DE2542452B2 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus OlefinpolymerisatenInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten
durch Zusammenpressen von schaumförmigen Teilen mit Gasen auf 20 bis 80% des ursprünglichen Schüttvolumens, Einfüllen der zusammengepreßten
Teilchen in eine geschlossene Form gegen einen Staudruck von 1,5 bis 3,5 bar und
Entspannen des Gasdrucks im Innenraum der Form, Erwärmen und Verschweißen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern
aus Olefinpolymerisaten zu entwickeln, bei dem außer verkürzten Heizzeiten auch eine bessere Verschweißung
der Schaumstoffteilchen und hervorragend formgetreue Schaumstoff-Formkörper erhalten werden.
Formkörper aus schaumförmigen Olefinpolymerisaten werden nach dem derzeitigen Stand der Technik
hergestellt, indem man schaumförmige Teilchen in Formen lose einfüllt, sie mittels eines durch ihre
Zwischenräume hindurchströmenden Heizmediums erhitzt und sie durch einen äußerlich aufgebrachten
mechanischen Druck versintert (vgl. DE-AS 16 29 295 unci DE-AS 16 29281). Dieses Verfahren verlangt
Formen mit einer aufwendigen Mechanik zur Bewegung eines Teils der Forminnenwand, um den
erforderlichen Druck zu erzeugen. Es ist deshalb beschränkt auf Formkörper mit einfacher Geometrie.
Es ist auch bekannt, feinteilige schaumförmige Olefinpolymerisate mit Bindemitteln zu mischen, die
Mischung zusammenzupressen und das Bindemittel unter Druck auszuhärten (vgl. DE-OS 16 69 648). Da das
Bindemittel einen anderen chemischen Aufbau als das schaumförmige Material besitzt, ergeben sich nach
diesem Verfahren Produkte mit veränderten mechanischen Eigenschaften, z. B. mit veränderter Beständigkeit
gegenüber Chemikalien oder Umwelteinflüssen.
Aus der DE-OS 16 29 316 ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern durch
Verbinden von schaumförmigen Teilchen aus Olefinpolymerisaten unter Druck und Wärme in einer Form
bekannt, wobei man die geschäumten Teilchen in einer geschlossenen Form durch Eiupicsscii von Gasen
zusammenpreßt, das Volumen des Innenhohlraums der Form verringert oder die geschäumten Teilchen
außerhalb der Form mit Gasen zusammenpreßt und in eine geschlossene Form füllt, und anschließend den
Druck im Innenraum der Form durch Entspannen des Gases verringert. Die Verschweißung der Teilchen
erfolgt beim Entspannen des Gases. Die Oberflächen der geschäumten Teilchen werden vor dem Einbringen
in die Form oder in der Form bei loser Schüttung der
ίο Teilchen mit Heißluft erwärmt Nach diesem Verfahren
sind lange Heizzeiten notwendig und es ist sehr schwierig, gleichmäßig gut verschweißte Teilchen
herzustellen.
In der DE-OS 17 78103 ist ein Verfahren zur
is Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten
auf Basis von Polybuten beschrieben. Zwar wird hier die Verwendung von heißem Dampf als
Alternative zu heißen Gasen erwähnt; das Erwärmen der Schaumstoffteilchen erfolgt aber auch bei diesem
Verfahren drucklos.
Ein direkter Ersatz von Heißluft durch Wasserdampf bei dem Verfahren nach der DE-OS 16 29 316, wie es auf
Seite 8 unten oder in Beispiel 3 beschrieben ist, führt nicht zu einem technisch praktikablen Verfahren: Um
>> die für die Kompression der Schaumstoffteilchen
notwendigen hohen Wasserdampfdrücke zu erhalten, müßte der Wasserdampf viel zu stark überhitzt werden,
so daß das Gefüge der Schaumstoffteilchen zerstört werden würde. Ein nachträgliches Erhitzen von
«ι komprimierten und wieder entspannten Schaumstoffteilchen
mit Wasserdampf ohne Anwendung eines Überdrucks, wie man es bei einer gezielten Kombination
der DE-OS 16 29 316 mit der DE-OS 17 78103 konstruieren könnte, würde zu Schaumstoff-Formkörper
führen, die eine sehr schlechte Verschweißung der Schaumstoftteilchen aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man zum Erwärmen und Verschweißen der
Teilchen Wasserdampf einleitet und einen Wasserdampfdruck aufbaut, der gleich oder größer ist als der
Staudruck, der beim Einfüllen der Schaumstoff teilchen in der Form wirksam war, und anschließend den
Wasserdampf in der Form wieder entspannt, wobei die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Einleitens von
4"> Wasserdampf und dem Entspannen höchstens 25 Sekunden beträgt.
Unter Olefinpolymerisaten sollen Polymerisate von Olefinen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden
werden. Für das Verfahren eignen sich insbesondere
)» solche Olefinpolymerisate, deren Röntgenkristallinität
bei 25°C über 20% liegt. So kommen z.B. Homopolymerisate des Äthylens bzw. Propylens oder Copolymerisate
dieser Monomeren in Frage. Insbesondere eignen sich für oas Verfahren Copolymerisate des
rir) Äthylens mit anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren,
die mindestens 50 Gewichtsprozent des Olefins einpolymerisiert enthalten. Besonders geeignet sind
Copolymerisate Jcs Äthylens mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Estern der Acryl- oder Methacrylsäure oder
«ι Vinylcarbonsäureestern. Unter den Comonomeren haben die Ester der Acrylsäure des n-Butylalkohols und
des t-Butylalkohols und das Vinylacetat eine besondere
Bedeutung. Auch können Gemische der Olefinpolymerisate untereinander oder mit anderen polymeren
μ Verbindungen verwendet werden.
Die Polyolefin-Schaumstoffpartikeln, die teilweise vernetzt sein können und vorzugsweise 20 bis 80
Gevv.-% Geianieilc- enthalten werden in cmc iiichi
gasdicht schließende Form, die Perforationen enthält
und von druckdichten Kammern umschlossen ist, gegen einen Staudruck (A) pneumatisch eingefüllt Der
Staudruck beträgt vorteilhaft 1,5 bis 3,5 bar. Dabei werden die Olefinpolymerisat-Teilchen in ihrem Volumen
auf 20 bis 80% des ursprünglichen Schüttvolumens verkleinert, so daß kleine Einfüllöffnungen und kleine
Formteilquerschnitte möglich sind.
Nach dem vollständigen Füllen des Formenhohlraumes wird der Gasdruck auf Normaldruck entspannt. Die
Partikel dehnen sich infolge der Rückstellkräfte der eingeschlossenen komprimierten Luft aus und verdrängen
dadurch weitgehend die zwischen den Schaumstoffpartikeln befindliche Luft, ohne daß sie miteinander
verschweißen.
Beim nächsten Arbeitsschritt wird durch die Formkammern Wasserdampf mit einer Ttmperatar von 112
bis 145° C bis zu einem vorgegebenen Staudruck (B), der
gleich oder höher liegt als der Einfülldruck (A) von 1,5 bis 3,5 bar, eingeleitet. Dieser Vorgang erfolgt in
wenigen Sekunden, bevorzugt in weniger als 20 Sekunden, was zur Erzielung eines formgetreuen
Schaumstoff-Formkörpers wichtig ist. Nach Erreichen des eingestellten Staudrucks (B) kann nach Bedarf
dieser Druck kurze Zeit, vorzugsweise 0,5 bis 5 Sekunden, aufrechterhalten werden.
Als nächster Arbeitsschritt erfolgt die Entspannung der Formkammern vom Dampfdruck auf Normaldruck.
Dadurch dehnen sich die Partikeln erneut aus, schmiegen sich eng aneinander und verschweißen an
den erwärmten Oberflächen. Zum Zwecke der raschen Abkühlung kann man nun Wasser oder Kaltluft durch
die Formkammern hindurchleiten oder Sprühdüsen in den Formkammern wirksam werden lassen.
Es kann auch von Vorteil sein, die Formkammern vor dem Druckaufbau mit Wasserdampf von der in ihnen
enthaltenen Luft mit Dampf von 10O°Cfreizuspülen.
Man erhält nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Schaumstoff-Formkörper, die dem vorgegebenen
Formhohlraum entsprechen, wobei die Verschweißung der Schaumpartikeln nahezu vollständig ist. Bei einem
Bruchversuch erfolgt zu mehr als 90% der Bruch durch den Schaumstoff, also nicht entlang der Partikelgrenzflächen.
In eine Form von 0,75 Liter Inhalt, die kleine schlitzförmige Perforationen enthält und von 2 Kammern
umschlossen ist, wurden 1,5 Liter schaumförmiger Rundteilchen von 6 mm Durchmesser aus Polyäthylen
mit einer Schüttdichte von 0,0123 g/cmJ, die kein
Treibmittel mehr enthielten, eingefüllt. Die Schaumstoffteilchen halten einen Gelgehalt von 48 Gew.-%.
Das Einfüllen der Schaumstoffteilchen erfolgt aus einem Druckbehälter über eine Schlauchleitung durch eine
verschließbare öffnung in der Formwand. Der Behälter
stand unter einem regelbaren Druck von 3,0 bar. Während des Einfüllvorganges stellten Oberdruckventile
in den Kammern einen Staudruck (A) von 2 bar ein. Nach dem Füllen der Form wurde die Einfüllöffnung
gasdicht geschlossen und die Kammern entspannt. Anschließend wurden die Dampfkammern bei geöffneten
Ventilen mit strömenden Wasserdampf gespült. Nach Schließen der Ventile baute sich ein Wasserdampfdruck
in den Kammern von 23 bar auf. Nach Erreichen dieses Druckes wurde die Dampfzuführung
abgestellt und die Kammern sofort entspannt. In die Kammern wurde nun durch Sprühdüsen Wasser zur
Kühlung eingeleitet Nachdem der Formkörper ausreichend gekühlt war, wurde er entnommen.
Der gesamte Arbeitszyklus setzt sich wie folgt zusammen:
20
25
JO V
In der Vorrichtung wie im Beispiel 1 beschrieben wurden 1,8 Liter Schaumstoffpartikeln aus Polyäthylen
der Schüttdichte 0,0136 g/cmJ von 8 mm Durchmesser und einem Gelgehalt von 60 Gew.-% bei einem
Γι Staudruck (A) von 2,2 bar eingefüllt. Nach dem
Entspannen wurden die Kammern mit Wasserdampf gespült und ein Wasserdampfdruck (B) von 2,8 bar
aufgebaut. Dieser Druck wurde über 5 see aufrechterhalten. Nach dem Entspannen wurde die Form unter
Durchleiten von Luft durch die Kammern gekühlt. Das Formteil zeigte eine gut verschweißte Oberfläche. Beim
Bruchversuch erfolgt zu mehr als 90% der Bruch durch die Zellen hindurch.
Vt Vergleichsversuche
In eine Kastenform von 4,1 I Inhalt wurden jeweils unter gleichen Bedingungen 9,01 PE-Schaiimstoffkugeln
mit einer Schüttdichte von 0,013 g/cmJ und 6 mm Durchmesser bei einem Staudruck in der Form von 2,0
r>o bar und einem Fülldruck von 2,6 bar gefüllt.
Im ersten Versuch wurde das Verschweißen der Partikeln mit Hilfe von Wasserdampf, im zweiten
Versuch mit Hilfe von Heißluft vorgenommen. Die dabei benötigten Zeiten (in see) für die einzelnen
Vi Schritte gliedern sich wie folgt:
| Schließen der Form | 3 see |
| Druckaufbau in den Formkammern | 3 see |
| Füllen | 12 see |
| Entspannen | 4 see |
| Spülen der Formkammern | 10 see |
| Dampfdruckaufbau | 4 see |
| Entspannen | lsec |
| Wasserkühlung | 120 see |
| öffnen der Form | 3 see |
| Gesamtzyklus | 160 see |
Form schließen
Druckaufbau mit Luft (2,0 bar)
Füllen der Form
Entspannen der Form
Spülen der Fomikammcrn mit Wasserdampf! bzw.
Vorheizen der Formkummcrn WA Luft
| Vergleichsversuche | 2 |
| 1 | Heißluft (3500C), |
| Wasserdampf | Formwandtemperatur |
| max. 2,6 bar | (ca. 145° C) |
| 5 | |
| 5 | 2 |
| 2 | 20 |
| 20 | |
| 3 | 400 |
| bzw. 5 | |
Fortsetzung
Vergleichsversiiche
1
1
Wasserdampf
max. 2,6 bar
max. 2,6 bar
Heißluft (3500C),
Formwandtemperatur
(ca. 145° C)
Formwandtemperatur
(ca. 145° C)
Dampfdruckaufbau bzw. Durchleiten von Heißluft 12 (2,6 bar)
Entspannen 20
Wasserkühlung 90
Wartezeit 10
öffnen der Form 3_
Gesamtzeit in see. 170
180
700
Die dabei erhaltenen Schaumstoff-Formteile sind bei pers festzustellen, so daß die Schaumstoff-Teilchen bei
Verwendung von Wasserdampf an alleii Stellen sehr gut äußerer Berührung abbröckeln.
verschweißt und formgetreu. Bei Verwendung von Die verkürzte Heiz- und Kühlzeit bei Verwendung
Heißluft ist eine ungenügende Verschweißung der 20 von Wasserdampf ist technisch und wirtschaftlich sehr
Schaumstoff-Teilchen entlang der Kanten des Formkör- vorteilhaft
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten durch Zusammenpressen von schaumförmigen Teilchen mit Gasen auf 20 bis 80% des ursprünglichen Schüttvolumens, Einfüllen der zusammengepreßten Teilchen in eine geschlossene Form gegen einen Staudruck von 1,5 bis 3,5 bar und Entspannen des Gasdrucks im Innenraum der Form, Erwärmen und Verschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Erwärmen und Verschweißen der Teilchen Wasserdampf einleitet und einen Wasserdampfdruck aufbaut, der gleich oder größer ist als der Staudruck, der beim Einfüllen der Schaumstoffteilchen in der Form wirksam war, und anschließend den Wasserdampf in der Form wieder entspannt, wobei die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Einleitens von Wasserdampf und dem Entspannen höchstens 25 Sekunden beträgt.
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