DE2243123A1

DE2243123A1 - Verfahren zur herstellung geschaeumter formkoerper aus thermoplastischem material

Info

Publication number: DE2243123A1
Application number: DE2243123A
Authority: DE
Inventors: Stuart B Smith
Original assignee: Foster Grant Co Inc
Current assignee: CNA Holdings LLC
Priority date: 1971-09-02
Filing date: 1972-09-01
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4861571A; CA997519A; GB1402115A; FR2151098A1; US3963816A; FR2151098B1; IT967099B

Description

betreffend

Verfahren zur Herstellung geschäumter Formkörper aus _____ - thermoplastischem Material

Die Erfindung betrifft die Herstellung von geschäumten Formkörpern aus thermoplastischem Material und besonders «ein schnelles und zeit- und kraftsparendes Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem Material mit geringer Dichte.

Bei einem der üblichen Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus geschäumtem thermoplastischem Material werden thermoplastische Teilchen, wie Kügelchen oder Perlen, die ein flüssiges Treibmittel enthalten, auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels und der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt. Das thermoplastische Material wird durch den von dem Treibmittel ausgeübten Druck geschäumt. Nachdem das gewünschte Ausmaß an Vorschäumung erreicht worden ist, entfernt man die Teilchen aus dem Vorschäumer und läßt sie abkühlen, wobei sie wieder hart werden, jedoch um das 20- bis 40-fache ihrer

3 09810/1042

1A-41 'J H — 2 —

ursprünglichen Größe ver. größert sind. Bei sinkender Temperatur der Teilchen kondensiert das noch in den Teilchen enthaltene restliche Treibmittel, wodurch in den Hohlräumen der Teilchen ein teilweise Vakuum entsteht.

Wenn diese Teilchen in eine Form gegeben und geschäumt werden ohne daß man den Druck innerhalb und außerhalb der Zellen durch Gasdiffusion bis zum Gleichgewicht kommen läßt, fallen die schäumbaren Teilchen oder Perlen beim erneuten Erhitzen auf den Erweichungspunkt des thermoplastischen Materials zusammen. Um das zu vermeiden ist es üblich, daß man die Perlen ungefähr 1 bis 24 h altern läßt, v/obei der Druck innerhalb der Perlen Atmosphärendruck erreicht. Die Perlen können dann erhitzt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie zusammenfallen.

Bei der Herstellung von Formkör.pern wird eine vorher bestimmte Menge gealterter Perlen oder Kügelchen in eine Form gegeben und durch Aufheizen der Porin direkt erhitzt. Da das thermoplastische Material ein ausgezeichneter Wärmeisolator ist, muß der Form sehr viel Wärme zugeführt werden, um sicherzustellen, daß alle Teilchen, die Schmelztemperatur ungefähr gleichzeitig erreichen, was notwendig ist, um Formkörper mit einer gleichmäßigen Dichte zu erhalten. Nachdem die Kügelchen oder Perlen zusammengeschmolzen sind, muß der Formkörper wieder abgekühlt werden. Um den Formkörper auf eine Temperatur abzukühlen, bei der er fest ist, bevor er aus der Form entfernt werden kann, muß eine große Menge Kühlmedium durch die Form und um 3ie herum geleitet werden. Das erfordert offensichtlich einen verhältnismäßig langen Arbeitszyklus.

309810/1042

BAD ORIQiNAL

1Λ-41 914 _ * "5 —

Die US-PS 3 417 170 besehreibt ein Verfahren zur Beschleunigung des Formverfahrens bei der Herstellung von geschäumten thermoplastischen Formkörpern. Bei dem dort, beschriebenen Verfahren werden vorgeschäumte Perlen vorerhitst auf eine Temperatur, die oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels aber noch leicht unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials liegt, bevor sie in eine geschlossene Form gegeben werden. Wenn die erhitzten Perlen in die Forar gegeben werden, brauchen sie ■nur leicht"erhitzt zu werden, um auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur zu kommen. Es ist daher nicht notwendig große Mengen von Heizmedium in die Form zu bringen, wodurch die Formdauer wesentlich herabgesetzt wird.

Es sind Formverfahren bekannt, bei denen schäumbare thermoplastische Teilchen mit Hilfe eines heißen nicht kondensierbaren trockenen Gases, wie heißer Luft erhitzt und dann direkt in die Form gebracht werden, wodurch das Altern und erneute Erhitzen entfallen. Diese Verfahren besitzen nur eine beschränkte Anwendbarkeit, z.B. zur Herstellung von kleinen Gegenständen, wie Bechern oder anderen kleinen Behältern wegen der starken Isolierwirkung des thermoplastischen Materials und dem geringen Wärmeübertragungskoeffizienten des heißen Gases.

Es ist im allgemeinen günstiger, , schäumbare thermoplastische Teilchen mit Hilfe von Dampf vorzuschäumen als mit heißer Luft, da Dampf wirksamer ist und Energie spart, da er eine stärkere Wärmeübertragung ergibt als heiße Luft, weil Dampf sowohl Eigenwärme als auch latente Kondensationswärme abgibt. Wenn Dampf zum Vorschäumen verwendet wird, können die vorgeschäumten Teilchen jedoch im allgemeinen nicht direkt in die Form gegeben werden, da sie naß sind und nicht leicht fließen.

- 4 -309810/1042.

1A-41 9H

Die oben erwähnte Alterungszeit dient auch zum Trocknen der Oberflächen der Perlen, so daß sie beim Einbringen in die* Form frei fließen. Nach der US-PS 3 129 464 werden schäumbare thermoplastische Teilchen mit Hilfe von Dampf vorgeschäumt und dann nahezu unmittelbar dem Formverfahren zugeführt. Es scheint so, daß obwohl die vorgeformten Teilchen oder Perlen von dem Dampf naß sein können, dieses Problem überwunden wird durch "Verwendung eines Kolbens bzw. Stempels mit Hilfe dessen die Perlen zunächst in einen ■Übertragungsbehälter und dann in die Form getrieben werden, die so ausgebildet ist, daß sie auf diese Weise gefüllt werden kann. Viele Formen sind jedoch nicht so ausgebildet, daß sie auf diese V/eise durch Hereindrücken des Materials gefüllt werden können,und daher sind für die meisten üblichen Formungsverfahren zur leichten und vollständigen Füllung verschieden gestalteter Formen leicht fließfähige Kügelchen oder Perlen bevorzugt. Ferner sind nach dieser Patentschrift weitere Wärme sowie Druck durch den Stempel erforderlich, um den Gegenstand in die gewünschte Form zu bringen ,was auf viele Formverfahren für schäumbare Materialien nicht anwendbar ist.

Es wurde nun ein Verfahren entwickelt, das gegenüber den bekannten Verfahren zur Formung thermoplastischer schäumbarer Teilchen bestimmte Vorteile bBsitzt. Besonders ist es bei dem Verfahren, das mit dem Vorschäumen von thermoplastischen Teilchen mit Hilfe von Dampf beginnt, nicht notwendig, die Teilchen oder Perlen zu altern um einen Druckausgleich zu erhalten und man erhält gleichzeitig trockene, leicht fließfähige geschäumte Perlen, die in irgendeiner beliebig gestalteten Form bei wesentlich verkürzten Formzeiten geformt werden können. Die Verkürzung der Formzeit wird sowohl erreicht bevor Terlen in die Form gebracht werden als auch während des Abkühlens des Formkörpers in der Form. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden ferner Energie und Zeit gespart, die nach dem bekannten Verfahren während der Heis-

309810/1042 "

1A-4-1 9H

- 5 phase des Formayklus erforderlich sind.

Gegenstand, der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Formung geschäumter thermoplastischer formkörper aus frische^ mit Hilfe von Dampf vorgeschäumten Perlen, bei dem die Formzeit herabgesetzt wird und durch eine Verringerung des Energiebedarfs die Kosten herabgesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt vorzugsweise ein Vorschäumen von Perlen aus einem schäumbaren thermoplastischen Harz _f enthaltend ein flüssiges Kohlenwasser stoff--.Treibmittel durch direktes Zusammenbringen mit Frischdampf, wobei vorge-. schäumte Perlen gebildet werden, Aufrechterhalten der Temperatur dervorgeschäumten Perlen auf einem Wert oberhalb der Verdampfungstemperatur des Treibmittels, aber unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials mit Hilfe eines heißen ₍ verhältnismäßig trockenen .Gases, wodurch im wesentlichen die gesamte Oberflächen-Feuchtigkeit entfernt wird, während man die Perlen kontinuierlich bewegt, Einbringen ,der trockenen vorgeschäumten Perlen in eine geschlossene Form "und Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials, wobei durch weiteres Schäumen und Schmelzen der vorgeschäumten Perlen ein Formkörper gebildet wird, der die Gestalt der Form besitzt, und Abkühlen des entstehenden Formkörpers. Ein kritisches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,daß die Temperatur der thermoplastischen vorgeschäumten Perlen zu keinem Zeitpunkt nachdem die Perlen vorgeschäumt worden sind und bevor der Formkörper am Ende des Formzyklus abgekühlt ist, auf einen Punkt unterhalb des Siedepunktes des Treibmittels absinkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das thermoplastische Material schäumbares Polystyrol. Bei einer eben« falls bevorzugten Ausführungsform werden die vorgeschäumten Teilchen, die durch den während des Vorschäumens angewandten Dampf auf eine hohe Temperatur gebracht worden sind, niemals

3.Öfi810/1-Ö42

1A-41

auf eine Temperatur abgekühlt, die mehr als 1-20 unter ihrer Schmelztemperatur liegt. So ist nur eine ' · geringe Temperaturerhöhung notwendig, um die vorgeschäumten Perlen in der Form auf ihre Schmelztemperatur zu bringen. Diese Temperaturerhöhung kann z.B. erreicht werden, indem man eine geringe Menge Dampf direkt in das Material in der Form einleitet. Auf diese Weise wird eine wesentliche Einsparung von Energie und Zeit erzielt verglichen mi-t dem in der US_rPS 3 417 170 angegebenen Verfahren, bei dem die vorgeschäumten Perlen nicht unter Aufrechterhaltung der Temperatur aus dem Vorschäumer und auf dieser erhöhten Temperatur gehalten werden, sondern wieder von der während des Alterns erzielten Temperatur aufgeheizt werden müssen. So war es nach dieser Vorveröffentlichung, nach der die Perlen bevor sie in die Form gebracht werden, vorerhitzt v/erden sollen, nicht vorhersehbar, daß besondere Vorteile dadurch erzielt werden können, wenn man die vorgeschäumten Perlen nicht abkühlt, sondern bis zum Ende des Formverfahrens auf einer erhöhten Temperatur hält. Durch die Anwendung von heißem Gas zur Aufrechterhaltung 'der Temperatur werden die teilen nach dem Vorschäumen schnell getrocknet, wobei das zeitraubende Verfahren des Alterns zur Einstellung des Druckgleichgewichtes vermieden wird.

Gemäß einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die schäumbaren thermoplastischen Perlen während des Vorschäumens oder während der Zeit,in der sie mit Hilfe von heißen^ verhältnismäßig trockenen»Gas auf der erhöhten Temperatur gehalten werden oder während beider Zeitabschnitte unter Überdruck gehalten werden. Diese Anwendung von Druck führt zu bestimmten Vorteilen, die später noch näher ausgeführt werden.

Der Ausdruck Perlen wird verwendet um ein feinteiliges thermoplastisches Harz zu beschreiben, daß auch/als Teilchen,

309810/1042

1A-41 9H

Kügelchen oder Bruchstücke "bezeichnet werden kann, die alle durch Zerkleinern eines thermoplastischen harzartigen Materials in kompakter Form erhalten werden.

Als Polymere für das erfindungsgemäße "Verfahren können alle bekannten schäumbaren thermoplastischen Harze verwendet werden. Beispiele für geeignete schäumbare thermoplastische Substanzen sind die Homopolymeren von vinylaromatischen Monomeren, wie Styrol und ^-Methylstyrol und Copolymere dieserVerbindungen mit anderen Yinylmonomeren- . Verbindungen und Hoinopolymere und Copolymere anderer synthetischer Harze, v/ie die Polyacrylsäureester, Polyvinylchlorid und Polyolefine, wie Polyäthylen und Polypropylen.

Das zur Herstellung der schäumbaren thermoplastischen Harze verwendete Treibmittel kann irgendein flüssiger Kohlenwasserstoff oder substituierter Kohlenwasserstoff sein, der für das zu behandelnde Polymer kein oder ein schlechtes Lösungsmittel ist und der bei normaler atmosphärischer Temperatur und Druck flüssig ist. Geeignete Treibmittel sind -solche mit Siedepunkten von ungefähr 15 bis ungefähr 100⁰C und Petroläther mit einem Siedebereich von ungefähr 20 bis 70°c besonders bevorzugt. Derartige Substanzen enthalten im allgemeinen ungefähr 70 $ n-Pentan. Beispiele für andere ' typische Kohlenwasserstoffe, die alsfrreibmittel geeignet sind, sind Alkane wie Pentan und Hexan. Gemische von zwei oder mehreren Treibmitteln können erfindungsgemäß ebenfalls verwendet v/erden, vorausgesetzt, daß' der Hauptanteil des Treibmittelgemisches bei Raumtemperatur flüssig ist. Es kann irgendeine wirksame Menge des Treibmittels verwendet werden. Üblicherweise wird eine Menge im Bereich von 1 bis 15 Gew.-^, bezogen auf die thermoplastischen Teilchen verwendet. Vorzugsweise werden ungefähr 3 bis 10 Gew.-^ Treibmittel verwendet.

3098107 104 2

ΤΛ-4-1 914

Die Teilchengröße der schäumbaren Perlen ist nicht kritisch. Es ist jedoch vorzuziehen, daß sie im Bereich von ungefähr 0,05 bis 10,0 mm Durchmesser liegen. Größere Teilchen können ebenfalls verwendet werden. Sie sind jedoch aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der Regelung der Qualität im allgemeinen nicht besonders günstig. Sehr kleine Teilchen können erfindungsgemäß auch verwendet werden, obwohl diese ebenfalls weniger günstig sind, wegen der schwierigeren Handhabung als die in den bevorzugten Bereich liegenden Teilchen.

Das Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Materials das das Treibmittel enthält ist nicht kritisch und nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Diese Substanzen werden im allgemeinen hergestellt, indem man entweder ein Treibmittel zu dem Polymerisationsgemisch während der Polymerisation zugibt oder indem man anschließend\das Polymer mit dem Treibmittel imprägniert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Perlen aus -.'^dem schäumbaren thermoplastischen Harz zunächst vorgeschäumt, typischerweise in einer Vorrichtung, die als Vorschäumer bekannt ist, in der die Teilchen Frischdampf ausgesetzt und mit ihm in Berührung gebracht werden, der die Temperatur auf einen Punkt erhöht, wo die Teilchen anfangen weich zu werden und der normalerweise zu einer gewissen Benetzung der Teilchen führt. Ein vorher zu den Teilchen zugegebenee Treibmittel, das so gewählt ist, daß es einen Siedepunkt besitzt, der unterhalb der Erweichungstemperatur der Perlen liegt, beginnt zu verdampfen und der innerhalb der Teilchen aufgebaute Gasdruck führt su einer Expansion der Perlen auf eine Größe, die ungefähr 20- bis 40-mal größer ist als die ursprüngliche Größe, wodurch man vorgeschäumte thermoplastische Perlen erhält. Die Perlen können bis zu einer Dichte geschäumt werden, die in einem weiten Bereich liegt- -

309810/1042

U-41 9H

je. nach ihrer endgültigen Verwendung z.B. auf ungefähr 0,8 bis 640 kg/m⁵ (0,05 bis 40 lbs per cubic foot). Die vorgeschäumten Perlen werden dann vorzugsweise aus dem Vorschäumer entfernt und ohne daß man die Tempe ratur der Perlen auf einen Wert unterhalb der Kondensationstemperatur des jetzt gasförmigen Treibmittels absinken läßt, in einen Erhitzer geleitet, in dem sie mit Hilfe eines im wesentlichen trockenen Gases, vorzugsweise Luft, ausreichend lange erhitzt werden, um im wesentlichen die gesamte Oberflächenfeuchtigkeit der Perlen, die sie durch Behandlung mit dem Dampf in dem Vorschäumer aufgenommen haben, zu entfernen. Es ist bevorzugt, die Perlen aus dem Vorschäumer zu entfernen und zum Trocknen in den Erhitzer einzuleiten. Es ist jedoch auch möglich, Vorrichtungen zu verwenden, bei denen die Perlen zunächst den Frischdampf ausgesetzt und anschließend ohne in ein anderes Gefäß gebracht zu werden zur Aufrechterhaltung der Temperatur. der Trockenluft ausgesetzt werden. Da die in dem Erhitzer erzielte Temperatur den Erweichungspunkt der geschäumten "thermoplastischen Perlen erreichen kann, sollten sie folglich zur Vermeidung einer Agglomeration kontinuierlich bewegt werden. Die Temperatur der Perlen in dem Erhitzen wird vorzugsweise oberhalb des Erweichungspunktes aber unterhalb des Schmelzpunktes.des thermoplastischen Materials gehalten. Das Bewegen der Perlen kann erreicht werden, indem man z.B. stationäre und bewegliche Stäbe in dem Erhitzer anbringt, die zu einer Mischung der Perlen führen oder auf andere bekannte Weise.

Während es im Rahmen der Erfindung liegt, daß die vorgeschäumten Perlen etwas abkühlen, was bei bestimmten Vorrichtungen vielleicht unvermeidlich ist, so lange die Temperatur oberhalb des Siedepunktes des eingeschlossenen Treibmittels liegt ,ist es vorzuziehen, eine so hohe Temperatur wie möglich aufrechtzuerhalten unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials ohne daß die Teilchen zusammenkleben. Um den erfindungsgemäßen Vorteil der Zeit- und -

309810/10 4 2
BAD ORIGINAL

1A-41 9H

- 10 -

Energieeinsparung zu erzielen ist es vorzuziehen, daß die Temperatur der Perlen nicht mehr als 1 bis 40°.unter die Schmelztemperatur der schäumbaren thermoplastischen Perlen absinken soll. Es ist besonders bevorzugt, daß die Temperatur nicht mehr als 1 bis 20° unter die Schmelztemperatur absinkt.

Wenn der gewünschte Grad an Erhitzung und Feuchtigkeitsentfernung erreicht ist, v/erden die vorgeschäumten Perlen in eine geschlossene Form gegeben, die die Gestalt des fertigen Produktes besitzt und die leicht und vollständig gefüllt werden kann, da die Perlen nun trocken und leicht fließfähig sind. Die Perlen werden dann ausreichend erhitzt, um ihre Temperatur auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes der thermoplastischen Perlen zu bringen, v/obei die Perlen weiter aufschäumen und die Form, ausfüllen und unter Bildung eines Formkörpers· mit einer glatten zusammenhängenden Haut zusammenschmelzen. Da die Perlen, Wenn sie in die Form kommen, vorzugsweise eine hohe Temperatur besitzen ist nur eine geringeftemperatürerhöhung notwendig, '-rr- ' *um die Temperatur auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes zu bringen und diese Temperaturerhöhung kann am wirtschaftlichsten und schnellsten erreicht werden, indem man durch verschiedene Öffnungen in der Form direkt Dampf in die Perlen einleitet. Ein gewisses Erhitzen der Oberflächen der Form ist in allgemeinen auch günstig, um eine gleichmäßig gut geschmolzene glatte zusammenhängede Haut auf dem fertigen Formkörper zu erhalten. Das kann durch einen einfachen Wärmeaustauschermantel um die Form herum erreicht werden und dadurch sind die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Form sehr viel weniger aufwendig als die bisher benötigten. Besonders können die großen Metallforiaen,die aufwendige Dampfkästen zum Aufheizen verwenden, ersetzt werden durch Formen, die keine derartigen aufwendigen energieverschwendenden Heizvor- .. -

3098 1 0 / 1 C Λ 2

1A-41 9H - 11 - .

richtungen erfordern und es kann sogar möglich sein, die Metallformen bei einigen "bestimmten Arbeitsgängen durch Formen aus weniger aufwendigen Materialien,, wie Kunststoffen oder Gemischen zu verwenden.

Die Heizperiode der vorgeschäumten Perlen in der Form wird dadurch weitgehend verkürzt und beträgt nur 5 - 10 see. Dasbedeutet eine sehr starke Verbesserung gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen die Perlen von Raumtemperatur auf ihre Schmelztemperatur in der Form erhitzt werden müssen, was typischerweise ungefähr 20 - 30 see erfordert. Natürlich wird eine längere Zeit und ein großer Teil der Energie verbraucht,um die übliche Dampfkastenform zunächst aufzuheizen_f was - wie oben beschrieben - weitgehend vermieden werden kann. Nach der Bildung des Formkörpers sollte die Temperatur des Körpers schnell unter den Erweichungspunkt des thermoplastischen Materials gebracht werden und der Gegenstand kann dann aus der Form entnommen werden. Da die Form während des Aufheizens nicht auf übermäßig hohe Temperaturen gebracht wird, kann sie wesentlich einfacher abgekühlt werden als bei den bekannten Verfahren und folglich ist auch die Abkühlzeit wesentlich kürzer. Bei den meisten Verfahren kann der Formkörper schnell und ausreichend dadurch gekühlt werden, daß man Wasser auf die Form aufsprüht oder Kühlwasser durch die Form einige see lang durchleitet. ■ '

Während des Erhitzensder thermoplastischen Perlen mit heißer Luft unmittelbar bevor sie in die Form gegeben werden und besonders, dann, wenn Temperaturen angewandt "werden, die oberhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials liegen, kann das Treibmittel, das in Dampfform in den Perlen vorliegt aus den Perlen entweichen. So kann nach einer entsprechenden Zeit eine bestimmte Menge des Treibmittels, das noch in den Perlen enthalten ist, nachdem diese den Vorschäumer verlassen, ausgetrieben werden. So scheint .es, wenn

3098 10/10Ul - 12 -

1A-41 9H

— '12 —

Perlen, die einen höheren Gehalt an Treibmittel besitzen, als erwünscht, ausreichend lange auf diese erhöhten Temperaturen erhitzt werden, möglich zu sein, den Gehalt an Treibmittel in den Perlen auf einen günstigeren Bereich herabzusetzen^.B. ihn um einen deutlichen Prozentsatz, z.B. um 25 i° des Gehaltes des Treibmittels, das in den Perlen enthalten war, nachdem diese den Vorschäumer verlassen haben, herabzusetzen). Durch Einstellung der Temperatur und Zeit bei der Behandlung mit heißer Luft und vorherijer Bestimmung des Gehalte an Triebnittel der vorgeschäumten Perlen ist es möglich, den Treibmittelgehalt der Perlen auf den gewünschten V/ert einzustellen, den sie beim Eintritt in die Form haben sollen. Ein geringerer Treibmittelgehalt der Perlen beim Eintritt in die Form ist vorteilhaft, da dadurch der Kühlzyklus verkürzt wird, da der Formkörper bei der Expansion in der

Wärme Form durch überschüssiges Treibmittel weniger/absorbiert.

wurde oben auf eine Abwandlung-'des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen, bei dem die schäumbaren thermoplastischen Teilchen unter Überdruck gehalten werden können während des Vorschäumens oder während der Y/ärmebehandlung mit Hilfe eines -.-heißen verhältnismäßig trockenen Gases oder während dieser beiden Stufen. Die Wirkung der Druckbehandlung des Materials in dem Vorschäumer besteht darin, daß der Siedepunkt des Treibmittels heraufgesetzt wird und das Volumen des Dampfes in den es bei erhöhten Temperaturen umgewandelt wird, regu-

VT of* H α v"i Ir 3 Π TI

liert /So können die Teilchen auf eine entsprechend hohe Temperatur erhitzt werden, ohne daß sie durch den erhöhten Druck im inneren der Perlen vorgeschäumt werden und wenn der Druck herabgesetzt wird, expandieren die thermoplastischen Teilchen sofort auf ein Volumen entsprechend dem Vorschäumer und der Menge des in den Teilchen enthaltenen Treibmittels. Die Anwendung von Überdruck in dem Vorschäumer erlaubt dann eine bestimmte Regelung des Zeitpu nkts/vorschäumung der thermoplastischen Teilchen unter Bildung der vorgeschäumten thermoplastischen Perlene Die Perlen können dann in einen

- 13 30981 0/1042

1A-41 9H

Erhitzer übergeführt werden, der nicht unter Druck steht und das Verfahren läuft wie oben beschrieben weiter ab. Die vorgesphäumten Perlen können jedoch auch in einen Erhitzer übergeführt werden, der ebenfalls einen höheren Druck besitzt. In diesem Falle ist die Siedetemperatur des Treibmittels wieder höher und auch der Druck in den Perlen, der durch das verdampfende Treibmittel entsteht, wird durch den erhöhten Druck in dem Erhitzer erhöht. So kann die Temperatur des vorgeschäumten Materials stärker erhöht werden als in einem Erhitzer, der nicht unter Druck steht ohne daß es zu einer unerwünschten weiteren Expansion der Teilchen kommt. Dieses sehr heiße Material kann dann mit Hilfe bekannter Vorrichtungen in eine Form eingespeist werden, die sich z.B. auf Atmosphärendruck befindet und das Material wird in diesem Falle augenblicklich weiter expandieren und schmelzen, da es eine Temperatur besitzt, die oberhalb der Schmelztemperatur liegen kann. Die Form kann zu Anfang auch unter erhöhtem Druck stehen, damit sie ohne daß eine vorzeitige Expansion stattfindet, die möglicherweise eine vollständige Füllung verhindert, gefüllt v/erden kann und der Druck wird dann schnell herabgesetzt, was zum'Schmelzen der Perlen führt. Schließlich kann die Form auch auf einem Unterdruck gehalten werden, wodurch das Material bei Verwendung bekannter Vorrichtungen zur Füllung nahezu augenblicklich in die Form eintritt. In diesem Falle kann ein zusätzliches Erhitzen des Materials in der Form überflüssig sein, um das Material zu schmelzen und daher ist die Abkühlzeit nach der Expansion besonders kurz.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert. Beispiel

Schäumbare Polystyrolperlen, mit einer Erweichungstemperatur von ungefähr 76⁰C und einer Schmelztemperatur von ungefähr 95⁰C, enthaltend 5 °/° Pentan, wurden in einen Vorschäumer gegeben und unter kontinuierlichem Bewegen 1 1/2 min erhitzt.

309810/ 1 0 Λ 2 -H-

1Λ-41 419

-14-

Die Perlen wurden auf eine mittlere Dichte von 24 kg/m (1,5 lbs per cubic foot) vorgeschäumt. Zu diesem Zeit-" ' punkt betrug die Temperatur der Perlen ungefähr 82°C. Die vorgeschäunten Perlen wurden in einen Erhitzer mit heißer Luft gegeben, der auf eine Temperatur von ungefähr 80°c vorgeheizt worden war. Es wurde darauf geachtet, daß die Temperatur der Perlen während der Überführung nicht unter 70°c sank. Die Perlen wurden dann in"dem Erhitzer 5 min unter kontinuierlichem Bewegen, um eine Agglomeration der Perlen zu vermeiden, in heißer Luft erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt war nahezu die gesamte Oberflächenfeuchtigkeit entfernt und die Perlen leicht fließfähig. 227 g (0,5 lbs) der vorgeschäunten Perlen wurden in eine geschlossene Form gebracht, die mit einem Wärmeaustauschermantel und Öffnungen zum Einleiten von Frischdampf direkt in die Höhlung ■ der Form versehen war und es wurde 3 see lang Frischdampf eingeleitet. Der Formkörper wurde dann durch 3 sec-langes Durchleiten von Kühlwasser durch die Form abgekühlt und die Form anschließend geöffnet und der Formkörper entfernt. Der Formkörper besaß eine gleichmäßige Dichte und eine glatte zusammenhängende Oberfläche

Patentansprüche

309810/1042

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung geschäumter Formkörper,

dadurch gekennzeichnet , daß man a) ein synthetisches, thermoplastisches Harz in Perlenform enthaltend ein Treibmittel mit einem Siedepunkt von ungefähr 15 his TOO⁰C,auf eine Dichte von ungefähr 0,8 bis 640 kg/m⁵ (0,05 bis 40 lbs per cubic foot) mit Hilfe von Frischdampf vorschäumt, b) die vorgeschäumten Perlen mit Hilfe eines im wesentlichen trockenen Gases auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels und unterhalb des Schmelzpunktes· des thermoplastischen Harzes ausreichend lange erhitzt um im wesentlichen die gesamte Oberflächenfeuehtigkeit der Perlen zu entfernen, wobei die Perlen im wesentlichen kontinuierlich während ,der gesamten Erhitzungszeit, wenn sie sich auf einer Temperatur in der Nähe des Erweichungspunktes des thermoplastischen Harzes befinden, bewegt v/erden, c) die erhitzen vorgeschäumten Perlen in eine geschlossene Form bringt, d) aus den Perlen durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials einen Formkörper herstellt und e) den Formkörper auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials abkühlt und aus der Form entfernt, wobei die Temperatur der Perlen von dem Augenblick an, wo die Perlen vorgeschäumt v/erden, bis zur Bildung des Forinkörpers ständig auf einer Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ~

309810/104 2

1A-41 9H

- 16 -

zeichnet , daß man die vorgeschäumten Perlen während des Vorschäumens erhitzt und auf einer Temperatur hält, die nicht mehr als ungefähr 1 bis 40, vorzugsweise nicht meitr als

/1 bis 20^uc unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Harzes liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die vorgeschäumten Perlen auf eine Temperatur zwischen dem Erweichungspunkt und dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials erhitzt bevor sie in die Form gebracht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß man als Treibmittel einen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von ungefähr 20 bis 7O⁰C verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e ~ kennzeichnet , daß man als Treibmittel Pentan,

-< Hexan und/oder Petroläther mit einem Siedepunkt von 20 bis 70⁰C, vorzugsweise Pentan, verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man als thermoplastisches Material Polystyrol verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet , daß man als Trockengas heiße Luft verwendet.
8* Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch g e kennzeichnet , daß man die Vorsehäumung der thermoplastischen Perlen unter Überdruck durchführt.
9· Verfahren nach Anspruch 1 bis 0, dadurch - 17 -

30 9 8 10/ 10/, 2

1A-4-1 9H

- '17 -

gekennzeichnet , daß man die thermoplastischen Harzperlen vom Vorschäumen "bis zum Eintritt -in die Form unter Überdruck hält.
10. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 9> dadurch g e k e η η zeichnet , daß man die vorgeschäumten Perlen ausreichend lange auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels erhitzt, daß mindestens ungefähr 25 f<> des ursprünglich noch in den vorgeschäumten Perlen enthaltenen Treibmittels ausgetrieben werden. ■

309810/1042