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Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Kunststoffschäumen auf
der Basis von Polyurethanen in Blockform.
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Zur Herstellung von Kunststoffschäumen auf der Grundlage voll Polyestern
bzw. Polyäthern einerseits und organischen Polyisooyanaten andererseits sind Maschinen
gebräuchlich, bei denen die zunächst flüssigen Stoffe miteinander vermisoht auf
den Boden einer torgförmigen Wanne aufgegeben werden und danaoh aufschäumen. Die
in dem Gemisch vorhandenen Stoffkomponenten reagieren miteinander in Gegenwart von
Wasser unter Gasabspaltung und bilden unter Molekülverknüpfung ein beständiges Schaumgefüge.
Der Trog, in dem diese Aufsohäumung stattfindet, ist hierbei in der Regel als ein
endlos umlaufendes Förderband ausgebildet, so dass auoh lange strangförmige Schaumstoffblöcke
hergestellt werden können.
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In den bisher verwehdeten Machinen entsteht hierbei ein Schaumstoffblock
gemäss Figur 1 der Zeichnung, d.h., die Oberfläche des Schaumstoffblockes ist kuppenförmig
gewolbt, da infolge der bestehenden Oberfläohenspannung sich die freiliegende Fläche
wölbt, vor allem auch wegen des Festklebens des Schaumes an den Seitenwandungen
des Troges bzw. an den Papier- oder Folienbahnen,
mit denen der
Trog ausgelegt ist. hierdurch wrid der Schaum in der Nähe dieser Seitenwind in seinem
Wachstum gehemmt. Ausserdem bildet sich an der Ober- und Unterseite des Blockes
eine verdichtete Zone in Form einer Haut aus. Da der Schaumkunststofr für die Weiterverarbeitung
in der hegel in Schichten zerQohnitten wird, ergibt sich durch die kuppenförmige
Wölbung der Oberfläche in Längsrtichtung des Blockes und die Ausbildung der verdichteten
Oberflächenschichten ein hoher Anteil an Abfällen, die kaum lohnend weiterveraroeitet
werden können.
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Ein weiterer, häufig auftretender Nachteil in der bisherigen Schaumstoff-Fertigung
liegt darin, dass die Schaumstoffe infolge der zeilenweisen Aufgabe des Reaktionsgemisches
und der Neigung des Troges gegen die horizontale zur Schlierenbildung neigen. Diese
kommt dadurch zustande, dass einander benachbarte Volumenelemente innerhalb des
Schaumes sich im Augenblick des Zusammentreffens durch die zeilenweise Aufgabe in
einem unterschiedlichen Reaktionszustand befinden.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und Anordnung
geschaffen, durch die die Ausbildung einer kuppenförmigen Oberflächenwölbung in
LängBrichtung des Blockes, einer lederartigen verdichteten Oberflächenzone
und
einer Schlierenbildung innerhalb des Schaumstoffes vermieden wird. i>ie Vorrichtung
besteht im wesentlichen aus einem Tunnel, durch den der bei der Reaktion gebildete
Schaum geführt wird. Der Tunnel ist an einem Ende durch einen Einsatz abgeschlossen,
in dem die Schumbildungsreaktion abläuft und dem über einen Ansatz das vorher hergestellte
Reaktionsgemisch in geeigneter Weise kontinuierlioh zugeführt wird. hierbei wird
der Tunnel mit dem durch den Einsatz abgeschlossenen bunde so angeordnet, das die
Tunnelachse in Richtung des offenen Endes ansteigt. Dadurch wird erreicht, dass
oenachbarte Volumenelemente in S¢häumrichtung eine Kontinuierliche Veränderung hinsichtlich
des Reaktionszustandes aufweisen und so der Schlierenbildung innerhalb des gebildeten
Schaumstoff es entgegenwirken.
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In einer vorteilhaften Ausführungsfrom der vorliegenden Erfindung
wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Schaumstoffblökcken aus Polyester- oder
Polyätherurethanen verwendet, die einen vertikal angeordneten Tunnel aufweist, in
den das Reaktiongemisoh von unten her eingeführt wird, so daß der entstehende Schaum
nach oben abgeleitet wird.
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Dadurch ist die Herstellung von Sohaumstoffblöoken beliebiger Länge
sichergestellt, da der einmal verfestigte Scahumstoffblock beim austritt aus dem
Reaktionstunnel durch geeignete Maßnahmen umgelenkt, duroh Förderbänder beliebiger
Länge abgeführt und mittels einer Schneidevorriohtung in die gewünschte Länge zerteilt
werden kann.
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In vorteilhafter Weise werden die 8eitenwände des Schsumstoffblockes
duroh Papierbahnen begrenzt, die an den Innenflächen des Reaktionstunnels entlanglaufen.
Dieee Papierbahnen werden duroh das natürliche Wachstum des Schaumstoffblckes infolge
der Reaktion in den Tunnel hineingesogen und können nach Verlassen desselben vom
entstandenen Schaumstoffblook in an sich bekannter Weise wieder entfernt werden.
Die Höhe des Reaktionstunnels ist abhängig von der Reaktions- und Einsprictzgeschwindigkeit
des
Reaktionsgemisches.
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Um eine gelcihmässige Porenbildung zu erhalten, ist in vorteilhafter
lusführungsfcrm der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die Druchlaufgeschwindigkeit
des gebildeten Sohaumstoffblockes daduroh zu steuern, daß die die Seitenfläohen
des Blockes begrenzenden Papierbahnen mit konstanter Gesohwindigkeit duroh den Reaktionstunnel
gezogen werden. Hierbei wird infolge der Haftung des Sohaumstoffblokkes am Papier
der durch die Reaktion entstehende Innendruck des Schaumstoffblookes in vorteilhafter
Weise teilweise auegegliohen bzw. das Wachstum des Blockes unterstützt.
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Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung. die Abzugsgeschwindigkeit
der Papierbahnen duroh Konstanthalten von während des Reaktionsablaufes messbaren
Größen zu steuern. ls besonders vorteilhaft hat sich hier eine Drcukmessung in der
noch flüssigen Phase des Reaktionggemisches, besonders in der Nähe der Zuführung
in den Reaktionstunnel erwiesen.
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Die Steuerung kann zweckmässigerweise so gestaltet werden, daß zwischen
den Papierbahnen, die gegebenenfalls auch durch Kunststoffolien ersetzt sein können,
und den Tunnelwandugne endlose Förderbänder angeordnet sind, deren Umlaufgeschwindigkeit
über ein stufenlos regelbares Getriebe in Abhängigkeit von den gemessenen Drucksohwankungen
gesteuert
werden kann.
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Bei seinem Austritt aus dem Reaktionstlmnel verfügt der Sohaumstoftblock
bereits über eine ausreiohende Eigenfestigkeit in seinem Gefüge, so daß er nuroh
geeignete Umlenkvorrichtungen aus der vertikalen Lage in die horizontale Lage überführt
und nach den sonst üblichen und an sich bekannten Verarbeitungamethoden weiter zerlegt
und bearbeitet werden kann.
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Durch diese erfindungsgemässem Maßnahmen wird erreicht, daß die selbst
bei der herkömmlichen Schaumstoftherstellung auftretenden Dichrtunterschiede innerhalb
des Schaumstoffblockes vermieden werden und ein auoh hinsichtlioh der Dichte im
gesamten Blook homogener Schaum entsteht.
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Die Schäumung in steigender Richtung hat zwei wesentliche Vorteile
gegenüber der Schäumung in horizontaler oder fallender Richtungs Wenn am Ende der
Schaumreaktion sich die Zellen öffnen, muß das überschüssige Gas leicht entweichen
können, andernfalls entstehen Risse im Inneren des Blockes. Durch die dichte Haut
des in herkömmlicher Weise hergestellten Blockes wird dieser Vorgang behindert.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren liegen demgegenüber
immer
über den sich öffnenden Zellen bereits offene Poren. Ferner befindet sich die spezifisch
schwerere, unverschäumte Mischung am Boden des Reaktionaraumes. Damit vollzieht
sich die Abs tufung des spezifisohen Gewichtes entsprechend der fortschreitenden
Reaktion kontinuierlich bis zum endgültigen Raumgewicht des fertigen Schaumes.
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Die erfindungsgemäss erzielten Vorteile bei der Fertigung von Schaumstoffblöcken
werden in gleicher Weise @zielt, wenn die Schaumstoffblöcke unter Verwendung Ger
erfindungsgemässen Vorrichtung unter einem Neigungswinkel des Reaktionstunnels,
der 7 900 zur steigenden Vertikalen ist, hergestellt werden. Duroh Veränderun dieses
Neigungswinkels ist es weiterhin möglich, die durch das Poren fuge bedingten Eigenschaften
des Sohaumstoffes bewußt zu verändern. Bekanntlich haben die Poren innerhalb des
Sohaumstoffes im allgemeinen annähernd die Form von Rotationsellipsoiden, deren
große hohle in Steigrichtung des Schaumes verläuft. Daraus ergibt sich ein unterschiedliche
Kompressibilität des Sohaumes in Längs- bzw. Querrichtung des Blockes. Bei einem
Neigungswinkel des Reaktionatunnels von annähernd 450 wird die Kompressibilität
des Schaumstoffes 80 verändert, daß sie in
beiden Richtungen annähernd
gleioh ist. Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Herstellung von Zuschnitten
für Polsterzweoke.
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Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung hiersu können
mit Misch- und Zuführungseinrichtungen für das Reaktionsgemisch gekoppelt werden,
die sowohl nach dem Hcchdruckv wie auch nach dem Niederdruckverfahren arbeiten.
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Die erfindungsgemäss verwendete Vorrichtung und das Herstellungsverfahren
von Schaumstoffblöcken mit Hilfe dieser Vorrichtung wird in den beiliegenden Zeichnungen
schematisch näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt, wie bereits erwähnt, einen Sohaumstoffblock im Querschnitt,
der nach konventionellen Herstellungsmehoden gefertigt wurde.
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Fig. 2 zeigt den gleichen Blook, der gemäss der Erfindung hergestellt
worden ist und der weder eine kuppenförmige Wölbung (1) noch eine starke oben verdichtete
Oberflächenschicht 2 gemäss Fig. 1 aufweist.
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Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung sur Herstellung von Sohaumstoffblöcken
gemäss Fig. 2, die nach im Prinzip der vorliegenden Erfindung aufgbaut ist. Sie
besteht im wesentlichen aus dem Reaktionstunnel 3, einem Trichter 4 am unteren Ende
dieses Reaktionsunnels. über den das fertige Reaktionsgemisch mittels einer Sohlauohleitung
5 der Vorrichtung zugeführt wird. Die inneren Seitenflächen des Reaktionstunnele
werden mit Papierbahnen 6 ausgelegt, die von Rollen 7 am unteren Ende abgezogen
und über eine Aufwickelvorrichttung 8 auf Rollen 9 an den einzelnen Seiten des Reaktionstunnels
an dessen oberen Ende aufgewickelt werden. Mittels einer Umlenkvorrichtung 10 wird
der fertige Schaumstofrblock sodann aus der vertikalen in die horizontale Lage überführt.
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Der Trichter 4 wird in seiner Gestaltung und seiner Höhe so bemessen,
daß an seinem oberen Ende das Reaktionsgemisch als hochviscose, aufgeschäumte Paste
heraustritt, Jedoch nooh feucht genug ist, um duroh de-n von dor jufsohäumung bewirkten
Schub aus dem Trichter herausgedrückt zu werden. Da die
Reaktionszeit
und die Steighöhe duroh entspreohende Einstellung des Reaktionsgemisches willkürlich
verändert werden könen, muß die Trichterhöhe auf diese Größen eingestellt werden.
Dies gesohieht in vorteilhafter Weise durch, daß das pyramidenstumpfförmige Unterteil
des Triohters zu den einander parallel liegenden vertikalen Seiten versohiebbar
angeordnet wird.
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Es ist von Vorteil und liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
die Wandungen des Reaktionstunnels durch Anbringung von Doppeiwandungen und Durohleiten
geeigneter, auf die gewünschrte Temperatur erwärmter Flüssigkeiten duroh du zo gebildeten
Räume 11, 11', 11" zu temperieren. Hierbei wird, um nach Ablauf der Reaktion infolge
des natürlichen Wärmegefälles innerhalb d.s Sohaumstoffblockes auftretenden REaktionszeitäneerungen
entgegenzuwirken, die Zone 11 auf einer höheren Temperatur, etwa zwischen 80 und
1500 C gehalten, während die untere Zone 11', in der eine zu starke Reaktion im
Bereich der Wandung vermieden werden soll, um ein vorzeitiges Haften des Sohausstoffblockes
an der Papierbahn zu vermeiden, auf einer niedrigeren Temperatur, etwa zwischen
20 und 500 C, gehalten wird. Der Raum 11" sohließlioh,
im Bereich
des Trichters 4, dient dazu, die bei der kontinuierlichen Fertigung auftretende
Wärmestauung, hervorgerufen duroh die Reaktionswärme innerhalb des Trichters, aufzuheben
und die der Trichterwandung zugeleitete Wärme abzuleiten.
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Für die Herstellung verschieden breiter Schaumstiffblöche nach dem
erfindungsgemässen Verfahren ist es vorteilhaft und liegt im Rahmen der vorliegenden
Erfindung, zwei gegenüberliegende Wandungen des Tunels 3 durch geeignete Vorrichtungen
gegeneinander verschiebbar auszubilden. Den dadurch veränderten Abmessungen des
Reaktionetunnele entspreohend werden auch Jeweils zwei gegenüberliegende Begrenzungeflächen
des REaktionstrichers 4 beweglich ausgestaltet, so daß eie den veränderten Maßen
des Reaktionstunneis in einfaoher Weise angepaßt werden können.
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Der Reaktionstunnel kann in gleicher Weise auoh zylindrische Form
erhalten, um für das sogenannte Schälverfahren geeignete Rundblöcke ohne wesentliche
Abfälle herstellen zu können.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand folgenden Bei spieles für die
Herstellung eines Polyätherurethanschaumes mit einem Raugeeicht von 28 kg/m2 näher
erläurte: Fon einem Reaktionsgemisch, daß die Komponenten von Isocyanat und Polyäther
im Verhältnis 2 t 1 sowei die üblichen Zuschläge enthält, werden 4 kg/min. dem Trichter
4 zugeführt, über dem ein Reaktionstunnel mit den inneren Abmessungen von 300 x
300 mm angeordnet ist. Die Reaktionszeit für den Sohäumvorgang eischliesslich der
Startzeit betrug 70 Sekunden. Daraus ergab sich eine theoretische Durohlaufgesohwindigkeit
für die Papierbahnen von rund 0,8 cm/sec. Der erhaltene Schaumstoffblock war sohlierenfrei
und wies in allen Teilen ein einheitliches Raumgetioht von 28 kg/m2 auf.