DE1729011B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Her stellen eines aufgeschäumten Zeil Form korpers aus thermoplastischem, expandier barem Material - Google Patents

Description

1 729 Oil

unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Expansion stattfindet und bevor eine Expansion auftritt. Das Granulat gelangt in einen Formhchlraum, der im wesentlichen der Gestalt des fertigen Fonnkörpers entspricht und diese bestimmt. Dort wird das Granulat einem Vakuum ausgesetzt, unter dessen Wirkung die Körner des Granulats expandieren, sich vereinigen bzw. zusammenfließen und unter Bildung eines geschäumten Zell-Formkörpers zusammenschmelzen. Darauf wird der Körper bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der seine Oberfläche eigensteif bzw. fonnhaltig ist, und wird dann aus der Form entfernt. Der fertige Gegenstand hat eine geschäumte Struktur von gleichmäßiger Dichte.

Die in Fig. 2 dargestellte Form 11 besteht aus zwei Teilen, und zwar aus einer Patrize M und aus einer Matrize F. Diese Formteile werden zwischen den Preßplatten 13 und 13' einer Presse 14 in ihrer Lage gehalten. Die Platte 13 für die Matrize ist ortsfest angeordnet, während die Platte 13' für die Patrize in Richtung auf die Platte 13 und von dieser fort bewegbar ist. Zu diesem Zweck ist die Platte 13 mit einer mittels eines Zylinders 17 betätigbaren Stange 15 verbunden, so daß die Form geöffnet und geschlossen werden kann. An der Stelle, an der die Hälften der Form 11 einander berühren, befindet sich die Trennfuge 16.

Die Form 11 besitzt ein massives Außengehäuse 21 aus Metall und ein perforiertes Innengehäuse 23 aus Metall, das mittels eines Tragteils 19 mit dem Außengehäuse 21 verbunden ist. Das Innengehäuse umgrenzt bzw. bilaet einen Formhohlraum 26, während das Innengehäuse und das Außengehäuse einen Kasten 22 bilden bzw. begrenzen.

In den Wandungen des Innengehäuses 23 sind Rohrschlangen 24 eingebettet, die über Leitungen 25, 27, 29 und ein Anschlußstück 31 und ein biegsames Verbindungsstück 33 mit Dampf- und Wasserquellen verbunden sind. Der Dampfstrom wird mittels eines Ventils 28 in der Leitung 27 und der Wasserstrom mittels eines Ventils 30 in der Leitung 29 reguliert. Die Rohrschlangen 24 sind mittels eines Verbindungsstücks 37 und eines biegsamen Verbindungsstücks 39 mit einer Entwässerungsleitung 35 verbunden. Die Entwässerungsleitung 35 kann mittels eines Ventils 36 geschlossen werden.

Das Außengehäuse 21 ist mit einem Drucklufteinlaß 41 versehen, der mittels einer Leitung 43 an eine Druckluftquelle angeschlossen ist. Die Druckluftzufuhr wird mittels eines Ventils 45 reguliert. Das Außengehäuse 21 ist weiterhin mit öffnungen 47 versehen, die mittels einer Leitung 51, eines Verbindungsstücks 53 und eines biegsamen Verbindungsstücks 55 an einen Vakuumtank 49 angeschlossen sind. Die Leitung 51 weist eine Anzapfleitung 57 für atmosphärische Luft auf, die mittels eines Ventils 59 reguliert wird. Die Verbindung zwischen dem Vakuumtank 49 und der Form 11 kann durch Schließen eines in der Leitung 51 vorgesehenen Ventils 63 unterbrochen werden Der Vakuumtank 49 ist mittels einer Leitung 61 an eine übliche Vakuumquelle angeschlossen.

Das polymerisierbare bzw. polymerisierte Granulat wird durch eine Einlaßleitung 65 einer Blasfüllleitung 67, die durch das Außengehäuse 21 hindurch zu einem Granulateinlaß 69 in dem Innengehäuse 23 führt, in den Formhohlraum eingebracht. An die Einlaßleitung 65 ist ein Saugapparat bzw. eine Strahlpumpe 76 angeschlossen. Mit dem Saugapparat 76 sind Leitungen 71 und 75 derart verbunden, daß hei 79 eine Venhiri-Kammer gebildet wird. Die Leitung 71 ist an eine Quelle für heiße Druckluft und die Leitung 75 an einen 3ehälter für das polymerisierbare bzw. polymerisierte Granulat angeschlossen. Die Einlaßleitung 65 ist mit einem eingepaßten Kolben 77 versehen, dessen Durchmesser und Form so gewählt sind, daß der Granulateinlaß 69 mittels des von einem üblichen hydraulischen Arbeitszylinder 78 betätigten Kolbens 77 abgesperrt werden kann. Der Luftstrom durch die Leitungen 71 und durch die Leitungen 81 und 83 des hydraulischen Arbeitszylinders 78 wird mittels üblicher Magnetventile 82, 86 bzw. 88 reguliert. Die Ventile werden mittels einer üblichen Zeitsteuereinheit betätigt.

Im Betrieb wird nun die Form 11 mittels der Platte 13' und der von dem Zylinder 17 betätigten Stange 15 geschlossen. Das Ventil 36 in der Entwässerunjsleitung 35 ist geschlossen und das Ventil 28, das zu einem Dampfvorrat führt, in dem der Dampf

ao unter einem Überdruck von 2,8 bis 3,5 at steht, geöffnet, so daß sich die Rohrschlangen 24 mit Dampf füllen, der das Innengehäuse 23 der Form auf Temperaturen zwischen 93 und 110 C erhitzt. Dann wird das Ventil 28 geschlossen und das Entwässerungsventil 36 geöffnet. Die Form 11 bleibt geschlossen. Nun wird Heißluft mit einer Temperatur zwischen 204 und 399 C und einem Druck zwischen 1 und 5 atü durch die Leitung 71 in den Strahlapparat 76 der Blasfüllleitung 67 eingeführt und Granulat durch die Leitung 75 aus einem Behälter angesaugt, in dem das Granulat vorher auf eine Temperatur von 66 bis 77 C erhitzt worden ist. Das Granulat wird in der Heißluft miigeführt und während das Granulat durch die Leitung 65 hindurch zum Granulateinlaß 69 und in den Formhohlraum 26 eingeführt wird, auf eine Temperatur erhitzt, die 2.λ bis 5,6 C oberhalb des Erweichungspunkts des Polymerisats, jedoch unterhalb desjenigen Punktes liegt, bei dem eine nennenswerte Expansion des Granulats auftritt. Die Heißluft wird durch das perforierte Innengehäuse 23 aus dem Formhohlraum 26 abgeführt und gelangt in den Kasten 22 und von dort durch die Verbindungsstücke 53 und 55 zur Anzapfleitung 57, aus der es in die Atmosphäre gelangt. Dabei ist das Ventil 59 geöffnet und das Ventil 63 geschlossen. Beim Füllen des Formhohlraums 26 wird in der Leitung 65 ein Rückdruck erzeugt, der eine Erhöhung der Lufttemperatur zur Folge hat. Nach einer vorgegebenen bzw. vorher eingestellten Zeitspanne wird das Ventil 82 betätigt und die Heißluft-

leitung 71 abgesperrt. Das Ventil 88 in der Leitung 83 des hydraulischen Arbeitszylinders 78 wird darauf derart betätigt, daß durch Bewegung des Kolbens 77 der Granulateinlaß geschlossen wird. Sobald der Granulateinlaß 69 abgesperrt ist, wird das Ventil 59

in der zur Atmosphäre führenden Anzapfleitung 57 geschlossen und das Ventil 63 in der zum Vakuumtank 49 führenden Leitung 51 geöffnet, so daß plötzlich ein Vakuum von 711 bis 762 mm Quecksilbersäule im Innern der Form 11 entsteht. Das hat eine Expansion entsprechend der Gestalt des Forminnengehäuses und ein Schmelzen der Körner in dem Formhohlraum 26 zur Folge. Nun wird das Ventil 63 geschlossen und das Ventil 59 geöffnet, so daß die Form wieder dem Atmosphärendruck ausgesetzt wird. Das Entwässe-

rungsventil 36 und das Wasserregulierventil 30 werden geöffnet, so daß Wasser von einer Temperatur von 4,4 bis IOC durch die Rohrschlangen 24 zirkuliert und das Innengehäuse 23 auf eine Temperatur von 66 bis

1 729 Oil

82⁰C abkühlt. Darauf wird die Stange 15 mittels des einen Vorrat von expandierbarem, polymerisierbarem

Zylinders 17 betätigt und die Form 11 geöffnet. Das bzw. polymerisiertem Material angeschlossen. Wenn

Ventil 45 in der Druckluftleitung 43 wird geöffnet und nun die Luft in die Venturi-Kammer 79 eintritt, wird

der fertige geformte Gegenstand wird von der Druck- polymerisierbares bzw. polymerisiertes Material in die

luft aus dem Forminnengehäuse 23 ausgestoßen. 5 Leitung 139 hineingesaugt und ein Partikel-Luft-

Weil nun das Granulat wegen seiner erhöhten Gemisch gebildet.

Temperatur weich und klebrig ist, neigen die Granu- Zum Regulieren des in die Form eintretenden latteilchen dazu, an der Trennfuge der Form infolge Granulat-Luft-Gemisches ist ein Kolben 77 vorgesedes Luftdrucks, unter dem sie in den Formhohlraum hen, der mittels eines üblichen Luftzylinders 78 beeingeführt werden, teilweise komprimiert zu werden. io tätigt wird. Der Kolben 77 kann in seiner einen Ar-Auf diese Weise wird die Trennfuge teilweise abge- beitsstellung den Eintritt von Luft und den Eintritt dichtet und eine Entlüftung an dieser Stelle verhinüert. von in Luft mitgeführten Partikeln in die Leitung 67 Infolgedessen baut sich in dem Formhohlraum ein vollständig absperren und den in den Formhohlraum Rückdruck auf, so daß der Formhohlraum 26 nicht 26 führenden Granulateinlaß 69 verschließen und in mit Granulat gefüllt werden kann. Deshalb wird der 15 seiner anderen Arbeitsstellung das Einströmen eines Formhohlraum 26 der Form 11 am Granulateinlaß 69 Granulat-Luft-Gemischs in vorgegebener Menge pro durch einen Ringraum hindurch entlüftet, der zwi- Zeiteinheit in den Formhohlraum 26 ermöglichen, sehen einer Muffe 91 und einem Entlüftungsstutzen 99 In den Formhohlraum 26 kann entweder polymerigebildet ist, so daß sich kein Rückdruck mehr auf- sierbares bzw. polymerisiertes, noch nicht expandiertes bauen kann. 20 Granulat oder vorexpandiertes, d. h. teilweise expan-

Wie ausgeführt, weist die Vorrichtung zum Formen diertes Granulat, wie z. B. in der USA.-Patentschrift von Gegenständen mit einer geschäumten polymeri- 3 023 175 beschrieben, eingeführt werden. Vorzugssierten Struktur aus expandierbaren polymerisierbaren weise wird das Granulat in einem Vorratsbehälter Teilchen die Form 11 auf, die das die Formwandungen gespeichert, der unter einer Temperatur von 60 bis bildende Innengehäuse 23 und einen Formhohlraum 26 25 77 C gehalten wird, so daß das Granulat schnell auf aufweist. Die Einlaßleitung 65 ist mit ihrem einen die Schmelztemperatur aufgeheizt werden kann, wäh-Ende 93 an den Formhohlraum 26 angeschlossen, rend es von der Heißluft in die Form getragen wird, während dem anderen Ende 95 der Einlaßleitung 65 Die Heißluft vvird dem Venturi-Teil der Blasfüllleitung von einer Mischeinrichtung 97 in Heißluft mitgeführtes unter einem Überdruck von 1 bis 4,9 at zugeführt, je expandierbares granuliertes Polymerisat zugeführt 30 nach dem wie es der Wirkungsgrad der Venturiwird. Um die Granulateinlaßleitung 65 herum ist der Apparatur erfordert. Die für die heiße Druckluft erfor-Entlüftungsstutzen 99 angeordnet, der einen größeren derliche Temperatur hängt von ihrem Druck ab, weil die Durchmesser besitzt als die Leitung 65, so daß zwi- Temperatur adiabatisch bei der plötzlichen Druckschen der Leitung 65 und der Muffe 99 ein Ringraum erniedrigung abfällt, wenn die Luft in den Venturi-101 gebildet wird. Der Entlüftungsstutzen 99 steht mit 35 Abschnitt eintritt. Die Temperatur der heißen Druckeiner Entlüftungs- und Vakuumkammer 105 in Ver- luft wird so eingestellt, daß die der Form zugeführten bindung, die über die Leitungen 109 und 111 einem Polymerisatkörner auf eine Temperatur von 2,8 bis Vakuum oder einer Entlüftung ausgesetzt wird. Der 5,6 C oberhalb ihres Erweichungspunktes erhitzt Entlüftungsstutzen 99 verbindet die Wandung des werden. Wenn die heiße Druckluft eine Temperatur Forminnengehäuses 23 und die Leitung 65 über Ver- 4° von ungefähr 204 C und einen Überdruck von 1 at bindungseinrichtungen 113. Diese Verbindungsein- besitzt, hat die heiße, aus der Blasfülleitung austrerichtungen sind bei 115 perforiert, so daß jeglicher tende Luft eine Temperatur von ungefähr 132 bis Rückdruck, der sich in dem Formhohlraum 26 auf- 149 C und einen Überdruck von 0,07 bis 0,21 at, was baut, über die Kammer 105 und ide Leitungen 109 ausreicht, um die Polymerisatkörner auf eine Tempe- und 111 abgebaut wird. Die Leitungen 111 sind zur 45 ratur zwischen 88 und 99 C aufzuheizen. Ls wurde Atmosphäre hin offen und mit nicht gezeigten Ventilen gefunden, daß bei einem Heißluftüberdruck von 4,9 at versehen, die geschlossen werden, wenn der Form- die Heißluftquelle eine Temperatur von 399 C aufhohlraum zum Schmelzen des Granulats evakuiert weisen muß, damit die Heißluft eine Blasfülleitungswird. Durch das erfindungsgemäße Abführen der Luft austrittstemperatur von 149'C bei einem Überdruck während des Füllens der Form wird das Entstehen 5° von 0,21 at besitzt. Der Fachmann kann ohne weiteres eines Rückdrucks im Formhohlraum verhindert und die bei Heißluftüberdrücken von 1 bis 4,6 at geeignete dessen vollständige Füllung gewährleistet. Lufttemperatur ermitteln, die zur Erzielung der ge-

In dem Ringraum 101 zwischen der Granulatein- wünschten Blasfülleitungsaustrittstemperatur erforlaßleitung 65 und dem Entlüftungsstutzen 99 ist die derlich ist. Selbstverständlich kann außer Luft irgendweitere Muffe bzw. Leitung 91 vorgesehen. Die Lei- 55 ein anderes im wesentlichen trockenes inertes Gas ζ. Β. tung 91 ist mittels einer Leitung 121 an eine Dampf- Stickstoff, verwendet werden.

quelle angeschlossen; der Dampf tritt durch die Lei- Zur Herstellung von Zellformkörpern eignen sich

tung 123 aus Auf diese Weise wird die die in Heißluft expandierbare Polymerisate, und zwar unter anderem

mitgeführten Teilchen tragende Leitung 65 von Dampf eine Vielzahl von Homopolymerisaten und von mono-

umspült, so daß dem Partikel-Gemisch auf dem Wege ⁶° nieren Vinylverbindungen abgeleitete Mischpolymeri-

durch die Leitung 65 keine Wärme verloren geht. sate, beispielsweise Styrol, Vinylchlorid, Divinylbenzol,

Die Mischeinrichtung zum Mischen der expandier- Alpha-Methylstyrol, Kern-(nuclear)-Diinethylstyrol,

baren polymerisierbaren bzw. polymerisierten Parti- Vinylnaphthalin usw. Besonders gut geeignete PoIy-

keln mit Luft ist als Venturi- bzw. Strahlpumpe 76 merisate sind Polystyrol und seine Mischpolymerisate

ausgebildet. Zu diesem Zweck strömt heiße Druckluft ⁶5 mit Monomeren, wk z. B. Butadien, Alpha-Methyl-

durch die Leitung 71 in einen Rohrstutzen 135 und styrol, Divenylbenzol, Isobutylen und Acrylnitril,

durch die Strahlpumpe 76 in eine Leitung 139 und von Diese expandierbaren Stoffe enthalten als Treibmittel

dort in die Blasfülleitung 67. Die Leitung 75 ist an eine flüchtige organische Flüssigkeit in einer Menge

1 729 Ol 1

von 3 bis 35 Gewichtsprozent des Polymerisats, z. B. gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen im Molekül, z. B. Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Zyklohexan oder halogenhaltige Derivate des Methans und Äthans, die unter 95"'C sieden. Als Treibmittel eignen sich auch u. a. Wasser oder eine

Kombination von chemischen Substanzen, die ι Gas, wie z. B. Kohlendioxyd, Wasserdampf oc Stickstoff entwickelt, wenn sie auf eine Temperai erhitzt wird, die im Bereich oder unterhalb des 1 weichungspunktes des Polymerisats liegt, wie z.
Natriumbikarbonat und Zitronensäure.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 729 Ol 1 1 2 Bei den üblichen bekannten Verfahren und Vorrich- Patentansprüche: tungen zum Herstellen eines aufgeschäumten Zell- Formkörpers aus thermoplastischem, expandierbarem

1. Verfahren zum Herstellen eines aufgeschäum- Material wird die Form an der Trennfuge im allgeten Zell-Formkörpers aus thermoplastischem, ex- 5 meinen offengehalten, damit die Transportluft entpandierbarem Material, vorzugsweise Kunststoff, w^ichen kann, und das thermoplastische Material bis bei welchem Granulatteilchen in einem strömenden, in die äußersten Winkel des Formhohlraums transporerhitzten, gasförmigen Medium mitgeführt und tiert werden kann, ohne daß ein Rückdruck in den auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt Formhohlraum verursacht wird. Ein bekanntes Vererhitzt werden sowie mit diesem Strom in die Form io fahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten eingeführt werden und der Formkörper nach dem Art benutzt jedoch Granulatteilchen, die bereits beim Zusammenschmelzen aus der Form entfernt wird, Transport zur Form auf die angegebene Temperatur wobei die Granulatteilchen bei der Mitführung auf erwärmt sind, die über dem Erweichungspunkt und eine Temperatur erhitzt werden, die unter der unter demjenigen Punkt liegt, bei der eine ν: sentliche Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Expan- 15 Expansion der Granulatteilchen stattfindet. Oie Grasion der Granuiatteilchen stattfindet, und wobei nulatteilchen sind beim Eintritt in die Form somit die Granulatteilchen danach in dem Formhohl- weich und klebrig. Weil die Granulatteilchen infolge raum einem derartigen Vakuum ausgesetzt werden, des Luftdrucks an der Trennfuge der Form teilweise daß sie zur Expansion gebracht werden, d a d u r c h komprimiert werden, wird die Trennfuge durch die gekennzeichnet, daß an den Formhohl- 20 Teilchen teilweise abgedichtet, so daß die Transportraum (26) im Finlaßbereich der Granulatteilchen luft nicht mehr ungehindert und vollständig aus der beim Einströmen der Teilchen ein Unterdruck horm austreten kann. Dieser Umstand hat die Entangelegt wird. stehung eines Rückdrucks aus dem Formhohlraum

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Folge, so daß die Form bei diesen bekannten Vernach Anspruch 1, mit einer Form, deren Hohlraum 25 fahren nicht vollständig gefüllt wird.

dem herzustellenden Artikel entspricht, ferner mit Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

einer Einrichtung zum Zuführen des expandier- ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung

baren Materials in erhitztem Gas zur Form, und dieses Verfahrens vorzuschlagen, wobei dieser Rück-

mit einer Anordnung zum Anlegen von Vakuum stau nicht mehr auftritt.

an der Form, dadurch gekennzeichnet, daß eine 30 Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs ge-Leitung (99,105,111) einerseits mit einer Vakuum- nannte Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gequelle und andererseits mit dem Formhohlraum kennzeichnet, daß an den Fonnhohlraum im Einlaß-(26) an einer Stelle in Verbindung steht, in deren bereich der Granulatteilchen beim Einströmen der Bereich auch die Zuführeinrichtung (97, 67) für Teilchen ein Unterdruck angelegt wird. Dadurch wird die Granulatteilchen in den Formhohlraum (26) 35 der nachteilige Rückstau vermieden und der Formmündet, hohlraum wird trotz der Zufuhr der auf die angegebene

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Temperatur erwärmten Teilchen vollständig und kennzeichnet, daß die Leitung einen Entlüftungs- homogen gefüllt.

stutzen (99) aufweist, der zum Formhohlraum (26) Die eingangs angegebene Vorrichtung ist zur Lösung

offen ist, und der konzentrisch unter Abstand um 40 dieser Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gekenndasjenige Ende der Zufuhreinrichtung (97, 67) zeichnet, daß eine Leitung einerseits mit einer Vakuumgelegt ist, der in den Formhohlraum (26) mündet. quelle und andererseits mit dem Formhohlraum an

einer Stelle in Verbindung steht, in deren Bereich auch

die Zufuhreinrichtung für die Granulatteilchen in den

45 Formhohlraum münäet. Dadurch wird der erwünschte

Unterdruck im Einlaßbereich der Granulatteilchen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen im Formhohlraum angelegt.

eines aufgeschäumten Zell-Formkörpers aus thermo- Um zu erreichen, daß in diesem Bereich möglichst

plastischem, expandierbarem Material, vorzugsweise allseitig um die Zufuhreinrichtung für die Granulat-Kunststoff, bei welchem Granulatteilchen in einem 5° teilchen der Unterdruck angelegt wird, wird es bevorströmenden, erhitzten, gasförmigen Medium mitge- zugt, wenn die Leitung einen Entlüftungsstutzen aufführt und auf eine Temperatur über dem Erwei- weist, der zum Formhohlraum offen ist, und der konchungspunkt erhitzt werden sowie mit diesem Strom zent.isch unter Abstand um dasjenige Ende der Zuin die Form eingeführt werden und der Formkörper rühreinrichtung gelegt ist, der in den Formhohlraum nach dem Zusammenschmelzen aus der Form entfernt 55 mündet.

wird, wobei die Granulatteilchen bei der Mitführung Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines

auf eine Temperatur erhitzt werden, die unter der Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Expansion Fig. 1 ein Fließschema und

der Granulatteilchen stattfindet, und wobei die Granu- Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Schnitt

latteilchen danach in dem Formhohlraum einem der- 6° durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur artigen Vakuum ausgesetzt werden, daß sie zur Ex- Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
pansion gebracht werden. Ferner betrifft die Erfindung Wie schematisch in dem Fließschema der Fig. 1

eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens dargestellt, werden expandierbare, polymerisierbare mit einer Form, deren Hohlraum dem herzustellenden bzw. polymerisierte Granulatteilchen in heißer Luft Artikel entspricht, ferner mit einer Einrichtung zum 65 mitgeführt und zu einer Form transportiert. Das Zuführen des expandierbaren Materials in erhitztem expandierbare Granulat wird während des Transports Gas zur Form, und mit einer Anordnung zum Anlegen auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb des Erweivon Vakuum an der Form. chungspunktes des thermoplastischen Stoffs, jedoch