DE19818811A1 - Schallabsorbierender Schaumstoff-Formkörper - Google Patents
Schallabsorbierender Schaumstoff-FormkörperInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft schallabsorbierende Schaumstoff-Formkörper, die im Frequenzbereich von 0,5 bis 4 kHz nach DIN 52215 einen Schallabsorptionsgrad von 30 bis 95% aufweisen. Der Schaumstoff ist ein nicht vollständig verschweißter Polyolefin- oder Polystyrol-Partikelschaumstoff mit einem Zwickelvolumen zwischen 10 und 40%.
Description
Die Erfindung betrifft einen schallabsorbierenden Schaumstoff-Form
körper mit einem Schallabsorptionsgrad im Frequenzbereich von
1,25-2 kHz von 50 bis 95%.
Offenzellige Schaumkunststoffe auf Basis von Polyurethanen und
Melamin/Formaldehyd-Kondensationsharzen eignen sich hervorragend
als Schallabsorptionsmaterialien; sie werden in zunehmendem Maße
in vielen technischen Anwendungen eingesetzt. Naturgemäß sind je
doch auch diese Schaumstoffe mit einigen Nachteilen behaftet,
etwa in Feuchträumen, im Hygienebereich und in staubempfindlichen
Anlagen. Es bestand daher das Bedürfnis nach einem weiteren
Schaumkunststoff mit schallabsorbierenden Eigenschaften.
Es wurde nun gefunden, daß nicht vollständig verschweißte Poly
olefin- und Polystyrol-Partikelschaumstoffe mit einem Zwickel
volumen zwischen 10 und 40% einen Schallabsorptionsgrad nach
DIN 52 215 im Frequenzbereich von 0,5 bis 4 kHz, vorzugsweise von
1,25 bis 2 kHz von 30-95%, vorzugsweise von 50 bis 95% auf
weisen.
Polyolefine im Sinne der vorliegenden Erfindung sind
- a) Homopolypropylen,
- b) Randomcopolymere des Propylens mit 0,1 bis 15, vorzugsweise 0,5 bis 12 Gew.-% Ethylen und/oder einem C4-C10-α-Olefin, vor zugsweise ein Copolymer von Propylen mit 0,5 bis 6 Gew.-% Ethylen oder mit 0,5 bis 15 Gew.-% Buten-1 oder ein Ter polymer aus Propylen, 0,5 bis 6 Gew.-% Ethylen und 0,5 bis 6 Gew.-% Buten-1 oder
- c) Mischungen von a) oder b) mit 0,1 bis 75, vorzugsweise 3 bis 50 Gew.-% eines Polyolefin-Elastomeren, z. B. eines Ethylen/Pro pylen-Blockcopolymeren mit 30 bis 70 Gew.-% Propylen.
- d) Polyethylen (PE-LLD, -LD, -MD, -HD) und
- e) Mischungen aus den unter a) bis d) genannten Polyolefinen (gegebenenfalls nach Zugabe von Phasenvermittlern).
Der Kristallitschmelzpunkt (DSC-Maximum) der unter a) bis e) auf
gelisteten Polyolefine liegt im allgemeinen zwischen 90 und 170°C.
Ihre Schmelzwärme, bestimmt nach der DSC-Methode, liegt vorzugs
weise zwischen 20 und 300 J/g, der Schmelzindex MFI (230°C,
2,16 kp für Propylenpolymerisate und 190°C, 2,16 kp für Ethylen
polymerisate) nach DIN 53 735 zwischen 0,1 und 100 g/10 min.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der EPO-Partikel
geht man von Polyolefingranulat aus, welches vorzugsweise mitt
lere Durchmesser von 0,5 bis 5 mm aufweist. In einem Rührreaktor
werden 100 Gew.-Teile dieses Granulats in 100 bis 500 Gew.-Teilen
Wasser mit Hilfe eines Suspendierhilfsmittels dispergiert. Dann
wird ein Treibmittel in Mengen von vorzugsweise 2 bis 50 Gew.-Tei
len, bezogen auf 100 Gew.-Teile Polymer, eingepreßt und der
Reaktorinhalt aufgeheizt. Geeignete Treibmittel sind Kohlen
wasserstoffe, wie Butan, Halogenkohlenwasserstoffe, Alkohole so
wie CO2, N2 und NH3. Die Treibmittelzugabe kann dabei vor oder
während des Aufheizens (dazu gehören auch Haltezeiten) des Reak
torinhalts auf die Entspannungstemperatur erfolgen. Diese sollte
5°C unter bis 20°C über, vorzugsweise 2 bis 10°C über dem
Kristallitschmelzpunkt des Polyolefins liegen. Bei den bevorzug
ten Propylenpolymerisaten arbeitet man bei 110°C bis 180°C. Je
nach Menge und Art des Treibmittels sowie nach der Höhe der
Temperatur stellt sich im Reaktor ein Druck ein, der im allge
meinen höher als 2 bar ist und 100 bar nicht übersteigt. Durch
die Wahl der Imprägniertemperatur und des Treibmittels kann die
Schüttdichte der entstandenen EPO-Partikel gesteuert werden. Nach
Erreichen der Entspannungstemperatur wird der Reaktor entspannt,
wobei die Entspannung zweckmäßigerweise in einen Zwischenbehälter
erfolgt, in dem ein Druck von vorzugsweise 0,5 bis 5 bar
herrscht. Beim Entspannen des Reaktors erfolgt eine Expansion des
treibmittelhaltigen Polyolefin-Granulats, und es entstehen
EPO-Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 20 mm.
Die Schüttdichte der EPO-Partikel ist in weiten Grenzen zwischen
10 und 200 g/l einstellbar. Besonders geeignet sind EPO-Parti
kel mit verhältnismäßig niedrigen Schüttdichten zwischen 15 und
40 g/l. Die EPO-Partikel sind überwiegend geschlossenzellig und
besitzen eine Zellzahl von 1 bis 5000 Zellen/mm2,
insbesondere 10 bis 1500 Zellen/mm2.
Diese Schaumstoffpartikel werden nun in üblichen Formteilautoma
ten mit Hilfe von Wasserdampf in perforierten Werkzeugen mitein
ander verschweißt. Wesentlich ist, daß im Gegensatz zur üblichen
Formteilherstellung kein oder höchstens ein geringer Gegendruck
während des Füllvorgangs herrscht. Auf diese Weise wird die
erfindungsgemäß unvollständige Verschweißung erreicht. Der Anteil
an Hohlstellen, d. h., das Zwickelvolumen liegt zwischen 10 und
40%, vorzugsweise zwischen 20 und 38%. Eine geringe, wenigstens
punktuelle Verschweißung ist aber notwendig, damit ein zusammen
hängender Formkörper entsteht.
Bei einem anderen Herstellverfahren wird in einem Extruder das
Polyolefin aufgeschmolzen, und ein flüchtiges Treibmittel,
vorzugsweise wieder ein Kohlenwasserstoff, wird eingepreßt. Da
nach wird die treibmittelhaltige Schmelze an die Atmosphäre aus
gepreßt, wo sie aufschäumt. Der entstandene Schaumstoffstrang
wird dann zu Schaumstoffpartikeln zerkleinert, die im Falle des
Polyethylens zweckmäßigerweise einer Elektronenstrahlvernetzung
unterworfen werden. Dabei sind verhältnismäßig niedrige Schütt
dichten im Bereich von 10 bis 20 g/l erreichbar. Im Falle der Po
lyethylen-Schaumstoffpartikel kann die Halbzeugherstellung auch
auf einem luftdurchlässigen Transportband erfolgen, das einen
Heißluftkanal durchläuft.
Polystyrol-Schaumstoffpartikel werden nach einem anderen, eben
falls an sich üblichen und bekannten Verfahren hergestellt. Dazu
wird das monomere Styrol, gegebenenfalls im Gemisch mit anderen
olefinisch ungesättigten Comonomeren, Initiatoren, Hilfs- und Zu
satzstoffen in Wasser suspendiert und in Gegenwart von Suspen
sionsstabilisatoren polymerisiert. Die entstehenden Polystyrol
perlen werden abgetrennt, gewaschen und getrocknet. Die Zugabe
des Treibmittels kann dabei bereits während der Polymerisation
erfolgen; es ist jedoch auch möglich, das Treibmittel in einem
nachfolgenden Verfahrensschritt in die Polystyrolperlen einzu
bringen. Geeignete Treibmittel sind C4 -C8-Kohlenwasserstoffe,
vorzugsweise Pentan.
Die Verschäumung der Treibmittel enthaltenden Polystyrol-Partikel
erfolgt üblicherweise ebenfalls nach den im Stand der Technik be
kannten Verfahren, indem sie zunächst mit Wasserdampf in offenen
oder geschlossenen Vorschäumern in mehreren Stufen weitgehend
ausgeschäumt werden. Die vorgeschäumten Polystyrolpartikel weisen
im allgemeinen eine mittlere Partikelgröße von 1 bis 10 mm, ins
besondere von 2 bis 8 mm auf. Die bevorzugte Schüttdichte beträgt
10 bis 20 g/l. Die Herstellung von Formkörpern erfolgt in Block
pressen, wobei vorher in einem Mischer auf die Schaumstoffparti
keloberfläche ein Haftvermittler (z. B. Bitumen) aufgebracht wird.
In der Blockpresse werden die Schaumstoffpartikel unter leichtem
Gegendruck zu einem lockeren Verbund verschweißt.
Zur Herstellung von Akustikplatten mit den Abmessungen
900×400×140 mm wurden PP-Schaumstoffpartikeln mit einer mittleren
Schüttdichte von 28 g/l (Neopolen P 9230 der BASF AG) unter
Verwendung eines konventionellen Formteilautomaten druckpneu
matisch von einem unter 0,5 bar stehenden Behälter in ein perfo
riertes Formnest, das unter Atmosphärendruck stand, transpor
tiert. Die in loser Schüttung im Formnest befindlichen Schaum
stoffpartikeln wurden mit 2,8 bar Heißdampf von beiden Seiten je
3 sec querbedampft, wobei die Absperrventile in der Kondensatlei
tung geöffnet waren, und dabei punktförmig verschweißt. Nach dem
Abkühlen im Formnest konnte nach Öffnen der Formteilmaschine ein
quaderförmiges Formteil mit einer Dichte von 33 kg/m3 entnommen
werden, das eine relativ hohe Anzahl von Zwickeln (Fehlstellen
zwischen den punktförmig verschweißten Schaumstoffpartikeln) auf
wies. Der Zwickelanteil lag bei 35%. Der Schallabsorptionsgrad
nach DIN 52 215 im Frequenzbereich 1,25-2 KHz lag zwischen 75 und
90%.
Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, jedoch mit den Unterschie
den, daß zur Befüllung der unter Atmosphärendruck stehenden Form
kavität ein Differenzdruck zwischen Füllbehälter und Formnest an
gewandt wurde und die Querbedampfung mit 3,2 bar und einer Be
dampfungszeit von 4 sec erfolgte.
Das resultierende quaderförmige Formteil wies einen Zwickelanteil
von 25% auf. Der Schallabsorptionsgrad im Frequenzbereich
1,25-2 kHz lag zwischen 55 und 70%.
Aus PP-Schaumstoffpartikeln mit einer mittleren Schüttdichte von
17 g/l (Neopolen P 9220) wurden Akustikplatten mit den Abmessun
gen 300×200×60 mm auf einem konventionellen Formteilautomaten her
gestellt. Die Schaumstoffpartikel wurden pneumatisch in eine
unter Atmosphärendruck stehende perforierte Formkavität transpor
tiert. Die in loser Schüttung im Formnest befindlichen Schaum
stoffpartikeln wurden mit Heißdampf von 2,4 bar von beiden Seiten
je 3 sec querbedampft (bei geöffneten Absperrventilen in der Kon
densatleitung der Maschine). Dabei wurden die Schaumstoffpartikel
punktförmig verschweißt. Nach dem Abkühlen im Formnest konnte
nach Öffnen der Formteilmaschine ein quaderförmiges Formteil mit
einer Dichte von 24 kg/m3 entnommen werden. Der Zwickelanteil im
Innern des Formteiles betrug 30%. Der Schallabsorptionsgrad lag
im Frequenzbereich zwischen 1,25 und 2 kHz bei 80%.
PE-Schaumstoffpartikel (Neopolen E 1710 der BASF AG) mit einer
Schüttdichte von 13 g/l, die vorher physikalisch durch Elektro
nenbestrahlung vernetzt worden waren, wurden auf ein luftdurch
lässiges, umlaufendes Transportband (Bandbreite 1100 mm) ca.
200 mm hoch aufgeschüttet und durch einen Heißluftkanal
transportiert. Die Transportgeschwindigkeit betrug 1,6 m/min. und die
Umwälzluft im Heizkanal 160°C. Nach Verlassen des 6 m langen Ka
nals wurde ein punktförmig verschweißter zusammenhängender
Schaumstoffpartikelverbund erhalten, der ca. 40% Hohlstellen
aufwies. Der Schallabsorptionsgrad im Frequenzbereich 1,25 bis
2 kHz dieses Formteils (Dichte: 14 kg/m3) lag bei 85 bis 90%.
Claims (2)
1. Schallabsorbierender Schaumstoff-Formkörper mit einem
Schallabsorptionsgrad nach DIN 52 215 im Frequenzbereich von
0,5-4 KHz von 30-95%, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schaumstoff ein nicht vollständig verschweißter Polyole
fin- oder Polystyrol-Partikelschaumstoff mit einem Zwickelvolumen
zwischen 10 und 40% ist.
2. Schallabsorbierender Schaumstoff-Formkörper, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schaumstoff ein Polyethylen- oder Poly
propylen-Partikelschaumstoff ist.
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