DE19840203A1 - Verfahren zur Herstellung von gequetschtem Polyolefin-Schaumstoff - Google Patents

Abstract

Weiche Polyolefin-Schaumstoffe mit teilweise aufgebrochener Zellstruktur werden zur Verfügung gestellt, die einen weichen angenehmen Griff aufgrund einer verminderten Druckfestigkeit besitzen. DOLLAR A Diese Polyolefin-Schaumstoffe werden erhalten, indem ein geschlossenzelliges geschäumtes Polyolefin-Bahnmaterial durch den Spalt zwischen mindestens einem Paar von Walzen geführt wird, die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten besitzen, wodurch das Bahnmaterial gleichzeitig einer Kompression und einer Scherung unterworfen wird.

Description

Die Erfindung betrifft weiche Polyolefin-Schaumstoffe, die eine teilweise aufgebrochene Zellstruktur haben, und ein Ver­ fahren zu ihrer Herstellung.

Zur Herstellung von offenzelligem Kunststoffschaum wird in der japanischen Patentanmeldung Kokoku 4-7989 ein Verfah­ ren beschrieben, bei dem mit Nadeln perforierter Kunststoff­ schaum mit Quetschwalzen behandelt wird oder bei dem Kunst­ stoffschaum gleichzeitig einem Perforationsvorgang und dem Quetschen zwischen Quetschwalzen unterworfen wird.

Gemäß der japanischen Patentanmeldung Kokai 3-169622 wird offenzelliger Polyolefinschaum kontinuierlich zwischen zwei Walzen gepreßt, um den Anteil von offenen Zellen in dem Schaumstoff zu erhöhen.

Um einen noch höheren Anstieg des Gehalts an offenen Zellen zu erhalten, kann der Schaumstoff in Laufrichtung und in Querrichtung mit einer Dehnung von mehr als 1% verstreckt werden.

Die US-A-3240855 betrifft ein Verfahren zum Auflockern von dünnen Streifen eines flexiblen Polyurethan-Schaumstoffes, um den Schaumstoff in eine offenzelligere Struktur umzuwandeln. Bei diesem Verfahren wird ein Streifen eines Polyurethan- Schaumstoffes, der eine durch Spalten frisch freigelegte Oberfläche hat, in Kontakt mit einer Walze weitergefördert, die mit einer wesentlichen größeren Umfangsgeschwindigkeit bewegt wird, als die Vorlaufgeschwindigkeit des Streifens. Dieses Verfahren nutzt die spezifische Elastizität des Poly­ urethan-Schaumstoffes und die Tendenz der frisch gespaltenen Oberfläche des Polyurethan-Schaumstoffes aus, an der Oberflä­ che einer dagegen gepreßten Walze zu haften.

Demgegenüber ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Polyolefin-Schaumstoff mit nur teilweise aufgebrochener Zellstruktur zur Verfügung zu stellen, der dadurch verbesser­ tes Rückstellvermögen (aufgrund eines verbesserten Druckver­ formungsrests) und erhöhte Weichheit (aufgrund einer vermin­ derten Druckfestigkeit in Abhängigkeit vom Kompressionsgrad) besitzt.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens zur Herstellung eines gequetschten Polyolefin- Schaumstoffes gelöst werden kann, bei dem ein geschlossen­ zelliges geschäumtes Polyolefin-Bahnmaterial durch den Spalt zwischen mindestens einem Paar von Walzen geführt wird, die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten besitzen, wodurch das Bahnmaterial gleichzeitig einer Kompression und einer Scherung unterworfen wird.

Der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Polyolefin-Schaumstoff ist noch nicht als offenzellig zu be­ zeichnen, sondern wird als geschlossenzelliges Material be­ trachtet, welches jedoch stark verbessertes elastisches Ver­ halten besitzt, wie einen verbesserten Druckverformungsrest und einen weicheren Griff.

Wenn dieser Schaumstoff als lederartiges Material eingesetzt wird, hat er einen weicheren Griff und im Fall eines Abdicht­ materials besitzt er verbesserte Dichtungseigenschaften.

Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren können alle Arten von Polyolefinmaterialien eingesetzt wer­ den, aus denen mit Hilfe eines üblichen Verfahrens ein ge­ schlossenzelliger Schaumstoff produziert werden kann. Geeig­ nete Beispiele sind Polyethylene, wie Polyethylen niederer Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niederer Dichte (LLDPE), Polyethylen sehr niederer Dichte (VLDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polypropylen, Polyethylen/Polypropylen-Kau­ tschuke, Olefin-Copolymere, wie EVA und Gemische dieser.

Das Ausgangsmaterial ist allerdings nicht auf die vor­ stehend beispielhaft genannten Polyolefine beschränkt und schließt grundsätzlich alle konventionellen Polyolefin- Schaumstoffe mit geschlossenen Zellen ein.

Der Schäumungsgrad des Ausgangsmaterials kann innerhalb weiter Grenzen schwanken und kann im Bereich von 2 bis 50 liegen. Es ist festzustellen, daß die Wirkung des erfindungs­ gemäßen Quetschverfahrens zum Aufbrechen der Zellen auf die Eigenschaften des Schaumstoffes um so größer ist, je stärker der Expansionsgrad (Schäumungsgrad) des Ausgangsmaterials ist.

Die Dicke der dem Quetschverfahren zu unterwerfenden ge­ schäumten Polyolefinbahn ist nicht eingeschränkt, solange die Bahn durch den Spalt zwischen mindestens einem Paar von Wal­ zen geführt werden kann.

Üblicherweise werden Polyolefinschaummaterialien verwendet, die eine Dicke von 0,3 bis 15 mm haben. Der untere Grenzwert der Dicke hängt von der Vorrichtung ab (zu kurzer Abstand zwischen den Quetschwalzen), während der obere Grenzwert durch die Tatsache bestimmt wird, daß oberhalb dieses Wertes nicht mehr genügend Druck/Scherung angewendet werden kann, um ein ausreichendes Quetschen bzw. Aufbrechen der Zellen des Schaumstoffes zu erzielen, wenn der Schaumstoff zu dick ist.

Der auf die Bahn anzuwendende Druck muß ausreichen, da­ mit mindestens ein solcher Anteil an Zellen aufgebrochen wird, der zu einer merklichen Verbesserung des Druckverfor­ mungsrestes führt. Der Druck hängt von der Kontaktoberfläche während des Quetschverfahrens ab, die wiederum durch die Größe der Walzen, die Dicke des Bahnmaterials und die Art des Polymeren bestimmt wird.

Der Spalt zwischen den Walzen, die Gesamtgeschwindigkeit der Walzen und der Unterschied in der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen bestimmen gemeinsam den Quetschungsgrad (Grad des Aufbrechens). Diese Parameter sollten derart festgelegt wer­ den, daß eine maximale Änderung der Eigenschaften erreicht wird, ohne daß der Schaumstoff "optisch" ungünstig beeinflußt wird, d. h. ohne daß ein sichtbares Reißen der Haut verursacht wird.

Eine höhere Gesamtgeschwindigkeit, eine stärkere Differenz zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Walzen und ein kleinerer Walzenspalt führen zu einem stärkeren Grad des Quetschens (Aufbrechens).

Die Gesamtgeschwindigkeit der Walzen kann im Bereich von 1 bis 50 m/min und noch günstiger im Bereich von 5 bis 30 m/min liegen. Vorzugsweise beträgt sie etwa 10 bis 20 m/min.

Die Geschwindigkeitsdifferenz der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen kann einem Verhältnis von 1 bis 5, stärker bevorzugt von 1 bis 2 entsprechen.

Der Walzenspalt wird auf einen Wert festgelegt, der etwa 50 bis 1% der Dicke der ursprünglichen Schaumstoffbahn, vor­ zugsweise etwa 20 bis etwa 2% der Dicke der ursprünglichen Schaumstoffbahn, entspricht. Der genaue Wert hängt von dem Expansionsgrad und der Dicke des Ausgangs-Schaumstoffes ab, da die Komprimierbarkeit des Schaumstoffes eine Grenze an ei­ nem Punkt erreicht, an dem alle Zellen so aneinander angenä­ hert sind, daß der Schaumstoff zu einer Platte oder Folie verdichtet ist.

Das Bahnmaterial kann vor und nach dem Durchgang durch die Quetschwalzen verstreckt werden, um eine Faltenbildung zu verhindern. In diesem Fall kann das Material in Laufrichtung der Maschine und/oder in Querrichtung verstreckt werden.

Gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist das Ausgangsmaterial für die Stufe des Quetschens ein Schaumstoff, der kleine Anteile an üblichen Zusätzen enthält. Das Vorliegen solcher Zusätze in den Zell­ wänden macht den Schaumstoff mechanisch schwächer und erhöht so die Wirksamkeit der Quetschstufe.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, offenzellige Schaumstoffe durch Nadeln oder durch Laserperforation zu er­ zeugen. Auch erfindungsgemäß ist es möglich, Nadeln oder Laserperforation in einem sehr geringen Ausmaß anzuwenden, wenn beabsichtigt wird, einen "atmenden" (breathable) Schaum­ stoff herzustellen.

Grundsätzlich jedoch bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Polyolefin-Schaumstoffe, die lediglich eine teilweise aufgebrochene Zellstruktur haben und die aber nicht wasser­ durchlässig sind.

Die erfindungsgemäß erhaltenen "gequetschten" (crushed) Schaumstoffe haben einen weichen Griff und eine sehr niedere Druckfestigkeit, ohne daß sie offenzellige Schaumstoffe sind. Sie können vorteilhaft als Verkleidungsmaterial für Automo­ bil- und Flugzeug-Innenausstattungen eingesetzt werden, die einen angenehmen und komfortablen Griff haben, oder sie eig­ nen sich als Dichtungsstreifen mit hoher Abdichtwirksamkeit auf dem Bausektor.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch das nachfolgende Beispiel ausführlicher erläutert.

BEISPIEL 1

Ein Polyolefinschaumstoff (Standard NA 3608 foam (A4-Pro­ ben)) - d. h. ein Schaumstoff aus LDPE-Harz, der physikalisch mit Hilfe eines Elektronenstrahls vernetzt wurde und zu 99,9% aus geschlossenen Zellen besteht, mit einem Schäumungsgrad von 2,8 (28 kg/m³) und einer Dicke von 8 mm - wurde zwischen zwei Walzen gequetscht, wobei die Geschwindigkeit der oberen Walze V_u 15 m/min und die Geschwindigkeit der unteren Walze V_l 12,5 m/min betrugen und somit das Geschwindigkeits­ verhältnis V_u/V_l 1,2 betrug. Der Walzenspalt wurde auf D = 0,3 bzw. D = 0,5 festgesetzt. Die so erhaltenen gequetschten Schaumstoffe wurden einer Messung der Druckfestigkeit nach dem Teststandard ISO 844 in Abhängigkeit der Kompression (%) unterworfen.

Die beigefügte Fig. 1 zeigt eine drastische Veränderung der Druckfestigkeit der gequetschten Materialien im Vergleich mit dem Standardmaterial.

Die Standardkurve beginnt bei dem geschlossenzelligen Schaumstoff mit einem steilen Anstieg der Druckfestigkeit aufgrund der Deformation der Zellwände (offene und geschlossene Zellen) und durch weitere Membrandehnung. Die Kurve bildet dann in der sogenannten nicht-linearen Elastizitätsregion ein Plateau, d. h. in einem Gebiet, in dem die Zellwände gebogen werden. Diese Erscheinung tritt bei dem geschlossenzelligen und bei dem offenzelligen Schaumstoff auf. Nach dem Plateau erhöht sich die Druckfestigkeit äußerst schnell aufgrund der Verdichtung.

Es ist klar ersichtlich, daß bei dem Schaumstoff, wel­ cher dem erfindungsgemäßen Quetschverfahren unterworfen wurde, die Druckfestigkeit extrem stark vermindert ist. Auf diese Weise verhält sich das Material mehr wie ein offenzel­ liges Material, welches typischerweise eine niedrigere Druck­ festigkeit als ein geschlossenzelliger Schaumstoff hat. Ande­ rerseits jedoch sieht der erfindungsgemäß gequetschte Schaum­ stoff unter dem Mikroskop nicht wie ein offenzelliger Schaum­ stoff aus, was bedeutet, daß keine große oder feststellbare Schädigung der Zellwände verursacht worden ist.

Dieses Verhalten einer Verminderung der Druckfestigkeit mit der Kompression verleiht dem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gequetschten Schaumstoff einen weichen, angenehmen Griff. Durch Einstellen der Bedingungen des Quetschverfahrens ist es möglich, ein Material herzustellen, das einen er­ wünschten weichen Griff wie Wildleder besitzt.

Andere Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

BEISPIEL 2

Die Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei jedoch als Ausgangsmaterial der gleiche Polyolefin-Schaum­ stoff wie in Beispiel 1, jedoch mit einer Dicke von 5,9 mm verwendet wurde.

Außerdem betrug in diesem Beispiel die Geschwindigkeit der oberen Walze 17,5 m/min, die der unteren Walze 10 m/min und der Walzenspalt wurde auf 0,3 mm eingestellt.

Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines gequetschten Polyolefin- Schaumstoffes, bei dem eine Bahn aus einem geschlossenzelli­ gen Polyolefin-Schaumstoff durch den Spalt zwischen minde­ stens einem Paar von Walzen geführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Walzen mit unterschiedlichen Umfangsge­ schwindigkeiten rotieren, so daß die Schaumstoff-Bahn gleich­ zeitig einer Kompression und einer Scherung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Spalt zwischen dem mindestens einem Paar von Walzen auf 50 bis 1% der ursprünglichen Dicke der Schaumstoffbahn eingestellt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen in dem mindestens einem Paar von Walzen 1 bis 5 beträgt.