DE2335310C3 - Verfahren zur Herstellung von Strukturschaumstoffen mit ungeschäumter Außenhaut und glatter und glänzender Oberfläche aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturschaumstoffen mit ungeschäumter Außenhaut und glatter und glänzender Oberfläche aus thermoplastischen Kunststoffen durch Schmelzen einer Treibmittel enthaltenden Formmasse, Einspritzen der geschmolzenen Formmasse in den Hohlraum einer Form bei einem solchen Druck, daß die geschmolzene Formmasse nicht verschäumt, Aufheben des Drucks und Verschäumen und Ausdehnung der Formmasse unter Vergrößern des Volumens des Formhohlraums.

Beim herkömmlichen Spritzgußverfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern wird im Zylinder einer Spritzgußmaschine ein geschmolzenes Kunstharz unter einem solchen Druck gehalten, daß ein Verschäumen unter der Einwirkung eines Treibmittels verhindert wird. Das geschmolzene Kunstharz kann erst dann geschäumt werden, wenn es aus der Spritzgußmaschine austritt und nicht mehr unter Druck steht. Beim Spritzgießen von geschmolzenen, verschäumbaren Kunstharzen in einer Metallform unter den vorgenannten Bedingungen werden zwei Verfahren angewendet, nämlich das sogenannte Verfahren mit ungenügender Füllung (short-shot-Verfahren) und das Verfahren mit vollständiger Füllung (fullshot-Verfahren).

Beim Verfahren mit ungenügender Füllung wird eine geringere Menge eines ungeschäumter., verschäumbaren Kunstharzes, als dem Volumen der Matrize entspricht, in diese eingefüllt. Die Matrize wird lediglich durch die Schaumkraft des Kunstharzes gefüllt. Diese Kraft nimmt im Verlauf des Verschiiumens und der Ausdehnung des Kunstharzes erheblich ab. Hei Verwendung enger Matrizen kann das verschäumbare Kunstharz die Matrize nicht vollständig füllen. Deshalb muü die Temperatur erhöht werden.

um die Viskosität des Kunstharzes möglichst stark /u verringern. Dementsprechend ist dieses Verfahren nicht auf Kunstharze anwendbar, die sich thermisch zersetzen. Zur Herstellung von geschäumten Formkörpern sehr guter Qualität oder zur Erzielung eines hohen Verschäumungsverhältnisses muß die Viskosität des Kunstharzes genau geregelt werden, d. h. es muß eine verhältnismäßig niedrige Temperatur angewand: werden, die nahe beim Erweichungspunkt des

ίο Kunstharzes liegt. Bei dem vorgenannten Verfahren, bei dem diese Bedingung nicht erfüllt wird, kann das Verschäumungsverhältnis höchstens etwa einen Wert von 1,6 bis 1,8 erreichen, und die erhaltenen geschäumten Formkörper haben unzureichende physikaiische Eigenschaften. Bei diesem Verfahren wird gewöhnlich die Schäumkraft des Kunstharzes durch Zusatz einer großen Menge eines starken Treibmittels erhöht. Dies erfordert zusammen mit der Anwendung von hohen Temperaturen eine längere Verweilzeit des

2D erhaltenen geschäumten Formkörpers in der Matrize, was sich auf die Produktivität nachteilig auswirkt. Ein größerer Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch die Bildung zahlreicher Wirbelstellen auf der Oberfläche des geschäumten Formkorpers, die von der angewandten

»5 hohen Temperatur, der niedrigen Viskosität und der leichten Verschäumbarkeit des Kunstharzes hei rühren. Dies hat eine erhebliche Qualitätsverschlechterung des geschäumten Formkorpers zur Folge, wenn er z. D. für Möbel verwendet wird.

Zur Überwindung der vorgenannten Nachteile wurde das Verfahren mit vollständiger Füllung entwickelt. Danach wird ein durch Erhitzen weichgemachtes verschäumbares Kunstharz in ausreichender Menge in die Matrize einer Metallform eingespritzt, so daß es diese vollständig füllt. Anschließend wird der Druck vermindert, damit das Kunstharz schäumen kann. Eine spezielle Methode zur Verminderung des Drucks bei diesem Verfahren ist in der US-PS 3058 161 beschrieben. Dabei wird eine Matrize, deren Innenvolumen vergrößert werden kann, mit einem durch Erhitzen weichgemachten verschäumbaren Kunstharz vollständig gefüllt. Sodann wird das Innenvolumen der Matrize vergrößert, und man erhält einen geschäumten Formkörper. Ferner sind in den US-PSen 3211 605 und 3 384 691 Verfahren beschrieben, bei denen ebenfalls eine Metallform mit einem durch Erhitzen weichgemachten verschäumbaren Kunstharz vollständig gefüllt und danach ein Teil des im Inneren noch nicht abgekühlten verschäumbaren Kunstharzes aus der Matrize entnommen wird. Nach diesen Verfahren wird das Einfüllen in die Matrize nicht durch die Schäumkraft des Kunstharzes selbst, sondern durch den Injektionsdruck in der ersten Stufe erreicht. Dementsprechend kann das Kunstharz selbst in enge , Matrizen mit einem Lumen von etwa 2 mm eingefüllt werden, wie dies beim Spritzguß von nicht verschäumbaren Kunstharzen der Fall ist. Die Zunahme des Verschäumungsverhältnisses eines Kunstharzes hängt von der Art und der Menge des in ihm enthaltenen Treibmittels ab. Sie kann im allgemeinen auch durch Erhöhung der Viskosität des Kunstharzes erreicht werden. Nach den vorstehend beschriebenen Verfahren kann das Einfüllen eines Kunstharze·; hoher Viskosität in die Matrize durch Erhöhung des Injcktionsdruckes erreicht werden, so daß ein Verschäumungsverhiiltnis von etwa !I) erhalten wird. Innerhalb der kurzen Zeit während ties Einspritzens erfolgt praktisch kein Verschäumen, so daß die Oberfläche des

eingespritzten Kunstharzes verhältnismäßig glatt wird und man einen verschäumten Formkörper ausgezeichneter Qualität erhält. Nach Beendigung der Injektion wird das Innenvolumen der Matrize vergrößert oder die Zeit vor der Entnahme des Kunstharzes wird gesteuert, wodurch sich die Stärke der nicht geschäumten Oberfläche beliebig bis auf 0,3 mm steuern läßt, obwohl dieser Wert natürlich von der Art und dem Verschäumungsverhältnis des Kunstharze* abhängt. Ein sogenannter Strukturschaumsloff, der eine nicht geschäumte Oberfläche aufweist, ist von ausgezeichneter mechanischer Festigkeit. Ein solcher Slrukturschaumstof-f kann nach den vorgenannten Sprit/gußverfahren erhalten werden. Ein Nachteil dieser Verfahren ist, daß sich durch die Druckentlastung innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums während der Injektion unerwünschte Wirbelstellen bilden.

Nach einem in »Modem Plastics«, März ly69, beschriebenen Verfahren lassen sich starL geschäumte Formkörper mil glalter Oberfläche herstellen, wenn man ein geschmolzenes Kunstharz in eine mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllte Matrize einspritzt und gleichzeitig das Gas aus der Matrize abläßt, um die Matrize mit dem Kunstharz zu füllen. Es verfestigt sich nur das Kunstharz, das in Berührung mit der Wandung der Matrize steht. Der nicht verfestigte Teil im Inneren des Kunstharzes schäumt und di hnt sich aus, wenn der Innendruck der Spritzgußmaschine vermindert wird. Überschüssiges Kunstharz strömt im Gegenstrom in die Spritzgußmaschine zurück. Dieses Verfahren hat die folgenden Nachteile:

Ein größerer Anteil des geschmolzenen Kunstharzes wird in die Spritzgußmaschine zurückgeführt, so daß eine Spritzgußmaschine mit großem Volumen erforderlich ist. Dies hat wirtschaftliche Nachteile, und überdies ist mehr Energie erforderlich. Im Hinblick auf das Prinzip des Spritzgießens, daß nämlich ein frühzeitiges Verschäumen im Zylinder der Spritzgußmaschine unter allen Umständen vermieden werden soll, liegt es auf der Hand, daß bei diesem Verfahren keine geschäumten Zellen mit guter Qualität erhalten werden.

In der französischen Patentschrift 1 576083 ist ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern beschrieben, bei dem man ein durch Erhitzen weichgemachtes verschäumbares Kunstharz in eine mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllte Matrize einspritzt, den Gasdruck aufhebt, und einen Teil des inneren, nicht abgekühlten Kunstharzes entnimmt. Bei diesem Verfahren ist nicht nur eine Spritzgußmaschine mit großen Abmessungen erforderlich, sondern es ist auch die Wiedergewinnung des entnommenen Kunstharzes umständlich. In einigen Fällen kann das Kunstharz nicht wiedergewonnen bzw. wiederverwendet werden, was wirtschaftlich nachteilig ist.

In der DE-OS 18 05 379 wird ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Formkörper mit dichter, glatter Oberfläche beschrieben, bei dem ein Gemisch aus thermoplastischem Kunststoff und Treibmittel in einen Formhohlraum mit konstantem Volumen eingespritzt .vird, der mit einem gasförmigen Druckmedium derart beaufschlagt ist, daß der Druck zwar höher liegt als der Dampfdruck des Treibmittels, jedoch niedriger als der Fiinspritzdruck der Formmasse.

Der Formhohlraum wird mit der Formmasse angefüllt. Gleichzeitig wird der Druck auf die Formmasse durch den durch die Förderschraube ausgeübten Kompri'ssionsdruck aufrechterhalten, so daß während dieser Zeit sich innerhalb des Formhohlraumes eine aus der Formmasse besiehende, fe'jt zusammenhängende Außenhaut bilden kann. Es erfolgt noch kein Verschäumen. Die Dicke der Außenhaut wird durch die Temperatur der Formteile geregelt.

Sobald sich eine feste und zusammenhängende Außenhaut aus der Formmasse gebildet hat, wird die Förderschraube wieder zurückgezogen. Der auf die Formmasse einwirkende Druck läßt nach, so daß die innerhalb der erhärteten Außenhaut befindliche Formmasse im Formhohlraum verschäumen kann. Bei der Ausdehnung der nicht verschäumten Masse kommt es zur Bildung einer Überschußmasse, die aus den Angußkanälen zurück in den Hauptkanai und von

¹S dort in den 'Trommelbehälter gelangt. Eine Volumenvergrößerung des Formhohlraumes findet nicht statt.

Bei den vorgenannten Verfahren, bei den. η ein Teil des Kunstharzes aus der Form entnommen wird oder im Gegenstrom in den Zylinder der S'pritzgußmaschine zurückfließt, ist es schwierig, je nach dem Schäumungszustand des Kunstharzes, das Gewicht des Kunstharzes unmittelbar zu bestimmen, selbst wenn sein Volumen bestimmt ist. Dies hat zur Folge.

^a5 daß der Formkörper hinsichtlich seiner Abmessung und Qualität starken Schwankungen unterliegt. Diese Erscheinung ist besonders unangenehm, wenn Mehrfachformen verwendet werden.

Schließlich beirifft die DE-OS 21 04 590 ein Verfahren zur Herstellung von gerippten und/oder geschäumten Kernformlingen, welche mit zumindest einem ausgewählten geschäumten Teil versehen sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein polymeres Harzmaterial, welches ein Blähmittel enthält, in eine Form bei einer Temperatur einspritzt, bei welcher das Blähmittel normalerweise Gas zur Verursachung des Schäumens erzeugt, jedoch unter solchem Druck, daß das Harzmaterial am Schäumen gehindert wird, bis die Form gefüllt ist; daß man einen bewegbaren Einsatz entweder so zurückzieht, daß dem Formling, das Schäumen gestattet wird, oder so zurückzieht, daß der von dem Einsatz geräumte Raum durch weiteres Einspritzen ohne Schäumen des Formlings gefüllt wird und daß man dann das Volumen des Formhohlraumes vergrößert, um dem Kern des Formlings das Schäumen zu gestatten.

Die im Stand der Technik bekannten Verfahren sind nicht in der Lage, bei vollständiger Füllung des Formhohlraums (Full-shot-Verfahren) sogenannte Strukturschaumstoffe zu liefern, die eine ungeschäumte, glatte, glänzende Außenhaut ohne Wirbelstellen und Haarrisse aufweisen. Im übrigen erfordern die bekannten Verfahren aufwendige Spruzgußmaschinen, und sie sind nicht besonders wirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Strukturschaumstoffen mit umgeschäumter Außenhaut und glatter und glänzender Oberfläche aus thermoplastischen Kunststoffen durch Spritzgießen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine Formmasse verwendet, die auf 100 Gewichtsteile Kunststoff 0.5 bis H Gewichtsteile einer verdampfbaren Verbindung mit einem Siedepunkt voi, etwa 25 bis W C und 0,05 bis 0,5 Gewichtsteile eines organischen, ein nicht kondensierbares Gas entwickelnden Treibmittels enthält, und den Formhohlraum mit einem Druckmedium beaufschlagt.

Hs stellt einen überraschenden Befund dar. daß

man auch nach dem Full-shot-Verfahren Strukturschaumstoffe mit ungcschäumtcr platter, glänzender Außenhaut ohne Wirbelstellen und Haarrisse erhält, wenn man bei Verwendung einer mit einem gasförmigen Druckmedium beaufschlagten Form mit vergrößerbarem Formhohlraum Formmassen mit bestimmten, sehr geringen Mengen eines chemischen Treibmittels in Kombination mit bestimmten Mengen einer beim Erwärmen verdampfbaren Verbindung einsetzt. Diese Produkte sind in jeder Hinsicht den nach bekannten Full-shot-Verfahren hergestellten Strukturschaumstoffen überlegen. Dies muß als überraschend angesehen werden, da üblicherweise die chemischen Treibmittel in einer Menge von 1 bis K) Gewichtsteilen in verschäumbaren Formmassen eingesetzt werden.

Vorzugsweise enthält die Formmasse auf 100 Gewichtsteile Kunststoff 0,7 bis 3 Gewichtsteile der verdampfbaren Verbindung und 0,1 bis 0,4 Gewichtsteile des organischen Treibmittels.

Der Gasdruck beträgt im allgemeinen 3 bis 20 kg/ cm^:, vorzugsweise 5 bis 15 kg/cm².

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.

Die Fig. 1,3 und 4 zeigen im Querschnitt Beispiele für Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. I⁷ig. 2 zeigt im Querschnitt einen hergestellten geschäumten Formkörper. Fig. 5 zeigt die Frontansicht eines durch Spritzgießen von geschmolzenem Kunstharz in eine unter Druck stehende Matrize erhaltenen Formkörpers ohne Druckentlastung.

In Fig. 1 ist ein Zylinder 1, der ein geschmolzenes Kunstharz in die Spritzgußmaschine einspeist, außen mit einem Heißzylinder 4 und im Inneren mit einer Schnecke 3 versehen, welche das Kunstharz unter Druck weiter bewegt. Der Zylinder 1 ist über einen Hahn 5 mit einer Düse 6 verbunden. Das Kunstharz wird über der Düse 6 und einen Angußkanal 8 durch die Wandung einer Metallform 7 in einen Hohlraum bzw. eine Matrize 9 injiziert. Die Matrize 9 wird von der Innenwand der Metallform 7 und einem gleitenden Teil 10 der Metallform gebildet. Sie steht durch einen Kanal 11 und ein Ventil 12 mit einem Druckbehälter 13, sowie durch ein Auslaßventil 14 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Mit dieser Verbindung wird ein Treibmittel enthaltendes Kunstharz 2 in den Zylinder 1 und dem Hahn 5 angesammelt. Die durch den Heizzylinder 4 sowie durch die Drehung der Schnecke 3 erzeugte Wärme bringt das Kunstharz zum Schmelzen. Danach wird der Hahn 5 geöffnet und gleichzeitig wird die Schnecke gedreht und zusammen mit dem geschmolzenen Kunstharz nach vorwärts bewegt. Hierdurch wird das Kunstharz durch die Düse 6 und durch den Angußkanal 8 in der Metallform 7 in die Matrize 9 injiziert.

Wenn das geschmolzene Kunstharz 2 in die Matrize 9 der Metallform 7 injiziert wird, befindet sich der gleitende Teil der Metallform 10 in der durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angegebenen Stellung. Gleichzeitig ist das Ventil 12 geöffnet, so daß der Innenraum der Matrize 9 unter einem solchen Druck steht, daß das verschäumbare Kunstharz nicht geschäumt und expandiert werden kann. Sobald das verschäumbare geschmolzene Kunstharz in die Matrize eingefüllt ist, wird das Ventil 12 geschlossen, das Auslaßventil 14 geöffnet und der Druck in der Matrize 9 entlastet. Der gleitende Teil der Metallform 10 wird in die Stellung bewegt, die durch die ausgezogene l.i nie angegeben ist. Hierdurch wird das lnnenvoluinei der Matrize 9 vergrößert und dementsprechend win das Kunstharz in der Matrize 9 verschäumt und /ι der gewünschten Form vergrößert. Nach dem Abküh len und Verfestigen des Kunstharzes wird die Metall form 7 geöffnet und der Formkörper entnommen Danach werden die Metallform 7 und der gleitendi Teil 10 der Mctalliorm in die ursprüngliche Stellung zurückbewegt. Das Auslaßventil 14 wird geschlossen das Ventil 12 wieder geöffnet und der Verfahrenszy klus wiederholt.

Wie vorstehend erwähnt, wird das Kunstharz abge kühlt und verfestigt, während die gesamte Oberflächt

'5 des Kunstharzes, die in Berührung mit der Innenwam der Matrize steht, in unverschäumtcm Zustand gchal ten wird. Aul diese Weise erhält man einen Formkör per mit glatter Oberfläche. Das Innenvolumen de Matrize wird durch Bewegen des gleitenden Teils K

*o der Metallform vergrößert, so daß der entstehend» Formkörper ein niedriges spezifisches Gewicht be sitzt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat der verschäumtt Formkörper eine glatte Oberfläche, die frei von Wir beistellen ist, eine ungeschäumtc Oberflächcnschich

^a5 22 unterhalb der Oberfläche sowie ein poröses Innere; 23.

Fig. 3 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens. Danach kann man geschäumte Spritzguß-Formkörper mit glatter Oberflä ehe und frei von Wirbelstellen erhalten, die einer verstärkenden Einsatz, z. B. aus Metall, vollständig eingehüllt enthalten. In Fig. 3 ist im Querschnitt eint Form zur Herstellung von Bowling-Kegeln gezeigt Ein gleitender Teil 10 der Mctallform erstreckt siel in die Matrize 9 und ist von der Metallform 7 umgc ben. Ein Einsatz bzw. eine Manschette 24 aus Metal ist um den vorderen Teil des gleitenden Teils 10 de Metallform angeordnet. Diese Manschette dient zu Verstärkung des Kegelhalses. In diesem Zustand wire die Metallform 7 geschlossen. Ein Gas wird in die Ma trize 9 eingepreßt und ein durch Erhitzen weichge machtes, verschäumbares Kunstharz 2 wird durch ei nen Angußkanal 8 in die Matrize 9 und den Raun der von der Manschette 24 und dem gleitenden Tei 10 der Metallform gebildet wird, eingespritzt. Danact wird der Gasdruck aufgehoben und nach einer be stimmten Zeit wird der gleitende Teil 10 der Metall form zurückgezogen. Auf diese Weise verbleibt di< Manschette 24 in ihrer ursprünglichen Stellung unt das Kunstharz 2, das in die Matrize 9 injiziert wurde deren Volumen durch das Zurückziehen des gleiten den Teils 10 der Metallform erhöht wurde, wird ver schäumt, so daß die Manschette 24 vollständig umhüll und die Matrize 9 gefüllt wird. Nach dem Abkühlei und Verfestigen des Kunstharzes wird die Metall form 7 geöffnet und der Bowling-Kegel entnommen Sofern die Wand der Manschette Hohlräume aufweist dringt das Kunstharz 2 in die Hohlräume ein und stell damit einen genaueren Sitz der Manschette 24 sicher Der erhaltene Bowling-Kegel muß nicht nachbearbei tet werden, wie dies bei Kegeln aus Holz der Fall is und kann sofort mit einem emailleähnlichen Anstricl versehen werden. Bei Verwendung eines ABS-Copo lymerisats (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Ce^ olymeri sat), einem Kunstharz mit sehr hoher Schlagzähigkeit beträgt die Haltbarkeit der daraus durch Spritzgui hergestellten Bowling-Kegel höchstens etwa 60( Spiele, wenn kein derartiger verstärkender Einsat

verwendet wurde. Die Mallbarkeil der mit einer Melallmansehette verstärkten Bowling-Kegel betragt 5000 bis 10000 Spiele.

Im erfindungsgcmaßen Verfahren können alle thermoplastischen Kunstharze verwendet werden, soweit sie sieh durch Strangpressen oder Spritzgießen verschäumen lassen. Heispiele für bevorzugte Kunsthai ze sind Olefin-Polymerisate, wie Polyäthylen und Polypropylen hoher Dichte, mittlerer Dichte oder niedriger Dichte, Styrol-Polymcrisate. wie die verschiedenen Polystyrole, kautschukmodifi/iertc PoIysi\role. Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisatc, Acrylnitril-Styrol-Copolymerisatc und Styrol-Methylmethacrylat-Copolymerisate. Ferner können auch glaslaserverstärkte thermoplastische Kunstharze der vorgenannten Art verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert Formkörper, die im Gegensatz zu den nach dem herkömmlichen Verfahren mit ungenügender Füllung hergestellten keine Wirbelstellen aufweisen. Bei Verwendung von Stickstoff, Ammoniak oder anderen Gasen, die sich bei der lirwcichungstemperatur des Kunstharzes nicht verflüssigen, kann die Bildung solcher Wirbelstellen im wesentlichen unterdrückt werden, sofern das Gas unter einem Druck gehalten wird, der eine nennenswerte Expansion des Gasvolumens unterdrückt. Es werden jedoch feine geschäumte Zellen auf der Oberfläche eines Formkörpers beobachtet, der bei Verwendung solcher Gase erhalten wird. Obwohl diese Zellen allmählich mit zunehmendem Druck des verwendeten Gases verschwinden, kann man einen üblichen Gaskompressor (weniger als 20 at) nicht verwenden. Auch das Abdichtendes unter Druck stehenden Gases bereitet Schwierigkeiten. Ferner gibt es Schwierigkeiten bei der Struktur und der Festigkeit der Metallform. Zur Herstellung von Formkörpern mit praktisch der gleichen Oberfläche wie bei einem ungeschäumten Formkörper werden daher einer oder mehrere paraffinische, naphthenische oder olefinische Kohlenwasserstoffe, Methanol, Diäthyläther oder Trichlorfluormethan als verdampfbare Verbindung mit einem Siedepunkt von 25 bis 60° C bei Atmosphärendruck verwendet, oder es wird ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen einer dieser Verbindungen und höchstens 30 Gewichtsteilen Aceton verwendet. Da Aceton sich in zahlreichen Kunstharzen sehr gut löst, soll es in einer Konzentration von höchstens 30 Prozent verwendet werden.

Wenn diese verdampfbaren Verbindungen zusammen mit 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent eines organischen Treibmittels, wie Azodicarbonamid, verwendet werden, ist nicht nur die Schäumkraft verstärkt, sondern man erhält auch Zellen mit ausgezeichneter Qualität. Bei einer Menge von mehr als 0,5 Prozent des organischen Treibmittels, das ein nicht-kcndensierbares Gas entwickelt, läßt sich die Bildung von Wirbelstellen nur schwierig unterdrücken, während bei Verwendung von weniger als 0,05 Prozent des Treibmittels keine ausreichende Wirkung erhalten wird. Besonders bevorzugte Treibmittel mit sehr guter Wirkung sind Azodicarbonamid, Hydroxybisbenzolsulfonylhydrazid und Azoisobuttersäuredinitril. Diese Treibmittel können entweder allein oder im Gemisch verwendet werden. Sie können mit Metallsalzen ver mischt werden, um die Zersetzungstemperatur auf einen bestimmten Wert einzustellen. Da die chemischen Treibmittel auch als Keimbildner wirken, muß die an gewandte Erweichungstemperatur des Kunstharzes nicht immer obeihalb dei Zersetzungstemperatur dei chemischen Treibmittel liegen. Selbst wenn eine dei vorgenannten verdampfbaren Verbindungen oder eir Gemisch dieser Verbindungen mit einem Siedepunki von 25 bis 60" C als alleiniges Treibmittel verwende! wird, lassen sich Formkörper herstellen, die frei vor Wirbelstellcn sind. In diesem Fall bilden sich jedoch gröbere Zellen und es können sich auf der Oberfläche der Formkörper Haarrisse ausbilden. Diese Ersehet-

ίο nung, die vermutlich auf Restspannungen in dei Oberfläche des Formkörpers beruht, weil Reste ar kondensiertem Treibmittel vorhanden sind, läßt sich wirkungsvoll unterdrücken, wenn die verdampfbare Verbindung zusammen mit dem organischen Treib-

¹S mitte! verwendet wird. Das Treibmitte! wird in cirsei Menge von höchstens etwa 6 bis 8 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile des Kunstharzes und entsprechend dem erforderlichen Verschäumungsverhältnis des erhaltenen Formkörpers verwendet. Dieses Verschäu-

*o mungsvcrhältnis beträgt höchstens etwa 10.

Nach dem Verfahren lassen sich Formkörper mil einer ungeschäumten Oberfläche von mindestens 0,3 mm Dicke herstellen. Das verwendete Kunstharz hai eine niedrige Schäumkraft, um die Bildung von Wir-

»5 beistellen zu unterdrücken. Die Matrize der Metallform wird zwangsläufig vergrößert. Infolgedessen schält sich das Kunstharz nach beendeter Injektion, insbesondere wenn die Schichtdicke des Kunstharzes in der Matrize vor Beginn ihrer Vergrößerung dünner als etwa 15 mm ist, von der Matrizenoberfläche ab und bleibt auf Grund der Vergrößerung und der Bewegung der Matrize teilweise zurück. Dies hat zur Folge, daß sich auf der Oberfläche des Formkörpers örtliche Mulden bzw. Einsackstellen ausbilden. Solche Einsackstellen bilden sich besonders dann aus, wenn, wie im erfindungsgemäßen Verfahren, ein Gas unter Druck vorher in die Matrize eingefüllt wird, und wenn die Verschäumungskraft des Kunstharzes so niedrig wie möglich gehalten wird, um den Preßzyklus (Anzahl der Füllungen pro Zeit) zu erhöhen. Die vorgenannten Nachteile können dadurch überwunden werden, daß man den Gasdruck nach beendeter Injektion aufhebt und durch Abpumpen in der Matrize sofort einen Unterdruck erzeugt. Der Druck in der Matrize vor Beginn ihrer Vergrößerung beträgt vorzugsweise weniger als 100 bis 200 Torr.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Polystyrol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150000 werden mit 3 Gewichtsteilen n-Pentan, 1 Gewichtsteil Talcumpulver und 0,1 Gewichtsteil Azodicarbonamid ver mischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird in eine Spritzgußmaschine der in Fig. 1 gezeigten Art mit einem Volumen von etwa 350 g eingespeist. Das Kunstharz 2 wird im Zylinder 1 geschmolzen und durch die Düse 6 und den Angußkanal 8 in die Matrize 9 eingespritzt. Danach wird der gleitende Teil 10 der Metallform bewegt, wodurch das Kunstharz schäumt und expandiert. Der erhaltene Formkörper hat die Form eines Stabs mit den Abmessungen 30 X 30 X 200 mm. Das Volumenverhältnis des Kunstharzes zur Zeit des Einspritzens zum Kunstharz nach der Vergrößerung der Matrize beträgt 1 : 3, die Temperatur des Kunstharzes zur Zeit der Injektion 150° C, der Injektionsdruck 600 kg/cm². Als Druckgas wird Stickstoff mit

einem Druck von 15 kg/cm' verwendet Kl Sekunden nach der Injektion des Kunstharzes wird der Gasdruck entlastet und gleichzeitig die Matrize vergrößert. Danach wird die Form 2 Minuten und 30 Sekunden abgekühlt und der Formkörper aus der Matrize entnommen. Der Formkörper hat eine glatte Oberfläche, er ist frei von Wirbelstellen und hat eine Hautschicht von etwa 1,5 mm Stärke. Das Verschäumungsverhältnis beträgt etwa 3.

Heispiel 2

100 Gewichtsteile Polyäthylen hoher Dichte werden mit 3 Gewichtsteilcn n-Pentan, 0,5 Gewichtsteilen Azodicarbonamid und 1 Gewichtsteil Talcumpulver vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmateriai wird in die in Beispiel 1 beschriebene Spritzgußmaschine eingespeist und zu einem Fremdkörper verarbeitet. Das Verformen wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch beträgt das Änderungsverhältnis des Innenvolumens der Matrize 2,0 und die Temperatur des Kunstharzes während der Injektion 170° C. Die für einen Zyklus erforderliche Zeit beträgt 5 Minuten. Man erhält einen geschäumten Formkörper mit glatter Oberfläche, der vollständig frei von Wirbelstellen ist, und eine Hautschicht von etwa 2 mm Stärke besitzt. Das Verschäumungsverhältnis beträgt etwa 2.

Beispiel 3

Gemäß Beispiel 1 und unter Verwendung des gleichen Ausgangsmaterials und der gleichen Vorrichtung wird ein Formkörper hergestellt. Als Metallform wird eine Form verwendet, die eine Scheibe mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Stärke von 40 mm liefert. Das Verformen wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch hat das Veränderungsverhältnis des Innenvolumens der Matrize den Wert 4 und die Zeit für einen Zyklus beträgt 3 Minuten und 30 Sekunden. Es wird ein geschäumter Formkörper mit glatter Oberfläche und frei von Wirbeistellen erhalten. Die Stärke der Hautschicht beträgt etwa 1,5 mm. Das Verschäumungsverhältnis beträgt etwa 4.

Beispiel 4

100 Gewichtsteile kautschukverstärktes Polystyrol werden mit 20 Gewichtsteilen 6 Prozent n-Pentan enthaltendes Polystyrol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150000, 1 Gewichtsteil Talcum- pulver und 0,2 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von etwa 16G° C homogen vermischt. Dieses Kunstharz-Ausgangsmaterial wird in der in Fig. 4 ge zeigten Metallform durch Spritzguß verformt. Das Ventil 12 der Druckleitung 11, die mit der Druckwelle 13 verbunden ist, wird geöffnet, Gas wird in die Matrize 9 bis zu einem Druck von 6 at aufgepreßt. Das Innenvolumen der Matrize beträgt 3,6 Liter. Danach wird das Kunstharzausgangsmaterial bei 180° C und einem Druck von 800 kg/cm² aus der Spritzgußmaschine mit einer Injektionskapazität von 4,8 Liter in die Matrize 9 eingespritzt. Unmittelbar vor Beendigung der Injektion wird das Auslaßventil 14 an der Vakuumleitung 17, die an eine Pumpe 16 angeschlossen ist, geöffnet, und der Druck in der Matrize 9 entlastet. Gleichzeitig mit der Beendigung der Injektion werden das Auslaßventil 14 und das Druckventil 12 geschlossen, während das Reduzierventil 15 geöffnet wird, um den Matrizenspalt Ii von 5 mm auf K) mm /u vergrößern und gleichzeitig den Innenraum der Matrize unter vermindertem Druck zu halten. Nach Vergrößerung des Matrizenraums wird das Reduzicrventil 15 geschlossen und nach 2minütigem Abkühlen der Form wird der Formkörper entnommen. Der erhaltene Formkörper hat keine unerwünchtcn Einbeulungen bzw. Einschnitte, und im Querschnitt /eigen sich gleichmäßige und ausgezeichnet geschäumte ZcI-lcn.

Vergleichsbeispiel 1

Beispiel 4 wird wiederholt, jedoch wird die Maßnahme der Druckverminderung nicht durchgeführt. Man erhält den in Fig. 5 gezeigten Formkörper, der eine Einbeulung 25 von 100 mm Durchmesser und einer Tiefe bis zu 0,8 mm in der Nähe des Zentrums des Formkörpers 20 sowie den Anpreßkegel 8 aufweist,
ao

Beispiel 5

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen Polystyrol, 50 Gewichtsteilen kautschukverstärktes Polystyrol und 20 Gewichtsteilen 6 Prozent n-Pentan ent-

»5 haltendes Polystyrol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 1500OO wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,4 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 160° C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird in der in Fig. 4 gezeigten Spritzgußform verformt. Das Ventil 12 der Druckleitung 11 wird geöffnet, und Gas wird bis zu einem Druck von S at in die Matrize mit einem Innenvolumen von 3,6 Liter eingeleitet. Danach wird das Kunstharzausgangsmaterial bei 180° C und einem Druck von 800 kg/cm^J aus der Spritzgußmaschine gemäß Beispiel 4 in die Matrize injiziert. Unmittelbar vor Beendigung der Injektion wird das Auslaßventil 14 geöffnet. Gleichzeitig mit der Beendigung der Injektion werden das Auslaßventil 14 und das Druckventil 12 geschlossen und das Druckreduzierventil 15 wird geöffnet, um innerhalb eines Zeitraumes von 6 Sekunden 5 Sekunden nach Beendigung der Injektion den Matrizenspalt B von 5 mm auf 10 mm zu vergrößern und gleichzeitig den Innenraum der Matrize unter vermindertem Druck zu halten. Nach Vergrößerung der Matrize wird das Reduzierventil 15 geschlossen und nach 2minütigem Abkühlen wird der Formkörper aus der Form entnommen. Der erhaltene

So verschäumte Formkörper hat ein Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörpers ist vollständig frei von Wirbelstellen und unerwünschten Einbeulungen, und sein Querschnitt zeigt eine Hautschicht mit einer Stärke von 1,0 mm und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen PoIystyrol, 50 Gewichtsteilen kautschukverstärktes Poly styrol und 20 Gewichtsteilen 6 Prozent n-Pentan enthaltendes Polystyrol mit einem Durchschnittsmole kulargewicht von 150000 wird mit 1 Gewichtsteil Talcumpulver homogen vermischt. Danach wird das Kunstharzausgangsmaterial gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verarbeitet. Man erhält einen Formkörper, der auf seiner Oberfläche zwar keine Wirbelstellen, jedoch unerwünschte Einbeulungen aufweist. Der

Querschnitt des Formkörpers zeigt eine äußere Hautschicht von 1,8 mm Stärke und grob geschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,4 bis 2,0 mm. Die Hautschicht des Formkörpers weist Haarrisse auf.

Vergleichsbeispiel 3

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen Polystyrol, 50 Gewichtsteilen kautschukverstärktes Polystyrol und 20 Gewichtsteilen 6 Prozent n-Pentan enthaltendes Polystyrol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150000 wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 1,0 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp homogen vermischt. Danach wird dieses Kunstharzausgangsmaterial gemäß Beispiel i durch Spritzguß verformt. Man erhält ^!5 einen Formkörper mit zahlreichen Wirbelstelleii auf seiner Oberfläche.

Beispiel 6

30

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen Polystyrol, 50 Gewichtsteilen kautschukverstärktes Polystyrol und 20 Gewichtsteilen 6 Prozent n-Pentan enthaltendes Polystyrol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150000 wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,4 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Hydroxybisbenzolsulfonylhydrazidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 150 bis 160° C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verformt. Der erhaltene Formkörper ist ein Schaumstoff mit einem Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörper ist frei von Wirbelstellen und unerwünschten Einbeulungen. Im Querschnitt zeigt der Formkörper eine äußere Hautschicht mit einer Stärke von 1,0 mm und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm.

Beispiel 7

Ein Kunstharzgemisch aus 80 Gewichtsteilen Sty- ₄„ rol-Acrylnitril-Butadien-Copolymerisal und 20 Gewichtsteilen 5 Prozent n-Pentan enthaltendes Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,3 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zer-Setzungstemperatur von 160° C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verformt. Die Spritzgußtemperatur beträgt 200° C, der Spritzgußdruck 800 kg/ cnr. Der Matrizenspalt B wird von 7 mm auf 14 mm vergrößert. Der erhaltene geschäumte Formkörper hat ein Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörpers ist glatt und vollständig frei von Wirbelstellen. Der Querschnitt zeigt eine äußere Hautschicht vor. 1,2 mm Stärke und feingeschäumte Zellen mit einci?: Durchmesser von 0,05 bis 0,3 mm.

Beispiel 8

Ein Kunstharzgemisch aus 90 Gewichtsteilen Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat und 10 Gewichtsteilen 20 Prozent Trichlorfluormethan enthaltendes Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,3 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 160° C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verformt. Die Spritzgußtemperatur beträgt 200° C, der Druck 800/cm². Der Matrizenspalt B wird von 7 mm auf 14 mm vergrößert. Der erhaltene geschäumte Formkörper hat ein Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des FOrmkörpers ist glänzend und glatt und vollständig frei von Wirbelstellen. Der Querschnitt zeigt eine äußere Hautschicht von 1,2 mm Stärke und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,3 mm.

Vergleichsbeispiel 4

a) Beispiel 5 wird unter Verwendung folgender Formmasse A wiederholt:

Polystyrol 30 Gewichtsieile

kautschuk verstärktes Polystyrol

50 Gewichtsteiie

Polystyrol mit einem n-Pentan-Gehalt
von 6% und einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 150000

20 Gewichtsteile

Azodicarbonamid 0,4 Gewichtsteile

Talcum 1,0 Gewichtsteile

Diese Masse wird gemäß Beispiel 5 verarbeitet. Die Oberfläche des erhaltenen Formkörpers ist vollständig frei von Wirbelstellen und unerwünschten Einbeulungen.

b) Zum Vergleich wird folgende Formmasse B verwendet, die nur ein rein physikalisch wirkendes, schaumbildendes Mittel enthält:

Polystyrol 100 Gewichtsteile

n-Pentan 1,2 Gewichtsteile

Talcum 1,0 Gewichtsteile

Diese Masse B wird in einen Formhohlraum unter einem solchen Druck gebracht, daß ein vorzeitiges Verschäumen auch nach dem Einbringen in die Form verhindert wird und gemäß Beispiel 5 weiterverarbeitet. Wie im Vergieichsbeispie! 2 wird ein Formkörper erhalten, der zwar keine Wirbelstellen, jedoch unerwünschte Einbeulungen aufweisf. Die äußere Hautschicht des Formkörpers ist relativ dick und weist Haarrisse auf. Die Zellenstruktur ist grob.

c) Beispiel 5 wird mit der Änderung wiederholt, daß lediglich ein chemisch wirkendes Treibmittel verwendet wird. Bsi dieser Zusammensetzung der Formmasse ist es unmöglich, Wirbelstellen an der Oberfläche des gebildeten Formkörpers zu verhindern, wenngleich das Ausmaß der Wirbelstellen von der Menge des zugesetzten Treibmittels abhängt. Bei einer Menge von weniger als 0,5 Gewichtsprozent ist es möglich, Wirbelstellen zu verhindern, wenn ein Druck unter 20 kg/cnv angelegt wird, um ein Verschäumen der Masse zu unterbinden. Jedoch beträgt dabei das Verschäumungsverhältnis lediglich 1,5.

d) Beispiel 5 wird mit der Änderung wiederholt., daß die Mengen an physikalischem und chemischem Treibmittel außerhalb des beanspruchten Bereichs liegen. Liegt die Menge des physikalischen Treibmittels oberhalb 8%, so treten Haarrisse an der Haut des Formkörpers auf. Verwendet man mehr als 0,5 Gewichtsprozent an chemischem Treibmittel, so tritt Schaumbildung an der Oberfläche des Formköipers auf. Liegt die Menge des physikalischen Treibmittels unter 0,5 Gewichtsprozent und/oder die des chemischen Treibmittels unter 0,05 Gewichtsprozent, so treten an der Oberfläche keine Schaumbil-

düngen auf. was auf die geringere Verschaum barkeit zurückzuführen isi. in diesem Fall wird jedoch der Formhohlraum durch den Kunststoff nach der Expansion nicht vollständig ausgefüllt, so daß Einbuchtungen auftreten.

14

hs ergibt sich also, daß bei Zusa sehen und eines physikalischen Trei speziell beanspruchten Mengen eine wandfreie Oberfläche der Struktursi halten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Strukturschaumstoffen mit ungeschäumter Außenhaut und glatter und glänzender Oberfläche aus thermoplastischen Kunststoffen durch Schmelzen einer Treibmittel enthaltenden Formmasse, Einspritzen der geschmolzenen Formmasse in den Hohlraum einer Form bei einem solchen Druck, daß die geschmolzene Formmasse nicht verschäumt, Aufheben des Drucks und Verschäumen und Ausdehnung der Formmasse unter Vergrößern des Volumens des Formhohlraums, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Formmasse verwendet, die auf 100 Gewichtsteile Kunststoff 0,5 bis 8 Gewichtsteile einer verdampfbaren Verbindung mit einem Siedepunkt von etwa 25 bis 60° C und 0,05 bis 0,5 Gewichtsteile eines organischen, ein nicht kondensierbares Gas entwickelnden Treibmittels enthält, und den Formhohlraum mit einem Druckmedium beaufschlagt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck des gasförmigen Druckmediums so weit aufhebt, daß der Formhohlraum der Form unter vermindertem Druck steht, und hierauf den Formhohlraum vergrößert.