DE2132234B2

DE2132234B2 - Verfahren zum Verbessern der physikalischen Eigenschaften von fertig expandierten Hartschaumstoffkörpern, die aus einzelnen zellförmigen Partikeln aufgebaut sind

Info

Publication number: DE2132234B2
Application number: DE19712132234
Authority: DE
Inventors: Kurt 5300 Bonn Strauven
Original assignee: WASSER-SAND-FORSCHUNGS-U VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH 5300 BONN
Current assignee: WASSER-SAND-FORSCHUNGS-U VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH 5300 BONN
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1974-02-07
Also published as: FR2143726B1; ES404168A1; DK133861B; IT956908B; SE389637B; CH540112A; FR2143726A1; DE2132234C3; CA984568A; NL7208787A; FI52538C; GB1401846A; BE785519A; DK133861C; DE2132234A1; FI52538B; AT321565B

Description

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Druckspannung

bei ΙΟ'λο Situdiuns

(kp cm-)

0,4 bis 0,7
1,2 bis 1,4
7,2 bis iO,ü

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der physikalischen Eigenschaften von fertig expandierten Hartschaumstoffkörpern, die aus einzelnen zellförmigen Partikeln aufgebaut sind, durch Druckbehandeln unter Wärmeeinwirkung und anschließende Abkühlung unter Druck.

Die Herstellung von Kunststoffen, insbesondere von expandierbaren Hartschäumen mittels Wärmeenergie und Drücken ist bekannt.

Ein wesentlicher Teil aller bekannten Herstellungsverfahren verwendet blähfähige Grundstoffe, die in geschlossenen Formen durch Zuführen von heißem Wasser oder heißer Luft, Wasserdampf, Infrarotstrahlung oder hochfrequenter Heizung die blähfähigen Partikeln zum Auffüllen der vorgegebenen Hohlräume zwingen. Dabei verschweißen die Partikeln durch den von ihnen selbst ausgehenden Druck (Treibmittel) zu der vorgegebenen Form oder Gestalt. Nach der erforderlichen Abkühlung bei Zimmertemperatur entsteht durch Kondensation der Treibmittelreste ein Zellenunterdruck, der durch Eindiffundieren von Luft ausgeglichen wird. Nach Beendigung dieses notwendigen Lagervorganges wird eine gleichmäßige Druckspannung über das Gesamtgefüge der vorgegebenen Form erzielt.

Da die Mehrzahl der blähfähigen Kunststoffe zur Gruppe der zähharten Schaumstoffe gehören, ergeben sich für die technische Herstellung und Verarbeitung folgende Eigenschaften, die beachtet werden müssen:

1. Physikalische Bedingungen und Meßwerte sind stets abhängig vom Raumgewicht.

2. An Stelle der Druckfestigkeit muß die Druckspannung bei einer bestimmten Stauchung festgestellt werden (DIN 53421).

3. Alle technischen Weiterverarbeitungen und Einsatzmöglichkeiten richten sich nach den Werten von Ziffer 1 und 2.

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Die in der Praxis eingeführten technischen Verfahren führen sämtlich mittels Wärmeenergie und Druck zur Entstehung plastischer Formen und Körper, die durch Treibmittel in den Partikeln eine Volumenvergrößerung hervorrufen und die Partikeln zu einer formausfüllenden Verschweißung bringen. Dabei werden Druckspannungen erzielt, die nach DtN 53421 foleende Werte erreichen:

Diese erreichbaren Druckspannungen begrenzen zugleich die Anwendungsmöglichkeiten der hergestellten Kunststoffe, z. B. im Bauwesen.

Geht man von den bekannten Stufen bei der Behandlung von Polystyrol — nämlich Vorschäumen, Zwischenlagern, Fertigschäumen — aus, sd ist es ferner bekannt, zur Erhöhung der Druckspannungen eine Strukturverbesserung dadurch herbeizuführen, daß man zur Erzielung einer senkrechten, zur Plattenoberfläche orientierten Zellstruktur die Schaumstoffplatte im heißplastischen Zustand und mit versiegelter Ober- und Unterseite zusammenpreßt und anschließend expandieren läßt. Die Platte wird vorher um 50 ⁰O zusammengepreßt.

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von plastischen Kunststoffen unter Ausbildung einer nicht porösen Oberflächenschicht bekannt, bei dem die porösen Kunststoffträger in Formen, die nicht gasdicht schließen, so lange auf Temperaturen oberhalb des Erweichungsbereiches des betreffenden Kunststoffes erwärmt werden, bis der Kunststoff an der Oberfläche der Formkörper geschmolzen ist. Die Platten werden nach dieser Behandlung in der Form abgekühlt.

Außerdem ist ein Verfahren zum Herstellen zellförmiger Produkte aus synthetischem Harz, wie Polystyrolschäumen, aus geschäumten Elementen oder Perlen bekannt, bei dem während einer ersten Phase die Perlen bis zur Erweichungstemperatur erwärmt, während einer zweiten Phase diese Perlen zur Erreichung von genügender Dicke und endgültiger Dichte einem Druck ausgesetzt werden, und daß während einer dritten Phase das Material unter Aufbringung eines Druckes, der genügt, um diese Dicke beizubehalten, gekühlt wird.

Durch diesen Stand der Technik ist demnach im Sinne des Oberbegriffes des Patentanspruchs das Pressen von fertig expandierten, aus einzelnen zellförmigen Partikeln aufgebautem Hartschaumstoff unter Wärmeanwendung und das anschließende Abkühlen unter Druck bekanntgeworden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik soll bei Erhaltung des flexiblen, zähen Kernes und Bildung einer geschlossenen Oberflächenschicht die Druckspannung einer oder mehrerer Oberflächenschichten um ein Vielfaches des Normalwertes erhöht werden. Außerdem soll die Wärmedämmfähigkeit verbessert und eine gute Schalldämmung des Hartschaumstoffkörpers erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruchs die fertig expandierten Hartschaumstoffkörper vorgegebener Form anschließend an die Druck-Wärme-Behandlung zum Arretieren der hierdurch erzeugten veränderten Zellstruktur schockartig bei einer unter —10° C liegenden Temperatur abgekühlt.

Die der Erfindung zugrunde liegende vorrangige Aufgabe, nämlich, daß die fertig expandierten Hart-

ächauinkörper für Bauzwecke eine sehr große schalldämmende Eigenschaft erhalten sollen, kann hierdurch erreicht werden. Es wird für das Material eine Gesanitverdichtung erzielt, die durch die Schockkühlung punktuell einstellbar ist und deshalb wahlweise fixLrbar gemacht werden kann. Diese schockartige Kältebehandlung stellt nun nicht eine Abkühlung bekannter Art dar, sondern geht von einer besonderen, bei der Wärme-Druck-Behandlung gewonnenen Erkenntnis aus, dazu folgendes:

Das Material wird durch die Schock-Kühlung so verändert, daß völlig neue physikalische Eigenschaften entstehen, außer der Schalldämmung z. B. noch eine wesentliche Erhöhung der Festigkeitswerte, die es bei den vorgegebenen Raumgewichten bislang noch nicht gibt.

Dabei wird nach dem Fertigschäumen, also nach Abschluß jeder Expansion des Materials, die Sturzkühlung sehr plötzlich, und zwar in einer zweiten Form, die ständig unter der erforderlichen Schock-Kühltemperatur gehalten werden muß. angewendet.

Die verschiedenen Phasen des Verfahrens sind folgende:

1. Ausgangsphase.· Das fertig geschäumte Material liegt amorph innerhalb des Gesamtgefüges. Die Partikeln sind kugelförmig oder kugelähnlich.

2. Oberflächenphase: Durch Zuführen von Wärme unter Druck werden die Partikeln zu flachen, scheibenartigen Teilen zusammengepreßt, verdichtet und miteinander verschweißt. Dabei erfolgt eine Freigabe von Treibmitteln und eindiffundierter Luft. Gemeinsam mit dem Deckma*~rial wird eine in sich geschlossene, sehr harte Oberfläche erzielt durch die Zurückführung der dreidimensionalen Partikelform in eine fast zweidimensionale, geschlossene Flächenform durch Zusammenschmelzen der einzelnen kreisförmigen Partikeln. Die Dicke dieser Oberflächenphase ist abhängig von der zugeführten Wärme und wird gesteuert von dem Zwischenintervall (zeitlich) der Heiz- und Kühlphase in Verbindung mit der Kühltemperatur.

3. Druck-Schock-Kühlung: Das Tragende der Erfindung liegt in dieser Phase. Unter dem hohen Druck bei gleichzeitiger Erwärmung drücken die umliegenden Partikeln von der Oberseite her in die darunterliegenden Partikeln ein, und unter dieser Last verformen sich sämtliche kugelförmigen Partikeln zu konkav-hohlen Halbkugeln. Diese spezifischen Eindrückungen sind wichtig, denn in ihnen werden die auftreffenden Schallwellen in den verformten, höhlen Halbkugeln aufgefangen, wodurch sich die schalldämmende Eigenschaft der Schaumstoffkörper ergibt.

Um das Zurückbilden zur Kugelgestalt der verformten Partikeln zi verhindern, muß die Sturzkühlting schnell durch Umwechseln von der Warmform in die Kühlform erfolgen. Durch den Wärmeentzug wird die Erstarrung der verformten Partikeln erreicht.

4. Normalphase: Es kann nur geringfügig Wärme eindringen.

Im Gegensatz ,;u den physikalisch bekannten Schmelzpunkten kann man bei Schaumstoffen nur von Schmelzlinien sprechen, welche Variante Größen darstellen und vom Raumgewicht, zugeführten Drücken und der spezifischen Wärmeenergie abhängig sind.

In einer durch Versuchsreihen für jedes Raumgewicht spezifisch ermittelten Linie, die hier Soliduslinie genannt wird, wird ein Teil der an der Oberfläche befindlichen Partikeln durch spezifische Wärme und Drücke von raumzentrierten Partikeln in flächenzentrierte Partikeln umgewandelt.

Die erwähnte Behandlung, einschließlich der Einfrierung, führt zu folgenden Ergebnissen:
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1. Erhöhung der Druckspannung bei einer oder mehreren OberfiächensLiiichten des Kunststoffkörpers um ein Vielfaches acs Normalwertes.

2. Erhaltung des flexiblen, jedoch zähen Kernes.

3. Verbesserung der Wärmedämmfähiakeit nach DIN 4108.

4. Erzielung wesentlicher Schalldämmeigenschaften des an sich nicht schalldämmenden Hartschaumes.

5. Bildung einer geschlossenen Randschicht der veränderten Partikeln zu neu verschweißten Flächenlamellen, während der abgekühlte Innenkern alle vorteilhaften physikalischen Eigenschaften seines Raumgewichtes behält.

6. Erreichung einer großen Oberflächenhärtung an Hartschaumkörpern in Verbindung mit der Erhöhung der Druckspannung, die biiher nur bei mehrfach höherem Raumgewicht nachweisbar ist.

Fig. 1 zeigt die ermittelten Soliduswerte mit den Sprüngen von 5 kg/nv^! des untersuchten Raumgewichtes.

Die Bezeichnungen in der Tabelle haben folgende Bedeutung:

Al = Erwärmungs-Temperatur,
/4 2 = Erwärmungszeit,

Ot = Raumgewicht,

/4 3= Preßdruck während der Erwärmung,
/4 4= Preßdruck während der Kühlung,
/4 5= Kühlungs-Temperatur.

Beispiel

Eine Hartschaumplatte mit dem Raumgewicht von 30 kg/m³ (Öl) wird bei einem Druck von 21 t/m² (A 3) und einer Temperatur von 155° C (A 1) 15 Sekünden (A 2) erwärmt und gepreßt. Nach Ablauf

dieser Standzeit (A 2) muß innerhalb von 2 Sekunden die schockartige Abkühlung auf --14⁰C (A 5) bei vorgeschaltetem Druck von 10 t/m² (A 4) erfolgen.

In der Fig. 2 ist schematisch der technische Vor-

gang dargestellt. Als Beispiel soll hier eine einseitig zu verhärtende Schaumstoffplatte dienen. Im ersten Arbeitsgang wird die Platte in den Heizraum 1 mit der Heizplatte 2 eingelegt und nach den Soliduswerten behandelt. Im zweiten Arbeitsgang wird nach Öffnen der Presse 3 die Platte in den Kühlraum 4 mit der Kühlplatte 5 eingelegt und ebenfalls nach den Soliduswcten abgekühlt.

Di^e· schockartige Ahkühliinp mnR fnrmpnmHRto

unter Druck erfolgen, um den nach der Erwärmung (Preßdruck) instabilen Zustand des Kunststoffkörpcrs in der vorgegebenen Form zu stabilisieren, wobei die Kühltemperatur eine Blockierung der zugeführten Wärme mit schockartigern Wärmeentzug eine geschlossene Oberfläche mit einer vielfachen Härtcstcigerung der bis zur Schmelzlinie erwärmten Partikeln zur Folge hat. Durch das kurzfristige Entziehen der Wärmeenergie wird das Lösungs- und Erweichungsvermögen der verbleibenden Partikeln schroff abgebremst und die Eindringtiefe auf das vorgesehene Maß begrenzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Verbessern der physikalischen Eigenschaften von fertig expandierten Hartschaumsioffkörpern, die aus einzelnen zellförmigen Partikeln aufgebaut sind, durch Druckbehandeln unter Wärmeeinwirkung und anschließende Abkühlung unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die fertig expandierten Hartschaumstoffkörper vorgegebener Form anschließend an die Druck-Wärme-Behandlung zum Arretieren der hierdurch erzeugten veränderten Zellstruktur schockartig bei einer unter —10^c C liegenden Temperatur abgekühlt werden.

Rohdichte

nach DlN 5342(1

(kg, m²)