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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus porösen thermoplastischen
Kunststoffen Es ist bekannt, daß man poröse Formkörper aus thermoplastischen Kunststoffen
erhält, wenn man einen feinteiligen thermoplastischen Kunststoff, der ein gasförmiges
oder flüssiges Treibmittel enthält, in nicht gasdicht schließende Formen auf Temperaturen
oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels und des Erweichungspunktes des thermoplastischen
Kunststoffes erhitzt. Als Wärmequelle verwendet man dabei meistens Dampf. Es ist
jedoch auch bereits empfohlen worden, Infrarotheizung oder Beheizung durch ein elektrisches
Hochfrequenzfeld anzuwenden. Im letztgenannten Falle geht man beispielsweise so
vor, daß man den feinteiligen expandierbaren thermoplastischen Kunststoff in eine
Form aus einem möglichst unpolaren Werkstoff einfüllt und die gesamte Form in ein
Hochfrequenzfeld einbringt. Nach diesem Verfahren kann man plattenförmige oder beliebig
gestaltete, z. B. profilierte oder gewölbte Formkörper für Verpackungszwecke oder
Blumengefäße herstellen, sofern die Größe und die Gestalt dieser Formkörper die
Verwendung von planen Elektroden für die Erzeugung des Hochfrequenzfeldes gestatten.
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Das Verfahren ist jedoch nicht ohne weiteres brauchbar, wenn größere
Formkörper, wie Kühlschrankbehälter, hergestellt werden sollen, so daß der Elektrodenabstand
40 bis 50 cm oder mehr betragen muß.
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In diesem Fall wird nämlich die zum Ausschäumen erforderliche Feldstärke
nicht mehr erreicht. Man kann sich dadurch helfen, daß man eine besondere Elektrodenanordnung
wählt, indem man z. B. Kupferplatten unmittelbar an die Formwandungen anlegt.
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Diese Elektroden sind in der Regel nicht ebentlächig und müssen den
Erfordernissen des Ausschäumvorganges angepaßt sein. So ist es beispielsweise wünschenswert,
daß innerhalb der gesamten Form eine möglichst gleichmäßige Feldstärke herrscht.
Bislang hat man immer so gearbeitet, daß der gesamte Innenraum der Form innerhalb
eines Hochfrequenzfeldes lag.
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Es wurde nun gefunden, daß sich Formkörper aus porösen thermoplastischen
Kunststoffen durch Erhitzen von feinteiligen, expandierbaren thermoplastischen Kunststoffen
mittels eines elektrischen Hochfrequenzfeldes in Gegenwart von Wasser in nicht gasdicht
schließenden Formen vorteilhaft herstellen lassen, wenn man nur einen Teil der Form
beheizt und die Ausschäumung und Verschweißung der Kunststoffteilchen mit Hilfe
des Wasserdampfes vornimmt, der im beheizten Teil entwickelt wird.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung entweicht der Dampf aus dem
beheizten Bereich der Form in die nicht beheizten Teile, schäumt die dort befind-
lichen
Kunststoffteilchen auf und verschweißt sie.
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Während man bei dem bekannten Dampfstoß-Verfahren beträchtliche Mengen
an Dampf von in der Regel 0,5 bis 1,0 atü zum Ausschäumen und Verschweißen benötigt,
genügen bei dem Verfahren nach der Erfindung die geringen Mengen an Dampf von 1
ata, die in dem beheizten Teil der Form entstehen, für das Ausschäumen und Verschweißen
der Kunststoffteilchen in den nicht beheizten Teilen der Form.
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Überraschenderweise vermag auch das Wasser aus den inneren Bereichen
des beheizten Teiles der Form durch die Randzonen des beheizten Teiles in die nicht
beheizten Teile zu entweichen, bevor die Kunststoffteilchen in den erwähnten Randzonen
völlig ausgeschäumt und verschweißt und dadurch praktisch wasserdampfundurchlässig
geworden sind.
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Das neue Verfahren hat einen geringeren Energiebedarf als die bekannten
Arbeitsweisen mit Hochfrequenzbeheizung, weil der Dampf, der sonst ungenutzt entweicht,
zum Ausschäumen und Verschweißen verwendet wird.
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Nach dem Verfahren lassen sich die üblichen expandierbaren thermoplastischen
Kunststoffe verarbeiten. Vorzugsweise benutzt man ein feinteiliges expandierbares
Polystyrol oder Mischpolymerisate von Styrol, beispielsweise mit Acrylnitril, die
die üblichen gasförmigen oder flüssigen Treibmittel enthalten. Auch kleine Teilchen
aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder Polymethacrylsäureestern sind brauchbare
Ausgangsstoffe für das Verfahren. Die expandierenden Kunststoffe werden zweckmäßig
auf ein Schüttgewicht, das dem gewünschten Raumgewicht des Formkörpers entspricht,
oder auf ein geringfügig darüber liegendes Schüttgewicht vorgeschäumt. Das Verfahren
eignet sich besonders für die Herstellung von Raumkörpern mit Raumgewichten
zwischen
10 und 100, insbesondere zwischen 15 und 50 gll.
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Es ist erforderlich, daß sich in der Form, die den feinteiligen thermoplastischen
Kunststoff enthält, Wasser befindet. Zweckmäßig benetzt man die Kunststoffteilchen
mit 3 bis 8, vorzugsweise 4 bis 6 g Wasser je Liter vorgeschäumten Materials. Es
ist auch möglich, mit Wasser benetzte Kunststoffteilchen nur in den beheizten Teil
der Form einzubringen und den übrigen Innenraum der Form mit trockenen Kunststoffteilchen
zu füllen.
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Man verwendet vorteilhaft Formen aus möglichst unpolaren Werkstoffen,
beispielsweise aus Holz oder aus Polyesterharz. In den Formen können sich Deckschichten
oder Deckplatten befinden, die sich, gegebenenfalls mit Hilfe eines Klebemittels,
mit dem Formkörper verbinden und ihm eine glatte und gefällige Oberfläche verleihen.
Es ist möglich, den Formkörper allseitig mit solchen Deckschichten oder -platten
zu versehen, so daß die Form aus unpolarem Werkstoff nur als Stützform dient. Geeignete
Deckschichten oder -platten bestehen beispielsweise aus Polyvinylchlorid, Polystyrol,
Melaminharz, Papier, Metall, Holzfaserplatten, Zement- und Asbestplatten oder keramischem
Material.
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Die Elektroden legt man zweckmäßig an einen beiderseits ebenflächigen
Teil der Form an. Man kann beispielsweise Kupferplatten verwenden. Es ist aber auch
möglich, Metallfolien, beispielsweise aus Aluminium, die zusammenhängend oder in
Streifen aufgeteilt sein können, zu benutzen. Die Größe des beheizten Teiles der
Form hängt unter anderem vom Raumgewicht und der Form des herzustellenden Formkörpers
sowie von der Feldstärke und der Frequenz des elektrischen Hochfrequenzfeldes ab.
Es ist im allgemeinen ohne weiteres möglich, Formkörper in Formen herzustellen,
von denen etwa die Hälfte bis drei Viertel des gesamten Innenraumes beheizt sind.
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Eine geeignete Vorrichtung, in der das Verfahren nach der Erfindung
ausgeführt werden kann, ist in der Abbildung wiedergegeben. Eine zweiteilige Form
aus glasfaserverstärktem Polyesterharzl, die durch die Bolzen 2 zusammengehalten
wird und Durchbohrungen 3 enthält, umkleidet als Stützform eine ebenfalls zweiteilige
Form 4 aus tiefgezogenem schlagfestem Polystyrol. Der Innenraum 5 wird mit expandierbarem
thermoplastischem Kunststoff gefüllt. Die Elektroden 6 dienen zur Erzeugung des
Hochfrequenzfeldes.
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Beispiel 1 Polystyrolteilchen von 1 mm Durchmesser, die Pentan als
Treibmittel enthalten, werden im Dampfstrom so lange vorgeschäumt, bis sie ein Schüttgewicht
von 50 gel aufweisen. Man lagert die vor-
geschäumten Teilchen 24 Stunden an der
Luft, vermischt sie mit 5 g Wasser je Liter und bringt sie in eine Blockform aus
glasfaserverstärktem Polyesterharz ein, so daß der gesamte Hohlraum der Form ausgefüllt
ist. Die äußere Oberfläche der Form wird beidseitig mit Streifen aus Aluminiumfolie
belegt. Die Streifen sind 5 cm breit und haben einen Abstand von ebenfalls 5 cm.
Die Aluminiumstreifen auf jeder Seite der Form sind miteinander leitend verbunden
und bilden jeweils eine Elektrode für die Ausbildung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes.
Wenn das Feld angelegt wird, bildet sich innerhalb der Form Wasserdampf, der teilweise
durch Undichtigkeiten der Form (oder durch gegebenenfalls vorhandene Perforationslöcher)
entweicht. Man erhält einen sehr druckfesten homogenen Formkörper vom Raumgewicht
50 g/l.
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Beispiel 2 Man stellt ein Kühlschrankgehäuse in einer Form her, die
der Abbildung entspricht. Der Formkörper hat eine Höhe von 50 cm, eine Breite von
50 cm, eine Tiefe von 42cm und eine Wandstärke von 4 cm. Der beheizte Teil der Form
wird mit vorgeschäumten expandierbaren Polystyrolteilchen vom Schüttgewicht 25 g/l,
die 5 g Wasser je Liter enthalten, gefüllt, während man in die nicht beheizten Teile
der Form trockene vorgeschäumte Polystyrolteilchen desselben Schüttgewichtes einbringt.
Nach dem Anlegen des Hochfrequenzfeldes strömt der in dem beheizten Teil der Form
entstehende Wasserdampf in die nicht beheizten Teile und verschweißt die gesamte
Füllung der Form zu einem homogenen Formkörper, der eine Oberfläche aus schlagfestem
Polystyrol aufweist.