DE2251937C3

DE2251937C3 - Verfahren zur Herstellung eines Schaumkörpers aus thermoplastischem Harz

Info

Publication number: DE2251937C3
Application number: DE2251937A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Yokohama Hattori; Nobuo Hoshino; Mitsuo Inui; Akira Fujisawa Kanagawa Kasai; Hiroyuki Yokohama Nakae; Isamu Tokio Noguchi; Naonori Tokio Shiina
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1971-10-23
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1980-02-28
Also published as: DE2251937A1; JPS4848562A; US3863000A; GB1408637A; DE2251937B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hersteilung eines Schaumkörpers aus thermoplastischem Harz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Schaum, der aus thermoplastischem Harz durch die übliche Arbeitsweise hergestellt wird, stellt eine weiche Masse dar, die im allgemeinen aus feinen Zellen besteht mit einer Dichte von etwa 0,03 g/cm³, und weist ausgeprägte Wärmeisolierungs- und stoßdämpfende Eigenschaften auf, besitzt jedoch eine äußersc geringe mechanische Festigkeit. In diesem Zusammenhang kann so die US-PS 35 23 988 genannt werden, die ein Verfahren zur Herstellung eines Schaums von großer mechanischer Festigkeit betrifft, um Verbesserungen gegenüber den vorstehend genannten Nachteilen des Schaums des Stands der Technik zu erzielen.

Gemäß der genannten US-PS enthält die Form eine Expansionskammer, um darin den Druck zu erniedrigen. In einem Formschlitz neben der Expansionskammer wird ein Gemisch aus Polyolefin, flüchtigem Treibmittel und Kernbildner geschäumt. Zum Zusammenfallen der bo Zellen auf den Oberflächen des Schaums, um eine harte Haut zu erzeugen, wird Druck angewandt. Der Schaum wird unter einem bestimmten Druck in der Expansionskammer voll expandiert. Das Verfahren der US-PS unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung dadurch, daß der Schaum expandiert wird, während er einer Scherkraft in einer abgeschlossenen Zone unterworfen wird. Demgemäß besieht der gemäß dem Verfahren der US-PS "erhaltene Schaum aus Zellen mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm und besitzt eine Dichte von 0,16 g/cm³ als niedrigsten Wert und eine Dicke von weniger als 10 mm.

Aus der DE-OS 15 69 189 ist ein Verfahren bekann·, bei dem zum Herstellen von thermoplastischem Schaumharz das Harz in einem Extruder mit Treibmittel gemischt und bei einer geringfügig über der Erweichungstemperatur liegenden Temperatur extrudiert und sodann abgekühlt wird; dabei wird die Zellgröße durch Bildung von Schaumkernen gesteuert, z.B. durch Zugabe von kernbildenden Mitteln, auch kann die Oberfläche des Extrudats gekühlt werden zur Ausbildung einer Hautschicht Gemäß der US-PS 30 72 584 werden besondere Maßnahmen zur Erzeugung feiner Poren ergriffen.

Aus der DE-OS 18 06 898 schließlich ist im Zusammenhang mit einem solchen Verfahren zur Herstellung von Schaumharzen bekannt, daß das Abziehen des Extrudats mit einer gegenüber der Extrusionsgeschwindigkeit kleineren Geschwindigkeit erfolgt

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Verfahren so zu führen, daß das Zellenwachstum nach Durchmesser und Länge zu einem gegenüber der bekannten Arbeitsweise größeren Ausmaß veranlaßt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Aufschäumen und Zellenwachstum im Zuge langsamer Abkühlung über eine Zeitdauer von 2 bis 25 Minuten nach der Extrusion erstreckt werden.

Auf Grund der erfindungsgemäßen langsamen Abkühlung wachsen die Schaumzellen in Richtung der Dicke des Bretts, wodurch hohe Druck- und Biegefestigkeit erzielt werden.

Dabei resultieren ungewöhnlich große Zellen mit dicken Zellwänden, was zu sehr vorteilhaften Festigkeitseigenschaften führt; außerdem läßt sich durch die kontrollierte langsame Abkühlung in vorteilhafter Weise auch eine Steuerung des jeveils gewünschten Zellenwachstums bewirken.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise extrudiert man ein Gemisch aus einem thermoplastischen Harz und einem flüchtigen Treibmittel im gelösten Zustand durch eine Strangpreßform in die Atmosphäre, um Schaumkerne zu bilden, und kühlt danach das extrudierte Gemisch langsam ab, um die Zellen endgültig wachsen zu lassen. Dabei können die Zellen voll auswachsen, weil Schaumkerne unter Atmosphärendruck stufenweise wachsen in einem Zustand, der frei von jeglicher Scherkraft ist, wodurch es leicht ermöglicht wird, ein geschäumtes Brett mit einem Zellendurchmesser von etwa 10 mm (hier definiert als ein Mittelwert von Durchmessern, gemessen in den drei dimensionalen Richtungen der einzelnen Zellen), einer Dichte von 0,1 g/cm³ und einer Dicke von 50 mm. Daher schließt der hergestellte Schaum im allgemeinen Zellen ein, die durch dicke Wände und Stränge charakterisiert sind und eine ausgeprägte Druckfestigkeit aufweisen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung näher erläutert im Zusammenhang mit der Zeichnung, worin

Fig. 1 ein Diagramm für die Beziehung zwischen Dichte und Druckmodul von geschäumten Körpern, die gemäß den Beispielen erhalten wurden, und

F i g. 2 ein Diagramm für die Beziehung zwischen der Pichte und dem Biegemodul von geschäumten Körpern, die gemäß den Beispielen erhalten wurden, darstellen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, enthält ein erfindungsgemäß hergestellter geschäumter

Körper außerordentlich große Zellen. Obwohl es theoretisch noch nicht !dar bestimmt werden konnte, wird auf Grund von Versuchen angenommen, daß der Mechanismus, auf Grund dessen ein Schaum mit derart großen Zeilen hergestellt wird, darin besteht, daß, wenn ein flüchtiges Treibmittel sehr langsam unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen in den Gaszustand übergeht, dann Schaumkerne in einer relativ geringen Anzahl gebildet werden, was Zürn Wachstum von großen Zellen führt

Folgende Voraussetzungen sind erforderlich zur Bildung von großen Zellen durch langsames Übergehen des flüchtigen Treibmittels in den Gaszustand:

1) daß man die Extrusion unter Halten des thermoplastischen Harzes und des flüchtigen Treibmittels im gelösten Zustand durchführt,

2} daß man das Harzgemisch bei einer möglichst niedrigen Temperatur extrudiert und expandiert und

3) daß man die Expansion kontinuierlich während einer langen Zeitdauer unter Bedingungen, die im wesentlichen frei von Scherkraft sind, durchführt

Die Herstellung eines Kunststoffschaums mit Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm kann nur erzielt werden, Wenn die vorstehenden Erfordernisse erfüllt sind. Der Ausdruck »Schaumzellen mit einem Durchmesser Von mehr als 5 mm«, wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß das Volumen, das durch Zellen mit einei'i Durchmesser von mehr als 5 mm In Anspruch genommen wird, mehr als 50% des Gesamtvolumen^ eines geschäumten Körpers ausmacht. Wenn m^n das Gemisch aus Harz und einem flüchtigen Treibmittel in gelöstem Zustand bei relativ niedriger Temperatur in die Atmosphäre extrudiert, tritt eine Übersättigung an Treibmittel in dem Harz ein. Das übersättigte Treibmittel sammelt sich in dem nicht-homogenen Teil des Oemischs an, z. B. im Teil, wo sich ein Kernbildner befindet, wodurch die Bildung von Schaumkernen gefördert wird.

Die Schaumzellen neigen zum Wachstum auf Grund des bei der verwendeten Temperatur vorherrschenden Dampfdrucks des Treibmittels. Jedoch wird das Wachstum durch die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes behindert Daher wird die Wachstumsgeschwindigkeit der Schaumzellen durch das Ausmaß der Übersättigung und den Dampfdruck des flüchtigen Treibmittels und durch die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes bestimmt Die Erfindung erlaubt die Herstellung eines Schaums mit großen Zellen durch Steuerung dieser Faktoren, um die geeignete Wachstumsgeschwindigkeit der Zellen zu erzielen.

Das Wachstum der Zellen wird beendet bei dem Punkt, bei dem der Dampfdruck des flüchtigen Treibmittels und die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes sich gegenseitig voll aufheben. Wenn das Abkühlen zu Schnell durchgeführt wird, wird das Wachstum der Zellen vor ihrer vollständigen Ausbildung beendet, so daß sie eine geringere Größe aufweisen, und demzufolge wird kein Schaum mit niedriger Dichte und merklicher Dicke (Stärke) erhalten. Umgekehrt wird bei zu langsamer Abkühlung ein übermäßiges Wachstum der Zellen erfolgen, wodurch Hohlräume innerhalb des Schaums auftreten.

Die thermoplastischen Harze, die verwendet werden, schließen ein Polyolefine, Mischpolymerisate von Olefinen, Polystyrol, Mischpolymerisate von Styrol und Polyvinylchlorid, Mischpolymerisate von Vinylchlorid, Acrylharz, Polyamid, Polyester, Polyacetal und Polycarbonat Unter diesen thermoplastischen Harzen sind Polyolefine und Mischpolymerisate von Olefinen bevorzugt Dabei sind insbesondere Polyäthylen, PoIypropylen, Polybuten und deren Mischpolymerisate zu nennen. Besonders erwünscht ist ein Polyäthylen mit hoher Dichte mit einem Schmelzindex von weniger als 1,0. Obwohl der Grund hierfür nicht ganz verständlich ist, erleichtert dieses Polyäthylen mit hoher Dichte das

ίο Wachstum von Schaumzellen mit dicken Wänden und Strängen, wodurch die gleichmäßige Herstellung eines erwünschten Schaums ermöglicht wird.

Die flüchtigen Treibmittel, die verwendet werden, schließen ein Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlen-Wasserstoffe, Alkohole, Äther, Ester und Gemische davon jeweils mit einem Siedepunkt, der niedriger liegt als der Erweichungspunkt des verwendeten thermoplastischen Harzes. Bevorzugt werden Kohlenwasserstoffe und halogenierte Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt im Bereich von —20 bis 50° C. Besonders bevorzugt ist Trichlormonofluormethan. Wahrscheinlich beruht dies auf der Tatsache, daß dieses Material eine ausgeprägte Löslichkeit in dem thermoplastischen Harz im Extruder und eine scharfe Abnahme der Löslichkeit beim Druck- und Temperatur-Abfall nach der Extrusion aufweist Obwohl die Menge des flüchtigen Treibmittels, die zu dem thermoplastischen Harz zugegeben wird, von dessen Art abhängt beträgt die Menge des Treibmittels im allgemeinen 2, vorzugsweise 6 bis 15 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des thermoplastischen Harzes. Wenn zuviel Treibmittel zugegeben wird, wächst in der Form eine große Anzahl von Schaumkernen. Als Folge davon werden, wenn das Harzgemisch in die freie Luft extrudiert wird, feine Zellen in dem Schaum erscheinen, wodurch jedes weitere Zellenwachstum unterbunden wird. Des weiteren wird ein Teil des Treibmittels durch die Zellenwand entweichen, so daß keine großen Zellen und als Folge davon kein dicker Schaum erhalten werden.

Wenn umgekehrt die Menge an Treibmittel zu gering ist, wird das Wachstum der Schaumkerne abnehmen, wodurch die Herstellung der gewünschten Zellen unterbleibt und als Folge davon zu keinem dicken Schaum von niedriger Dichte führt. Wenn ein für das verwendete thermoplastische Harz geeignetes Treibmittel in den oben erwähnten Anteilen zugegeben wird, ist es notwendig, daß keine oder nur einige sichtbare Schaumkerne in der Form gebildet werden. Wenn

so andererseits zahlreiche Schaumkerne gebildet werden, wird kein Schaum mit großen Zellen erhalten.

Die angewandte Extrusionstemperatur liegt vorzugsweise zwischen dem Erweichungs- oder Schmelzpunkt eines Harzgemisches und einer Temperatur von 20°C

w über dem Erweichungs- oder Schmelzpunkt des Harzes selbst. Bei Durchführung del Extrusion bei einer zu hohen Temperatur wird das Treibmittel einen unnötig hohen Dampfdruck aufweisen, und die Viskoelastizität des thermoplastischen Harzes wird außerordentlich gering sein. Wenn daher das Harzgemisch durch eine Form in die freie Luft extrudiert wird, wird das Treibmittel in eine Vielzahl feiner Blasen übergehen, die zum Teil durch das Gemisch entweichen, ohne darin Zellen zu bilden, wodurch die Herstellung eines

b5 mechanisch starken Schaums mit großen Zellen ausbleibt.

Da das verwendete Treibmittel in dem thermoplastischen Harz löslich ist, lieet der Erweichunss- oder

Schmelzpunkt des Harzgemischs beträchtlich unterhalb desjenigen des Harzes selbst. Wenn daher versucht wird, die Extrusion bei Temperaturen unterhalb des Erweichungs- oder Schmelzpunktes des Harzgemisches durchzuführen, wird die Extrusion im wesentlichen mißlingen.

Das langsame Abkühlen des extrudierten Harzgemisches wird während einer genügend langen Zeit (2 bis 25 Minuten) durchgeführt, um das gewünschte Zellenwachstum zu erzielen.

Das langsame Abkühlen wird üblicherweise durch Stehenlassen des extrudierten Gemischs an der Luft, Aufblasen von Luft, Legen in ein Wärmeübergangsmedium, wie Wasser oder eine andere Flüssigkeit bei höherer Temperatur als Raumtemperatur oder durch Kontaktieren mit einer Metallplatte oder durch Legen in eine Form mit jeweils geeigneter Temperatur, durchgeführt.

Obwohl das extrudierte Gemisch sehr langsam zum Zwecke des Wachstums der Schaumkerne gekühlt werden sollte, kann der voll expandierte Schaum schnell abgekühlt werden. Weiterhin kann die Expansion unter vermindertem Druck durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß die Expansionsgeschwindigkeit nicht unangemessen beschleunigt wird.

Für das Verfahren ist es von Wichtigkeit, eine geringe Menge von Schaumkernen zu bilden und wachsen zu lassen, und daher ist es wünschenswert, eine geringe Menge eines Kernbildners zu verwenden. Der Kernbildner kann aus anorganischen Materialien, wie Calciumcarbonat. Ton, Talkum, Zinkweiß, Silicat und Glaspulvern, oder organischen Materialien, wie Ruß und Holzpulvern, bestehen. Die Menge des Kernbildners beträgt weniger als 3 Gewichtsteile und vorzugsweise 0,1 bis 1,5 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des verwendeten thermoplastischen Harzes. Bei Abwesenheit des Kernbildners wird eine Neigung zur ungleichmäßigen und spärlichen Verteilung der Zellen bestehen, im Gegensatz hierzu wird eine übermäßige Zugabe des Kernbildners zu einer übermäßigen Bildung von Schaumkernen führen, was das Auftreten von feinen Zellen zur Folge haben wird, wodurch der gewünschte Schaum von mechanischer Festigkeit mit großen Zellen nicht erhalten werden kann.

Nach dem Verfahren ist es erwünscht, die Schaumkerne unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen wachsen zu lassen. Demzufolge wird kein Verfahren unter Herstellung von Schaumkernen im Kopf eines Extruders und Extrusion des Harzgemisches während dessen Expandierung durchgeführt (wie es z. B. bei der so US-PS 35 23 988 der Fall ist).

Da das Verfahren das langsame Abkühlen des extrudierten Gemischs für seine spätere Expansion umfaßt, wird es von der Form mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der Extrusionsgeschwindigkeit bei der Form abgezogen, wodurch die Expansion unter im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen ermöglicht wird. Ein bevorzugtes Verfahren, das die Expansion des Harzgemischs unier im wesentlichen scherkraftfreien Bedingungen ermöglicht, besteht darin, da5 man das extrudierte Gemisch einem Formquellen unterwirft und dessen Ausdehnung so durchführt, daß die Querschnittsform der in der Form gequollenen Masse unverändert bleibt. Wenn andererseits das extrudierte Harzgemisch von der Form schneller entnommen wird, als es durch sie hindurchgeht, und danach expandiert wird, wird die Neigung dazu bestehen, feine Zellen in dem Harz zu bilden, wodurch der Schaum mit den ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften nicht erhalten werden kann. Der Grund für die große mechanische Festigkeit, insbesondere ausgeprägte Druckfestigkeit, des Schaums liegt darin, daß er große Zellen und daher dicke Wände und Stränge aufweist.

Ein anderer Grund liegt darin, daß beim Wachstum der Schaumzellen die Zellwände und -stränge streckorientiert werden.

In dem Schaum gemäß US-PS 35 23 988 weisen die Zellwand und die Stränge eine bemerkenswert gleichmäßige Stärke von 1 bis 10 Mikron auf. In dem erfindungsgemäß hergestellten Schaum jedoch erstreckt sich die Dicke über einen weiten Bereich von 10 bis 2000 Mikron.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es, ein Harzgemisch in Form von Stäben, Rohren und Brettern bzw. Platten zu extrudieren, die alle durch die große Stärke (Dicke) gekennzeichnet sind. Dabei kann ein Schaum mit einer Dicke von im allgemeinen 10 bis 200 mm oder vorzugsweise 20 bis 100 mm erhalten werden. Ein Schaum mit einer Dicke von weniger als 10 mm kann keine großen Zellen mit einer niedrigen Dichte besitzen. Wenn die Stärke 200 mm übersteigt, werden in der Mitte des Schaums große Hohlräume auftreten, so daß dessen mechanische Festigkeit ausbleibt.

Der hergestellte Schaum ist sehr vorteilhaft, da er eine große mechanische Festigkeit und eine niedrige Dichte im allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 0,3 g/cm³, vorzugsweise zwischen 0,08 und 0,20 g/cm³, aufweist.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß man das Harzgemisch aus einem thermoplastischen Harz und einem flüchtigen Treibmittel in Form eines Bretts (bzw. einer Platte) di'^ch eine Formöffnung bei einer Temperatur, die geringfügig höher als die Erweichungstemperatur des Gemischs ist, extrudiert, die Oberflächen des Bretts schnell zur Ausbildung von Hautschichten auf dessen beiden Seiten abkühlt und das Brett mit den Hautschichten langsam abkühlt, um die Bildung von Schaumkernen darin zu bewirken, um Zellen mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von mehr als 5 mm wachsen zu lassen. Die Bildung von Häuten auf beiden Oberflächen des expedierten Bretts unterbindet dessen Expansion in der Extrusionsrichtung und in der Querrichtung mit dem Ergebnis, daß Schaumkerne im wesentlichen in Richtung der Dicke des extrudierten Bretts wachsen, wodurch ein dickes Brett erhalten wirH, das aus Zellen in Form eines Rugby-Balls besteht. Jas oben erwähnte Verfahren erleichtert die Bildung von Häuicn ¹DiS Zu ciwä 1 mm Siärke. Em mii solchen Häuten versehener Schaum wird nicht nur hinsichtlich der Druckfestigkeit, sondern auch der Biegefestigkeit merklich verbessert

Das schnelle Abkühlen der beiden Oberflächen des extrudierten Bretts kann durchgeführt werden z. B. durch Aufblasen eines kalten Gases, z. B. kalter Luft auf das Brett, durch Aufsprühen einer Flüssigkeit wie Wasser, durch Kontaktieren mit einem gekühlten metallischen Material, wie eine Metallrolle oder -platte, oder durch Befestigen an einem bogenähnlichen Material, wie eine Metallplatte, ein Gipsbrett oder ein Glasfasergewebe.

Das Verfahren zur Herstellung von Schaum erlaubt es, dem Harzgemisch verschiedene Additive, wie ein Antioxydans, einen Ultraviolettabsorber, ein fiammhemmendes Mittel und Pigmente einzuarbeiten.

Der hergestellte thermoplastische Schaum kann leicht durch die nachfolgend angegebenen Schritte zu

einem gewünschten Gegenstand verarbeitet werden. Schäume, insbesondere geformte Bretter bzw. Platten, können miteinander verbunden werden, indem man einen wärmeschmelzenden Klebstoff in die großen Zellen, die auf den zu verbindenden Oberflächen der Bretter erscheinen, einfüllt, den Klebstoff schmilzt und danach die zu verbindenden Oberflächen gegeneinanderpreßt.

Im Fall, daß zwei Bretter in L-Form verbunden werden sollen, werden der äußere eokige Umfang der L-Form, der durch einen Teil der einen Seite der zwei Bretter gebildet wird, und der innere eckige Umfang der L-Form, der durch einen Teil der gegenüberliegenden Seite der Bretter gebildet wird, mit ähnlichen L-förmigen Metallstücken versehen, von denen eines auf der Innenseite mit einem wärmeschmelzenden Klebemittel überzogen ist und das andere auf der Außenseite mit dem Klebemittel überzogen ist. Von den freiliegenden Seiten der Metallstücke wird Wärme angewendet, um die zwei Bretter durch thermisches Verschmelzen zu verbinden und um die Metallstücke mit den äußeren und inneren eckigen Umfangsflächen der zwei L-förmig verbundenen Bretter zu verbinden.

Wenn ein einziges Brett (eine einzige Platte) gebogen werden soll, wird ein V-förmiger Einschnitt (Kerbe) in dem Teil der Oberfläche des Bretts gebildet, an dem es gebogen werden soll. Die innere Oberfläche des V-förmigen Einschnitts wird mit einem Klebstoff überzogen. Das Brett wird am Zentrum des V-förmigen Einschnitts gebogen, und die gegenüberliegenden Oberflächen des V-förmigen Einschnitts werden gegeneinandergepreßt, so daß sie mittels des Klebstoffs in jedem gewünschten Winkel, der dem des V-förmigen Einschnitts entspricht, miteinander verbunden werden.

Das Glätten oder Pressen der Oberfläche eines Schaumbretts kann z. B. durch Leiten der Oberfläche über eine erhitzte Metallwalze oder -platte, während die Oberfläche fest dagegengepreßt wird, erzielt werden.

Weiterhin kann ein Schaum, insbesondere ein Schaumbrett, dadurch selbstlöschend gemacht werden,

Tabelle I

daß man dessen Oberflächenhäute abschneidet, um große Zellen freizusetzen, und daß man diese mit einem nicht-brennbaren oder flammhemmenden Mittel ausfüllt.

Der Schaum besitzt eine ausgeprägte Beständigkeit nicht nur gegenüber Druck und Biegen, sondern auch gegenüber Chemikalien und Kälte. Weiterhin besitzt der Schaum entschieden bessere wärmeisolierende und stoßdämpfende Eigenschaften als Holz- oder andere harte Bretter, obwohl es in dieser Beziehung einem Schaum mit feinen Zellen geringfügig unterlegen ist. Demgemäß kann der Schaum einem sehr breiten Anwendungsbereich zugeführt werden, z. B. als Antifrostmaterialien für Eisenbahnen und Straßen, als Gerüstbretter, als Tiefbaumaterialien, wie z.B. als Zement-Formplatten, als Strukturmaterialien, wie Boden, Wände und Isolierteile des Dachs von Gebäuden, wärmeisolierende Materialien für Kühlhäuser, als Verpackungsmaterialien zur Verwendung in einem Behälter, in dem schwere Gegenstände transportiert werden, als Lager bzw. Malratzen und geräuschabsorbierende Materialien.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 80 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polyäthylen mit hoher Dichte mit-einem Schmelzindex von 0,2, einer Dichte von 0,96 g/cm³ und einem Schmelzpunkt von 134°C und 1 Gewichtsteil Calciumcarbonat als Kernbildner beschickt. Während das Gemisch sich durch den Extruder bewegte, wurde zu dem Gemisch ein flüchtiges Treibmittel aus Trichlorfluormethan in den verschiedenen in der Tabelle I angegebenen Mengen zugegeben. Das Gemisch wurde durch eine flache Form von 400 mm Breite und 3 mm Stärke extrudiert und mit verschiedenen, in Tabelle I angegebenen Geschwindigkeiten abgezogen.

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Probe Nr. 1

Trichlorfluormethan (Gewichtsteile)

Ungefähre Extrusionsgeschwindigkeit
(an/Minute)

Abziehgeschwindigkeit (cm/Minute)
Erforderliche Zeit für vollständiges Zellenwachstum (Minuten)

Dicke des Schaums (mm)
Breite des Schaums (mm)
Dichte des Schaums (g/cm³)

Prozentuales Volumen besetzt durch Zellen
mit einer Größe von mehr als 5 mm
Durchmesser (%)

Druckmodul (kg/cm²)
Biegemodul (kg/cm²)

Die Temperatur des Gemischs betrug 142°C. Das begann die Bildung von Schaumkernen, und in einer

durch die flache Form extrudierte Gemisch wurde ₅ Entfernung von etwa 5 cm begann das Auftreten von

langsam durch Aufblasen von Luft (30°C) gekühlt. In Zellen. Wenn das Gemisch in einer Entfernung von etwa

einer Entfernung von etwa 1 cm vom Auslaß der Form 160 cm vom Formauslaß abgezogen (abgehoben)

8,2	9,0	10,4	11,8	13,2	15,0
30	30	30	30	30	30
10,0	10,5	11,0	12,0	12,5	13,0
13,0	13,0	13,5	14,0	14,5	15,0
55	56	58	60	62	64
410	410	415	420	425	430
0,19	0,16	0,12	0,10	0,08	0,06
95	95	95	95	95	95
290	180	110	90	64	38
1800	1100	600	450	300	180

wurde, war das Wachstum von Zellen beendet. Der erhaltene Schaum bestand aus Zellen, von denen die Mehrzahl einen Durchmesser von mehr als 5 mm besaß. Die Dicke (Stärke), die Breite, die Dichte, der Druck- und Biegemodul des erhaltenen Schaums, die Größe der Zellen sind der Tabelle I unter Bezugnahme auf die Proben Nr. 1 bis 6 zu entnehmen. Die Beziehung zwischen Dichte und Druckmodul des Schaums wird anhand der gestrichelten Linie in F i g. 1 wiedergegeben, und die Beziehung zwischen Dichte und Biegemodul wird anhand der gestrichelten Linie in Fi g. 2 wiedergegeben. Wie aus der Tabelle I hervorgeht, liefert das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen leichten, dicken Schaum von großer Druckfestigkeit.

Vergleichsbeispiele

A. Wenn im vorstehenden Beispiel 1 die Temperatur des Beschickungsgemischs auf 160°C erhöht wurde, wurden im Gemisch Schaumkerne in der Form gebildet. Daher wuchsen keine großen Zellen, selbst wenn das extrudierte Gemisch an der freien Luft langsam abgekühlt wurde. Die meisten der gebildeten Zellen besaßen einen Durchmesser von weniger als 5 mm.

B. Wenn in Beispiel 1 die Menge des Trichlorfluoräthans als Treibmittel auf 30 Gewichtsteile erhöht wurde, wurden im Gemisch in der Form zahlreiche Zellen gebildet. Zum Zeitpunkt der Extrusion expandierten die Zellen augenblicklich. Die Expansion war jedoch auf ein bestimmtes Ausmaß beschränkt, so daß der erhaltene Schaum aus Zellen von zumeist weniger als 2 mm Durchmesser bestand und er demzufolge weich war.

C. Das unter den Bedingungen des Beispiels 1 extrudierte Harzgemisch wurde in Wasser von 10

15°C in einem Behälter abgeschreckt. Nach 1 Minute setzte das Wachstum der Zellen aus. Der erhaltene Schaum bestand aus spärlich verteilten Zellen mit einem Durchmesser von zumeist weniger als 5 mm und einer Dichte von 0,64 g/cm³.
D. Das Harzgemisch wurde unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 1 beschrieben, extrudiert, mit der Ausnahme, daß die Abziehgeschwindigkeit auf 50 cm/Minute erhöht wurde. Obwohl dabei plötzlich zahlreiche Schaumkerne gebildet wurden, wuchsen dennoch die Zellen lediglich in geringen Mengen. Der erhaltene Schaum bestand aus Zellen mit einem Durchmesser von zumeist unter 5 mm.

Andere Schäume, die nicht unter den Bedingungen der vorstehenden Tabelle I hergestellt worden waren, wurden dem Ziel der vorliegenden Erfindung nicht gerecht.

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Beispiel 2

Derselbe Extruder, wie in Beispiel 1 verwendet, mit einem Durchmesser von 80 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polyäthylen von hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,2 und einer Dichte von 0,96 g/cm³ sowie einem Schmelzpunkt von 134°C und 1 Gewichtsteil Calciumcarbonat als Kernbildner beschickt. Während das Gemisch durch den Extruder passierte, wurde dem Gemisch ein flüchtiges Treibmittel aus Trichlorfluormethan in den in Tabelle Il angegebenen verschiedenen Mengen zugegeben. Das Harzgemisch wurde durch eine flache Form von 400 mm Breite und 3 mm Stärke extrudiert und mit den verschiedenen in Tabelle Il angegebenen Geschwindigkeiten abgezogen.

Tabelle II

Probe Nr.	7,0	2	8,2	3	9,0	4	10,4	5	11,8	6	13,2
1	30	30	30	30	30	30
10,0	10,5	11,0	12,0	12,5	13,0
10,5	11,0	11,5	12,0	12,5	13,0
45	46	48	50	52	54
370	370	375	380	385	390
0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
0,19	0,16	0,12	0,10	0,08	0,06
95	95	95	95	95	95

Trichlorfluormethan (Gewichtsteile)

Ungefähre Extrusionsgeschwindigkeit
(cm/Minute)

Abziehgeschwindigkeit (cm/Minute)

Erforderliche Zeit für vollständiges Zellenwachstum (Minuten)

Dicke des Schaums (mm)
Breite des Schaums (mm)
Dicke der Haut (mm)
Dichte des Schaums (g/cm³)

Prozentuales Volumen besetzt durch Zellen
mit einer Größe von mehr als 5 mm
Durchmesser

Prozentuales Volumen besetzt durch Zellen
mit einer Größe von a/b >1,5 (%)*)

Druckmodul (kg/cm²)
Biegemodul (kg/cm²)

*) α stellt die Länge einer Zelle in Richtung der Dicke (Stärke) eines geschäumten Bretts und b deren Länge in einer dazu senkrechten Richtung dar.

95 < 95 <

95<

95 <

300	200	130	100	70	50
2800	1800	1000	800	500	350

Die Temperatur des Harzgemischs betrug 142°C.

Das durch die flache Form extrudierte Harzgemisch wurde mit einem Kupferrohr mit einem Durchmesser von 20 mm, das am Formauslaß angebracht war, kontaktiert und auf 15°C abgekühlt, so daß nur die beiden Oberflächen zur Bildung von Häuten schnell abgekühlt wurden. Als das extrudierte Gemisch 1 cm vom Formauslaß erreichte, begann die Bildung von Schaumkernen, und als das extrudierte Gemisch auf eine Entfernung von etwa 3 bis 4 cm vom Formauslaß weitertransportiert war, begannen Zellen zu wachsen. Die Zellen wuchsen nur in Richtung der Stärke des erhaltenen Bretts (der Platte). Danach wurde das Brett an freier Luft auf 30°C abgekühlt. Das Wachstum der Zellen war beendet, als das Brett sich bis zu einer Entfernung von 150 cm vom Formauslaß fortbewegt hatte. Das erhaltene Brett bestand aus Rugbyball-ähnlichen Zellen, von denen die meisten einen Durchmesser von mehr als 5 mm besaßen und die sich in Richtung der Stärke des Bretts erstreckten.

Es wurden die Stärke, die Breite, die Hautdicke, die Dichte, der Druckmodul und der Biegemodul der verschiedenen erhaltenen Brett-Proben 1 bis 6 bestimmt, ferner die Form und die Größe der Zellen, und die Ergebnisse sind in Tabelle Il zusammengefaßt.

Die Beziehung zwischen Dichte und Druckmodul des erhaltenen Bretts wird durch die durchgezogene Linie in Fig. 1 und die Beziehung zwischen Dichte und Biegemodul ebenso in F i g. 2 durch die durchgezogene Linie wiedergegeben. Wie aus der vorstehenden Tabelle Il hervorgeht, wird erfindungsgemäß ein leichter, dicker Schaum mit hervorragender Druck- und Biegefestigkeit erh?Uen.

Beispiel 3

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 65 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen eines Äthylen-Buten-Mischpolymerisats mit einem Schmelzindex von 0,3 und einer Dichte von 0,95 g/cm³ und 1 Gewichtsteil Ton beschickt. Während das Gemisch durch den Extruder passierte, wurden 8 Gewichtsieile Trichlorfluormethan zugegeben. Das Harzgemisch wurde durch eine stabförmige Form mit einem Durchmesser von 20 mm extrudiert.

Die Temperatur der Harzmischung betrug I4O°C. Das aus der stabförmigen Form extrudierte Harzgemisch wurde sofort auf eine geeignete Länge geschnitten und in eine Form (mit Bojenform) mit 150 mm Länge, 80 mm Breite und 20 mm Dicke gegeben. Es wurde während 15 Minuten in dieser Form an der Luft belassen, wobei Druck von außen aufgebracht wurde. Nach dem vollständigen Abkühlen mit Wasser auf 20°C wurde die Form geöffnet und die Boje herausgenommen. Die erhaltene Boje besaß eine Haut von 0,4 mm Dicke und eine Dichte von 0,16 g/cm³. Das durch Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm besetzte Volumen betrug 90% des Gesamtvolumens der Boje. Die Boje war leicht und besaß eine große Druckfestigkeit wie 25 kg/cm².

Beispiel 4

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 65 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen kristallinem Polypropylen mit einem Schmelzindex von 0,3 und einer Dichte von 0,90 g/cm³ und 1 Gewichtsteil Calciumcarbonat beschickt Während das Gemisch durch den Extruder passierte, wurden ihm 12 Gewichtsteile Trichlormethan zugegeben. Das Harzgemisch wurde durch eine flache Form von 240 mm Breite und 2 mm Stärke extrudiert. Die Temperatur des Harzgemischs betrug 170°C. Das Harzgemisch wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/Minute extrudiert und von der Form mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/Minute abgezogen. Das extrudierte Gemisch, das von der Form abgegeben wurde, wurde mit einem Kupferrohr von 20 mm Durchmesser, das am Formauslaß angebracht war und bei einer Temperatur von 15°C gehalten wurde,

ίο kontaktiert, um beide Oberflächen des erhaltenen Schaums schnell abzukühlen, wobei darauf Häute ausgebildet wurden. Als das extrudierte Gemisch eine Entfernung von 0,5 cm vom Formauslaß erreichte, entstanden Schaumkerne, und als es etwa 3 cm vom Formauslaß erreichte, begannen Zellen zu wachsen, was sich in Richtung der Stärke des geschäumten Bretts fortsetzte. Das geschäumte Brett wurde auf 30°C abgekühlt. Das Wachsen der Zellen war beendet, als das geschäumte Brett sich auf eine Entfernung von etwa 60 cm vom Formauslaß bewegt hatte. Der gesamte Extrudierungszyklus nahm 3 Minuten in Anspruch. Das erhaltene geschäumte Brett (Platte) war 20 mm stark, 180 mm breit und besaß eine Dichte von 0,11 g/cm³ und dessen Häute waren 0,5 mm stark. Das durch Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm besetzte Volumen betrug 80% des Gesamtvolumens des geschäumten Bretts. Ferner wurde das Volumen der Zellen mit einer Größe von a/b> 1,5 (a und b wurden vorstehend definiert) mit 85% des geschäumten Bretts angezeigt, wobei der Großteil aus Rugbyball-ähnlichen Zellen bestand, die sich in Richtung der Stärke erstreckten. Es wurde so ein geschäumtes Brett mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften, wie Druckmodul von 150 kg/cm² und Biegemodul von 1300 kg/cm², erhalten.

Beispiel 5

Ein Extruder mit einem Durchmesser von 80 mm wurde mit einem Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Polystyrol und 0,5 Gewichtsteilen Zinkweiß beschickt. Während das Gemisch durch den Extruder passierte, wurden 10 Gewichtsteile Butan zugegeben. Das Harzgemisch wurde durch eine flache Form mit 400 mm Breite und 2 mm Stärke extrudiert. Die Temperatur des Gemischs betrug 155°C. Das Harzgemisch bewegte sich durch den Extruder mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/Minute, und es wurde von dem Formauslaß mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/Minute abgezogen. Das von dem Mundstück entnommene extrudierte Gemisch wurde mit einem Kupferrohr von 20 mm Durchmesser das am Form^usl^ß 3n^crebrHcht war und auf einer Temperatur von 15° C gehalten wurde, kontaktiert, um beide Oberflächen des erhaltenen extrudierten Bretts schnell abzukühlen und dadurch Häute darauf zu bilden. Als das Brett eine Entfernung von 1 cm vom Formauslaß erreichte, wurden Schaumkerne gebildet, und als das Brett etwa 3 cm vom Formauslaß erreichte, begannen Zellen zu wachsen, was sich in Richtung der Stärke des B/etts fortsetzte. Das schäumende Brett wurde auf 30^DC abgekühlt Das Wachstum der Zellen war beendet als das schäumende Brett eine Entfernung von etwa 50 cm vom Formauslaß zurückgelegt hatte. Der gesamte Extrudierungszyklus nahm etwa 3 Minuten in Anspruch. Das erhaltene geschäumte Brett war 30 mm stark, 390 mm breit und besaß eine Dichte von 0,13 g/cm³ und Häute von 0,6 mm Dicke. Das durch Zellen mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm besetzte Volumen betrug 90% des

Gesamtvolumens des reschäumten Bretts. Weiterhin wurde das Volumen von Zeilen mit einer Größe von a/Z» 1,5 (a und b wie vorstehend definiert) mit 90% des geschäumten Bretts angezeigt, wobei der Großteil aus Rugbyball-ähnlichen Zellen bestand, die sich in Richtung der Stärke (Dicke) erstreckten. Es wurde so ein geschäumtes Brett hergestellt, das ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, wie Druckmodul von 250 kg/cm² und Biegemodul von 2000 kg/cm² aufwies.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines beispielsweise brettförmigen Schaumkörpers niedriger Dichte aus thermoplastischem Harz, z.B. Polyäthylen, von mehr als 5 mm durchschnittlichem Zellendurchmesser der oval bis langgestreckten Zellen durch Einführen dieses Harzes, ferner eines in diesem Harz bei Extrusionstemperatur löslichen flüchtigen Treibmittels, z.B. Butan, in einer Menge bis 15 Gewichtsteile (bezogen auf 100 Gewichisteile des Harzes) und dann ferner eines kernbildenden Mittels in einer Menge von weniger als 3 Gewichtsteilen (bezogen auf 100 Gewichtsteile des Harzes) in einen Extruder, Extrudieren dieses Gemisches bei einer Temperatur, die über dem Erweichungspunkt oder Schmelzpunkt des Harzgemisches liegt, durch eine Strangpreßformöffnung hindurch in die Atmosphäre unter Schaumkernbildung, Aufschäumen und Zellenwachstum in Verbindung mit einem Abziehen des Extrudats mit einer gegenüber der Extrusionsgeschwindigkeit kleineren Geschwindigkeit und Abkühlen des Extrudats, gegebenenfalls schneller, abschreckender Oberflächenabkühlung zur Bildung einer dünnen Hautschicht, dadurch gekennzeichnet, daß Aufschäumen und Zellenwachstum im Zuge langsamer Abkühlung über eine Zeitdauer von 2 bis 25 Minuten nach der Extrusion erstreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudieren bei einer Temperatur zwischen dem Erveichungs- oder Schmelzpunkt des Harzgemisches und einer Temperatur von 20⁰C über dem Erweichungs- ouer Schmelzpunkt des Harzes selbst erfolgt.