DE2202133C3

DE2202133C3 - Process for the production of plastic molded parts with a dense outer skin and a foamed core made of polyurethane

Info

Publication number: DE2202133C3
Application number: DE19722202133
Authority: DE
Inventors: Georg Prof. Dr.-Ing. 5105 Laurensberg; Hensel Hartmut Dipl.-Ing 5103 Brand; Schwanitz Konrad DipL-lng 5100 Aachen Menges
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1978-02-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Integralschaumstoff-Formteilen mit einer Außenhaut hoher Dichte übergehend in einen geschäumten Kern niedriger Dichte aus Polyurethan, bei dem ein ireibinittelhaltiges Reaktionsgemisch auf einmal in eine geschlossene, temperierte, bewegbare Form eingegeben und unter Entlüftung der Form aufgeschäumt wird. Ein derartiges Verfahren ist bekannt (vgl. »Kunststoffe« 1969, Heft 7, Seiten 398 - 400).The invention relates to a method for producing integral foam molded parts with an outer skin high density merging into a foamed core made of low density polyurethane, in which a ireibinittelhaltiges reaction mixture at once in one closed, tempered, movable mold is entered and foamed while venting the mold. Such a method is known (see "Kunststoffe" 1969, No. 7, pages 398-400).

Die bei einem solchen Verfahren verwendeten Schaumkunststoffe, nachstehend als Reaktionsschaumstoffe bezeichnet, werden durch gleichzeitig verlaufende und aufeinander abgestimmte Polymer- und Treib-Reaktionen gebildet, wobei an den Polymer-Aktionen mindestens zwei reaktionsfähige Gruppen besitzende niedermolekulare Komponenten teilnehmen, während die Treibreaktionen durch Treibmittel ausgelöst werden, die entweder den Ausgangskomponenten zugesetzt oder bei der Polymerisation freigesetzt werden. Außer dem schon eingangs genannten Polyurethan gehören in diese Klasse der Reaktionsschaumstoffe solche auf der Basis von z. B. Polyisocyanurat, Phenol-Formaldehyd, Polyesterharze, Polyamid, Epoxidharz. Diese Stoffe vernetzen sich chemisch, indem sich die Moleküle der flüssigen Reaktionskomponenten miteinander verknüpfen und ein räumliches starres Netzwerk bilden. Dieser Vorgang ist kunststoffbildend und ergibt Duroplaste.The foamed plastics used in such a process, hereinafter referred to as reaction foams are referred to by simultaneously running and coordinated polymer and blowing reactions formed, with at least two reactive groups possessing on the polymer actions low molecular weight components take part, while the blowing reactions are triggered by blowing agents, which are either added to the starting components or released during the polymerization. In addition to the polyurethane already mentioned at the outset, this class of reaction foams belongs to this class those based on e.g. B. polyisocyanurate, phenol-formaldehyde, polyester resins, polyamide, epoxy resin. These substances are chemically linked by the molecules of the liquid reaction components link with each other and form a spatial rigid network. This process is plastic-forming and results in thermosets.

Im Gegensatz dazu wird bei den sogenannten thermoplastischen Massen die Kunststoffbildung bereits beim Rohstoffhersteller vorgenommen. Durch Lösungsmittel lassen sich dann diese Stoffe, die nur lineare oder nur schwach vernetzte Molekülketten aufweisen, aufweichen. Bei einer Erwärmung dieser Stoffe wird dann das zugefügte Lösungsmittel verdampfen und die Masse gelieren, so daß sie geformt werden kann.In contrast, with the so-called thermoplastic masses, the plastic formation is already made at the raw material manufacturer. Solvents can then be used to remove these substances, which are only linear or have only weakly crosslinked molecular chains, soften. When these substances are heated then evaporate the added solvent and gel the mass so that it can be shaped.

Diese Technik läßt sich aber bei den starr vernetzten ReaktionESchaumstoffen nicht anwenden, da die hergestellten chemischen Bindungen nicht zerstört werden dürfen. Der Reaktionsprozeß ist daher bei den Reaktionsschaumstoffen allgemein ohne Zerstörung des Kunststoffes nicht reversibel.This technology can be used with the rigidly networked Reaction Do not use foams as the chemical bonds that have been established are not destroyed may. The reaction process is therefore generally without destruction of the reaction foams Plastic not reversible.

Bei den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Reaktionsschaumstoffen wird das Reaktionsgemisch (z. B. aus Polyol, Polyisocyanat,In the previously known processes for the production of components from reaction foams, this is Reaction mixture (e.g. from polyol, polyisocyanate,

■ο Stabilisatoren und Aktivatoren) und ein flüssiges, niedrigsiedendes Treibmittel, z. B. Trichlormonofluormethan, bis zu einem gewissen Füllstand in ein ruhendes Formwerkzeug eingefüllt, dessen Einfüllöffnungec nach dem Füllvorgang verschlossen werden. Die Reaktionspartner (ζ. B. Polyol und Polyisocyanat) reagieren dann miteinander und bilden so den eigentlichen Kunststoff. Bei diesem Prozeß wird Wärme frei, die ihrerseits das den Reaktionspartnern beigegebene Treibmittel zum Verdampfen bringt, wodurch das Reaktionsgemisch aufschäumt. Die sich oberhalb des vorgenannten Füllstandes in dem Formwerkzeug befindliche Luft wird von dem aufschäumenden Reaktionsgemisch, das von den insbesondere in der Mitte des Formwerkzeuges liegenden Stellen höchster Temperatur (bis etwa 200° C) sehr schnell, im Bereich von Sekunden, in den Raum oberhalb des Füllstandes quillt, über enge Entlüftungskanäle ins Freie gedrückt; schließlich ist das ganze Formwerkzeug mit dem Reaktionsgemisch gefüllt. Da nun aber die Wand des Formwerkzeuges gekühlt wird, wird auch der mit der gekühlten Wand in Berührung kommende Reaktionsschaum gekühlt, so daß das dampfförmig gewordene Treibmittel kondensiert und in dem Reaktionsgemisch wieder in Lösung geht. Hierdurch wird der Beginn einer Hautbildung an der Werkzeuginnenwand oberhalb des vorgenannten Füllstandes eingeleitet; unterhalb des Füllstandes hat die Hautbildung schon beim Einfüllen des Reaktionsgemisches begonnen. Der Vorgang der Hautbildung ist aber bei der hier zunächst erörterten praktisch drucklosen Schäumung zeitlich eng begrenzt, da einerseits durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Reaktionsschaumes und andererseits durch dessen schnell eintretende Erhärtung oberhalb des vorgenannten Füllstandes nur eine dünne und nicht einmal kompakte Schicht entstehen kann. Die Hautbildung ist daher oberhalb des Füllstandes so schlecht, daß ein derartiges praktisch drucklos arbeitendes Verfahren von der Fachwelt bisher für die Herstellung von hochwertigen Polyurethanschäumen mit Haut für ungeeignet gehalten wurde (vgl.■ ο stabilizers and activators) and a liquid, low-boiling propellant, e.g. B. trichloromonofluoromethane, filled up to a certain level in a stationary mold, the filling opening c according to be closed during the filling process. The reactants (e.g. polyol and polyisocyanate) then react with each other and thus form the actual plastic. During this process, heat is released, which in turn brings the reactants added propellant to evaporate, whereby the reaction mixture foams up. The air located in the mold above the aforementioned filling level is of the foaming reaction mixture, which is especially in the middle of the mold lying places of highest temperature (up to about 200 ° C) very quickly, in the range of seconds, in the room swells above the level, pushed into the open air via narrow ventilation ducts; after all, the whole is Mold filled with the reaction mixture. But since the wall of the mold is now being cooled, the reaction foam coming into contact with the cooled wall is also cooled, so that the Propellant which has become vaporous condenses and goes back into solution in the reaction mixture. Through this the beginning of a skin formation on the inside wall of the tool above the aforementioned filling level initiated; below the level, the skin has already formed when the reaction mixture is poured in began. The process of skin formation, however, is practically unpressurized in the case of the one initially discussed here Foaming is limited in time because, on the one hand, due to the poor thermal conductivity of the reaction foam and on the other hand, due to its rapid hardening above the aforementioned level only a thin and not even compact layer can arise. The skin formation is therefore above the The filling level is so bad that such a method, which works practically without pressure, has been known by experts so far was considered unsuitable for the production of high-quality polyurethane foams with skin (cf.

OS 15 04 198,Seite4 Mitte).OS 15 04 198, page 4 center).

Um nun Reaktionsschaumstoffe mit Haut doch mit besserem Erfolg herstellen zu können, hat man durch erhöhte Zugabe von Treibmitteln zu dem Reaktionsgemisch in dem Formwerkzeug unter Anwendung gezielter Wandtemperaturen Drücke von etwa 3 bis 10 at. erzeugt. Auf diese Weise wurde die Kondensation des Treibmittels an der Werkzeuginnenwand beschleunigt und die Bildung einer einigermaßen brauchbaren Haut auch oberhalb des genannten Füllstandes ermöglicht. Der Nachteil dieses bisher angewendeten Verfahrens besteht aber darin, daß zur Bewältigung der dabei auftretenden hohen Drücke nicht nur sehr aufwendige, kompakte Formwerkzeuge, sondern auch entsprechend aufwendige Halte- und Schließvorrichtungen für diese Werkzeuge benötigt werden, die einer wirtschaftlichen Herstellung insbesondere von größeren Formteilen erschwerend entgegenstehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,In order to be able to produce reaction foams with skin with greater success, pressures of about 3 to 10 atmospheres have been generated by increasing the addition of blowing agents to the reaction mixture in the mold using specific wall temperatures. In this way, the condensation of the propellant on the inner wall of the tool was accelerated and the formation of a reasonably usable skin was made possible even above the fill level mentioned. The disadvantage of this previously used method is that to cope with the high pressures that occur, not only very complex, compact molds, but also correspondingly complex holding and closing devices are required for these tools, which make it difficult to economically manufacture, in particular, larger moldings .
The invention is therefore based on the object

einen Integralschaumkörper mit über den gesamten Umfang homogener Außenhaut drucklos in einfachen Formen herzustellen.an integral foam body with a homogeneous outer skin over the entire circumference without pressure in simple Making shapes.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöstAccording to the invention, this object is given by the features indicated in the characterizing part of claim 1 Measures resolved

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also erreicht, daß zunächst einmal, auf jeden Fall vor dem Aufschäumen des Reaktionsgemisches, eine einwandfreie, den jeweiligen Anforderungen entsprechende Außenhaut für das Formteil geschaffen wird, ohne daß es dabei irgendwelcher Druckanwendung bedarf. Dazu wird die für das Formteil erforderliche Gesamtmenge der Masse (Reaktionsgemisch mit Treibmittel) in das Formwerkzeug eingefüllt, und es wird — vorteilhaft durch ein- oder mehrmaliges Schwenken des Formwerkzeuges — die gesamte Innenwand des dann verschlossen gehaltenen Formwerkzeuges vollständig und einwandfrei mit dem noch flüssigen, d. h. noch nicht schäumenden Gemisch benetzt, das dabei genügend Gelegenheit hat, an der Werkzeuginnenwand herunterzufließen. Die nach diesem Benetzungsvorgang haftenbleibende Schicht bildet für das Formteil die kompakte Außenhaut, deren Dicke über die Anfangsviskosität des Gemisches und über die Temperatur der Werkzeuginnenwand direkt beeinflußbar ist. Die Temperatur der Werkzeugwand ist auf jeden Fall unterhalb des Siedepunktes des im Reaktionsgemisch in Lösung befindlichen Treibmittels zu halten. Der Prozeß dieser Hautbildung soll abgeschlossen sein, bevor der Aufschäumvorgang beginnt, d.h. unmittelbar vor dem Aufschäumen soll das Werkzeug ruhen und die Entlüftungsspalten sollen geöffnet sein. Als Entlüftungsvorrichtung kann die Einfüllöffnung verwendet werden, wenn eine vollständige Entlüftung des Formenhohlraumes gewährleistet wird. Es kann aber auch jede andere bekannte Vorrichtung zum Entlüften von Formwerkzeugen benutzt werden. Dieses Bauteil kann z. B. als zylinderförmiges Stück ausgebildet sein, das zur Entlüftung einen Kolben nach außen bewegt und bei Schaumkontakt den Entlüftungskanal mit der Werkzeuginnenwand bündig abschließt (s. OS 22 12 609 des deutschen Patentamtes). Diese Art der Entlüftung beeinträchtigt nicht die kompakte Außenhaut, da beim Öffnen der Entlüftungsvorrichtung das die Werkzeugwandung benetzende Reaktionsgemisch noch flüssig ist und beim Schließen die wieder in die Werkzeugoberfläche eingesetzte Außenhaut noch chemische Bindungen mit dem Schaum des Kernes und mit der angrenzenden Außenhaut ausbilden kann.The inventive method is thus achieved that first of all, in any case before Foaming of the reaction mixture, a perfect one, corresponding to the respective requirements Outer skin is created for the molded part without the need for any pressure. In addition the total amount of mass (reaction mixture with blowing agent) required for the molded part is poured into the Filled molding tool, and it is - advantageous by pivoting the molding tool one or more times - The entire inner wall of the mold then kept closed completely and flawlessly with the still liquid, d. H. not yet foaming mixture wetted, which is sufficient Has the opportunity to flow down the inside wall of the mold. The one that remains after this wetting process The layer forms the compact outer skin for the molded part, the thickness of which exceeds the initial viscosity of the Mixture and can be influenced directly via the temperature of the inner wall of the tool. The temperature of the Mold wall is in any case below the boiling point of the solution in the reaction mixture to keep the propellant located. The process of this skin formation should be completed before the foaming process begins, i.e. immediately before foaming, the tool should rest and the Ventilation gaps should be open. The filling opening can be used as a venting device, if a complete venting of the mold cavity is guaranteed. But it can also be any other known device for venting molds are used. This component can, for. B. as cylindrical piece be formed, which moves a piston to the outside for venting and at Foam contact closes the ventilation channel flush with the inside wall of the mold (see OS 22 12 609 des German Patent Office). This type of ventilation does not affect the compact outer skin, as the Open the venting device so that the reaction mixture wetting the mold wall is still liquid and when closing, the outer skin, which is reinserted into the tool surface, still has chemical bonds can form with the foam of the core and with the adjacent outer skin.

Während des Aufschäumens wird der Druck im Innern des Formwerkzeuges in Abhängigkeit von der Menge bzw. Art des Treibmittels und/oder durch die Menge bzw. Art der zur Bildung des Formteiles verwendeten reaktionsfähigen Einzelkomponenten des Schaumstoffes derart gesteuert, daß der Druck im Innern des Formwerkzeuges praktisch auf dem das Formwerkzeug umgebenden Druck gehalten wird. Ist schließlich das Formwerkzeug mit Reaktionsschaum gefüllt, so werden der oder die Entlüftungsvorrichtungen wieder verschlossen. Das fertige Formteil wird nach Festwerden des Schaumes dem geöffneten Formwerkzeug entnommen, das gegebenenfalls durch Einsprühen eines Trennmittels für den nächsten Füllvorgang vorbereitet wird.During foaming, the pressure inside the mold depends on the Amount or type of blowing agent and / or by the amount or type of for forming the molded part used reactive individual components of the foam controlled so that the pressure in Inside the mold is practically held on the pressure surrounding the mold. is Finally, the mold is filled with reaction foam, so the venting device or devices locked again. After the foam has set, the finished molded part becomes the open mold taken, if necessary by spraying a release agent for the next filling process is being prepared.

Für das erfindungsgemäße Verfahren seien nachstehende Zahlenbeispiele genannt:The following numerical examples are given for the process according to the invention:

VerfahrensparameterProcess parameters Beispiel 1example 1 Beispiel 2Example 2 SchaumdruckFoam print 0,2 bar0.2 bar 0.2 bar0.2 bar Werkzeugwand-Tool wall 30⁰C30 ⁰ C 30⁰C30 ⁰ C Temperaturtemperature RaumgewichtVolume weight 0,15 kg/dmJ0.15 kg / dmJ 03 kg/dmJ03 kg / dmJ TreibmittelanteilPropellant content 15 Gew.-%/15% by weight / 8 Gew.-o/o/8 wt. O / o / PolyolPolyol Polyo!Polyo!

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt immer den Vorteil mit sich, daß die nach diesem Verfahren hergestellten Formteile eine gleichmäßig stete Dichteverteilung im Querschnitt aufweisen, wodurch sich für diese Formteile eine gleichmäßig gute Festigkeit ergibt. Während bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren infolge der unterschiedlichen Dichte der Festigkeitsabfall bei Formteilen größer als 60% ist, beträgt er bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteilen höchstens 2%. Auch die Formteilgröße ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht begrenzt; es sind z. B. Großformteile von etwa 5 m² ohne weiteres herstellbar.The method according to the invention always has the advantage that the molded parts produced by this method have a uniform, constant density distribution in the cross section, which results in a consistently good strength for these molded parts. While in the production processes known to date, the drop in strength in molded parts is greater than 60% due to the different density, it is at most 2% in molded parts produced by the process according to the invention. The size of the molded part is also not limited in the process according to the invention; there are z. B. large molded parts of about 5 m ² can be easily produced.

Weiter werden minimale Zykluszeiten erreicht. So ergaben sich bei 30 mm dicken Platten (Raumgewicht 0,3 kg/dm³,3 Gew.-% Frigen) Zeiten für die Formteilbildung von ca. 4 Min., während für das gleiche Formteil nach konventioneller Art ca. 7 Minuten benötigt wurden. Darüber hinaus kann bei diesem neuen Verfahren im Vergleich zur herkömmlichen Herstellungsmethode Material bis zu 60% eingespart werden.Minimum cycle times are also achieved. In the case of boards 30 mm thick (density 0.3 kg / dm ³ , 3% by weight of Frigen), molding times of approx. 4 minutes were obtained, while the conventional type of molding required approx. 7 minutes . In addition, material savings of up to 60% can be achieved with this new process compared to conventional manufacturing methods.

Claims

22 02 13! Patent claims:

1. Process for the production of integral skin foam molded parts with an outer skin of high density, merging into a foamed core made of low density polyurethane, in which a propellant-containing Reaction mixture entered at once in a closed, temperature-controlled, movable mold and under Venting the form is foamed, d a characterized by that in the form so adjusted reaction mixture is entered that the foaming pressure is essentially atmospheric pressure is held and before the reaction mixture foams the mold until the wall of the mold is completely wetted with the Reaction mixture moves and the inner wall of the mold during the construction of the outer skin at a temperature below the boiling point of that in the reaction mixture in solution located propellant is held.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the outer skin over the Temperature of the mold inside wall is controlled.

3. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the outer skin over the The initial viscosity of the mixture is controlled.