DE2159656A1 - Verfahren zur Erhöhung des Anteils offener Zellen eines gemischtzelligen Schaumstoffes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erhöhung des Anteils offener Zellen eines gemischtzelligen Schaumstoffes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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DE2159656A1
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Description

"Verfahren zur Erhöhung des Anteils offener Zellen eines gemisehtzelligen Schaumstoffes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens"
Priorität:
!.Dezember 1970, V.St.A., Nr. 94 035
Feste Polymere mit zelliger Struktur, die im allgemeinen als i "Schaumstoffe" "bezeichnet werden, können bekanntlich durch freisetzen eines Treibgases während der Polymerisation des flüssigen Reaktionsgemisches hergestellt werden. Das Treibgas bewirkt ein Aufschäumen der zuvor plastischen oder flüssigen Masse. Die Polymerisation läuft während des Schäuravorganges so lange weiter, bis das Polymere aushärtet und eine durch die Sehautustoffblasen verursachte zellige Struktur erreicht« Die geometrische Struktur des Schaumstoffs, dessen Zellen die Form von Polyedern aufweisen, wird durch die räum- ;; liehe Anordnung der im Zeitpunkt der Härtung im flüssigen Schaum-™
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stoff vorliegenden Blasen bestimmt. Die Zellen besitzen gewöhnlich, insbesondere im Falle von Polyurethanschaumstoffen, die Form von Dodekaedern mit polygonalen, im allgemeinen fünfeckigen, Zellwänden bzw. - fenstern. Das zellige Gefüge des Schaumstoffes besteht aus einem Skelett von relativ dicken Strängen, welche die äussere Begrenzung der Zellen darstellen. Diese Stränge sind im allgemeinen durch sehr dünne Membranen oder "Fenster", v/elche die Aussenflachen der Zellen bilden, miteinander verbunden. Diese Struktur stellt das verfestigte Gefüge des geschäumten flüssigen Polymeren dar, in welchem die Blasen eine bestimmte räumliche Konfiguration aufweisen. Das Schäumstoffskelett entspricht dabei den Schnittlinien der Blasenwände. Die vorstehend beschriebene Schaumstoffherstellung eignet sich insbesondere für Polyurethanschaumstoffe.
Während des Schäumungsvorgangs zerbricht spontan ein bestimmter Anteil der Zellwände, im allgemeinen mindestens etwa 17 Prozent. Dabei entsteht ein poröses, festes Material mit zelliger Struktur bzw. ein gemischtζelliger Schaumstoff. Für viele Anwendungszwecke ist die Porosität bzw. Offenzelligkeit solcher Schaumstoffe jedoch nicht ausreichend. Zur Verbesserung ihrer Eigenschaften wurden daher bereits verschiedene Verfahren entwickelt, die auf eitie "ITetzbildung" bzv/. Erhöhung des Anteils offener Zellen durch Zerbrechen oder Entfernen von weiteren Zeilwänden abzielten. Im allgemeinen wird durch die Erhöhung des Offen-
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zellenanteils erwartungsgemäss die Porosität erhöht, die Schaumstoffichte kann - abhängig von der bei der Membranzerstörung tatsächlich entfernten Materialmenge - verändert werden, die Weichheit bzw. der weiche Griff des Schaumstoffes wird erhöht, und es kann sogar die Zug- und Zerreissfestigkeit des Schaumstoffs erhöht werden. Ferner kann das Aussehen des Schaumstoffs für viele Anwendungszwecke durch die Erhöhung des Offenzellen-Snteils verbessert v/erden.'Wenn der Schaumstoff z.B. als isolierender Futterstoff für Textilgut verwendet wird, verursachen die Zellwände ein unerwünschtes Glänzen bzw. Schimmern. Durch Entfernen oder Zerbrechen der Zellwände kann dieser Glanz zumindest stark vermindert werden. Ein weiterer Vorteil der Erhöhung des Offenzellenanteils von als Kleiderfutter verwendeten Schaumstoffen besteht in deren verbesserter Weichheit.
Es wurden bereits die verschiedensten Methoden zur Erhöhung des Offeuzellenanteils mit unterschiedlichem Erfolg und unter Erzielung verschiedener Produkttypen angewendet. Diese bekannten Verfahren bezweckten häufig die Herstellung vonSchaumstoffen mit einen Offeuzellenanteil von 100 Prozent, d.h. die Entfernung im wesentlichen aller Zellwände bzw. -fenster. In der USA-Patentschrift 3 171 820 ist z.B. eine chemische Methode beschrieben, bei der die Zellwände durcfc Hydrolyse mittels Wasser in Gegenwart eines Alkalihydroxids entfernt werden. In dieser Arbeit v/ird festgestellt, dass durch sorgfältige Einstellung der Reaktionsbedingungen bei der Hj'drolyse alle Zellwände ohne Schädigung des skelettartigen Grundgerüsts entfernt werden
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können. Ein hydrolytisches Verfahren zur Erhöhung des Offenzellenanteils ist auch in der belgischen Patentschrift 543 362 beschrieben. In der USA-Patentschrift 3 475 525 wird festgestellt, dass das Verfahren der USA-Patentschrift 3 171 820 zwar wirksam, bei der technischen !Durchführung jedoch ziemlich umständlich und zeitraubend ist. ^as Verfahren muss nämlich diskontinuierlich durchgeführt werden und erfordert ziemlich hohe Mengen der Hydrolyseflüssigkeit. Gemäss der UßA-Patentschrift 3 475 525 werden nun die Zellwände mittels eines- Heissluftstroms auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Polymeren erhitzt. Es wird,behauptet, dass die Zellwände bei sorgfältiger Regelung der Verfahrenabedingungen ohne Schädigung oder Schmelzen der Grundgerüststränge weggeschmölzen werden können. Zum Schmelzen von Polyurethanschsunstoffen sind dabei Temperaturen von mindestens etwa 250 C, vorzugsweise mindestens etwa 3000C, erforderlich. Es muss jedoch grosse Sorgfalt angewendet werden, um zu verhindern, dass die Festigkeit des Grundgerüstes durch Schmelzen bzw. Abbau des Polymeren oder durch einen Verlust von im Polymeren enthaltenen Zusätzen vermindert wird.
In den USA-Patentschriften 3 175 025 und 3 297 803 ist ein mechanisch-chemischesVerfahren zur Entfernung der Zellwände beschrieben. Dabei wird vorgeschlagen, die Zellwände durch explosive Entzündung ein-3 in den Schaumstoff eingebrachten oder diesen umgebenden entflammbaren Plüssigkeitsgemisches zu entfernen. Zur Durchführung der Explosionsreaktionen wird ein
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Hochdruckgefäss benötigt, weshalb das Verfahren praktisch nur diskontinuierlich durchgeführt werdeη kann. Durch die Explosion wird eine Hochtemperaturfront erzeugt, die sich rasch durch die Schaurast off wände bewegt und dabei die Zellmembranen zum Schmelzen bringt. Die hohen Temperaturen bewirken auch ein Schmelzen der Oberfläche der Grundgerüststränge; beim Absinken der Temperatur erfolgt dann eine Wiederverfestigung. Die Hochtemperaturfront durchwandert den Schaumstoff vermutlich jedoch so rasch, dass der Kern der Zellstränge keine wesentliche dauernde Veränderung erfährt. Die Wirkung des Schmelzers und ci^r Wiederverfestigung der Zellstränge lässt sich leicht an Hand von Mikroaufnahmen des dem vorgenannten Verfahren unterworfenen Schaumstoffs veranschaulichen; man erkennt glatte und glänzende Stränge.
Es sind auch bereits verschiedene rein mechanische Verfahren zur Erhöhung des Offenzellenanteils von sowohl weich-elastischen als auch harten Schaumstoffen bekannt. Um die' Verwendbarkeit von weich-elastischen Schaumstoffen als schallisolierendes bzw. schallabsorbierendes Material zu verbessern, wurden diese Schaumstoffe zur Öffnung ihrer Poren ausgewunden bzw. -gedrückt. Harte Schaumstoffe eignen sich insbesondere als schallisolierende Konstruktionsteile in modernen Gebäuden oder Kraftfahrζeugkarosaerien. Zur Verbesserung der schallabsorbierenden Eigenschaften wurde der Offenzellenateil der harten Schaumstoffe mit Hilfe von auf 1400C überhitztem Wasserdampf oder durch Anwendung eines Preßluftstrahls"(vergl. die deutsche Patentschrift 915 033) erhöht.
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Schaumstoffο, die zur Entfernung der Zellwände entweder auf' den Schmelzpunkt des Polymeren erhitzt oder chemisch behandelt wurden, weisen ein teilweise zerstörtes Grundskelett sowie einen verminderten Anteil an schützenden Zusätzen, wie flammatv/eisenden Mitteln, auf. Es wurde nunmehr jedoch gefunden, dass es bei vielen Anv/endungsformen von Schaumstoffen nicht notwendig ist, sämtliche Zellen zu öffnen bzw. im wesentlichen alle Zellwände zu entfernen. Bei weich—elastischen Schaumstoffen, die als isolierendes Puttermaterial für aus mehreren Schichten aufgebautes Textilgut verwendet werden, müssen zur Verbesserung des Aussehens des fertigen Produkts, d.h. zur Beseitigung des G-länzens bzw. Schimmerns, lediglich etwa 50 Prozent der Zellwände entfernt werden. Der Schaumstoff und das daraus hergestellte Textilgut können in diesem Falle mit freiem Auge kaum von einem Material mit vollständig geöffneten Schäumstoffζeilen unterschieden werden.
Aufgabe der Erfindung war es, ein neues Verfahren zur Erhöhung des Anteils offener Zellen eines gemischtzelligen Schaumstoffs zur Verfügung zu stellen, bei dem auf ein J&rhitzen des Schaumstoffs bis zur Schmelz teiapex^atur des Polymeren sov/ie auf die Verwendung von eine Zerstörung des Grundskeletts bewirkenden chemischen Mitteln verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Erhöhung dea Anteils offener Zellen eines gemischtzelligen Schaumstoffs, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine auf einer harten, elastischen, porösen aber mit Öffnungen versehenen Trägeroberfläche aufgelagerte Schäumstoffbahn durch drei aufeinanderfolgende Zonen führt, den !Druck unter der Trägeroberfläche beim Gleiten der Bahn durch die erste und dritte Zone vermindert und gegen jene Seite der Schäumstoffbahn, die der aufgelagerten Seite gegenüberliegt, beim Durchwandern der zweiten Zone senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu der Schaumstoffoberfläche einen kontinuierlichen Flüssigkeits- oder Gasstrahl richtet.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich zur Erhöhung des Offenzellenanteils von z.B. Polyäthylen-, Polypropylen-, Polyvinylchlorid-, Silikon-, Neopren- und Kautschuklatexschaumstoffen. Sehr gut anwendbar ist das erfindungsgemässe Verfahren für weich-elastische Schaumstoffe, insbesondere Polyurethanechaumstoffe. Es können jedoch auch harte Schaumstoffe nach den». Verfahren der Erfindung behandelt v/erden.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf dem Unterschied zwischen der Bruchfestigkeit der dünnen Zellfenstermerabranen und jener der relativ dicken Grundgerüststränge. Der Bewegungsimpuls der Flüssigkeit (Produkt aus Masse mal Geschwindigkeit) muss somit einerseits eine genügend hohe Aufprallenergie gewährleisten, damit die Zellwände zerbrochen werden, darf
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andererseits jedoch kein Brechen der dickeren und festeren, die Zellfenster umgebenden Grundgerüststränge verursachen. Die zur Entfernung des gewünschten Anteils der Zellwände erforderliche Strömungsenergie hängt nicht nur von der Dicke des Schaumstoffs sondern auoh von dessen Dichte und von der Eigenfestigkeit des Polymeren ab. Je dichter der Schaumstoff ist, desto höher ist im allgemeinen die Strömungsenergie, welche zur Erhöhung des Offenzellenanteils eines Schaumstoffs mit vorgegebener Dicke benötigt wird. Die gegen den Schaumstoff gerichtete Kraft wird vorzugsweise innerhalb der Elastizitätsgrenze des Grundgerüsts gehalten, so dass im Schaumstoff keine dauernde^ die Form, Abmessungen oder strukturelle Festigkeit betreffenden Veränderungen bewirkt v/erden. Die für die benötigte Energie erforderliche Strömungsgeschwindigkeit hängt auch von der Art, Dichte und Temperatur der verwendeten Flüssigkeit oder des entsprechenden Gases ab.
Der Anteil der im Verfahren der Erfindung zerbrochenen Zellfenstermembranen wird durch die Anzahl jener - Zellwände bestimmt, welche in zur Ebene des Gas- bzw. FlussigkeitsStrahls im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet sind. Es wurde gefunden, dass man diese Zahl" der zum Gas- oder Flüssigkeitsstrahl parallelen Zellwände dadurch wirksam verringern kann, dass man den weich-elastischen Schaumstoff der Länge oder der Breite nach, d.h. in mindestens einer zur Richtung des Gas- oder Flüssigkeitsstrahls senkrechten Richtung, streckt. Durch die Streckung wird die Anzahl jener Zellwände erhöht, welche gegenüber dem Gas- oder Flüssigkeitsstrahl genügend schräg gerichtet sind,
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um durch, diesen Strahl zerbrochen zu werden. Die Wirksamkeit des Verfahrens wird dadurch verbessert. Die vorteilhafte Anwendung einer Streckung ist in einem Vorschlag genauer "be schriet en. Es wurde jedoch gefunden, dass nicht alle Zellwände durch die Streckung in geeigneter Weise orientiert werden können. Ein Teil der Zellwä,nde behält gegenüber der Strahlrichtung einen zu kleinen Winkel bei. 'Diese Zellwände werden daher durch den Gas- oder Flüssigkeitsstrahl nicht zerbrochen.
Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgeraässen Verfahrens können die Zellwände durch Anwendung eines erhitzten Gas- oder Flüssigkeitsstrahls erweicht werden. Dies ist insbesondere beim Arbeiten mit einem Gasstrahl vorteilhaft. Die Temperatur des Strahls soll jedoch deutlich unterhalb des Schmelzpunkts und/ oder Zersetzungspunkts des Schaumstoffs liegen. Sie muss andererseits genügend hoch sein, um die Festigkeit der Zellwände zu vermindern, ohne jedoch eine dauernde Verformung des Grundgerüstes zu bewirken. Es sei festgestellt, dass bei Temperaturen in der Nähe des Schmelzpunktes des Polymeren auch eine gewisse chemische Zersetzung des Polymeren erfolgt und dass zumindest ein bestimmter Anteil der Schäumstoffzusätze durch Zersetzung oder Verflüchtigung verlorengeht, insbesondere bei der Einwirkung des energiereichen Flüssigkeits- oder Gasstrahls. Viele der vorgenannten Zusätze müssen dem Schaumstoff zur Erhöhung der Festigkeit oder zur Verhinderung der Alterung des Schaumstoffs bei normalem Gebrauch sov/ie zur Verminderung der Entflammbar™ keit einverleibt werden. Die Temperatur des Flüssigkeits- oder Gasstrahls sowie jene des Schaumstoffs soll somit vorzugsweise
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höchstens etwa 204°C, insbesondere höchstens etwa 1770G, betragen. Am meisten bevorzugt werden Temperaturen von etwa 1Ί9
etwa 177°C. Der Schaumstoff erreicht im allgemeinen nicht sofort die Temperatur des Gas- oder FlüssigkeitsStrahls, da er letzterem nur kurzzeitig ausgesetzt wird.
Figur 1 und Figur 2 zeigen vergrösserte Ansichten einer Zelle in einer Po^yurethansdiaurastoffbahn vor und nach der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die an den Stellen 8^ miteinander verbundenen Stränge 82 bilden das Grundgerüst des Schaumstoffs und stellen die Verbindungen zwischen den Zellfenstern bzw. .-wänden dar. Die Zellfenster sind im allgemeinen durch einen dünnen Polymerfilm 86, der die Grenzfläche zwischen zwei benachbarten Zellen bildet, bedeckt bzw. verschlossen. An den mit "87" bezeichneten Stellen- befinden sich zerbrochene Zellwände. Figur 1 zeigt, dass ein Teil der Zellwände während des Schäumungsvorgangs im allgemeinen spontan geöffnet wird. Im- Verfahren der Erfindung wird jedoch der Grossteil der übrigen Zellwände geöffnet. Figur 2 zeigt, dass alle Zellwände mit Ausnahme einer Wand zerbrochen sind. Die Zellwand war parallel zum Flüssig- . keits- oder Gasstrahl E orientiert.
Figur 1 und 2 lassen erkennen, dass im Verfahren der Erfindung eine Öffnung der Zellwände erfolgt, ohne dass in vielen Fällen das Membranmaterial entfernt wird. Dieses Material wird dann lediglich aufgerissen odor -gebrochen, wobei ein lappenartiges Gebilde aus dem zerbrochenen Zellwandmaterial zurückbleibt.
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Man erkennt jedoch ferner, dass daß Zellwandraaterial in anderen Fällen durch den Gas- odor Flüssigkeitsstrahl vollständig weggeblasen bzw. entfernt wirdΓ Die Gegenwart oder Abwesenheit der Lappen aus dein zerbrochenen Zellwandmaterial beeinträchtigt bei den meisten Anwendungszwecken keine der gewünschten Eigenschaften des Schaumstoffs. Insbesondere in jenen Fällen, wenn der Schaumstoff als Textilfutter verwendet werden soll, vermindern die Lappen die strukturelle Festigkeit des Schaumstoffs nicht und erzeugen auch kein merkliches Glänzen oder Schimmern, wie es bei der Verwendung des unbehandelten Produkts (vergl. Figur 1) der Fall ist. Durch die erfindungsgemässe Öffnung der Zellwände wird der Schaumstoff somit vom Glanz befreit.
Im -Verfahren der Erfindung wird der Schaumstoff vorzugsweise in Form einer Bahn mit einer Dicke von höchstens etwa 3»2 mm eingesetzt. Polyurethanschaurastoff bahnen, die als Text ilf utter verwendet werden, besitzen im allgemeinen eine Dicke von etwa 0,51 bis etwa 2,54 mm, vorzugsweise etwa 0,25 bis etwa 2,54 mm. Durch den Flussigkeits- oder Gasstrahl wird der Schaumstoff gegen die Trägeroberfläche gedruckt. Die Schäumstoffbahn wird in der Längsrichtung Zugkräften ausgesetzt, so dass die Zellen gestreckt und möglichst viele Zellwände in zur Strahlrichtung möglichst senkrechten Ebenen angeordnet werden. Der Flüssigkeits- oder Gasstrahl wirdy wie erwähnt, senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Tangente an die Schaumstoffoberfläche an der Schnittlinie zwischen dieser Oberfläche und dem Strahl gerichtet. Gewünschtenfalls kann der Flüssigkeits- oder Gasstrahl jedoch von dieser senkrechten Richtung abgelenkt und in die Bewegungsrichtung der
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Schäumstoffbahn geführt werden. Dadurch wird in der Aufprallfläche des Strahles eine zusätzliche längsstreckung der Schaum-Stoffbahn hervorgerufen. Der Strahl kann um etwa 5 bis etwa 10° von der senkrechten Richtung abgelenkt werden. Im allgemeinen soll die auf den Schaumstoff ausgeübte Zugkraft nicht höher sein, als zur Orientierung der Zellwände in die gewünschte Lage notwendig ist. Dieses Kraftraass kann für jede vorgegebene Schaumstoffstruktur leicht empirisch bestimmt werden. Durch die Energie des Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahles kann jedoch, wie erwähnt, eine zusätzliche Zugkraftkomponente auf den Schaumstoff ausgeübt werden, v/odurch die von aussen auf den Schaumstoff anzuwendende Kraft proportional verringert wird.
Es ist nicht ausschlaggebend, welcher genaue Streckungsgrad angewendet wird. Durch die Streckkräfte soll jedoch die Elastizitätsgrenze des Schaumstoffs nicht überschritten werden. Im allgemeinen reicht ein Streckungsgrad von 10 bis 70 Prozent der länge des Schaumstoffs für eine befriedigende Erhöhung des Offenzellenanteile ohne dauernde Verformung des Schaumstoffs aus.
Es ist überraschend, dass im Verfahren der Erfindung bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn unterhalb der Schaurastoffbahn der Druck in jenen Zonen vermindert wird, welche sich vor bzw. nach der gegenüberliegenden Seite der Aufprallzone des Gas- bzw. Plüssigkcitsötrahles befinden. Die Zonen, auf die verminderter Druck angewendet wird, befinden sich vorzugsweise in unmittelbarer Wachbarschaft zur Aufprallzone, welche gegenüber der At-
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Biosphäre geöffnet ist und aich daher bei atmosphärischem oder leicht erhöhtem Druck befindet..In der.ersten und dritten Zone wird der Druck vorzugsweise um . mindestens etwa
102 mm Wassersäule, insbesondere mindestens etwa 152 mm Wassersäule, jeweils ausgehend von Atmosphärendruck, vermindert.
Die unterhalb des Gas- oder Flussigkeitsstrahls befindliche zweite Zone, welche gegenüber der Atmosphäre offen sein kann, muss mindestens dieselbe Breite aufweisen wie die Strahldüse. Vorzugsweise besitzt die zweite Zone die 6-fache Breite, insbesondere etwa die 10- bis etwa die 30-fache Breite der Düse. Die der zweiten Zone, benachbarte erste bzw. dritte Zone (verminderter Druck) soll eine Breite von mindestens etwa 5,1 cm, vorzugsweise von mindestens etwa 15,2 cm, aufweisen. Obwohl die Breite der vermindertem Druck ausgesetzten Zonen nicht nach oben hin begrenzt ist, ist eine Breite von über etwa 20,3 cm wegen der dann zur Druckverminderung erforderlichen sehr hohen Saugleistung unwirtschaftlich.
Gemäss einer abgewandelten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird die Schaumetoffbahn an mehr als einer Seite dem Flüstsigkeits- oder Gasstrahl ausgesetzt. Man kann z.B. zuerst einen Flüssigkeits- oder Gasstrahl gegen die obere Seite einer endlosen Schäumstoffbahn richten und anschliessend die untere Seite der Bahn mit dem Strahl behandeln. Bei jeder Behandlung mit dem Flüssigkeits- oder Gasstrahl kann die gegenüberliegende Seite der Bahn vermindertem Druck ausgesetzt werden. Obwohl bei
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des Anteils dieser Methode eine etv/as stärkere Erhöhung/der offenen Zellen erzielt wird, genügt im allgemeinen eine einzige Behandlung der Schäumstoffbahn mit dem Gas- oder Flüssigkeitsstrahl, insbesondere bei Anwendung von vermindertem Druck auf die gegenüberliegende Seite.
Im Verfahren der Erfindung besitzen Flüssigkeitsstrahlen im allgemeinen eine höhere Wirksamkeit zum Brechen der Zellwände als Gasstrahlen. Es werden dabei im allgemeinen keine erhöhten Temperaturen benötigt. Obwohl der Schaumstoff bei Anwendung eines Flüssigkeitsstrahls anschliessend getrocknet werden muss, kann die Verwendung von !flüssigkeiten wegen ihrer höheren Wirksamkeit wirtschaftlicher sein. Es können beliebige inerte Flüssigkeiten verwendet werden. Vorzugsweise v/erden flüssigkeiten eingesetzt, die genügend flüchtig sind, so dass sie die Trocknung des Schaumstoffs nach der Öffnung der Zellwände durch Verdampfen erleichtern. Wasser wird als Flüssigkeit besonders bevorzugt. Bei Anwendung eines FlüssigkeitsStrahls ist zur Öffnung der Zellwände eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 30,5 ra/Sek. erforderlich. Es wird vorzugsweise mit Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens etwa 36,6 m/Sek. gearbeitet. Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb etwa 122 m/Sek. sind bei Flüssigkeiten im allgemeinen nicht erforderlich und können zu einem Zusammenbruch des Grundgerüstes führen. Der entsprechende Flüssigkeit£;durchsatz beträgt etwa 4,5 bis etwa 17,9 Liter/cm Bahnbreite . Min., vorzugsweise mindestens etwa 10,-'! Liter/cm Bahnbreite . Min. Der Flüssigkeitsdurchaatz kann unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit durch Änderung der Öffmr- ^sbreite der Düse geregelt werden.
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Gase sind im Verfahre« der Erfindung zwar nicht so wirksam wie Flüssigkeiten, besitzen jedoch den Vorteil, das« sie leicht handhabbar sind und dass auf die anschiiessende Trocknung des Schaumstoffs verzichtet werden kann. Unter den Gasai wird Luft "bevorzugt, da sie leicht "beschaffbar ist und da die Abluft nicht aufgefangen bzw. beseitigt zu v/erden braucht. Es genügt, die Luft nach dem Durchströmen des Schaumstoffs abziehen zu lassen. Es können jedoch auch andere inerte nichttoxische Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Heizgase, verwendet v/erden. Um eine wirksame Glanzbeseitigung zu erzielen, müssen eine lineare Gasgeschwindigkeit von mindestens et\va 274 m/Sek. (bei Horrnalbedingungen) und oine Maasenströmungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 0,9 g/cm Düsenlcnge . Sek. angewendet werden. Es wird vorzugsweise eine möglichfit nahe an die Schallgeschwindigkeit heranreichende Gasgeschwindigkeit angewendet, insbesondere eine Gasgeschwindigkeit von mindestens etwa 5^5 m/Sek. bei einer Massenptröraun£sgescbwin~
etwa
digkeit von mindestens/2,8 g/cm Düsenlänge . Sek.
Im Verfahren der Erfindung wird die Schäumstoffbahn iro allgemeinen mit einer Geschwindigkeit von höchstens etwa 91 m/Hin, vorzugsweise von etwa 12 bis 79 m/Min., bewegt. Obwohl man auch nit niedrigeren Bahngeschwindigkeiten arbeiten kann, vird dadurch im allgemeinen keine wesentlich stärkere Erhöhung des Anteils offener Zellen erzielt.
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Die Erfindung "betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, die aus einer eine harte, elastische, den Durchgang eines Flüssigkeits- oder Gasstrahls gestattende Oberfläche aufweisenden Trägereinrichtung, einer Antriebseinrichtung zum Bewegen einer Schäumstoffbahn in der Längsrichtung über die Trägereinrichtung , einer der Trägereinrichtung benachbarten Düseneinrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeits- oder Gasstrahls, flüssigkeits- oder gasdichten Trennwänden zur Unterteilung der Trägereinrichtung und des Raumes darunter in eine erste, zweite und dritte benachbarte, in der Bewegungsrichtung der Schaumstoffbahn angeordnete Zone, wobei die mittlere Zone sich direkt unterhalb der Düse befindet, und eine mit der ersten und -dritten Zone in Verbindung stehenden Einrichtung zur Unterdruckerzeugung besteht.
.Zur Erzeugung des Unterdrucks dient z.B.eine pumpe, wie eine Wasserstrahlpumpe, ein Gebläse oder ein Ventilator. Die beiden Randzonen können miteinander verbunden und an die gleiche Einrichtung zur Unterdruckerzeugung angeschlossen sein. Man kann die erste und die dritte Zone jedoch auch an getrennte Einrichtungen zur Unterdruckerzeugung anschliessen. Die mittlere Zone ist von den beiden Randzonen durch dünne, jedoch undurchlässige V/ände getrennt, die vorzugsweise durch die poröse Oberfläche der Trägereinrichtung hindurch, jedoch nicht über diese Oberfläche hinaus verlaufen. Es sind vorzugsweise zwei Antriebsßiurichtungen und eine Regeleinrichtung zur unabhängigen Einstellung der Geschwindigkeit der ersten und zweiten Antriebseinrichtung vorhanden, damit die der Schäumstoffbahn aufgezwungene Längsstreckung
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eingestellt werden kann.
Die Oberfläche der Trägereinrichtung ist so konstruiert, dass die Flüssigkeit oder das Gas nach dem Durchströmen des Schaumstoffes vom Zwischenraum zwischen der Schaumstoffbahn und der Trägereinrichtung abfliessen kann. Die Trägeroberfläche kann porös sein, damit die Flüssigkeit oder das Gas durch sie hindurchströmen und durch das Innere der Trägereinrichtung abströmen kann. Eine solche poröse Oberfläche kann aus einem Fetz bzw. Gitter oder einem gesinterten Metall bestehen. Die. Trägeroberfläche weist an der dem Flüssigkeits- bzw. Gasstrahl direkt gegenüberliegenden Stelle einen Spalt auf, der sich über die volle Breite und Länge des Strahles erstreckt, so dass die gesamte den Schaumstoff durchströmende Flüssigkeit oder das entsprechende Gas direkt auf diesen Spalt auftrifft und durch ihn abzieht. Dadurch wird das'Auftreten eines Gegendrucks auf die Schäumstoffbahn verhindert, und die Verfahrenswirksamkeit wird dadurch merklich verbessert", dass die Anzahl der zerbrochenen Zellwände selbst bei niedrigen Strahlgeschwindigkeiten erhöht wird.
Die Trägereinrichtung kann stationär zur Düse angeordnet sein. Die Richtung des Spaltes verläuft dann im allgemeinen transversal, vorzugsweise senkrecht, zur Bewegungsrichtung der Schaumstoffbahn. Der Spalt erstreckt sich ferner vorzugsweise über die gesamte Schäumstoffbahnbreite. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Flüssigkeit br-'.w. das gesamte Gas nach dem Durchströmen der Bahn sofort abgezogen wird.
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Die Wirksamkeit des Verfahrens wird verbessert, wenn das Vakuum direkt an jenen Teil der Trägereinrichtung angelegt wird,, welcher der Aufprallfläche des KLüssigkeits- oder Gasstrahles unmittelbar benachbart ist. Eine entsprechende Bauweise kann leicht mit herkömmlichen Mitteln verwirklicht werden.
Die Trägeroberfläche stellt vorzugsweise eine Oberfläche einer geschlossenen Hohlkammer dar, deren Inneres einerseits mit den Öffnungen in der Trägeroberfläche (entweder ein Spalt oder Poren), andererseits mit den Einrichtungen zur Unterdruckerzeugung in Verbindung steht.
Wenn eine poröse Trägeroberfläche unerwünscht ist, kann eine glatte und undurchlässige Trägeroberfläche verwendet werden, die dann aber mit drei wie vorstehend beschrieben angeordneten Spalten bzw. seitlichen Öffnungen versehen ist. Der mittlere Spalt ist mit einer gegenüber der Atmosphäre offenen Kammer verbunden, während die beiden äusseren Öffnungen an die Einrichtungen zur Unterdruckerzeugung angeschlossen sind. Jede der drei Spalten soll sich dabei über die volle Länge des Elüssigkeits- oder Gasstrahls sowie jene der darübergleitenden Schäumstoffbahn erntrekken. Es können auch zwei"" oder mehrere Spalten für jede einzelne Zone vorgeöohen sein. Jeder Spalt soll eine Breite von mindestens etwa 1,59 min, vorzugsweise von etwa 3,17 bis etwa 25,4 mm, aufweisen.
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Die poröse, jedoch harte Trägeroberfläche soll eine genügend hohe Porosität aufweisen, dass die Flüssigkeit bzv/. das Gas nach dem Durchströmen des Schäumstoffβ ohne Erzeugung eines spürbaren Gegendrucks abzieht.· Ein gut geeignetes Material für die Trägeroberfläche soll ein Abziehen des Gases aus dem Strahl bei einem Druckabfall von höchstens etwa 50,8 mm Wassersäule gestatten. Durch einen höheren Druckabfall kann ein Welligwerden des Schaumstoffs an der dem Strahl ausgesetzten und an der gegenüberliegenden Seite bewirkt werden. Der Wirkungsgrad des Verfahrens kann ferner dadurch vermindert werden, dass auf die der Aufprallfläche benachbarten Zonen ein stärkerer Unterdruck angewendet werden muss.
Eine poröse Trägeroberfläche kann z.B. aus einem Netz oder GS.tter aus gewebten Strängen aus einem Metall, v/ie Stahl, einem Kunststoff, wie einem Polyamid, oder einem Schaumstoff, wie einem harten Polyurethan- oder Polystyrolschaumstoff, bestehen. Solche poröse bzw. durchlässige Materialien sind bekannt und können nach herkömmlichen Methoden hergestellt v/erden. Es werden vorzugsweise Materialien mit einer dafür ausreichenden Festigkeit und Härte verwendet, so dass sie durch den Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahl oder die darübergefülirte Schäumst off bahn nicht leicht beschädigt werden. Die der Schäumstoffbahn zugekehrte Oberfläche ist vorzugsweise glatt, damit der Schaumstoff nicht beschädigt bzw. aufgerissen wird.
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Im allgemeinen ist es jedoch nicht zweckmässig, die Schaumstoffbahn beim Parieren des Plus sigke its- bzw. Gas Strahls über eine stationäre"Trägeroberfläche zu führen, da die Schaumstoffober» fläche dabei durch die Reibung beschädigt werden kann. Es wird daher mit Torteil ein bewegliches, .hochporöses oder perforiertes Gitter zwischen die Schäumstoffbahn und die Trägeroberfläche eingefügt bzw. zum Transport der Schäumstoffbahn über die Trägeroberfläche verwendet. Das Gitter wird von der Trägeroberfläche getragen, ist jedoch- in bezug auf diese frei beweglich. Es kann mit derselben Geschwindigkeit wie die Schäumstoffbahn bewegt werden oder lediglich mit dieser Bahn frei beweglich sein. Das Gitter weist vorzugsweise etwa 10 bis 6 Maschen pro cm (24 bis 14 mesh/inch) auf,'wobei die Stege ßwischen den Öffnungen aus dem dünnstmöglichen Material bestehen, das mit der zum Auflagern der Schaumstoffbahn erforderlichen Festigkeit verträglkh ist, ohne dass der Schaumstoff zersplittert oder zerrissen wird. Die offene Fläche des Gitters beträgt vorzugsweise mindestens 35 Erozent. Das Gitter oder die poröse Oberfläche kann aus Kunststoffen, wie Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, oder aus Metallen, wie Stahl, korrosionsbeständiger Stahl, Aluminium oder Nickel, hergestellt werden.
Die Trägeroberfläche weist vorzugsweise eine gekrümmte Form auf und stellt insbesondere einen Teil eines Zylinders dar, dessen Längsachse senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schaumstoffbahn, d.h. parallel zur Richtung des Spaltes verläuft. Es kann jedoch auch eine Trägeroberfläche mit einer Krümmungsform oder eine flache Trägeroberfläche verwendet werden.
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Die Düse für den Flüssigkeits- oder Gasstrahl kann eine konvergierende Form aufweisen. Wenn der Strahl mit Überschallgeschwindigkeit ausgestossen wird, wird mit Vorteil eine konvergierend/ divergierende Form der Düse angewendet. Der Flussigkeits- oder Gasstrahl besitzt jedoch "bei Unterschallgeschwindigkeit eine gute Wirksamkeit, wodurch die bei Überschallstrahlen auftreten« den Probleme vermieden werden können.
Die Düseneinrichtung kann eine kreisförmige oder längliche m Öffnung bzw. einen Schlitz oder mehrere kreisförmige Öffnungen besitzen, die in einer die Flüssigkeit oder das Gas unter Druck enthaltenden Kammer angebracht sind. Es wird vorzugsweise ein länglicher Schlitz verwendet, dessen Länge insbesondere zumindest ebenso gross ist wie der Spalt oder die poröse Oberfläche in der Stützfläche oder wie die Breite der zu behandelnden Schäumstoffbahn, wenn diese Breite geringer ist als die Spaltlänge. Die Öffnungsbreite der Düse ist vorzugsweise einstellbar, damit man die Strahlgeschwindigkeit und Massenströmungsgeschwin-
digkeit regeln kann. Im Falle eines Gases besitzt die Düse im ^ allgemeinen eine Breite von etwa 0,15 bis etwa 0,51 mm, im Falle einer Flüssigkeit von etwa 0,13 bis etwa 0,63 mm. Die Düsenlippen sollen aus einem harten, steifen Material bestehen, das durch Flüssigkeits- oder Gasstrahl nicht korrodiert oder erodiert wird. Beispiele für geeignete Materialien sind Kohlenstoffstahl, korrosionsbeständiger Stahl, Stahl mit einem nichtmetallischen Überzug, z.B. aus einem keramischen Material und Gußeisen.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in Seitenansicht.
Gemäss Figur 3 v/ird die Schäumst off bahn durch die erste Antriebseinrichtung, die aus den von einer Energiequelle (nicht gezeigt) angetriebenen, über Zahnräder miteinander verbundenen Zugwalzen 40 und 41 besteht, von der Abwickelwalze 39 abgezogen. Als zweite Antriebseinrichtung dient die ebenfalls durch eine Energiequelle (nicht gezeigt) angetriebene Zugwalze /3, die sich unmittelbar vor der Aufwickelwalze 45 befindet.
Zwischen den beiden Führungswalzen 47 und 48 befinden sich zwei Vakuumkammern 55, deren vertikaler Querschnitt im allgemeinen trapezförmig ist. Die rechteckigen Oberflächen 56 der Vakuumkammern 55 bestehen aus einem hochbeständigen Stahlrost. Die Valrtmmkammern 55 sind an eine Absattgeeinrichtung (nicht gezeigt) aog_- schlosseu, mit deren Hilfe in jeder Kammer ein Vakuum von mindestens etwa 152 mm Wassersäule erzeugt werden kann. Das Gitter 60 aus Stahl lagert auf den oberen Flächen 56 der Kammern 55 bsw. wird über diese Flächen bewegt. Das Gitter 60 wird über die Führungswalzen 62, 63, 64 und 65 geführt und durch die Zugwalze 66 angetrieben. Die Spannung des Gitters 60 wird in herkömmlicher Weise mit Hilfe der Spannwalze 68, die in den durch die pfeile angegebenen Richtungen bewegt werden kann und durch eine Rastenarretierung (nicht gezeigt) an der gewünschten Stelle gehalten wird, aufrechterhalten.
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Die Vakuumkaramern 55 sind in einer solchen Weise einander gegen-.über angeordnet, dass sich die Schneiden der Kammern, welche durch die Scheitel der spitzen Winkel der Trapezoide gebildet werden, in einem Abstand von etwa 3»2 bis etwa 12,7 mm voneinander befinden bzw. einen entsprechend breiten Spalt 67 bilden. Die nicht-senkrechten Seiten der Kammern 55 unterhalb der Schneidkanten bilden eine divergierende Düse, um die Verringerung des Gegendrucks zu erleichtern. Die Düse 70 besitzt die Form eines länglichen Schlitzes mit ,einem konvergierenden Querschnitt. Die Düse ist durch die Leitung 71 mit der Quelle für das Druckgas bzw. die Druckflüssigkeit verbunden. Die Düsenöffnung befindet sich direkt oberhalb des Spaltes zwischen den Kammern 55» bo dass die aus der Öffnung ausströmende Flüssigkeit bzw. das entsprechende Gas direkt zwischen die beiden Kammern einströmen kann.
Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung ist so dimensioniert, dass die gesamte Breite der Schaumstoffbahn durch das Gitter 60 gestützt und djbekt dem Strahl aus der Düse sowie dem verringerten Druck in den Kammern 55 ausgesetzt ist. Das Gitter 60 stützt d:s Schäumstoffbalm, während diese über die Vakuumkammern hinweg- und unter dem Strahl hindurchgeführt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Gitters wird dabei an jene der Schaumstoffbahn an den betreffenden Stellen angepasst. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausfnhrungsform wird £uft von der Hinterseite der Schauinstoffbahn an jenen Stellen abgesaugt, welche der dem Strahl ausgesetzten Stelle benachbart sind, nicht jedoch von der Hinterseite der unter dem Strahl befindlichen Stelle.
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Obwohl nach dem Verfahren der Erfindung jeder beliebige Schaumstoff typ behandelt werden kann, lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren am besten auf Polyurethanschaumstoffe anwenden. Die Polyurethanschaumstoffe können sich dabei von jeder beliebigen Polyurethanart ableiten, z.B. von Polyurethanen des Polyesteroder Polyäthertyps. Besonders gut anwendbar ist das erfindungsgemässe Verfahren auf weich-elastische Polyurethanschaumstoffe. Die Schaumstoffe können nach beliebigen Methoden hergestellt werden, z.B. nach den in den USA-Patentschriften 3 281 894 und 3 296 658 beschriebenen ^erfahren. Bei diesen Verfahren wird das Polymere in im allgemeinen zylindrische Blöcke verschäumt. Aus den Blöcken werden Schaurastoffbahnen "herausgeschält", welche aufgewickelt und dann erfindungsgemäss behandelt werden können.
Das Beispiel erläutert die Erfindung.
Beispiel
Es wird der Offenzellenanteil einer Polyurethanschaumstoffbahn erhöht. Es wird ein nach einem herkömmlichen einstufigen Verfahren polymerisierter Schaumstoff eingesetzt, der aus einem isomeren Toluylendiisocyanatgemisch und einem im Handel erhältlichen Po]yadipinsäureester mit einer Hydrozylzahl von 51,8, einer Säurezahl von weniger als 1 und einer Viskosität (250C) von 18000 cP hergestellt wurde. Der Schaumstoff wird gemäss dem in den USA-Patentschriften 3 281 894 und 3 296 658 beschriebenen Verfahren zu einem zylinderförmigen Block verarbeitet. Aus diesem Block wird eine Schaumstoffbahn hergestellt. Die aufgewickelte Schäumstoffbahn (Dicke =etwa 2,3 mm) wird erfindungsgemäss
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unter Verwendung der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung behandelt. Die verwendete Düse besitzt eine Breite von etwa 0,36 mm. Der Spalt zwischen den Kanten 63 weist eine Breite von etwa 6,3 mm auf. Die Kammern 55 sind jeweils mit einer Absaugpumpe verbunden, und der Druck an den Auslässen von jeder Zone wird um etwa 152 mm Wassersäule verringert. Der Luftstrahl besitzt an der Düsenöffnung eine Geschwindigkeit von etwa 335 ra/Sek. (bei Normalbedingungen). Die Schäumstoffbahn wird unter dem Strahl mit einer Geschwindigkeit von etwa 55 m/Min, hindurchgeführt. Die Bahn wird in der Längsrichtung derart gestreckt, dass der Streckungsgrad unter dem Strahl etwa 20 Prozent beträgt.
Die Untersuchung der behandelten Schäumstoffbahn mit freiem Auge zeigt, dass das Glänzen bzw. Schimmern nahezu verschwunden ist. Bei der mikroskopischen Untersuchung wird festgestellt, dass im Durchschnitt 20 Prozent der Zellwände unversehrt geblieben sind. Es wird somit eine v/irksame Mattierung des Schaumstoffs erreicht.
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Claims (14)

  1. — 26 —
    Patentansprüche
    Verfahren zur Erhöhung des Anteils offener Zellen 3ines gemischtzelligen Schaumstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass man eine auf einer harten, elastischen, porösen oder mit Öffnungen versehenen Trägeroberfläche aufgelagerte Schäumstoff "bahn durch drei aufeinanderfolgende Zonen führt, den Druck unter der Trägeroberfläche heim Gleiten der Bahn durch die erste und dritte Zone vermindert und gegen jene Seite der Schaumstoffbahn, die der aufgelagerten Seite gegenüberliegt, "beim Durchwandern der zweiten Zone senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu der Schäumstoffoberfläche einen kontinuierlichen Plüssigkeits- oder Gasstrahl richtet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in der ersten und dritten Zone den Druck um mindestens etwa 152 mm Wassersäule vermindert.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Flussigkeits- oder Gasstrahl mit einer Temperatur von höchstens etwa 2040G, vorzugsweise höchstem.; etwa 177°C, insbesondere von etwa 149 "bis 177°C, anwendet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Flüssigkeitsstrahl anwendet.
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  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Flüssigkeitsstrahl mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 56,6 m/Sek und mit einem Flüssigkeit sdurchsatζ von mindestens etwa 10,4 Liter/cm Bahnbreite . Min. gegen die Schäumstoffbahn richtet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Gasstrahl mit einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 335 m/Sek. (bei Normalbedingungen) und einer Massenströmungsgeschwindigkeit von mindestens etwa 2,8 g/cm Düsenlänge ♦ Sek. anwendet.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schaumstoffbahn durch Ablenken des FIüsBig-Ice its- oder Gasstrahls von der senkrechten Richtung und/ oder durch äussere Kräfte in der Bewegungsrichtung streckt«
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, bestehend aus einer, eine harte, elastische, den Durchgang eines Flüssigkeits- oder Gasstrahls gestattende Oberfläche aufweisenden Trägereinrichtung,einer Antriebseinrichtung zum Bewegen einer Schaumstoffbahn
    in der Längsrichtung über die Trägereinrichtung , einer der Trägereinrichtung benachbarten Düseneinrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeits- oder Gasstrahls, flussigkeits- bzw. gasdichten Trennwänden zur Unterteilung der Trägereinrichtung und des Raumes darunter in eine erste, zweite und dritte benachbarte, in der Bewegungsrichtung 209825/1023
    der Schäumstoffbahn angeordnete Zone, wobei die mittlere Zone sich direkt unterhalb der Düse befindet, und eine mit der ersten und dritten Zone in Verbindung stehenden Einrichtung zur Unterdruckerzeugung.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine-Spannwalze (68) zum Strecken der Schäumstoffbahn bei deren Übergang über die Trägeroberfläche aufweist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägeroberfläche einen direkt gegenüber dor Düse (,70) angeordneten Spalt (67) aufweist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung eine flüssigkeits- bzw. gasdurchlässige poröse Oberfläche, vorzugsweise über allen drei Zonen, aufweist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Antriebseinrichtung und eine Regeleinrichtung zur unabhängigen Einstellung der Geschwindigkeit der ersten und zweiten Antriebseinrichtung aufweist.
  13. 13. Vorrichtung nabh Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (60) gemeinsam mit der Schaumstoffbahn unter der Düse (70) hindurchbewegt werden kann.
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  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zugwalze (66) für die bewegliche Trägereinrichtung (60) aufweist.
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    ι a0 ·* Leerseite
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