DE2008126B2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schaumstoff-formkoerpern - Google Patents

Description

35 Druckabbauzeit ein Gas (vorzugsweise LuIt) in die

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinu- Form preßt und dessen Druck dem jeweiligen BIdIi-

ierlichen oder diskontinuierlichen Herstellung von druck des Schaumstoffs ständig ungefähr anpaßt.

Schaumstoff-lormkörpern aus vorgeschäumten noch Naheliegend wäre, den Ai o:ui des Blähdruck

blähfähigen, kleinteiligen Stvrolpoh mcrisaten durch durch Anlegen eines Unterdruck*, also quasi durch

Erhitzen desselben in nicht gasdicht schließenden 40 Absaugen der Dämpfe und der Luft im Schaumstoir-

Formen oder Kanälen auf Temperaturen oberhalb innern. zu beschleunigen. Derartige Verfahren sind

des Erweichungspunktes des Styrolpolvmerisats. auch schon vorgeschlagen worden. Insofern wäre zu

Polystyrol-Schaumstoffe werden üblicherweise aus erwarten, daß durch einen von außen angelegten

vorgeschäumten, d.h. aus bereits geschäumten, aber überdruck der Druckabbau verlangsamt würde. Tat-

noch treibmittelhaltigen und daher noch weiter bläh- 45 sächlich ist jedoch das Gegenteil der Fall: der von

fähigen Polystyrolteilchen so hergestellt, daß die außen angelegte Gas- bzw. Luftdruck verhindert, daß

Teilchen in doppelvvandigen Formen mit perforierten der Schaumstoff an die Formwände angepreßt wird,

Innenwänden durch kurzfristiges Einleiten von Was- so daß der Wasserdampf den Formkörper ungehin-

serdampf mit einem Druck von 0.5 bis 1.2 atü ausge- dert verlassen kann und die Abkühlung sowie der

schäumt.d. h. weiter expandiert und gleichzeitig unter 50 Abbau des Innendrucks dadurch beschleunigt wird,

dem inneren E.xpansionsdruck miteinander versinten Außerdem wird der unmittelbare Wärmeübergang

werden. Danach muß der Schaumstoff so lange in von der heißen Formwand auf den Schaumstoff man-

der Form verbleiben, bis der Innendruck, der gebil- gels direkten Kontaktes zwischen beiden weitgehend

det wird von Wasserdampf. Treibmittel und Luft, ab- unterbunden. Dadurch und infolge des raschen

gesunken und die Temperatur so weit abgefallen ist. 55 Druckabbaus wird die Schwartenbildung vermindert

tlaß der entformte Schaumstoff-Eormkörper maßhal- und somit eine gleichmäßigere Dichte des Schaum-

tig bleibt. Die dazu mindestens erforderliche Zeit stoff-Formkörpers erzielt.

wird die »Minde.stl'ormverweilzeit« genannt. Wan- Es kann jedes beliebige Gas eingepreßt werden,

rend des Bedampfens und des Abkühlens tritt eine das unter den Schäumbedingungen gegenüber dem

mehr oder weniger starke Materialverschiebung zur 60 Kunststoff und gegenüber der Maschine inert ist. Be-

Formwancl hin ein, so daß sich an der Schaumstoff- vorzugt wird Luft.

Oberfläche eine verdichtete »Schwarte« ausbildet. Das Verfahren ist zur Herstellung von Schauin-

Diese behindert den Abbau des Überdruckes aus stoff-Blöckcn geeignet, aber auch bei der Herstel-

dem Schaumstoff und bedingt somit relativ lange lung vcn Formkröpcrn auf Schäumautomaten an-

Verweilzciten in der Form. 65 wendbar. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren bei

Die Miiidestformverweilzeit ist ausschlaggebend der an sich bekannten kontinuierlichen Herstellung

für die Produktionskapazität einer gegebenen An- von Schaumstoff-Bahnen. Das Prinzip des Verfall·

lage. Deshalb besteht größtes Interesse daran, die rens und einer dazu benutzten Vorrichtung sei an

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Hand der schematischen Fiuur kurz erläutert. Hs gleich dem Blähdruck des Schaumstolis ist. Der handelt sich um einen vertikalen Schnitt durch die Schaumstoffsirang wirkt also als Regelventil und Maschine. Das Kernstück ist der Kanal 1. den der sorgt dafür, daß der Gasdruck stets dem Blahdruck Schaumstoff durchläuft. Seine obere und untere entspricht. Durch Abkühlung und Diffusioiisvor-Wand wird von je einem über die Umlenkwalze!! 3 ."> gänge fällt dieser Druck bis zur letzten Kammer allumlaufenden, perforierten Metallband 2 gebildet. mählich ab.

Diese Bänder können auch durch bewegliche Plat- Durch das Luftpolster, das sich im Spalt zwischen

ten oder Gliederbänder od. ä. ersetzt werden: es den Bändern einerseits und den Querschotten sowie

kommt Mir darauf an. daß die Wände beweglich den zweckmäßig eingebauten, in der Figur der Lber-

sind. ίο sichtlichkeit halber nicht eingezeichneten Längsfüh-

Die Seilenwände können ebenfalls beweglich oder rungsleisten für die Bänder andererseits aufbaut, vorzugsweise fest angeordnet sein. Im letztgenannten werden die Reibungskräfte und somit auch die Zug-Fall sollten sie i'ii Vergleich zu den beweglichen kräfte im Band wesentlich verringert. Dadurch ver-Wäiulen relativ schmal und die dem Schaumstoff- einfacht sich die Konstruktion der Maschine,
strang zugekehrte Oberfläche «lall sein, damit die 15 Gleichzeitig wird aber auch die Reibung zwischen Reibung des Schaumsioffstraniis an ihnen eerinsi dem Schaiimstoffstrang und den beweglichen Kanalbleibi. wunden vermindert. Dies isl insofern unerwünscht.

Selbstverständlich könnte das System auch um '- der Sehaumsioffstranü von den beweglichen Ka-

'"' C um die Längsachse ücdrehl werden, mi dal.' nalwändeii milgetühr! wird und sich mit gleiche:'

the beweglichen Wände 2 sich auf den Seiten und die 20 Geschwindigkeit wie dies.· fortbewegen soll. Damit

vorzugsweise lest angeordneten Wände an den sich in der Zone (1 und 7 ein Druck aulbauen kann.

Schmalseiten des Kanals sich oben und unten befän- muß der in der zweiten Kanalhällte beündliche

ilen. Schaumstoffsirang einen entsprechenden Gegendruck

Die Bänder laufen an Druckkammern 5 entlang. ausüben können, und dazu i^i eine gewisse MmdeM-

\on denen je 2 sich oben und unten geaenüberlie- 25 reibung des Schaunistoffstrangs an den beweglichen

senile miteinander verbunden sind. Sie schließen die Wänden erforderlich. Aus diesem Grund reichen die

Druckkammern 5 liegen den Kanal 1 hin — jedoch Druckkammern 5 nicht bis zum Kanaleiule. Hintei

nicht gasdicht — ab. Die Grüße und Zahl der Kam- der letzten Kammer kann das eingepreßte Gas (LuIt)

ü.ern 5 kann in weilen Grenzen den jeweiligen Gene- durch die Perforation der beweglichen W ^nde eiu-

beiiheiien und Zwecken entsprechend an»epa''t wer- 30 weichen, so daß im letzten Teil des Kanals der

den. Schaiimstoffstrang dirctU an den beweglichen Wän-

Diirch den Hiiifülllrichter 4 werden die vorge- den anliegt. Je nach der i lohe des Drucks, der in dei

■•ehäumien Polymerisatteilchen eingefüllt und von Zone 6 aufgebaut werden soll, kann diese letzte Ka-

den umlaufenden Bändern 2 durch die Maschine hin- nalstrecke. die Ire' von dem Gaspolster ist. kürze;

durchbewegt. In der Druckaufbauzone 6 strömt ih- 35 oder länger bemessen werden.

neu der in die Kammer 7 eingeleitete und durch die Die beiden restlichen Wände, die vorzugsweise IcnI perforierten Bänder in den Kanal eingedrungene angeordnet sind und zusammen mit den beiden be-DaIIi]I. entgegen. Die '!"eilchen schäumen dabei wei- weglichen Wänden den Kanal bilden, können so geler auf und versiniern miteinander, wodurch sie eine staltet sein, daß sie dem Schaumstollstrang ein seiih-Sperre für den Dampf bilden, so daß dieser nicht 40 dies Profil verleihen, beispielsweise Nut und Feder,
nach hinten aus dem Kanal entweichen kann. Hs ent- Unter Styrolpoly merisa'.en werden Polystyrol und steht so ein Schaumsioffstrang, der sich infolge des Mischpolymerisate des Styrols. die mindestens 5(1. inneren Blähdrucks zwischen den vorwärts laufenden vorzugsweise mindestens 70 Gewichtsprozent Styrol Bau lern verklemmt und daher von diesen milgel'ührt einpolymerisiert enthalten, verstanden. .Als Mischpowird. Hr passiert dann die Kammer 8. die mit dem .',5 Iy merisationskomponente kommen äthylenisch umiei berströmventil 10 verbunden ist. Dieses isl auf sättigte, copolymerisierbare Verbindungen in Beeinen etwas niedrigeren Druck als den in der vorher- tracht. z. B. λ-Meihy !styrol, kernhalogenierte Styrole, gehenden Kammer 7 herrschenden Dampfdruck und kernalkylijrte Styrole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen i\un in der folgenden Kammer 9 herrschenden Gas- in der Alkylgruppe. Acrylnitril. Methacrylnitril, di uck eingestellt. Auf diese Weise wird ein direktes 50 F.ster der Acrylsäure. Methacy rlsäure oder Funiar-Vermischen (außer durch den Schaumsloffstrang säure aus Alkoholen mit 1 bis 1(1 Kohlenstoffatomen, hindurch) des Dampfes mit dem in die Kammer 9 auch Butadien oder N-Vit,y !Verbindungen, wie eingepreßten Gas vermieden. N-Viny lcarbazol. N-Viny Ipy ridin oder auch geringe

In die Kammer^ wird Gas. vorzugsweise Luft, mit Mengen (unter 0.5 Gewichtsprozent) an Divinylver-

dem gleichen Druck wie der Dampf 7. beispielsweise 55 bindiingen. wie Butandioldiacry lat oder Divinylben·

(I.S atü. eingepreßt. Abgesehen von geringen Dich- /öl.

IiiiiaNverliiitcn. die durch das Überströmventil Die Styrolpolmerisaie umfassen auch schlagfeste 10 entweichen, kann das eingepreßte Gas nur in Be- Styrolpolmere. wie sie z.B. duroh Polymerisation wegungsrichtung der Bänder und des Schaumstoff- von Styrol oder Gemischen .on Styrol mit anderen stranges abströmen. Hs stellt sich selbsttätig ein 60 äthylenisch ungesättigten, copolymerisierharcn Mo-Druckgradient von der Kammer9 bis zur letzten iiomeren in Gegenwart feinverteilter, vorzugsweise Kammer ein. Da die perforierten Bänder lose an den copolymerisierbare Doppelbindungen enthaltender Schotten zwischen den Kammern vorbeilaufen, wer- Hlastomerer erhältlich sind.

den sie in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Als Treibmittel sind unterhalb des Hrvveichungs-

Luftdrucks zum Blahdruck des Schaumstoffs cntwe- 65 punktes der Sty copolymerisate siedende und diese

der an die Schoten angepreßt oder von ihnen abgc- nicht lösende, aber in dem Styrolpolymerisat homo-

hoben. Im letztgenannten Fall entweicht so viel gen verteilbare Flüssigkeiten geeignet. Vorzugsweise

Gas. bis der Gasdruck so weil abgefallen ist. daß er werden die dafür üblichen Kohlenwasserstoffe, wie

Butan. Pentan. Hexan. Petrolälher sowie HalogenkohlcnwasscrstolTe. z. B. Mctliychlorid. Ditluordichlormcthan. Difliiormethan. 1. 2. 2-Trifluor-l. 1. 2-trichloräthan. 1. 1. 1-Trifluoräthan. Athyltliiorid oder Mischungen derselben verwendet.

Selbstverständlich können die vorgeschäumten Styrolpolymcrisatteilchcn noch andere Zusatzstoffe enthalten, wie Farbstoffe. Füllstoffe. Stabilisierungsmittel und Flammschutzmittel, wobei die letztgenannten ihrerseits aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt sein können, z.B. aus Halogen-, insbesondere Bromverbindungen in Kombination mit synergistisch wirkenden Zusätzen.

Beispiel 1

Etwa 6 Gewichtsprozent Pentan als Treibmittel enthaltende Polystyrolteilchen mit einem Perldurchmesser von I 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 m ■ 0,5 m>'0,25 m zu zwei Blöcken ausgeschäumt.

Block 1 wird herkömmlich, d. h. ohne anschließende Luftzufuhr, ausgeschäumt. Block 2 hingegen wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt, d. h.. unmittelbar nach dem Erhitzen (mittels Dampf) wird Luft von 0,7 atü in die Form gepreßt. Im Verlauf vnn 11 Minuten wird der Luftdruck auf 0.05 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^:1 am Rand bis 15,2 kg pro m³ 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 I etwa 16. bei Block 2 11 Minuten. Als Mindestformverweilzcit (oder Druckabbauzeit) wird die Zeit definiert, gemessen ab Beendigung der Bedampfung, in der der Blockinnen- b druck 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.

Beispiel2

Es wird eine Maschine zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumpolyslyrolsträngen gemäß der Skizze mit folgenden Daten verwendet:

Gesamtlänge des Kanals (1) 8.2 m

davon Druckabbauzone (im Anschluß an die Zwischenkammer 10) 5.1 in

Höhe des Kanals (= Dicke des erzeugten Schaumstoffstrangs) 3 cm

Breite des Kanals 50 cm

Die Bandumlaufgcschwindigkeit wird auf 3 m pro Minute eingestellt; der Dampfdruck in der Dampfkammer? auf 0.6 atü; das Überströmventil 10 aul 0.5 atü und der Luftdruck in der ersten Druckkammer 9 auf 0,7 atü. Durch den Einfülltrichter 4 rieselr vorgeschäumte Polystyrolperlen vom Schüttgewichi 15 g pro Liter laufend nach. Man erhält einen gu¹ verschweißten und formstabilen Schaumpolystyrol· strang. Dieser wird durch einen mit dem Strang mit laufenden Glühdraht zu Stücken beliebiger Läng( zerschnitten.

Vergleichbare Maschinen herkömmlicher Bauart also ohne Druckkammern 9 und 5, sind sehr viel aut wendiger gebaut, da die Bänder den gesamten Blähdruck aufnehmen müssen, erfordern mehr Wartuni und Bedienung und haben bei gleichen Dimensionei nur etwa zwei Drittel der Produktionskapazität.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Mindestformverweilzeii möglichst klein zu halten. Patentansprüche: .Außerdem ist man im allgemeinen an einer möglichst gleichmäßigen Dichteverteilung im Schaumstoft-

1. Verfahren zur kontinuierlichen oder diskon- Formkörper interessiert, da man sonst z. B. beim tiniiierlienen Herstellung von Schaumstoff-Form- 5 Schneiden von Platten aus Schaumstotf-Blöcken körpern aus vorgeschäumten. noch blähfähigen. Platten ungleicher Qualität erhall.

kleinteiligen Sivrolpolvmiseraten durch Erhitzen Zum Stand der Technik ist noch anzumerken, daß derselben in nicht gasdicht schließenden Formen es bei der Herstellung von Formteilen aus cxpandicr- oder Kanälen auf Temperaturen oberhalb des. Er- barem Polystyrol bekannt war. nach abgeschlosseweichungspunktes der Styropolvmerisate. da- io nein Ausschäumen und Kühlen die Formteile kurzdurch g e k e η η ζ e i c h η e t. daß während der zeitig mil Druckluft zu beaufschlagen, um die Form-Druckabbauzeit nach dem Erhitzen ein Gas in teile leichter von den Formen lösen zu können, die Form gepreßt wird, dessen Druck stets dem Außerdem ist bekannt, daß in besonderen Fällen bei Blähdruck des Schumstoff-Formkörpers ungefähr der Herstellung von vorgeschäumten kugelförmigen angepaßt ist. ~ i₅ Polystyrol-Schaumstoffteilchen unter Dampf von er-

2. Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchfüh- höhtem Druck gearbeitet werden kann. Aus der britirung des Verfahrens gemäß Anspruch 1. beste- sehen Patentschrift 1 059 302 ist schließlich ein Verhencl aus einem Kanal aus zwei fest angeordneten fahren zur Herstellung von Polyäihylerschaumstotl seitlichen und zwei beweglichen, gasdurchlässigen beschrieben, bei dem während des Schäumens LuU Wänden, cV eine Heiz- und anschließend eine 20 unter Druck eingeführt wird, um die Zellstruktur des Kühl/one passieren, wobei Drückkammern ent- siel: bildenden Schaumes zu beeintlussen.

lang dem Kanal angeordnet sind, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, ein

kennzeichnet, daß die Kühlzone aus paarweise Verfahren zur Her· ellung von Schaumsioll-Forin-

gcgenübcrliegeiiden. nur /ur Kanalseile hin olle- körpern auf Basis von geschäumtem Polystyrol mn

neu Druckkammern (9 und 5) besteht, wobei das 25 möglichst gleichmäßiger Dichicverk'ilung und mog-

erste Druckkammernpaar (K) mit einem Einlaß liehst kurzer Mindestl'ormverweilzcit zu schäften,

für Gas versehen ist und die perforierten Bänder Es wurde nun gefunden, daß diese Aulgabe gelost

(2) lose an den Schollen zwischen den Druck- werden kann, indem man \orge>ch'dumte. noch blah-

kammern (9 und 5) vorbeilaufen, so daß das Gas lähige. thermoplastische Sn rolpolymerisatteilchcn

nur in Produl-tionsriclitung abströmen kann. 30 durch Erhitzen derselben in nicht gasdicht schließenden Formen oder (bei kontinuierlicher Arbeitsweise) Kanälen auf Temperaluren oberhalb des Erwei-

chungspunktes des Kunststoffes ausschäumt, wenn

man während der an das Erhitzen anschließenden