DE1907360B2

DE1907360B2 - Verfahren zum Herstellen eines strang formigen Korpers aus Schaumpolystyrol

Info

Publication number: DE1907360B2
Application number: DE1907360A
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Arai; Hiroshi Kanagawa Asakura; Kanagawa Kamakura; Masaharu Kusaka; Koshi Takano
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK; Toyo Kagaku Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd; Toyo Kagaku Co Ltd
Priority date: 1968-04-12
Filing date: 1969-02-14
Publication date: 1973-12-13
Also published as: US3795729A; FR2006111A1; FR2006111B1; DE1907360A1; DE1907360C3; GB1257051A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines strangformigen Körpers aus Schaumpolystyrol durch Plastifizieren der Polystyrolmasse unter Beigabe eines Treibmittels in einem Extruder, Extrudieren dieses Gemisches zu einem aufgeschäumten Hohlstrang durch eine Ringdüse hindurch, deren Kern zum Abführen von überflüssigem Treibmittel einen Verbindungskanal aus dem Inneren des sich bildenden Hohlstranges an die Atmosphäre aufweist, wobei der extrudierte Strang das durch eine im Querschnitt dem Fertigprodukt entsprechendes Formwerkzeug hindurchgepreßt und dort zum Härten abgekühlt und beim Hindurchpressen unter Fre setzen restlichen Treibmittels zum Zusammenfließen :nter Ausbildung eines Vollstranges gebracht wird.

Beim Strangpressen von aufschäumbaren Massen tritt generell der Nachteil auf, daß die aus der Düse austretende Masse nachträglich unerwünscht sich verformt. und zwar deswegen, weil dann noch restliches Treibmittel freigesetzt wird. Dieser Nachteil ist zwar bei dem Verfahren, wie es die französische Patentschrift I 498 620 beschreibt, vermieden, weil der aus der Düse austretende Strang unmittelbar nach dem Austreten aus der Düse veranlaßt wird, eine dichte und feste Oberflächenhaut zu bilden, und weiter veranlaßt wird allein in das Innere des Stranges aufzuschäumen, dabei tritt allerdings der Nachteil der die mechanischen Eigenschaften des Stranges einer beeinträchtigenden Ungleichmäßigkeit in der Schaumstruktur auf. Außerdem bietet dieses Verfahren nurdanndieGewährdafür, daßder Strang die vorbestimmte Querschnittsform exakt annimmt, wenn auf seine Außenhaut eine durch Vakuum hervorgerufene Zugkraft wirken gelassen wird.

Aufgabe des Verfahrens nach der Erfindung ist es, zu erreichen, dall ohne Verzicht auf die exakte Ausformung des vorbestimmten Strangquerschnitts die Schaumstruktur über den gesamten Querschnitt des Stranges sich gleichmäßig ausbildet und der Grad der Aufschäumung im Formwerkzeug gesteuert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht dann, daß ausgehend von diesem bekannten Verfahren das Aufschäumen des Stranges im freien Raum zugleich mit dem Abführen des Treibmittels aus dem Hohlraum des Stranges nach dem Extrudieren erfolgt.

In weiterer Bildung dieses Verfahrens ist es zweckmäßig, daß der Strang vor dem Hindurchpressen durch J5 das Formwerkzeug im Querschnitt dem Endprodukt angenähert wird.

Zweck mäßigerweise wird bei dem Aufschäumen zur Erzielung von Schaumkörpern unterschiedlicher Dichte ein Aufschäumungsgrad von i.5 bis 6.5 gewählt. Die Durchführung des Verfahrens wird an Harn! der Zeichnung nach den Fig. I bis 5 erläutert.

Fig. I und 2 zeigen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung:

Fig. 3 und 4 zeigen in Seiten- bzw. in Vorderansicht ^a5 eine abgewandelt·. Extruderdü^e, die aus einer Gruppe von acht parallelen Düsen besteht;

Fig. 5 ist ein Schnitt durch einen fertigen Schaumstoffkörper, der mittels der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Extruderdüsen hergestellt ist. Es wird die mit einem Treibmittel vermischte Polystyrolmasse einem Extruder 1 zugeführt und in diesem plastifiziert. Diese Masse wird dann durch eine Düse 2 extrudiert, die einfach konstruiert ist und eine derartige Form aufweist, daß sie keine Unregelmäßigkeiten in der Strömung der geschmolzenen Masse verursacht, während die Aufschäumung derart unterdrückt ist, daß sich nur Schaumkerne bilden, was innerhalb des Extruders durch inneren Druck bedingt ist.

Wenn die Schaumstoffmasse auf diese Weise extrudiert wird und aus der Düse austritt, dann wird sie von dem im Extruder auf sie ausgeübten Druck frei und daher derart geschäumt, daß sich ihre Querschnittsfläche bis auf einen Maximalwert ausweitet. Die Schaumstoffmasse wird auf diese Weise zu einem röhrenförmigen Schlauch extrudiert. Währenddessen wird aus diesem das überschüssige Treibgas durch die Gasabströmungsöffnung 6 des Doms 7 ausströmen gelassen.

Das in Preßrichtung gesehen vorn gelegene Ende des schlauchförmigen Schaumstoffgebildes wird dann durch ein Formwerkzeug 3 gedruckt, das im Querschnitt dem herzustellenden Strang entspricht. Dabei wird die Masse durch den inneren restlichen Gasdruck bis in alle Ecken des Formwerkzeuges aufgebläht. Der auf diese Weise in seiner Größe festgelegte Schaumstoffkörper wird dann in ein Kühlbad 4 geleitet, wo er gekühlt und gehärtet wird.

Das Formwerkzeug 3 kann im Querschnitt 1,5- bis 6,5mal größer als die der Düse 2 sein, um sicherzustellen, daß die Schaummasse bis in alle Ecken des Formwerkzeuges 3 aufgebläht wird.

Unter dem Ausdruck Polystyrol weiden hier zusätzlich zu Polystyrol-Homopolymerisaten alle Kunststoffmassen verstanden, die durch Mischpolymerisation von Monomeren, wie Acrylnitril und Butadien mit Styrol, entstehen, wie beispielsweise Acrylnitril/ Styrol-Mischpolymerisate, Acrylnitril/Butadien/Styrol-Mischpolymerisate und stoßfeste Polystyrolmassen.

Als Treibmittel, die sich zur Extrusion von Schaumpolystyroistoffen eignen, seien Kohlenwasserstoffgase, die zum Formen unter starker Schäumung verwendet werden, und feste Treibmittel genannt, die für Formkörper aus Stoffen wie Gummi und Polyvinylchloriden verwendet werden.

Feste Treibmittel werden für die Zwecke der Erfindung bevorzugt, da sie bei der Speicherung und Formung gut zu handhaben sind. Beispiele für besonders geeignete Treibmittel sind Azodicarbonamid, Toluolsulfohyc'razid, Benzol-l,3-disulfohydri/id. Diphenyloxy-4,4'-disulfuhydrazid. Ν,Ν'-Diiiitrosopentamethylentetramine und Nitroharnstoff.

Um zu erreichen, daß die Schaumkügelchen oder -blasen gleichförmig sind und sich eine glatte Oberfläche ergibt, können auch Hilfstreibmittel verwendet werden. Beispiele für derartige Hilfstreibmittel sind Oxalsäure, Zitronensäure, Guanidiniumcarbonat. wasserfreies Kaliumcarbonat, Zinkchlorid. Bernsteinsäure, Milchsäure. Orthophosphorsäure, Boiax, Cadmiumoxid. Zinkstaub, Bariumstearat, N'agnesiiimoxyd, AIuminiumstearat, Calciumcarbonat. Bleiacetat, Zinkoxid, Calciumstearat, Aluminiumoxid, Harnsioffstearat und Zinklaurat.

Wegen der besonderen Betriebsweise, bei der die Schäumung im Extruder 1 und in der Düse 2 auf die Bildung von Schaumkeimen beschränkt ist, jedoch ein freies Schäumen zugelassen wird, wenn die Kunststoffmasse aus der Düse 2 ausgetreten ist. liegen die bevorzugten Temperaturen des Extruderzylinders zwischen 120 und 230 C, die der Düse zwischen 110 und 170 C. Unabhängig von der Form des Schaumpolystyroi-Körpers (quadratisch, rechteckig, dreieckig oder im Falle einer Schiene T-förmig) wird in jedem Fall der öffnung der Düse 2 eine Form gegeben, die keine Unregelmäßigkeiten im Fluß der geschmolzenen Harzmasse verursacht und die, um die Herstellung der Düse zu vereinfachen, von einfacher Bauweise ist. Beispiele für derartige einfache Formen der Düsenöffnung sind kreisrunde, elliptische und zylindrische Düsenöffnungen, wobei die letztere zum Herstellen sowohl von hohlen als auch von massiven Körpern verwendet wird. Erfindungsgemäß kann die durch die Düse 2 extruüierte Schaumstoffmasse direkt dem Forn.werkzeug 3 zugeführt werden. Soll ein Gegenstand mit kompliziertem Querschnitt hergestellt werden oder weichen die Größen und/oder Formen der Düsenöffnung vom Querschnitt des erwünschten Formkörpers stark ab, dann kann die Schaumstoffmasse zunächst mit Hilfe von Quetschrollen 5 vorgeformt werden, deren Profil der Querschnittsfläche des herzustellenden Gegenstandes angepaßt ist. Hierdurch wird der Eintritt der Schaumstoffmasse in bzw. der Durchgang desselben durch das Formwerkzeug 3 erleichtert.

Um erfindungsgemäß Formkörpers herstellen zu können, deren Oberflächen stark glänzen, wird der geschmolzene Schaumstoff durch eine Düse mit einfacher Öffnungsform, beispielsweise einem Kreis oder einer Ellipse, extrudiert, so daß keine Unregelmäßigkeiten oder Ungleichförmigkeiten im Strom der Kunststoffmasse entstehen können, gleichgültig, wie die Quersch.iittsform des Endproduktes ist. Aus diesem Grund ist \y.\ Spezialanfertigungen, die in ihrer Querschnittsform wesentlich von der obenerwähnten einfachen Öffnungsform abweichen, das Ausmaß der erforderlichen Deformation unvermeidbar groß.

Es hat sich gezeigt, daß dieser Nachteil dadurch überwunden werden kann, daß man die Austriiiv öffnung der einfach konstruierten Düse in mehrere Austrittsöffnungen aufteilt.

Hierzu ν erden beim Herstellen komplizierter Formkörper, z. B. einer Rinne, eines L-Profils oder eines

ίο Stranges im Querschnitt eines Polygons, mindestens zwei Düsen einfacher Form verwendet, wie in vier, Fig. 3 bis 5 dargestellt ist. Die auf diese Weise e\in·- dierten Schaumstoffmassen verschmelzen in bekannter Weise (vgl. USA.-Patentschrif; 3 121 130) beim Fon-

schreiten des Schäumungsprozesses und bilden dann ein einheitliches Gebilde mit einer Form, die der des erwünschten Formkörpers angenähert ist. Anschließend wird dieses Gebilde durch das Formwerkzeug 3 gedrückt.

Außer dem angestu-ren Ziel, eine gleichmäßige Schaumstruktur zu erreichen, bietet das Verfahren nach der Erfindung noch folgende Vorteile:

Der AufbChäumungsgrad der Masse und die Form des Produktes sind bei gleichbleibender Düse in weiten Grenzen variabel.

Es wird eine Massenproduktion von Schaumpolvstyrolkörpern ermöglicht, ohne daß der Wirkungsgrad der Spritzgußmaschineii abnimmt, da die geschmolzene Schaumstoffmasse unter Bedingungen extrudiert wird,

die eine ungehinderte Strömung und damit eine hohe Produktionsgesch Bindigkeit durch eine oder mehrere Düsen einfacher Konstruktion zulassen. Eine Kühlung der Düse ist nicht erforderlich, wodurch die Lebensdauer der Düse sich erhöht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die spezifischen Gewichte der fertigen Formkörper frei wählbar innerhalb eine: Bereiches zwischen 0,2 und 0,8 liegen und daß die fertigen Formkörper insbesondere scharfe Kanten und glatte Oberflächen mit hohem Glanz aufweisen.

Beispiel

Eine Mischung, die durch Zugabe von 0,5 Teilen Azodicarbonamid zu 100 Teilen eines Polystyrols

(Schmelzindex 0,58), hergestellt wird, wird in einem Extruder bei einei Zylindertemperatur von 181 C geknetet und durch eine kreisförmige Düse mit einem Durchmesser von 3,5 mm bei einer Temperatur von 129'C extrudiert. Der auf diese Weise hergestellte

Schaumstoff wird dann, während er sich in einem Zustand befindet, in dem sich das Treibmittel noch zersetzt und expandiert, durch ein Formwerkzeug mit trapezförmigem Querschnitt gezwängt, dessen obere Seite 4 mm, dessen untere Seite 5 mm und dessen

Höhe 4 mm beträgt. Anschließend wird gekühlt und dabei gehärtet.

Der fertige Formkörper besteht aus Schaumpolystyrol mit einem spezifischen Gewicht von 0,41 und weist exakte Ecken, eine glatte Oberfläche und hohen Glanz auf.

Für die vorrichtungstechnischen Maßnahmen, mit denen das Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt wird, wird Schutz nicht begehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines strangförmigen Körpers aus Schaumpolystvrol durch Plastifizieren der Pol\styrolmasse unter Beigabe ein^s Treibmittels in einem Extruder, Extrudieren dieses Genvsches /u einem aufgeschäumten Hohlstrang ilurch eine Ringdüse hindurch, deren Kern /um Abführen von überflüssigem Treibmittel einen Verbmdimg-ikanal aus dem Inneren des sich bildenden llohlstranges an die Atmosphäre aufweist, wobei der extrudierte Strang durch ein im Querschnitt dem Fertigprodukt entsprechendes Formwerkzeug hindurchgepreüt. dort zum Härten abgekühlt und beim Hindurchpressen unter Freisetzen restlichen Treibmittels /um Zusammenfließen unter Ausbildung eines Vollstranges gebracht wird, dadurch g e k e η η / e i c Ii n e t. daß das Aufschäumen des Strange- im freien Raum zugleich mit dem Abführen des Treibmittels aus dem Hohlraum des Stranges nach dem Extrudieren erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang vor dem Hindurchpressen durch das Formwerkzeug im Querschnitt dem Endprodukt angenähert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschäumungsgrad von 1,5 bis 6.5 gewählt