DE19728879A1

DE19728879A1 - Foamable plastic beads, especially for processing in automatic moulding machines and manufacturing equipment

Info

Publication number: DE19728879A1
Application number: DE19728879A
Authority: DE
Inventors: Juergen Bruning
Original assignee: Gefinex GmbH
Current assignee: Fagerdala Deutschland GmbH
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1998-06-10

Abstract

The foamable plastic beads comprise a core and a shell of a different nature. The equipment for foamable bead production comprises two extruders, the first having a breaker plate(1) producing material strands for the bead cores and the second extruder having a breaker plate(2) behind the first in the flow direction. Nozzles(3) of the first breaker plate(1) extend into the holes of the second breaker plate(2) which have an internal diameter equal to the nozzle(3) diameter plus the double the bead shell thickness and form an annular gap(5) through which shell material is extruded to enclose the core strands.

Description

Die Erfindung betrifft Kunststoffschaum-Beads, nachfolgend als Beads bezeichnet. Derartige Beads können auf unterschiedlichen Wegen erzeugt werden.The invention relates to plastic foam beads, hereinafter referred to as beads. Such Beads can be created in different ways.

Ein Weg sieht eine Erzeugung im Autoklaven aus einer Suspension unter Druck und Wärme bei gleichzeitiger Bewegung des Bades vor. Dabei fallen kleinste Partikel aus. Diese Partikel werden sofort oder anschließend mit einem Treibmittel versehen. Anschließend werden die Partikel schlagartig aus dem Autoklaven in eine Umgebung sehr viel niedrigeren Druckes ausgetragen. Dadurch entwickelt das Treibgas im Partikelinneren einen Druck, der die Partikel zu Beads aufschäumt.One way sees generation in an autoclave from a suspension under pressure and heat with simultaneous movement of the bath. The smallest particles fall out. These particles are immediately or subsequently provided with a blowing agent. Then the Particles abruptly from the autoclave into an environment of much lower pressure carried out. As a result, the propellant gas develops a pressure inside the particles that the particles foams to beads.

Der andere Weg sieht eine Herstellung der Beads durch Extrusion feiner Kunststoffschaumstränge und deren anschließende Granulierung vor. Zu der Extrusion wird ein Extruder verwendet. Extruder sind bekannt als Einschneckenextruder, Doppelschneckenextruder und Planetwalzenextruder. In einem Extruder wird Kunststoffgranulat aufgeschmolzen und mit Additven vermischt, homogenisiert und durch ein Extruderwerkzeug ausgetragen. Zur Herstellung von Schäumen wird entweder mit dem Einsatzmaterial ein Treibmittel in fester oder flüssiger Form aufgegeben oder das Treibmittel nachträglich in fester oder gasförmiger Form zugegeben.The other way sees a production of the beads by extrusion finer Plastic foam strands and their subsequent granulation. The extrusion becomes an extruder used. Extruders are known as single screw extruders, Twin screw extruder and planetary roller extruder. In an extruder Plastic granules melted and mixed with additives, homogenized and by a Extruder tool discharged. To produce foams, either Feed a blowing agent in solid or liquid form or the blowing agent subsequently added in solid or gaseous form.

Zur Herstellung von Beads wird als Extruderwerkzeug eine dünne Lochscheibe verwendet. Durch die Lochscheibe treten dünne Materialstränge aus, die sofort aufschäumen und auch sofort granuliert werden. Zur Granulierung sind Messerbalken vorgesehen, die in schneller Folge an der Lochscheibe vorbeibewegt werden. Die Materialstränge werden von den Messern in kleine Partikel zerschnitten, deren Länge durch die Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der die Messer einander folgen.A thin perforated disc is used as an extruder tool to produce beads. Thin material strands emerge through the perforated disc, which foam immediately and also be granulated immediately. Knife bars are provided for pelletizing, which are faster Be moved past the perforated disc. The strands of material are from the knives cut into small particles, the length of which is determined by the speed at which the knives follow each other.

Während die Herstellung von Beads mittels Autoklaven seit langem in der Praxis Anwendung findet, erfolgt die Herstellung von Beads durch Extrusion bislang nur in einem Einzelfall. During the production of beads by means of autoclaves for a long time in practice finds, the production of beads by extrusion has so far only been carried out in a single case.

Die Verarbeitung der Beads erfolgt bislang in einem Formteilautomaten. Der Formteilautomat ist eine Form, die mit den Beads unter Druck vollständig gefüllt wird. Anschließend werden die Beads in der Form mit Heißdampf beaufschlagt, so daß die Beads an ihrer Oberfläche anschmelzen, zugleich insgesamt erwärmt werden und infolgedessen expandieren. Durch die Expansion schließen sich die verbliebenen Zwickelräume zwischen den Beads, wobei die angeschmolzenen Beads-Flächen gegeneinander gedrückt werden. Je nach Druck und Plastifizierungsgrad tritt eine Verschweißung oder Versinterung ein.The beads have so far been processed in a molding machine. The molding machine is a form that is completely filled with the beads under pressure. Then the Hot steam is applied to the beads in the mold so that the beads are on their surface melt, be heated at the same time and expand as a result. Through the Expansion, the remaining gusset spaces between the beads close, the melted beads are pressed against each other. Depending on the pressure and Degree of plasticization occurs when welding or sintering occurs.

In der Form lassen sich beliebige Formstücke herstellen, sowohl mit ebenen als auch mit gewölbten Flächen. Derartige Formstücke finden für Verpackungen und für Bauzwecke, z. B. als Wärmedämmplatten umfangreiche Anwendung.Any shape can be produced in the mold, both with flat and with curved surfaces. Such fittings can be found for packaging and for construction purposes, e.g. B. Extensive application as thermal insulation boards.

Die Qualität der Formstücke ist jedoch gegenüber einem einteilig geschäumten Formstück vergleichsweise gering. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Qualität der Formstücke zu verbessern. Nach der Erfindung wird das durch einen Aufbau der Beads mit Kern und Schale anderer Beschaffenheit erreicht.However, the quality of the fittings is compared to a one-piece foamed fitting comparatively low. The invention is therefore based on the object, the quality of the Improve fittings. According to the invention, this is achieved by constructing the beads Core and shell of a different nature reached.

Dadurch entstehen:
This creates:

- a combination of foamed and non-foamed material,
- a combination of different foamed materials,
- a combination of different foamed materials,
- a combination of different non-foamed materials.

Die Perspektiven einer solchen Materialzusammensetzung sind vielfältig und von außerordentlicher Tragweite. Z.B. können Beads aus einem schlecht schweißfähigen Material erzeugt und mit einer gut schweißfähigen Schale versehen werden, so daß die Beads gleichwohl gut zu einem Formstück miteinander verbunden werden können.The perspectives of such a material composition are diverse and varied extraordinary scope. E.g. can beads from a poorly weldable material generated and provided with a well weldable shell, so that the beads can nevertheless be easily connected to one another.

Die Kombination von geschäumtem mit ungeschäumtem Material beinhaltet nicht nur einen geschäumten Kern mit einer ungeschäumten Schale sondern auch einen ungeschäumten Kern mit einer geschäumten Schale. The combination of foamed and non-foamed material does not only include one foamed core with an unfoamed shell but also an unfoamed core with a foamed shell.

Die ungeschäumte Schale kann ohne Treibmittelzusatz oder mit Treibmittelzusatz erzeugt werden. Bei Aufbringen eines Materials mit Treibmittelzusatz bewirkt eine anschließende Erwärmung ein Aufschäumen. Bei Aufbringen eines Materials ohne Treibmittelzusatz kann gleichwohl ein Aufschäumen erreicht werden, indem das Treibmittel anschließend in die Schale eingebracht wird. Das kann z. B. in einem Autoklaven erfolgen. Besonders geeignet zum nachträglichen Einbringen sind gasförmige Treibmittel. Dazu gehören Kohlenwasserstoffe wie Isobutan, Kohlendioxid und Stickstoff. Diese Gase diffundieren unter entsprechendem Druck und gegebenenfalls auch unter Erwärmung in relativ kurzer Zeit in die ungeschäumte Schale ein. Bei Polystyrol und/oder Polypropylen liegt der notwendige Druck zwischen 50 und 120 bar. Die beladenen Beads werden nach der Entleerung des Autoklaven baldmöglichst im Formteilautomaten verarbeitet, um ein Ausdiffundieren des Treibmittels bis zur Verarbeitung zu verhindern.The unfoamed shell can be produced without blowing agent addition or with blowing agent addition will. When applying a material with added blowing agent, a subsequent one Warming up a frothing. When applying a material without the addition of propellant nevertheless, foaming can be achieved by subsequently blowing the propellant into the shell is introduced. That can e.g. B. in an autoclave. Particularly suitable for Subsequent additions are gaseous blowing agents. These include hydrocarbons like Isobutane, carbon dioxide and nitrogen. These gases diffuse under the appropriate pressure and possibly also with heating in a relatively short time in the unfoamed shell a. The pressure required for polystyrene and / or polypropylene is between 50 and 120 bar. The loaded beads will be removed as soon as possible after the autoclave has been emptied Molding machines processed to diffuse out the blowing agent until processing to prevent.

Die Verarbeitung der Beads im Formteilautomaten kann in herkömmlicher Weise mit Dampf oder auch in neuerer Weise mittels Mikrowellen erfolgen. Die Anwendung von Mikrowellen bedingt zusätzliche Maßnahmen. Es muß sichergestellt werden, daß der Kunststoff auf die Mikrowellen reagiert. Viele Kunststoffe verhalten sich neutral gegenüber den Mikrowellen. Das läßt sich durch Einmischung und/oder Beschichtung mit einem dielektrischen Material ändern. Das dielektrische Material erwärmt sich unter dem Einfluß der Mikrowellen. Das heißt die notwendige Wärme im Formteilautomaten wird mittels Mikrowellen erzeugt.The processing of the beads in the molding machine can be done in the conventional way with steam or in a newer way using microwaves. The use of microwaves requires additional measures. It must be ensured that the plastic on the Microwaves respond. Many plastics are neutral towards microwaves. This can be done by mixing and / or coating with a dielectric material to change. The dielectric material heats up under the influence of the microwaves. This means the necessary heat in the molding machine is generated using microwaves.

Die Erfindung erlaubt es auch, Beads im Kern mit einem Schaum besonders großen oder besonders kleinen Raumgewicht hergestellt werden, um besondere Tragkraft oder besondere Nachgiebigkeit zu erzeugen und mit der Schale eine vom Kern unabhängige Schicht zu bilden, die sich gut verschweißen läßt.The invention also allows beads in the core to be particularly large or with a foam especially small volume weight can be made to have special carrying capacity or special To create compliance and to form a layer independent of the core with the shell, that can be welded well.

Es kann auch offenzelliger Schaum im Kern mit geschlossenzelligem Schaum in der Schale oder mit einer ungeschäumten Schale kombiniert werden. Die ungeschäumte Schale kann die Aufgabe haben, den Schaumstoff-Kern außen zu verschließen oder eine Stabilisierung zu bilden. Die Stabilisierung kann nützlich sein, um z. B. geschrumpelte Beads nach der Expansion in der erlangten Form zu halten.There may also be open cell foam in the core with closed cell foam in the shell or combined with an unfoamed shell. The unfoamed shell can Have the task of closing the foam core on the outside or to form a stabilization. Stabilization can be useful for e.g. B. shrunk Keep beads in shape after expansion.

Wahlweise wird auch ein nicht mikrowellenaktiver Kern mit einer mikrowellenaktiven Schale kombiniert. Mikrowellenaktive sind alle Materialien, die wesentlich auf Mikrowellen reagieren, nicht aktiv sind die nicht wesentlich reagierenden Materialien.A non-microwave-active core with a microwave-active shell is also optionally available combined. Microwave active are all materials that react significantly to microwaves, the materials that do not react significantly are not active.

Eine Reihe von Kunststoffen, z. B. Polypropylen, besitzt so geringe dielektrische Eigenschaften, daß sie als nicht aktiv eingestuft werden müssen. Dagegen kann z. B. Polystyrol als aktives Material eingestuft werden. Mit einer Polystyrolschicht lassen sich Beads aus nicht aktivem Kunststoffschaum mittels Mikrowellen miteinander verschweißen.A number of plastics, e.g. B. polypropylene, has such low dielectric properties, that they have to be classified as inactive. In contrast, z. B. polystyrene as active Material to be classified. With a polystyrene layer beads can be made of inactive Weld plastic foam together using microwaves.

Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Beads durch Extrusion feiner Materialstränge und deren Granulierung hergestellt, wobei der Kern durch einen Materialstrang gebildet wird und die Schale durch Koextrusion erzeugt wird. Vorteilhafterweise bewirkt die Granulierung des Materialstranges in noch weitgehend plastischem Zustand, daß der Mantel des in der Ausgangsform zumeist zylindrischen Materialstranges über die Trennflächen gezogen wird und so eine vollständige Umhüllung des Kernes entsteht.The beads according to the invention are preferably obtained by extrusion of fine strands of material and their granulation is produced, the core being formed by a strand of material and the shell is produced by coextrusion. The granulation advantageously brings about of the strand of material in a still largely plastic state that the jacket of the in Initial shape mostly cylindrical material strand is pulled over the parting surfaces and so a complete covering of the core is created.

Die Schalendicke beträgt vorzugsweise 0,002 bis 1 mm, der Kerndurchmesser der Beads 0,5 bis 10 mm, das Raumgewicht des Schaumes 5 bis 500 kg pro Kubikmeter.The shell thickness is preferably 0.002 to 1 mm, the core diameter of the beads is 0.5 up to 10 mm, the density of the foam 5 to 500 kg per cubic meter.

Vorzugsweise bestehen die Beads aus Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Polystyrol und/oder Mischungen davon.The beads preferably consist of polyethylene and / or polypropylene and / or polystyrene and / or mixtures thereof.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beads dargestellt.In the drawing is a device for producing the beads according to the invention shown.

Mit 1 ist eine erste Lochscheibe und mit 2 eine zweite Lochscheibe bezeichnet. Beide Lochscheiben werden in einem nicht dargestellten Gehäuse gehalten. 1 denotes a first perforated disk and 2 denotes a second perforated disk. Both perforated disks are held in a housing, not shown.

In der Lochscheibe 1 sind Düsen 3 eingeschraubt, die Durchtrittsöffnungen 6 für eine Polypropylenschmelze besitzen. Die Schraubverbindung erlaubt eine Auswechselung der Düsen. Das kann Verschleißgründe haben, kann aber auch in Anpassung auf die Materialbeschaffenheit und den Schaumprozeß erfolgen. Nozzles 3 are screwed into the perforated disk 1 and have through openings 6 for a polypropylene melt. The screw connection allows the nozzles to be replaced. This can be due to wear, but can also be adapted to the material properties and the foam process.

Die Kunststoffschmelze ist mit Treibmittel versetzt, so daß die Schmelze nach Verlassen der Düsen 6 aufschäumt. Die Kunststoffschmelze strömt aus einem Schmelzeführungskanal aus der Richtung 4 gegen die Düsen 3.The plastic melt is mixed with blowing agent so that the melt foams after leaving the nozzles 6 . The plastic melt flows out of a melt guide channel from direction 4 against the nozzles 3 .

Die zweite Lochscheibe 2 ist im Abstand von der ersten Lochscheibe 1 angeordnet. Der Abstand bestimmt die Öffnungsweite eines weiteren Schmelzeführungskanals, durch den weitere Kunststoffschmelze aus der Richtung 7 anströmt.The second perforated disk 2 is arranged at a distance from the first perforated disk 1 . The distance determines the opening width of a further melt guide channel through which further plastic melt flows in from direction 7 .

Die Lochscheibe 2 besitzt Öffnungen 5, durch die die Düsen 3 ragen. Die Öffnungsweite ist so bemessen, daß noch ein Ringspalt um die Düsen verbleibt, durch die die aus der Richtung 7 anströmende Kunststoffschmelze austreten kann. Im Ausführungsbeispiel ist der Ringspalt so ausgelegt, daß der aus den Düsen 3 austretende Materialstrang mit einer 0,01 mm dicken ungeschäumten Polystyrolschicht umhautet wird.The perforated disc 2 has openings 5 through which the nozzles 3 protrude. The opening width is dimensioned such that an annular gap still remains around the nozzles through which the plastic melt flowing in from direction 7 can escape. In the exemplary embodiment, the annular gap is designed such that the strand of material emerging from the nozzles 3 is encased with a 0.01 mm thick non-foamed polystyrene layer.

Der aus den Düsen austretende Schaumstrang schäumt in der Schale auf bzw. füllt die Schale voll aus.The foam strand emerging from the nozzles foams in the shell or fills the shell fully out.

Die Schmelze aus der Richtung 4 und die Schmelze aus der Richtung 7 stammen aus zwei verschiedenen Extrudern. Der Extruder zur Herstellung des Kunststoffschaumes steht in axialer Verlängerung der dargestellten Lochscheiben 1 und 2. Der andere Extruder zur Erzeugung der Schale steht quer dazu.The melt from direction 4 and the melt from direction 7 come from two different extruders. The extruder for producing the plastic foam is in the axial extension of the perforated disks 1 and 2 shown . The other extruder for producing the shell is at right angles to it.

In der Zeichnung stehen die Düsen aus zeichnerischen Gründen gegenüber der Lochscheibe 2 vor. In der Praxis ist das umgekehrt. Die Düsen sind gegenüber der Außenseite der Lochscheibe 2 zurückgesetzt.In the drawing, the nozzles protrude from the perforated disk 2 for drawing reasons. In practice, the reverse is the case. The nozzles are set back in relation to the outside of the perforated disk 2 .

Außen auf der Lochscheibe 2 gleitet ein rotierendes Messer, das die austretenden Materialstränge auf eine Parikelgröße von 3 mm ablängt. Zugleich werden die Schaumstoffpartikel mit Wasser bespritzt, um eine Kühlung zu bewirken und ein Verkleben der abfallenden Partikel zu verhindern.A rotating knife slides on the outside of the perforated disc 2 and cuts the emerging material strands to a paricle size of 3 mm. At the same time, the foam particles are sprayed with water to effect cooling and prevent the falling particles from sticking together.

Claims

1. Plastic foam beads, in particular for processing in the molding machine, characterized by a structure with a core and a shell of a different nature.

2. Beads according to claim 1, characterized by the combination of foamed with non-foamed material.

3. Beads according to claim 1, characterized by the combination of different foamed materials.

4. Beads according to claim 1, characterized by the combination of foamed different materials.

5. Beads according to claim 1, characterized by the combination of different unfoamed materials.

6. Beads according to one of claims 1 to 5, wherein the beads are finer by extrusion Strands of material and their granulation are produced, characterized by at least one coextrusion to make the shell.

7. Beads according to one of claims 1 to 6, characterized by mixed in blowing agent the shell or a subsequent loading of the shell with propellant.

8. Beads according to claim 7, characterized by loading the shell in the autoclave.

9. Beads according to claim 8, characterized by a pressure of 50 to 120 bar and / or a warming.

10. Beads according to one of claims 1 to 9, characterized in that the shell with is provided with a microwave-active material.

11. Beads according to one of claims 1 to 10, characterized by a shell thickness of 0.002 to 1 mm.

12. Beads according to one of claims 1 to 11, characterized by a core diameter from 0.5 to 10 mm.

13. Beads according to one of claims 1 to 8, characterized by a plastic foam with a density of 5 to 500 kg per cubic meter.

14. Beads according to one of claims 1 to 13, characterized by the use of Polyethylene and / or polypropylene and / or polystyrene and / or mixtures thereof.

15. Beads according to one of claims 1 to 14, characterized by the production of the beads by extrusion, whereby a strand of material forming the bead core extrudes and a Bead shell forming material jacket is co-extruded and both strands at intervals be cut to length, which correspond to the bead dimensions.

16. Device for producing beads according to one of claims 1 to 15, characterized by two extruders, the first extruder working on a first perforated disc ( 1 ) for producing the material strand for the bead core and the second extruder on a second perforated disc ( 2 ) works, which is arranged in the flow direction of the melt of the first extruder behind the first perforated disk, and the first perforated disk is provided with nozzles ( 3 ) which extend into the holes of the second perforated disk ( 2 ), the inside diameter of which corresponds to the diameter of the nozzles ( 3 ) of the first perforated disc ( 1 ) plus twice the formwork thickness.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the nozzles ( 3 ) are interchangeable.