeben, der in der Einzugszone und anschliessenden
Umwandlungszone durch äussere Beheizung in den thermoplastischen Zustand gebracht wird, wo- bei gleichzeitig in dieser Zone das Treibmittel mindestens unter seinem Verflüssigungsdruck zu- gegeben wird. Zwischen diese Umwandlungszone und die Meteringzone ist eine zusätzliche Ho- mogenisierungszone eingeschaltet, in welcher die gleichmässige Vermischung und Homogenisie- rung des sich aus dem geschmolzenen Kunststoff und dem Treibmittel ergebenden Geles erfolgt.
In der anschliessenden Meteringzone wird das Gel auf den thermoelastischen Bereich abgekühlt und von dort, gegebenenfalls auch nach einer längeren Lagerzeit zum Zwecke weiterer Formie- rung, im Werkzeug oder Mundstück der Presse in den Schaumzustand überführt.
Gemeinsam ist somit beiden bekannten Verfahren die Tatsache, dass es zur Erzeugung des fliessfähigen Zustandes der blähfähigen Kunstharzmasse der Zuführung von Wärme bedarf, u. zw. bis zur Plastifizierungstemperatur des Harzes. Im Falle des erstbeschriebenen Verfahrens wird diese Wärme dem Kunststoff nach Einverleibung des Treibmittels zugeführt, im Fall des zweitbeschriebenen Verfahrens dagegen vor Einverleiben des Treibmittels, das erst mit dem schon geschmolzenen Kunstharz vermischt wird. Ein Druck ist dabei in dem Masse erforderlich, wie ihn das Treibmittel zu seiner Verflüssigung benötigt ; der Druck muss also über dem Dampfdruck des Treibmittels bei der Plastifizierungstemperatur des Harzes liegen.
Die nach den beschriebenen bekannten Verfahren hergestellten Schaumstoffkörper zeigen mit der Zeit eine Schrumpfung, was ihre Einsatzmöglichkeiten, insbesondere für Isolierzwecke im Bausektor, nachteilig beeinflusst. Dieses nachteilige Schrumpfungsverhalten wird auf die hohen Temperaturen zurückgeführt, unter welchen das Kunstharz beim Durchlaufen des thermoplastischen Bereiches steht. Auch die anschliessende Abkühlung auf niedrigere Temperaturen kann den Zustand der Schmelze, der für die Schrumpfung verantwortlich ist, nicht eliminieren. Das "Erinnerungsvermögen" des Molekülverbandes bleibt gewissermassen erhalten, da das Durchlaufen des Schmelzbereiches eine weitgehende Entknäuelung der Fadenmoleküle des Kunstharzes zur Folge hat.
Die erforderliche Erwärmung des Kunstharzes auf den thermoplastischen Bereich hat aber nicht nur solche Qualitätsnachteile des Endproduktes zur Folge, sondern ist auch mit verfahrensmässigen Nachteilen verbunden. Soweit nämlich mit Strangpressen gearbeitet wird, soll einerseits eine hohe Förderleistung durch eine grosse Gangtiefe der Schnecke erreicht werden. Solchen grossen Gangtiefe sind anderseits aber Grenzen gesetzt, da in der Einzugs- und der Umwandlungszone das Kunstharz bereits durch Wärmezufuhr von aussen Wärme aufnehmen muss, damit es in der Umwandlungszone plastifiziert werden kann. Diese Wärmeaufnahme ist nur dann in ausreichendem Umfang möglich, wenn wegen der be- kannten schlechten Wärmeleitfähigkeit solcher Kunstharze die Gangtiefe der Schnecke möglichst gering ist.
Bei vertretbarer Förderleistung ist daher eine gleichmässige und schnelle Erwärmung der Kunstharze allein durch äussere Beheizung, besonders bei tief geschnittenen Schnecken, in jedem Fall problema-
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undMisch- und Knetwirkung erfordert einerseits eine hohe Antriebsleistung und entsprechende Dimensionierung der Extruderteile, um beispielsweise Schneckenbrüche zu vermeiden, anderseits können diese hohen Scherbeanspruchungen sich auch nachteilig auf die Viskosität der Masse auswirken, indem sie diese herabsetzen.
Im übrigen ist mit der erforderlichen Erwärmung auf den Plastifizierungsbereich und die abschliessende Abkühlung der Kunstharze ein beachtlicher Leistungsaufwand verbunden. - Die Einteilung der für beide Verfahren verwendbaren Schnecken in drei Abschnitte, nämlich Einzugs-, Mischbzw. homogenisierten-und Meteringzone bedingt hohe Herstellungskosten. Bei dem zweitgenannte Verfahren kommt noch das komplizierte und aufwendige System zum Einpressen des verflüssigten
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Treibmittels in die Kunststoffschmelze hinzu, was gewöhnlich zwischen Einzugs- und Mischzone der Schnecken erfolgt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus schäumbaren thermoplastischen Polymerisatharzen, insbesondere Polystyrol oder Mischpolymerisaten des Styrols, wobei dem Harz ein organisches flüssiges Treibmittel zugesetzt und das Harz unter Druckeinwirkung mit dem Treibmittel vermischt und plastifiziert wird, wonach die Harzmasse geformt und durch Verdampfen des Treibmittels aufgeschäumt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren derart auszubilden, dass die oben beschriebenen Nachteile in verfahrensmässiger Hinsicht entfallen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus schäumbaren thermo- plastischen Polymerisatharzen, insbesondere Polystyrol oder Mischpolymerisaten des Styrols, wobei dem Harz ein organisches flüssiges Treibmittel zugesetzt und das Harz unter Druckeinwirkung mit dem Treib- mittel vermischt und plastifiziert wird, wonach die Harzmasse geformt und durch VerdampfendesTreib- mittels aufgeschäumt wird dadurch gelöst, dass pulverförmiges Harz, insbesondere in feinpulverigem Zustand, mit 5 bis 25 Grew.-% des flüssigen Treibmittels mit einem Monomeren einer Schneckenpresse zugeführt wird und bei einer unter dem Fliesspunkt des Harzes liegenden Temperatur allein durch Einwirkung von Druck in eine homogene fliessfähige Gelform überführt wird,
worauf das Gel vor oder während der Formgebung zum Verdampfen des Treibmittels auf eine im thermoelastischen, vorzugsweise nur wenig über dem ET-Bereich liegende Temperatur erwärmt wird. Der Druck liegt schätzungs-
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"festen Lösung" bereits einverleibt ist, sondern es kann als Ausgangsmaterial auch ein überwiegend zwei- phasiges Gemisch, das durch mechanisches Vermengen von Kunststoff und flüssigem Treibmittel ent- steht, verwendet werden, wobei zweckmässigerweise ein feinkörniger, insbesondere feinpulveriger
Kunststoff verwendet wird. Diese Mischungen werden im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ohne Zufuhr von Wärme, allein durch Anwendung von Druck unmittelbar in ein homogenes und fliessfähiges Gel übergeführt.
Es wird nicht erst das Kunstharzpulver geschmolzen, wodurch allein man eine Verbindung mit dem Treibmittel zu einem homogenen Gel als möglich annehmen sollte, vielmehr ist es überraschenderweise möglich, das feste pulverige Kunstharz bei Temperaturen unterhalb seines Fliesspunktes unmittelbar aus seinem festen Aggregatzustand in einem mit dem Treibmittel homogenen Gelzustand allein durch ausreichende Druckeinwirkung überzuführen. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird also die thermoplastische Phase des reinen Kunstharzes nicht berührt. Dies ist nach obigen Ausführungen von erheblichem Einfluss für den Gebrauchswert der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Schaumstoffkörper, da diese im Ergebnis kaum noch Schrumpfungserscheinungen zeigen.
Soweit das erfindungsgemässe Verfahren mittels Strangpressen durchgeführt wird, wird die der Strangpresse zugeführte Mischung aus Kunstharzpulver und flüssigem Treibmittel kontinuierlich ohne Kneten und Mischen und ohne Zuführung äusserer Wärme und unter Vermeidung des thermoplastischen Zustandes lediglich transportiert. Aus diesem Grunde können reine Förderschnecken, also Schnecken ohne die übliche Einteilung in drei Zonen, verwendet werden. Wenn bei Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens die auf die bekannten Schnecken gemünzten Begriffe, wie Einzugszone usw., stellenweise beibehalten sind, dann nur zur besseren Verdeutlichung des ins Auge gefassten Bereiches der Schnecke, nicht aber zur Kennzeichnung der erfindungsgemäss ausgebildeten Schnecken.
Der hohe Druck, unter den das Kunststoff-Treibmittel-Gemisch nach der Erfindung zwecks Gelbildung gebracht werden soll, wird erreicht, indem man die Querschnitte, die dem Fördergut in der Strangpresse sowie dem sich anschliessenden Werkzeug zur Verfügung stehen, unterschiedlich bemisst. Für die Zwecke der Erfindung sollte das Verhältnis dieser Querschnitte In der Schneckenpresse einerseits und im Werkzeug anderseits mindestens 4 : 1 betragen und nach Möglichkeit 5 : 1 oder noch höher gewählt werden. Derartige Querschnitte gewährleisten einwandfrei den zur Gelbildung unterhalb der Erweichungstemperatur des Kunststoffes erforderlichen Druck auch dann, wenn reine Förderschnecken verwendet werden.
Im allgemeinen sieht die Erfindung vor, das Gel nach seiner Bildung zu erwärmen und hiedurch ineinen Zustand zu bringen, der zwischen dem thermoplastischen und dem FT-Bereich, vorzugsweise nur wenig über dem ET-Bereich liegt. Bei Verwendung von Strangpressen kann diese Erwärmung in der Meteringzone der Strangpresse erfolgen, gegebenenfalls gleichzeitig mit der Verdichtung, wobei die Verdichtungswärme ausgenutzt werden kann. Jedoch ist zu dieser Erwärmung eine sehr viel geringere Energie als zur Erwärmung des Kunstharzes auf die Plastifizierungstemperatur erforderlich, wie es bei den be-
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Masse nicht mehr erforderlich, die Schnecke kann daher als reine Förderschnecke ohne progressive Wir- kung ausgeführt sein.
Im einzelnen kann die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklicht werden. So besteht ausser der bereits erwähnten bevorzugten Verwendung einer Schneckenpresse zur Durchführung des erfindungsge- mässen Verfahrens die Möglichkeit, die Mischung aus pulverisiertem Kunstharz und flüssigem Treibmit- tel in einer an sich bekannten Plattenpresse oder dieser ähnlichen Presse zu dem Gel zu verdichten und gleichzeitig aus dem Gel einen Vorformling zu formen. Bei Verwendung einer Schneckenpresse wird ein solcher Vorformling durch den aus dem Mundstück der Presse austretenden Gelstrang gebildet, der je nach Form des Mundstückes unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen kann.
Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, der Mischung aus Kunstharzpulver und flüssigem Treib- mittel vor der Überführung in den Gelzustand geringe Mengen eines Monomeren, insbesondere Meth- acrylsäuremethylester zuzusetzen, oder Styrol in Mengen von 0, 5 bis 10% des Polymerisatharzes zu- zusetzen, u. zw. vor allem dann, wenn dieses Monomer durch Zusatz von Katalysatoren oder während des Aufschäumens polymerisieren oder gegebenenfalls den Kunststoff vernetzen bzw. auf ihn auf- pfropfen kann. Bei den bekannten Verfahren wird zwar ebenfalls Methacrylsäuremethylester erwähnt.
Hiebei handelt es sich aber entweder um die Herstellung von Methacrylsäuremethylesterschäumen oder um die Verwendung des Methacrylsäuremethylesters als Lösungsmittel für Polymethacrylsäuremethyl- ester oder andere polymere Verbindungen.
In letzterem Fall dient der Methacrylsäuremethylester als
Lösungsmittel und wird in weit grösserer Menge eingesetzt als es nach dem erfindungsgemässen Verfahren der Fall ist. Im erfindungsgemässen Verfahren hat der geringe Zusatz an Methacrylsäuremethylester einmal die Wirkung, den Siedepunkt der als Treibmittel dienenden organischen Flüssigkeit heraufzu- setzen, anderseits wirkt er plastifizierend auf das Kunstharz.
Gegebenenfalls kann je nach Verwendungszweck der herzustellenden Schaumstoff-Formkörper der Zusatz von Mitteln, die dem Schaumstoffkörper entsprechende Eigenschaften verleihen, vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann vor oder nach dem Zumischen des flüssigen Treibmittels zu dem Kunststoffpulver eine Gas abspaltende Substanz und/oder ein zum Flammfestmachen von Kunststoffen gebräuchliches Mittel zugesetzt werden. Zweckmässig sind insbesondere als Gas abspaltende Mittel Na- triumbicarbonat, Natriumcarbonat, Ammoncarbonat oder andere carbonsaure Ammoniumsalze, sowie ein Zitrat, Phosphat od. dgl., sowie als Mittel zum Flammfestmachen Antimontrioxyd und Chlorparaffin.
Tatsächlich hat sich gezeigt, dass Zusätze von CO-abspaltenden Substanzen, wie Natriumbicarbonat, Ammoncarbonat und andere carbonsaure Ammoniumsalze einerseits und Zitrate, Phosphate usw. anderseits, sowie Antimontrioxyd und Chlorparaffin bei der Arbeitsweise gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren zu sehr günstigen Ergebnissen führen und ein besonders feinporiger Schaum mit sehr gleichmässiger Zellstruktur erzielt wird. Das feste Antimontrioxyd hat nicht nur eine Flammschutzwirkung, sondern scheint auch die Blasen- bzw. Keimbildung des Schaumes zu steuern. Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens können dem Kunstharz, da dieses keinen hohen Temperaturen mehr ausgesetzt ist, nunmehr auch solche Substanzen zugesetzt werden, die sich in der Wärme leicht zersetzen.
Lediglich in der kurzen Zeit des Aufschäumens liegt die Temperatur über der Erweichungstemperatur des Kunstharzes. Dies ermöglicht den sehr vorteilhaften Vorschlag, im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens in die blähfähige Kunstharzmasse wärmeempfindliche Düngemittel u. dgl. einzuarbeiten. Dies gilt insbesondere für Harnstoff, der als N-spendender Dünger sehr geschätzt ist, aber nur, wenn er in geringen Konzentrationen dem Boden zugeführt wird, da es andernfalls zur "Verbrennung" der Pflanzen kommt. Durch Einarbeiten von Harnstoff in einen geschlossenzelligen, wenig wasserdurchlässigen Schaumstoff werden diese Bedingungen erfüllt, jedoch zersetzt sich Harnstoff nahe seinem Schmelzpunkt (132, 1 C) unter Bildung von Biuret (H N. CO. NH. CO. NH), das ein ausgesprochenes Pflanzengift darstellt.
Aus diesem Grunde können mit den bekannten Verfahren, bei welchen das Kunstharz längere Zeit bis Temperaturen von 1600C erhitzt wird, solche mit Harnstoff angereicherten Kunstharzschäume im Strangpressverfahren nicht hergestellt werden.
Weiter besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, als Ausgangsmaterial für das Kunstharz ein auf Schüttgewichte von 300 bis 600 kp/m 3 verdichteten Kunstharzschaumstoff in Korngrössen von etwa 0, 1 bis 0, 5 mm allein oder in Mischung mit feinpulverisiertem kompaktem Kunstharz zu verwenden. Die Verdichtung des Kunstharzschaumstoffes erfolgt zweckmässig durch kurzzeitiges Erhitzen bis über die Erweichungs- oder Schmelztemperatur. Die dabei entstehende Sinterhaut der Schaumstoff-
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körper kann sogar sehr vorteilhaft sein. Es ergibt sich so die Möglichkeit, bei der Herstellung von
Kunstharzschaumkörpern entstehende Abfälle vorteilhaft wieder zu verwenden.
Die vorgemahlenen
Abfälle werden durch Schrumpfen, beispielsweise in einer Heissgasatmosphäre, in ein Granulat mittle- rer Korngrösse übergeführt und anschliessend leicht in irgendeiner der bekannten Zerkleinerungsvori richtungen zu einem Pulver geeigneter Korngrösse gemahlen. Besondere Entgasungsmassnahmen vor dem
Einbringen dieser so aufbereiteten Schaumstoffabfälle in das erfindungsgemässe Verfahren sind über- raschenderweise nicht erforderlich. Vielmehr wirkt in vorteilhafter Weise die in den nach wie vor schwammig-porösen Kunststoffpartikeln enthaltene geringe Luftmenge als Blasenkeimbildner im Gel, so dass man einen Schaumstoff sehr gleichmässiger und feinzelliger Struktur erhält. Auf diese Weise wieder verwendbare Schaumstoffabfälle können bestehen aus Polystyrol, Styrolmischpolymerisaten, z.
B. solchen mit Acrylnitril und Vinylcarbazol, Polyacrylsäureester, Polymethylacrylsäureester, Poly- vinylchlorid, nachchloriertes Polyvinylchlorid und Polyvinylcarbazol. Feinstzellige thermoplastische
Schaumstoffe können im Rahmen der Erfindung aber auch ohne Zusatz von Blasenkeimbildnern erhal- ten werden, wozu erfindungsgemäss als Kunstharz ein Gemisch von Homo-, Misch-oder Pfropfpoly- merisaten von Styrol und Vinylchlorid, bei dem der Styrolanteil etwa 20 bis 80 Gel.-% ausmacht, ver- wendet wird. Überraschenderweise ergeben sich dann besonders feinporige Schaumstoffe.
Als Treibmittel kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise n-Pentan, Petroläther, Leichtbenzin od. dgl. verwendet werden. Zweckmässig beträgt der Dampfdruck des flüssigen Treibmittels bei der Er- starrungstemperatur des Harzes etwa 2 bis 4 at.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeig- nete Schneckenpresse. Es war weiter oben bereits erwähnt worden, dass die Schneckenpressen zur Durch- führung bekannter Verfahren in der Einzugs- und Umwandlungszone progressiv arbeitende Schnecken geringer Gangtiefe aufweisen müssen, um die zur Erwärmung des Kunstharzes in den thermoplastischen
Bereich erforderliche Verdichtung, Knetwirkung unter hoher Scherbeanspruchung und Wärmeübertra- gung von der äusseren Beheizung auf das Kunstharz zu ermöglichen. Eine solche progressive Wirkung der Schnecke führt jedoch häufig zu Schwierigkeiten.
So kann es während der Verdichtung des Kunst- harzes zu einer Blockierung der Schneckenpresse kommen, die sogar zum Bruch der Schnecke führen kann.
Wird das erfindungsgemässe Verfahren mit solchen bekannten Schneckenpressen ausgeführt, so kann sich das Gemisch aus Kunstharzpulver und Treibmittel in unzulässiger Weise erhitzen, ohne dass es möglich wäre, die so zugeführte Wärme durch Kühlung zu beherrschen. Als Folge kann ein zumindest stellen- weises Aufschmelzen des Gemisches eintreten, was die Qualität dieses Erzeugnisses, wie oben bereits ausgeführt, sehr ungünstig beeinflusst. Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, der die
Erkenntnis zugrunde liegt, dass es zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens der progressiven
Wirkung der Schnecke nicht bedarf.
Es genügt im Rahmen der Erfindung vielmehr, das Kunstharz-Treib- mittelgemisch auf den grössten Teil seines Weges durch die Schneckenpresse im wesentlichen ohne Ver- dichtung und im wesentlichen bei Raumtemperatur zu fördern und am Ende der Förderschnecke auf einer kurzen Strecke hoch zu verdichten und hiedurch die Gelbildung zu erreichen, wobei ein leichter Temperaturanstieg nicht schadet, solange die maximale Temperatur genügend weit unter dem Fliesspunkt des reinen Kunstharzes bleibt. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass jede Schnecke auf ihrer Zufuhrseite über den grössten Teil ihrer Länge nur zur Förderung eine gleichbleibende Steigung und Gangtiefe, sowie vor der Düse eine kurze Kompressionsstufe aufweist.
Eine bei Einzelschneckenpressen vorteilhafte Ausführungsform besteht erfindungsgemäss darin, dass die Kompressionsstufe der Schnecke von einem in der Fliessrichtung divergierenden Kegelteil und einem an diesen anschliessenden zylindrischen Teil, der vorzugsweise keine Schneckengänge aufweist, gebildet ist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teiles zumindest gleich dem Durchmesser des Förderteiles ist und der zylindrische Teil an seinem freien Ende eine Kegelspitze aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt das Verhältnis Länge/Durchmesser (L/D) der Schnecke etwa 15 : 1, wobei der in Fliessrichtung divergierende Kegelteil eine Länge von etwa 2, 5 D, der zylindrische Teil eine Länge von etwa 0, 5 D und die Kegelspitze eine Länge bis zu etwa 1 bis 2 D der Länge der Schnecke ausmachen.
Diese Vorschläge lassen sich indes nur bei Strangpressen durchführen, die lediglich eine einzige Schnecke oder nicht miteinanderkämmende Schnecken enthalten, da die Einzelschnecke bzw. Einzelschnecken an ihrer Spitze verdickt sein müssen. Dies ist nicht nur im Hinblick auf die Bruchgefahr ungünstig, sondern es kann auch das Kunstharzgemisch bei der Passage durch den engen Ringspalt, der zwischen der verdickten Schneckenspitze und dem Gehäuse in radialer Richtung verbleibt, ganz erheblichen Scherwirkungen unterliegen, die sich in ungünstigen Fällen, besonders bei hohen Förderleistungen, in einer verminderten Viskosität des Kunstharzes, d. h. im Abbau seines Molekulargewich-
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tes äussern können.
Eine diese Nachteile vermeidende und daher im Rahmen der Erfindung bevorzugte
Schneckenpresse besitzt miteinanderkämmende Schnecken, die bis zu ihrem vor dem Mundstück der
Presse liegenden Ende als reine Förderschnecken mit gleichem Profil ausgebildet sind. Es handelt sich also um reine Förderschnecken ohne Progression, die als kämmende Schnecken jedoch eine so hohe Förderleistung aufweisen, dass der Förderdruck für den im Bereich zwischen den Schneckenspitzen bzw.
- enden und dem Mundstück der Strangpresse stattfindenden Gelbildungsprozess ausreicht. Im Ergebnis erfordern die erfindungsgemäss ausgestalteten Schneckenpressen einen nur geringen Aufwand an An- triebsleistung und werden im Betrieb sehr weitgehend geschont. Darüber hinaus zeigen Doppelschnecken wesentlich geringere "Pulsationen".
Im folgenden sei die Erfindung an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei- spielen näher erläutert ; es zeigen : Fig. 1 den Temperaturverlauf längs der Schnecke einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Schneckenpresse in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen
Längsschnitt durch eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Schneckenpresse mit Einzelschnecke, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens geeignete Schneckenpresse mit zwei kämmenden Schnecken, Fig. 4 einen Querschnitt nach
Linie IV-IV von Fig. 3.
Im Schaubild nach Fig. 1 ist als Abszisse die Länge der Schneckenspindel, eingeteilt in die Schnek- kenzonen I, n, m und IV aufgetragen, die in dieser Reihenfolge der Einzugszone, der Umwandlungs- zone, der Meteringzone und der Spritzwerkzeugzone der Schneckenpresse entsprechend. Die schema- tisch dargestellte Schneckenpresse entspricht der herkömmlichen Technik, nicht aber der erfindungsge- mäss ausgebildeten Presse. Auf der Ordinate ist eine Temperatur aufgetragen, die das Gemisch aus Kunst- harz und Treibmittel längs der Schneckenspindel durchläuft. Die Zahlenwerte gelten z. B. für Poly- styrol-Kunststoffe, nicht aber allgemein. Man unterscheidet dabei bezüglich des temperaturabhängigen
Zustandes des reinen Kunstharzes die ebenfalls eingetragenen Temperaturbereiche : fest, ET-Bereich, thermoelastisch, FT-Bereich, thermoplastisch.
Die Kurve-a-gibt den Temperaturverlauf bei den bekannten Verfahren, die Kurve-b-den Temperaturverlauf für das erfindungsgemässe Verfahren wieder. Bei den bekannten Verfahren wird das Kunstharz, entweder zunächst für sich allein oder bereits in homogener Mischung mit dem Treibmittel, während des Transportes in der Einzugszone I und der
Umwandlungszone n zunehmend verdichtet und durch Reibungswärme, sowie durch von aussen zuge- führte Wärme bis zum Erreichen des thermoplastischen Bereiches erhitzt, den es zum Ende der Um- wandlungszone II erreicht. In diesem Schmelzzustand erfolgt eine Gelbildung, entweder mit dem von
Anfang an im Kunstharz enthaltenen oder erst in der Umwandlungszone II dem bereits geschmolzenen
Kunstharz zugegebenen Treibmittel.
Die so erhaltene Masse wird anschliessend auf den thermoelastischen
Bereich abgekühlt und in der Meteringzone m sowie einer gegebenenfalls zwischen Umwandlungszone II
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gegen die Mischung aus Kunstharzpulver und flüssigem Treibmittel zunächst ohne jede Verdichtung und Erwärmung bis zum Ende der Umwandlungszone II transportiert, wo nun in verhältnismässig kurzer Stufe eine Verdichtung in den Gelzustand, jedoch ohne Durchlaufen des thermoplastischen Bereiches stattfindet.
Eine diesen Betriebsverhältnissen angepasste Schneckenpresse zeigt Fig. 2, deren Einzelschnecke --1-- über den grössten Teil ihrer Länge als reine Förderschnecke --2-- ausgebildet ist und vor dem zum Mundstück --3- der Presse gelegenen Ende eine kurze Kompressionsstufe --4- aufweist.
Die Kompressionsstufe besitzt einen divergierenden Kegelteil -4a-- und einen sich in Fliessrichtung
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der sich in Fliessrichtung an den zylindrischen Teil -4b-- anschliesst. Das Verhältnis Länge/Durchmesser (L/D) der Schnecke beträgt etwa 15 : 1, wobei der divergierende Kegelteil --4a- etwa 2, 5 D, der zylindrische Teil--4b-etwa 1/2 D und die konvergierende Schneckenspitze --4c- bis zu etwa 1 bis 2 D ausmachen.
Bei Verwendung von Styrolpolymerisat wird das schäumfähige Gel in einer solchen Schneckenpresse bei einer Temperatur von etwa 30bis 800C und einem Druck von etwa 150 kp/cm2 gebildet und erfolgt das Aufschäumen dieses Gels bei einer Temperatur von etwa 90 bis 1200C bei seinem Austritt aus dem Mundstück. Bei der in Fig. 3 dargestellten Schneckenpresse mit zwei kämmenden
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index i = l, 18 gr/10'bei 2000C und 2 kp Belastung, und einer Korngrösse grösstenteils vorzugsweise
0,1 bis 0,5 mm, das mit 12% Pentan vermischt ist, so erhält man eine Schaumkunststoffplatte von der Abmessung 140 x 15 mm mit einer mittleren Zellgrösse von > 1 mm.
Beispiel 2 : Es werden 75 Teile Polystyrol nach Beispiel 1 und 25 Teile Schaumkunststoffabfall verwendet, der durch kurzzeitiges Erhitzen bis über die Erweichungstemperatur auf Schüttgewichte von
300 bis 600 kp/m3 verdichtet ist und durch Mahlen Korngrössen von etwa 0,1 bis 0, 5 mm aufweist.
Wird dieses Ausgangsmaterial entsprechend dem Beispiel 1 verarbeitet, so erhält man eine Schaum- kunststoffplatte mit den Abmessungen 140 x 20 mm bei einer Zellgrösse von 0,5 mm.
Beispiel 3: Es werden 100 Teile gesinterter Schaumkunststoffabfall nach Beispiel 2 als Aus- ! gangsstoff verwendet. Hiedurch erhält man eine Schaumkunststoffplatte mit in Abmessungen 140 x 22 mm bei Zellgrössen von 0, 35 mm.
Beispiel 4 : Extrudiert man durch eine Breitschlitzdüse der Abmessung 10 x 1 mm bei einer
Düsentemperatur von 1200C mit einer Schnecke von 22 mm < ) und einem L/D-Verhältnis von 25 : 1 bei einer Umdrehungszahl von 20 Umdr/min und einem Ausstoss von 2 kg/h ein Polystyrol mit einem
K-Wert von 65, einem Schmelzindex i = 1, 2 gr/10' (bei 2000C und 2 kp Belastung) und einer Korn- grösse grösstenteils vorzugsweise 0, 1 bis 0,5 mm, das mit 10% Pentan vermischt ist, so erhält m an einen grobporigen, verhältnismässig ungleichmässigen Schaum von einer mittleren Zellgrösse von > 1 mm.
Beispiel 5 : Extrudiert man unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 eine Mischung aus Polystyrol mit 20 Grew.-% eines Mischpolymerisates aus 70% Vinylchlorid und 30% Styrol (im Han- del unter dem Namen Gepolit), so erhält man einen gleichmässigen, feinporigen Schaum mit einem mittleren Zelldurchmesser von 0, 6 mm.
Beispiel 6 : Extrudiert man unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 das in Beispiel 5 erwähnte Polymerisat, bestehend aus 70% Vinylchlorid und 30% Styrol, vermischt mit 10% Pentan, so erhält man einen sehr gleichmässigen und feinzelligen Schaumkunststoff mit einer mittleren Zellgrösse von 0,4 mm.
Beispiel 7 : Extrudiert man unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 eine Mischung, bestehend aus 80 Teilen Polystyrolpulver und 20 Teilen eines PVC-Pulvers mit einem K-Wert von 66, so erhält man einen gleichmässigen, feinporigen Schaum, dessen mittlere Zellgrösse 0,3 mm beträgt.
Beispiel 8 : Feingepulvertem Polystyrol werden 10 Gew.-% n-Pentan ("Merck", aromatenfrei,
Siedepunkt 360C) und 100 Gew.-% handelsüblicher Volldünger ("Nitrophoska"), ebenfalls gepulvert, zugesetzt. Eine homogene Mischung dieser Stoffe wird bei einer Temperatur von 30 bis 400 ( ; unter einem Druck von etwa 150 kp/cm verdichtet, wobei Gelbildung eintritt. Man lässt die Temperatur auf zirka 1000C ansteigen und entspannt das Gel gegen Atmosphäre über eine Düse von 2 x 5 mm. Der sich bildende Schaumstoffstrang hat einen Querschnitt von 20 x 12 mm und ein Raumgewicht von zirka 100 kp/m3. Mit diesen Schaum stoffen wurden Tauch-und Auslaugversuche angestellt.
Der Schaumstoff von Beispiel 1 zeigte nach Untertauchen in destilliertem Wasser, 60 h bei 20 C, eine Wasseraufnahme von zirka 250 Gew.-% und hatte zirka 5 Grew.-% des Düngemittels abgegeben.
Weitere Beispiele wurden auf einer speziellen Doppelschneckenstrangpresse erarbeitet, u. zw. wurde mit einer Doppelschneckenpresse mit gegenläufigen Schnecken gearbeitet, die jeweils
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<tb>
<tb> eine <SEP> Steigung <SEP> von <SEP> 72 <SEP> mm <SEP>
<tb> einen <SEP> Flankenwinkel <SEP> von <SEP> 200
<tb> ein <SEP> Flankenspiel <SEP> von <SEP> 2 <SEP> mm <SEP>
<tb> eine <SEP> Steghöhe <SEP> von <SEP> 12 <SEP> mm <SEP>
<tb>
aufwiesen.
Beispiel 9 : Hier betrug das L/D-Verhältnis 15 D und der Schneckendurchmesser D 100 mm, Abmessung der Breitschlitzdüse 150 x 5 mm, Düsentemperatur 1050C, Schneckendrehzahl 10 Umdr/ min, Ausstoss 40 kg/h einer Polystyrolpulvermischung mit 10 Gew. -0/0 n- Pentan als Treibmittel. Die erhaltene Schaumstoffbahn hatte einen Querschnitt von 300 x 33 mm und ein Raumgewicht von 60 kp/m3.
Beispiel10 :HierwurdeunterdengleichenBedingungenwievor,jedochbei110 Cundeinem Ausstoss von 50 kg/h mit einer Breitschlitzdüse vom Querschnitt 300 x 3, 5 mm gearbeitet. Die Schaum-
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stoffbahn zeigte einen Querschnitt von 540 x 25 mm und ein Raumgewicht von 55 kp/m3. - Dabei betrug das L/D-Verhältnis ebenfalls 15 D.
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Breitschlitzdüse 300 x 4 mm. Die Schaumstoffbahn hatte einen Querschnitt von 580 x 40 mm und ein
Raumgewicht von 50 kp/m3.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus schäumbaren thermoplastischen Polymerisatharzen, insbesondere Polystyrol oder Mischpolymerisaten des Styrols, wobei dem Harz ein organisches flüssiges Treibmittel zugesetzt und das Harz unter Druckeinwirkung mit dem Treibmittel vermischt und plastifiziert wird, wonach die Harzmasse geformt und durch Verdampfendes Treibmittels aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass pulverförmiges Harz, insbesondere in feinpulverigem Zu- stand, mit 5 bis 25 Grew.-% des flüssigen Treibmittels mit einem Monomeren einer Schneckenpresse zugeführt wird und bei einer unter dem Fliesspunkt des Harzes liegenden Temperatur allein durch Einwirkung von Druck in eine homogene fliessfähige Gelform überführt wird,
worauf das Gel vor oder während der Formgebung zum Verdampfen des Treibmittels auf eine im thermoelastischen, vorzugsweise nur wenig über dem ET-Bereich liegende Temperatur erwärmt wird.