DE2412364C3 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem, schäumbarem Material - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem, schäumbarem Material

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem, schäumbaren Material der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der GB-PS 10 82 875 ist ein Verfahren zur Wiederverwendung von geschäumten, thermoplastischen Polymeren bekannt, bei dem dieses als Abfall anfallende Material zermahien und mittels eines Extruders auf eine bestimmte Form, insbesondere Bandbzw. Plattenform, gebracht wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, eine oder mehrere ungeschäumte »Häute« auf der Platte auszubi.'den; zu diesem Zweck wird die äußere Oberfläche der Platte rasch gekühlt, um ihre Expansion bzw. Schäumung zu unterbinden; dadurch bilden sich an der Außenfläche Häute, während der noch warme, primäre Bereich der Platte weiter schäumen bzw. expandieren kann.
Aus der DE-OS 17 04 675 ist ein Strangpreßverfahren zum kontinuierlichen Aufschäumen thermoplastischer Kunststoffe zu Profilkörpern bekannt. Dabei wird die Querschnittsgestalt des die formgebende Düse der Presse verlassenden, aufschäumenden Strangs mit Hilfe einer Wärmebehandlung geändert, wobei das extrudierte Material unter Umständen sogar bis auf die in der Düse herrschenden Temperatur erhitzt wird.
Weiterhin ist aus der DE-OS 15 04 310 ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumkunststoff-Formkörpern bekannt, bei dem das Reaktionsgemisch zunächst die Mündung des Extruders verläßt, so daß es frei aufschäumen kann. Am Ende des Aufschäumvorganges oder nach der Beendigung des Aufschäumens wird der entstehende Körper durch ein Kühlmedium beblasen, das heißt, dieser Körper wird lokal an ganz bestimmten, genau definierten Stellen gekühlt. Aufgrund der dadurch erzeugten Temperaturunterschiede an verschiedenen Stellen der Oberfläche des Körpers treten Spannungen auf, die zu einer Verformung und insbesondere zu einer Kontraktion der Oberfläche führen. Durch diese lokale Abkühlung des extrudierten Körpers zieht sich seine obere Oberfläche zusammen, so daß sich der Körper beispielsweise zu einer
Rohrschale verformt
Schließlich ist aus der DE-OS 21 16 239 ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem schäumbarem Material der angegebenen Gattung bekannt Dabei wird das aus einer Mündung extrudierte Material an seiner Außenfläche direkt an der Mündung durch gezieltes Beblasen mit einem Fluidstrom, dessen Temperatur unter der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials liegt,
ίο gekühlt und damit vorgeformt; anschließend erhält dieses vorgeformte, thermoplastische Material seine endgültige Form.
Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, daß damit nur relativ einfache Profile, im wesentlichen Plattenprofile hergestellt werden können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Gattung zu schaffen, mit dem auch komplizierte Profile hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüche zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß durch die Beblasung des thermoplastischen Materials auf mechanischem Wege eine Verformung der Oberfläche erreicht wird, so daß sich durch entsprechende Variation des Druckes und/oder des Durchsatzes über den Umfang des Materials auch komplizierte Formen herstellen lassen. Nach dieser relativ starken Vorformung des noch relativ weichen Materials ist anschließend nur noch eine geringe mechanische Verformung erforderlich, um schließlich die fertige Gestalt zu erhalten. Und schließlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch sehr unterschiedliche Profile mit dem gleichen Extruder-Mundstück hergestellt werden, da sich die Vorformung durch entsprechende Änderung des Drucks und/oder Durchsatzes bzw. eine Variation der Anordnung der Düsen an den verschiedenen Stellen des Umfangs des Materials in einfacher Weise variieren läßt.
Wenn die Profile keine Kreissymmetrie haben, sollte die Querschnitisfläche des extrudierten, thermoplastischen Materials praktisch gleich der Fläche des Kühlsystems und außerdem die Geometrie dieses Querschnittes gleich der Geometrie des Kühlsystems sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Stirnansicht eines Querschnittes durch die Mündung eines Extruders,
F i g. 2 eine Stirnansicht eines Querschnittes einer Metall-Abkühlvorrichtung für ein bestimmtes Profil,
Fig.3 eine Stirnansicht einer Kombination des in F i g. 1 dargestellten Extruder-Mundstückes mit einem Beblasungssystem,
Fig.4, 5 und 6 verschiedene Querschnitte des extrudierten Materials nach der Beblasung,
F i g. 7 eine Stirnansicht eines weiteren Querschnittes durch eine andere Ausführungsform eines Extruder-Mundstückes,
F i g. 8 ein L-Profil, das ausgehend von dem in F i g. 7 dargestellten Mundstück erhalten wird,
F i g. 9 eine Stirnansicht einer dritten Ausführungsform eines Querschnittes eines Extruder-Mundstückes,
Fig. 10 eine Stirnansicht einer Kombination des Mundstückes nach F i g. 9 mit einer Beblasungsvorrichtung, und
F ϊ g. 11 einen rechtwinkligen Querschnitt durch das extrudierte, thermoplastische Material, das mit dem in Fi g. 9 dargestellten Mundstück erhalten wird.
Beispiel 1
mit
Durch Extrusion wurde ein Kehlleisfen-Profil einer Querschnittsfläche von 18,7 cm2 hergestellt
Bei d^m hierzu verwendeten, thermoplastischen Material handelt es sich um ein schlagzähes Polystyrol mit 3% Polybutadien, das als Porenbildner Zeolith sowie die üblichen Zusatzstoffe (Schmiermittel, Antioxidantien, mineralische Füllstoffe) enthielt
Der Querschnitt des Mundstückes des Extruders sowie einer metallischen Abkühlvorrichtung 2 ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt
Durch Beblasen des extrudierten, thermoplastischen Materials mit einem Fluidstrom wird auf mechanischem Wege eine Vorformung erreicht Zur Beblasung wird Luft verwendet die aus den in F i g. 3 zu erkennenden Düsen 3 und 4 zugeführt wird; diese Düsen 3 und 4 sind über Leitungen 5 und 6 mit einer Druckluftquelle verbunden. Jede Düse wird mit kühler (etwa 20° C) Druckluft mit einem Druck gespeist der durch einen Präzisionsregler 7, 8, beispielsweise einen Nadelschieber oder ein Druckreduziermanometer, festgelegt wird.
Statt der in F i g. 3 zu erkennenden beiden Düsen 3 und 4 können auch vier bis acht Düsen verwendet Jo werden.
Statt Druckluft kann auch ein anderes Gas, eine Gasmischung oder eine Suspension einer Flüssigkeit in einem Gas, wie beispielsweise ein Wassernebel eingesetzt werden.
Jede Düse weist einen oder mehrere Schlitze oder kreisförmige Öffnungen auf, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind und eine geringe Breite oder einen kleinen Durchmesser, beispielsweise in der Größenordnung von 0,5 bis 2 mm, haben, so daß ein homogener Fluidstrom aus der Düse austritt
Jede Düse wird so ausgerichtet, daß der von ihr austretende Luftstrahl auf einen bestimmten Bereich der äußeren Oberfläche des extrudierten, thermoplastischen Materials auftrifft
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde mit folgenden Extrusionsbedingungen gearbeitet:
Es wurde ein Extruder vom Typ »Samofor, 65-26 D« verwendet;
die Temperaturen betrugen 145° — 155° - 162° — 165°/153° - 180"C;moplastische Material in dem Mundstück des Extruders hatte eine Temperatur von 177° C.
Die Drehgeschwindigkeit der Schnecke des Extruders betrug 43 Upm.
Der Druck in dem Mundstück des Extruders betrug 120 bar.
Die Ziehgeschwindigkeit des extrudierten Profil betrug 62 cm/min. f>o
Bei der Beblasung ν . iei. die folgenden Parameter eingehalten:
Der Druck an der oberen Düse 3 betrug 0,41 bar.
Der Druck an der unteren Düse 4 betrug 0,12 bar.
der Druckluft-Durchsatz betrug 3,2 m3/h.
Die obere Düse hatte 11 Öffnungen und die untere Düse 13 Öffnungen; der Durchmesser der öffnungen betrug 1 mm.
Unter diesen Betriebsbedingungen wurde ein Formkörper mit gutem Aussehen hergestellt, der die 0,5fache Dichte des kompakten Materials hatte.
Wenn das extrudierte Material die gleiche Geometrie wie die Abkühlvorrichtung hat und die Enden A-A'des extrudierten Materials in der entsprechenden Stellung in die Metall-Abkühlvorrichtung eindringen (s. Fig.4), so führt eine Änderung der Drücke an der oberen bzw. unteren Düse zu einer Modifikation der Querschnitts-Fläche des extrudierten Materials und seiner Geometrie. Fig.5 zeigt den Fall, bei dem der Druck an der oberen Düse 3 0,60 bar und der Druck an der unteren Düse 4 0,12 bar beträgt; Fig.6 veranschaulicht den Fall, daß diese jeweiligen Drücke 0,30 bar bzw. 0,12 bar betragen.
Die Verformung kann durch die Gleichung
AP = PH-PB
ausgedrückt werden, wobei bedeuten:
AP= Differenz der Drücke
Ph = Druck an der oberen Düse
Pb = Druck an der unteren Düse.
Der optimale Wert für die Differenz 4P der Drücke ändert sich bei einem gegebenen Formkörper mit
— dem Durchsatz des Extruders,
— der Extrusionstemperatur,
- der Beschaffenheit des thermoplastischen Materials, und
- dem Wirkungsgrad und den Eigenschaften des Schäummittels.
Etwaige Toleranzfehler des Extruder-Mundstückes, die beispielsweise zu einer Asymmetrie des extiudierten Materials längs der Extrusionsachse führen, können durch seitliches Beblasen korrigiert werden. Bereits durch Beblasen mit Luft aus einer seitlichen Düse mit einem äußerst geringen Druck, beispielsweise mit einem Druck von 0,1 bar, läßt sich das extrudierte, thermoplastische Material merklich verformen.
50
55
Beispiel 2
Mittels des in F i g. 1 gezeigten Extruder-Mundstükkes ist ein L-förmiges Profil hergestellt worden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.
Bei dem thermoplastischen Material handelte es sich um schlagzähes Polystyrol mit 4,5% Polabutadien, das Azodicarbonamid als Porenbildner sowie die üblichen Zusätze (Schmiermittel, Antioxidantien, mineralische Füllstoffe) enthielt.
Der Querschnitt des Extruder-Mundstückes ist in F i g. 7 gezeigt. Es wurden 6 Düsen eingesetzt, wobei die folgenden Betriebsbedingungen eingehalten wurden:
Druck an der oberen linken Düse 0,020 bar
Druck an der mittleren oberen Düse 0,300 bar
Druck an der oberen rechten Düse 0,400 bar
Druck an der rechten Düse 0,020 bar
Druck an der linken Düse 0.120 bar
Druck an der unteren Düse 0,300 bar
Durchmesser der Düsenöffnungen lmm
Mt'tfaW
J... t
Zahl der Düsenöffnungen
in der oberen linken Düse
in der oberen mittleren Düse
in der oberen rechten Düse
in der linken Düse,
in der rechten Düse
in der unteren Düse
Dichte des erhaltenen Formkörpers
9 21 19 14
9 40
0,60 des kompakten Materials Dichte des erhaltenen Formkörpers
Beispiel 3
Ein rechtwinkliges Profil mit den Abmessungen 80χ30 mm (s. Fig. 11) wurde aus Homopolystyrol extrudiert, das als Porenbildner Azodicarbonamid sowie die üblichen Zusätze (Schmiermittel, Antioxidantien, mineralische Füllstoffe) enthielt.
Der Querschnitt des Mundstückes la des Extruders ist in den F i g. 9 und 10 gezeigt.
Es wurde mit folgenden Bedingungen gearbeitet:
Der Druck an der oberen Düse betrug
der Druck an der unteren Düse betrug
der Druck an der rechten Düse betrug
der Druck an der linken Düse betrug
Durchmesser der Düsenöffnungen
Zahl der Düsenöffnungen
an der rechten und linken Düse
Zahl der Düsenöffnungen
an der oberen und unteren Düse
0,180 bar 0,080 bar 0,050 bar 0,030 bar 1 mm
10 10
0,50 des kompakten Materials
Beispiel 4
Ein rechtwinkliges Profil mit den Abmessungen 80 χ 30 mm aus starrem Polyvinylchlorid mit einem K-Wert von 57, das als Porenbildner Azodicarbonamid sowie die üblichen Zusätze (Schmiermittel, Antioxidantien, mineralische Füllstoffe) enthielt, wurde durch Extrusion hergestellt. Der Querschnitt des Mundstückes la des Extruders ist in den Fig. 9 und 10 gezeigt.
Es wurde mit folgenden Bedingungen gearbeitet: Extrusionstemperatur 140° -160° -165" - 165°/
160°-1600C. Die Materialtemperatur im Mundstück des Extruders betrug 19Ö=C.
Der Druck an der oberen Düse betrug der Druck an der unteren Düse betrug der Druck an der linken Düse betrug der Druck an der rechten Düse betrug Dichte des erhaltenen Profils
0,260 bar 0,410 bar 0,480 bar 0,400 bar 0,59 des kompakten Materials
Durch entsprechende Änderung des Drucks und/oder des Durchsatzes des Fluidstroms sowie Umstellung der Düsen lassen sich auch unterschiedliche Oberflächen, beispielsweise Bereiche mit glatter Haut, Bereiche mit rauher Haut sowie Bereiche ohne Haut, herstellen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischem, schäumbarem Material durch Extrusion aus einer Mündung, Kühlung und damit Vorformung der Außenfläche des thermoplastischen Materials direkt an der Mündung durch gezieltes Beblasen mit einem Fluidstrom, dessen Temperatur unter der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials liegt, und durch anschließende Formung des vorgeformten, thermoplastischen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformung auf mechanischem Wege durch Beblasen mit einem Fluidstrom mit über dem Umfang variierendem Druck und/oder Durchsatz erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Fluidstroms variiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformung durch Beblasen in mindestens zwei Stufen erfolgt.
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