DE2316114A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus zellfoermigen thermoplasten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus zellfoermigen thermoplastenInfo
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Description
DR. MULLER-BORe DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL
DIPL.-ING. FINETERWAlP DtPL.-Irifc. GRÄMK0W
PATENTANWÄLTE
23161U
3 O. März 1973
München, den Lo/Sv - S 2520
SOCIETE CHIMIQUE DES CHARBONNAGES
Tour Aurore, COURBEVOIE, Hauts-de-Seine,
ΪΉΑΝΚΪίΕίσΗ
Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen
Thermoplasten
Priorität: Frankreich vom 30. März 1972, Nr. 72 11 34-3
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen Thermoplasten, welche auch als
"leicht_stoffartig" bezeichnet werden, d.h. Gegenstände, die
eine massive Haut aus thermoplastischem Polymerisat und ein Inneres aus zellformigem, thermoplastischem Polymerisat aufweisen.
Diese Gegenstände besitzen im allgemeinen Dichten zwischen 0,4- und 0,9, bezogen auf das Grundmaterial, und sie unterscheiden
sich in dieser Hinsicht vollständig von entsprechenden Gegenständen aus massiven Thermoplasten.
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Die Arbeitsweisen zur Herstellung dieser Sorte von Gegenständen bedienen sich der Treibmittel oder Porenbildner,
welche sich chemisch bei der Verarbeitungstemperatur des Thermoplasten zersetzen. Als Beispiel für solche Treibmittel können Azodicarbamid und Natriumbicarbonat genannt werden. Als Treibmittel verwendet man auch Gase oder im Bereich
der Verarbeitungstemperaturen des Thermoplasten gasförmige Substanzen wie Leichtkohlenwasserstoffe, usw..
Leichtstoffthermoplasten können durch Spritzformen oder Strangpressen hergestellt werden. Insbesondere im" letzteren
Fall weist die Oberfläche im allgemeinen kein· glattes
r Aussehen, auf, wenn man ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen
in üblicher Weise arbeitet, und zwar als Folge von Bläschen, welche auf der Oberfläche bei dem Ausdehnen zerplatzen. Es
wurde bereits die Verwendung eines Spritzwerkzeuges oder Strangpresswerkzeuges vorgeschlagen, welches an seinem
Austritt mit einer Kalibriervorrichtung kombiniert ist, wobei dieses Werkzeug in seinem zentralen Teil durch einen Stempel
derart abgedeckt war, daß ein hohler Strangpresskörper erhalten wurde, welcher sich frei von außen nach innen ausdehnte.
Diese Vorrichtungen ebenso wie das Abkühlen des
Materials bzw. der Masse in Kontakt mit der Kalibriervor-=
richtung ermöglichten es, eine übermäßige Ausdehnung auf
der Oberfläche des Profils zu vermeiden und auf diese Weise
eine relativ dichte, kontinuierliche Haut herzustellen=,
Ferner wurde bereits vorgeschlagen, das thermoplastische Material am Austritt des StrangpressWerkzeuges mit Hilfe
von konkaven Oberflächen zu führen, welche auf einer niedrigeren Temperatur als die Strangpresstemperatur gehalten wurden . Diese Arbeitsweisen erfordern jedoch eine spezielle
Ausrüstung, wodurch der Gestehungspreis für die Verarbeitung
de,s thermoplastischen Materials stark heraufgesetzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der vorbekannten Arbeitsweisen zu vermeiden und Gegenstände aus
Leichtstoffthermoplasten gleicher Qualität herzustellen wie diejenige von Gegenständen des Standes der Technik,
wobei eine klassische Verarbeitungsausrüstung eingesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe
zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß das zu expandierende Material bei seiner Verarbeitungstemperatur
mit einer kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisierten Substanz in Kontakt gebracht wird,
welche ihrerseits reversibel und ohne Beeinflussung ihres Kristallgitters hydratisierbar und dehydratisierbar ist und
eine labile Bindung mit den Hydratwassermolekülen besitzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das zu expandierende Material in einer Einheit behandelt,
welche zum Spritzformen oder Strangpressformen eingerichtet ist.
Eine solche Einrichtung für das Spritzformen ist vorteilhafterweise
eine an sich bekannte, klassische Vorrichtung.
Ebenfalls ist eine solche Vorrichtung für das Strangpressen vorteilhafterweise eine klassische Vorrichtung, welche
ein bekanntes, einfaches Formwerkzeug trägt, das mit einer Kalibriereinrichtung mit größerer Abmessung des Querschnittes als derjenigen des Querschnittes des Werkzeuges verbunden
ist.
Vorteilhafte kristalline oder teilweise kristalline, poröse,
hydratisierte Substanzen, welche die zuvorgenannten Eigenschaften aufweisen und sich besonders zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, sind natürliche oder synthetische Zeolithe, Diatomeenerden, Sepiolith, usw., wobei
Sep"iolith und insbesondere die Zeolithe bevorzugt sind.
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Die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte
Substanz wird vorteilhafterweise in dem Inneren des zu expandierenden Materials angeordnet oder in das Innere hiervon
eingeführt.
Vorteilhafterweise wird die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Subs-tanz mit einer Korngrößenverteilung
zugeführt, welche mit dem Betrieb der Strangpressvorrichtung und/oder den Endeigenschaften des sie enthaltenden
Leichtstoffmaterials verträglich ist.
Die Menge der kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen,
hydratisieren Substanz, bezogen auf das zu expandierende Material,
beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 5 Gew.-^.
Die Erfindung betrifft ferner das nach dem zuvor beschriebenen
Verfahren erhaltene Leichtstoffmaterial oder danach erhaltene
Leichtstoffgegenstände·
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung.
Die Expansion bzw. das Blähen von thermoplastischen Polymerisaten mit Hilfe der zuvor definierten Substanzen ermöglicht
die Herstellung von Leichtstoffmaterialien bzw. -massen, welche einen guten Oberflächenzustand aufweisen. Die Expansion
ist hauptsächlich der Freisetzung des sehr labilen Wassers zuzuschreiben, welches diese Substanzen enthalten. Die Kinetik
der Dehydratisierung durch Erwärmen dieser porösen Substanzen
ist derart, daß eine wesentliche und leicht steuerbare Expansion des thermoplastischen Materials bei einer tieferen Temperatur
möglich ist, als sie normalerweise mit üblichen Treibmitteln angewandt wird.
Im Fall des Spritzgießens werden diese Substanzen einfach mit
den zu blähenden Materialien vermischt, wobei dieser Arbeitsvorgang
in bekannter Weise vor sich geht und diese Substanzen
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neuartige Treibmittel oder Porosität erzeugende Mittel airstellen.
Im Fall des Strangpressens ist es ausreichend, ein klassisches Strangpresswerkzeug und eine Kalibriervorrichtung'.mit
geeigneter Dimension, deren Querschnitt eine größere Abmessung als diejenige der Öffnung des Werkzeuges auf v/eist, zu
verwenden. Die Rolle der Kalibriervorrichtung besteht darin, die Querschnittsform des Endprofiles festzulegen. Das
Strangpresswerkzeug kann einen geometrischen Schnitt aufweisen, welcher demjenigen des gewünschten Endprofilteiles
vergleichbar ist. Am Austritt des Strangpresswerkzeuges dehnt sich das Extrudat stark nach außen hin derart aus,
daß sich ein innerer Hohlraum in der Achse der Zone bildet, welcher üblicherweise unter der Bezeichnung Wirbelkern bekannt
ist. Da die Blähung von innen nach außen durch die Kalibrie^prrichtung
beschränkt ist, erfolgt sie von außen nach innen in den Hohlraum. Die Bildung dieses letzteren
erklärt sich durch die starke Expansionskraft, welche man mit den erfindungsgemäß verwendeten, hydratisierten Substanzen
erhält. Hieraus ergibt sich für den Fachmann, daß die Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke der
Strangpressvorrichtung als Funktion der Expansionseigenschaften
ausreicht, damit sich dieser Hohlraum vollständig auffüllt. Um dies zu erreichen, sind einige Vorversuche ausreichend.
Die Erzielung eines solchen Ergebnisses ist jedoch überraschend, da dies bislang mit bekannten porenbildenden
Mitteln wie Natriumbicarbonat oder Azodicarbamid nicht
erreicht werden konnte.
Dies ist auch der Grund dafür, daß man sich bei Verwendung solcher Mittel einer speziellen und kostspieligen Strangpress
vorrichtung mit einem Strangpresswerkzeug mit axialem Stempel bedienen mußte.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen für das Strangpressen von Profilen aus geblähtem, thermoplastischem
Material näher erläutert.
In diesen Beispielen wird die erfindungsgemäß verwendete, hydratisierte, porenbildende Substanz im granulatförmigen
Zustand zugeführt und mit dem zu blähenden bzw. expandierenden Material durch ihre Zugabe an jedem geeigneten Punkt der
Strangpressmaschine vermischt. Das Arbeiten an der Maschine
(sowohl auf einer Strangpressvorrichtung wie auch einer
Spritzgußpresse) benötigte eine Korngrößenverteilung unterhalb von 350 Mikron.
In den Beispielen, in denen Zeolith* oder Sepiolith verwendet wurden, besaßen diese folgenden Eigenschaften:
Korngrößenverteilung;
Zeolith == unterhalb 76 Mikron
Sepiolith = zwischen 58 und /120 Mikron
Zeolith = 150 bis 200 m2/g . ' ' .
Sepiolith = 330 m /g (gemessen durch Absorption von Hexan)
Dichte:
Zeolith = zwischen 2,0 und 2,3
Sepiolith =2,2
Zeolith = 400 g/l
Sepiolith = 5OO g/l
Zeolith = Durchmesser 2 bis 6 S
Sepiolith = Porenbereich 5?6 S χ 11
S O S i 4 ί Β
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Beispiel
Λ
In diesem Beispiel wurde Zeolith verwendet. Es wurden zylindrische
Profilkörper auf einer "Samafor 65-26D"-Maschine mit
einem Mundstück von 20 mm Durchmesser und eine Kalibriervorrichtung von 50 mm Durchmesser stranggepreßt.
Der Wassergehalt des Zeolithes betrug 23 %·
a) wärmebeständiges Polystyrol:
Rotationsgeschwindigkeit
der Maschinenschnecke 58 Upm
Temperaturprofil 170° . Λ 80°. 190°.
200°/210ο.210°0
Menge an Zeolith 1 %
Temperatur der Masse 220°0
In diesem Beispiel wie auch in den folgenden Beispielen entspre chen die angegebenen Temperaturprofile den Temperaturen der auf
einanderfolgenden Heizkörper des Hohl Zylinders und des Werkzeuges der Strangpressvorrichtung oder des Hohlzylinders und
der Angußdüse der Spritzgußmaschine bzw« Spritzpresse.
Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,4 erhalten, die
einen ausgezeichneten Oberflächenzustand und eine sehr gute Zellenstruktur aufwiesen.
b) Schlagzähes Polystyrol:
Rotationsgeschwindigkeit 92 Upm
der Maschinenschnecke
Temperaturprofil 160°
180e/180°.180°C
Temperatur der Masse 200· C
Menge an, Zeolith 2 %
Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,5 erhalten, welche dieselben. Eigenschaften wie zuvor genannt aufwiesen·
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c) Polyäthylen mit niedriger Dichte "Schmelzindex":
Rotationigpschwindigkeit ■ " -.
der Maschinenschnecke . 104- Upm
Temperaturprofil 150°.150°.150°.150°/140°.130°C
Temperatur der Masse 1700C
Menge an Zeolith 2 β
Menge an Zeolith 2 β
"Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,6 erhalten, welche
dieselben Eigenschaften wie zuvor genannt aufwiesen.
d) Halbstarres Polyvinylchlorid:
Rotationsgeschwindigkeit
der Maschinenschnecke 104 Upm
Temperaturprofil 180°.2000.2100.20O°/1800.1800C
Temperatur der Masse 2100G
Menge an Zeolith 1,3 %
Menge an Zeolith 1,3 %
Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,75 erhalten, welche
dieselben Eigenschiten wie zuvor genannt aufwiesen.
In diesem Beispiel wurde Sepiolith verwendet. Es wurde die Arbeitsweise
von Beispiel 1 mit einem Sepiolith wiederholt, der einen Wassergehalt von 12,5 % aufwies.
a) Strangpressen von zylindrischen Profilkörpern aus — .
wärmebeständigem.Polystyrol: . · ":
Rotationsgeschwindigkeit
der Maschinenschnecke 60 Upm
Temperaturprofil 1700.1800.1900.2000/2100.2100C
Menge an Sepiolith 2 %
Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,4-3 erhalten,
welche einen ausgezeichneten Oberflächenzustand und eine sehr gute Ze11struktur aufwiesen.
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b) StrangOressen von Platten:
Abmessung des Strangpresswerkzeuges 650 χ 5 rani
Kalanders tärlce 8 ram
Temperaturprofil 170°.180°.185°.135°/
195°.195°.195°.19O0C
Temperatur der Masse 1900O
Durchsatz 80 kg/Stunde
Es wurden Platten mit einer Dichte d = 0,65 erhalten, welche
einen ausgezeichneten Oberflächenzustand und eine sehr gute Zellstruktur aufwiesen.
Im Falle von schlagzähem ,Polystyrol wurde bei einer Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke der Maschine von 94- Upm eine Dichte
d = 0,63 erhalten.
Es wurden Spritzgußversuche mit 2 Gew.-^ Sepiolith und demselben
Polystyrol wie in Beispiel 1 auf einer D.K.60-Presse durchgeführt,
welche auf einen Druckspeicher mit einem Tempeiänirprofil von
170°.200°.2100/2300C arbeitete.
—r
Beim Spritzformen eines Teiles von 400 qxsP wurde eine Dichte von
0,7 erhalten. Die Teile wiesen ein gutes Oberflächenaussehen auf.
Die Erfindung betrifft demnach insbesondere die Verwendung einer kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hy-
dratisierten Substanz, welche reversibel und ohne Beeinflussung ihres Kristallgitters hydratisierbar und dehydratisierbar ist und
eine labile Bindung mit den Hydratwassermolekülen besitzt, bei der Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen Thermopiaten
durch Zufügen zu dem zu expandierenden Material bei dessen Verarbeitungstemperatur.
- Patentansprüche -
3G3841/0941
Claims (8)
- PatentansprücheΛ . Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen Thermoplasten, dadurch g ek ennze i chne t, daß das zu expandierende Material bei seiner Verarbeitungstemperatur mit einer kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisierten Substanz in Kontakt gebracht wird, welche ihrerseits reversibel und ohne Beeinflussung ihres Kristallgitters hydratisierbar und dehydratisierbar ist und eine labile Bindung mit den Hydratwassermolekülen besitzt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichn e t, daß das zu expandierende Material in einer zur Verformung durch Spritzformen oder Strangpressen bestimmten Vorrichtung behandelt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zum Spritzformen verwendete Vorrichtung eine an sich bekannte, klassische Vorrichtung verwendet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiehn e t, daß als zum Strangpressen bestimmte Vorrichtung eine klassische Vorrichtung verwendet wird, welche ein einfaches, klassisches Formwerkzeug trägt, das mit einer Abkühleinrichtung mit einem Querschnitt größerer Abmessung als demjenigen des Querschnitts des Formwerkzeuges verbunden ist. .
- 5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als kristalline .oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanzen natürliche oder synthetische Zeolithe oder Sepiolith verwendet wird/werden.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanz in das Innere.der zu blähenden bzw» zu expandierenden Masse eingeführt oder hierin angeordnet wirdo3 0 9841/0941
- 7» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch g e kenn ζ e ichne t, daß die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanz mit einer Korngrößenverteilung zugeführt wird, welche mit dem Betrieb der Strangpressvorrichtung und/oder den Endeigenschaften des sie enthaltenden Leichtstoffmaterials verträglich ist.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7>~ dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisieren Substanz, bezogen auf das zu expandierende Material, zwischen 0,5 und 5 Gew.-^ liegt.309841/0941
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