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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung weicher Polyolefin-Schaumstoffe,
die eine teilweise aufgebrochene Zellstruktur haben.
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Zur
Herstellung von offenzelligem Kunststoffschaum wird in der japanischen
Patentanmeldung Kokoku 4-7989 (
JP 63 15 14 35 AA ) ein Verfahren beschrieben,
bei dem mit Nadeln perforierter Kunststoffschaum mit Quetschwalzen
behandelt wird oder bei dem Kunststoffschaum gleichzeitig einem
Perforationsvorgang und dem Quetschen zwischen Quetschwalzen unterworfen
wird Gemäß der japanischen
Patentanmeldung Kokai
JP 3-169622
AA wird offenzelliger Polyolefinschaum kontinuierlich zwischen
zwei Walzen gepreßt,
um den Anteil von offenen Zellen in dem Schaumstoff zu erhöhen.
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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.
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Die
US A 3240855 A 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
Polyurethan-Schaumstoffes und die Tendenz der frisch gespaltenen
Oberfläche
des Polyurethan-Schaumstoffes aus, an der Oberfläche einer dagegen gepreßten Walze
zu haften.
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US 5,705,115 A offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines Elements aus einem Kautschukschaummaterial,
bei dem ein Schaumkörper
einer Quetschung zwischen einem Walzenpaar unterzogen wird, wobei die
Spaltbreite zwischen den Walzen
10 bis 50% der Dicke des
der Quetschung unterzogenen bahnartigen Schaumkörpers beträgt.
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DE 3211697 A1 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung von offenzelligen Polyolefinschäumen, bei dem
ein Polyolefinschaum mit sehr niedrigem Vernetzungsgrad einer mechanischen
Deformierung unterzogen wird.
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DE 1905405 A offenbart
ein Verfahren zur Herstellung von weichen Polystyrolschaumstofffolien,
wobei eine Bahn des Schaumstoffs einer Kompressionsbehandlung und
anschließend
einer Dampfbehandlung unterzogen wird.
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DE 1504330 C2 offenbart
ein Verfahren zum Verändern
der Eigenschaften von Polyethylenschaumstoffen durch Zusammenpressen
einer Schaumstoffbahn aus vernetztem Polymer bei Raumtemperatur.
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Demgegenüber ist
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Polyolefin-Schaumstoff
mit nur teilweise aufgebrochener Zellstruktur zur Verfügung zu
stellen, der dadurch verbessertes Rückstellvermögen (aufgrund eines verbesserten
Druckverformungsrests) und erhöhte
Weichheit (aufgrund einer verminderten Druckfestigkeit in Abhängigkeit
vom Kompressionsgrad) besitzt.
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Es
wurde gefunden, daß diese
Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens zur Herstellung eines gequetschten Polyolefin-Schaumstoffes gelöst werden
kann, bei dem 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, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen
dem mindestens einem Paar von Walzen auf 3,75 bis 1% der ursprünglichen
Dicke der Schaumstoffbahn eingestellt ist.
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Der
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
erhaltene Polyoelfin-Schaumstoff ist noch nicht als offenzellig
zu bezeichnen, sondern wird als geschlossenzelliges Material betrachtet,
welches jedoch stark verbessertes elastisches Verhalten besitzt,
wie einen verbesserten Druckverformungsrest und einen weicheren Griff.
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Wenn
dieser Schaumstoff als lederartiges Material eingesetzt wird, hat
er einen weicheren Griff und im Fall eines Abdichtmaterials besitzt
er verbesserte Dichtungseigenschaften.
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Als
Ausgangsmaterial für
das erfindungsgemäße Verfahren
können
alle Arten von Polyolefinmaterialien eingesetzt werden, aus denen
mit Hilfe eines üblichen
Verfahrens ein geschlossenzelliger Schaumstoff produziert werden
kann. Geeignete 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-Kautschuke, Olefin-Copolymere, wie EVA
und Gemische dieser.
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Das
Ausgangsmaterial ist allerdings nicht auf die vorstehend beispielhaft
genannten Polyolefine beschränkt
und schließt
grundsätzlich
alle konventionellen Polyolefin-Schaumstoffe
mit geschlossenen Zellen ein.
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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 erfindungsgemäßen Quetschverfahrens
zum Aufbrechen der Zellen auf die Eigenschaften des Schaumstoffes
um so größer ist,
je stärker
der Expansionsgrad (Schäumungsgrad)
des Ausgangsmaterials ist.
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Die
Dicke der dem Quetschverfahren zu unterwerfenden geschäumten Polyolefinbahn
ist nicht eingeschränkt,
solange die Bahn durch den Spalt zwischen mindestens einem Paar
von Walzen geführt
werden kann.
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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.
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Der
auf die Bahn anzuwendende Druck muß ausreichen, damit mindestens
ein solcher Anteil an Zellen aufgebrochen wird, der zu einer merklichen
Verbesserung des Druckverformungsrestes 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.
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Der
Spalt zwischen den Walzen, die Gesamtgeschwindigkeit der Walzen
und der Unterschied in der Umfanggeschwindigkeit der Walzen bestimmen
gemeinsam den Quetschungsgrad (Grad des Aufbrechens). Diese Parameter
sollten derart festgelegt werden, 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.
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Eine
höhere
Gesamtgeschwindigkeit, eine stärkere
Differenz zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Walzen
und ein kleinerer Walzenspalt führen
zu einem stärkeren
Grad des Quetschens (Aufbrechens).
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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.
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Die
Geschwindigkeitsdifferenz der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen
kann einem Verhältnis
von 1 bis 5, stärker
bevorzugt von 1 bis 2 entsprechen.
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Der
Walzenspalt wird auf einen Wert festgelegt, der 3,75 bis 1% der
Dicke der ursprünglichen
Schaumstoffbahn, vorzugsweise 3,75 bis 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 eifern Punkt erreicht, an dem alle
Zellen so aneinander angenähert sind,
daß der
Schaumstoff zu einer Platte oder Folie verdichtet ist.
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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.
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Gemäß einer
spezifischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Ausgangsmaterial für die Stufe
des Quetschens ein Schaumstoff, der kleine Anteile an üblichen
Zusätzen
enthält.
Das Vorliegen solcher Zusätze
in den Zellwänden
macht den Schaumstoff mechanisch schwächer und erhöht so die
Wirksamkeit der Quetschstufe.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, offenzellige Schaumstoffe
durch Nadeln oder durch Laserperforation zu erzeugen. Auch erfindungsgemäß ist es
möglich,
Nadeln oder Laserperforation in einem sehr geringen Ausmaß anzuwenden,
wenn beabsichtigt wird, einen "atmenden" (breathable) Schaumstoff
herzustellen.
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Grundsätzlich jedoch
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Herstellung von Polyolefin-Schaumstoffen,
die lediglich eine teilweise aufgebrochene Zellstruktur haben und
die aber nicht wasserdurchlässig
sind.
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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 Automobil-
und Flugzeug-Innenausstattungen eingesetzt werden, die einen angenehmen
und komfortablen Griff haben, oder sie eignen sich als Dichtungsstreifen
mit hoher Abdichtwirksamkeit auf dem Bausektor.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird durch das nachfolgende Beispiel ausführlicher erläutert.
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BEISPIEL 1
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Ein
Polyolefinschaumstoff (Standard NA 3608 foam (A4-Proben)) – 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 Vu 15 m/min und die Geschwindigkeit der
unteren Walze Vl 12,5 m/min betrugen und
somit das Geschwindigkeitsverhältnis
Vu/V1 1,2 betrug.
Der Walzenspalt wurde auf D = 0,3 festgesetzt. Der so erhaltene
gequetschte Schaumstoff wurde einer Messung der Druckfestigkeit
nach dem Teststandard ISO 844 in Abhängigkeit der Kompression (%)
unterworfen.
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Die
beigefügte 1 zeigt
eine drastische Veränderung
der Druckfestigkeit des gequetschten Materials im Vergleich mit
dem Standardmaterial.
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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.
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Es
ist klar ersichtlich, daß bei
dem Schaumstoff, welcher dem erfindungsgemäßen Quetschverfahren unterworfen
wurde, die Druckfestigkeit extrem stark vermindert ist. Auf diese
Weise verhält
sich das Material mehr wie ein offenzelliges Material, welches typischerweise
eine niedrigere Druckfestigkeit als ein geschlossenzelliger Schaumstoff
hat. Andererseits jedoch sieht der erfindungsgemäß gequetschte Schaumstoff unter dem
Mikroskop nicht wie ein offenzelliger Schaum stoff aus, was bedeutet,
daß keine
große
oder feststellbare Schädigung
der Zellwände
verursacht worden ist.
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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 erwünschten
weichen Griff wie Wildleder besitzt.
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Andere
Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Ausgangsmaterial:
NA 3608 | | Vergleichsstandard | Gequetscht
(Spalt = 0,3 mm) |
| Maßeinheit | | |
Dichte | kg/m3 | 28,2 | 25,9 |
Dicke | mm | 8,0 | 8,7 |
bleibende
Verformung (0,5 h)
(24 h) | %
% | 15,0
7,5 | 5,0
2,2 |
Zugfestigkeit
(Laufrichtung)
(Querrichtung) | kPa
kPa | 237
170 | 155
155 |
Zugdehnung
(Laufrichtung)
(Querrichtung) | %
% | 176
142 | 164
164 |
Zugmodul
(Laufrichtung)
(Querrichtung) | MPa
MPa | 1,12
0,45 | 0,22
0,22 |
Quetschgeschwindigkeit | obere Walze
15 m/min, untere Walze 12,5 m/min |