DE2353228C3

DE2353228C3 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Bahnen aus noch restliches Treibmittel enthaltendem expandiertem Polystyrol und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2353228C3
Application number: DE2353228A
Authority: DE
Inventors: Maurice Waters Dix Hills N.Y. Blackwelder (V.St.A.)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1978-06-22
Also published as: NL165104B; FR2211340A1; US3851039A; JPS4985160A; NL165104C; DE2353228B2; IT997896B; JPS5737459B2; FR2211340B1; AU6151073A; DE2353228A1; GB1420798A; NL7314139A; CA1016331A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.

Aus der DE-OS 15 04 891 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bahnen aus expandiertem Polystyrol bekannt, bei dem zunächst das Polystyrol in Form eines nahtlosen Schlauches einer geeignet hohen Temperatur aus einer bekannten Extrudiervorrichtung extrudiert wird. Der extrudierte Schlauch wird zwischen zwei Haltewalzen geführt und in einer Aufschlitzeinrichtung in eine oder mehrere Bahnen aufgeschnitten. Bei der Herstellung von Bahnen aus expandiertem Polystyrol wird angestrebt, den warmen Schlauch sowohl auf äzr Innen- als auch auf der Außenfläche schnell abzukühlen, um dadurch Häute auszubilden, die eine wesentlich größere Dichte besitzen als der Kern der Bahn, damit die hergestellten Bahnen einen stabilen Aufbau erhalten. Bei einigen Anwendungsfällen sollen die sich ausbildenden Häute auch bewirken, daß die Bahnen nicht von Lösungsmitteln angegriffen werden können, wie sie z. B. in den Klebstoffen vorhanden sind, die beim Verkleben solcher Bahnen mit anderen Bahnen verwendet werden. Beim Abkühlen eines nahtlosen Schlauches kühlt die äußere Fläche des Schlauches etwas schneller ab als die innere Fläche. Dieses schnellere Abkühlen kann zur Bildung sehr feiner Risse in der äußeren Haut führen, die durch Scherspannungen infolge des Temperaturunterschiedes über die Dicke der Bahn entstehen können. Diese Rißbildung tritt insbesondere bei solchen Bahnen auf, die aus spröderen und billigeren Polystyrolqualitäten hergestellt werden. Das Vorhandensein dieser Feinrisse kann leicht bei Beleuchtung der Oberfläche der fertigen Bahn mit polarisiertem Licht erkannt werden, da eine solche Fläche dann Ipterferenzfarben zeigt.

Die Oberflächenrisse setzen nicht nur die mechanische Festigkeit der Bahnen herab, sondern behindern auch die weitere Verarbeitung der Bahnen. Dazu gehört beispielsweise das Bedrucken, das Auf- und Abwickeln solcher Bahnen, das Schneiden von Formteilen aus solchen Bahnen oder das Herstellen von Wickelkörpern aus diesen Bahnen. Als besonders nachteilig wird dabei auch empfunden, daß die Rißbildung dazu führt, daß sich ί Teilchen von der Oberfläche der Bahn lösen und sich auf den verwendeten Werkzeugen oder in den Verarbeitungsmaschinen absetzen. Die fehlerhafte Ausbildung der sich schneller abkühlenden Außenfläche des nahtlos extrudierten Schlauches ist in der DE-OS 15 04 891

ίο nicht angesprochen. Vielmehr werden dort die aus dem nahtlosen Schlauch herausgeschnittenen Polystyrolbahnen durch jeweils auf eine Oberfläche der Bahn einstrahlende Wärmestrahler so erwärmt, daß die Wärme die Bahn sehr schnell durchdringt und die Bahn auf eine so hohe Temperatur erwärmt wird, daß die Bahnen vor ihrem Aufwickeln noch durch das restliche Treibmittel weiter expandiert werden. Nach dem Erwärmen werden die erwärmten Oberflächen sofort über Umlenkrollen geführt und bei der einen Bahn wird nicht die rissige Oberfläche der Bahn bestrahlt, die auf der Oberfläche einer Walze aufliegt, sondern die glatte Bahnoberfläche. Das aus der DE-OS 15 04 891 bekannte Verfahren ist daher nicht geeignet, die Oberflächenfehler zu beseitigen, ohne die Dicke oder die Dichte der Polystyrolbahn wesentlich zu ändern und ohne den Glanz auf der anderen Oberfläche wesentlich zu vermindern.

Aus der DE-OS 19 43 437 ist ein Verfahren zur Herstellung von kleineren Formkörpern aus Polyäthylen-Schaumstoff niedriger Dichte mit allseitig geschlossener Oberflächenhaut durch Ausarbeiten des Formkörpers aus größeren vorgefertigten Schaumstoffkörpern bekannt, bei dem nach der mechanischen Herausarbeitung des Formkörpers aus dem vorgefertigten Schaum-Stoffkörper die bearbeiteten Flächen kurzzeitig auf eine Temperatur erwärmt werden, die nur wenig über der Schmelztemperatur des Schaumstoffes liegt. Eine besondere Zwangskühlung des erwärmten Schaumstoffkörpers, der über seine gesamte Oberfläche einen gleichen mechanischen Aufbau zeigt, ist nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 15 04 263 ist ein Verfahren zum Verdichteil der Oberfläche von Formkörpern aus thermoplastischem Schaumstoff bekannt, bei dem dem einzelnen Formkörper kurzzeitig intensiv Wärme zugeführt wird und danach die aufgeschmolzene Oberfläche nach Entweichen des porenfüllsnden Gases aus der durch die Erwärmung aufgelösten Schaumstruktur gegebenenfalls unter Anwendung von Druck geglättet wird. Zwischen einem Leitwalzenpaar und einem Glättwalzenpaar wird die Schaumstoffbahn entweder dem Strahlungsfeld von Infrarotstrahlern ausgesetzt oder in Kontakt mit einem heißen Medium (Flüssigkeit, Gas, Gasflamme) gebracht. Eine Abstützung der Bahn während der Wärmezufuhr findet nicht statt, so daß das bekannte Verfahren kaum für die Wärmebehandlung von expandierten Polystyrolbahnen geeignet sein dürfte. Das bekannte Verfahren soll für relativ dicke Bahnen verwendet und so geführt werden,

ho daß das vom Material her beschränkte Temperaturgefälle einen in das Innere des Schaumkerns gerichteten Wärmestrom aufbaut. Beide Oberflächen der Platten werden gleichmäßig erwärmt und die einander zugeordneten Oberflächenabschnitte laufen gleichzeitig in den

^(>5 Druckspalt der wassergekühlten Glättwalzen ein.

Schließlich ist aus der US-PS 25 14 088 ein Verfahren bekannt, um bei Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen, wie Polystyrol und Methylmethakrylat,

eine rissige Oberfläche durch Erwärmen und Abkühlen zu beseitigen. Zu diesem Zwecke werden die Formkörper zunächst in ein erstes auf eine erste Temperatur gehaltenes Bad eingebracht und dort eine vorgegebene Zeit belassen und danach in ein zweites Bad eingebracht, in dem sie während einer vorgegebenen Zeit auf einer niedrigeren Temperatur geheilten werden. Danach werden die Formkörper aus dem zweiten Bad entnommen und an Luft auf angenähert Raumtemperatur abgekühlt Alle Oberflächenbereiche der Forrr.körper werden derselben Behandlung unterzogen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren so zu gestalten, dab die Oberflächenfehler beseitigt werden, ohne die Dicke oder die Dichte der Polystyrolbahn und die Beschaffenheit der anderen Oberfläche der Polystyrolbahn wesentlich zu ändern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die fehlerhafte Oberfläche durch Kontakt mit einer erhitzen Oberfläche bis zur Erwärmung erweicht wird und danach die Bahn von der anderen Oberfläche her durch Kontakt mit einer gekühlten Oberfläche schnell zwangsläufig abgekühlt wird, ehe die Wärme tiefer in die Bahn eindringen kann.

Durch den Kontakt mit der erhitzten Oberfläche wird die fehlerhafte Oberfläche der Bahn schnell und gleichmäßig erwärmt; die durch die Risse bestimmten Teilbereiche an der Oberfläche schmelzen, verbinden sich mit dem Rest der Bahn und mit den anderen Teilchen. Andererseits wird ein weiteres Eindringen der Wärme, insbesondere in den üblicherweise vorhandenen dicken Kern verminderter Dichte, vermieden, da die nicht erwärmte Oberfläche der Bahn einer Zwangskühlung unterzogen wird. Damit ist sichergestellt, daß die Oberfläche der die Wärme durch Kontakt mit der erwärmten Oberfläche der Bahn zugeführt worden ist, erst wieder dann berührt wird, wenn der Bahn von der anderen Oberfläche her genügend Wärme entzogen worden ist. Auf diese Weise wird einerseits eine weitere Expansion des Kerns und ein Abbau des Glanzes auf der anderen Oberfläche der Bahn vermieden, und andererseits werden die Fehler in der fehlerhaften Oberfläche beseitigt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehende erläuterten Verfahrens.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn mit ihrer fehlerhaften Oberfläche längs eines vorgegebenen Umhüllungswinkels über eine klebeabweisende Heizwalze und unmittelbar danach mit der anderen Oberfläche längs eines vorgegebenen Umhüllungswinkels über eine Kühlwalze geführt wird. Als klebeabweisende Beschichtung kann z. B. Polytetrafluoräthylen eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann ohne große Schwierigkeiten der Schneideinrichtung der Extrudieranordnung gemäß der DE-OS 15 (K 891 nachgeschaltet werden. Die Parameter der Erwärmung und der Kühlung können durch Änderung der Umhüllungswinkel an Heizwalze und Kühlwalze eingestellt werden.

Anhand der Figuren soll nun eine Ausführungsform fto des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert und eine zugeordnete Vorrichtung beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilseitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung und

F i g. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 in F i g 1. ">

Die in der F i g. 1 gezeigte Vorrichtung 11 ist einer nicht dargestellten Extrudiereinrichtung nachgeschaltet. Diese Einrichtung enthält üblicherweise stromabwärts vom Extruderkopf angeordnete Kühleinrichtungen, womit die Innen- und Außenfläche des extrudierten Schlauches gekühlt werden, nachdem das Schäumen des Polystyrols in vorgegebenem Ausmaße stattgefunden hat. Bedingt durch endliche Dicke der Schlauchwandung und wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des expandierten Polystyrols kühlt die Schlauchoberfläche schneller ab als die Innenfläche, so daß es zu der bereits vorstehend beschriebenen Rißbildung kommt. Der Schlauch wird durch in der F i g. 1 ebenfalls nicht dargestellte Aufschneidevorrichtungen aufgeschnitten. Dabei werden eine oder mehrere endlose Bahnen gebildet. Eine solche Bahn W läuft in der F i g. 1 von links ein. Es wird angenommen, daß ihre untere Oberfläche fehlerhaft sei. Die die Haarrisse aufweisende Unterseite wird erwärmt, indem man eine von innen erwärmte Heizwalze 12 längs des Weges der Bahn W und eine Führungswalze 13 unmittelbar stromaufwärts von der Heizwalze 12 anordnet, damit die Bahn W die Heizwalze 12 mit einem ausreichend großen Umhüllungswinkel umgreift. Der Umhüllungswinkel wird so gewählt, daß die Berührzeit zwischen der fehlerhaften Oberfläche und der Heizwalze 12 ausreicht, um die fehlerhafte Oberfläche der Bahn W ausreichend zu erwärmen. Um zu verhindern, daß die zum Erweichen der fehlerhaften Oberfläche zugeführte Wärme zu weit in die Bahn W eindringt, wodurch die Dicke der Bahn erhöht und die durchschnittliche Dichte erniedrigt werden würde und der Glanz auf der anderen Oberfläche der Bahn verschlechtert und insgesamt die Beständigkeit der Bahn gegenüber dem Eindringen von Lösungsmittel verschlechtert würde, ist eine innengekühlte Kühlwalze 14 unmittelbar stromabwärts von der Heizwalze 12 angeordnet, um die Bahn von der anderen Oberfläche aus zu kühlen. Der Kühlwalze 14 ist ein Abzugswalzenpaar 15 und 16 derart nachgeordnet, daß die nicht erwärmte Oberfläche längs eines vorgegebenen Umhüllungswinkels um die Kühlwalze 14 gefuhrt wird. Der Umhüllungswinkel bestimmt die BerOhrzeit zwischen Bahn W und der Kühlwalze und damit die Kühlzeit. Beim Lauf der Bahn Wodurch die Vorrichtung 11 wird die rissige Oberfläche auf den Erweichungspunkt des eingesetzten Polystyrolharzes erwärmt, so daß die Teilchen, die auf der Haut vorhanden sind, mit der Grundbahn und miteinander verschmolzen werden. In der Praxis kann ein soches Erwärmen bei Bahnen, die aus Polystyrol mit einer Qualität für allgemeine Einsatzzwecke hergestellt sind, mit einer Heizwalze erfolgen, deren Oberfläche auf eine Temperatur im Bereich von 149-218,5°C erwärmt ist. Der Umhüllungswinkel zwischen Heizwalze und Bahn wird so eingestellt, daß die Kontaktzeiten in der Größenordnung von 0,25 Sek. liegen. Besonders gute Ergebnisse erhält man bei solchen Bahnen, wenn man Heizwalzen mit einem äußeren Durchmesser von 15,2 cm und einer Oberflächentemperatur in der Größenordnung von 168,5-177⁰C verwendet und eine Kontaktzeit von 0,25 Sek. auswählt. Ein gutes Kühlen der Bahn wird erreicht, wenn eine Kühlwalze mi; einem Außendurchmesser von 20,3 cm verwendet wind, deren Oberflächentemperatur einen Wert von 21°C hat. Dabei sollte eine Kontaktzeit von 0,4 Sek. eingehalten werden.

Die Kühlwalze 14 kann eine Walze mit Kühlwasserdurchlauf sein. Solche Künlwalzen sind bekannt

Die Heizwalze 12 ist jedoch van spezieller Bauart, und eine bevorzugte Ausführungslorm dieser Walze ist im Querschnitt in F i g. 2 dargestellt. Eine Vielzahl von Widerstands-Erwärmungselementsn 17 ist innerhalb

eines Walzenhauptkörpers 18 angeordnet und erstreckt sich parallel zueinander und zur Drehachse der Heizwalzc 12. Da die Bahn W bei Berührung mit der Heizwalze auf Schmelztemperatur erwärmt wird, ist die Heizwalze 12 mit einem klebeabweisenden Überzug 19 aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderen Material versehen. An den Stirnflächen des Hauptwalzenkörpers 18 sind Wellenstümpfe 21 vorgesehen. Jeder Wellenstumpf 21 erstreckt sich durch einen Rahmenteil 22, in dem er mittels eines Lagers 23 gelagert ist. Mindestens einer der Wellenstümpfe 21 ist ein Hohlstumpf, durch den die Zuleitungen 24 zu den Widerstandserwärmungselementen 17 sich erstrecken, deren andere Enden mit einer Schleifringanordnung 25 verbunden sind. Die Schleifringanordnung wird von stationären Leitungen 26 gespeist.

Beispiel

Eine nicht behandelte Probe aus einer Bahn aus expandiertem Polystyrol hoher Dichte (Sinclair Koppers mit der Typ-Bezeichnung 8 GP), das noch in geringen Mengen Treibmittel (Pentan) enthält und Teil eines nahtlosen extrudierten Schlauches war, wies die folgenden Eigenschaften auf:

Dicke (μ)
Dichte (g/cm³)
Undurchsichtigkeit (%)
Glanz-Außenseite (%)
Glanz-Innenseite (%)
Zellgröße (mm²)

406

0,25

80,8

96,0

100,0

0,017

Abnutzungsbeständigkeit-Außenseite schlecht
Lösungsmittelpenetration (Sek.) 7,4

Zum Vergleich wurde eine Probe derselben Bahn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt. Zunächst wurde die Probe 0,25 Sek. lang mit einer Heizwalze in Kontakt gebracht, deren Außentemperatur 177°C betrug; anschließend wurde die Probe 0,4 Sek. lang mit einer Kühlwalze in Kontakt gebracht, deren Außentemperatur 21°C betrug. Danach wies die Probe folgende Eigenschaften auf:

Dicke (μ) 394

Dichte (g/cm³) 0,25

Undurchsichtigkeit (%) 80,7

Glanz-Außenseite (%) 54,0

Glanz-Innenseite (%) 100,0

Zellgröße (mm²) 0,017
Abnutzungsbeständigkeit-Außenseite gut

Lösungsmittelpenetration (Sek.) 7,8

Aus den oben aufgeführten Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Eigenschaften der Bahn durch die erfindungsgemäße Behandlung stark beeinflußt werden. Die erfindungsgemäße Behandlung bedingt auf der behandelten Seite eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit und einen verminderten Glanz. Die Bahn sollte zur Herstellung von Gegenständen verwendet werden, die auf der nichtbehandelten Seite gedrückt werden, und der verminderte Glanz ist daher nicht besonders nachteilig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Bahnen aus noch restliches Treibmittel enthaltendem expandiertem Polystyrol, deren Oberfläche fehlerhaft ist bei dem eine Oberfläche bis zur Erweichung erwärmt wird, eine Oberfläche beim Erwärmen abgestützt wird und die Bahn nach der einseitigen Wärmezufuhr wieder abkühlt, dadurch gekennzeichnet, daß die fehlerhafte Oberfläche durch Kontakt mit einer erhitzen Oberfläche bis zur Erwärmung erweicht wird und danach die Bahn von der anderen Oberfläche her durch Kontakt mit einer gekühlten Oberfläche schnell zwangsläufig abgekühlt wird, ehe die Wärme tief in die Bahn eindringen kann.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (W) mit ihrer fehlerhaften Oberfläche längs eines vorgegebenen Umhüllungswinkels über eine klebeabweisende Heizwalze (12) und unmittelbar danach mit der anderen Oberfläche längs eines vorgegebenen Umhüllungswinkels über eine Kühlwalze (14) geführt wird.