DE2235957A1

DE2235957A1 - Verfahren zur herstellung geformter gegenstaende

Info

Publication number: DE2235957A1
Application number: DE2235957A
Authority: DE
Inventors: Richard George Henbest
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1971-07-21
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1973-02-01
Also published as: IT963216B; FR2146447A1; NL7210107A; AU4472272A; JPS4828573A; FR2146447B1

Description

PATENTANWALTSBURC "hOMSEN - TlEDTKE * BüHLiNQ

^mfl"^1l)SS« TELEX: 1-24303 1OP.! 2235957

PATENTANWÄLTE Manchen: Frankfurt/M.: Dipl.-Chem.Dr.D.ThomMn DIpI.-Ing. W. Wtlnkeuff Dlpl.-Ing. H. Tledtke (Fuchthohl 71)

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R.Kinne Dlpl.-Chem. Dr. U. Eggers

80 0 0 Manchen 2

Kalier-LudwlQ-Pliti β 21. Juli 1972

Imperial Chemical Industries Limited London, Großbritannien

Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände

Die Erfindung bezieht sich auf Verformungsverfahren unter Verwendung von polymeren Schaumstoffen.

Bei Verbundgegenständen ist es als vorteilhaft bekannt, einen Schaumkern geringen Gewichts zwischen starren Häuten zu schaffen, um Starrheit mit geringer Dichte zu kombinieren. Dies wird oft erzielt, indem man eine schaumbildende Reaktion zwischen den äußeren Häuten durchführt, um einen Polymerschaum in situ zu erzeugen. Eine andere Methode besteht in der Verwendung eines vorgebildeten Schaumes und in der Aufbringung äußerer Hautmaterialien derart, daß diese an dem

Schaum anhaften.

209885/12 4 8

Mundliche Abredtn, Intbeaondar» durch Talafon, bedürfen schriftlicher Bestätigung Pn$ts*«<* (München) Kto. 11«·« Dratdnar Bar* (Munchan) Kto. 5569 709

Es let auch bekannt, daß einige thermoplastische Materialien, beispielsweise Polyäthylen, ein "plastisches Gedächtnis" besitzen, wenn sie durch Bestrahlung oder durch chemische Maßnahmen vernetzt sind. Dies bedeutet, daß ein Stück eines solchen Materials durch mechanische Kraft unter Bildung eines Gegenstandes deformierbar ist, welcher bei einer Temperatur maßetabil ist, welcher jedoch bei höherer Temperatur zu seiner ursprünglichen Gestalt und seinen ursprünglichen Abmessungen zurückkehrt.

Schaumstoffe aus Polymermaterialien können auch, falls sie in geeignetem Ausmaß vernetzt sind, die Eigenschaft des oben beschriebenen plastischen Gedächtnisses besitzen und wenn ein solcher Schaumstoff verdichtet wird, so kann das verdichtete Schaummaterial maßstabil sein, bis es erwärmt wird und sich dann bis su im wesentlichen seinen ursprünglichen Abmessungen ausdehnt.*

Nunmehr wurde gefunden, daß sowohl die Beständigkeit eines Polymerschaums gegen Verdichtung als auch die Kraft, welche durch Ausdehnung eines Polymerschaumes ausgeübt wird, dazu ausgenutzt werden kann, um gestaltete, polymerschaumaufweisende Gegenstände zu erzeugen. Es kann daher ein vorgebildeter Polymerschaum innerhalb einer Form zwischen flexiblen oder wärmeverformbaren äußeren Häuten komprimiert werden, welch letztere durch den Widerstand gegen die Verdichtung des Schaumes zu den Umrissen der Form gestaltet werden können. Wahlweise kann der äußere Teil des Schaumes auf eine Tempera-

209885/ 1 2 A8

tür erhitzt wei*de%, bei welcher der Schaum klebrig wird und mindestens ein gewisser dauerhafter Züsamnienfall der Zellstruktur auftritt, wodurch eine Bindung an die äußeren Häute erfolgt. ^

Ein verdichteter vorgebildeter Schaum kann innerhalb einer Form ausgedehnt werden und wenn die äußere Schicht des sich ausdehnenden Schaumes auf eine höhere Temperatur erhitzt wird als diejenige, welche zur Verursachung des Ausdehnens erforderlich ist, so kann der Schaum weich werden und zusammenfallen, wodurch beim Abkühlen eine starre äußere Haut geschaffen wird, welche eine weitere Veränderung der Abmessungen verhindert. Die Ausdehnung des verdichteten Schaumes kann zwischen starren oder flexiblen äußeren Häuten erfolgen und die äußere Schaumschicht kann dazu veranlaßt werden, zusammenzufallen und sich an die äußeren Häute zu binden, was so eine gut verbundene Zwischenschichtungsstruktur ergibt. Die äußeren Häute können aus wärmeverformbarem Material bestehen und die Ausdehnung kann innerhalb einer Form so stattfinden, daß die Außenhäute durch das Ausdehnen getrieben werden und sich den Umrissen der Form angleichen. Wärmeverformbare äußere Häute können auch gemäß den Umrissen einer Form gestaltet werden durch das Ausdehnen eines teilgeschäumten thermoplastischen Materials, welches ein Blähmittel enthält, beispielsweise ausdehnbare Polystyrolgranulen. .:

Krfindungsgemäß wird daher ein Ve#£ahreji zur Herstellung gestalteter, polymerschaumaufweisender Gegenstände geschaffen, bei welchem ein vorgebildeter Polymerschaum einer

209885/1248

weiteren Formgebung innerhalb beibehaltener Wandungen unterworfen wird.

Nach einer AusfUhrungeform der Erfindung wird ein ■' Verfahren zur Herstellung gestalteter, polymerschaumaufweisender Gegenstände geschaffen, bei welchem man einen Einsatz aus Polymerschaum zwischen Außenhäute innerhalb des Hohlraums einer Form bringt, und man ein Formpressen unter solchen Bedingungen durchführt, daß die Außenhäute durch den Verdichtungswiderstand des Schaumes nach den Formumrissen gestaltet werden, und gleichseitig zumindest teilweise an einander und/ oder an den Schaum gebunden werden.

Oemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände geschaffen, indem man in eine Form einen Block aus verdichtetem Polymerschaummaterial,ti.h« ein Polymerschaummaterial bringt, welches auf ein Volumen verdichtet worden ist, das im wesentlichen geringer ist als dasjenige, welches der ursprünglich gebildete Schaumstoff einnimmt, welch letzterer bei einer Temperatur maßstabil ist und welcher der Ausdehnung bei einer höheren Temperatur auf im wesentlichen sein ursprüngliches Volumen fähig ist, und indem man den Schaum auf eine Temperatur oberhalb oder in der Nähe seines Erweichungspunktes erhitzt, wodurch sich der Schaumstoff ausdehnt und den Formenhohlraum ausfüllt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung gestalteter Gegenstände

209885/1248

£··chaffen, indem man einen Block aus verdichtetem Polymerschaummaterial zwischenäußere Häute innerhalb des Hohlraumes einer Form bringt, wodurch das Schaummaterial auf eine Temperatur oberhalb oder in der Nähe seines Erweichungspunktes erhitzt wird, sich zur Ausfüllung des Formenhohlraums ausdehnt und die Außenhäute nach den Umrissen der Form gestaltet, wobei gleichzeitig die Außenhäute zumindest teilweise an einander und/oder an den Schaum gebunden werden.

, Nach einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, bei welchem Schichtstoffe dadurch gebildet werden, daß man eine Schicht aus verdichtetem Polymerschaummaterial zwischen Schichten starrer, äußerer Hautmaterialien zwischenlegt, und man den Schaum auf oberhalb oder in der Nähe seines Erweichungspunktes erhitzt, wodurch sich der Schaum ausdehnt und an die Außenhäute gebunden wird.

Zu Beispielen gestalteter Gegenstände, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, zählen Gegenstände mit einfachem Profil, beispielsweise flache Schichtstoffe; Schichtstoffe, welche gekrümmt sind oder kompliziertere Umrisse aufweisen; und nichtgeschichtete, gestaltete Gegenstände. Unter " Schichtstoff" ist ein Gegenstand zu verstehen, welcher aus einem Stapel aufgebaut ist, der mindestens zwei Schichten aufweist, welch letztere im wesentlichen die gleichen Umrisse besitzen. Schichtstoffe, welche einen Schaumkern und starre Häute aufweisen, besitzen hohen Biegemodul und können beispielsweise Anwendung finden als Bauplatten,

209885/1248

Wagenchassistafeln usw. Zu nichtschichtförmigen Gegenständen zählen massige Gegenstände aus einem Schaumkern und einer starren Außenhaut, welche hohe Komprinderungefestigkeit be-•itaen können und beispielsweise als Stuhlgestell , Bettrahmen usw. brauchbar sein können, und es zählen hierzu Gegenstände wie Tafeln, welche anstelle einer kontinuierlichen inneren Schaumschicht, Schaumkernstreifen als versteifende Rippen aufweisen.

Der vorgebildete Polymerschaum wird anfangs beim Schäumungsprozess geformt, welcher den Schaum beispielsweise in Form von Platten, Blöcken oder Zylindern erzeugen kann. Zu nachfolgenden QestaltungBoperationen können das Ausschneiden eines Stückes aus der ursprünglich durch Schäumen gebildeten Gestalt zählen, und es können hierzu auch das Verdichten eines Schaumetückes in einer, zwei oder drei linearen Abmessungen gehören. Die weiteren Gestaltgebungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens können entweder das Komprimieren eines unverdichteten Schaumes, oder das Ausdehnen eines verdichteten Schaumes sein. Hierzu zählen Operationen, bei denen die Umrisse der Oberfläche des Schaumes verändert werden, beispielsweise wo ein Schaumwürfel zu kugeliger Gestalt komprimiert wird, und Operationen, bei denen eine oder mehrere lineare Abmessungen ohne Veränderung der Umrisse verändert werden, beispielsweise eine Schicht aus verdichtetem Schaum ihre Dicke durch Ausdehnung steigert. Die weitere Gestaltungsoperation findet innerhalb beibehaltener Wandungen statt, welche beispielsweise die den Hohlraum einer Form definierenden Wandungen,

209885/1248

der Ti·ch einer Presse, oder starre Blätter sein können, welche di· äußeren Schichten eines Schichtstoffes mit Schaumkern bilden können.

Wenn die weitere Gestaltungsoperation das Verdichten eines vorgebildeten Schaumes umfaßt, so kann der Polymerschaum ein geschäumteβ thermoplastisches Material, beispielsweise Polystyrol, oder ein wärmehärtendes Material, beispielsweise ein geschäumtes Epoxyd- oder Polyurethanharz sein. Wo die weitere .Gestaltungsoperation das Ausdehnen eines vorgebildeten, verdichteten Schaumes durch Hitze umfaßt, muß der Polymerschaum einen gewissen Vernetzungsgrad aufweisen, um den oben beschriebenen Effekt des "plastischen Gedächtnisses" zu zeigen. Er kann ein geschäumtes kristallines oder teilkristallines thermoplastisches Polymeres sein, beispielsweise Polyäthylen, welches bis zu gewissem Ausmaß durch Bestrahlung oder durch chemische Maßnahmen vernetzt worden ist, oder er kann ein geschäumtes wärmehärtendes Harz sein, beispielsweise Epoxyd- oder Polyurethanharz, welches nur mäßig vernetzt ist. Wenn uie weitere Oeetaltungsoperation das Ausdehnen eines Schaumes umfaßt, welcher nicht zuvor verdichtet ist,so ist ein geeignetes Material ein teilweise aufgeblähter Schaum aus thermoplastischem Material, beispielsweise Polystyrol, mit einem Gehalt an einem Blähmittel*

Gleichgültig, ob der weitere Gestaltungsprozeß die Komprimierung oder die Ausdehnung des Schaumes umfaßt, ist das bevorzugte Polymerschaummaterial ein Polyurethanschaum, welcher durch die Reaktion eines Polyisocyanate mit einer

20 9 885/1248

Funktionalität zwischen 2,0 und 3,0, mit einem Polyol einer Funktionalität zwischen 2,0 bis 4,0, Btärker bevorzugt zwischen 2,0 und 3,0, bereitet wird. Solche Nassen können in Anwesenheit von Blähmitteln, Katalysatoren, oberflächenaktiven Mitteln und anderen Bestandteilen, wie sie an sich bekannt sind, umgesetzt werden, um ein massig vernetztes Schaummaterial zu erzeugen. Solche Schäume durchlaufen mit dem Ansteigen der Temperatur eine Anzahl Stadien unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften. Bei niedrigen Temperaturen sind sie starr und spröde, bei höheren Temperaturen werden sie zuerst duktil, obgleich noch starr, dann flexibel, dann klebrig, und unterliegen unter relativ leichter Temperatur dem Zusammenfall, und werden schließlich im allgemeinen bei Temperaturen oberhalb 200⁰C zersetzt. Der Bequemlichkeit halber sei in der nachfolgenden Beschreibung die Temperatur des Überganges zwischen dem starren und dem flexiblen Zustand des Schaumes als "Erweichungspunkt¹¹ bezeichnet, die Temperatur zwischen dem flexiblen Zustand und dem klebrigen Zustand als "Verschweißungspunkt" bezeichnet und die Temperatur, oberhalb welcher Zersetzung eintritt, als "Zersetzungspunkt" bezeichnet. Vorzugsweise liegen die zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Schaumstoffe bei Umgebungstemperatur im starren und duktilen Zustand vor.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei welcher

ein Bolcher Schaum zwischen äußeren Häuten komprimiert wird, _; sollte der äußere Teil des Schaumeinsatzes sich während des Verformens bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes befinden. Optimal liegt die Temperatur der Form so, daß

209885/1248 \

zumindest ein Teil der äußeren Fortion des Polymerschaumes auf eine Temperatur erhitzt ist, bei welcher er klebrig wird und vollständigem oder teilweisem Zusammenfall unterliegt, d, h. Temperatur oberhalb des Verschweißungspunktes. Der äußere Teil des Schaumes kann dann an die inneren Oberflächen der Außenhäute festgebunden werden. Der "Außenteil" des Schaumes kann eine relativ dünne Region sein, welche sich auf sowenig als die Hälfte des mittleren Durchmessers der Zellen bzw,,Poren des Schaumes erstreckt, oder er kann sich beträchtlich weiter nach dem Zentrum des Schaumeinsatzes hin erstrecken, ist jedoch nicht so ausgedehnt, als er keine Hegion nicht zusammengefallenen Schaums innerhalb des Einsatzes hinterläßt. Vorzugsweise verbleibt die Masse des Schaumeinsatzes nicht zusammengefallen. Wegen der geringen thermischen Leitfähigkeit der geschäumten Polymeren, kann die Masse des Schaumeinsatzes bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur verbleiben als der äußere Teil und kann beispielsweise unterhalb des Erweichungspunktes verbleiben. Es kann tatsächlich für die Masse des Schaumeinsatzes von Vorteil sein, sich in starrem Zustand zu befinden, da die Beständigkeit gegen Komprimieren dann größer sein kann.

Wie die chemische Struktur der Reaktionsteilnehmer , so ist der Vernetzungsgrad des geschäumten Polymeren ein wichtiger Kennwert bei der Bestimmung der Erweichungs- und Verschweißungspunkte. Der Vernetzungsgrad kann als Molekulargewicht je Verzweigung (M/B) des Polymeren definiert werden, wobei ein kleiner Zahlenwert von M/B einem hohen Ve met zunge-

209885/1248

grad entspricht und umgekehrt.

Das Molekulargewicht je Verzweigung eines Polyurethanpolymeren kann berechnet werden aus Molekulargewicht, Funktionalität und Anteilen der Reaktionsteilnehmer gemäß der Formel: '

	^Wl	-2)	W₂(F₂ -	2)	... W	η	Wn(Fn	- 2)
	<^P1		^M2			^Mn
^wi	^Ml

in welcher W_n, F_n und M_n das Gewicht, die Funktionalität und das Molekulargewicht des η-ten anwesenden Reaktionsteilnehmers bedeuten.

Eine Steigerung der Vernetzungsdichte, d. h. eine Herabsetzung des M/B-Wertes, erhöht die Starrheit des Schaumes und steigert die Temperaturen, welche den Erweichunga- und Verschweißungepunkten entsprechen. Ferner kann ein Schaum mit höher Vernetzungsdichte bei Umgebungstemperatur oder sogar bei höheren Temperaturen spröde sein und kann dann beim Verformen der Zerbröckelung und Zerteilung unterliegen. Aus diesem Orunde darf die Vernetzungsdichte nicht zu hoch sein und das Molekulargewicht je Verzweigung sollte nicht weniger als 100, vorzugsweise nicht weniger als 200, sein. Wo es gewünscht ist, den äußeren Teil des Schaumes zum Zusammenfall zu veranlassen, sollte der Verschweißungspunkt nicht zu hoch sein und das Molekulargewicht je Verzweigung sollte nicht ge-

209885/ 1248

ringer ale 200O₁ vorzugsweise nicht weniger als 3000 sein.

Zur Verwendung bei der Ausführungsform der Erfindung» bei Welcher ein vorgebildetes, verdichtetes Schaummaterial durch Hitze ausgedehnt wird, kann man einen vernetzten Polyurethanschaum bei einer Temperatur unterhalb seines Erweichungspunktes verdichten, in welchem Fall, er in verdichtetem Zustand verbleibt, wenn die Komprimierungskraft aufgehoben wird..Mann kann aber auch den Schaum bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes komprimieren, was eine beträchtlich geringere Komprimierungskraft erfordert. Falls der Druck aufgehoben wird, während die Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes liegt, wird der Schaumstoff, welcher flexibel ist, sich unverzüglich zurückbilden. Falls jedoch der verdichtete Schaum auf unterhalb des Erweichungspunktes abgekühlt wird, bevor man den Druck aufhebt, so behält der Schaum seine verdichteten Abmessungen bei. Wenn der uneingeschlosaene, verdichtete Schaumstoff anschließend auf eine Temperatur oberhalb oder leicht unterhalb seines Erweichungspunktes erhitzt wird, bo dehnt er sich aus, bis er im wesentlichen die gleichen Abmessungen besitzt, wie er sie vor der Komprimierung besaß. Diese Ausdehnung ist auf den oben besprochenen Effekt des "plastischen Gedächtnisses" zurückzuführen und nicht auf Wirkungen wie Gasdruck innerhalb der Zellen des Schaumes. Tatsächlich ist es unerwünscht, -daß Luft, Gas oder Blähmittel innerhalb des Schaumes während des Verdichtens oder des Ausdehnens eingeschlossen sind und vorzugsweise sollte der Schaum zumindest eine teilweise offenzelli-

209885/1248

ge Struktur besitzen oder er eollte eine solche beim Verdichten annehmen.

Der Vernetzungegrad des geschäumten Polymeren ist ein wichtiger Kennwert bei der Bestimmung der Verdichtungsund RUckbildungeeigenechaften des Schaumes. Ein relativ hoch vernetzter Schaum (M/B <5000, insbesondere ^ 1000) ist relativ schwierig zu komprimieren und besitzt einen relativ hohen Erweichungspunkt und Verschweißungspunkt. Andererseits ergibt er eine relativ rasche und vollständige Rückbildung beim Erhitzen und kann zur Rückbildung veranlaßt werden, indem man ihn auf eine Temperatur leicht unterhalb seines Erweichungspunktes erhitzt. Ein weniger vernetztes Material (M/B >5000, bis zu)30.000) wird leichter verdichtet, und besitzt niedrigere Erweichungs- und Verschweißungspunkte, bildet sich jedoch beim Erhitzen langsam und weniger vollständig zurück und zwar im allgemeinen nur bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunkte· .

Wiederum muß der Schaum bei der Temperatur duktil sein, bei welcher er verdichtet werden soll und aus diesem Grunde eollte das Molekulargewicht je Verzweigung nicht geringer 100, vorzugsweise nioht geringer als 200, sein.

Eine besonders brauchbare Kombination an Eigenschaften kann im Bereich von M/B-Werten von 500 bis 5000 erhalten werden.

209885/1248

Andere Faktoren, welche die Rückbildungsgeschwindigkeit des komprimierten Schaumes beeinflussen, sind die angewandte Temperatur und die Abmessungen des Schaumstückes, da diese die Geschwindigkeit definieren, mit welcher die Wärme in die Materialmasse hineingeleitet wird. Ein Ansteigen der Schaumdichte, beispielsweise durch Herabsetzen der Menge an hinzugesetztem Blähmittel, verbessert die Rückbildung und erschwert das anfängliche Verdichten, besitzt jedoch keine Auswirkung auf Erweichungs- und Verschweißungspunkt. Die chemische Natur der Reaktionsteilnehmer besitzt eine beträchtliche Auswirkung auf die Erweichungs- und Verschweißungstemperaturen, und der Fachmann wird keine Schwierigkeiten bei der Auswahl von Reaktionsteilnehmern haben, welche ein Polyurethan mit dem, gewünschten Trend an Eigenschaften erzeugen. Beispielsweise wird die Anwesenheit langer, unverzweigter Polymethylen- bzw. Polyalkylenoxydketten, entweder im PoIyisocyanat oder im-Poly~ol, bei einem gegebenen Vernetzungsgrad eine Erniedrigung des Erweichungspunktes und Verschweißungspunktes des Schaumes verursachen. Andererseits neigt die Einverleibung hochverzweigter, aromatischer oder polarer Gruppen dazu, den Erweichungspunkt und Verschweißungspunkt zu erhöhen.

Zu Beispielen von Polyisocyanaten, welche zur Ver-Wendung als Vorstufen des Polyurethans geeignet sind, zählen aliphatisch^ Verbindungen beispielsweise Hexamethylen-diisocyanat, cycloaliphatische Verbindungen, beispielsweise 1.4-Diisocyanatocyclohexan, und aromatische Verbindungen ,beispielsweise Tolylendiisocyanate, Xylylen-diisocyanate, ^.'♦'-Öi-Ioocyanatodiphenyl-

209885/1248

methan, Gemische dieser und/oder anderer Polyisocyanate, polymerisierte oder teilpolymerisierte Polyisocyanate und Vorpolymere mit endständigem Isocyanat. Zu Beispielen von Polyolen sählen einfiachaPolyhydroxyverbindungen, beispielsweise Äthylenglycol, höhere QIycole, Glycerin, Sorbit, Pentaerithrit usw,j Polyesterpolyole, welche durch Reaktion eines Oberschusses solcher Verbindungen mit polyfunktionellen Säuren und Säureanhydriden erhalten werden, beispielsweise die Kondensationsprodukte von Adipinsäure mit Diäthylenglycol, Isophthalsäure /Propylenglycol usw.; und Polyesterpolyole, welche durch die Addition von Alkylenepoxyden an Polyhydroxyverbindungen erhalten werden, beispielsweise die Produkte der Oxpropylierung von bis-Phenol A, Glycerin, Sorbit usw.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung, bei denen äußere Häute gegen die Umrisse einer Form gestaltet werden, können die verwendeten Hautmaterialien als flexibel oder wärmeverformbar klassifiziert werden. Unter "flexibel" ist zu verstehen, daß das Material zumindest bei der Verformungstemperatur flexibel ist, jedoch nicht ausdehnbar ist Und nicht gesogen werden kann. Beispiele flexibler Hautmaterialien sind Papier, Metallfolie, gewobenes oder nichtgewobenes Fasergut, natürlicher oder synthetischer Fasern, und Verbundmaterialien, beispielsweise mit Polyäthylen-Überzogenes Papier und mit wärmehärtenden Harzen imprägniertes Glastuch. Andererseits sind wärmeverformbare Materialien bei Verformungstemperaturen sowohl flexibel als auch ausdehnbar und werden nach dem Verformen relativ unflexibel und nicht ausdehnbar.

209885/ 1 248

Wenn flexible, jedoch nicht wärmeverformbare äußere Häute verwendet werden, so muß hinreichend Hautmaterial in der Form vorhanden sein,um sichgemäß den Umrissen der Form zu . gestalten, da das Hautmaterial nicht ausdehnbar ist. Ferner können nur gestaltete Gegenstände mit relativ einfachem Profil ohne Zerknitterung der äußeren Haut und mögliche Verzerrung des Formlinge hergestellt werden. Aus diesen Gründen ist es bevoräugt, daß das äußere Hautmaterial wärmeverformbar ist. Jedoch für bestimmte Anwendungen, wo ein Gegenstand mit einfach gekrümmtem Profil erforderlich ist, kann es möglich sein, einen solchen Gegenstand durch Ausdehnung eines verdichteten Schaumes innerhalb einer flexiblen, jedoch nicht ausdehnbaren äußeren Haut in Abwesenheit einer Form herzustellen, wobei das Material der äußeren Haut selbst die verbleibenden Wandungen bildet·

Geeignete wärmeverformbare Hautmaterialien können

thermoplastisch sein, d. h. welche bei Verformungstemperatur reversibel erweichen, oder sie können wärmehärtend sein, d_s h, bei Verformungstemperatur zu einem, starren Material aushärten.

Thermoplastische, wärmeverformbare Hautmaterialien können thermoplastische Filme oder Blätter sein, beispielsweise aus Polyäthylen, ABS, Polymethylmethacrylat, weichgemachte m PVC usw., weiche partikelförmige bzw. fasrige Füllstoffe bzw. Verstärkungen enthalten können. Zu wärmehärtenden, wärmeverformbaren Hautmaterialien zählen Blattformlingsmas sen aus teilweise gehärtetem Harz oder wärmehärtendem Harz

Acrylnitril/Butadien/Styrol

209885/1248

im B-Stadium, welche gewöhnlich verstärkende Fasern und/oder partikelförmige Füllstoffe aufweisen. Typischerweise liegen die verstärkenden Fasern in Form von Matten oder Filzen aus Glas, Asbest, oder Kohlenstoffasern vor und zu geeigneten wärmehärtenden Harzen zählen Polyester, Polyurethane und Epoxydharze. Das wärmehärtende, wärmeverformbare Hautmaterial kann selbst eine Anzahl Schichten aufweisen. Beispielsweise kann es eine Schicht aus faserverstärktem, wärmehärtendem Harz sein, welches zwischen thermoplastischen Filmen zwischengeschichtet ist.

Blattformlingsmassen werden gewöhnlich hergestellt, indem man Qlasfasern, beispielsweise in Form einer Matte aus zerhackten Strängen, mit einem ungehärteten Polyesterharz imprägniert. Um jedoch Harzverlust bei Lagerung zu verhüten und die Handhabung zu erleichtern, werden gewöhnlich beträchtliche Mengen an partikelförmigen Füllstoffen zu dem ungehärteten Harz hinzugesetzt, um eine Matrix mit hoher Viskosität zu schaffen. Wegen der hohen Viskosität des gefüllten, ungehärteten Harzes, sind solche Materialien nicht leicht wärmeverformbar unt*r den relativ niedrigen Drucken, welche durch Komprimieren oder Ausdehnen von Polymerschaumstoffen übertragen werden. Vorzugsweise sind wärmeverformbare Hautmaterialien zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren bei Drucken

•«•2

unterhalb 350 KNm wärmeverformbar. Teilgehärtete Blattmaterialien mit einer Matrix, welche durch Copolymerisation von Qemischen der Vorstufen von Polyurethan und ungesättigten Polyesterharzen gebildet werden, wie in den veröffentlichten

209885/1248

britischen Patentanmeldungen 1 272 984 und 1 279 673 offenbart und wie in der britischen Patentanmeldung 8 360/72 beschrieben, können unter solch relativ niedrigen Λ/erformungedrucken wärmeverformbar sein und sind die bevorzugten wärmeVerformbaren äußeren Hautmaterialien zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren. Das Gelpolymerisat gemäß der britischen Patentanmeldung 1 272 984 wird gebildet aus:

(a) 5 bis 95 Gew.-U der Vorstufen eines linearen Polyurethane aus mindestens einem Diisocyanat und mindestens einer difunktioneilen Verbindung, frei von äthylenischer Ungesättigtheit ist und welche zwei Gruppen enthält, welche mit Ißocyanatgruppen reagieren, wobei jede von der difunktioneilen Verbindung im Polymerprodukt abgeleitete Einheit durchschnittlich nicht mehr als 35 innerkettige Atome in den Macromolekülketten dieses Produktes schafft, und

(b) 95 bis 5 Gew.-Jf der Vorstufen ©ines gehärteten Polyesterharzes aus:

(i) mindestens einem äthylenisch ungesättigten

Polyester, welcher in jedem Molekül mindestens ewei mit Isocyanatgruppen reaktionsfähige Gruppen enthält, und (ii) mindestens einem Monomeren, welches mit den

äthylenisch ungesättigten Gruppen im Polyester copolymerisierbar ist.

Mit innerkettigen Atomen sind dort Atome gemeint, welche einen Teil der Macromolekülkette des Molemerproduktes bilden, mit Ausnahme von Atomen oder Gruppen, welche von der.Kette abhängen.

209885/1248

Die·· bevorzugten Hautmaterialien können aus dem Qe!polymerisat allein bestehen, oder sie können aus verstärkenden Pasern und/oder partikelförmigen Füllstoffen in einer Matrix des Oe!polymerisate bestehen. Zu geeigneten verstärkenden Fasern zählen Glas-, Asbest- und Kohlenstoffasern sowie synthetische oder natürliche Fasern, beispielsweise Fasern au· Baumwolle, Nylon, Polyäthylenterephthalat usw. Zu Bei* spielen partikelförmiger Füllstoffe zählen Ton, Talkum, Dolomit, Ruß usw.

Das flexible oder wärmeverformbare äußere Hautmaterial, kann das gesamte Schaummaterial oder einen Teil desselben bedecken und es kann ein einzelnes Materialstück oder mehr als eines sein. Wenn mehr als ein Hautmaterialstück verwendet wird, so können die Materialien gleich oder unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine Oberfläche mit einer flexiblen Haut und eine mit'einer wärmeverformbaren Haut bedeckt sein. Kombinationen eines oder beider Materialtypen mit starren Hautmaterialien können ebenfalls angewandt werden.

Flexible oder wärmeverformbare Hautmaterialien, können auch gemäß den Konturen einer Form gestaltet werden durch dt· Ausdehnen eines Schaumes mittels eines Blähmittels. So kann ein Thermoplast, beispielsweise Polystyrol, in Anwesenheit eines Blähmittels unter solchen Bedingungen extrudiert werden, daß nur eine teilweise Ausdehnung erfolgt, wenn die Schmelze die Düse des Extruders verläßt. Das in Oranulenform befindliche Extrudat kann innerhalb von äußeren Hautmaterialien in

209885/1248

eine Form gebracht und auf eine Temperatur oberhalb oder in der Nähe seines Erweichungspunktes erhitzt werden, wobei
das Blähmittel den Schaum sum Auedehnen veranlaßt, dieser den Formenhohlraum ausfüllt, und die äußeren Häute gegen die Umrieee der Form gestaltet.

Erfindungsgemäße Verformungsverfahren seien unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, welche sämtlich schematische Ansichten im Schnitt darstellen.

Pig. 1 sseigt eine Form, welche wärmeverformbare Häute und einen Schaumeinsatz enthält.

Fig. 2 zeigt einen Block aus verdichtetem Schaum, welcher sich innerhalb der Form ausdehnt.

Fig. 3 zeigt einen Block aus verdichtetem Schaum, welcher zwischen wärmeverformbaren äußeren Häuten gelagert ist und sich innerhalb -eifte'* Form ausdehnt und einen nichtschichtförmigen, gestalteten Gegenstand bildet.

Fig. 4 zeigt eine Schicht verdichteten Schaumes, welcher zwischen wärmeverformbaren äußeren Häuten gelagert ist und sich innerhalb der Form ausdehnt und einen mit Konturen versehenen Schichtstoff bildet.

209885/1248

Fig. 5 zeigt eine Schicht aus verdichtetem Schaum, welcher zwischen starren äußeren Häuten sich ausdehnt und einen flachen Schichtstoff bildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem ein Schaumeinsatζ innerhalb einer Form komprimiert wird und dadurch die äußeren Häute gemäß den Konturen der Form gestaltet werden ,ißt in \Fig. 1 gezeigt.

Ein Schaumeinsatz 1, welcher etwa die allgemeine Gestalt der Form aufweist und vorzugsweise etwas größer ist ale der fertiggeformte Gegenstand, wird in den Hohlraum einer Form zwischen Häute 2 eines wärmeverformbaren Materials gebracht, wie dies in Fig. 1 (a) gezeigt ist und die Form wird unter relativ geringem Druck geschlossen. Der Widerstand des Schaumes gegen die Komprimierung, treibt die äußeren Häute dazu, sich den Umrissen der Form'anzupassen, wie dies in Fig. 1 (b) gezeigt ist und es entsteht ein gestalteter Gegenstand mit einer starren äußeren Haut und einem Schaumkern.

Damit ein gestalteter Gegenstand erzeugt wird, welcher sich nicht entschichtet, müssen entweder die äußeren Häute zumindest an einigen Stelle miteinander verbunden werden, oder die äußeren Häute müssen mit dem Schaumkern verbunden werden. Es können auch beide Arten der Verbindung erfolgen. Das Verbinden zwischen Häuten und Kern kann erzeugt werden durch die Verwendung einer Klebemasse, beispielsweise eines Schmelzklebstoffes oder eines wärmehärtenden Klebstoffes, welcher

209885/1248

«wischen Schaumeinsatz und äußere Häute gebracht wird, oder das Binden kann dadurch verursacht werden, daß das Hautmaterial bei der Verformungstemperatur klebrig bzw* haftend ist. Im Falle eines wärmehärtenden Hautmaterials, welches sich anfangs in ungehärtetem Zustand befindet, kann das härtbare, flüssige Harz den äußeren Teil des Schaumkernes durchdringen und während des Verformens gehärtet werden, wodurch

ί eine Verbindung von Haut mit Kern herbeigeführt wird. Eine weitere Methode des Verbindens von Haut mit Kern besteht darin, daß der Schaum, wie nachstehend beschrieben, klebrig wird,

Wenn die Temperatur der Form oberhalb des Verschweissungspunktes des Schaumes liegt, so folgt auf das anfängliche Komprimieren des Schaumes, wie es in Fig. 1 (b) gezeigt ist, ein Stadium, in welchem der äußere Teil des Schaumes eine Temperatur oberhalb des Verschweißungspunktes erreicht und klebrig wird, wobei die Komprimierungsspannung im Schaum durch Zusammenfallen aufgehoben wird und sich eine Schicht zusammengefallenen Schaumes 3 in Fig. 1 (c) bildet, in welcher die Zellstruktur unter wesentlicher Dichtesteigerung dauerhaft verzerrt worden ist. Wenn der äußere Teil des Schaumes klebrig wird, so haftet er im allgemeinen am Hautmaterial an und verbleibt beim Abkühlen mit diesem verbunden.

Es ist unerwünscht, daß die Temperatur der Form viel höher ist als der Verechweißungspunkt des Schaumes, da der Schaum dann zusammenfallen kann, sobald er mit dem

209885/1248

dem äußeren Hautmaterial in Berührung kommt. Der Schaum besitzt dann keinen Widerstand gegen die Komprimierung und es wird dann keine hinreichende Kraft durch den Schaum hindurch übertragen, um die äußeren Häute gegen die Umrisse der Form zu gestalten.

Ein weiterer Vorteil eines mindestens teilweisen Zusammenfalls der äußeren Portion des Schaumes besteht darin, daß die Komprinderungsspannung im Schaum aufgehoben wird und für den gestalteten Gegenstand eine geringere Neigung besteht, sich bei dem Entfernen aus der Form zu verziehen. Wo ein Zusammenfall des Schaumes nicht erfolgt, kann der Schaumkern sich ausdehnen, wenn der Gegenstand aus der Form entfernt wird, bevor die äußeren Häute vollständig starr sind, was die Verziehung des Formlinge zur Folge hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem ein Block aus vorgebildetem, verdichtetem Schaum innerhalb einer Form ausgedehnt wird, ist in Fig. 2 veranschaulicht. Die Fig. 2 (a) zeigt den verdichteten Schaum 4 innerhalb einer Form 5, und Fig. 2 (b) zeigt den ausgedehnten Schaum 6, wie er den Formenhohlraum ausfüllt.

Wenn der Schaumformling in diesem Zustand aus der Form entfernt wird, so kann er seine Ausdehnung fortsetzen wegen der Temperatur der Materialmasse, welche oberhalb des Erweichungspunktes liegt, und es kann ein mißgestalteter Gegenstand entstehen. Dies tritt weniger wahrscheinlich auf,

209885/1248

wenn man einen relativ stark vernetzten Schaum verwendet und man die Ausdehnung bei einer Temperatur leicht unterhalb (vorzugsweise 5 bis 10*^unterhalb) des Erweichungspunktes durchführt. Die Ausdehnung unter diesen Bedingungen kann durch eine relativ geringe ausgeübte Kraft gehemmt werden und es besteht weniger Wahrscheinlichkeit, daß eine aus leichten Materialien gebaute Form sich bei Ausdehnung des Schaumes verziehen wird.

Das Problem einer möglichen Verziehung der Form kann auch überwunden werden, indem man dem sich ausdehnenden Schaum hinreichend Hitze zuliefert, so daß die äußeren Schichten des Schaumes auf oberhalb des Verschwexßungspunktes gesteigert werden, wenn sie mit den Hohlraumwandungen in Berührung kommen. Die Wirkung des Druckes, welcher durch Ausdehnung des Schaumes erzeugt wird, besteht dann darin, daß die äußeren Schichten des Schaumes unter Erzeugung einer hautähnlichen Schicht (7 in Fig. 2 (c)) zusammenfallen, welche an den Hohlraumwandungen anhaften können, oder, wenn das Entfernen des Schaumes aus dem Hohlraum gewünscht ist, unter Verwendung eines Freisetzungsmittels dazu gebracht werden können, daß sie mangelnde Haftung an den Hohlraumwandungen aufweisen. Im letzteren Falle kann die. zusammengefallene äußere Schaumschicht wahlweise eine starre äußere Haut bilden, welche dem durch den Verformungsprozess erzeugten, gestalteten Schaumgegenstand, Maßstabilität e'rteilt. Der bei diesem Verfahren verwendete, verdichtete Schaum, kann aufeinanderfolgend in zwei oder drei Dimensionen verdichtet und anschließend in mehr als einer linearen Dimension ausgedehnt werden, wodurch eine verbesserte Definition

209885/1248

" ^ζμ " 223595?

der Oberflächen quer zur Hauptebene des Formlinge gegeben wird.

Eine andere Methode, wodurch die Ausdehnung in drei Dimensionen veranlaßt wird, besteht in dem Formen des Schaumes unter vermindertem Druck, und, während sich der Schaum noch oberhalb seines Erweichungspunktes befindet, in dem Ansteigen des Umgebungsdruckeβ (beispielsweise durch Aufheben des Teilvakuums), um teilweisen Zusammenfall des neu gebildeten Schaumes zu verursachen. Wenn dieser Schaum dann auf normalem Wege nachgehärtet wird und eine Platte aus ihm geschnitten und in nur einer Dimension verdichtet wird, so kann er sich beim Erhitzen auf mehr als seine ursprüngliche Dicke in Verdichtungsrichtung ausdehnen und sich auch quer zur Verdichtungsrichtung ausdehnen. Es wird angenommen, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß der Schaum ein Gedächtnis seiner ursprünglichen Dimensionen vor dem teilweisen Zusammenfall infolge der Steigerung auf Umgebungsdruck beibehält.

Fig. 3 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem ein Block aus verdichtetem Schaum zwischen wärmeverformbaren äußeren Häuten innerhalb einer Form ausgedehnt wird. Fig. 3 (a) zeigt den verdichteten Schaum 8 und die wärmeverformbaren äußeren Häute 9 innerhalb einer Form Fig. 3 (b) zeigt die völlig geschlossene Form mit ausgedehntem Schaum 11 und gestalteten äußeren Häuten 9. Fig. 3 (c) zeigt eine Region zusammengefallenen Schaumes 12, welcher an den äußeren Häuten anhaftet.

209885/1248

Eb ist erwUnscht, daß die äußeren Häute an den Schaumkern gebunden werden. Dies kann herbeigeführt werden durch die Verwendung eines Klebstoffes, durch das Härten einer wärmehärtenden äußeren Haut,oder durch das Zusammenfallen des äußeren Teils des Schaumes, wie dies oben beschrieben ist. Wenn der äußere Teil des Schaumes zusammenfallen soll, so muß die Temperatur der Form oberhalb der Verschweißungstemperatur liegen, jedoch nicht so übermäßig, daß sonst der äußere Teil des Schaumes vorzeitig zusammenfällt und zur Gestaltung der äußeren Häute ein ungenügender Druck durch den Schaum hindurch Übertragen wird. Wenn ein flexibles äußeres Hautmaterial verwendet wird, so kann die Bildung einer Region zusammengefallenen Schaumes erforderlich sein, um beim Abkühlen und Entfernen aus der Form, Maßstabilität zu schaffen. Um die Haftung des Schaumes an bestimmten äusseren Hautmaterialien zu fördern, kann es auch erwünscht sein, die Temperatur der äuseeren Schiöhten des Schaumes kurz auf oberhalb des Z er set züngspunktee zu steigerin;

Es ist auch erwünscht, daß die Eigenschaften des Schaumes und des Hautmaterials so angepaßt sind, daß die Haut bei einer Temperatur flexibel oder wärmeverformbar ist, bei welcher der Schaum sich ausdehnt, und daß bei Verwendung einer wärmehärtenden äußeren Haut, das Härten der Haut gleichzeitig mit der Ausdehnung des Schaumes fortschreitet und nicht so rasch ist, daß die Haut starr wird, bevor sie durch die Ausdehnung des Schaumes gestaltet worden ist.

209885/1248

Ea kannauch erwünscht sein, bei diesem Verfahren einen Schaumeinsatz zu verwenden, welcher in der Lage ist, sich in mehr als einer linearen Dimension auszudehnen, wie dies oben beschrieben ist.

Zwei Methoden zur Herstellung geschichteter gestalteter Gegenstände sind in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht. Fig. 4 veranschaulicht die Bildung eines gekrümmten Schichtstoffes durch Modifizierung des oben beschriebenen Verfahrens, wobei in Pig. 4 (a) eine verdichtete Schaumschicht 13 zwischen flexible oder wärmeverformbare Süßere Häute 14 zwischen die gekrümmten Oberflächen einer Form 15 gebracht wird. In Fig. (b) ist die Form geschlossen und der Schaum dehnt sich aus und ergibt eine Region ausgedehnten Schaumes 16, welcher die äußeren Häute 14 gestaltet. Fig. 4 (c) veranschaulicht die Bildung einer Schicht aus zusammengefallenem Schaum 17.

Die Fig. 5 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei welchem eine Schicht aus verdichteten Schaum 18 in Fig. 5 (a) zwischen zwei starre äußere Häute 19 gebracht und die Anordnung erhitzt wird, um den Schaum auszudehnen, was einen Schichtstoff mit starren Häuten und einem Schaumkern 20, wie in Fig. 5 (b) gezeigt, ergibt. Der Schaumkern muß an die äußeren Häute angegliedert werden und dies kann dadurch erreicht werden, daß man zwischen den verdichteten Schaum und die äußeren Häute eine Klebeschicht zwischenlegt, oder daß man die Temperatur der äußeren Häute auf oberhalb des Verschweißungspunktes des Schaumes steigert, wodurch ein Zusammenfallen des äußeren Teiles des Schaumkernes herbeige-

209885/1248

führt wird, was eine Region 21 in Fig. 5 (c) ergibt, welche an die Außenhäute gebunden ist.

Die Ausdehnung des verdichteten Schaumes kann gehemmt werden, indem man die starren, äußeren Häute zwischen sich gegenüberliegenden Oberflächen einschließt. Zweckmäßig können diese Oberflächen so erhitzt werden, daß sie den verdichteten Schaum auf eine Temperatur erhitzen, bei welcher er sich ausdehnt, und sie können wahlweise so erhitzt werden, daß sie den äußeren Teil des Schaumes auf eine Temperatur oberhalb des Verschweißungspunktes erhitzen.

Die starren äußeren Häute können plan sein oder sie können sich gekrümmten bzw. konturenaufweisenden Oberflächen anpassen. In solchem Falle legt sich die sich ausdehnende Schicht des verdichteten Schaumes an die Krümmung der starren äußeren Häute an und es ergibt sich ein gekrümmter oder mit Konturen versehener Schichtstoff. Wiederum kann eine Haut planflächig und die andere gekrümmt bzw. mit Konturen versehen sein, oder beide Häute können gekrümmt oder mit Konturen versehen sein, welche jedoch nicht aufeinander passen, und der sich ausdehnende Schaum legt sich dann dem Abetand zwischen den Häuten an und es ergibt sich ein gestalteter Gegenstand, welcher, obgleich im wesentlichen schichtenförmig, keine genau parallelen Schichten aufweist.

Zu geeigneten Materialien für starre äußere Häute zählen beispielsweise Tafeln aus Metall, Glas, Holzfurnier,

209885/1248

gehärteten wärmehärtenden Harzen und thermoplastischen Harzen, welche nicht bei der Temperatur wärmeverformbar sind, bei welchen der Schaum eich ausdehnt, und es können hierzu Verbundmaterialien bzw. vielschichtige Materialien zählen, z. B. Hartpappe, Sperrholz, faserverstärkte Harze

Es ist klar, daß eine Anzahl Schichten an verdichtetem Schaum und anderen Blattmaterialien verwendet werden können, um eine vielschichtige Schichtstruktur zu bilden. Es ist auch klar, daß die Schaumkomponente, obgleich sie bei den erfindungsgemäßen Verformungsverfahren als Einzelblock oder Einzelschicht aus Schaum bezeichnet worden ist, diese aus einer Anzahl von Blocke oder Schichten aufgebaut sein kann und daß diese Schichten aus dem gleichen oder unterschiedlichen Schaummaterialien bestehen können.

Die Erfindung sei durch die folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

In diesem und den folgenden Beispielen werden die Schäume erzeugt, indem man die aufgeführten Bestandteile miteinander vermischt, wobei man die Isocyanatkomponente zuletzt zusetzt, man dann für einige Sekunden mit einem Scheibenechnellrührer mischt, und man in einen Kasten gießt, in welchem das Schäumen stattfindet. Alle Teilangaben beziehen sich auf das Gewicht.

209885/1248

(a) Es wird ein Schaum bereitet durch Vermischen

53 Teilen oxpropylierten bis-Phenols A, Molekulargewicht 350 (BP-2, BP Chemicals.Ltd) 4 Teilen Polyesterpolyol aus Glycerin/Adipinsäure/ Diäthylenglycol, umgesetzt im molaren Verhältnis von 1,23/3/6,7, Hydroxylzahl .550 mg KOH/g,
, 15 Teilen "Arcton 11" (Pluortrichlormethan), 2 Teilen "Silcocell 380*, Silicon-oberflächenaktives

Mittel (ICI Ltd. Nobel Division), 0,03 Teilen Dibutyl-zinn-ailaurat, 43 Teilen MDI (Diphenylmethan-1.4¹-diisocyanate

Der Schaum wird bei 110° 30 Minuten nachgehärtet.

Der sich ergebende Schaum besitzt eine Dichte von M kg m , einen Versehweißungspunkt von etwa I¹IO⁰C, und einen berechneten M/B-Wert von 22700.

(b) Es wird eine Blatfrfiarmlingsmasse dadurch hergestellt, daß man ein Gemisch von Polyurethan- und ungesättigten Polyestervorstufen bereitet und eine Matte aus zerhacktem Glasfaserstrang mit dem Produkt wie nachstehend beschrieben imprägniert: Einen Kolben beschickt man mit 18,8 Teilen MDI und erhitzt bei einer Temperatur von 50⁰C, bis Klarheit eingetreten ist. 60 Teile eines Gemisches, welches eine Säurezahl

209885/1248

von 25 mg KOH/g besitzt und aus 38 Gew.-% Styrol und 62 Gew.-I eines ungesättigten Polyesters besteht (dieses Gemisch ist im Handel erhältlich von Scott Bader ft Co. Ltd. als Crystic 199)» werden in ähnlicher Weise auf eine Temperatur von 50⁰C erwärmt, mit dem MDI vermischt und bei dieser Temperatur gehalten, bis das Gemisch klar ist. Ein Teil di-tert.-Butylperoctoat wird dann zu dem Gemisch hinzugesetzt, gefolgt von 5 Teilen Titandioxyd, 5 Teilen gefälltem Calciumcarbonat ("Winnofil S", ICI Ltd. Mond Division), und 21,2 Teilen BP-2, welches zuvor auf 50⁰C erhitzt ist. Das Gemisch wird gerührt, auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, unter Vakuum entgast und verwendet, um eine Matte aus zerhacktem Glasfaserstrang zu imprägnieren, so daß sich eine BlattformlingsmaBse von etwa 2 mm Dicke ergibt, welche 28 Gew.-Ji Glas enthält. Das Material wird vor dem Gebrauch 24.Stunden bei 23°C gelagert.

(c) Einen Block des Schaumes bringt man zwischen Stücke der BlattformUigsmasse in den Hohlraum einer Aluminiumform der Gestalt, wie sie in Fig. 1 der Zeichnungen in Aufsicht im Schnitt veranschaulicht ist, und zwar mit kreisförmigem Grundrißschnitt eines Durchmessers von 50 mm und einer Tiefe von 12 mm. Die Form bringt man zwischen die Tische einer Presse, welche bei 150⁰C gehalten wird und man verschließt für 5 Minuten unter geringem Druck (100 kNm ). Man erhält einen Formling mit ausgezeichneten Oberflächen und ausgezeichneter MaßBtabilität. Beim Zerschneiden des Formlinge beobachtet man eine Region zusammengefallenen Schaumes zwischen dem Schaumkern und der gehärteten äußeren Haut, wobei diese Region zusammengefallenem Schaumes gut an die Haut gebunden ist.

209885/ 1 2A8

Beispiel 2

Es wird das Beispiel 1 wiederholt, wobei man anstelle der Blattformliigsmasse, welche in Beispiel 1 (b) beschrieben ist, eine Blattformttngsmasse verwendet, welche man erhält durch Reagierenlassen der folgenden Bestandteile bei Raumtemperatur und Imprägnieren einer Matte aus zerhacktem Qlasfaserstrang mit dem Gemisch:

• 12,8 Teile Polymeres MDI (Desmodur M V 20, Farbenfabriken Bayer AG), hinzugesetzt zu einem Gemisch aus:

Teilen ungesättigten Polyesterharzes (Polymaster 1188} Mitchell und Smith Ltd.), Teil dirtert.-Butylperoctoat,

0,1 Teilen Hydrochinon, zugesetzt als 33 %-ige Lösung in Triäthylenglycol,

Teilen gepulvertem Dolomit (Microdol Extra, Norwegian Talcs Ltd),

22,2Teilen oxpropyliertem bis-Phenol A mit einer Hydroxy lzahl von 333 mg KOH/g (Dianol 33» Ketjen Ltd).

Die Blattfornflingsmasse ist etwa 2 mm dick und enthält 20 Gew.-X Glas. Vor dem Gebrauch lagert man sie 48 Stunden bei 23°.

Das Verformen mit dem gleichen Schaum unter den

209885/1248

gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, ergibt einen ähnlichen gestalteten Gegenstand.

Beispiel 3

Eb wird ein Schaum einer Dichte von 60 kg m bereitet aus:

26 Teilen oxpropyliertem Glycerin mit einer Hydroxyl-

zahl von 5Ί0 mg KOH/g, 17 Teilen des in Beispiel 1 beschriebenen Polyester-

polyols,

2 Teilen Siliconfließmittel, Typ L53¹»O 0,1 Teilen Stannooctoat, 57 Teilen Polymerem MDI einer Funktionalität von

2,6 und einem Äquivalentgewicht von λ/ HiO

je Isοcyanatgruppe (Suprasec DN, ICI Ltd.

Organics Division).

Der sich ergebende Schaum besitzt einen berechneten M/B-Wert von 560.

Den obigen Schaum verwendet man als Einsatz zwischen Blätter der in Beispiel 2 (b) beschriebenen Blattforriingsmasse und das Verformen führt man unter den gleichen Bedingungen aus, wie sie in Beispiel 1 (c) beschrieben sind.

Man erhält einen gestalteten Gegenstand, welcher dem in Beiepiel 1 beschriebenen ähnlich ist.

209885/1248

"³³" 2235357

Beispiel 4

Wie besehrieben, wird ein Schaum aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:

M Teile oxpropyliertes Glycerin, Molekulargewicht

300,

15 Teile "Areton 11" (Fluortri chlorine than), 2 Teile "Silcocell 380" Silicon-oberflächenaktives

Mittel (ICI Ltd., Nobel Division), 0,08 Teile Dibutylzinn-dilaurat, 56 Teile Diphenylmethan-iJ.V-diisocyanat (MDI).

Der sich ergebende Schaum besitzt eine Dichte von 3M kg m~ , einen Verschweißungspunkt von 'V25O^OC und einen berechneten M/B-Wert von 680, Ein Blatt des Schaumes von 25 mm Dicke wird aus äem Block geschnitten und bei 50°C und einem Druck von 30 MNm auf eine Dicke von 2 mm komprimiert, abgekühlt und aus der Presse entfernt. Nach 164 Stunden bei Raumtemperatur ist die Dicke noch 2 mm. Beim Erhitzen in einem Luftofen bei 110°C, dehnt sich ein Stückdes verdichteten Blattes bis auf eine Dicke von 25 mm aus. Ein anderes Sttidc des verdichteten Blattes bringt man in einen 17 mm breiten Hohlraum zwischen zwei Metallplatten und man erhitzt auf 110°C, wobei der Schaum sich ausdehnt und den Hohlraum ausfüllt.

209885/1248

Beispiel 5

Aus den folgenden Beetandteilen wird ein Schaum einer Dichte von 90 kg m~* bereitet und 30 Minuten bei HO⁰C nachgehärtet. Der berechnete M/B-Wert beträgt 22700 und der Vera chwe ißungspunkt ist ^/vl40°C.

53 Teile BP-2,

H Teile Polyesterpolyol aus Glycerin/Adipinsäure/ Diäthylenglycol, umgesetzt im nolaren Verhältnis von 1,23/3/6,7, Hydroxylzahl 550 mg KOH/g,

6 Teile "Arcton 11", 2 Teile "Silcocell 380", 0,03 Teile Dibutylzinn-dilaurat, H3 Teile MDI.

Beim Verdichten bei 30 MNm"² und 50°C wird eine Platte des Schaumes auf 19 % ihrer ursprünglichen Dicke komprimiert und beim Erhitzen auf 60 % ihrer ursprünglichen Dicke ausgedehnt.

Ein Blatt des Schaumstoffes von 25 mm Dicke, wird bei 23⁰C und 30 MNm" bis auf eine Dicke von H mm komprimiert. Einen Teil des verdichteten Blattes bringt man zwischen Blätter von "Melinex" Polyäthylenterephthalatfilm, um eine Freisetzung sicherzustellen, und man erhitzt zwischen Metallplatten_t welche bei 170°C im Abstand von 6 mm voneinander gehalten werden. Der Schaum dehnt sich aus und die äußeren Schichten fallen

209885/1248

223595?

sub aminen, Hach 30 Minuten erhält man einen maßstabilen Formling von 6 mm Dicks, welcher starre äußere Häute und einen Schaumkern besitzt.

Beispiel 6

(a) Einen Schaum einer Dichte von 110 kg m erhält man aus den folgenden Bestandteilen und dieser Wird bei 110⁰C 30 Minuten nachgehärtet. Der berechnete M/B-Wert beträgt 3 und der Verschweißungspunkt beträgt 150 bis 160°C.

51,4 Teile oxpropyliertes bis-Phenol A, Molgewicht 460 (BP-4, B.P. Chemicals Limited),

9,2 Teile oxpropyliertes Glycerin, Molgewicht 300 (OPQ-300),

6 Teile "Arcton 11",

2 Teile ""Silcocell 380", 0,04 Teile Dibutylzirin-dilaurat, 39,4 Teile MDI.

Ein Schaumblatt von 25 mm Dicke wird bei 50⁰C und

—2
60 MNn auf eine Dicke von 2,5 bis 3 mm verdichtet. Einen Teil dee verdichteten Schaumes kann man auf 100 % seiner ursprünglichen Dicke ausdehnen.

(b) Eine glasfaserverstärkte Blattformlingsmasse wird, wie in Beispiel 1 (b) beschrieben, bereitet, indem man die folgenden Bestandteile miteinander vermischt:

209885/ 1243

18,θ Teile MDI,

60 Teile ungesättigtes Polyesterharz (Crystic 199«

Scott Bader Ltd), 5 Teile Titandioxyd, 5 Teile gefälltes Calciumcarbonat ("Winnofil S",

ICI Ltd., Mond Division), 1 Teil di-tert.-Butylperoxyd, 21,2 Teile oxpropyliertes Bisphenol A, Molgewicht

350 (BP-2, BP Chemicals Ltd).

Das Material ist etwa 2 nun dick, es enthält 38 Qew.-f Glas, und man lagert es vcc dem Gebrauch 24 Stunden bei 23°C

(c) Einen Teil des verdichteten Schaumblattes bringt man zwischen Blätter der glasverstärkten Formlngsmasse und die Anordnung bringt man zwischen zwei Tische, welche mit "Melinex"-FiIm ausgekleidet sind, im Abstand von 15 mm voneinander gehalten werden, und auf 175°C erhitzt sind. Der ausgedehnte Schaum preßt die äußeren Blätter gegen die Tische und er fällt in der Nachbarschaft der äußeren Blätter zusammen. Nach 15 Minuten entfernt man ein stabiles, starres Zwischenschichtblatt.

Beispiel 7

(a) Aus den folgenden Beetandteilen erhält man einen Schaum und härtet ihn 30 Minuten bei HO⁰C nach. Der berechnete M/B-Wert beträgt 1360.

209885/1248

~³⁷" 223595?

32 Teile BP-l| (β. Beispiel 6),
22 Teile OPQ-300 (s. Beipiel 6),
6 Teile "Arcton 11",
2 Teile "Silcocell 380",
0,04 Teile Dibutylzinn-dilaurat,
16 Teile MDI.

Man verdichtet ein Schaumblatt von 25 mm Dicke auf 2,5 nun, wie, in Beispiel 3 beschrieben. - .

(b) Es wird eine Blattformlingsmasse wie in Beispiel 6 (b) hergestellt mit der Ausnahme, daß man anstelle von
di^tert.-Butylperoxyd das tert.-Butylperöctoat verwendet und daß das Material 28 Gew.-Jt Glasfaser enthält.

(c) Man bringt ein Blatt des verdichteten Schaumes zwischen zwei Blätter ~der Blattformlingsmasse und die Anordnung bringt man zwischen die Teile der in Beispiel 1 Cc) beschriebenen Form. Die Form wird so geschlossen, daß sie zwischen ihren Teilen einen Mindestspalt von 2,5 mm ergibt, und man erhitzt auf 150⁰C, d. h, auf unterhalb des Verschweißungspunktes des Schaumes. Der Schaum dehnt sich aus und füllt den Hohlraum, wobei er die Blattformlingsmasse gegen die Oberflächen der Form preßt.

Nach 10 Minuten wird die Form abgekühlt und geöffnet und es ergibt sich ein gehärteter, maßstabiler Formling mit einem vollständig eingeschlossenen Schaumkern.

209885/1248

Beispiel 8

(a) Es wird ein Schaum bereitet, wie dies in Beispiel 3 beschrieben ist. Einen Block dieses Schaumes von 25 mm Dicke läßt man durch Walzen hindurchgehen, wobei die Blockdicke auf etwa 3 mm herabgesetzt wird.

(b) Man bereitet eine Blattformlinge masse, wie dies in Beispiel 2 beschrieben ist.

(c) Ein Blatt des verdichteten Schaumes (a) bringt man zwischen zwei Blätter der Blattformlingsmasse (b) und die Anordnung bringt man zwischen die Tische einer auf 135°C erhitzten Presse, wobei die Tische im Abstand von 14 mm voneinander gehalten werden. Nach-10 Minuten ist der Schaum ausgedehnt und die Hautmaterialien sind gehärtet. Die Fresse kühlt man auf unterhalb 100⁰X ab und den flachen Schichtstoff entfernt man in einem gehärteten, maßstabilen Zustand, wobei der Schaumkern durch eine Region zusammengefallenen Schaumes gut an die Häute gebunden ist.

Der Biegemodul des Schichtstoffes, welcher 2 mm dicke Häute und einen 10 mm dicken Kern aufweist, wird auf einer Biegespannweite von 10 cm mit 1θ5 NNm gemessen.

Beispiel 9

Das verdichtete Schaummaterial des Beispiels 7 (a) bringt man zwischen 1 mm dicke Blätter aus nichtweichgemachtem

209885/1248

Polyvinylchlorid und man verformt bei l80°C zwischen den Tischen einer Presse, wobei die Tische I¹I mm voneinander im Abstand gesetzt sind. Nach dem Abkühlen der Presse erhält man einen steifen, maßstabilen Schichtstoff von 14 mm Dicke. Der Schaumkern ist an ale Häute durch eine enge Region zusammengefallenen Schaumes fest gebunden.

Beispiel 10

(a) Aus den folgenden Komponenten bereitet man einen Schaum und härtet ihn bei 110⁰C 30 Minuten nach. Der berechnet· M/B-Wert beträgt I36O.

22 Teile oxpropyliertes Glycerin, Molgewicht 300, 29 Teile BP-2, 6 Teile "Arcton 11", 2 Teile "Silcocell 380«, 0,04 Teile Dibutylzinn-idilaurat, 19 Teile MDI.

Es wird ein Schaumblock von 50 mm χ 40 mm. χ 25 mm geschnitten und dieser wird in jeder der drei linearen Dimensionen bei 23°C wiederum verdichtet. Ein Stück der Abmessungen 23 x 22 χ *J mm erhitzt man bei HO⁰C in einem Luftofen und dehnt auf 32 χ 26 χ 25 mm aus.

(b) Man bereitet eine BlattformlingBmasse, wie dies in Beispiel 7 (b) beschrieben ist.

209885/1248

* 40 -

(ο) Ein stück dee unter (a) beschriebenen, verdichteten Schaumes der Abmessungen 40 mn χ 40 M χ 4 mm, bringt man zwischen Schichten der Blattformlingsmasse und man verformt, wie dies in Beispiel 7 (c) beschrieben ist. Man erhält einen gestalteten Gegenstand, welcher mit den Abmessungen der Form eng übereinstimmt.

Beispiel 11

Ein Schaum, welcher aus den folgenden Bestandteilen bereitet wurde, besitet einen berechneten M/B-Wert von 520 und einen Erweichungspunkt von 75 bis 80⁰C (cf flOO - 105° für diejenigen der früheren Beispiele):

49 Teile öxpropyliertes Qlycerin, Molgewicht 410, 6 Teile "Arcton 11", 2 Teile "Sflcocell 380", 0,04 Teile Dlbutylsinn-dilaurat, 51 Teile "Supraeec DN" (β. Beispiel 3).

Die obigen Komponenten vermischt man und läßt sie in einem Vakuumofen bei einem Druck von 0,5 Atmosphären bei 100⁰C schäumen. Wenn das Schäumen vollständig ist, steigert man den Druck auf eine Atmosphäre, was teilweisen Zueammenfall des Schaumes herbeiführt. Der Schaum wird dann 30 Minuten bei 100⁰C nachgehärtet und ergibt eine Dichte von 75 kg m~

Ein Stück des Schaumes wird in nur einer Richtung

209885/1248

bei 15 MNm"² und 2O⁰C verdichtet. Bei Rückbildung bei HO⁰C dehnt er eich auf >100 % seiner ursprünglichen Dicke in Verdichtungsrichtung aus und auf 130 % seiner ursprünglichen Abmessungen in den beiden Richtungen quer zur Verdichtungsrichtung.

Das Beispiel 10 wird unter Verwendung des obigen verdichteten Schaummaterials wiederholt. Man erhält einen maßitabilen gestalteten Gegenstand.

209885/1248

Claims

Patentansprüche

l.J Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände, welch· aus Polymerschaum bestehen bzw. solchen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen vorgebildeten Polymerschaum, vorzugsweise einen mäßig vernetzten Polyurethanschaum, innerhalb beibehaltener Wandungen einem weiteren Verformen unterwirft.

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polymerschaum verwendet, welcher eine Innenschicht bzw. einen Kern bildet, welcher zumindest teilweise mit einer äußeren Haut bzw. äußeren Häuten nichtgeschäumten, vorzugsweise wärmeverformbaren Materials, umgeben ist.

3* Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den'äußeren Teil des Polymerschaumes auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher er klebrig wird, vollständigem oder teilweisem Zusammenfall unterliegt, und sich an die inneren Oberflächen der äußeren Häute, falls diese anwesend sind, bindet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polymerschaumeinsatz zwischen äußeren Häuten in den Hohlraum einer Form bringt und man das Formpressen unter solchen Bedingungen durchführt, daß die äußeren Häute gegen die Umrisse der Form gestaltet werden und zwar durch den Widerstand des Schaumes gegen Verdichtung, wobei gleichzeitig die äußeren Häute zumindest teilweise aneinander und/

209885/ 1248

oder an den Sohaum gebunden werden.

5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die gestalteten Gegenstände gebildet werden, indem man innerhalb beibehaltener Wandungen einen vorgebildeten Polymerschaum erhitzt, welch letzterer auf ein Volumen komprimiert worden ist, welches im wesentlichen geringer ist als dasjenige, welches von dem ursprünglich gebildeten Schaum eingenommen, wird, wobei der Polymerschaum bei einer Temperatur maßstabil ist und in der Lage ist, sich bei einer höheren Temperatur auf im wesentlichen sein ursprüngliches Volumen auszudehnen.

6« Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausdehnen des verdichteten Schaumes in mehr als einer linearen Dimension stattfinden läßt.

7· Verfahren*nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Block aus verdichtetem Polymerschaummaterial zwischen äußeren Häuten in einen Formenhohlraum bringt, wodurch das Schaummaterial auf eine Temperatur oberhalb oder in der Nähe seines Erweichungspunktes erhitzt wird, das Schaummaterial sich unter Ausfüllung des Formenhohlraumes ausdehnt, und gleichzeitig die äußeren Häute nach den Umrissen der Form gestaltet werden und sich zumindest teilweise aneinander und/ oder an den Schaum binden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichr net, daß man eine Schicht aus verdichtetem Polymerschaumma-

209885/1248

terial zwischen Schichten aus starren äußeren Hautmaterialien zwischenlegt und auf eine Temperatur oberhalb oder in der Nähe seines Erweichungspunktes erhitzt, wodurch das Schaummaterial sich ausdehnt und an die äußeren Häute unter Bildung eines Schichtstoffes gebunden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine äußere Haut aus einem Oe!polymerisat der Vorstufen eines Polyurethans und eines ungesättigten Polyesterharzes besteht bzw. ein solches enthält, und unter relativ geringen Drucken, vorzugsweise unter Drucken von weniger als 350 KNm , wärmeverformbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 zur Herstellung eines gestalteten Gegenstandes aus einer starren äußeren Haut bzw. starren äußeren Häuten und einem Polyurethanschaumkern, wobei zumindest eine äußere Haut ein gehärtetes Gelpolymerisat der Vorstufen eines Polyurethans und eines ungesättigten Polyesterharzes ist.

209885/1248

, if,

Leerseife