Zellkorper mit gefalteten Zellwänden und Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Erfindung betrifft einen Zellkörper ans thermoplastischem Kunststoff mit geschlossenen Zellen, welcher dadurch gekenn- zeichnet ist, dass die Mehrheit der Zellen gefaltete Zellwände aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur IIerstellung eines solchen Zellkörpers, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man den gasförmigen Inhalt eines expandierten, geschlossene Zellen aufweisenden Zellkörpers aus thermoplasti- sehem Kunststoff vermindert und den Zellkörper schrumpfen lässt, wodurch das Falten der Zellwände bewirkt wird.
Die von uns erfundenen Zellkörper mit gefalteten Zellwänden weisen im allgemeinen unregelmässig gelagerte, meistens langge- streckte und gebogene und untereinander m- gleiche Zellraumformen auf. Charakteristisch für solche Körper sind die Falten oder Runzeln, die die einzelnen Zellwände aufweisen.
Solche Zellkörper mit gefalteten Zellwänden zeichnen sich durch hervorragende Eigen- schaften in bezug auf Biegebeanspruchung aus. Die Erzeugnisse besitzen somit Eigen- sehaften, die weder bei massiven thermoplastischen Kunststoffkörpern noch bei Zellkörpern mit sphärischer bzw. polyedrischer Zellbildung anzutreffen sind.
Mit Bezug auf die Bruchfestigkeit bei Biegebeanspruchung sei gesagt, dass bei Zellkörpern mit gefalteten Zellwänden gemäss Erfindung diese etwa das 10-20fache gegenüber Zellkörpern mit nicht gefalteten Zellwänden bei gleicher Zusammen setzung des Rohstoffes betrÏgt Versuche haben ergeben, dass Zellkörper mit gefalteten Z ; ellwänden bei passender Auswahl des Kunststoffes und geeignetem Zusatz von Weicli- macher, gleiche und zum Teil höhere Bruch- festigkeitswerte bei Biegeversuchen (Biegewinkel 90 ) als z. B. für Schuhbesohlungs- zwecke verwendbare Gummiplatten aufweisen.
Die erfindungsgemässen Erzeugnisse eignen sich daher z. B. besonders für die Herstellung von Schuhsohlen, für die bekanntlich eine hohe Bruchfestigkeit bei Biegebeanspruehung vorliegen muss. Durch die Wahl der Art und Menge der Weichmacher ebenso wie selbstverständlich auch des thermoplastischenKunststoffes kann man Erzeugnisse der gewünsch- ten guten Zähigkeit und Abriebfestigkeit bei hervorragender Biegebruchfestigkeit erhalten, welche darüber hinaus meistens noch gegen iiber allen bisher bekannten Sohlenmaterialien ein niedrigeres spezifisches Gewicht, das z. B. zwischen 0, 1-0, 8 liegen kann, aufweisen.
Ein Sohlenmaterial dieser Art ist schlecht wärmeleitfähig, was insbesondere bei kalter Witternng angenehm empfmden wird, sowie vollkommen wasserundurchlässig und. auch gleitsicher. Die Gleitsicherheit ist nicht nur zu Beginn der Benutzung, sondern ständig gegeben, da durch den Abrieb die Zellen jeweils an der Lauffläche zerstört werden ; es bilden sich immer von neuem kleine Unebenheiten an der Lauffläche, die in ihrer Art mit Saugnäpfchen vergleichbar sind und somit ein gutes Haften der Sohle am. Boden. gewähr- leisten.
Erfindungsgemässe Zellkörper mit gefal- teten Zellwänden lassen sich aus expandier- ten Zellkörpern mit geschlossenen Zellen aus thermoplastischem Kunststoff dadurch herstellen, daB man den Gasinhalt vermindert und den Zellkörper schrumpfen lässt, wodurch das Falten der Zellwände bewirkt wird.
Der Entzug von Gasen aus den Zellräumen kann auf verschiedene Weise in unterschied- lichen Mengen vorgenommen werden, so z. B. durch Herausdiffundieren der Gase aus den Zellen, am besten im Vakuum, oder durch Kondensieren derselben.
Bei der ersten Verfahrensart wird z. B. ein in bekannter Weise nach seiner Herstel- lung expandierter Zellkörper mit annähernd kugelförmigen Zellen von einem spezifischen Gewicht von z. B. 0, 05 bis 0, 15 in ein Vakuum von 60-160 Torr. verbracht und für eine gewisse Zeit belassen. Zur Begünstigung der Diffusion der Gase aus den Zellen werden die Zellkorper zweckmässig erwärmt und die Behandlungatemperatur möglichst hoch ge-t, wählt, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass die Temperatur unterhalb der Fliessgrenze des bearbeiteten Kunststoffes liegt. Die Fliessfähigkeit des Materials muss so gering sein, dass eine permanente Verformung des Zellkörpers während der Vakuumbehandlung nicht stattfindet.
Die Dauer der Behandlung wird durch die Durchlässigkeit des jeweils verwendeten thermoplastischen Kunststoffes und den ge wiinschten Gasentzug bestimmt. Sie hängt selbstverständlich von der Temperatur, der Dicke und der Art der behandelten Materialien, der Hoche des Vakuums und auch der Art der Gase, die sich in den Zellen befinden, ab, und liegt im allgemeinen zwischen 4--48 Stunden. Man kann bei jeder beliebigen Temperatur, zwischen z. B. 20 bis nahe an die Temperatur der Fliessgrenze arbeiten.
Bei Massen, die ganz oder im wesentlichen aus Polyvinylchlorid bestehen, liegt die giinstigste Arbeitstemperatur bei 60-65 . Bei dem Herausnehmen des Zellkorpers aus dem Va kuum und gegebenenfalls auch Abkühlen schrumpft der Zellkörper zusammen, wobei sich-die Falten der Zellwände bilden.
Die Aufwärmung bzw. Durchwärmung der zu behandelnden Zellkörper kann auf ver schiedene Art erfolgen, z. B. durch Konvek tionswärme, Strahlungswärme, aber auch, wenn die Erwärmung im Vakuum erfolgen soll, durch Hochfrequenzbehandlung oder Ultrarotbestrahlung. Eine Durchwärmung dicker Zellkörper ist in einem von a. ussen beheizten Vakuumschrank kaum möglich. Nur dünnere Platten von z. B. 20-30 mm können allenfalls noch mit einer gewissen Gleichmässigkeit im Vakuumschrank durchwärmt werden. Will man dickere Platten im Va kuumschrank erwärmen, so wird vorteilhaf- terweise eine Ultrarotbestrahlung oder eine Hochfrequenzbehandlung erfolgen.
Die zur Behandlung verwendeten Zellkör- per sind im allgemeinen fertig expandierte Zellkörper. Diese Zellkörper können nach allen bekannten Verfahren hergestellt sein, z. B. indem man in die thermoplastischen Ausgangsmassen Gase unter hohem Druck einführt, vom Druck entlastet und den entstandenen Rohzellkörper durch Erwärmen expandiert, oder auch, indem man Blähmittel der Kmststoffmasse beimischt und zum Expandieren bringt.
Die Zellräume können schwerdiffundier- bare Gase, wie Stickstoff, leichtdiffundierbare Gase, wie Wasserstoff und Kohlen- dioxyd, oder Gemische schwerdiffundierbarer und leichtdiffundierbarer Gase enthalten. Die Anwendung leichtdiffundierbarer Gase hat den Vorteil, dass die Gase leichter durch die Zellwände aus den Zellen herausdiffundieren.
Man kann also damit die Diffusionszeiten abkürzen.
Werden Gasgemische mit Stickstoff als schwerdiffundierbarem Gas bei der Herstellung der Zellkörper verwendet, so kann man den Diffusionsvorgang so steuern, dass im wesentlichen das leichtdiffundierbare Gas bzw. Gasgemisch aus den Zellen herausdiffun diert, während das schwerdiffundierbare Gas im wesentlichen in den Zellen verbleibt. Man kann somit den Gasinhalt der Zellen, der im wesentlichen aus dem schwerdiffundierbaren Gas besteht, vorbestimmen.
Zur Durchführung dieses Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemässen Zellkör- pern mit gefalteten Zellwänden entfernt man zweckmässig die Haut des expandierten Zellkörpers und erhält so eine verhältnismässig grosse Oberfläche, welche günstige Diffusionsmöglichkeit bietet.
Je nach Dicke kann der expandierte, zweckmässig von seiner Haut befreite Zellkör- per auch in Platten von 10-40 mm Stärke aufgespalten werden. Man schneidet die Platten etwa doppelt so stark wie die fertigen Platten sein sollen.
Nachstehend werden einige Beispiele für die Hexstellung von Zellkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit geschlossenen Zellen gegeben, bei denen die Mehrzahl der Zellen gefaltete Zellwände aufweist. Bei den drei ersten Beispielen wird eine Vakuumbehandlung vorgenommen,
Beispiele :
1. Eine Mischung von 64 Gewichtsteilen gut stabilisierten Polyvinylchlorids, 36 Gewichtsteilen Dioctylphthalat oder ähnlichem Weichmacher und 15 Gewichtsteilen Athyl acetat wird-unter Druck mit einem Mischgas zusammengebracht, das aus 90 Volumenteilen Wasserstoff und 10 Volumenteilen Stickstoff besteht. Es werden etwa 12 Liter Mischgas pro kg Fertigmischung zugesetzt. Nach der IIeizung und Abkühlung erfolgt die Expansion im Wärmeschrank.
Es entsteht ein Zellkörper mit geschlossenen Zellen und einem spezifischen Gewicht von etwa 0, 10. Aus diesem werden Platten von 20 mm Dicke geschnitten.
Die Behandlung dieser Platten wird in einem Vakuum von 60 mm Hg bei einer Temperatur von 60-65 durchgefiihrt. Das Wasserstoffgas wandert bei dieser Temperatur in etwa 6 Stunden aus den aufgeschnitte- nen Platten heraus. Nach dem Aufheben des Vakuums zwingt das herausdiffundierte Gas bzw. der in den Zellen nach der Vakuum- behandlung entstandene Unterdruck die Zellen, sich zusammenzuziehen. Dabei entstehen gefaltete Zellwände. Durch diese eigen artige F. altenstruktur erhält man Zellkörper von einem spezifischen Gewicht von etwa 0, 5 mit einer sehr hohen Bruchfestigkeit im Biegeversuch.
Die Zellwände haben die Mög lichkeit, bei einer Verbiegung der Platten nachzugeben und strecken sich hierbei, ohne das Material selbst auf Zerreissfestigkeit zu beanspruchen. Es entsteht ein Zellmaterial, das ausgezeichnet fiir Sohlenzwecke zu verwenden ist und das eine viel höhere Biegebruchfestigkeit aufweist, als eine Zellkörper- sohle gleichen spezifischen Gewichtes mit normalen Zellen oder etwa eine Sohle aus gleichem Rohstoff in massiver Form hergestellt und mit gleicher Dicke.
2. Eine Mischung von 64 Gewichtsteilen gut stabilisierten Polyvinylchlorids und 36 Gewichtsteilen Dioctylphthalats oder ähnlich hochsiedenden Weichmachers sowie 10 Gewichtsteilen Azoisobuttersäuredinitril wird in bekannter Weise zu einem ZeIlk¯rper verarbeitet.
Nach erfolgter Expansion im Wärme- schrank liegt ein Zellkörper mit geschlossenen Zellen und einem spezifischen Gewicht von etwa 0, 10 vor. Der expandierte Zellkörper wird je nach seiner Dicke evtl. nur von seinen -Häuten befreit oder auch noch in Gebrauchsstärken aufgespalten. Etwa 15 mm dicke Platten werden einem Vakuum ausgesetzt. Man führt die Vakuumbehandlung bei etwa 60 mm Hg und einer Temperatur von etwa 700 durch.
In etwa 18-36 Stunden diffundiert das Stickstoffgas heraus, ohne dass die Zellen sich in ihrer Grolle wesentlich ändern. Beim Entfernen des Vakuums bilden die Zellwände infolge des innern Unterdruckes Falten. Es entsteht auf diese Weise ein Zellmaterial mit einer hohen Biegebruchfestigkeit, das besonders gut für die Herstellung von Sohlen geeignet ist, mit einem spezifischen Gewicht von etwa 0, 5.
3. Eine Mischung von 60 Gewichtsteilen gut stabilisierten Polyvinylchlorids und 30 Gewichtsteilen Dioctylphthalats und 10 Teilen Dibutylphthalat wird so hergestellt, dass ein feines Pulver entsteht. Das Pulver wird in bekannter Weise in einer Form mit einer solchen Menge Kohlendioxyd zusammenge- bracht, dass nach der Expansion ein Zellkörper etwa vom spezifischen Gewicht 0, 07 entsteht.
Der geschlossene Zellen aufweisende Zellkörper wird in Platten von etwa 15 mm Stärke aufgeschnitten und diese Platten während einer Zeit von etwa 6 Stunden einem Vakuum von etwa 60 mm Hg bei einer Tem- peratur von 60-700 ausgesetzt. Die Platten fallen nach dieser Behandlungszeit und dem Aufheben des Vakuums unter Bildung gefal- teter Zellwände stark zusammen. Der ge wiinschte Effekt der hohen Dehnbarkeit ist damit erreicht. Die Platten haben ein spezifisches Gewicht von etwa 0, 65.
Die Verminderung des Gasinhaltes in den Zellen kann aber auch dadurch herbeigeführt werden, dass die in den Zellen enthaltenen, von der Zellkorperbildung herstammenden Gase ; welche bei Raumtemperatur in gasförmi- gem Zustande bleiben, durch Diffusion durch solche Gase ersetzt werden, welche be Nor- maltemperatur sich kondensieren. Die Gasaus- tauschdiffusion wird vorzugsweise bei Normaldruck vorgenommen. Nachstehend werden Gase, welche sich bei normaler Temperatur kondensieren, als Dämpfe bezeichnet. Der durch die Verflüssigung der Dämpfe erzeugte Unterdruck in den Zellräumen hat eine Schrumpfung des Zellkörpers unter Bildny von Falten in den Zellwänden zur Folge.
Die Zellkörper, z. B. Platten, werden zweckmässig auf eine Temperatur erwärmt, die über dem Punkte der beginnenden Erwei- chung des Materials liegt. Bei Polyvinyl- chloridmassen beginnt die Erweichung des Materials bei etwa 70 , und man erhitzt Platten aus diesem Material auf z. B. 100-120 .
Die Erwärmung des Zellkörpers kann entweder in einer Gas-bzw. Dampfatmosphäre erfolgen, oder der erwärmte Zellkorper kann in die Gas-bzw. Dampfatmosphäre eingebracht werden. Wird z. B. Wasserdampf verwendet, so kann der Gasaustausch durch Diffusion . ohne weiteres bei einer Temperatur von 120 ausgeführt werden. Während des Diffusions vorganges behalten die Zellen die Gestalt, die sie bei der Herstellung des expandierten Zell I ; cbrpers erhalten haben, bei. Es findet ledig lich ein Austausch von Gasen bzw. Dämpfen statt, welcher je nach Plattenstärke und dem bei der Herstellung der Zellkörper verwende- ten Gas kürzer oder länger dauern kann.
Im allgemeinen ist z. B. bei PVC-Zellkörper-
Platten von 30 mm Stärke die Diffusion im gewünschten Ausmass nach etwa 6 Stunden eingetreten. In der Dampfatmosphäre sind die
Zellen noch nicht gesehrumpft bzw. die Zell wände noch nicht gefaltet, und die Zellkör perplatte hat ihr Aussehen noch nicht ver ändert. Infolge der über dem Erweicliungs- punkt liegenden Temperatur hat sich im Zellkörper ein völlig spannungsfreier Zustand eingestellt. Der Zellinhalt besteht nach der
Behandlung im wesentlichen aus Dampf, so dass bei Abkühlung der Dampf kondensiert.
Der Zellkorper schrumpft nun unter Ver grösserung seines Raumgewichtes zusammen, die Zellräume verkleinern sich und verlieren unter Bildung von Falten in den Zellwänden ihre ursprüngliche Form. Im allgemeinen ent stehen je nach dem spezifischen Gewicht des
Ausgangsmaterials, dem Grade der Diffusion,
Platten mit einem spezifischen Gewicht von z. B. 0, 5-0, 8. Die Druekverminderung tritt mit einer solchen Schnelligkeit ein, dass ein nennenswertes Hineindiffundieren von Luft in die Zellen nicht zu beobachten ist.
Das spezifische Gewicht der so hergestell ten Zellkorper mit gefalteten Zellen kann auch dadurch reguliert werden, dass dem
Dampf ein bestimmter Prozentsatz an Luft beigemischt wird. Es ist klar, dass, je weniger Luft mit dem Dampf in die Zellen hinein diffundiert, das spezifische Gewicht der ferti gen Zellkörper um so grösser ist und umgekehrt, dass je mehr Luft dem Dampf zuge setzt ist, desto geringer auch das spezifische
Gewicht und damit aber auch die Faltung der Zellwände ist.
Welche Dämpfe durch Diffusion in die
Zellen hineingebracht werden, ist natürlich von Bedeutung. Wesentlich ist dabei, dass solche Dämpfe verwendet werden, die bei normaler Temperatur kondensieren. Beispielsweise können Wasserdämpfe oder Losungs- mitteldämpfe bzw. Lösungsmitteldampfgemische für den angewandten Kunststoff angewendet werden. Als L¯sungsmitteldÏmpfe können z. B. solche von Aceton oder Methyl äthylketon verwendet werden.
4. Eine Mischung von 64 Gewichtsteilen gut stabilisierten Polyvinylchlorids, 24 Gewichtsteilen Dioetylphthalats und 12 Gewichtsteilen Dibutylphthalats wird unter Zusatz von 20 Gewichtsteilen Methyläthylketon so hergestellt, dass ein loekeres Pulver entsteht. Das Pulver wird durch Zusammenbringen mit Wasserstoffgas Ztl einem Zellkörper mit geschlossenen Zellen verarbeitet, der nach seiner Fertigstellung und Expansion ein spezifisches Gewicht von 0, 06 hat. Der Zellkörper wird in Platten von etwa 15 mm Stärke aufgeschnitten, und diese Platten werden in eine Atmosphäre von überhitztem Wasserdampf von etwa 120 gegeben. Der Wasserdampf kann unter normalem Druck stehen.
Der Druck kann aber auch erhöht werden um etwa : t/2 rend der Behandlung diffundiert der Wasserclampf in die Zellen herein und Wasserstoff wandert heraus.
Nach einer Behancllung je nach Druckhohe von etwa 1/2 bis etwa 3 Stunden pflegt der Austausch der Gase in genügendem Masse vonstatten gegangen zu sein. Der in den Zellen befindliche Wasserdampf kondensiert bei Ab kizhlung sofort. Der hierdurcli in den Zellen entstehende Unterdruck führt gefaltete Zellwände und damit hohe Biegsamkeit und Dehn barkeit des Materials herbei. Es entsteht ein Sohlenmaterial mit einem spezifischen Gewicht von 0, 5-0, 6.
PATENTANSPR¯CHE:
I. Zellk¯rper aus thermoplastischem Kunststoff mit geschlossenen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Zellen gefaltete Zellwände aufweist.