DE2158782C3 - Verfahren zum Herstellen von relativ steifen und relativ dünnwandigen Schaumstoff-Schläuchen oder -Bahnen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von relativ steifen und relativ dünnwandigen Schaumstoffartikeln, wie Schlaufen oder Bahnen, durch Strangpressen von schäumbarem thermoplastischem Kunststoff der im OberbegriP des Patentanspruches 1 genannten Gattung sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum kontinuierlichen dosierten Einbringen von Füllstoffen in schäumbaren Kunststoff gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 3.

Ein Verfahren der obengenannten Gattung ist bereits bekannt (DE-AS 12 70 279), wonach Kaolin als Füllstoff verwendet wird. Die Steifigkeit der hiernach hergestellten Schaumstoffartikel läßt jedoch noch zu wünschen übrig, was besonders dann von großer Bedeutung ist, wenn es sich um sehr dünnwandige Schaumstoffartikel, wie Schaumstoffschläuche, Schaumstoffbahnen und Schaumstoffolien beispielsweise einer Dicke von nur 0,1 bis 1 mm handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auf einfache Weise sehr eigensteife dünnwandige Schaumstoffartikel herstellbar sind.

Die Erfindung besteht in dem im Patentanspruch 1 beanspruchten Gegenstand, wonach Gipspulver als Füllmittel verwendet wird, und es ist besonders zweckmäßig, wenn Gipspulver zusammen mit Wasserdampf zugegeben wird.

Das der Kunststoffmasse beigemischte Gipspulver verbessert aufgrund auch seiner besonders großen Feinkörnigkeit die Steifigkeit des Schaumstoffs bereits nach kurzzeitiger Lagerung; es diffundiert nämlich Wasserdampf in das Material hinein und bewirkt eine chemische Reaktion des Gipspulvers mit dem vom Wasserdampf kondensierten Wasser.

An sich ist die Verwendung von Gips als Füllmittel bei der Herstellung von Kunststoffschäumen bereits bekannt (DE-OS 20 17 548), dabei handelt es sich jedoch nur um sehr grobkörnigen Gips und um eine andere spezielle Aufgabe, nämlich darum, ein gutes Vermischen des Kunststoffs mit verhältnismäßig grobkörnigem Füllmittel zu erzielen. Darüber hinaus ist es auch bekannt (GB-PS 10 78 895), Sulfate des Natrium, Kalium und Calcium mit einer Korngröße von bis zu 10 μπι als Füllstoff für semipermeable Batterie-Trennplatten zu verwenden, um die Porosität derselben zu verbessern. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ^:st es möglich, auch sehr dünnwandige Schaumstoffschläuche oder -bahnen mit guter Steifigkeit auf einfache Weise ίο herzustellen, was vor allem auch darauf beruht, daß die zum Schaumstoff gehörenden Zellen ein relativ steifes Skelett bilden.

Die Herstellung solcher Schaumstoffartikel in Form von Bahnen oder Schläuchen durch Strangpressen is von Kunststoff vorzugsweise Polystyrol, aber z.B. auch Polyolefin, wie Polyäthylen, das in einer Strangpresse unter Druck mit einem als Flüssigkeit komprimierten Gas oder einer Flüssigkeit mit niedrigem Kochpunkt vermischt wird, die aufgrund des Druckes als Flüssigkeit im Kunststoff verbleibt, ist an sich ebenfalls bekannt Beim Abkühlen des stranggepreßten und mit kleinen Zellen oder Blasen versehenen Kunststoffkörpers stabilisieren sich diese Zellen bzw. Blasen, und das Material nimmt eine permanente ,-,. 25 Zellenstruktur an. Dadurch daß sich der Kunststoff bei der Blasenbildung in geschmolzenem Zustand befand, sind die Blasen aneinander und nebeneinander fixiert und haben daher praktisch gemeinsame Zellwände.

Gemäß der weiteren Ausbildung betrifft die Erfindung noch eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens. Dabei ist die im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 2 genannte Vorrichtung bereits bekannt (DE-OS 2017 548). Bei dieser bekannten Vorrichtung wird Wert darauf gelegt, daß der Strom der Schaumstoffmasse den Füllstoffstrom ummantelt, um eine Art Schichtenbildung zu erzielen.

Gemäß der erfindungsgemäßen und im Anspruch 2 beanspruchten Vorrichtung soll jedoch eine sehr gute und möglichst gleichmäßige Verteilung der Füllmittel bzw. Füllstoffe in dem schäumbaren Kunststoff erzielt werden, das zum Strangpressen relativ steifer und relativ dünnwandiger Schaumstoffartikel dadurch erfindungsgemäß in einfacher Weise möglich ist, daß die Verteilermundstücke mindestens teilweise in den freien Durchtrittsquerschnitt der als Strangpreßmundstück ausgebildeten Zuführleitung ragen. Hierbei empfiehlt es sich besonders, die Verteilermundstücke kanülen- bzw. röhrchenartig auszubilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend so unter Hinweis auf die schematische Zeichnung beschrieben, die eine Strangpressenvorrichtung zur Herstellung von verstärkten Schaumstoffbahnen gemäß der Erfindung sowie verschiedene Vorrichtungen zur Zufuhr von Füllstoffen darstellt.

F i g. 1 zeigt eine Strangpresse zur Herstellung eines Schlauches 5 aus Schaumstoff. Der Kunststoff wird der Mischkammer 12 in zermahlenem oder anderem feinverteilten Zustand durch Trichter 1 zugeführt Danach wird der Kunststoff mit einer Schraube bzw, so Schnecke in die Heizkammer 2 eingeführt, in der man den Kunststoff bis zum Schmelzen erhitzt; gleichzeitig wird durch die Leitung 3 ein Schäumungsgas, beispielsweise Freon oder Pentan, in Flüssigkeitsform zugeführt Das Gas,"das als Flüssigkeit komprimiert ist, die bei 6^r> normalem Druck, beispielsweise -2O⁰C, einen verhältnismäßig niedrigen Kochpunkt haben muß, wird in den geschmolzenen Kunststoff eingemischt. Der Mischprozeß wird dadurch gefördert, daß in der Kunststoff-

schmelze durch Zusatz von Natriumcarbonat und einer Säure Initialblasen gebildet werden, die die eingemischte Flüssigkeit füllt Von der Mischkammer 2 wird die Kunststoffschmelze mit der ihr beigemischten Flüssigkeit zu einem ringförmigen Strangpressenmundstück 10 hingeleitet, von dem aus die Kunststoffschmelze durch einen ringförmigen Spalt zur Bildung des Schlauches 5 herausgepreßt wird. Wenn der Kunststoff nach Passage des Strangpressenmundstückes 10 in den Atmosphärendruck herauskommt, wird die eingemisch- ι ο te Flüssigkeit gasförmig. Dabei wird eine Menge kleiner Blasen gebildet, die dem Kunststoff eine zellenförmige Struktur geben. Durch Abkühlung stabilisiert sich der Kunststoff unter Beibehaltung der zellenförmigen Struktur, wonach der Schlauch 5 aufgeschlitzt und zu einer ebenen Bahn ausgebogen werden kann, die abkühlen muß und dann eine steife Bahn oder einen steifen Bogen bildet, der aus der ebenen Bahn ausgeschnitten ist

Wie vorstehend erwähnt, trägt die Zellenstruktur des Schaumstoffes dazu bei, dem Material eine beträchtliche Steife zu geben, die jedoch durch Zusetzen von Verstärkungsmaterial noch wesentlich mehr verstärkt werden kann. In diesem aktuellen Falle besteht die Verstärkung aus Füllstoff in Form eines feinen Gipspulvers, das der Kunststoffschmelze unmittelbar vor oder am Strangpressenmundstück 10 zugeführt und dann so in der Kunststoffschmelze verteilt wird, daß eine so gleichmäßige Einmischung wie nur möglich erfolgt

Es wurde festgestellt daß der Füllstoff dem Kunststoff beigemischt werden kann, ohne daß die plastischen Eigenschaften des Kunststoffes verlorengehen, was jedoch voraussetzt daß ein solches Füllmittel äußerst feinkörnig sein muß. Experimente haben ergeben, daß Füllstoffe mit einer Partikelgröße von unter 50 μΐη beispielsweise bis zu einer 50Gew.-% überragenden Menge in Polyäthylen oder Polystyrol eingemischt werden können, ohne daß die Strangpreß- und Wärmeversiegelungsmöglichkeiten des Kunststoffes verlorengehen. Es hat sich auch gezeigt, daß man einem mit Füllstoffen durchsetzten Kunststoff durch konventionelle Schäumungsmethoden Zellenstruktur geben kann. Es hat sich erwiesen, daß der stranggepreßte Kunststoff, falls der Füllstoff grobkörniger ist als « vorstehend angegeben, spröder wird und daß es außerdem nicht möglich ist dem Kunststoff mit konventionellen Methoden Zellenstruktur zu geben.

Den Grund dafür, daß der Kunststoff nicht geschäumt werden kann, falls der Füllstoff allzu grobkörnig ist, hat so man noch nicht ganz ermitteln können. Wahrscheinlich beruht dies aber darauf, daß sich die Verteilung des Füllstoffes in der geschmolzenen Kunststoffmasse verändert, wenn die Kunststoffmasse unter hohem Druck mit Hilfe der bereits erwähnten Schnecke durch das Strangpressenmundstück 10 herausgepreßt wird. Es hat sich jedoch gezeigt daß auch noch grobkörnigeres Pulver als Füllstoff benutzt werden kann, ohne daß die Schäumungseigenschaften merkbar beeinträchtigt werden, vorausgesetzt daß das Gipspulver als Füllstoff der Kunststoffmasse insbesondere in unmittelbarer Nähe des Strangpressenmundstücks 10 oder in demselben zugesetzt wird.

Die vorstehende Erklärung der in F i g. 1 gezeigten Strangpresse soll eine generelle Beschreibung von konventionellen Strangpressen und ihrer Funktion geben, zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es jedoch zweckmäßig, die Strangpresse mit einer erfindungsgemäBen Vorrichtung zur Zufuhr von Füllmitteln bzw. Füllstoffen zu ergänzen. Diese Vorrichtung zur Zufuhr von Gipspulver als Füllstoff besteht aus einem Speicherbehälter 11 für den Füllstoff, einer Förderschnecke 7, einer Zufuhrleitung 8 sowie einem oder mehreren Verteilungselementen 6.

Das Gipspulver wird vom Speicherbehälter 11 zu der als Vorschubvorrichtung dienenden Förderschnecke 7 befördert, die schraubenartig sein kann. Mit Hilfe dieser Vorschubvorrichtung wird das Gipspulver durch die Zufuhrleitung 8 zum Verteilungselement 6 gepreßt Durch die öffnung im Verteilungselement 6 wird das Gipspulver in die geschmolzene Kunststoffmasse herausgepreßt und — unmittelbar bevor die Kunststoffmasse durch das Strangpressenmundstück 10 herausgepreßt wird — zur gleichmäßigen Verteilung in der Masse gebracht Bei Austritt in den vor der Strangpresse liegenden Raum, in dem Atmosphärendruck herrscht wird die der Kunststoffmasse beigem^:,--:hte Flüssigkeit gasförmig, wodurch in bereits beschriebener Weise die Bildung einer Menge von kleinen Blasen verursacht wird, die dem Material eine zellenartige Struktur geben. Da man den Füllstoff, der im aktuellen Falle Gipspuiver ist der Kunststoffmasse unmittelbar vom Austritt der Kunststoffmasse durch das Strangpressenmundstück 10 gleichmäßig beigemischt hat wird die gleichmäßige Verteilung des Füllstoffes in der Kunststoffmasse beibehalten, und man vermeidet die Übelstände, die man bisher bei der Einmischung von Füllstoffen, die nicht extrem feinkörnig waren, hatte, nämlich daß sich der Füllstoff ungleichmäßig im Material verteilt Dies ergab ein Material, das fleckenweise nicht geschäumt ist und große lokale Variationen in der Dichte sowie ebenfalls große lokale Variationen bezüglich der Haltbarkeit aufweist

Durch Beimischung von Gipspulver zur Kunststoffmasse erhält man einen steiferen Schaumstoff, und die Steifheit verbessert sich nach kurzzeitiger Lagerung weiterhin, weil Wasserdampf in das Material hinein diffundiert und bewirkt daß eine chemische Reaktion des Gipspulvers mit dem vom Wasserdampf kondensierten Wasser zustandekommt wobei sich nebeneinander liegende Gipspartikel miteinander vereinen.

Das gebildete Material wird nach der Gipsbrer.nung sehr steif, natürlich aber auch spröder als Schaumstoff, dem kein Füllstoff beigemischt ist Da man in vielen Fällen mehr Steifheit als Flexibilität anstrebt, hat es sich jedoch gezeigt, daß das erfindungsgemäß hergestellte Material viele Anwendungsbereiche hat nicht zuletzt auf dem Sektor der Verpackungstechnik.

Wie bereits erwähnt, ist es möglich, verstärkten Schaumstoff mit ungefähr gleichartigen Eigenschaften wie dem, der gemäß der Erfindung hergestellt wird, durch Benutzung eines extrem feinkörnigen Gipspulvers mit einer individuellen Körnergröße, die nicht über 20 — 50 μηι liegt, zu produzieren und den mit Füllstoffen durchsetzten Kunststoff in konventioneller Weise strangzupressen. Machteile bei der Benutzung von extrem feinkörnigem Gipspulver bestehen darin, daß das Zermahlen von Gipspulver bis zur erforderlichen Feinheit schwierig und relativ teuer ist.

Das Verteilungselement 6, das einen wichtigen Teil der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bildet, Lann i.i seiner einfachsten Form aus einem ringförmigen Hohlkörper 13 bestehen, der an seiner Fläche eine Zahl von über die Fläche gleichmäßig verteilten Auslauföffnungen, die Verteilermundstücke 14, aufweist. Eine solche Ausführungsform des Vertei-

lungselements 6 gemäß Fig. 2 ermöglicht durch die öffnungen bzw. Verteilermundstücke 14 außer dem Gipspulver auch Wasserdampf zuzuführen, um die Brennung des Gipsmaterials zu beschleunigen. Der ringförmige Hohlkörper 13 muß für den hohen Druck, der zu Auspressung des Gipspulvers in die Strangpressungskammer 4 erforderlich ist, in der ein hoher Druck herrscht, dimensioniert sein. Die mechanischen Belastungen auf den ringförmigen Hohlkörper 13 werden jedoch dadurch reduziert, daß seine Wände nur die Druckdifferenz auszuhalten haben, die zwischen der Außen- und Innenseite des Hohlkörpers 13 vorhanden ist.

In Fig.3 wird eine andere Ausführungsform des Verteilungselements 6 dargestellt, das auch in dieser !5 Ausführung einen ringförmigen Hohlkörper 13 aufweist, der mit der in Fig. 1 gezeigten Rohrleitung 8 in Verbindung steht. Der in F i g. 3 wiedergegebene Hohlkörper 13 weist eine Zahl von über die Fläche des Verteilungselements 6 gleichmäßig verteilten Öffnungen auf, von denen zumindest ein Teil aus als kanülenartigen Röhren bestehenden Verteilermundstücken 15 von verschiedener Länge besteht. Dadurch, daß die kanülenartigen Röhren in verschiedenem Abstand von der Fläche des Verteilungselements bzw. Hohlkörpers 13 als Verteilermundstücke 15 münden, erhält man eine gleichmäßigere Verteilung des Füllstoffes im Kunststoff, was erwünscht ist, da man eine so gleichmäßige Verteilung des Füllstoffes in der Kunststoffmasse wie möglich anstrebt. m

Eine weitere Ausführungsform des Verteilungselements 6 ist in F i g. 4 dargestellt, wo das Verteilungselement 6 direkt in den Strangpressenkopf 10 eingebaut ist. Dabei setzt man der Kunststoffmasse den Füllstoff erst in Zusammenhang damit zu, daß die Kunststoffmasse i"> durch den schmalen Spalt im Strangpressenkopf 10 herausgepreßt wird. Durch Anbringung des Verteilungselements 6 für das Gipspulver in der in Fig.4 gezeigten Weise im Strangpressenkopf 10 selbst kann man manchmal auch noch eine gleichmäßige Einmi- -»ο scnung des Fuiistoifs übci üic g<m<.c Παν.! ic άα stranggepreßten Schaumstoffes hinweg erreichen, während dagegen die Eindringtiefe des Füllstoffes in die Kunststoffmasse dadurch variiert werden kann, daß man den Druck ändert, mit dem der Füllstoff zugeführt wird. Somit ist es mit einem Verteilungselement gemäß F i g. 4 möglich, eine stranggepreßte Schaumstoff-Folie herzustellen, deren eine Seite härter ist als die andere, was in bestimmten Fällen vorteilhaft sein kann. Das in F i g. 4 dargestellte Verteilungselement besteht aus einem ringförmigen Kanal 16. der sich im äußeren Ring 19 des Strangpressenmunds !Uckes befindet. Der erwähnte ringförmige Kanal 16 steht durch Verbindungsleitungen 17 mit den als Verteilungsmundstücken 18 dienenden Auslauföffnungen in Verbindung. Der ringförmige Kanal 16 ist wie das in Fig. 1 wiedergegebene Verteilungselement 6 mit einer Förderschnecke 7 verbunden, mit der das Gipspulver unter hohem Druck in den erwähnten ringförmigen Kanal ib eingepreBi wird. Das Gipspulver soll mit einem Druck durch die öffnungen ausgepreßt werden, der höher ist als der in der Kunststoffmasse vorhandene Druck, wenn diese das Strangpressenmundstück passiert, da die Kunststoffmasse andernfalls an Stelle der Auspressung des Gipspulvers in die Auslauföffnungen bzw. Verteilermundstücke 18 hineingepreßt würde.

Es hat sich gezeigt, daß man mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der Erfindung einen billiger und sehr brauchbaren, verstärkten Schaumstoff herstel len kann. Da das Gipspulver den teuren Kunststoff zt einem erheblichen Teil ersetzen kann, ergeben sich bedeutende Ersparnisse, wobei der stranggepreßte Schaumstoff auch bei relativ dünnen Folien mit einei Dicke von 0,5—1 mm gleichzeitig eine beträchtliche Steife erhält. Es ist denkbar, als Füllstoff stan Gipspulver beispielsweise Steinmehl zu benutzen; ds aber Steinmehl nicht in gleicher Weise wie Gip; chemisch gebunden wird, geht ein Teil der Steif« verloren. Es dürfte auch möglich sein, als Füllmitte Zementpulver zu verwenden, dann muß man aber mi einer ziemlichen Zeit für die Einbrennung de:

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von relativ steifen und relativ dünnwandigen Schaumstoff-Schläuchen oder -Bahnen, durch Strangpressen von schäumbarem thermoplastischem Kunststoff unter Zugabe von feinkörnigem Füllstoff einer Korngröße von weniger als etwa 50 μΐη beim Strangpressen in möglichst gleichmäßiger Verteilung, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Gipspulver verwendet und zusammen mit Wasserdampf zugegeben wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der zum kontinuierlichen dosierten Einbringen von Füllstoffen in schäumbaren Kunststoff eine Zuführleitung für den Kunststoff vorgesehen ist, in die in der Nähe des Durchtrittsquerschnitts der Zufuhrleitung für den Ku»ststoff Verteiiermundstücke zum Zugeben von Füllstoffen in den Kunststoff münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermundstücke (14, 15) mindestens teilweise in den freien Durchtrittsquerschnitt der als Strangpreßmundstück (10) ausgebildeten Zuführleitung ragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermundstücke (14,15) kanülenartig bzw. röhrchenförmig ausgebildet sind.