DE2008126C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern - Google Patents

Description

j5 Druckabbauzeit ein Gas (vorzugsweise Luft) in die

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

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

Schaumstoff-Formkörpern aus vorgeschäumten noch' Naheliegend wäre, den Abbau des Blähdrucks

blähfahigen, klcintciligen Styrolpolymerisaten durch durch Anlegen eines Unterdrucks, also quasi durch

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

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

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

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

vorgcs:häumten, d.h. aus bereits geschäumten, aber überdruck der Druckabbau verlangsamt würde. Tat-

noch treibmittelhaltigcn und daher noch weiter bläh- 45 sachlich ist jedoch das Gegenteil der Fall: der von

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

Teilchen in doppelwandigen 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 Expansionsdruck miteinander versintert Außerdem wird der unmittelbare Wasmeübergang

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

daß der entformte Schaumstoff-Formkörper maßhal- und somii eine gleichmäßigere Dichte des Schaunv

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

wird die »Mindestformverweilzeit« genannt. Wäh- Es kann jedes beliebige Gas eingepreßt weiden,

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-

Formwand hin ein. so daß sich an der Schaumstoff- vorzugl wird Luft.

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

Diese behindert den Abbau des Überdruckes aus stoiT-Blöcken geeignet, aber auch bei der Hcrstel-

dem Schaumstoff und bedingt somit relativ lange lung von Formkröpern auf Schäumautomaten an-

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

Die Mindcstformvcrweilzeil ist ausschlaggebend der an sich bekannten kontinuierlichen Herstellung

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

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

Hand- der schematischen Figur kurz erläutert. Es handelt sich um einen vertikalen Schnitt durch die Maschine. Das Kernstück ist der Kanal 1. den der Schaumstoff durchläuft. Seine obere· und untere Wand wird von je einem über die Umlenkwalzen 3 umlaufenden, perforierten Metallband! gebildet. Diese Bänder können auch durch bewegliche Platten oder Gliederbänder od. ä. ersetzt werden; es kommt nur darauf an, daß die Wunde beweglich sind.

Die Seitenwände können ebenfalls beweglich oder vorzugsweise fest angeordnet sein, !m letztgenannten Fall sollten sie im Vergleich zu den beweglichen Wänden relativ schmal und die dem Schaumstoffstrang zugekehrte Oberfläche glatt sein, damit die Reibung des Schaumstoffstrangs an ihnen gering bleibt.

Selbstverständlich könnte das System auch um 90 C 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 Gegebenheiten und Zwecken entsprechend angepaßt werden.

Durch den Einfülltrichter 4 werden die vorgeschäumten Polymerisatteilchen eingefüllt und von den umlaufenden Bändern 2 durch die Maschine hindurchbewegt. In der Druckaufbauzone 6 strömt ihnen der in die Kammer 7 eingeleitete und durch die perforierten Bänder in den Kanal eingedrungene Dampf entgegen. Die Teilchen schäumen dabei weiter auf und versintern miteinander, wodurch sie eine Sperre für den Dampf bilden, so daß dieser nicht nach hinten aus dem Kanal entweichen kann. Es entsteht so ein Schaumstoffstrang, der sich infolge des inneren Blähdrucks zwischen den vorwärts laufenden Bändern verklemmt und daher von diesen mitgefühlt wird. Er passiert dann die Kammer 8. die mit dem Überströrmenlil 10 verbunden ist. Dieses ist auf einen etwas niedrigeren Druck als den in der vorhergehenden Kammer 7 herrschenden Dampfdruck und den in der folgenden Kammer 9 herrschenden Gasdruck eingestellt. Auf diese Weise wird ein direktes Vermischen (außer durch den Schaumstoffstrang hindurch) des Dampfes mit dem in die Kammer 9 eingepreßten Gas vermieden.

In die Kammer 9 wird Gas, vorzugsweise Luft, mit dem gleichen Druck wie der Dampf 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 vorbeilaufen, 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 d.-s Schaumstoffs ist. Der Schaumstoffstrang wirkt 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 Übersichtlichkeil halber nicht eingezeichneten Längsführungsleisien 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 wird 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 Schaumstoffstrangs an den beweglichen Wänden 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 diese letzte Kanalsirccke, die frei von dem Gaspolster ist. kurzer oder langer 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 Feder.

Unter Styrolpolymcrisaten werden Polystyrol und Mischpolymerisate des Styrols, die mindestens 50, vorzugsweise mindestens 70 Gewichtsprozent Styrol einpolymcrisicrt enthalten, verstanden. Als Mischpolymerisationskomponente kommen äthylenisch ungesättigte, copolymerisierbare Verbindungen in Betracht, z. B. \-Methylstyrol. kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ester der Acrylsäure, Methacrylsäure oder Fumarsäure aus Alkoholen mit 1 bis 1!) Kohlenstoffatomen, auch Butadien oder N-Vinylverbindungen, wie N-Vinylcarbazol, N-Vinylpyridin oder auch geringe Mengen (unter 0.5 Gewichtsprozent) an Divinylverbindungen, wie Butandioldiacrylat oder Divinylbcnzol.

Die Styrolpolmerisate umfassen auch schlagfeste Styrolpolmere, wie sie z. B. durch Polymerisation von Styrol oder Gemischen von Styrol mit anderen äthylenisch ungesättigten, copolymerisierbaren Monomeren in Gegenwart feinverteilter, vorzugsweise copolymerisierbare .Doppelbindungen enthaltender Elastomerer erhältlich sind.

Als Treibmittel sind unterhalb des Erweichungspunktes der Styrolpolymerisate siedende und diese nicht lösende, aber in dem Styrolpolymerisat homogen verteilbare Flüssigkeiten geeignet. Vorzugsweise werden die dafür üblichen Kohlenwasserstoffe, wie

Butan. Pcntan.: Hexan, Petroläther sowie Halogenkohlenwasserstoffe. /. B. Mcthychlorid. Difhiordiehlormethan. Dilluormelhan. 1. 2. 2-Ί'rilluor-l. 1. 2-trichloräthan, 1. I. l-Trüluorälhan. Athylfluorid oder Mischungen derselben verwendet.

Selbstverständlich können die vorgeschäumten Styrolpolymcrisalleilehcn noch andere Zusatzstoffe enthalten, wie Farbstoffe. Füllstoffe. Stabilisierungsmittel 'ind Flammschut/niiitcl. wobei die lelztgcnannten ihrerseits aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt sein können, z. B. aus Halogen-, ins-^Kc■ cr.derc Bronn erbindungen in Kombination mit synergistisch wirkenden Zusätzen.

Beispiel 1

Etwa 6 Gewichtsprozent Pcntan :ils Treibmittel enthaltende Polystyrolteilchcn mit einem Pcrldurehmesscr von 1 bis 2 mm werden mit einem handelsüblichen, kontinuierlichen Vorschäumgerät auf ein SchüUgewicht von 20 g pro Liter vorgeschäumt und nach einer Zwischenlagcrungszeit 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 von 11 Minuten wird der Luftdruck auf 0.05 atü gesenkt, entsprechend dem Abfall des Innendrucks im Schaumstoff.

Die Ausschäumbedingungen (Dampfkammerdruck O.fi atü: Bcdampfungszeil 30 Sekunden) sind in beiden Fällen gleich.

Unterschiede ergeben sich hinsichtlich der Dichteverteilung. Bei Block i reichen die Extremwerte von 21 kg pro m^:l 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 Mindestformverweilzcit. Sie beträgt bei Block 1 etwa 16, bei Block 2 11 Minuten. Ats Mindcstformvcrweilzeit (oder Druckabbau/.eit) wird die Zeit definiert, gemessen ab Beendigung der Bedampfung, in der der Blockinnen-ό 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.

B c i s ρ i e 1 2

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

Gesamtlänge des Kanals (1) X.2 m

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

Höhe des Kanals (— Dicke des er-/engten Schaunistoffstrangs) 3 cm

Breite des Kanals 50 cm

Die Bandunilaufgeschwindigkcit wird auf 3 m pro Minute eingestellt; der Dampfdruck in der Dampfkammer? auf 0.6 atü; das Überströmventil 10 auf 0.5 atü und der Luftdruck in der ersten Druckkammer 9 auf 0.7 atü. Durch den Einfülltrichter 4 rieseln vorgeschäumte Polystyrolperlcn vom Schüttgewicht 15 g pro Liter laufend nach. Man erhält einen gut verschweißten und formstabilen Schaumpolystyrolstrang. Dieser wird durch einen mit dem Strang mitlaufenden Glühdraht zu Stücken beliebiger Länge zerschnitten.

Vergleichbare Maschinen herkömmlicher Bauart, also ohne Druckkammern9 und 5. sind sehr viel aulwendiger gebaut, da die Bänder den gesamten Blaudruck aufnehmen müssen, erfordern mehr Wartung und Bedienung und haben bei gleichen Dimensionen nur etwa zwei Drittel der Produktionskapazität.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunecn

Claims (2)

1 2 Mindesiformverweilzeii möglichst klein zu halten. Patentansprüche: Außerdem ist man im allgemeinen an einer möglichst gleichmäßigen Dichteverteilung im Schaumstofl-

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

klcintciligcn Styrolpolymiseraten durch Erhitzen Zum Stand der Technik ist noch anzumerken, daß derselben in nicht gasdicht schließenden Formen es bei der Herstellung von Formteilen aus expandier- oder Kanälen auf Temperaturen oberhalb des Er- barem Polystyrol bekannt war, nach abgeschlosseweichungspunktes der Styropolymerisate. d a - io nem Ausschäumen und Kühlen die Formteile kurzdurch gekennzeichnet, daß während der zeitig mit 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 stbts dem Außerdem ist bekannt, daß in besonderen Fällen bei Blähdruck des Schumstoff-Formkörpers ungefähr der Herstellung von vorgeschäumten kugelförmigen angepaßt ist. 15 Poiystyrol-Schaumstoffteilchen unter Dampf von er-

2. Vorrichtung zur'kontinuierlichen Durchfüh- höh tem Druck gearbeitet werden kann. Aus der britirung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, beste- sehen Patentschrift 1 059 302 ist schließlich ein Verhend aus einem Kanal aus zwei fest angeordneten fahren zur Herstellung von Polyäthylenschaumstoff seillichen und zwei beweglichen, gasdurchlässigen beschrieben, bei dem während des Schäumens Luft Wänden, die eine Heiz- und anschließend eine 20 unter Druck eingeführt wird, um die Zellstruktur des Kühlzone passieren, wobei Druckkammern ent- sich bildenden Schaumes zu beeinflussen.

lang dem Kanal angeordnet sind, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kennzeichnet, daß die Kühizone aus puatvvei^e Verfahren 7sir Herstellung von Schaumstoff-Formgegenüberliegenden, nur zur Kanalseite hin offe- körpern auf Basis von geschäumtem Polystyrol mit nen Druckkammern (9 und 5) besteht, wobei das 25 möglichst gleichmäßiger Dichteverteilung und mögerste Druckkammernpaar (9) mit einem Einlaß liehst kurzer Mindestformverweilzeit zu schaffen,
für Gas versehen ist und die perforierten Bänder Fs wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst (2) lose an den Schotten zwischen den Druck- werden kann, indem man vorgeschäumte, noch blähkammern (9 und 5) vorbeilaufen, so daß das Gas fähige, thermoplastische Styrolpolymerisatteilchen nur in Produktionsrichtung abströmen kann. 30 durch Erhitzen derselben in nicht gasdicht schließenden Formen oder (bei kontinuierlicher Arbeitsweise) Kanälen auf Temperaturen oberhalb des Erwei-

chungspunktes des Kunststoffes ausschäumt, wenn

man während der an das Erhitzen anschließenden