DE102015207597A1

DE102015207597A1 - Method and device for determining the open cell content of flexible foams

Info

Publication number: DE102015207597A1
Application number: DE102015207597.4A
Authority: DE
Inventors: Kerstin Uslu; Dominik Kohlhoff; Helga Puppe; Maria Thomas; Rüdiger Viereck
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen umfassend die Schritte: a) Eingeben von Ausgangsprodukten des Schaumstoffs in ein Prüfgefäß (22), b) Aufschäumen der Ausgangsprodukte bzw. der Reaktionsprodukte zu einem Schaumstoff (24), c) Eindrücken eines Stempels (26) in den Schaumstoff (24) im Prüfgefäß (22), wobei die für das Eindrücken notwendige Kraft und/oder die Eindrücktiefe gemessen wird, wobei aus den Messwerten die Offenzelligkeit des Schaumstoffs (24) bestimmt wird, ermöglicht es, Schaumstoffe zu charakterisieren.A method for determining the open-celledness of foams, comprising the steps of: a) introducing starting materials of the foam into a test vessel (22), b) foaming the starting products or the reaction products into a foam (24), c) pressing in a stamp (26) in the foam (24) in the test vessel (22), wherein the force required for the impressions and / or the indentation depth is measured, from the measured values, the open-cell nature of the foam (24) is determined, it is possible to characterize foams.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen, bei dem ein Stempel in den Schaumstoff eingedrückt wird und dabei die für das Eindrücken notwendige Kraft und/oder die Eindrücktiefe gemessen werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. The invention relates to a method for determining the open-celledness of foams, in which a stamp is pressed into the foam and thereby the force required for the impressions and / or the indentation depth are measured. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out the method.

Schaumstoffe, insbesondere Weichschaumstoffe, werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt. Beispielsweise werden Weichschaumstoffe als Polstermaterial in Sitzmöbeln, in Matratzen oder in Sitzkissen oder als Teppichrückenmaterial eingesetzt. Ein häufig verwendeter Weichschaumstoff ist PUR-Weichschaumstoff, ein offenzelliger Polyurethanschaumstoff. Foams, in particular soft foams, are used in a large number of products. For example, flexible foams are used as upholstery material in seating furniture, in mattresses or in seat cushions or as a backing material. A commonly used soft foam is PUR flexible foam, an open-celled polyurethane foam.

PUR-Weichschaumstoffe können am Einsatzort durch Mischen flüssiger Komponenten hergestellt werden. Werden Polyole mit Isocyanaten und einem Treibmittel, zum Beispiel Wasser, vermischt, so reagiert das Polyol mit dem Isocyanat in einer Polyaddition zu dem Polyurethanschaum. Das Wasser reagiert mit einem Teil des Isocyanats, wobei Kohlendioxid freigesetzt wird und Gaseinschlüsse gebildet werden. Die Gaseinschlüsse bilden die Zellen des Schaumstoffs aus. PUR flexible foams can be produced on site by mixing liquid components. When polyols are mixed with isocyanates and a blowing agent, for example water, the polyol reacts with the isocyanate in a polyaddition to form the polyurethane foam. The water reacts with a portion of the isocyanate, releasing carbon dioxide and forming gas pockets. The gas pockets form the cells of the foam.

Wird den Ausgangsstoffen ein Zellöffner beigefügt, entsteht kein geschlossenzelliger Schaumstoff, sondern ein offenzelliger Weichschaumstoff. Dabei entscheidet der Anteil an offenen Zellen im Schaumstoff über dessen mechanischen Eigenschaften. Ein hoher Anteil an offenen Zellen bewirkt, dass der Schaumstoff weicher ist, er ist aber auch weniger elastisch und ein zu großer Anteil an offenen Zellen kann dazu führen, dass der Schaum wieder in sich zusammenfällt. Bei einem zu geringen Anteil an offenen Zellen wird der Schaumstoff zu hart. If a cell opener is added to the starting materials, no closed-cell foam is produced, but an open-celled soft foam. The proportion of open cells in the foam determines its mechanical properties. A high proportion of open cells causes the foam to be softer, but it is also less elastic and too much open cell content can cause the foam to collapse. If the proportion of open cells is too low, the foam becomes too hard.

Für den Einsatz des Schaumstoffs in einem Produkt werden in der Regel enge Grenzen für den mechanischen Parameter vorgegeben, so dass es wünschenswert ist, die Offenzelligkeit eines Schaumstoffs zu bestimmen. Ein dazu verwendetes Messverfahren muss, um zuverlässig auf die Eigenschaften des Schaumstoffs schließen zu können, die Offenzelligkeit des Schaumstoffs reproduzierbar ermitteln können. For the use of the foam in a product narrow limits are usually given for the mechanical parameters, so that it is desirable to determine the open-celledness of a foam. In order to be able to reliably conclude on the properties of the foam, a measuring method used for this must be able to reproducibly determine the open-cell nature of the foam.

Im Artikel „Softness measurements for open-cell foam materials and human soft tissue“ von W. Yu et al., erschienen in Measurement Science and Technology 17, 1785 (2006) , wird ein Kompressionstest zur Bestimmung der Weichheit eines offenzelligen Schaumstoffs vorgeschlagen. Dabei wird mit einer zylindrischen Sonde ein Probestück eines ausgehärteten Schaums eingedrückt, und die dazu notwendige Kraft gemessen. Die Sonde drückt den Schaum dazu mehrmals um eine Strecke ein, die 20% der Dicke des Schaumstoffstücks entspricht. Für die Messung wird die beim letzten Durchgang gemessene Kraft verwendet. Vor der Messung muss der Schaum aushärten, das heißt nach dem Aufschäumen wird der Schaumstoff vor der Messung 24 Stunden gelagert. in the Article "Softness measurements for open-cell foam materials and human soft tissue" by W. Yu et al., Published in Measurement Science and Technology 17, 1785 (2006) , a compression test is proposed to determine the softness of an open-celled foam. In this case, a specimen of a cured foam is pressed with a cylindrical probe, and measured the necessary force. The probe pushes the foam several times to a distance that corresponds to 20% of the thickness of the foam piece. For the measurement, the force measured during the last pass is used. Before the measurement, the foam must cure, that is, after foaming, the foam is stored for 24 hours before the measurement.

Nachteilig an den bekannten Messverfahren ist, dass das Ergebnis erst nach langer Zeit zur Verfügung steht, und dass die Reproduzierbarkeit von der Erfahrung des Laboranten, der die Messung durchführt, abhängig ist. Des Weiteren werden bei der Herstellung des Probestücks und durch das mehrmalige Eindrücken der Sonde vor der eigentlichen Messung bereits viele Zellwände in dem Schaum zerstört.A disadvantage of the known measuring method is that the result is available only after a long time, and that the reproducibility of the experience of the laboratory worker who performs the measurement is dependent. Furthermore, many cell walls in the foam are already destroyed in the production of the specimen and the repeated impressions of the probe before the actual measurement.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen bereitzustellen, mit dem der Grad der Offenzelligkeit des Schaumstoffs schnell und mit guter Reproduzierbarkeit ermittelt werden kann. It is therefore an object of the invention to provide a method for the determination of the open-celledness of foams, with which the degree of the open-cell nature of the foam can be determined quickly and with good reproducibility.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer entsprechenden Vorrichtung zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen. Another object of the invention is to provide a corresponding device for determining the open-celledness of foams.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen, umfassend die Schritte:

a) Eingeben von Ausgangsprodukten des Schaumstoffs in ein Prüfgefäß,
b) Aufschäumen der Ausgangsprodukte bzw. der Reaktionsprodukte zu einem Schaumstoff,
c) Eindrücken eines Stempels in den Schaumstoff im Prüfgefäß, wobei die für das Eindrücken notwendige Kraft und/oder die Eindrücktiefe gemessen wird,

wobei aus den Messwerten die Offenzelligkeit des Schaumstoffs bestimmt wird. The object is achieved by a method for determining the open-celledness of foams, comprising the steps:

a) introducing starting material of the foam into a test vessel,
b) foaming the starting products or the reaction products into a foam,
c) pressing a stamp into the foam in the test vessel, measuring the force and / or indentation depth required for the indentation,

wherein the measured values are used to determine the open-cell nature of the foam.

Im ersten Schritt a) des Verfahrens werden reaktionsfähige Ausgangsprodukte des Schaumstoffs in das Prüfgefäß eingegeben, worauf die Ausgangsprodukte miteinander reagieren und gemäß dem zweiten Schritt b) des Verfahrens zu einem Schaumstoff aufschäumen. Während des Aufschäumens steigt die Füllhöhe im Prüfgefäß an. Das Aufschäumen ist abgeschlossen, wenn die Füllhöhe des Schaumstoffs nicht länger ansteigt. Die Zeit, die zwischen dem Eingeben der Ausgangsprodukte und dem Abschluss des Aufschäumens vergeht, wird Steigzeit genannt. Die Ausgangsprodukte sind bevorzugt Ausgangsprodukte eines Weichschaumstoffs, insbesondere eines Polyurethan Weichschaumstoffs. Das Verfahren wird bevorzugt angewendet, um die Offenzelligkeit von Polyurethan Weichschaumstoffen zu bestimmen.In the first step a) of the process, reactive starting materials of the foam are introduced into the test vessel, whereupon the starting products react with one another and, according to the second step b) of the process, foam to give a foam. During foaming, the filling level in the test vessel increases. The foaming is completed when the filling height of the foam no longer increases. The time that elapses between the input of the starting products and the completion of the foaming is called rise time. The starting materials are preferably starting materials of a flexible foam, in particular a flexible polyurethane foam. The method is preferably used to determine the open celledness of flexible polyurethane foams.

Im dritten und letzten Schritt c) des Verfahrens wird ein Stempel in den frisch aufgeschäumten Schaumstoff eingedrückt. Dabei wird in einer Variante des Verfahrens die für das Eindrücken notwendige Kraft gemessen und in einer anderen Variante des Verfahrens die Eindrücktiefe bei einer vorgegebenen Kraft gemessen. Aus den so erhaltenen Messwerten wird anschließend auf die mechanischen Eigenschaften des Schaumstoffes und damit auf die Offenzelligkeit des Schaumstoffs geschlossen. Die Offenzelligkeit korreliert mit den mechanischen Eigenschaften des Schaumstoffs. Für einen Schluss auf die Offenzelligkeit oder die mechanischen Eigenschaften können die ermittelten Messwerte mit Referenzdaten verglichen werden. In the third and final step c) of the process, a stamp is pressed into the freshly foamed foam. In this case, in a variant of the method, the force required for the impressions is measured and in another variant of the method the indentation depth is measured at a predetermined force. The resulting measured values are then used to conclude the mechanical properties of the foam and thus the open-cell nature of the foam. The open cell density correlates with the mechanical properties of the foam. In order to conclude on the open-cell character or the mechanical properties, the determined measured values can be compared with reference data.

Die Referenzdaten können beispielsweise erhalten werden, indem an Referenzschaumstoffproben sowohl eine Messung mittels Eindrücken eines Stempels gemäß des vorgeschlagenen Verfahrens durchgeführt wird, als auch der Anteil an offenen Zellen im Schaumstoff über ein weiteres Verfahren wie beispielsweise Untersuchung unter einem Mikroskop ermittelt wird. The reference data can be obtained, for example, by carrying out measurements on the reference foam samples by pressing in a punch according to the proposed method, and also determining the proportion of open cells in the foam by a further method such as, for example, examination under a microscope.

Für die Messung gemäß Schritt c) wird der Schaumstoff nicht aus dem Prüfgefäß entnommen. Dadurch wird vermieden, dass dessen Eigenschaften durch das Entfernen aus dem Prüfgefäß verändert werden. Demnach verbleibt der Schaumstoff vom Schritt des Aufschäumens bis zumindest dem Abschluss der Messung im Prüfgefäß.For the measurement according to step c), the foam is not removed from the test vessel. This avoids that its properties are changed by the removal from the test vessel. Accordingly, the foam remains from the foaming step until at least the conclusion of the measurement in the test vessel.

In einer Variante des Verfahrens wird bei der Messung gemäß Schritt c) der Stempel von oben auf den Schaumstoff abgesenkt, bis dieser die Oberfläche des Schaumstoffs berührt und anschließend wird der Stempel um eine definierte Strecke in den Schaumstoff hineingedrückt, wobei die für das Eindrücken notwendige Kraft gemessen wird. In a variant of the method, in the measurement according to step c), the stamp is lowered from above onto the foam until it touches the surface of the foam and then the stamp is pressed into the foam by a defined distance, wherein the force required for the impressions is measured.

In einer anderen Variante des Verfahrens wird der Stempel von oben so weit in das Prüfgefäß mit dem Schaumstoff abgesenkt, bis der Schaumstoff auf eine vorgegebene Resthöhe eingedrückt ist. Die Resthöhe ist auf die verbleibende Höhe des Schaumstoffs in dem Prüfgefäß bezogen. Die Resthöhe wird in einer Ausführungsform der Erfindung fest vorgegeben. In anderen Ausführungsformen ist es denkbar, die Resthöhe als Prozentsatz der Steighöhe des Schaumstoffs zu definieren.In another variant of the method, the stamp is lowered from the top so far into the test vessel with the foam until the foam is pressed to a predetermined residual height. The residual height is based on the remaining height of the foam in the test vessel. The residual height is fixed in one embodiment of the invention. In other embodiments, it is conceivable to define the residual height as a percentage of the height of rise of the foam.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird gemäß Schritt c) der Stempel von oben auf den Schaumstoff abgesenkt, bis dieser die Oberfläche des Schaumstoffs berührt und anschließend solange in den Schaumstoff abgesenkt, bis eine vorgegebene Kraft zum Eindrücken in den Schaumstoff erreicht ist, wobei die Eindrücktiefe gemessen wird. Die Eindrücktiefe ist dabei die Strecke, um die der Stempel nach dem Berühren der Oberfläche des Schaumstoffs hinaus abgesenkt wurde. In a further variant of the method, the punch is lowered from above onto the foam according to step c) until it touches the surface of the foam and then lowered into the foam until a predetermined force is reached for pressing into the foam, wherein the Eindrücktiefe is measured. The indentation depth is the distance by which the stamp has been lowered after touching the surface of the foam.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Ausgangsprodukte nach dem Eingeben in das Prüfgefäß gemäß Schritt a) und vor dem Aufschäumen gemäß Schritt b) durchmischt. Dabei wird erreicht, dass die Ausgangsprodukte gleichmäßig verteilt sind und der Schaumstoff einheitliche Eigenschaften aufweist. In one embodiment of the process, the starting materials are thoroughly mixed after being introduced into the test vessel according to step a) and before foaming in step b). This ensures that the starting materials are evenly distributed and the foam has uniform properties.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird während des Aufschäumens gemäß Schritt b) die Steighöhe des Schaumstoffs im Prüfgefäß ermittelt. Dabei ist es in einer Variante denkbar, dass die gemessene Steighöhe ebenfalls bei der Bestimmung der Offenzelligkeit des Schaumstoffs berücksichtigt wird. Des Weiteren ist es denkbar, dass die Messung der Steighöhe dazu verwendet wird, um das Ende des Aufschäumens des Schaumstoffs zu erkennen. Das Aufschäumen des Schaumstoffs ist beendet, wenn die Steighöhe des Schaumstoffs im Prüfgefäß nicht mehr ansteigt. In a further embodiment of the method, the rise in height of the foam in the test vessel is determined during the foaming in step b). It is conceivable in a variant that the measured rise height is also taken into account in the determination of the open-cell nature of the foam. Furthermore, it is conceivable that the measurement of the rise height is used to detect the end of foaming of the foam. The foaming of the foam is completed when the height of rise of the foam in the test vessel no longer increases.

In einer Variante des Verfahrens wird die Steighöhe durch eine Ultraschallmessung ermittelt. Dies erlaubt es, eine berührungsfreie Messung der Steighöhe vorzunehmen, so dass die Eigenschaften des Schaumstoffs vor dem Eindrücken des Stempels noch nicht verändert wurden. In a variant of the method, the rise height is determined by an ultrasound measurement. This makes it possible to perform a non-contact measurement of the height of rise, so that the properties of the foam before the impressions of the stamp have not been changed.

Es ist bevorzugt, dass das beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen unter kontrollierten Umgebungsbedingungen durchgeführt wird. Dazu wird das Verfahren in einer Umgebung durchlaufen, bei der die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit reguliert werden. Bevorzugt wird eine Umgebungstemperatur zwischen 22 und 24 °C und eine Luftfeuchtigkeit zwischen 40 und 60 % relativer Feuchte.It is preferred that the described method of determining the open cell content of foams be carried out under controlled environmental conditions. To do this, the process will be carried out in an environment in which the temperature and humidity are regulated. Preference is given to an ambient temperature between 22 and 24 ° C and a humidity between 40 and 60% relative humidity.

Des Weiteren ist es bevorzugt, das Verfahren automatisiert durchzuführen, so dass die Ergebnisse nicht von der Erfahrung des durchführenden Laboranten abhängig sind. Dazu wird des Weiteren eine Vorrichtung zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen vorgeschlagen, die umfasst: Mittel zur Aufnahme eines Prüfgefäßes, einen Stempel, der eingerichtet ist, in das Prüfgefäß eingeführt zu werden, und Mittel zum Messen der beim Einführen in das Prüfgefäß auf den Stempel einwirkenden Kraft. Furthermore, it is preferable to carry out the method automatically, so that the results are not dependent on the experience of the performing laboratory technician. In addition, there is proposed a device for determining the open cell content of foams, which comprises means for receiving a test vessel, a plunger adapted to be inserted into the test vessel, and means for measuring when inserted into the test vessel on the plunger acting force.

Das Einführen des Stempels in das Prüfgefäß sowie das Messen der auf den Stempel einwirkenden Kraft wird dabei von einem Steuergerät oder einem Computer überwacht. In einer Variante der Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Vorrichtung des Weiteren Mittel zur Zugabe der Ausgangsprodukte des Schaumstoffs umfasst. Dies ermöglicht es, das gesamte Verfahren vollständig automatisiert und unabhängig von menschlichen Einflüssen durchzuführen. The insertion of the punch into the test vessel and the measurement of the force acting on the punch is monitored by a control unit or a computer. In a variant of the device it is further provided that the device further comprises means for adding the starting materials of the foam. This allows the entire process to be fully automated and perform independently of human influences.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese ferner Mittel zum Mischen der Ausgangsprodukte des Schaumstoffs.In a further embodiment of the device, this further comprises means for mixing the starting materials of the foam.

Der Stempel, der in das Prüfgefäß eingeführt wird, ist in einer Variante der Vorrichtung auf der dem Prüfgefäß zugewandten Seite halbkugelförmig ausgestaltet. Der Krümmungsradius des Stempels liegt beispielsweise zwischen 40 mm und 50 mm.The stamp, which is introduced into the test vessel, is designed in a variant of the device on the test vessel side facing hemispherical. The radius of curvature of the punch is, for example, between 40 mm and 50 mm.

In einer weiteren Variante der Vorrichtung umfasst diese des Weiteren eine Ultraschallmesseinrichtung, die eingerichtet ist, die Steighöhe des Schaumstoffs in dem Prüfgefäß zu bestimmen. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, kann das der Vorrichtung zugeordnete Steuergerät bzw. der mit der Vorrichtung verbundene Computer die Steighöhe zum Beispiel dazu verwenden, um das Ende des Aufschäumens des Schaumstoffs zu erkennen. In a further variant of the device, this further comprises an ultrasonic measuring device which is set up to determine the rise height of the foam in the test vessel. As already described in connection with the method, the controller associated with the device or the computer connected to the device can use the rise height, for example, to detect the end of foaming of the foam.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese Mittel, um aus den ermittelten Messwerten die Offenzelligkeit des Schaumstoffs zu berechnen. Diese Mittel müssen nicht zwingend als separate Einheit ausgeführt sein, sondern können Teil des Steuergeräts sein oder in Form eines Computerprogramms realisiert sein. In a further embodiment of the device, this device comprises means for calculating the open-cell nature of the foam from the measured values determined. These means need not necessarily be designed as a separate unit, but may be part of the controller or be implemented in the form of a computer program.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawings, the invention will be described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen, 1 a schematic representation of an apparatus for determining the open-celledness of foams,

2 eine schematische Darstellung von Mitteln zur Zugabe der Ausgangsprodukte des Schaumstoffs sowie von Mitteln zum Mischen der Ausgangsprodukte, 2 a schematic representation of means for adding the starting materials of the foam and of means for mixing the starting materials,

3 ein Prüfgefäß mit aufgeschäumtem Schaumstoff, 3 a test vessel with expanded foam,

4 die gemessene Kraft für verschiedene Schaumstoffe, 4 the measured force for different foams,

5 die Steighöhe für verschiedene Schaumstoffe, 5 the rise height for different foams,

6 die Steigzeit für verschiedene Schaumstoffe und 6 the rise time for different foams and

7 die Dichte von verschiedenen Schaumstoffen. 7 the density of different foams.

In 1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Offenzelligkeit von Schaumstoffen schematisch dargestellt. In 1 a device for determining the open-celledness of foams is shown schematically.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Oberfläche 20 auf der ein Prüfgefäß 22 aufgenommen ist. Das Prüfgefäß 22 befindet sich dazu in einer Halterung 21, so dass die Position des Prüfgefäßes auf der Oberfläche 20 genau vorgegeben ist. Über dem Prüfgefäß 22 ist ein Stempel 26 angeordnet, der über einen Antrieb 30 in vertikaler Richtung 28 bewegt werden kann. The device 10 includes a surface 20 on the a test vessel 22 is included. The test vessel 22 is located in a holder 21 so that the position of the test vessel on the surface 20 is exactly predetermined. Above the test vessel 22 is a stamp 26 arranged, via a drive 30 in the vertical direction 28 can be moved.

In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen Ultraschallsensor 34, der ebenfalls über dem Prüfgefäß 22 angeordnet ist. In the in 1 In the illustrated embodiment, the device additionally comprises an ultrasonic sensor 34 also above the test vessel 22 is arranged.

Der Ultraschallsensor 34 sowie der Antrieb 30 für den Stempel 26 sind mit einem Steuergerät 32 verbunden. Das Steuergerät 32 ist zudem mit einem Kraftsensor 36 verbunden, der die auf den Stempel 26 einwirkende Kraft misst. Die über dem Prüfgefäß 22 angeordneten Teile der Vorrichtung, also der Stempel 26 mit samt seinem Antrieb 30 und dem Kraftsensor 36, dem Ultraschallsensor 34, sind in einer Variante auf einer Bewegungsvorrichtung 64 angeordnet. In der Darstellung der 1 befindet sich auch das Steuergerät 32 auf der Bewegungsvorrichtung 64, es kann jedoch auch an anderer Stelle der Vorrichtung angeordnet und über entsprechende Kabelverbindungen mit dem Ultraschallsensor 34, dem Kraftsensor 36 und dem Antrieb des Stempels 30 verbunden werden. Die Bewegungsvorrichtung 64 erlaubt es, in einer ersten Position den Ultraschallsensor 34 und den Stempel 26 über dem Prüfgefäß 22 zu platzieren. The ultrasonic sensor 34 as well as the drive 30 for the stamp 26 are with a control unit 32 connected. The control unit 32 is also equipped with a force sensor 36 connected to the stamp 26 measuring acting force. The above the test vessel 22 arranged parts of the device, so the stamp 26 with his drive 30 and the force sensor 36 , the ultrasonic sensor 34 , are in a variant on a movement device 64 arranged. In the presentation of the 1 is also the control unit 32 on the motor device 64 However, it can also be placed elsewhere on the device and via appropriate cable connections with the ultrasonic sensor 34 , the force sensor 36 and the drive of the stamp 30 get connected. The movement device 64 allows in a first position the ultrasonic sensor 34 and the stamp 26 above the test vessel 22 to place.

In einer zweiten Position der Bewegungsvorrichtung können der Ultraschallsensor 34 und der Stempel 26 zur Seite gefahren werden, um den leichteren Zugang zum Prüfgefäß sicherzustellen, beispielsweise zum Wechsel des Prüfgefäßes, zum Zugeben der Ausgangsprodukte des Schaumstoffs oder zum Mischen der Ausgangsprodukte des Schaumstoffs. In a second position of the movement device, the ultrasonic sensor 34 and the stamp 26 be moved to the side to ensure easier access to the test vessel, for example, to change the test vessel, to add the output of the foam or for mixing the starting materials of the foam.

In der in 1 dargestellten Situation sind bereits die Ausgangsstoffe für einen Schaumstoff 24 zugegeben worden und der Schaumstoff 24 ist bereits aufgeschäumt. In the in 1 the situation already illustrated are the starting materials for a foam 24 been added and the foam 24 is already foamed.

Der Abschluss des Aufschäumens kann über den Ultraschallsensor 34 festgestellt werden. Der Ultraschallsensor 34 sendet Ultraschallwellen 35 aus, die von der Oberfläche 25 des Schaumstoffs 24 reflektiert und wieder vom Ultraschallsensor 34 empfangen werden. Aus der Laufzeit des Ultraschalls 35 kann dann das Steuergerät 32 die Distanz zwischen der Oberfläche 25 und dem Ultraschallsensor 34 ermitteln. Während des Aufschäumens des Schaumstoffs 24 steigt die Füllhöhe im Prüfgefäß 22 an, so dass sich der Abstand der Oberfläche 25 zum Ultraschallsensor 34 verringert. Ist der Aufschäumvorgang abgeschlossen, bleibt der Abstand zwischen Ultraschallsensor 34 und der Oberfläche 25 konstant. Completion of the foaming can be done via the ultrasonic sensor 34 be determined. The ultrasonic sensor 34 sends ultrasonic waves 35 off, from the surface 25 of the foam 24 reflected and again from the ultrasonic sensor 34 be received. From the duration of the ultrasound 35 then can the controller 32 the distance between the surface 25 and the ultrasonic sensor 34 determine. During the foaming of the foam 24 the filling level rises in the test vessel 22 on, so that the distance of the surface 25 to the ultrasonic sensor 34 reduced. When the foaming process is complete, the distance between the ultrasonic sensor remains 34 and the surface 25 constant.

Nach Abschluss des Aufschäumens kann gemäß Schritt c) des Verfahrens der Stempel 26 über den Antrieb 30 abgesenkt werden. Zunächst wird der Stempel 26 soweit abgesenkt, dass er mit seiner Unterseite 27, die in der in 1 dargestellten Ausführungsform halbkugelförmig ausgeführt ist, die Oberfläche 25 des Schaumstoffs 24 berührt. Anschließend wird der Stempel 28 um eine vorgegebene weitere Strecke in den Schaumstoff 24 abgesenkt. Die dazu notwendige Eindrückkraft wird über den Kraftsensor 36 gemessen. After completion of the foaming step c) of the method of the stamp 26 over the drive 30 be lowered. First, the stamp 26 so far lowered that he with his bottom 27 in the in 1 illustrated embodiment is designed hemispherical, the surface 25 of the foam 24 touched. Subsequently, the stamp 28 by a predetermined further distance in the foam 24 lowered. The indenting force required for this is transmitted via the force sensor 36 measured.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Stempel 26 ebenfalls zunächst soweit abgesenkt, bis er mit seiner Unterseite 27 die Oberfläche 25 des Schaumstoffs 24 berührt. Anschließend wird der Stempel 26 solange abgesenkt, bis eine vorgegebene Eindrückkraft erreicht ist. Die Eindrücktiefe, bei der die vorgegebene Eindrückkraft erreicht wird, wird gemessen. In a further embodiment of the method, the stamp 26 also first lowered so far, until he with his bottom 27 the surface 25 of the foam 24 touched. Subsequently, the stamp 26 as long lowered until a predetermined indentation force is reached. The indentation depth at which the predetermined indentation force is achieved is measured.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird auch die Steighöhe des Schaumstoffs 24 bzw. der Abstand der Oberfläche 25 zum Ultraschallsensor 34 erfasst. In a further variant of the method is also the rise height of the foam 24 or the distance of the surface 25 to the ultrasonic sensor 34 detected.

Aus den ermittelten Messdaten wird anschließend beispielsweise mittels Vergleich mit Referenzwerten, auf die Offenzelligkeit des Schaumstoffs 24 geschlossen. From the determined measurement data is then, for example, by comparison with reference values, on the open-celledness of the foam 24 closed.

In 2 sind schematisch Mittel zum Zugeben der Ausgangsprodukte für einen Schaumstoff sowie Mittel zum Mischen der Ausgangsprodukte dargestellt. Die Mittel zur Zuführung der Ausgangsprodukte des Schaumstoffs umfassen eine Dosiervorrichtung 50 sowie einen Schlauch 52. Die Dosiervorrichtung 50 ist an einer Bewegungsvorrichtung 64 angeordnet, so dass diese in einer Position der Bewegungsvorrichtung 64 über einem Prüfgefäß 22 angeordnet ist. Das Prüfgefäß 22 befindet sich wieder in der Halterung 21 auf der Oberfläche 20. Ebenfalls auf der Bewegungsvorrichtung 64 angeordnet ist ein Mischer 40, mit dem die Ausgangsprodukte für den Schaumstoff vermischt werden können. Der Mischer 40 ist zudem eingerichtet, in vertikaler Bewegungsrichtung 42 in das Prüfgefäß 22 abgesenkt zu werden. In 2 There are shown schematically means for adding the starting materials for a foam and means for mixing the starting products. The means for supplying the starting materials of the foam comprise a metering device 50 as well as a hose 52 , The dosing device 50 is at a moving device 64 arranged so that these in a position of the movement device 64 over a test vessel 22 is arranged. The test vessel 22 is back in the holder 21 on the surface 20 , Also on the movement device 64 arranged is a mixer 40 with which the starting materials for the foam can be mixed. The mixer 40 is also set up, in the vertical direction of movement 42 into the test vessel 22 to be lowered.

Nach der Zugabe der Ausgangsprodukte für den Schaumstoff und dem Durchmischen dieser, kann die Dosiervorrichtung 50 sowie der Mischer 40 über die Bewegungsvorrichtung 64 in eine zweite Position bewegt werden, in der sich diese nicht mehr über dem Prüfgefäß 22 befinden, so dass der Zugang zum Prüfgefäß 22 frei ist und über die Bewegungsvorrichtung 64 der in 1 dargestellte Stempel 26 und der Ultraschallsensor 34 über das Prüfgefäß 22 bewegt werden können. After the addition of the starting materials for the foam and the mixing of these, the metering device 50 as well as the mixer 40 about the movement device 64 moved to a second position in which they are no longer above the test vessel 22 so that access to the test vessel 22 is free and about the movement device 64 the in 1 illustrated stamp 26 and the ultrasonic sensor 34 over the test vessel 22 can be moved.

3 zeigt das Prüfgefäß 22, welches in einer Halterung 21 auf einer Oberfläche 20 angeordnet ist. Der Schaumstoff 24 ist in der in 3 dargestellten Situation bereits aufgeschäumt und ist bis zur Steighöhe 38 angestiegen. Die Steighöhe 38 überragt in der gezeigten Situation die Oberkante des Prüfgefäßes 22. 3 shows the test vessel 22 which is in a holder 21 on a surface 20 is arranged. The foam 24 is in the in 3 already frothed situation and is up to the heights 38 increased. The height of rise 38 surmounted in the situation shown, the upper edge of the test vessel 22 ,

Ebenfalls in der 3 erkennbar ist, dass das Prüfgefäß 22 konisch ausgeführt ist, wobei sich der Durchmesser zum Boden des Gefäßes hin verengt. Dabei ist das Prüfgefäß 22 in drei Bereiche 54, 56, 58 unterteilt. Im unteren Bereich 54 weist das Gefäß seinen geringsten Durchmesser auf, wobei sich der Durchmesser nach oben hin leicht vergrößert. Im mittleren Bereich 56 vergrößert sich der Durchmesser des Prüfgefäßes 22 schneller, um dem ansteigenden Schaumstoff Raum zu geben. Im dritten und obersten Bereich 58 des Prüfgefäßes 22 nimmt der Durchmesser wieder nur langsam zu, wobei der Durchmesser des Prüfgefäßes 22 im dritten Bereich 58 am größten ist.Also in the 3 it can be seen that the test vessel 22 is conical, with the diameter narrows towards the bottom of the vessel. Here is the test vessel 22 in three areas 54 . 56 . 58 divided. In the area below 54 the vessel has its smallest diameter, whereby the diameter increases slightly towards the top. In the middle area 56 increases the diameter of the test vessel 22 faster to give room to the rising foam. In the third and highest area 58 of the test vessel 22 the diameter increases again only slowly, the diameter of the test vessel 22 in the third area 58 is greatest.

Die Erfindung wird durch die Beispiele und die Ansprüche näher erläutert.The invention is further illustrated by the examples and the claims.

BeispieleExamples

Die Ausgangsprodukte für einen Polyurethan Weichschaumstoff werden in ein Prüfgefäß eingegeben und vermischt. Der kleinste Durchmesser des Prüfgefäßes ist 60 mm. Im mittleren Bereich des Prüfgefäßes erweitert sich der Durchmesser deutlich von 71,5 mm auf 144,5 mm. Seinen größten Durchmesser von 153 mm weist das Prüfgefäß oben an der Öffnung auf. Bei diesen Dimensionen des Prüfgefäßes werden typischerweise weniger als 500g der Ausgangsstoffe in das Gefäß eigegeben. Die Ausgangsstoffe werden kurz durchmischt, um ein homogenes Produkt zu erhalten.The starting materials for a flexible polyurethane foam are introduced into a test vessel and mixed. The smallest diameter of the test vessel is 60 mm. In the middle area of the test vessel, the diameter widens significantly from 71.5 mm to 144.5 mm. Its largest diameter of 153 mm has the test vessel at the top of the opening. With these dimensions of the test vessel, typically less than 500 g of the starting materials are added to the vessel. The starting materials are mixed briefly to obtain a homogeneous product.

Die Steighöhe sowie die Steigzeit wurden gemessen. Nach dem Aufschäumen wurde ein Stempel bis auf eine Resthöhe von 150 mm in den Schaumstoff eingedrückt. Die dazu erforderliche Kraft wurde gemessen. Um den Messfehler zu reduzieren, wurde für jede Ausgangsproduktmischung der Messvorgang fünfmal wiederholt. Anschließend wurde die Dichte des Schaumstoffs ermittelt.The height of rise and the rise time were measured. After foaming a stamp was pressed to a residual height of 150 mm in the foam. The required force was measured. In order to reduce the measurement error, the measurement process was repeated five times for each starting product mixture. Subsequently, the density of the foam was determined.

Für die Ermittlung der Dichte wird der Teil des Schaumstoffs, der ober den Rand des Prüfgefäßes hinausragt abgeschnitten. Anschließend wird das Prüfgefäß mitsamt dem Schaumstoff gewogen. Nach Abzug des Leergewichts des Prüfgefäßes und wurde mit Hilfe des bekannten Volumens des Prüfgefäßes die Dichte berechnet.To determine the density of the part of the foam, which protrudes beyond the edge of the test vessel is cut off. Subsequently, will weigh the test vessel together with the foam. After deduction of the empty weight of the test vessel and the density was calculated using the known volume of the test vessel.

Die gemessene Eindrückkraft ist in 4 dargestellt, 5 zeigt die Steighöhe, 6 zeigt die Steigzeit und in 7 ist die Dichte des Schaumstoffs dargestellt. The measured indenting force is in 4 shown, 5 shows the rise, 6 shows the climbing time and in 7 the density of the foam is shown.

Die X-Achse der 5 bis 7 zeigt jeweils den verwendeten Anteil an Zellöffner im Ausgangsgemisch in % der Gesamtmasse. Die Ausgangsprodukte waren im ersten Beispiel eine unter dem Markennamen Elastoflex W von der BASF SE erhältliche MDI basierte Mischung mit einem Polyetherpolyol welches primäre Hydroxylgruppen enthält, beispielsweise erhältlich unter dem Markennamen Lupranol von der BASF SE.The X-axis of the 5 to 7 shows in each case the proportion of cell opener used in the starting mixture in% of the total mass. In the first example, the starting materials were an MDI-based mixture obtainable under the brand name Elastoflex W from BASF SE with a polyether polyol which contains primary hydroxyl groups, for example available under the brand name Lupranol from BASF SE.

Zunächst wurden die Ausgangsstoffe gewogen und in das Prüfgefäß eingegeben. Anschließend erfolgte ein Durchmischen der Stoffe mit einer automatischen Mischvorrichtung. Während des Aufschäumens der Stoffe wurde das Steigverhalten, das heißt die Steighöhe und die Steigzeit gemessen. In einem letzten Schritt wurde der Stempel bis auf die vorgegebene Resthöhe in den Schaumstoff eingedrückt und die dazu notwendige Kraft gemessen. First, the starting materials were weighed and entered into the test vessel. Subsequently, the substances were mixed with an automatic mixing device. During the foaming of the substances, the climbing behavior, ie the height of rise and the rise time were measured. In a final step, the stamp was pressed down to the predetermined residual height in the foam and measured the necessary force.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Vorrichtung contraption
2020: (Tisch)-Oberfläche (Table) surface
2121: Halterung für Prüfgefäß Holder for test vessel
2222: Prüfgefäß test vessel
2424: Schaumstoff (geschäumt) Foam (foamed)
2525: Oberfläche surface
2626: Stempel stamp
2727: halbkugelförmige Unterseite hemispherical underside
2828: Bewegung Stempel Movement stamp
3030: Antrieb Stempel Drive stamp
3232: Steuergerät control unit
3434: Ultraschallsensor ultrasonic sensor
3535: Ultraschall Ultrasonic
3636: Kraftsensor force sensor
3838: Steighöhe rising height
4040: Mischer mixer
4242: Bewegung Mischer Motion mixer
5050: Dosiervorrichtung metering
5252: Schlauch tube
5454: unterer Bereich lower area
5656: mittlerer Bereich middle area
5858: oberer Bereich upper area
6464: Bewegungsvorrichtung mover

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Article "Softness measurements for open-cell foam and human soft tissue" by W. Yu et al., Published in Measurement Science and Technology 17, 1785 (2006) [0006]

Claims

Method for determining the open-cell content of foams, comprising the following steps: a) introducing starting materials of the foam into a test vessel ( 22 b) foaming the starting materials or the reaction products into a foam ( 24 ), c) impressing a stamp ( 26 ) in the foam ( 24 ) in the test vessel ( 22 ), whereby the force required for the impressions and / or the indentation depth are measured, wherein from the measured values the open-celledness of the foam ( 24 ) is determined.

A method according to claim 1, characterized in that in step c) the stamp ( 26 ) from the top of the foam ( 24 ) is lowered until this surface ( 25 ) of the foam ( 24 ) and then by a defined distance in the foam ( 24 ) is pressed, whereby the force required for the impressions is measured.

A method according to claim 1, characterized in that in step c) the stamp ( 26 ) from the top of the foam ( 24 ) is lowered until this surface ( 25 ) of the foam ( 24 ) and then in the foam ( 24 ) is lowered until a predetermined force is reached for pushing into the foam, wherein the Eindrückiefe is measured.

A method according to claim 1, characterized in that in step c) the stamp ( 26 ) from the top of the foam ( 24 ) is lowered until the foam ( 24 ) was pressed to a predetermined residual level, wherein the force required for the impressions is measured.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the starting materials after entering into the test vessel ( 22 ) are mixed according to step a) and before foaming in step b).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in step b) during the foaming, the height of rise ( 38 ) of the foam ( 24 ) in the test vessel ( 22 ), whereby the measured rise height ( 38 ) in the determination of the open-celledness of the foam ( 24 ) is taken into account.

Method according to claim 6, characterized in that the rise height ( 38 ) is determined by an ultrasonic measurement.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the foam is a flexible polyurethane foam.

Contraption ( 10 ) for the determination of the open cell content of foams comprising: means ( 20 . 21 ) for receiving a test vessel ( 22 ), a stamp ( 26 ) installed in the test vessel ( 22 ), means ( 30 . 36 ) for measuring when inserted into the test vessel ( 22 ) on the stamp ( 26 ) acting force and a control device ( 32 ), which is adapted to carry out a method according to one of claims 1 to 7.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the stamp ( 26 ) on the test vessel ( 22 ) facing side ( 27 ) is designed hemispherical.

Device according to claim 9 or 10, characterized in that the device ( 10 ) further funds ( 50 . 52 ) for adding the starting materials of the foam ( 24 ).

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the device ( 10 ) further means for mixing ( 40 ) of the starting materials of the foam ( 24 ).

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the device ( 10 ) further comprises an ultrasonic measuring device ( 34 ) which is set up, the height of rise ( 38 ) of the foam ( 24 ) in the test vessel ( 22 ).

Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the device ( 10 ) further funds ( 32 ) in order to determine from the measured values determined the open-cell nature of the foam ( 24 ) to calculate.