DE1629807B1

DE1629807B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von gegenstaenden mit schaumstruktur aus thermoplastischem material

Info

Publication number: DE1629807B1
Application number: DE19651629807
Authority: DE
Inventors: Richard Gordon Jun Angell
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-07-10
Filing date: 1965-07-10
Publication date: 1971-02-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen mit Schaumstruktur, bei welchem ein Gemisch aus einem geschmolzenen, thermoplastischen Material und einem Treibmittel mittels eines Extruders in eine Sammelzone gefördert wird, wobei das Gemisch unter solchen Bedingungen der Temperatur und des Druckes gehalten wird, daß es nicht schäumt, und aus der Sammelzone intermittierend in eine Form gedrückt wird, die unter solchen Bedingungen der Temperatur und des Druckes steht, daß das Gemisch schäumt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Anwendbarkeit von Verformungsverfahren, beispielsweise dem Spritzgießen, wird normalerweise von der Größe und Gestalt der herzustellenden Artikel bestimmt. Die Formen werden üblicherweise mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt sie dürfen keine langen Fließwege und scharfe Ecken besitzen, um den Fließwiderstand des geschmolzenen Kunststoffs niedrig zu halten. Dieses Problem wird besonders akut bei der Verarbeitung hochviskoser Kunststoffe (Kunststoffe mit niedrigem Schmelzindex). Das Problem wächst wegen der zunehmenden Schnelligkeit in der Verfestigung des Kunststoffes mit abnehmenden Formtemperaturen noch weiter.
Beim Spritzgießen unter niedrigen Spritzdrücken erhält man häufig Artikel mit Fließmarken und ohne Umrisse. Die Anwendung hoher Spritzdräcke kann dagegen hohe innere Spannungen und folglich niedrige Schlagfestigkeit der Artikel ergeben.
Niedrige Spritztemperaturen können ein Erstarren des Kunststoffmaterials in der Form ergeben, ehe die Form vollständig gefüllt ist; ebenso können niedrige Spritztemperaturen zu Fließmarken in dem Kunststoffartikel und zu niedriger mechanischer Festigkeit führen. Hohe Spritztemperaturen verlängern andererseits die Spritzzeit und können ein Verziehen des fertigen Artikels bewirken. Versucht man, dickwandige Artikel durch Verarbeitungsverfahren, z. B.
Spritzgießen, herzustellen, so erhält man oft Fertigartikel mit Einfallstellen und Verwerfungen.
Beim Spritzgießen erhält der Artikel normalerweise einen häßlichen Anguß, welcher in der Einfüllöffnung der Form entsteht. Solche Angüsse müssen in einem nachfolgenden Arbeitsgang beseitigt werden; auch kann man den Einfüllkanal so anordnen, daß derAnguß auf dem Fertigartikel nicht erscheint. Zum Spritzgießen angußfreier Artikel wurde vorgeschlagen, den Einfüllkanal zur Spritzform als Teil desjenigen Zylinders auszubilden, in welchem sich der Einspritzkolben bewegt, so daß der Unterteil des Kolbentopfes mit der Höhlung der Gießform fluchtet. Diese Anordnung ist jedoch nicht ganz zufnedenstellend, weil in dem Augenblick, in dem der Kolben kühl genug ist, um eine Verfestigung des Kunststoffmaterials zu erlauben, welche nötig für die Entnahme ist, ein Ankleben des Kunststoffs an dem Kolben auftritt und dabei doch ein häßlicher Anguß gebildet wird. Das Problem wird nicht durch Warmhalten des Kolbens gelöst, weil dann das Kunststoffmaterial nicht erstarrt und sich verzieht, wenn es aus der Form entnommen wird. Weiterhin ist es mit dieser Anordnung extrem -schwierig, ein kleines Teil oder ein Teil mit offener Struktur zu gießen. Der Grund hierfür ist die große Oberfläche der Stirnfläche des Spritzkolbens.
Es ist bekannt, die Spritzgußtechnik zur Herstellung schaumförmiger thermoplastischer Artikel anzu- wenden. Hierbei wird ein treibmittelhaltiges thermoplastisches Kunststoffgranuiat unter Betätigung eines Spritzkolbens oder einer Schnecke durch einen Spritzzylinder gefördert, in dem der Kunststoff auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels erwärmt wird. Von dem Spritzzylinder gelangt der erwärmte Kunststoff unter Druck in einen Heizraum, welcher von dem Spritzzylinder durch Schließen eines Ventils getrennt wird, wenn er mit Kunststoff gefüllt ist. In dem Heizraum wird der Kunststoff weiter erwärmt, und zwar auf eine Temperatur, bei der sich das Treibmittel zersetzt; es wird dabei über einen Preßkolben ein genügender Druck aufrechterhalten, um ein Schäumen zu verhindern, bis das Treibmittel zersetzt ist. In diesem Augenblick wird ein Ventil geöffnet und die schmelzförmige Kunststoffmasse in eine unter teilweisem Vakuum stehende Form eingespritzt; hier schäumt der Kunststoff, wobei eine poröse, vielzellige Struktur entsteht.
Nachdem die Form gefüllt ist, wird das Ventil geschlossen und die Verbindung zwischen dem Spritzzylinder und dem Heizraum wiederhergestellt; dieser Prozeß wird -dann wiederholt. Dieses Verfahren hat zahlreiche Nachteile. Es besteht in einem diskontinuierlichen Betrieb unter Verwendung eines Spritzzylinders und eines Heizraumes, welche jeweils unter verschiedenen Drücken und Temperaturen arbeiten und in einer Stufe des Spritzzyklus voneinander getrennt sind. Der stufenweise, diskontinuierliche Betrieb der beiden Zonen erfordert lange Spritzzylden, präzise Kontrolle und Zeitbemessung und zusätzliche Ausrüstung. Auch da& Ventil zwischen Heizraum und Form bedarf einer auf die Temperaturverhältnisse angepaßten Steuerung. Ferner stellt das gleichmäßige Erhitzen des Kunststoffes in dem Heizraum ein Problem dar. Praktisch ist es unmöglich, einen Kunststoff ohne Anwesenheit eines Treibmittels gleichmäßig in einem zylinderförmigen Heizraum zu erhitzen, ohne daß dabei angemessen gerührt wird.
Wenn der Kunststoff mit einem Treibmittel gemischt ist, wird die ausreichende und gleichmäßige Wärmeübertragung noch kompliziert. Ohne Mischen zersetzt sich das Treibmittel im Bereich der Zylinderflächen schnell; das Treibmittel, welches weiter von den Zylinderflächen weg ist, wird oft überhaupt nicht aufgeheizt und zersetzt sich folglich nie. Beispielsweise erfordert das Aufrechterhalten eines gewissen Vakuums in der Form zusätzliche Ausrüstung und verlängert überdies den Spritzzyklus. Bei diesem Verfahren wird auch das Mischen von Kunststoff und Treibmittel nicht als Teil des Spritzverfahrens durchgeführt. Der Kunststoff und das feste zersetzliche Treibmittel werden vorgemischt; die Anwendung eines gasförmigen Treibmittels ist nicht vorgesehen.
Auch werden die Festigkeitseigenschaften wegen der besonderen ungleichmäßigen Struktur des schaumförmigen Produkts beeinträchtigt. Nach den bekannten Spritzgußverfahren hergestellte schaumförmige Artikel haben im allgemeinen geringe Festigkeiten im Vergleich zu ihrer Dichte; sie scheiden daher für Verwendungen aus, bei denen es auf die Übertragung von Kräften ankommt.
Ein weiteres, bei den bekannten Verfahren nicht gelöstes Problem ist die Bildung eines Angusses auf der einheitlich porösen Struktur und die Bildung von ungeschäumten Klumpen in der Spritzvorrichtung; diese können in die Form bei dem nächstfolgenden Spritzzyklus eintreten und unerwünschte, ungeschäumte Festkörpereinschlüsse in dem schaumförmagen Artikel bilden. Die ungeschäumten Klumpen -werden im allgemeinen in dem Ventil, welches den Heizraum mit der Form verbindet, erzeugt und/oder auch in den Leitungen, welche zu dem Ventil und von dem Ventil wegführen. Wenn dieses Ventil geöffnet ist, kann das Gas durch den Druckabfall aus dem Kunststoff austreten; der Kunststoff schäumt jedoch dabei nicht, weil es sich in einem begrenzten Raum, nämlich den Durchgängen des Ventils und/ oder den damit in Verbindung stehenden Leitungen befindet.
Um diese Nachteile beim Spritzgießen schaumförmiger Artikel zu überwinden, wurde vorgeschlagen, einen »Vorform-Spritzguß-Schaumformer« zu benutzen. Eine solche Vorrichtung erfordert jedoch die Verwendung einer einziehbaren Form, wodurch die Größe und Gestalt der schaumförmigen Artikel stark eingeschränkt wird. Im allgemeinen können nur sehr einfache Formen, beispielsweise Zylinder und Kugeln, geformt werden. Mit dieser Vorrichtung können beispielsweise keine großen, dünnwandigen, offene Strukturen, beispielsweise Verpackungskästen, hergestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, nach dem angußfreie schaumförmige Artikel mit zellartigem Kern gleichmäßiger Verteilung und einer geschlossenen Oberfläche auch aus sehr hochviskosem thermoplastischem Material geformt werden können, und zwar mit weit komplexerer Gestalt und in Formen mit langen Fließwegen und scharfen Ecken. Darüber hinaus sollen die bisher beim Spritzgußverfahren von schaumförmigen Artikeln nachteiligen Steuererfordernisse vermieden werden. Das Verfahren soll schnell, einfach und auch bei I Kunststoffen hoher Viskosität auch für Artikel mit relativ dicken Wänden anwendbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in an sich bekannter Weise aus dem geschmolzenen thermoplastischen Material und dem Treibmittel hergestellte Gemisch unter Aufrechterhaltung von Temperatur und Druck aus dem Extruder kontinuierlich in die Richtung der Sammelzone gefördert und daß während der intermittierenden Oberführung aus der Sammelzone in die Form ein Schäumen verhindert wird.
Man kann den Druck in der Sammelzone mit Hilfe einer fremden Druckquelle aufrechterhalten.
Es ist auch vorteilhaft, daß die Erweiterung und Verringerung der Sammelzone die Unterbrechung zwischen der Sammelzone und der Form steuert, wodurch eine intermittierende Überführung des Gemisches von der Sammelzone in die Form ermöglicht wird. Auf diese Weise kann das Verfahren im wesentlichen bedienungsfrei ausgeführt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Extruder, einer Sammelkammer und einer über eine Düse mit der Sammelkammer verbundenen Form ist gekennzeichnet durch ein in Richtung der Düse bewegbares stabförmiges Unterbrechungsorgan, das mit einer eigenen Bewegungskraftquelle in Werkverbindung steht, die ihrerseits von dem die Sammelkammer erweiternden und verringernden Kolben gesteuert wird.
Die Vorrichtung läßt sich besonders einfach gestalten, wenn die Hin- und Herbewegung des Kolbens und des stabförmigen Unterbrechungsorgans unter gegenseitiger Wechselwirkung von einer Drucksteuereinrichtung bewirkt wird.
Die Vorrichtung ist noch einfacher im Aufbau, wenn der Kolben und das stabförmige Unterbrechungsorgan koaxial angeordnet sind.
Die Herstellung auch komplizierterer Artikel ist dadurch möglich, daß an die Düse Verteilungskanäle der Matrize anschließbar sind.
Die schaumförmigen Artikel, welche gemäß der Erfindung hergestellt werden können, sind gekennzeichnet durch einen zellartigen Kern und eine im wesentlichen nichtzellartige, geschlossene Oberfläche.
Solche Artikel haben hohe Festigkeitseigenschaften, aber niedriges Gewicht. Es können Behälter mit festen Wänden hergestellt werden, welche im Querschnitt eine dichte Oberflächenzone und ein einheitlich geformtes zellartiges Innere aufweisen. Die Festigkeit eines Teils verändert sich mit der dritten Potenz seiner Dicke und schwankt etwa im umgekehrten Verhältnis zu den änderungen in der Dichte. Somit hat die zellartige feste Wand eine größere Biegefestigkeit als eine nichtzellartige und folglich dichtere Wand desselben Materialgewichts. Die Biegefestigkeit wird weiterhin verbessert durch die Verwendung der dichten Oberflächenzone; bei diesem Aufbau liegt mehr Material an der Oberfläche, an welcher bekannterweise die größeren Biegespannungen auftreten. Zusätzlich zu den hohen Festigkeitseigenschaften des Materials mit der dichten Oberflächenschicht und dem zellartigen Inneren besitzt dieser Stoff geringere Wärmeleitfähigkeit und folglich vergrößerte Isolationseigenschaften durch die im Inneren vorhandenen Zellen.
An Hand der folgenden Zeichnungen und Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, im wesentlichen geschnitten, F i g. 2 eine Seitenansicht in zentralem Schnitt einer anderen Ausführungsform der Samrnelvorrichtung der Erfindung, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten Artikels, F i g. 4 eine Quereschnittsansicht des Artikels der F i g. 3 entlang der Linie 4-4 und Fig. 5 eine isometrische Ansicht einer Patrizenhälfte einer Form, welche die primären und sekundären Verteilungskanäle zeigt.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, können schaumförmige Artikel, z. B. ein Verpackungskasten, erfindungsgemäß mit einem zellartigen Kern 42 und einem im wesentlichen nichtzellartigen Außenmantel 40 hergestellt werden.
Zwischen dem zellartigen Kern 42 und den dichten Mangel 40 kann ein stufenweiser Übergang bestehen, d. h., eine klar definierte Grenzschicht zwischen den beiden Zonen braucht nicht vorzuliegen. Darüber hinaus kann die Dicke der Schale 40 in gewissen Grenzen schwanken. Somit bezeichnet der Begriff »Schale« eine im allgemeinen peripherische Integralzone von im wesentlichen ungeschäumtem, nichtzellartigem Material.
Die Steifigkeit eines Artikels, beispielsweise einer Schiene, verändert sich mit der dritten Potenz der Dicke des Artikels und steht in direkter Beziehung mit der Dichte oder dem Modulus des verwendeten Materials. Wenn die Dichte und folglich auch der Modulus eines Materials durch das Schäumen auf die Hälfte der ursprünglichen Dichte reduziert wird und entsprechend die Originaldicke zweifach erhöht wird, während das Gesamtgewicht gleichbleibt, würde die Steifigkeit auf Grund der erhöhten Dicke achtfach gesteigert, aber durch den Dichteabfall auf die Hälfte reduziert. Es würde also ohne Verwendung zusätzlichen Materials eine vierfach höhere Steifigkeit erreicht.
Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer geschlossenen Oberflächenzone den effektiven Dichteabfall und den Modulusabfall reduziert, dadurch, daß mehr Material in Gebiete der größten Spannung plaziert wird. So kann eine Verdoppelung der Dicke eines Artikels einen fünf- bis sechsfachen Anstieg der Steifigkeit ergeben, ungeachtet des einhalbfachen Abfalls der Dichte Das erhöhte Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht kann die wirtschaftliche Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens wesentlich verbessern. Beispielsweise kann bei hochfesten Kunststoffbehältern oder Verpackungskästen, etwa zum Transport von Früchten oder Glasflaschen, die erforderliche Menge Kunststoff herabgesetzt werden und somit eine Kostenersparnis bewirkt werden. Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil wird dadurch realisiert, daß zur Erzeugung der Festigkeit keine Verstärkungsrippen mehr notwendig sind, wodurch die Kompliziertheit und damit der Preis der Form wesentlich herabgesetzt wird.
Unerwarteterweise wurde gefunden, daß das Verfahren gemäß der Erfindung nicht nur eine geschlossene Oberfläche und einen zellartigen Kern ergibt, sondern daß durch dieses Verfahren ebenfalls ein isotropes Produkt erhalten werden kann, welches frei von inneren Spannungen und Verwerfungen selbst in Formen von Raumtemperatur erzeugt werden kann, wobei diese Formen kompliziert aufgebaut sein können und dicke Abschnitte enthalten können.
Im allgemeinen können -aufschäumbare thermoplastische polmere Stoffe nach der Erfindung ver--arbeitet werden, wie Polymere und Kopolymere von olefinisch ungesättigten Verbindungen und ihren Derivaten, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere, Vinylharze, Polyamide, Polycarbonate, Polyhydroxyäther und Polyaryl-Polyäther.
Die.in dem Verfahren verwendete Mischung kann auch konventionelle » Zusätze, wie Hitze- und Lichtstabilisatoren, Pigmente, Trennmitte und Gleitmittel enthalten. Ein konventionelles keimbildendes Mittel, z. B.. Calciumsilikat, kann zu der Mischung zuges'setzt werden, dm die Einheitlichkeit der durch die Schaumwirkung erzeugten Zellen zu verbessern. Die Bestandteile der Mischung können, wenn gewünscht, vorgemischt werden und werden anschließend auf einen Extruder aufgegeben, in dem das thermoplastische Material geschmolzen-und gemischtsvirå. Als Treibmittel können chemische Verbindungen; wie -Azo-, N-Nitrosa-, Carbonat-und Sulfonylhydrazidverbindungen, verwendet werden, welche durch Hitze unter Bildung eines Gases, wie Kohlendioxyd oder Stich stoff, zersetzt werden. Das Treibmittel kann auch aus im Normalzustand gasförmigen Agenzien, wie Methylchlorid, Propylen, Butylen und gasförmigen Fluorkohlenwasserstoffen, bestehen; auch Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxyd oder Luft, können Verwendung finden. Flüchtige Flüssigkeiten, sowie Pentan, Wasser und flüssige Kohlenstoffverbindungen, können ebenso zum Schäumen des.Polymeren verwendet werden.
Während die verschiedenen Treibmitteltypen zur Herstellung eines geschäumten Produktes mit dem Kunststoffmaterial in verschiedenen Etappen des Verfahrens gemischt werden können, ist es vorteilhaft, flüssige oder gasförmige Agenzien direkt zu dem polymeren Material im Extruder hinzuzufügen, während das thermoplastische Material sich in geschmolzenem Zustand befindet; dadurch wird eine einheitliche Verteilung des Treibmittels innerhalb des geschmolzenen Kunststoffes ohne Anwendung zusätzlicher Mischapparaturen erhalten. In ähnlicher Weise wird ein zersetzliches chemisches Treibmittel vorteilhafterweise mit dem Polymer vor dem Aufgeben des letzteren auf den Extruder beigemischt.
Sorgfältiges Augenmerk sollte auf die Vorrichtungen zur Erzielung einer homogenen Verteilung der zersetzlichen chemischen Verbindung gerichtet werden. Die Verteilung kann üblicherweise durch Zusatz des Treibmittels in Form von festen Partikeln oder in Form einer Dispersion des Treibmittels mit einem mit dem Basisharz verträglichen Lösungsmittel erreicht werden. Das Mischen wird dann in üblichen Appa raten, wie Knetern, Kolloidmühlen, Dreiwalzenstühlen oder Innenmischern, durchgeführt; die Wahl des Apparates hängt von der Viskosität der Kunststoffverbindung ab. Um eine einheitliche Verteilung zu erhalten, können die Kügelchen des Kunststoffmaterials mit dem Treibmittel auch im Rollfaß überzogen werden. Welche Methode auch verwandt-wird, das Treibmittel muß unterhalb seiner Zersetzungstemperatur eingearbeitet werden, um die Möglichkeit von Gasverlusten vor der vorgesehenen Expansion zu vermeiden.
Im Falle von Mischungen aus chemischen Treibmittels und Polymer muß das Zeit-Temperatur-Verhältnis innerhalb des Extruders richtig bemessen sein, um das Treibmittel so zu zersetzen, daß das Gas innerhalb des Extruders entwickelt wird. Der Druck im Extruder muß anschließend gleichmäßig hoch--gehalten werden, und zwar wenigstens so lange, bis die Mischung in den Hochdrucksammler übergeführt ist, damit eine vorzeitige Expansion der Zellen unterbleibt.
- Die Zersetzung des Treibmittels kann durch geeignete Regelung der - Extruder-Arbeitstemperatur und/ oder durch geeignete Wahl des Treibmittels verzögert werden. So kann beispielsweise Diazoaminobenzol zur Zersetzung bei 95 bis 1050 C verwendet werden; während Azodicarbonamid zur Zersetzung in-dem höheren Temperaturbereich von 160 bis 2000 C^verwendet werden kann.
- In F i g. -1 wird die vorzugsweise verwendete VorL -richtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens gezeigt; sie besteht aus einem Extruder 6, an dem eine Leitung 7 zur Ein; führung eines flüssigen oder komprimierten gasförmigen Treibmittels in den Zylinder des Extruders 6 befestigt - ist. Ein Ventil $ ist in der Leitung 7 zur Regelung der Beschickung vorgesehen. Die Leitung 9 verbindet den Extruder 6 mit der inneren Leitung 19' eines Basisteils l9, welcher auf einem Trägerglied 20 ruht. - Von dem Basisteil 19 nach oben erstreckt sich eine Sammelvorrichtung, welche aus einem Zylinder 10 und einem darin hin- und herbeweglichen Kolben 11 besteht. Der Kolben 11 besitzt einen konischen, kegelstumpfähilichen Kopf 11' und einen konventionellen O-Ring 38, welcher den Kolben 11 umgreift ünd die-Abdichtung zwischen dem Zylinder 10 und dem Kolben lt herstellt. An der Rückseite des Kolbens 11 und von dieser nach aufwärts zeigend ist ein Schaft 12 befestigt.
Ein flanschähnliches Teil 13 ist am anderen Ende des Schaftes 12 befestigt, und ein Kolben 14 befindet sich an dem Schaft in einer Position zwischen dem Kolben 11 und dem Flansch 13. Der Kolben 14 kann innerhalb des Kolbengehäuses 32 hin- und hergehen.
Das flanschähnliche Teil 13 ist am äußersten oberen Ende des Schaftes 12 angebracht; er muß allerdings nicht am äußersten Ende sitzen. Die Position des Flansches 13 ist nur dahingehend kritisch, daß er von dem Schaft 12 ausgehen muß und die Schalter 16 und 17 während des Hin- und Hergehens des Schaftes 12 berühren muß.
Wenn gewünscht, können auch photo elektrische Schalter verwendet werden, wobei die Notwendigkeit eines vorspringenden Gliedes an dem Schaft 12 wegfällt. Ein Paar von photoelektrischen Einheiten kann solcher Art angeordnet werden, daß der Schaft 12 den Lichtweg der unteren Einheit blockiert, wenn der Schaft von seiner niedrigsten Position nach aufwärts geht und den Lichtweg der oberen photoelektrischen Einheit blockiert, wenn er die erwünschte obere Position erreicht.
Von der inneren Leitung 19' des Basisteils 19 führt eine Leitung 21 weg, welche mit einer inneren Leitung22' eines zweiten Basisteils 22 in Verbindung steht, welches ebenfalls auf dem Trägerglied 20 ruht.
Von dem Basisteil 22 aus und durch das Trägerglied 20 hindurch erstreckt sich nach abwärts eine Fülldüse 23. Es ist klar, daß eine Mehrzahl von Fülldüsen verwendet werden kann, um einen oder mehrere schaumförmige Artikel herzustellen. Das untere Ende der Düse 23 erstreckt sich nach einer Hohlform hin und fluchtet mit dieser; die Hohlform besteht aus zwei Formhälften, einer Patrize 25 und einer Matrize 24. Die Formhälfte 24 ist üblicherweise mit dem Trägerteil 20 verbunden, während die Formhälfte 25 von einem hin- und herbeweglich angeordneten Träger 26 unterstützt wird, um eine leichte Trennung der Formhälften 24 und 25 zur Erleichterung der Entnahme des Produktes zu schaffen. In der Düse 23 und dem Basisteil 22 ist ein Stab 27 gleitfähig angeordnet. Das obere Ende des Stabes 27 ist mit einem Kolben 28 versehen, welcher innerhalb eines Kolbengehäuses 33 hin- und hergeht. Das Gehäuse 33 ist mit einem Paar von Leitungen 29 und 30 versehen, welche wechselweise mit einer Druckgasquelle verbunden werden.
Der Betrieb des Apparates gemäß F i g. 1 erfolgt wie nachstehend beschrieben. In dem Extruder 6 wird das thermoplastische Material verflüssigt. Ein flüssiges Treibmittel wird unter Druck direkt in den Mantel des Extruders eingeführt, und zwar durch Leitung 7; im Extruder wird es mit dem geschmolzenen Thermoplast vermischt. Die aus dem Extruder 6 austretende Mischung besitzt eine Temperatur oberhalb der Schäumtemperatur des Treibmittels und steht unter einem Druck, welcher wesentlich oberhalb des Schäumdruckes liegt. Der Extruder 6, welcher sich in ununterbrochener Verbindung mit einer expansionsfähigen Sammelzone 35, definiert durch den ZylinderlO, denKolbenlt und das Basisgliedl9, befindet, extrudiert die Mischung von Thermoplast und Treibmittel kontinuierlich durch Leitung 9 in die Zone 35 und gegen den Kolben 11. In dem Maße, wie die Mischung von dem Extruder in die Zone 35 gedrückt wird, wird der Kolben von seiner untersten Stellung zu einer oberen, vorbestimmten Stellung getrieben. In Fig. 1 ist die unterste Stellung des Kolbens 11 erreicht, wenn der Kolben 11 in Kontakt mit dem Basisglied 19 kommt. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 und des Kolbens 14 wird durch den Gasdruck im Bereich 15 oberhalb des Kolbens 14 in dem Kolbengehäuse 32 gebremst. An Stelle des Gases kann jede geeignete hydraulische Flüssigkeit, welche gewöhnlich in solchen Apparaten Verwendung findet, angewendet werden. Der Bereich 15 in dem Kolbengehäuse 32 ist zusätzlich mit einer Leitung31 versehen, welche mit einer Druckgasquelle in Verbindung steht. In dem Maße, in dem das aus dem Extruder austretende Material die Kolben 11 und 14 aufwärts schiebt, wird das Gas im Bereich 15 komprimiert. Da die Füllung der Zone 35 durch den Kolben 11 gebremst wird, kann das Füllen der Zone 35 erst beginnen, wenn der Extruderdruck den Rückdruck des Kolbens 11 übersteigt. In dem Maße, wie der Kolben 11 sich aufwärts bewegt, wird das im Bereich 15 befindliche Gasvolumen vermindert und der Gasdruck entsprechend gesteigert. Der Extruderdruck muß kontinuierlich den zunehmenden Kolbendruck während der Expansion der Zone 35 übersteigen. Andererseits kann während der Expansion der Zone 35 der Gasdruck im Bereich 15 so reguliert werden, daß eine im wesentlichen konstante Kraft auf den Kolben 14 ausgeübt wird. Auf jeden Fall muß die in die Expansionszone 35 gedrückte Mischung auf einem Druck oberhalb des Schäumdruckes der Mischung gehalten werden. Während ein niedriger Druck, beispielsweise um 35 kg/cm2, normalerweise ein vorzeitiges Schäumen der Mischung verhindert, wurde gefunden, daß Drücke von wenigstens 105 kg/cm2 die besten Ergebnisse geben. Drücke über 705 kg/cm2 sind gewöhnlich für ein gutes Arbeiten der Sammelvorrichtung nicht erforderlich und sollten normalerweise vermieden werden, weil die Betriebskosten mit zunehmendem Druck ansteigen, und eine geringe Gasabscheidung dem entstehenden Produkt nicht schadet.
Wenn notwendig, kann der Zylinder 10 mit einer Heizvorrichtung versehen werden (nicht gezeigt), um eine Verfestigung des darin befindlichen thermoplastischen Materials zu vermeiden. Es sei jedoch bemerkt, daß in dem ZylinderlO keinerlei Erhitzen erforderlich ist. Das Material wird in dem Extruder 6 erhitzt, die Wärme wird in dem Zylinder 10 lediglich aufrechterhalten. Der Kolben 11 bewegt sich aufwärts, bis der Flansch 13, welcher von dem Schaft 12 getragen wird, den an vorher bestimmter Stellung angebrachten Schalter 17 betätigt. Die Betätigung des Schalters 17 bewirkt auf bekannte Weise das Einströmen von Druckgas in das Kolbengehäuse 33 durch die Leitung 29 und erzeugt eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 28. Das untere Ende des Stabes 27 wird hierbei von der Düse 23 zurückgezogen, bis es eine Stellung erreicht, welche in der Zeichnung durch die Bezugsnummer37 angedeutet ist. Dadurch wird eine Verbindung zwischen erstens der Form, definiert durch die Formhälften 24 und 25, und zweitens der Zone 35 und dem Extruder 6 hergestellt. In dem Augenblick, in dem die unmittelbare Verbindung hergestellt ist, wird die Mischung von der Sammelzone 35 in die Form gedrückt; dies geschieht auf Grund des Druckes innerhalb des Bereiches 15, welcher nun größer geworden ist als der Druck innerhalb der Zone 35, wodurch die Abwärtsbewegung des Kolbens 11 bis zu seiner untersten Stellung bewirkt wird. Wenn nötig, können die Leitung 21 und das -Basisteil 22 mit Vorrichtungen zur Beheizung versehen werden (nicht gezeigt), um eine Verfestigung des thermoplastischen Materials hierin zu vermeiden. Normalerweise jedoch schließen die in dem vorliegenden Verfahren angewendeten kurzen Arbeitszyklen die Notwendigkeit zusätzlichen Erhitzens aus.
Wenn der Kolben 11 seine unterste Stellung erreicht, verschwindet die Zone 35 im wesentlichen, und der Flansch 13 betätigt den Schalter 16 ; dadurch wird in bekannter Weise Druckgas in das Kolbengehäuse 33 durch die Leitung 30 eingeführt, wodurch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 28 und des Stabes 27 bewirkt wird. In dem Augenblick, in dem der Stab 27 in die Düse 23 am Punkt 36 eintritt, wird die Verbindung zwischen erstens der Form und zweitens der Sammelzone 35 und dem Extruder 6 an einem von der Form entfernten Punkt, an dem der Druck oberhalb des Schäumdruckes der Mischung liegt, beendet. In dem Maß, wie der Stab 27 abwärts geht, drückt er die in der Düse 23 befindliche Mischung, d. h. die zwischen dem Punkt 36 und der Form befindliche Mischung in die Form hinein, und das untere Ende des Stabes 27 schließt mit der Oberfläche des geformten Artikels 34 ab. Auf diese Weise wird ein angußfreier Formkörper erzeugt und die Bildung ungeschäumter Schlacke in dem System verhindert. Die Formhälften 24 und 25 werden hierauf getrennt, und der angußfreie Formkörper34, im ein dungsgemäßen Fall ein Verpackungskasten, gezeigt in Fig. 3 und 4 und vorher beschrieben, wird entnommen. Es ist klar, daß schaumförmige Artikel nach dem Verfahren gemäß der Erfindung entweder mit einem Anguß oder einer Delle hergestellt werden können, einfach dadurch, daß die Stange 27 entsprechend eingestellt wird. Während die Herstellung angußfreier Artikel vorgezogen wird, kann die Gestalt gewisser Artikel einen Anguß oder eine Delle durchaus vertragen. Es ist auch klar, daß der Apparat zur Herstellung kompakter thermoplastischer Artikel verwendet werden kann.
Durch den Druckunterschied zwischen der Form und der Sammelzone schäumt die Mischung schnell und expandiert in der Form. Das Füllen der Form, welches durch die Tätigkeit des Kolbens 11, der Stange 27 und der Expansion der Mischung in der Form bewirkt wird, sollte vorzugsweise einen Zeitraum von etwa 1 bis 15 Sekunden beanspruchen.
Der Druckgasfluß durch die Leitungen 29 und 30 wird durch ein von den Schaltern 16 und 17 betätigtes bekanntes Ventilsystem geregelt.
Der Schalter 17 wird entsprechend der zur Füllung der Form erforderlichen Materialmengen angeordnet.
Je größer der Abstand zwischen den Schaltern 16 und 17 ist, desto größer wird der Aufwärtsweg des Kolbens 11. Dadurch wird eine größere Materialmenge in der Sammelzone 35 angesammelt und nachfolgend in die Form gepreßt. Umgekehrt vermindert eine Verkleinerung des Abstands zwischen den Schaltern 16 und 17 die in die Form zu pressende Materiahnenge.
Während eine Erniedrigung der Temperatur der Form die für die Abkühlung des thermoplastischen Materials in der Form erforderliche Zeit herabsetzt und entsprechend den Zeitbedarf für den Verfor- mungsvorgang vermindert, können beispielsweise bei Verwendung von Polyäthylen hoher Dichte hohe Formtemperaturen von wenigstens 1300 C die Bildung einer glatten, glasiert aussehenden Oberfläche bewirken, was bei vielen Anwendungen erwünscht ist. Andererseits ergeben niedrigere Formtemperaturen eine faserförmige Oberflächentextur, ähnlich der Textur von Holz.
Niedrige Formtemperaturen -können ohne Störung des Flusses des plastischen Materials in die Form und ohne Erzeugung innerer Spannungen angewendet werden.
Die Möglichkeit, eine kalte Form (Raumtemperatur) zu füllen, ohne daß Probleme, wie beispielsweise unvollständige Füllung durch vorzeitiges Erstarren des Kunststoffes und bleibende innere Spannungen durch den Fließwiderstand, auftreten, scheint teilweise der Tatsache zugeschrieben werden zu können, daß das geschmolzene Polymer, wenn es plötzlich von der unter hohem Druck stehenden Sammelzone in die unter niedrigem Druck stehende Form übergeführt wird, in kleine Teilchen »explodiert« und die Form dabei ausfüllt. Die Teilchen schmelzen sofort in der Form zusammen und bilden so einen Artikel, welcher im wesentlichen keinerlei orientierte Bereiche und innere Spannungen besitzt (isotroper Stoff).
Der nach außen wirkende Druck der expandierenden Teilchen treibt offensichtlich die am weitesten außen befindliche Polymermasse gegen die Oberfläche der Form, wobei die Zellstruktur dieses Teils des Materials zerstört wird. Dieser Effekt dient nicht nur zur Bildung einer dichten umgebenden Schale, sondern bewirkt ebenso die Erzeugung eines Fertigartikels, welcher genau mit den Abmessungen der Form übereinstimmt.
Der Umfang, in dem das Kunststoffmaterial »explodiert«, sowie die Füllgeschwindigkeit der Form und der Schäumgrad nehmen mit ansteigenden Mengen von Treibgas in dem geschmolzenen Kunststoffmatenal zu.
Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß das Verfahren und der vorzugsweise verwendete Apparat gemäß der Erfindung dazu verwendet werden kann, um schaumförmige, thermoplastische Artikel diskontinuierlich, halbkontinuierlich oder kontinuierlich schnell und wirkungsvoll herzustellen.
F i g. 2 erläutert eine weitere Ausführungsform der Sammelvorrichtung gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind der Kolben 11 und der Schaft 12 koaxial mit dem Stab 27 angeordnet, wodurch eine kompaktere Anordnung erzielt wird. Der Kolben 11 und der Schaft 12 sind mit einer zentrisch angebrachten inneren Bohrung versehen, in welcher der Stab 27 hin- und hergeht. Ein Einwandern von Material zwischen den Stab 27 und die. innere Bohrung des Kolbens 11 und den Schaft 12 wird dadurch verhindert, daß eine Gleitpassung zwischen dem Stab und der Bohrung und/oder übliche Dichtringe dazwischen vorgesehen werden. Kolbengehäuse 33 für den Kolben 28 ist darüber montiert und koaxial mit dem Kolbengehäuse 32 für den Kolben 14. Die Sammelvorrichtung, gezeigt in Fig. 2, arbeitet in gleicher Weise wie die zuvor beschriebene Vorrichtung von F i g. 1.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurde gefunden, daß die Verwendung eines primären Verteilungskanals in der Form in Verbindung mit einer Vielzahl sekundärer Verteilungskanäle ein schnelles Füllen einer Form gestattet und die dabei hergestellten Artikel leichter als erwartet ohne Einbuße von Festigkeit sind. Die Ausführungsform wird in Fig. 5 erläutert, in der eine Patrize eines Verpackungskastens mit offener Struktur gezeigt wird.
Eine Matrize (nicht gezeigt) ist der Patrize angepaßt und wird über diese gesetzt, entsprechend der Anordnung der Formhälften in Fig. 1; es wird dadurch eine Hohlform gebildet, welche die nachstehend beschriebenen Verteilungskanäle enthält.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird es vorgezogen, eine Vielzahl von primären Verteilungskanälen 51, 52, 53 und 54 zu verwenden, welche in radialer Anordnung und gleichen Abständen um den Einfüllkanal angeordnet sind, durch welchen die Form gefüllt wird; die Position des Einfüllkanals in der Matrize (nicht gezeigt) wird durch den gestrichelt gezeichneten Kreis 50 auf der Patrize angezeigt; die Primärkanäle 51 und 53 besitzen jeweils mindestens vier in gleichem Abstand stehende sekundäre Verteilungskanäle 55.
Eine große Vielzahl nützlicher, geschäumter Artikel kann gemäß der Erfindung geformt werden.
Beispielsweise fallen unter solche Artikel Schuhleisten, Kegel zum Kegeln, Behälter, besonders flüssigkeitsdichte und/oder thermisch isolierte Behälter, beispielsweise Akkumulatorengehäuse, Lebensmittelbehälter, beispielsweise Spargel- und Tomatensteigen, Geflügelkörbe, Milchbehälter, andere Behälter, wie Bombenbehälter, Muscheln und Sodabehälter, Batteriekästen, fahrbare Einkaufskörbe, Gewehrschäfte, Malerbürsten-Handgriffe, Besen- und Schaufelhandgriffe, Küchenartikel, Autositze, Sitz- und Rückenteile für Kinderautositze, Hochstühle, Rahmen für Kleinkinder-Lehnstühle, Tischplatten und Schubladen für Babywickeltische, Kleiderschränke und B adeeinrichtungen, Möbelteile, Einwegtabletts, Rasenmähergehäuse, Röhren und Artikel mitdem Aussehen, Klang und Gewichtseigenschaften von Holz.
Die Ausdrücke » Schmelzindex «, »Schmelztemperatur« und »Schäumdruck« sind wie folgt definiert : Der »Schmelzindex« gibt einen Hinweis auf Molekulargewicht und Viskosität und wird nach dem ASTM-Test D-1238-57T bestimmt.
Der Ausdruck »Schmelztemperatur« bezieht sich auf den allgemeinen Temperaturbereich, bei welchem das Material genügend flüssig wird, um nach der beschriebenen Art weiterverarbeitet werden zu können.
Das Material wäre somit genügend weich oder flüssig, um durch einen Extruder oder in eine Sammelzone oder eine Form zu fließen oder mit Hilfe eines in seinem Inneren freigesetzten Gases geschäumt zu werden.
Der Ausdruck »Schäumdruck« betrifft den Druck, bei dem das im Inneren des Materials enthaltene Gas den Schäum- und Expansionsvorgang des Kunststoffmaterials bewirken kann.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern.
Beispiel 1 Die in F i g. 1 gezeigte Ausrüstung wurde zur Herstellung von Sitz- und Rückenplatten eines Kinderautositzes aus Polyäthylen der Dichte 0,96 und dem Schmelzindex 4,0 unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 16 materialtemperatur im Extruder .... 268°C Stickstoff-Einblasdruck (Fig. 1. Leitung 7) ...... .. 168 kg/cm2 Druck in der Sammelzone. 196 kg/cm2 Temperatur in Ider Sammelzone ... 1770 C Druck in der Form . . . . Atmosphärendruck Temperatur in der Form .. 7,20 C Die so hergestellten Platten hatten eine leichte faserig erscheinende Oberfläche, einen zellartigen Kern und eine nichtzellartige, kompakte Haut.
Beispiel 2 Die in F i g. 1 gezeigte Ausrüstung wurde zur Herstellung von Kindersicherheits-Autositzen aus Polyäthylen der Dichte 0,96 und dem Schmelzindex 4,0 unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 17 Materialtemperatur im Extruder .. 2820 C Stickstoff-Einhlasdruck (Fig. 1, Leitung 7) 168 . kg/cm2 Druck in der Sammelzone ........ 196 kg/cm2 Temperatur in der Sammelzone .... 1770 C Druck in der Form . .. . . Atmosphärendruck Temperatur in der Form.. 100 C Die so hergestellten Sitze hatten einen zellartigen Kern und eine geschlossene Oberfläche. In den Teilen waren keinerlei Leerräume vorhanden.
Beispiel 3 Die in F i g. 1 gezeigte Ausrüstung wurde zur Herstellung von gußfreien Küchenschrankschubladen aus einer Mischung von 11,3 kg Polyäthylen der Dichte 0,96 und dem Schmelzindex 4,0 und 2,26 kg mittelschlagfestem, fließfähigem Polystyrol unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 25 Materialtemperatur im Extruder .. 277°C Stickstoff-Einblasdruck (Fig. 1, Leitung 7) ...... . 196 kg/cm2 Druck in der Sammmelzone ....... . 196 kg/cm2 Temperatur in wider Sammelzone .... 1770 C Druck in der Form . ... Atmosphärendruck Temperatur in der Form . .. zur 160 C Die so hergestellten Schubladen waren ohne Anguß, hatten eine leicht faserige Oberflächentextur, einen zellartigen Kern und eine kompakte Haut. Der Izod-Impact-Wert (ASTM-D-256) der Schubladen betrug 1,06.
Beispiel 4 Das Beispiel 3 wurde unter Verwendung einer Mischung von 11,3 kg Polyäthylen und 0,45 kg Polystyrol wiederholt. Es wurden dieselben Ergebnisse erzielt; der Izod-Impact-Wert betrug 1,26.
Beispiel 5 Es wurde die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung, jedoch mit der Sammelvorrichtung von Fig. 2, zur Herstellung angußfreier rechteckiger Behälter aus Polypropylen unter folgenden Bedingungen verwendet: Materialtemperatur im Extruder .... 2040 C Stickstoff-Einblasdruck .... 42 kg/cm2 Druck in der Sammelzone. ....... . 140 kg/cm2 Temperatur in Ider Sammelzone .... 1770 C Abstand zwischen den Schaltern 16 und 17 .......... .. 17,1 cm Druck in der Form -. .. Atmosphärendruck Temperatur in der Form .. 210 C Es wurde ein Beschickungsgewicht von 1,78 kg erzielt mit einer Gesamtdichte von 0,66; das Material füllte die Form vollständig aus, es entstanden keinerlei Leerräume in der Form. Der Artikel war angußfrei und zeigte im Querschnitt einen zellartigen Kern und eine im wesentlichen nichtzellartige Außenschale.
Beispiel 6 Das Beispiel 5 wurde wiederholt, jedoch betrug nunmehr der Abstand zwischen den Schaltern 16,5 cm, und der Einspritzdruck für Stickstoff wurde von 42 kg/cm2 auf 105 kg/cm2 erhöht. Der Behälter besaß ein Gewicht von 1,72 kg und eine Gesamtdichte von 0,64. Das Material füllte die Form vollständig aus.
Beispiel 7 Das Beispiel 5 wurde wiederholt, wobei die Schalter 15,9 cm auseinander lagen und der Stickstoffdruck bei 105kg/cm2 gehalten wurde. Das Beschickungsgewicht für den Behälter betrug 1,67 kg, und die Gesamtdichte betrug 0,62. Die Form wurde vollständig gefüllt, und der Fertigartikel enthielt keinerlei Leerräume.
Beispiel 8 Es wurde die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, jedoch mit dem Sanunlergerät von Fig.2 versehen, zur Herstellung angußfreier rechteckiger Behälter aus Polyäthylen der Dichte 0,96 und der Schmelzindex von 4,0 unter folgenden Bedingungen verwendet: Materialtemperatur im Extruder .. . 2040 C Stickstoff-Einblasdruck (Fig. 1, Leitung 7) ...... . 126 kg/cm2 Druck in der Sammelzone ......... 140 kg/cm2 Temperatur in der Sammelzone .... 1770 C Abstand zwischen den Schaltern 16 und 17 .......... . 5,75 cm Druck in der Form .. Atmosphärendruck Temperatur in der Form.. 210 C Die Form wurde vollständig gefüllt, die Behälter waren angußfrei, hatten einen zell artigen Kern und eine nichtzellartige Haut. Es wurde ein 1,51 kg schwerer Behälter mit einer Gesamtdichte von 0,56 erhalten. Die Form wurde vollständig mit Material gefüllt, und es entstanden keine Leerräume in der Form.
Beispiel 9 Das Beispiel 8 wurde wiederholt, wobei der Stickstoff-Einblasdruck 105 kg/cm2 betrug. Der Abstand zwischen den beiden Schaltern betrug 6,75 cm. Es wurde ein 1,8 kg schwerer Behälter mit einer Dichte von 0,67 erhalten. Die Form wurde vollständig gefüllt; es wurden keine Leerräume festgestellt.
Beispiel 10 Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, jedoch versehen mit dem Sammelteil von Fig. 2, wurde zur Herstellung von angußfreien Gehäusen und Deckeln für Zweizellenbatterien aus Polyäthylen der Dichte 0,96 und des Schmelzindex 4,0 unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 12 Materialtemperatur im Extruder 3160 C StickstoffEinblasdruck (F i g. 1, Leitung 7) ...... 196 kg/cm2 Druck in der Sammmelzone ......... 196 kg/cm2 Temperatur in der Sammelzone .... 1770 C Druck in der From . ... Atmosphärendruck Temperatur in der Form . .. ~ 16° 160 C Das so hergestellte Gehäuse war angußfrei und hatte eine Wandstärke von 4,8 bis 5,2 mm; es erforderte keinerlei Verschönerungsarbeiten mehr. Auf bekannte Weise wurde nun eine aus zwei Zellen bestehende 3-Volt-Batterie unter Verwendung des Gehäuses und des Deckels konstruiert; die Batterie arbeitete mit Kohle-Zink-Elektroden und einem alkalischen Elektrolyten. Die Durchschlagsfestigkeit der Gehäusewände wurde zu 80 V/25,4 µ gefunden. Nach einem Monat wurde eine Gewichtszunahme von weniger als 1% festgestellt; die Festigkeit des Gehäuses war im wesentlichen unverändert geblieben.
Beispiel 11 Es wurde die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, jedoch versehen mit der Sammelvorrichtung von Fig. 2, zur Herstellung angußfreier Küchenschrankschubladen aus einer mittelschlagfesten, frei fließenden Polystyroltype unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 22 Materialtemperatur im Extruder 2880 C Stickstoff-Einblasdruck (F i g. 1, Leitung 7) . . 196 . kg/cm2 Druck in der Sammelzone ......... 196 kg/cm2 Temperatur in der Sammelzone .. 177° C Druck in der Form . ... Atmosphärendruck Temperatur in der Form . . 26,70 c Die Form wurde vollständig aufgefüllt; die so hergestellten Schubladen besaßen keinen Anguß; sie hatten einen zell artigen Kern und eine nichtzellartige Haut.
Beispiel 12 Es wurde das in F i g. 1 gezeigte Gerät, jedoch versehen mit dem Sammelteil von F i g. 2, zur Herstellung von Verpackungskästen für Milchkartons aus Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 15 Materialtemperatur im Extruder .. 2320 C StickstoffWEinblasdruck (Fig. 1, Leitung 7) . 196 kg/cm2 Druck in der Sammelzone .... .... 210kg/cm2 Temperatur in der Sammelzone... 1800 C Druck in der Form. Atmosphärendruck Temperatur in der Form .. . 15,60 C Die Form wurde vollständig ausgefüllt, der gegossene Artikel hatte einen zellartigen Kern und eine nichtzellartige Haut.
Beispiel 13 Es wurde das in F i g. 1 gezeigte Gerät, jedoch versehen mit der Sammelvorrichtung von Fig.2, zur Herstellung von Rasenmähergehäusen aus Polyäthylen der Dichte 0,96 und des Schmelzindex 0,2 unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) - -15 Materialtemperatur imExtruder 2700 C Stickstoff-Einblasdruck (Fig. 1, Leitung 7) ..... ...... 190kg/cm2 Druck in der Sammelzone ...... . 210kg/cm2 Temperatur in Ider Sammelzone .... 1770C Druck in der Form. Atmosphärendruck Temperatur in der Form .. .~16,6°C Die Form wurde vollständig gefüllt; der so hergestellte Artikel hatte einen zellartigen Kern und eine nichtzellartige Haut.
Beispiel 14 Es wurde das in F i g. 1 gezeigte Gerät, jedoch versehen mit dem Sammelteil von Fig. 2, zur Herstellung von Batteriekästen aus einem Polyäthylen--Athylacetat-Copolymer mit 18 Gewichtsprozent Äthylacetat unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 19 Materialtemperatur im Extruder .. 2070 C Stickstoff-Einblasdruck (Fig. 1, Leistung 200kg/cm2 Druck in der Sammelzone. ...... . 210 kg/om2 Temperatur in der Sammelzone .... 1770 C -Druck in der Form. ... Atmosphrendruck Temperatur in der Form. .~15°C Die Form wurde vollständig gefüllt; der so hergestellte Artikel hatte einen zellartigen Kern und eine nichtzellartige Haut.
Beispiel 15 Es wurde das in F i g. 1 gezeigte Gerät, jedoch versehen mit der Sammelvorrichtung von F i g. 2, zur Herstellung von Batteriekästen aus einem äthylen Vinylacetat Copolymer mit 28 - Gewichtsprozent Vinylacetat unter folgenden Bedingungen verwendet: Umdrehungen je Minute (Extruder) 18 Materialtemperatur im Extruder .. 1960 C Stickstoff-Einblasdruck (Fig. 1, Leitung 7) ........ .. 196kg/cm2 Druck in der Sammelzone ......... 196 kg/cm2 Temperatur in der Sammelzone .. . 177° C Druck in der Form. ... Atmosphärendruck Temperatur in der Form . .~15°C Die Form wurde vollständig aufgefüllt; der so hergestellte Artikel hatte einen zellartigen Kern und eine nichtzellartige Haut.
Beispiel 16 Es wurde das in F i g. 1 beschriebene Gerät, jedoch mit der Sammelvorrichtung von F i g. 2 versehen, ver- wendet. Es wurden 100 Teile graupigmentierten Polyäthylens in Kügelchen (Dichte 0,96) auf einen Extruder aufgegeben. Das Polyäthylen wurde in dem Extruder bearbeitet und erhitzt, bis das Material eine Temperatur um etwa 2160 C angenommen hatte.
Es wurde - dann langsam Stickstoff in das Gehäuse des Extruders eingeführt und hierin mit dem geschmolzenen Polyäthylen vermischt. Der Extruder 6 beförderte das Material zu einer Sammelzone 35, welche bei 177° C und einem Druck von 161 kg/cm2 gehalten wurde. Die Form - wurde auf etwa 210 C und Atmosphårendruck gehalten.
Die verwendete Form war eine offene Struktur für einen rechteckigen Tomaten-Verladekasten mit acht parallelen und in gleichen--Abständen stehenden Schlitzen, welche der Länge nagh auf der Unterseite der Form~verliefen. Der Einlaßkanal, durch welchen die Form gefüllt wurde, war in-der Mitte der Unterseite der Form angebracht. Vier Verladekästen, welche in dieser Form hergestelft wurden, hatten ein durchschnittliches Gewicht von 1,7 kg und eine durchschnittliche Zugfestigkeit von etwa 84 kg/cm2.
Beispiel I7-Es wurde eine Mischung aus - 100 Gewichtsteilen Polyäthylen und 0,25 Gewichtsteilen Azodicarbonamid auf einen Innenmischer aufgegeben und bei einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Azodicarbonamids gemischt. Das verwendete Polyäthylen hatte eine Dichte von 0,96 und einen Schmelzindex von 0,2. Die Mischung wurde dem - Zylinder eines Schneckenextruders zugegeben; sie wurde gründlich durchgearbeitet und durch den Extruder durch eine Schnecke hindurchgefördert.
Der Zylinder wurde auf eine Temperatur von 2040 C erwärmt, um das dispergierte Azodicarbonamid m zersetzen. Der Extruder förderte anschließend das Material zu einem Sammler, welcher auf einer Temperatur von 1660 C und auf einem Druck von 122 kg/cm2 gehalten wurde. Der von der Extruderschnecke auf die Mischung ausgeübte Druck sowie der Rückstaudruck, welcher durch den Sammler ausgeübt wurde, war dermaßen eirigestellt, daß das bei der Zersetzung des Azodicarbonamids entstehende Gas am Expandieren gehindert wurde. Der Druck auf die Sammelzone nahm während des Arbeitens des Extruders laufend gleichmäßig zu, wodurch angezeigt wurde, daß Material in den Sammler eingebracht wurde. Bei Erreichen eines Druckes von 224 kg/cm2 wurde die Drehung der Schnecke des Extruders angehalten, wobei der Extruder aufhörte, Material in den Sammler nachzuschieben. Bei einem stabilen Druck von 224 kg/cm2 im Sammler wurde ein Ventil zwischen den Sammler und einer Tiegelform schnell geöffnet, wobei die Verbindung zwischen Sammler und Form hergestellt wurde. Das Material trat schnell in die Form ein, welche bei Atmosphärendruck und 160°C gehalten wurde.
Nach einigen Sekunden wurde die Form schnell abgekühlt und dann geöffnet; hierauf wurde der entstandene kegel gewogen. Der Kegel wog 1,38 kg und hatte eine glasiert aussehiide, - polierte Oberfläche. Der Kegel wurde in zwei Hälften geschnitten, wobei es sich zeigte, daß er eine dichte äußere Schale und einen zellartigen Kern besaß. Nach einem Abstand von etwa 6 mm von der Oberfläche nahm die Materialdichte wesentlich ab.
Beispiel 18 Unter Anwendung des Verfahrens gemäß. Beispiel 17 wurde ein Kegel in einer zunächst aus 129° C erwärmten Form gebildet; einige Sekunden nach der Fülloperation wurde die Form schnell heruntergekühlt, um den Produktionszyklus zu verkürzen. Die Oberfläche des dabei entstandenen Kegels hatte, ein glasiertes Aussehen; der innere Aufbau entsprach- in etwa dem Kegel von Beispiel 17.
Beispiel 19 Es wurde das Verfahren gemäß Beispiel 17 zur Herstellung eines Kegels in einer auf unter 1130 C gehaltenen Form verwendet. Die Form. wurde nach dem Füllen in einigen Sekunden rasch abgekühlt.
Der dabei entstandene Kegel hatte eine rauhe, faserförmige Oberfläche, ähnlich der Textur von Holz.
Ein Vergleich zwischen Kegeln, welche gemäß den Beispielen 17 bis 19 hergestellt worden waren, und gestrichenen Kegeln aus Holz ergaben vergleichbare Resultate im Hinblick auf das Ansprechen auf Stöße, Stoßgeräusch und Schwerpunkt. Die Oberflächenhärte und Stoßfestigkeit der geschäumten Kegel aus Polyäthylen hoher Dichte übertrafen diejenige der gestrichenen hölzernen Kegel.
Der Kegel aus Beispiel 19 wurde mit einem Überzug von Äthylzellulose versehen, um ihm ein gefälligeres Aussehen zu verleihen. Obgleich es schwierig ist, eine Adhäsion zu Polyäthylen herzustellen, wurde gefunden, daß dieser t : Überzug sehr zäh an den faserigen Flächen des Polyäthylens klebte. Die Oberflächen der Kegel aus den Beispielen 17 und 18 waren im Aussehen gleichwertig, ohne daß hierbei ein Überzug verwendet wurde.
Wegen der Möglichkeit, das zum Beschicken der Form vorgesehene Material exakt abzumessen, wird eine größere Exaktheit des Gewichtes bei den geschäumten Kegeln gemäß der Erfindung erreicht, als estbei hölzernen Kegeln erreichbar ist.
Konventionelle Beizen, wie sie zum Beizen von Holz verwendet werden, können, wenn sie auf üblicherweise gespritzte oder extrudierte Polyäthylenartikel aufgetragen werden, nach dem Trocknen wieder von der Oberfläche des Polyäthylens abgerieben werden. Der schaumförmige Artikel des Beispiels 19 jedoch hält die Farbe fest, so daß eine weitere Oberflächenbehandlung nicht nötig ist. Die Verwendung von holzfarbenen Beizen ergibt einen Artikel, welcher wegen seiner faserförmigen Oberflächentextur das Aussehen von Holz hat. Da, wie weiter oben bemerkt, die schaumförmigen Artikel auch das Stoßgeräusch, das Ansprechen auf den Stoß und die Gewichtseigenschaften von Holz haben, können nach dem Verfahren gemäß der Erfindung Holz-Ersatz-Artikel hergestellt werden. Besonders bezeichnend ist die Möglichkeit der Herstellung von Kunststoffgehäusen, welche eien ästetisch ansprechendes, holzähnliches Aussehen besitzen und welche außerdem die charakteristischen Eigenschaften von Holz zeigen.
Feuchtigkeitsbeständigkeit und hohe Schlagfestigkeit können somit in einem Lautsprechergehäuse ohne Verschlechterung der Klangtreue - vereinigt werden.
Beispiel 20 Es wurde eine Mischung aus 100 Teilen Polyäthylen der Dichte 0,96 und 0,25 Teilen Azidicarbonamid in gleicher Weise, wie im Beispiel 17 beschrie- ben, vorgemischt. Die-Extrudertemperatur wurde unterhalb von etwa 1509 C gehalten und die Mischung nach den Verfahren des Beispiels 17 in einen Sammler eingebracht, welcher anfänglich auf einen Druck von 103 kg/cm2 und auf einer Temperatur unterhalb etwa 1500 C gehalten wurde. Der Sammler wurde auf 2040 C vorerhitzt und das im Sammler etwa auf 1900 C erhitzte und unter einem Maximaldruck von - 210 kg/cm2 stehende Material in eine bei Raumtemperatur gehaltene Form, welche die Gestalt eines Schuhleistens besaß, eingeführt. Der entstandene Schuhleistenwog 1,36kg und hatte eine Dichte von 0,73. Das Innere des Leistens hatte denselben Aufbau aus einem zellartigen Kern und einer äußeren nichtzellartigen Schale, wie die in den Beispielen 17 bis 20 erzeugten Produkte. Es wurde gefunden, daß der Schuhleisten imstande war, eingeschlagene Nägel auch nach wiederholtem Nageln und Herausziehen der Nägel festzuhalten. Die extrem feine Zellstruktur des Innenkerns erwies sich zum Festhalten der Nägel ebenso geeignet.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Gegenständen mit Schaumstruktur, bei welchem ein Gemisch aus einem geschmolzenen, thermoplastischen Material und einem Treibmittel mittels eines Extruders in eine Sammelzone gefördert wird, wobei das Gemisch unter solchen Bedingungen der Temperatur und des Druckes gehalten wird, daß es nicht schäumt, und aus der Sammelzone intermittierend in eine Form gedrückt wird, die unter solchen Bedingungen der Temperatur und des Druckes steht, daß das Gemisch schäumt, dadurch gekennzeichnet, daß das in an sich bekannter Weise aus-dem geschmolzenen thermoplastischen Material und dem Treibmittel hergestellte Gemisch unter Aufrechterhaltung von Temperatur und Druck aus dem Extruder kontinuierlich in die Richtung der Sammelzone gefördert und daß während der intermittierenden Überführung aus der Sammelzone in die Form ein Schäumen verhindert wird.
Z. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Sammelzone mit Hilfe einer fremden Druckquelle aufrechterhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung und Verringerung der Sammelzone die Unterbrechung zwischen der Sammelzone und der Form steuert.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, mit einem Extruder, einer Sammelkammer und einer über eine Düse mit der Sammelkammer verbundenen Form, gekennzeichnet durch ein in Richtung der Düse (23) bewegbares stabförmiges Unterbrechungsorgan (27), das mit einer eigenen Bewegungskraftquelle in Wirkverbindung steht, die ihrerseits von dem die Sammelkammer (35) erweiternden und verringernden Kolben (11) gesteuert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Herbewegung des Kolbens (11) und des stabförmigen Unterbrechungsorgans (27) unter gegenseitiger Wechselwirkung von einer Drucksteuereinrichtung bewirkt wird.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) und das stabförmige Unterbrechungsorgan (27) koaxial angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Ansprüchen4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Düse (23) Verteilungskanäle (51 bis 54) der Matrize (24) anschließbar sind.