DE1143998B - Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum durch Erwaermen mittels Hochfrequenz - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum durch Erwaermen mittels Hochfrequenz

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DE1143998B
DE1143998B DEE12213A DEE0012213A DE1143998B DE 1143998 B DE1143998 B DE 1143998B DE E12213 A DEE12213 A DE E12213A DE E0012213 A DEE0012213 A DE E0012213A DE 1143998 B DE1143998 B DE 1143998B
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foam
temperature
electrodes
heat
heating
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DEE12213A
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Egon Michael Muller
William Johnston Smythe
Robert Washburn Weeden
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Chemetron Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/04Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C08J2327/06Homopolymers or copolymers of vinyl chloride

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum durch Erwärmen mittels Hochfrequenz Bei der Herstellung von zellenartigen Gummigegenständen ist es bekannt, Kautschukmilchschaum durch Erwärmen mittels Hochfrequenz zu vulkanisieren.
  • Es ist auch versucht worden, zur Herstellung von zellenhaltigen Kunstharzgegenständen einen plastifizierten, ungelierten Vinylharzschaum durch Erwärmen mittels Hochfrequenz zu verfestigen, jedoch haben diese Versuche zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen geführt, weil die zum Vulkanisieren von Kautschukmilchschaum gut geeignete Hochfrequenzerwärmung sich nicht ohne weiteres auf das Verfestigen von Vinylharzschaum übertragen läßt, und zwar wegen der grundsätzlichen Unterschiede im Verhalten von Kautschuknilch und einem Vinylharzplastisol bei der Erwärmung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Kautschukmilch im wesentlichen eine Dispersion von zwei nicht miteinander mischbaren Stoffen darstellt, nämlich Kautschukteilchen und Wasser, das bei der Erwärmung der Kautschukmllch verdampft, während ein Vinylharzplastisol eine Die spersion von Vinylharzteilchen in einem flüssigen Plastifizierungsmittel ist und diese beiden Stoffe in allen Anteilverhältnissen bei erhöhten Temperaturen miteinander mischbar sind, wobei die Vinylharzdispersion keine flüchtigen Bestandteile enthält, die während der Wärmebehandlung ausgetrieben werden wie das Wasser beim Vulkanisieren von Kautschukmilch.
  • Es ist nun gefunden worden, daß unter Verwendung einer Hochfrequenzerwärmung die Verfestigung von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum mit ausgezeichneten Ergebnissen möglich ist, wenn bei der Wärmebehandlung des Vinylharzschaumes besondere Vorkehrungen getroffen werden.
  • Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß gleichzeitig mit der Hochfrequenzerwärmung des Schaumes noch zusätzlich Wärme der Umgebung des Schaumes zugeführt wird.
  • Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß es beim Aushärten von Kunstharzdchichtpreßstoff-Werkstücken bekannt ist, das Werkstück durch Wärmezufuhr von außen und durch Erwärmen von innen heraus mit dielektrischer Wärme gleichsam schlagartig auf die gewünschte Temperatur zu bringen, um dadurch die Aushärtzeit, die sonst bis zu 15 Minuten betragen kann, beträchtlich herabzusetzen. Das Aushärten von solchen geschichteten Werkstücken ist jedoch mit dem Verfertigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum nicht vergleichbar.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung werden die der Umgebung des Vinylharzschaumes zusätzlich zugeführten Wärme mengen bei Anstieg der Temperatur im Innern des Schaumes wenigstens so lange erhöht, bis der Schaum eine oberhalb der Geliertemperatur liegende Tempec ratur hat.
  • Vorteilhaft wird dabei die Temperatur der die zusätzlichen Wärmemengen liefernden Wärmequelle in dem gleichen Verhältnis erhöht, wie die Temperatur des Schaumes ansteigt, so daß die Temperaturen der Umgebung des Schaumes sich ungefähr auf der gleichen Höhe wie die Temperaturen des Schaumes befinden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Einwirkung des Hochfrequenzfeldes auf den Schaum unterbrochen, sobald dieser eine oberhalb der Geliertemperatur liegende und den Beginn des Schmelzens kennzeichnende Temperatur erreicht hat, wonach die Temperatur der Umgebung des Schaumes wieder erhöht wird, bis die Temperatur der Außenseiten des Schaumkörpers wenigstens diejenige seines Innern erreicht hat, worauf dann der Schaum erneut einem Hochfrequenzfeld ausgesetzt und dabei geschmcdZzen wird.
  • Vorzugsweise wird die Wärmebehandiung des Schaumes in einer Atmosphäre durchgaführt, die weniger als 10 g Wasser je Kilogramm Luft enthält.
  • Die Erfindung umfaßt weiterhin eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchfiidrung des neuen Verfahrens Es ist eine Vorrichtung zum Herstellen von zellenhaltigem Kunststofftnaterial bekannt, bei der ein Kunststoffschaum unter Druck zwischen zwei sich bewegenden bandförmigen Elektroden eingeschlossen und einer Erwärmung mittels eines an die Elektroden angelegten Hochfrequenzfeldes unterworfen wird.
  • Gemäß der Erfindung ist eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung, die Mittel zum Zuführen eines elektrischen Hochfrequenzstromes an im Abstand voneinander angeordnete Elektroden, um ein sich zwischen den Elektroden hindurchbewegendes thermoplastisches Harz von innen zu erhitzen, und Mittel zum gEichzeitigen Zuführen von Wärme zu der Außenseite des Harzes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in ihrem Abstand zueinander einstellbar angeordnet und während des Betriebes in ihrem Abstand relativ zu einem sich zwischen den Elektrode den bewegenden, aus nichtleitendem Material bestehenden Förderband festlegbar sind, auf das Vinylharzschaum aufgebracht wird, bevor es in den Raum zwischen den Elektroden eintritt.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht eine der Elektroden aus zwei elektrisch miteinander verbundenen, aber relativ zueinander bewegbaren Abschnitten, von denen der Abschnitt, welcher der Auforingstelle des Vinylharzschaumes am nächsten liegt, sich im wesentlichen parallel zu der Gegenelektrode erstreckt, während der andere Abschnitt relativ zu dieser Gegenelektrode aufwärts geneigt ist, so daß, wenn das Förderband den Schaum zwischen die Elektroden führt, die effektive Spannung in an sich bekannter Weise sich allmählich vermindert, wenn der Schaum unter dem geneigten Elektrodenabschnitt hindurchgeht.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
  • Fig. list ein Diagramm, welches die Temperatur eines mittels Hochfrequenz allein erwärmten Vinylharzschaumes in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer bei verschiedenen angelegten Spannungen wiedergibt; Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Form zur Aufnahme des wärmezubehandelnden Vinylharzschaumes; Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch eine mit Vinylharzschaum gefüllte Form während der Wärmebehandlung; Fig 4 ist ein Diagramm, welches die Temperatur eines gemäß der Erfindung gleichzeitig mit Hochfrequenz und zusätzlich zugeführter Wärme behandelten Vinylharzschaumes in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer wiedergibt; Fig. 5 ist ein seuknechter Schnitt durch eine kontinuierlich arbeitende Anlage.
  • - Wenn plastifizierter, ungelierter Vinylharzschaum eienr Wäehandlung unterworfen wird, durchläuft er zwei Umwandlungszonen, nämlich eine erste Zone, in der eine Gelierung eintritt, und eine zweite Zone, in der ein Schmelzen und damit die Verfesti- gung des Schaumes stattfindet. Jenseits dieser Schmelzzone tritt ein Zerschmelzen und Zusammenfallen des Schaumes ein, vas vermieden werden muß.
  • Das in Fig. 1 wiedergegebene Diagramm zeigt vier mit A, B, C und D bezeichnete Kurven, die bei der Erwärmung von vier Mustern aus in gleicher Weise zusammengesetztem Vinylharzschaum mittels Hochfrequenzerwärmung allein, jedoch bei verschiedenen angelegten Spannungen erhalten sind.
  • In jedem Fall bestand das Ausgangsmaterial aus einer frei fließenden Mischung, welche die folgende Zusammensetzung hatte: Polyvinylchlorid . . 100 Teile Dioctylphthalat . 70 Teile Dioctyladipat ................ 10 Teile Stabilisierungsmittel und andere Zusätze 5 Teile Dieses Material wurde verschäumt.
  • Die Kurve A wurde bei einer angelegten Spannung von 14,5 kV, die Kurve B bei einer angelegten Spannung von 14 kV, die Kurve C bei einer angelegten Spannung von 10,75kr und die Kurve D bei einer angelegten Spannung von 9 kV aufgenommen, wobei in jedem Fall die Frequenz etwa 13 MHz be trug. Wie aus dem Diagramm gemäß Fig. 1 hervorgeht, erfolgt die Erwärmung um so schneller, je höher die Spannung ist. Es ist ersichtlich, daß jede der Kurven an einer Stelle steiler wird, an welcher die Temperatur des Materials etwa 550 C erreicht, was eine vergrößerte Wärmeabsorptionsgeschwindigkeit anzeigt. Dies ist die Stelle, an welcher das Gelieren beginnt, und, wie durch die gestrichelten Linien a und b angedeutet, erstreckt sich die Gelierzone von etwa 55 bis etwa 650 C. Es scheint, daß, wenn das Gelieren innerhalb dieser Zone vor sich geht, in dem Schaum eine Anderung eintritt, auf Grund deren er elektrische Energie mit größerer Geschwindigkeit absorbiert.
  • Die höhere Absorptionsgeschwindigkeit setzt sich etwa bis zur unteren Grenze der Schmelzzone fort, die durch die gestrichelte Linie c angedeutet ist und die bei etwa 1300 C liegt. Die Schmelzzone erstreckt sich von dieser unteren Grenze bis zu einem dem Schmelzpunkt des Harzes entsprechenden Wert von etwa 1460 C, der durch die ausgezogene Linie d angedeutet ist und bei dem ein Zerschmelzen und ein Zus ammeufallen des Schaumes erwartet werden kann.
  • Da jedoch dieses Zerschmelzen und Zusammenfallen des Schaumes in der Praxis vermieden werden muß, wird als obere Arbeitsgrenze ein Temperaturwert angenommen, der durch die gestrichelte Linie e angedeutet ist und etwa 50 C unterhalb des Wertes liegt, bei dem ein Zerschmelzen und Zusammenfallen des Schaumes eintritt. Der Bereich zwischen den Linien c und e kann als die nutzbare Schmelzzone bezeichnet werden. Zur Herstellung eines verfestigten Schaumes von guter Qualität muß daher die Temperatur des Schaumes in diese Schmelzzone gebracht werden, d. h., sie soll über die untere Grenze c ansteigen, aber muß unterhalb der oberen Grenze e bleiben. Andere Zusammenstzungen, andere Spannungen und andere Frequenzen ergeben zwar andere Kurven, jedoch haben sie stets den allgemeienn Verlauf wie die Kurven A, B, C und D.
  • Alle in Fig. 1 dargestellten Kurven flachen sich an oder etwas unterhalb der unteren Grenze c der Schmelzzone etwas ab, jedoch haben sie immer noch einen sehr steilen Verlauf innerhalb der Schmelzzone.
  • Bei der Kurve A beispielsweise, bei welcher die Er-Erwärmung bis zu dem durch die Linie d angedeuteten Punkt fortgesetzt wurde, bei dem ein Zerschmelzen und Zusammenfallen eintritt, durchläuft die Kurve die Nutzschmelzzone in etwa 2 Sekunden und erreicht die Linie d in etwa 10 Sekunden. Bei den Kurven B, C und D, bei denen die Hochfrequenzerwärmung innerhalb der Nutzschmelzzone abgestoppt wurde, erfolgt der Anstieg beinahe ebenso schnell wie bei der Kurve A, und in jedem Fall maß die Erwärmung innerhalb einer Zeit von wenigen Sekunden unterbrochen werden, Dies ergibt schwierige Arbeitsbedingungen, um einerseits eine ungenügende Wärmebehandlung und andererseits eine übermäßige Wärmebehandlung zu vermeiden. Eine der Aufgaben der Erfindung besteht daher darin, die Arbeitsbedingungen weniger kritisch zu gestalten.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung kann entweder in diskontinuierlicher oder in kontinuierlicher Weise durchgeführt werden.
  • Nachstehend soll zunächst eine diskontinuierliche Durchführung des Verfahrens beschrieben werden.
  • Zunächst wird eine geeignete Menge Vinylharz mit einem zweckentsprechenden Plastifizierungsmittel und anderen Bestandteilen gemischt, wie sie für die gewünschten Eigenschaften des Enderzeugnisses in Frage kommen, und die sich ergebende Plastisolmischung wird dann nach irgendeiner zweckentsprechenden Methode verschäumt.
  • Es wurde nun gefunden, daß zur Erzielung von Erzeugnissen hoher Qualität das Vorhandensein selbst kleinster Mengen von Wasser in dem unbehandeuten Schaum vermieden werden soll. Es wurde weiterhin gefunden, daß, wenn das Harz unter solchen Bedingungen verschäumt wird, daß der Ein schluß von Feuchtigkeit verhindert wird, es trotzdem erwünscht ist, den Schaum in die Form (oder bei einer kontinuierlichen Arbeitsweise auf ein Förderband, das zum Zwecke der Erläuterung als Form angesehen wird) in einer trockenen Atmosphäre einzubringen, um eine Kondensation und eine sich daraus ergebende Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft zu vermeiden. Daher sollte der Schaum in die Form in einer Atmosphäre eingeführt werden, die nicht mehr als 10 g Wasser je Kilogramm Luft enthält. Im Winter entsprechen gewöhnliche atmosphärische Bedingungen oft diesem Erfordernis, jedoch soll für sich über das Jahr erstreckende Arbeitsvorgänge das Einführen des Schaumes in die Form in einer Räumlichkeit durchgeführt werden, in welcher die Bedingungen einer geringen Feuchtigkeit aufrechterhalten werden können. Falls auf geringer Feuchtigkeit zu haltende Räumlichkeiten nicht verfügbar sind, kann, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, eine Haube 1 über die Form 2 gesetzt werden, während der Schaum in die Form durch eine Düse 3 eingeführt wird. Der Raum, der von der Haube umschlossen ist, soll dann entfernt werden, um eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten, die nicht mehr als lOg Wasser je Kilogramm Luft enthält.
  • Das Material, aus dem die Forrnen hergestellt sind, soll vorzugsweise den Wärmeabsorptionseigenschaften des Schaumes während des Wärmebehandlungsvorganges möglichst nahe entsprechen. Das ideale Formrnaterial würde ein solches sein, dessen Zeit-Temperatur-Kurve der des wärmezubehandeinden Schaumes entspricht. Da jedoch ein solches ideales Material bisher noch nicht gefunden ist, wird ein Material vorgezogen, das eine Wärmeabsorptionsgeschwindigkeit hat, die kleiner als die des Plastisols ist. Im allgemeinen haben sich als Fornunaterial Polyesterharze als befriedigend erwiesen, da sie Energie aus dem Hochfrequenzfeld etwas langsamer als der Vinylharzschaum absorbieren und da sie die für die Verfestigung des Schaumes in Frage kommenden Temperaturen ohne Beschädigung aushalten. Ein Alkydharz, das mit Glasfasern verstärkt ist, ist als Formmaterial besonders geeignet. Stoffe, wie Metall oder Glas, die Wärme nur sehr langsam absorbieren, sowie Stoffe, wie Holz oder Pappe, die Wärme verhältnismäßig schnell absorbieren, insbesondere wenn sie Feuchtigkeit enthalten, sollen vermieden werden.
  • Nachdem der Schaum in die Form 2 eingeführt worden ist, wird die Form zwischen im Abstand voneinander befindlichen Elektroden 4 und 5 angeordnet (Fig. 3), wobei die Elektrode 4 mit einer zweckentsprechenden Hochfrequenzstromquelle 6 verbunden ist, während die Elektrode 5 geerdet ist. Wie oben ausgeführt, kann die angelegte Spannung in weiten Grenzen geändert werden, aber da die Verfestigung um so schneller vor sich geht, je höher die Spannung ist, sind verhältnismäßig hohe Spannungen, insbesondere zu Beginn des Erwärmungsvorganges, angezeigt. Eine schnelle Wärmebehandlung ist vorteilhaft, nicht nur weil sie wirtschaftlicher Art ist, sondern auch weil sie die Herstellung eines Schaumes von besserer Qualität ergibt. In dem Raum zwischen den Elektroden ist ein Spannungsabfall vorhanden, und daher wird bei einer gegebenen angelegten Spannung die tatsächlich an den Material wirksame Spannung durch einen Luftspalt, der zwischen dem Material und den Elektroden vorhanden sein kann, verkleinert. Die an die Elektroden angelegte Spannung wird hier als »angelegte Spannung« bezeichnet, während unter »wirksamer Spannung« die Spannung verstanden werden soll, die tatsächlich an dem Mater rial wirskam ist. Ferner erfolgt die Verfestigung um so schneller, je höher die Frequenz ist, und daher sind auch relativ hohe Freqrenzen angezeigt. Frequenzen im Bereich von 5 bis 30 MHz haben zu guten Ergebnissen geführt.
  • Während des Anfangsteiles des Erwärmungsvorganges und wenigstens so lange, bis das Material durch die Gelierzone hindurchgegangen ist, ist es wichtig, daß die Temperatur der Umgebung des Materials jederzeit etwa gleich der Temperatur des Materials in der Form ist, d, h., wenn die Temperatur des Schaumes sich infolge Absorption elektrischer Energie erhöht, soll die Temperatur der Umgebung des Schaumes ebenfalls mit möglichst der gleichen Geschwindigkeit erhöht werden, wobei unter »Temperatur der Umgebung« die Temperatur des den Schaum umgebenden Mediums zu verstehen ist, das sowohl das Material der Form als auch die umgebende Atmosphäre umfassen kann.
  • Die Wichtigkeit der Regelung der umgebenden Temperaturen ergibt sich aus den nachfolgenden Betrachtungen. Wie oben ausgeführt, wird der rohe Schaum in die Form in ungeliertem Zustand eingeführt. Steigt die Temperatur an, wird der rohe Schaum geliert. Falls während dieser Periode die Erwärmung nicht im wesentlichen gleichmäßig durch den Schaumkörper hindurch erfolgt, tritt ein ungleichförmiges Gelieren ein, das zu Bruchstellen oder geschwächten Zonen in dem fertigen Erzeugnis führen kann. Einer der großen Vorteile der Erwärmung durch Hochfrequenz ist der, daß sie eine gleichmäßige Erwärmung durch das behandelte Material hindurch erzeugt. Diese sehr erwünschte Wirkung kann jedoch ernsthaft beeinträchtigt werden, falls Wärmeverluste aus dem Material zufolge Wärmestrahlung, -leitung oder -konvektion auftreten können.
  • Da die Elektroden der Hochfrequen:heizeinrichturg kalt laufen, ffleßt ein beträchtlicher Teil der von dem Material absorbierten Wärme von dem Material gegen die Elektroden, wenn nicht besondere Vorsichtsmaß'nalunen dagegen getroffen werden.
  • Um einen solchen Wamofluß zu verhindern, werden gemaß der Erfindung Mittel zum Regeln der Temperaturen der Umgebung des Materials vorgesehen. Beispielsweise können, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, in Beriihrang mit oder nahe jeder Elektrode angeordnete Rohre oder Schlangen 7, 8 vorgesehen sein, durch welche Luft oder Wasser oder ein anderes Wärmeübertragnngsmittel umlaufen kann.
  • Zu Beginn des Erwarmungsvorganges soll das umlaufende Mittel kalt sein und etwa der Temperatur des kalten Schaumes entsprechen. Wenn jedoch der Erwärmungsvorgang fortschreitet, soll die Temperatur des umlaufendbn Mittels erhöht werden, und zwar vorzugsweise mit der Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur des Schaumes ansteigt, wodurch ein Wärmeverlust aus dem Schaum verhindert wird, während gleichzeitig vexmieden wird, daß Wärme in den Schaum hineinfließt, welche die Neigung hat, die Oberflächen des Schaumes zu überhitzen.
  • Die kritische Periode, während welcher es wichtig ist, die Temperaturen der Umgebung zu regeln, ist diejenige, bis der Schaum geliert ist. Jenseits der Gelierzone ist eine solche Regelung von geringerer Bedeutung. Andererseits führt eine fortlaufende Regelung der Umgebungstemperaturen während des ganzen Erwärmungskreislaufes zu dem vorteilhaften Ergebnis, daß' die Temperatur durchgehend gleichförmig gehalten wird, so daß, wenn die Schmelzzone erreicht ist, das Schmelzen durchgehend gleichmäßig stattfindet. Jedoch besteht der Zweck des Regens der Temperaturen der Umgebung des Schaumes während des Erwärmungskrelslaufes hauptsächlich darin, einen Verlust von in dem Schaum durch die Absorption der Hochfrequenzenergie erzeugter Wärme zu verhindern, und weniger darin; dem Schaum Wärme zuzuführen.
  • Gegebenenfalls können die vorstehend genannten Heizrohre oder -schlangen 7, 8 durch Strahlungslampen 9 ersetzt oder ergänzt werden, die in Reflektoren 10 eingesetzt sind. Solche Lampen können mit zweckentsprechenden Vorrichtungen zum Regeln der von ihnen abgegebenen Wärmemenge versehen sein.
  • Bei Materialien von verhältnismäßig geringer Dicke kann die Regelung der Elektrodentemperaturen mit Hilfe der d'argestellten-Mittel ausreichend sein, da Wärmeverluste aus den Seitenwänden des Materials gewöhnlich unbedeutend sind. Bei größeren Dicken des Materialsnist es jedoch erwünscht, die Temperaturen der Umgebung auf allen Seiten des Materials zu regeln. Während in Fig. 3 Heizelemente nur ob er halb und unterhalb der oberen und der unteren Elektrode wiedergegeben sind; können jedoch entsprechende Heizelemente auch an den Seiten der Form angordnet werden, oder es kann heiße Luft gegen die Form geblasen werden.
  • In einigen Fällen können jedoch trotz aller Anstrengungen, die Temperaturen der Umgebung auf der gewünschten Höhe zu halten, gewisse Wärmeverluste aus dem Schaum vorhanden sein, insbesondere während desjenigen Teiles des Erwärmungsvorganges zwischen der Gelierzone und der Schmelzzone, wo der Schaum Wärme schnell absorbiert. In anderen Fällen, in denen, wie oben ausgeführt, eine Regelung der Temperaturen der Umgebung weniger wichtig ist, nachdem der Schaum geliert worden ist, kann die Bedienungsperson aus wirtschaftlichen Gründen oder wegen Beschränkungen der Anlage jenseits der Gelierzone Wärmeverluste zulassen.
  • In den Fällen, in denen solche Wärmeverluste auftreten, ist zwischen dem Innern des Schaumes und seinen äußeren Teilen eine Temperaturdifferenz vorhanden, wenn der Schaum sich den Temperaturen der Schmelzzone nähert, so daß das Innere des Schaumes diese Temperaturen vor den äußeren Teilen erreicht. In diesen-Fällen oder in Fällen, in denen aus irgendeinem Grund der Schaum sich den Schmelztemperaturen in einem Zustand nähert, bei dem innerhalb des Schaumes eine Temperaturdifferenz vorhanden ist, ist es nicht ratsam, den Schaum dem Hochfrequenzfeld weiter auszusetzen, und zwar wegen der Gefahr der Überhitzung der Innenseite, bevor die Außenseite vollständig verfestigt ist. In derartigen Fällen kann die folgende Arbeitsweise gewählt werden. Zu einem Zeitpunkt in dem Erwärmungsvorgang, kurz bevor irgendein Teil des Schaumes die unterste Temperatur der Schmelzzone erreicht, -wird die Hochfrequenzerwärmung zeitweilig unterbrochen, während die Temperaturen der Umgebung erhöht werden, bis die Temperatur der Außenseite des Schaumes wenigstens auf die Temperatur im Innern des Schaumes angestiegen ist. Dann wird die Hochfrequenzerwärmung wiederaufgenommen, bis das Schmelzen vollendet ist.
  • Wie oben ausgeführt, wird der Vinylharzschaum dem Hochfrequenzfeld während der ersten Umwandlungsstufe, wo das Gelieren stattfindet, bis zur zweiten Umwandlungsstufe, wo das Schmelzen stattfindet, ausgesetzt, und nach der ersten Umwandlungsstufe vergrößern sich die Geschwindigkeit der Absorption elektrischer Energie und die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges. Gemäß der Erfindung wird an einer Stelle in dem Erwärmungsvorgang, nachdem das Gelieren beendet worden ist, die Zufuhr der Hochfrequenzenergie wesentlich herabgesetzt. Dies hat die Wirkung, daß die Geschwindigkeit der Absorption elektrischer Energie und die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges verkleinert werden, so daß der Temperaturanstieg durch die Schmelzzone hindurch langsamer vor sich geht. Daher wird die Bestimmung des Endpunktes des Erwärmungsvorgangs weniger kritisch, und es besteht keine Gefahr, daß eine unzureichende Wärmebehandlung oder eine erhitzung auftritt. Wenn die Zufuhr der elektrischen Energie sehr erheblich herabgesetzt wird, kann der Temperaturanstieg im wesentlichen angehalten werden, oder die Temperatur steigt so langsam an, daß eine Anderung der Dauer des Erwärmungsvorgangs von mehreren Minuten zugelassen werden kann, ohne daß die Gefahr einer Überhitzung besteht.
  • Vorzugsweise erfolgt die Herabsetzung der Zufuhr elektrischer Energie an oder etwas vor dem Zeitpunkt, an welchem die Temperatur des Schaumes die untere Grenze der Schmelzzone erreicht. Wenn so vorgegangen wird, kann man die Erwärmung des Hauptteiles des Erwärmungsvorgangs sehr schnell fortschreiten lassen, und die Herabsetzung der Energiezufuhr erfolgt erst dann, wenn die Temperatur des Schaumes die kritische Schmelzzone erreicht, und sie kann entweder plötzlich oder allmählich vorgenommen werden.
  • Die Herabsetzung der Zufuhr der Hochfrequenzenergie kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Verkleinerung der wirksamen Spannung oder durch Verkleinerung der Frequenz. Eine Verkleinerung der Spannung wird bevorzugt, und falls der Hochfrequenzgenerator von derjenigen Art ist, bei welchem die Ausgangsspannung oder die Frequenz geändert werden kann, ist es sehr einfach, die angelegte Spannung oder die Frequenz zu reduzieren, wenn dies gewünscht wird. Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann der Schaum aus einem Hochfrequenzfeld hoher Spannung in ein Feld niederer Spannung oder aus einem Feld hoher Frequenz in ein Feld niederer Frequenz bewegt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann, falls Elektroden so angeordnet sind, daß ihr Abstand geändert werden kann, die wirksame Spanleicht reduziert werden, indem einfach der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert wird, ohne daß die angelegte Spannung geändert wird.
  • Die Wirkung der Herabsetzung der wirksamen Spannung ist in Fig. 4 graphisch durch die Kurven dargestellt. In diesem Falle waren die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und das Verfahren des Verschäumens die gleichen wie bei den Kurven A, B, C und D der Fig. 1. Die angelegte Spannung betrug 12,5 kV. Die Kurven wurde unter solchen Bedingungen aufgenommen, daß, sobald die Temperatur des Materials die untere Grenze der Schmelzzone erreichte, eine allmähliche Verringerung der wirksamen Spannung durch allmähliches Vergrößern des Abstandes der Elektroden vorgenommen wurde, um den Luftspalt zu vergrößern. Mit der Verringerung der Spannung wurde begonnen, nachdem das Material einem Hochfrequenzfeld während einer Zeitdauer von etwa 120 Sekunden ausgesetzt war und eine Temperatur von etwa 1100 C erreicht hatte.
  • Wie ersichtlich, besteht die Wirkung der Spannungsverminderung darin, die Absorption von Wärme zu verringern und die Zeit erheblich zu verlängern, während welcher das Material in dem Feld bleiben kann, ohne daß die Gefahr einer Überhitzung bzw. eines Zerschmelzens und eines Zusammenfallens besteht.
  • Die durch Kurven veranschaulichte Bedingung ist lediglich als Beispiel anzusehen; es können auch andere Bedingungen nach Wunsch eingestellt werden, bei denen die Verminderung der wirksamen Spannung größer oder kleiner ist oder plötzlicher oder langsamer erfolgt. In jedem Fall wird das Erwärmen beendet, bevor die Temperatur des Schaumes auf einen Punkt ansteigt, der innerhalb von 50 unterhalb des Punktes liegt, bei dem ein Zerschmelzen eintritt.
  • Die oben geschilderten Grundsätze können auch angewendet werden, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung als kontinuierliches Verfahren durchgeführt wird. In Fig. 5 ist eine kontinuierliche Arbeitsweise veranschaulicht, die für die Herstellung von fortlaufenden Bahnen aus Vinylharzschaum geeignet ist, wobei die geerdete Elektrode 21 außerdem als Unterlage dient, um ein aus nichtleitendem Stoff bestehendes Förderband 22 abzustützen, das mit einer festgesetzten Geschwindigkeit längs der Elektrode bewegt wird. Wie oben ausgeführt, soll das Aufhringen des Schaumes auf das Förderband 22 in einem entfeuchteten Raum durchgeführt werden. Falls ein solcher Raum nicht zur Verfügung steht, soll über dem Ende des Förderbandes, wo der Schaum durch eine Düse 24 eingeführt wird, eine Haube 23 angeordnet werden, in der eine Atmosphäre aufrechterhalten wird, die nicht mehr als 10 g Wasser je Kilogramm Luft enthält. Ein Streichmesser 25 ist in einer zwockentsprechenden Lage vorgesehen, um die Dicke der Schaumschicht auf dem Förderband zu regeln.
  • Die zweite Elektrode 26 ist parallel zur Elektrode 21 in einem Abstand von ihr angeordnet, der ausreicht, um die Schicht aufzunehmen, deren Dicke durch das Streichmesser bestimmt wird. Die Elektrode 26 soll sich in Längsrichtung des Förderbandes 22 über eine genügend große Strecke ausdehnen, so daß unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Förderbandes die Temperatur des Schaumes, wenn er sich von dem einen Ende der Elektrode 26 zu deren anderem Ende bewegt, auf einen Wert oberhalb der Gelierzone und vorzugsweise auf einen nahe oder etwas unterhalb der unteren Genze der Schmelzzone liegenden Wert ansteigt. Wie die der Fig. 5 zugeordnete Zeit - Temperatur - Skala erkennen läßt, würde eine gegebene Schaummenge auf dem Förderband währerrd einer Zeitdauer von 80 Sekunden, die erforderlich ist, damit sie sich von dem einen Ende der Elektrode 26 zu deren anderem Ende bewegt, einen Temperaturanstieg von etwa 10 auf etwa 1100 C erfahren. Daher ist der Schaum an dem Zeitpunkt, an dem er aus der Unterseite der Elektrode 26 heraustritt, vollständig geliert, und seine Temperatur nähert sich der Schmelzzone schnell.
  • Es sind jedoch Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um die Temperaturen der Umgebung des Schaumes zu regeln, wenigstens so lange, bis er durch die Gelierzone hindurchgegangen ist. Zu diesem Zweck sind oberhalb und unterhalb der Elektroden 21 und 26 Rohre 27, 28 vorgesehen, durch welche Luft oder Wasser oder ein anderes Wärmeübertragungsmittel umlaufen gelassen werden kann. In den ersten Rohren 27a, 28a, nahe dem Eintrittsende der im Abstand voneinander befindlichen Elektroden, ist es gewöhnlich notwendig, ein Kühlmittel umlaufen zu lassen, da bei einem kontinuierlich arbeitenden Verfahren die anderen Teile der Elektroden Wärme absorbieren, die zu den Eintrittsteilen der Elektroden geleitet werden würde. Die übrigen Rohre erfordern jedoch eine Zirkulation eines Heinrnittels, vorzugsweise mit ansteigender Temperatur längs des Förderbandes, so daß die Temperaturen der Umgebung des Schaumes erhöht werden, wenn die Temperatur des Schaumes ansteigt. Der Zweck besteht, wie oben erläutert, darin, die Umgebungstemperaturen über die ganze Länge des Förderbandes möglichst gleich der Temperatur des Schaumes zu halten. Bei dem kontinuierlichen Arbeiten, das über eine beträchtliche Zeitdauer fortgesetzt werden kann, ist es möglich, die Umgebung des Schaumes auf Temperaturen einzustellen und zu halten, die den Schaumtemperaturen längs des Förderbandes sehr nahe kommen.
  • Wenn der Schaum aus der Unterseite der Elektrode 26 heraustritt, wird er während des übrigen Teiles der Wärrnebehandlung, währenddem des Schmelzen stattfindet, einer verminderten wirksamen Spannung ausgesetzt. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt dies dadurch, daß die eine Elektrode aus zwei Abschnitten besteht, von denen der eine von der vorstehend genannten oberen Elektrode 26 und der andere von einer Elektrode 29 gebildet wird, die von der Gegenelektrode 21 in einem größeren Abstand als die Elektrode 26 angeordnet ist. Daher ist, obgleich die Elektrode 29 mit der Elektrode 26 durch biegsame Leitungen30 elektrisch verbunden sein kann, so daß die an der Elektrode 29 liegende Spannung derjenigen der Elektrode 26 entspricht, die an dem Schaum wirkende Spannung zufolge des vergrößerten Luftspaltes sehr viel kleiner.
  • Weiterhin ist bei der dargestellten Ausführungsform die Elektrode 29 derart aufwärts geneigt, daß die an dem Schaum wirksame Spannung sich fortschreitend verkleinert, wenn der Schaum zwischen der Elektrode 29 und der Gegenelektrode 21 hindurchgeht. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß die Teile; ratur des Schaumes die Gefahrenzone erreicht, in welcher ein Zerschmelzen und Zusammenfallen erfolgt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Elektrode 29 einstellbar angeordnet, indem sie an Haltegliedern 31 aufgehängt ist, die mit der Elektrode gelenkig verbunden sind. Die oberen Enden der Halteglieder 31 sind mit Öffnungen 32 versehen, mittels deren sie an einem Träger 33 durch Bolzen mit Flügelmutter 34 befestigt werden können.
  • Hinsichtlich der Gellerzone und der Schmelzzone, die in Verbindung mit den Fig. 1 und 4 erläutert wurden, sei bemerkt, daß die Grenzen dieser Zonen sich bei verschiedenen Zusammensetzungen des Ausgangsmaterials ändern. Weiterhin können mit Bezug auf irgendeine gegebene Zusammensetzung des Ausgangsmaterials die genauen Grenzen nicht immer genau festgelegt werden. Trotzdem ist die Annahme solcher Zonen eine brauchbare Hilfe für die Erläuterung, und bei jeder Zusammensetzung sind eine bestimmte erste Temperaturzone, innerhalb welcher das Gelieren stattfindet, und eine bestimmte zweite Temperaturzone, innerhalb welcher das Schmelzen stattfindet, vorhanden. Die ungefähren Grenzen der Zonen können für jede besondere Zusammensetzung durch einen Versuch leicht bestimmt werden. Basierend auf der Erkenntnis dieser verschiedenen Zonen und der Veränderungen, die in ihnen auftreten, wurde das Verfahren der Wärmeregelung gemäß der Erfindung entwickelt, um das Problem der Nutzbarmachung von Hochfrequenzwärme zum Verfestigen von Vinylharzschaum zu lösen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Verfestigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylhaaschaum durch Erwärmen mittels Hocwuenz, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Hochfrequenzerwärmung des Schaumes noch zusätzlich Wärme der Umgebung des Schaumes zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich zugeführten Wärmemengen bei Anstieg der Temperatur im Innern des Schaueees wenigstens so lange erhöht werden, bis der Schaum eine oberhalb der Geliertemperatur liegende Temperatur erreicht hat.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der die zusätzlichen Wärmemengen liefernden Wärmequelle in dem gleichen Verhältnis erhöht wird, wie die Temperatur des Schaumes ansteigt, so daß die Temperaturen der Umgebung des Schaumes sich ungefähr auf der gleichen Höhe wie die Temperaturen des Schaumes befinden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Hochfrequenzteldes auf den Schaum unterbrochen wird, sobald dieser eine oberhalb der Geliertemperatur liegende und den Beginn des Schmelzens kennzeichnende Temperatur erreicht hat, daß danach die Temperatur der Umgebung des Schaumes wieder erhöht wird, bis die Temperatur der Außenseiten des Schaumkörpers wenigstens diejenige seines Innern erreicht hat, und daß dann der Schaum erneut einem Hochfrequenzfeld aus, gesetzt und dabei geschmolzen wird.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Schaumes in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die weniger als 10 g Wasser je Kilogramm Luft enthielt.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit Mitteln zum Zuführen eines elektrischen Hochfrequenzstromes an im Abstand voneinander angeordnete Elektroden, um ein sich zwischen den Elektroden hindurchbewegendes thermoplastisches Harz von innen zu erhitzen, und mit Mitteln zum gleichzeitigen Zuführen von Wärme zu der Außenseite des Harzes, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in ihrem Abstand zueinander einstellbar angeordnet und während des Betriebes in ihrem Abstand relativ zu einem sich zwischen den Elektroden bewegenden, aus nichtleitendem Material bestehenden Förderband festlegbar sind, auf das Vinylharzschaum aufgebracht wird, bevor es in den Raum zwischen den Elektroden eintritt.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden aus zwei elektrisch miteinander verbundenen, aber relativ zueinander bewegbaren Abschnitten besteht, von denen der Abschnitt, welcher der Aufbringstelle des Vinylharzschaumes am nächsten liegt, sich im wesentlichen parallel zu der Gegenelektrode erstreckt, während der andere Abschnitt relativ zu dieser Gegenelektrode aufwärts geneigt ist, so daß, wenn das Förderband den Schaum zwischen die lilektrod'en fiihrt, die effektive Spannung in an sich bekannter Weise sich allmählich vermindert, wenn der Schaum unter dem geneigten Elektrodenabschnitt hindurchgeht.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 839 715; britische Patentschrift Nr. 588 617; »Modern Plasties«, 1954, April, S 136, 137, 140.
DEE12213A 1955-04-12 1956-04-11 Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von plastifiziertem, ungeliertem Vinylharzschaum durch Erwaermen mittels Hochfrequenz Pending DE1143998B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT387542B (de) * 1983-02-11 1989-02-10 Isovolta Verfahren zum herstellen von phenol-aldehydharz- schaumstoffkoerpern
AT393101B (de) * 1984-08-16 1991-08-26 Isovolta Verfahren zum kontinuierlichen herstellen von schaumstoffen

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB588617A (en) * 1944-08-30 1947-05-29 British Insulated Cables Ltd Improvements in apparatus for producing cellular material
DE839715C (de) * 1952-04-10 Auto-Union G.m.b.H., Ingolstadt Härtung von Kunstharz-Schichtpreßstoff-Werkstücken

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