DE2131540A1

DE2131540A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Mehrkomponenten-Kunststoffen

Info

Publication number: DE2131540A1
Application number: DE19712131540
Authority: DE
Inventors: Richard Zippel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1972-12-28
Also published as: FR2143281A1

Description

PATENTANWALT 2 1 3 1 5 Λ Ο

DIPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 Hannover

ABBESTRASSE 20 · TELEFON 83 45 30

22. Juni 1971 Dr.j/Ha.

Biohard Zippel, 344 Eschwege, Bremer Straße 12

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von IOrmteilen aus Hehrkomponenten-Kunststoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Pormteilen aus Mehrkomponenten-Kunststoffen.

Werden Formteile aus Mehrkomponenten-Kunststoffen in kleinen Serien hergestellt, so gießt man die erforderlichen Mengen der Kunststoffkomponenten in ein Gefäß zusammen, verrührt sie und gießt sie dann in die form ein. Dieses muß recht schnell geschehen, da im allgemeinen Mehrkomponenten-Kunststoffe schnell miteinander reagieren. Man erzielt mit diesem Vorgehen sehr gute homogene Kunststofformteile, wobei auch, wenn es sich um schäumende Kunststoffe handelt, eine gute Homogenität des Kunststoffachaumes erreicht wird. An das Rühren sind nur geringe Anforderungen zu stellen. Schon nach einigen Umrührbewegungen mit einem Stab ist im

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allgemeinen eine ausreichende Vermischung erreicht. Auf diese leise werden sehr viele größere Formteile aus Polyurethanen hergestellt.

Werden Formteile aus Mehrkomponenten-Kunststoffen in großen Serien hergestellt, so wird die Dosierung, die Vermischung und der Ausstoß aus der Mischkammer maschinell und automatisch vorgenommen. Es lassen!Sehr exakte Dosierungen mit Kolbenpumpen erzielen. Der Ausstoß lässt sich in ausserordentlieh kurzen Zeiten erzielen. Die Vermischung hingegen ist nicht immer so einwandfrei, wie man sie sich wünscht, obwohl ganz hervorragende Rührwerke entwickelt worden sind, deren Bührgeschwindigkeit dem Material durch Einstellung der Drehzahl angepasst werden kann. Man hat auch die verschiedensten Bührerformen ausprobiert und hat doch immer wieder feststellen müssen, daß sich manchmal nicht einwandfreie Vermischungen herstellen ließen. Die Gründe hierfür sind trotz intensiver jahrelanger Forschung nicht aufklärbar gewesen.

Neben diesen mechanischen !uhrera hat man eine Vermischung der Kunststoff-Komponenten in einer Mischkammer zu erreichen versucht, welche durch Ultraschall erregt wurde. Auch hier traten die bei mechanischen Rührern in Mischkammern beobachteten Nachteile aufs In manchen Fällen wurde eine nicht ausreichende Vermischung an dem hergestellten Erzeugnis beobachtet. Man hat dann versucht, in diesen Mischkammern Bleche mit mechanischen Schwingungen zu erregen, um die mechanischen Schwingungen besser in die durchströmende Flüssigkeit zu übertragen. Aber auch diesen Versuchen blieb der Erfolg versagt.

Die vorliegende Erfindung schafft nun mit ganz einfachen Mitteln eine Möglichkeit, eine hervorragende Vermischung der Komponenten von Mehrkomponenten-Kunststoffen zu erreichen, und zwar in einer Weise, die gerade den schnellreagierenden Kunst-

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stoffen angepasst ist.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß man einen lÄehrkomponenten-Kunststoff in der Form selbst in der Weise mischen sollte, daß sämtliche Kunststoffteile in eine Fließtewegung kommen.

Die Erfindung besteht darin, daß die in die Form eingefüllten Kunststoffkomponenten nach dem Verschließen der Form mechanischen Schwingungen Ton einer solchen Frequenz und Intensität ausgesetzt werden, daß eine innige Vermischung der Kunststoffkomponenten stattfindet.

Die Vermischung der Kunststoffkomponenten in der Form bringt den Vorteil mit sich, daß die Vermischung nicht in einer extrem kurzen Zeit vorgenommen zu werden braucht, wie das bei Durchlaufmischern der Fall ist. Daher kann schon hierdurch eine größere Intensität der Vermischung erreicht werden. Dabei kann man die mechanischen Schwingungen so wählen, daß sämtliche Teile der flüssigen Kunststoffkomponenten an der Fließbewegung teilnehmen. Durch die erzielbare relativ langsame Fließbewegung wird in Verbindung mit den viskosen Eigenschaften der Komponenten eine sehr innige Berührung erreicht, die zu einem auss er ordentlich homogenen Kunststoff führt.

Zweckmäßig ist es allerdings bei den oft komplizierten Gestaltungen der Formen, daß eine Vorvermischung vorgenommen wird. Man kann zur Vorvermischung die Kunststoffkomponenten nach einem Durchlauf durch übliche Durchlaufmischkammerη in die Form einfüllen. Soweit braucht aber die Vorvermischung in den meisten Fällen gar nicht zu gehen. Wichtig ist jedoch, daß die Kunststoffkomponenten, insbesondere bei sehr schnell reagierenden Kunststoffen, in die Form gleichzeitig und in gleichbleibendem Verhältnis eingefüllt werden.

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Insbesondere bei größeren Kunststoffmengen hat es sich als sehr nützlich erwiesen, wenn die Kunststoffkomponenten vor ihrem Einfließen in die Form in mehrere feilströme geteilt werden, die räumlich derart gegeneinander versetzt sind, daß jeweils ein Teilstrom einer Komponente^ neben einem Teilstrom einer anderen Komponente fließt. Dabei lässt man vorteilhafterweise die Teilströme sich während des Einfließens wieder zu einem Strom vereinigen. Auf diese Weise erreicht man eine auss er ordentlich gute Vorvermischung, der man dann die eigentliche Vermischung mit mechanischen Schwingungen in der verschlossenen Form mit bestem Ergebnis folgen lassen kann.

Ein ganz wesentlicher Vorteil ist hierbei, daß die Durchlaufmischkammern entfallen, so daß die ganzen Schwierigkeiten mit deren Reinigung durch Spülung, Lösung und dergleichen entfallen.

Eine andere Möglichkeit der Vorvermischung besteht darin, daß die Kunststoffkomponenten direkt nach ihrer Zusammenführung zu einem einheitlichen Strahl mechanischen Schwingungen, zum Beispiel Schallschwingungen oder ültraschallschwingungen, ausgesetzt werden.

Im einfachsten Fall lässt man jedoch die beiden Kunststoffkomponenten mit zwei Breitstrahldüsen zu einem einheitlichen Strahl von breitem Querschnitt zusammentreten.

Wichtig ist jedoch bei dieser Vorvermischung, daß man die Zeitdauer des Einfüllens der Kunststoffkomponenten möglichst kurz wählt, und zwar nicht länger als diejenige Zeit, die von Beginn der innigen, zur Eeaktion der Komponenten führenden Mischung bis zum Einsetzen der Erhärtung, d.h. bie zum Verlieren der Fließeigenschaften, verstreicht. Dieses schnelle

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Einfüllen der Kunststoff komponenten "bewirkt, daß sich nicht an irgendeiner Stelle einer komplizierten Form vorzeitig erhärtende Teile bilden, die den weiteren Zufluß von Material in einen dahinter liegenden Teil der Form verhindern.

Die mechanischen Schwingungen kann man auf die verschiedenste Weise herstellen:

Eine einfache form der Herstellung solcher mechanischer Schwingungen, die zu einem Fließen der Kunststoffkomponenten führen, ist das Drehen der verschlossenen Form. Dieses Drehen ist so vorzunehmen, daß die flüssigen Kunststoffkomponenten unter dem Einfluß ihrer Schwerkraft räumliche Fließbewegungen ausführen. Hat man eine Vorvermischung der Kunststoffkomponenten vorgenommen, so ist es insbesondere bei Komponenten mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten unzweckmäßig, wenn man die Drehzahl so hoch wählt, daß Zentrifugalkräfte zu einer Entmischung führen. Nur in seltenen Fällen lässt sich eine Anlage so gestalten, daß Zentrifugalkräfte zu einer innigeren Mischung führen, indem die schwerere Komponente^ die leichtere Komponente durchwandert. Schon sehr langsame Drehungen der gesamten Form insbesondere um eine horizontal liegende Achse bringen eine gute Vermischung, wenn die viskosen Komponenten unter dem Einfluß ihrer eigenen Schwerkraft sich bewegen. Gleichzeitig wird auf diese Weise erreicht, daß die Aussenteile der Formhöhle allseitig schon vor der Reaktion des Mehrkomponenten-Kunststoffes mit diesem in Berührung kommen, so daß bei einem Anfang der Reaktion diese Reaktion von den Aussenseiten des Formteiles anfangend nach dem Inneren zu fortschreitet. - Mehrkomponenten-Kunststoffe sind ja heute schob, in den meisten Fällen schäumende Kunststoffe, bei denen die Form nur zu einem Teil ihres Volumens mit den flüssigen Kunststoffkomponenten gefüllt wird. Die Formen werden dann vor der Reaktion der Komponenten miteinander verschlossen, so daß der Schäumvorgang in einer

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verschlossenen Form stattfindet. Hier ist es sehr wichtig, daß die in der Form noch enthaltene luft nicht in den Kunststoffschaum mit aufgenommen wird, damit nicht Lunkerbildungen entstehen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, den Drehvorgang nicht zu schnell vorzunehmen, damit die flüssigen Kunststoffkomponenten nicht Luftblasen vor ihrer Reaktion aufnehmen. Während der Eeaktion sollte man die Drehbewegung abstellen oder verlangsamen, damit die Luft an den hierfür vorgesehenen Stellen entweichen kann. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, die Form um eine vertikale Achse zu drehen. Man erzielt hier eine gute Vermischung bei bereits vorvermischten Kunststoffkomponenten, wenn man die Drehrichtung immer wieder wechselt. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß der bei einsetzender Eeaktion aufsteigende Kunststoffschaum die Luft vor sich her treibt und durch Fugen in der Form entweichen lässt. Hier ist es nicht notwendig und auch nicht ratsam, die Drehbewegung während der !Reaktion der Kunststoffkomponenten miteinander abzuschalten.

Eine andere Möglichkeit des Einbringens von mechanischen Schwingungen in die Kunststoffkomponenten besteht darin, daß man die Form derart vibriert, daß die mechanischen Schwingungen sich in die flüssigen Kunststoffkomponenten übertragen und dort zu deren Vermischung führen. Als Vibriergeräte können Geräte verwendet werden, welche z.B. im Straßenbau zur Herstellung von Stampfvibrationen dienen, aber auch Vibriergeräte, wie man sie bei der Verarbeitung von Beton benutzt. In einfachen Fällen,- und hiermit lassen sich sehr gute Ergebnisse erjielen,- wird einfach die Form auf einen Vibrationstisch gestellt und vibriert. Die Schwingungsfrequenz wird hier zweckmäßigerweise in einem Bereich unter der Schallfreq[uenz oder bei niedrigen Schallfrequenzen gewählt. Ultraschall lässt sich nur in sehr seltenen Fällen in das

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zu vermischende Material einkoppeln, und wenn, MB bei Formen von geringen Dimensionen.

Während es für die Vermischung darauf ankommt, die Schwingungen so einzukuppeln, daß das Material in Fließbewegung gerät, kann man mechanische Schwingungen auch noch benutzen, um eine !trennung des erhärteten Kunststoffmateriales von der Form zu benutzen» Wenn man bei der Vermischung der Kunststoffkomponenten darauf achten muß, daß am übergang von der Form in das zu vermischende Material nur eine sehr geringe Reflektion auftritt, so hat man für das Lösen des erhärteten Formteiles dafür zu sorgen, daß die Heflektion an dieser Übergangsstelle groß wird oder daß es zumindest zu einer unterschiedlichen Bewegungeform kommt.

Bun ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, daß mit flüssigen Komponenten gearbeitet wird. Es ist auch möglich, daß mindestens die eine an sich flüssige Komponente in verkapselter oder mikroverkapaelter Konsistenz in die Form eingefüllt wird. Sie mechanischen Schwingungen werden dann so gewählt, daß durch diese die Yerkapselung zerstört wird oder daß - wenn die Verkapselung durch Zersetzung zerstört wird - durch diese eine gleichmäßige Zersetzung aller Kapseln gleichzeitig erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung ist aber auch nicht darauf beschränkt, daß die flüssigen Komponenten vorvermischt in die Form gegeben werden. Es ist auch möglich, daß man vor der Vermischung durch mechanische Schwingungen die Komponenten an getrennten Stellen der Form in verschiedene Hohlräume der Form einfüllt, dann die Form verschließt und dann durch Drehung der Form die Komponenten miteinander in Berührung bringt. Hier kann man z.B. zuerst eine Drehbewegung um eine horizontale Achse vornehmen und anschließend eine Drehschwingungs-

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bewegung um eine vertikale Achse oder auf andere Weise, z.B. durch Vibration, Schwingungen in die zu vermischenden Komponenten einbringen.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispi&les näher erläutert. Es zeigen:

Big. 1 eine Gesamtansicht der Anlage.

Pig. 2 eine Ausführungsmöglichkeit für die Einfüllvorrichtung.

Pig. 3 eine andere Ausführungsmöglichkeit für die Einfüllvorrichtung.

In einem an sich bekannten Dosiergerät 1 werden die Kunststoffkomponenten in den Kolbenpumpen 2 abgemessen und über Schläuche 3 einer Ausstoßvorrichtung 4 zugeführt. Unter der Ausstoßvorrichtung steht eine Form 5· Diese Form 5 steht auf einem Vibrationstisch 6, der eine vertikale Achse 7 trägt, um die das Gestell 8 drehbar ist, in welches die Form 5 eingespannt ist. Es kann auf diese Weise gleichzeitig eine Vibration, z.B. in vertikaler Sichtung, ausgeführt werden und eine Drehbewegung um die vertikale Achse, so daß eine Drehschwingung entsprechend einer Rührbewegung zusätzlich entsteht, die senkrecht zu der vertikalen Drehbewegung verläuft·

Eine Möglichkeit für die Einfüllung von zwei Komponenten besteht mit der Einfüllvorrichtung nach Pig. 2. Hier sind am Ende der nicht dargestellten Zuführungsschläuche Breitstrahldüsen 9 und 10 vorgesehen, an deren unterem Ausgang sich die beiden Kunststoffkomponenten zu einem einheitlichen schmalen breiten Strahl vereinigen.

Eine andere Möglichkeit ist in Pig. 3 gezeigt, wo die eine Komponente durch eine Vielzahl von Kanülen 11 und die andere

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Komponente durch die Kanülen 12 gefördert wird. Da die Kanülen einen wenn auch kleinen Abstand voneinander haben, tritt hier ebenso wie bei der Einfüllvorrichtung nach Fig. 2 im Bereich des Ausganges der Kanülen keine Vermischung der Kunststoffkomponenten ein. Diese Vermischung tritt erst ein, nachdem die Komponenten die Kanülen bzw. die Düsen verlassen haben. Dieses lässt sich z.B. dadurch erreichen, daß man die Strahlrichtungen der Kanülen konvergieren lässt.

In Fig. 3 ist nicht dargestellt, daß am Eingang der Kanülen eine Möglichkeit für die Einführung von Spülmitteln bzw. Lösemitteln vorgesehen ist. Dieses lässt sich dadurch erreichen, daß hier ein !-Stück eingeführt wird, welches einerseits an den Materialzuführungsschlauch über ein Ventil angeschlossen ist, mit dem zweiten Anschluß über ein Ventil an die Spül- bzw. Lösemittelzufuhr angeschlossen ist und mit dem dritten Anschluß an die Kanülen 11 bzw. 12 angeschlossen ist.

Bei der Herstellung der Vibrationen kann es zweckmäßig sein, wenn der Vibriertisch Taumelschwingungen ausführt, weil hierdurch eine besonders gute Vermischung erzielbar ist. Bei den Schwingungen kann auch die Verwendung verschiedener Frequenzen entsprechend den verschiedenen spezifischen Gewichten der Kunststoffkomponenten zur Erzielung einer guten Anpassung empfehlenswert sein. Unter Fora ist auch eine aus zwei endlosen Bändern zusammengesetzte Form verstanden· Bei diesen mit zwei endlosen Bändern umlaufenden Formen lässt sich die Erfindung besonders vorteilhaft einsetzen. Die Erfindung ist auch anwendbar bei der Verarbeitung von Kunststoffen, bei denen eine Komponente in Granulat- oder Pulverform vorliegt. Die Schwingungen erleichtern hier die Auflösung der festen Form der Komponente.

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Claims

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Schutzansprüehe :

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Mehrkomponenten-Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Form eingefüllten Kunststoffkomponenten nach dem Verschließen der Form mechanischen Schwingungen von einer solchen Frequenz und Intensität ausgesetzt werden, daß eine innige Vermischung der Kunststoffkomponenten stattfindet .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkomponenten in die Form gleichzeitig und in gleichbleibendem Verhältnis eingefüllt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkomponenten vor ihrem Einfließen in die Form in mehrere Teil3tröme geteilt werden, die räumlich derart gegeneinander versetzt sind, daß jeweils ein Teilstrom einer Komponente neben einem Teilstrom einer anderen Komponente fließt.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilströme sich während des Einfließens zu einem Strom vereinigen lässt,
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkomponenten direkt nach ihrer Zusammenführung zu einem Strahl mechanischen Schwingungen zur Vorvermischung ausgesetzt werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zeitdauer des Einfüllens der Kunststoffkomponenten in die Form nicht länger wählt als die von Beginn der innigen, zur Reaktion der Komponenten führenden Mischung bis zum Einsetzen der Erhärtung (Verlieren der Fließeigenschaften) verstreichenden Zeit.
7. V einfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der mechanischen Schwingungen die verschlossene Form dreht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Drehzahl derart wählt, daß die flüssigen Kunststoffkomponenten unter dem Einfluß ihrer Schwerkraft räumliche Fließbewegungen ausführen.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der mechanischen Schwingungen die Form derart vibriert, daß die mechanischen Schwingungen sich in die flüssigen Kunststoffkomponenten übertragen und dort zu deren Vermischung führen.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form mit einer mechanischen Schwingung beaufschlagt, die nur zu einem geringen Teil in den erhärtenden oder gehärteten Kunststoff übergeht.
11.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß man mindestens die eine Komponenten in verkapselter oder mikroverkapselter Konsistenz in die Form einfüllt und dann die Form einer mechanischen die Verkapselung zerstörenden Schwingung aussetzt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Vermischung durch mechanische Schwingungen die Komponenten an getrennten Stellen der Form in verschiedene Hohlräume der Form einfüllt, dann die Form verschließt und dann durch Drehung der Form die Komponenten miteinander in Berührung "bringt.
13. Anlage zur Herstellung von Formteilen aus Mehrkomponenten-Kunststoffen in Formen mit einer Dosiervorrichtung, einer Ausstoßvorrichtung und einer Mischvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung aua einer Vorrichtung besteht, die die Form mitsamt Inhalt mechanischen Schwingungen aussetzt.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung eine Vorrichtung zum Drehen der Form ist.
15. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung eine Vorrichtung zum Vibrieren der Form ist.
16. Anlage nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, da£ an der form ein Schall- bzw. Ultraschallgeber angebracht ist.

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17. Anlage nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Breitstrahldüsen mit konvergierenden Strahlen für den Ausstoß der flüssigen Kunststoffkomponenten vorgesehen sind.

18· Anlage nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß jede Komponente durch mehrere Kanülen mit konvergierender Strahlrichtung geleitet ist.

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