Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen und darnach hergestellter Formkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern oder geformten Flächenelementen aus mehrschichtigen kompakten oder durch Treib- oder Quellmittel expandierten oder expandierbaren thermoplastischen Kunststoffen durch ein- oder mehrmalige Warmverformung und anschliessende Formverfestigung unter Abkühlung unter den Erweichungspunkt.
Sie bezieht sich weiter auf Formkörper, die nach diesem Verfahren hergestellt sind, insbesondere auf solche, die aus mindestens einer Trägerschicht aus expandiertem Polystyrol und einer mit dieser versinterten oder verschweissten Schicht aus expandierten, untereinander verschweissten Polystyrolpartikeln besteht.
Zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit Poren- oder Zellstruktur haben vor allem zwei Verfahren in der Technik Bedeutung erlangt.
Das eine Verfahren geht von treibmittelhaltigen, meist bereits vorexpandierten Partikeln aus, welche lose in druckfeste Formen eingefüllt, durch Einleiten von Wasserdampf über ihren Erweichungspunkt erhitzt werden, dabei ihr Volumen nochmals vergrössern, unter Ausbildung einer homogenen Masse zusammenschwei ssen und nach Kühlung entformt werden.
Dieses Verfahren wird vorzugsweise bei Formkörpern mit Wandstärken über 10 mm angewandt. Bei dünneren Wandungen und niederem Raumgewicht ist die Verschweissung der einzelnen Teilchen so unbefriedigend, dass Zwischenräume bleiben, die zur Undichtigkeit gegenüber Luft und Flüssigkeit führen.
Nach dem zweiten Verfahren werden Folien oder Bahnen aus extrudierten, treibmittelhaltigen, bereits leicht expandierten Thermoplasten vorgefertigt und dieses Material nach dem Tiefzieh- oder Druckverfahren zu Formkörpern mit Wandstärken von 0,3 bis etwa maximal 2,5 mm verformt.
Diese Formkörper besitzen zwar eine geschlossene, dichte Haut, jedoch mit oft sehr unterschiedlicher Wandstärke und damit sehr unterschiedlicher Strukturfestigkeit. Diese Unterschiede in der Wandstärke sind besonders stark an den von der Folienebene aus gesehen tiefsten Ziehstellen, also beispielsweise bei einem Trinkbecher gerade in der Bodenzone, in der die grösste Festigkeit erwünscht wäre.
Während bei der Herstellung der Formkörper nach dem ersten Partikelverfahren zwar unter stärkerer Verteuerung der Produkte Methoden zur Verbesserung der Strukturdichte, beispielsweise durch Übersintern der fertiggeschäumten Formteile mit einer homogen verschweissenden Pulverschicht oder durch Einlegen einer vorgeformten Folie in die Form, nachheriges Zugeben der Partikel und gemeinsames Verschweissen, gefunden werden, ist es bis heute nicht gelungen, bei der zweiten Methode der Folienverformung die Gleichmässigkeit der Struktur und damit der Standfestigkeit zu gewährleisten oder gar Formkörper mit dickeren Wandungen von beispielsweise 6 bis 10 mm herzustellen im Warmformtiefziehverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Vorteile, die das Tiefziehverfahren gegenüber dem Partikelschaumverfahren hat, nämlich mit relativ kurzen Zykluszeiten von beispielsweise 6 bis 8 Sekunden gegen über 120 Sekunden und mit wesentlich unkomplizierteren Formen arbeiten zu können, zumindest im Bereich der Formkörper bis 10 mm Wandstärke, die in Millionenstückzahlen benötigt werden, voll ausnutzen zu können.
Nach der Erfindung kann dies erreicht werden, dadurch, dass auf eine oder mehrere vorgefertigte, endlose Folien, Bahnen oder Platten aus kompaktem oder bereits expandiertem Material oder auf Teilen von ihnen in einem oder mehreren vorbereitenden Arbeitsgängen treibmittelhaltige, kompakte oder bereits expandierte Partikel oder Mischungen solcher durch Ansintern oder Ankleben mit dem Trägermaterial und gegebenenfalls bei Schichten, die dicker sind als eine Partikelgrösse, auch untereinander, lose aufgetragen wer den und die so vorgefertigten Materialstränge oder Abschnitte unter Festhalten in den nicht zu verformen- den Randzonen im Temperaturbereich zwischen 50 und 2500 C erwärmt, anschliessend unter Aufrechterhaltung der ersten Wärmeeinwirkung oder unter Beendigung dieser und unter alleiniger, weiterer Einwirkung temperierter Formwerkzeuge verformt,
gekühlt und entformt werden.
In der einfachsten Ausführung kann dies dadurch geschehen, dass beispielsweise eine Folienbahn aus extrudiertem, expandierbarem Polystyrol in einem ersten Arbeitsgang, und zwar zweckmässigerweise sofort nach Austreten aus der Extrusionsdüse mit den gegebenenfalls zusätzlich erwärmten Partikeln mit oder ohne Beifügung zusätzlicher, vorzugsweise thermoplastischer Bindemittel, beschichtet wird.
Es kann auch zweckmässig sein, diese Beschichtung nicht vollflächig in gleichmässiger, sondern in unterschiedlicher Stärke durchzuführen oder unter Zuhilfe- nahme einer Schablone besonders beanspruchte Stellen der zu verformenden Teile allein zu beschichten.
Es kann weiter zweckmässig sein, die Trägerbahn in einem, ersten Arbeitstakt ohne eine endgültige Ausformung vorzunehmen, vorzuformen und sogleich oder nach dem Erkalten zu beschichten und dann weiter zu verformen.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern oder geformten Flächenelementen aus mehrschichtigen kompakten oder durch Treib- oder Quellmittel expandierten oder expandierbaren thermoplastischen Kunststoffen durch ein- oder mehrmalige Warmverformung und anschliessende Formverfestigung unter Abkühlung unter den Erweichungspunkt, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine oder mehrere vorgefertigte, endlose Folien, Bahnen oder Platten aus kompaktem oder bereits expandiertem Material oder auf Teilen von ihnen in einem oder mehreren vorbereitenden Arbeitsgängen treibmittelhaltige,
kompakte oder bereits expandierte Partikel oder Mischungen solcher durch Ansintern oder Ankleben mit dem Trägermaterial lose aufgetragen werden und die so vorgefertigten Materialstränge oder Abschnitte unter Festhalten in den nicht zu verformenden Randzonen im Temperaturbereich zwischen 50 und 2500 C erwärmt, anschliessend unter Aufrechterhal- tung der ersten Wärmeeinwirkung oder unter Beendigung dieser und unter alleiniger, weiterer Einwirkung temperierter Formwerkzeuge verformt, gekühlt und entformt werden.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel zur späteren Erzeugung der Strukturschicht unmittelbar anschliessend an die Extrusion des Trägermaterials unter Ausnützung der Extrusionswärme zum Versintern auf das extrudierte Material aufgetragen werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel zur Erzeugung der Strukturschicht auf in einem ersten Arbeitsgang vorgeformte Erhöhungen oder Vertiefungen im Trägermaterial aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das kompakte oder bereits expandierte Material vorgeformt ist.
PATENTANSPRUCH II
Formkörper, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mindestens einer Trägerschicht aus expandiertem Polystyrol und einer mit dieser versinterten oder verschweissten Schicht aus expandierten, untereinander verschweissten Polystyrolpartikeln besteht.
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Process for the production of moldings from thermoplastics and moldings produced therefrom
The invention relates to a process for the production of molded bodies or shaped planar elements from multilayered compact or expanded or expandable thermoplastics by blowing or swelling agents by single or multiple hot deformation and subsequent solidification with cooling below the softening point.
It also relates to moldings which are produced by this process, in particular to those which consist of at least one carrier layer made of expanded polystyrene and a layer sintered or welded to this made of expanded polystyrene particles welded to one another.
For the production of moldings from thermoplastics with a pore or cell structure, two processes in particular have become important in technology.
One method is based on propellant-containing, mostly pre-expanded particles, which are loosely filled into pressure-resistant molds, heated above their softening point by introducing water vapor, thereby increasing their volume again, welded together to form a homogeneous mass and demolded after cooling.
This method is preferably used for moldings with wall thicknesses over 10 mm. With thinner walls and a low volume weight, the welding of the individual particles is so unsatisfactory that gaps remain, which lead to air and liquid leaks.
According to the second method, foils or webs made of extruded, blowing agent-containing, already slightly expanded thermoplastics are prefabricated and this material is shaped by the deep-drawing or printing process into molded bodies with wall thicknesses of 0.3 to a maximum of 2.5 mm.
Although these molded bodies have a closed, dense skin, they often have very different wall thicknesses and thus very different structural strengths. These differences in the wall thickness are particularly pronounced at the deepest drawing points seen from the plane of the film, for example in the case of a drinking cup in the bottom zone in which the greatest strength would be desired.
While in the production of the moldings according to the first particle method, although the products become more expensive, methods to improve the structural density, for example by over-sintering the finished foamed moldings with a homogeneously welded powder layer or by inserting a preformed film into the mold, then adding the particles and welding them together , found, the second method of film deformation has not yet succeeded in ensuring the uniformity of the structure and thus the stability or even producing moldings with thicker walls of, for example, 6 to 10 mm in the thermoforming process.
The object of the invention is therefore to create a method with the help of which it is possible to use the advantages that the deep-drawing process has over the particle foam process, namely with relatively short cycle times of, for example, 6 to 8 seconds versus 120 seconds and with much less complicated shapes to be able to work, to be able to fully utilize at least in the area of the moldings up to 10 mm wall thickness, which are required in millions of pieces.
According to the invention, this can be achieved by placing propellant-containing, compact or already expanded particles or mixtures thereof on one or more prefabricated, endless foils, webs or plates made of compact or already expanded material or on parts of them in one or more preparatory operations by sintering or gluing with the carrier material and, if necessary, with layers that are thicker than one particle size, also one below the other, loosely applied and the prefabricated strands of material or sections held in the non-deformable edge zones in the temperature range between 50 and 2500 C. heated, then deformed while maintaining the first heat action or with the termination of this and with the sole further action of temperature-controlled molds,
be cooled and demolded.
In the simplest version, this can be done by coating, for example, a film web made of extruded, expandable polystyrene in a first step, expediently immediately after exiting the extrusion nozzle with the possibly additionally heated particles with or without the addition of additional, preferably thermoplastic binders .
It can also be expedient to carry out this coating not over the entire surface in a uniform, but in different thickness, or to coat particularly stressed areas of the parts to be deformed with the aid of a template.
It can also be expedient to undertake the carrier web in one, first work cycle without a final shaping, to preform and to coat it immediately or after cooling and then to deform it further.
PATENT CLAIM 1
Process for the production of molded bodies or shaped surface elements from multilayered compact or expanded or expandable thermoplastics by blowing or swelling agents by single or multiple hot forming and subsequent solidification with cooling below the softening point, characterized in that one or more prefabricated, endless films, Sheets or sheets of compact or already expanded material or parts of them containing propellant in one or more preparatory work steps
compact or already expanded particles or mixtures of such are applied loosely by sintering or gluing with the carrier material and the prefabricated strands or sections of material are heated while holding them in the non-deforming edge zones in the temperature range between 50 and 2500 C, then while maintaining the first heat action or with the termination of this and under the sole further action of temperature-controlled molds, they are deformed, cooled and demolded.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the particles for later production of the structural layer are applied to the extruded material immediately after the extrusion of the carrier material using the extrusion heat for sintering.
2. The method according to claim I, characterized in that the particles for producing the structural layer are applied to raised portions or depressions in the carrier material which are preformed in a first operation.
3. The method according to claim I, characterized in that the compact or already expanded material is preformed.
PATENT CLAIM II
Shaped body produced by the process according to claim 1, characterized in that it consists of at least one carrier layer made of expanded polystyrene and a layer sintered or welded to this made of expanded polystyrene particles welded together.
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