DE102004049060A1 - Polymer foam particle moulding, is formed by placing the particles in a mould, closing the mould, subjecting the particles to a microwave absorbing medium, and the microwaves - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Polymerschaumpartikeln.The The invention relates to a process for the production of moldings Polymer foam particles.
Bei einem aus der WO 90/08642 A1 bekannten Verfahren werden geschäumte oder vorgeschäumte Polymerpartikel mit einem Mikrowellen absorbierenden Medium versetzt und in eine Form eingebracht. Anschließend wird das Mikrowellen absorbierende Medium mittels Mikrowellenenergie erhitzt und verdampft. Der Dampf verteilt sich gleichmäßig in der Form, insbesondere in den Zwischenräumen der Polymerpartikel. Durch die Temperatur des Dampfs werden die Polymerpartikel miteinander verschweißt. Die Temperatur des Dampfs kann durch Aufbringen eines Drucks in der Form erhöht werden.at A method known from WO 90/08642 A1 is foamed or prefoamed Polymer particles mixed with a microwave absorbing medium and placed in a mold. Subsequently, the microwave is absorbing Medium heated by microwave energy and evaporated. The steam distributed evenly in the Shape, especially in the interstices of the polymer particles. By the temperature of the steam becomes the polymer particles with each other welded. The temperature of the steam can be adjusted by applying a pressure in the form increased become.
Aus Ziegler, Maik: Verarbeitung und Werkstoffverhalten von extrudierten Polypropylen-Partikelschäumen/Maik Ziegler – Stuttgart: Fraunhofer IRB-Verl., 2000 (Wissenschaftliche Schriftenreihe des Fraunhofer ICT; Bd. 31) ist ein ähnliches Verfahren bekannt. Dabei werden die in der Form aufgenommenen Polymerpartikel mit Wasser benetzt. Anschließend wird das Wasser unter Verwendung von Mikrowellenenergie in Heißdampf umgewandelt und damit die Polymerschaumpartikel miteinander verschweißt. Zur Erzeugung des Heißdampfs ist die Einkopplung hoher Mikrowellenenergie erforderlich. Dabei kann es innerhalb eines von der Form umschlossenen Hohlraums zu lokalen Überhitzungen oder so genannten hot-spots kommen. In diesen Bereichen kann die Temperatur soweit ansteigen, dass die Polymerschaumpartikel unerwünschterweise zerstört werden. Mit dem bekannten Verfahren ist insbesondere eine fehlerfreie Herstellung besonders dickwandiger Formkörper oder Formblökken nicht gewährleistet.Out Ziegler, Maik: Processing and material behavior of extruded Polypropylene particle foams / Maik Ziegler - Stuttgart: Fraunhofer IRB Verl., 2000 (Scientific Series of the Fraunhofer ICT; Vol. 31) is a similar one Known method. In the process, the polymer particles taken up in the mold become wetted with water. Subsequently The water is converted into superheated steam using microwave energy and thus the polymer foam particles welded together. to Generation of superheated steam the coupling of high microwave energy is required. there it may be within a cavity enclosed by the mold too local overheating or so-called hot-spots come. In these areas, the Temperature rise so far that the polymer foam particles undesirable be destroyed. With the known method is in particular a faultless production particularly thick-walled shaped body or form blocks not guaranteed.
Aus
der
Die
Die
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Des Weiteren ist es nach dem Stand der Technik allgemein bekannt, in einer geschlossenen Form aufgenommene Polymerschaumstoffpartikel durch Einleiten von überhitztem Dampf miteinander zu verschweißen. Dabei tritt allerdings das Problem auf, dass ein Verschweißen vor allem im Bereich von an das Werkzeug angeschlossenen Dampfdüsen stattfindet. Die verschweißten Polymerschaumpartikel bilden eine Barriere für den überhitzten Dampf, so dass im Inneren des Formkörpers die Polymerschaumpartikel häufig nicht oder unvollständig verschweißt sind. Das bekannte Verfahren eignet sich insbesonde re nicht zur Herstellung von Formkörpern mit einer großen Dicke.Furthermore, it is well known in the art to weld polymer foam particles received in a closed mold by introducing superheated steam. However, there is the problem that welding takes place above all in the area of steam nozzles connected to the tool. The welded polymer foam particles form a barrier to the superheated steam, so that the polymer foam particles are often not welded or incomplete inside the molded body. The known method is in particular not suitable for the production of molded articles with a large thickness.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein universelles Verfahren angegeben werden, mit dem auf möglichst einfache und kostengünstige Weise Formkörper mit einer großen Dicke aus Polymerschaumpartikeln herstellbar sind.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. In particular, a universal method should be specified, with the on as possible simple and inexpensive Way moldings with a big one Thickness of polymer foam particles can be produced.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.These The object is solved by the features of claim 1. Expedient refinements result arising from the features of the claims 2 to 12.
Nach
Maßgabe
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus
Polymerschaumstoffpartikeln mit folgenden Schritten vorgesehen:
Einbringen
von Polymerschaumpartikeln in eine Form,
Schließen der
Form,
Beaufschlagen der Polymerschaumpartikel mit einem aus
einem Mikrowellen absorbierenden Medium gebildeten Dampf, wobei
eine Dampftemperatur unterhalb einer Schmelztemperatur des die Polymerschaumpartikel
bildenden Polymers liegt und
Beaufschlagen der vom Dampf umspülten Polymerschaumpartikel
mit Mikrowellenenergie.According to the invention, a method for producing a shaped article of polymer foam particles is provided with the following steps:
Introducing polymer foam particles into a mold,
Closing the mold,
Impinging the polymer foam particles with a vapor formed from a microwave-absorbing medium, wherein a vapor temperature is below a melting temperature of the polymer foam particles forming polymer and
Applying microwave energy to the polymer foam particles pervaded by the steam.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von Formkörpern mit einer großen Dicke. Durch lokale Überhitzungen oder hot-spots bedingte Fehler im Inneren der Formkörper werden vorteilhafterweise vermieden. Das Verfahren ist einfach und kostengünstig durchführbar. Es eignet sich insbe sondere auch zur Herstellung von Formkörpern aus Polymerschaumpartikeln, welche keine Mikrowellen absorbieren.The inventive method is suitable for the production of moldings with a large thickness. Due to local overheating or hot spots are conditional errors inside the molded body advantageously avoided. The method is simple and inexpensive to carry out. It is suitable in particular special for the production of moldings Polymer foam particles that do not absorb microwaves.
Nach einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden in die Form eingebrachte Polymerschaumpartikel zunächst mit einem Mikrowellen absorbierenden Medium, z. B. Wasserdampf, unter geringem Druck umspült. Damit werden eine homogene Füllung der Form sowie eine homogene Benetzung der Polymerschaumpartikel mit dem Medium gewährleistet. Die Temperatur des Mediums ist dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass ein Verschweißen der Polymerschaumpartikel nicht stattfindet. Im Anschluss daran werden die mit dem Medium benetzten Polymerschaumpartikel mit Mikrowellenenergie beaufschlagt. Infolgedessen kommt es zu einer Temperatur- und/oder Druckerhöhung, wodurch ein Verschweißen der Polymerschaumpartikel erreicht wird. Dabei wird die Mikrowellenenergie besonders von kondensierten Anteilen des Dampfs absorbiert. Die kondensierten Phasen werden beim Beaufschlagen mit Mikrowellenenergie sofort wieder verdampft.To An essential aspect of the invention is incorporated into the mold Polymer foam particles first with a microwave absorbing medium, e.g. B. steam, lapped under low pressure. This will be a homogeneous filling the shape and a homogeneous wetting of the polymer foam particles ensured with the medium. The temperature of the medium is advantageously chosen so that a welding the polymer foam particle does not take place. After that become the wetted with the medium polymer foam particles with microwave energy applied. As a result, there is a temperature and / or Pressure increase causing a welding the polymer foam particle is achieved. This is the microwave energy especially absorbed by condensed portions of the vapor. The condensed phases are when exposed to microwave energy immediately evaporated again.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, ein für Mikrowellen undurchlässiges Werkzeug zu verwenden. Damit kann eine besonders hohe homogene Verteilung der Mikrowellenenergie innerhalb eines Werkzeughohlraums bzw. Formhohlraums erreicht werden. Die Polymerschaumstoffpartikel werden besonders gleichmäßig verschweißt.When it has proved to be particularly advantageous, one for microwaves impermeable Tool to use. This allows a particularly high homogeneous distribution the microwave energy within a mold cavity or mold cavity be achieved. The polymer foam particles become special evenly welded.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vor einer Beaufschlagung des Formhohlraums mit Mikrowellenenergie zunächst eine Oberfläche der im Formhohlraum aufgenommenen Polymerschaumpartikel mit dem Medium erhöhter Temperatur beaufschlagt werden, so dass die Polymerschaumpartikel an der Oberfläche verschweißt werden. Dazu kann in diesem Schritt auch der Druck im Formhohlraum erhöht werden. Infolgedessen kommt es zu einem oberflächlichen Verschweißen der Polymerschaumpartikel. Im Inneren befindliches Medium kann anschließend oder auch gleichzeitig durch Einkoppeln von Mikrowellenenergie auf eine zum Verschweißen geeignete Temperatur erhöht werden. Gleichzeitig kann dadurch im Inneren des Formkörpers auch der Druck erhöht werden.To an advantageous embodiment of the method can before a Applying to the mold cavity with microwave energy first a surface the received in the mold cavity polymer foam particles with the Medium increased Temperature are applied, so that the polymer foam particles on the surface be welded. For this purpose, the pressure in the mold cavity can be increased in this step. As a result, there is a superficial welding of the polymer foam particles. Inside located medium can subsequently or simultaneously through Coupling of microwave energy to a suitable for welding Temperature can be increased. At the same time, the pressure inside the molded body can also be increased.
Die Polymerschaumpartikel können beispielsweise aus Polyolephinen, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder dgl. oder aus Polystyrol (PS), Copolymeren oder Polymer-Blends hergestellt sein. Vorteilhafterweise bestehen die Polymerschaumpartikel aus expandiertem Polyethylen (EPE), expandiertem Propylen (EPP), expandierbarem Polystyrol (EPS) oder Copolymeren hiervon. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, den Polymerschaumpartikeln ein Treibmittel zuzusetzen, welches sich bei der Einwirkung von Hitze und/oder Mikrowellen zersetzt. Die Polymerschaumpartikel können aber auch mit einem Treibmittel beladen sein, welches aus einem Mikrowellen absorbierenden Material hergestellt sein kann.. Das ermöglicht ein weiteres Expandieren der Polymerschaumpartikel.The Polymer foam particles can for example, from Polyolephinen, such as polyethylene (PE), polypropylene (PP) or the like. Or of polystyrene (PS), copolymers or polymer blends be prepared. Advantageously, the polymer foam particles exist expanded polyethylene (EPE), expanded propylene (EPP), expandable polystyrene (EPS) or copolymers thereof. After a Another advantageous embodiment is provided, the polymer foam particles to add a propellant, which is in the action of Heat and / or microwaves decomposed. But the polymer foam particles can also be loaded with a propellant, which consists of a microwave absorbent material can be made .. That allows one further expanding the polymer foam particles.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere eine aus einem für Mikrowellen undurchlässigen Material hergestellte Form. Es kann sich dabei um eine metallische Form handeln. Die Form ist zweckmäßigerweise mit Düsen zum Einblasen von heißem Dampf, z. B. Wasserdampf, versehen. Ferner weist die Form mindestens ein Mikrowellentransparentes Fenster auf, an dem ein mit einem Magnetron oder Klystron verbundener Mikrowellenhohlleiter angebracht ist. Anstelle des Magnetrons oder Klystrons können Hochfrequenzgeneratoren mit geeigneten Spulen oder Leistungstransistoren eingesetzt werden. Die Frequenzen der Mikrowellen erzeugenden Vorrichtungen liegen üblicherweise im Bereich von 300 MHz bis 30 GHz. Vorzugsweise werden die ISM-Frequenzen 435 MHz, 915 MHz und 2,45 GHz verwendet. Die für den jeweiligen Anwendungsfall optimal geeigneten Frequenzen können empirisch oder rechnerisch mittels Simulation ermittelt werden. Das Mikrowellentransparente Fenster kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Quarz oder Al2O3 hergestellt sein. Anstatt des Mikrowellenhohlleiters können auch Coaxialsysteme, Mikrowellenantennen und dgl. verwendet werden. Je nach herzustellendem Volumen des Formkörpers können auch mehrere Mikrowellen erzeugende Vorrichtungen vorgesehen sein, welche an verschiedenen Wänden der Form angebracht sein können.For carrying out the method according to the invention, in particular, a mold made of a microwave-impermeable material is suitable. It can be a metallic form. The mold is conveniently with nozzles for blowing hot steam, for. As water vapor, provided. Further, the mold has at least one microwave-transparent window to which a microwave waveguide connected to a magnetron or klystron is attached. Instead of the magnetron or klystron, high-frequency generators with suitable coils or leis tungsten transistors are used. The frequencies of the microwave generating devices are usually in the range of 300 MHz to 30 GHz. Preferably, the ISM frequencies 435 MHz, 915 MHz and 2.45 GHz are used. The frequencies which are optimally suitable for the respective application can be determined empirically or mathematically by means of simulation. The microwave-transparent window can be made, for example, from polytetrafluoroethylene (PTFE), quartz or Al 2 O 3 . Instead of the microwave waveguide, coaxial systems, microwave antennas and the like can also be used. Depending on the volume of the shaped body to be produced, it is also possible to provide a plurality of microwave-generating devices which can be attached to different walls of the mold.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Polymerpartikel im Bereich der Oberfläche eines daraus hergestellten Formteils durch Beaufschlagen mit Heißdampf verschweißt werden, dessen Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polymers liegt. Die Oberfläche des hergestellten Formteils befindet sich in der Regel in der Nähe einer Innenwand eines von der Form umschlossenen Formhohlraums. In diesem Bereich ist wegen Reflexionen der Mikrowellen an der Wand des Formhohlraums die Mikrowellenenergie u. U. sehr gering. Infolgedessen kann es sein, dass in diesem Bereich durch die Mikrowellenenergie hier kein vollständiges Verschweißen der Polymerschaumpartikel hervorgerufen wird. Insbesondere bei Blöcken oder sehr dickwandigen Bauteilen reicht mitunter auch die durch die Einkopplung der Mikrowellenenergie im Inneren der Form bewirkte Temperaturerhöhung nicht aus, um ein vollständiges Verschweißen der Polymerschaumpartikel im Bereich der Innenwand zu bewirken. In diesem Fall kann ein vollständiges Verschweißen durch ein zusätzliches Beaufschlagen der Polymerschaumpartikel im Bereich der Innenwand mit dem Heißdampf erreicht werden. Gleichzeitig kann der Druck in der Form auf bis zu 10 bar erhöht werden. Die vorgenannten Maßnahmen bewirken die Ausbildung einer besonders guten Oberfläche des Formkörpers.To a particularly advantageous embodiment is provided that the polymer particles in the region of the surface of a molded part produced therefrom by applying hot steam welded whose temperature is above the melting temperature of the polymer lies. The surface The molded part is usually located near one Inner wall of a mold cavity enclosed by the mold. In this Range is due to reflections of the microwaves on the wall of the mold cavity the microwave energy u. U. very low. As a result it can be that in this area by the microwave energy here no complete weld together the polymer foam particle is caused. Especially with blocks or very thick-walled components sometimes also reaches through the coupling the microwave energy inside the mold does not cause temperature increase out to a complete one weld together to cause the polymer foam particles in the region of the inner wall. In this case, a complete weld together by an additional charge the polymer foam particles in the region of the inner wall can be achieved with the superheated steam. At the same time, the pressure in the mold can be increased up to 10 bar. The above measures cause the formation of a particularly good surface of the Molding.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Dampf und/oder der Heißdampf durch an der Innenwand der Form vorgesehene Düsen eingebracht wird. Dabei kann der Dampf und/oder der Heißdampf in einem außerhalb der Form vorgesehenen und mit den Düsen verbundenen Dampferzeuger hergestellt werden. Bei dem Dampferzeuger kann es sich um einen herkömmlichen Dampferzeuger handeln. Bei der Wahl der Form und der Düsen kann auf ein herkömmliche Form mit geeigneten Düsen zurückgegriffen werden.To A further embodiment provides that the steam and / or the hot steam through provided on the inner wall of the mold nozzles is introduced. there may be the steam and / or the superheated steam in an outside the shape provided and connected to the nozzle steam generator getting produced. The steam generator can be a usual Steam generators act. When choosing the shape and the nozzles can on a conventional form with suitable nozzles resorted become.
Die Polymerschaumpartikel im Inneren eines daraus hergestellten Formkörpers können im Wesentlichen durch die Einwirkung der Mikrowellenenergie miteinander verschweißt werden. Durch die Einwirkung der Mikrowellenenergie wird der die Polymerschaumpartikel umspülende Dampf auf eine Temperatur erhitzt, welche oberhalb der Schmelztemperatur des Polymers liegt, aus der die Polymerschaumpartikel hergestellt sind. Es bedarf dazu vorteilhafterweise nicht der Einkopplung einer besonders hohen Mikrowellenenergie. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, die zur Erzeugung eines Dampfs erforderliche Energie bereitzustellen. Es ist lediglich erforderlich, einen bereits außerhalb der Form erzeugten Dampf in die Form einzuleiten und dort mittels Mikrowellenenergie weiter aufzuheizen. Infolge der dafür erforderlichen relativ geringen Mikrowellenenergie kann sicher und zuverlässig die Bildung von lokaler Überhitzung bzw. hot-spots vermieden werden, welche zu einer lokalen Zerstörung der Struktur des Formkörpers im Inneren führen können.The Polymer foam particles in the interior of a molded body produced therefrom can in Essentially by the effect of microwave energy with each other welded become. The effect of the microwave energy is the Polymer foam particles rinsing around Steam heated to a temperature which is above the melting temperature of the polymer from which the polymer foam particles are made are. Advantageously, this does not require the coupling of a particularly high microwave energy. According to the inventive method it is not necessary that required for the generation of a vapor Provide energy. It is only necessary to have one already outside to initiate the mold generated steam in the mold and there by means Continue to heat up microwave energy. As a result of the required relative low microwave energy can safely and reliably the Formation of local overheating or hot spots are avoided, leading to a local destruction of the Structure of the molding lead inside can.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Beaufschlagen der vom Dampf umspülten Polymerschaumpartikel mit Mikrowellenenergie und das Beaufschlagen mit Heißdampf gleichzeitig durchgeführt wird. Damit kann das Verfahren besonders schnell und effizient durchgeführt werden. Außerdem wird bei einem gleichzeitigen Beaufschlagen mit Mikrowellenenergie und Heißdampf der Druck in der Form erhöht. Das bewirkt eine Erhöhung der Dampftemperatur. Daraus hergestellte Formkörper weisen eine besonders hohe Festigkeit auf.To A further embodiment of the method provides that the impingement of the steam-blown polymer foam particles with microwave energy and applying hot steam simultaneously carried out becomes. Thus, the process can be carried out particularly quickly and efficiently. Furthermore is at a simultaneous application of microwave energy and superheated steam the pressure in the mold increases. This causes an increase the steam temperature. Moldings produced from this have a particularly high Strength on.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, das Beaufschlagen mit Heißdampf nach dem Beaufschlagen der vom Dampf umspülten Polymerschaumpartikel mit Mikrowellenenergie durchzuführen. Bei der vorgeschlagenen Verfahrensvariante wird eine geringere Menge an Heißdampf benötigt, da der Heißdampf nicht mehr in die bereits verdichteten Bereiche im Inneren des herzustellenden Formkörpers eindringen kann.To In a further embodiment, it is also possible to apply the Hot steam after the application of the steam-rinsed polymer foam particles to perform with microwave energy. In the proposed process variant is a smaller amount needed at superheated steam because the hot steam no longer in the already densified areas inside the produced molding can penetrate.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Polymerschaumpartikel vor dem Einbringen in die Form, beispielsweise durch Gasdruck, komprimiert werden. Die, vorzugsweise bis zum 30% ihres ursprünglichen Vollumens, komprimierten Polymerschaumpartikel expandieren nach dem Einbringen in die Form. Durch die Expansion kann eine besonders vollständige Füllung der Form erreicht und eine gewünschte Dichte eingestellt werden.To A further embodiment provides that the polymer foam particles compressed prior to introduction into the mold, for example by gas pressure become. The, preferably up to 30% of their original Vollumens, compressed polymer foam particles expand after the introduction into the form. The expansion can be a special full filling reached the shape and a desired Density can be set.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Bei
dem in
In
Bei
dem in
Bei
dem in
Bei
dem in
Nach
Abkühlen
auf eine vorgegebene Temperatur und bei Erreichen eines vorgegebenen
Restschaumdrucks wird schließlich
das Werkzeug
Mit
dem vorgeschlagenen Verfahren können Formkörper
- 11
- PolymerschaumpartikelPolymer foam particles
- 22
- Druckbehälterpressure vessel
- 33
- WerkzeugTool
- 44
- MikrowellenhohlleiterMicrowave waveguide
- 55
- Mikrowellengeneratormicrowave generator
- 66
- Werkzeughohlraummold cavity
- 77
- Öffnungopening
- 88th
- weitere Öffnungfurther opening
- 99
- Formkörpermoldings
- 1010
- Werkzeugsegmenttool segment
- DD
- Dampfsteam
- HDHD
- Heißdampfsuperheated steam
- WW
- Wasserwater
- LL
- Luftair
Claims (12)
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