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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
mikroporösen
Kunststoffprodukten sowie die mit diesem Verfahren erhältlichen Formteile,
Profile und Granulate und ein Kunststoffausgangsmaterial.
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Der
Anteil an Kunststoffbauteilen im Automobil nimmt ständig zu.
Insbesondere im Innenraum sowie in der Karosserie kommen verstärkt Kunststoffbauteile
zum Einsatz und ersetzen vielfach wesentlich schwerere Materialien.
Kunststoffbauteile reduzieren somit das Gesamtgewicht von Fahrzeugen, sind
zudem korrsionsbeständig
und zumeist auch leicht zu verarbeiten. Zahlreiche Kunststoffanwendungen
finden sich ebenfalls bereits im Bereich des Motorraums verwirklicht.
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Ersetzt
man z.B. herkömmliche
thermoplastische Spritzgussbauteile durch geschäumte Kunststoffe, kann eine
noch weitergehende Gewichtsreduzierung erzielt werden. Die Bedeutung
geschäumter Kunststoffe
nimmt daher nicht nur im Automobilbau stetig zu. Wie bei herkömmlichen
thermoplastischen Bauteilen werden auch an geschäumte Kunststoffbauteile hohe
Anforderungen an die Festigkeit gestellt.
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Für die Herstellung
geschäumter
Spritzgussbauteile wird heutzutage häufig auf das sogenannte MuCell-Verfahren
zurückgegriffen.
Bei diesem Verfahren wird das zu schäumende thermoplastische Material
in einem Mischschneckenextruder plastifiziert, und ein Schäummittel
wird bei einer Temperatur und einem Druck, bei dem dieses ein überkritisches Fluid
ist, in den Mischschneckenextruder eingeführt. In einer Diffusionskammer
wird sodann eine vollständig
einphasige Lösung
aus dem plastifizierten Material und dem überkritischen Fluid gebildet.
Durch Ändern
der Temperatur und des Druckes stromabwärts der Mischschnecke wird
das Schäummittel
freigesetzt und es bildet sich ein supermikrozelluläres geschäumtes Kunststoffmaterial,
das sich durch eine sehr feinteilige und gleichmäßige Porenstruktur auszeichnet.
Ein derartiges Verfahren findet sich z.B. in der WO 92/17533 beschrieben.
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In
der
DE 697 17 465
T2 wird ein Verfahren offenbart, mit dem versucht werden
soll, Unzulänglichkeiten
des MuCell-Verfahrens abzustellen. Zu diesem Zweck wird das Treibmittel
in den Strom aus schmelzeflüssigem
polymeren Material durch eine Vielzahl an Öffnungen entlang der Extruderzylinder eingebracht,
um eine besonders homogene Einphasenlösung aus polymerem Schmelzematerial
und Treibmittel zu erhalten.
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Zur
Erhöhung
der Festigkeit geschäumter Materialien
offenbart die WO 02/26482 einen nach dem MuCell-Verfahren hergestellten
mikrozellulären geschäumten Formkörper, in
den Fasern, insbesondere Glasfasern, mit einer Länge von mindestens 0,55 mm
eingearbeitet sind. Durch den Einsatz eines superkritischen Fluids
als Treibmittel soll eine besonders schonende Einarbeitung der Glasfasern
in den Formkörper
gelingen, so dass die Länge
der eingesetzten Fasern bei der Einarbeitung nicht wesentlich verringert
wird. Gemäß der WO
02/26482 werden geschäumte
mikrozelluläre
Formkörper
mit durchschnittlichen Zellengrößen kleiner
100 um erhalten.
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Anders
als bei dem MuCell-Verfahren, mit dem geschlossenporige geschäumte Formkörper zugänglich sind,
zeigt die
DE 100 05
873 A1 einen Weg auf, um zu offenzelligen Systemen zu gelangen.
Um ein besonders hohes Maß an
Offenzelligkeit in extrudierten Schaumstrukturen zu bewerkstelligen,
kann gemäß der
DE 100 05 873 A1 auf
Kohlendioxid oder Stickstoff als Treibmittel in Kombination mit
z.B. Kohlenstoffpartikeln als Keimbildner zurückgegriffen werden. Auf diese
Weise erhält
man Schaumstoffplatten mit ausreichender Wärmeformbeständigkeit.
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Da
die mechanischen Eigenschaften geschäumter Formteile sich regelmäßig bei
Verwendung kleinerer Zellengrößen verbessern
lassen, hat die
DE
101 42 349 A1 das MuCell-Verfahren dahingehend modifiziert,
dass der Thermoplastschmelze ein Siloconöl oder ein vernetzter Kautschuk
mit einer Partikelgröße kleiner
1 μm als
Zusatzstoff beigegeben wird. Auf diese Weise sind geschäumte Thermoplaste
mit Zellengrößen im Bereich
von 5 bis 150 μm zugänglich.
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Auch
bereits bei S. Schäper,
Dissertation "Nukleierung
thermodynamisch getriebener Polyurethan-Reaktionsschäume", RWTH Aachen, 1977,
wird der Einfluss ausgewählter
Nukleierungshilfsmittel auf die Bildung geschäumter Kunststoffformteile beschrieben.
Es wurde gefunden, dass sowohl Aktivkohle mit an ihrer Oberfläche absorbierter
Luft als auch pulverför miges
Polytetrafluorethylen (PTFE) nicht zu einer nachweislich verbesserten
Blasenbildung bzw. Schaumstruktur beitragen konnten.
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Bei
den nach den Verfahren des Stands der Technik erhaltenen ungeschäumten und
geschäumten
Formteilen wird beim Herstellungsprozess noch stets Schwindung beobachtet,
weshalb bei der Formgebung üblicherweise
auf Nachdruck nicht verzichtet werden kann. Als weiterer Nachteil,
insbesondere bei der Fertigung von Karosserieinnenbauteilen, wird auch
noch häufig
Verzug festgestellt. Ein großes Manko
geschäumter
Kunststoffformkörper
stellt bislang deren optisch wenig ansprechende, da sehr raue Oberfläche dar,
weshalb im Stand der Technik in der Regel folienbeschichtete Bauteile
zum Einsatz kommen. Zur Optimierung der Oberfläche von geschäumten Formteilen
sind darüber
hinaus bereits vielfältige
Maßnahmen
vorgeschlagen worden. Beispielsweise kann bei der Befüllung des
Formwerkzeuges mit der Polymerschmelze ein so genanntes Gasgegendruckverfahren
zur Anwendung kommen, bei dem der Druck vor der Fliessfront über einen
kritischen Druck hinaus erhöht
wird. Auf diese Weise kann die Blasenbildung an der Fliessfrontoberfläche unterdrückt werden.
Allerdings hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren sich nur für dickwandige
Bauteile eignet, da die Blasenbildung nicht nur an der Oberfläche selber,
sondern zumeist in der gesamten vorderen Schicht des geschäumten Formteiles
zurückgedrängt wird.
Des weiteren kann zur Optimierung der Oberfläche nach einem Zweikomponentenverfahren gearbeitet
werden, bei dem zunächst
eine erste Schmelze über
einen Anguss in das Formwerkzeug eingeführt wird, die blasenfrei ist,
also z.B. kein Treibmittel enthält.
Unmittelbar folgend wird eine zweite Schmelze in das Formwerkzeug
eingebracht, die mit einem geeigneten Treibmittel versetzt ist.
Da in der Schmelze gelöste
Gase deren Viskosität
in der Regel relativ stark herabsetzen, sind bei diesem Verfahren besondere
Vorkehrungen zu treffen, dass die zum Einsatz kommenden unterschiedlichen
Schmelzekomponenten insbesondere in ihrem Fliessverhalten aufeinander
abgestimmt sind. Allerdings kann bei diesem Verfahren bedingt durch
die Entgasung der Kernschmelze eine Lunkerbildung zwischen den beiden
Schmelzephasen unterschiedlicher Konsistenz nicht vollständig ausgeschlossen
werden.
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Es
wäre somit
wünschenswert,
auf geschäumte
Kunststoffformteile zurückgreifen
zu können
bzw. Verfahren zur Herstellung solcher Formteile zur Hand zu haben,
die nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik behaftet sind.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung geschäumter
Kunststoffformteile zugänglich
zu machen, mit dem Bauteile mit geringer oder keiner Schwindung
sowie mit geringem oder vernachlässigbarem
Verzug zugänglich
sind, die eine sehr gute Schall- und Erschütterungsdämpfung aufweisen und die sich
zudem durch eine optisch ansprechende Oberfläche auszeichnen, ohne dabei
auf zusätzliche
Maßnahmen
oder Materialien angewiesen zu sein. Der Erfindung lag ferner die
Aufgabe zugrunde, geschäumte
Kunststoffkörper
verfügbar
zu machen, die sich durch sehr kleine durchschnittliche Porengrößen auszeichnen.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung eines oder mehrerer geschäumter Formteile und/oder Profile
und/oder von geschäumtem
Granulat, oder von ungeschäumtem
und/oder vorgeschäumtem
Granulat, geeignet zur Herstellung geschäumter oder vorgeschäumter Formteile
und/oder Profile, unter Verwendung polymerer Werkstoffe, umfassend:
- a) Zurverfügungstellen
von prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterial und/oder von
prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial, enthaltend Nanopartikel
und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht
mit einem physikalischen und/oder chemischen Treibmittel präpariert;
physikalischen und/oder chemischen Treibmitteln; und von Nanopartikeln
und/oder von Nanopartikelvorstufenmaterial, jeweils mit oder nicht
mit einem physikalischen und/oder chemischen Treibmittel präpariert;
- b) gleichzeitiges oder sequentielles Vermengen jeweils der Gesamtmenge
oder eines Teils des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials
und/oder des mit einem Treibmittel präparierten prepolymeren und/oder
polymeren Ausgangsmaterials und/oder des prepolymeren und/oder polymeren
Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
jeweils mit oder nicht mit einem physikalischen, und/oder chemischen
Treibmittel präpariert,
des Treibmittels und der Nanopartikel, des Nanoparti kelvorstufenmaterials
und/oder der mit einem Treibmittel präparierten Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien in mindestens einem ersten Behältnis; oder
gleichzeitiges
oder sequentielles Vermengen jeweils der Gesamtmenge oder eines
Teils des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder
des mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und des Treibmittels in mindestens einem ersten Behältnis;
gleichzeitiges
oder sequentielles Vermengen jeweils der Gesamtmenge oder eines
Teils des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder
des mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und der Nanopartikel, der Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder
der mit einem Treibmittel präparierten
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien in mindestens
einem ersten Behältnis,
wobei
jede Mischung Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
als separate Bestandteile und/oder an und/oder in dem Ausgangsmaterial,
und Treibmittel, als separaten Bestandteil und/oder an und/oder
in dem Ausgangsmaterial und/oder den Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
enthält;
- c) Einführen
der Mischung aus prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial
und/oder dem mit einem Treibmittel präparierten prepolymeren und/oder
polymeren Ausgangsmaterial und/oder des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials,
enthaltend Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
jeweils mit oder nicht mit einem physikalischen, und/oder chemischen
Treibmittel präpariert,
Nanopartikeln, Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder den mit
einem Treibmittel präparierten Nanopartikeln
und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und dem Treibmittel; oder
der Mischung aus prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial
und/oder dem mit einem Treibmittel präparierten prepolymeren und/oder
polymeren Ausgangsmaterial und/oder des prepolymeren und/oder polymeren
Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
jeweils mit oder nicht mit einem physikalischen, und/oder chemischen
Treibmittel präpariert,
und dem Treibmittel; oder
der Mischung aus prepolymerem und/oder
polymerem Ausgangsmaterial und/oder dem mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterial und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder
mit einem Treibmittel präparierten
Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien, wobei wenigstens
die prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterialien oder die
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien mit dem Treibmittel
präpariert sind,
jeweils
aus mindestens einem ersten Behältnis
in eine Plastifiziereinheit oder ein Mischaggregat zur Herstellung
einer zumindest partiellen Polymerschmelze;
- d) Austragen der Polymerschmelze in mindestens ein Form- oder
Strangwerkzeug unter Ausbildung eines geschäumten und/oder vorgeschäumten Formteils
oder Profils und Entnahme oder Abzug des Formteils oder des Profils
aus dem Form- oder Strangwerkzeug oder Entnahme oder Abzug des zum
Schäumen
vorbereiteten Formteils oder Profils;
oder Granulierung der
Polymerschmelze unter Ausbildung von ungeschäumtem, vorgeschäumtem und/oder
geschäumtem
Granulat.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer geschäumter Formteile
und/oder Profile und/oder von geschäumtem Granulat, oder von ungeschäumtem und/oder
vorgeschäumtem
Granulat, geeignet zur Herstellung geschäumter oder vorgeschäumter Formteile
und/oder Profile, unter Verwendung polymerer Werkstoffe, umfassend:
- a) Zurverfügungstellen
von prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterial und/oder von
prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial, enthaltend Nanopartikel
und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht
mit einem physikalischen und/oder chemischen Treibmittel präpariert;
physikalischen und/oder chemischen Treibmitteln; und von Nanopartikeln
und/oder von Nanopartikelvorstufenmaterial, jeweils mit oder nicht
mit einem physikalischen und/oder chemischen Treibmittel präpariert;
- b) gleichzeitiges oder sequentielles Vermengen jeweils der Gesamtmenge
oder eines Teils des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials
und/oder des mit einem Treibmittel präparierten prepolymeren und/oder
polymeren Ausgangsmaterials und/oder des prepolymeren und/oder polymeren
Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
jeweils mit oder nicht mit einem physikalischen, und/oder chemischen
Treibmittel präpariert,
des Treibmittels und der Nanopartikel, des Nanopartikelvorstufenmaterials
und/oder der mit einem Treibmittel präparierten Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien in mindestens einem ersten Behältnis; oder
gleichzeitiges
oder sequentielles Vermengen jeweils der Gesamtmenge oder eines
Teils des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder
des mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und des Treibmittels in mindestens einem ersten Behältnis;
gleichzeitiges
oder sequentielles Vermengen jeweils der Gesamtmenge oder eines
Teils des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder
des mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und der Nanopartikel, der Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder
der mit einem Treibmittel präparierten
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien in mindestens
einem ersten Behältnis;
- c) Einführen
der Mischung aus prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial
und/oder dem mit einem Treibmittel präparierten prepolymeren und/oder
polymeren Ausgangsmaterial und/oder des prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials,
enthaltend Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien,
jeweils mit oder nicht mit einem physikalischen, und/oder chemischen
Treibmittel präpariert,
Nanopartikeln, Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder den mit
einem Treibmittel präparierten Nanopartikeln
und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und dem Treibmittel; oder
der
Mischung aus prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial und/oder
dem mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterial und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und dem Treibmittel; oder
der Mischung aus prepolymerem und/oder
polymerem Ausgangsmaterial und/oder dem mit einem Treibmittel präparierten
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterial und/oder des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien, jeweils mit oder nicht mit einem
physikalischen, und/oder chemischen Treibmittel präpariert,
und Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder
mit einem Treibmittel präparierten
Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien, wobei wenigstens
die prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterialien oder die
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien mit dem Treib mittel
präpariert sind,
jeweils
aus mindestens einem ersten Behältnis
in eine Plastifiziereinheit oder ein Mischaggregat zur Herstellung
einer zumindest partiellen Polymerschmelze, und Einführen von
Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder
mit einem Treibmittel präparierten
Nanopartikeln und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien über das
erste und/oder mindestens ein zweites Behältnis in die Plastifiziereinheit
oder ein Mischaggregat, das stromabwärts oder stromaufwärts von
der Position der Einführung über das erste
Behältnis,
angeordnet ist, und
- d) Austragen der Polymerschmelze in mindestens ein Form- oder
Strangwerkzeug unter Ausbildung eines geschäumten und/oder vorgeschäumten Formteils
oder Profils und Entnahme oder Abzug des Formteils oder des Profils
aus dem Form- oder Strangwerkzeug oder Entnahme oder Abzug des zum
Schäumen
vorbereiteten Formteils oder Profils;
oder Granulierung der
Polymerschmelze unter Ausbildung von ungeschäumtem, vorgeschäumtem und/oder
geschäumtem
Granulat.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass in mindestens einer Mischung neben prepolymeren und/oder
polymeren Ausgangsmaterialien, enthaltend Nanopartikel und/oder
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien, im wesentlichen keine
separaten Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien
zusätzlich
eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich grundsätzlich auf
allen Spritzgieß-
und Extrusionsvorrichtungen oder Pressanlagen ausführen, mit
denen geschäumte
Kunststoffmaterialien nach herkömmlichen
Verfahren zugänglich
sind. Dieses trifft insbesondere auch auf Verarbeitungsmaschinen
zu, wie sie regelmäßig für die Durchführung des
MuCell-Verfahrens, z.B. gemäß der
DE 692 32 415 T2 , zum
Einsatz kommen. Demgemäß stellt
das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß einer
Ausführungsform
auch eine Weiterentwicklung des MuCell-Verfahrens dar, ist jedoch nicht hierauf
beschränkt,
sondern kann grundsätzlich
bei allen Herstellverfahren für
geschäumte
Kunststoffformteile implementiert werden. Grundsätzlich ist bei dem vorliegenden
erfindungsgemäßen Verfahren
sicherzustellen, dass ein zumindest in der Plastifiziereinheit fliessfähiges Material
zum Einsatz kommt, das zumindest in Teilen das Zweiphasensystem
flüssig/gasförmig umfasst und
eine durchgehende Flüssigphase
aufweist, wobei dieses Material bei Temperaturerniedrigung in der Lage
ist, seine Fliessfähigkeit
wieder zu verlieren. Bei Kautschuken und anderen duromeren Werkstoffen kann
das Matrixmaterial hingegen bei Wärmezuführung oberhalb kritischer Temperaturen
vernetzen und damit seine Fließfähigkeit
verlieren.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
insbesondere das Kunststoffausgangsmaterial einer vorgeschalteten Aufbereitungsstufe,
d.h. einer Behandlung mit einem Treibmittel zu unterziehen. Dieses
kann beispielsweise in dem ersten Behältnis, das für diesen
Fall insbesondere einen Autoklaven darstellt, geschehen, das in
Verbindung mit einer Plastifiziereinheit steht bzw. stehen kann.
Dabei ist es gemäß einer
Ausführungsform
möglich,
das Kunststoffausgangsmaterial, das Treibmittel und die Nanopartikel
gemeinsam dieser Aufbereitungsstufe zu unterwerfen, wie auch gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
nur das Kunststoffausgangsmaterial und das Treibmittel für die Aufbereitungsstufe
vorzusehen. Im letzteren Fall werden die Nanopartikel zumindest
teilweise separat der Plastifiziereinheit zugeführt. Die Reihenfolge der Vermengung
der einzelnen Komponenten kann im allgemeinen in weiten Bereichen
variiert werden.
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Gemäß einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist demgemäß vorgesehen, dass
ein Teil der Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien
und/oder der mit einem Treibmittel präparierten Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien mit einem Teil des prepolymeren
und/oder polymeren Ausgangsmaterials in mindestens einem ersten
Behältnis
vermengt werden und dass die erhaltene Mischung vor der Einführung in
eine Platifiziereinheit oder ein Mischaggregat mit einem bis zur
Sättigung
oder Teilsättigung
mit diesem Treibmittel vermengt und/oder in diesem gelagert wird.
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Dabei
kann in einer Ausführungsform
vorgesehen sein, dass die Nanopartikelvorstufenmaterialien in dem
ersten Behältnis,
dem zweiten Behältnis und/oder
der Plastifiziereinheit oder dem Mischaggregat teilweise, nahezu
vollständig
oder vollständig in
Nanopartikel überführt und
in der Plastifiziereinheit oder dem Mischaggregat in der Polymerschmelze oder
dem prepolymeren Ausgangsmaterial, insbesondere im wesentlichen
gleichmäßig, verteilt
und zerteilt werden.
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Insbesondere
aus Praktikabilitätserwägungen hat
es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn man zunächst die
Nanopartikel und das Kunststoffausgangsmaterial vermengt und diese
Mischung sodann mit dem Treibmittel vermischt.
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Dabei
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein,
dass der restliche Teil der Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien
und/oder der mit einem Treibmittel präparierten Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder der restliche Teil des
prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterials mit der Mischung
aus prepolymerem und/oder polymerem Ausgangsmaterial, Nanopartikeln
und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder der mit einem
Treibmittel präparierten
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und dem Treibmittel
in dem ersten Behältnis vermengt
oder der Platifiziereinheit oder dem Mischaggregat separat, insbesondere über mindestens
ein zweites Behältnis,
zugeführt
wird bzw. werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
gestaltet sich insbesondere dann besonders effektiv, wenn das prepolymere
und/oder polymere Ausgangsmaterial oder ein Teil davon und/oder
die Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder die
mit einem Treibmittel präparierten
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien in dem Treibmittel
bei einem Druck und einer Temperatur gelagert wird bzw. werden,
insbesondere solange, bis das prepolymere und/oder polymere Ausgangsmaterial
und/oder die Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien
und/oder der mit einem Treibmittel präparierten Nanopartikel und/oder
Nanopartikelvorstufenmaterialien nahezu oder im wesentlichen vollständig mit
dem Treibmittel gesättigt
sind oder einen vorgegebenen Sättigungsgrad
erreicht haben. Demgemäß kann in
einer Ausführungsform
auch auf die externe Zugabe von Treibmitteln verzichtet werden,
wenn die verwendeten Materialien zumindest in Teilen zuvor mit einem
Treibmittel präpariert
worden sind.
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Das
Kunststoffausgangsmaterial, das regelmäßig in der Form eines Kunststoffgranulats
vorliegt, wird somit in einer bevorzugten Ausgestaltung vor Einführung in
die Plastifiziereinheit dem Treibmittel unter verschärften Bedingungen
ausgesetzt. Demgemäß kann vorgesehen
sein, dass das Treibmittel und das prepolymere und/oder polymere
Ausgangsmaterial, die Nanopartikel und/oder das Nanopartikelvorstufenmaterial
vor der Einführung
in die Plastifiziereinheit oder das Mischaggregat, insbesondere
in dem ersten Behältnis,
einem erhöhten
Druck und/oder einer erhöhten
Temperatur ausgesetzt werden. Selbstverständlich können, zusätzlich oder alternativ, auch
die Nanopartikel und/oder die Nanopartikelvorstufenmaterialien vor
der Vermengung mit dem prepolymeren und/oder polymeren Ausgangsmaterial
oder eines Teils davon in dem Treibmittel gelagert bzw. gegebenenfalls
diesen verschärften
Bedingungen ausgesetzt werden.
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Dieses
geschieht zweckmäßigerweise
in einem Autoklaven, in dem das Treibmittel unter dem erforderlichen
Druck und der erforderlichen Temperatur gehalten wird. Das Treibmittel
liegt in dem Autoklaven insbesondere in einem superkritischen Zustand vor.
Das derart mit Treibmittel versetzte Kunststoffausgangsmaterial
kann sodann auf dem Fachmann bekannte Weise in die Plastifiziereinheit überführt und
aufgeschmolzen werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist daher vorgesehen, dass sämtliche
Nanopartikel und/oder Nanopartikelvorstufenmaterialien über mindestens
ein zweites Behältnis
der Plastifiziereinheit zugeführt
werden. Selbstverständlich
können
auch die über
das zweite Behältnis
in die Plastifiziereinheit eingebrachten Nanopartikel teilweise
oder in ihrer Gesamtheit separat mit einem Treibmittel behandelt sein
und zusammen mit diesem Treibmittel in die Plastifiziereinheit eingebracht
werden.
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Zudem
ist dafür
Sorge zu tragen, dass die Aufbereitung und Vermengung der einzelnen
Komponenten in der Weise durchgeführt wird, dass allenfalls eine
mäßige, insbesondere
jedoch keine Haftung zwischen dem Kunststoffausgangsmaterial und den
Nanopartikeln resultiert. Je schlechter die Haftung zwischen diesen
beiden Komponenten ist, um so vorteilhafter gestaltet sich die Bildung
einer gleichmäßigen feinporigen
Schaumstruktur. Denn je unvollständiger
die Benetzung zwischen der Polymerschmelze und den Nanopartikeln
ist, um so eher setzt in der Regel die Keimbildung ein. Besonders
bevorzugt sind z.B. solche Systeme aus Kunststoffschmelze und Nanopartikeln,
bei denen ein Benetzungswinkel kleiner 30° resultiert.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Nanopartikel mit einer engen Korngrößenverteilung eingesetzt. Auf
diese Weise wird eine besonders gleichmäßige Schaumstruktur mit einer
großen
Zahl an sehr kleinen Poren erhalten.
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Besonders
zufriedenstellende Resultate, insbesondere im Hinblick auf optisch
einwandfreie Oberflächen,
lassen sich dann erhalten, wenn zumindest ein Teil des Nanopartikelvorstufenmaterials und/oder
der Nanopartikel vor der Einbringung in eine Polymerschmelze, enthaltend
das prepolymere und/oder polymere Ausgangsmaterial, in der Platifiziereinheit
oder dem Mischaggregat mit einem Haftmittel oder vorzugsweise einem
Anti-Haftmittel vorbehandelt wird. Geeignete Anti-Haftmittel sind
z.B. Fette oder Substanzen mit verwandten Eigenschaften. Alternativ
kann zusätzlich
zu den Anti-Haftmitteln oder anstelle dieser Anti-Haftmittel bei der
Herstellung der Nanopartikel darauf verzichtet werden, diese mit
Haftvermittlern zu benetzen. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung
solcher Nanopartikel ist z.B. ohne weiteres in Anlehnung an die
in der Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 2. Auflage,
Vol. 4, Seiten 284 bis 298, zu konzipieren, indem man die dort vorgesehenen
Haftvermittler auf der jeweiligen Verfahrensstufe weglässt. Ferner
kann man gemäß einer
weiteren Ausführungsform
die Polarität
der Polymerwerkstoffe und der Treibmittel aufeinander abstimmen,
um die vorangehend beschriebenen Haftungsphänomene zu unterdrücken. Beispielsweise
kann gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
bei unpolaren Polymerwerkstoffen, wie z.B. Polyolefinen, auf Wasser
als Treibmittel zurückgegriffen
werden. Sollen hingegen polare Polymerwerkstoffe geschäumt werden,
z.B. Polyamide, Polyester, Polyurethane oder Polyether, empfiehlt
sich die Verwendung eines unpolaren Treibmittels, z.B. von superkritischem
Stickstoff oder superkritischem Kohlendioxid. Vorzugsweise werden
auch die Nanopartikel jeweils mit den entsprechenden Treibmitteln
vorbehandelt. Selbstverständlich
ist es zusätzlich
oder gleichzeitig möglich,
als Anti-Haftmittel Verbindungen einzusetzen, die sich in ihrem
polaren bzw. unpolaren Charakter stark von der polaren bzw. unpolaren
Natur der Nanopartikel oder Nanopartikelvorstufenmaterialien unterscheiden.
Liegen z.B. polare Nanopartikel oder Nanopartikelvorstufenmaterialien
vor, wird bevorzugt als Anti-Haftmittel
eine unpolare Substanz eingesetzt. Das Gleiche gilt umgekehrt für unpolare Nanopartikel.
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Als
polymeres Kunststoffausgangsmaterial kommen z.B. thermoplastische
Polymere und thermoplastische Elastomere, jeweils vorzugsweise in Granulatform,
in Betracht. Geeignete thermoplastische Polymere können z.B.
ausgewählt
werden aus der Gruppe, bestehend aus ASA-Polymerisaten, ABS-Polymerisaten,
Polycarbonaten, Polyestern, Polyamiden, Polyethern, Polyimiden,
Polystyrolen, Polyurethanen, Polyetherketonen, Polyphenylensulfiden,
Polyphenylenethern, Poly(meth)acrylaten, Poly(meth)acrylamiden,
Poly(meth)acrylnitril, Polysulfonen, Polyvinylchloriden, SAN-Polymerisaten,
Epoxyharzen, Phenolharzpolymeren, jeweils in schlagzähmodifizierter
und nicht schlagzähmodifizierter Form,
sowie deren Mischungen. Thermoplastische Kunststoffe sowie deren
Herstellung sind dem Fachmann im allgemeinen bekannt.
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Als
thermoplastische Elastomere kommen z.B. die dem Fachmann bekannten
S-EB-S-, SBS-SIS-,
EPDM/PP-, Polyamid-, Polyester- oder TPU-Systeme in Frage.
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Geeignete
polymere Ausgangsmaterialien umfassen ebenfalls duroplastische Polymere und/oder
reaktive Elastomere. Ferner umfassen geeignete prepolymere Ausgangsmaterialien
Vorprodukte von duroplastischen Polymeren und/oder reaktiven Elastomeren.
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Eine
weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
das prepolymere Ausgangsmaterial in der Plastifiziereinheit oder dem
Mischaggregat oder einer nachgelagerten Einheit polymerisiert wird.
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Geeignete
prepolymere Ausgangsmaterialien umfassen z.B. nicht- oder teilvernetzte
Kautschuke, ein Gemisch aus mindestens einem Polyol und mindestens
einem Isocyanat, oder kationisch oder anionisch polymerisierbare
Monomere.
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Unter
Nanopartikel sollen vorliegend Partikel mit einer Größe im Nanometerbereich
verstanden werden, d.h. im Bereich von etwa 0,5 × 10–9 bis
10–6 m.
Materialien mit einer größeren Partikelgröße werden
im allgemeinen im Sinne der vorliegenden Erfindung als Nanopartikelvorstufenmaterialien
bezeichnet, wobei auch diese Vorstufenmaterialien in Größen kleiner
10–6 m
vorliegen können.
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Als
Nanopartikel kommen z.B. alle dem Fachmann bekannten Typen in Betracht,
insbesondere auch solche, die aus Nanopartikelvorstufenmaterialien
in delaminierter bzw. exfolierter Form zugänglich sind. Hierbei wird insbesondere
zurückgegriffen
auf Montmorillonit, Smectit, Ellit, Sepiolit, Palygorskit, Muscovit,
Allivardit, Amesit, Hectorit, Fluorhectorit, Saponit, Beidellit,
Talkum, Nontronit, Stevensit, Bentonit, Glimmer, Vermiculit, Fluorvermiculit, Halloysit
und fluorenthaltende synthetische Talkum-Typen sowie deren Mischungen.
Unter exfolierten Nanopartikeln bzw. delaminierten Schichtsilikaten
im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen z.B. solche Substanzen
verstanden werden, bei welchen durch Umsetzung mit sogenannten Hydrophobierungsmitteln
mit gegebenenfalls anschließender Quellung,
z.B. durch Zugabe von Monomeren wie Caprolactam, die Schichtabstände zunächst vergrößert werden.
Ferner sind auch über
das Sol/Gelverfahren erhältliche
Titan- oder Siliziumverbindungen geeignet. Besonders bevorzugt wird
bei den Siliziumverbindungen nach dem Sol/Gelverfahren auf pyrogene
Kieselsäure
zurückgegriffen.
Geeignete SiO2, SiO2-C-
und TiO2-Nanopartikel bzw. -pulver finden sich
auch in der Diplomarbeit von F. Locke, "Herstellung und Charakterisierung von
SiO2, SiO2-C und TiO2 Nanopartikeln" (November 2002, TU Freiberg) beschrieben.
Des weiteren kommen als so genannte Nanopuder oder -pulver beispielsweise
auch solche aus Al2O3,
ZrO2, Ti, TiB2,
TiC und TiN in Betracht. Diese Puder bzw. Pulver können z.B.
mittels Flammenaerosol-, Plasma-, Sol/Gel- oder Laserablationsverfahren
hergestellt werden.
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Des
weiteren kommen als Nanopartikelvorstufenmaterialien und/oder Nanopartikel
auch Ruße sowie
insbesondere Nanoröhrchen
in Frage. Geeignete Nanoröhrchen,
z.B. solche mit einem Durchmesser im Bereich von einigen, z.B. 1
nm, bis einigen Hundert Nanometer, z.B. 900 nm, können aus
einem Kunststoffmaterial wie Polytetrafluorethylen, Polystyrol und
Polymethylmethacrylat, wie in Science, 14. Juni 2002, beschrieben,
gefertigt sein. Geeignete Kohlenstoff-Nanoröhrchen lassen sich z.B. gemäß den in
der
DE 102 57 025
A1 und
EP
1 059 266 A1 sowie bei Iijima S., Nature, 354, 56–58 (1991),
und Ebbesen T.W. und Ajayan P.M., Nature, 358, 195–196 (1992),
offenbarten Verfahren erhalten.
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Hierbei
ist von Vorteil, wenn die durchschnittliche Länge und/oder Breite der eingesetzten
Nanopartikel im Bereich von 10 bis 700 nm, insbesondere im Bereich
von 20 bis 500, vorzugsweise 250, nm, und die durchschnittliche
Dicke bzw. der Radius dieser Nanopartikel im Bereich von 1 bis 250
nm, bevorzugt von 1 bis 80 nm, besonders bevorzugt von 1 bis 50
nm und insbesondere von 1 bis 10 nm, liegt.
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Bevorzugt
lassen sich Nanopartikelvorstufenmaterialien mittels Scherung in
einer Knet- oder Compoundereinheit und/oder der Plastifiziereinheit
in geeignete Nanopartikel zerteilen und/oder defolieren.
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Grundsätzlich kann
auf chemische wie physikalische Treibmittel oder auf Mischungen
beider Treibmitteltypen zurückgegriffen
werden. Als geeignete chemische Treibmittel kommen z.B. Azo- und Diazoverbindungen,
insbesondere Azodicarbonsäurediamid,
Sulfohydrazide, Semicarbazide, Zitronensäure und deren Ester, Peroxo-,
Triazin-Tetrazol-, Tetrazon- oder Tetramin-Verbindungen und Alkali-
oder Erdalkalicarbonate, insbesondere Bicarbonatverbindun gen, in
Frage. Geeignete physikalische Treibmittel stellen Wasser, Methanol,
Ethanol, Dimethyl-ether, Methan, Ethan, i- oder n-Propan, n-Butan, n-
oder i-Pentan, Cyclopentan, Hexane, Heptane, Heptene, Benzol und
seiner Derivate, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Kohlendioxid oder
Stickstoff oder dergleichen dar. Die genannten gesättigten
und ungesättigten
Kohlenwasserstoffe können
in jeder isomeren Form eingesetzt werden. Besonders zufriedenstellende
Resultate stellen sich bei Verwendung von Wasser, Kohlendioxid und
Stickstoff ein.
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Insbesondere
um eine gute Oberfläche
des geschäumten
Formkörpers
zu erhalten, ist es empfehlenswert, dass Wasser, Kohlendioxid und
Stickstoff in superkritischem Zustand eingesetzt werden.
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Zu
einer makellosen Oberfläche
trägt ebenfalls
bei, dass das Formwerkzeug, insbesondere bei Verwendung thermoplastischer
Ausgangsmaterialien, oder zumindest ein Bereich des Formwerkzeugs oder
zumindest ein Bereich der Innenseite des Formwerkzeugs zumindest
während
eines Abschnitts des Befüllvorgangs
mit der Polymerschmelze und/oder zumindest während eines Teils des Abkühlvorgangs der
das Formteil bildenden Formmasse eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur,
insbesondere oberhalb der Erweichungstemperatur der das Formteil
bildenden Formmasse, aufweist. Geeignete Formwerkzeuge, mit denen
die Werkzeugwand auf eine hohe Temperatur, z.B. nahe der Schmelztemperatur
der Formmasse im Augenblick der Berührung der Schmelze eingestellt
werden kann, sind entweder bereits kommerziell erhältlich oder
können
ohne weiteres auf dem Fachmann bekannte Weise konstruiert werden.
Beispielsweise können
derartige Werkzeuge Temperierkanäle
im Bereich der Werkzeugoberfläche
aufweisen, die mit einem Dampfkreislaufsytem verbunden sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass, insbesondere
für die
Herstellung von Profilen oder Formteilen aus teilkristallin erstarrenden
Thermoplasten, zumindest ein Teil wenigstens der Oberfläche des
Formwerkzeugs eine Temperatur aufweist, die etwa 5°C bis 20°C unterhalb
der Erweichungstemperatur oder der Kristallisationstemperatur der
das Formteil oder Profil bildenden Formmasse liegt.
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Bevorzugt
ist ferner, wenn für
die Herstellung von Profilen oder Formteilen aus amorph erstarrenden
Schmelzen zumindest ein Teil wenigstens der Oberfläche des
Formwerkzeugs eine Temperatur aufweist, die etwa 5°C bis 30°C oberhalb
der Erweichungstemperatur der das Formteil oder Profil bildenden
Formmasse liegt.
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Ein
vorteilhafter Effekt in Bezug auf die Oberflächeneigenschaften der geschäumten Kunststoffformteile
stellt sich ebenfalls ein, wenn zumindest ein Teil, insbesondere
wenigstens der Oberfläche,
des Formwerkzeugs schlecht wärmeleitend
ausgeführt ist.
Unter schlecht wärmeleitend
im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen z.B. Werkzeuge aus Stahl, insbesondere
hochlegierten Stählen,
und/oder Titan verstanden werden. Geeignete schlecht wärmeleitende
Materialien stellen auch Keramik und Kunststoffe dar. Ferner ist
es möglich,
alternativ oder zusätzlich,
die Innenwand des Formwerkzeugs zumindest bereichsweise mit mindestens
einer wärmedämmenden
Schicht oder Beschichtung, z.B. einer Kunststoff- oder Keramikbeschichtung,
zu versehen. Geeignete Kunststoffbeschichtungen gehen z.B. zurück auf Polystyrol,
auch syndiotaktisches Polystyrol, oder Polytetrafluorethylen (PTFE)
oder auf geeignete Kunststoffharze wie Phenol-, Epoxy-, Polyester-
oder Siliconharze. Im allgemeinen sind bereits Schichtdicken im
Bereich von 0,2 bis 0,8 mm ausreichend, wobei eine Schichtdicke
von etwa 0,4 mm sich für
viele Anwendungen als ausreichend erwiesen hat.
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Selbstverständlich ist
es unabhängig
von der Qualität
der erhaltenen Oberfläche
möglich,
dass man vor dem Befüllen
des Formwerkzeugs mit der Polymerschmelze zumindest auf einen Teil
der Oberfläche
des Formwerkzeugs eine Folienschicht auflegt. Verfahren zum Hinterschäumen von
Folien sowie die für
diese Verfahren in Frage kommenden Folien sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auf handelsüblichen
Spritzgießvorrichtungen,
Pressanlagen oder Extrudern vorgenommen werden, weshalb die Plastifiziereinheit
ein Bestandteil einer solchen Vorrichtung oder eine solche Vorrichtung
selber darstellen kann. Geeignete Pressanlagen umfassen z.B. eine
Presse sowie das zugehörige
Werkzeug.
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Eine
geeignete Anlagenkombination zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
beispielsweise aus einer Spritzgießmaschine bestehen, die mit
einem wärmeisolierten
und druckfesten Einlasstrichter versehen ist, der wiederum über eine
Schleuse mit einem ersten Behältnis
in Form eines Autoklaven verbunden ist, in welchem das partikuläre Kunststoffausgangsmaterial
mit dem Treibmittel behandelt, insbesondere gesättigt, wird. Das mit dem Treibmittel
behandelte Kunststoffausgangsmaterial kann sodann je nach Bedarf über eine Schleuse
und den Einlasstrichter der Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine
zudosiert werden. Dieses Material wird von der Plastifizierschnecke
erfasst und eingezogen.
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Vom
besonderem Vorteil ist ferner, dass auf prepolymere- und/oder polymere
Ausgangsmaterialien, insbesondere in Form von Kunststoffgranulaten, zurückgegriffen
werden kann, die neben den Nanopartikeln oder den Nanopartikelvorstufenmaterialien ebenfalls
bereits mindestens ein chemisches und/oder physikalisches Treibmittel
enthalten. Dabei können
diese Ausgangsmaterialien im vollständig ungeschäumten wie
auch bereits im vor- bzw. angeschäumten Zustand vorliegen und
für das
erfindungsgemäße Verfahren
eingesetzt werden. Die Verwendung dieser erfindungsgemäßen Ausgangsmaterialen
vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren
erheblich und macht die separate Zugabe von Treibmitteln und Nanopartikeln überflüssig. Hierbei ist
weiterhin von Vorteil, dass diese Kunststoffausgangsmaterialien
bzw. -granulate selber nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden
können.
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Eine
Granulierung der Polymerschmelze nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
unter Ausbildung von ungeschäumtem
Granulat kann z.B. in der Weise vonstatten gehen, dass in der Plastifiziereinheit
oder dem Mischaggregat der Druck derart hoch gehalten wird, dass
dem in diese Vorrichtungen eingebrachten Treibmittel nicht die Möglichkeit
zu schäumen
gegeben wird. Vielmehr verbleibt das Treibmittel gelöst in der
Schmelze. In einer geeigneten Ausführungsform kann die Plastifiziereinheit
oder das Mischaggregat z.B. in Richtung oder im Bereich des Schmelzeaustrags
mindestens eine Kühlstrecke aufweisen,
beispielsweise in Form eines Abkühlextruders,
so dass bei der Austragung der Schmelze aus dem Werkzeug das Treibmittel
in dem erstarrten bzw. erstarrenden un- oder nur angeschäumten Granulat
ver bleibt. In einer Ausgestaltung kann dieses bereits heruntergekühlte Schmelzematerial
z.B. unmittelbar in ein gekühltes
Wasserbad unter Ausbildung eines Granulats unter bekannten Bedingungen eingebracht
werden. Folglich liegen in diesem ungeschäumten Granulat die Nanopartikel
und das Treibmittel nebeneinander vor. Selbstverständlich ist
es möglich,
die Temperatur- und/oder Druckführung
in der vorangehend beschriebenen Verfahrensvariante derart zu führen, dass
das Granulat nur geringfügig geschäumt, d.h.
an- bzw. vorgeschäumt
wird und dass noch stets soviel Treibmittel in dem Granulat vorliegt,
dass es für
die Herstellung geschäumter Formteile
oder Profile eingesetzt werden kann. Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, nicht
nur erfindungsgemäße ungeschäumte Granulate
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellen. Auch können
Formteile und Profile im an- bzw. vorgeschäumten Zustand erhalten werden,
so dass bei deren erneuter Erwärmung
die vollständige
Schäumung
herbeigeführt
werden kann.
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Die
erfindungsgemäßen un-
bzw. vorgeschäumten
Kunststoffausgangsmaterialien haben zudem den Vorteil, als Masterbatch
eingesetzt und vertrieben werden zu können. Über die Beimengung eines Kunststoffausgangsmaterials,
das kein Treibmittel enthält,
kann im Wege einer gezielten Abmagerung eine gewünschte Porendichte bzw. -verteilung eingestellt
werden. Die erfindungsgemäßen Kunststoffausgangsmaterialien
lassen sich z.B. vor der Einbringung in eine Plastzifiziereinheit
oder ein Mischaggregat homogen vermengen. Des weiteren kann das
erfindungsgemäße Ausgangsmaterial
zu dem bereits in der Plastifiziereinheit, insbesondere zumindest
partiell als Polymerschmelze vorliegenden Ausgangsmaterial, das
kein Treibmittel enthält,
zugegeben werden. Selbstverständlich
ist auch eine umgekehrte Vorgehensweise möglich.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
sind geschäumte
Kunststoffformteile zugänglich,
die sich durch eine sehr gleichmäßige, feinporige
Schaumstruktur auszeichnen mit durchschnittlichen Porengrößen kleiner
100 μm,
vorzugsweise kleiner 10 μm und
besonders bevorzugt kleiner 1 μm.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffkörper verfügen demnach über durchschnittliche
Porengrößen, die
kleiner sind als die Porengrößen von
herkömmlichen
aus dem Stand der Technik bekannten geschäumten Körpern. Geeignete erfindungsgemäße Formkörper, Pro file oder
Granulate verfügen
z.B. über
durchschnittliche Porengrößen im Bereich
von 0,1 bis 10 μm.
Die derart erhaltenen Formteile zeigen praktisch keine Schwindung,
wodurch es möglich
ist, ohne Nachdruck zu arbeiten. Ebenfalls treten Eigenspannungen nicht
oder nur noch untergeordnet auf, weshalb ein Bauteilverzug nicht
mehr festgestellt wird. Von besonderem Vorteil ist weiterhin, dass
die erhaltene Polymerschmelze ein Arbeiten mit größeren bzw.
leichteren Schließeinheiten
zulässt.
Insbesondere zeichnen sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen
Kunststoffformteile jedoch durch eine optisch einwandfreie Oberfläche aus,
die z.B., ohne dass weitere Korrekturschritte erforderlich sind,
bereits ausreicht, um Sichtanwendungen im Automobilbau zuzulassen.
Von besonderem Vorteil ist weiterhin das sehr hohe Maß an Schall-
und Erschütterungsdämpfung,
das sich mit den erfindungsgemäßen Kunststoffkörpern erzielen
lässt.
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Ohne
die Details zu kennen, die ursächlich für den festgestellten
Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind, wird gegenwärtig
vermutet, dass unter den gefundenen Verfahrensbedingungen in einer Polymerschmelze
aus mit einem Treibmittel gesättigten
Kunststoffgranulat und Nanopartikeln eine Vielzahl sehr kleiner
Keime vorliegen, die als Ausgangspunkt für die festgestellte feinteilige
Porenbildung dienen. Hierbei dürfte
von Bedeutung sein, dass dafür
Sorge getragen wird, dass der Überdruck
des Gases in dem Keim ausreichend groß ist, um die Oberflächenspannung
zu überwinden.
Die Oberflächenspannung
verhält
sich bekanntermaßen
umgekehrt proportional zu der Größe der Grenzfläche, welche der
Keim für
die sich bildende Blase abgibt. Demgemäß benötigt man für Keime mit einem Durchmesser von
etwa 500 nm einen relativ hohen Überdruck
des Treibmittels an der Oberfläche
des Keimes. Wie vorausgehend ausgeführt, kommen hierfür insbesondere
Kunststoffausgangsmaterialien in Frage, die für einige Zeit in einem physikalischen
oder chemischen Treibmittel, insbesondere in überkritischem Kohlendioxid
oder Stickstoff, gelagert worden sind.
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Die
in der voranstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.