DE1694138A1

DE1694138A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formteilen

Info

Publication number: DE1694138A1
Application number: DE19671694138
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Hoppe; Ulrich Dipl-Ing Knipp; Helmut Dr Piechota
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1967-03-15
Filing date: 1967-03-15
Publication date: 1971-02-25
Also published as: FR1559325A; DE1694138B2; JPS5527098B1; AT285959B; GB1209243A; DE1694138C2

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG 1694138

LEV!RKUS1N-Bey*nmk SM/Bn htcat-AbttÜuaf

1 k. März 1967

Verfahren zur Herstellung von Sohaumsteff-formteilen

Ee ist seit langer Zeit bekannt, formkörper aus Polyurethan-Schaumstoffen herzustellen, wobei man sich der Methode der Formsehäumung bedient* Diese besteht darin, daß man ein sohaumfähiges Gemisch in eine Form einträgt und darin aufschäumen läßt. Es gelingt auf diese Weise, Formkörper mit Raumgewichten zwischen 25 und 800 kg/m⁵ herzustellen. Diese Formkörper, besitzen eine äußerst dünne Schäumhaut, auf die unmittelbar und ohne übergang das zellförmige Innere des Formkörpars folgt· Sie Oberfläche der auf diesem Wege hergestellten Formkörper ist aus diesem Grund sehr wenig widerstandsfähig. Selbst durch, nachträgliches Lackieren läßt sich die Oberflächenfestigkeit nicht nennenswert verbessern.

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Um die Oberflächenfestigkeit zu verbessern und damit dl· Steifigkeit des Formkörpers zu erhöhen, war man bisher gezwungen, ^* Leichtkern-Yerbundkonetruktionen aufzubauen. Diese sind dadurch gekennzeichnet, daß man feste Deckschichten, wie z.B. Metallische Decksohiohten oder glasfaserverstärkt· Kunststoff· oder Sperrholz entweder nachträglich durch Verkleben alt einen Schaumstoffkern kombiniert, oder indem man die obengenannten fiWriallsn vor dem Sohäumvorgang in d«r Fora anordnet-

8AD ORJGINAL

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und den iwiechen den Deckschichten verMeibenden Zwischenraum ausschäumt. Zwlsohen Deeksoaleht «ai Sahavmetoffkerm müssen oft zusätzliche RandMonenarmierungen dee Schauastoff-Pormkörpere (z.B. ?aeerrlieae aller Art) angeordnet «erden, da bei alleiniger Verwendung der Sandwlcn-Deokechichten die angestrebte Steifigkeit dee gesamten Forakörpere für Tiele Anwendungezwecke nicht auereioht. Die oben geschilderte Methode der Anwendung von RandEonenarmierungen für Sandwich-Konstruktionen, die nur für das Ausschaumverfahren Gültigkeit hat, führt zu einer Inhomogenität des Sandwich-Schauastoffkörpers, d.h. zu einem erhöhten Raumgewicht direkt unter der Sandwich-Deckschicht. Dabei bleibt jedoch ein unerwünschter Raumgewlchtesprung zwischen Randzone und kerninnerem erhalten. Darüber hinaus 1st die Torbereitung der Deckschicht-Hohlkörper mit dem zu durchschäumenden Randzonenarmierungsmaterial nicht wirtschaftlich, da mehrere Arbeitsgänge erforderlich sind.

Die Beobachtung, von Konstruktionen aus der Hatur zeigt, daß eine hohe Steifigkeit bei leichten Werkstoffen dann erzielt wird, wenn innerhalb der Konstruktion die Dichte des Werkstoffe von außen nach innen kontinuierlich und nicht sprunghaft abnimmt. Schaumstoffe, vorzugsweise auf Polyurethan-Basis, bieten die Möglichkeit, solche Idealkonstruktionen su erzeugen, die auf dem Wege der Sandwich-Koastruätioa nicht realisiert werden können.

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Ee wurde bereite früher versucht, Schaumstoff-Formkörper mit einer kontinuierlichen Abnahme der Dichte von außen nach innen zu erzeugen (französische Patentschrift 1 332 981)* Bei diesem Verfahren wird in einer offenen und gekühlten form ein aufschau* möndes Resktionsgemisehf das noch plastisch ist, einer Nachverdi cn tüng durch mechanische Kompression unterworfen. Das geschilderte Verfahren beinhaltet eine Reihe von Nachteilen hinsieht!ieh der Erzeugung des Schaumstoffkörpers und hinsichtlich des Voffichtunpsbaus. Die Gleichmäßigkeit der zu erzeugenden feile hängt in sehr unangenehmer Heise von der Einhaltung der in der französischen Patentschrift 1 332 981 beschriebenen Formen- und Reaktionatemperaturen ab sowie von den Formenechließzeiten. Außerdem ist das Verfahren im wesentlichen auf plattenförmige Teile eingeschränkt, da für alle räumlichen Formteile der Vorriöhtungsbau unwirtschaftlich und schwer zu realisieren ist. Bedingt durch die Forderung, in gekühlten Formen die Serien-Produktion durchzuführen, können nur aufwendige metallische Formen zum Einsatz gelangen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nunmehr ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formteilen aus Polyisocyanaten und Verbindungen mit reaktionsfähigen laseerstoffatomen und aus Zusatzstoffen,'wobei das zum Schaumetoff führende Reaktionsgemisch in geschlossene Formen eingefüllt und darin aufgeschäumt

wobei
wird, und/die resultierenden Formteile mit einer dichten Außenhaut und mit einer über den querschnitt des Formteile ninweg differentiellen Dichteverteilung versehen sind, deren Minimum etwa in der Mitte des Formteilquerschnitte liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches schaumfähiges Gemisch der zu Schaumstoff führenden Komponenten verwendet wird, das niedrigsiedende Lösungsmittel als Treibmittel in einer Menge von maximal J, 2 Mol, vorzugsweise 0,02- Ie A 10 604 -3- töS8Ö9/2t?$

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0,08 Mol, bezogen auf 100 Gewichtateile der verwendeten reaktionsfähige Wässerstoffatome enthaltenden Verbindungen enthält und das in an eich bekannter Weise dadurch charakterisiert ist, daß die Summe aus der Dichte (ausgedrückt in g/cm') des im unverdientsten Zustand resultierenden Schaumstoffe und dem bei dem Verschäumen in der geschlossenen Form angewendeten Verdichtungsgrad zwischen den Werten 1,4-5 und 8,15» und das entsprechende Produkt aus Dichte und Verdichtungsgrad zwischen den Werten 0,2 und 1,2, vorzugsweise zwischen den Werten 0,45 und 0,75, liegt.

Schaumstoffe werden in bekannter Weise hergestellt aus Polyisocyanaten und Verbindungen, welche mit Isocyanaten reagierende Gruppierungen enthalten unter gleichzeitiger Verwendung geeigneter Treib- und Zusatzmittel. Als Polyisocyanate sind bevoreügt Diisocyanate zu nennen wie Tetramethylendiisocyanat, Hexa- «ethylendlisoeyanat, m-Xylylendiisocyanat, p-Xylylendiisocyanat, 4>4'->Dimethyl-1,3'-zylyle&diieocyanat, Cyclohexan-1,4-diisocyanat, Dicyclohexylsethan-4,4¹-diiaocyanat, m-Phenylendiieocyanat, pi-Phenylendiisocy&nst, 1-Alkylbenzole, 4- und 2,6-Diisocyanate wie Toiuyien-2,4- und -2,6-diisocyanat, 3-(«6~Iaocyanatoäthyl)-phenylieocyanat, 1-Benzylbenaol-2,6-diisocyanat, 2,6-Diäthyl-1benzol-1,4-diisocyanat, Diphenylaethan-4,4'-diieocyanat, 3*3'-Diaethoxydiphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Haphthylen-1,5-diisocyanat. Auch tri- und iaehrfunktionelie Polyisocyanate können verwendet werden_s z.B. Toluol-2_f4,6-triisocyanat oder durch Anilin-¥oraaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung gi#oanenee Polymethylenpolyphenylpelyisocyanat. Dnrüber hinaus

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können auch Isocyanate Verwendung finden» welche Carbodiimid-Gruppierungen, Uretdion-Gruppierungen, Urethonimin-Gruppierungen und Isocyanurat-Gtruppierungen enthalten. Desgleichen lassen sich ilischungen der vorgenannten Isocyanate einsetzen. Darüber hinaus kann man auch Umeetzungeprodukt· von Mehrwertigen Alkoholen Bit mehrwertigen Isocyanaten verwenden oder auch solch· Polyisocyanate, wie sie z.B. gemäß den Deutschen Patentschriften 1 022 789 und 1 027 394 verwendet werden.

Unter den Verbindungen, welche mit Isocyanaten reaktionsfähige Gruppierungen enthalten, sind vorzugsweise Polyhydroxyverbindungen zu verstehen. Die Erfindung betrifft somit vorzugsweise die Herstellung von Polyurethanschaumetoff-Formteilen. Gfenannt seien beispielhaft aus mono- oder polyfunktionellen Alkoholen und Carbonsäuren oder Oxycarbonsäuren, gegebenenfalls unter Mitverwendung von Aminoalkoholen, Diaminen, Oxyaminen oder Aminocarbonsäuren nach bekannten Verfahren hergestellte lineare oder verzweigte Polyester oder Polyesteramide, die auch Heteroatome, Doppel- und Dreifachbindungen sowie modifizierend« Rest· von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren oder Fettalkoholen enthalten können. Genannt seien ferner durch Polymerisation von Alkylenoxiden, wie Äthylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Epiehlorhydrin oder Tetrahydrofuran gewonnene lineare PoIyalkylenglykoläther verschiedenen Molekulargewichts, bevorzugt solche mit einem Hydroxylgruppengehalt von 0,5 - 18 %. Auch Mischpolymerisate können Verwendung finden. Die Eigenschaften

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der Endprodukte «erden dadurch oft in bemerkenswerter Weise verändert. Geeignet sind ferner durch Anlagerung der genannten Alkylenoxide an z.B. polyfunktioutHe Alkohole, Aminoalkohole oder Amine gewonnene lineare oder verzweigte Anlagerungeprodukte. Als polyfunk tion·11· Startkomponenten für die Addition der Alkylenoxide seien beispielhaft genannt· Ithylenglykol, 1,2-Propylenglykol, Trinethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Glyzerin, Pentaerythrit, Sorbit sowie Ollgo- und Polysaocharide, Rizinusöl, Ithanolamln, Di&thanolamin, Triethanolamin, Anilin, Arylendiamine, Alkylendiamine tob Typ Athylendiaain, Tetra- oder Hexaäthylendiamin und auch Ammoniak. Selbstverständlich können auch Gemische linearer und/oder versweigter Bolyalkylenglykoläther verschiedenen Typs eingesetzt werden. Biese Folyalkylenglykoläther können auch in Mischung mit anderen Hydroxyverbindungen oder Aminen verwendet werden. So z.B. in Mischung mit 1,4-Butylenglykol, Triaethylolpropan, Glyzerin, 2,3-Butylenglykol, Pentaerythrit, feinsÄureestern, Rizinusöl, Tallöl und dergl. Auch in Mischung mit Polyestern kann die Yerschäumungder PolyalkylenglykolÄther erfolgen. Auch OH- und/oder 8H-Öruppen aufweisende Polythioäther, mit Alkylenoxid umgesetzte Phenole, Formaldehydharz, Hydrierungsprodukte von Äthylen-Olefin-Kohlenoxid-Miaohpolymerisaten und Epoxidharzen, ferner Aminogruppen aufweisende Verbindungen wie

Aminopolyäther, Polyester oder Polyurethane, darüberhinaus

Carboxylgruppen und/oder cyclische Anhydridgruppen aufweisende Verbindungen, die daneben noch Äther-, Ester-, Amid-, Harnstoff-, Urethan- oder Thioäthergruppen enthalten können, seien als Beispiele fUr geeignete, mit Isocyanaten reagierende Verbin-

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düngen genannt ν Natürlich lassen sich auch flammhemmende Zusatz-, stoffe-verwenden, die eineraeite mit Isocyanaten reagierende Gruppierungen enthalten können, wie Si.B. Ümaetzungeprodukte aus Phosphorsäure bzw. phosphoriger Säure oder Phosphonsäuren und Alkylenöxiden oder Alkylenglykolen, ümsetzungsprödukte aus Dialkylphoäphiten, Formaldehyd und Dialkano!aminen sowie auch solche Flammschutzmittel, die keine mit Isocyanaten reagieren-, den Gruppen enthalten, z»B.· Tris-2-chloräthylphoephat, Trikresylphosphaty Trisdibrompropylphosphat. · . . .

Bei der Herstellung der Schaumstoffe verwendet man in üblicher Weise Aktivatoren, z.B, DimethyIbenzylamin, N-Metbyl-N'-(N_rN-dimethylaminoäthylj-piperazin, iriäthylendiamin, permethyliertes Diäthylentriamin, zinn-organieche Verbindungen, beispielsweise Dibutylüinndilaurat oder Zinn(II)-ostoat« Daneben findenaach Stabilisatoren wie Polyäther-poly«siloxane ßulfonisrte Sisinue-Öle und deren Natriumsalse Verwendung*

Als Treibmittel verwendet man niadrigsiiedende Löaungsaittel, wie z.B. Trichloraonofluormethan, Dichlordifluormethan, Methylenchlorid. Von derartigen Treibmitteln werden max. 0,2 Mol, bezogen auf 100 Gewichteteile der mit Isocyanaten reagierende Gruppierungen enthaltenden Verbindung eingesetzt, vorzugsweise jedoch Mengen von 0,02 - 0,08 Mol.

Das erfindungegemäie Verfaiiren gifct die Möglichkeit, den gewünschten Effekt einer kontinuierlichen Diehteabnaha· iron den"

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BAD

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Oberflächen zum Formteilinneren hin zu erreichen, ohne daß dabei die bei anderen Verfahren bekannten wirtschaftlichen und technischen Nachteile auftreten.

In der Praxis «erden Formteile aus Schaumstoffen, speziell aus Polyurethan-Schaumstoffen,unter "Verdichten" hergestellt. Unter dem Begriff "Verdichten" versteht man dabei nicht nur, daß das schäumende Reaktionsgemisch durch die begrenzenden Formenwandungen an der freien Ausdehnung nach allen Seiten gehindert wird, sondern auch, daß man mehr schaumstoffbildendes Reaktionsgemisch in die Schäumform einfüllt, als es zur drucklosen Ausfüllung des Formenhohlraumes mit Schaumstoff erforderlich ist. Durch diese Verfahrensweise wird insbesondere bei komplizierten Formen die vollständige und fehlerfreie Ausfüllung des Formenhohlraums sichergestellt. In diesem Sinne bedeutet beispielsweise ein "Verdichtungsgrad 2", daß man 100 kg eines Reaktionsgemisches, welche frei geschäumt ein Volumen von 1 nr mit Schaumstoff erfüllen, in eine Form mit einem Volumen von nur 0,5 or einbringt und aufschäumen läßt. Unter "Verdichten" entsteht in diesem Fall ein Formkörper mit einem Volumen von nur 0,5 nr und einem Rauagewisht von 200 kg/m .

Die durch bisher durchgeführte· Verdichten erzeugten Schaumstoff-Formteile mit homogenem Raumgewicht besitzen eine Schäumhaut mit einer Dichte von etwa 1,2 g/cm, die aber normalerweise nur eine Dicke von mehreren μ hat und keinen festigkeitestelgernden Einfluß auf den Formkörper ausübt. Nach dem erfindungsgemäflen Verfahren kann nun der Effekt erzielt werden, daß eine zum Formteilinneren hin kontinuierliche Abnahme dee Raumgewichts erfolgt. Dadurch resultiert eine wesentlich dickere, Lt A 10 604 - 8 -

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homogene Schäumhaut mit einer Dichte von z.B. 1,2 g/cm⁵, welche im Gegensatz zu anderen bekannten Formschäumverfahren differentiell d.h. nicht sprunghaft in den Schaumstoffkern übergeht, und wo därUberhinaus der Schäumstoffkern eine differentiell abnehmende Dichte aufweist, deren Minimum etwa in der Mitte de« formteilquerschnitts liegt.

Überraschenderweise würde gefunden, daß unter Einhaltung der

maximal Treibmittelmenge vonV0,2 Mol, vorzugsweise jedoch 0,02 - 0,08 Mol, bezogen auf 100 Gewichtsteile der verwendeten, mit Polyisocyanaten reagierende Gruppen enthaltenden Verbindung, der erfindungsgemäfle Effekt dann erreicht wird, wenn die Summe aus der Dichte (ausgedrückt in g/cm⁵) des für die Formteilherstellung benutzten Schaumstoffs im unverdienteten Zustand und dem bei der Formteilherstellung angewendeten Verdichtungsgrad zwiechen den Werten 1,45 und 8,15 liegt, vorzugsweise jedoch zwischen den Werten 0,45 und 0,75 liegt, während das entsprechende Produkt aus der Dichte (ausgedrückt in g/cm ) des für die Formteilherstellung benutzten Schaumstoffs im unverdichteten Zustand und dem bei der Formte liberate llung angewendeten Verdichtungsgrad zwischen den Werten 0,2 und 1,2, vorzugsweise jedoch zwischen den Werten 0,45 und 0,75 liegt. Die Bedeutung der Art und der Menge der erfindungsgemäß zu verwendenden Treibmittel ist daran zu erkennen, daß der erfindungagemäße Effekt nicht mit solchen Verschäumungssystemen erzielbar ist, in denen nur oder vorzugsweise mit aus H₂O und Isodyanat erzeugtem GO₂ als Treibmittel gearbeitet wird. Schaumetoff-Formkörper, die unter den oben beschriebenen Summen-

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oder Produktbedingungen ohne niedrigsiedende Lösungsmittel in den angeführten Mengen erzeugt werden, zeigen in keinem Pail die Oberflächenausbildung und Dichteabstufung gemäß Erfindung (β. Beispiel 28, Abb. 1).

Erfindungsgemäß hergestellte Schaumatoff-Pormkörper «eisen in der Regel eine summarische Dichte von 0,05 - 1,2 g/car auf. Die erwünschte differentielle Dichteabnahme des Formteile von außen nach innen wird optimal, wenn der Verdichtungsgrad auf z.B. 1,2 -6 eingeschränkt wird (Beispiel 29, Abb. 2). Gleichzeitig ist eine Begrenzung des Verdichtungsgrades auch wirtschaftlich vorteilhaft, denn bei niedrigen Verdichtungsgraden treten nur geringe Schäumdrücke auf, so daß man nur leichte und wenig aufwendige Vorrichtungen (Formen) benötigt. Das Verfahren gemäß Erfindung führt ferner zu optimalen Schaumstoff-Formkörpern mit einer über den Querschnitt des Formteils differentiellen Dichteverteilung, wenn die Dichte des für die Formteilherstellung benutzten Schaumstoffs im unverdienteten Zustand oberhalb 0,12 g/cm, vorzugsweise im Bereich von 0,25 -0,5 g/cm³ liegt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Schaumstoff-Formkörpern mit einer über den Formte!!-Querschnitt differentiellen Dichteverteilung ist es von Vorteil, die jeweilige Reaktionstemperatur des verwendeten Reaktionsgemisches und der Temperatur der Form, in welcher das Formteil erzeugt wird, zu beachten. Unter Berücksichtigung der oben geschilderten Bedingungen hinsichtlich Rezeptur, Dichte im freygeachäumten Zustand und Verdichtungsgrad ist ea zweckmäßig die Temperaturdifferenz zwischen der maximal auftretenden Reaktionstemperatur (gemessen im Zentrum eines zylyndrischen Schäumstoffkörpers T* A 10 604 - 10 - _D

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von 165 mm Höhe und 140 mm Durchmesser) und der Oberflächentemperatur der fUr die Formteilhersteilung benutzten Schäumform vor dem Ausfüllen mit dem Schaumstoff vorzugsweise auf mindestens 60⁰C zu halten. Diese Temperaturbegrentung ist jritah flir den Erfolg des erfindungsgem ä ßen Verfahrens nicht generell unerläßlich oder bindend. Sie gilt insbesondere dann nicht mehr, «renn die Temperatur im Innern des ausreagierenden Schaumstoff-Formkörpers durch andere Wärmequellen (z.B. Mikrowellenheizung) als die Reaktionswärme des. schäumenden Gemisches erhöht wird.

Als Formenwerkstoffe sind solche aus Metallen, gießbaren Kunststoffen, Beton, Gummi und Holz geeignet.

Die spezifische Festigkeit der erfindungsgemäß herstellbaren Schaumstoff-Formteile kann wesentlich gesteigert werden, indem man dem Reaktionsgemisch Füllstoffe zufügt. Diese Füllstoffe können sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Die Steigerung der spezifischen Festigkeit ist besondere auegeprägt, wenn flächig oder faseri«? strukturierte Füllstoffe Verwendung finden,' z.B. Glasfasern, Asbestfasern, Metallpulver, Metallfasern und synthetische Fasern. Bei organischen Füllstoffen, die z.B. in Pulverform und/oder als Emulsion eingesetzt werden können, lassen sich sowohl Duroplaste, besondere aber auch thermoplastische Materialien verwenden. Als solche seien beispielhaft genannt! Homo- oder Mischpolymerisate aus ein- oder mehrfach ungesättigten Olefinen, Acrylnitril, ungesättigten Carbonsäureestern, Styrol, Vinylchlorid, Vinyliden-

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chlorid. Auch Cellulosederivate, Polyamide, Polyimide, Polycarbonate und Polyoxymethylene lassen sich im erwähnten Sinn als Füllstoffe verwenden. Die Beispiele 25, 26 und 27 zeigen die Verbeaaerung der physikalischen Eigenschaften der Schaumstoffe hex Verwendung z.B. von Glasfasern mit einer Länge von 0,1 - 0,3 mm und einer Stärke von ca. 7 u. Für die praktische Verwendung.der erfindungsgemäßen Formteile ist es häufig vorteilhaft, zur Befestigung der Elemente, zur Einleitung von örtlichen Kräften und zur Erhöhung der Steifigkeit die Formteile örtlich oder über die ganze Fläche hinweg zusätzlich zu ^ armieren. Dieses kann in vorteilhafter Weise z.B. dadurch geschehen, daß man z.B. räumliche Systeme aus Metall, Kunststoff oder Sperrholz, die gut durchschäumbar sind, vor dem Schäumprozeß in die Schäumformen einlegt. Solche räumlichen gut dur.chschäumbaren Armierungen, auf denen das auftreibende Reaktionsgemisch eine für den Anwendungszeck befriedigende Haftfähigkeit besitzt, können z.B. Streckmetall, Waben-Werkstoffe oder räum-3iche vernadelte, versteppte oder durch synthetische Bindemittel fixierte Faservliese, aber auch Fasergewebe, -gewirke oder -geflechte sein. Bei der Anordnung solcher Armierungen in der Schäumform vor dem Schäumprozeß verifeiben die Armierungssysteme in der gewünschten Position und gewährleisten damit den erwünschten örtlichen oder ganzflächigen Verateifungaeffekt. Speziell für örtliche Krafteinleitungen besteht die Möglichkeit,

auch flächige, in den Schaumstoffkörper hineinragende Armierungen aus z.B. Metall, Kunststoff oder Sperrholz anzuwenden, die wiederum in der auszuschäumenden Form sorgfältig fixiert werden.

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Schaumstoff-Formteile gemäß der Erfindung gewinnen vor allen Dingen Interesse, wenn Leichtbau-Konstruktionen aller Art zum Einsatz kommen sollen. Leichtbaukons tmktionen werden verwendet für Fahrzeugbau, Möbelbau, Hausbau, Schiffsbau, Flugzei{g>au_r Bau von künstlichen Gliedmaßen und für eine große Anzahl von Gegenständen des täglichen Lebens; als Ausrüstungsgegenstände für den Fahrzeugbau, für Straße, Schiene, Wasser, Luft- und Raumfahrt, Hausbau, Haushaltsgeräte, Fischereiwesen, Schuhindustrie, Gehäuse für Geräte aller Art der Elektroindustrie, der feinmechanischen und der optischen Industrie.

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1 O i) ti (PJ / 2 1 7 8

Beispiele 1 - 27»

Die Rohatoffkomponenten I - XXVII werden in den in der nach= folgenden Tabelle angegebenen Gewichtsmengen zusammengegeben und intensiv miteinander vermischt. Alsdann gießt man das Gemisch in eine B'orm, die dann verschlossen und mittels einer Presse zusammengehalten wird. Das Semisch schäumt in der Form auf und härtet zum Schaumstoff aus. Die fertigen Schaumstoff-Formteile werden nach wenigen Minuten aus der Form entnommen. In den Beispielen 1 bia 24 werden Platten von 8 mm Dicke, in den Beispielen 25 bis 27 solche von 18 mm Dicke hergestellt, welche die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen physikalischen Eigenschaften besitzen.

DLe verwendeten Rohatof^komponenten sind folgendermaßen aufge_ bau ti

Komponente I Polyäther aus Trimethylolpropan und

Propylenoxid, OH-Zahl 370

Komponente II Polyäther aus Trimethylolpropan und

Propylenoxid, OH-Zahl 550

Komponente III Polyäther aus Trimethylolpropan und

Propylenoxid, OH-Zahl. 650

Komponente IV * Polyäther aus Trimethylolpropan und

Propylenoxid, OH-Zahl 750

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BAD OBiGiNAL

Komponente V" Komponente VI Komponente VTI Komponente VIII

Komponente II Komponente X Komponente XI Komponente XII Komponente XIII

Komponente XIY Komponente XV

Komponente XVI

Komponente XVII

Komponente XVIII Komponente XIX Komponente XX

Le A 10 604 Polyether aus Glycerin unl^^ Propylenoxid, OH-Zahl 550

Polyäther aus Glycerin und Propylenoxid» OH-Zahl 670

Polyäther aus Glycerin und Propylenoxid, OH-Zahl 750

Polyäther aus einem Gemisch

von Sorbit und Glycerin, umgesetzt mit Propylenoxid, OH-Zahl

Polyäther aus Saccharose und Propylenoxid, OH-Zahl 370

Polyäther aus Trimethylolpropan und Äthylenoxid, OH-Zahl 525

Polyäther aus Ammoniak und Propylenoxid, OH-Zahl 590

Polyäther aus Trimethylolpropan und Propylenoxid» OH-Zahl 42

Polyäther aus Trimethylolpropan und Hexantriol, umgesetzt mit Propylenoxid und Äthylenoxid, OH-Zahl

Polyester aus Adipinsäure und Diäthylenglykol» OH-Zahl

Polyester aus Adipinsäure_f Diäthylenglykol und Trimethylclpropan, OH-Zahl 60

Polyester aus Adipinsäure» Phthalsäure», ölsäure und Trimethylolpropan* OH-Zahl 380

Polyester aus Adipinsäure, Phthalsäure» ölsäure und propoxyliertem Trimethylolpropan, OH-Zahl 440

Butandiol-1.4

Trimethylolpropan

Trichlormonofluormethan

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ORIGINAL JNSPECTED

Komponente XXI N-Methyl-N'-(N,N-dimethylaminoäthyl)-

piperazin

Komponente XXII. Permethyliertes Diäthylentriamin .__. Komponente XXlII Polyeiloxan-polyalkylenglykoläther- Copolymerisat "

komponente XXIV Reines Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat

■_.(99,5JtIg).

Komponente XXV Carbodiimid-mofifiziertes Diphenylme than-4,4'-diisocyanat (NCÖ-Gehalt 31 *)

Komponente XXVI Rohes Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat

(durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt) - " . . (NCO-Gehalt 31 ?Ö

Komponente XXVII , Geschnittene Glasfaser von ca.

0,1 - 0,3 mm Lange und ca. 7 Ji Stärke

Tabelle! (s. am Schluß) -

Beispiel 28ι

(A) Vergleichsversuchι

100 Gewichtsteile der Komponente III werden mit 1,1 Gewichts teilen Komponente XXIII, 1,1 Gewichtsteilen Komponente XXII, 160 Gewichtsteilen Komponente XXV und mit 0,6 Gewichtsteilen eines 50?t Wasser enthaltenden Natrium-Ricinusölsulfats intensiv vermischt. Das schäumfähige Gemisch wird in ein plattenförmigs

Werkzeug (200 χ 200 χ 18 mm) ausgegossen, das vermittels einer Presse zugehalten wird. In diesem reagiert das Material in kurzer Zeit unter COg-Entwicklung zu einer harten Schaumstoffplatte aus,

deren mittleres Raumgewicht 510 kg/m' beträgt und die keine glatte, einheitliche Oberfläche aufweist. Man bestimmt das Raumgewicht der Platte in definierten Abständen von der Oberfläche und trägt die erhaltenen Werte graphisch Über der Plattendicke auf. Auf

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diese Weise erhält man die Kurve A der figur 1. Si· «eigt, dau bei dies» COg-gttriebenen Schaumstoff die Dicht· nafeesu über den gesamten iormteilquerschnitt hinweg homogen tint konstant ist und dafl nur in sehr eng begrenzten Handaoaentereiohen ein fast übergang»loser JUuagewichtsanstieg erfolgt.

100 Gewichtsteile der Komponente IXI werden Bit 1,1 öewicbtäte ilen Komponente XXIII, 1,1 Gewichteteilen Komponente XXII, 154 ffewichtsteilen Komponente XXV sowie mit 7,5 Gewichteteilen Komponente XX intensiv vermischt. Das schäumfähige Gemisch wird in ein plattenförmiges Werkzeug (200 ζ 200 ζ 18 mm) ausgegossen, das vermittels einer Presse zusammengehalten wird« In der form reagiert das Material in kurzer Zeit zu einer harten Schaumstoff platte aus, deren mittleres Raumgewicht 495 kg/m³ beträgt, und die eine sehr glatte, feste und dichte, an allen Stellen fehlerfreie ausgebildete Oberfläche aufweist. Man bestimmt das Raumgewicht der Platte in definierten Abständen von der Oberfläche und trägt die erhaltenen Werte graphisch über der Plattendicke auf. Auf diese Weise erhält man die Kurve B der Figur 1· Sie zeigt, daß bei diesem mit Trichlormonofluormethan getriebenen Schaumstoff die Dichte von den Oberflächen zur Mitte des Formteilquerschnitts hin differentiell und nicht sprunghaft abnimmt und etwa in der Mitte des Formteilquerschnitts ein Minimum erreicht. Obwohl das durschnittliche Raumgewicht der Platte. B dem der Platte A praktisch gleicht, liegt im Fall B eine völlig andere Raumgewichtsverteilung vor, die zu einer erwünschten Verbesserung der Festigkeit des gesamten Formteils führt. ... .

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Beispiel 29ι

210 Gewicateteile Komponente ΙΙΣ »erden Mit TO,O Gewicht·teilen Xoaponeat· II, ait 8,0 anrichteteilaη Koayonente XZIX, alt 2,0 »ewiohteteilen Komponente Hill und «it 320 Gewichtsteilen Koapoaeste XIT iateaeiv vermisaat. Sa» »oaäutfaAife eeaiaea wird in eine gyllndriaehe Stahlfora von 60 ma Durobmeeeer und 100 mi Höhe eingegossen und die Fora danach verschlossen. Bas Material achiuat auf und liefert einen zylindrischen harten Schauastoff körper alt einea Gesaat-B*u*gewicht von 505 kg/a*. Xin nach der gleichen Rezeptur hergestellter, freigeschäuater, d.h. nicht verdichteter Sohauastoff, besitzt ein Bauagewicht von 195 kg/a'. Mithin wurde bei der Herstellung des zylindrischen Forakörpers ein Verdichtungsgrad 2,6 angewendet.

Aus dea sylindrischeh Forakörper werden, ausgehend voa Bande und ling· dea Durchmesser sur Mitte hin fortschreitend Proben entnoaaen und deren Raumgewicht bestiaat. Die erhaltenen Werte werden über dea Zylinderdurchaesser graphisch aufgetragen. Auf diese Weise erhält aan die Kurve A der Figur 2· Man erkennt daraus, daß die Dichte des Formteile voa Rande herdifferentiell und nicht sprunghaft abnimmt und ein Minimum in der formteilmitte aufweist. Der durch Kurve A der Fig. I wiedergegebene Dichteverlauf entspricht mithin völlig demjenigen, der für die nach dea erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile charakteristisch ist.

(B) t ' " " ^; ■ - ^ ' ■ ■"■■■'"- '^Λί " ■ ■

210 öewichtateile Komponente Γΐί werden mit 40,0 Gewichteteilen Komponente XI, mit 8,0 Gewichteteilen Komponente XXII, mit

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2,0 Gewichteteilen Komponente XIII und mit 320 Gewichteteilen Komponente XXV intensiv vermischt. Das schäumfähige Gemisch wird in eine zylindrische Stahlform von 60 nun Durchmesser und 100 mm Höhe eingegossen und dia Form danach verschlossen. Das Material schäumt auf und liefert einen zylindrischen harten Schaumstoffkörper mit einem Gesamtraumgewicht von 505 kg/m*. Sin nach der gleichen Rezeptur hergestellter frei geschäumter, d.h. nicht verdichteter Schaumstoff besitzt ein Raumgewicht von 50 kg/m . Mithin wurde bei der Herstellung des zylindrischen Formkörpers ein Verdichtungsgrad 10,1 angewendet.

Aus dem zylindrischen Formkörper werden, ausgehend vom Rand und längs dem Durchmesser zur Mitte hin fortschreitend Proben entnommen und deren Raumgewicht bestimmt. Die erhaltenen Werte werden über dem Zylinderdurchmesser graphisch aufgetragen. Auf diese Weise erhält man.die Kurve B der Figur 2. Man erkennt daraus, daS die Dichte im Inneren des Formteile nahezu Über den gesamten Durchmesser hinweg konstant bleibt. Erst in unmittelbarer Nähe der Oberfläche erfolgt sprunghaft und ohne erkennbaren Obergang ein Anstieg des Raumgewichts (Formteilhaut). Obwohl die Formteile A und B nach nahezu gleichen Rezepturen hergestellt wurden und obwohl beide exakt das gleiche Gesamtraumgewicht aufweisen, zeigt nur das unter 2,5-facher Verdichtung geschäumte Teil A die wünschenswerte, für die erfindungsgemäß hergestellten Formteile charakteristische Dichteverteilung. Das unter 10,1-facher Verdichtung hergestellte Formteil B besitzt hingegen nur eine sehr dünne Haut ohne festigkeitssteigernde Wirkung.

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Claims

1694Ί38 Patentansprüche*

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formteilen aus Polyisocyanaten und Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen und aus Zusatzstoffen» wobei das zum Schaumstoff führende Reaktionegemisch in geschlossene Formen eingefüllt und darin aufgeschäumt wird und die resultierenden Formteile mit einer dichten Außenhaut und mit einer über den Querschnitt des Formteils hinweg differentiellen Dichteverteilung versehen sind, deren Minimum etwa in der Mitte des Formteilquerschnitts liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches schaumfähiges Gemisch der zu Schaumstoff führenden Komponenten verwendet wird, das niedrigsiedende Lösungsmittel als Treibmittel in einer Menge von maximal 0,2 Mol, vorzugsweise 0,02 - 0,08 Mol, bezogen auf 100 Gewichtsteile der verwendeten reaktionsfähige Wasserstoffatome enthaltenden Verbindungen enthält und das in an sich bekannter Weise dadurch charakterisiert ist, daß die Summe aus der Dichte (ausgedrückt in g/cm ) des im unverdichteten Zustand resultierenden Schaumstoffs und dem bei dem Verschäumen in der geschlossenen Form angewendeten Verdichtungsgrad zwischen den Werten 1,45 und 8,15 und das entsprechende Produkt aus Dichte und Verdichtungsgrad zwischen den Werten 0,2 und 1,2, vorzugsweise zwischen den Werten 0,45 und 0,75, liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches schaumfähiges Gemisch verwendet wird, das In an sich

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bekannter Weise bei der unverdichteten Verschäumung zu einem Schaumstoff mit einer Dichte oberhalb von 0,12 g/cm , vorzugsweise einer Dichte von 0,25 - 0,5 g/cm⁵, führt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schaumfähige Reaktionsgemisch in eine Form gefüllt wird, deren Oberflächentemperatur mindestens 60° unterhalb der maximalen Reaktionstemperatür liegt, die im Zentrum eines nach gleicher Rezeptur hergestellten zylindrischen Schaumstoffkörpers von 140 mm Durchmesser und 165 nun Höhe erreicht, wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoffe, insbesondere faserige oder flächige, organischer oder anorganischer Natur, dem schaumfähigen Gemisch zugesetzt werden.

5· Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Formenhohlraum vor dem Eintragen des schaumfähigen Gemisches Armierungen oder Gewebe, Geflechte, Vliese, Gewirke und Fasern oder auch räumliche, und flächig strukturierte Werkstoffe wie Waben-Werkstoffe, eingelegt werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Formenhohlraum vor dem Eintragen des schaumfähigen Gemisches Verst/ärkungen aus Metall, Kunststoff und Sperrholz für die Einleitung örtlicher Kräfte eingelegt werden.

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