DE2008126A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaum stoff Formkorpern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Schaum stoff FormkorpernInfo
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Description
Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG
Unser Zeichen: -Q.Z. 26 627 ER/AH
6700 Ludwigshafen, 20.2.1970
Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen oder
diskontinuierlichen Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Styrolpolymerisaten mit verkürzter Mindestformverweilzeit.
Polystyrol.—Schaumstoff e werden üblicherweise aus vorgeschäumten,
d.h. aus bereits geschäumten, aber noch treibmittelhaltigen und
daher noch weiter blähfähigen PolystyrOlteilchen so hergestellt,
daß die Teilchen in doppelwandigen Formen mit perforierten
Innenwänden durch kurzfristiges Einleiten von Wasserdampf mit einem Druck von 0,5 bis 1,2 atu ausgeschäumt,; d.h. weiter expandiert
und gleichzeitig unter dem inneren Expansionsdruek
miteinander versintert werden. Danach muß, der Schaumstoff so'
lange in der Form verbleiben, bis der Innendruck, der gebildet
wird von Wasserdampf, Treibmittel und Luft, abgesunken und
die Temperatur so weit abgefallen ist, daß der entformte Schaumstoff-Formkörper
maßhaltig bleibt. Die da au mindestens: erforderliche
Zeit wird die "Mindestformverweilzeit" genannt. Während
des Bedampfens. und des Abkühlens tritt eine mehr oder weniger
starke Materialverschiebung zur Formwand hin ein, so daß: sich
an der Schaumstoff-Oberfläche eine verdichtete "Schwärt©" ausbildet.
Biese behindert den Abbau des Überdruckes aus dem Schaumstoff
und bedingt somit relativ lange Verweilzeiten in der Form.
Die Mindestformverweilzeit ist ausschlaggebend für die Produktionskapazität
einer gegebenen Anlage. Deshalb besteht größtes,
Interesse daran, die Mindestformverweilzeit möglichst klein zu
halten. Außerdem ist man im allgemeinen an einer möglichst
gleichmäßigen Dichteverteilung im Schaumstoff-Formkörper interessiert,,
da man sonst z.B. beim .Sehne.iden von Platten aus Schaumstoff-Blöcken
Platten ungleicher Qualität erhält. ■
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung von..Schaumstoff-Formkörpern mit möglichst
gleichmäßiger Dichteverteilung und möglichst kurz,er
Mindestf ormverw,eilzeit vorz u schlagen.
- 2 - O.Z. 26 627
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, indem man vorgeschäumte, noch blähfähige, thermoplastische
Styrolpolymerisatteilchen durch Erhitzen derselben in nicht gasdicht schließenden Formen oder (bei kontinuierlicher Arbeitsweise)
Kanälen auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Kunststoffes ausschäumt, wenn man während der an das Erhitzen
anschließenden Kühlzeit ein Gas (vorzugsweise Luft) in die Form preßt und dessen Druck dem jeweiligen Blähdruck des Schaumstoffs
ständig ungefähr anpaßt.
Naheliegend wäre, den Abbau des Blähdrucks durch Anlegen eines Unterdrucks, also quasi durch Absaugen der Dämpfe und der Luft
im Schaumstoffinnern, zu beschleunigen. Derartige Verfahren
sind auch schon vorgeschlagen worden. Insofern wäre zu erwarten, daß durch einen von außen angelegten Überdruck der Druckabbau
verlangsamt würde. Tatsächlich ist jedoch das Gegenteil der Fall: der von außen angelegte Gas- bzw. Luftdruck verhindert, daß
der Schaumstoff an die Formwände angepreßt wird, so daß der Wasserdampf den Formkörper ungehindert verlassen kann und die
Abkühlung sowie der Abbau des Innendrucks dadurch beschleunigt wird. Außerdem wird der unmittelbare Wärmeübergang von der
heißen Formwand auf den Schaumstoff mangels direkten Kontaktes zwischen beiden weitgehend unterbunden. Dadurch und infolge des
raschen Druckabbaus wird die Schwartenbildung vermindert und somit eine gleichmäßigere Dichte des Schaumstoff-Formkörpers erzielt.
Es kann jedes beliebige Gas eingepreßt werden, das unter den
Schäumbedingungen gegenüber dem Kunststoff und gegenüber der Maschine inert ist. Bevorzugt wird Luft.
Das Verfahren ist zur Herstellung von Schaumstoff-Blöcken geeignet,
aber auch bei der Herstellung von Formkörpern auf Schäumautomaten anwendbar. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der an sich bekannten kontinuierlichen Herstellung von Schäumstoff-Bahnen.
Das Prinzip des Verfahrens und der dazu benutzten Vorrichtung sei anhand der schematischen Figur kurz erläutert. Es handelt
eich um einen vertikalen Schnitt durch die Maschine. Das Kernstück
ist der Kanal 1, den der Schaumstoff durchläuft. Seine
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- 3 - ,, ,0.Z., 26 627 .
obere und untere Wand wird von Je einem über die Umlenkwalzen
umlaufenden, perforierten Metallband 2 gebildet.. Diese Bänder
könnten auch durch bewegliche Platten oder Gliederbänder o.a.
ersetzt werden; es kommt nur darauf an, daß die Wände beweglich sind. - ■
Die Seitenwände/können ebenfalls beweglich oder vorzugsweise fes't
angeordnet sein. Im letztgenannten Fall sollten sie im Vergleich
zu den beweglichen Wänden relativ schmal und die dem Schaumstoffstrang
zugekehrte Oberfläche .glatt sein, damit die Reibung des
SchäumstoffStrangs an ihnen gering bleibt.
Selbstverständlich könnte das System auch um 9O0C um die Längsachse
gedreht werden, so daß die beweglichen Wände 2 sich auf
den Seiten und die vorzugsweise fest angeordneten Wände an den
Schmalseiten des Kanals sich oben und unten befänden.
Die Bänder laufen an Druckkammern 5 entlang, von denen je 2 sich
oben und unten gegenüberliegende miteinander verbunden sind.,Sie
schließen die Druckkammern 5 gegen den Kanal 1 hin - jedoch
nicht gasdicht - ab. Die Größe und Zahl der Kammern 5 kann in
weiten Grenzen den jeweiligen Gegebenenheiten und Zwecken; entsprechend
angepaßt werden.. :. ,
Durch den Einfülltrichter 4 werden die vorgeschäumten Folymerieatteilchen
eingefüllt und τοη den umlaufenden Bändern 2 durch
die Maβchint hindurchbewegt. In dtr Druckaufbauaone 6 etrömt
ihnen dtr in dl· Kaiser 7 eingeleitet· und durch die perforierten Binder in den Kasal eingedrungene Da«pf entgegen. Die Teilchen echäueen dabei weiter auf und Teraintarn eiteinander, wodurch al« ein· Sperr· für den Dampf bilden, eo daß dieaer nicht
nach hinten aua den Kanal entweichen kann. Ea entsteht eo «in
Schaumstoffetrang, der sich infolge des inneren Blähdrucke
•wischen den vorwärt β laufenden Bändern verkleaart und daher τοη
dieeen mitgeführt wird. Er pasaiert dann die Kaamer 8, dia Bit
de* Überatröanrantil 10 verbunden ist. Diese« let auf einen etwas niedrigeren Druck als den in der vorhergehenden Leaver 7
herrschend sm Iempfdruck und den Ux der folgendet» faaaer 9 herrschenden Gasdruck eingeatellt. Auf diese Weise wird ein direkteβ
Veraischen (außer durch den Schaumstoffstreng hindurch) dea
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ORIGINAL
- 4 - O.Z. 26 627
In die Kammer 9 wird Gas, vorzugsweise Luft, mit dem gleichen Druck wie der Dampf bei 7, beispielsweise 0,8 atü, eingepreßt.
Abgesehen von geringen Dichtungsverlusten, die durch das Überströmventil 10 entweichen, kann das eingepreßte Gas nur in Bewegungsrichtung
der Bänder und des Schaumstoffstranges abströmen. Es stellt sich selbsttätig ein Druckgradient von der Kammer 9
bis zur letzten Kammer ein. Da die perforierten Bänder lose an den Schotten zwischen den Kammern vorbei laufen, werden sie in
Abhängigkeit von dem Verhältnis des Luftdrucks zum Blähdruck des Schaumstoffs entweder an die Schotten angepreßt oder von
ihnen abgehoben. Im letztgenannten Fall entweicht so viel Gas, bis der Gasdruck so weit abgefallen ist, daß er gleich dem
Blähdruck des Schaumstoffs ist. Der Schaumstoffstrang wirkt ψ also als Regelventil und sorgt dafür, daß der Gasdruck stets
dem Blähdruck entspricht. Durch Abkühlung und Diffusionsvorgänge fällt dieser Druck bis zur letzten Kammer allmählich ab.
Durch das Luftpolster, das sich im Spalt zwischen den Bändern einerseits und den Querschotten sowie den zweckmäßig eingebauten,
in der Figur der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichneten Längsführungsleisten für die Bänder andererseits aufbaut, werden
die Reibungskräfte und somit auch die Zugkräfte im Band wesentlich verringert. Dadurch vereinfacht sich die Konstruktion
der Maschine.
Gleichzeitig wird aber auch die Reibung zwischen dem Schaumstoffstrang
und den beweglichen Kanalwänden vermindert. Dies ist insofern unerwünscht, als der Schaumstoffstrang von den beweglichen
Kanalwänden mitgeführt werden und sich mit gleicher Geschwindigkeit wie diese fortbewegen soll. Damit sich in der
Zone 6 und 7 ein Druck aufbauen kann, muß der in der zweiten Kanalhälfte befindliche Schaumstoffstrang einen entsprechenden
Gegendruck ausüben können, und dazu ist eine gewisse Mindestreibung des Schaumstoff Strangs an den beweglichen V/änden erforderlich.
Aus diesem Grund reichen die Druckkammern 5 nicht bis zum Kanalende. Hinter der letzten Kammer kann das eingepreßte
Gas (Luft) durch die Perforation der beweglichen Wände entweichen, so daß im letzten Teil des Kanals der Schaumstoffstrang
direkt an den beweglichen Wänden anliegt. Je nach der Höhe des Drucks, der in der Zone 6 aufgebaut werden soll, kann
109838/U39 _5_
- 5 - O.Z. 26 627
21008126
diese letzte Kanalstrecke, die frei von dem Gaspolster ist, kurzer oder länger bemessen werden.
Die beiden restlichen Wände.,, die vorzugsweise fest angeordnet
sind und zusammen mit den beiden beweglichen Wänden den Kanal
bilden, können so gestaltet sein, daß sie dem Schaumstoffstrang
ein seitliches Profil verleihen, beispielsweise Nut und Jeder.
Unter Styrolpolymerisaten werden Polystyrol und Mischpolymerisate des Styrols, die mindestens 50, vorzugsweise mindestens 70
Gew.$ Styrol einpolymerisiert enthalten, ,verstanden. Als Mischpolymerisationskomponente kommen äthylenisch ungesättigte, copolymerisierbare
Verbindungen in Betracht, z.B* (^-Me thy I styrol,
kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole mit 1 bis 4
Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Acrylnitril, Methacryl- .
nitril, Ester der Acrylsäure, Methacrylsäure oder Fumarsäure aus Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, auch Butadien
oder.N-Vinylverbindungen, wie R-Vinylcarbazol, N-Vinylpyridin
oder auch geringe Mengen (unter 0,5 Gew.$) an Divinylverbindungen,
wie Butandioldiacrylat oder Divinylbenzol,
Die Styrolpolymerisate umfassen auch schlagfeste StyrolpOlymere,
wie sie z.B. durch Polymerisation von Styrol oder" Gemischen von
Styrol mit anderen äthylenisch ungesättigten, copolymerisierbaren Monomeren in Gegenwart feinverteilter, vorzugsweise eopolymerisierbare
Doppelbindungen enthaltender EIas%'omerer erhältlich sind* "'"* ■"'■■■..■."' ; : ■■ -"'
Als Treibmittel sind unterhalb des Erweichungspunktes der Styrolpolymerisate
siedende und diese nicht lösende, aber in dem Btyrolpolymerisat
homogen verteilbare Flüssigkeiten geeignet. Vorzugsweise werden die dafür üblichen Kohlenwasserstoffe, wie Butan,
Pentan, Hexan, Petroläther sowie HaiogenkOhlenwasserstoffe, wie
z.B. Methylchlorid, Difluordichlormethan, Difluörmethaii, 1,2,2-Trifluor-1,1,2-trichloräthan,
1,1,1-Trifluoräthan, A'thylfluorid
oder Mischungen derselben verwendet. -
Selbstverständlich können die vorgeschäumteh Styrolpolymerisatteilchen
noch andere Zusatzstoffe enthalten, wie -Farbstoffe, Füllstoffe,
Stabilisierungsmittel und Flammschutzmittel,^ wobei die ·
letztgenannten ihrerseits aus mehreren Bestandteilen zusammenge-
- 6 - O.Z. 26 627
2UÜÖ126
setzt sein können, z.B. aus Halogen-, insbesondere Bromverbindungen
in Kombination mit synergistisch wirkenden Zusätzen.
Ca. 6 Gew.?i Pentan als Treibmittel enthaltende Polystyrolteilchen
mit einem Perldurchmesser von 1 bis 2 mm werden mit einem handelsüblichen, kontinuierlichen Vorschäumgerät auf ein Schüttgewicht
von 20 g pro Liter vorgeschäumt und nach einer Zwischenlagerungszeit von 24 Stunden in einer Schäumform mit den Innenabmessungen
1 mx 0,5 mx 0,25 m zu zwei Blöcken ausgeschäumt.
Block 1 wird herkömmlich, d.h. ohne anschließende Luftzufuhr
* ausgeschäumt. Block 2 hingegen wird erfindungsgemäß hergestellt,
d.h. unmittelbar nach dem Erhitzen (mittels Dampf) wird Luft von 0,7 atü in die Form-gepreßt« Im Verlauf von 11 Minuten wird
der Luftdruck auf 0#> atü gesenkt, entsprechend dem Abfall des
Innendrucks im Schaumstoff.
Die Ausschäumbedingungen (Dampfkammerdruck 0,6 atü; Bedampfungszeit
30 Sekunden) sind in beiden Fällen gleich.
Unterschiede ergeben sich hinsichtlich der Dichteverteilung. Bei Block 1 reichen die Extremwerte von 21 kg pro m am Rand
bis 15,2 kg pro m in der Mitte. Bei Block 2 liegen die Extremwerte
zwischen 19,3 und 17,5 kg pro m .
Unterschiedlich ist auch die Mindestformverweilzeit. Sie beträgt bei Block 1 ca. 16, bei Block 2 11 Minuten. Als Mindestformverweilzeit
(oder Druckabbauzeit) wird die Zeit definiert, gemessen ab Beendigung der Bedampfung,in der der Blockinnendruck
den Druck 0,05 atü erreicht. Der Druckabbau wird mit einem Sondenrohr, das in den Schaumstoff eingeführt wird und zu einem
Manometer außerhalb der Form führt, unmittelbar verfolgt.
-7-109838/1439
Claims (1)
- -7- O.Z. 26..-·-.-.. Patentansprüche -------Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus vorgeschäumten, noch blähfähigen, Icleinteiligen Styrolpolymerisaten durch Erhitzen derselben in nicht gasdicht schließenden Formen oder Kanälen'auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes der Styrolpolymerisate, dadurch gekennzeichnet« daß während der Druckabbauzeit nach dem Erhitzen ein Gas in die Form gepreßt wird, dessen.Druck stets dem Blähdruck des Schaumstoff-Formkörpers ungefähr angepaßt ist.Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem Kanal mit mindestens zwei beweglichen,.gasdurchlässigen Wänden, die eine Heiz- und anschließend eine Kühlzone passieren, sowie einer Einfüllvorrichtung für das in den Kanal einzuführende Kunststoffgranulat, dadurch gekennzeichnet,- daß die beweglichen,. gasdurchlässigen Wände zum Kanal hin den einzigen Abschluß von entlang dem Kanal angeordneten Druckkammern bilden.Zeichn. Badische Anilin-& Soda-Fabrik AG-109838/U39L..7.I,.
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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