DE1629280A1

DE1629280A1 - Thermoplastische Schaumstoffplatten oder Folien und Vorrichtung zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE1629280A1
Application number: DE19661629280
Authority: DE
Inventors: Ehrenfreund Herbert A; Debell Frederick D
Original assignee: Debell & Richardson Inc
Current assignee: Debell & Richardson Inc
Priority date: 1965-04-19
Filing date: 1966-04-19
Publication date: 1970-04-30
Also published as: GB1118371A; BE679510A; US3391051A

Description

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Be₁ pell & Richarde pn» Jno«. ι HasardvJlls, Connecticut» Ve₁St .,A:

Thermoplastische Schaumstoffplatte»! oder Folien wad Vorrichtung gum .Herateilen derselben

Sie Erfindung betrifft die Heretellung von thermoplastischen Schaumstoffplatte!! oder -Folien und inab β sondere die Herstellung Yea S_chaümstoffplatten oder -Folien hoher Güte, die für die Thenaöverforraung im Tiefsiebverfahren, geeignet sind. .

Schauastoffplatten können zwar aus expandierbaren Polyetyrolperlen hergestellt und in üblichen Einrichtungen eitrudiert werden« es wurde jedoch gefunden» daß Schäume hoher Qualität wirtschaftlich unter Verwendung von ther-

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raoplastischen Allaweck-KuriotaVjffen erzeugt werden wobei aber eine genaue Temperatureinsfcellung in. dea Extruder» an der Extruderdüoe und während der Schäumerζeu gung erforderlich let. -----

In der schwebenden deutschen Patentanäelduftg B BA 442 X/?-9a5 wird ein Extruclierverfahren für Schaumstoffe beschrieben? bei dem nisht aohäumbare thermoplastische Materialien, wie ZoB. Allzweckstyrol anateile von üblichen schäumbaren Materialien verwendet werden. Bei dieaum Verfahren wird das A13zweckmaterial. mit etnem erweichenden Mittel, z.B. Petroläther, imprägniert oder vorgemiscLl und dann zu einem Extruder geleitet. Ein geeignetee Treibmittel oder Blähmittel» wie z.B. Pentan, iiexan oder Heptan, wird direkt in den Extruder eingeleitet, in dem es mit dem Polymeren vermiecht wird. Mit diesem Verfahren werden über· mäßig große Temperaturen des Polymeren und die liotwendigkeit, das Polymere vor dem Extrudieren stark abzukühlen, vermieden. Im Ergebnis werden thermoplastische Schäume mit gleiohmäöig hohem Gütegrad erhalten. Im Gegensatz zu sohäumbaren Teilchen ist die Qualität der Schäume, die auf diese Weise erzeugt werden, völlig unabhängig von der Lagerungedauer oder dem Alter des thermoplastischen Kunststoffe, der in den Extruder eingeleitet wird.

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ε θ wurde gefunden? dsß ftuegefteiefenet^geblluiiif öwrak Sinetetlen Asu S8femel«iflwspe@ äes Pftlyaew» duren andere Klttiil als Auren slit 9eiiperirtBreinPtenwigf .diireh Zuführen dee FsXymeren i&u einem gg+,rv4*r nnd 4urefe tinee frei^mitteXe in iesi

Die S?fin4u!Bg beiveokt eine ¥<?rj?ipUlu«f mim

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Erfindung betweckt weiter eine
formbare o4er .«timiferforebsre PXette p4sr folie »it einer oder ae&reren epunnungefrelen oder getemperten Oberflächen Rit größerer Bionte *l§ im Inneren 4ee gqhftupatoffe» woäuroh ein SefcishteßhwiPeteff in FXattenfone gebildet werden kann»

In einer erfindungegeattßen Vorrichtung wird eine Beeohikaue eines tfeeneplaftiiohen Kwnetetff »it eine« d»ren wni äursb gtnleent m& direit in die

in^liievt» wobei 4it feiperstttr der

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und die Temperatur

baren Masse/sowohl während als auch nach den Schäumen eingestellt wird» Me Vorrichtung nach dieaer Erfindung weist aufeinanderfolgende Behänd!ungekammern auf, die Ende an Ende angeordnet sind und den Extruder einschließen, wonach eine Kühlzone _v eine Rührzone und eine Mischzone sowie eine Einweichzone, in der »loht gerührt wird, und eine Kühlzone folgen. Nach der Behandlung in diesen Zonen kommt das thermoplastische Material aus einer Strangpreßform und die Temperatur des Extrudats wird genau eingestellt, um die gewünschte Zellenauabildung während der Formung, des Strockene und der Orientierung der Platte oder der Folie zu gewährleistenο

Gemäß der Erfindung wird eine verbeuserte Platte oder Fo^ie aus Schaumstoff erzeugt, indem wenigstens eine Oberfläche des Extrudats gesteuert abgekühlt wird. Dies wird wie unten näher ausgeführt werden wird, durch Regeln der Oberflächentemperatur des schäumenden Materials, wenn dieses aus der Extruderdüse heraustritt und hierauf durch Abkühlen einer oder beider Oberflächen der Platte oder der Folie erreicht, um diese Oberfläche spannungsfrei zu machen und um eine stark glänzende Haut von grö'seerer Dichte als der Folien- oder Plattenkern zu erhalten. Dieses Folien- oder Plattenaaterial ist in hohem Maße für die Herstellung von therraoverformten, tiefge-

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zogenen Produkten geeignet, /bei d<men die Ziehtiefe grosser ale das 1=i/2~?aebe dea Durchmessers des Gegenstands oder Produktes ist.

Anhand dtr Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

figur 1 zeigt eine Gesamtansicht einer erf j tidungagemäßen Vorrichtung zum Herstellen von thermoplastischen Schaumstoff platten oder -Folien.. ·

Figur 2 zeigt in einem vergrößerten Teilschnitt einen Ausschnitt aus dem erflndungsgemaßen Extruder.

Figur 3 Beigt in einer Teilanaicht teilweise im Schnitt die Misch-* und Kühleonen der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.

Figur 4 «eigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Figur 5 in vergrößertem Kaßetab.

Figur 5 seigt einen Schnitt lange der MnIe 5-5 in Figur 3>

Figur 6 zeigt in einem vergrößerten Schnitt ein Extruder- ' mundstück oder eine Extruderdüse und ein Temperatursteueröystem nach dieser Erfindung und

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Figur 7 seigt in stark vergrößerten Querschnitt eine Schaumetoffplatte nach dieser Erfindung.

Venn gemäß dieser Erfindung ein Treibmittel oder Blähmittel mit einen Polymeren in der Extrudertrommel gemischt wird« muß das Polymere erflndungsgemäß weich genug sein» damit das Treibmittel oder Blähmittel vollständig in das Polymere hineindiffundieren kann. Wenn Allaweckpolystyrol verwendet wirdρ ist» um dieses Ergebnis zu erhalten_P eine Temperatur von etwa 204⁰C (400⁰P) erforderlich, um das Polymere su schmelzen und es fließfähig zu machen. Von dieser Schmelztemperatur muß das Polymere wieder auf Strangpreßtemperatur abgekühlt werden, die kritisch ist, da sie hoch genug sein muß» um den kunststoff zu erweichen» so daß er duroh die Wirkung des Bläh- oder Treibmittels aufgebläht werden kann» die aber klein genug sein muß, daß der Kunststoff hinreichend sah oder viskos und koherent 1st» um ein feine Blasen enthaltendes Gebilde EU bilden» Im allgemeinen soll bei Polystyrol die Temperatur der Schmelze an der Extrudermündung um 121⁰C bis 135⁰C (250 bis 275⁰F) betragen. Deshalb ist eine «ismlioh genaue Tsirpfiratursieuerußg erforderlich» um das Polymere von rund 204⁰G (400⁰P) auf etwa 121⁰C (25O°F) abzukühlen· Außerdem ist die Temperatur der Platte» wenn

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sieb deren Zellenstruktur entwickelt, ebenfalls τon grosser Bedeutung. Um die Pluttenbildung und Zellenentwicklung BU steuern, let gemäß dieser Erfindung ein Temperatursteuersystem vorgesehen, das die Temperatur des Schaumes an dem Extrudermundetück einstellt und das zusätzlich die Temperatur der Platte oder Folie im Saum zwischen der Extruderdüee und der Pore vorrichtung steuerte, Um einen PoIy-

«· styrolechaum mit guter Qualität zu erzeugen 1st es v/ichtig, eine gleichmäßige Kühlung aufrecht eu erhalten, da Polystyrolechaum eine kleine Wärmeübergangszahl und eine geringe epesiflache Wärme hat.

Da die Erfindung das kontinuierliche Mischen des Polymeren und des Blähmittels oder Treibmittels in der Treibmittelbesohiokungssone des Extruders einschließt, ist die Konetruktion der Extrudersebnecke nicht nur in der Entspan-QongsBone, sondern auch In den Druckzonen vor und nach der SntspananQgesone ^von Bedeutung. Da rüberhinaus wurde gefunden, daß bei Verwendung von üblichen Extrudern mit Längenau Sarotaaeeser-Terhältnlesen von etwa 24:1 ein eusät«Hohes Nischen de« Blähmittels oder Treibmittels und des Polymeren von Vorteil 1st. Bei fortgeeetstem Mischen ist ·■ jedoch wichtig* eine susätsllche Erwärmung des Polymeren durch die Scherkräfte bu vermelden. Dies erfolgt mit einem neu entwickelten Rührmixer, bei dem geringe Scherkräfte auf-

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treten und der eine gleichförmige Molekulardiffusion des Blähmittels in des Polymere gewährleistet, ohne überraässige Erhitzung durch Abscheren des eindickenden Polymeren. Nach gleichförmigem Vermischen des Blähmittels und des Polymeren wird dieses durch eine DurchweiChungs- oder Kühleone gefuhrt, in der nicht gerührt wird. Mit den beschriebenen Maßnahmen und der beschriebenen Vorrichtung wird ein Syetem geschaffen, mit dem thermoplastischer Schaum mit h jhem Gütegrad kontinuierlich erzeugt werden kann.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Vorrichtung iiach die9er Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung weiat einen Extruder 10 mit einer zylindrischen Trommel 12 und einer Schnecke 14 auf. Ein Einfülltrichter 16 ist vorgesehen, um das thermoplastische Material in die Extrudertrommel einzufüllen. Über eint leitung 18 wird das Blähmittel oder Treibmittel direkt in die Bntepannungseone indiziert, die als Treibmittel-Besebickungeaone der Extrudertrommel bezeichnet wird. Ein Kugelruckschlagventil 19, das an die Extrudertrommel engoechloeeen ist, verhindert, daß Polymeres in die Leitung 18 zurückströmt und jedesmal wenn der Druck in der Trommel den Druck in der ^Leitung 18 übersteigt, schließt sloh das Ventil 19 automatisch. Das Treibmittel könnte ebenfalls in die Extrudertrommel durch die Schnecke selbst eingeleitet werden, wobei die Schnecke

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mit einem geeigneten Ventil, öas in der Beauhickungszone angeordnet ist/ versehen sein müßte.

Koaxial EU dem Extruder 10 und von dessen Ende aus erstreckt sich ein Mischzylinäer oder eine Mischkammer .20, die ebenfalls in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Der Mischer ist ein Rührmisoher, der so konstruiert ist, daß ein gleiohftfrmiges Vermischen des Treibmittels und des geschmolzenen Polymeren gewährleietet wird. Hach der Misch kammer kommt ein Kühl«ylInder oder eine Kühlkammer 22, in der nicht gerührt wird, und die vergrößert in den Figuren 3 und 5 dargestellt ist.

Ein StrangpreßmundstUok oder eine Strangpreßdüse 24 nimmt das Polymere, das aus dem Ende des Kühleylindere 22 austritt, auf. Diese Düse 1st genauer in Figur 6 der Zeichnungen dargestellt.

Aus dem Extrudereundstück als Kegel oder Konus heraustretender Schaum wird durch Ziehen über eine «ylindrisobe Jormtromel 26 gestreckt und biaxial orientiert. BIe rohrförmige Jolle β wird dann in eine untere und eine obere Bahn alt fest angeordneten Meaeern 28 aufgeschlitzt, die an beiden Seiten der Tromael 26 angeordnet sind» An dem * hinteren Ende der fomtrommel werden die Bahnen oder Plat-

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ten geebnet und dann zu nicht dargestellten Ziehwalzen geführt, die die Bahnen in S-förmigen Lagen aufwickeln.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Extruder kann durch geeignete Einrichtungen erhitzt werden, v/ie z.B, durch elektrische Heizelemente 29, die um die Trommel angeordnet und so gesteuert werden können» daß das Polymere auf der gewünschten Temperatur gehalten wird. Bas durch Vormisehen mit einem geeigneten Brweichungamittel, wie z.B» Pent an ρ weiohgeriachte Polymere wird läY/ga der Extrudertrommel von dem oberen Seitenabschnitt zu der ersten Druokzone 30 (siehe Pigur 2) gefördert. In der ersten Druck*one nimmt der Kerndurcbmesser der Extruderechnecke auf einen maximalen Durchmesser a zu» wodurch das Polymere geschmolzen und während es zu der Treibraittel-Beschickungs- «one 32 des Extruders vorgeschoben wird, verdichtet wird, In der Treibeittel-Bteohickungazone hat die Schnecke .einen wesentlich kleineren Kerndurohraesser b als in der ersten Druck«one 30. Bas Blähmittel oder Treibmittel wird in die Treibmittel-Beschickungszone injiziert und Bit dem geschmolzenen Polymeren durch die Wirkung der Stege der Extruderschnecke vermischt. Die expandierbare Schmelze wird dann zu der zweiten Kompressionszene gefördert, in der die Schnecke einen Kerndurchmesssr c hat, der kleiner al« dtr ierndurohmtteer a in der ersten Sompressionseone

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oder Druckzone 30 ist. Dadurch wird 4ao Polymere aua der Treibmittel· Beschickungazcne etvrao schneller abgezogen als es aua der Druckzone 30 in die Treibaittol-Beschickunga zone zugeführt wird. Diese Maßnahme führt zu einer teilweisen "Aushungerung" der Treibmittel-Beschickungszone, so daß das Polymere das Blähmittel oder Treibmittel, welches durch die Leitung 18 injiziert wird, aufnimmt. Es ist zwar in den Zeichnungen nicht im besonderen dargestellt; jedoch weist der Extruder zusätzlich zu den Druok-· und Expand!erungsBonen, Dosierungszonen auf? in denen der Kerndurchmesser der Extruderschnecke einen konstanten Durchmesser hat. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird die Temperatur dos Polystyrolschaums so gesteuert, daß in der Beechickungs- und ersten Druckzone Temperaturen von etwa 176⁰C (35O°P) und in der Treibmittel-Beschickungezone eine Temperatur um 168⁰G (335⁰P) aufrecht erhalten werden. Das geschmolzene Polymere hat eine Temperatur im allgemeinen von etwa 154⁰C (31O⁰P), wenn es den Extruder ▼erleflt und in den Mleoher 20 eintritt.

Da das Treibmittel direkt in den Extruder injiziert wird, ist se wesentlich, daß das Polymere und das Treibmittel welter miteinander gemischt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Mischrone oder Mischkammer nachgeschaltet wird, in der das Polymere gemischt und gekühlt wird,

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wonaoh eine Kühlsone kommt« in der kein mechanisches RUh" ren der schäumbaren Polymer-Schmelze stattfindet.

Der Mischer 20 v/eist eine aylindrlsche Kammer oder Trommel 36 cuff die einen Innendurchmesser d hat, der wesentlich kleiner als der Innendurchmesser der Extradertrommel ist. Eine Welle 38 1st -mit der Extruderschnecke 14 verbunden und dreht sich mit dieser mit. Von der Welle 38 aus erstrecken sich in radialer Richtung Zapfen 40_t die, in axialer Richtung gesehen, im Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Mscherkonstruktlon gewährleistet eine gleichförmige Diffusion und Verteilung deo Blähmittels oder Treibmittels in dem Polymeren. Der Durchmesser der Welle 38 und der innere DurchEesser des Zylinders 36 sind so bemessen, daß ein freier ßingrauci in dem Mischer 20 verbleibt, dessen Querschnitt gleich dem Enddosierungequerschnitt in dem Extruder 1st. Dadurch wird eine gleichförmige Polymeretröaung von dem Extruder duroh die Mischkammer 20 gewährleistet. Indem eine Mischkammer von wesentlich kleineren Durchmesser als der Durchmesser des . Extruders gebildet wird« wird dleMögliohkelt einer übermäßigen Erhitsung durch Scherkräfte vermindert» da die 3pitEeef*#ohwindigkeit der Mischereapfen 40 wesentlich kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit der Schneckenstege in der Enddosierungssone des Extruders ist* Durch diese

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Anordnung ist es gemäS dieser Erfindung möglich* in einem kontinuierlichen Verfahren die gleiche Wirkung zn erzielen für die nach dem Stande der !Eeehnik zwei getrennte Extruder nötig sind* wobei die Geschwindigkeit der zweiten Söhnecker wesentlich geringer als die der ersten

Schnecke ist.

Es ist zwar der Zweck der Misch- und Kühlaonen, das Vermischen und Abkühlen des Polymeren, zu vervollständigsn_f es ist Jedoch unerwünscht* eine au schnelle Oberflächenabkühlung der Wände dieser Kammer^ beispielsweise durch Verwendung von kaltem Wasser, zu bewirken. Infolge der relativ geringen spezifischen Wärme und der kleinen Wärme= Übergangszahl von Polystyrol 1st ee wesentlich, daß das Abkühlen allmählich und. gleichmäßig durch die gesamte Kasse hindurch erfolgt..

Bach dem durch und durch Mischen in der Mschkamaer wird das expandierbare geschmolzene Polymere von der Extruderschnecke in die Kühlkammer oder Kühleone 22 gefördert. Diese Kammer weist eine zylindrische Trommel 42, die denselben Durchmesser wie die Irommel 36 bat_r auf.- Eine Vielzahl von Metallrohren 44 mit offenen Enden, erstreckt sich quer durch'die Trommel 42° Sie Durobmeeeer der Rohr« 44 sind so gewählt, daß ein freier Raum zwischen ünn Rohren und der

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Wand dor Trommel 42 verbleibt« dessen Querschnitt etwa gleich der Ringfläche um die Extrudersehnecke beträgt. Die Rohre 44 sind mit ihren Achsen abwechselnd in rechten Winkeln zueinander orientiert. Das Polymere wird dadurch durch die Kühlzone 42 mit derselben Geschwindigkeit vorgeschoben! mit der es von der Extrudersohnecke gefördert wird und das geschmolzene Polymere fließt über, unter und um die Bohre 44, die dazu dienen, die Temperatur des Polymeren gleichförmig zu reduzieren und um das Polymere und das Bläh- oder Treibmittel unter minimaler Absoherung weiter zu aieohen. Es können zwar Lochscheiben oder Stauscheiben verwendet werden, diese müssen jedoch einen hinreichend großen freien Querschnitt haben, so daß Übermäßig große Staudrucke sich nicht ausbilden können« Die Quereehnittaflache des Kühlers entspricht gleich der Auelaßflacht der Extmderschnecke, um tine Stauung des Materials zu verhindern und um den Durchsatz gleich de« Du reheat« zu. machen, der durch die Enddoeierungeechneokenstege bestimmt 1st« Auf diese Welse wird für eine bestirnte Extrudereohneckengeschwlndigkeit ein KüoisyeteBauegleich erhalten« der Über einen Bereich der Schneckengesehwindigkelt von 40 bis 8ö Umdrehungen pro Minute wirksam 1st«

Die Ertruderdüste 24 ist in Figur 6 Is einzelnen dargestellt und weist einen Düsensltz 50 auf» Mn Düsenkopf 52 ist

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auf da· äußere Ende des Düsen3itzee 50 mit in Ttafangsriehtung in, Abstand voneinander ans«ordneten Bolzen 54 befestigt. Ein Ring 58 ist auf den Düsenkopf 52 befestigt und dient, zusammen mit einem Kanal in dein Düsenkopf der Bildung einer Ringkamaer 60 innerhalb dee Düsenkopfea. Die Kammer hat eine runde öffnung 62, die innerhalb etwa 0₍762 mm (0,030 Inches) der DUsenmündung angeordnet ist. Ein teaperaturgesteuertes Madium wird unter Druck zu der Kammer 60 duroh das Rohr 64 geleitet, das in den Ring 58 eingeschraubt 1st. In gleicher Weise kann eine Ringkammer in dem konischen Düsenstopfen 70 angeordnet sind, um auf der inneren Oberfläche der ausgepreßten Folie wirksam zu werden.

In dem DUsensitz 50 ist ein Dorn 66 angeordnet, auf dem sich ein Drosselring 68 befindet« Ein kegelstumpfförmi~ ger Stopfen 70 befindet sich auf dem äußeren Ende des Kerne 66 und «In ils axialer Richtung verlaufender Stab 72 erstreckt sich.aus der Mitte des Kerns 66 und des Düsenkopf·· 70 nach auswärts von der Bndfläch· 74 der Extruderdüse. Der Stab 72 bildet «inen Balter für die Formtrommel 26, die in einem vorbestimmten Abstand von der Endfläche der Bxtruderdüse angeordnet 1st.

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Di· Temperatur der Endfläche 74 wird durch Rohr· 76 gesteuert, die auf einer Scheibe oder Platte 78 engeordnet ■ind und sloh in Berührung oder in Kontakt mit der Endfläche 74 dee Stopfens 70 befinden» Ein geeignetes Medium, wie s.B. Kühlluft» kann durch die Rohre 76 geleitet werden, um die Temperatur des Extrudats an der Extrudertaündung cu steuern. Eine weitere Temperatursteuerung dee Extrudats ist mit einem Kühlring 80 möglich» der um den Extruderkopf 52 angeordnet ist und der mit einem geeigneten Kühlmedium, beispielsweise Luft, beaufschlagt wird. Der Kiihlring hat, wie dargestellt_v die Form eines Rohres mit mehreren am Umfang verteilten und im Abstand voneinander angeordneten Bohrungen oder Perforationen 82. Der Durchmesser des Ringes 80 1st hinreichend groß, so daß die Luft, dl· aus den Perforationen 82 austritt, auf die Außenfläche der konischen foil« ι in einem bedeutenden Abstand von der Brtrud«rmUndung auftrifft. Dadurch wird «in· versögerte Abkühlung der äußeren Oberfliehe dar' Foil· erhalten, so daß dieee gtetreokt werden kann, während si· heiß aus der ExtrudermUndung gegen die äußere Oberfläche der Porm» trommel su gesogen wird.

Dl· Pormtrommel, dl· auf d«m Stab 72 angeordnet 1st, ist ein« syllndrische Trommel mit einer polierten Metalloberfläche und einem abgerundeten vorderen Rand oder Kante 84,

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die durch Zirkulation eines Mediums, wie z.B. Wasser, durch ein Rohr 86, das an dem Band verläuft und sich in Kontakt mit diesem Rand 84 befindet, gekühlt wird. Sie Temperatur dee in dem Rohr 86 zirkulierenden Waβaere ist hinreichend niedrig, so daß die thermoplastische Folie verfestigt oder "gefroren" wird, wenn sie über die Oberfläche der Trommel gesogen» aufgeschnitten und auf Rollen aufgewickelt wird. Sine zusätzliche Temperatursteuerung der Folie β wird durch eine Vielzahl von kreisförmig an· geordneten Perforationen 88 erreicht» die sich durch die Stirnseite der Trommel 26 erstrecken und die mit einer Druckluftquelle verbunden sein können. Wenn Druckluft der Trommel zugeführt wird» wird diese auf die innere Oberfläche der folie s geleitet. Die Temperatur dieser Luft kann annähernd gleich sein wie die Temperatur der Luft, die durch den Kühlring 60 strömt. Die Druckluft kann rund un die Fonetroarmel austreten und dient al» Schmierung, für Polystyrolichaum wurde gefunden, daß ein· Lufttemperatur der aus dem luhlring und der Trommel austretenden Luft von etwa 26⁰C (80⁰F) ein Folienmaterial erzeugt, das durch aiohtbare Häute auf den Oberflächen des Materials gekennzeichnet ist* Wie in Figur 7 dargestellt, besteht da· Folien- oder Plattenmaterial nach dieser Erfindung aus einem inneren Kern 90 mit grelleren und ■ runderen Zellen als an den Oberflächen. Die Zellen an den

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Oberflächen sind wie allgemein bei 92 dargestellt, im großen ganzen flacher und haben eine Wandstärke Von 50 bis 100 # größer als die Wandstärke der'Zellen in dem Kern der Platte oder folie.

sichtbare Vorhandensein von Häuten auf Schaumstoffen nach dieser Erfindung resultiert aus der höheren Konzentration des Polymeren nahe den Oberflächen der Platte oder folie «usammen mit der länglichen Form der Zellen» die erhalten wird, wenn die folie sowohl in Lttngeriohtung als auch in Querrichtung bei ihrer Bildung gestreckt wird· Das Abkühlen der äußeren Oberflächen der Folie, wie es oben beschrieben wurde, verhindert die Zellenentwicklung· wobei das Polymere an den Oberflächen der folie aushärtet und kalt gestreckt wird. Inzwischen ermöglicht das wärmere Polymere in der Schicht eine kontinuierliche Ausdehnung der Zellen« so daß ein Scbiohtschaumstoff erhalten wird.

Im allgemeinen haben die erflndungsgemäfien Schaumstoffe eine wesentlich größere Dichte bei einer bestimmten Stärke als bekannte Schäumetoffe und außerdem hochreflektierende Oberflächen. Die Schaumstoffe erscheinen ewar etwas brüchig, es wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß Sie leichter wärmeverformbar sind, um brauchbare Artikel

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zu ereeugen als bekannte Schaumstoffe mit durch und durch

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gleichen Eigenschaften.

Durch dm· beschriebene Hurten der Oberflächen des Folienmaterials nach dieser Erfindung wird ein Schaumstoff, der durch dieses Verfahren hergestellt wird, sehr stark in der Laufrichtung und in der Querrichtung orientiert. Dadurch werden höhere Zugfestigkeiten für Platten oder Folien mit derselben Stärke sowohl in Längsrichtung als auoh in Querrichtung der Bahn als bei gleich starken be-· kannten folien erhalten. Ss wurden Hornrersuche für die Zugspannungsprüfung unter Verwendung eines 0,013 ■■ (50 ail) starken Schaumsohientβtoffee nach dieser Erfindung nit eines _ Haueg«wio>** von 0,16 g pro cm³ (10 pound pro cubic foot) und eines üblichen gleichmäßigen Schaumstoffes alt einer Stärke von 0,025 am (100 nil) und einer Dichte von 0,08 g pro or (5 pounds pro cublo foot) durchgeführt. Die Strsckirersuehe wurden in Längsrichtung und Querrichtung der Bahn durchgeführt und es ward« gefunden, daß der gleichförmige bekannte Schaumstoff eine Zugfestigkeit in Langerichtung von 24,5 kg/o·² (550 psi) und in Querrichtung von 23,1 kg/cm² (330 psi) hat. Der Sohaumschiohtttoff nach dieser Erfindung, der auf dieselbe Welse getestet wurde und denselben Polymergehalt wie der bekannte gleichförmige Schaumetoff hat, hat eine Zugfestig-

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keit in Längsrichtung von 55»3 kg/cm (790 pel) und eine Zugfestigkeit in Querrichtung von 59,9 kg/cm (870 pei).

Die Wtinevorformungcei£8ncchaften des erfindungagemäßen Sohaumscbiehtstoffes wurden geprüft, indem bekannter Schichtetoff mit gleichförmigen Querschnitten und Schaumschichtstoff nach dieser Erfindung miteinander verglichen wurden. Proben beider Schaunotof.fe vurien mit einer Strahlenbeiβvorrichtung imierhalb Zeitspannen von 15 bie 165 Sekunden erwärmt. Die Folien v/urden unter Verwendung eines sohalenförmigen Hohlraums mit einer Öffnung von 7,6 cm (3 inch··) und einer Tiefe von 11,4 cm (4-1/2 inches) verformt· Die Wärmeverformung wurde unter Verwendung verschiedener Verfahrenemaßnahaen ausgeführt, einschließlich Verformung im Vakuum und Verformung unter Verwendung/einer zweiteiligen Preßform sowie Kombinationen dieser Verformungsarten. Etwa 100 Proben oin:u- bokur.nten 2,54 am (100 nil) starken Bohaumstoff-Polie mit gleichförmigem Querschnitt und eines spesiflachen Gewicht von 0,08 g/oa' (5 pound· pro oubio foot) wurden mit einer ähnlichen An-Bahl von Proben einer 1»3 w* (50 eil) a<;arfcen Schichtetoff-Folie alt einem eptiifiachen Gewicht von 0,16 g/ca' (10 pounds pro cubic foot) verglichen, wobei Schalen von gleichem Gesamtgewicht und gleichem Polymergehalt hergestellt wurden,

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Bel den etwa 100 Proben aus dem gleichförmigen Schaumstoff wurden keine Erwärmunga- und ?onaungsbedi«gungen gefunden ι mit denen für den Handel ^eeignet· th#rmover~ formte Produkte hergestellt werden können.

Im Gegensatz hierzu konnten mit dem erfindungsgenäBen Schaumschichtstoff mit einer Stärke von 1,3 mm (50 mil) und einer Sichte von 0,16 g/cisr (10 pounds pro cubic foot) reproduzierbar Schalen von auegeaeichneter handelsüblicher Qualität hergestellt werden·

Bei der besonderen Konstruktion der Extruderdüse, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren als geeignet erwiesen hat, ist der Drosselring 68 so dimensioniert, daß der Hingraum »wischen dem Drosselring und der Düsenwand etwa 0,762 mm (0,030 inches) und der Abstand von der Polymerauführung und dem Drosiftlrlng etwa 12 ob (4-3/4 inch··) beträgt· Dadurch wird ein· gleichförmige Zufuhr und ein gleichförmiger Druck hinter dem DroMslrlne ·Α*1-ten. Von den Drossslrlng nach außen beträgt die innere Querschnittestärke des polymeren Schmelzflusses etwa 9,5 mm (3/8 inch) und die Abtuetsenflache 90 in der Extruderdtisenmündung ist etwas weniger als 1,59 mm (1/16 Inch) stark.

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Wenn das Polymere aus der Ejttruderdüaeioaiündono; austritt, wird deaaen ieicße γα tür und relativ dichte OberflfeLchenhaut duroh den Luftstrom aua der öffnung 62 der EinglcaiMer 6C gesteuert. Die Temperatur dieeer Luft wird so gewählt, daß, wenn »ie auf die Folie auftrifft> elno etvas niedrigere Temperatur ale das Polymere hat/ Gewöhniinn wird, wenn Luft bei Baumtemperatur in die Kammer 60 eingeleitet wird, genügend Wirae von dieser Luft von dem Extruderkopf 5Θ aufgenommen* um dl* Temperatur dieser Luft auf das gewünschte JiYeau zu erhöhen. Bei der Verarbeitung von Polystyrol wurde gefunden, daß eine Lufttemperatur an der öffnung 62 von etwa 10? bis 121⁰C (225 bis 250°?) ausge- «eiohnete Ergebnisse sur ?olge hat. Die Temperatur der beiden Oberflächen der folie β wird durch die Kühlung des Stopfens ge@t®tt@n, die, wie b ο achrieben, durch Zirkulierung von Luft bei läuatemperatur durch das Rohr 76 oder durch eins Innere Luftkammer» ähnlich der Kammer 60, er reicht werden kann. "Dadurob wird der äußere Rand des 8topfens auf eine Temperatur von etwa 121⁰O (250⁰P) gehalten» natürlich wird, wenn ein Sohaumschlchtstoff mit nur einer getemperten oder spannungsfreien Oberfläche gewtinsoht wird, nur eins Oberfläche des Schaumstoffes gekühlt. Die Anwendung dieser !Femperaturregeleinrlchtungen an der Bxtruderdüse gewährleistet eine ausgsseichnete Sei·* lenentwicklung in dem Schaumstoff und vermindert die Mög-

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lichkeit von gebrochenen Seilenoberflächen, Bildungen von falten und Wellungen, wie sie auftreten, wenn die Foil· so gestreckt wird, wie sie aus der Bxtruderdüoe herauskommt. Die sorgfältige Temperatureinstellung In Augenblick des Heraustretens der Felle aua der Extrudermündung verhindert, da8 die Zellen an der Oberfläche reiseen. Insbesondere wire, jedooh durch diese Maßnahme eine Oberfläche mit höherer Sicht· erhalten, die «ine bessere Thermoverformung ermöglicht.

Wenn die Foil· gestreckt wird, ist eine susätellche Temperatursteuerung in Fora eines Warmlüftetrob» bei etwa 27⁰C (80⁰F) vorgesehen, der aus dem Ring 60 und den Perforationen 88 der Forntroamel heraustritt· Mit dieser »weiten tuhletufe werden die Folienoberflachen verfestigt, bevor sie die Formtromael 26 erreichen. Tor dieser Verfestigung wird die Foil· heil von dor Ixtrudernundung nach auBen gegen Al· Formtroemel tu gestreckt. lach der Kühlung in dem 27°0 (80⁰F) warmen Luftetrom iet dl· Folie biaxial orientiert, wenn si· über dl· vorder· Kant· 84 der Pormtroismel gesogen wird, wo die Foil· gefroren wird und Ihr· endgültige Form erhält, ic ist deshalb kein· weitere Formbildung oder Orientierung der Foil· erforderlich· Be sollen einige wenige Sekunden für den Vorschub der Folie von dem Ring 80 ku den Messern 28 verbleiben. Ba wurde gefun-

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den, daß eine Laufzeit von etwa 3 bis 5 Sekunden auf der Trommel eine ausreichende Abkühlung der Folie ermöglicht, 80 daß diese gut mit den stationären Messern aufgeschlitzt werden kann. Ein zusätzlicher Luftküblring (nicht dargestellt) kann im Abstand um die vordere Kante der Trommel 26 angeordnet sein, um das "Gefrieren¹¹ oder Verfestigen der Folie an dieser Stelle zu unterstützen.

Nach dem endgültigen Abkühlen wird der Folienzylinder aufgeschlitzt und in zwei Bahnen w aus Schaumsehlchtstoff geteilt, die getrennt auf Rollen aufgewickelt werden.

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Claims

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Pa ten tan a ρ r ü c h e

1. Vorrichtung zum Herstellen von thermoplastischen Schaumstoff-Folien oder -Platten rai.t einem Extruder und Einrichtungen« um den Extruder mit einem Polymeren zu beschicken, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um ein Blähmittel oder Treibmittel direkt in den Extruder einzuleiten, Einrichtungen, um das Blähmittel und daa Polymere zu mischen und zu tempern, Einrichtungenι um die Mischung abzukühlen und eine Extruderdüse, aus der die Folie gepreßt wird und die der Kühleinrichtung nachgesohaltet ist.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung einen Rotor aufweist, um das Treibmittel und das Polymere «weoka Erzeugung einer schäumbaren Polymerschmelze miteinander zu vermischen.

3* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch- und Kühleinrichtungen sich in Kammern befinden, die koaxial zu der Extrudertrommel verlaufen und einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Extrudertrommel haben, und daß die Kühlkammer eine Vielzahl von in axialer Richtung im Anstand angeordneter und sich in

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radialer Richtung durch die Kühlkammer erstreckender

Stäbe aufweist, wobei diese Stäbe zum KühJ-en und Mischen

ohne wesentliche Abscherung der darüber bewegten Polymer-Schmelze dienen»

4ο Vorrichtung zum Herstellen von thermoplastischem Schaumstoff nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dafl die Stäbe in der Kühlkammer als hohle Rohre ausgebildet sind und daß der Mischer eine Welle aufweist» die sich von dem Ende der Extruderschnecke aus fortsetzt una eine Viel·* zahl von in axialem Abstand voneinander und sich in radialer Richtung erstreckender Zapfen hat, die wesentlich kürzer als der Radius im Endabschnitt der Extrudersohneoke sind.

5. Vorrichtung naoh Anspruch 1 und 3, daduroh gekennzeichnet, dafl der Xlsoberrotor eioh in einer Mischkammer dreht· dl« tioh voa Attetrittaende des Extruders erstreckt und daS die Ktihlelnrlohtungen eine Kühlkammer, die an die Misohktner anoofclleßt, Aufweisen» wbbei die Misch- und KUhI-kanmer Quersohnittafläohen für den freien Durchgang heben, die etwa gleioh der Ringquereehnltteflache des Extruderdurohgangs entsprechen.

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6. Vorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Estruder eine Trommel und eine Schnecke mit einer Exgaaeione- oder Entlüftungszone, einer ersten Druekzone VuT der Expansionesone. und einer zweiten Druckzone nach der Expansionszone aufweist, wobei das Bläh- oder Treibmittel in die Expaneionszone injiziert wird und der Kern-Siarohmesser der Extruderschnecke in der zweiten Druokeone kleiner als in der ersten Druckzone ist, so daß das Bläh« alttel oder Treibmittel durch das Polymere gleichmäßig gehemmt wird« .

7· Torrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruderausgang durch eine Misch- und Kühlzone geführt wird, wonach eine Ktihlzone ohne Rührwirkung, eine Bxtruderdüse zuB Bilden einer röhrenförmigen thermoplastischen Schaumfolie, die den Ausgang der Kühl·one aufnimmt, wobei dl· Düse"Einrichtungen zum Steuern der Temperatur des Sxtrudate an der DüeenmUndung bat, und eine Formtrommel folgen, dl· koaxial zu der Extruderdüse angeordnet ist, und wobei linriohtungen bus Trennen der iolienhülse in Sohaumfolienbahnen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderdüee eine kreisförmige DÜsenmündung, wenlgetens eine ringförmige Luftkammer, die in dem Düsenkopf

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angeordnet ist und eine Ringöffnung aufweist, durch die Luft aus dieser Luftkammer auf das aus der Düsenmündung austretende Extrudat aufgeblasen werden kann, Einrichtungen zum Kühlen fler Folie in einem bestimmten Abstand von der Düsenmündung, eine Formtrommel, die in koaxialem Abstand von der DU'ae angeordnet ist und über die die Schäumstoff-Polio gezogen werden kann, und Einrichtungen aufweist,zum Kühlen der Schäumetoff«Folie, wenn diese mit der Formtrommel in Eingriff kommt, um eine weitere Orientierung des Schaumstoffes eu verhindern.

9ο Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Kühlen der Folie außerhalb der Extrudermündung Mittel aufweist» um ein Gas gegen die innere und äußere Oberfläche der konischen Folie in einer Zone zwischen der Extrudermündung und dem Anfang der Formtrommel zu richten.

10. Verfahren zum Herstellen einer thermoplastischen ßchauestoff-Folie, dadurch gekennzeichnet, daß der in Folienform extrudierte Schaumetoff auf seinen Oberflächen unmittelbar nach dem Austritt aus der Extruderdüse, wenn sich die Zellen formen, auf eine Temperatur unterhalb derjenigen im Inneren dee Schaumetoffs abgekühlt vird, und daß der Schaumstoff während des Abkühlens der Ober-

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fläotosn gestreckt v/irö, so dass er auf seinen Oberflächen eine grösaez-e Dichte als in seinem Inneren bekommt .

11. Thermoplastische Schaumstoff-Folie, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Zellenstruktur, bei der die Zellen der Oberflächen der Schicht eine wesentlich grosser© Dichte als die Jiellen im Inneren der Schicht haben«

12. Thermoplastischer Schaumstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Gewicht oder Rauüjgewichi; des gesamten Schaumstoffs weniger als 0,5 g pro cm (30 pounds pro cubic foot) ist.

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