DE1504263A1

DE1504263A1 - Verfahren zur Verdichtung der Oberflaeche von thermoplastischen Schaumstoffen

Info

Publication number: DE1504263A1
Application number: DE19641504263
Authority: DE
Inventors: Roehr Dr Harry; Karl-Heinz Mueller
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1964-12-12
Filing date: 1964-12-12
Publication date: 1969-09-25
Also published as: FR1458880A; AT291532B; GB1118919A; CH435692A; NL6516114A; BE673574A

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG LEVERKUSEN-Bayerwerk

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Verfahren zur Verdichtung der Oberfläche von thermoplastischen

Schaumstoffen

Es ist bereits bekannt (vgl. deutsche Patentschrift 946 085), poröse Formkörper aus thermoplastischen Kunststoffen mit einer nichtporösen Oberfläche zu versehen, indem man die porösen Formkörper in Formen, die nicht gasdicht schließen, so lange auf Temperaturen oberhalb des Erweichungabereichs der betreffenden Kunststoffe erwärmt, bis der Kunststoff an der Oberfläche des Formkörpers geschmolzen ist. Die Wirkung dieses Verfahrens beruht darauf, daß aus der Außenschieht die porenfüllenden Gase entweichen und diese Schicht in noch plastischem Zustand durch den entstehenden hohen Innendruck an die Außenwand der Form gepresst wird. Dieses Verfahren benötigt also zu seiner Durchführung geschlossene druckfeste Formen, die die Form des gewünschten Körpers haben müssen, d. h. für jeden speziellen Zweck besonders angefertigt werden müssen, die Größe des herstellbaren Formkörpers begrenzen und eine kontinuierliche Arbeitsweise unmöglich machen.

Es ist ferner aus der deutschen Patentschrift 946 085 bekannt, durch Erwärmen von porösen Kunststoffmassen diese an der Oberfläche zu erweichen und dadurch eine Haut auf diesen Massen

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herzustellen. Bei dieser Arbeitsweise erhält man aber nicht vollkommen geschlossene Oberflächenschichten, und auch die mechanischen Eigenschaften, z. B. die Druckfestigkeit, solcher Massen befriedigen nicht.

Es wurde nun gefunden, daß man Formkörper aus porösen Schaumstoffen mit verdichteter Oberfläche erhält, wenn man die Formkörper kurzzeitig einer intensiven Wärmezufuhr aussetzt, dadurch die Oberfläche aufschmilzt und diese in noch plastischem Zustand glättet. Die Wärmeenergie kann sowohl durch Wärmeleitung zugeführt werden, z. B. durch ein mit dem Schaumstoff im Kontakt befindliches heißes Medium (Flüssigkeit, Gas, Gasflamme) als auch durch Wärmestrahlung. Die bevorzugte Ausführungsmethode bedient sich der Infrarotstrahlung, die einerseits gut dosierbar ist und andererseits den Erwärmungsprozeß in einer inerten Gasatmosphäre durchzuführen gestattet, so daß keine oxidative Schädigung des Materials auftreten kann.

Es ist wesentlich, die Ultrarotstrahlung sehr intensiv zu wählen und nur kurze Zeit einwirken zu lassen, damit die Oberfläche sehr schnell aufgeschmolzen wird, ohne daß sich das Innere des Schaumstoffkörpers stark erwärmt. Dies ist wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit der Schaumstoffkörper möglich. Es wird .also bei dem vorliegenden Verfahren eine zusammenhängende porenfreie Oberfläche hergestellt, ohne daß sich die Struktur des Schaumstoffs im Innern des Körpers

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verändert· Aus diesem Grund ist auch die Anwendung höherer Drucke nicht erforderlich.

Dem Verfahren können prinzipiell alle Schaumstoffe aus thermoplastischen Kunststoffen unterworfen werden. Bevorzugt werden schlagfeste Materialien, z. B. acrylnitril- und/oder butadienmodifizierte Polystyrole, modifiziertes Polyvinylchlorid, Celluloseester und Polyäthylen verwendet. Bevorzugt werden nach dem Verfahren der Erfindung Konstruktionsplatten mit sogenannter "Sandwichstruktur" hergestellt, d.h. Platten, die einen Kern aus Schaumstoff und verdichtete Ober- und Unterseite haben. Dabei bildet sich zwischen der verdichteten Oberflächenschicht und dem Schaumkern eine Zone nach innen abnehmenden Raumgewichts aus, so daß der übergang von der kompakten Außenschicht zum porösen Kern kontinuierlich erfolgt. Die nach dem Verfahren modifizierte Schaumstoffplatte besitzt daher die wesentlichen Merkmale einer echten Verbundplatte, wie sie aus härtbaren Harzen schon seit langer Zeit bekannt ist. Sie kann jedoch wegen des thermoplastischen Charakters des Materials weiterhin noch thermoplastisch verformt werden, z. B. nach dem Vakuumverformungsverfahren

Das Verfahren kann auf folgende Weise durchgeführt werden:

Die starre Schaumstoffplatte wird in sauerstofffreier (inerter) Atmosphäre durch einen Heizkanal bewegt, der sich zwischen zwei Walzenpaaren mit unabhängig regelbaren

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Antriebsaggregaten "befindet. In dem Kanal Bind in einstellbarem Abstand und parallel zur Plattenoberfläche leistungsstarke Infrarot-Flächenstrahler mit einem Hauptwellenlängenbereich von vorzugsweise 1,9 bis 5,8/um angebracht. Die Anordnung der Strahler ist so gewählt, daß die bewegte Platte nach möglichst kurzer Zeit an der Oberfläche die Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials erreicht, und daß diese Oberflächentemperatur bis zum Verlassen des Heizkanals noch unterhalb derjenigen Temperatur bleibt, bei der tin merklicher thermischer Abbau der Thermoplasten stattfindet.

Neben der räumlichen Anordnung der Infrarotstrahler kann deren Wirksamkeit noch über Temperaturregler (Intervalloder Spannungsregler) gesteuert werden.

Während, des Durchlaufens des Heizkanals herrscht in der Schaumstoffplatte ein Temperaturgefälle zwischen der Schaumoberfläche, an der sich eine Temperatur zwischen Schmelz- und Zersetzungstemperatur einstellt, und dem Schaumkern, in dem vorzugsweise Raumtemperatur herrscht. Dieses vom Material her beschränkte Temperaturgefälle bewirkt einen in das Schauminnere gerichteten Wärmestrom. Je größer der Zeitraum währenddessen dieser Wärmestrom fließt ist, umso weiter verlagern sich die einzelnen Zonen der Schmelztemperatur und der Erweichungstemperatur in das Schauminnere hinein. Der Verlauf dieser Temperaturzonen ist maßgebend für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten porenfreien Deckschichten bzw. den verdichteten Schaumschichten zwischen Deckschicht und Plattenkern.

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Um eine 1 mm dicke, porenfreie Oberflächenschicht zu erzeugen, ist z. B. für die Temperaturbehandlung der Zeitraum nötig, in dem die Schmelztemperatur so tief in den Schaum eindringt, wie der Schaumstoffschichtdicke entspricht, die aus einer 1 mm kompakten Kunststoffschicht erzeugt wurde. Verhält sich beispielsweise das Raumgewicht des Schaumstoffes zum Raumgewicht des ungeschäumten, kompakten Materials wie 1:4, so muß die Schmelztemperaturzone entsprechend 4 mm unterhalb der ursprünglichen Schaumstoffoberfläche verlaufen.

Der Zeitraum der Wärmeeinwirkung hängt nun von der Geschwindigkeit ab, mit der die Temperaturzonen im Schaumstoff fortschreiten. Diese ist umso größer, je größer das erzeugte Temperaturgefälle und je höher die Wärmeleitfähigkeit des Schaums ist. Die Wärmeleitfähigkeit ist für den verwendeten Schaumstoff spezifisch, da diese physikalische Eigenschaft außer vom Material noch von der Porengröße,dtem Porenvolumen und dem Gas abhängig ist, welches sich in den Poren befindet. Da erfindungsgemäß die Porenstruktur während der Hitzebehandlung auch zerstört wird, ändert sich die Wärmeleitfähigkeit auch zeitlich während des Heizvorganges. Der Zeitraum der Wärmeeinwirkung zur Erzeugung einer 1 mm dicken Außenschicht muß daher für jeden thermoplastischen Schaumstoff-Typ empirisch ermittelt werden.

Durchlaufgeschwindigkeit der Schaumstoffplatte und Länge des Heizkanals sind aufeinander derart abgestimmt, daß die Verweilzeit der Platte dem Zeitraum der notwendigen Wärmeeinwirkung entspricht.

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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt die .Figur. Es bedeuten:

1 die Leitwalzen

2 den Heizkanal

3 die Infrarotatrahler

4 die Glättwalzen

5 die Schaumstoffbahn und

6 einen Stutzen zur Einführung von Inertgas,

Der Pfeil deutet die Richtung an, in der der Schaumstoff durch den Heizkanal bewegt wird.

Unmittelbar anschließend an den Heizkanal befinden sich temperaturregulierte Glättwalzen, deren Oberfläche gegebenenfalls zur Verhinderung eines Klebens der schmelzflüssigen Thermoplasten mit einer dünnen Schicht aus Polytetrafluoräthylen versehen ist. Im Walzenspalt, durch den die Dicke der Kunststoffplatte festgelegt wird, erfolgt die Glättung der geschmolzenen und die Verdichtung der erweichten Schaumstoffschichten.

Grundsätzlich können bei diesem Verdichtungs- und Glättungeprozeß gleichzeitig chemikalienresistente, stabilitätsverbessernde, bewitterungsfeste und/oder dekorative Oberflächenschichten aufkaschiert werden, wobei die geschmolzene Schaumoberfläche zugleich als Klebschicht wirkt. Die aufkaschierten Außenschichten brauchen nicht aus thermoplastischem Material zu bestehen. Ee ■ kommen ebenso duroplastische Schichtpreßstoffe, Holzfurniere, oberflächenbehandelte Metallfolien,· Drahtgeflechte, Glasgewebe

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u. ä· infrage. Verbundplatten mit nicht thermoplastischen Außenschleifen können zwar nicht mehr thermoplastisch verformt werden, sind aber verarbeitbar nach allen Methoden, die von der Holzverarbeitung her bekannt sind.

Beispiel 1

Die Oberfläche einer Schaumstoffplatte aus einem Pfropfpolymerisat von Acrylnitril, Butadien und Styrol, zusammengesetzt aus 17»5 i> Butadien, 59,5 % Styrol und 23,0 # Acrylnitril, von 22 mm Stärke und einem spezifischen Gewicht von 0,245 g/cm wird während einer Verweilzeit von 15 Sekunden zwischen nichtleuchtenden Flammen gegeneinander gerichteter Gasbrenner auf etwa 280 - 300° C so erhitzt, daß die Entzündungstemperaturen der Thermoplasten nicht erreicht werden. Anschließend wird die Platte Ewiechen verchromten, wassergekühlten Glättwalzen mit einer Spaltweite von 12 mm verdichtet und geglättet. Man erhält eine 13 mm starke Platte mit porenfreien, 1,2 mm dicken Deckschichten und einem spezifischen Gewicht von 0,415 g/cm .

Beispiel 2

Eine 18 mm starke Schaumetoffplatte aus einem Pfropfpolymerisat von Acrylnitril, Butadien und Styrol, zusammengesetzt aus 17,5 # Butadien, 59,5 $ Styrol und 23,0 # Acrylnitril, mit einem spezifischen Gewicht von 0,34 g/cnr wird mit einer Verweilzeit von 20 Sekunden über die 300° C heiße Oberfläche eines Metallbades geführt. Die einseitig aufgeschmolzene Schaumstoffplatte wird in dem 12 mm weiten Spalt der auf 60° C erwärmten Glättwalzen verdichtet und geglättet. Man erhält eine 13 mm starke Le A 9138

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Schaumstoffplatte, die auf einer Seite eine 2 mm dicke, kompakte Deckschicht besitzt und deren spezifisches Gewicht Of4-7 g/cnr beträgt.

Beispiel 3

Eine 10 mm starke Schaumstoffplatte aus einem Pfropfpolymerisat von Acrylnitril, Butadien und Styrol, zusammengesetzt aus 17,5 + Butadien, 59,5 $> Styrol und 23,0 $> Acrylnitril, mit einem spezifischen Gewicht von 0,38 g/cm wird mit einer Verweilzeit von 20 Sekunden unter Stickstoffatmosphäre zwischen Infrarotstrahlern mit einer Oberflächentemperatur von 650° C hindurchgeführt. Der Abstand zwischen Strahler- und Plattenoberfläche beträgt 60 mm. Anschließend gelangt die Platte in den 5,mm , weiten Spalt der auf 120 C erwärmten Glättwalze. Man erhält · eine Platte von insgesamt 6 mm Stärke mit einem Schaumkern von 4 mm und 2 porenfreie Deckschichten von je 1 mm Stärke. Das spezifische Gewicht der Platte beträgt 0,63 g/cm⁵.

Beispiel 4

Eine 15 mm dicke Schaumstoffplatte aus einem Pfropfpolymerisat von Acrylnitril, Butadien und Styrol, zusammengesetzt aue 17,5 i» Butadien, 59,5 i° Styrol und 23»0 ?6 Acrylnitril, mit einem spezifischen Gewicht von 0,37 g/cm-⁵ wird mit einer Verweilzeit von 25 Sekunden unter Stickstoffatmosphäre zwischen Infrarotstrahlern mit einer Oberflächentemperatur von 650° C hindurchgeführt. Der Abstand zwischen Strahler- und Plattenoberfläche beträgt 20 mm. Anschließend gelangt die Platte in den 11 mm weiten Spalt der auf 60° C erwärmten Glättwalzen, in den gleich-

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zeitig zwei 0,5 mm dicke Hart-PVC-Folien einlaufen, so daß
während des Verdichtungaprozesses an der Ober- und Unterseite der Schaumstoffplatte eine Folie aufkaschiert wird. Man erhält eine 13 mm starke Platte mit zwei je 1,3 mm dicken, kompakten Deckschichten und einem spezifischen Gewicht von 0,535 g/cm .

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verdichtung der Oberfläche von thermoplastischen Schaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Formkörper aus einem thermoplastischen Schaumetoff kurzzeitig einer intensiven Wärmezufuhr aussetzt und die aufgeschmolzene Oberfläche nach Entweichen des porenfüllenden Gases aus der aufgelösten Schaumstruktur gegebenenfallsunter Anwendung von Druck glättet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Glätten der Oberfläche gleichzeitig chemikalienresistente, Stabilitätsverbessernde, bewitterungsfeste und/oder dekorative Oberflächenschichten aufkaschiert.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Heizkanal (2) mit Infrarotstrahlern (3), einem Stutzen zur Einführung von Inertgas (6), vor dem ein Paar Leitwalzen (1) und hinter dem ein Paar Glättwalzen (4) angebracht sind und durch den eine Platte aus einem thermoplastischen Schaumstoff (5) geführt werden kann.

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